スイッチトリラクタンスモータの制御について

顔写真

氏名
中沢吉博
E-mail
nakazawa@akita-nct.ac.jp
職名
助教
学位
博士(工学)
所属学会・協会
電気学会
キーワード
電気機器、スイッチトリラクタンスモータ
技術相談
提供可能技術
・スイッチトリラクタンスモータの制御
・VHDL言語によるFPGAを用いたモータコントローラの実装
・MATLAB Simulinkを用いた回転機のシミュレーション

研究内容

スイッチトリラクタンスモータの高効率制御および位置センサレス制御

 省エネルギー化の必要性が増していく中で、ネオジウム磁石に代表される高磁力な希土類永久磁石を使用した高効率モータの需要が高まっている。しかし、希土類の埋蔵量は非常に少なく、価格高騰および安定供給に問題があることが懸念されている。この問題の解決策の一つとして、レアアースを使用しないスイッチトリラクタンスモータ(SRM:Switched Reluctance Motor)が次世代の産業・民生用モータとして注目されている。SRモータは回転子に巻線がないため、堅牢、低コスト、高回転に耐え、また永久磁石がないために熱減磁や磁石割れの問題がない。しかし原理上、回転子を励磁するためのエネルギーが必要なため、永久磁石型同期モータと比較して効率および力率面で劣る。また、励磁タイミングを決めるために回転子位置情報が必要である。そのため、位置検出器を別途用意する必要があり、その分コストも高くなる。そこで、以下の2つのテーマについて研究を行っている。

1.制御による高効率化・高力率化
 SRモータの効率改善策として、モータ形状の最適化と制御による最適化がある。形状最適化による高効率化に関しては多くの研究成果があるが、制御による高効率化に関する研究は多くはない。これら制御によるモータ効率最適化に関する提案方法は、全ての動作点において、良いモータ効率が得られることは保障しておらず、制御による高効率化に関しては不明なことが多い。
 これまで、磁気エネルギーに基づくSRモータのトルク発生原理に基づいて、SRモータの発生トルクがインダクタンスの空間変化率と電流に比例することに着目し、空間変化率が最大となる位置を中心に励磁を行うシングルパルス制御法の着想に至った。そしてMATLAB Simulinkを用いたシミュレーションおよび実機試験において、励磁区間を固定する120°通電電圧PWM制御法(従来法)と比較することで、その有効性を確認してきた。今後は電流不連続・電流臨界・電流連続モードによるモータ効率および力率改善効果について検討を行う。

2.位置センサレス制御
 
検出した相電圧・電流を用いて間接的に回転子位置を推定する回転子位置推定法を提案し、シミュレーションにより検討を行ってきた。提案する回転子位置推定法は、2次元静磁場解析を用いて得られた回転子位置、相電流における鎖交磁束の値を出力する鎖交磁束テーブルを使用する。鎖交磁束テーブルから最小二乗法により、各相電流に対して鎖交磁束から回転子位置を求める近似式を導出し、この近似式を用いて誘起電圧を積分することで得られる鎖交磁束と相電流から回転子位置を出力する回転子位置推定テーブルを作成する。この回転子位置推定テーブルから出力される回転子位置推定値を使用することで、位置センサレス制御を行うことができる。今後はCDリンク電圧から相電圧を推定することにより相電圧センサを省略し、さらに低コストな位置センサレス制御法について検討を行う。

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