一般講演

5-001

モータ電磁振動の広帯域抑制に向けた永電磁式セミアクティブ動吸振器の実現性検討

◎岩渕綾介・加藤雅之（茨城大学）

モータ電磁振動・騒音に対して、動吸振器をステータ外周部に設置することで振動を抑制する先行研究が報告されている。本稿ではステータに加わる電磁力周波数に応じ永電磁石のステータへの吸着・分離を切り替えることで、より広帯域な電磁振動抑制が実現できる永電磁式セミアクティブ動吸振器を提案する。
永電磁石の磁気吸着力解析および動吸振器の同調条件に基づき本動吸振器の実現性を検討した。本動吸振器を機能させるためには永電磁石がステータに吸着した状態を維持することが不可欠である。ステータと永電磁石ヨーク間の初期エアギャップ長の上限は0.14mmと算出され、提案する永電磁式セミアクティブ動吸振器の実現可能性が示唆された。

5-002

半硬質磁性材料を用いた電磁クラッチ・ブレーキの非常時解除方法検討

○森田晋也・久井志紘・笠井信吾・千葉政道（神戸製鋼所）

本研究では、半硬質磁性材料を用いた電磁クラッチ・ブレーキの非常時解除方法について検討した。半硬質磁性材は無電力状態でも吸引力を保持できるが、停電時などに安全に解除できない課題がある。そこで、異常時に自動で脱磁電流を供給し吸引力を解除する制御回路を考案した。MOSFETを用いたHブリッジ回路と解除電流供給用のコンデンサを用い、停電時に自動的にパルス電流を流すことで電磁石を脱磁し、吸引力を低減できることを実験で確認した。コンデンサ容量の増加により脱磁効果が向上し、1000μF使用時にはほぼ完全に吸引力が失われた。これにより、無励磁式電磁ブレーキの安全性向上に寄与することが示された。

5-003

フリーピストンリニア発電機の可変圧縮比条件下での燃焼を継続するための圧縮行程のインバータ制御手法

◎早川恭祐・水野 勉・佐藤光秀（信州大学）・中村琉人・良知聖淳・長沼 要（金沢工業大学）

フリーピストンリニア発電機(FPEG)は自動車や航空機用ハイブリットパワートレインとしての応用が期待される。負荷追従発電制御と可変圧縮比機構を導入することで，バッテリ容量の削減と高効率運転の両立が可能となる。特に，FPEGはインバータ制御を用いて可変圧縮比条件下における燃焼を容易に実現できる。本論文では，エンジンの圧縮行程においてインバータ制御の制動力係数を変えることで高効率動作を維持したまま可変圧縮比条件下における燃焼を実現する手法を提案する。

5-004

リニアスイッチトリラクタンスモータにおける巻線抵抗が最適励磁位置に及ぼす影響

◎江橋朔也・高木 亮・平山 斉（工学院大学）

本研究室はリニアスイッチトリラクタンスモータの可動子抵抗を算出する巻線抵抗同定法を提案している。抵抗値の変化によって最適な励磁位置が変化するかどうかを検証する。抵抗値によって変化するのであればよりモータの高効率化が期待される。

5-005

半波整流自励方式可変界磁リニア同期モータの可動子位置推定法の原理検証

◎松井崇汰・平山 斉（工学院大学）

著者らは，永久磁石レスで自励式かつ可変界磁である半波整流自励方式可変界磁リニア同期モータを提案し，研究開発を進めている(1)。本研究では，同じ励磁原理を持つ半波整流ブラシなし同期電動機で提案された位置推定法(2)について，本リニアモータへの適用可能性を検証する。

5-006

一体型可動子Zθモータの磁気回路モデル構築

○中村雄一朗・森本 朔・細野 淳（三菱電機）

マウンタヘッド向けZθモータでは、一体型可動子が小型化に有効である一方、直動方向と回転方向の3次元解析が必要になるため、設計に時間を要する。
本研究は、リング磁石にひし形着磁を行った可動子と、ステータコアの内側に直動用と回転用の空芯コイルを同心円状に配置したスロットレスの固定子を採用したZθモータを対象に、磁気回路モデルでモータ特性を推定する。
漏れ磁束を考慮するためにコイル1層ごとの鎖交磁束推定モデルを構築し、3次元解析結果と比較検証を行った結果、漏れ磁束を考慮しないモデルと比較して、各設計モデルの直動方向と回転方向の誘起電圧推定誤差を平均1/4まで低減できた。以上より、本モデルの有効性を確認した。

5-007

プリント基板を用いたコイル設計と実機検証

◎森本 朔・細野 淳・中村雄一朗（三菱電機）

プリント基板コイル（以下PCBコイル）は配線レイアウトの自由度が高く，従来のマグネットワイヤコイルと比較してコイル体積の削減や銅損の低減が期待できる。一方でPCBコイルを用いたモータ設計は先行例が少なく，特性推定のためには従来コイルを用いたモータとの比較検証が必要であった。そこでコイル特性を比較しやすい円筒型リニアモータを対象とし，従来のマグネットワイヤコイルとPCBコイルを使用した2種類のモータの設計・製作・実測評価を行った。本報では銅損低減に向けたPCBコイルの設計手法と，各試作機の実機検証結果を示す。

5-008

粒子法を用いたMR流体の磁性粉の数値計算モデル

◎久保田海斗・辻本壮大・平田勝弘・宮坂史和（大阪大学）・釜田 忍・谷口 翔・花嶋幸博・Priyo Bayu Ramadhan Priyo Bayu Ramadhan（THK）

磁場によって粘性が変化するMR流体（磁気粘性流体）は、磁気ダンパー等への応用が期待されているが、MR流体の特性は主に実験的に評価されているのが現状であり、数値シミュレーションによる特性解明が重要視されている。
従来の研究では、磁性粉を真球と仮定した粒子法と磁気モーメント法の連成解析が行われてきたが、実用化に向けては、より実態に近い複雑な粒子形状の考慮が課題であった。そこで本研究では、磁性粉を真球ではない形状とし、簡易的な直方体形状のモデルを用いて、静磁場下における粒子運動を計算した。解析の結果、非球形モデルによる粒子挙動の再現に関して有用な結果が得られたため、報告する。

5-009

トポロジー最適化における最小寸法制約と効率的な進化計算方法

○佐藤孝洋（室蘭工業大学）・真田拓弥・岡部大輔・佐々木智則（豊田自動織機）

トポロジー最適化を回転機に適用すると、非常に細部分が発生する恐れがある。そこで本研究では、細い部分を検知しその発生を予測するアルゴリズムを組み込んだ結果を報告する。さらにそのような処理を行う最適化に適した進化アルゴリズムについて検討する。

5-010

磁石モータの磁石コア同時トポロジー最適化における磁石形状補正法に関する一考察

◎上家優弥・笹渕佑樹・佐藤孝洋・西原 慧・渡邉真也（室蘭工業大学）・泉井一浩（京都大学）

世界の電力消費の約半分を占めるモータの効率改善は、重要な課題である。中でも高効率な埋込磁石同期電動機（IPMSM）は設計自由度が高い一方、形状の組み合わせが膨大であり、人手による限界設計は困難である。そのため、構造をゼロベースで構築できる「進化計算型トポロジー最適化」が検討されている。この手法は磁石とコアの同時最適化が可能だが、磁石形状が過度に複雑化する課題があった。本研究では、磁石を矩形状に補正する手法を提案し、特に磁石面積に着目した2通りの補正方法を検討する。得られる結果の違いを考察し、設計手法としての妥当性を明らかにする。

5-011

トポロジー最適化を用いた誘導電動機の固定子スロット開口部における鉄心構造設計

◎高橋克拓・岡本吉史（法政大学）・近藤 稔・依田裕史（鉄道総合技術研究所）

近年，誘導電動機（IM）は鉄道車両に幅広く使用されており，通勤電車のエネルギー消費量の中でも，誘導電動機の損失が大きな割合を占める．したがって，鉄道分野における省エネルギー化を推進する上で，誘導電動機の高効率化は重要な課題である．
本稿では，誘導電動機の効率向上を目指して，出力最大化を試みる．そこで，平均トルク最大化を目的として設定し，誘導電動機の固定子スロット開口部における鉄心構造のトポロジー最適化（TO）を行ったので，その結果を報告する．

5-012

非対称コンシクエント磁極型埋込型永久磁石同期モータのトポロジー最適化および実機検証

◎山口颯士・小林由佳・岩田和久・佐々木秀徳（法政大学）

本発表では非対称コンシクエントポール型永久磁石同期モータ（CP-PMSM）のパラメータ・トポロジー最適化で得られた形状の実機評価の結果を報告する。CP-PMSMとは，磁石極と永久磁石を有さない疑似極が交互に配置された磁気構造を指す。われわれは省磁石化と特性最大化を両立するため，極構造の非対称化を許容した設計を目指している。このような設計自由度の高い最適化問題を実現するため，領域交互型パラメータ・トポロジー最適化（PTO）を提案し，非対称CP-PMSMの磁石体積当たりの平均トルク最大化問題に適用した。本発表では本最適化で得られた最適形状の実機実験を行い，最適形状の妥当性を検証した結果について報告する。

5-013

アキシャルギャップ型PMモータの最適化における2次元リニアモデルと大規模3次元モデルの比較

◎湯浅陸人・中村健二（東北大学）・仙波和樹（JSOL）

アキシャルギャップモータはトルク発生面が軸長に依存しないため，一般的なラジアルギャップモータと比較して，扁平かつ狭小なスペースへの搭載に適した構造を持つ。一方で，軸方向に不均一な構造を有することから，ラジアルギャップ構造のような2次元解析は適用できず，最適設計手法を適用する際には、モータを周方向に展開した2次元リニアモデルが利用されるケースが多い。2次元リニアモデルでは，磁束分布や磁石渦電流などが精度良く模擬できないため，損失の誤差が大きくなる懸念がある。特に，高速化，高周波化に伴いその傾向は強まると予想される。本発表では，周波数を変化させながら，スーパーコンピュータを用いた3次元最適化と，2次元リニアモデルによる最適化を行い，それぞれの結果を比較・検討した。

5-014

可変鎖交磁束IPMSMの鉄損低減を目的としたGAによるスロット内ブリッジの形状最適化

◎養父琢人・真田雅之・井上征則（大阪公立大学）

埋込磁石同期モータ（IPMSM）は、高効率・高出力といった点から、電気自動車（EV）や産業用機器など幅広い分野で用いられている。特にEV駆動用途では、低速域での高トルクと高速域での高出力の両立が求められるが、磁石磁束が一定であるIPMSMにおいて、これらを実現することは一般に困難である。
運転範囲を拡大する手法の一つとして、ステータスロット内に新たな磁束経路（ブリッジ）を設ける構造が提案されているが、この手法は鉄損の増大を招くという課題がある。本研究では、拡大した運転範囲を維持しつつ鉄損を低減することを目的に、遺伝的アルゴリズムによるブリッジ形状の最適化を行った。その結果、運転範囲の拡大効果を維持しながら、ブリッジを持たないモデルと同程度まで鉄損を低減可能な形状が得られた。

5-015

LLMを用いた対話型回転機設計システム

◎波多野克信・畑中正介・松永沙織・芳川昇之（三菱電機）・若杉 直・古賀郁也・森山雄介・小山田将亜（TMEIC）

本研究では、LLMとルールベースを組み合わせた対話型回転機設計支援システムを提案する。自然言語による対話と満足化トレードオフ法により、過去の設計データの中から設計要求に見合った設計諸元を探索する。このとき、自然言語の設計要求をLLMが解釈し、満足化トレード法における希求水準や理想解をルールベースで調整する。実験では、熟練者の約1/3の時間で熟練者と同等の設計諸元を抽出できることを示し、LLMとルールベース処理の組み合わせが有効であることを示した。

5-016

ベイズ的アプローチに基づくプラントモデル構築法の分布巻PMSMへの適用

◎松室豪文・中西（大野）義典・桂井麻里衣・髙橋康人・藤原耕二（同志社大学）

本稿では，ベイズ的アプローチに基づいて永久磁石同期電動機（PMSM）プラントモデルの効率的な構築を試みる．従来のプラントモデル構築法では，多数回の有限要素解析（FEA）を必要として，計算コストが課題だった．提案法では，まず実験計画法で選定した少数の動作点でのFEAの結果から，ガウス過程に基づいた回帰モデルを構築する．次に，予測値の相対標準偏差が最大となる動作点で追加のFEAを実施し．回帰モデルを更新する．この手順を収束条件が満足されるまで繰り返す．最後に，任意の運転条件におけるモータ特性を回帰モデルより算出し，テーブルデータを構築する．結果として，精度を維持しながら高速にテーブルデータを構築できる．本研究では，提案法を分布巻PMSMに適用して，実用性を検証する．

5-017

密度法・レベルセット法の連携に基づくトポロジー最適化手法によるIPMSMにおける無負荷誘導起電力波形の正弦波化に関する検討

◎松江壱晟・米倉聖哉・岡本吉史（法政大学）・高橋慎矢・坂本宏紀・沖津隆志（明電舎）

近年の電動車の普及に伴い，電動機の高効率化による電力消費量の削減がより一層期待されている．
本稿では，平均トルク最大化を目的関数とし，無負荷誘導起電力の正弦波化に関する制約条件を考慮して，密度法・レベルセット法連携手法（DM-LSM） を用いてIPMSMのトポロジー最適化（TO）を試みたので，報告する．

5-018

SLP-TOBSの連携に基づくトポロジー最適化によるIPMSMにおける無負荷誘導起電力波形の正弦波化

◎米倉聖哉・松江壱晟・岡本吉史（法政大学）・高橋慎矢・坂本宏紀・沖津隆志（明電舎）

埋込永久磁石同期電動機（IPMSM）の駆動時に，回転子に装荷された永久磁石によって固定子巻線に誘導起電力が生じる．誘導起電力の高調波成分はトルクリプルや鉄損を増加させる傾向がある．
本稿では，無負荷誘導起電力（BEMF）の正弦波化を目的とし，逐次線形計画法（SLP）とTopology Optimization of Binary Structures法（TOBS）を組み合わせたIPMSMのトポロジー最適化手法を提案し，その最適化結果を報告する．

5-019

Sobol指数に基づくグローバル感度解析を用いた永久磁石同期電動機の形状最適化手法

◎金 東韓・岡本吉史（法政大学）

永久磁石同期電動機（PMSM）の形状最適化において，設計変数を選定する基準は明確ではない．本論文では，グローバル感度解析によって各設計変数の寸法変化が磁界解析結果に及ぼす影響度をSobol指数に基づいて算出し，設計変数の絞り込みを行う．本稿では，Sobol指数を用いて設計変数を絞り込み，効率的な形状最適化を実施できたので，報告する．

5-020

自己学習を導入したオートエンコーダによる同期リラクタンスモータの位相最適化

◎江藤駿佑・岸 正寛・若尾真治（早稲田大学）・牧野宏明・竹内活徳・松下真琴（東芝）

従来の勾配情報に基づく最適化手法は，多峰性を有する目的関数に対して局所解に捕捉されやすいという課題がある。近年，機械学習の導入により大域探索の実現が期待される一方，推定精度や探索範囲は学習データの特性に大きく依存し，データ収集・選定には専門的知見が不可欠であった。そこで本研究では，学習データセットを逐次改善する自己学習機能により，機械学習モデル自らが探索に適したデータを構築する手法を提案する。さらに，同期リラクタンスモータ(Synchronous Reluctance Motor, SynRM)の位相最適化設計を例題として数値実験を行い，提案手法の有効性を検証する。

5-021

レベルセット関数と進化的アルゴリズムを用いたトポロジー最適化の回転機設計への適用検討

○高橋慎矢・坂本宏紀・沖津隆志（明電舎）

回転機設計への適用性評価を目的に,レベルセット関数と進化的アルゴリズムを用いたグレースケールフリーなトポロジー最適化を同期リラクタンスモータへ適用した。電気学会Dモデル形状から磁石を除去してモデル化し,121設計変数で平均トルク最大化・トルクリプル最小化を実施した。遠心力に基づく変位・応力制約下で400,000評価を行い,64並列で362時間を要した。パレート解はリプル8~10%で0.69~0.82 N·mに分布し,0.9 N·m超でリプルが急増した。制約違反解は0.99 N·mまで到達し,高トルク域で構造制約が支配的であることを示した。以上より,計算時間の見通しを与え,設計指針の一助とした。

5-022

ガウス基底関数の分割とリスタートによるトポロジー最適化の収束性の向上に関する検討

◎佐藤駿輔（サイエンスソリューションズ）

Normalized Gaussian network (NGnet) on/off法を用いたトポロジー最適化における収束性向上のため、ガウス基底関数の分割とリスタートに基づいた最適化の結果について報告する。NGnet on/off法においては、細かい基底関数を用いるほど微細な形状が表現できるが、最適化の収束までにより多くの形状評価を必要とする傾向にある。本検討では、まず粗い基底関数を用いて最適化を行い、その後基底関数をより細かい基底関数に分割して最適化をリスタートする。分割後の基底関数には粗い基底関数による最適化の解を初期値として与えることで、収束性の向上を図る。本報告では、粗い基底関数および細かい基底関数のみを用いた最適化結果と、分割とリスタートに基づいた最適化結果の比較を行う。

5-023

電動航空機用高温超伝導誘導モータのトルク特性と高温超伝導ロータバー内電磁界分布の温度依存性解析

山本真嘉・○中村武恒（京都大学）

航空機の電動化に向け、高出力・高効率な高温超伝導（HTS）モータが注目されている。本研究では、冷却機構故障による温度上昇を想定し、HTS誘導同期モータのトルク特性とロータバー内電磁界分布の温度依存性を有限要素法により解析した。解析の結果、20 Kでは磁束と電流はロータバー外周部に集中するが、温度上昇に伴い内部へ侵入し、77 Kでは全域に分布することが判明した。これは温度上昇に伴う臨界電流密度の低下により、磁束の遮蔽能力が減少するためである。トルクと二次電流は65 Kまでは概ね一定に維持されるが、77 Kで大幅に減少した。65 Kから77 Kの間に磁束遮蔽の閾値が存在し、これを超えるとトルクが急激に低下することが明らかになった。

5-024

永久磁石バーニアモータのトルク発生メカニズム

◎上條大海（ニデック）・赤津 観（横浜国立大学）・綿引正倫（ニデック）

本論文では, 永久磁石バーニアモータ（PMVM）におけるトルク発生メカニズムを解明した。従来の駆動理論では全磁束成分がトルクに寄与するとされるが, 有限要素法解析では巻線極対数成分の寄与がなく, 理論と整合しない。マクスウェルの応力テンソル法を用いた検討の結果, バックヨークの有無がパーミアンス分布に影響を与え, 磁石由来の変調波磁束の位相のみを理論的仮定から変化させることを明らかにした。この位相変化が巻線極対数成分におけるトルク発生の阻害の主因となり, 理論式と解析結果の間に乖離が発生することを明らかにした

5-025

集中巻IPMSMのステータスロット開口幅が特性に及ぼす影響

◎田部奨三・真田雅之・井上征則（大阪公立大学）

空調用ファンモータに利用されるSPMSMとIPMSMを比較すると，SPMSMはエアギャップの磁束密度分布が正弦波状に近く滑らかに回転するため低トルクリプル，低コギングトルクであり，IPMSMは高トルク，高効率である。しかし，集中巻IPMSMではエアギャップの磁束密度分布が正弦波状にならず，トルクリプルやコギングトルクの増加が問題となっている。そこで，集中巻IPMSMにおいてステータのスロット開口幅を変化させ，トルクやトルクリプルなどの特性への影響を確認した。その結果，開口幅を広げるほどトルクが増加したが，その増加度合いは頭打ちとなることが分かった。また，広げすぎるとコギングトルクや鉄損が大きく増加することから適切な開口幅があることが分かった。

5-026

分布巻SPMSMにおける磁路幅がトルク質量比と出力質量比に及ぼす影響の検討

◎吉松真宏・真田雅之・井上征則（大阪公立大学）

表面磁石同期モータ(SPMSM)は，高トルク密度および高効率という特性から，産業分野において幅広い用途のサーボドライブシステムで使用されている。特に，産業分野においてロボットは重要な役割を担っており，アームの関節部にアクチュエータとしてモータが用いられている。そのため，基部のモータは軽量かつ高トルクであることが要求される。本研究では，SPMSMの軽量化を目的として，モータ質量の大部分を占めるステータコアとロータコアの磁路幅を変更することによるトルク質量比と出力質量比に及ぼす影響を検討した。その結果，ティース幅とポールホーン厚を維持して，ヨーク幅のみを減少させることによるトルク質量比の向上を確認できた。

5-027

言語生成AIで決定した目的関数によるモータの最適化計算高速化に関する基礎検討

◎村田雄飛・日高勇気（立命館大学）・大塚遼之介（⻑岡技術科学⼤学）・清水悠生（MotorAI/立命館大学）

本研究では，IPMモータにおける鉄損低減を目的として，大規模言語生成モデル（LLM）を用いた目的関数設計による最適化計算の高速化について検討した。鉄損評価は計算コストが高く，形状と損失の関係も複雑であるため，効率的な最適化が課題である。そこで，少量のケーススタディから得られた空隙磁束密度の高調波成分および鉄損値をLLMに入力し，鉄損最小化に有効な目的関数を自動的に定義させた。提案手法をIPMモータの最適化問題に適用し，全高調波歪み（THD）を評価関数とする従来手法と比較した結果，より低い鉄損値が得られ，最適化の収束性も改善された。以上より，LLMを用いた目的関数設計は，モータ最適化計算の効率化に有効であることを示した。

5-028

アーバンエアモビリティ用SPMモータの3次元ハイブリッド最適化

◎大友佳嗣・木下陽暉・阿部貴志（長崎大学）

都市部や離島などへの新たな移動手段として，アーバンエアモビリティ（UAM）が注目されている。UAMの最大離陸重量および航続距離の改善においては，その駆動に用いられる表面永久磁石（SPM）モータの高トルク密度化が重要な要素になる。本研究では，著者らがこれまで提案してきたSPMモータの3次元トポロジー最適化に寸法パラメータ最適化を組み合わせる，新たな3次元ハイブリッド最適化法を提案する。提案法により得られたSPMモータの最適形状は，従来の3次元トポロジー最適化のみの場合と比べ，トルク密度を6%以上改善できることを示す。

5-029

機械学習モデルによる誘導電動機の漂遊負荷損推定

○小山田将亜・若杉 直・森山雄介（TMEIC）・國松禎明・水本郁朗（熊本大学）

産業用に広く用いられている誘導電動機の高効率化は，脱炭素社会実現のため必要不可欠である。その高効率化のためには，漂遊負荷損を精度良く求める必要がある。著者らは，実負荷試験により漂遊負荷損を求めた実機データを教師データとして使用し，漂遊負荷損を推定する機械学習モデルを構築した。漂遊負荷損推定精度向上を目的とし，二次高調波損失を教師データに追加した機械学習モデルを構築した。しかし，推定精度の向上は確認できなかった。本報告では，漂遊負荷損から二次高調波損失を差し引いた残差損失を推定する機械学習モデルを構築し，その評価結果から得られた結論について報告する。

5-030

超高速SRMにおけるAC銅損評価に向けた静止時高周波印加解析手法の有効性検証

◎許 文懿・清田恭平・千葉 明（東京科学大学）

カーボンニュートラル社会に向け、車載駆動用モータの超高速回転化が進んでいる。しかし、5万回転級の超高速回転下では、巻線内の循環電流に起因するAC銅損の増大が深刻な課題となる。著者らは過去の研究で循環電流抑制手法を提案したが、超高速回転を伴う実機検証は設備やコストの面から困難である。そこで本稿では、回転子を静止させた状態で目標回転数相当の高周波電流を印加し、交流銅損を評価する解析手法を検討する。解析の結果、静止時においても回転時と同様の電流・損失特性の傾向が確認された。これにより、提案手法が超高速回転機のAC銅損評価における簡易的な初期検討手法として有効であることを明らかにした。

5-031

20万rpmを達成した永久磁石ロータの開発

◎河北恵規・藤﨑敬介・佐々木 実（豊田工業大学）

近年、電動化技術の進展を背景として、小型軽量で高出力なモータへの要求が高まっている。モータの高出力密度化には高回転化が有効であり、従来にない高回転化を目指すことが重要である。しかし、従来の永久磁石ロータでは、高速回転時に作用する遠心力の増大により機械的強度を保つことが困難であり、高回転化を阻害する一番のボトルネックとなっていた。本研究では、永久磁石粉末を用いたボンド磁石を圧縮成形した永久磁石ロータを試作し、回転試験により機械的強度を評価した。その結果、ロータは20万rpmに到達し、破損などの異常は認められなかった。さらに、試作ロータに着磁を行った結果、磁束密度150mTを得てロータとしての機能を確認した。

5-032

高速・高出力密度IPMモータの固定子設計：巻線材料の銅からアルミニウムへの代替

◎深澤 樹・海老沼 純・山田裕斗・大阿久翔一・杉元紘也（東京電機大学）

近年，モータの高出力密度化のため，巻線材料を銅からアルミニウムに代替する研究が行われている。一方，単なる代替では損失が増加するため，アルミニウム巻線を用いたモータの設計方法の確立が急務である。本稿では，回転子と巻線形状が等しいIPMモータにおいて，銅巻線モータとアルミニウム巻線モータの総質量が同じになるように固定子鉄心と巻線を設計し，アルミニウム巻線モータのトルク向上効果を明らかにする。

5-033

CFRPスリーブをロータに有するEV主機用PMモータ

◎頭鬼崚真・中村健二（東北大学）・後藤英明・板谷隆樹・高橋暁史（Astemo）

埋込磁石型同期モータ（IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）は，他のモータと比べて高トルク・高効率であり，EV主機モータに広く一般に採用されているが、リブおよびブリッジで漏れ磁束が本質的に発生するため，高速回転化と磁石磁束利用率向上の両立が課題である。この問題に対し，炭素繊維強化プラスチック（CFRP : Carbon Fiber Reinforced Plastics）を用いて機械強度を確保するWrapped-IPMが提案されている。リブとブリッジが不要となるため、高速回転化と磁石磁束利用率向上の両立が期待されるが、設計指針については未だ不明瞭な点が多い。本稿では，Wrapped-IPMにおける設計指針の確立を目的とし、まずはEV主機モータの要求仕様を満足可能なWrapped-IPMについて，2次元有限要素法（2D-FEM）を用いて設計したので報告する。

5-034

ロータ積層構造の調整による非磁性改質IPMSMの実用的設計法

◎成瀬賢哉・萱野雅浩（愛知製鋼）・中村健二（東北大学）

IPMSMは，ロータの回転強度を確保するブリッジが必要であり，磁束短絡による出力低下が課題となる。そこで我々の研究グループでは，ブリッジの一部を非磁性改質することで鎖交磁束が向上することを報告した。また，改質部形状の工夫により，磁束高調波の増加を抑制しながら，モータ出力を向上できることも報告した。一方で，改質部の製造制約を考慮する場合，その形状や材料技術に頼ることなくブリッジの磁気抵抗を調整する必要がある。そこで，積層構造に着目し，改質層と非改質層の積層比率を変え，軸方向の実効的な磁気特性を任意に調整する手法を検討した。結果，製造制約の範囲内で，理想的なモータ特性を再現できることを示した。

5-035

高圧電動機の新たな固定子コイル寿命予測システムの実用化

古吉弘知・山本 吉（桑原電工）・○杉本敏文（ⅠEEJプロフェッショナル）

回転機の絶縁診断は発電機を対象として解明が進み、近年は電動機へ応用され、多くの事業者によりサービス化されている。筆者らも約30年にわたり同分野に取り組み、2025年には新たな固定子コイル寿命予測システムを考案した。本システムは、多階層分類の構築、継続的に更新される推定式、ならびに絶縁破壊電圧（BDV）実測値と高い相関を有する測定項目を説明変数として採用し、自動計算プログラムに反映している。今回、測定項目の選定数および上下幅の最適化を行うことで、予測精度のさらなる向上を図り、実用化に耐えうるモデルを構築したので報告する。

5-036

多相モータにおける巻線短絡故障時の短絡電流とインピーダンスの関係に関する基礎検討

◎村上尚弥・日高勇気（立命館大学）・加藤 迅（長岡技術科学大学）・柴山義康・今村圭伍・澤田正志・植田一輝・安井祥平（川崎重工業）

航空機や自動車、農業機械などの分野で，多相モータが注目されている。多相化により耐故障性が向上する。著者らも，多相モータを用いた耐故障性改善について報告した。一方，巻線開放故障にのみ着目していた。本研究では，巻線短絡故障に焦点を当てる。短絡故障時の巻線相インピーダンスから短絡位置を推定し，適切な電流指令を与える制御システム構築を目指し，故障時の相インピーダンスと短絡電流の相関を明らかにする。

5-037

外部インピーダンス挿入によるMGセット駆動同期リラクタンスモータの脱調抑制の基礎検討

◎村上巧実・日高勇気（立命館大学）・山本隼輔（長岡技術科学大学）・古賀郁也・若杉 直・小山田将亜（TMEIC）

本研究では，大型同期リラクタンスモータ（SynRM）の性能評価において，実負荷試験が困難な場合に用いられる電圧重畳法の課題である同期引込み時の脱調現象に着目した。MGセットとSynRM間に外部インピーダンスを挿入する手法を提案し，重畳電圧による負荷電流模擬時の電流不平衡および脱調の抑制効果を数値解析により検証した。その結果，提案法は従来法と比較して高負荷条件下でも同期運転を安定して維持でき，等価負荷試験における提案法の優位性を確認できた。

5-038

運転中部分放電診断を用いた水車発電機固定子巻線管理手法の適用事例

◎鈴木 渉（関西電力）・中村 信・宮嵜 悟（電力中央研究所）

本稿は，水車発電機固定子巻線に対する運転中部分放電測定の適用事例を報告する。既報の管理手法を参照し，解列状態では100 kHz帯で最大放電電荷量Q_maxを定量し，残存破壊電圧および余寿命を推定した。並列状態では350 kHz以上でPRPD/3PARDを取得し，放電種別に関する所見を整理した。新設機ではQmaxが小さくPRPDも健全であった。一方，高経年機では要注意のQmaxと，スロット内ギャップ間放電を示唆する雲状パターンを確認した。さらに，並列時は100 kHzの定量がノイズに埋没しやすいのに対し，高周波帯は安定にPRPDを取得できることを示し，帯域と運転状態の使い分けの有効性を確認した。

5-039

アキシャルフラックスモータにおける誘起電圧の解析と実測での誤差要因の検討

○榎園勇太・齋藤達哉・上野友之（住友電工焼結合金）

モビリティの電動化や産業機器の高効率化が進み、モータもその需要と高性能化ニーズが高まっている。現在市場に広く用いられているラジアル型モータに対して、アキシャルフラックスモータは薄型で高トルクを得やすく、これらのニーズを満たすものとして注目されている。当社ではこれまでに、圧粉磁心を搭載したアキシャルギャップモータが高トルク・高効率であることを実証し、2020年より
アキシャルコアの量産を開始した。本紙では、当社の圧粉磁心を用いて製作したアキシャルギャップモータの誘起電圧について、机上設計と実測結果における誤差要因について検討した結果を報告する。

5-040

インバータ駆動型モータ巻線に侵入する電気的負荷解析手法の提案

○中村佑大・明石康行・小川裕治（明電舎）

近年，モータの小型・高効率化を目的とした駆動インバータの高電圧・高周波数化が進んでいる。インバータキャリアの高電圧・高周波数化が進むにつれ，特有の現象である「インバータサージ」が発生し，モータ巻線に対する電気的負担の増大が課題となっている。モータ巻線への電気的負荷推定を目的とし，数値解析ツールMATLABと，電磁界解析ツールJMAGを併用した手法を提案する。本提案手法によって，インバータサージ発生レベルの推定と，インバータサージ侵入時のモータ巻線分担電圧の推定ができるようになった。

5-041

三次元磁路への純鉄系軟磁性細線の適用検討

◎飯村奨太・林 俊平（神戸製鋼所）

純鉄系軟磁性材料は、合金元素を極力排除することで鉄本来の磁気特性を最大限活かした材料である。一方で電気抵抗率が小さく渦電流が発生しやすいが、細線化により渦電流経路を分断することで交流への適用を検討している。今回、三次元磁路を特徴とする高トルク密度モータに対して、純鉄系軟磁性細線を固定子に適用し、磁束が三次元的に流れるモータについて検討した結果を報告する。

5-042

非線形スキューの設計に関する理論検討

◎渡辺祥平・田澤 徹・坂田 勉・田中大樹・森元瑛樹（パナソニック インダストリー）

This paper proposes a theoretical design method for nonlinear skew structures, intended for additive manufacturing (AM) technology, to reduce torque ripples in permanent magnet synchronous motors. The influence of the skew shape on torque and induced voltage harmonics was formulated in the frequency domain. Based on this formulation, a multi-objective genetic algorithm was used to find the optimal skew distribution that minimizes on-load torque ripple while maintaining average torque. The effectiveness of the proposed method was verified by 3D-FEM analysis. The results showed that the optimized nonlinear skew significantly reduces on-load torque ripple compared to conventional skew shapes.

5-043

超低鉄損と高飽和磁束密度を両立した軟磁性材料HLMETを用いたモータの研究

○加納善明（大同大学）・金清裕和・鈴木洋平（金清）

高磁束密度飽和、低鉄損材として新規にHLMETを開発し，IPMSMのステータコアに適用して，試作・評価を行った。鉄損は，アモルファスコアと同等で，コアの飽和磁束密度は電磁鋼板並みに高いことが実証できた。

5-044

磁性コンポジット材を回転子表面に配置したモータの磁石渦電流損および交流銅損の低減

◎増田健佑・北島 純・鷲岳 蓮・中村貴士・水野 勉（信州大学）・楡井雅巳（長野工業高等専門学校）・佐藤光秀（信州大学）

スロットレスモータはコギングトルクが小さく鉄損が小さいといった特徴があり，医療機器に用いられている。スロットレスモータはティースがない形状から永久磁石磁束が巻線に鎖交しやすく，交流銅損が増大することが課題となる。先行研究では，巻線空芯部に磁性コンポジット材を配置し，交流銅損を低減するモータがある。しかし，配置した磁性コンポジット材が空間高調波を増大し，永久磁石渦電流損が増加する。そこで本研究では，固定子側にある磁性コンポジット材の厚さの一部を回転子側に配置したモータを提案する。回転子側にコンポジット材を配置することで，パーミアンスの変化が小さくなり，空間高調波を抑制して永久磁石渦電流損を低減する。

5-045

素線間相互インダクタンスに基づく固定子巻線の素線循環損の簡易計算法

◎伊藤亮人・水田貴裕・十時詠吾（三菱電機）

並列素線で構成されたモータの固定子巻線は，素線電流に偏りが生じることで追加の1次銅損が生じる。
すべての素線をモデル化した解析は計算時間が長大化するため，素線循環電流による影響を見積もることが課題であった。
本稿では，理論式により計算された並列素線間の相互インダクタンスに基づく素線循環損の推定手法を提案する。
素線をモデル化した電磁界解析を実施し，素線の平均電流と相互インダクタンスマトリックスから計算した素線循環損が，素線1次銅損の総和から計算した素線循環損と一致することを確認した。

5-046

PWMコントローラがDCモータの効率測定に与える影響

○長谷川 孝（東京都立産業技術研究センター）

通常モータの効率測定では、モータ単体の効率特性が測定される。しかしながらPWMコントローラ（以下、PWMと略す）を用いた速度調整機能を有するモータ駆動機器の省エネ化推進には、モータ単体での高効率化だけでなく、PWMを含むモータシステムとしての高効率化が必要と考える。本研究ではPWMでDCモータを減速させたとき、モータ単体とPWMを含むモータシステムとでそれぞれ効率を測定して測定値に差が出るか調査した。調査結果からPWMがモータの効率測定に与える影響について検討した。

5-047

高出力密度化を目指した20極集中巻モータの固定子構造が効率と短絡特性に及ぼす影響

○柴山義康・今村圭伍・植田一輝（川崎重工業）

航空機の電動化は燃費や整備費を大幅に低減できる革新技術として期待されるが、その実現には電気機器の高出力密度化が不可欠である。特にモータでは、NASAが提案する13.2kW/kg（効率96%）といった高い目標が示されている。
本稿では、高出力密度化を目指した20極集中巻きSPMモータを対象に、固定子構造が定格効率や相間短絡特性に与える影響を電磁界解析により検討した。その結果、巻線係数の高いスターデルタ結線が高効率であること、また効率と短絡特性にはトレードオフがあり、スロット開口幅で調整可能であることが分かった。本条件下では出力密度25kW/kg以上、効率96%以上の達成可能性が示された。

5-048

絶縁DLCコーティング巻線ヨークによる低損失小型モータ

◎佐々木皓貴・金杉和弥・平栗健二（東京電機大学）・林 俊郎（エムスリー・コンサルティング）

近年，カーボンニュートラル実現に向け，電子機器の省エネルギー化が求められており，小型モータにおいてはヨークの低損失化が重要な課題である。これまでに我々は，Diamond-like Carbon（DLC）薄膜をヨーク表面に適用することで，渦電流損低減による鉄損抑制の可能性を示してきた。本研究では，材質の異なる2種類の珪素鋼板ヨーク（50JN470，50JN1000）とDLC適用アモルファスヨークで，鉄損低減効果を比較評価した。さらに，DLC薄膜の電気絶縁性に着目し，表面抵抗測定により絶縁膜としての有効性を定量的に評価した。これらの結果から，DLC適用アモルファスヨークの小型モータへの有効性を検討した。

5-049

半波整流回路を用いた発電機構一体型IPMSMにおける界磁巻線が運転特性に与える影響の基礎検討

◎前田想太・真田雅之・井上征則（大阪公立大学）

本稿では，半波整流回路を用いた発電機構一体型IPMSMにおいて，界磁巻線が運転特性に与える影響について検討した。低速域での高トルク，高速域での高出力の両立を目的として，速度が高くなる程，電機子鎖交磁束を弱める界磁巻線を導入した。発電機モデルから得られる電流を半波整流し，界磁巻線に通電することで電機子鎖交磁束を弱める構造をとり，速度－トルク・出力特性，効率および鉄損特性を解析した。その結果，高速域でのトルクの低下を抑制でき，より広い運転範囲での運転が可能であることが分かった。一方，基底速度付近でのトルクの低下といった課題が残ることもわかった。また，発電機動作時に生じるマグネットトルクとリラクタンストルクが相殺され，ブレーキトルクとしての影響は小さいことを示した。

5-050

遠心力を利用した可変磁束モータにおける磁歪材料の大きさと可変特性の関係

◎福島響希・鷲岳 蓮・中村貴士・水野 勉・佐藤光秀（信州大学）

応力に依存して磁気特性が大きく変化する磁歪材料を圧入した遠心力可変磁束モータ(以下，PMSモータ)が提案されている。本研究では，磁歪材料の大きさが可変特性に与える影響を確認した。磁歪材料の大きさを4mmとすることで，従来構造よりd軸方向の磁束密度の可変量は1.23倍となり，最大磁束密度および最大トルクの向上が確認された。加えて，大きさを4mmとすることで磁歪材料端部に圧縮応力が集中し，透磁率の偏りが顕著となることでリラクタンストルクの活用が可能となった。

5-051

機能的機電一体化に向けた環状ドライブ回路近接配置形PCBコイルエンドモータの試作評価

◎内山凜人・向山純平・青山真大（静岡理工科大学）

輸送機器の電動化が進展する中で，電動パワートレイン用モータには高性能化・小型軽量化・高効率化が求められており，モータ・インバータ・変速機等をを一体化した機電一体型システムの研究開発が活発に行われている。このような背景から本稿では，機能的機電一体化を見据え，ラジアルフラックス構造分布巻ステータの分布巻結線部分をプリント基板に代替したPCBコイルエンドモータと，環状ドライブ回路を近接配置させたシステムを提案する。原理検証用試作機を製作し，システム全体の効率マップ及び損失を評価した結果を報告する。検証の結果から評価した範囲内においてはシステムの成立性が確認された。

5-052

キャリア高調波自磁式三相PCB回転トランスを適用した可変界磁PCBモータの基礎検証

◎寺田晴彦・青山真大（静岡理工科大学）

本稿では，キャリア高調波を界磁エネルギー源に利用する三相PCB回転トランスと，電機子巻線および界磁巻線をPCBコイルに置き換えたPCBコイル式可変界磁モータを組み合わせたシステムの実機基礎検証結果を報告する。PCBモータに対してキャリア高調波で共振するBPFを構成した三相回転トランスが並列結線されたシステムである。本稿ではシステムの成立性を目的とした基礎実験として，実機はロータとステータを分離して周波数指令駆動し，ステータにBPFを介して並列結線した回転トランスから界磁巻線に供給される界磁電流を測定した。実機検証の結果，三相回転トランスによって界磁巻線に界磁電流を供給できることが明らかになった。

5-053

スポーク状に永久磁石を配置した二重励磁式可変磁束永久磁石モータの試作

◎山下航希（金沢工業大学）・満田宇宙（三菱電機）・深見 正・小山正人（金沢工業大学）・十時詠吾（三菱電機）

ハイブリッド界磁モータは高トルクと高速低損失を両立できるが，界磁巻線による構造複雑化や銅損が課題である。そこで筆者らは，界磁巻線を用いず，電機子巻線の結線工夫により可変磁束を実現する二重励磁式可変磁束永久磁石モータ（DeVFPM）を提案し，リラクタンストルクを活用できる構成の試作機を製作した。試作機では，永久磁石をスポーク状に配置し，電機子巻線を多層・二並列星形結線とすることで，不平衡磁気吸引力の低減と可変界磁機能の実現を図っている。試作機の評価により，界磁電流によって逆起電力とトルクが調整可能であり，電流位相に応じたリラクタンストルクの発生も確認された。

5-054

エアギャップワインディング二重給電磁界共振結合電動機の出力特性

○堺 和人（東洋大学）

交通・ロボット等の移動体の動力源の電動機と発電機は軽量と高出力が重要であり，航空機の電動化では重量当たりの出力（出力密度）を飛躍的に高める必要がある。そこで、鉄の重量を大幅に削減できるエアギャップワインディングの巻線とした上で出力を確保するために磁界共振結合と二重給電誘導機の技術を応用した二重給電磁界共振結合回転電機を提案している。本稿では、提案機の内外周に設けた磁性リングの厚さに対する出力と出力密度、負荷特性を磁界解析で検討している。解析結果より32.4kW/kgの高出力密度と95％の高効率が確認された。また、1次と2次の周波数と入出力を可変することで多様な優れた可変速運転が期待できる。

5-055

平角導体で同心巻き固定子コイルを構成したモータ

○榎本裕治・床井博洋・出口見多・池田賢二・向瀬レミ（日立製作所）

産業用モータは、多品種を同一の鉄心形状、巻線仕様で構成する必要があり、コイルの並列数を多くとりたいという要求があるため、波巻よりも並列数を多くできる同心巻きを構成する必要がある。本報告では、平角導体で同心巻き固定子コイルを構成するモータを検討し、実際に試作したのでその結果を報告する。

5-056

コンシクエントポールPMモータの凹型突極によるトルクリプル低減効果の検討

○長谷川 祐（日立製作所）

運輸・産業分野で高効率な永久磁石モータの採用が進む中、乗り心地向上のため低振動・低騒音化が求められ、トルクリプル低減が重要となる。一方、磁石コストや供給課題から磁石削減が検討され、コンシクエントポール永久磁石（CPPM）モータが注目されるが、高調波磁束の発生によるトルクリプル増大が課題である。本報では、分数スロット（10極12スロット系列）の適用により偶数次高調波磁束を抑制し、残る6次成分低減を目的に突極部に凹部形状を有した凹型突極CPPMモータについて検討し，6次整数倍のトルクリプル成分を低減する効果を確認したので報告する。

5-057

5相マルチモードリラクタンスモータの3相インバータ2台による6レグ駆動の初期検討

◎國分 涼・清田恭平（東京科学大学）

本稿では、3相インバータ2台で構成可能な，5相マルチモードリラクタンスモータのスター結線化および6レグ駆動の初期検討を実施する。SRMモードは励磁電流に零相成分を要するため、従来手法には中性点から流出するN相電流が増加する課題がある。本稿では，特定の相の巻線で極性を反転することで，N相電流を低減する手法を提案する。理論検討の結果、SRMモードにおいて，適切な極性の反転により，N相電流実効値が巻線電流実効値比で約120%まで抑制される可能性を示す。他方、SynRMモードにおいて，極性反転がN相電流実効値を増加させることを確認し、モード間の巻線構成の共通化に懸念が残ることを明らかにする。

5-058

多並列パターン結線技術による機電一体に適した分布巻PCBコイルエンドモータ

○青山真大・向山純平（静岡理工科大学）

モータドライブシステムの統合による出力密度向上を目的に，著者らはラジアルフラックス形分布巻ステータのコイルエンド部分をプリント基板（PCB）に置換し，同一基板にドライブ回路を機能的に統合する研究を進めている。本稿では，機能的機電一体化時に課題となるモータ側からの漏洩磁界対策を目的に，コイルエンド部分での漏洩磁界の抑制とPCB配線抵抗低減を両立できる”多並列パターン結線技術”を提案する。加えて，提案技術を採用した試作機とその効果についても明らかにされる。

5-059

改良型樹脂ユニット式スポーク型IPMモータの提案と基礎検討

◎南 雄翔（長岡技術科学大学）・日高勇気（立命館大学）

サーボモータの高トルク密度化への要求から，スポーク型IPMモータが注目されている。著者らは，漏れ磁束の低減を目的に，ロータコアとシャフトを樹脂ユニットにより締結する，樹脂ユニット式ロータを提案してきた。一方，同モータは改良の余地があり，本研究では改良型の新ロータ構造を提案する。また，従来構造と性能比較を行い，提案構造の優位性を数値解析により明らかにする。

5-060

二重三相巻線の中性点間に界磁巻線を接続したハイブリッド界磁メモリモータの基礎検証

○牧野宏明・松下真琴・遠井敬大・齋藤亮介・竹内活徳（東芝）

可変速モータの更なる高効率化技術として、可変磁束の技術が着目されている。その一方式として、ロータ内に可変磁石と界磁巻線の両方を備えたハイブリッド界磁メモリモータが検討されている。界磁巻線の磁界により可変磁石の磁化状態を変化させ、可変磁束の特性を得る。通常、界磁巻線を通電するためには、界磁巻線専用のDC/DCコンバータが必要となるが、システムの大型化が懸念される。この課題を解決するため、本稿では、二重三相巻線の中性点間に界磁巻線を接続した当該モータとドライブシステムを提案する。原理検証のためのミニモデルを試作し、可変磁束特性を評価した結果を報告する。

5-061

集中巻可変磁力メモリモータにおける磁化位置依存性の実機検証

◎水野真成・堺 和人・前川佐理（明治大学）・瀬谷智之（サンデン）

可変磁力メモリモータ（VMFM）は、永久磁石の磁化状態を可変することで、低速・高トルク域から高速域まで広範な運転領域を高効率に最適化できるモータとして注目されている。これまでのVMFM研究は主に分布巻構造を対象としており、集中巻構造に関する検討は限定的である。集中巻構造では空間高調波や磁束分布の非対称性が顕著であり、それらが磁化特性に及ぼす影響、特に磁極位置依存性については十分に解明されていない。本研究では、集中巻VMFMにおける磁化特性の磁極位置依存性に着目し、実機実験を通じてその発生要因を検討した。

5-062

レアアースフリーの可変磁力永久磁石リラクタンスモータ

◎森岡岳大・堺 和人・前川佐理（明治大学）

本研究は、レアアース磁石の供給やコスト課題の解決に向け、磁石に依存せず高出力・高効率を実現する新規の可変速モータを提案する。本モータは、広範囲で優れた可変速特性を有する永久磁石リラクタンスモータと、運転状態に応じて磁力を最適化する可変磁力技術を融合したものである。これにより、従来のリラクタンスモータよりも高トルクを実現し、高速域では界磁電流と可変磁力磁石の磁化の調整により高効率を実現している。また、ハイブリッド車における連れまわり損失の低減や短絡故障における安全性確保を目的として、磁石磁束を零に制御することで純粋なリラクタンスモータとして駆動可能な機能についても提案する。

5-063

波型回転子集中巻誘導モータの等価回路パラメータに関する一検討

◎木原弘将・横井裕一（長崎大学）

本論文では，波型回転子を有する分数スロット集中巻誘導モータに対して，等価回路モデルを構築し，適切な回路パラメータについて検討する。分数スロット集中巻は，かご型誘導モータでは空間調波の影響により自己始動特性を喪失する課題がある。この課題に対して，不要な空間調波を抑制可能な波型回転子が提案されている。波型回転子分数スロット集中巻誘導モータをベクトル制御で駆動する場合，磁気飽和に起因するインダクタンス変動が制御性能に影響を及ぼすことが懸念されるため，制御パラメータに関するインダクタンスの同定が重要となる。そこで，定常運転が可能な小すべり領域に着目し，等価回路モデルを用いた特性評価を通じて回路パラメータの検討を行う。

5-064

分数スロット集中巻誘導モータにおける波型回転子構造に関する一検討

◎山下理久・木原弘将・横井裕一（長崎大学）

短いコイルエンドかつ高い占積率で構成できる分数スロット集中巻は，小型化，高効率化，低コスト化が期待され，磁石モータに広く採用されてきている。しかし，分数スロット集中巻では，回転磁界には，複数の主要な空間調波成分が含まれており，駆動に悪影響を及ぼすトルクが発生する。この課題を解決するために，不要な空間調波成分を選択的にフィルタリング可能な波型回転子が採用されている。本論文では，波型回転子を有する集中巻誘導モータに対して，回転子巻線が導体棒と導線で実装された実験機の速度―トルク特性を検討する。その結果，運転可能な回転速度域において，導体棒回転子のほうが導線回転子よりも高いトルクを発生させることを確認できた。

5-065

6スロット4極集中巻誘導モータの波型回転子による空間調波フィルタリング

◎野中広渡・木原弘将・横井裕一（長崎大学）・山本泰三・三成貴浩（住友重機械工業）

集中巻固定子を用いた誘導モータは，小型・高効率化が期待できる一方，回転磁界に含まれる空間調波成分により始動特性が悪化するという課題がある。本稿では，6スロット4極集中巻誘導モータに波巻回転子を適用し，空間調波成分のフィルタリング効果を有限要素法解析により検討した。回転子電流の時間調波成分を解析した結果，波型回転子では偶数次空間調波成分に起因する時間調波が完全に抑制されることを確認した。これにより，波型回転子が集中巻誘導モータにおける空間調波低減に有効であることを明らかにした。

5-066

商用電源駆動の大形誘導電動機におけるエアギャップ幅に対する特性変化
―実験・電磁界解析結果の比較―

山崎克巳・◎小栗大倫（千葉工業大学）・森下大輔・片山香純（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，商用電源駆動の大形誘導電動機における適切なエアギャップ幅を，実験と電磁界解析の両面から検討する。

5-067

誘導電動機の始動時に発生するトルクリプルに関する検討
―発生理論と実験検証―

山崎克巳・◎赤井謙太（千葉工業大学）

本稿では誘導電動機の始動時に発生するトルクリプルに関して，発生理論に基づく簡易評価式と電磁界解析結果の比較，及び実験検証を行ったので報告する。

5-068

直入れ2極集中巻誘導機の検討

◎浅見純那・新口 昇（大阪大学）・山本泰三・三成貴浩（住友重機械工業）

従来の2極直入れ誘導機は安価であるが、コイルエンド高さが高くなり、大型化やコイルエンド部の銅損増加による効率低下が問題となる。コイルエンド高さ低減のため集中巻を適用する方法が考えられるが、磁束の変調波成分がトルクを低下させるため一般的に使われていない。
そこで、直入れ誘導機の高効率化のために、2極の変調波磁束を利用した直入れ集中巻誘導機を提案する。
本稿では、提案構造の動作原理を数学的に説明し、運動方程式を用いた動解析により動作原理の妥当性を検証する

5-069

誘導電動機の漂遊負荷損と回転子スロット数の関係に関する検討

◎古賀郁也・中村亮太・小山田将亜（TMEIC）

誘導電動機の高効率化のためには，発生損失の中でも設計パラメータとの相関が明確化されていない漂遊負荷損を低減する設計法の確立が重要な課題である。先行研究では，漂遊負荷損との相関が高いとされる二次高調波損失を電磁界解析により求め，回転子スロット数との関係について評価した。先行研究では解析時間短縮のため極数倍の回転子スロット数のみの検討であった。そこで，本研究では極数倍以外の場合を含め，回転子スロット数と二次高調波損失の関係性について評価した。その結果、回転子スロット数が極数倍の場合には，極数倍以外のスロット数と比較して二次高調波損失が大きくなる傾向にあることを確認した。

5-070

かご形誘導電動機の短絡環厚みが二次高調波損失へ与える影響について

◎森山雄介・若杉 直・古賀郁也・小山田将亜（TMEIC）

産業用で広く用いられるかご形誘導電動機では，高効率化のため漂遊負荷損の低減が重要である。本研究では，機械学習モデルにより漂游負荷損との相関性が示唆された回転子短絡環厚みに着目し，電磁界解析を用いて二次高調波損失への影響を評価した。4極機モデルに対し短絡環厚みを変化させ解析した結果，短絡環を薄くするほど短絡環部のインピーダンス増加により高調波電流が減少し，二次高調波損失が低減することを確認した。一方で，過度な薄肉化は電流密度増加による温度上昇が懸念されるため，損失特性と熱的課題を両立した最適厚みの検討が必要である。

5-071

回転発熱機用誘導機におけるロータ構造が発熱特性に与える影響の実験的評価

◎杜 朋陽・金井拓磨・大口英樹（東海大学）・今盛 聡（富士電機）・岡﨑 徹（エネルギー総合工学研究所）・三浦友史（長岡技術科学大学）

再生可能エネルギーの余剰電力活用に向け，蓄熱発電における電熱変換装置として誘導機を用いた回転発熱機の適用が検討されている。本稿では，回転発熱機用誘導機として円筒ソリッドロータと溝付きソリッドロータの2種類のロータについて構造が発熱特性に与える影響を実験的に評価した。ロータ回転試験と電機子巻線への通電による昇温試験の比較から，溝付きは熱媒攪拌効果により摩擦熱が増加する一方，電磁気的な発熱（損失）は円筒構造の方が大きい傾向にあることを確認した。実験条件下では両者の総発熱量は同等であったが，発熱密度向上には摩擦熱と電磁気的損失の双方を考慮した構造選定や設計が重要であることを明らかにした。

5-072

回転発熱機向け誘導機における損失比較と二次銅損のすべり周波数起因損失の割合

○金井拓磨・大口英樹（東海大学）・今盛 聡（富士電機）・岡﨑 徹（エネルギー総合工学研究所）

本研究では余剰電力を蓄える方式として蓄熱発電に着目した。筆者らは蓄熱発電システムにおける電熱変換装置として回転発熱機の適用を検討している。回転発熱機向け誘導機として電気学会ベンチマークモデルである K モデルをベースとしたかご型ロータ，円筒および溝付きソリッドロータを対象とし，すべりをパラメータとして損失解析を行った。全体の損失の比較とロータ部で発生する二次銅損の内，すべり周波数に起因する損失の割合を明確化することを目的とした。
結果として，3つの対象ロータにおいてすべり周波数起因の二次銅損の割合を明確化した。また，いずれの回転発熱機でも半分以上がすべり周波数起因の損失ゆえ，この成分を増加させる設計が望ましいと考えられる。

5-073

磁路長が不要な環状試料を用いた磁気特性測定法の検討

○藤原 耕二藤原 耕二（同志社大学）・松尾哲司（京都大学）

モータ鉄芯に使用される無方向性電磁鋼板の磁気特性測定には，環状試料試験法が適用されることが多い．その場合，励磁巻線の電流に着目し，線形の磁気エネルギーに基づく実効磁路長，または幾何学的半径上の円周の長さ（平均磁路長）を用いて磁界の強さを算出する．環状試料では，内径から外径に向かって磁界の強さは半径の逆数に比例して減少するため，得られる磁気特性は試料寸法に依存する．この寸法依存性を抑制するために，内外径比の推奨値が材質に応じて規格で規定されている．そこで筆者の一人は，磁路長の概念を必要としない汎用的な方法を開発した．本手法では初透磁率を必要とするが，一般的な磁気特性測定で初透磁率は測定対象ではない．そこで本稿では，代表的な無方向鋼板において，mTオーダの低磁束密度領域おける磁気特性測定結果に基づいて，初透磁率について検討を行い，手法の一般化を図ったので報告する．

5-074

応力下の磁気特性測定システム

○藤原耕二（同志社大学）・後藤俊介・相原 茂（ブライテック）・下地広泰・沓掛暁史・池田 哲（大分県）

焼嵌めによりモータの固定子をフレームに挿入する場合，固定子鉄芯バックヨーク部の円周方向に圧縮応力が印加される．それに起因して，鉄芯を構成する磁性材料の磁気特性は劣化するので，その劣化の程度を把握することは設計の観点から重要である．応力下の磁気特性測定は，一般的な縦型の引張・圧縮試験機を横型にし，単板磁気特性試験器と組み合わせれば実現可能である．しかしながら，異なる用途の試験機／試験器の組合せでは，細部の調整が難しく，制御ソフトウェア構築の観点からも効率的ではない．そこで，単板磁気特性試験に関して長年の経験を有する大学の研究室と，磁気計測および波形制御に関する知見が豊富な公的機関，機械的要素の取扱いや磁気センサおよび電子回路技術に長けた企業が協力して，汎用的な応力印加機構付きSSTを開発したので報告する．

5-075

dSPACEを用いたリアルタイム波形制御による磁気特性測定システムの構築
―プレイモデルによるヒステリシスの合同性検討―

◎秋田陽輝・菅原賢悟（近畿大学）・羽根吉紀（東洋大学）・阿波根 明（JSOL）

磁気ヒステリシスのモデリング手法であるプレイモデルは，逆分布関数法を用いることで磁界Hと磁束密度Bの双方を入力変数として扱うことができる。しかし，入力変数の選択によりマイナーループの形状に不一致が生じる場合があるため，実測による実測再現性の検証が必要である。本研究では，dSPACEを用いた磁気特性計測システムを構築し，リング形状の無方向性ケイ素鋼板を用いてマイナーループの合同性を検証した。Simulinkによる柔軟な制御系構築により，電流制御と磁束密度制御を切り替え、B軸およびH軸方向の合同性を評価した。その結果，実材料においてはH軸合同性が成立することを確認し，B入力プレイモデルの有用性とシステムの有効性を確認した。

5-076

無方向性電磁鋼板の磁束密度分布を考慮した鉄損推定法の検討

◎福岡万優・齊藤雄太・小林宏泰・宮城大輔（千葉大学）

EV用モータの高周波化により熱設計上の制約が強まる中で，高精度な鉄損推定法の確立が重要な課題となっている。高周波領域では表皮効果により磁性体内部の磁束密度分布が不均一となるため，均一分布を前提とした従来の鉄損推定法では精度が低下する。本研究では，EV用モータに用いられる板厚の異なる2種類の無方向性電磁鋼板を対象とし，磁束密度分布を考慮した鉄損推定法について検討した。一次元有限要素法を用いて厚さ方向の磁束密度分布を解析し，各要素の最大磁束密度または実効値磁束密度に基づいて各損失成分を算出した。その結果，異常渦電流損を最大磁束密度に基づいて評価することで，測定値に対する推定誤差が低減されることを示した。

5-077

パルスシフト操作で生じるモータ電磁音の解析

◎野々部咲月・綾野秀樹（東京工業高等専門学校）・荒木雄志（サンデン）

モータ制御における電流センサレス制御では，電流推定の精度を上げるために指令電圧に対するパルスシフト操作が行われる場合がある。しかし，パルスシフト操作によってモータから発生する電磁音が増加する課題が報告されている。本論文では，パルスシフト動作で発生するモータ電磁音のメカニズムについて検討する。この結果，パルスシフト操作によりキャリア周波数成分が増加すること，および，パルスシフトの開始時と終了時における指令値の変動によってキャリア周波数近辺の側帯波成分が増加することを示す。また，相電流のシミュレーション結果とモータ電磁音の実測結果に相関があることを示す。

5-078

新規Si傾斜磁性材料を適用した高速SRモータの検討

◎山川和海・永井歩美（奈良工業高等専門学校）・中村健二（東北大学）・財前善彰・大久保智幸・尾田善彦（JFEスチール）

スイッチトリラクタンス（SR）モータは，構造がシンプルで堅牢かつ逆起電力が発生しにくいため，高速回転に適したモータである。本研究では，SRモータの高効率化のために，Si傾斜磁性材料に着目する。Si傾斜磁性材料は板厚方向にSi濃度分布がコントロールされた材料であり，高周波鉄損が非常に低いという特長を有する。本発表では，新規Si傾斜磁性材料（JNHQ）を用いた12/8SRモータの特性を，有限要素解析によって従来機と比較した。その結果，トルク特性は両材料で同等であった。加えて，JNHQの鉄損が無方向性ケイ素鋼板の約1/4に低減されており，最大で7％の効率向上が確認された。

5-079

新規Si傾斜磁性材料（JNHQ）適用時の焼きばめIPMモータ評価結果

○財前善彰・吉崎聡一郎・荊原佳祐・大久保智幸・尾田善彦（JFEスチール）

近年，電気機器の小型・高効率化の観点から高周波化が進展しており,モータコア材料として使用される電磁鋼板には高周波鉄損に優れた材料が求められている．また，モータではコア打抜き・かしめ・焼きばめ等が行われるため，加工・応力による磁気特性劣化が小さいことも要求される。こうした要求に対して，板厚方向にSi濃度勾配を有するSi傾斜磁性材料（JNHQ）を開発しており、本報告では、自動車主機モータを模擬した焼きばめIPMモータに本材料を適用し，モータ特性を評価した結果について報告する。

5-080

オーバーサンプリングを用いたPMSMドライブシステムにおける高周波dq軸等価回路の検討

◎森田凌輔・前川佐理（明治大学）・柴山武至・會澤敏満（東芝）

近年PMSMの制御において，オーバーサンプリング技術の応用が注目されている。本技術では電流サンプリング周波数がキャリア周波数より高く設定される一方，PMSMのモデルにはインダクタンスとその直列抵抗からなる低周波等価回路が一般的に用いられている。しかし実際には，渦電流をはじめとする鉄損や巻線間浮遊容量の影響がスイッチング過渡電流に顕在化する。本論文では，実機で測定した周波数特性に基づき高周波等価回路モデルを構築し，時間領域シミュレーションにより低周波等価回路モデルの相電流波形との比較を行う。さらに，実機の相電流波形との比較により，提案モデルの妥当性を示す。

5-081

正弦波PWM通電による低速域センサレス制御におけるダイナミックレンジADCの検討

◎渡邉海都・前川佐理（明治大学）・山下尚也・土居昭博・三枝昭久（ダイキン工業）

キャリア波を各相に割り当てて位相をシフトさせるセンサレス制御手法に対し、モータ相電流の検出レンジおよびオフセット値を可変とするダイナミックレンジADCを適用することで、高精度な電流検出を実現する手法を提案してきた。しかし、この手法では騒音が課題であった。一方、正弦波PWM通電によるセンサレス制御では、空間電圧ベクトルの変化率が小さいため電流リプルを低減でき、低騒音駆動が可能である。しかし、PWM通電は，電流検出区間が短く、電流検出精度が低下する。そこで本論文では、PWM通電方式においてダイナミックレンジADCを適用する方法および実機により検証した電流検出精度と騒音の改善結果について報告する。

5-082

表面実装型電流センサを用いたモータ駆動システムにおける電流検出精度の改善法

◎小野寺創冴・岩路善尚（茨城大学）・青柳滋久・木暮雅之（Astemo）

従来のEV向けインバータには，コア付き電流センサが使用されているが，磁性材を用いたコアの体積が大きく，実装上の問題となっている。そこで，コアのない表面実装型電流センサを活用することが出来れば，実装面で有利だが，干渉やノイズの影響を受けやすく，精度面で課題がある。本研究では，モータ制御に用いる三相電流検出を前提とし，シールド等のハードウェアに頼らず，検出後の信号処理によって高精度化する手法を検討した。本稿では，結合係数による補償と同期マイナーサンプリングを組み合わせた手法を提案し，モータ駆動実験を通じてその有用性を検証した。実験の結果，提案手法を用いることでモータの効率が向上したので報告する。

5-083

1シャント電流検出方式における平均相電流推定精度の向上

◎矢野身太郎・會澤敏満・柴山武至（東芝）

インバータの小型化，低コスト化を目的として，インバータの直流母線に流れる電流からモータ駆動電流を検出する1シャント電流検出方式に関する研究が盛んに行われている。1シャント電流検出方式は，低コストで電流検出が可能な一方，特に低出力時に電流検出率が低下するため，対称型キャリアPWMにより電流検出率を向上させる技術が提案されている。しかし，対称型キャリアPWMは平均相電流と異なる値を検出するため，電流検出の精度が低下するという問題がある。問題解決に向けて，本稿では電流検出点の増加による平均相電流の推定手法を提案する。

5-084

非同期PWM制御における高速領域の安定動作のための電流検出および，電圧指令値演算の改善

◎湧井 力・谷口 峻・松尾健太郎（Astemo）

近年，自動車産業では電動車両の推進が活発であり，Astemo(株)でも電動製品シェア拡大のため，高出力高効率な製品の開発に注力している．高出力・高効率化実現のため，高速域での電圧利用率(変調率)向上を目指していたが，実現には課題があった．課題解決のため，電流検出のサンプリングを山谷で検出し，かつ電圧指令値をキャリアの前半と後半で制御するように変更した．その結果，高速域で安定動作させ，高出力・高効率化を実現した．

5-085

電流ベクトル制御系と電流複素ベクトル制御系のパラメータ変動に対するロバスト性についての比較解析

◎福島 翔・方 志法・道木慎二（名古屋大学）

交流モータで瞬時トルク制御を可能とする電流ベクトル制御では，非干渉制御の手法として出力電流のフィードバックによる非干渉制御を採用している。しかし，近年モータの高出力密度化に伴うインダクタンス変動による非干渉制御性能の劣化を背景に，高いロバスト性を有する複素ベクトル制御が注目されている。この制御では電流指令値と出力電流の差分のフィードフォワードによる非干渉制御を行う。この非干渉制御方式の違いがパラメータ変動に対する感度の差を生む。
本論文では，両制御法のパラメータ変動時の閉ループ伝達関数を導出・比較することで，パラメータ変動に対する両電流制御系のロバスト性の差について考察したので報告する。

5-086

パワーエレクトロニクス分野における深層強化学習制御の安全性向上に向けた検討
～DCモータの速度制御と電流予測～

◎椎名真那人・仙名大輝・小野拳誠・名取賢二・佐藤之彦（千葉大学）

AI技術の一つである深層強化学習はパワーエレクトロニクス分野においても注目され，電力変換器の制御を中心として応用が進められている。特に，強化学習制御によるDCモータの速度制御性能の向上が報告されているが，従来の強化学習制御の構成では電流を明示的に制御することが困難であり，過電流の回避など安全性保証に課題があった。
そこで本研究では，深層強化学習を用いてDCモータの速度制御と電流予測を単一のニューラルネットワークによって行う手法を提案する。提案手法では，電流予測値を用いた報酬設計によって電流値を把握した速度制御を実現することで，深層強化学習制御の安全性向上を図る。提案手法の速度制御性能および電流予測精度は，シミュレーションを用いて評価する。

5-087

FPGAとオーバーサンプリングを用いたモータパラメータ同定の基礎検討

◎松澤怜冶（大阪公立大学）

近年、埋込磁石同期電動機(IPMSM)は高効率なモータとして注目を集め、電気自動車や鉄道等のモータ駆動などで利用されている。
これらのモータを制御するために、運転状態や周囲環境によって変化するモータパラメータの把握が必要である。そこで、逐次最小二乗法を用いたモータパラメータのオンライン同定に関する研究が盛んに行われている。本研究では、高速な演算処理が可能なFPGA実装によるパラメータ同定の高速化を取り扱っています。本報告では、逐次最小二乗法によるモータパラメータ同定をFPGAに実装し、指令速度を変化させたときのd軸インダクタンスの同定結果を実機実験により示す。

5-088

PMSMの動力線への位置検出用電力重畳システムの電力重畳によるモータ制御特性への影響の検討

◎藤井大雅・井上征則・真田雅之（大阪公立大学）・桐淵 岳（オムロン）

本研究では，永久磁石同期モータ（PMSM）の動力線に位置検出器用の電力および情報を重畳することにより，位置情報線を削減する電力重畳システムについて検討した。
本研究ではインバータとPMSM間に変圧器を接続する方式を検討してきたが，新たに外部回路を用いて位置検出器用の電力と情報を動力線に重畳し，抽出した電力を安定化して供給する方式を提案する。提案方式において，電力重畳がモータ制御特性に与える影響を明らかにするため，実機実験によりq軸電流リプルおよび電力抽出特性の評価を行った。
その結果，電力重畳を行った場合でもq軸電流リプルの増加は確認されず，モータ制御特性への影響が小さいことを確認した。また，位置検出器の駆動に必要な電力を供給可能であることを示した。

5-089

1台のインバータによるIMとPMSMのギヤによる同軸センサレス並列駆動方式

◎山本菜月・鎌田航平・川畑良尚（立命館大学）

筆者らは以前，1台のインバータによる，誘導電動機(Induction motor, 以下IMと呼ぶ)と永久磁石同期電動機（Permanent Magnet Synchronous Motor, 以下PMSMと呼ぶ）の並列駆動を提案した。しかし従来方式では，モータ毎に回転角度センサや電流センサを多用しており，装置の大型化やメンテナンス性の低下が課題であった。そこで本論文では，回転角度センサを用いないIMと回転角度および電流センサを用いないPMSMを1台のインバータで同軸並列駆動する新たなシミュレーションシステムを提案する。同容量のIMとPMSMを並列駆動した場合での負荷試験をシミュレーション上で行い，駆動可否を確認する。提案するシステムにおいて良好な結果を得られたのでここに報告する。

5-090

層間短絡検出指標の検討

○中澤 晃・松下真琴・結城和明（東芝）・林 敏（東芝中国社）

モータに層間短絡が生じると短絡電流が流れ、焼損などの二次被害に繋がる。その被害を抑えるためには層間短絡の発生を正確，かつ速やかに検出する必要がある。層間短絡の検出指標について検討し、逆相電流を用いることとした。しかし一般的な逆相電流の演算方法ではリアルタイムでの早期演算に向かない。そこで逆相電流を早期演算できる手法を提案し、シミュレーションによって従来手法より優れていることを確認した。さらに実験によって実際に層間短絡が発生した際にリアルタイムで早期演算できることが確認できたため報告する。

5-091

昇圧機能を内包した単相Hブリッジインバータ駆動超高速モータドライブシステムの基礎実験

◎岩間清大・芳賀 仁・野口季彦（静岡大学）

本論文では，昇圧機能を内包した単相 H ブリッジインバータ駆動超高速モータドライブシステムについて，実機を用いた基礎検証を行った。提案システムでは，インバータのコモンモードと，モータのトロイダル巻線およびコアバックヨークを利用することで，追加の素子やリアクトルを用いることなくモータ駆動と電源電圧の昇圧が同時に実現可能である。14.4 V の直流電源を用いた実験において，モータを 20,000 rpm で駆動しながら直流バス電圧が 26.6 V に昇圧されることを確認した。また，各相電流には交流成分と直流成分が重畳して流れており，トルク出力と昇圧動作の同時実現が実験的に示された。

5-092

電動航空機向けMW級モータドライブ試験装置における電力循環動作の確認

◎野口俊介・飯嶋竜司・坪井雄一・小林 宙・矢﨑 学・田仲雄一（宇宙航空研究開発機構）

当研究チームでは航空機用MW 級電動ハイブリッド推進システムの技術実証（MEGAWATT）プロジェクトを通じ、航空機用途に適用可能なMW 級発電電動機を試験可能な試験装置をJAXA 調布航空宇宙センターに構築をしており、2025 年の産業応用部門大会にてその概要を紹介した。
本稿では当該試験装置とMW 級PMSM/SG を用いた電力循環動作の確認試験を実施し、その結果を紹介する。

5-093

モータ起因の脈動電流の抑制による平滑コンデンサの容量低減法

猿田楓馬・○岩路善尚（茨城大学）

EV等の大容量ドライブシステムにおいて、インバータ電源側の脈動電流抑制は重要課題である。特にモータ誘起電圧に起因する低周波成分は平滑コンデンサの大型化を招くため、本稿では「特定周波数除去制御」による抑制手法を提案する。本手法は、相電流と電圧指令値から推定した母線電流に対し、IPMSMの誘起電圧歪みに起因する6次高調波成分を除去制御するものである。280W産業用IPMを用いた実機実験において、DCリンク電流の6次成分が大幅に低減されることを確認した。これにより、平滑コンデンサの小容量化を実現する本手法の有用性が検証された。

5-094

PLL処理に基づくフィルタを用いたモータの機械パラメータ同定

○細岡 竜（サージュ）

パラメータ同定の際に必要となる信号のフィルタ特性が同一でない場合には，この違いに応じた誤差が生じる。モータの発生トルクから機械位置を基準としてモータの機械パラメータを同定する際には，モータの機械位置に対するフィルタ処理と微分処理の同時遂行が必要となる。ただし，可動域が限定されていないモータにおいては，位置は2πの範囲で定義されるため，同範囲による折り返しの影響により一般的なフィルタを無修正で利用することはできない。本論文では，PLL処理に基づくフィルタを用いることで，上記課題を解決可能したモータの機械パラメータ同定を実現し，数値検証を通じてこの有用性を確認する。

5-095

電機子鎖交磁束に同期した座標系におけるPMSMのMTPAオンラインパラメータ探索

◎本井康介・井上征則・真田雅之（大阪公立大学）

永久磁石同期モータ(PMSM)の最大トルク／電流制御において，d-q座標系が一般的に用いられる。しかし，モータの高トルク化を図る上で，磁気飽和などによるモータパラメータの変動が顕著に表れてしまう。一方，電機子鎖交磁束に同期したM-T座標系を適用することも可能である。MTPA条件下において，M, T軸電流は二次関数状の関係を持つことが示されており，MTPA制御を一つの比例定数で簡潔に表現できる可能性がある。本論文では，インダクタンス変動を考慮し，M-T座標上での電流制御においてMTPAとなる比例定数の探索法を提案し，シミュレーションにおいて、トルクが最大となる点で比例定数の更新を止めて最大トルクを維持することができ、有効性を示した。

5-096

シンクロナスリラクタンスモータの弱め磁束制御における磁気飽和を考慮した電圧制限特性の検討

◎瀧澤壮太・前川佐理（明治大学）・三成貴浩・山本泰三・東福大樹（住友重機械工業）

シンクロナスリラクタンスモータ（SynRM）は、回転子に永久磁石を用いないことから、高速回転化や希土類資源削減の観点で注目されている。一方で、強い磁気飽和特性を有するため、dq軸インダクタンスを一定とした従来の電圧制限楕円では実機の動作特性を十分に表現できない場合がある。本稿では、有限要素解析（FEA）により得られた磁束特性を用い、磁気飽和を考慮したSynRMの電圧制限特性について理論的検討を行うとともに、1.5kW級SynRMによる実機検証を通して提案手法の妥当性を明らかにする。

5-097

最大トルク制御座標系を利用した弱め磁束領域における圧縮機駆動IPMSMの振動抑制制御

◎宇佐見 祥・大沼 巧（沼津工業高等専門学校）

本研究では，最大トルク制御座標系を利用し，弱め磁束領域におけるトルク変化量を最大化することにより，圧縮機駆動用IPMSMの振動抑制効果の向上を目指す。圧縮機駆動においては，機械的な構造により生じる周期的振動が問題となるため，振動抑制制御の適用により補償電流を生成し，外乱トルクを相殺する。しかし，弱め磁束領域では，電流変化に対するトルク変化量が，最大トルク領域と比較して低下するため，補償電流による振動抑制効果も減少する課題がある。これに対し，本研究では最大トルク制御座標系の電流あたりのトルク変化量が最大となる特徴を活かし，振動抑制効果の向上を実機実験により確認した。

5-098

クロスサチュレーションを有するPMASynRMの方形波駆動における電圧位相制御特性

◎文野聡一朗・井上征則・真田雅之（大阪公立大学）・吉田 誠（スマック）

電気自動車などに用いられる永久磁石補助形同期リラクタンスモータ（PMASynRM）では，高速域においてインバータ電圧を有効に利用する制御手法が求められている。本研究では，方形波駆動を適用したPMASynRMを対象とし，クロスサチュレーションを考慮した電圧位相制御特性を検討する。電流依存で変化するd軸・q 軸インダクタンスを用いた数値解析により，弱め磁束制御時における電圧位相とトルク特性の関係を明らかにするとともに，その近似式を導出した。さらにシミュレーションを通じて，高速域において安定かつ効率的なトルク制御が可能であることを確認し，提案手法の有効性を示す。

5-099

PMSMの電圧位相制御系におけるフィードバック型弱め磁束制御法の定常特性の実機検証

○松本 純（中部大学）

小形化・高出力化が容易な永久磁石同期モータ（PMSM）が注目されている。PMSMの制御方式の一つに電圧位相制御を用いた矩形波駆動があり，インバータの電源電圧を有効に活用できるといった観点から定出力領域での駆動に広く用いられている。しかしながら，操作可能な成分が電圧指令値の位相のみであることから，トルク指令値の生成に誤りがあると簡単に制御系が破綻する。これに対し，著者は電圧位相制御系のためのフィードバック型弱め磁束制御法を提案し，駆動可能であることは示したが，駆動可能領域の拡大効果については未検証であった。そこで，本稿では提案法による駆動可能領域の拡大効果を実機実験によって検証したため，報告する。

5-100

永久磁石同期モータのための全パラメータ実時間同時同定機能を有する適応ベクトル制御

○新中新二（C&S国際研究所）

近年，高効率と高エネルギー密度の観点より，永久磁石同期モータ(PMSM)が，電気自動車を代表とする多方面で，活用されている。特に，突極性を備えるPMSMは，マグネットトルクに加えリラクタンストルクが活用でき，これらの特性が顕著である。PMSMの駆動には，広くベクトル制御が活用されている。ベクトル制御は，PMSMの数学モデルに立脚したモデルベースド制御であり，ベクトル制御系を構成する諸機器は，数学モデル上のパラメータを用い構成かつ設計される。ところが，PMSMのパラメータは，すべての駆動状態において，一定ではない。巻線抵抗，回転子磁束強度は，各々，巻線温度，回転子磁石温度に依存し変動する。また，d軸，q軸インダクタンスは，固定子電流依存の磁気飽和により変動する。一定のパラメータ公称値を使用してベクトル制御系の諸機器を構成した場合，ベクトル制御系の性能は，パラメータ真値の変動に応じて，低下する。最悪の場合，ベクトル制御系自体が不安定化することもある。パラメータ変動に対する正攻法的アプローチは，この実時間把握であろう。このための有力な手法が，適応同定アルゴリズムによるパラメータ適応同定である。論文は，PMSMのための適応ベクトル制御法として，新規な方法を提案するものである。

5-101

d-q軸干渉を利用した誘導電動機のセンサレス初期速度推定に関する研究

◎鈴木悠斗・岩路善尚（茨城大学）・國廣直希・金子貴志（日立製作所）

本研究は，高慣性負荷に接続された誘導電動機のセンサレス制御において，フリーラン状態からの再起動に不可欠な初期速度推定の新方式を検討している。近年の誘導電動機の低すべり化に伴う推定時間の短縮という課題に対し，d-q軸間干渉を積極的に利用する手法を検討した。再起動時にq軸へ交流電圧を印加し，軸間干渉によりd軸に生じる電流に対してフーリエ積分を実施することで，その振幅と位相からロータ速度を特定する。シミュレーションおよび実機試験の結果，電流のフーリエ積分結果に速度依存性を確認した。これにより，簡易なアルゴリズムで短時間での初期速度推定が可能であるという見通しが得られた。

5-102

永久磁石同期モータの高周波重畳型センサレス方式における低騒音化の検討

◎榎本優衣・岩路善尚（茨城大学）・谷口 峻（Astemo）

永久磁石同期モータの低速域における位置センサレス制御では，高周波電圧を重畳し突極性を利用した位置推定が行われるが，高周波電圧に起因する電磁騒音が課題となる。騒音低減には高周波重畳量の低減が有効であり，その手法としてマイナーサンプリングを用いた位置推定方式が提案されている。また，高周波成分の集中を抑制する方法として，周波数を分散させるVPC（Variable Probability Control）分散法が知られている。本論文では，マイナーサンプリングを利用した位置推定方式にVPC分散法を組み合わせた制御手法を提案する。実験により，提案手法により高周波成分の周波数スペクトルが分散することを確認し，電磁騒音低減に向けた有効性を示した。

5-103

1シャント電流センサを用いた低速域の位置センサレス制御

◎田宮 響・岩路善尚（茨城大学）

本稿では，1シャント電流情報のみを用いた低速域における永久磁石同期モータの位置センサレス制御手法を提案する。本手法は，高周波重畳法に基づき，モータ駆動の三相交流電圧に，三相平衡高周波電圧（角周波数 ω[rad/s]）を重畳し，1シャント電流から算出される瞬時電力を用いて位置推定を行う。提案手法を適用した位置センサレスベクトル制御の実験を行い，低速域において注入信号の振幅を調整することで定格トルクでの駆動が可能であることを確認した。以上より，1シャント電流の電力成分を用いた位置推定の有効性を示した。

5-104

推定電流に基づく拡張誘起電圧誤差補償を用いたIPMSMの位置センサレス制御における極低速域の負荷外乱抑制性能の向上

○柴野直人・久保田寿夫（明治大学）

永久磁石同期モータ(IPMSM)の拡張誘起電圧(EEMF)ベース位置センサレス制御は，極低速域では電圧誤差の影響により位置推定精度が悪化し，特に負荷変動に対して脆弱である。本研究では推定電流に基づく簡潔なEEMF誤差補正手法を提案する。提案手法は数式モデルによる推定電流と実電流の偏差からEEMFに含まれるバイアス成分を抽出し，デッドタイム補償および位置誤差演算におけるバイアス除去を適応的に行う。実機実験により，定格速度の3%における急峻な負荷変動に対しても，高い推定精度を維持しつつ優れた外乱抑制性能を実現できることを実証した。これにより，極低速域におけるセンサレス駆動の安定性が大幅に向上した。

5-105

L_q飽和特性を利用した低速域センサレス制御の推定位置誤差に対するロバスト性の検証

◎光永敬史・前川佐理（明治大学）・齋藤亮介・熊切有希・中澤 晃（東芝）

突極性を利用した低速域センサレス制御手法の一つに、矩形高周波電圧重畳法がある。突極性を利用した位置センサレス制御における課題の一つとして、磁気飽和により突極性が消失し、制御が不安定化する点が挙げられる。
一方、磁気飽和下においては、磁気飽和に起因するインダクタンス変動に推定位置誤差情報が含まれるため、この情報を利用することで、突極性消失下においても低速域センサレス制御が可能である。
本論文では、磁気飽和によって生じる q 軸微分インダクタンスの変動を利用し、突極性消失下においても適用可能な矩形高周波電圧重畳法について、磁気飽和下の推定位置誤差に対するロバスト性を検証した結果を報告する。

5-106

電圧重畳による停止・低速域におけるSPMSMの位置推定の検討

◎齋藤勇太朗・道木慎二（名古屋大学）

埋込磁石同期電動機(IPMSM)での位置センサレス制御では，一般的に中・高速域では速度に励起される誘起電圧ベクトル，停止・低速域域では回転子構造に起因するインダクタンスの角度依存性を利用することで位置推定をおこなう。しかし，一般的に突極性を持たない表面磁石同期電動機(SPMSM)では，後者の手法に頼ることが困難であり，停止・低速域での位置センサレス制御は容易ではない。
これに対して，本稿では，電圧重畳により回転子の角度振動を発生させ，誘起電圧ベクトルを励起することによる位置推定の可能性を検討したので報告する。

5-107

IPMSMの信号重畳センサレス制御におけるトルクリプルの抑制のための空間高調波補正法

◎加藤大貴・伊東淳一（長岡技術科学大学）・Jung-Ik Ha・Gyu-Cheol Lim（Seoul National University）

家電製品には，製造コストの低い集中巻IPMSMが広く採用されている。集中巻IPMSMは，電機子インダクタンスの空間高調波が大きく，トルクリプルが発生しやすい。また，信号重畳センサレス制御を適用した場合，空間高調波の影響により，推定ロータ位置には6次の誤差が生じる。本論文では，IPMSMの信号重畳センサレス制御において，トルクリプル抑制のためのインダクタンスの空間高調波補正法を提案する。提案法は，試行錯誤的な解析をせずに位置推定誤差を補正する。さらに，補正された推定位置を用いて電流指令を生成することでトルクリプルを抑制する。実機検証の結果，提案法の適用により，位置推定誤差の6次成分が98.8%，トルクリプルの6次成分が91.1%低減することを確認した。

5-108

突極性及び磁気飽和特性を用いた同期電動機における汎用的な初期磁極位置推定法

◎濱辺恭将・高瀬善康・山﨑 明（安川電機）

同期モータを位置センサレス制御で駆動する際、高精度な制御を実現するためには，始動時の初期磁極位置推定が不可欠である。また，産業機器に用いられる同期モータは，SPMSM，IPMSMのみならずSynRMなども採用され始めており，各種同期モータに対し汎用的に利用できる初期磁極位置推定手法が求められている。そこで本論文では、電圧印加時の電流応答から，突極性と磁石による磁気飽和特性の影響を分離しつつ，両特性を用いて磁極位置を推定する汎用的な初期磁極位置推定法を提案する。さらに，SPMSMおよびSynRMで実機検証を行い、提案法がモータ種別に依存せず高精度な推定を実現できることを示す。

5-109

SynRM向けの磁気飽和に対してロバストな簡易センサレス制御の実機検証

◎寺西陽奈子・前川佐理（明治大学）・藤田 悟・植田寛朗・西澤是呂久・佐藤以久也（富士電機）

SynRMは回転子に永久磁石を持たないため低コスト，堅牢であるが、磁気飽和の影響が大きく，センサレスで安定駆動させるには詳細なモータデータや複雑なアルゴリズムが必要であった。本論文では，詳細なモータパラメータが不要で磁気飽和に対してロバストな強制転流駆動に，位置センサレス制御を組み合わせたオープンループ駆動法を提案する。本方式は，制御が簡易的であるという強制転流駆動の利点と，大まかな位置推定に基づく駆動電流の低減を両立する。実機検証結果によって，提案手法において位相差制御を行うことにより，従来の強制転流駆動に比べ駆動電流が低減し，高効率化が実現したことを示す。

5-110

磁束モデルを用いたq軸インダクタンスを要しないSynRMの位置センサレス制御

○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）

回転子に巻線も永久磁石も持たないシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM) が注目されており，その位置センサレス制御が望まれている．SynRM は磁気飽和によってインダクタンスが変動するが，特にq軸インダクタンスが大幅に変動する．そこで，本稿ではIPMSM に対して提案されている磁束モデルを，SynRM に適用することによって，q軸インダクタンスを要しない位置センサレス制御を提案し，シミュレーションによる有効性の検証を行ったので報告する．

5-111

異なる巻線特性を有する二重三相PMSMの総合損失最小化と弱め磁束制御法

◎中村直人（津山工業高等専門学校）

異なる巻線特性を有する二重三相PMSMは2個の巻線の通電系統を切り替えることで高速回転時の弱め磁束制御を回避し，従前のPMSMと比較して効率駆動範囲を拡大することが期待できる。しかし，一部の駆動領域では弱め磁束制御を遂行しなければ本モータのトルク発生能力を損なうことになる。本論文は鉄損を考慮した二重三相PMSMの弱め磁束制御法と，このための指令変換器を提案する。提案法は弱め磁束制御を実現するとともに，最小総合損失駆動を実現するものである。

5-112

二重三相同期モータにおけるVSD座標上の高周波信号重畳により励起される拡張誘起電圧のパラメータ変動に対する感度解析

◎吉田裕悟・ハオロンジャオ・道木慎二（名古屋大学）

筆者らはこれまでに,「速度により励起される拡張誘起電圧」EEMFω ベクトルと「高周波信号重畳により励起される拡張誘起電圧」EEMFh ベクトルから構成される拡張誘起電圧EEMFω+h ベクトルを定義し, その推定による三相PMSMの全速度域位置センサレス制御を提案してきた。さらに,二重三相PMSM(DTP- PMSM)に対しても定義されたEEMFω+hを活用した位置センサレス制御について検討を行っている。
本稿では,この提案法における「高周波信号重畳により励起される拡張誘起電圧ベクトル」EEMFhベクトルのモ－タパラ メータ変動に対する感度を検討したので報告する。

5-113

インバータ過変調領域で駆動可能な極数切替型多相誘導電動機制御系

◎松本泰斗・道木慎二（名古屋大学）・小林雅志（トヨタ自動車）

多相IMは固定子側に印加する電圧の位相差を変え回転磁界の極数を変化させることで，回転子側の極数を切り替えながら駆動することが可能となる。そこで，我々はこのIMの極数切替を利用することで，駆動領域，さらには高効率駆動領域の拡大を目指して多相IM駆動系の検討を行っている。本稿では，インバータ過変調領域を利用した高出力化を目的とし，閉ループ電流制御を維持したまま過変調駆動下で極数切替を行う多相誘導電動機の制御系を構築したため報告する。提案手法の有効性は，定格出力400 kWの誘導電動機を対象としたシミュレーションにより検証した。

5-114

対称座標法を用いたオープン巻線誘導電動機の不平衡電圧補償の実験

◎柴山海七太・今給黎明大・渡邊政幸（九州工業大学）

近年，電力系統では太陽光発電システムの導入量拡大に伴い，三相電圧不平衡が問題になる。電力系統に直結される誘導電動機に電圧不平衡が印加されると，電流不平衡，トルク脈動，損失増大につながる。
本稿では，不平衡電圧発生時においても誘導電動機の継続運転を目的として，電動機自身の端子電圧を対称座標法により平衡化する不平衡電圧補償器（Voltage Unbalance Compensator: VUC）付オープン巻線誘導電動機を提案し，実験により有効性を検証した。不平衡電圧補償の有無で電流不平衡率とトルクリプルを評価した結果，提案方式により顕著な改善が確認された。

5-115

切替駆動を考慮したデュアルモードリラクタンスモータのベクトル制御に関する一検討

◎小野涼真・清田恭平・Shou Qiu（東京科学大学）・龍田利樹（日本美的）・宋 分平（美的集団）・西 高志（日本美的）

先行研究においてSRM，SynRMの2種類のモータ動作を同一形状でモード切替可能としたデュアルモードリラクタンスモータ(DRM)が提案されているが，モータ動作切替時の制御法については未検討である。本稿では，DRMにおいて既存の dqz 変換を拡張したベクトル制御法を提案する。巻線構造を整理することにより各相電流を同一行列内でSynRM成分，SRM成分に分離し，両モード電流を連続的に合成する電流ベクトルを導入することで，DRMが新たに中間モードを獲得しシームレスなモード切り替えを実現した。さらにJMAG解析により、切替に伴うトルク特性および損失変化を確認し，提案手法の有効性を示した。

5-116

ラジアル力リプルと巻線電流実効値間のトレードオフを考慮したSRMのベクトル制御

◎高橋駿斗・河原崎慶太郎・星 伸一（東京理科大学）

本稿では，スイッチトリラクタンスモータ（SRM）に対し，電流ベクトル制御に基づいてラジアル力リプルを抑制する手法を提案する。SRM は永久磁石を用いない利点を有する一方で，ラジアル力リプルに起因する振動・騒音が課題となっている。提案法では，瞬時ラジアル力式を用いて電流指令値を設計し，ラジアル力リプルの大きさを調整可能とする。さらに，ラジアル力リプルと巻線電流実効値とのトレードオフ関係を回転座標系において数式的に整理した。実機実験および有限要素法解析により提案法の有効性を検証し，ゲイン設定に応じてラジアル力リプルを調整可能であること，およびラジアル力リプル抑制量と電流実効値の間にトレードオフが存在することを確認した。

5-117

鉱油および天然エステル中アークによる密閉容器内部の圧力上昇

○田所 兼・神足将司・本間大成・宮嵜 悟（電力中央研究所）

絶縁油に天然エステルを使用した変圧器については，規制緩和によって消防設備を含めた全体のコスト削減が期待できる。しかし，天然エステルの普及には，万一の安全性を検討しておく必要がある。特に，変圧器のように絶縁油を含む密閉設備の内部でアークが発生した場合，圧力上昇に伴う機器の損傷や漏油が懸念される。そこで，本稿では，密閉容器内の鉱油および天然エステル中アークによる圧力上昇を実測した結果から，アークの電流値と圧力上昇最大値の関係を報告する。実験の結果，鉱油および天然エステルのいずれの絶縁油でも電流が増えるほど，圧力上昇の最大値は増加していくことが分かった。また，鉱油と天然エステルを比較すると圧力上昇最大値は同程度である結果が得られた。

5-118

多段アルミ箔/油浸紙複合絶縁系における部分放電進展

◎神野裕亮・小島寛樹（名古屋大学）・永木雄也（中部電力パワーグリッド）・吉田昌展（中部電力）・早川直樹（名古屋大学）

油浸紙を用いたコンデンサ形計器用変圧器(CVT)は30年以上使用されているものが多く，絶縁劣化による故障が懸念されている．筆者らは CVTの絶縁診断に向けて，基礎的なアルミ箔/油浸紙複合絶縁系における部分放電(PD)進展特性について検討してきた．本稿では，CVT の絶縁構成を模擬した多段絶縁系における PD 進展について調査した．実験サンプルにPDIV以上の交流電圧を印加し，PD波形を取得する他，実験後に油浸紙上の放電痕を観察した．油浸紙は各段のアルミ箔端部を起点として進展しており，1枚ずつ侵食し，最終的にBDに至ることがわかる．またBD前に電荷量が急増したことから，PD電荷量はBDに至る前の指標となり得ることが示唆される．

5-119

運転中変圧器の部分放電測定事例
―ブッシング内部部分放電と外部ノイズの識別―

◎本間大成・中村 信・宮嵜 悟（電力中央研究所）・西川将司（四国電力送配電）・鎌田靖由（四国総合研究所）

近年，高経年変圧器の増加に伴い，変圧器内部異常診断手法の確立が求められている。レジン塗工紙コンデンサブッシングでは経年劣化により部分放電が発生する可能性が指摘されているが，現場測定では外部ノイズとの識別が課題となる。本稿では，レジン塗工紙コンデンサブッシングを使用する変圧器を対象として運転中部分放電測定を実施した結果について報告する。測定結果を位相分解部分放電パターンに基づき診断した結果，検出された信号はブッシング内部の部分放電に起因するものではなく外部ノイズであると判断された。これらの結果は，運転中部分放電測定における外部ノイズとの識別事例として参考となる。

5-120

面電流センサを用いた部分放電診断装置の常時監視化

○田中斗志貴・田村俊輔・青木康二郎（東京電力ホールディングス）・菅 啓佑・塚尾茂之（東京電力パワーグリッド）

設備の高経年化が進む中、維持管理の観点から常時監視の重要性が高まっており、本研究では、部分放電診断の常時監視機能を開発した。常時監視では大量のデータを取り扱う必要がある一方で、データ転送速度に制約が存在するため、これらの条件下でも診断を成立させる効率的なアルゴリズムを設計・実装した。さらに、従来の測定条件と比較しつつ、常時監視化における診断に必要なサンプリングレートを確認した。

5-121

エステル系絶縁油入変圧器における菜種油の長期信頼性検証

◎林 克也・田村俊輔・青木康二郎（東京電力ホールディングス）・藤田博仁・佐藤 学（ユカインダストリーズ）・菅 啓佑・塚尾茂之（東京電力パワーグリッド）

東京電力パワーグリッドでは2024年11月からエステル系絶縁油を使用した配電用変圧器を導入している。エステル系絶縁油においては従来変圧器用絶縁油として用いられてきた鉱油には見られない加水分解による劣化が発生する。本研究では送電用変圧器へのエステル系絶縁油適用に向けて、菜種油に水分および酸素を封入した加熱試験による長期信頼性検証を実施した。加熱試験後の試料油に対し、絶縁破壊電圧、帯電度、水分、飽和水分溶解度等の各種特性の測定を実施したためその結果を報告する。

5-122

菜種油の蓄積電荷密度の温度特性

江尻 開・◎蒲原聖也・寺倉拓馬・高野 啓（東芝エネルギーシステムズ）

環境調和性が良く引火点が高いといった特徴があることから鉱油を代替する変圧器絶縁油としての適用が進められている天然エステル（植物油）のうち菜種油の蓄積電荷密度の温度特性を測定した。蓄積電荷密度測定装置を用い，菜種油の新油，新プレスボード，流速100cm/s，油温30℃，55℃，80℃の条件における蓄積電荷密度を測定した。油温30℃条件を100%とした蓄積電荷密度については，油温55℃，80℃ではそれぞれ22%，0.4%に低下した。RaおよびRbの温度特性については，油温55℃，80℃では，油温30℃と比較してRaがそれぞれ16%，1.9%，Rbがそれぞれ11%，0.8%に低下した。温度の上昇と共に，発生した電荷が電極間と容器に容易に緩和されることで蓄積電荷密度が低下したのだと考えられる。

5-123

植物油の帯電度に及ぼすBTAの影響

○増田達哉・宮島 極・高橋 誠（愛知電機）

強制対流式変圧器では、絶縁油の流動に伴う帯電現象が懸念される。従来の鉱油を使った変圧器では、流動帯電抑制剤としてベンゾトリアゾール（BTA）が添加されており、その添加量や効果に関する技術は既に確立されている。一方、植物油は鉱油に比べて帯電度（ECT）が高いことが知られているが、BTAを添加することによる帯電抑制効果については未解明な点が多く、十分な検証がなされていない。今回、植物油に対するBTA添加量を変化させ、帯電度に及ぼす影響を調査した結果について報告する。

5-124

パームヤシ油入変圧器の流動帯電解析

◎田和隼輔・山岸真之・佐藤潤一・重盛一希・脇本 聖（明電舎）

変圧器の流動帯電は静電気放電が発生し，交流絶縁破壊に至る可能性があるため，導油式変圧器において特に重要である。しかし，パームヤシ油（以下，PFAE）入変圧器における流動帯電の影響評価は行われていないため，電気協同研究の方法に基づき鉱油とPFAEの比較解析評価事例を示した。実器を模擬した直流場の電界解析を通して，巻線下部の流動帯電の影響比較を行った結果，経年PFAEは新油のPFAEに比べると帯電しやすくなる傾向にあるが，鉱油と比べて問題となるものではなく，PFAEは鉱油と比べて導油式変圧器における流動帯電のリスク低減に有利であると考えられた。

5-125

パームヤシ油入変圧器の絶縁油特性（その1）

◎大森 樹・大神田 守・重盛一希・脇本 聖（明電舎）

変圧器の保守管理に関する一般的な方法として，油中ガス分析が行われており，鉱油に関しては電気協同研究やIECなどの判定基準が確立されている。先行研究ではパームヤシ脂肪酸エステル(以下，PFAE)入変圧器の判定基準を検討しており，既報では既存の鉱油判定基準をベースに，電気協同研究要注意Ⅰ・Ⅱおよび異常レベル相当のPFAEの判定基準を検討した。本報告では，変圧器を模擬した複数の加熱条件下で，PFAEの油中ガス分析と絶縁油特性試験および既報のPFAE判定基準と比較を行った。測定結果と判定基準との間にはある程度の妥当性があることを確認したが，基準を満たさない試料も検出された。今後，必要に応じて判定基準を見直していく所存である。

5-126

パームヤシ油入変圧器の絶縁油特性（その2）

◎大神田大神田・大森 樹・重盛一希・脇本 聖（明電舎）

変圧器を模擬した加熱劣化試験を行い，PFAEと鉱油の絶縁特性を比較した。PFAEは飽和水分量の値が鉱油に比べ約1桁大きいため，油中水分量の増加に対して絶縁破壊電圧が低下しにくい特性を示した。体積抵抗率の変化に関しても，PFAEは鉱油より酸化安定性があり，劣化に強いことが確認された。酸価と体積抵抗率の関係において，PFAEは鉱油のような密接な相関関係を示さなかった。これはPFAEの酸化安定性が高いことが関係していることが考えられ，参考文献(2)で運転開始後の酸価基準値をPFAEは≦0.1mgKOH/gと鉱油より厳しく設定した根拠と矛盾しない。誘電正接と体積抵抗率の関係においては，PFAEと鉱油に相関関係が確認され，この項目に関しては今後確認していく必要がある。

5-127

鉱油入変圧器における耐熱紙劣化指標としてのメタノールの検討

○重盛一希・脇本 聖（明電舎）

鉱油入変圧器の劣化診断においてフルフラール法が採用されている。JEC-2200が改訂されて以降，巻線被覆に耐熱紙が広く採用されているが，耐熱紙に含まれるアミン系化合物とフルフラールが反応することから，他の劣化指標が求められている。先行研究では油温120℃以下でフラン類5種の総生成量がクラフト紙と耐熱紙共通の劣化指標として利用可能と報告されている。
今回，変圧器モデルの加熱劣化試験により耐熱紙が使用された鉱油入変圧器におけるメタノールの有効性について，先行研究のフラン5種総量と合わせて評価した。また，従来のフルフラール法とメタノールの相関関係を確認のため巻線被覆にクラフト紙を用いた実験モデルでも有効性を評価した。

5-128

油中窒素化合物による耐熱処理紙適用油入変圧器の寿命診断検討

◎殿村篤史・竹平徳崇・栗山遼太・藤野 匠・北川賢伸・美濃賢一・中嶋陽一・皆川忠郎・外山 悟（三菱電機）

油入変圧器において, 絶縁紙は変圧器の運転に伴って熱劣化し, 機械強度が低下する。これは絶縁紙の平均重合度の低下によるもので,変圧器の寿命推定には, 平均重合度と相関のあるフルフラールを指標とした診断が用いられてきた。しかし,窒素系化合物を添加することで耐熱性を高めた耐熱処理紙を適用した変圧器では, フルフラールによる従来の診断手法が適用できないという課題がある。
本報告では, 耐熱処理紙を加熱して得られる絶縁油中の絶縁紙由来分解生成物を測定し, 複数の分解物の検出量を用いた寿命診断手法を検討した。特に耐熱処理紙特有の窒素系化合物を指標に用いることで, プレスボードなど他の絶縁物の影響を受けずに巻線用絶縁紙の寿命推定が可能となり, 油中炭酸ガスを用いた手法に比べて計算プロセスの削減と診断精度の向上が期待される。

5-129

天然エステル中における耐熱紙の経年劣化指標の探索 ～その1 フラン類の生成～

○的場 大・齋藤文人・石川貴一・河野陽一郎・中嶋恵一（富士電機）・藤田博仁・後藤隆行・大木淑仁・佐藤 学（ユカインダストリーズ）

鉱油入変圧器の巻線絶縁紙には従来普通紙が用いられ、フルフラールや CO2＋CO、アセトンを劣化指標とした劣化度診断が長年利用されている。
また筆者らは耐熱紙を使用した機器ではフルフラールを含むフラン類が劣化指標となることを報告している。
一方、近年普及が進む天然エステル油入変圧器では、フラン類の生成挙動が十分に明らかになってない。
本報告では、天然エステル中における普通紙および耐熱紙からのフラン類の生成挙動を検討した結果を報告する。

5-130

天然エステル中における耐熱紙の経年劣化指標の探索 ～その2 糖類の生成～

◎藤田博仁・後藤隆行・大木淑仁・佐藤 学（ユカインダストリーズ）・齋藤文人・石川貴一・的場 大・河野河野・中嶋恵一（富士電機）

鉱油を使用した油入変圧器の巻線絶縁紙には従来クラフト紙（普通紙）が用いられ、フルフラール、CO2＋CO、アセトンを劣化指標とした経年劣化度診断が長年利用されている。一方、近年普及が進む天然エステルを使用した油入変圧器には耐熱紙が一般に用いられているが、天然エステル中におけるフラン類の生成挙動は不明であった。本研究に先立って天然エステル中におけるフラン類の生成挙動を検討した結果、鉱油中に比べ生成量が極端に少なく、劣化指標として適していないことが判明した。そこで本研究では天然エステル中における普通紙および耐熱紙の新規な劣化指標として糖に着目し、劣化指標としての有効性を検討した。

5-131

変圧器絶縁油のレトロフィルを想定した鉱油とエステル系絶縁油の混合油の燃焼性評価

◎中野国貴・上矢恭子（公立諏訪東京理科大学）・本間大成・三坂英樹・宮嵜 悟（電力中央研究所）

2050年カーボンニュートラル実現の要請から、従来使用されている鉱油からエステル系絶縁油へ入替が行われることがあり、残存する鉱油とエステル系絶縁油と鉱油が混合される。本研究では、混合油の燃焼性を、ガラステープ法とコーンカロリーメータ試験装置により評価した。混合油は、鉱油と4種のエステル系絶縁油を、6種類の混合割合でそれぞれ作製した。ガラステープ法では、鉱油含有率が10 wt%程度まではそれぞれのエステル系絶縁油の燃焼特性を示した。コーンカロリーメータ試験では、着火性、発熱性ともに、鉱油含有率が3 wt%まではエステル系絶縁油とほぼ同じ特性を示したが、5 wt%以上となると発熱速度に鉱油の影響が見え始めた。

5-132

柱上変圧器絶縁油の絶縁破壊のばらつきに油中水分量が及ぼす影響のワイブル解析による検討

◎竹田智哉・坂井太一・青山和樹（九州工業大学）・尾迫修二（キューヘン）・土江基夫（石油学会会員）・大塚信也（九州工業大学）

筆者らはこれまで, 柱上変圧器の絶縁油をリサイクルしたリサイクル絶縁油の絶縁破壊電圧V_BD特性を, 新油とリサイクル処理する前の劣化油と比較検討している。また, 絶縁油のV_BD特性は油中水分量の影響を受けることが知られており, これら絶縁油の油中水分量の検討も行なっている。一方で, V_BD特性のばらつきと油中水分量の関係は不明な点もある。
本研究では, 新油とリサイクル油およびリサイクルする前の劣化油の3種の絶縁油を対象に、油中水分量とV_BD特性の関係をワイブル解析に基づき比較検討した。その結果, 水分量の増加によりV_BDのばらつきは低下する傾向が認められ, リサイクル油と新油の特性は同等であった。

5-133

6.6 kVモールド変圧器高周波等価回路モデルのサージ応答に基づく分担電圧評価

◎笹野大夢・豊田紫苑・木本涼太・匹田政幸・小迫雅裕（九州工業大学）・青木裕介（三重大学）・伊藤大貴・中前哲夫・前田照彦・尾崎多文（東芝産業機器システム）

本研究では，6.6kVモールド変圧器の絶縁診断高度化を目的として，高周波等価回路モデルに対するサージ印加時の分担電圧評価を行った。部分放電電流伝搬を模擬した等価回路モデルの妥当性を検証するため，雷サージを模擬したパルス電圧を一次側コイルに印加し，巻線途中から引き出した端子とコイル端間の電位差を実測及び解析により比較した。その結果，解析により得られた巻線数に対する電位差比は実測の傾向と概ね一致し，本モデルが巻線内電位分布の全体構造を適切に再現できていることを確認した。今後は解析モデルの改良を進め，部分放電信号の伝搬経路解明と診断技術の高度化を図る。

5-134

急峻波印加時の変圧器巻線の電位分布

◎長谷川太翔・腰塚 正（東京電機大学）・大塚信也（九州工業大学）

今日、変電所ではSF₆ガスを用いたガス絶縁開閉装置（GIS）が広く使用されているが、SF₆は地球温暖化係数が極めて高く、カーボンニュートラル実現に向けてO₂、N₂、CO₂やドライエアなど自然由来ガスへの代替が進むと予想される。GISに設置される断路器では開閉操作時に急峻波サージが発生し、SF₆ガス断路器サージは波頭時間0.1 μs以下の高周波成分を含む複雑な波形となることが知られている。一方、2023年に東京電力パワーグリッドが適用したドライエアGISでは、断路器再点弧サージの立上りがSF₆より遅いことが報告され、代替ガスでは波頭時間が長くなる可能性が示唆される。本研究では、自然由来ガスを用いたGISを想定し、GIS直結の変圧器巻線に波頭時間の長いサージが侵入した時の変圧器巻線内部の電位分布について実験、検討を行った。

5-135

静磁界問題におけるPhysics-informed Neural Networksの活性化関数に関する基礎的検討

◎中澤綜柊・横田 達・岸 正寛・若尾真治（早稲田大学）

Physics-informed neural networks（PINNs）は、支配方程式を損失関数に組み込むことでメッシュフリー解析を可能とする手法であり、メッシュ生成の煩雑さやメッシュ細分化による計算時間の増加が課題となる有限要素法の代替手法として注目されている。従来、PINNsでは活性化関数にtanhが広く用いられてきたが、その値域や勾配特性により、問題によっては予測精度が低下する場合があった。本研究では、空気領域内の線電流による2次元静磁場問題を対象とし、tanh、Softplus、SiLUを活性化関数としたPINNsの学習を行い、活性化関数の違いが学習および予測精度に与える影響を比較検討した。数値実験の結果、SiLUを用いた場合に計算時間は最も長くなったものの、予測精度が最も高いことを確認した。

5-136

複素透磁率と複素誘電率を考慮したDarwin近似による周波数領域準静電磁界解析

○貝森弘行（サイエンスソリューションズ）・佐藤佑樹（青山学院大学）

寄生容量や寄生インダクタンスを考慮可能な周波数領域のDarwin近似準静電磁界解析での複素透磁率と複素誘電率のモデリング方法について検討を行った。クーロンタイプゲージを課したDarwin近似の定式化において複素透磁率と複素誘電率を考慮し，PCBダブルレイヤースパイラルインダクタモデルを用いて検証解析を実施した。その結果，透磁率と誘電率が実部のみの結果と比較し，差異が出ることを確認した。

5-137

平角銅線コイルの交流銅損評価におけるB入力CLN法に基づく巻線均質化法の有効性検証

◎樋口大翔・髙橋康人・藤原耕二（同志社大学）・今盛 聡（富士電機）

電力用変圧器の高効率化には，損失の発生要因および発生箇所を高精度に把握することが重要である。
本研究では，平角線内で発生する交流銅損に着目した。
交流銅損の高精度評価には巻線の微細構造を詳細に再現した有限要素解析が有効であるが，実規模解析への適用には計算コストが課題となる。
そこで，詳細な要素分割を行うことなく巻線内の交流銅損を評価するために，磁束密度入力Cauer Ladder Network法（B入力CLN法）に基づく巻線均質化法を適用した。
平角銅線を用いた空芯コイルモデルに本手法を適用し，詳細分割モデルによる有限要素解析結果および交流抵抗の測定結果との比較を通じて，交流銅損解析における本手法の実用性を定量的に検証した。

5-138

磁性テープ巻平角線に使用する磁性粉末の形状が交流銅損低減効果に与える影響

◎田邉雅人・佐藤光秀・水野 勉（信州大学）・小池徳男・鄭 建平・安本智志（イチカワ）

高周波トランスにおいて，駆動周波数の高周波化に伴う交流銅損増加が課題であり，巻線に磁性テープを巻回することで交流銅損を低減する手法が報告されている。本研究では，面内方向に高い透磁率を有する扁平粉末の適用に着目し，磁性テープに用いる磁性粉末形状が交流銅損低減効果に及ぼす影響を検討している。扁平粉末および球形粉末を用いた磁性テープを巻いた平角線に生じる損失を測定した。その結果，周波数10 kHzにおいて扁平粉末および球形粉末を用いた磁性テープ巻平角線の損失はそれぞれ7.7 mW，10 mWであり，扁平粉末を用いた磁性テープは球形粉末に比べて約23%交流銅損低減効果を有する。

5-139

電磁鋼板の磁化特性ならびに鉄損に及ぼす電圧波形と高調波成分の影響

○松本 聡（芝浦工業大学）・𠮷川 大・藤田博仁・佐藤 学・太田延幸（ユカインダストリーズ）・栗原二三夫・出井和弘（東光高岳）

バイポーラ―電源とエプスタイン試験枠を用いて鋼板の磁化特性と鉄損について，正弦波の周波数を変えて実験した。また，矩形波と三角波に対して同様な試験を行った。この結果，同一電圧，同一周波数の場合，鉄損は正弦波より矩形波の方が大きく，三角波では小さいことがわかった。また，B-H曲線は時々刻々変化する残留磁束の影響を強く受けることが判明した。

5-140

複数の高調波を含む歪波磁束に対する非対称マイナーループ分離法の推定精度

◎芦田達矢・藤原耕二・高橋康人（同志社大学）・前地洋明・桑田 稔（住友電気工業）

系統に接続される高調波用フィルタリアクトルでは、基本波に複数の高調波が重畳した歪波磁束が鉄心に印加され、磁束密度と磁界の強さの軌跡は複数の非対称マイナーループを描く。歪波磁束下の鉄損推定手法として非対称マイナーループ分離法が提案されているが、推定精度のさらなる向上が必要である。本稿では、第5および第7調波を含む歪波磁束を対象に、非対称マイナーループ分離法における波形率補正の有用性を実験的に検討した。方向性および無方向性電磁鋼板を用いた評価の結果、波形率補正による推定精度の改善効果は限定的であり、推定手順の簡略化の観点から、波形率による補正は有用でないことを確認した。

5-141

渦巻き状に配置した8鉄心構成の磁束制御形可変リアクトルの設計パラメータ集約

○山光史哲（九州産業大学）・山本哲也（久留米工業高等専門学校）・松崎隆哲（近畿大学）

磁束制御形可変リアクトルは直流制御で鉄心の増分透磁率を変化させ，インダクタンスを連続可変できるが，設計指針が未確立であり経験依存が大きい．本稿では渦巻き状に8個の巻鉄心を配置した構成に対し，経験パラメータを直流バイアス磁界下の最小増分透磁率と交流磁束密度のpeak-to-peak値の2量に集約する設計法を示す．そして，予備測定により2量を定め，設計例として200 V・3 Aの寸法と巻数を算出する．

5-142

モデル変圧器鉄心の振動数値解析

◎中村公二（JFEスチール）

変圧器鉄心において、磁歪振動と周波数応答により面外方向振動が発生し、騒音が発生すると仮定した。周波数応答の算出により振動予測が可能と考え、周波数応答算出の前提となる機械物性の同定を検討した。モデル変圧器鉄心に加振試験を行い、実験モード解析を行った。次に積層鉄心を、直交異方性を持つ均質体と見なすと、鋼板間の滑りは均質体の面外方向の横弾性係数Gを低下させると仮定した。そこでFEM上で縦弾性係数E、面外方向のGを種々に変更して固有値計算し、機械特性の依存性調査および鉄心振動再現を試みた。結果、Gの影響が大きく、適切なGにより実測した主要3モードの固有振動数が誤差5.5％以内で合致した。

5-143

音響メタマテリアルを活用した電力用変圧器の騒音低減に関する検証

○田村俊輔・田中斗志貴・青木康二郎（東京電力ホールディングス）・齋藤雄也・中山真成・駒村貴裕（三菱ケミカル）・六川和典・反り目拓己・塚尾茂之（東京電力パワーグリッド）

変電所に設置される電力用変圧器において，運転中に発生する騒音は，周辺環境に影響を及ぼす要因の一つであり，住宅地に近接した変電所では問題となる場合がある。
そこで特定の低周波数帯の制振・遮音性能を有する音響メタマテリアルシート（Acoustic Metamaterial Sheet））に着目し，電力用変圧器に対する騒音低減効果を検証したので報告するもの。

5-144

周波数応答解析に向けた変圧器巻線電磁界モデルの構築

◎住友陽多（東京大学）・高橋紹大（電力中央研究所/東京大学）・本間大成（電力中央研究所）

電力用変圧器の診断技術として周波数応答解析(FRA)が用いられるが、波形から変形様相を特定することは困難であり、従来の集中定数回路モデルも高周波領域の再現性に課題がある。そこで本研究では、変圧器内部構造を直接模擬することで経験に依らない診断を可能にする3次元電磁界モデルの構築を目的とする。本稿では、普通円板巻線構造を有する実験用変圧器を対象に、CST Studio Suiteを用いた3次元有限要素法による解析モデルの構築について述べる。加えて、End-to-End Short-Circuit結線を採用して取得した実測波形と解析波形を比較し、両者の差異が生じる要因について考察する。

5-145

変圧器の高調波フィルタ特性向上に向けた巻線配置の基礎検討

○今村圭伍・坂田健太郎・尾崎嘉彦（川崎重工業）

近年、再生可能エネルギー電源の大量導入や大容量可変速モータドライブの普及拡大に伴い、系統へ接続される電力変換装置が増加している。これらの装置は高調波電流を系統へ流入させ、種々の問題を引き起こす要因となる。高調波抑制手法として様々な手法が検討されているが、本論文では系統と電力変換装置の間に変圧器が設置されるシステムに着目し、変圧器の漏れインダクタンスを利用する高調波フィルタの特性向上に向けて、巻線配置の基礎検討を行った。結果として、1次巻線と2次巻線の間に3次巻線を配置した構成において、コイルの対称配置数を大きくしつつ、1次巻線と3次巻線の対称配置数をさらに増加させることで、高調波フィルタ特性を効果的に向上できることが分かった。

5-146

変圧器ダイナミックレーティング検討に伴う運用中変圧器の周囲温度測定

◎包原佑樹・伊東倫明・岩田 章・伊藤保則（中部電力パワーグリッド）

近年のIoT技術の発展により、設備の状態を容易に把握することが可能となっている。これを背景に、弊社では変圧器の各種データを取得可能な変圧器監視装置の設置を進めている。一方、再生可能エネルギーの大量導入に伴い、逆潮流による変圧器の過負荷が増加しており、変圧器容量を動的に評価するDynamic Transformer Rating（DTR）の検討が進められている。本報告では、変圧器監視装置で取得されるデータのうち、DTRの基礎データとなる変圧器周囲温度に着目し、フィールド測定結果をもとに、日射や周辺構築物の影響、冷却方式による温度変動、サンプリング周期および測定点配置など、周囲温度測定時の留意点について考察した。

5-147

変圧器の漏れインダクタンス測定ばらつき検証

◎荻堂晃平・嶋本椋太・田重田稔久・佐藤以久也（富士電機）

絶縁型DC/DCコンバータの小型化を実現するため，絶縁変圧器とそれに直列接続されるインダクタを一体化する手法が検討されている。この手法では，変圧器の漏れインダクタンスをインダクタとして利用するため，漏れインダクタンスの正確な評価が重要である。そこで，測定精度に含まれる確度とばらつきのうち，ばらつきに着目して漏れインダクタンスの測定精度を検証したので，その結果を報告する。

5-148

特殊巻線構造変圧器を用いた高圧交流から低圧直流への電力変換特性

◎柴田晃佑・松永亜香里・後藤卓弥・雪田和人（愛知工業大学）・加藤彰訓（河村電器産業）

近年，再生可能エネルギーの導入が進んでおり，これらの発電方式と親和性の高い直流給配電の検討が行われている。ここで，直流給配電では交流／直流変換器が必要である。一般に，交流／直流変換器の変圧器の二次側を多相化することで直流電力品質の向上，系統へ流出する高調波電流の抑制が可能である。
著者らは，一般的な多相化方式と比較して巻数を削減できる特殊巻線構造方式を開発し，諸検討を行ってきた。本論文では，特殊巻線構造方式の12相変圧器を用いた高圧/低圧の交流/直流変換システムにおいて、入力側の電圧変動が与える影響について基礎的検討を行った。

5-149

Development of WindSTAR®: A Floating Offshore Transformer Solution

◎土生川真之・山口耕平・Ilario Scian（日立エナジー）

WindSTAR® is a floating offshore transformer developed to address the mechanical, thermal, and spatial challenges of nacelle and tower installations in large wind turbines. The design incorporates high‑temperature insulation, ester oil, and forced water cooling to achieve compactness while maintaining thermal performance. Mechanical robustness is ensured through simulations and tests reflecting FLS and ULS conditions, including platform‑induced accelerations, vibrations, and dynamic loads for every component of the active
part and transformer main body . A slender structural form enables installation through turbine access doors, reducing tower structural requirements. WindSTAR® supports up to 15‑MW‑class turbines and meets the reliability and environmental demands of floating offshore wind applications.

5-150

航空機向け軽量超伝導直流ケーブルの臨界電流測定と単位長・重量電流比

◎仁田野陽菜・神田昌枝・山口作太郎（中部大学）

近年、航空機の電気・電動化が進んでいる。電力消費量が従来の航空機の~5倍であるB787では、電力ケーブルの重量が~5倍となる。現在の航空機は、銅やアルミのケーブルを三相交流で用いており、ケーブル重量は5 kg/km/A程度である。エアバス社の短期目標は1 kg/km/Aであり、ケーブルの軽量化が求められている。本研究では、高温超伝導テープ線材を用いた航空機用超伝導ケーブル開発を述べる。小型軽量な超伝導ケーブルの基礎検討として、RE123テープ線材を用いた6層積層導体を製作し、臨界電流測定を行い、ケーブル全体の重さを推定した。

5-151

多層並列巻線を適用したkA級SMESケーブルの電流分布計測とモデル化

◎橋元拳勇・宮嵜智也・東川甲平・木須隆暢（九州大学）・佐藤迪夫・塩原 敬（SWCC）

再生可能エネルギー電源の普及拡大に伴う電力変動への対応策として、エネルギー貯蔵機能を備えた超伝導ケーブル（SMESケーブル）の開発を進めている。本研究では、従来の単層構造に比べて貯蔵エネルギーの増大が可能な多層並列巻きSMESケーブルを製作し、通電試験による電流容量評価および電流分布特性の検討を行った。また、抵抗成分とインダクタンス成分を考慮した等価回路モデルを構築し、数値解析結果と実測結果を比較した。その結果、電流分布の周波数依存性を含めて実験結果を良好に再現でき、本モデルの有効性が示された。

5-152

多層並列巻線を適用したSMESケーブルのハードウェア閉ループ試験による充放電動作の評価

◎宮嵜智也・東川甲平・木須隆暢（九州大学）・佐藤迪夫・塩原 敬（SWCC）

我々はこれまでに再生可能エネルギーの出力変動を補償可能な装置としてエネルギー貯蔵機能を有する超伝導ケーブル（SMESケーブル）を提案し、kA級の電流容量を目的として多層並列巻線を適用したモデルケーブルを製作してきた。一方で、製作したモデルケーブルの出力変動補償機能について実験により明らかにする必要がある。そこで、本研究ではハードウェア閉ループ試験（HILS）を用いて仮想マイクログリッドの極端な出力電圧変動を模擬し、多層並列巻線を適用したSMESケーブルが高速充電による余剰電力の吸収や高速放電による電力補償を可能とすることを確認した。

5-153

HTSコイルにおけるイオン液体含浸によるクエンチ保護特性

◎河田康佑・田中爽登・細野真弘・中村一也・高尾智明（上智大学）・塚本修巳（横浜国立大学）

HTSコイルは局所的発熱時の伝熱性能や機械的強度の向上のため，コイルを含浸する。一般的な含浸材としてエポキシ樹脂が用いられる。本研究はエポキシ樹脂の代わりにイオン液体を用いてクエンチ保護特性を実験により検討した。イオン液体はエポキシ樹脂よりも高い熱伝導率,蒸気圧が極めて低く真空中でも液体状態を保つという特性を持つ。クエンチを模擬し、ホットスポット温度を測定することで伝熱性能を評価する。一度実験を行い,イオン液体のガラス転移点である182 Kを超えた後二度目の実験,その後温度を常温に戻してから再冷却し,三度目の実験を行う。実験の結果,発熱部がガラス転移点を超えると特性が悪化するが,昇温後の再冷却により回復することを確認した。

5-154

高熱伝導シートによる伝導冷却超電導コイルの冷却効果向上と圧力の依存性

◎和田歩美・羽賀遼大郎・四方優樹・中村一也・高尾智明（上智大学）・石山敦士（早稲田大学）・城谷泰弘（クラレ）

我々は非金属材料の挿入による超電導コイルの冷却性能向上を目的として研究を行っている。本研究ではパンケーキコイルを模擬して超電導線材を重ねて配置し，その上下に熱伝導率の高いシートを挿入した構造で実験を行っている。これにより，局所的に発生した熱の効率的な放熱が期待される。シートにはクラレ製のLCPメルトブローン不織布とGFRPの2種類を使用した。また，シートと線材に加える面圧を変化させ，面圧と温度上昇との関係についても検討した。その結果，LCPを使用して面圧を大きくかけた方が温度上昇を抑えられる結果が得られた。理由としては，LCPの熱伝導率の高さと面圧をかけたときの接触状態の良さが挙げられる。よって，本手法は伝導冷却型超電導コイルの信頼性向上に有効であることを示した。

5-155

誘導法による高温超電導線材の通電特性の評価

○大屋正義・後燈明拓見・片岡優汰（関西学院大学）・東川甲平（九州大学）・土屋雄司（東北大学）・濱口真司・高田 卓・今川信作（核融合科学研究所）

液体水素冷却下における大容量高温超電導導体の通電試験に向けて交流誘導通電方式を検討している(1)。一般的に用いられている直接通電方式に対して、測定した通電特性（I-V特性）の妥当性を検証する必要があり、2枚のREBCO線材を貼り合せた局所欠陥部を有する試験サンプルを対象として、走査型ホール素子顕微鏡（SHPM）(2)測定結果、直接通電試験結果、交流誘導通電試験結果を比較検討した。

5-156

高温超電導線材の交流誘導試験における臨界電流値の検出に関する考察

◎大淵匠真・後燈明拓見・中島大希・大屋正義（関西学院大学）・松永信之介（岐阜工業高等専門学校）・小野寺優太・仲村直子・平野直樹（核融合科学研究所）

核融合科学研究所が所有するクライオスタットを用いて、水素の液化と高温超電導線材の通電試験を実施できる環境を整備した。クライオスタットの電流容量が50 Aのため、高温超電導線材の両端を短絡した二次コイルに一次コイルから励磁することで大電流を誘導する方式を採用しており、ロゴスキーコイルを用いて測定した波形から線材の臨界電流値を推定する手法について検討した。

5-157

高調波成分が重畳した回転磁界下におけるMgB₂線の数値解析を用いた交流損失特性評価

◎奥村皐月・大崎博之（東京大学）

高出力密度，高効率な回転機が産業界で求められており，全超電導回転機が注目を集めている．高温超電導体の交流応用に向けて交流損失の評価が非常に重要である．我々は特に円形多芯線のMgB₂に注目している．マルチフィラメントMgB₂線を対象に有限要素法(FEM)を用いて3次元数値解析モデルを構築した．数値解析にはA-V法を使用し，汎用物理シミュレーションソフトCOMSOL Multiphysicsを使って計算した．本研究では，提案した数値解析手法を用いて回転機運転時の電機子巻線の交流損失を計算する．特に，回転磁界に高調波成分が重畳した場合の交流損失特性を明らかにする．

5-158

走査型ホール素子磁気顕微鏡による切断したREBCOテープ線材のダメージ長の評価

○東川甲平・谷口 颯・木須隆暢（九州大学）・大屋正義（関西学院大学）

大型高温超伝導電力応用に向けて高温超伝導線材の単長に制限されない高温超伝導スパイラル集合導体を開発しており、素線として線材同士を長手方向につき合わせるバットジョイントの適用を検討している。一方、バットジョイントにおいてはその部分の臨界電流がゼロとなるため、この距離を高い空間分解能で評価することが、プロセスの最適化や集合導体の電磁現象の把握には不可欠となる。そこで本研究では、走査型ホール素子磁気顕微鏡（SHPM）による面内臨界電流密度分布評価技術(2)を応用し、REBCOテープ線材の電磁気的なサイズを評価することで、バットジョイントの前処理となる切断時のダメージ長を評価した。

5-159

リン脱酸銅を用いた600 A級冷凍機冷却電流リードの設計と通電試験

◎矢島矢島・許 航・野村新一（明治大学）・力石浩孝・平野直樹（核融合科学研究所）・仁田旦三（東京大学）・新冨孝和（高エネルギー加速器研究機構）

一般に、無冷媒超電導コイルの通電に使用される電流リードは、熱侵入を低減するため、70 K 以上の高温側には銅リード、70 K 以下の低温側には HTS リードを用いて構成される。
本研究では、高純度銅に比べて熱伝導率が小さく、過電流に対する温度上昇が緩やかなリン脱酸銅 (C1220) を適用した600 A級冷凍機冷却銅リードの通電試験を実施し、高純度銅を用いた場合と比較した。高純度銅の場合と同様に一台のGM冷凍機を用いて、冷凍機二段目ステージの温度を10 K以下に維持しながら、600 Aの電流を15分間以上通電することに成功した。さらに、微分方程式にC1220の物性値を代入して計算した温度分布は、実測値と大域的に一致することが確認された。以上より、C1220の冷凍機冷却電流リードへの適用可能性が実証された。

5-160

接合部を持たない閉ループ超電導コイルにおける捕捉磁束特性の検討

◎齊藤汐音・佐々木修平（福島工業高等専門学校）

超電導磁気浮上系は超電導体のピンニング力により，無制御の安定浮上を実現することができる。そのため，回転機やエネルギー貯蔵装置などへの応用が期待されている。これらの実用化には大型化と浮上安定性の向上が求められるため，効率的な超電導領域の拡張が必要不可欠である。そこで，超電導バルク材と比較して，加工性と大型化の容易さという観点から超電導線材の利用に着目し，機械的接合による抵抗を排除することで高臨界電流特性を効果的に活用できる閉ループ超電導コイルを考案した。本研究では閉ループ超電導コイルについて，磁場中冷却後の磁場変動に対する捕捉磁束密度を測定することで，本構成を用いた磁気浮上系への応用可能性について検討した。

5-161

四角柱形状PM型ハルバッハアレイによるバルクHTS試料の磁気支持力測定

○鈴木晴彦・三瓶悠翔・生駒陽向・伊藤 淳（福島工業高等専門学校）

シリンダ形状PMを用いてHalbach配列を構成し，すべてのシリンダ形状永久磁石を同方向，同角度に同期回転させることでHalbach配列特有の磁場をスライドさせ、バルクHTS試料の無制御磁気支持非接触双方向スライドを可能とした。本報では，四角柱形状PM型Halbach配列を用いて，デュアルクロス構成における，バルクHTS試料の磁気支持力，傾斜状態での安定性の観測結果を報告する予定。

5-162

HTSバルクを使用した吸引型磁気浮上システムにおけるコイルサイズが浮上力特性に及ぼす影響

◎今野大翔・田中 豪・神子島大我・中村一也・高尾智明（上智大学）

高温超電導（High-Temperature Superconducting: HTS）バルクの磁気遮蔽効果を用いた電磁吸引制御方式の磁気浮上システムについて研究している。HTSバルクを用いることで，車体とレール間の距離を検知し制御するシステムを必要とせずに安定した浮上が可能となる。
本浮上システムは，車体側のHTSコイル及びHTSバルク，軌道側の強磁性体レールによって構成される。システムの安定性の評価の一つとして，車体と軌道の距離が変化した際に，車体を元の位置に戻す復元力(浮上力)が重要である。そこで，HTSバルクの磁気遮蔽効果によって浮上力を発生させる解析モデルを作成した。結論として，浮上力を得ることができ，本浮上システムにおいて浮上方向の安定性を示すことができた。

5-163

パルス励磁した超電導バルク磁石による単極型TD-NMR磁極と拡散測定

○岡 徹雄・高橋雅人（理化学研究所）・坂井直道（芝浦工業大学）・横山和哉（足利大学）

永久磁石の磁場を使った時間領域（Time Domain: TD）NMRが簡易的なNMR分析装置として広く利用されるようになった。筆者らは永久磁石の磁場を超電導バルクの強磁場で置き換えることによって、より高性能な小型TD-NMRの実現を目指している。円柱状の超電導バルク磁石を冷凍機で冷却し、これをパルス磁場で着磁した磁極を用いる。NMR信号の自由誘導減衰（Free Induction Decay: FID）の検出から材料の分子構造の動きや拡散を計測することができる。バルク磁石の強磁場によって、計測時間の大幅な短縮や磁場安定性に優れた装置となる。

5-164

高温超電導バルクを用いたアキシャルギャップ型超電導発電機の開発

◎小畑慶人・小笠原 敦・満田宇宙（三菱電機）・大屋正義（関西学院大学）・寺尾 悠（京都大学）

カーボンニュートラル実現に向けて、エネルギーキャリアとして液体水素が注目されている。しかし、液化エネルギーを必要とするため、その冷熱を活用することが重要であり、高温超電導応用機器がキーコンポーネントとなりうる。そこで我々は高温超電導バルクを用いたアキシャルギャップ型超電導発電機を開発している。本発電機は、超電導コイルによって生じた軸方向磁場を、軸周りに回転可能な高温超電導バルクで遮蔽し電機子に磁場変調を与える構造である。本発電機を試作し、液体窒素下で無負荷試験・三相短絡試験・抵抗負荷試験を行ったので報告する。

5-165

プレ着磁過程を加えたパルス着磁法による超伝導バルク磁石の着磁効率の改善

◎石橋 薫・横山和哉（足利大学）・岡 徹雄（芝浦工業大学）

超伝導バルク磁石の実用化において，着磁が課題であり，汎用の装置を用いて短時間で着磁できるパル磁化法において，大きな磁場を効率的に捕捉させる必要がある。著者らは，効率的な着磁方法をめざして，メインの磁場を印加する前に，プレ着磁として小さな磁場を印加する手法「pulsed-field magnetization with the addition of first applying a very small magnetic field; FAVS法と呼ぶ」を考案した。本文は，φ60 mmのGdBCOバルク体を用いて，提案手法の有効性を評価する。

5-166

REBCOバルク磁石における臨界電流密度の不均一性を考慮したパルス着磁の数値解析

○横山和哉・石橋 薫（足利大学）・岡 徹雄（芝浦工業大学）

REBCOバルク体の結晶成長境界（GSB）と結晶成長領域（GSR）におけるJcの違いを考慮したモデルを作成して数値解析を行い，Jcの違いがパルス着磁特性に及ぼす影響を評価する。

5-167

非接触磁気支持高出力ベアリングレスモータへの受動支持適用の拡大に関する研究

○千葉 明（東京科学大学）・藤井勇介（九州工業大学）・清田恭平（東京科学大学）

北米などでビルなどの空調機器には非接触磁気支持のコンプレッサの適用が進展している。すでに60kWの世界最大のベアリングレスモータの試作機について報告したが、5軸を能動制御するため、複雑であった。永久磁石による反発力でラジアル方向を支持できれば簡単化できる。コイルエンドに受動型磁気軸受を配置した構成の可能性を探索した。この結果、自重を支える際に0.025mm程度の偏心で済むことが明らかになった。

5-168

2軸制御マルチモノポール形ベアリングレスモータ磁気支持力特性の実機検証

◎脇田 陸・河野匠馬・小紫嘉己・杉元紘也（東京電機大学）

ベアリングレスモータは回転軸を非接触で磁気支持しながら回転トルクを発生することができるため，無摩耗，潤滑油不要，長寿命・メンテナンスフリー，高効率・省エネルギーという利点がある。リング型の回転子鉄心に半径方向外側に着磁された永久磁石が一定間隔で取り付けられているマルチモノポール形ベアリングレスモータは磁気支持に回転角度情報が不要かつ磁気ギャップが大きい場合に，力の角度誤差が小さく，半径方向の磁気支持力が大きいという大きな利点を持つ。
本論文では，26極24スロットマルチモノポール形ベアリングレスモータの試作機を用いて，半径方向の磁気支持力と不平衡吸引力の測定値と解析値の比較結果を示す。

5-169

マルチモノポール形回転子によるベアリングレスモータの半径方向不平衡吸引力の低減

◎山中涼輔・小紫嘉己・河野匠馬・杉元紘也（東京電機大学）

ベアリングレスモータは回転軸を非接触で磁気支持すると同時にトルクを発生することができる。一般的に,SPM形回転子では磁気支持力を制御するために回転角度検出が必須である。信頼性向上のため,角度検出が不要なベアリングレスモータの研究が行われている。
ギャップ磁束密度に回転子極数成分と直流成分を含むマルチモノポール形回転子は,2極の支持磁束を重畳することで回転子の回転角度に依存せず半径方向の磁気支持力を制御できることに加えて,不平衡吸引力を抑えつつ磁気支持力が向上する。本稿では,マルチモノポールベアリングレスモータの不平衡吸引力において3D-FEM磁界解析および数式を用いた理論計算により,低減した要因を明らかにする。

5-170

シンクロナスリラクタンス形ベアリングレスバーニアモータの磁気支持力制御におけるトルク電流非干渉化

◎清水亮祐・土方規実雄・田中康寛（東京都市大学）

本稿では、シンクロナスリラクタンス形ベアリングレスバーニアモータの磁気支持力制御におけるトルク電流非干渉化について報告する。本モータは高トルク特性を有するが、トルク負荷時に半径方向支持力の軸間干渉が生じ、安定浮上が困難であった。そこで、有限要素法解析により磁気支持力係数を算出し、非干渉化補償器を構築した。試作機を用い、励磁電流4.0 A、トルク電流0.5 Aが流れている状態において実験を行った結果、ステップ外乱に対する軸間干渉が抑制され、安定した浮上回転が実現できることを確認した。

5-171

ニューラルネットワークによるベアリングレスモータのロータ中心位置推定と磁気支持制御

○竹内正弥（PILLAR）・志知佑彌・今川雄喜・菊地寿江・大島政英（公立諏訪東京理科大学）

ベアリングレスモータを用いたコンタミネーションフリー遠心ポンプは，半導体洗浄プロセスにおける送液ライン用途として需要が高まっている。従来，ロータ位置検出には渦電流式変位センサを用いることが一般的であったが，コスト増大およびシステムの複雑化といった課題を有する。そこで本研究では，回転角度検出に用いるホールセンサとニューラルネットワークを組み合わせることでこれらの課題を解決する手法を提案し，その有効性を実証したので報告する。

5-172

超高速ベアリングレスモータにおける損失密度制約下での高出力密度化の検討

◎松田昂樹・藤井勇介（九州工業大学）

モータの出力密度(kW/kg)の向上には，高速回転化が有効であり，超高速モータに関する研究が進められている。しかし，超高速化に伴い出力密度が増加すると，損失密度も増加する。連続運転を実現するには，モータ全体の損失密度を冷却可能な値に抑制する必要がある。また，機械ベアリングを用いた超高速モータでは，ベアリングの耐久性や機械損の増加による発熱および効率低下が大きな問題となる。そのため，回転軸を非接触磁気支持しながらトルクを発生する超高速ベアリングレスモータが提案されている。本稿では，80,000 r/min，80 kW出力を有する超高速ベアリングレスモータを対象に，損失密度制約下(1000 W/L)における出力密度の最大化を検討する。さらに，モータおよび支持巻線の配置が，AC銅損に及ぼす影響を明らかにする。

5-173

磁石を効率的に利用する新たな電磁石設計法

◎三好将仁・中村雄一朗・小森貴文（三菱電機）

磁気的な支持をする電磁石は，少ない電流で支持力をより大きく調整できることが重要である。支持力F (N)と電流I (A)の比は，力/電流係数 (N/A)で表され，この値の大きさは，電磁石の制御性の良さも意味する。銅損低減には，この電流係数の増加が有効である。同時に，資源として貴重な永久磁石の使用量も少ないほうが良い。
永久磁石のエネルギー積であるBH積を最大(BHmax)にする設計が，支持力Fの最大化，力/電流係数の最大化のために，従来から採用される。本論文では，永久磁石動作点を最大BH積とする電磁石の従来設計を見直し，力/電流係数を最大とする設計法を提案する。この設計では，力/電流係数が増加することを理論式および解析で示す。以上より，最大BH積とは異なる永久磁石の効率的な動作点を示す。

5-174

恒温室付疲労試験機を用いた浮上・案内コイルの促進劣化手法の検討

○池田遼平・中嶋 稔・田中 実（鉄道総合技術研究所）

浮上式鉄道用地上コイルのうち，浮上・案内コイルは車両通過時に電磁力を受けて振動するため，機械的疲労による劣化挙動の把握が重要である。本研究では，恒温室付疲労試験機を用い，上側単位コイルに作用する引き剝がし力を模擬した機械加振試験を実施し，促進劣化手法について検討した。走行時の電磁力相当および1.5倍相当の荷重では1,000万回加振後も異常は認められなかった。一方，2.0倍相当の荷重を負荷し環境温度を変化させた加熱促進試験では，破断回数に明確な温度依存性が確認され，環境温度を20℃上昇させることで約10倍の促進劣化が可能であることを確認した。

5-175

直流電気鉄道における定位置停止装置を用いた機械ブレーキ損失低減のためのブレーキ手法適用時の定位置停止精度評価

◎加賀谷侑司・近藤圭一郎（早稲田大学）・小林宏泰（千葉大学）・安藤敏哉・保坂理夫・永島 匠（小田急電鉄）

電気鉄道における省エネルギー化技術の一つとして，回生ブレーキの有効活用があげられる。電気鉄道においては機械ブレーキと回生ブレーキが併用される。省エネルギー化のためには，極力機械ブレーキを用いず回生ブレーキ主体で減速することが有用である。これに対し，定位置停止制御(Train Automatic Stop-position Controler)を用いて回生ブレーキ主体で停止する手法がある。しかし，上記手法を用いた場合，停止直前に回生失効などが生じると，機械ブレーキの立ち上がりの遅れによりTASC本来の機能である定位置停止機能が損なわれる恐れがある。本稿では，列車の走行を模擬した数値シミュレーションで上記手法の定位置停止精度を評価する。

5-176

鉄道車両用電気機器の絶縁診断に向けた絶縁不良に起因する電磁波の抽出方法の検討

○太田 聡（鉄道総合技術研究所）

鉄道車両用電気機器の絶縁診断において，部分放電に起因する電磁波の検出は有効な手法として期待されている。一方で，実機を対象とした測定では，寸法制約や機器取り扱いの観点から電波暗室等の適用が困難であり，部分放電とは無関係な空中伝播電磁波の影響を受ける可能性がある。本研究では，電磁波観測データに含まれる周波数成分に着目し，多変量解析を用いた絶縁不良に起因する電磁波の抽出方法を検討した。主成分分析による特徴抽出および分類を試行した結果，絶縁欠陥に起因する電磁波とノイズ成分との分離が可能であることが示唆された。本手法は，後段の詳細な絶縁欠陥評価に向けた抽出方法として有効であると考えられる。

5-177

機関車向けPMSMセンサレス制御におけるMCOK開放状態からの高速域での再起動

◎桜沢良樹・熊切有希・結城和明（東芝）・林 敏（東芝中国社）

機関車向け大容量PMSMのセンサレス制御において、高速域での安定した再起動・制御切替を実現した。高速域においては無負荷誘起電圧がインバータ直流電圧を超えるため、インバータとPMSMの間の接触器が開放された状態からの再起動では、接触器を投入した際にモータからの電流の流れ込みによりインバータ直流電圧が過電圧となり保護停止する可能性がある。本稿では、高速域で接触器開放状態からセンサレス制御にて再起動し、初期速度推定を行った後、通常制御への切替えを安定に行うことができたことを報告する。初期速度推定時と通常制御時における電流制御方法が異なるが、初期速度推定にて使用する制御変数を利用することで安定した制御切替を実現した。

5-178

キャパシタ入出力変換器を省略したハイブリッド蓄電システムの基礎検討

○依田裕史（鉄道総合技術研究所）

EDLC等の蓄電用キャパシタは高パワー密度・長寿命という利点を有する一方，その入出力に変換器を要し完全放電できない点で，大電力用途ではシステムの肥大化を招く。本研究では，キャパシタと，蓄電池を電源とする可変電圧源を直列接続することで，出力変換器を省略しつつ，キャパシタを完全放電まで利用可能とするハイブリッド蓄電システムを提案する。これは可変電圧源の制御によって充放電時の電力制御およびキャパシタと蓄電池間の電力配分を実現し，キャパシタ放電後は蓄電池が自動的に負荷を担うことができる。理想電位源を用いた回路シミュレーションにより，鉄道車両用電源を想定した一連の充放電動作が成立することを確認した。

5-179

バッテリーを用いたマルチモード駆動システム

○近藤 稔（鉄道総合技術研究所）

直流架線・交流架線・バッテリー3つの電力供給方法に対応可能なマルチモード駆動システムについて検討し，交直流車両をベースにしたシステムを考案した。本システムは，電化区間では架線からの電力でバッテリー充電が可能で，無電区間ではバッテリー車両として走行する。一定負荷条件下で直流電化区間⇒無電区間⇒交流電化区間⇒無電区間⇒直流電化区間と走行した場合を想定したシミュレーションを実施し，想定通り機器が動作し，停電せずに走行可能することを確認した。

5-180

パターンダイヤ実現のための交換設備の最適配置の検討

◎小森 周・堀田裕弘（富山大学）

研究は、地方鉄道におけるパターンダイヤの成立条件を明らかにすることを目的とし、行き違い設備配置に着目した分析を行った。既往研究で提案されているパターン率を評価指標として用い、交換可能駅の組み合わせを変更することで、ダイヤ成立に寄与する箇所の特定を試みた。氷見線、城端線、大糸線を対象とした分析の結果、路線ごとに30分および60分周期パターンダイヤの成立条件には大きな差異が認められた。また、交換駅の選択頻度から有効な駅の傾向を把握できる一方で、既存の交換設備を有する駅と新たに仮定した交換駅が同等に扱われる点に課題が残ることが示唆された。

5-181

鉄道用レール雷サージ解析における帰還雷撃工学モデルパラメータの影響

◎古澤宏成・田中洋平・馬場吉弘（同志社大学）・堀 晃徳（西日本旅客鉄道）

国内の電気鉄道システムでは，電食防止の観点から，まくらぎ等によりレールが大地と絶縁されている。そのため，近傍の落雷により大地電位が上昇すると，付近に設備されている信号機器に雷サージが侵入し，機器が損傷する場合がある。これらの対策を検討するために，フィールド試験や解析が行われているが，レールに侵入する雷サージ解析手法は確立されていない。
本論文では，複雑な空間配置を表現できる3 次元時間領域有限差分（FDTD）法を用いて，帰還雷撃を考慮したレールへの雷サージ解析を実施する。さらに計算パラメータが解析に及ぼす影響について検討したため、報告を行う。

5-182

三次元点群データを用いたPatchCoreによるレールボンド異常検知手法

◎早田有利・原田大資・関口正宏（東海旅客鉄道）・坪井勇政・北田尚暉・安達雄矢（ジック）・小島拓也（アイエスシー）

レールボンドは軌道回路を構成する部材の1つであり、脱落や断線等の異常が発生すると列車運行に大きな影響を及ぼす。現在、レールボンドの検査は保守作業員による目視確認に依存しており、将来に向けてより効率的な検査手法の確立が求められている。本稿では、アルミカートに艤装した光切断法に基づく三次元計測センサにより取得した点群データを用い、教師なし学習に基づくレールボンド異常検知手法を提案する。先行研究により抽出したレールボンド周辺の点群データを深度画像へ変換し、外観検査で高い性能を示すPatchCoreを適用した。紀勢線および参宮線で取得したデータを用いて評価を行った結果、正解率81.0%を達成し、本手法の有効性を確認した。

5-183

踏切警報機の故障診断に向けた警報音音圧測定

◎亀割隆世・青戸勇太・山本大樹・田林精二（明電舎）・末木健之（鉄道総合技術研究所）・片野佑相（北海道旅客鉄道）

鉄道事業において安全な運行の維持と法令順守の点で踏切保安装置の点検は欠かせない業務である。これまで踏切警報機の点検は、作業員が現地に赴いて騒音計を使用し、警報音を計測することで状態を確認していた。しかし、複数箇所に点在する踏切を頻繁に点検するのは困難であり、この作業は多大な労力を要するものである。
我々はこの課題を解決すべく，走行中の鉄道車両に搭載した音響センサを用いた音圧測定による踏切警報機の故障診断システムの開発を進めている。本手法は走行する鉄道車両から踏切警報音の収音を行うため、走行中に連続的に複数踏切を検査できる。これにより、検査の効率化が実現できる。

5-184

小規模遅延時の進路設定順序探索の考え方

○杉山陽一（鉄道総合技術研究所）

ダイヤ乱れが発生すると、一般的に運行管理システムを介して運転整理が行われるが、列車が輻輳する局面では、小規模の遅延でも自動進路制御装置に進路設定を直接行うことがある。しかし、遅延拡大やデッドロックにつながる場合があるため、小規模な遅れに対しても高速で妥当な進路設定を行い輸送の安定性を確保する必要がある。そこで、多様な進路設定順序案を先読み探索し、デッドロックに陥らず遅延の少ない妥当な順序を自動出力する手法の開発を目指している。
順序を決定するための有向グラフの考え方をプログラムに実装し、順序が一意に決まる条件に絞った計算時間を実測した。この値を踏まえ、幅広く対応可能な探索と順序案の絞り込みについて述べる。

5-185

安全確認型列車制御システムの踏切制御機能に関するFT解析

◎繁田雄大・関山瞬太郎・太田佑貴・鎌田紘行・祗園昭宏・藤田浩由（鉄道総合技術研究所）

近年，国内の鉄道を取り巻く環境が大きく変化し，地上設備の削減による保全の省人化・省力化，柔軟な列車運行などが可能な無線式列車制御システムが注目されている。著者らは，列車や現場機器に対する制御論理の簡素化および公衆通信回線の適用により地上設備数を削減し，省人化・省力化を可能とする安全確認型列車制御システムの開発を行っている。本稿では，安全確認型列車制御システムの踏切制御機能について，事前安全性分析としてFT 解析を実施した。広く使用されている軌道回路を用いた従来の踏切制御方式を比較対象とし，設備を追加することなく従来と同等以上の安全を確保できることをFT 解析結果より示す。

5-186

センサ・AI等を活用したシステムの鉄道分野への導入拡大に向けた安全性等の評価の考え方

○福田光芳・小室翔嗣・長峯 望・潮見俊輔（鉄道総合技術研究所）

近年，鉄道分野においても，カメラ等のセンサやAI技術を活用したシステムの実用化が進められている。これらのシステムを鉄道分野へ適用するにあたっては，安全性やアベイラビリティの確保に加え，運用上の有効性や生産性向上への寄与といった観点からの妥当性確認（以下，安全性等）が求められる。そこで，センサやAI等を活用したシステムを鉄道分野で導入しやすくすること，さらには，鉄道事業者がこれらのシステム導入時に適切な判断を実施可能になることを目的として，安全性等の各項目が要件を満たしていることを評価する方法を検討している。本稿では，評価方法検討に先立って実施した事例研究の結果および評価の基本的な考え方の検討結果を報告する。

5-187

鉄道分野におけるセンサ・AI等を活用したシステムの安全性等評価に向けた事例研究

◎小室翔嗣・向嶋宏記・長峯 望・福田光芳（鉄道総合技術研究所）

近年，鉄道分野においても，カメラ等のセンサやAI技術を活用したシステムの実用化が進められている。これらのシステムを鉄道分野へ適用するにあたっては，安全性やアベイラビリティの確保に加え，運用上の有効性や生産性向上への寄与といった観点からの妥当性確認（以下，安全性等）が求められる。本稿では，安全性等評価に先立ち，システムの役割や適用条件を整理し，今後の評価に向けた基礎的な知見を得ることを目的として，運転支援装置である点滅形特殊信号発光機の明滅検知装置を対象に事例研究を行った。対象システムの要件に基づき，システム境界を明確化するとともに，外部条件の項目およびそれらが装置に与える影響を整理して得られた結果について報告する。

5-188

車両側面カメラを用いた旅客の引きずり検知手法の検討

◎高橋宏侑・長峯 望（鉄道総合技術研究所）・中東太一・次田佳史（西日本旅客鉄道）

近年，運転⼠による安全確認の⽀援を⽬的として，⾞両側⾯カメラを搭載した⾞両の運⽤がワンマン運転区間で増加している。列⾞発⾞時のホーム上の安全性向上のためには，旅客が扉に挟まれた状態で列⾞が⼒⾏した状況を検知し運転⼠へ通知することが望ましい。本研究では，⾞両側⾯カメラから旅客の相対速度を推定することにより，旅客の引きずり状態を検知する⼿法を検討したので報告する。

5-189

画像生成AIによる学習データ拡張を用いた列車前方画像からの猛禽類検知手法の基礎検討

◎横山昇汰・向嶋宏記・長峯 望（鉄道総合技術研究所）

近年，野生動物の線路内侵入は増加傾向にあり，安全・安定輸送への影響が懸念されている。特に，衝突後に線路周辺へ集まる希少猛禽類が列車にはねられる二次被害が課題である。本研究では運転士支援を目的に，画像生成AIで学習データを拡充し，列車前方画像から猛禽類を検知する物体検知手法を基礎検討した。対象をオジロワシとし，オジロワシとその他鳥類の2クラス識別を行う物体検知器を構築した。正規化混同行列およびPR曲線に基づく評価の結果，オジロワシに対して良好な再現性能を示し，その他鳥類を誤って検知する事例は確認されなかった。これにより，本手法が猛禽類検知と誤警報抑制の両立に寄与する可能性を示した。

5-190

物体検知AIを用いた鉄道工事用車両の分岐器割り出し防止装置の検討

○熊澤宗一郎・松尾佳周・小室翔嗣・長峯 望（鉄道総合技術研究所）

保守用車や軌陸車が分岐器へ誤進入して発生する「割り出し」や「脱輪」を防止するため，車上カメラ画像から分岐器の開通方向を短時間で提示する装置が求められている。このための要素技術として，撮影した画像からの分岐器の開通方向の判断に，深層学習に基づく物体検出モデルであるYOLO11を用いて，作成した分岐器判定モデルの精度について検討を行った。営業運転車両の前方映像から抽出した普通分岐器画像1,004枚を開通方向別にアノテーションして学習し，別線区の画像115枚で推論した結果，95%以上の分類精度であった。目視で開通方向を判別可能な視認性が確保される環境であれば，普通分岐器の開通方向を高精度で分類可能であることを確認した。

5-191

鉄道沿線における測量作業の代替に向けた車載カメラ映像を用いた三次元線路空間構築手法

◎白井大貴・前田梨帆・小井手孝徳・桑原昌平・長峯 望（鉄道総合技術研究所）

鉄道事業において沿線設備の点検や更新に伴う測量作業は、作業員による現地調査に依存しており、移動時間や作業制約が大きいため、将来的な労働力減少を見据え、省力化が求められている。そこで、本研究では、車載カメラ映像を用いて低コストかつ高頻度に三次元線路空間を構築する手法を提案する。前方および側方を向く計13台のカメラによる多視点映像にSfMを適用して三次元点群を生成し、GNSS情報により実寸化した後、3D Gaussian Splattingで高精細に可視化する。実線路での検証では、外観再現性および軌間の寸法再現性が高いことが確認され、提案手法が実測作業の代替手段として有効である可能性が示された。

5-192

鉄道信号設備検出における物体検出モデルの性能比較

◎小井手孝徳・前田梨帆・長峯 望（鉄道総合技術研究所）

鉄道信号設備の検査において，外観確認の省力化を目的として，車載カメラ映像からの設備自動検出技術の開発が進められている。本研究では，深層学習に基づく物体検出モデルの鉄道設備に対する性能比較を行った。実際の営業線における運転台前方映像を用いて9クラスの信号設備を対象とし，DETR系とYOLO系の代表的なモデルを評価した。その結果，DEIMv2が最も高い検出性能を示し，Confidence閾値に対して安定した特性とクラス別Recallの均一性が確認された。

5-193

汎用カメラを活用した軌道回路用信号ボンド確認手法の検討

◎山本祥也・村太志・山村朋大・高﨑 建（西日本旅客鉄道）

本論文では、北陸新幹線における軌道回路用信号ボンドの点検効率化を目的とし、現行の目視による夜間点検作業が持つ時間的制約や技能依存などの課題に着目した。保守用車に汎用カメラを設置し、映像記録型点検手法の有効性を走行試験により検証した。その結果、異常箇所の視認性が向上し、時速50kmまでの走行中でもボンドの状態が鮮明に記録可能であることを確認した。本手法は現行の点検作業を補完し、点検頻度向上や異常箇所の早期発見、点検信頼性の向上に有効であり、今後、AI技術等の導入によるさらなる高度化が期待される。

5-194

AIの分岐器検知による脱輪防止支援装置の開発

○山本晃平・栗田 昭・上村篤輝・山口 崇・青木貴史・長谷川恵太（東日本旅客鉄道）

鉄道工事において使用する軌陸車は軌道上を走行可能な工事用車両である。軌道上において、工事責任者は作業のために任意の方向に分岐器を転換しての進路構成を可能としている。分岐器への軌陸車進入時に分岐器の開通方向と進行方向が一致していない場合には脱輪事故が発生する恐れがあり、列車運行への影響が生じる場合がある。分岐器通過時の確認行為に補助手段はなく、見落としや視界不良等による軌陸車作業中の脱輪事象は完封できていないのが実情である。本研究では、AI技術を活用して分岐器の検知及び開通方向の判定を行い、脱輪事故防止の支援を目的とした補助装置の開発を行い、検討を行った。

5-195

鉄道車両に取り付けた測域センサの姿勢パラメータ設定方法

○池田 充・高重哲夫・松澤英則・塚本章人（ジェイアール総研電気システム）・庄村和剛（九州旅客鉄道）

鉄道の線路上空に設定された建築限界に対する支障物がないこと効率的に確認するため，建築限界支障判定装置が開発され，実用化されている。本装置は車両に搭載した測域センサにより支障物の有無を判定するものであるが，高い判定精度を確保するためには測域センサの姿勢パラメータを正確に定める必要がある。本論文では，車両に測域センサを取り付けた状態で校正試験を実施し，これをもとに姿勢パラメータを決定する方法について報告する。

5-196

2台のレーザ距離計を用いた軌間変位の動的計測
―和歌山電鐵における実地実験―

○加藤真嗣（神戸市立工業高等専門学校）・飯田敦洋（和歌山電鐵）

木製まくら木における犬釘の締結力は，レールへ加わる横圧や経年劣化などにより徐々に弱くなり，その結果，列車脱線事故を誘発する原因ともなる。和歌山電鐵では，カネコ社製トラックマスターPC+を利用して静的計測を実施しているが，設備や費用の面から動的計測は行われていない。本研究では，軌道外に設置したレーザ距離計により軌間変位を動的計測する手法を活用して，和歌山電鐵において計測および検討を重ねている。本稿では，和歌山電鐵貴志川線内の2地点において，2台のレーザ距離計を用いて軌間変位を計測した結果について報告する。

5-197

12ftコンテナ緊締装置状態判定手法の検討

◎松尾佳周・桑原昌平・小室翔嗣・長峯 望（鉄道総合技術研究所）

鉄道貨物輸送において12ftコンテナの緊締状態確認は安全確保上不可欠であるが，現状では係員による目視検査に大きな負担が生じている。本研究では，2D LiDARで取得した点群データを用い，12ftコンテナ緊締装置の緊締・未緊締状態を自動的に判定する手法を提案する。テンプレート点群とFPFH特徴量を用いて緊締装置を探索し，RANSACおよびICPによる位置合わせを行った後，錠の奥行方向位置に基づき状態を判定する。緊締装置模型を用いた評価実験の結果，すべての試行において正しい状態判定が可能であることを確認し，本手法の有効性を示した。

5-198

トラックスケール通過時における2D LiDARを用いた12フィートコンテナ妻面施封部品の異常検知手法

◎桑原昌平・松尾佳周・長峯 望（鉄道総合技術研究所）

本研究は、鉄道貨物輸送におけるコンテナ扉施封確認の省力化を目的とし、トラックスケール通過時に2D LiDARで12フィートコンテナ妻面を計測する異常検知手法を提案した。高スキャンレートの2D LiDARを用いて点群を積層し、施封部品領域内の点群数から施封状態の異常を判定する。現地試験では開閉テコ、ピン、テコ受けについて有効性を確認したが、カムは判別困難であり、今後の指標検討が課題である。

5-199

LiDARセンサを用いた列車位置補正に関する検討

○谷口 茂・髙田哲也・水間 毅・竹内俊裕（京三製作所）

鉄道では車上子と地上子が通信を行うことで列車の現在位置を補正し、列車の速度を制御する手法が広く用いられている。
本稿では、列車にLiDARセンサを搭載し、地上子の代わりに異なる形状・模様を有する高輝度な物体を列車位置の補正対象物とし、LiDARセンサが取得する点群データ（輝度値）を活用し、複数の補正対象物を判別・特定し、列車位置を補正するアルゴリズム（位置補正方法）を検討した。
検討したアルゴリズムの概要と評価結果、この補正方法を地上子式システムのように活用し、運転士支援機能への適用可能性について報告する。

5-200

距離方向ブロック分割を用いた加速度データに基づく軌道異常検知

○黒木 琉・藤田吾郎・中川昂太（芝浦工業大学）

本研究では距離方向ブロック分割を用いた加速度データに基づく軌道異常検知手法を提案することを目的とした。方法として、車両走行時の加速度データを取得し、軌道距離ごとに一定区間に分割したうえで、各ブロックの距離を測定し、深層学習モデルを行う。その結果、ROC-AUCは約0.80、Recallは1.00に達し、ブロック型が最も高い性能を示した。以上より、軌道異常が距離方向に連続して発生するという物理的特性を考慮した評価手法が有効であることが示唆された。本研究は鉄道軌道の健全性に貢献する可能性がある。

5-201

ソリッドステートLiDARセンサのセンシング能力の検証

○篠田憲幸・長谷川智紀・山口大助（交通安全環境研究所）・萩原 武・磯部栄介（日本地下鉄協会）・前田高博・道場辰彦（大阪市高速電気軌道）

自動車分野の自動運転に用いられているセンサのうち、LiDARセンサに着目し、特にソリッドステート方式について地下鉄での有用性を検証するための実車走行実験を行った。本稿ではその結果について報告する。

5-202

渦電流式線条劣化判定装置の検出コイル特性の検討

○佐藤勇輔（電業）

電車線路設備において、耐張力のある亜鉛めっき鋼より線は、ちょう架線などに使用されているが、腐食すると、耐張力が低下する。そのため、亜鉛の犠牲防食作用を利用して、鋼より線の腐食の進行を抑制している。このことから、亜鉛の残存量を把握する必要がある。残存量を把握する装置として渦電流式の線条劣化判定装置が開発されている。今回、その装置の検出コイルの特性を検討した。

5-203

新幹線シンプル架線用メンテナンス低減WTBの開発

○髙橋勇人・濱田貴弘（東日本旅客鉄道）・半田恵一（三和テッキ）

新幹線コンパウンド架線の老朽取替時期にあわせて、シンプル架線への切替工事を推進している。切替後は架線種別が銅系で統一されることにより、温度変化に対する伸縮量が大きくなるため、既存のばね式バランサでは張力調整能力が不足する箇所が発生する。一方で、滑車式バランサは、ばね式バランサと比較して調整可能距離は長いものの、ワイヤーロープの定期的な取替が必要である。そこで、新幹線シンプル架線の伸縮量に対応可能かつメンテナンス低減も兼ね備えた、新たな滑車式バランサを開発した。本研究では、開発した滑車式バランサの仕様、設計概要、各種試験結果を報告する。

5-204

STBのストローク管理精度向上に関する検討

◎尾登智己・松本知也・越 則文・和田祥吾（西日本旅客鉄道）

本論文では北陸新幹線におけるSTB（バネ式張力調整装置）の適正な張力管理のためストローク予測を行っているが、現在の管理方法と実測とでは乖離があることから、予測精度の向上を目指し検討を行った。現在の管理方法では、両端のSTBが架線伸縮を均等に調整するとして予測を行っていたが、実測から左右のSTBには1℃あたりの変化量に差があることを確認し更なる精度向上のためバネ定数差や曲線を考慮した既往研究式の利用を検討した。その結果、実測と比較し流れの向きの傾向は再現されたが、1℃あたりの架線伸縮量予測については顕著な改善は見られなかった。実測データのサンプル数を増加させ，予測式との比較検証を継続するとともに，予測結果が実測値により近づくよう，予測式の理論的な検討および改良を進める。

5-205

鉄道トンネルにおけるがいし不溶性付着物の性状

◎谷口宗大・臼木理倫（鉄道総合技術研究所）

がいしは汚損により絶縁性能が低下する。雨洗効果の乏しい鉄道トンネルでは汚損設計値を超えて不溶性物質が付着しうる。本稿では，がいし絶縁性能に及ぼす不溶性物質の影響について調査するにあたって，不溶性物質を分析し諸特性を明らかにした結果を報告する。不溶性物質の粒径は最大で60 μm程度であり，列車速度の上昇に伴って，また，スラブ軌道よりバラスト軌道において，粒径が増加する傾向がみられた。道床の粉塵が列車風で巻き上げられ，がいしに付着している可能性があると考える。成分分析ではSi，Feが多く検出された。Ca，Cr等の検出割合を考慮すると，Siの大部分はバラスト由来，Feの大部分はレール・車輪由来の可能性が高いと考える。

5-206

がいしの汚損と絶縁性能の関係についての検討

◎嶋田章宏・谷口宗大・臼木理倫（鉄道総合技術研究所）

鉄道総研では，鉄道トンネル内でがいしの汚損度調査を実施し，ESDD汚損度推定手法を提案してきたが，鉄道トンネルではNSDDががいし絶縁性能に及ぼす影響も把握する必要がある。本研究では，鉄道トンネルでの汚損を模擬した人工汚損がいしを用いて定印霧中法試験を実施し，ESDDおよびNSDDと絶縁性能との関係について調査した。
ESDDとImaxおよびせん絡の有無には一定の関係性があり，NSDDが与える影響は限定的であった。なお，不溶性物質の成分や粒径の影響は未検討であるため，引き続き調査を進める。

5-207

コンクリート柱切断時の騒音対策

◎田尻大翔・安藤侑輝・森本陽平・山野井 隆（西日本旅客鉄道）

本研究は、山陽新幹線耐震補強工事におけるコンクリート柱切断時の騒音問題に対し、防音材を活用した効果的な対策を検討したものである。事前にフィールド試験を実施し、優れた防音性能を示す最適な防音材を選定し、その配置方法について2案を考案した。騒音測定の結果、パネル製の吸音材11枚を配置した案が、対策未実施時と比べ約20dBの騒音レベル低減を達成し、人間が不快感や騒音として認識しやすい周波数帯において顕著な騒音低減効果があることを確認した。これらの知見は、鉄道インフラの安全性向上に貢献するものであり、今後夜間騒音を伴う作業への水平展開を通じて、社会課題解決に寄与するものと期待される。

5-208

集電系音の解析による架線異常検知手法の検討

◎小川健太・濱田貴弘（東日本旅客鉄道）

架線設備状況を評価する手法として、当社ではパンタグラフの衝撃・硬点計測時の加速度やパンタグラフの離線を指標としているが、測定用の装置が複数必要になることから、設置スペースを多く必要とする等の課題が存在する。本開発では設置スペースの削減や機器コスト削減のために収音用のマイクのみでパンタグラフの集電時に発生する音を解析することで、離線やパンタグラフへの支障物の衝撃検知、その他の架線異常などの検出が可能か基礎検討を行った。得られたデータの解析を行ったところ、「アーク音」および「衝撃音」の特徴を抽出し、イベントの発生を音からとらえることができた。

5-209

シンプル架線における多数パンタ走行の検討

◎佐伯尚柾・大畑直也・山根広志・和田祥吾（西日本旅客鉄道）

273系（特急やくも）は冬季霜害対策として1ユニット2基のパンタグラフを上昇させて運転を行っているが、シンプル架線とヘビーシンプル架線が混在していて、倉敷駅にて運転手がパンタグラフ数の変更作業を行っている。それを失念した場合、架線事故に至る可能性があるため、多数パンタグラフ条件での走行可否について改めて検証を行い、パンタグラフ変更作業を不要にできる運用方法の検討を行った。検討にはシミュレーションソフト架線道を用いて8パンタグラフと6パンタグラフでの検証を行うこととする。評価基準としては、支持点押上量とわたり線の割り込みを評価基準とする。

5-210

ハンガと一体で取替が可能な保護カバーの開発

○神矢昌樹（東海旅客鉄道）・小林武弘・佐藤修平（三和テッキ）

昨今の労働人口減少に伴い、電車線設備の取替・更新工事の遅れが懸念される。電車線金具を施工性が良い形状に改良することで、1回の工事施工量を増やすことが可能になると考えられる。そこで、通常はハンガと別に取替を実施している新幹線のちょう架線や補助ちょう架線を保護するカバーについて、ハンガと一体で使用・取替を可能とする形状を考案した。そして、電車線金具の規格に則った性能確認試験、及び本線設備での金具取替時の施工性確認を実施したので、その結果について報告する。

5-211

電線管用つる草防止の開発

◎伊藤稜世・田中裕司・髙見雅人・吉田匡志（東日本旅客鉄道）・山間昇悟・平 悠子（浅羽製作所）

鉄道架線等の支持のため電柱が用いられている。電柱に電線管が用いられるが，つる草が電線管に巻き付き昇ることで，高圧部等に接触し地絡事故につながる事例があり，注意が必要である。つる草の繁茂管理と除草は相応の労力を要していることから，本件では「電線管用つる草防止」を共同開発したので報告する。
開発品は，樹脂シート、オプシーラー、ステンレスバンドの組み合わせで構成した。
つる草が繁茂する6月から10月の5ヵ月間，実環境と模擬設備に設置し，開発品の効果を評価した。
上昇するつる草の繁茂を開発品が防止することを確認した。本件開発品で電線管と電柱の隙間を塞ぐことで，メンテナンスフリー化につながる成果を得た。

5-212

鉄道電力設備へのアセットマネジメント適用にむけた故障影響度算出手法の検討

◎篠﨑勇希・佐藤 亘・伊藤博泰・森田貴紀・福島規至・岩月 駿・鈴木高志（東日本旅客鉄道）

近年鉄道電力設備の高経年化に伴い、効率的な設備更新計画の策定が求められている。本検討では、鉄道電力設備へのアセットマネジメント適用に向け、設備故障時の影響度を金額換算した指標として「故障影響度」を定義し、その算出手法を検討した。停電影響度として、運輸収入損失と社会的損失を考慮した数値を設定し、JR 東日本管内における特定の線区および特定の設備を対象に故障影響度の算出を行った。その結果、一重系設備や折返し駅を含む区間で影響度が高くなる傾向を確認した。さらに、故障確率との積をリスクと定義し、リスクマトリクスを作成した。今後は現場実態に即した評価精度向上と、他設備との横断的比較が課題である。

5-213

電車線路設備への支障物を検知する新幹線先頭車画像装置の開発

◎清水 歩・寺田泰隆・浦中 勉（東海旅客鉄道）・山中春輝・望月凜平（明電舎）・板坂果林・渡丸智仁（NTTドコモソリューションズ）

新幹線沿線の電車線路設備点検は、現在作業員の人手による点検が行われており、設備の保守・管理に多大な労力を要している。そこで、近年急速に発展している画像処理技術を活用して、点検作業の省力化を実現する「先頭車画像装置の開発」に取り組んだ。本報告では開発した装置について説明するとともに「支障樹木検知」「営巣検知」「飛来物検知」等について、取得した画像データから画像処理、ならびにAIモデルにて処理を行った結果について報告する。

5-214

夏季日照下におけるレール通電温度上昇実験

◎渋谷法澄・小西武史・浦川文寛（鉄道総合技術研究所）

鉄道アセット内で得られた再エネ電力を、レール等の鉄道き電回路を介し大電力需要地へ託送する手法が提案されている。この手法では、列車負荷電流に加え再エネ電力由来の電流がレールに重畳して流れるため、夏季は温度上昇による軌道座屈が懸念される。そのため、再エネ送電時のレール温度を予測し、送電可能な電流容量の把握が必要である。本稿では、夏季日照条件下でレールに電流を流した際のレール温度予測に向け、検証用データを取得した。レールに500A、1000Aの連続通電および1000A・3分＋2000A・1分の通電実験を実施し、いずれも通電起因の温度上昇を確認し、特に大電流領域では上昇傾向が顕著であった。今回得た知見を踏まえ、レールを介した再エネ電力送電の可能性を検討する。

5-215

交流き電区間における車両・地上同時測定によるエネルギーフローの可視化

○田渕宏樹・髙橋裕紀・日向和弘・井上寛志（東日本旅客鉄道）

This study focuses on visualizing the energy flow within AC‑electrified railway sections by conducting simultaneous measurements at both the train and substation sides. This approach enables a comprehensive understanding of voltage, current, and power interactions across the traction system. By synchronizing data acquisition with GPS timestamps, real‑time variations in voltage drops, line impedance, and energy losses were captured. The results clarified that voltage drop, impedance, and power loss increase with distance from the substation, with impedance showing an approximately proportional relationship. We also clarified the energy flow when regenerative power is received from other trains or returned to the substation.

5-216

力行・回生タイミング制御による回生電力の有効利用に関する一考察

○山田雄吾・天田博仁・南之園弘太・鈴木高志（東日本旅客鉄道）

鉄道における省エネルギー化の一要素として、回生電力の有効利用という観点がある。本研究では、力行と回生のタイミングを極力一致させた基準ダイヤを設定し、列車遅延時に周辺列車の発車時刻を調整する「タイミング制御」による省エネ効果をシミュレーションで検証した。遅延列車と被制御列車のタイミングを合わせることで回生電力融通量は増加したが、回復運転による運転エネルギー増加が上回り、変電所出力電力量は増加する結果となった。これにより、所定ダイヤへの平復を前提としたタイミング制御は省エネ効果が得られないことが明らかとなった。今後は、異なる前提条件下でのダイヤ設定や運転制御の検討が必要である。

5-217

外房線における回生電力活用の検証

西 健太郎・◎三浦樹生・大内 柊・近藤修一・飯野友記（東日本旅客鉄道）

電気車の制動時に発生する回生電力を有効に活用するために,外房線における変電所の母線電圧を低下し,消費電力の低減効果を確認した。

5-218

横須賀線における変電所母線電圧低下時の回生電力活用効果に関する継続検証

◎熊谷大輔・中西健太・中村岳彦（東日本旅客鉄道）

横須賀線において、列車運行のエネルギー消費量削減を目的に、変電所直流母線電圧を通常より40V程度低下させ、回生電力融通促進効果の長期検証を実施した。2024年5月末から継続的に電圧を変更し、電圧変更前の2023年6月～11月のデータと2024年・2025年の6月～11月のデータを比較分析した。結果、2024年は全体的に消費電力量が増加し、2025年は気温10～20℃で削減傾向が見られたが、20℃以上では増加した。高温期は補機電力増加により融通可能な回生電力が減少し、効果が相殺されたと考えられる。また、車両更新（E217系からE235系）など他要因も影響している可能性があることから、今後もデータ蓄積と分析を継続し、要因分離と効果検証を進める必要がある。

5-219

直流電気鉄道における複数列車在線時の変電所電圧制御に関する検討

◎小林宏泰・関東汰一・宮城大輔（千葉大学）

直流電気鉄道システムの省エネルギー化のアプローチの一つとして，回生エネルギーの有効活用が挙げられる。本研究では，き電回路内の回生エネルギー融通促進のための方策として，変電所電圧制御に着目した。これまで，2列車が走行する単純な場合に関して，変電所電圧制御による省エネルギー効果を検証した例があるが，3列車以上在線する場合でも適用可能な変電所電圧制御法は確立されていない。そこで本稿では，複数列車在線時にも適用可能な変電所電圧制御法を提案し，その省エネルギー効果について検証を実施したので報告する。

5-220

鉄道電力供給設備の最適構成探索における手法の比較検証

○宮内 努・北井瑳佳（日立製作所）・平間草太（東北大学）

鉄道電力供給設備の最適構成を探索するため、シミュレーションを用いたブラックボックス最適化手法を検討した。遺伝的アルゴリズム（GA）とベイズ最適化（BO）を同条件で比較し、設計変数（変電所配置・容量・電圧・回生装置導入）と多目的指標（設備コスト、エネルギー消費）に基づいて探索効率と解の質を評価した。結果として、BOは探索効率が高く、GAは解の質で優位であり、単独手法で両要件の同時達成は困難であることを確認した。

5-221

電力貯蔵装置更新に伴う運用方式の検討と試運転での検証

◎大木友輔・作井正汰・加藤裕樹・樋口靖展・米田和也・久保 吏（西日本旅客鉄道）・高橋弘隆（日立製作所）

2006年の北陸本線直流電化に合わせ設置した、新疋田変電所の電力貯蔵装置の運用実績を分析して得られた知見を基に、新たな電力貯蔵装置を設置することとした。蓄電池の長寿命化を目的にSOC制御機能を適用した仕様とし、電力会社からの受電有無に応じた運用方法を策定した。各運用方法での充放電開始電圧の閾値を机上検討し、その閾値での挙動を検証するため、北陸本線近江塩津～敦賀駅間にて試運転列車走行試験を実施した。各運用方法において、机上検討した闘値によりパンタ点電圧の維持可能を確認した。また、回生電力の有効活用に繋がる結果が得られた。今後も、列車負荷や運用状況を継続的に監視し、実負荷に併せた閾値の最適解を検討していく。

5-222

直流電鉄用車載ESSの貯蔵容量とエネルギー消費の関係のシミュレーションによる解析

◎渡邊矢茉都・高木 亮（工学院大学）

直流饋電システムの課題とされる，電力回生時の負荷不足による回生失効，饋電回路の抵抗などによる電車線電圧変動などの問題への対処手法として，エネルギー貯蔵システム (Energy Storage System: ESS) が注目されているが，その導入効果は充放電制御法やパラメータ設定に強く依存する。特に車載ESS (On-board ESS: OBESS) は容量と重量の制約が厳しく，容量が過小だと回生失効が十分に防止されない一方，過大なら車両質量の増加から列車消費エネルギー増を招くため，搭載容量には最適値が存在すると予想される。そこで本研究では，OBESSの容量とエネルギー消費の関係についてシミュレーションによる解析を行い，事前の予想どおりOBESSの搭載容量に最適値が存在することを見いだした。

5-223

架線・バッテリーハイブリッドLRVのデュアルバッテリーシステムへの更新

○田口義晃・渡邉有人・門脇悟志（鉄道総合技術研究所）

2007年度に製作した架線・バッテリーハイブリッドLRV（LH02形）のバッテリーシステムが老朽化したため2023年度に更新を行った。本稿ではその概要として新たなバッテリーシステムの特徴を紹介し、異種電池を切替えて使用するデュアルバッテリーシステムとした効果（バッテリーモジュール総質量を21%低減）や今後の劣化コスト低減に関する期待について述べる。

5-224

ハイブリッド鉄道車両の運転曲線変更時の燃費と電池の挙動分析

○木村祥太（日立製作所）

ハイブリッド車向けの運転曲線検討に向け、力行ノッチ、減速ノッチ、速度維持方法を変更した場合の燃料消費量と蓄電池挙動をシミュレーションした。その結果、電車で有効とされる高加減速を前提とする運転曲線は、ハイブリッド鉄道車両には必ずしも適していない可能性があることを示した。

5-225

新幹線の運転支援のためのトンネル・勾配に着目した省エネ運転の検討

◎小暮崇史・齋藤達仁・小川知行（鉄道総合技術研究所）・山元雄太（九州旅客鉄道）

運転支援システムへの適用を見据え、トンネルや勾配に着目した新幹線の省エネ運転手法を、九州新幹線を対象に検討した。
検討項目として、定速運転時の速度、トンネル区間での速度、下り勾配での惰行走行、の3項目について、シミュレーションにより走行時分を揃えた上で消費エネルギーへの影響を評価した。
検討結果から、定速速度を適切に設定することで最大4.3％の省エネ効果があることや、トンネル区間での速度抑制や下り勾配での惰行走行についても効果があることを確認した。

5-226

省エネ運転支援のための操縦性と定時性を考慮した運転曲線作成アルゴリズムの検討

◎西澤航太・熊澤一将・小川知行（鉄道総合技術研究所）

現在、特急列車を対象として、運転台に設置した情報端末を介して、運転状況に応じた省エネ運転を支援するシステムの検討を進めている。運転支援の導入にあたっては、運転士の協力が不可欠であり、操縦のしやすさを考慮することは重要である。また、定時性の観点から、列車ダイヤの到着時刻に極力近づくような運転曲線計算も必要である。そこで、操縦性と定時性を考慮し、かつ、省エネ運転支援に向けた運転曲線作成アルゴリズムを提案し、効果を検証した。その結果、ケーススタディにて提案するアルゴリズムを適用することで、ノッチ扱いの回数を大幅に削減でき、運転支援しやすい運転曲線を生成できたので報告する。

5-227

運転曲線予測による運転支援システムの内燃機関車における省エネ効果の要因分析

◎當麻彦樹（鉄道総合技術研究所）

筆者らは、貨物列車の省エネ性、定時性、乗務負担軽減などを目指し、運転曲線予測シミュレーションを用いた運転支援システムを開発している。電気機関車での検証を経て、内燃機関車で走行試験を行い、省エネ効果の要因を分析した。試験では、タンク貨車をけん引する電気式内燃機関車で省エネ効果が確認された。その要因として、力行時に低めのノッチではなく最大力行の8ノッチを効率よく使用し、加速時間を短縮することで力行時間を減らし、惰行時間を増加させたことにある。結果として、加速度の高い運転曲線を用いた運転支援システムにより、省エネ運転が実現できることを確認した。

5-228

交流回生ブレーキを適用した機関車の貨物列車けん引時の消費電力量測定結果

○横内俊秀・小川知行・當麻彦樹・齋藤達仁（鉄道総合技術研究所）・宇野由起・神田吉孝（日本貨物鉄道）

現在，日本国内で貨物列車をけん引する電気機関車の多くは，車両の運動エネルギーを熱として消費する発電ブレーキを電気ブレーキとして使用している．そこで，既存の電気機関車に交流回生ブレーキを適用することで，交流電化区間において回生ブレーキを使用できるようになり，走行に伴う消費電力の低減が図られる．今回，電気機関車1両に対して交流回生ブレーキを適用して試験走行を実施し，消費電力量を測定した．その結果，通常の運転操作において電力回生率が3.8～7.8%となり，消費電力量の低減効果を確認した．さらに，抑速ブレーキを積極的に使用した場合において，回生ブレーキによる消費電力量の低減効果が一層得られることを確認した．

5-229

長距離列車向け消費エネルギー概算手法の全国の貨物列車の計算に向けた範囲拡大検証

○齋藤達仁・小川知行（鉄道総合技術研究所）・上田一仁（日本貨物鉄道）

鉄道貨物輸送における二酸化炭素排出量の計算手法確立に向け、著者らは長距離列車向け消費エネルギー概算手法を開発している。
本概算手法の全国展開に向けた計算精度の検証に当たり、これまでより検証範囲を拡大し、平均速度や標高差など異なる走行条件の貨物列車、計12列車・のべ58区間について、消費エネルギーの実測値と、本概算手法での概算値を比較して検証した。
検証結果から、本概算手法の誤差は、ほとんどの区間で+1割～-2割程度、列車単位では+0.5割～-1割程度であることを確認した。

5-230

電鉄用変電所における落雷による設備故障事例とその考察

◎伊藤孝太・明石太輔・堀 晃徳・伊東和彦（西日本旅客鉄道）

2025年8月，当社の在来線直流変電所においてシリコン整流器用変圧器が落雷により損傷したと推定される事象が発生した。本稿では，事象発生後の設備状態，各種調査結果を基にSR-Trが損傷するに至ったメカニズムについて考察した。当該変電所では，過去の雷害を踏まえ避雷器用接地線の太径化，最短化等によるサージインピーダンス低減対策を講じていたが，変圧器の耐電圧を超過する過電圧が発生し，絶縁破壊に至った。これは，雷サージ侵入時に生ずる過電圧は，避雷器の制限電圧に対し接地線に生ずる電圧が加わること，並びに雷撃の概形によりサージインピーダンスが変化することに起因すると考える。

5-231

ATき電用ロケータの第1AT区間における吸上電流比について

○持永芳文・山崎洋輔・畑中和明・川原敬冶（津田電気計器）

新幹線鉄道のATき電回路ではAT吸上電流比方式故障点標定装置が用いられている。第1AT区間のき電回路で故障が発生した場合、トロリ線（T）ーレール（R）短絡とき電線（F）ーレール（R）短絡では、標定値に約10％の違い（誤差）がある。この標定誤差はT-RとF-Rのインピーダンスの違いにより、レールから変電所ATに向かって流れる電流によることを明らかにし、かつ、レールから変電所に流れる電流は故障電流の一定割合であり、変電所ATの中性点電流からこのレール電流を補正して、故障点標定計算を行えば誤差は補正できることを明らかにした。

5-232

中央線快速・青梅線12両化に伴う最大負荷電流推定手法の検証

○八代幸夫・田中僚一・大久保 凌・小林正樹・鈴木高志（東日本旅客鉄道）

JR東日本の中央線快速・青梅線では、2025年3月のダイヤ改正により、グリーン車の旅客サービスを開始している。これにより列車負荷は大きく増加することが見込まれていたため、各変電所のき電回線の過負荷保護整定値については、負荷増加分を推定し事前に整定値の変更をしておく必要があった。そこで車両特性の変化を分析したところ、列車負荷電流は従来編成の+10%で近似できることが判明したため、これを利用し推定した結果を用いて、過負荷保護整定値の変更を行った。その後の調査では、概ねその推定値通りに変電所の最大負荷電流値が推移していることを確認できた。

5-233

新幹線き電用特高ケーブルにおける過渡応答の送受端同期測定

◎佐藤勇輝・石井雄一朗・中原健太郎・堀 晃徳（西日本旅客鉄道）

山陽新幹線の変電所には、電車線に特高ケーブルで送電している箇所があり、送受端の電流差を監視する比率差動継電器（以下、87CB）で保護している。現在、老朽取替へ向けて、制御線等の削減によるコスト低減を目指して、送端のシース電流を監視する瞬時過電流継電器（以下、50CB）で保護する方式を検討している。また、特高ケーブルは、接地方式や防食層保護装置の検討が必要であり、サージ特性を把握する必要がある。本稿では、実系統でき電用特高ケーブルのサージ測定を行った。現構成の片端接地では、防食層保護装置によりシース電圧が5.9 kVに制限された。両端接地とした場合は、シース電圧は生じないが、送端に波高値340 Aの電流が流れた。

5-234

過渡応答を用いた鉄道用レール大地帰路と機器接地の過渡インピーダンス導出

◎堀 晃徳・伊東和彦（西日本旅客鉄道）・長岡直人・田中洋平・馬場吉弘（同志社大学）

本稿では、直流低圧人工地絡試験で得られた過渡応答に基づき、変電所の機器接地と鉄道用レールの大地帰路過渡インピーダンス周波数特性を導出した。周波数変換には、折り返し誤差の生じない直線近似数値ラプラス変換を用いた。測定に含まれる量子化誤差等の不確かさを考慮し、1Hzから200Hzの周波数帯域で評価した結果、機器接地とレールは誘導性を示すことが明らかになった。また、1Hzから100Hzの範囲ではインピーダンスの絶対値が10倍以上変動することから、過渡現象の数値計算においては定常値に基づく特性抵抗を用いることは不適切であると結論付けた。

5-235

直流き電用変電所構内人工地絡試験による64GPのレール電位低減効果検証

◎堀之内 希・松本拓真・山本祐輔・池田芳弘・相原 徹・堀 晃徳（西日本旅客鉄道）・細口祐樹（津田電気計器）

直流き電用変電所の地絡事故時に発生する「64P共倒れ現象」は広範囲停電を引き起こす。その対策として64GPが開発され、地絡時に64GPのギャップが放電し、レール電位が抑制されることで、64P共倒れを防止する。本研究は、梅田大阪変電所でのシミュレーションと人工地絡試験により、64GPのレール電位低減効果と共倒れ現象への影響を検証した。結果、64GPによりレール電位が約200V抑制され、共倒れ現象の影響範囲が縮小されることが確認された。しかし、試験区間の漏れ抵抗（レール漏れ抵抗）が小さかったため、共倒れ現象は発生しなかった。今後は、レール状態改善後の検証や64GP制限抵抗値の最適化を進め、安全・安定輸送に繋げる。

5-236

直流地絡保護の海外事例の国内適用の提言

○高橋弘隆・菅原雄一・鈴木真聡・新井幸太（日立製作所）

電気鉄道における日本国内において、直流き電システムの地絡保護に関して、過去から多数の案が検討され適用されている。しかし、実際に直流地絡事故が発生すると事故点の切り分け等に時間を要し長時間のき電停電となっている。一方で日立が手掛けている海外の鉄道プロジェクトにおいても同様に直流地絡事故が多数発生しているが、事故点の切り分けが早期にできているため長時間のき電停電とはなっていない。IEC62128-1,IEC62128-2,IEC61992-7-1等の規格や日本の直流地絡保護の考えを組み合わせることで直流地絡保護の考え方のバリエーションが広がり国内案件への適用も可能と考える。

5-237

電鉄用変圧器の寿命推定手法の一考察

○天田博仁・斎藤純平・清水俊孝・平野太一・鈴木高志（東日本旅客鉄道）

JR東日本では油入変圧器の長期運用やCBMの実現を目指して2015年より継続して劣化診断や寿命診断を進めており、解体調査の結果から30年以上の推定寿命となる結果が得られた。一方で、運用中の変圧器から間接的に寿命を推定する手法は誤差が大きく課題も残されている。そこで本論文では変圧器の解体調査時に得られた巻線本体とリード線の平均重合度の関係性について整理し、結果からリード線の平均重合度から間接的に変圧器の寿命を推定する手法を検証した。

5-238

鉄道沿線環境下に敷設された高圧ケーブルの検査結果分析

◎雨堤雅樹・伊東和彦（西日本旅客鉄道）

本論文は、鉄道沿線環境下における高圧ケーブル（三層同時押出し加工）の検査効率化・省力化を目指し、JR西日本管内の6600V CVケーブルの定期的な検査結果を分析した。絶縁抵抗測定、直流漏れ電流測定の検査結果データに基づき、修繕が必要と判定されたケーブルの劣化要因を詳細に調査した。電気的な劣化による判定が大多数であったが、一部に電気的検査で異常と診断される前に外観状態から判断されたものが含まれていた。また、トンネル・地下区間や汚損地区では、明かり区間や一般区間と比較して劣化割合が高いことがわかった。これらの知見は、鉄道特有の環境下における高圧ケーブルの効率的な保全方法の検討に貢献する。

5-239

直流電気鉄道用パッシブ型アークレス直流遮断器の設計指針と適用可能性

◎佐々木飛龍・西山花名子・長﨑 陽・津田 理（東北大学）

現在、直流電気鉄道では気中遮断器のアーク放電による機器損傷や事故リスクが課題となっている。そこで本研究では、外部電源を用いずLC共振により強制的に電流ゼロ点を生成するパッシブ型アークレス遮断器を提案する。まず、遮断に重要な振動電流を最大化する設計指針を理論的に導出し、超電導コイルを用いた小規模実験にてその妥当性を実証した。さらに実規模解析の結果、遠方事故では線路抵抗により振動が減衰するものの、故障前電流の減少が相殺効果として働き、遮断条件が満たされることを確認した。以上より、都市部から郊外に至る変電所間の全域において本方式が適用可能であり、安全性の高い保護システムとなることを示した。

5-240

電圧形コンバータ車が走行するBTき電回路における高調波電圧共振の実測

○赤木雅陽・渋谷法澄・杉本涼輔・川﨑明日香（鉄道総合技術研究所）

交流電気鉄道のき電回路には線路方向に沿って静電容量が存在するため、高調波周波数帯域において共振が発生する場合がある。ATき電回路については以前から種々の検討が進められてきたが、BTき電回路ではこれまで低次の高調波成分しか議論されていなかった。筆者らは電圧形PWMコンバータを搭載した電気車が走行する交流き電回路での高調波電圧共振現象について実測・解析の両面から検討を進めてきたが、今回、営業線のBTき電回路において低圧模擬加圧試験を実施し、ATき電回路と同様にBTき電回路でも高調波共振が生じ得ること、及び共振抑制装置の導入で電圧拡大率を抑制可能なことを確認したので報告する。

5-241

電気融雪器盤不具合事象における検証と対策

◎本庄巧実・前田 響・森 智弘・木浪宏之・相原 徹・堀 徳晃（西日本旅客鉄道）

当社管内で電気融雪器盤の制御電源をAC100VからAC200Vに更新後の機能確認時に回路が構成されていないにも関わらず電気融雪器が動作する事象が発生した。制御電源を変更したことと他駅の同種設備より制御回路のケーブル長が長いことが発生原因であると考え，ケーブルやリレーの電気的特性を測定した。リレー両端電圧を計算するとAC200Vの場合のみ不要動作することが判明した．さらに当該設備のケーブル長が長いために，ケーブルの有する静電容量が大きくなり，静電容量とリレーのコイルインダクタンスとの関係により，本事象が発生した。今後は，事象の水平展開及び一般化を進め，適切な設備保全に努める。

5-242

ハイブリッドディーゼル車用給電装置における溶損事象の原因究明と対策の提案

◎松本吉弘・𠮷田知樹・森田友貴・志浦浩之・相原 徹・伊東和彦（西日本旅客鉄道）

ハイブリッドディーゼル車用外部給電装置の接地線溶損事象が発生。原因は、外部電源使用時に3相4線式のN相と車両内部のN相を介しレールと接地が電気的に接続され、レール電位により接地線に長時間許容電流を超過した電流が流れたことと判明した。対策として、既存設備には給電用カプラ移設によりレール電位の影響を受けない番線への変更案を、新設時には混触防止版付変圧器導入により電流経路を遮断する提案した。

5-243

電鉄用直流変電所におけるシリコン整流器の一次側検電方法の考察

○西野哲也・京泉 勉（JR西日本電気テック）・垰下 聖（NESCO変電システム）

シリコン整流器の一次側交流電路における検電の実施方法を検証し，適切な検電器の選定および使用方法について考察し，整流器一次側において，検電器の選定および使用方法が検電結果と安全性に大きく影響することが示された。特にAC585 V系統では，高圧扱いでの検電および接地線を用いた検電が安全な方法として有用であることが確認された。

5-244

新幹線切替セクションにおける無負荷開閉サージ電圧と避雷器放電電流の測定

◎江﨑祐一朗・北村 優・青 亨・堀 晃徳（西日本旅客鉄道）

山陽新幹線の中セクションに設置されている中セクション電圧抑制装置は，切替遮断器開閉時に生ずるサージを抑制する役割がある。他線区にNVCRが未設置の変電所が存在することを踏まえ，NVCR切り離し時の開閉サージが当該変電所構内の他設備に及ぼす影響を評価することを目的とし，避雷器の多頻度動作に着目した測定を実施した。測定結果より，A変電所においては，NVCRの切り離しによる避雷器の多頻度動作は生じなかった。