成果報告書詳細
管理番号20100000002283
タイトル平成21年度-平成22年度成果報告書 「省エネルギー革新技術開発事業 先導研究(事前研究) 次世代エレクトロニクスモータの事前研究」
公開日2011/1/8
報告書年度2009 - 2010
委託先名学校法人芝浦工業大学 国立大学法人岐阜大学 国立大学法人九州工業大学 独立行政法人国立高等専門学校機構北九州工業高等専門学校 独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P09015
部署名エネルギー対策推進部
和文要約2025年にCO2排出量25%削減を達成するためには,国内消費電力の半分以上の電力を消費しているモータの高効率化が必須である。しかしながら希土類永久磁石を用いた高効率モータへの置き換えは,希土類供給リスク,ならびにインバータ追加によるコスト負担増により困難である。したがって,低価格で,小型高効率なモータシステム(モータ+インバータ)の開発が必要である.本事前研究では,モータ単体での改良が限界であることを鑑み,モータ単体の改良はもちろんであるが,それに追加して日本が優位性をもっているエレクトロニクス技術(半導体技術,モーションコントロール技術)を用いてモータの高性能化を実現することを目標とし,その研究課題と解決手法の妥当性を確認する事を目的として研究を行った。
研究結果として,各基盤技術の積み上げにより,低コスト高効率モータの実現に目処がついた。SRモータの問題である振動については多段モータ構造により-3dBをクリア,高出力化については高励磁状態のトルクが高価格Fe-Co材とほぼ同等であることを実証,鉄損については応力歪みの影響により実績1/6であり,1/2実現への課題を明らかにした。電流型インバータは電流方形波が通電可能なことを示し,これにより各相瞬時電流制御が高効率に実現可能である。さらに,SiCデバイスは目標である低オン抵抗,高耐圧,高速動作すべてをクリアし,インテグレーション技術については磁界がスイッチングデバイスに与える影響を明らかにし,通信方式への課題とした。さらにインテグレーションの動向を示し,世界の最先端技術が同一方向へ向かっていることを示した。
 本モータの実現による省エネ効果は以下のとおりである。
2020年(普及率10%) 78万kL/年
2030年(普及率30%) 233万kL/年
モータ単体の研究ではなく,インバータを含めたインテグレーション技術の研究は,個別要素については新規性が少ないものの,各技術の粋を結集したものであり,他国の追随を簡単に許す技術ではない。今後の日本は分解してすぐ解析可能な技術ではなく,このようなインテグレーション研究に力を入れていかなければならない。
英文要約itle: Research and Development Program for Innovative Energy Efficiency Technology, Exploratory research phase (Preliminary research) FY2009 - FY2010, "Pleliminary research of Electronics Motor", Final Report.
Over half of electric consumption is resumed by the electrical machine in Japan, the development high efficiency motor is necessary to reduce over 25% CO2 until 2025. However, it is difficult to replace the motor, Induction Machine has been generally used, to the high efficiency PM motor which uses rare earth magnet because the use of the rare earth magnet has a risk of constant import, also the inverter should be added and it leads to increase the cost. Then, the low cost high efficiency motor system which includes the motor and the inverter should be developed. In this research, a development of the high efficiency motor system which uses not only the improved motor but also the electronics techniques, the semi-conductor technology and motion control technology, is a target to realize the high potential motor. Since this research itself is a prior research which develop term is limited as an year, the research objective is to clear “what is the problem” and “How do we solve this problem” to develop the motor.
As a result of our research, it can be seen that the high efficiency and low cost machine will be realized by the following techniques.
* A low cost SR motor: The vibration problem is solved by using a multi core stator structure. -3db vibration reduction was achieved by proposed structure.
* A high power density and high efficiency magnet core: An oriented core is used at the high flux density condition. The output torque was as similar high as the Fe-Co core, the iron loss, 1/6 of the non-oriented core was reduced.
* A high efficiency current source inverter: The current source inverter schematic was proposed to add the square current wave form to the motor which has a high inductance. The low voltage switching device can be used by the proposed voltage clamp current source inverter.
* A high voltage low resistance SiC device: Over 1200V very low resistance device was developed. Also very fast switching frequency was achieved.
* A system integration technique: The effect of the magnetic fields to the switching device was figured out. Also the survey of the integration technique was achieved.
By using these results, the integrated electronics motor can be realized. It is possible to reduce the oil consumption 780,000 kL/year at 2020 in case that 10% of the machine is replaced to the proposed machine.
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