一般講演

5-001

横磁束構造を用いたダブルギャップ型Zθアクチュエータの研究

◎森田真仁・部矢 明・高原一晶・新口 昇・平田勝弘（大阪大学）

Zθアクチュエータは、1台で独立に回転・直動動作を実現可能であるため、高精度かつ小型・軽量な二自由度位置決め機構としての応用が期待できる。これまで、永久磁石同期機の原理を使ったアクチュエータをはじめとした様々なZθアクチュエータが提案されている。本稿では、推力密度の向上を目的として、横磁束型リニア電磁アクチュエータの基本原理を応用し、エアギャップを二つ有するZθアクチュエータを提案する。そして、コギングトルク・ディテント力を低減する構造を示す。最後に、三次元有限要素法を用いた磁場解析により、その推力・トルク特性を明らかにする。

5-002

粒子法と磁気モーメント法を用いたボンド磁石の射出成形プロセス解析

◎高島雄介・平田勝弘・宮坂史和（大阪大学）・山本 哲・伊藤正敏・西河尚志（ダイキン工業）

ボンド磁石は，磁石粉末と樹脂を混ぜて成形した磁石である．複雑な形状に成形できるため様々な分野に応用されているが，成形条件によって密度や磁気特性にばらつきがあるという欠点がある．現在は，経験によって成形条件を実験的に決定しているため，成形中の挙動を制御することが困難である．そこで，ボンド磁石の射出成形における支配的なパラメータを数値シミュレーションによって明らかにすることは非常に重要である．本研究では，粒子法による流体解析，温度解析と磁気モーメント法による磁場解析を用いた連成解析手法を開発し，充填時の樹脂の挙動予測を試みた．

5-003

密度法とレベルセット法を併用したトポロジー最適化によるリニア同期モータの推進力最大化に関する検討

◎荒瀬浩平・岡本吉史（法政大学）・若尾真治（早稲田大学）

磁界解析を援用した電気機器の高効率設計を行う方法として，トポロジー最適化（TO）がある．レベルセット（LS）法では，物体の輪郭部分にのみグレイスケールが生成されるため，手堅い形状最適化手法である．しかし，収束する構造は初期構造の依存性が高いため，複数の初期構造をTO前にお膳立てする必要がある．そこで本論文では，LS法の初期形状に，Continuation法を実装した密度法から得られる構造を採用することで，密度法とLS法を併用したTO手法を提案する．提案手法を簡易リニア同期モータモデルに適用し，その結果を報告する．

5-004

推力/電流比を向上する半波整流自励方式リニア同期モータの最大推力/電流制御

○平山 斉・川畑秋馬（鹿児島大学）

本論文では，巻線界磁形リニア同期モータの界磁巻線をダイオードで単相短絡し，電機子側から界磁巻線に誘導される起電力をダイオードで半波整流することで界磁磁束を得る，自励式かつ可変界磁でありレアアースレスリニアモータである半波整流自励方式リニア同期モータで，従来の制御法に比べてより推力/電流比を向上した新たな最大推力/電流制御を提案する。実験により，従来の制御法に比べて推力/電流比が向上すること，また無負荷ではあるが種々の速度での駆動において電圧，入力電力の低減および力率の向上を確認し，提案する最大推力/電流制御の有用性を示したので，その結果について報告する。

5-005

フリーピストン式エンジン発電機のばね共振を利用した始動方法

◎後藤拓海（信州大学）・長沼 要（金沢工業大学）・楡井雅巳（長野工業高等専門学校）・鈴木 樹・鄭 建平・佐藤光秀・水野 勉（信州大学）

フリーピストン式エンジン発電機は，次世代のハイブリッド自動車への適用が期待されている。エンジンを始動させるにはピストンを高周波で駆動させる必要がある。しかし，リニアモータの推力を利用しピストンを高周波駆動させる場合，推力には限度があり，消費電力も大きくなってしまう。そこで本論文では，ばねの機械共振を利用し高周波でピストンを駆動させることで，エンジンの始動に必要な推力を低減したので報告する。

5-006

極零配置に基づくリニアサーボモータの2自由度PID位置制御器の簡易設計法の検討

◎黒木顕士郎・平原英明・山本 修（職業能力開発総合大学校）

リニアサーボモータ(LSM)は，高速，高精度な位置決め装置として，工場内の搬送装置や工作機械に広く用いられている．このLSMを用いたシステムの制御器には，主にPID制御器が用いられているが，制御ゲインを最適に設計して適切な応答を得るためには，制御器をシステムに実装後，試行錯誤的に制御ゲインを調整しなければならず，生産現場の作業効率を低下させる一因となっている．そこで著者らは，簡単な算定公式から一定の最適性を有する制御ゲインを一義的に決定できる2自由度PID位置制御器の簡易設計法を提案している．本論文では，この設計法の零極配置を拡張した新しい2自由度PID位置制御器の簡易設計法について検討した結果を報告する．

5-007

三次元磁極構造を用いた電動機の磁極子小型化による推力密度向上

◎林 俊平（神戸製鋼所）

産業機械の性能向上や電動機適用範囲拡大を目的に電動機の推力密度向上を検討しており，これまでに三次元磁極構造を用いることで表面磁石型の電動機構造に比べて発生磁束の増加による推力密度向上を確認している。今回電動機体積あたりの電磁力が作用する面を大きく構成した直動電動機を対象に本磁極構造を適用させることで，更なる推力密度向上の可能性をFEM解析上で見出したので報告する。発生磁束の増加に加えて磁極子の小型化によって，従来の円筒型構造に比べて約2倍となる3.36[MN/m^3]まで推力密度が向上する可能性を見出した。

5-008

Bearingless Motor with Passive Electrodynamic Axial Suspension

◎Guilherme Cavalcante Rubio・千葉 明（東京工業大学）

Bearingless motors have applications where mechanical contact should be avoided and highly reliable operation is a must. This paper presents results obtained through Finite Element Analysis (FEA) of a bearingless motor that is passively stabilized in the axial direction by null-flux 8-figure coils. An improved motor structure is proposed, with increased flux linkage, to obtain higher electrodynamic stiffnesses at low rotational speeds.

5-009

高速ロータが磁気浮上する磁気ギアとベアリングレスモータのハイブリッド回転機の提案

◎熊代 明・千葉 明（東京工業大学）

近年，ロボット分野や自動車産業の電動化の発展に伴い，小型かつ高トルクのモータの需要が増加している．このような用途に対して一般的に使用されるのは，高速モータと機械的減速機の組み合わせであるが，摩擦損やメンテナンスが必要であるといった問題がある．そこで本稿では磁気ギアと高速ロータを組み合わせ，さらに高速ロータを磁気支持したモータを提案し，実現性について検討する．

5-010

コンシクエントポールベアリングレスモータにおけるトルクと角度誤差の関係

◎野口孝浩（東京工業大学）・杉元紘也（東京電機大学）・千葉 明（東京工業大学）

本稿では，コンシクエントポールベアリングレスモータにおける，トルクと角度誤差の関係について検討する。固定子と回転子のエアギャップ部の磁束密度に着目し，角度誤差発生の要因を明らかにする。

5-011

3軸一体能動制御磁気軸受における非線形補償器特性による位置制御性の比較

◎西出圭吾・部矢 明・平田勝弘（大阪大学）

磁気軸受は電磁力によって回転軸を浮上させ非接触支持を行う軸受である。非接触・オイルレスという特徴により低摩擦、無摩耗、流体汚染のリスクがない等の利点がある。システムの大型化を避けるためにラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受を一体化させた3軸一体型磁気軸受が提案されており、その1つに非対称構造電磁石型がある。高温ターボ機械等への搭載を想定し、永久磁石を用いず大支持力を発生可能である。しかし複数軸方向の支持時に干渉が生じるという課題があり、非線形補償器を用いた干渉抑制手法が提案されているが、その特性による制御性の違いは検証されていない。 本研究では2モデルの非線形補償器について、外乱応答と感度関数の観点から制御性を比較した結果を報告する。

5-012

電磁吸引方式と誘導反発方式を兼ねた双方向磁気支持の提案

◎藤田 僚・鳥居 粛（東京都市大学）

非接触搬送方式として，常電導電磁石と強磁性体との間に働く吸引力を利用する電磁吸引方式(EMS)と，渦電流による磁束で反発し浮上する誘導反発方式(EDS)がある。本研究ではこの2つの磁気浮上方式を用いて，1つの交流電磁石で吸引と反発の双方向による磁気支持方式を提案する。浮上対象物は鉄とアルミニウムの合板を用いる。低周波域ではEMSの原理で吸引する。高周波域では表皮効果によってEDSの原理で反発する。電磁界解析ソフトを用いた吸引力及び反発力の計算を行なった。電磁界解析によって電磁石1つで電磁力が双方向で発生可能であると示し，その特性は浮上対象物の規模で可変であると示した。

5-013

dq軸電流制御磁気浮上式リニアモータの基礎特性

◎奥原拓人・大島政英（公立諏訪東京理科大学）・小幡真之（コマツNTC）

工場では、生産性向上の観点から搬送システムのメンテナンスフリー、長寿命化、省電力化の要求が高くなっている。これらの要求を満たすために、著者らがすでに提案しているdq軸電流制御ベアリングレスモータの原理を基にしてリニアモータ(dq Linear)を提案する。dq Linearは非接触ドライブによるメンテナンスフリー、長寿命化、ゼロパワー制御による省電力化が可能である。本稿では、永久磁石と巻線コア間の吸引力とギャップ長の関係から、ゼロパワー制御可能なこと、可動部が鉛直方向に変動しても、d軸電流によりゼロパワー可能なギャップ長に制御できることを有限要素解析(FEA)により明らかにする。また、q軸電流と推進力の関係も合わせて明らかにした。

5-014

同心円状Halbach配列永久磁石側面に現れる磁場分布を利用したマイクロ発電の試み

◎石井楓生・佐藤貴大・酒井孝輔・国文荘太・伊藤 淳・鈴木晴彦（福島工業高等専門学校）

発電機構に関してはPG 円板の非接触磁気支持性能への影響を避けるため，静電誘導による検討を進めてきたが，同心円状Halbach アレイの側面に形成される磁場分布（磁場勾配）を利用した発電機構の検討に着手した．

5-015

IPM 可変磁力モータの負荷時の可変磁力特性

◎姜 佳維（東洋大学）

永久磁石モータは他方式の従来モータよりも高効率であるため、小容量から大容量に拡大している。最近では、永久磁石モータは小形で高出力であるため、電気自動車モータや風力発電機に適用されている。可変速運転や部分負荷を含めた総合効率の点から永久磁石の磁力を可変にすることは重要な課題になっている。そこで、最近、可変磁束モータが研究させている。その一方法である可変磁力モータは、永久磁石の磁化状態をモータ電流で変化させ、磁束を可変する。本研究では、可変磁力モータの特性向上のための基本検討を行う。

5-016

希土類ボンド磁石を用いた非対称磁極構造IPMSMの検討

○吉田征弘・柳沢敏輝・田島克文（秋田大学）

希土類ボンド磁石は，ネオジム焼結磁石と比べると磁力が落ちるものの，形状自由度が高く渦電流が発生しないといった利点からモータへの適用が検討されているが，残留磁束密度が低いため，高トルク化が課題である。そこで筆者らは，希土類ボンド磁石を使用した非対称磁極構造の埋込磁石形同期モータ（IPMSM）の高トルク化について検討を進めている。非対称磁極構造により，磁力の劣る希土類ボンド磁石のみを使用し，ネオジム焼結磁石を使用したベースモデルに対して概ね同等の最大トルクを出力可能な非対称磁極構造IPMSMモデルの検討を行ったので報告する。

5-017

透磁率変調技術に基づくIPMモータの瞬時界磁制御を利用したトルクリプル抑制法

○岩間清大・野口季彦・青山真大（静岡大学）

筆者らは運転領域拡大および高効率化を図って磁性材料の磁気飽和現象を利用した可変界磁制御技術である透磁率変調技術について提案してきた。本稿ではこの透磁率変調技術をトルクリプル抑制に適用することを検討する。本稿で提案するトルクリプル抑制法は，透磁率変調技術に基づくIPMモータが透磁率変調用の電流によって瞬時界磁制御を実現できることから，変調用電流によってトルクを制御することが可能である。本稿では，透磁率変調技術に基づくIPMモータのトルクを定式化し，任意次数のトルクリプルを抑制するために通電する変調用電流を導出する。さらに電磁界解析を利用して，定式化の妥当性および本手法の有用性を検討する。

5-018

埋込磁石同期電動機のトルクリプル極小化に関する検討－Part I：ギャップ磁束密度の時間・空間高調波による発生メカニズム解明－

○山崎克巳（千葉工業大学）

本論文は，埋め込み磁石同期電動機におけるギャップ磁束密度の時間・空間高調波成分がトルクリプルを生み出すメカニズムについて理論的考察を行い，実機の分析例を示す。

5-019

埋込磁石同期電動機のトルクリプル極小化に関する検討－Part II：回転子表面形状最適化による特定次数ゼロトルクリプル化－

山崎克巳・◎宇都宮健人（千葉工業大学）

本稿では，埋込磁石同期電動機の回転子表面形状を最適化することにより，高調波回転磁界の発生状況を変え，トルクリプルを極小化することを試みる。

5-020

永久磁石同期機における電機子巻線損失の発生要因分析－並列丸線と角線の比較－

山崎克巳・◎波良駿希（千葉工業大学）

永久磁石同期機における電機子巻線に流れる全ての電流の表皮効果と近接効果を考慮した電磁界解析を用いて，電機子巻線で発生する全ジュール損を各損失に分離して求め，並列丸線と角線の損失を比較する。

5-021

強磁力磁石・低鉄損材料を用いた小型高速化IPMSMの実機による損失評価

◎西尾湧貴・真田雅之・森本茂雄・井上征則（大阪府立大学）

環境問題への対策としてハイブリッド車(HEV)や電気自動車(EV)が注目を集めている。これら自動車駆動用モータには小型・高効率であることが求められている。これらの要求を満たすモータとして埋込磁石同期モータ(IPMSM)が広く用いられており，これまでに筆者らは，強磁力磁石・低鉄損材料を用いたHEV用IPMSMについて検討を行ってきた。その結果，小径化した2層構造モデルにおいて出力密度が向上し，高効率範囲が広くなり，最高速度時における機械的強度も確保できることを示した。本論文では，小型高速化した2層構造IPMSM 試作機の特性について実機試験により，従来の1層V字型IPMSMとの比較を行っている。

5-022

簡易化された固有直交分解法によるIPMモータの高速解析 -高調波鉄損算出-

◎岡本和也（北海道大学）・坂本宏紀（明電舎）・五十嵐 一（北海道大学）

近年，電気モータの開発ではモータ性能を評価するために制御系と連成した動的シミュレーションが重要な役割を担っている．その中で，磁界の分布から求められる鉄損や加振力のような場の特性を高速に評価することが求められている．PODによるモデル縮約法では，縮約された非線形方程式を解くことになるため十分高速にそれらの特性を求めることができなった．そこで，著者らは非線形方程式を解くことなく磁界を高速に復元できる手法を提案し，トルク特性や基本波のみ考慮した鉄損等の評価を高速かつ高精度に行えることを示した．本研究では，提案された手法を用いて磁束密度の高調波まで考慮した鉄損の算出について検討したので報告する．

5-023

フラックスバリア・鉄芯・永久磁石の構造変化を考慮したIPMモータのマルチマテリアルトポロジー最適化

◎山下祐輝・岡本吉史（法政大学）

近年，電磁界数値解析は，電気機器設計現場において，必須の技術となった．さらに，トポロジー最適化（TO）を援用した内部埋込式永久磁石（IPM）モータの設計最適化が盛んに行われている．著者らは，永久磁石の磁化角を設計パラメータに付加したマルチマテリアルレベルセット（LS）法を提案し，IPMモータの高トルク・低振動・低鉄損へ適用した．本稿では，当該手法を電気学会Gモデルへ適用し，LS法に基づくTOから得られたロータ構造を考察する．

5-024

関数展開法を用いた実数値遺伝的アルゴリズムによる磁石埋込式同期電動機の電磁気・構造トポロジー最適化

◎子田 陸・澤田浩幸・岡本吉史（法政大学）・若尾真治（早稲田大学）

近年，設計目標を満足する機器の形状・寸法を自動的に推定できるトポロジー最適化が注目されている．その中でも，目的関数の勾配を利用したレベルセット法（LS）等が報告されている．しかし，文献［1］による手法では，目的関数が設計変数で微分可能な定式が必要という欠点がある．本論文では，材料密度ψに対してフーリエ級数展開による関数展開法を採用し，目的関数・制約条件の汎用性向上を目指して，実数値遺伝的アルゴリズム（RCGA）を用いた磁石埋込式同期電動機（IPMSM）の電磁気・構造トポロジー最適化を行い，LS法と比較したので報告する．

5-025

永久磁石モータのトポロジー最適化－複数磁化方向の表現

◎佐藤駿輔・比留間真悟・岡本和也・五十嵐 一（北海道大学）

本報告では，複数の磁化方向と全材料種の隣接関係を考慮したトポロジー最適化手法を提案し，本手法を永久磁石(PM)モータへ適用した結果について述べる．近年，電気自動車の普及を背景に，PMモータの高性能化に関心が寄せられている．これまで著者らはPMモータの最適化手法として，トポロジー最適化手法の一つであるNGnet法を発展させた，永久磁石の変形を含む複数材料トポロジー最適化法を提案してきた．本報告では，従来の手法では難しかった，複数の磁化方向と全材料種の隣接関係を同時に考慮したトポロジー最適化を行った．これにより，いくつかの磁化方向と電気位相角の組み合わせに対して，従来形状を凌駕する性能を持つモータが得られた．

5-026

ガボールフィルタを用いたトポロジー最適化―表面磁石同期モータへの適用―

◎大友佳嗣・五十嵐 一（北海道大学）

電動パワーステアリング用のモータ等に，表面磁石同期モータ（SPMモータ）が広く使用されている．SPMモータは，小型・高出力であることはもちろんのこと，騒音・振動低減の観点からコギングトルク低減に対する厳しい要求も設計時に考慮する必要がある．このような仕様を満たすSPMモータ設計のため，ステータコアにおけるティース形状のパラメータ最適化がなされてきた．しかし，パラメータ最適化は一般に自由度が低いため，前述した要求性能を得られない可能性がある．本研究では，自由変形により形状を最適化する，ガボールフィルタを用いたトポロジー最適化をSPMモータに適用し，コギングトルクを含む性能を改善した結果について報告する．

5-027

装荷理論に基づく永久磁石型横方向磁束同期発電機のモデル提案

◎田所 凌・熊野照久（明治大学）

本論文ではStator Core部分にC型コアを備えた永久磁石型横方向磁束発電機に対して、竹内寿太郎氏が考案した装荷理論を採用した設計方法を提案した。またその設計方法の妥当性と、ラジアルギャップ型を備えた比較モデルとの比較から、提案モデルの有効性を検討した。3次元有限要素法電磁界解析ソフトを用い、同理論で設計した比較モデルと提案モデルの検討を行った結果、提案モデルの総体積を減少しつつ、単位体積当たりの出力密度を向上できることが判明した。本検討では機械的応力や熱的な検討は含まれていない定常的な電気特性に絞っての検討ではあるが、提案モデルの原理的特徴を比較より示せたといえる。

5-028

ダブルロータ構造を有する高出力密度アキシャルギャップ永久磁石モータに関する検討

◎江 明峰・田島克文・吉田征弘（秋田大学）

近年，車載駆動用モータをはじめとしたモータの小型化という開発需要により，筆者らは，モータの多極化による高出力密度化に注目した．設計したアキシャルギャップモータは従来のラジアルギャップモータより多極化による出力密度の向上効果が著しいことを有限要素解析(FEA)により明らかにした．また，本研究では，トロイダル巻を施した扁平状なアキシャルギャップ永久磁石モータ(AGPM)を提案し，同出力で従来のラジアルギャップ永久磁石モータ(RGPM)より約3倍の出力密度が達成可能であることを示した．

5-029

航空機ハイブリッドシステム用の2MW PMSMにおける巻線の渦電流損とターン数低減の検討

◎綱田 錬・竹本真紹・小笠原悟司・折川幸司（北海道大学）・軸丸武弘・鈴木史典・関 直喜（IHI）

近年の航空機需要の増加から，より高効率な推進システムが求められており，その一つにハイブリッド推進システムがある。このシステムでは十分な推進力を得るためにMW級のモータが必要となるが，解決すべき課題も多い。提案モータは出力密度向上のため平角銅線を用いているが，MW級では巻線での渦電流損が問題となる。巻線の細分化で渦電流損は低減できるが，ターン数が増えて誘起電圧が過大となる，製造性が悪化する等の問題が発生する。そこで提案モータに巻線の二層化とエアギャップからの離間化を実施することで，2MWの出力及び冷却可能な総損失を実現しつつ，従来モデルから巻線ターン数を約18%も低減できることを解析によって明らかにした。

5-030

永久磁石同期モータの軸芯冷却による損失の低減

◎崎間修平・川副洋介・向 真一郎・永尾光格（安川電機）

近年，地球環境やエネルギー問題により電気自動車が多く開発・生産されている。電気自動車はバッテリー駆動であり，航続距離を延ばすためにモータの高効率化が要求されている。本開発では効率の向上を目的とし，シャフト内部に冷却水を流す軸芯冷却を採用した。本稿では軸芯冷却モータの評価結果を示す。軸芯冷却により磁石の温度上昇を抑えることで残留磁束密度の低下を抑制できる。これにより損失の低減およびトルクの向上を実現した。

5-031

EPS用スロットレス永久磁石同期モータの解析

◎山崎尚人・尾形翔吾・石川赴夫（群馬大学）

近年, 自動車には省エネルギーや環境への配慮, 快適性の追求が要求されており, 従来の油圧パワーステアリングに代わって電動パワーステアリング（EPS）が普及している。EPSに使用される永久磁石同期モータは無通電状態におけるコギングトルクによって振動が生じてしまうため, フィーリングが良好かつ高出力・高トルクの相反する要求を満たすことが課題となっている。 本稿では高出力かつトルクリプルの低減を目的として,スロットレス構造の永久磁石同期モータを提案し, 多くのパラメータの最適値を求めるための数式モデルによる解析を行う。

5-032

高速回転PMモータのステータティース形状がモータ諸特性に及ぼす影響

河瀬順洋・山口 忠・◎北村将大（岐阜大学）

ステータティース先端の形状を変更したモデルを作成し、三次元有限要素法を用いた電磁界解析によって、高周波においてステータティース先端の形状がトルク特性に及ぼす影響を明らかにした。また、損失に及ぼす影響を明らかにし、最適な形状を検討した。

5-033

ロータ製造ばらつきを考慮した2段ダミースロットによるコギングトルク低減

◎中村雄一朗・坂本裕介・十時詠吾（三菱電機）

近年、駆動装置の小型化と高精度化により、サーボモータへの「小型化」「低トルク脈動化」の要求が大きくなっている。従来、コギングトルクを低減する方法として磁石極数とステータスロット数の選択や、ステータのダミースロット構造が報告されている。本論文では、発生要因が異なるコギングトルクを同時に低減可能な2段ダミースロット構造の効果を、磁界解析で検証する。上段幅、下段幅、およびスロット開口幅を対象としてスロット形状を最適化することで、「極数とスロット数の組合せ」と「ロータ製造ばらつき」で生じるコギングトルクを、最大で80%低減可能であることが実証できた。

5-034

希土類ボンド磁石適用モータのリコイル比透磁率の変化を考慮した不可逆減磁解析

◎小林眞莉香・森本茂雄・真田雅之・井上征則（大阪府立大学）

重レアアース資源の枯渇が問題視され，ジスプロシウム（Dy）フリーの希土類ボンド磁石が研究開発されている。これまで筆者らは，Dyフリーボンド磁石を用いたモータを対象に，リコイル比透磁率mrecを一定とした場合の不可逆減磁（以下，減磁）解析を行い，モータの減磁特性を評価した。しかし実際のmrecは，逆磁界の強さによって異なる特性を持つ。本論文では，逆磁界の強さに伴うmrecの変化を考慮した減磁解析を行い，mrecを一定とした減磁解析の結果と比較する。

5-035

ネオジム焼結磁石を用いたアキシャルギャップPMモータの磁石渦電流損に関する検討

◎宇佐美和明・野口李彦（静岡大学）

近年，種々のモビリティーの電動化が精力的に行われている中，モータの高効率化と小形化は必須の課題となっている。高効率化のためにPM同期モータが採用されることはもちろんのこと，さらなる高パワー密度化を目指して扁平形モータの開発も盛んに行われている。特に，扁平形モータはアキシャルギャップ構造を採用するとラジアルギャップ構造のモータと比較してトルク密度を大幅に改善することができる。アキシャルギャップモータの一般的なものはSPMモータであり,磁石渦電流損を低減するために，抵抗率の大きなフェライト磁石やボンド磁石を用いることが多い。しかし,これら磁石の残留磁束密度は小さく，大きな平均トルクを出力するには大きな電機子電流を流す必要があり，銅損増大が問題となる。また，集中巻ステータが採用されるため，トルクリプルも大きくなる問題がある。本論文ではこれらの改善法について検討を行った。

5-036

ロータに埋め込まれた高性能ネオジム磁石への加熱着磁の検討(1)

◎日南田純平・齊藤成康・溝口徹彦（大同特殊鋼）・花田和成・冨田直矢・堀 充孝（日本電磁測器）

磁石を多層に埋め込んだロータ構造および難着磁磁石である熱間加工磁石は完全着磁に高磁界が必要であり、完全着磁に必要な着磁条件を見出すには着磁ヨークを含めた磁気回路だけでなく着磁時の磁石温度を含めた工程設計が必要になる。効率的な工程設計には着磁解析手法の活用が必須であり、本稿では平面着磁システムに対する着磁解析手法の検討を行い、汎用着磁解析ツールに入力すべき着磁率データの重要性を明らかにした。

5-037

ロータに埋め込まれた高性能ネオジム磁石への加熱着磁の検討(2)

○堀 充孝・冨田直矢・花田和成（日本電磁測器）・日南田純平・齊藤成康・溝口徹彦（大同特殊鋼）

組込着磁システムにおいて、電気学会Dモデルロータを用いて着磁ヨークを設計製作し、加熱着磁法の効果を確認した。本着磁解析手法を用い、加熱した磁石の着磁率を考慮することで、加熱着磁時の着磁率予測も十分な精度で可能になることを示した。今後、加熱着磁及び本着磁解析手法を用いることで実用的な組込着磁システムの構築を可能とする。

5-038

航空機用渦電流ブレーキのディスク材料の検討

◎堀 健太郎・望月大地・菊池良己・脇若弘之・曽根原 誠・佐藤敏郎（信州大学）

現在、航空機用車軸ブレーキは接触式のディスクブレーキが用いられており、摩擦による頻繁なメンテナンスを必要とする。そのため摩擦制動に頼らない新世代ブレーキの開発が期待されている。筆者らは渦電流ブレーキと磁気粘性ブレーキを組み合わせた非接触式のハイブリットブレーキの研究開発をしている。本研究では渦電流ブレーキのディスク材料にCuとSPCCを接合したクラッド材を用い、Cuの厚さを変化させたときのブレーキトルクを測定した。実験の結果、Cuを厚くするとブレーキトルクは増加し、周波数に対するブレーキトルクの減少が増す特徴がみられた。

5-039

高温下における航空機用円筒型磁気粘性流体ブレーキのブレーキトルク測定

○志賀大樹・角 太一郎・菊池良巳・脇若弘之・曽根原 誠・佐藤敏郎（信州大学）

航空機の車軸部分にはディスクブレーキが使われディスク材料が変化してきた。摩擦制動のためディスクが摩耗する根本的な解決にはいたらなかった。著者らは渦電流ブレーキと磁気粘性流体ブレーキを組み合わせた非接触型のハイブリッドブレーキの研究開発をしている。本研究では，磁気粘性流体ブレーキの2種類の磁気粘性流体を用いて，高温下におけるブレーキトルクと時定数について測定した。実験の結果，温度を上げていくとMRF-140CGはブレーキトルクが減少し，V-Co-Fe MRFはブレーキトルクが増加していた。

5-040

回転機コイルエンド電界緩和システムにおける局所発熱低減構造の検討

◎宮路仁崇・梅本貴弘・吉村 学（三菱電機）

高圧回転機の高電圧化に対し，コイルエンド電界緩和層のジュール熱低減が課題となっている。特に，従来構造において低抵抗コロナ防止層角部付近の電界緩和層の発熱温度増大が予想され，本稿では発熱を低減する電界緩和層・コロナ防止層の改良を試みた。具体的には，コイル上面のコロナ防止層を曲線状とする改良構造を考え，解析・実験検討から有用性を検討した。その結果，解析検討にて，従来構造では発熱による熱破壊が予想される一方，改良構造では電界緩和層の発熱低減効果による絶縁耐圧向上が見込まれた。また，従来構造に対する改良構造の絶縁耐圧向上率は計算値と実測値で概ね一致し，改良構造の適用効果を解析・実験の両面から検証した。

5-041

サーモグラフィーカメラを用いた鉄損分布測定システムの信頼性と精度の評価

○下地広泰（大分県産業科学技術センター）・相原 茂（ブライテック）・戸高 孝（大分大学）

モータの鉄損は全損失から既知の損失を引いて評価されており、詳細な分析が困難です。さらに、コア内部の磁束密度は不均一であり、圧延異方性、加工応力などの影響を受けているため、鉄損の詳細な解析を難しくしています。そこで、我々はサーモグラフィーカメラを用いて鉄損を直接測定出来るシステムを開発しています。本論文では、サーモグラフィーカメラで観察できるオープン型単板磁気試験器を開発し、磁気測定と熱測定を同時に測定することでそれぞれの手法で得られる損失を比較し本システムの信頼性と精度について評価を行なった。

5-042

熱的鉄損評価によるかしめ積層鉄心への歪取り焼鈍効果の検討

○佐藤 尊（大分大学）・成瀬俊己・癸生川幸嗣（ミネベアミツミ）・戸高 孝（大分大学）

一般的にモータのステータコアの積層にはかしめが用いられおり，かしめを施すことによって，電磁鋼板に加工応力が印加され，鉄損は増加してしまう。鉄心加工の際に増加する鉄損は歪取り焼鈍によって低減できるが、かしめ箇所にどの程度鉄損低減の効果があるかについてはまだ詳細に明らかになっていない。そこで本研究ではサーモグラフィカメラを用いた熱的鉄損測定法を用いて、局所的にかしめ部の歪取り焼鈍の鉄損低減効果について検討した。鉄損評価を行った結果、かしめ部では鉄損が大きく増加していることがわかり、歪取り焼鈍を行うことで約20%の鉄損低減が確認できた。

5-043

電磁鋼板の加工誘起残留応力が磁気特性に与える影響

◎幟立祐希・佐藤 尊・戸高 孝（大分大学）・下地広泰（大分県産業科学技術センター）

モータ製造工程で、電磁鋼板にはプレス加工やカシメ等によって加工ひずみが発生し、磁気特性が劣化して鉄損が増加する。加工方法の違いでの磁気特性劣化が鉄損分布にどう影響するかを、サーモグラフィカメラを用いた熱的鉄損分布評価法を用いて調査を行った。試料は、レーザーカット、ウォータージェット、ワイヤー放電カット加工の3種類を用いた。磁気測定と熱的鉄損分布測定を行い鉄損値の比較をした結果、鉄損値の大きさはワイヤー放電カットが最も小さく、レーザーカット加工が最も大きくなった。今回の測定結果より、加工方法の違いによる鉄損分布の変化は観測可能であったが、加工応力分布との相関は確認できなかった。

5-044

ひずみゲージによる鉄心の電磁力測定の可能性

○蔡 一飛・CANDRA ADI WIGUNA・千葉 明（東京工業大学）

EVのモータの候補としてあげられるスイッチドリラクタンスモータ (SRM)には振動・騒音が大きいといった問題点がある。本稿ではひずみゲージを用いて向い合うEコアに作用する電磁力を測定し、測定結果と有限要素法解析（FEA）の結果との比較を行う。コアを直流電流で励磁した場合、実験値とFEA解析値の誤差は電流の大きさ及び対極位置から位置オフセットに依存することが分かった。また、複雑な励磁電流で励磁した場合、実験値はFEA解析値の波形は似ているが、コアの位置オフセットに依存する誤差が存在することが分かった。

5-045

高圧回転機固定子コイルで発生する部分放電／発生ガスに関する研究

○大石和城・藤田浩輔・小川裕治（明電舎）

高圧回転機固定子コイルに部分放電が生じると空気が電離してオゾンや硝酸などのガスが生成される。しかしながらそのプロセスに関しては詳細な検討例は少ない。そこで供試コイルを用いて部分放電パターンとオゾン発生の関係，硝酸生成に至る現象の解明を試みた。劣化がない健全状態コイルではNO，NO2等の含窒素生成物の他に、一定以上の湿度環境下ではアンモニア(NH3)の生成が確認された。オゾンはコロナ防止層の剥離（消失）及び電界緩和層表面の汚損によって発生し，同時に生成したアンモニアと共に結露水中で反応し，硝酸が生じることが分かった。

5-046

磁束変調ハイブリッド界磁モータのd，q軸モデルに関する考察

◎本郷和樹・深見 正・小山正人（金沢工業大学）・満田宇宙・伊藤一将・山田正樹（三菱電機）

本稿では，磁束変調ハイブリッド界磁モータの特性解析や制御法の検討に必要なd，q軸モデルを考察した。特に，固定子に配置した電機子と界磁極の相対位置（相対角）が電機子巻線のd，q軸鎖交磁束に及ぼす影響を有限要素解析と実験により調べた。その結果，次のことが判明した。1）界磁極によるd軸鎖交磁束は，相対角に依存し，これを小さくすると減少する。2）q軸鎖交磁束は，相対角に依存しない。

5-047

磁束変調ハイブリッド界磁コンシクエント極モータの提案

◎山本慎太郎・深見 正・小山正人（金沢工業大学）・満田宇宙・伊藤一将・山田正樹（三菱電機）

本稿では，磁束変調ハイブリッド界磁モータ（FHM）のトルク向上に効果的な構造として，界磁極を永久磁石極，鉄極及びリング状界磁巻線で構成した新たな磁束変調ハイブリッド界磁コンシクエント極モータ（FHCM）を提案した。このFHCMの基本動作を三次元有限要素解析により調べた。その結果，次のことがわかった。1）逆起電力は界磁電流により調整できる。2）トルクは，界磁電流とq軸電流により制御でき，同一体格のFHMに比べて，内部空間の有効活用により向上する。

5-048

回転子に界磁巻線を備えたハイブリッド界磁モータの減磁特性

◎仲沢龍翔・竹本真紹・小笠原悟司・折川幸司（北海道大学）

筆者らは，これまでに回転子に界磁巻線を備えた逆突極性を有するハイブリッド界磁モータを提案している。この構造は，リラクタンストルクの活用と力率の向上が可能であり，第三世代プリウスの駆動用モータを比較対象機として比較検討した結果，提案構造は，低トルク領域，低速高トルク領域，定出力領域の幅広い運転範囲において比較対象機を上回る高効率特性を有することを報告した。しかし，提案構造の減磁特性については未報告であるため，本稿では，提案構造が比較対象機と同等の減磁特性を備えていることを確認したので報告する。

5-049

クローポールモータにおけるロータ構造に起因する高調波鉄損の低減検討

◎藤倉昇平・日高勇気（三菱電機先端技術総合研究所）

クローポールモータ(CPM)は車載用発電機として広く用いられている。近年、CO2排出量低減を目的に自動車の燃費改善が進められており、CPMにおいても発電効率改善が重要課題となっている。 CPMでは3次元的な磁路構造を有することから、従来より3次元有限要素法による高調波磁束の分析や鉄損解析が行われてきた。しかし、回転子起磁力波形に応じて高調波鉄損が発生することから、高調波鉄損の低減検討にはロータ起磁力のモデル化による鉄損低減設計が有効である。 本報告ではCPMにおけるロータ起磁力の数式モデル化を検討する。また、該モデルを用いて高調波鉄損を低減するロータ形状を考案し、磁界解析によりその有効性を数値実証する。

5-050

自動車用クローポールオルタネータの最適極数に関する検討

山崎克巳・◎渡部巧基・土佐和也・宇都宮竜馬（千葉工業大学）・額 素明・柵木 一（SIGMA & HEARTS CO. LTD.）

本稿では，オルタネータの極数を変更することによる出力の更なる向上について，三次元非線形非定常有限要素法を用いて検討する。

5-051

小形PM形バーニアモータの大トルク化について−ギャップ長と永久磁石の厚さの影響−

◎鈴木賢太・片岡康浩・穴澤義久（秋田県立大学）

低速回転で大トルクを発生するPM形バーニアモータが開発され，大トルク化の検討が報告されている。報告によると，回転子直径269.4mmとなるPM形バーニアモータにおいて，ギャップ長と磁石厚が脱出トルクに与える影響が報告されているが，トルク増大の要因は十分に明らかにされていない。本論文では，回転子直径42mmとなる小形PM形バーニアモータにおいて，2次元有限要素法解析を用いて，ギャップ長と永久磁石の厚さの影響を明らかにする。さらに，逆起電力と同期リアクタンスを算定し，大トルク化する要因をトルク式に基づき考察する。結果，ギャップ長が0.1mmと0.5mmで大トルク化のメカニズムが異なることが明らかになったので報告する。

5-052

ハルバッハ配列を用いた表面磁石形バーニア発電機の永久磁石起磁力高調波の解析について

○片岡康浩・穴澤義久（秋田県立大学）

低速回転で発電する表面磁石形バーニア発電機において，ハルバッハ配列を用いた永久磁石が用いられ，この起磁力高調波が解析されている。径方向と周方向に着磁された永久磁石を組み合わせた基本的なハルバッハ配列を対象とするが，特に周方向着磁永久磁石について詳しく述べられている。本解析では，周方向着磁永久磁石を表す等価コイルの電流分布に着目して分布係数が適用され，永久磁石の幅が起磁力高調波に与える影響を表す係数が導出されている。そして，この係数に基づき永久磁石の幅が設計された結果，ギャップ中の高調波磁束が低減することから，解析理論とこれに基づく設計の妥当性が検証されている。

5-053

ステータモジュール型バーニアモータの有限要素法による解析

◎前田純弥・戸高 孝・佐藤 尊（大分大学）

アモルファス磁性材料を使用したステータモジュール型バーニアモータの試作機を製作することを目的に、加工公差のモータの諸特性への影響を有限要素磁界解析により検討した結果を報告する。加工公差を考慮する必要がある部位としては、モジュールのU字コア間、ロータコアとステータコア間のエアギャップ、巻線の占積率が変化した場合を想定した。解析には、独自開発の2次元有限要素コードを使用し、巻鉄心構造による透磁率の異方性を考慮した。アモルファス磁性材料の加工精度や固定方法の影響で寸法公差が比較的大きくなる部位の影響を明らかにしている。

5-054

ハイブリッド磁界共振結モータのすべりと電流に対するトルク特性

◎森 聖也・堺 和人（東洋大学）

電気飛行機や空飛ぶ自動車の研究や開発が行われている。実現するためには、推進装置であるモータの超軽量化がキーテクノロジーである。そこで、超軽量化のため、ワイヤレス電力伝送の磁界共振結合と、誘導機の技術を基にして、新規の電磁界共振回転機の基礎研究を進めてきた。本研究では、出力向上のため永久磁石を併用したハイブリッド磁界共振結合回転機の基礎研究を行っている。 本稿では、ハイブリッド磁界共振結合モータの概要、トルク発生の原理、すべりを変化させた時のトルク特性、電流源の値を変化した時のトルク特性について述べる。1次電流を高めることにより安定して駆動することを確認した。

5-055

電気飛行機用アキシャルギャップ形磁界共振結合モータの極数に対するモータ特性

◎秋山貴伸・堺 和人（東洋大学）

3次元新輸送機器システムの開拓や省エネのため、電気飛行機の実用化に向け研究が進められている。そこで、実現するための鍵として必須である駆動用モータの超軽量化、高出力密度化が必要不可欠と考え、重い鉄心が不要になるワイヤレス電力伝送の磁界共振結合による電気エネルギー変換技術を基に新方式の磁界共振結合モータ(MRCM)の研究を行っている。本稿では、耐遠心力の構造と安定した高速回転の点からアキシャルギャップタイプのマシンを対象にし、新方式のアキシャルギャップMRCMの磁界解析による成立性、極数によるモータ特性への影響を検討する。その概要について述べる。

5-056

三相トランスバースフラックスモータの構成法

○近藤 稔（鉄道総合技術研究所）

トランスバースフラックスモータ（TFM）はトルク密度を向上できる電動機方式として期待されている。TFMは元々単相で閉じる磁気回路を複数並べて直交2相や3相のモータを構成する方法が提案されていたが、より小形化するために初めから3相の磁気回路を前提とした構成が考えられて、三巻線の構成(と二巻線の構成が提案されているが、それらの特徴については比較検討がなされていない。本論文では各構成の磁束と起磁力の関係について改めて整理した上で、より対称性の高い三巻線の構成を提案するとともに、三巻線と二巻線のそれぞれについて磁界解析によりトルク特性を評価し、両者の比較を行った結果について報告する。

5-057

アルミ巻線を用いた無鉄心小形同期モータの評価

◎宇田川智弘・鳥居 粛（東京都市大学）

一般的に，モータを構成する主な材料は鉄と銅であり，軽量なシステムにおいては，モータが占める質量の割合が高い。従って，モータを軽量化することが望ましい。モータの軽量化の方法として，モータの空心化，アルミ巻線化がある。本稿では，モータの材料を変更させた場合について解析し，定量的に評価する。モータの種類は，ドローンへの適用を想定した小形の永久磁石型同期モータを採用する。形状を統一した場合では，空心・アルミ巻線のモータの単位質量あたりの逆起電力係数は鉄心・銅巻線のモータに対して25.1%となった。

5-058

集中巻ステータ構造を有する自己始動形自励式巻線界磁モータの提案と実機基礎検証

青山真大（静岡大学）・◎水田貴裕・深山義浩・伊藤一将（三菱電機）

従来，ファンやポンプを負荷とする産業用汎用モータとしてシステムの低コスト化の要求から商用交流電源からの自己始動可能な誘導機（IM）が広く用いられている。近年の効率意識の高まりから誘導機においても高効率化が求められているが、界磁磁束を得るための励磁電流が必要であり更なる高効率化が困難であった。永久磁石式同期電動機（PMSM）のロータ外周に二次導体を設けることで自己始動機能を持たせた自己始動形磁石式同期電動機（LS-PMSM）の研究も進んでいるが、同期時の永久磁石磁束に起因したブレーキトルクや，非同期磁束が永久磁石に鎖交することで発生する磁石内渦電流起因の減磁リスク等が問題であった。 上記の課題に鑑みて，著者らは電機子銅損の低減且つ小型化が可能な集中巻ステータ構造で，さらに磁石フリーでIMよりも高性能を達成できるモータの開発に取り組んでいる。本稿では新しい駆動原理に基づく自己始動形自励式巻線界磁モータ（LS-SEWFM）の提案と実機による無負荷時同期引入れ特性の評価結果を報告する。

5-059

ダイレクトリンク式波力発電システムにおける発電機の極数に関する基礎検討

◎竹村好可・真田雅之・森本茂雄・井上征則（大阪府立大学）

近年，環境問題への意識の高まりなどから，再生可能エネルギーを利用した発電方法が注目されている。海洋の波浪は時間帯に関係なく常に発生しており，再生可能エネルギーの一つである波浪による波エネルギーを利用した波力発電では安定した電力供給が可能と考えられる。本検討では，高効率な発電機の設計を目的として，異なる極数の発電機について磁石量一定のモデルと先行研究で検討された方法に基づいて発電機を設計したモデルと損失特性や発電量の比較を行った。先行研究で検討された方法に基づいて発電機を設計したモデルは，極数が異なっても損失が小さくなることがわかった。また，12極のモデルが最も発電量が大きくなることがわかった。

5-060

Analysis of an Electromagnetic-Radial-force-based Swirling Actuator without Permanent Magnets

◎Lingyu Chen・千葉 明（東京工業大学）・永野正雄・中村公昭（本田技術研究所）

This paper proposed a swirling actuator without permanent magnets for low-speed high-torque applications. The actuator generates electromagnetic radial force and converts the radial force into the output torque by a mechanical gear. A set of DC windings and a set of AC windings on the stator are used to generate the radial force. The turn number distribution between the two sets of windings is discussed. Due to the short magnetic air-gap length, the proposed actuator can generate high radial force for the output torque, which is verified by FEA results.

5-061

5 相ステッピングモータの共振周波数センサレス自動推定システムの開発

鄭 翔・○松尾健史・三浦 武・田島克文・佐藤靖雄（秋田大学）

ステッピングモータは共振により特定の速度域で回転子に大きな振動が発生する問題がある。このため，振動が最大になる共振周波数を特定することは重要である。5相モータにおいて従来法ではセンサ情報を用いて共振周波数を推定するシステムが開発されていたが，本研究ではモータ巻線の相電圧情報を用いることでセンサレスの自動推定システムを開発する。具体的には，回転子振動の大きさと相電圧の基本波成分に対する3次高調波成分の大きさとの間に関係があるという先行研究を元に推定システムを実装する。無負荷および慣性負荷を取り付けた場合で自動推定システムを実行し，概ね良い推定が可能であることを実験により示した。

5-062

かご形誘導電動機特性の変化に関する一考察

◎丹羽陽介・山本雄司（東芝産業機器システム）

かご形誘導電動機は、その構造が簡単、堅牢、安価であるため多種多様な用途に用いられている。かご形誘導電動機は一般的に鉄（電磁鋼板、フレームや軸受ブラケット）と銅（コイル）、アルミ（回転子導体）、そして若干の有機物（絶縁紙など）で構成されており、それゆえ製造した後は有機物の経年劣化などによる電気的性能や機械的性能の低下はかご形誘導電動機の更新に関する資料によって知られているが、電気特性自体の変化に至るとの記載はない。しかしながら今回、外部要因によりかご形誘導電動機の電気特性が変化する事象が見られたことから、本稿で発生事象及び調査結果を報告する。

5-063

パンケーキアキシャルギャップ形誘導電動機の提案と実機自己始動特性検証

◎青山真大（静岡大学）・津谷宏紀・平田彰太郎・Sjöberg Lars（ヘガネス）

本稿は、誘導電動機の高トルク密度化，電機子銅損の低減による高効率化を目的にトロイダル巻ステータ構造のパンケーキアキシャルギャップ形誘導電動機の提案と、実機基礎検証を行った結果を報告する。三次元磁路を形成するため、ロータとステータコアに圧粉鉄心を用い、シングルステータ＋ダブルロータ構造の並列磁気回路を構成してトルク発生面を拡大している。電磁界解析による磁気回路設計および試作機構造設計について説明したのち、基礎的な特性として商用交流電源からの自己始動特性を実機評価してモータハードの始動特性を明らかにした。

5-064

アウターロータ固定形三相かご形誘導電動機による回転子バーとエンドリング間の電圧測定

◎渡邉徳宏・廣塚 功・中村雅憲（中部大学）・杉本英久（昭和電機）

三相かご形誘導電動機（IM）のさらなる高効率化には，IMに含まれる高調波成分を明らかとすることが有用であり，特に，測定が困難とされている回転子電流の詳細な検討が必須である。そこで当研究室では，回転子電流を容易に測定できるアウターロータ固定形IM（FOR-IM）を製作し，検討を行っている。本稿では，回転子バー電流測定時の測定部での接触抵抗の変動の影響を除くため，FOR-IMにおける回転子バーとエンドリング間の電圧を測定した結果を報告する。その結果，この電圧には滑り周波数sf成分のほか，多くの高調波が含まれていることを確認した。これらで確認された高調波成分は回転子バー電流を測定した際にも同様に確認されている。

5-065

磁石併用誘導機のステータ径とロータ径の比によるモータ特性

◎杉山直輝・堺 和人（東洋大学）

近年、汎用モータとして広く誘導電動機が利用されており、その要因に安価であり、軽負荷や高速回転領域では高効率であることが挙げられる。しかし非同期の誘導機は永久磁石モータと比較して電流当たりのトルクが小さいことや、低速、中速回転領域では効率と力率が悪くなる課題がある。そこで誘導機に永久磁石を併用することでトルクを増加できれば、全運転範囲での高効率が見込める。本研究は、IMロータ径とそれに伴うアンペアターンを変化させたモータ特性の結果について述べる。磁石併用誘導機のトルクと性能を向上させるために、IMロータ外径を変更したときのモータ特性を解析で検討した。Φ130IMロータ外径モデルはΦ120と比較して、アンペアターンが減少してもトルクはほとんど変わらず効率と力率が向上する結果が得られた。

5-066

Efficiency Increase in Induction Motors by Application of Multiphase Windings

◎Hector San Juan Juanchi・千葉 明（東京工業大学）

Induction motors for high power electric vehicles are attractive due to their competitive efficiency, ease of manufacturing, low production costs and no need of rare earth materials. Multiphase induction motors have gained attention due to benefits such as lower torque ripple, better fault prevention operation and higher efficiency. In this paper a 9-phase induction motor is proposed to compare its performance to its 3-phase configuration. An initial review of the magnetomotive force is done to explain how stator copper losses can be reduced. Afterwards, both machines are evaluated using FEM software to show the results on efficiency, current performance and torque ripple.

5-067

高磁束密度-低鉄損特性な新無方向性電磁鋼板を適用した誘導機の損失評価

○上川畑正仁・市江 毅・松井伸一・村上史展・大杉保郎（日本製鉄）

日本製鉄では、誘導機の効率改善に寄与する材料として新しい高磁束密度-低鉄損無方向性電磁鋼板を開発した。既報では、開発材を誘導機に適用評価し、鉄損同等の従来JISグレード比較材に対する効率改善効果を実験的に示した。ただし、実験では、原理的に二次銅損と鉄損を分離できないため、開発材の効率改善メカニズムを定量化することが出来なかった。本論文では、電磁場解析により各損失を分離した結果、開発材を適用したモータの銅損低減効果を確認し、理論的にも開発材の高磁束密度-低鉄損特性の効果を確認した。

5-068

電流入力および電圧入力による三次元並列有限要素法を用いたかご形誘導電動機の定常特性解析

○河瀬順洋・山口 忠・秋山怜也（岐阜大学）・河野 寛・渡邉将史・草留泰三（豊田自動織機）

誘導機は、堅牢で保守性に優れ、低価格であることから、産業分野の多様な用途で使用されており、今後誘導機の数値解析においてさらなる精度向上が期待されている。本論文では、スキュー付きかご形誘導電動機を解析対象とし、三次元並列有限要素法を用いて、低速回転域と高速回転域において、電流入力解析と電圧入力解析を行い実測値との比較検討を行った。その結果、電流入力並列解析および電圧入力並列解析はどちらも、実測値に近い値を示し、それぞれの解析手法で差はほとんどなく高精度で解析が行えることがわかった。

5-069

かご型誘導電動機におけるロータバー切れ時の定常特性解析

河瀬順洋・山口 忠・小澤良輔・◎魚住啓斗（岐阜大学）・河野 寛・渡邉将史・草留泰三（豊田自動織機）

かご形誘導電動機は堅牢であることが知られているが、頻繁に始動停止を繰り返すような過負荷運転を続けると熱疲労により、ロータバーが切れる場合がある。本論文では、スキュー付きかご形誘導電動機を解析対象とし、三次元有限要素法を用いて、定常状態におけるバー切れの諸特性への影響を調べた。その結果、バー切れによりコイル電流が小さくなるため、バー切れ時はトルク、一次銅損は小さくなることがわかった。さらに、二次電流の経路が変化するため、トルクリプルは大きくなり二次銅損は小さくなることがわかった。また、各相の電流を周波数分析することでバー切れ時は特定の周波数帯域が大きくなることがわかった。

5-070

横流を考慮した三次元有限要素法によるインバータ駆動可変速誘導電動機の損失解析

山崎克巳・◎上田隆一・宇都宮竜馬（千葉工業大学）・大戸基道（安川電機）

本稿では，三次元有限要素法(3D FEA)によって，インバータ駆動誘導電動機の損失解析を行い，実験結果と比較検討する。

5-071

鉄心端部とダクトスペースを考慮した三次元有限要素法解析による大形誘導電動機のトルクカーブ算定

山崎克巳・◎鹿子生正大・宇都宮竜馬（千葉工業大学）・森下大輔（安川オートメーションドライブ）・大戸基道（安川電機）

本稿では，GPU（Graphical Processing Unit）を用いた並列計算により，大形誘導電動機の三次元非線形非定常有限要素法解析を実施し，トルクカーブの実験・解析結果を比較検討する。

5-072

回転機の鉄損算定のための簡易マイナーヒステリシスモデル－鉄心材料及び電動機による実験検証－

山崎克巳・◎佐藤嘉人・高木悠太郎（千葉工業大学）

回転機の鉄損算定のための簡易なマイナーヒステリシスモデルを提案した。本稿では，鉄心材料及び電動機による実験結果と比較し，提案モデルの妥当性について検証する。

5-073

永久磁石補助スイッチトリラクタンスモータの制動係数に関する検討

◎岡本侑己・中村武恒・Fuat Kucuk（京都大学）

我々は, スイッチトリラクタンスモータの性能向上のために, 固定子にアルニコ磁石を配した永久磁石補助スイッチトリラクタンスモータ(以下, PM-SRM)を研究している。従来, PM-SRMの解析の際には強制回転を仮定していたが, 回転時の通流相の切り替えに伴う間欠的動作の影響があることから, 運動方程式を考慮した解析を実施する必要がある。本報告では, 上記運動方程式による正確な解析を実現するために，制動係数の実験的評価を行った。即ち，1 kW級供試機を用いて，無負荷状態におけるフリーラン, および負荷側からの駆動の2種類の方法により制動係数の評価実験を実施したので報告する。

5-074

モータ固定子のヤング率及びポアソン比同定

◎祖父江悠気・千葉 明（東京工業大学）

モータの振動や騒音を解析するにあたりヤング率やポアソン比といった機械定数が必要になってくるが、モータに使用する材料のヤング率やポアソン比は公表されていない場合が多く、公表されていたとしても、積層前の薄板での機械定数と積層コアにした時の機械定数は大きく異なってしまう。そのため、騒音の解析を行っても実験値と大きく異なった結果となってしまうことが多い。そこで今回、シミュレーションによる共振周波数と実験による共進周波数を一致させるように機械定数を変更することで積層コアにした場合の機械定数の同定を行った。

5-075

SRM の5 相化によるトルクリプル，DC 電流リプル，ラジアル力リプル低減

◎熊谷崇宏・伊東淳一・日下佳祐（長岡技術科学大学）

SRMは原理上，トルクリプル，DC電流リプル，ラジアル力リプルが大きく，騒音や振動，バッテリー負荷が大きい問題がある。近年のパワーエレクトロニクス技術の発達に伴い，これらのリプルを駆動電流の波形制御により低減する手法が盛んに研究されている(1)-(4)。しかし，3相SRMにおいて複数のリプルを同時に低減しようとすると，正トルク領域だけでは制御的自由度が足りないため，負トルク領域に積極的に電流を流す必要があり，電流実効値が増加し，効率が悪化する(2)(3)。そこで，本稿では，5相化により自由度を拡大し，高効率を保ちつつ，トルクリプル，DC電流リプル，ラジアル力リプルの3つをゼロにする，すなわちトリプルゼロを達成する手法を提案する。

5-076

Experimental Verification of Noise Reduction in Switched Reluctance Motor by Radial Force Sum Flattening in Middle Speed Range

◎CANDRA ADI WIGUNA・蔡 一飛・千葉 明（東京工業大学）

The noise reduction of Switched Reluctance Motor by radial force sum flattening in middle speed operation is presented. The radial force sum flattening is realized in middle speed although the current waveform is significantly influenced by high back electromotive force. The effectiveness of radial force sum flattening is verified by ANSYS Maxwell and Mechanical, then it is confirmed by the experiment. The highest and second peak of noises are reduced by 13.94 dB and 17.15 dB by the proposed current.

5-077

相反特性と軸間干渉を考慮したシンクロナスリラクタンスモータの数式モデルに関する検討

◎小島拓也・平原英明・山本 修（職業能力開発総合大学校）

フラックスバリア形のシンクロナスリラクタンスモータ（SynRM）は，磁気飽和に起因した軸間干渉によって自軸のみならず他軸の電流によってもインダクタンスが変動する。本論文では，相互インダクタンスの相反特性を満足でき，全電流領域で連続かつ微分可能という特長を有する軸間干渉を考慮したインダクタンス関数式を提案するとともに，それに基づくSynRMの数式モデルを示し、その妥当性を実機検証する。さらに，繰り返し計算による等価的な逆インダクタンス関数（磁束鎖交数から電流を求める関数）の性能を評価する．

5-078

SynRMの要求出力特性を満たすための巻数と積厚の検討

◎西村大輝・森本茂雄・真田雅之・井上征則（大阪府立大学）・玉村周平・前谷達男（WOLONGモーター制御技術）

ロータの磁気的な突極性によって発生するリラクタンストルクを利用した同期リラクタンスモータ(SynRM)は，永久磁石を利用しないため安価な可変速モータとして注目されている。しかし，SynRMは永久磁石による界磁磁束を持たないため，高速運転が可能であるが力率が低く，高速域でのトルク低下が著しい。 本論文では，低速高トルクおよび高速高出力の2つの要求出力ポイントを満たすために，基準モデルから巻数や積厚を変更して出力特性の検討を行った。その結果，相電流実効値Ieが定格電流値を超えない範囲で両方の要求出力ポイントを共に満たすことはできないが巻数N=46のとき，電流値を定格の約125%にすることで要求出力ポイントを共に満たすことがわかった。

5-079

補間法の活用によるシミュレーション回数の削減

◎新谷翔吾（東芝）

電磁界解析を用いたモータ特性の算出において，飛び飛びのデータ間を滑らかに繋ぎ合わせる補間法を活用することにより，必要なシミュレーション回数を削減することを目的とする。一般に，入力パラメータと出力(応答値)の関係を詳細に把握するには，パラメータを細かく変化させた多数回のシミュレーションを実行する必要がある。その実行回数(計算時間)と得られる精度はトレードオフの関係となるが，着目する応答値の傾向が単純である場合には，適当な補間法を用いることで両立が可能となる。本稿では，電気学会Dモデルをモチーフに，電流および位相角をパラメータとしたトルク・電圧解析においてスプライン補間を用いることで，精度を悪化させることなくシミュレーション回数を約5分の1に削減できることを示す。

5-080

モデルリダクションを用いた回転機の電磁振動の高速解析に関する検討

◎坂本宏紀（明電舎）・岡本和也・五十嵐 一（北海道大学）

EVモータは，広い駆動範囲における高効率性や高信頼性，静粛性が求められる。そのため，複数物理現象を扱いながら，制御と連成した解析が必要であるが，有限要素法を用いることは，計算速度の観点から困難である。そこで，著者らは磁界を構成する少数の基底ベクトルを保存し，テーブル参照と内挿により任意の入力に対する磁界分布を求める手法(簡易化POD)を提案した。本研究では，回転機の電磁振動問題の計算コストを削減するために，振動解析の縮約手法であるモード合成法を用いて振動解析の自由度を縮約し，簡易化PODとの連成解析を行った。その結果，周波数応答解析にて有限要素法と同程度の精度で解析できることを確認した。

5-081

微分透磁率分布を用いた後処理一次元鉄損解析によるモータ鉄損推定

◎本間 励・大杉保郎（日本製鉄）

近年、モータの小型化やインバータ技術の向上によりモータの高回転化が志向されており、モータ効率評価では高周波数条件での高精度な鉄損解析が求められる。そこで、計算コスト抑制と表皮効果の考慮を両立する手法として、後処理一次元解析が良く用いられている。 従来の一次元後処理解析では、磁束密度と磁界の比例関係を前提として、透磁率を使用した支配方程式が導出されていた。それに対し、磁化曲線の接線勾配である微分透磁率を用いた一次元解析の支配方程式を用いるDDMAP1D法(Distribution of Differential MAgnetic Permeability 1D法)を開発した。今回、誘導モータの実測結果と解析結果を比較したので報告する。

5-082

熱的鉄損分布測定精度に対する熱伝導ならびに熱伝達の影響

◎宮城光太郎（大分大学）

現在の熱的鉄損分布測定に利用されているサーモグラフィカメラでは、空間分解能の限界やサンプルフレーム数の不足が原因となり、短時間での正確な測定が行えない。よって測定には長い時間が必要となる。しかし、それによって過渡的な熱伝導や熱伝達の影響を無視できなくなる。その改善を目標とし、測定対象のモデルを作成し、そのモデルに対して熱伝導解析を行うことでそれらの影響を推定し、その結果から実測値の補正を行うことで測定開始時の鉄損分布を推定する。

5-083

小型回転機の固定子巻線に対する高周波簡易等価回路とkQ積の周波数特性

○松本 聡（芝浦工業大学）

インバータ駆動モータの巻線振動をkQ積から推定する手法を提案した。この推定に必要な等価回路ならびに計測法を提案した。

5-084

PWMの空間配置を利用したモータの理想的な回転磁界に関する検討

◎木戸勇志・中村武恒（京都大学）

一般的なモータに関して、PWM変調の考え方を空間領域に適用することで、エアギャップに発生する理想的な回転磁界分布を電磁界解析に基づいて近似的に実現した。これにより、モータの回転現象を厳密に議論することが可能となる。

5-085

PMモータ設計のためのインタラクティブ可視化手法の一検討

◎越智晴南・白石一花・眞鍋知久・松友真哉（新居浜高専）・藤倉昇平・日高勇気・田中敏則（三菱電機）

我々の研究グループではこれまでに、教育利用を主目的として拡張現実(AR)/仮想現実(VR)技術を利用した電磁界の可視化システムを開発してきた。これらの可視化システムは、学習者であるユーザが直感的に電磁界を観察でき、ユーザ自身の手で磁石やコイルの位置を変更した際に干渉して変化する電磁界の様子をリアルタイムに計算し、AR/VR 空間内で観察できるものである。現在、我々はこの研究を発展させ、産業応用、特にPM モータを設計する際の支援ツールとして、インタラクティブ可視化システムの開発を行っている。今回の発表では、その開発状況について報告する。

5-086

PMSM向け直接トルク制御の磁束オブザーバにおける鉄損の影響とその考慮

◎篠原篤志・山本吉朗（鹿児島大学）

永久磁石同期モータ(PMSM)における鉄損を表現する場合,PMSMの等価回路において等価鉄損抵抗が用いられる。一方で,PMSMの駆動法に直接トルク制御(DTC)を用いた上で高効率制御を実現するためには,磁束を正確に推定する必要がある。しかし,これまで報告されてきた磁束オブザーバは鉄損を無視した電圧方程式に立脚しており,鉄損の影響についてはほとんど考慮されていない。本稿では,DTCを用いたPMSM駆動システム向けの, 等価鉄損抵抗を考慮した磁束オブザーバを提案し,鉄損の影響についてシミュレーションにより検証したので報告する。

5-087

直接トルク制御を用いた埋込磁石同期機の最大効率制御を達成するための指令磁束計算法

◎德留正典・篠原篤志・山本吉朗（鹿児島大学）

埋込磁石同期モータ(IPMSM)の駆動法の1つである直接トルク制御方式(DTC)は，トルクと電機子鎖交磁束（以下，磁束）を推定して制御する方式であり，その指令値にはトルクと磁束の大きさを必要とする。現在IPMSMでよく用いられている電流制御方式においては，高効率で運転するための制御則がこれまで数多く提案されてきたが，DTCにおいて最大効率運転を実現するための制御則は，筆者らが調査した限りでは皆無である。 本稿では，最大効率制御を達成する指令磁束計算法を提案する。さらに，提案した計算法が有効であることをシミュレーションにより検証する。

5-088

電圧飽和量を利用したPMSMの電流指令値で代用した非干渉化制御の性能改善

◎松本 純（中部大学）

小形，高効率，高出力といった特徴を有する永久磁石同期モータは幅広く利用されている。永久磁石同期モータは中・高速域で駆動されることも多く，これら速度域では非干渉化制御が必須となる。一般的な非干渉化制御では実電流を用いて実行されるが，インバータの過変調領域を利用して駆動する等，高調波電流を多く含む場合には制御性能の劣化や不安定現象を誘発することが危惧されている。このため，用途によっては電流指令値を用いた非干渉化制御も採用されているようである。そこで，本稿では煩雑な調整が不要な，電圧飽和量を利用した新たな電流指令値で代用した非干渉化制御法を提案し，シミュレーションによってその妥当性を検証する。

5-089

電機子鎖交磁束に同期した座標系における最大トルク／電流制御のM,T軸電流の算出法

◎海江田 悠・井上征則・森本茂雄・真田雅之（大阪府立大学）

一般的に永久磁石同期モータ(PMSM)の制御には回転子と同期して回転する座標系であるd-q座標が用いられるが，PMSMの制御には電機子鎖交磁束に同期した座標系であるM-T座標を用いることができ，M-T座標を用いることにより，PMSMを簡潔に制御できる可能性がある。M-T座標におけるパラメータの物理的な意味を示すことができれば，より簡単に制御に用いるパラメータを算出できると考えられる。本研究では，M-T座標上でのモータパラメータの定義と電磁気的意味について検討している。本報告では，PMSMの最大トルク／電流制御時におけるM軸電流とT軸電流の関係についてモータパラメータを用いて式で表現し，得られた式の妥当性について検討する。

5-090

過変調領域における埋込磁石同期モータの最大トルク応答制御の解析的考察

◎杉山康恭・大沼 巧（沼津工業高等専門学校）

自動車の高速運転中の急加速などにおいては，電圧飽和によりモータを制御するための電圧が不足し，制御性能の劣化を招く場合がある．このため，バッテリ電圧の制限の下でトルク応答を最大化することが重要となる．電圧飽和問題を改善するためにインバータを過変調領域まで動作させる手法がある．これまで，過変調領域において真の最大トルク応答を与える位相を特定することは探索的手法に委ねられていた．これに対し，本稿では最大トルク制御座標系を定義づける角度を用いて，過変調領域における最適位相を解析的に求められることを示す．

5-091

IPMSMの高トルク応答化のためのf-t座標系に基づく電圧振幅位相制御の検討

◎鈴木昭義・大沼 巧（沼津工業高等専門学校）

高出力密度である埋込磁石同期モータが注目されており，電圧利用率向上による駆動範囲拡大のため，インバータ出力電圧の線形領域のみならず，非線形な電圧飽和領域を含めた高応答なトルク制御の実現が求められる。電流ベクトル制御以外のトルク制御法として電圧振幅位相制御が挙げられる。電圧振幅位相制御は矩形波領域のトルク制御に適している。しかし、電圧振幅位相制御は各制御間の相互干渉により，トルク応答が劣化し制御系の広帯域化が困難である。そこで本稿では，筆者らの提案する最大トルク制御座標系(f-t軸) に基づいて制御系を再構築することで，電圧振幅操作からトルクまでの干渉を低減できることを数式とシミュレーションにより示す。

5-092

空間依存の回転子磁束強度・固定子インダクタンスを有する永久磁石同期モータの動的数学モデルとベクトルシミュレータ

○新中新二（神奈川大学）

本論文は，トルクリプルを発生する永久磁石同期モータの数学モデルとして、モータ特性の空間依存性を回転子磁束強度と固定子インダクタンスの両者に持ち，さらには自己整合性を有する3基本式からなる数学モデルを新規提案する。加えて，本数学モデルを活用し構築されたベクトル形式のモータシミュレータを新規提案する。

5-093

高速IPMSMにおける高調波銅損と高調波鉄損を最小化するパルスパターンの検証

◎伊藤 健・熊谷崇宏・伊東淳一（長岡技術科学大学）・山根和貴・山田伸明・名和政道（豊田自動織機）

モータドライブシステムの効率向上を目的に，モータ高調波損失をPWM パルスパターンにより低減する方法が研究されている。著者らは，高調波銅損について非正弦波状の速度起電力を考慮した評価関数を導出，粒子群最適化 (PSO)により最適なパルスパターンを生成し，実機検証にて有用性を確認している。一方，高調波鉄損はインダクタンスを前提に磁束密度振幅に注目した評価関数(3)が提案されており，モータにおいても高い相関が得られることを実機検証にて確認している。本論文では，2 つの評価関数を組み合わせ，損失が最小となるパルスパターンの生成と実機検証を行なう。

5-094

高速回転時の鎖交磁束高調波成分推定値を用いた永久磁石同期モータのトルクリプル抑制制御の検討

◎寺山祐樹・星 伸一（東京理科大学）

永久磁石同期モータのトルクリプル抑制法の1つに鎖交磁束の推定値を用いる制御法が提案されている。鎖交磁束は，LPFを用いて電圧を不完全積分して推定する方法が一般的であるが，電気角周波数をLPFの遮断角周波数より十分高くする必要があるため，低速回転域では推定精度が悪化する恐れがある。 低速回転時は，高速回転域で磁束推定を行い，オフラインデータとして用いればよいが，データ量が増加するという問題がある。 本稿では，低速回転時のトルクリプル抑制制御の簡易化を図るために，空間高調波の周期性に着目し，オフラインデータ量削減，トルクリプルを次数別に制御できるトルクリプル抑制手法を提案し，実験によって提案手法の有効性を検証する。

5-095

渦電流を用いたSPMSMの位置推定法

◎加藤聡馬・畑中孝斗・冨田睦雄（岐阜工業高等専門学校）・長谷川 勝（中部大学）・道木慎二（名古屋大学）・加藤真二（岐阜工業高等専門学校）

SPMSMの制御には、回転子位置を得る必要があるが、コストダウンや耐環境性の向上のために位置センサレス制御が望まれている。SPMSMの停止時・低速時の位置センサレス制御法として、永久磁石の磁気飽和を利用した手法が提案されているが、120度通電法を用いているため、120度通電法の課題は残されている。そこで筆者らは、回転子の表面に導電性非磁性材料を貼付する加工を施し、高周波磁界に対する渦電流を利用し回転子インダクタンスの変化を作り出すことで、正弦波駆動に必要な電気角0～360°の回転子位置推定に利用する方法を提案した。本稿では、このモータの高周波電流軌跡の測定実験及び、停止時における位置推定の実機実験を行い、提案手法の有効性を確認したので報告する。

5-096

初期位置推定と極性判別を同時に可能な永久磁石同期電動機の始動時磁極位置推定法

◎小櫻崇雅・二村拓未・道木慎二（名古屋大学）

永久磁石同期モータ（PMSM）は、位置センサのコストや設置スペース削減などの観点から、位置センサレス制御の適用が進んでいる。PMSMのセンサレス制御において突極性を利用した位置推定を行うと、始動時には極性判別を行う必要がある。筆者らは、停止低速域での位置推定手法としてEEMF_hを定義し、EEMF_hの向きによる位置推定法を提案してきた。今回は、EEMF_hを用いた極性判別法を提案する。この手法では、提案するEEMF_h推定器を利用し、180°の曖昧さを持つ初期位置推定と極性判別が同時に行うことが可能である。本論文では、EEMF_hによる停止時の位置推定法及び同様の構成による極性判別法の理論と、その実機実験結果について示す。

5-097

脈動負荷を持つIPMSMの速度・位置センサレス制御における始動時の推定特性に関する検討

◎西村優太・井上征則・森本茂雄・真田雅之（大阪府立大学）

埋込磁石同期モータ(IPMSM)の制御には回転子位置が必要であるが，位置センサの費用，耐環境性などの観点から，近年ではセンサレス制御が求められている。突極性に基づく手法では停止時や極低速域でも位置推定が可能だが，騒音の発生が問題となる。誘起電圧に基づく手法では停止時や極低速域への適用は難しいが騒音は発生しないことから，IPMSMを低速運転する報告はなされている。本研究では，脈動負荷を与えたIPMSMの始動時において，拡張誘起電圧に基づく手法を用いた速度・位置センサレス制御の特性について検討している。モータパラメータ変動が生じた場合において，位置誤差推定式と外乱オブザーバのLPFを変更し，シミュレーションにより推定特性について比較検討する。

5-098

センサレス同期モータのための汎一定楕円高周波電圧印可による応答電流解析解に基づく相関信号の解析

◎細岡 竜・村上穣視（サージュ）

永久磁石同期モータや同期リラクタンスモータ等の同期モータの回転子位相推定法として．モータに高周波電圧を印可し，その応答たる高周波電流を用いて回転子位相を推定する高周波電圧印可法がある。位相推定のための印可高周波電圧としては，γδ準同期座標において，主としてγ軸方向に印可するものと，主としてδ軸方向に高周波電圧を印可するものとが存在する。本論文では，これら2種の高周波電圧に対応可能な応答電流解析解を用いて，正相逆相振幅抽出による位相推定法に用いられる正相関信号を解析する。

5-099

高周波交番電圧重畳に基づいたPMモータ位置センサレス制御における速度に依存しない高周波電流振幅検出法

◎平川大地・山本吉朗・篠原篤志・大田黒修平（鹿児島大学）

著者らは，高周波交番電圧重畳に基づいたPMモータ位置センサレス制御に関する研究を行っている。この制御では，モータ基本波電圧に高周波電圧を重畳し，回転子突極情報を含む高周波電流応答から位置推定を行う。これまで著者らは，高周波電流応答の振幅を検出して制御することで位置推定を行ってきたが，速度の増加に伴い制御が不安定になるという問題があった。そこで本稿では，速度起電力の影響を考慮した高周波電流応答の式を導出し，その高周波電流応答の速度依存性を明らかにした。さらに，高周波電流応答に含まれる速度依存成分を除去し，速度非依存成分のみの振幅を検出して制御する方式を提案し，実験によりその有効性を示した。

5-100

センサレス永久磁石同期モータのための同相低減高周波磁束相関を用いた離散時間搬送高周波電圧印加法

○村上穣視（神奈川大学）・細岡 竜（サージュ）・新中新二（神奈川大学）

近年，ゼロを含む広範囲で位相推定を行う方法として，高周波信号印加と拡張誘起電圧を組み合わせた位相推定法が注目されている。著者らは，高周波電圧印加と拡張磁束推定を組み合わせた位相推定法を既に提案している。本法は，ゼロ速度を含む低速域では，高周波電圧印加により生じる高周波拡張磁束を用いて位相推定をしている。本論文は，既に提案されている高周波拡張磁束を用いた位相推定法を内包可能な新規の構造を持つ位相推定法を提案する。

5-101

周期性を利用した位置推定誤差補償を行うPMSMのセンサレスベクトル制御

◎内藤雅久・熊谷崇宏・伊東淳一（長岡技術科学大学）

位置や速度を用いない制御法の1つとして位置や速度を推定し制御を行うセンサレスベクトル制御が挙げられる。周期的に変動する負荷を駆動すると実際の角度と推定した角度差である位置推定誤差が周期的に発生し，制御に悪影響を与える。本論文では，位置推定誤差の変動が周期的であることに注目し，位置，速度推定系にBPFを用いた位置推定誤差低減手法を提案し，実験により効果を確認した。その結果，BPFを用いる事により，位置推定誤差を最大50%低減することを確認した。

5-102

モデル予測制御を用いたPMSMのセンサレス制御

◎鈴木太雅・前川佐理（成蹊大学）

一般的に永久磁石同期モータの駆動には位置検出のセンサが必要である。しかしメンテナンスや，コスト面の問題，などの課題がある。そこでセンサを排しモータの電気的モデルに基づきPI制御などを用いてセンサレス制御を行う方法がある。しかし従来のセンサレス制御ではゲインパラメータの設定の条件により応答性に限界がある。一方，電流制御や速度制御においては演算器の内部モデルによる予測を用いるモデル予測制御が研究されている。 本論文では，モデル予測制御を用いたセンサレス制御を提案し，実機実験による検証について報告する。

5-103

拡張誘起電圧による過変調駆動を含む位置センサレス制御の電気自動車における性能評価

◎鈴木桂太（日立アカデミー）・北村健太郎・道木慎二（名古屋大学）

永久磁石同期モータの位置センサレス制御の中には、全速度域において単一の制御器により位置推定可能なものとして、信号重畳と速度によって励起される拡張誘起電圧を用いる手法が提案されている。既に電気自動車(EV)を用いて線形駆動範囲内における評価結果が報告されている。 本研究では、上述のEVによる位置センサレス制御において未対応であった過変調駆動を含んだ駆動をEVで行う。本研究で使用する過変調制御は、電流の低次高調波成分を補償することで位置センサレス制御を継続する方式である。従って、EVの駆動範囲拡大のみでなく過渡応答性の向上も期待できる。本稿では、走行試験と過渡応答性の評価結果について報告する。

5-104

直流励磁による同期リラクタンスモータのセンサレスフリーラン起動制御

◎角井伸翼・鈴木俊毅・小島鉄也（三菱電機）

無電圧・回転状態（フリーラン状態）の同期リラクタンスモータへ直流電圧を印加すると、回転子の突極性によりモータ電流に二倍周波数の脈動が生じる。この電流脈動をPLLで検波してモータの速度および回転位相を推定する手法を提案する。提案手法は、速度および位置の推定結果をフィードバックせず電圧指令値をオープンループで決定するため、制御が不安定化する懸念がない。また、モータ定数の設定誤差に対しても位置推定結果の誤差が生じにくいという特徴がある。提案手法の実機検証により、電気周波数5~250 Hzの範囲で精度よくモータの回転状態が推定できることを確認した。

5-105

1インバータ2PMSM 並列駆動の電流脈動低減

○髙橋健治・谷山雄紀（三菱電機）

複数台の永久磁石同期モータ(以下、PMSM)を駆動する装置のコスト低減策として、2台のPMSMを1台のインバータで並列駆動する手法が提案されている。しかし、先行文献の手法を位置センサレス制御で実施した場合、d軸電流指令を急変させたときに過渡的な速度推定誤差が生じる。この誤差により安定化制御が発振し、電流脈動が増大することがある。本稿ではその発振現象を防ぐ方法として、2つのモータの速度差の推定演算方法の改良案を提案した。サブモータのq軸電流から速度差を概算することにより、d軸電流脈動の増大を抑制することが可能となった。

5-106

モータ低速時の入力電流高調波を低減するデュアルインバータのスイッチングパターンの検討

◎奥村 廉・芳賀 仁（長岡技術科学大学）

インバータの入力電流高調波を低減するためのデュアルインバータシステムについて検討されている。このシステムは，二つの電圧型インバータとオープン巻線モータで構成されている。システムの問題として，モータの低速度動作時に2次側キャパシタの電圧変動増加に伴うキャパシタ容量の増加があげられる。そこで本論文では，キャパシタ容量の増加を抑制するためのスイッチングパターンを提案する。提案法では，モータ負荷を用いた実機実験によって，2次側キャパシタの電圧変動が抑制可能であることを確認した。また，本論文での負荷条件において，電圧変動の抑制に伴いキャパシタの容量は従来法と比較して26.5％低減可能であることを確認した。

5-107

位置センサレス過変調駆動に適する二重三相同期モータの拡張誘起電圧モデル

◎今井幸司・道木慎二（名古屋大学）・近藤孔亮・青木康明（デンソー）

二重三相同期モータの位置センサレス制御は重要な研究課題のひとつである。しかし、電圧利用率を向上させるためにインバータ過変調領域を用いると、高周波電流が発生し位置推定の障害となる。そこで本稿では、インバータ過変調領域における位置センサレス制御の課題を明確化し、この課題を解決する新たな拡張誘起電圧モデルを提案する。提案法の構成では、二系統平均電流と平均電圧を用いて、二重三相モータを透過的に三相モータとしてモデル化する。これにより、高周波電流の主成分である6時成分を低減することが可能となる。また、提案法は電流微分を小さくするため、d軸インダクタンス変動に対してロバストである。これらの有効性を実機実験で確認した。

5-108

リアクトルレス昇圧オープン巻線モータ駆動システムの検討

◎岡崎晃大・前川佐理（成蹊大学）

太陽光発電のアプリケーションの1つに太陽光発電の電力により動作するポンプシステムがあり、一般的な構成ではポンプ用電動機以外に昇圧回路を設け、所望の電圧まで昇圧を行う。これには昇圧用のリアクトルやスイッチング素子の増加により、発電・駆動システムの大型化が大きな問題となる。本研究では、発電電圧低下時に必要な昇圧回路に関して、昇圧回路を個別で追加せず実現することを目指した。 本研究で提案する方法は、太陽光発電向けのオープン巻線モータにおいて、昇圧チョッパ回路のリアクトルを、電動機の巻線と共有することによって、追加のリアクトルを搭載せずに、昇圧チョッパ回路を構成することである。

5-109

ラジアル力電気角2次成分低減を目的としたオープン巻線構造PMSMの第3次高調波電流制御手法

◎本田一成（芝浦工業大学）・赤津 観（横浜国立大学）

電気自動車用の駆動モータとして高効率・高出力密度などの特徴からPMSMが注目されている。PMSMには出力トルクの増大や低振動・低騒音化が求められており制御的アプローチとして高調波電流制御手法が存在する。そして近年，安全性などの観点からデュアルインバータシステムが注目を集めており，オープン巻線構造PMSMをデュアルインバータシステムで駆動することにより高調波電流制御手法に第3次高調波電流の利用が可能となる。本研究では，第3次高調波電流制御を用いた低振動・低騒音化を目的とし，本論文においてはモータの径方向振動に起因するラジアル力電気角2次成分の低減の検討を行う。

5-110

マルチインバータ駆動モータの極数変換による可変速特性の向上

◎矢野秀征・堺 和人（東洋大学）

近年、電気自動車、鉄道などの可変速駆動システムが拡大し、可変速における省エネルギーが重要で、モータの全運転範囲での高効率化が求められている。モータと複数のインバータ回路を構成したマルチインバータモータシステムが提案する。マルチインバータモータシステムは各インバータの相順と位相を切り替えることでモータの極数を変更して高効率の可変速運転が可能になる。本稿では、3インバータ方式での極数変換による可変速特性の向上について述べ、極数変換における連続運転において8極での高トルクと4極での低鉄損と高効率の運転が可能であることを明らかにした。

5-111

SRモータの状態オブザーバを用いた位置センサレス制御系におけるオブザーバゲインに関する検討

◎松永星来奈・中沢吉博（秋田工業高等専門学校）

スイッチトリラクタンスモータ(SRモータ)を駆動させるためには，回転子位置に応じた電流・電圧制御を行い，適切な相をタイミングよく励磁する必要があるため，位置センサを必要とする。しかし，位置センサを用いることにより高コストになることや，モータの体格増大，使用温度範囲の上限が低くなるなどの問題から，位置センサレス化が望まれる。本研究では状態オブザーバを用いたSRモータの位置センサレス制御における最適なオブザーバゲインについて検討を行う。最適な磁束オブザーバゲインを解析的に算出することにより，速度制御1000rpmにおける負荷トルク0.1 N・m時のシミュレーションにおいて，良好な推定電流と推定回転子位置の結果が得られた。

5-112

静止トルク特性の数値解析によるスイッチトリラクタンスモータの最適電流波形の算出

◎吉澤裕貴・後藤博樹（宇都宮大学）

近年、希土類材料における供給の不安定性から回転子に希土類材料を用いないスイッチトリラクタンスモータ(Switched Reluctance Motor : SRM)が注目されている。一方、 SRMの駆動電流波形は関数そのものが決まっていないため、試行錯誤的に励磁パターンの最適化を行う必要があり、駆動システム全体の最適設計が煩雑であった。そのため、インダクタンスカーブより電流波形を最適化する手法が提案されているが、SRM固有の非線形性に対応できなかった。そこで、本報告では静止トルク特性そのものを非線形に対応したフーリエ級数により近似することにより、トルク/電流比を最大化する電流波形を求める手法を提案する。

5-113

モータ電流制御を考慮した同期PWM の電圧指令位相計算法

○古谷真一（三菱電機）

インバータスイッチング制御方式の1種である同期PWMついて検討した内容となる。提案方式は、電圧指令位相と所定閾値の比較によりスイッチングパルス生成を行うが、電圧指令位相に対してLPF処理を要する。また電圧指令位相の計算に逆正接計算が必要である。今回、これらの計算をPLLを用いて比較的簡易な処理で実現する方式を検討し、その結果を報告する。

5-114

車両空調用電動圧縮機に適した二相変調方式の検討

○柏原辰樹・小林孝次（サンデン・アドバンストテクノロジー）

車両空調機用電動圧縮機モータを駆動する三相インバータにおいて、各スイッチング素子の放熱性は必ずしも均一ではない。その結果、一部のスイッチング素子のみが温度上昇し問題となる場合がある。そのような放熱性が不均一な場合に適したスイッチング方式を提案、検証する。

5-115

γ軸電流及びδ軸電流フィードバックに基づくIPMSMのV/f制御

◎古川誠人・吉岡 崇・漆原史朗（香川高等専門学校）

近年，AC汎用モータが産業用途で幅広く用いられている。埋込磁石型同期電動機（IPMSM）は従来の汎用モータより高効率であることから導入が進んでいる。V/f制御は簡単な構成で制御系を構成できる利点を有するが，IPMSMに適用する場合はインバータ出力電圧の位相補償が必要となる。 本論文では，γ軸電流およびδ軸電流フィードバックに基づく IPMSMのV/f制御を提案した。提案法を用いることにより，軽負荷時の速度振動を大幅に改善できることを確認した。また，重負荷時も従来と同等の負荷トルク耐量を有していることを確認した。

5-116

低コストマイコンに適したPMSMのインダクタンス磁気飽和特性測定法

◎蜂矢陽祐（三菱電機）

産業機器や家電製品において、インバータを用いた高効率な永久磁石同期モータ(PMSM)の駆動が求められており、特に位置センサレスでの駆動制御にはモータの電気定数が不可欠であり、中でもインダクタンス定数は磁気飽和特性がセンサレス制御の安定駆動のために重要であるが、その測定方法について従来方法ではモータの軸拘束などが必要で測定に制限があった。本発表では、パルス電圧印加を用いたインダクタンス定数の磁気飽和特性の測定により、測定上の制限がなくかつ産業機器に適用するため低コストなマイコンへの実装が可能な手法について述べる。

5-117

永久磁石同期モータの電流制御における単相電流センサからの電流ベクトル復元の過渡性能の改善

◎堀 翔太・道木慎二（名古屋大学）

永久磁石同期モータは移動体への搭載が検討されるようになり新たな要求として耐故障性の向上といった要求が見られるようになった.そのために状態推定技術を併用しセンサ故障時にも制御を継続する研究が進められている. その中で電流センサの故障に対し電流シミュレータなどの利用が提案されている. しかし電流センサの故障を考えると単相の電流センサのみ利用可能な状況も考えられ単相の電流センサから電流ベクトルを推定する電流復元を利用することで推定性能の向上が期待できる. しかし電流復元は過渡性能が劣化するという課題がある. 本稿では電流シミュレータを併用し過渡時の推定性能を改善する方法について提案しその有効性を検証する.

5-118

磁気飽和を有するIPMSMのオンラインパラメータ同定を用いた最大トルク/電流制御の実機検証

◎村上舞穂・森本茂雄・真田雅之・井上征則（大阪府立大学）

埋込磁石同期モータ(IPMSM)は，高効率・高出力なモータとして様々な分野で活用されている。IPMSMのベクトル制御による高性能な高効率制御を実現するためには，モータパラメータを正確に把握し，そのパラメータに基づいて適切な制御を行う必要がある。しかし，モータパラメータは磁気飽和等で変化するため，その値を正確に把握することが望まれる。 本報告では，磁気飽和を有するIPMSMのパラメータ同定値を用いて磁気飽和でq軸インダクタンスが変化する場合でも最大トルク/電流(MTPA)制御が実現できる手法を提案する。実機実験で求めたMTPA条件と提案法で求めたMTPA条件を比較して提案法の有効性を確認した。

5-119

永久磁石同期モータの定速度制御への最適化アルゴリズムの適用

◎若佐裕太・美井野 優・高木茂行（東京工科大学）

In constant speed control of a permanent magnet synchronous motor, it is necessary to change the control current of the motor when torque fluctuation occurs in the motor. With only speed PI control, it takes time to determine an optimized control current value for disturbance. Therefore, it is considered that a high-speed torque response can be obtained by adding an optimization algorithm to PI speed control. Simulation results show that the input power is reduced by 6[%] when this control method is applied to a permanent magnet synchronous motor.

5-120

ANNを用いたセンサレス速度制御系における安定な制御帯域の判別法の提案

◎田中亜実・前川佐理（成蹊大学）

永久磁石同期モータのセンサレス制御において，中～高速領域では回転子磁束を推定する方式が用いられるが，様々な要因により，センサレス制御が不安定化する。線形解析によるアプローチとして，閉ループ伝達関数の極配置の解析により安定性判別を行う方法があるが、伝達関数の近似など様々な影響により、理論解析と実機において安定に駆動できる制御帯域の範囲が一致しない問題がある。 本論文ではANNを用いて様々なモータの機器定数と安定に駆動できる制御帯域の関係を学習させ、未知のモータに対して安定に駆動する制御帯域の判別法についての結果を報告する。

5-121

ヒステリシス特性を考慮した構造材の鉄損評価に関する検討

◎武田真帆・髙橋康人・藤原耕二（同志社大学）・今盛 聡（富士電機）

変圧器のタンクや取り付け金具には構造材が用いられており，構造材に漏れ磁束が鎖交することで漂遊損が生じる．変圧器のさらなる高効率化を達成するためには，周辺部材における損失の正確な評価と発生箇所，要因の詳細な把握が必要不可欠である．そのための手段として構造材の磁気ヒステリシス特性を適切にモデル化した磁界解析が有効であると考えられる．そこで，本稿では一般構造用圧延鋼板SS400を対象として準直流磁気特性測定を行い，その結果を用いてSS400の三次元有限要素解析を行った．その結果，ヒステリシス特性を考慮することは構造材の鉄損を高精度に算出するために重要であると考えた．

5-122

Cauer回路およびFoster回路を用いた磁気特性モデリングに基づく圧粉磁芯の有限要素磁界解析

○髙橋康人・藤原耕二（同志社大学）

軟磁性複合材料（SMC）における渦電流に起因した磁気特性の周波数依存性の高精度なモデル化法として，Cauer回路を用いた磁気特性表現が報告されている．SMCの磁気特性の非線形性は強くないため，Cauer回路初段のインダクタンスに直流的な非線形磁化特性を適用し，局所的・大域的な渦電流による影響を後段の線形Cauer回路で表現する．したがって，Cauer回路後段は，等価なインピーダンスを有するFoster回路への変換が可能である．しかしながら，Foster回路に基づく磁気特性表現とFEMとの連成解析については，明らかになっていない点も残されている．そこで，Foster回路に基づく磁気特性表現とFEMとの連成解析法を検討し，Cauer回路を用いた磁気特性表現との比較を行う．

5-123

複素透磁率を用いた変圧器巻線の漏れインピーダンスの回路表現法の提案

◎比留間真悟・五十嵐 一（北海道大学）

近年の電磁機器の駆動周波数の高周波化に伴い電磁機器に生じる高調波成分に起因する渦電流損失の計算が重要になっている．従来，渦電流損失の計算にはDowellら方法が用いられてきた．しかしながら，この方法では非正弦波電流が巻線を流れる場合には直接適用することができず，また二次元的な形状の効果および渦電流による反磁界が無視されており高周波数領域で誤差を生じる．これらの問題点に対して本論文では連分数表現された複素透磁率を用いて変圧器巻線の漏れインピーダンスを等価回路表示する手法を提案する．本手法では複透磁率を有限要素解析により求める．得られた複素透磁率は連分数で表現されており，Cauer回路で表現することができる．これを用いて漏れインピーダンスを等価回路表示し，拡張された変圧器等価回路を提案する．

5-124

デジタルアニーラを用いた振動発電デバイスの設計最適化

◎丸尾昭人・大島弘敬（富士通研究所）・五十嵐 一（北海道大学）

振動発電機は振動エネルギーを電気エネルギーに変換する技術であり、IoT技術の基になる無線センサのバッテリ源として注目を集めている。電磁誘導型振動発電機は基本的にコイルと磁石から成り立っているので、振動発電機の性能を向上させるために、磁石配置の最適化に着目した。小磁石の組み合わせにより磁石配置を最適化する場合、組み合わせの数が膨大になる。そのため、組合せ最適化問題を解くことに特化したハードウェアシステムであるデジタルアニーラを用いて磁石配置の最適化を行ってきた。更なる効率化を図るためにはコイルも考慮する必要があるので、本研究ではデジタルアニーラを用いて振動発電機のコイルの位置・大きさ・形状と、磁石の配置の同時最適化を行う。

5-125

レベルセット法に基づくトポロジー最適化による開磁路型一様磁界生成器の設計最適化

◎山野眞輝・荒瀬浩平・岡本吉史（法政大学）・若尾真治（早稲田大学）

近年，開磁路型構造と閉磁路型構造のMRI装置が多用されている．磁石を対向させる閉磁路型のMRI装置では，水平方向の磁場の一様性が保証されているのに対し，開磁路型のMRI装置では，その限りではない．そこで，本論文ではレベルセット法（LS）により，永久磁石の構造を最適化し，2次元開磁路型MRIモデルの水平方向の磁場一様化を検討した．また，永久磁石の磁化方向の最適化も同時に行ったので，その結果も報告する．

5-126

鉄芯・導体・空気領域の構造変化を考慮したマルチマテリアルトポロジー最適化の検討

荒瀬浩平・◯岡本吉史（法政大学）・若尾真治（早稲田大学）

近年，モータの高効率設計技法として，トポロジー最適化（TO）が，電気機器の設計現場において，積極的に活用されている．IPMモータのロータは，主として，フラックスバリア・鉄芯・永久磁石の三材料から設計されており，マルチマテリアルトポロジー最適化の使用により，高出力な構造が得られている．その一方，ステータは，空隙・鉄芯・導体の三材料から設計されているため，導体領域も含めたマルチマテリアルトポロジー最適化が有効となる．Byun らによる検討では，コイル領域単一の配置が，密度法により決定されているが，鉄芯も含めたマルチマテリアル最適化に関する報告は，あまり見られない．そこで本論文では，鉄芯に加え，巻線領域のトポロジー変化を考慮した複数材料のレベルセット（LS）法によるトポロジー最適化手法を提案し，基礎モデルにおいて，その性能を検証し，その結果を報告する．

5-127

275kV変圧器用ポリマーガスブッシングの電協研推奨地震波形による耐震性能評価試験結果

塚尾茂之・大内光洋・吉田一輝・田中直樹・佐藤健次・辻 和宏・◎杉山竜麻（東京電力パワーグリッド）

275kV変圧器用ポリマーブッシングの実用化および機械特性の検証を終了し，東京電力PG管内の変電所に適用した。変電機器の耐震性能評価として国内では長年JEAG 5003による擬共振法を用いた耐震試験または解析が行われてきたが，2011年に発生した東北地方太平洋沖地震を契機に電協研にて擬共振法から応答スペクトルに基づく設計手法が検討され，その結果を反映した電協研第74巻第2号『変電機器の耐震設計最適化』が発刊された.今回，新製品であることから電協研推奨スペクトルに適合した時刻歴地震波形（以下電協研推奨波形）による耐震性能評価試験を電力中央研究所（我孫子）にて実施したので報告する。

5-128

配電用柱上変圧器の劣化診断AI開発

○堤 則彦・中田安彦（東京電力ホールディングス）・伊藤 仁（東京電力パワーグリッド）

配電設備の健全性を維持し電力の安定供給を果たすために、設備巡視・点検は欠かせない業務である。中でも柱上変圧器は、劣化に伴い発錆が進展すると、漏油による設備事故や公衆災害を引き起こす恐れもある。そのため定期的に現場出向し劣化度合を確認しているが、対象設備は数10万台に及ぶため、現場点検作業の省力化・効率化が求められている。そこで、過去の点検時に撮影・蓄積されている画像データを利用し、配電用柱上変圧器の発錆ランクを自動診断するAI（Artificial Intelligence）開発に取り組んでいることから、その成果につき報告する。

5-129

ナノ結晶磁性材料の変圧器鉄心への適用

○出井和弘・栗原二三夫（東光高岳）

近年、世界的には地球温暖化抑制のための省エネルギーの機運が高まっている。ナノ結晶磁性材料は、材料レベルでは高い飽和磁束密度と低い無負荷損といった優れた磁気特性を有しており、変圧器鉄心に適用した場合の損失低減や高効率化に対して高いポテンシャルを有していることが期待されている。これまで筆者らは、ナノ結晶磁性材料を鉄心に適用した小型変圧器の試作、評価に取り組んできた。本稿では、その結果、従来の高効率変圧器と同等以上の性能を確認したので報告する。

5-130

光ファイバによる水冷高周波変圧器の温度同定法の検証

○中尾一成・木村紀之（福井工業大学）・山内良昭（ニューブレクス）・門馬修一（テクノ電気工業）

NEDO事業「次世代洋上風力直流送電システム開発事業」の一環として400Hz以上の高周波変圧器の要素研究を行っている。小型化・低コスト化に向けては高周波化とともに高パワー密度化設計法の確立が不可欠である。それを実現するためには光ファイバによる精密な温度同定技術とホットスポットを三次元的に特定できる解析技術の提案と検証が課題である。ここでは、電磁場環境における光ファイバによる温度同定を試み、0.1～0.2℃レベルの誤差での高精度な温度同定が可能なこと、さらにはANSYSによる三次元モデルを構築しその解析精度を検証し、±0.3℃の誤差で温度分布を再現できることを確認した。

5-131

変圧器のFRA診断を想定した過渡現象解析モデルの検討ー巻線モデルに対する伝達関数の測定と解析ー

◎菊池秀平・八島政史（東北大学）・宮嵜 悟（電力中央研究所）

電力用変圧器の巻線異常を検出する手法として，周波数応答解析(FRA)が注目されている。FRAは巻線端子間で数kHzの低周波から数十MHzの高周波までの伝達関数を初期データと比較し，その変化から巻線異常を検出する手法である。伝達関数に現れる特徴を解釈するために回路モデルによる検討がなされているが，回路パラメータを定量的算定することは容易ではない。一方，電磁界モデルは，回路パラメータを算出する必要がなく，各種異常を直接模擬できるので，FRAの解釈の検討においては有用である。本稿では，変圧器巻線の電磁界モデル作成を目指す過程で作成した巻線モデルに対する伝達関数測定結果と，簡略化した電磁界モデルの解析結果の一例を報告する。

5-132

負荷試験を用いた変圧器等価回路定数の同定法

◎松本隆寛・吉田義昭（広島工業大学）・鈴木宏和（東京大学）

変圧器の等価回路は効率など諸特性の計算に利用される。計算精度向上のため，回路定数の正確な同定は重要である。一般に特性算定にはL形等価回路が用いられる。その等価回路定数は，直流抵抗測定，無負荷試験および短絡インピーダンス試験によって求める。これらの試験をする場合，2つの課題が挙げられる。1つ目は変圧器を系統から切り離す必要があるため，運転中は試験ができない。2つ目は，定格容量や変圧比が大きくなると，低圧側の巻線抵抗が非常に小さくなるため，抵抗測定が困難である。これらの課題を解決するため，本論文では，上記の試験を行わずに，異なる二つの負荷状態から単相変圧器のT形等価回路の定数を同定する手法を提案する。実験の結果，概ね理論通りの成果が得られた。

5-133

変圧器投入時の波形による機器定数の算出

○徳永義孝（岡山県立大学）

変圧器励磁突入電流の解析に必要な機器定数（巻線抵抗，漏れインダクタンス，空心インダクタンス，定格磁束密度）について、変圧器投入時に測定できる波形から直接計算できることが有益である。そこで、この計算方法を確立する基礎検討として、EMTP (ATP) で単相変圧器を投入した時の解析を行って得られた電圧・電流波形から、機器定数の算出を試みた。

5-134

窒素ガス絶縁変圧器実現に向けた基礎絶縁検証

○高野 啓・松岡 綾・中澤義基・野口直樹・森 繁和・千切健史（東芝エネルギーシステムズ）

絶縁および冷却媒体に加圧SF6ガスを使用するガス絶縁変圧器は，不燃性で防爆性に優れ，漏油による環境汚染がないことから，都市部の地下変電所や水力発電所，臨海部の変電所等を中心に普及している。一方，SF6ガスの地球温暖化係数は二酸化炭素の約23900倍であり，より環境負荷の低いガスを使用したガス絶縁変圧器の開発が望まれており，様々なガスが提案されている。本稿は，高ガス圧(0.4MPa-g at 20℃)のN2ガスを絶縁媒体とした変圧器を想定した絶縁試験モデルを作成し，雷インパルス電圧を印加することで絶縁性能を評価した結果，850kVまでの耐圧を確認できたことについての報告である。

5-135

鉱油中の水分量がPVF線絶縁性能に及ぼす影響

◎大久保祐輔・下村好亮・田中 剛（ダイヘン）・松添宇一・西垣安貴・小迫雅裕・匹田政幸（九州工業大学）

本研究では，ポリビニルホルマール（polyvinyl formal: PVF）線を用いた油入変圧器のコイル巻線において，層間絶縁紙を省いた絶縁構成での長期絶縁性能の信頼性評価を目的としている。本報では，PVF線ツイストペアを温度加速により約60年相当（180℃×2か月）熱劣化処理後に鉱油中の水分量を変化させたものを用意し、部分放電開始電圧(Partial Discharge Inception Voltage: PDIV)測定を行い、その影響を確認した。

5-136

ポリビニルフォルマール線の課電寿命特性における印加電圧の周波数加速等価性の一考察

◎西垣安貴・竹之内 将・松添宇一・小迫雅裕・匹田政幸（九州工業大学）・大久保祐輔・下村好亮・田中 剛（ダイヘン）

筆者らは，鉱油中で熱劣化したポリビニルホルマール (PVF)線ツイストペア試料の課電寿命特性(V-t 特性)の評価および劣化メカニズム解明につき，検討を行ってきた。本稿では，熱劣化 PVF 電の課電寿命特性(V-t 特性)における印加電圧の周波数加速等価性について検討した。

5-137

エステル油含浸クラフト紙の熱劣化が部分放電挙動に及ぼす影響

◎荒木 光・山田大智・小迫雅裕・匹田政幸・土江基夫（九州工業大学）・Cristina Mendez Gutiérrez・Alfredo Ortiz Fernández（カンタブリア大学）

電力用油入変圧器は環境負荷低減への意識の高まりから，生分解性・難燃性に優れているエステル油を使用した変圧器のニーズが高くなっている。このような要望に応えるには，エステル油を絶縁油として適用した際の放電特性を解明することが重要であるが、その報告は少なく十分に解明されていない。そこで本稿では，エステル油の球-球電極間における絶縁破壊電圧（breakdown voltage: BDV）を調査し，エステル油含侵クラフト紙の油中における部分放電開始電圧（partial discharge inception voltage: PDIV）を評価した。

5-138

油/PB複合絶縁系の放電進展シミュレーション

◎吉田成是（三菱電機）・山田大智・小迫雅裕・匹田政幸（九州工業大学）

電力用油入変圧器は、油／プレスボード（pressboard: 以下PB）複合絶縁系が用いられている。特に高電圧コイルの端部といった電界集中箇所においては、油隙をPBで分割することで、油のE-d特性を利用してその絶縁性能を向上させている。 本稿では、上記の絶縁構成を模擬した電極系に対して放電シミュレーションを行い、油中放電の基礎特性について検討を行った。 その結果、これまで著者らが実験で確認している現象（油隙がPBで分割された電極系において放電が発生すると、周囲の電界分布が変動し、PBを貫通することなく放電が発生すること）を、今回本シミュレーションにおいても再現でき、放電進展に寄与する式や油中のパラメータを把握することができたため報告する。

5-139

鉱油と天然エステル油の交流絶縁破壊特性の比較

◎山田大智・荒木 光・小迫雅裕・匹田政幸（九州工業大学）・吉田成是・濱田陽紀・梅本貴弘（三菱電機）

近年，環境負荷低減への意識の高まりから，環境に優しい植物油を使用した変圧器へのニーズが高まっている。そこで本稿では，植物油として天然エステル油を使用し，棒－平板電極と針－平板電極において，絶縁破壊電圧（Breakdown Voltage : Vb）を測定し，鉱油における特性と比較を行ったので報告する。

5-140

油交換による油中水分低減効果の検証

○後藤隆行・佐藤 学・長谷川真之・太田延幸（ユカインダストリーズ）

絶縁油の諸特性(酸価，体積抵抗率，絶縁破壊電圧，水分)が管理値を超過した際の処置として油交換が一般的に行われる。しかし，セルロース系固体絶縁物に含有される水分が絶縁油中に徐々に移行する事で，水分については一時的な改善しか得られない。 鉱油系絶縁油に比較して水分溶解性の高いエステル油系絶縁油を用いた油交換処置では水分量を低減できる可能性がある。吸湿状態となった油入変圧器を模擬した試験系に，鉱油系絶縁油およびエステル油系絶縁油で油交換処置を実施した際の水分挙動について報告する。

5-141

加振試験による油入変圧器シール材の劣化評価手法の開発

○佐藤 学・小西義則・長谷川真之（ユカインダストリーズ）・富永英明・柳 拓也（東北電力）

油入変圧器には各所にシール材が使用されている。シール材は長期間の使用により劣化が進行し，油漏れが発生する可能性が高くなることから適切な時期にシール材を交換することが必要である。シール材の劣化を評価するためには，シール材を機器から取り外す必要があるが，稼働中機器からシール材を採取するのは困難である。そこで著者らは構造物の強度評価等に用いられる加振試験に着目し，シール材の劣化評価への適用に関する検討を進めた。本報告では劣化評価手法の基礎的検討として，シール材装着溝を有するフランジ容器に角型リング状のシール材を装着したモデル構造物を対象に加振試験を行った結果を報告する。

5-142

無絶縁REBCOコイルにおける高熱的安定性と励磁遅れ時間短縮を両立できる層間抵抗の検討

◎津吉杏佳（早稲田大学）

我々は、医療用加速器や高磁場全身用MRIをターゲットとした高温超電導コイルの開発を目指しており、本来二律背反の関係にある高熱的安定化と高電流密度化を両立できる手段として、無絶縁(NI)REBCOコイルの研究を行っている。NIコイルは電気絶縁がないため、電流が隣接層に転流することで局所的常電導転移を避けることができ高い熱的安定性を得られるが、励磁遅れも発生する。転流による発熱が支配的な時を熱的に安定と考えると、高熱的安定性と励磁遅れ時間短縮を両立できる層間抵抗を探す必要がある。本研究では、高熱的安定性に着目し、層間抵抗を変えて発熱割合(転流に伴う発熱・銅安定化層/超電導層の発熱)を過渡解析により評価した。

5-143

無絶縁REBCOパンケーキコイルのためのML-MI法による接触電気抵抗の調整実験

◎根本羽衣・尾下 遥・金原徹郎・大牟禮将人・濵中麻衣・吉原優花・石山敦士（早稲田大学）・野口 聡（北海道大学）・渡部智則・長屋重夫（中部電力）

無絶縁コイルは，従来の絶縁コイルでは二律背反の関係にある高熱的安定化と高電流密度化を両立できる手段として期待されている。先行研究では，無絶縁コイルのMRI応用やSMES応用において，その機器の要件を満たすような層間の接触電気抵抗が存在することが示唆されている。さらに，実際に接触電気抵抗の値を調整する方法として，我々は金属テープを複数枚共巻きするML-MI(Multi-Layer Metal-Insulation)法を提案した。そこで今回は，REBCO超電導線材間にSUSテープまたは表面酸化処理されたSUSテープを複数枚挟み，SUSテープの枚数およびその表面の処理状態により接触電気抵抗を調整する方法について簡易実験により評価したので報告する。

5-144

層間接触不良のある無絶縁コイルの過渡安定性

◎北村真由（早稲田大学）

無絶縁コイルは、二律背反の関係にある高熱的安定化と高電流密度化を両立できる巻線技術として期待されており、絶縁層が施されていないため、電流が常電導転移部を避けて転流し、局所的な温度上昇を避けることができる。我々が対象とする全身用MRIはm級大口径コイルを用いるので、NMR用と比べ転流による発熱密度が小さくなるため、熱的安定性が高いと考えられる。しかし実際のコイル巻線では線材表面は一様ではないため、大口径コイルほど接触不良部分が発生しやすくなり、安定性が損なわれる可能性がある。そこで今回は、層間接触不良部分を持つNIコイルにおいて局所的常電導転移が発生した場合の熱的・電磁的挙動について、数値解析に基づく評価を行ったのでその結果を報告する。

5-145

無絶縁REBCO超電導コイルの励磁特性に関する解析評価

◎村上将吾・稲垣善太・上田聡美・石山敦士（早稲田大学）・植田浩史（岡山大学）・野口 聡（北海道大学）

REBCO線材は臨界温度が高く、高磁場下で大電流密度を流せるため、超電導コイルに応用し機器を小型化・高磁場化することが期待されている。このREBCO超電導コイルの高電流密度化と高熱的安定化を両立するためにNo-Insulation(NI)巻線技術¬¬[1]を適用する試みが増えている。REBCO線材やNI技術はそれぞれ利点がある一方で「テープ形状に起因して遮蔽電流が顕著に誘導される」、「励磁遅れが発生する」という欠点がある。我々はREBCO絶縁コイルを対象に遮蔽電流による磁場の影響について検討を行ってきた[2]。本発表では、NI-REBCOコイルを対象に励磁遅れを考慮した遮蔽電流解析を行いその結果を報告する。

5-146

体積抵抗率の異なる導電性樹脂を用いたREBCOコイルの過電流通電試験

◎石井宏尚（東芝）・宮崎寛史・岩井貞憲・宇都達郎・草野貴史・伊藤智庸・野村俊自（東芝エネルギーシステムズ）

高温超電導コイルが熱暴走する前に、導電性樹脂を介してターン間に電流を迂回させる保護技術を開発している。コイルサイズが大きくなると時定数が長くなるため、不要に励磁が遅れる課題がある。一方、ターン間抵抗を大きくすると電流の迂回量が減り、熱暴走してしまう恐れがある。そのため適用するコイルの設計に応じてターン間抵抗を適切な値にコントロールする必要がある。今回、体積抵抗率の異なる導電性樹脂を塗布したREBCOコイル2Pを試作して、液体窒素中での通電評価を行った結果について報告する。

5-147

導電性樹脂を用いたREBCOコイルの保護動作検証

◎宇都達郎・岩井貞憲・草野貴史・宮崎寛史・伊藤智庸・野村俊自（東芝エネルギーシステムズ）・石井宏尚（東芝）

高温超電導コイルに導電性樹脂を塗布することにより、熱暴走する前に電流を迂回させる新たな保護技術を開発している。これまでに内径500 mm、外径566mm、156ターンを6積層したREBCOコイルを試作し、伝導冷却下で保護動作の検証を実施し、本方式の有効性を実験的に確認した。また、本REBCOコイルの保護動作について、コイル内での電流迂回の挙動を確認するため、解析コードを構築。簡易解析とし、解析時間低減のため、モデルは一部簡略化した。本講演では、実験、解析の両面から検証した結果について報告する。

5-148

銅テープ共巻きコイルショート法によるHTSコイルのクエンチ保護特性向上の検討

◎尾上雄海・市川拓磨・野本尭宏・鳥山飛史・中村一也・塚本修巳（上智大学）・古瀬充穂（産総研）

銅テープ共巻きコイルショート法によるHTSコイルのクエンチ保護特性向上の検討尾上雄海、市川拓磨、野本尭宏、鳥山飛史、中村一也、塚本修巳(上智大学)、古瀬充穂(産総研) 【背景】 HTSコイルにおいてクエンチ時の保護は実用化に向けての課題となっている。しかし、従来のDetect＆Dump（D＆D）法は、クエンチ保護時の電流減衰時定数τの低減に制限がある。 【方法】 CWCS（Co-wound coil short）法はHTSテープ線に銅テープを共巻きにした銅共巻きコイルにおいてクエンチ検出時に抵抗を介してショートすることによりHTSコイルの電流の一部が急速に銅共巻きコイルに移り、ホットスポット温度が抑えられるという手法である。 【結果】 CWCS法によりD＆D法に比べて熱暴走を起こすクエンチ検出電圧、τの値がともにD＆D法に比べ大きくなっていること、コイル最大電圧の低下が確認され、クエンチ保護特性の向上がみられた。

5-149

超電導パンケーキコイルモデルにおける液体窒素の動的絶縁破壊特性の圧力依存性

◎森 優次・山上浩輝・小島寛樹・早川直樹（名古屋大学）

筆者らは，抵抗型超電導限流器の限流動作時における液体窒素の動的絶縁破壊特性について検討している．今回，超電導線を用いたパンケーキコイルモデルにおける液体窒素の動的絶縁破壊特性の圧力依存性について報告する．その結果，圧力の増加は気泡量を減少させ，動的絶縁破壊電界の低下を緩和できることを明らかにした．したがって，抵抗型超電導限流器の導入系統における故障電流に伴うジュール発熱および熱流束を推定し，それに応じた液体窒素圧力で常時運転することにより，限流動作時の動的絶縁性能を確保できると考えられる．

5-150

超高圧超電導ケーブルに向けた低誘電損失合成紙の電気絶縁特性

山上浩輝・◎脇田周太・小島寛樹・増田孝人・早川直樹（名古屋大学）

275kV級超高圧超電導ケーブルの低誘電損失化に向けて，低誘電損失合成紙Tyvek^Ⓡに着目している．本稿では，2枚のTyvek^Ⓡの間にLDPEフィルムまたはCPPフィルムを挟んで熱融着した3層構造の合成紙およびPPLP^Ⓡについて，液体窒素浸漬時の電気絶縁特性を検討した．その結果，部分放電開始特性に関して，部分放電が空隙を含む絶縁紙内部で開始していることを示唆した．また，Tyvek^Ⓡ/LDPE/Tyvek^ⓇのBDEはほぼ同等であるのに対して，Tyvek^Ⓡ/CPP/Tyvek^ⓇのBDEが低い傾向が得られた．これは、熱融着時にTyvek^ⓇがCPPよりも先に収縮するなどして表面粗さが大きくなり，Tyvek^Ⓡ内部の空隙の他に積層間の空隙にもPDが発生し，絶縁破壊へ進展しやすくなったことが示唆された．

5-151

超電導線臨界電流の実時間測定

○力石浩孝・グループ FFHR（核融合科学研究所）

核融合研では3次元のヘリカル型超電導コイルを使用したヘリカル型核融合の研究を進めている。本コイルは3次元変形を伴う巻線が必要であり、変形に伴う特性変化の把握、特性劣化を抑えた巻き線の検討が進められている。この特性評価の指標の一つが超電導線の臨界電流であり、本稿では連続的に臨界電流を追従測定する測定法について報告する。

5-152

電動航空旅客機に搭載される推進用界磁超電導モータの設計研究

◎寺尾 悠・石田裕亮・大崎博之（東京大学）

本研究は、電動推進航空旅客機に搭載する超電導モータの電磁設計に関する研究である。超電導モータは、回転子部分の界磁コイルを超電導化し、固定子側の電機子コイルは銅線コイルを用いた界磁超電導構造である。本構造に関して複数の設計パラメータに制約条件を課した条件下で遺伝的アルゴリズムを用いた最適設計を行ったところ、モータ出力密度として20 kW/kgを越える設計ケースを得た。

5-153

電動航空機へ向けた全超電導同期発電機における3次元有限要素法を用いた界磁巻線形状の比較検討

◎野田開仁・須河内良多・佐々滉太・三浦 峻・吉田 敬・笹山瑛由・岩熊成卓（九州大学）・笹森雄一郎・本田博一・長谷吉二（富士電機）

航空機への電気推進システム導入にあたり、回転機を超伝導化することで高出力密度化、高効率化および軽量化が期待できる。本研究グループでは、電動航空機へ向けた全超伝導同期発電機についてFEMによる数値解析を用いた研究を行っている。これまでは2次元モデルにおける超伝導発電機の電磁解析を行ってきたが、本研究ではモデルを3次元に拡張し、より正確な発電機特性を検討した。まずは2次元モデルと3次元モデルの特性を比較し、さらに巻線形状の異なる複数の3次元モデルについて発電機特性の比較を行った。

5-154

REBCO線材を用いた移動体用10MVA超伝導変圧器の軽量設計と限流機能の数値解析

◎住田雅志・佐々滉太・三浦 峻・岩熊成卓（九州大学）・今野雅行（富士電機）・和泉輝郎（産業技術総合研究所）

航空機によるCO₂の排出量は年々増加している。電動航空機はこの問題を解決する1つの案である。当研究グループは、超伝導技術を用いることで、軽量で高効率の電気推進システムの実現を目指しており、そのために超伝導変圧器が必要となる。先行研究ではREBCO超伝導テープを用いた10 MVA-6.9/1.0 kV超伝導変圧器を設計し、180 kg未満の軽量設計と99.9%を超える高効率を実現できる可能性を明らかにした。本研究では上記モデルを基に絶縁等を考慮し、より詳細な設計をした。具体的に、%IZの値を15%に設定し、そのときの損失、効率、重量などを求めた。また、突発短絡を想定して、超伝導変圧器の限流機能とREBCO超伝導テープの常伝導転移率の数値解析を行った。

5-155

Cu伝熱板付きMgB2電力貯蔵コイルの液体ヘリウム中交流励磁試験

◎髙橋雅史・谷貝 剛・平 萌人・高尾智明（上智大学）・槇田康博・新冨孝和（高エネルギー加速器研究機構）・平野直樹（核融合科学研究所）・駒込敏弘・塚田謙一・濱島高太郎（前川製作所）

先進超電導電力貯蔵システム（ASPCS）は、再生可能エネルギー由来の電力の変動を補償し、安定的な供給を目指す。そのうち、超電導電力貯蔵装置（SMES）に用いるMgB2線材を使ったダブルパンケーキコイル（DP）は、Cu伝熱板によって冷却する。そこで今回、Cu伝熱板をDPに取り付け、液体ヘリウム浸漬冷却下でDPに連続1時間の励磁を行いコイルのヒステリシス損失、伝熱板の渦電流損失によって発生する熱を測定し、冷却能力を確認した。交流損失評価は、液体ヘリウムの減少分をDPの発熱量に換算することによって評価した。今回はその実験結果を発表する。

5-156

超電導磁気軸受の電磁界解析ための有限要素法解析手法とモデルの検討

◎榎田壽史・石田裕亮・大崎博之・寺尾 悠・松村友岳・櫻井雄基・菅井 肇・片山伸彦（東京大学）

機器開発における有力な設計手法の一つとして、数値解析を用いた方法がある。しかし、超電導磁気軸受などの超電導応用機器は、超電導体が強い非線形特性を持つことから数値解析が不安定になるという難点がある。そこで本研究では、「解析領域を分ける・複数の支配方程式を用いる・複数回の有限要素法解析を行う」の特徴を持たせることにより解析負荷を低減させ、超電導磁気軸受に適応可能な解析モデルを提案する。解析モデルの検証は、検証済みの解析モデルと、解析条件を等しくしたときの結果を比較することで行った。結果、提案手法と比較対象の解析結果には高い整合性があることが確認され、提案手法の妥当性が確認された。今後は、解析したい機器を選択した上での、更なるモデルの応用化が期待される。

5-157

電力貯蔵応用を目的とした無絶縁REBCOコイルにおける貯蔵効率の層間接触抵抗への依存性評価実験

◎宮本 祐・尾下 遥・金原徹郎・大牟礼将人・石山敦士（早稲田大学）・野口 聡（北海道大学）・渡部智則・長屋重夫（中部電力）

超電導電力貯蔵装置(SMES)は高効率、長寿命で大電力の瞬時応答が可能である一方で、他の電力貯蔵装置と比較して貯蔵密度が極めて小さい。 無絶縁コイルは、二律背反の関係にある高電流密度化と高熱的安定化を両立できる巻線方式として期待されている。この無絶縁コイルをSMESに応用することができれば、高電流密度化により高貯蔵密度化が可能になると考えられる。しかし、無絶縁コイルを用いた場合、充放電時に径方向電流が流れ、ジュール損失が発生する。先行研究では、実規模サイズのコイルを対象とした解析によって効率の層間接触抵抗への依存性が調べられている。そこで今回は、貯蔵効率の層間接触抵抗への依存性を実験的に評価したので報告する。

5-158

JT-60SA中心ソレノイドにおける電源から生じる共振現象の調査

◎廣瀬雄太・目黒博嵩・園田翔梧・中村一也（上智大学）・村上陽之・木津 要（量子科学技術研究開発機構）

JT-60SAの超電導マグネットの中心ソレノイド(CS)はコイルのインダクタンスと導体間のキャパシタンスによる共振現象が発生し，理想的な端子間電圧の分圧値に比べてより高い電圧が加わる可能性がある。これは導体間の設計値を超え，絶縁の破壊につながる恐れがある。本研究では，CSモジュール解析モデルにおいて，JT-60SAの電源と同様の特性を持つJT-60Uの電源の電圧をCSモジュールに印加した場合の，共振現象が及ぼす層間の電圧分布への影響を評価した。解析の結果，電圧分布において層間の規格化電圧の最大値は設計値の規格化電圧よりも小さいため，層間の絶縁は損傷しないことが示された。

5-159

高温超電導スケルトンサイクロトロンにおける遮蔽電流磁場低減法の検討

◎白井航大・緒方隆充・稲垣善太・石山敦士（早稲田大学）・植田浩史（岡山大学）・野口 聡（北海道大学）

α線放出RIを用いたがん治療法であるα線核医学治療の普及に向けた課題の1つに、α線放出RIの安定供給がある。我々は小型軽量かつα線放出RIの安定供給が可能な加速器の実現を目指して、無鉄心のREBCOコイルシステムを用いたスケルトンサイクロトロンの開発に取り組んでいる。サイクロトロンでは粒子加速面において高精度な磁場が要求される。これに対しREBCO線材はテープ形状をしているので、磁場変動に対して遮蔽電流が顕著に誘導され、不整磁場発生の原因となる。そこで遮蔽電流磁場低減のための方策として、構成されるコイルを時間差で励磁する通電パターンを検討し、その効果を解析評価したので報告する。

5-160

REBCOバルクのパルス着磁におけるヨークの形状と捕捉磁場の関係

○横山和哉（足利大学）・岡 徹雄（芝浦工業大学）

本文は高捕捉磁場を維持しつつ，ヨークの重量を減らすことを目的として，円柱型，リング型，クロス型の純鉄製のヨークを製作し，それが着磁特性に及ぼす影響を検討した。GdBCOバルク体を20-50Kに冷却し，3.9から6.2Tのパルス磁場を印加し，着磁中の試料表面中央における磁束密度及び温度の時間変化，さらに着磁後の磁極表面における磁束密度分布を測定した。さらに，その値を用いて総磁束量を算出した。ヨークの単位重量当たりの総磁束量を比較した結果，リング型とクロス型共に従来の円柱型よりも大きな値となり，特にクロス型は50%以上となった。

5-161

鉄道信号システムの安全性評価に関するSTAMP適用可能性に関する検討

○工藤 希・渡邉翔一郎・林田守正・佐藤安弘（交通安全環境研究所）

これまで、鉄道信号システムの第三者による技術的な安全性評価にあたってはFMEA(Failure Mode and Effects Analysis)やFTA(Fault Tree Analysis)を中心とした解析を行ってきた。しかし近年の複雑化したシステムに対して、機器の相互作用等の複雑な事象の解析が難しいことから、これらの解析を得意とするSTAMP (System Theoretic Accident Model and Processes)/ STPA (STAMP based Process Analysis)による評価を検討した。実際に時間的遷移やタイミングの要素を含んだ制御を行う連動装置を例にSTAMP/STPAによる解析を実施し、時間的遷移も考慮に入れた解析が可能なことから、その有効性を確認した。

5-162

摩耗故障による鉄道沿線電子機器の寿命予測に関する考察

◎国崎愛子・藤田浩由・野村拓也・石井 琢（鉄道総合技術研究所）

近年，信号設備の小型化・高性能化に伴い，鉄道信号設備へ電子機器が導入されてきた。一方で，電子機器は劣化傾向の把握が困難であることが多く，その更新時期の適切な設定が課題である。本稿では，鉄道沿線で使用される電子機器について，故障実態調査や環境調査結果をもとに開発した寿命評価手法について示すとともに，ケーススタディで実施した寿命予測事例を報告する。屋内設置環境と比べ，ストレス要因として温度変化を考慮する必要があることを明らかにし，外気温や収納箱等の設置環境や使用方法によって，機器の予測寿命が異なることを確認した。今回開発した寿命評価手法は，使用環境に則した機器の更新時期設定に活用できると考える。

5-163

転てつ装置の密着度と密着力の相互関係の調査

○潮見俊輔・押味良和・多田靖弘・佐藤輝空（鉄道総合技術研究所）

分岐器のトングレール等の可動部に作用させる力である密着力と，信号設備の検査においてこれを間接的に管理するために用いる密着度について，密着度の調整基準値を定めるための根拠を示すことを目的として，密着度と密着力の相互関係の調査と，これの影響因子の解明に取り組んでいる。本報では，国内各地の実態調査の概要と，国内43箇所で実施した調査結果を示す。調査結果からは，分岐器の種類（関節分岐器，弾性分岐器），分岐器の接着状態とフロントロッドの調整状態，スイッチアジャスタのオフセットが密着力と密着度の相互関係に影響することが示された。

5-164

列車無線の誤着信事象に対する一考察

◎杉之下理紗・上倉信広・梅田博史（西日本旅客鉄道）

列車無線は、指令所と列車乗務員との間で用いられる重要な通信手段である。近年、JR西日本福知山運輸指令の複数卓において列車運行時間外に列車無線が誤って着信する事象（以下、誤着信）が多発傾向にある。誤着信は列車無線の安定運用を妨げる要因となることから、原因を明確に把握する必要がある。本稿ではこの誤着信事象を調査し原因を特定した結果について報告すると共に、改善策を提案する。

5-165

電波到来角度を用いた列車定点位置検知と走行番線検知の基礎的検討

◎牧野兼三・辻田 亘・森井 明（三菱電機）・蔦田広幸

近年、列車信号システムは列車制御を高精度に行うため列車位置を高精度に計測する。筆者らはこれまでに、定点列車位置検知方法として現行の専用RFIDを用いた方式に代わり、電波到来角度を用いたより低コスト方式を提案している。この方式は三角測量の原理に則り、角度の他に線路と地上端末間の離隔距離、すなわち列車の走行番線などの情報が必要であった。本報では、この離隔距離が未知であっても、電波到来角度と列車の車輪回転数から算出した走行距離をもとに、列車定点位置と離隔距離を検知する方式を提案する。検証機を用いた実験を行い提案方式の有効性を確認した。

5-166

GNSS及び線路座標を併用した列車位置検知

◎中澤幸弘・山本春生・谷口 茂・太田佑貴・岩田浩司（鉄道総合技術研究所）

近年、地上設備の削減やより柔軟な列車間隔制御を目的として、無線や車上データベースを用いた列車制御システムの導入が進んでいる。これらは、車上での列車位置の認識に基づいて列車間隔制御を実施するが、現状の車上位置の認識は、地上側にトランスポンダを設けることで列車位置補正を行っており、地上設備を用いていることからも車上装置のみによる位置検知が望まれている。これまで、車上での位置検知として慣性センサを併用した方式について開発を進め、曲線、勾配変化での検知について効果を確認したが、直線区間での位置検知に課題が残っており、さらにGNSSの併用についても検討してきた。この度、その検討を深度化し、直線区間における、車上のみによる位置検知のため、GNSS、線路座標及び速度発電機を併用した列車位置検知システムを開発した。本稿ではこれらの機能概要と機能確認の結果について報告する

5-167

列車内旅客行動推定機能による乗降状況の評価

○國松武俊（鉄道総合技術研究所）・守谷浩紀・草部博輝・山田良平（ジェイアール総研情報システム）

先行研究で開発した，駅での列車乗降状況を推定するシミュレーションについて，乗降時間に関する妥当性を確認する目的で，実際の乗降人数と乗降時間の関係について実験を行ったデータを使用し，実験時の乗降時間と，提案手法の乗降時間との比較を行った。その結果，従来手法と同等程度の再現性を有することを確認した。さらに，乗降時間の短縮施策の評価例として，仮に旅客への乗降の協力依頼を行った場合や，車両のドア幅を拡幅した場合の乗降時間を試計算し，その有効性を検証した。

5-168

超高頻度運行下における車両の加減速性能が駅間走行時分に与える影響に関する基礎検討

◎渡辺賢央・高木 亮（工学院大学）

筆者らは，超高頻度運行下での列車ダイヤの頑健性向上手法として，電力供給へのインパクトも考慮し，車両の加減速特性を必要な場面においてのみ大幅に高くし，余裕時分を増やして頑健性を維持する方法を検討してきた。しかし，先行研究においてこのような加減速度の変更が駅間走行時分に与える影響を定量的に評価した例はあまりない。そこで，超高頻度輸送のための鉄道車両の加減速特性の最適化検討に向けた基礎的検討として，低速域における加減速度の変更が，駅間の最短駅間走行時分に及ぼす影響をシミュレーションによって求めたので報告する。

5-169

超高頻度運行する線路別複々線における線路間亘りの多用：亘り線複数設置時の検討

◎天沼大輝・高木 亮（工学院大学）

本研究は，都市鉄道における混雑や旅行時間増大に対する抜本的改善手段のひとつである超高頻度ネットワークダイヤを実現する上でのボトルネック箇所の代表例として，線路別複々線における平面交差を伴う緩急線路間亘りについて取り上げた。具体的には，亘り線を複数箇所に設置し，列車の運行状況に応じてこれを使い分ける手法を提案した。さらに，亘り線を使い分けることによる上下線間の遅延伝搬抑制効果を検討した。その結果，提案手法により亘り線を使い分けることで上下線間の遅延伝搬を抑制できることが明らかとなった。

5-170

インバータによる直流き電回路単相鉄共振の縮小実験

◎前川雄哉・松迫泰地・長岡直人（同志社大学）

非線形現象の一つである鉄共振は変圧器の励磁インダクタが磁気飽和し，電圧が基本波または分数調波，高調波を含み振動する現象である。この現象は異常な唸り音や過熱による機器の焼損，絶縁破壊，地絡検出リレーの誤動作などを引き起こし問題となっている。 本稿では現在多くのインバータが導入されている直流き電回路を対象として縮小実験を行い，インバータのスイッチングにより繰り返し発生する電気的衝撃によって鉄共振が誘発され得ることを明らかとした。

5-171

整流装置の低電圧変動率対応高インダクタンス形直列リアクトルの開発

○鶴居政利・岸 章夫（指月電機製作所）

鉄道事業者においてCO2削減による地球環境保護の観点より、整流装置の電圧変動率を下げることで省エネを図るニーズがあったが、導入の課題として直列リアクトルのインダクタンス低下によって変電所直近での直流短絡故障時における直流高速度しゃ断器の遮断能力を超過することが発覚した。 そこで直列リアクトルの不飽和インダクタンスを大きくするリアクトル設計手法を考案し、直流短絡故障が発生した場合でもインダクタンスを確保し、故障電流が遮断可能な直列リアクトルを開発した。

5-172

等価内部抵抗の導入による高電圧き電用DC-DC変換器の制御特性改善法

○吉井 剣・森本大観（鉄道総合技術研究所）

直流電気鉄道に適用する高電圧き電システムにおいて，著者らはこれまでの研究で電車線と高電圧き電線の間に設備されたDC-DC変換器（以下，変換器）の制御方式としてDC-AT制御を提案し，回生電力を遠方の負荷へ効率よく融通することによる優れた省エネルギー効果がえられることを確認した。 ところが、DC-AT制御を採用した場合，列車の加減速に伴って列車直近の変換器が瞬時的に高負荷になり，変換器の定格容量が増大して負荷率が低下する課題がある。そこで，ATの漏れインピーダンスに相当する等価内部抵抗をDC-AT制御に導入し，負荷を複数の変換器で分担することで回生電力融通能力を維持しつつ過負荷を低減する手法を考案した。

5-173

直流高電圧回路における電流測定用絶縁トランスデューサーの基礎特性の評価

○赤木雅陽（鉄道総合技術研究所）

高電圧回路に流れる直流電流を安全かつ精度良く計測する手段として，シャント抵抗にトランスデューサーを組み合わせる方法やホールCTを用いる方法等が知られている。日本のき電システムでは従来ホールCT等が電流測定に用いられている。しかし，欧州において列車の消費電力量に対する課金などの目的で高精度な車載電流計の技術開発及び関連規格の審議が進んでいることを考慮すると，シャント抵抗とトランスデューサーによる方法について諸特性を把握するのは有益と考える。 今回は電圧アンプ及び鉛蓄電池を用いた通電試験を通じてシャント抵抗と高電圧回路用トランスデューサーを組み合わせた電流計測方法の基礎特性を評価したので報告する。

5-174

直流高抵抗地絡検出に向けたホールCTの周波数特性調査

◎樋口靖展・赤木雅陽・森本大観（鉄道総合技術研究所）・伊東和彦（西日本旅客鉄道）

変電所既設ホールCTで直流に重畳する交流成分を利用した直流高抵抗地絡故障検出方法の検討を進めるなかで、変電所既設ホールCTに対する交流電流の周波数応答特性が定量的に評価されていないので、50Hz～3kHzにおける周波数応答特性を測定し報告する。

5-175

電流差分検出による高抵抗地絡検出装置の検証

◎堀 紘彰・宇佐美 進・島田喜明（東日本旅客鉄道）

直流電鉄用変電所では、変電所構外で発生する高抵抗地絡は、電流変化量が小さく検出が困難である。本件では、地絡発生時に変電所の送り出し電流と、車両が消費する電流の和との間に差が生じるという特性に着目し、変電所で高抵抗地絡検出を可能とすべく、電流差分検出方式による検出装置を試作した。 フィールド試験の結果、ホール素子型変流器では計測精度が悪く本試作装置には光変流器等の高精度な変流器が必要であることがわかった。その他にも常時消費電流を計測できる車両による運行や車両電流を伝送する高速通信インフラ等が必要となるが、これらの条件下で変電所にて高抵抗地絡検出が可能と考えられる。

5-176

大電流アークを伴う直流高抵抗地絡故障の検出手法の検討

○森本大観・樋口靖展・赤木雅陽（鉄道総合技術研究所）・伊東和彦・田中弘毅（西日本旅客鉄道）

直流電気鉄道の課題の一つに、直流高抵抗地絡故障の検出がある。高抵抗地絡故障はその電流が小さいため、我が国で現在標準であるΔI形故障選択継電器（50F）を用いたき電回路保護システム構成では自動的な検出が事実上不可能である。実用化されている対策手法として放電ギャップ装置があるが、電車線路の構成部品点数とそれに伴う検査・取換業務が増加することが課題とされている。著者らは先に報告した実事故データの考察等を経て、大電流アークを伴う直流高抵抗地絡故障を変電所におけるき電電流観測のみで検出する手法を提案し、1事例のみの限定ではあるが実事故データを用いて検出が可能であることを示す。

5-177

直流き電回路用故障点標定機能改良に伴う標定精度検証

◎平松宏一・溝田貴禎・吉田靖男・藤原拓也・伊東和彦（西日本旅客鉄道）・畑中和明・長森正樹・川原敬治（津田電気計器）

き電回路の短絡故障時に事故点を早期に特定するため直流き電回路用故障点標定機能が導入されている。しかし、複線区間およびき電タイポスト区間においては標定精度が大きく低下する課題があり、これらの箇所では十分に活用ができていない。そのため、標定精度を向上するための検討が行われ、新たな標定原理が考案されている。検討された標定原理の概要および新方式による標定精度を実フィールドにおける人工短絡故障試験で確認したので、その成果を報告する。

5-178

非接触で直流架線電圧を測定する方法の開発

◎岩嶋啓太・田中裕司・大沢真人（東日本旅客鉄道）・今村博男（埼玉工業大学）

筆者等は過去の論文において、電界中に検出装置を持ち込むことによって誘導される電荷を検出し、完全な直流電圧を非接触で確認する誘導電荷検出方式による小型、軽量化された検出器の開発について報告している。その中で、誘導電荷検出方式における検出器は電位に応答しており、架線電圧を測定できる可能性があるとしていた。本稿では誘導電荷検出方式の検出器（試作1号機）を用いて電位の測定をした結果、加圧部から1m～4mの距離において理論値と合致した。また考案した多項式を用いた非接触の直流電圧測定は最大23％程度の誤差があるが、複数回測定毎ばらつきは9％程度に抑えることができた。

5-179

無人航空機が磁化された直流電気鉄道設備から発生する静磁界より受ける影響評価

◎上原勇希・内山陽介・島田喜明（東日本旅客鉄道）

今日、無人航空機（以下、ドローン）は様々な分野で活用されており、物流運搬や測量、設備異常時における状況確認等、使用例は多岐にわたる。鉄道においてもドローンによる設備点検や、異常時の設備状況確認等への活用が期待されている。しかし、直流電化区間では磁性体であるビームや橋梁等の鋼構造物が磁化されることで、停電下においても静磁界の存在が想定される。そのため、ドローンに搭載されたコンパス等の各種センサ類に影響を及ぼす可能性がある。今回、直流電化区間の鉄道沿線付近でドローンを安全に飛行させるため、直流静磁界がドローンに与える影響を考察する。

5-180

相鉄線・JR線直通化に伴う市の坪変電所の回線拡大工事と新鶴見信号場構内の線形改良工事について

◎下田智裕・藤井 圭・米山雄一・西郡幸春・神 直亨・亀島健司・金岡正博（東日本旅客鉄道）

横浜駅やJR東海道線の混雑緩和や乗換回数の減少等を目的として、2019年11月30日に相鉄・JR直通線が開業された。この開業を得て、東海道貨物線の貨物支線に一部営業線が乗り入れるようになり、同区間において、列車本数が増加した。列車本数の増加と併せて瞬時最大使用電力が変更したことに伴い、変電所容量検討を実施したところ現状の系統では必要容量を確保できないことが明らかとなった。そのため、市の坪変電所の回線拡大工事を実施し、輸送の安定性を確保した。また、相鉄線・JR線の直通化を受けて今後の更なるダイヤ設定の自由度や安定性・柔軟性の向上を目指して、新鶴見信号場では線形改良工事に取組んでいる。

5-181

飯田線変電所における設備改良方法の検討

◎鈴木直樹・朝飛貴文・荒木 毅・甲斐正彦（東海旅客鉄道）

全線直流1500V電化路線の飯田線では、変電設備が経年30年を超えるものがあるため、老朽取替工事を開始した。取替工事では、施工や保守を省力化することで、昨今の課題である労働力不足へ対応できるような設備構成を検討した。これらを実現するために、受電電圧を特高から6.6kVに変更することとした。変電所の間隔が20km程度と広い飯田線では昼間に変電所を停電させられないが、高圧化によって機器寸法を小さくでき、既設設備を停電させずに昼間に新設施工ができるようになった。これにより、施工を省力化することができた。また、特高受電に比較して一部の開閉器や変圧器を省略することができたため、設備点数を減らし保守の省力化ができた。

5-182

仙台車両センター構内連動更新工事における地上変圧器台の電源分岐方法検討

◎千田成一・鈴木裕介・山本翔平・大江秀治・服部正樹・西 健太郎（東日本旅客鉄道）

当社では信号機器における連動装置の老朽化に伴う更新工事を継続して実施しており、新たに機器室を設けることにより、旧機器室から新機器室へ順次、設備切換を実施している。これらの信号電源及び機器室電源は隣接する地上変圧器台（以下、地変）を介して電源供給されており、仙台車両センターの地変1では、電源系統の異なる3系統の電源が混在していた。今回は、狭隘な地変1内にて、異電源混在箇所の解消と同時に電源分岐点を創出するため、地変1内部の変圧器を移設し、加圧箇所を防護・区画することで安全作業に努めた。今後は、設備増強の手段として、変圧器を筐体へ納め、かつ地変外へ設置することで、容易に保守可能な設備を構築していく。

5-183

新幹線変電所負荷監視手法の検討

○清水俊匡・久野村 健・横須賀盛之・加藤裕久・今村隼士・松田裕也（東海旅客鉄道）・西川孝雄・上田達也（三菱電機）

東海道新幹線では列車運行本数の増加に伴い，変電所設備能力の上限に近い領域で運転する場面が発生しており，適切に負荷を管理することが必要になってきた。負荷電流が設備能力を超えないように適切に管理することに関しては，従来の過負荷監視装置では，検出範囲と変電所が実際に供給できる能力の上限を一致させることが難しく，電力指令員が列車在線本数を目安に保護装置検出前に負荷制限を行う取り扱いを行ってきた。この扱いでは，変電所の設備能力を十分に活用できないことから，新幹線変電所の負荷をリアルタイムに監視することで，既存の電源設備能力を最大限に活用できる、移動平均方法を活用した監視手法の検討を行った内容を述べる。

5-184

新軽井沢き電区分所の計器用変圧器故障に伴う油中ガス分析と部分放電測定結果の比較

◎長野 岳・天田博仁・中尾泰知・長谷川隆博・鈴木寛治・徳嵩真司・齋藤亮太・花岡佳一郎・関島志郎・林屋 均（東日本旅客鉄道）

将来の人口減少による保安要員の減少が懸念されていることから、電鉄用変電所設備における保守作業の省力化を目指して、部分放電測定を用いた保全方法の検討をしている。その中、北陸新幹線の新軽井沢き電区分所において、計器用変圧器VTの故障が発生した際、同種機器の健全性確認のため他のVTを対象に油中ガス分析と部分放電測定を実施した。そこで本報告では、油中ガス分析と部分放電測定を実施した結果を比較し、2手法の相関性を考察したので報告をする。

5-185

新軽井沢き電区分所の計器用変圧器故障に伴う各種部分放電測定結果の比較

◎天田博仁・中尾泰知・長野 岳・長谷川隆博・鈴木寛治・齋藤亮太・花岡佳一郎・関島志郎・林屋 均（東日本旅客鉄道）

将来の人口減少による保安要員の減少が懸念されていることから、電鉄用変電所設備における保守作業の省力化を目指して、部分放電測定を用いた保全方法の検討をしている。その中、2018年12月に北陸新幹線の新軽井沢き電区分所において、計器用変圧器VTの故障が発生し、同き電区分所の同種VTのうち数台で故障が疑われる結果が得られた。そこで本報告では、新軽井沢SPのVTを対象に部分放電測定を実施し、測定箇所や測定器、列車在線などの周辺環境の影響などの比較や考察したので報告をする。

5-186

駅内直流配電における地絡保護装置の動作検証

◎薗田洋平・筒井信道・西野憲一郎・仲野 淳（日本旅客鉄道）・福野研一・地道拓志・福島勇児（三菱電機）

駅の3つの課題（電源品質の向上・設備の簡素化・省エネルギー）を解決するために駅内直流配電システムを開発している。本稿では「電源品質の向上」に向けて不平衡電流保護装置（以下「51G」という。）を用いた地絡保護を検証した。この結果、51Gは地絡回線の分岐線数が多いと誤不動作し、健全回線の分岐線数が多いと誤動作する可能性があることを確認した。また、これらの発生を防ぐ最大分岐線数の算出法を提案し、分岐線数を適当に設定することで、51Gの駅内直流配電への適用の可能性を示した。

5-187

高強度・高導電率トロリ線の開発

◎神保圭佑・小西 弘・増井裕太（東海旅客鉄道）

東海道新幹線の電車線路設備において，列車速度255km/h以上の高速区間におけるトロリ線はGT-SNNトロリ線を使用しているが，トロリ線の継続的な安定供給を目的として，GT-Snトロリ線をベースとした，高強度・高導電率トロリ線（GT-SN-C）を新たに開発した。このトロリ線について，疲労特性および摩耗特性を確認し，東海道新幹線の低速・中速区間において架設試験を実施したので，その結果を述べる。

5-188

高耐食亜鉛合金めっき鋼より線のちょう架線への適用検証試験

○伊東和彦・尾﨑正弥・垣内 翔・宮口浩一（西日本旅客鉄道）・樋口靖展・柴田直樹・臼木理倫（鉄道総合技術研究所）

近年、マグネシウムを添加した溶融亜鉛アルミニウム合金めっきを適用した鋼より線が開発されている。電車線のちょう架線に適用する場合には電車線金具の滑りや異種金属接触腐食の影響が懸念されることから、引張荷重試験および金具を接続した供試体への塩水噴霧サイクル試験が実施され、問題がないことが報告されているが、課電や電食などの影響が考えられる実環境下における検証については行えていない。 そこで、鉄道総研の勝木塩害実験場とJR西日本の紀勢線において約3年にわたり実施してきた課電暴露試験中の供試体に対して外観の状態から比較・評価した内容について報告する。

5-189

新幹線シンプル架線化の品質管理に関する報告

◎佐竹涼汰・秋葉大輝・葛西卓史・塩谷厚志・西 健太郎（東日本旅客鉄道）

東北新幹線の電車線路設備は大規模な更新時期を迎えており、更新工事の容易化や保守費の削減を目的として一括更新によるシンプル架線化が計画されている。 今回、東北新幹線古川～くりこま高原間において、シンプルカテナリへの施工を行った。本工事概要と、工事にあたっての品質管理方法、工事後の設備状況の確認結果について報告する。

5-190

X線CTを用いた経年ポリマーがいしの非破壊内部状態観察結果

◎柴田直樹・臼木理倫（鉄道総合技術研究所）・平川慎太郎（九州旅客鉄道）

近年では国内においてもポリマーがいしの導入が進んでおり、中でも送電線路用に比べて電気鉄道用の方が、導入が進んでいる。他方、ポリマーがいしは金属・ゴム・FRP等の複合材で構成されているため、内部になんらかの欠陥が生じた場合に、非破壊で内部状態を把握することが難しいという特徴がある。そこで、著者らは、産業用X線CT装置を用いてポリマーがいし把持金具部の内部を非破壊で観察することが可能か検討したので、その結果を報告する。

5-191

ポリマーがいし清掃の省力化に有効な洗浄剤の開発

◎古田土真理子・花木尚広・金子 顕・島田喜明（東日本旅客鉄道）・前田和哉・神田智一（システムブレイン）

JR東日本管内のトンネル内に設備されるがいしは約26万個あり、雨洗効果が期待できないため、必要に応じて全て人力による清掃を行っている。近年、導入が進んでいるポリマーがいしは固着した汚れが落ちにくく、外被表面に傷がつきやすい。従来の清掃工法は水拭き清掃のみであり、多大な時間と労力を費やしている。ポリマーがいし清掃の省力化を実現するため、汚損物の成分分析と付着状態を確認し、ポリマーがいし清掃の省力化に有効な中性の洗浄剤を開発した。開発品の洗浄性、洗浄後の絶縁性能の検証、外被表面状態の確認、周辺設備や環境への影響を考慮し、ポリマーがいし本体や周辺設備へ著しい変化を生じさせないことを確認した。

5-192

直流がいしピン部の健全性評価手法の検討

◎栃岡 慧・渡辺朋広・伊東和彦・田中弘毅・宮口浩一（西日本旅客鉄道）・木村建次郎・鈴木章吾・松田聖樹（神戸大学）・美馬勇輝（Integral Geometry Science）

直流電車線用がいしでは電気腐食の影響により、腐食・減肉したピン部が電線等の荷重により破断する事故が発生する。現在の管理方法はピン部表面の錆の状態を目視で確認するため定性的な評価であった。また、直接、ピン部の残存径を測定する方法もあるが、高所作業に伴うリスクがあるほか、設備数量が膨大であることから今後の労働人口減少に伴い、検査の省力化の点での課題がある。そこで、がいしピン部の健全性を定量的かつ安全に把握する手法について検討し、試作した検査装置を用いた検証試験の内容について報告する。

5-193

長ギャップの非対称アークにおける対流による力が及ぼす温度分布

◎小久保翔太・森下穂香・真栄田義史・岩尾 徹・早坂高雅（東京都市大学）

近年，SIV（Static Generation）車が増加している。このSIV車は，モータの逆起電力が存在しないため，アーク長の増加が懸念される。アーク長が増加することにより，アークがトンネルに接触し，地絡する高抵抗地絡が発生する可能性がある。このため，長ギャップアークの物理現象を解明し，適当なトンネル壁面とトロリ線の離隔距離を提案することが求められている。以上の背景の下，本論文では，長ギャップアークにおける対流による力が及ぼす非対称な温度分布の解析を目的とした。結果として，4000 - 8000 Kの温度領域が伸長した。これは，浮力，電磁力，対流による力が作用しているためである。

5-194

機械学習を適用した簡易軌道検測手法

◎佐藤尚輝・藤田吾郎（芝浦工業大学）・唐鎌敏夫（明電舎）

日本は深刻な少子高齢化が進行しており，それに伴う老動力の減少が危惧されている(2)．鉄道事業者も例外ではなく労働力減少の危機に直面している．そこで各鉄道事業者はスマートメンテナンスを導入することにより労働力の削減を目指している．本研究では三軸加速度センサと音センサ（マイクロフォン）を用いて，これらから得られるデータを機械学習させることにより簡易的に軌道の状態検測を行うことを目的とし，対象線区の車両振動データの解析を行った．そこではレール継ぎ目が原因による周期的な縦方向の振動が存在することが明らかになった．今後は本解析で使用したデータを機械学習に適用することでレール継ぎ目，すなわちレール破断の検知が可能であると考えられる．

5-195

建築限界支障判定装置の車両形式に対する適切なセンサ位置設計

◎多田靖弘・長峯 望・遠山 喬・向嶋宏記（鉄道総合技術研究所）・山中浩司・松本 航（九州旅客鉄道）

我々は，建築限界測定の低コスト化を目的として，測域センサを用いた建築限界支障判定装置を開発している。本装置は検測車・牽引車の寸法によりセンサ位置を決定しているが，使用車両が変わると車体幅や形状が変わることから，曲線・分岐区間を走行するとき測域センサのビームが設備に当たらず牽引車妻面に支障し，建築限界を測定できなくなるおそれがある。そこで，牽引車・検測車の種別によらず本装置を適用可能にするため，車両寸法やセンサ仕様から，任意の曲線区間における測定可否判断を一般化したので報告する。また，検測車をマヤ車，牽引車をキハ47形車両とし，8番分岐区間を走行した際のセンサの支障度合いを確認したので報告する。

5-196

地上目標物を用いた画像処理による自己位置推定技術の精度評価

○小田篤史・小野幸彦・今本健二（日立製作所）

現状、高コストである自己位置推定技術の低コスト化は鉄道事業者の重要な課題の一つである。本研究では、自己位置推定技術の低コスト化を目的とし、安価な装置で構成可能な自己位置推定技術として地上に設置した目標物と列車との相対距離を画像処理で算出し、地上目標物の絶対位置と画像処理により算出した相対距離とから自己位置を推定する技術を提案している。本論文では、実鉄道環境において外界環境の変化による影響を加味した提案手法の自己位置推定精度評価を行った。自己位置推定に使用する関係式の導出や、自己位置推定精度評価試験方法、真値と自己位置推定結果との偏差が全試行で0.15m以下となった結果について報告する。

5-197

画像処理を用いた特殊信号発光機明滅検知システムのフィールド試験

○武市 徹・直良裕司（西日本旅客鉄道）・岩上顕夫・秋津一磨（日本信号）

特殊信号発光機（以下、特発）は列車運転士に異常を知らせるために用いられる赤色発光を現示する装置であり、運転士は特発の現示を認めた際に列車を緊急停止させる。JR西日本では安全性向上策の一つとして特発の発報時に列車無線を用いて乗務員に注意喚起するシステムを導入している。このシステムは発報中の無線通話が制限されることから、列車無線を使用せず特発の発光そのものを車上で検知し注意喚起するためのシステム（車上検知システム）を開発することとした。本稿では車上検知システムの実運用に向けた検証として、試験用の緑色特発を使用して実施した営業車によるフィールド試験について報告する。

5-198

特殊信号発光機の明滅検知装置の開発とミニモデルを用いた動作検証

◎向嶋宏記・長峯 望・野村拓也（鉄道総合技術研究所）・田中雄也・久保田裕之（東日本旅客鉄道）

鉄道において，主信号機は冒進を防ぐATS等のシステムにより安全が確保されており，これらのシステムは多くの鉄道路線で導入されている。一方で，踏切等に設置されている特殊信号発光機（以下，特発）の現示の確認は多くの路線で運転士の目視に依存している。ヒューマンエラーを防止し，安全性をより高めるために，特発の明滅発光を運転士に伝達する運転支援技術が必要とされている。そこで我々は，運転台に設置した車載カメラを用いて特発の明滅を検知し，乗務員に通知する運転支援システムの開発に取り組んでいる。本稿では，これまでに開発したアルゴリズムをリアルタイムに動作させる装置を試作したのでその概要と，試験線において実施した検証試験の結果を報告する。

5-199

ハンディカメラを用いた信号設備認識システム

○長峯 望・向嶋宏記（鉄道総合技術研究所）

鉄道において，信号関係の設備はその役割の性質上，空間的に1箇所に偏って設置されてはおらず，線区を構成する駅および駅間に散らばって設置されて存在している。そのため，当該設備毎の個別検査をするようなメンテナンス業務や，線区全体の設備の位置や種別の把握をするような設備管理業務において，非常に労力がかかっているのが現状である。このようなメンテナンス業務における作業負担を軽減するためには，自動的な設備の認識や，現場に行かずとも検討を行えるシステムが望まれている。そこで、ハンディカメラから得られたビデオ映像から，信号設備の認識をし，設備のキロ程を算出することで，台帳や図面のチェックを行える機能を有するシステムを提案する。

5-200

画像解析による電気融雪器の異常診断に関する検討

◎花木尚広・金子 顕・島田喜明（東日本旅客鉄道）

JR東日本において、定期的に人手によるメンテナンスを行っている電気設備の一つに電気融雪器がある。電気融雪器は、分岐器箇所のレールや枕木等に取付けられており、発熱することで雪を溶かす仕組みとなっている。電気融雪器本体にずれや脱落等が生じると、融雪能力の低下や分岐器の可動部に干渉することで不転換を発生させ、列車運行に支障を及ぼす恐れがある。そのため、年数回取付け状態を目視検査しているが、多大な労力を要している。本論文では、線路設備モニタリング装置の撮影画像を活用し、位置合わせ等の補正を行った正常画像と異常画像を比較することで、画像による検査での置き換えを目指し、実現する手法について検討を行った。

5-201

画像処理による電車線張力異常検出の基礎検討

◎松村 周・根津一嘉（鉄道総合技術研究所）・中村太一・木村秀夫（西日本旅客鉄道）

架空電車線は張力が印加されて架設されており，張力の異常は，電車線の静構造の崩れや，波動伝播速度の低下を招き，集電性能悪化につながるため，適切な張力管理を行うことが重要である。電車線非接触測定装置を用いて取得した電車線画像の中からテンプレートマッチングによりWTBのホイールの回転量およびヨークの傾斜角を検出し，ドラム両端のWTBの挙動と温度から電車線の張力の異常検出を行う手法を検討した。画像から計測したWTBの挙動は、温度変化と整合し、提案手法により電車線張力の異常検出が可能であるとの見通しを得た。

5-202

架線金具画像診断技術の精度向上

○村田好太・山田創平・金子 顕・島田喜明（東日本旅客鉄道）・矢田 徹・渡辺正泰（日本電気）

電車線の検査は線路に載せた高所作業車などから検査員が架線の至近距離で目視により実施している。この検査には多大な労力が掛かり、更に将来的な検査員の不足が懸念されることから、代替する技術が求められる。そこで、列車に搭載されたカメラで撮影した画像を基に、機械学習を用いた架線金具の良否診断技術を開発してきた。 今回はこれまでに開発したモデルよりも学習データ数増加などの精度向上を図った結果について報告する。

5-203

鉄道車両用燃料電池・蓄電池ハイブリッド駆動システムの小型化・高性能化

○小川賢一・米山 崇・須藤貴幸・柏木隆行・山本貴光（鉄道総合技術研究所）

地球環境問題への取り組みから，CO2排出がなく，エネルギー効率の高い鉄道車両への要求が高まっており，このニーズに応えるため，鉄道総研は燃料電池電車の研究開発を進めている。従前の開発では，燃料電池(FC:Fuel Cell)等を車載し，それらの機器で鉄道車両を駆動可能なことを確認する仕様としていた。より実用的な構成とするために，FC・蓄電池の容量を増強し加速性能を向上させつつ，車両床下搭載のための小型化が必要であった。そこで今回，蓄電池容量に対しFC容量を抑えた小型化に有利な容量配分とし，FC冷却系の統合や複数の電力変換装置の統合により車両床下搭載を図り，電車相当の加速性能（起動加速度2.5km/h/s）が得られる燃料電池試験電車を実現した。

5-204

力行電力量と消費電力量とを削減する省エネ列車ダイヤの生成法

◎市川湧希・野村航司・宮武昌史（上智大学）

近年、都市部の鉄道では制動時に運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生ブレーキを利用できる車両が普及している。しかし、都市部に多い直流き電方式では、回生電力を消費する力行中の列車などの十分な負荷が存在しない場合に、回生電力は失われてしまう。 本稿では、列車ダイヤを微調整することで力行電力を削減しつつ、回生電力を列車間で融通するできる省エネなダイヤを導出する手法を提案する。

5-205

モデル線区での省エネルギー列車ダイヤの作成と列車運行電力シミュレータでの評価

◎明石太輔・仲野 淳（西日本旅客鉄道）・佐藤拓哉・宮武昌史（上智大学）・渡邉翔一郎（交通安全環境研究所）・武内陽子・小川知行（鉄道総合技術研究所）

自動運転を活用すれば最適化されたダイヤ通りの運転や1秒単位のダイヤ設定が可能となることから、理論的研究に基づく運転方法での消費エネルギーの最小化が期待できる。そこで、更なる省エネルギー化の取り組みを見据え、理論的手法に基づき作成された省エネルギー列車ダイヤでの運転による、線区単位での潜在的な省エネルギー効果についてシミュレーションによる検証を行った。その結果、全体で3.7%の削減効果が期待できることを確認した。また、作成したダイヤは回生を考慮せずに消費エネルギーを最小化するものであるが、回生融通が行われる状況においても省エネルギー効果があることが確認できた。

5-206

近郊線区における回生電力利用状況の分析結果

○林屋 均・水口芳樹・吉永 孝・橋本 慎・大泉正一（東日本旅客鉄道）

2015年に実施した近郊線区における回生電力利用の結果を分析し、回生電力の利用率および受容率と線区条件の関係を算出した。

5-207

列車位置情報を活用した電力貯蔵装置の制御方法

◎吉永 孝・橋本 慎（東日本旅客鉄道）・宮内 努・加藤哲也（日立製作所）

JR東日本では、環境負荷低減のため複数の変電所に電力貯蔵装置を導入しており、過去の研究において、電力貯蔵装置を用いた変電設備スリム化の実証試験を行った実績がある。これは、変電設備を電力貯蔵装置に置き換えるため、電力貯蔵装置で架線電圧補償させるほか、列車位置情報と連携することで、蓄電池の小型化・高寿命化を図る検証であった。現在ではこの得られた知見を活用し、電力貯蔵装置の充放電制御の最適化を図る検討を行っている。 そこで、本研究では列車位置情報（列車両数、列車位置、進行方向）を活用した電力貯蔵装置の制御方法について、単線および複線区間それぞれでシミュレーションによる検証を行った。走行状態を考慮した制御方法へ改良することで、架線電圧補償と共に省エネルギーの効果も高くなることがわかった。

5-208

回生電力貯蔵装置の高周波電流伝搬経路

○佐藤栄徳・八代幸夫・田村潤平・幡本勝彦・中平雅士・林屋 均（東日本旅客鉄道）・小西武史・生出珠之助・寺田夏樹（鉄道総合技術研究所）

当社では車両が制動時に発生する回生電力を有効利用し、エネルギー削減を行うため回生電力貯蔵装置を導入している。貯蔵装置等は、車両と同様で運転時に高調波を発生するため導入時に信号設備に与える影響を評価するため誘導障害試験を実施している。誘導障害試験の課題として、シミュレーションでは許容値以下でも実測値は許容値を超過する場合があることや、車両と貯蔵装置とのノイズの区分、対象となる信号設備の区間に明確な定めがないことなどがあげられる。本稿では、上記課題を解決することを目的とし、装置の高周波電流伝搬経路を調査するため、貯蔵装置の高周波電流を測定したので結果を報告する。

5-209

青森石江太陽電池発電所の建設について

◎植木吉人・北野正之・石川浩平（東日本旅客鉄道）

JR東日本では，2030年度環境目標である「エネルギー使用量25％削減」および「CO2排出量40％削減」の達成に向けて，省エネ・創エネの観点から再生可能エネルギーの導入を進めている。今回，青森石江太陽電池発電所においては盛岡車両センター青森派出所で使用廃止した留置線を有効活用して太陽光発電設備を新設した。主な特徴は，CIS太陽電池の採用，レールを活用した受変電設備の運搬，多雪地域を考慮した設備構成等である。2019年8月1日より運用開始しており，8月～12月の実績と想定した数値と比較し発電傾向を確認する。今後は冬季期間の積雪が発電システム全体に与える影響を検証する考えである。