| 研究課題/領域番号 |
21K14145
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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 | 成蹊大学 |
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研究代表者 |
高橋 翔太郎 成蹊大学, 理工学部, 助教 (00896566)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | EMI / コモンモードインダクタ / 複素透磁率 / 浮遊容量 / インピーダンス / EMIフィルタ / コモンモードノイズ / コモンモード / インダクタ / 電磁ノイズ / 電力変換器 / ノイズフィルタ / フィルタインダクタ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，周波数特性を考慮したノイズフィルタの最小体積設計法の確立によるフィルタ試作・設計期間の大幅な短縮を実現する。まず，寄生インピーダンス推定技術に基づくフィルタの周波数特性評価手法を開発する。この手法を基に，ノイズ規制周波数帯域(150 kHzから30 MHz)で要求減衰特性を満たす最小体積のフィルタを得る設計法を確立する。10 kW出力の電力変換器を対象とし，本研究で確立した設計法の妥当性を実験によって実証する。本研究で確立した理論は，高電力密度化・高周波駆動化の進む電力変換器に用いる受動素子の設計への応用が可能であり，産業界への大きな波及効果が期待できる。
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| 研究成果の概要 |
本研究では，寄生インピーダンス推定法に基づく周波数特性を考慮した電力変換器用ノイズフィルタの最小体積設計法の確立を目指した。まず，トロイダルインダクタを対象とした浮遊容量推定法を提案した。次に，浮遊容量推定法を二巻線コモンモードインダクタへと拡張した。また，三相PWMインバータの出力側に接続するコモンモードインダクタの最小体積設計について検討をおこなった。検討の結果，PWMインバータのスイッチング周波数を低く設定した条件では，コアの内部磁束密度が，高く設定した条件ではコアの透磁率がコモンモードインダクタの小型化の制約要因であることを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，ノイズフィルタの体積と周波数特性の関係を理論的に明確にすることで，ノイズフィルタ設計に新たな知見をもたらし，フィルタの試作・設計期間の大幅な短縮を目指した。また近年，電力変換器のスイッチング周波数を数MHz以上に設定し，受動素子の体積を削減した報告事例が増加している。インダクタは高周波領域で浮遊容量と自己共振を引き起こし，容量性インピーダンスとしてふるまう。本研究で確立した浮遊容量推定法により，設計段階でインダクタの自己共振周波数を把握できる。すなわち，本研究成果は，高電力密度化が進む電力変換器に用いる受動素子の設計へ応用が可能であり，産業界への大きな波及効果が期待できる。
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