ハルバッハ配列界磁型ドローン用モータの高効率駆動の検討

摘要

近年，ドローンは趣味のものから救助活動支援や観測業務用のものに至るまで活用の場が広がっている。ドローン用モータの通電方式には120度通電方式(矩形波駆動)と180度通電方式(正弦波駆動)があるが，主に120度通電方式が採用されている。この方式は各素子を120度ずつ通電するためシステム構成が簡単だが，電圧が矩形波状となる。相が切り替わるタイミングで急激に電流が変化するため，トルクリップルが生じる。また，電流が脈動するため，銅損が悪化する。そのため，180度通電方式やべクトル制御と比べると効率が悪い。一般にドローンの航続距離を向上させるためにはバッテリーの性能を上げることや機体の重量を減らすことが有効である。航続距離を伸ばすにはべクトル制御を適用することも考えられるが，位置センサが必要となり重量増加に繋がってしまう。位置センサレスべクトル制御を適用すると位置センサは不要になるが，従来のモータは高調波を含むため位置推定精度が悪化する。磁束密度分布に高調波成分を含まないハルバッハモータは，従来のモータに比べ位置推定精度が良いと考えられる。そのため，ドローン用ハルバッハモータを位置センサレスべクトル制御で駆動すると従来のモータに比べ高速回転時に位置推定精度の悪化が抑制できる。今回，1充電あたりの航続距離を延ばすため，新開発の24極18スロットドローン用ハルバッハモータに位置センサレスべクトル制御を適用した。本稿では，位置センサレスベクトル制御で駆動したときの効率マップをMATLAB®/Simulinkで作成し，有用性を検証する。