| 研究課題/領域番号 |
19K04322
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
早乙女 英夫 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50261938)
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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 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | DC-DCコンバータ / 双方向 / フェライト / 動的磁気損失 / 高電圧比 / 高周波電力用磁気デバイス / 鉄損 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
コンバータの高効率変換を実現するためにはスイッチング素子の損失を低減する必要があり，Zero Voltage Switching動作が必須である。一方，双方向電力伝送を行うためには，回路内電力損失による電圧降下を補償するため，コンバータ回路内に何らかの双方向昇圧機能が必要である。本研究では，この昇圧機能をLLC電流共振形回路で実現し，さらに磁気デバイスの磁気飽和及び鉄損を考慮したコンバータ回路の設計法を確立する。高効率化のためのコンバータ駆動周波数の低減と磁気デバイスの電圧時間積で決まる磁束の大きさ，すなわちデバイス寸法の小型化にはトレード・オフの関係があり，この点に着目した設計法を確立する。
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| 研究成果の概要 |
研究計画調書に記載した提案回路について，仕様の策定，回路シミュレータによる回路設計および実機試作を行った。入力電圧仕様としては，配電系統と蓄電池との双方向電力伝送を想定し，DC100VおよびDC10Vとした。この仕様に対し，回路の共振用回路定数および変圧器の巻数を設計するアルゴリズムを開発し，これを適用して回路を設計し，実機製作を行い，設計結果の検証を行った。ここでは，変圧器の磁心の磁気飽和回避についても配慮した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の成果は，直流電力システムの中核となるDC-DC電力変換装置開発技術の発展に寄与し，直流電力システムのさらなる普及効果，高効率電力変換を実現したエネルギー・マネージメント及び新しい電力変換装置の製品化による産業界への経済的効果をもたらすことが期待できる。また，本研究の成果は，電力変換装置における高周波電力用磁気デバイスの新たな設計指針を構築する材料となり，パワーエレクトロニクス技術における磁気デバイス解析・設計の精度向上をもたらす。
LLC共振現象を適用したDC-DCコンバータの双方向化の際，回路上の枝抵抗値の把握が極めて重要な要因であることを明らかにした点など，産業上の意義は大きい。
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