2014 Fiscal Year Research-status Report
巻線を複数に分割したブラシレスモータのベクトル型ΔΣ駆動方式の検討
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26420250
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
安田 彰 法政大学, 理工学部, 教授 (30339501)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | マルチコイル / モータ / デジタル直接駆動 / 高効率 / トルク変動 / 3相 / ノイズシェーピング / NSDEM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，我々が提案している従来のブラシレスモータの1巻線を複数に分割したマルチコイルモータを用いることで，トルク，速度，位置制御特性，電力効率の改善を目的とする．本年度は，提案する従来の3相の各コイルを分割したデジタル直接駆動モータ（DDDMO）モータの諸特性，特にトルク特性を評価し，これを表現するモデルを構築した．
(1)従来のブラシレスDCモータおよび各相のコイルを分割したDDDMO用モータの基本特性の測定，評価，モデル化： 実験により提案するモータの電気的特性，電気－機械変換特性の測定を行った．次に，上記の実測結果で示された特性を表現するモデルを提案した．このモデルでは，機械系，電気系を伝達関数ベースでモデル化し，これらを接続することでマルチコイルモータのモデルを構成している．
(2)各相別にNSDEMを用いた場合における各相のサブコイルの素子値バラツキによる影響低減効果の確認，問題点の解決方法の検討：抽出したシステムモデルを参考に，3相の各相のコイルを分割しこれらのサブコイルを，NSDEMを用いて駆動するシステムを設計した．このシステムの基本特性の評価を行い，3相のコイルをM個に分割することにより，各サブコイルを1/Mの電圧で駆動した場合でも従来と同等の出力トルクが得られることを確認した．コイルの分割により小出力（低トルク）時における電力が削減されることを確認した．NSDEMによるバラツキの影響の低減効果を確認した．
(3)サブコイルの位置による誤差の影響の明確化： (2)の方法で分割された1相内でのコイル位置のバラツキの影響を，NSDEMにより高い周波数にノイズシェーピングさせられることを確認した．3相の巻線の位置に理想位置からの誤差があると，この手法では各相間のバラツキに対してはノイズシェーピングがかからず，トルク変動が生じることを確認した．
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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
おおむね研究計画にしたがって研究を進められている．従来の3相モータの各相のコイルを分割したモータの電気的特性，機械的特性の測定およびモデル化をほぼ完了した．また，サブコイルの位置による誤差の影響についても，シミュレーションおよび実験によりその影響を確認することが出来ている．一方，スイッチング駆動時のモータ駆動成分以外の成分（PWMのキャリア成分に相当）の低減を予想していたが，電流の高域成分の低減効果が低下していることが実験で観測された．この点に関しては，各コイル間の相互インダクタンスの影響によるものと考えられる．この影響は，マルチコイルのコイル数を増加させることで低減することが予想される．
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| Strategy for Future Research Activity |
誤差などの大きさに対応させたNSDEMおよびΔΣの設計を行う．誤差などの大きさに対応させた１，2，3のNSDEM，ΔΣの設計を行う．
(1)従来のNSDEMにおける各コイル選択に対するベクトル変数にコイルの位置情報を加えた新しいNSDEMの考案：従来のDDDSPで用いているNSDEMでは各コイルの選択の有無をベクトル変数に用いているが，これにコイルの位置情報を加えコイルの素子値による誤差および位置のずれによる誤差の影響を最小に抑える選択方法を検討する．モータではその構造上コイルの位置を分布させている．この方法においても位置の違いによる影響は低減できると考えられる．また，分布したコイル位置の特徴を利用し位置誤差の影響を低減する方法を検討する．
(2)１の方法に3相（U,V,W）を加えたモータのコイル全体を対象としたNSDEM実現方法の提案： 3相モータ全体には，3相（U,V,W）分のコイルがあり，これらを一括して選択することにより，3相間のコイルの素子値，位置の影響を低減できる可能性が高い．3相システムでは，2次元平面における回転磁界を3つのコイルを用いて生成する構造となっており，平面次元数２よりも冗長になっている．このため同じ磁力を生成できるU,V,Wの組み合わせは無数に存在する．この点を利用し，3相の出力磁力を変化させず誤差の影響だけを低減する方法を検討する．
(3)3相（U,V,W）の信号をベクトル値としベクトル値を量子化するベクトル型ΔΣ変調器の考案：
(2)で検討するNSDEMを用いるためには，3相すべての情報を元に分割されたコイルの選択を行う必要がある．これを効率的に実現するため，3相のコイルを駆動する信号を振幅および位相のベクトル信号に変換し，このベクトル信号に最も近いU,V,Wのコイル駆動数を決定するベクトル量子化器を用いるベクトル型ΔΣ変調器を考案する．
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| Causes of Carryover |
購入を予定した機器の納期が本年度に間に合わなかったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の機器に関しては，次年度購入する予定である．
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[Presentation] マルチビット駆動システムを用いたトルクむらの解消2015
Author(s)
松尾 遥, 安田 彰, 塩澤 純, 中村 智寛, 本山 佳樹, 吉野理貴
Organizer
電子情報通信学会 全国大会，A-1-13，3月10日，2015年
Place of Presentation
立命館大学びわこくさつキャンパス (滋賀県草津市）
Year and Date
2015-03-10 – 2015-03-13
