2014 Fiscal Year Annual Research Report
磁気飽和・矩形波駆動に対応した制御技術を想定したモータと電力変換器技術の高性能化
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25249030
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
道木 慎二 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10273260)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2016-03-31
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| Keywords | モータ / 界磁巻線 / 電気自動車 / ハイブリッド自動車 / 高トルク / 定出力特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、従来の三相交流モータとは一線を画し、非正弦波、非線形などを前提として、革新的なモータ・インバータ・制御から成るモータドライブシステムの基盤技術を構築することである。
本研究では、ハイブリッド自動車、電気自動車などの主機モータに求められる特性、ニーズについて検討した。その結果、登坂運転における低速回転での高トルク駆動が最も過酷な駆動モードで有り、この駆動モードにおける特性を改善することにより、モータドライブシステムの高効率化、小型化、低コスト化が可能になることを認識した。これは、ガソリン車のトランスミッションが担っている機能を主機モータが担うことであり、低速回転・大トルクと高速回転との両立でもある。
そして、本研究では、従来モータの低速回転・大トルク時の力率低下、効率低下の問題と高速回転での弱め界磁運転での力率低下、効率低下の問題とを解決する新たなモータドライブシステムについて研究した。この新たなモータは一種の界磁巻線型モータで有り、モータの一次側から非接触でロータへ界磁電力を供給する特殊構成で、非正弦波で矩形状の電圧、電流で駆動する。そして、信頼性を落とすことなく、モータ小型化を実現し、また、高速回転の容易化を目指している。
現在までに、前記の非接触給電の原理を検証する原理検証用モータの開発、設計、試作、および、その評価を行った。その結果、非接触給電の技術を確立し、また、トルク飽和の問題を明らかにした。そして、トルク飽和の問題を解決するモータモデルの開発を行った。
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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
平成26年度の研究実施計画は、「④実際に提案するドライブシステムを試作、モータベンチでの評価により、前記新しいドライブシステムの評価、および、それらの問題点抽出を行う。⑤前記評価・問題点の抽出を踏まえたモータ、インバータの改良開発を行う。」であった。
本研究では、前記④の目的で、非接触給電の原理を検証する原理検証用モータの開発、設計、試作、および、その評価を行い、非接触給電の技術を確立した。即ち、非接触で効率良く界磁巻線の電力を供給すること、界磁電流を任意の値に制御できること、三相電流成分と界磁電流成分とを電磁気的に非干渉とすることである。また、トルク飽和の問題を明らかにした。そして、⑤の目的で、トルク飽和の問題を解決するために永久磁石を効果的に配置するモータモデルの開発を行い、FEM解析によりその基本構造を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
電気自動車の主機としては、低速回転の大トルクを高力率で実現することと、高速回転での弱め界磁による定出力特性との両立が求められている。これらの実現により、モータ損失を低減してモータの小型化、軽量化、低コスト化を実現することが可能となる。また、高力率化によりインバータの電流容量を低減できることになり、インバータの小型化、低コスト化も可能となる。
この要求仕様を踏まえ、トルク飽和の問題、および、弱め界磁特性をを改良したモータを設計、試作、および、評価を行い、新たなモータドライブシステムの技術を確立する。具体的な技術は、永久磁石の効果的な活用・構成技術、界磁巻線による界磁磁束の生成技術、ステータのｄ軸電流による界磁磁束の生成技術、および、これらをバランス良く活用する併用技術である。
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