2015 Fiscal Year Annual Research Report
磁気デバイスの高精度損失算定法を用いたＭＷ級ＤＣ－ＤＣコンバータの開発
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14J05193
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田中 秀明 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | DC-DCコンバータ / 高周波トランス / 巻線配置 / 鉄損 / 銅損 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度においては，まずトランスの巻線配置に関する検討を行った。平成26年度における検討の結果，1次巻線と2次巻線を1層毎交配置することで高周波における銅損増加を抑制できる見通しが得られたことから，平成27年度においては，1層毎交互配置の有用性を実証するために，通常配置と1層毎交互配置のトランスを試作した。試作トランスの実験結果より，1次巻線と2次巻線を1層毎交互配置することで，高周波における巻線抵抗の増加を抑制できることを実験により明らかにした。また，DC-DCコンバータに加わる電圧は正弦波ではなくデューティ比可変の方形波電圧であることから，方形波電圧印加時においても同様の実験を行い，1層毎交互配置の有用性を明らかにした。
次に，MW級アモルファストランスの簡易設計を行い，各巻線配置における損失および効率の算定を行った。設計においては，巻線間の絶縁距離を考慮し，同一巻線間では絶縁距離を1mmであるのに対し，1次-2次巻線間では絶縁距離を5mmとした。MW級トランスの銅損の周波数依存性の計算を行ったところ，通常配置は巻線長が短いため低周波における銅損は小さくなるが，高周波化に伴い銅損が大幅に増加してしまうことが明らかになった。一方で，巻線を1層毎交互配置にすることで，1MW級トランスにおいても高周波化に伴う銅損増加を大幅に抑制できることが明らかになった。さらに，MW級トランスの簡易設計法により，設計周波数3kHzにおけるMW級高周波アモルファストランスの損失を算定したところ，通常配置では30.1kWであるのに対し，1層毎交互配置では3.3kWとなった。したがって，損失および熱設計の観点から，MW級DC-DCコンバータには1層毎交互配置が非常に有用であることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
試作トランスを用いた実験およびMW級トランスの解析により，MW級DC-DCコンバータの巻線を1層毎交互配置することの有用性を明らかにしたため，おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの検討において，MW級DC-DCコンバータ用トランスの鉄損算定法および銅損を削減するための巻線配置に関する指針が得られた。今後の研究の推進方策としては，アモルファストランスを用いた10kW級のDC-DCコンバータを試作し，実験および解析を行うとともにMW級DC-DCコンバータの解析を行う予定である。
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Research Products
(7 results)
