空飛ぶ車への応用を目指したドローン用高出密度・高効率電気モータ駆動システムの開発

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2019年度の先行研究で，市販のモータ，プロペラ，LiPoバッテリーを用いて小型機を試作し，10kgの錘を持ち上げることに成功した。この小型機の推力は自重を含めると17.3kgfであった。2020年度は，人が乗れることを想定した空飛ぶ車への応用を目指して，自重を含めて140kgをある程度の速度で移動できるモータを最適設計依頼することを目的として研究を行った。2019年度の結果から人を運ぶことの出来る静止推力140kgfのドローンのために必要なプロペラ，モータ，ESC，バッテリーの容量を推定した。モータ設計・試作，インバータ設計・試作を行うために候補に近いものを選定し特性を測定した。その結果以下のことが分かった。(1)プロペラについては，最適回転速度がより高速なものが必要である。(2)バッテリー出力電流については今回用いたモータ，インバータの効率と同程度であれば十分である。(3)プロペラの静止推力係数と必要なモータ出力の係数は，回転数のみに依存すると考えたが，実験結果よりプロペラの直径やピッチも影響する。2021年度は，自重を含めて140kgを持ち上げるために，1個で35kgを持ち上げることのできるモータを再設計してきた。その方法として，(1)予定していたトポロジー最適化手法を用いて12極のラジアルギャップ型モータとアキシャルギャップ型モータの回転子を設計する，(2)極数を変えるなど条件を変えて検討を行うこととした。2022年度は，自重を含めて140kgを持ち上げるために，1個で35kgを持ち上げることのできるインナーロータ型モータを設計した。そこでは，モータ形状を多変数のパラメータで表し，タグチメソッドを用いる方法で最適設計した。そして，最適設計したモータを試作した。