成果報告書詳細
管理番号20120000000420
タイトル平成20年度~平成23年度成果報告書 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 要素技術開発 レアアースレス電動機に適用可能なセンサレス制御に関する研究開発
公開日2012/6/27
報告書年度2008 - 2011
委託先名国立大学法人徳島大学
プロジェクト番号P07001
部署名スマートコミュニティ部
和文要約新しいセンサレス制御によりレアアースを使わない電動機制御システムが、電気自動車に求められる駆動性能を達成することを目標として研究開発を行った。
本研究プロジェクトでは、交流電動機として本委託研究の主目標に沿ってレアアースを全く使わない構造の交流電動機を開発するとともに、本学で開発した新しいセンサレス制御を適用したインバータ駆動電動機制御システムの研究開発を行った。
本研究開発の目標は以下のとおりである。
1.レアアースレス誘導同期電動機をセンサレス制御で、逆回転トルクを発生しないで、確実に一定方向に始動できること。
2.インバータの正弦波PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御による始動から、高速でのワンパルス方形波駆動まで連続的なセンサレス制御を可能とすること。
3.レアアースレス誘導同期電動機をセンサレス制御で駆動し、毎分250回転(8極機)で、定格の200%以上のトルクを発生すること。
4.レアアースレス誘導同期電動機をセンサレス制御で毎分1.5万回転(8極機)以上の高速回転で電動機出力密度(0.5kW/kg)を可能とすること。
本研究では、電気自動車の主電動機駆動用電動機として、レアアースを一切使わない同期リラクタンス電動機と誘導電動機構造を組み合わせた構造の新しい誘導同期リラクタンス電動機を試作し、新しいセンサレス制御による電動機駆動システムを構築し、研究を行った結果、以下の成果が得られ、上記の目標を達成することができた。
1試作の誘導同期リラクタンス電動機を新しく提案したセンサレス制御により、逆回転トルクを発生しないで、確実に一定方向に始動できることを実験で実証した。
2インバータの正弦波PWM制御による始動から、高速でのワンパルス方形波駆動まで連続的なセンサレス制御が達成できることを実験で実証した。
3試作の誘導同期リラクタンス電動機をセンサレス制御で駆動し、毎分100回転(4極機)で、300%以上の発生トルクが得られることを実験で実証した。
4試作の誘導同期リラクタンス電動機(2kW、4極)に対して、センサレス制御により高速回転(毎分1.5万回転)と電動機出力密度(0.57kW/kg)を実験で実証した。
 なお、3,4に関しての試験電動機として、8極機での実証試験を設定していたが、毎分1.5万回転での運転するときのインバータの駆動周波数が極めて高くなり、スイッチング素子での回路損失が増加することと、リラクタンス電動機を構成するフラックスバリア回転子構造の電動機のとしては、遠心力の影響による構造上の観点などから4極機で試験を行った。
さらに、本研究成果が当初の目標としている電気自動車への適用できる容量レベルでの実証試験を行うために6極、15kWの誘導同期リラクタンス電動機を試作して実験を行った結果、実用的な観点からも十分な駆動特性を得ることができた。
本研究成果は、電気自動車やハイブリッド車における今後の低コスト化と高信頼性化等の観点から、次世代用電気自動車の駆動システムの開発の一助になるものと確信している。
英文要約The new sensor-less control method has the feature in which any arbitrary electric motor can be controlled without using any sensors and the motor model parameters. In this research project, the main objective is to develop a new sonsor-less control system of the electric motor without using any rare-earth magnets for electric vehicles
The goals of the research and development of this project are as follows;
1) First, in the sensor-less motor control system, it is able to start reliably in any given direction without causing a reverse rotation torque.
2) Second, make it possible to continuously control the motor from starting operation by the sine wave PWM control method to the square wave drive at high speeds.
3) Third, the electric motor without using any rare earth magnets can generate the higher torque more than 200% of the rated torque under the (8-pole machine) 250 rotation per minute by the sensor-less control.
4) Fourth, the motor control system proposed using the electric motor without using any rare earth magnets can be achieved in a high output drive (0.5kW/kg) and high-speed rotation of up to (8-pole machine) 15 000 rotation per minute.
We developed ever the new sensor-less motor drive system suitable for an AC motor without using any rare-earth materials as the main drive motor for the electric vehicle. In this system, we proposed and investigate the new sensor-less motor control system to improve the driving characteristics of the induction synchronous-reluctance motor.
It can be confirmed the successful operation the sensor-less control system and then all the above four research targets can be satisfied by the proposed motor driving system from some experiments for an induction synchronous reluctance rare earth-less motor (2kW,4pole) as next.
1) Rotation driving in a given direction.
2) Continuous PWM control from the sinusoidal to the square waveform
3) Higher torque more than 300% at 100 rpm low speed.
4) Higher power density than 0.5kW/kg and 15000 rpm high speed operation
We also manufactured the large capacity induction synchronous reluctance motors (15kW, 6 poles ) in order to verify the practicality of electric vehicles
From the viewpoint of low cost and high reliability of electric vehicles and hybrid vehicles, we think this project research make it possible to contribute to the development of next-generation electric vehicle drive system in the near future.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る