| 研究課題/領域番号 |
16K18059
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
今岡 淳 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (60772019)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 結合インダクタ / 放熱性能 / 磁性材料 / 構造設計 / 信頼性設計 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は車載用をはじめとするモータ駆動用電力変換システム内のDC/DCコンバータを高電力密度化・高効率化を図ることである。その方法としては、多相並列化させたコンバータ内において、複数必要となる磁気デバイス(インダクタ・トランス)の小型軽量化に有効な ＂統合磁気デバイス＂ を実装まで含めて高性能化させることである。具体的な課題は以下のように分類される。
(1) 実用性を考慮して信頼性を向上させる磁気設計手法の確立
(2) 放熱性能が高い統合磁気デバイスの材料モデリング・構造の開発
(3) 特殊形状のインダクタの三次元回路実装を含めた実証的評価
平成29年度では前年度の内容に加え, 項目(1)(2)に対して検討を実施した。その内容として、まず(1)に対しては負荷容量に合せて駆動相数を切り替える制御を搭載した際の磁気設計手法について検討を実施した。この意義としては、軽負荷時において多相並列化させたDC/DCコンバータのすべての相を駆動させる場合、パワー半導体デバイスの寄生容量によるスイッチング損失と磁性材料の鉄損のため効率が低下するといった課題がある。この制御方法を搭載した変換器内で使用される統合磁気デバイス設計方法は未確立であり、実現されれば、磁気デバイスの小型化と広い負荷範囲で高効率化の両面を追求することができる。本年では、この統合磁気デバイスの新しい設計方法について提案・理論解析・実機による実証評価まで実施した。一方、項目(2)に対しては、高飽和磁束密度・高温対応・低鉄損(コアの発熱の低減)が可能なダスト系コアを用いた統合磁気デバイスの設計手法について検討した。具体的な検討事項としては、非線形に変化する磁性材料の透磁率のモデリング手法・実測方法・シミュレーションへの実装方法について提案し, 非線形磁気回路網を活用することにより統合磁気デバイスの設計手法を確立した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
項目(1)については、平成29年度のところについては実際に設計理論および実証的評価は完了しており所望の性能を有していることをすでに確認している。今後より進展させた内容に取りまとめて、論文投稿する予定である。なお、平成28年度で取り組んだ内容についてはすでに有力論文誌に採択された。
項目(2)については、ダスト系コア材料を用いた場合の磁気設計手法をさらに検討を進めていく予定である。また、構造設計手法についてはすでに確立しているが今後、実機での評価を踏まえた上で論文発表していく予定である。
項目(3)については、上記(1)(2)の内容を踏まえた上で、回路の三次元実装を実施し小型でコンパクトな電源であることを実証評価する。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画全体として概ね計画通りの研究が実施できているので、最終年度の研究完了に向けて着実に研究を実施する予定である。
項目(1)については平成29年度に取り組んだ内容について論文として取りまとめていく予定である。
項目(2)については、すでに確立した不線形なダスト系コア材料のモデリング手法と統合磁気デバイスの構造設計理論を組み合わせて、実機による実証評価を実施する予定である。
項目(3)については、上記(2)が完了後、取り組んでいく予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度では有力論文誌に投稿した際に、予想以上に論文ページ数が多くなってしまったことから論文掲載料、採択された米国での国際会議渡航費の面で翌年度経費の前倒し支払いを実施した。前倒し請求を実施したが、投稿論文を予想以上にまとめることができ、ページ数減によって論文掲載料が思いのほか高額にはならなかった。以上のことから、わずかながら次年度使用額が生じてしまっている。
一方、前倒し請求したことによって次年度の使用額が減額となっているが、購入予定であった実験機材を研究室内の機材を代用できることが新たに判明し、今後の研究遂行に当たっては支障はない。
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