2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Reluctance Motors That Can Switch Motor Types
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20H02128
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
清田 恭平 東京工業大学, 工学院, 准教授 (10796519)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | リラクタンスモータ / 高効率化 / 特性切替 / スイッチトリラクタンスモータ / シンクロナスリラクタンスモータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，リラクタンス応用モータにおいて，モータの機械的構造を変えることなく，様々なモータ特性を変幻自在に実現できるモータ種別切り替えモータを提案とその基礎技術を確立する。本研究では主要な課題が３点ある。すなわち，(a)モータ種別変更時にどこまでモータ特性が変化するのか，(b)モータ種別を変更する回路の簡易化，(c)モータ種別を切り替える前提での最適な鉄心形状の探索，である。本年度は，(a)と(c)について研究を進めた。
(a)について，はじめに先行研究にて試作した実機を利用して，スイッチトリラクタンスモータとシンクロナスリラクタンスモータの切り替えの実証実験を行った。なおインバータの台数に制限があったため，モータ種別の切り替え自体は巻線の接続を手動で変更することにより行った。低速領域における実機検証を行い，モータの特性が変化したことは確認した。しかし，鉄損に関しては特にシンクロナスリラクタンスモータモードにおいて解析で想定していた以上に発生していたため，シンクロナスリラクタンスモータモードではスイッチトリラクタンスモータモードを上回る効率の実現は困難であった。
同時に，他のモータ種別として巻線界磁型モータの導入についての基礎検討を行った。モータの極数比を3:2から6:5に変更することにより，巻線界磁型モータの動作モードを追加できることを確認した。
(c)について，シンクロナスリラクタンスモータモードにおいて鉄損が増加する要因として，巻線が集中巻であるために発生するスロット高調波の発生が事前に想定されていた。そこで，先行研究にて検討を行っていた，鉄損を低減可能な形状に変更した回転子を試作し，上記の実機に搭載して実験を行った。鉄損については想定通り変更前より低減できた一方，銅損についても想定通りに増加していた。
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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
今年度は，申請者の転属に加えてコロナ禍による研究室の閉鎖や実験のための出張に制限が発生するなどの影響などにより，当初予定から研究内容を変更した。具体的には，頻繁な出張が必要であると見込まれた駆動回路に関する研究を次年度以降に延期し，遠隔での実施が比較的容易であった，鉄損低減を目的とした回転子形状の変更や新しいモータ種別の導入方法の検討を前倒しで実施した。このため，全体的な研究進捗状況に大きな影響は発生していない。
実機試験においては当初の懸念通り，鉄損の解析誤差により，モータ種別を切り替えることによる効果が表れにくかった。ただし，今年度の実験では制御の都合によりシンクロナスリラクタンスモータモードにおいてベクトル制御を適用していなかった。これにより鉄損や銅損の増加が発生していることが想定されているため，今後ベクトル制御を導入したうえでの再実験が必要である。
なお，鉄損に関しては実機と解析との乖離が発生することが知られている。このため，実機試験による検証が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度から，昨年度実施できなかった，モータ種別を変更する回路の簡易化についての研究を再開する。具体的には，先行研究ではオープン結線としているモータ巻線をスター結線に変更する。これにより巻線一相あたりのスイッチング素子数を２個に半減させる。ただし，スイッチトリラクタンスモータにおいては他のモータと大幅に駆動方法が異なるためモータ結線にオープン結線以外の結線方法を採用した例は限られている。このため，スター結線を使用してもスイッチトリラクタンスモータモードにおいて効率や動作範囲に制限が発生しない制御方法を同時に検討する。検討した回路について，先行研究における回路も含めて，実機による検証を行う。
また，研究実績で述べた通り，実機試験では鉄損の増加によりモータ種別変更による効率改善の効果が限定的であった。このため，鉄損が増加した要因を検証するとともに，回転子側だけではなく固定子側の形状についても最適化を含む検証を行う。同時に，ベクトル制御を導入し，特にシンクロナスリラクタンスモータモードにおいて効率が改善するかの検証を行う。
なお，今後実機試験の実施をより円滑に行うために，富山大学に設置されていた実験装置一式を本学に移設する。
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