Study of Air-Core Resonance Coupling Rotary Transformer Integrated Passive Variable Flux Motor Utilizing Carrier Harmonics

本研究は、研究代表者の2つの基盤技術「受動可変界磁」と「空芯非対称磁界分布」の研究成果の融合により創出された課題である。本年度は、提案する原理を小型試作機を試作して実機検証を行った。本研究の重要な要素技術は、モータ制御上不可避に発生するキャリア高調波を、受動駆動する回転トランスを介してロータ巻線に非接触給電する点である。上記を実機検証するために、電磁界解析によって回転トランスの磁気回路設計を行った。受動駆動するシステムにおいて、キャリア高調波を効率よく界磁エネルギー源に利用するためには極低インダクタンスな回転トランスとする必要がある。そのため、空芯構造を採用するが空芯構造の場合、漏れ磁束による電力伝送効率低下が懸念される。シミュレーションによってモータと組み合わせ可能で非対称磁界を形成する回転トランスを設計し、試作した。試作した回転トランスを巻線界磁形モータに組み合わせ、回転トランスの送電側は電力変換器を介することなく、電機子巻線に直接並列結線する構成とした。キャリア高調波のみが回転トランス側にバイパスするように送電側コイルはキャリア高調波を共振周波数とするLC直列共振回路を構成し、BPF（バンドパスフィルタ）によって受動的にキャリア高調波用のバイパスを構成した。試作機による実機検証では、①キャリア高調波を利用した受動可変界磁によるトルク向上、②可変速特性、③キャリア周波数可変による界磁調整を実証した。加えて、回転トランス単体での実験を行い、回転トランスを三相PWM制御で駆動させたときに空芯構造で漏れ磁束を低減しながら受動コイル側に電力伝送できることを実機で確認した。現在、回転トランスの構造の簡素化のため、PCB（プリント基板）化の検討および、システム効率の向上のため変調方式を変更したときの性能評価の検討を行っている段階である。研究計画に対して遅れることなく実施できている。

本研究は、研究代表者の2つの基盤技術「受動可変界磁」と「空芯非対称磁界分布」の研究成果の融合により創出された課題である。本年度は、提案する原理を小型試作機を試作して実機検証を行った。本研究の重要な要素技術は、モータ制御上不可避に発生するキャリア高調波を、受動駆動する回転トランスを介してロータ巻線に非接触給電する点である。上記を実機検証するために、電磁界解析によって回転トランスの磁気回路設計を行った。受動駆動するシステムにおいて、キャリア高調波を効率よく界磁エネルギー源に利用するためには極低インダクタンスな回転トランスとする必要がある。そのため、空芯構造を採用するが空芯構造の場合、漏れ磁束による電力伝送効率低下が懸念される。シミュレーションによってモータと組み合わせ可能で非対称磁界を形成する回転トランスを設計し、試作した。試作した回転トランスを巻線界磁形モータに組み合わせ、回転トランスの送電側は電力変換器を介することなく、電機子巻線に直接並列結線する構成とした。キャリア高調波のみが回転トランス側にバイパスするように送電側コイルはキャリア高調波を共振周波数とするLC直列共振回路を構成し、BPF（バンドパスフィルタ）によって受動的にキャリア高調波用のバイパスを構成した。試作機による実機検証では、①キャリア高調波を利用した受動可変界磁によるトルク向上、②可変速特性、③キャリア周波数可変による界磁調整を実証した。加えて、回転トランス単体での実験を行い、回転トランスを三相PWM制御で駆動させたときに空芯構造で漏れ磁束を低減しながら受動コイル側に電力伝送できることを実機で確認した。現在、回転トランスの構造の簡素化のため、PCB（プリント基板）化の検討および、システム効率の向上のため変調方式を変更したときの性能評価の検討を行っている段階である。研究計画に対して遅れることなく実施できている。