半波整流ブラシなし同期電動機の電気自動車への応用に関する研究

本年度の研究では,「半波整流ブラシなし同期電動機」を電気自動車駆動用電動機として利用するために回転子形状,永久磁石の大きさや配置位置,巻線形式などの電動機設計の指針を得て,研究室実験では実現できない高速回転時のシミュレーションを行った。また本電動機は,強め界磁や弱め界磁運転を最も効率よく行うことのできる励磁電流が速度やトルクに対して存在するため,本電動機の特性を最大限に引き出す「最適制御」を確立した。また,コスト増や信頼性の低下を招くメカニカルセンサを不要にするための「センサレス制御」を低速域に重点をおいた研究を行った。(1) シミュレーションによるモータの最適設計本電動機の励磁方法は半波整流励磁方式と永久磁石による励磁方式を併用することで高効率を目指しており,回転子磁極に永久磁石を配置するために,最適な配置方法の検討が必要である。本研究において,永久磁石は回転子磁極表面に配置し,その厚さや幅に最適な形状があることがわかり,シミュレーションにより最適な磁石配置を検討した。また,永久磁石の性能によっても最適な形状を検討する必要があり,3種類程度の永久磁石を例にとり,解析を行った。(2) 「最適制御」を応用したシミュレーション定トルク運転時や定出力運転時における,トルク電流と励磁電流の最適な関係を導出し,最適制御を確立した。この制御法を用い,我々の研究室では実現できない高速領域でのシミュレーションを行い,シミュレーション上ではあるが良好な結果を得た。(3) センサレス制御法の確立本研究で用いているセンサレス制御法では,固定子に供給する電圧波形を観測する必要があり,制御系の遅れやノイズによる位置の測定誤差が生じるため,DSP等を用いたセンサレスシステムを作成し,高速な位置推定を行い,位置の推定精度を向上した。今後,本研究対象である「半波整流ブラシなし同期電動機」と他の電気自動車駆動用モータ(誘導機,永久磁石モータ)との特性比較などを行い,本電動機の有用性を確認していきたい。

本年度の研究では,「半波整流ブラシなし同期電動機」を電気自動車駆動用電動機として利用するために回転子形状,永久磁石の大きさや配置位置,巻線形式などの電動機設計の指針を得て,研究室実験では実現できない高速回転時のシミュレーションを行った。また本電動機は,強め界磁や弱め界磁運転を最も効率よく行うことのできる励磁電流が速度やトルクに対して存在するため,本電動機の特性を最大限に引き出す「最適制御」を確立した。また,コスト増や信頼性の低下を招くメカニカルセンサを不要にするための「センサレス制御」を低速域に重点をおいた研究を行った。(1) シミュレーションによるモータの最適設計本電動機の励磁方法は半波整流励磁方式と永久磁石による励磁方式を併用することで高効率を目指しており,回転子磁極に永久磁石を配置するために,最適な配置方法の検討が必要である。本研究において,永久磁石は回転子磁極表面に配置し,その厚さや幅に最適な形状があることがわかり,シミュレーションにより最適な磁石配置を検討した。また,永久磁石の性能によっても最適な形状を検討する必要があり,3種類程度の永久磁石を例にとり,解析を行った。(2) 「最適制御」を応用したシミュレーション定トルク運転時や定出力運転時における,トルク電流と励磁電流の最適な関係を導出し,最適制御を確立した。この制御法を用い,我々の研究室では実現できない高速領域でのシミュレーションを行い,シミュレーション上ではあるが良好な結果を得た。(3) センサレス制御法の確立本研究で用いているセンサレス制御法では,固定子に供給する電圧波形を観測する必要があり,制御系の遅れやノイズによる位置の測定誤差が生じるため,DSP等を用いたセンサレスシステムを作成し,高速な位置推定を行い,位置の推定精度を向上した。今後,本研究対象である「半波整流ブラシなし同期電動機」と他の電気自動車駆動用モータ(誘導機,永久磁石モータ)との特性比較などを行い,本電動機の有用性を確認していきたい。