2012 Fiscal Year Research-status Report
大幅な省エネルギーを実現する機器定数の可変が可能な新規永久磁石モータ
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24560346
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Toyo University |
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Principal Investigator |
堺 和人 東洋大学, 理工学部, 教授 (40377099)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | モータ / 発電機 / 永久磁石 / パワーエレクトロニクス / 省エネルギー / 高効率 / 可変速 / 極数変換 |
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| Research Abstract |
永久磁石モータは小型・高出力であるが、極数や回転子の永久磁石の磁力が一定であり、可変速運転時の効率が低下する。そこで、極数や磁力の可変が可能になればさらに高効率の永久磁石モータを創出できる。本年度は極数変換が可能な永久磁石モータの基本構成を得る。
１．極数を変換できる回転子の創出：磁界解析を駆使して永久磁石の磁化を可変して回転子の極数を可変する新技術を検討し、原理モデルを電磁界解析にて検討して以下の３方案を得た。(1) 高速域でリラクタンストルクを併用できる極数変換永久磁石モータ（可変磁力となる低保磁力の永久磁石と固定磁力となる高保磁力の永久磁石を交互に配置する構成）を創出し、8極と4極に変換できることを解析上で実証した。(2) 直流で磁化できるハイブリッド極数変換永久磁石モータを創出し、12極と4極に変換できることを解析で実証した。（3）２個の磁石のみの極性を変換することで３倍比で極数を変換できる永久磁石モータを創出し、6極と2極に変換できることを解析で実証した。また、いずれの新規モータも磁力も可変できる。
２．極数を変換できる固定子の創出：（1）巻線接続切替方式として、固定子巻線の接続の切替により固定子の極数を変換できるコイル配置を検討し、上記１の回転子と組合せてモータ動作することを解析上で実証した。（2）個別制御モジュール方式（パワー素子変換回路とコイルを一体）として、各コイルにパワー半導体の電力変換回路を個別に割り当て電子的に切替る構成を検討した。汎用モータを改造した原理モデルを計画しており、コイル個数分の電力変換回路を試作した。
３．モータ全体構成での基本検討：回転子内の永久磁石の磁化の可変特性、極数変換によるモータ特性としては誘導電圧特性、トルク特性、損失特性を明らかにし、極数変換により誘導電圧を可変できること、磁気的損失の鉄損を低減できることが解析により確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、省エネルギーと創エネルギーを最終的な目標に、学問的な独創点であり、かつ、主要革新技術である極数変換と永久磁石の磁力可変が可能な次世代永久磁石モータを創出し、基本技術を得ることである。平成24年度の研究のフェーズ１では、永久磁石の磁化の可変と極数を変換できるモータを創出することである。３方案の極数変換永久磁石モータの基本構成を創出し、原理モデルを作成し、電磁界解析を用いて回転子の磁極を形成する永久磁石の極数変換と磁力可変が可能であることを明らかにした。１方案だけでなく、３方案を創出し、３方案とも極数変換とは別にそれぞれ特長を持ったモータを考え出すことができた。
また、固定子側の研究検討では、固定子巻線接続による極数変換と、パワーエレクトロニクスとモータ技術が融合したパワー素子の電力変換回路と各モータコイルを一体化させる構成と制御によって可能になる極数変換技術の基本検討を行った。その原理検証用インバータ回路を試作することができた。前記に述べたように研究を加速することにより研究計画以上の成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度の成果を基にしてさらに基礎技術を発展させる。具体的には学問上と社会への貢献の点で重要となる極数変換によるモータ特性の電気的特性、損失、効率を明らかにする。これらの知見を得て極数変換特性、可変磁力特性、モータ特性を向上できるモータの電気と磁気構成を創出する。さらにモータ原理モデルを試設計する。また、パワー素子の電力変換回路とコイルを一体化する技術では、原理回路モデルで実験検証を行い、この実験結果を基に基本回路・コイル構成を検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成24年度では、固定子側極数変換の一方法として検討している電力変換回路の基本的な実験回路を試作したが、研究費はそれらの部品の購入に充当した。また、電気学会全国大会で発表した参加費に充当した。
モータドライブ制御回路システムに関しては、平成24年度に行った極数変換方式と電力変換回路の検討結果によっては仕様が変更になる場合が考えられ、また検討結果を反映させるために、翌年度に繰り越して平成25年度に購入することにした。
次年度の研究費は、繰越金を含めて主にモータドライブ駆動制御回路システム、モータ原理モデルの費用に充てる。その他は、研究に関する消耗品、学会発表等の旅費と参加費を計画している。
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