2013 Fiscal Year Research-status Report
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25420263
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
和田 圭二 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (00326018)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 敏久 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (30254155)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | PWMインバータ / 高周波スイッチング |
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| Research Abstract |
近年, モータ駆動応用の新たな展開を目指した超高速モータの研究開発が積極的に進めらえれており，これらのモータ駆動を実現するために必要な100 kHz 以上の高周波スイッチングのPWMインバータの研究開発も国内外で盛んに行われている。例えば，高周波スイッチング動作においてはインバータのデッドタイムの影響が大きくなるために, その補償手法に関する論文が国内にて発表されている。本研究課題では，高周波PWMインバータの実現を目的として，「ゲート駆動回路の高速化」，「デッドタイム設計手法」と「高周波インバータ回路実装」ついて検討を行ってきた。
研究代表者は，まずは200kHzでスイッチング可能なPWMインバータに対して冷却・構造における検討を行った。また，さらなる高周波化を目指した検討も同時に実施した。具体的には，主回路とゲート駆動回路の配線長を短縮化を目的として基板配線構造を全面的に改良を行い，その結果，従来方式に比べて基板面積を半減させた。さらに，スイッチング周波数，出力力率，デットタイムに関する解析的な検討を行い，デッドタイム設計手法について検討を進めた。実験では，直流電圧300V, 300kHzの三相インバータ動作と直流電圧250 V, スイッチング周波数を400 kHzのPWMインバータをそれぞれ試作して動作させた。その結果，出力電流が2 kHzの正弦波電流を出力可能であることを明らかにした。なお，実験装置の設計製作においては，最新のパワーデバイスや電子部品・デジタル信号処理装置を利用して，研究室内で試作を行った。
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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
高周波インバータにおいて課題の一つである，デッドタイムについて回路動作とその値について解析的に検討を行った。さらに，ゲート駆動回路，使用素子，配線パターン等を全面的に見直し，デッドタイムの短縮化について検討を行った。
さらなる高周波スイッチング動作についても検討を行い，現時点において400kHz動作までを確認している。ただし，電力容量が研究課題の最終目標値に比べてまだ到達できていないが，これまでの知見と回路の見直しをすることで，目標値到達に向けた検討ができると考えられる。
インバータ実現に向けた限界点についてはまだ明確な検討はできていないが，これまでの実験・解析結果を統合することで，その見込みを得ることはできると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に行った研究によって明らかになった新たな課題として，ゲート駆動回路内部の伝導ノイズの影響が予想以上に大きい。当初研究課題においても，研究2年度目の課題としては電磁ノイズは挙げており，この課題に取り組む必要性がある。
また，これまでの成果を基にして，400 kHz, 1 kVA出力のインバータ設計・製作を平成26年度中には完了し，3年目の最終目標に向けた実証試験を行う予定である。
さらに，既存部品での半導体素子の制限や実装の制約を含めた高周波PWMインバータの到達限界点についても明らかにする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初，試作インバータの負荷装置の購入を検討していたが，消耗品（電気，電子部品，測定プローブ）等の経費が想定以上にかかることが判明した。そこで，負荷装置は研究室の既存部品を利用すれば代替可能であったために，高周波PWMインバータの開発を優先するために，設備備品の予算を消耗品購入に振り替えた。その結果，次年度に使用額が生じることとなった。
当初予定よりも，開発予定の電力容量が不十分であるために，大容量化を目指したパワーデバイスとゲート駆動回路用部品購入に経費を使用する。また，当初予算計上していた通り，国内外学会旅費および論文投稿料として予算を使用する予定である。
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