2022 Fiscal Year Research-status Report
Reduction of ringing iron loss and carrier iron loss in motor drive system excited by GaN inverter
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22K04080
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
藤崎 敬介 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80373869)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | リンギング現象 / モータ損失 / GaN-FETインバータ / LCフィルター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
将来のパワーエレクトロニクス回路の半導体材料として研究開発され実用化し始めているGaN, SiCの素子は，nsecレベルの高応答であるために，そのインバータでモータを駆動させると3-30 MHz程度のリンギング現象が発現しモータ鉄損の増加を招く．そこでリンギング鉄損を低減すべくLCフィルターを設置することを考えると，フィルター効果を総合的に評価する必要がある．本研究ではインバータ損，インダクタ損・フィルター損，負荷の鉄損・銅損を計測し，全体の損失効果・要因分析とインダクタ・高周波磁性材料の特性について研究する．これまでの研究で以下のことが言え，これによりリンギング鉄損低減をめざし，高周波磁性材料の開発指針提示につなげる．
まずリンギング現象を計測する高分解能な計測システムの構築：3-30 MHz程度のリンギング現象を計測するために，高分解能な計測システムを構築した．AD変換機には，IWATSU製DS-8038（サンプリングレート：2.5 から 5 GS/s, 2 から 8 ch, 測定周波数上限 350 MHz）を導入した．これによりモータ回転時の揺らぎもあるので，複数の電流，電圧値を同時に計測できるようになった． これにより，GaN-FETインバータ励磁下における高調波リンギング現象の解明を行った．
次に，SiCインバータ励磁の鉄損特性と制御応用を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
将来のパワーエレクトロニクス回路の半導体材料として研究開発され実用化し始めているGaN, SiCの素子は，nsecレベルの高応答であるために，そのインバータでモータを駆動させると3-30 MHz程度のリンギング現象が発現しモータ鉄損の増加を招く．そこでリンギング鉄損を低減すべくLCフィルターを設置することを考えると，フィルター効果を総合的に評価する必要がある．本研究ではインバータ損，インダクタ損・フィルター損，負荷の鉄損・銅損を計測し，全体の損失効果・要因分析とインダクタ・高周波磁性材料の特性について研究する．
まず，リンギング現象を計測する高分解能な計測システムの構築：3-30 MHz程度のリンギング現象を計測するために，高分解能な計測システムを構築した．AD変換機には，IWATSU製DS-8038（サンプリングレート: 2.5 ー 5 GS/s, 2 ー 8 ch., 測定周波数上限: 350 MHz）を導入した．これによりモータ回転時の揺らぎもあるので，複数の電流，電圧値を同時に計測できるようになった．
この計測システムを用いて，GaN-FETインバータ励磁下における高調波リンギング現象の解明を行った．リング試料にて，インバータの印加電圧，電流および誘導起電圧のそれぞれの時間波形から，インバータ回路，半導体デバイス起因のリンギング現象と，インバータに接続した負荷共振のリンギング現象とが理論的に分離できることを示した．
更に，SiCインバータ励磁の鉄損特性と制御応用についての研究を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
リンギング現象を計測する高分解能な計測システムをもとに，IPM-SMのリンギング現象の解明およびLCフィルター接続時の電磁気現象の解明および損失現象の解明を研究していく予定です．
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