小坂 卓 (コサカ タカシ)

KOSAKA Takashi

写真a

所属学科・専攻等

電気・機械工学教育類 電気電子分野/創造工学教育類
電気・機械工学専攻 電気電子分野

職名

教授

メールアドレス

メールアドレス

ホームページ

http://motion.elcom.nitech.ac.jp

研究分野・キーワード

HV/EV駆動用モータ、レアアースレスモータ、低振動・低振動化制御と設計

出身大学

  •  
    -
    1994年03月

    名古屋工業大学   工学部   電気情報工学科   卒業

出身大学院

  •  
    -
    1999年03月

    名古屋工業大学  工学研究科  電気情報工学博士課程  修了

  •  
    -
    1996年03月

    名古屋工業大学  工学研究科  電気情報工学修士課程  修了

取得学位

  • 名古屋工業大学 -  修士(工学)

  • 名古屋工業大学 -  博士(工学)

学外略歴

  • 2002年11月
    -
    2004年10月

      連合王国レスター大学   -

所属学会・委員会

  • 2003年10月
    -
    継続中

    米国電気電子学会

  • 1994年07月
    -
    継続中

    電気学会

  • 2001年04月
    -
    継続中

    パワーエレクトロニクス学会

  • 2009年10月
    -
    継続中

    電気設備学会

  • 2005年04月
    -
    継続中

    科学技術交流財団

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専門分野(科研費分類)

  • 制御・システム工学

  • 電力工学・電力変換・電気機器

 

研究経歴

  • SMCコアを利用したハイブリッド界磁モータの研究開発

    国内共同研究   委託研究  

    研究期間:  2008年07月  -  現在

  • 小型・軽量ネオジム系永久磁石モータの省希土構造設計法の研究

    個人研究   科学研究費補助金  

    研究期間:  2007年04月  -  2010年03月

  • 用途指向形低コスト位置センサレスブラシレスACモータドライブの最適システム設計

    個人研究   科学研究費補助金  

    研究期間:  2005年04月  -  2007年03月

論文

  • Study on commutation control method for reducing noise and vibration in SRM

    Sungyong Shin, Naoki Kawagoe, Takashi Kosaka, Nobuyuki Matsui

    IEEE Transactions on Industry Applications ( The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc )  54 ( 5 ) 4415 - 4424   2018年04月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   共著

    Many kinds of commutation methods have been proposed to reduce the noise and vibration in a switched reluctance motor (SRM). One of these is well known as the two-stage commutation method. However, it has a defect that is principally revealed when an SRM is operated at high speed and under a high-load condition. This study investigated why vibration reduction based on two-stage commutation does not work through an electromagnetic-structural coupled analysis using a finite element method and mathematical analysis of the exciting force in a 0.4 kW four-phase 8/6 SRM. Based on the investigations, a modified method is proposed to reduce the vibration and noise independent of the operating condition. Experimental studies using the tested SRM demonstrated that the proposed modified control method could reduce the noise and vibration at high speed and under a high-load condition.

  • Hybrid Excitation Flux Switching Motor with Permanent Magnet Placed at Middle of Field Coil Slots Employing High Filling Factor Windings

    Takeshi Okada, Hiroaki Matsumori, Takashi Kosaka, Nobuyuki Matsui

    Proc. of 2018 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) ( The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. )    4268 - 4274   2018年09月  [査読有り]

    研究論文(国際会議プロシーディングス)   共著

    Design and experimental studies on Hybrid
    Excitation Flux Switching Motor (HEFSM) applied to a
    traction motor for hybrid electric vehicles are presented. A stator body of HEFSM generally consists of not only laminated core and three-phase armature coils, but also field excitation coils and permanent magnets as field mmf sources. Therefore, each material used in the stator body should be designed properly with the purpose of performance improvements such
    as efficiency, power and torque densities, cost and so forth. The configuration and the arrangement of all coils are examined to increase their filling factor for reducing copper losses. Moreover, thinner electromagnetic steel and permanent magnets with high remanent flux density are employed to achieve higher efficiency. Experimental tests using a prototype
    of HEFSM validate the design results.

  • Design Study on Salient Pole Shape of Rotor in SR Motor for Vibration Suppression under 2-Stage Commutation Control

    Sungyong Shin, Hikaru Naruse, Takashi Kosaka, Nobuyuki Matsui

    Proc. of 2018 XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM) ( The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. )    1479 - 1484   2018年09月  [査読有り]

    研究論文(国際会議プロシーディングス)   共著

    For reducing the noise and vibration of switched
    reluctance motor (SRM), many kinds of control methods have been proposed. 2-stage commutation method is one of effective method for active vibration cancellation (AVC). For proper operation of the 2-stage commutation method, there should be no vibration except for that at commutation. However, vibration is generally occurred at the point which commutation is not produced. Although 2-stage commutation method is used, it is difficult to reduce these vibration. In this study, through the electro-magnetic structural coupled analysis based on FEA for vibration and electromagnetic force in 4-phase 8/6 SRM, the reason why other vibration are occurred and the vibration
    reduction based on the 2-stage commutation does not work are investigated. According to the nvestigations, a new design on the shape of rotor pole to reduce vibration and noise is proposed. Through simulation and experiment, the vibration and noise reduction are revealed.

  • Indirect Position Sensing at Stand-Still and Running State in SRM by Using Distributed Voltage and Voltage Rate for Injected Pulse

    Sungyong Shin, Takashi Kosaka, Nobuyuki Matsui

    Proc. of 2018 XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM) ( The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. )    1558 - 1564   2018年09月  [査読有り]

    研究論文(国際会議プロシーディングス)   共著

    To eliminate position sensor from switched reluctance motor drive, many kinds of position estimation methods have been proposed. Most of them require current or voltage sensing to compute inductance or flux linkage, and data tables concerning with these parameters and rotor position. The current sensor is generally expensive. In addition, large amount of memory is necessary to save the data tables. To overcome these problems in this paper, a simple position estimation method using a gradient of distributed phase voltage obtained from voltage injection into SRM through full bridge bipolar type inverter is proposed. However, this method has estimation error at some position. To solve this problem, also novel method using voltage rates of distributed voltage are proposed. As a result, the position estimation with high resolution in wide speed range including standstill is possible. Through experiment using 400W four-phase 8/6 test motor, the effectiveness of proposed method is demonstrated.

  • Hybrid Excitation Flux Switching Motor with High Filling Factor Windings

    Takashi Kosaka, Keisuke Isobe, Nobuyuki Matsui

    Proc. of the 31st International International Electric Vehicles Symposium & Exhibition (EVS 31) & International Electric Vehicle Technology Conference 2018 (EVTeC 2018) ( 一般財団法人 日本自動車研究所 )    1 - 6   2018年09月  [査読有り]

    研究論文(国際会議プロシーディングス)   共著

    In this paper, design and experimental studies on a hybrid excitation flux switching motor (HEFSM) are presented. The HEFSM, which has permanent magnets placed at middle of field coil slots on stator body and employs high filling factor windings to improve motor efficiency owing to copper loss reduction, is designed as a traction motor for hybrid electric vehicles. The maximum torque and power as the design target are set to be 207Nm and 60kW, respectively. From the viewpoints of the maximum torque/power capabilities and the motor efficiency, experimental test results using a prototype HEFSM are demonstrated and discussed.

  • Torque Ripple Minimization Control of SRM Based on Novel Motor Model Considering Mutual Coupling Effect

    Sungyong Shin, Naruse Hikaru, Takashi Kosaka, Nobuyuki Matsui

    Proc. of 2018 International Power Electronics Conference (IPEC-Niigata 2018 -ECCE Asia) ( 一般社団法人電気学会 )    3418 - 3425   2018年05月  [査読有り]

    研究論文(国際会議プロシーディングス)   共著

    In order to minimize torque ripple in switched reluctance motor (SRM), many kinds of methods have been proposed. One of them is current profile tracking control based on a motor model, torque-position-current model, which can be derived from magnetizing curves. However, the current profile tracking control has a problem which is an increase in torque ripple at the current overlapping region under high load condition. In this paper, through magnetic analyses using 2D-FEA and mathematical analyses regarding 4-phase 8/6 SRM, the reason of the increase in torque ripple is revealed and a novel torque- position-current model taking mutual coupling effect into account is proposed for better torque ripple minimization control.

  • Study on commutation control method for reducing noise and vibration in SRM

    Sungyong Shin, Naoki Kawagoe, Takashi Kosaka, Nobuyuki Matsui

    Proc. of 2017 20th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS) ( Institute of Electrical and Electronics Engineers )    1 - 6   2017年08月  [査読有り]

    研究論文(国際会議プロシーディングス)   共著

    In order to reduce noise and vibration in switched reluctance motors (SRM), many kinds of commutation methods have been proposed. One of them is well-known as 2-stage commutation method. However, it has a defect which is revealed particularly when SRM is operated at high speed and high load condition. In this study, through the magnetic-structural coupled analysis using FEM and the mathematical analysis of exciting force in 4-phase 8/6 SRM, the reason why vibration reduction based on the 2-stage commutation does not work is investigated. According to the investigations, a modified method to reduce vibration and noise independent from operating condition is proposed.

  • Windage loss reduction for hybrid excitation flux switching motors based on rotor structure design

    Yasuhiro Okada, Takashi Kosaka, Nobuyuki Matsui

    Proc of 2017 IEEE International Conference on Electric Machines and Drives Conference (IEMDC) ( IInstitute of Electrical and Electronics Engineers )    1 - 8   2017年05月  [査読有り]

    研究論文(国際会議プロシーディングス)   共著

    This paper presents design study on windage loss reduction for hybrid excitation flux switching motor employing two types of rotor structure. Conventional flux switching motors have a rotor structure with salient poles, by which windage loss at high speed region becomes serious. To reduce the windage loss, two types rotor are built: One is a cylindrical rotor employing iron rib between adjacent salient poles and shrouds placed at both ends in axial direction of rotor body and, the other is only employing the shrouds. Experimental tests using two machines combining with an existing stator and two rotors are conducted. As a result, the rotor with only the shrouds can greatly reduce the windage loss while keeping the maximum torque and power, and motor efficiency at high speed region as it is. From a viewpoint of windage loss reduction, different rotor configurations with and without the shroud are investigated by 3D-FEA based fluid analyses and discussed.

  • 自動車用高効率ハイブリッド界磁モータの運転特性

    小坂 卓, 尾関 慧, 松井 信行

    日本AEM学会誌 ( 日本AEM学会 )  24 ( 3 ) 246 - 251   2016年09月  [査読有り]

    研究論文(学術雑誌)   共著

    本論文では,比較対象機を2010年に米国で発売されたプリウス搭載のIPMSM[4]とする。その性能仕様である最大トルク207Nm-最大出力60kW-最高回転数13,500r/minを目標性能仕様とし,3D-FEAを用いて提案HEMの設計を行っている。目標仕様を達成する設計形状(初期設計形状)に対し,解析性能評価結果と試作製造制約を考慮した試作設計形状での変更点がモータ性能に与える影響を3D-FEAを用いて考察している。試作設計形状に基づいて製作した提案HEMの実験による性能評価試験結果を報告する。

  • Experimental Study on Windage Loss Reduction using Two Types of Rotor for Hybrid Excitation Flux Switching Motor

    Hiroki Nakane, Yasuhiro Okada, Takashi Kosaka and Nobuyuki Matsui

    Proc. of 2016 XXII International Conference on Electrical Machines (ICEM) ( Institute of Electrical and Electronic Engineers )    1707 - 1713   2016年09月  [査読有り]

    研究論文(国際会議プロシーディングス)   共著

    This paper presents experimental studies on windage loss reduction using two types rotor for hybrid excitation flux switching motor that is intentionally designed so as to compete with an interior permanent magnet synchronous motor installed on TOYOTA PRIUS-2010. This machine makes it possible to vary its field flux by combining the two different mmf sources such as field excitation coils and permanent magnets. Generally, as hybrid excitation flux switching motors have a rotor with salient pole structure like a switched reluctance motor, a large amount of windage loss at high speed region damages motor efficiency. In this paper, two types of rotor, one with cylindrical shape and the other with covered by only shroud located at both axial end of rotor core are built and tested. Compare with a conventional salient pole rotor, it is found that the rotor with only shroud can dramatically reduce windage loss while keeping other drive performances as it is.

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著書

  • 持続可能社会の構築に向けた移動体用電動力応用システムの技術動向

    小坂 卓,ほか (担当: 共著 , 担当範囲: 第1章、第7章 )

    一般社団法人電気学会  2018年12月

    本技術報告では,持続可能社会の構築に向けた移動体用電動力応用システムの技術動向を概説する。近年,鉄道・建機・船舶・航空機や自動車など各種移動体に導入された電動化技術について,それぞれの電動力応用システムの固有の特徴,それに対応したシステム構成,それらを実現するための要素技術と支援固有技術の観点から調査整理している。

  • 用途指向形次世代モータと支援要素技術

    榎本裕治、他 (担当: 分担執筆 , 担当範囲: 2.2.6 ハイブリッド界磁モータ(ステータに磁石) )

    電気学会  2017年08月

    用途指向形モータとは,1994年頃に「モータの構造や機構そのものを変えて,機械あるいは機構の要求性能を実現させるいわば“ハード”的なアプローチの考え方に基づいたモータ」と定義された。現在では,埋込磁石形同期モータ(IPMSM)に代表されるリラクタンストルク応用モータを主に,ルームエアコンなど白物家電の駆動用モータや電気自動車,ハイブリッド車への適用拡大が進んでおり,地球温暖化対策の有効な手段となっている。この間,電気学会では,モータの高効率化やレアアースへの対応などの技術課題に対応したモータの研究開発について調査活動を行ってきた。本調査専門委員会では,モータの定格性能に加えて,駆動範囲を拡大するための可変磁束や三次元的な空間の利用技術など,その調査範囲を拡大して調査を行った。また,これらの高性能モータを構成するために必要な周辺技術について調査を実施した。本技術報告では,今後のモータ開発の方向性を明らかにする次世代モータとその支援要素技術開発動向を調査した結果を報告している。

  • 自動車用モータの技術動向

    松井信行,赤津観 他 (担当: 分担執筆 , 担当範囲: 総論 )

    電気学会  2017年05月

    用途指向形モータとは,1994年頃に「モータの構造や機構そのものを変えて,機械あるいは機構の要求性能を実現させるいわば“ハード”的なアプローチの考え方に基づいたモータ」と定義された。現在では,埋込磁石形同期モータ(IPMSM)に代表されるリラクタンストルク応用モータを主に,ルームエアコンなど白物家電の駆動用モータや電気自動車,ハイブリッド車への適用拡大が進んでおり,地球温暖化対策の有効な手段となっている。この間,電気学会では,モータの高効率化やレアアースへの対応などの技術課題に対応したモータの研究開発について調査活動を行ってきた。本調査専門委員会では,モータの定格性能に加えて,駆動範囲を拡大するための可変磁束や三次元的な空間の利用技術など,その調査範囲を拡大して調査を行った。また,これらの高性能モータを構成するために必要な周辺技術について調査を実施した。本技術報告では,今後のモータ開発の方向性を明らかにする次世代モータとその支援要素技術開発動向を調査した結果を報告している。

  • リラクタンストルク応用モータ

    森本 雅之,小坂 卓他 (担当: 共著 , 担当範囲: 2章4節、7章 )

    電気学会  2016年01月 ISBN: 978-4-88686-299-0

    本書は、電気自動車や家電品をはじめとして広く利用されているリラクタンストルク応用モータの原理、構造、制御などの諸技術を体系的にとりまとめた解説書である。インダクタンスから出発してリラクタンストルクの原理を解説し、それをモータに実際に適用するための技術や制御の技術まで展開している。そのため、本書はリラクタンストルク応用モータを分かり易く体系的に理解するのに最適である。また、電磁気学や従来の電気機器の理論をベースとしているため正しい知識を体系的に学ぶことができる。長年これらのモータの研究開発に携わってきた専門家がわかりやすく書いており、学生から専門技術者まで、モータ技術に携わられる方には必読の一冊である。

  • 省レアアース・脱レアアースモータ

    松井信行, 小坂 卓, 他 (担当: 共著 , 担当範囲: 5.4 巻線界磁形フラックススイッチングモータ )

    日刊工業新聞社  2013年12月 ISBN: 978-4-526-07171-3

    レアアース磁石を用いた高効率モータの需要拡大により生じた資源問題の解決のため、レアアースの使用量をできるだけ少なくする「省レアアースモータ」、レアアースを使用しないで高効率を実現する「脱レアアースモータ」の開発が進められている。その開発成果と可能性を解説する。

  • PMモータの技術と適用拡大の最新動向-材料から応用製品まで-

    鳥羽章夫, 小坂 卓, 他 (担当: 共著 , 担当範囲: 4章1節、4章2節1項 )

    電気学会  2013年05月

    小型高効率という特徴を有するPMモータ(永久磁石同期電動機)につき,最新の技術と適用動向を調査し,報告する。主な内容は次の通りである。
     ① 統計調査結果を分析し,PMモータの認知と適用状況,課題を示す。
     ② PMモータを適用する代表的なユーザ3社にヒアリングを行い,PMモータの適用状況と所感,課題をまとめる。
     ③ 一般産業,輸送・民生機器,サーボの各分野における最新の適用事例を示す。
     ④ PMモータの適用拡大を支える要素技術,すなわち解析・設計技術,および磁石と電磁鋼板についてまとめる。

  • 脱・省レアアースモータ

    Noriko Hioki, Kenji Noguchi, Kazuto Sakai, Takashi Kosaka, Shigeo Morimoto, Masayuki Morimoto (担当: 共著 , 担当範囲: 第4章担当(全6章) )

    株式会社トリケップス  2011年10月 ISBN: 978-4-88657-745-8

    可変磁力能力など付加的な機能を有する3次元磁気回路モータについて解説している。はじめに,3次元磁気回路を持つモータの研究開発背景と動向を概観している。ハイブリッド車駆動用の高出力モータへの応用を前提に,可変界磁能力を利した省レアアース-高出力密度ハイブリッド界磁モータをその一例として,構造・原理,CAEによる期待性能評価,試作機による試験結果など詳しく説明している。

  • モータ技術実用ハンドブック

    - (担当: 共著 )

    日刊工業新聞社  2001年04月 ISBN: 4-526-04715-5

総説・解説記事

  • SRモータの低振動・低騒音化

    小坂 卓

    電気学会誌 ( 電気学会 )  137 ( 12 ) 825 - 828   2017年12月  [依頼有り]

    総説・解説(学術雑誌)   単著

    誘導電動機や永久磁石形同期モータなど従来交流モータに比べ,SRモータは多くの長所を有する。反面,短所もあり,特にその実用普及を妨げている主課題の1つに,大きな振動・騒音がある。トルク急変時など過渡時を除く定常運転状態(一定速度・一定トルク)で,モータ自身が生じる電磁力に起因した振動・騒音としては,一般に以下が知られている。
    1)モード振動・騒音
    2)トルク脈動による振動・騒音
    3)PWMキャリア高調波成分による振動・騒音(磁気歪を含む)
    これらに加え,SRモータではその独特な動作原理,それに対応した駆動法下での電磁力の急峻な変化に起因した,
    4)転流に伴うステータ振動・騒音
    が問題となる。本稿では,上述4)の発生原理,原理に着目した振動・騒音の低減法について述べる。

  • xEV電気駆動用モータの技術動向

    小坂 卓

    型技術 ( 日刊工業新聞社 )  33 ( 1 )   2017年12月  [依頼有り]

    総説・解説(商業誌)   単著

    持続的な自動車社会の構築へむけ,自動車産業では,大気汚染など環境負荷低減,地球温暖化防止対策としてのCO2排出低減,資源・エネルギー問題に対応した代替燃料への転換などが進められている。現状は,プラグインを含むハイブリッド車(HEV, PHEV)の拡大普及期に入っており,各国の規制強化と相俟って,近い将来,内燃機関動力を一切使用しない電気自動車(EV)や燃料電池車(FCEV)への転換が予想されている。環境対応車としていずれもE(Electric)が含まれており,図1に見るようにモータによる電気駆動が共通プラットフォームとして重要な役割を果たしている。
     本稿では,モータによる電気駆動の現状を紹介し,ニーズや技術動向について解説する。

  • 電気機械としてのモータ開発研究の紹介

    小坂 卓

    JRCM News ( 一般財団法人 金属系材料研究開発センター )  ( 360 ) 2 - 4   2016年10月  [依頼有り]

    速報,短報,研究ノート等(大学,研究機関紀要)   単著

    平成28年4月より名古屋工業大学では新学科・新専攻がスタートし,従前の電気電子工学科と機械工学科が融合して電気・機械工学科/専攻となって新たな教育研究を進めている.電気工学と機械工学はそれぞれの学問体系を有するが,一方で世の中で実用されているシステムの多くは,電気と機械は切っても切れない関係となっている.例えばハイブリッド自動車では,燃費向上や走行性能向上を目的に,エンジン,ギヤ,インバータ駆動モータが結合し,協調動作している.さらにモータだけを取ってみても,それは電気機械(Electric Machines)の一種であり,電気工学の範疇である電気的・磁気的な設計はもとより,作り易さ,高速回転時のロータ機械強度,振動や騒音など,その設計には機械工学に基づく知識が必要不可欠である. 
    こうした現状を踏まえて,名古屋工業大学電気・機械工学科/専攻では,電気と機械が融合したシステムを扱う技術者の育成という新たな教育研究の実践に取り組んでいる.
     電気・機械工学科/専攻に所属する本研究室では,電気機械としてのモータを中心に研究開発を進めており,その一例を以下紹介する.

  • 三大家電用「SRモータ」,「PMモータ」,「可変磁力モータ」の最新技術

    小坂 卓

    トランジスタ技術 ( CQ出版社 )  52 ( 12 ) 131 - 136   2015年12月  [依頼有り]

    総説・解説(商業誌)   単著

    環境問題や省エネ,省・脱レアアースといった逆風を追い風にして,家電や自動車で用いられるモータの技術は,日々進化を遂げています。本章では,掃除機,エアコン,洗濯機など家電用モータを例に,最先端モータの実用化技術を紹介します。

研究発表

  • Hybrid Excitation Flux Switching Motor with High Filling Factor Windings

    Takashi Kosaka

    The 31st International International Electric Vehicles Symposium & Exhibition (EVS 31) & International Electric Vehicle Technology Conference 2018 (EVTeC 2018)  (神戸コンベンションセンター)  2018年09月  -  2018年10月  一般財団法人 日本自動車研究所

  • 磁束波形制御によるSRモータの低騒音化

    小坂 卓  [招待有り]

    テクノフロンティア2018 第38回モータ技術シンポジウム  (幕張メッセ)  2018年04月  -  2018年04月  日本能率協会

  • 可変磁束ハイブリッド界磁モータの開発

    小坂 卓  [招待有り]

    JMAGユーザー会2017  (東京コンファレンスセンター品川)  2017年12月  -  2017年12月  株式会社JSOL

  • 可変磁束モータの損失解析

    小坂 卓  [招待有り]

    第7回 次世代の電磁界解析セミナー  (JPタワー名古屋 ホール&カンファレンス)  2017年07月  -  2017年07月  株式会社JSOL

  • 可変磁束モータの技術動向

    小坂 卓  [招待有り]

    テクノフロンティア2017 第37回磁気応用技術シンポジウム  (幕張メッセ)  2017年04月  -  2017年04月  日本能率協会

  • Design Study on Hybrid Excitation Flux Switching Motor with Permanent Magnet Placed at Middle of Field Coil Slot for HEV Drives

    Takashi Kosaka

    XXIIth International Conference on Electrical Machines (ICEM'2016)  (SwissTech Convention Center)  2016年09月  -  2016年09月  The International Conference of Electrical Machines Association (ICEM)

  • 高出力密度・高効率可変界磁モータ技術

    小坂 卓

    平成28年 電気学会 産業応用部門大会  (群馬大学 荒牧キャンパス)  2016年08月  -  2016年09月  電気学会

  • 可変磁力モータの研究開発

    小坂 卓  [招待有り]

    磁性粉末冶金研究センター設立記念シンポジウム  (日経カンファレンスルーム)  2016年07月  -  2016年07月  産業技術総合研究所/日本を元気にする産業技術会議 磁性紛末冶金研究センター

  • 走行用モータの小型高効率化を狙う可変界磁技術

    小坂 卓

    平成28年 電気学会 全国大会  (東北大学 川内北キャンパス )  2016年03月  -  2016年03月  電気学会

  • 自動車用高効率ハイブリッド界磁モータの運転特性

    小坂 卓

    第24回MAGDAコンファレンス in Tohoku   (東北大学)  2015年11月  -  2015年11月  日本AEM学会

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工業所有権

  • 回転電気機械

    特願 2016-166428  特開 2017-63597  特許 6139007

    浅野 能成,小坂 卓

    【技術課題】従来型の磁石内側配置型HEFSM(1)では,増磁制御時に界磁巻線起磁力が永久磁石に対して逆磁界として働く。そのため,高保磁力磁石が必要となり,Dy 添加量の点で難を有する。これに対し,磁石外側配置型HEFSM(2)では,前述の関係が逆転し,低保磁力磁石の使用が可能となるが,最大トルク・効率の低下が問題となる。このことは文献(3)で既に報告したように,磁石外側配置型HEFSM では永久磁石磁束がトルク発生に寄与しにくいことが一因であり,改善策として界磁巻線スロットバックヨーク部の磁気抵抗増加を提案している。以上から,Dy 添加量低減と高効率化の両立のためには,永久磁石への逆磁界を生じず,同バックヨーク部の磁気抵抗を高くできる構造とすればよいことが示唆される。
     【解決手段】界磁巻線を磁石の上下に分配
    した磁石中央配置型HEFSM を提案する。界磁巻線非通電時には同図(a)のように磁石磁束は固定子内で短絡して低ギャップ磁束密度に,界磁巻線増磁制御時は同図(b)のように磁束経路が形成され,磁石磁束に界磁巻線磁束が重畳し,高ギャップ磁束密度化を図れる。本構造により,磁石に対する上下の界磁巻線起磁力が打ち消しあうのに加え,界磁スロットバックヨークの磁気抵抗増加が可能となる。

  • スイッチトリラクタンスモータの制御装置

    特願 2012-185300  特開 2014-14552  特許 6069953

    島田大志, 小坂卓

    【課題】汎用インバータを使用し、比較的長い制御周期にて高精度な電流指令値追従制御を実現する。
    【解決手段】位置・回転速度検出手段201と、電流検出手段202と、トルク指令値及び回転速度から電流指令値,電流指令値到達角,逆電圧印加開始角を算出する指令値演算手段203と、回転子位置及び回転速度,電流検出値,電流指令値,電流指令値到達角及び逆電圧印加開始角に基づいて、等間隔の制御周期の間に電圧指令値を推定演算する電圧制御手段204と、電圧指令値と三角波キャリアとを比較して電力変換器の出力電圧が推定された電圧指令値に一致するようにPWM制御するスイッチ制御手段206と、を備え、電圧制御手段204は、制御周期をキャリアに同期させて管理し、モータの相ごとに、回転子位置に応じてモータ電流の電流立ち上げ区間、定電流区間、電流立ち下げ区間のそれぞれについて制御周期ごとに電圧指令値の推定演算を行う。

  • 回転機

    特願 2012-69859  特開 2013-201869  特許 5798072

    鎌田義信, 藤綱雅己, 梶浦裕章, 小坂卓, 松本貴郁, 松井信行

    【課題】作動時にトルク発生に寄与するロータティースの割合を増やして駆動出力を高める。
    【解決手段】スイッチングモータは、ステータコア5に3相の電機子巻線2を装着し、ロータコア1に8個のロータティース11を設けた所謂6S8Pタイプであり、3相の電機子巻線2、磁界発生用の界磁巻線3、磁界強化用の永久磁石4をステータコア5のみに設けている。電機子巻線2を「2個の界磁スロット7を飛ばした電機子スロット6内」に配置し、界磁巻線3を「2個の電機子スロット6に挟まれる2個の界磁スロット7内」に配置する。これにより、ロータティース11を磁気吸引するステータティース8の割合を増やすことができる。即ち、トルク発生に寄与するロータティース11の割合を従来技術の4個から6個に増やすことができ、出力トルクを高めることができる。

  • 回転電機

    特願 13/407472  特許 9083225

    外木一樹, 吉田稔彦, 蓑島紀元, 松井信行, 小坂卓, その他

  • 回転電機

    特願 201210047825.X  特許 ZL201210047825.X

    外木一樹, 吉田稔彦, 蓑島紀元, 松井信行, 小坂卓, その他

  • 回転電機

    特願 2012-3336  特開 2013-14386 

    吉川薫, 外木一樹, 松井信行, 小坂卓

    【課題】界磁磁路を確保しつつも、回転電機内部に発生する熱を逃がすこと。
    【解決手段】第1及び第2界磁コア42,52に貫通孔64を複数形成した。そして、各貫通孔64を、第1及び第2界磁コア42,52内の界磁磁路における周方向での断面積の最小値が、界磁磁路を形成する第1及び第2界磁コア42,52の内周面42g,52gの面積以上になるように形成した。

  • 電動機駆動装置およびそれを搭載する車両(中国)

    特願 201110083298.3  特許 ZL201110083298.3

    松井信行, 山田英治, 水谷良治, 小坂卓

  • 電動機駆動装置およびそれを搭載する車両(米国)

    特願 13/081040  特許 8896252

    山田 英治、水谷 良治、松井 信行、小坂 卓

    電機子巻線鎖交磁束量を調整可能な電動機を駆動するための電動機駆動装置において、電動機の力行時および回生時の両方で電動機の高出力化を可能とする。電動機駆動装置は、界磁巻線を有するロータとステータとを備えるモータジェネレータを駆動する。電動機駆動装置は、電源装置と、コンバータと、インバータと、ECUとを備える。コンバータは、リアクトルを有し、界磁巻線をリアクトルの少なくとも一部として共用して、電源装置からの電圧を電圧変換するとともに、電圧変換動作時に界磁電流を流すように構成される。インバータは、コンバータから供給される電力を変換してモータジェネレータを駆動する。ECUは、モータジェネレータの力行時および回生時の両方の場合において、界磁巻線に流れる電流が同じ方向となるようにコンバータを制御する。

  • 回転電動機

    特願 2011-045310  特開 2012-182941  特許 5572115

    西村博史, 西條正起, 外木一樹, 松井信行, 小坂卓

    先行技術(特開2008-43099)である磁石レスの巻線界磁形同期モータに対し,界磁極コアに用いられている部材(従来は一体成型された粉末成形磁性体)に対し,電磁鋼板を使用した界磁極構造を提案。これにより,限界面圧増を利したボルト締結による界磁コアの容易な固定(製造性向上)を図るとともに,飽和磁束密度向上によるモータ軸長10%低減が可能となる。

  • 可変界磁型回転電機

    特願 2011-014748   特開 2012-157182   特許 5738609

    山田 英治,水谷 良治,小坂 卓,松井 信行

    可変界磁型回転電機において、圧粉磁心体の使用を少なくし、鉄損を抑制しながらコスト低減を図ることである。
    【解決手段】可変界磁型の回転電機10は、ロータ軸12と、ロータコア22と永久磁石24とを含むロータ20と、ステータコア32とこれに巻回される巻線を含むステータ30を備える三相同期型回転電機を基本構成とする。この基本構成に、ステータコア32よりも軸方向の両端側に配置され、界磁用のコイルが巻回される界磁コア40と、ステータコア32と界磁コア40とを接続して固定する固定部材50が付加される。ステータコア32は電磁鋼板で構成され、固定部材50は鉄損の少ない圧粉磁心体で構成され、界磁コア40は安価な塊状鉄心で構成される。

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学術関係受賞

  • Best Paper Award (The First Prize) in the 20th International Conference on Electric Machines and Systems (ICEMS2017)

    2017年08月14日   The 20th International Conference on Electric Machines and Systems (ICEMS2017)   Study on Commutation Control Method for Reducing Noise and Vibration in SRM  

    受賞者:  Sungyong Shin, Naoki Kawagoe, Takashi Kosaka and Nobuyuki Matsui

    In order to reduce noise and vibration in switched reluctance motors (SRM), many kinds of commutation methods have been proposed. One of them is well-known as 2-stage commutation method. However, it has a defect which is revealed particularly when SRM is operated at high speed and high load condition. In this study, through the magnetic-structural coupled analysis using FEM and the mathematical analysis of exciting force in 4-phase 8/6 SRM, the reason why vibration reduction based on the 2-stage commutation does not work is investigated. According to the investigations, a modified method to reduce vibration and noise independent from operating condition is proposed.

  • 中部経済産業局感謝状

    2012年12月17日   中部経済産業局  

    受賞者:  小坂 卓

  • 第30回永井奨励賞

    2013年03月11日   公益財団法人永井科学技術財団  

    受賞者:  小坂 卓

  • First Paper Prize Award of the 2010 International Power Electric Conference

    2010年06月23日   電気学会産業応用部門  

    受賞者:  Takashi Kosaka, Takaaki Hirose, Nobuyuki Matsui

  • 電気学会学術振興賞進歩賞

    2009年05月   電気学会  

    受賞者:  松井信行, 小坂卓, 青木康明

  • Committee Prize Paper Award (Third Prize), The Electric Machine Committee of the IEEE Industry Applications Society

    2007年12月   IEEE  

    受賞者:  Yoshiaki Kano, Takashi Kosaka, Nobuyuki Matsui

  • 技術部門貢献賞

    2016年08月26日   公益社団法人 自動車技術会  

    受賞者:  小坂 卓

    技術会議モータ技術部門委員会への多大なる貢献

  • Outstanding Paper Award, Internationa Conference on Electric Machine and Systems

    2007年04月   -  

    受賞者:  -

  • 平成19年度電気学会全国大会優秀論文発表賞

    2007年04月   -  

    受賞者:  -

  • 平成16年財団法人永井科学技術財団永井賞共同研究奨励金

    2005年04月   -  

    受賞者:  -

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学会・委員会等活動

  • 2010年04月
    -
    現在

    電気学会   電気学会東海支部活動推進員

  • 2010年04月
    -
    現在

    電気学会   自動車技術委員会1号委員

  • 2001年04月
    -
    現在

    パワーエレクトロニクス学会   評議員