| 研究課題/領域番号 |
19H02133
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
近藤 圭一郎 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10425895)
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| 研究分担者 |
古関 隆章 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20211899)
宮武 昌史 上智大学, 理工学部, 教授 (30318216)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
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| キーワード | 電気鉄道 / 省エネルギー / 主回路制御 / 誘導機特性 / 直流電気鉄道 / 回生ブレーキ / ピーク電力カット / 主回路機器設計 / 運転法 / 誘導電動機 / 鉄道車両駆動 / インバータ / 電気鉄道車両 / 回生電力量増大 / ピーク電力低減 / 運転支援 / 誘導電動機制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電気鉄道における回生ブレーキは，ピーク電力低減，回生電力量増大の余地がある。本研究では，回生ブレ―キ時の定出力領域の拡大のための誘導機設計法と停動トルク余裕を切り詰めるための制御法，回生ブレ―キのみで列車を停止させる際の最適ランカーブを明らかにする。これらの各方法は，1kW級ミニモデルで実験的に検証した後，実車の主回路から列車運転まで模擬できるリアルタイムシミュレータで検証を行う。本研究は，現代の高性能なインバータと車上情報伝送装置など，最新の車両搭載機器の活用することで，主回路システムの革新的な設計法と制御法，および列車運転法を明らかとし，電気鉄道の省エネルギー化に寄与することを目的とする。
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| 研究成果の概要 |
鉄道車両における誘導機駆動システムについて，１つ目は，速度-回生ブレーキ力特性において，定出力領域を導入することにより，高速域での回生ブレーキ力特性を向上し，省エネルギー化を図れることを明らかとした。併せて中速域ではピーク電力をカットし，遠方の力行車まで回生電力が送電できることを明らかとした。また，２つ目に，これらを実現するための誘導機の設計指針を明らかとした。３つ目に回生ブレーキ力向上を図った場合の回生ブレーキノッチによる運転特性向上と省エネルギー効果を明らかとした。以上のような速度-回生ブレーキ力特性を実現した場合でも誘導電動機が制御可能であることを検証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
鉄道は元々が省エネルギーでCO2排出量も少ないが，カーボンニュートラルが大きな社会課題となる中，一層の省エネルギー化が求められている。鉄道車両の低いエネルギー消費の源泉の1つが運動エネルギーを再利用する回生ブレーキの活用にる。本研究では回生ブレーキ特性の改善の余地を明らかにし，その性能を向上することで，鉄道のカーボンニュートラルへの貢献度をより一層高める点で社会的意義がある。また学術的には近年のワイドバンドギャップパワー半導体の高耐圧化や電動機の制御性向上を背景に，鉄道車両駆動における回生ブレーキ特性設計を革新する点で意義深い。
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