2023 Fiscal Year Research-status Report
磁気デバイス一体構造によるEV動力システムの高性能化とその検証
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23K03786
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
吉田 征弘 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (60725399)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 永久磁石モータ / リアクトルとモータの一体構造 / 小型軽量化 / リラクタンスネットワーク解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気自動車やハイブリッド電気自動車の動力システムにおける磁気デバイスは，昇圧回路に用いられるリアクトルと動力源であるモータがあり，これらはシステムに占める体積が大きく，磁気デバイスの小型化，高効率化は搭載容積の限られる自動車への貢献が極めて高い。本研究では，異なるユニットの磁気デバイスであるモータとリアクトルを一体構造とした電動駆動システムを提案し，システム全体の小型化・高効率化効果を解析と実験により示し，その有用性を明らかにすることを目的としている。
本年度の検討では，昇圧型DC/DCコンバータを用いたモータ駆動システムにおける昇圧用リアクトルとモータを一体化した構造（磁気デバイス一体構造モータ）を提案し，駆動システムである電源，コンバータ，インバータ，モータの電気‐磁気連成解析による磁気デバイス一体構造モータの性能を検討した。駆動システムを連成して解析するために，高速計算が可能で電気－磁気連成解析が容易である磁気抵抗回路網解析（リラクタンスネットワーク解析）に基づく特性算定モデルを作成し，表面磁石型（SPM）モータにおける基礎特性を評価した。提案した磁気デバイス一体構造モータにおけるモータの動作を解析したところ，リアクトルとモータを一体構造にしてもリアクトル，モータそれぞれが独立して機能することがわかった。構築したリラクタンスネットワーク解析モデルにより，高速回転時において従来のSPMモータより高い出力が得られる可能性があることを示した。
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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
本研究では，提案する動力システムに対し，体積低減効果および効率向上効果を解析および実験の両面から明らかにする。サブサイズモータ（10 kW；HEV駆動用モータの1/5程度）の設計・試作・評価を目標にの検討を行う予定である。1年目の本年度は，動力システム連成解析モデルを構築し，まずは構造・システムの成立および体積低減効果を確認する計画であった。本年度はモデリングの構築および構築したモデルを用いて磁気デバイス一体構造モータシステムは高速回転時に出力向上も可能であることが確認できたため，本年度の成果は概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
1年目で構築したモデルを用いて，磁気デバイス一体構造モータシステム全体（電源，コンバータ，インバータ，モータ）の動作確認と効率算定を行い，モータと同時にDC/DCコンバータの出力電圧制御を行い，リアクトル電流による可変磁束効果を活かすための最適制御方法を検討する。
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| Causes of Carryover |
本年度は解析モデルの作成とモデルを用いた計算がメインとして研究を進めてきた。計算負荷の高いシミュレーションであるため，解析用ワースステーションを購入予定であったが，モデリングが汎用パソコンでも可能であり，モデルの動作確認も現有のパソコンでできたため，ワースステーションの購入を見送った。
次年度は提案システムの可変速範囲の解析を予定しており，解析条件も膨大になることになるため，解析用ワースステーションを購入予定である。また，将来的に実証実験に必要な試作も計画しているため，材料の購入や設計費用に充てる予定である。
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