2015 Fiscal Year Annual Research Report
制御技術が拓く新型電動モビリティの未来社会：ＥＶから電気飛行機へ
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26249061
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤本 博志 東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (20313033)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西沢 啓 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門 次世代航空イノベーションハブ 航空機システム研究チーム, 主任研究員 (00358665)
堀 洋一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (50165578)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電気自動車 / 電気飛行機 / モーションコントロール / ワイヤレス給電 / インホイールモータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，新しい電動モビリティとその制御技術により未来社会の交通の基盤となる革新的技術開発を進めることを目的としている。まず，研究代表者がこれまでに数多くの論文を発表している，モータの高制御性を利用した電気自動車(EV)の運動制御技術をより発展させEVならではの自動運転技術を開発する。さらにこれらの技術を元に，電気飛行機(EA)の実現に向けた基盤技術を開発している。その駆動輪にモータを搭載し，離着陸距離を最小化させ，ひいては陸空両用の新型電動モビリティ（電動skycar）の実現に向けた基礎研究を進めている。
また未来社会において高速道路や滑走路にワイヤレス給電アンテナが埋設されることを想定し，EVやEAの駆動輪に直接給電をすることを可能とするワイヤレスインホイールモータ(WIWM)の研究開発を行っている。
より具体的に，2年目となる2015年度は大きく分けて３つのテーマに取り組んだ。まず第一に電気自動車ならではの自動運転技術をより発展させるため，GPSやカメラ・地図情報から，他車の交通状況や道路勾配が把握できたときに，制約時間内に最少エネルギーで移動するための，各輪駆動力及び車体速度関数を最適化する航続距離延長自動運転ステムを開発し，外部試験場及び台上試験装置にて実験検証を行った。本成果により，下り勾配を有するテストコースにおいて，人間の運転者を模した運転に比べて23.5%多い回生電力の回収に成功した。
第二に電気飛行機の安全性を向上させる制御技術をさらに発展させた。今年度は垂直方向の揚力直接制御を開発し，風洞試験によりその有効性を示した。また，本研究で開発している電気飛行機FPEA1の設計製作をさらに進め，モータと垂直尾翼の操舵により姿勢を安定化させる制御系を実証した。
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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
電気モータで駆動される電気飛行機には，(1)トルク応答が内燃機関に比べて2桁速く，(2)複数プロペラへの分散配置が可能であり，(3)電流からプロペラ反トルクが正確に検出でき，(4)回生制動や逆回転により負の推力生成が可能であるという多くのメリットがある。さらに本年度は，(5)プロペラ後流により揚力を直接正確に制御が可能であるという全く新しい利点を見出した。これは当初の計画にはなかった内容であり，この発明により，制御技術による「墜ちない飛行機」「揺れない飛行機」の実現にさらに近づいたといえる。
また，ワイヤレスインホイールモータに関しては，2014年度に定格出力3.3kWでの動作試験をテストベンチにて，アンテナ間効率96%，総合効率89%という良好な成果を挙げていたが，本年度はこれを本研究室が開発した電気自動車に搭載し，テストコースにて実走行試験に世界で初めて成功した。その成果は論文発表と同時に，東京大学からプレスリリース発表がなされ，NHKニュースやテレビ東京のワールドビジネスサテライト，朝日新聞や日経オンライン，日経オートモーティブ，日刊工業新聞，講談社雑誌等で報道された後，世界中にもそのニュースが配信された。最先端科学技術の一般市民への啓蒙活動という意味でも大いに成果を挙げている。
このような観点から，当初の計画以上に進展していると結論づけることができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
3年目になる次年度は，これまでに開発をしてきたEVの航続距離延長自動運転技術を旋回を含むより一般的な条件に拡張をし，EAの高応答揚力・推力同時制御を各翼で独立に行う。また電動スカイカーに関しては，駆動輪にモータを搭載し，プロペラや操舵との協調制御を開発することにより，その試作機の実現へ大きく前進させる予定である。
またワイヤレスインホイールモータに関しては，2015年度に車体と車輪間をワイヤレス化した第一次試作機によるEVの走行試験に成功して大きな反響を得たが，2016年度以降はこれのさらなる大容量化の研究を行い，第二次試作機を開発する。これには地上施設からインホイールモータへ直接無線給電する機能も搭載する。さらにワイヤレスインホイールモータ内に，小型のエネルギー蓄電デバイスを搭載して，回生電力を充放電する機能をもたせ，そのエネルギーマネージメント技術を確立し，システムとしての最適化を行う。
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