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

利用载波谐波的空心谐振耦合旋转变压器集成无源变磁通电机研究

• 批准号: 22H01467
• 负责人: 青山 真大
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Shizuoka Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01467/
• 关键词: 可変界磁; 回転トランス; 巻線界磁; キャリア高調波; 自己励磁; ダイオード整流; 電磁界解析; 非接触給電; 無線電力伝送

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。

这项研究是由两种基本技术的研究结果合并到“被动可变场磁化”和“空气核心不对称磁场分布”中创建的。今年，我们进行了拟议原则的原型，并测试了实际机器。这项研究中的一个重要元素技术是向转子绕组提供载体谐波，而载体谐波不可避免地会通过被动驱动的旋转变压器接触到转子绕组。为了验证上述，通过电磁场分析进行了旋转变压器的磁路设计。在被动驱动的系统中，为了有效利用载流子谐波作为场能源，有必要使用极低的电感旋转变压器。因此，尽管采用了空气核心结构，但在空气核心结构的情况下，人们担心由于泄漏磁通量将降低功率传输效率。可以与电动机结合并形成不对称磁场的旋转变压器，并通过模拟进行了原型。原型旋转变压器与绕组磁场电动机结合使用，旋转变压器的功率传输侧直接与电枢绕组并行连接，而无需使用电源转换器。电力传输侧线圈构成了LC系列共振电路，载波谐波作为共振频率，因此只有载波谐波绕过旋转变压器侧，并被动地构成了使用BPF（带通滤波器）的载波谐波的旁路。在使用原型的实际机器验证中，1）通过使用载波谐波使用被动可变磁铁，2）可变速度特性和3）通过调节载波频率进行调整，改善了扭矩。此外，仅用旋转变压器进行实验，并在实际机器上确认，当旋转变压器由三相PWM控制驱动时，空气芯结构可以减少泄漏磁通量，同时允许幂传递到被动线圈侧。当前，为了简化旋转变压器的结构，我们正在考虑转换PCB（印刷电路板），并在更改调制方法以提高系统效率时还检查性能评估。它可以在研究计划中毫不延迟实施。

项目成果

ニューカッスル大学(英国)

纽卡斯尔大学（英国）