| 研究課題/領域番号 |
20K14717
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 三重大学 |
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研究代表者 |
小山 昌人 三重大学, 工学研究科, 助教 (50804473)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | スパイラルモータ / 波力発電 / 最大電力点追従制御 / 機械アドミタンス制御 / 機械インピーダンス制御 / 2入力2出力系最適制御 / 省電力磁気浮上系 / 最適力制御系 / 外力推定 / 電気機器工学 / 電力回生 / アクチュエータ / 制御工学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は独自開発してきた従来のリニアモータ（直動形同期電動機）より約２倍から10 倍程度近い推力密度を有し、かつ省電力磁気浮上による低摩擦損失を実現する本モータを用いた波力発電システムの開発に関する研究であり、下記事項の実現を目的とする。
(1) 駆動装置を含めたスパイラルモータの回生特性を数学モデルなどから導出し、波力エネルギーを効率よく吸収するための条件を明らかとする。
(2) （１）より、発電量最大化制御と省電力磁気浮上制御を同時実現する制御システムを開発、従来と同等以上の発電性能を実現する。
(3) 推力密度を大幅に向上させた最新試作機を作成、(1)(2)より更に高効率な発電を実証する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では波力発電に研究代表者らが独自開発してきた高い推力密度を有するスパイラルモータを発電機として用いることを提案、モータ数理モデルによって本モータの発電特性および発電効率を最大化する制御手法を明らかとした。本モータは常時磁気浮上制御を行うものであるが、仮想機械アドミタンス制御によって見かけ上の機械特性を適切に操作することで発電が可能となる。この機械特性を導出した効率理論式の最適化問題の解として得ることにより、効率最大化を実現した。またモータ制御手法の改善や構造再設計による性能向上を図り、0.1～1.0Hzの波力周波数において効率約90%が得られると実機模擬シミュレーションにより示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高推力密度を有するスパイラルモータを波力発電に適用、数理モデルから発電効率を最大化する制御系の設計法を明らかにした。本モータは常時磁気浮上のための電力を必要とするが、従来の発電制御では発電動作のみを考慮していたため、本研究は本モータ発電特性だけでなく力行動作も同時に考慮可能な手法を明らかにした。また効率最大化が可能な制御系設計法、構造再設計による推力密度向上により効率を更に改善できると明らかにした。日本近海での波力周波数0.1Hz～1.0Hzにおいて同程度の定格推力密度を有する一般的なモータでは60%前後だが、本研究成果では実機模擬シミュレーションにおいて90%の効率を保持できると示した。
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