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1 EVEX2011 出展者セミナー 車載用モータ評価の事例紹介 2011/10/13 Myway プラス株式会社 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 1 目次 1) イントロダクション Myway プラス株式会社のご紹介 2) 車載用モータ評価事例のご紹介 (IPM) 車載用モータ開発 / 評価事例 材料評価用ミニモデルモータ評価事例 生産ライン適用事例 (SRM) 車載用モータ評価事例 3) モータ / インバータ開発事例紹介 シミュレーション ~ プロトタイプ設計 ~ 車載品設計 ~ 評価 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 2 1

2 1) イントロダクション Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 3 Myway プラス株式会社の紹介 [ 所在地 ] 神奈川県横浜市西区花咲町 横浜花咲ビル [ 設立 ] 1993/7/27 [ 社員 ] 70 名 [ 事業内容 ] 以下パワーエレクトロニクス製品の研究 開発 販売 1. パワーエレクトロニクス用研究開発ツール 2. 電動車両用モータ バッテリおよびインバータの評価 検査システム 3. 電動車両用モータ インバータ及びバッテリ充電器の開発 製造 販売 4. 受託開発 製品試作 [ 役員 ] 代表取締役 CEO 楊仲慶取締役社長 COO 星野修非常勤取締役辛珉具 ( 漢陽大学ベンチャー協会名誉会長 ) 顧問技術担当深尾正 ( 電気学会元会長東京工業大学名誉教授 ) Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 4 2

3 PE-Inverter 分散型電源実証装置 PE-View pcube/aplⅡ PE-Expert3 pmotion Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 5 Myway プラスの開発実績 フライホイール UPS 産業機器 マトリクスコンバータ パワーエレクトロニクス技術 PE-OS Operating System for Power Electronics. 燃料電池 PV シミュレータ (APL) 分散型電源風力発電 アクティブフィルタ スマートグリッド EV 用急速充電器 太陽発電 BAT シミュレータ (APL) PSIM Simulation software for Power Electronics. センサレスエアコン 家電製品 SRM モータ制御 研究開発ツール PE-Expert Power Electronics Development Kits PE-Inverter e-engine Motor+Driver (Inverter) モータ評価システム (pmotion) 電動自動車 バッテリ充放電システム (pcube) 上記以外にも約 10 年で 1000 を超える 受託開発実績受託開発実績 があります 電動エアコン 電動ターボ Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 6 3

4 2) 車載用モータ評価事例のご紹介 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 7 IPM モータ評価事例 車載用モータ開発 / 評価事例 材料評価用ミニモデルモータ評価事例 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 8 4

5 モータ評価の必要性 1 モータの効率が 例えば自動車の走行距離などの性能に影響を及ぼすため ( 材料 構造評価 ) 2 モータの特性 ( トルクリプルなど ) が 例えば自動車の音や振動に影響を及ぼすため 3 モータの制御方式 ( 駆動インバータ ) により モータの性能にも影響がでる 4 材料の特性をモータにした状態で性能評価をする必要がある 5 モータ設計とモータ評価で性能に差が出る 実機での性能測定が重要 ( 特に駆動インバータに注意を払う必要がある ) Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 9 測定対象モータのスペック 車載用モータ 材料評価用ミニモデルモータ 項目モータ種類容量最大トルク最高回転数最大電流 仕様 IPM 60kW 216N m 9,000rpm 350Arms 備考 項目モータ種類容量最大トルク最高回転数最大電流 仕様 IPM 1.5kW 1.5N m 10,000rpm 5Arms 備考 車載用モータ ( 開発品 ) 車載用インバータ ( 開発品 ) Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 10 5

6 モータ評価システム全体構成 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 11 モータ評価システム全体構成 番号 ユニット名インバータラックモータベンチ 供試モータ駆動用マルチインバータ 負荷モータ駆動用インバータ DC/DC コンバータ 直流電源パワーメータデータロガー トルクセンサ操作用 PC 外部インバータ 内容主にインバータ コンバータ 直流電源 計測器から構成されています 全体の操作は専用の操作用 PC により行います モータベンチです 主に供試モータ 負荷モータ トルクセンサから構成されています 供試モータ駆動用のインバータです 電流制御または速度制御で供試モータを駆動します 負荷モータ駆動用のインバータです 回転数制御またはトルク制御で供試モータを駆動します 供試モータ駆動用インバータまたは外部インバータへ電力を供給します 負荷モータ駆動用インバータおよび DC/DC コンバータに電力を供給します モータ入出力パワーを計測します 計測値は操作用 PC に送られます モータの温度を計測します 計測値は操作用 PC に送られます (8ch) モータのトルクを計測します 計測値はパワーメータに送られます システム全体の操作を行います 供試モータ 負荷モータの駆動や測定データの取得 データの解析等を行います ユーザ所有のインバータを接続し評価することが可能です Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 12 6

7 モータ評価システム外観 マルチインバータパワーメータ (HIOKI3193) 負荷回生用インバータ DCDC コンバータ 操作用 PC 直流電源 10kW 級モータ評価システム Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 13 モータ評価システム外観 試験モータ 1.5kW 負荷モータ 10kW 級 トルクメータ 精度 以下 10kW 級モータベンチ Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 14 7

8 モータ評価システム外観 60kW 級モータ評価システム 60kW 級モータベンチ Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 15 マルチインバータのスペック 対象モータ容量に合わせインバータを選定しています 車載用モータ材料評価用ミニモデルモータ 項目容量直流電圧最大電流 スイッチング周波数デッドタイム 仕様 82kVA 0~400V 350Arms ~10kHz 4.0μsec~ 備考 項目容量直流電圧最大電流 スイッチング周波数デッドタイム 仕様 20kVA 0~400V 58.4Arms ~20kHz 3.5μsec~ 備考 保護回路 直流過電流直流過電圧交流過電流過熱ヒューズ溶断 保護回路 直流過電流直流過電圧交流過電流過熱ヒューズ溶断 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 16 8

9 モータベンチのスペック それぞれの計測用途にあったモータベンチを製作しています 車載用モータ材料評価用ミニモデルモータ 項目負荷モータ容量最大トルク最高回転数 仕様 IPM 60kW 216N m 9,000rpm 備考 項目負荷モータ容量最大トルク最高回転数 仕様 IM 11kW 42N m 10,000rpm 備考 トルク [Nm] 回転数 [rpm] トルク [Nm] 回転数 [rpm] Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 17 計測項目 A. 機械損失測定 B. 誘起電圧定数測定 C. 制御パラメータ測定 オートチューニング D. 抵抗測定 E. インダクタンス測定 ( 電流特性 ) F. 最大効率 MAP 測定 ( スイープ運転 ) id,iq 電流マップ生成 G. 減磁特性測定 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 18 9

10 製造ライン適用事例 モータ製造工程での適用事例をご紹介いたします Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 19 モータ製造検査のためマルチインバータが必要 システム構成 多品種に対応できる pmotion が活躍しています トルク指令 CAN トルクマップ 駆動条件 / 制御パラメータ Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved

11 pmotion 導入のメリット どんなモータでも回します 1 台のマルチインバータで多数のモータに対応可能です 様々な位置センサや駆動方式に対応しており 製品インバータの代わりに出荷試験などで活躍します オートチューニング機能マルチインバータのみでゲインオートチューニングが可能です モータ測定のための準備時間を大幅に短縮できます Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 21 SRM モータ評価事例 東京工業大学千葉明先生 ( 工学博士 FIEEE) 研究事例を紹介いたします 先生のご研究テーマ ( 一部 ): ハイブリッド自動車用モータ ( 特にスイッチドリラクタンスモータ ) 磁気浮上ベアリングレスモータ超高速モータとその駆動回路とコントローラの研究開発 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved

12 開発中のモータ Rotor core and shaft Stator core, windings and frame Rev2011/9/25 NEDO 報告資料より引用 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 23 開発ターゲット target: 2nd generation Prius The advantages of SRM No permanent magnet No rare earth material Low cost Robust in high temperature or high rotational speed The problems of SRM Ⅰ Low torque density Ⅱ Low efficiency Ⅲ Unique inverter circuit Ⅳ High noise and vibration In this project, the problemsⅠ and Ⅱ have been investigated. The target also includes competitive torque density with respect to the NeFeB IPM motor in the best seller HEV. All these problems are needed to be solved Rev2011/9/25 NEDO 報告資料より引用 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved

13 現状の開発サマリ SR motor has been developed in the same outer diameter and axial length. Developed SR motor is found to have competitive power and efficiency as well as torque density. The operating area of SR motor is found to be competitive to the IPMSM. High efficiency area is larger than that of the IPMSM. Now developed motor has been installed in a converted EV for further tests. Rev2011/9/25 NEDO 報告資料より引用 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 25 SRM 駆動用インバータ SRM 駆動用インバータ整流器トルク表示器 SRM Torque detector IG パワーメータ SRM 制御用コントローラ 変圧器 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved

14 SRM 制御コントローラ 電流制御方式はヒステリシス制御です DSP ボードから設定された電流指令値およびヒステリシス幅と電流検出機能により検出した電流検出値を基に 電流検出値が電流指令値 ± ヒステリシス幅に収まるようにゲート信号を生成し 自動的に電流を制御します 設定可能パラメータ ( 一例 ) 電流指令値 ( パルスの波高値 全相で共通の値を利用 ) θon,θoff( 相ごとに設定 ) ヒステリシス幅 ( 全相で共通の値を利用 ) 過電流検出値 ( 全相で共通の値を利用 ) Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 27 3) モータ / インバータ開発事例紹介 シミュレーション ~ プロトタイプ設計 ~ 車載品設計 ~ 評価 PSIM PE-Expert3/PE Expert3/PE-PRO/PE PRO/PE-View/PE View/PE-Inverter pmotion Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved

15 シミュレーションツール PSIM Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 29 Motor Drive Module 様々なモータやトルクセンサ 速度センサなどを用いて一括したシステムとしてシミュレーションすることができます モータの一例として 永久磁石同期電動機 (PM) 位置センサ類として アブソリュートエンコーダ 誘導電動機 (IM) インクリメンタルエンコーダ レゾルバ スイッチドリラクタンスモータ (SRM) ホールセンサ 30 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved

16 SimCoupler Module 制御部を MATLAB で作成し 主回路部を PSIM で作成してシミュレーションすることができます MATLAB/Simulink からの入力 MATLAB/Simulink への出力 SimCoupler ブロック MATLAB/Simulink 31 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 31 MagCoupler, MagCoupler-RT Module PSIM 回路中に JMAG モデルを組み込んで連携シミュレーションすることができます MagCoupler MagCoupler-RT JMAG と直接連成して計算を行なう モデルデータを読み込み計算を行なう JMAG-RTにてモータの JMAG-RT 構造を考慮したモデルモデルデータデータを生成 32 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved

17 SimCoder PSIM から制御用 C 言語プログラムを自動コード生成し コントローラへダウンロード プログラム実行することができます SimCoder PE-Expert3 を利用した開発ステップ PSIM PE-View PE-Expert3 1 PSIM で通常のシミュレーション 2 PSIM で対象ハードウェア素子を組込んでシミュレーション 3 SimCoder により C コード自動生成 4 PE-View 上でコンパイル 5 ダウンロード動作確認 33 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 33 プロトタイプ設計 PE-Expert3/PE-PRO/PE-View/PE-Inverter PE-Expert3 Expert3 コントローラ ( ラックタイプ ) モータ制御開発用コントローラ 多彩な専用ボードで研究開発を協力にサポート 浮動小数点型 DSP SRM 駆動ボードレゾルバボード ワンボード PE-PRO PRO コントローラ ( ワンボードタイプ ) モータ制御開発用コントローラ ワンボード化により車載インバータなどに組込みが可能 浮動小数点型 DSP 多 ch の IO インターフェース PE-View 開発環境 ( デバッグツール ) 専用ライブラリとリアルタイム波形表示ツールによりソフトウェア開発をスムーズに リアルタイム波形表示専用ライブラリ PE-Inveter インバータ PE-PRO や PE-Expert と簡単に接続 保護機能搭載のため壊れにくい 多彩な容量ラインナップ過電流過電圧保護機能 Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved

18 車載インバータ試作 電気自動車 (EV) をはじめ 電動バイク 電動アシスト自転車など様々な 移動体用のモータ インバータの試作開発を行なっております Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved. 35 モータ評価システム pmotion 供試モータを用意するだけで モータ評価に必要な機能を全て提供するのがこのシステムです 測定項目と測定条件を専用 GUI ソフトウェアから設定することで容易にモータ評価を行なうことが可能です Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved

19 ご清聴ありがとうございました Copyright (C)2011 Myway Plus Corporation. All Rights Reserved

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