学生、教員の活動

苦節3年!電気自動車用モータのベクトル制御を研究する装置が稼働

| 投稿者: tut_staff

こんにちは、電気電子工学科の高木です。

2017年度から4名の卒研生の卒業課題を通して立上げてきたモータ制御の実験装置PE-Expert4が稼働し始めました。電気自動車の制御方式として使われているベクトル制御の実証実験を本格的に始めました。

電気で回転するモータにはいくつかの種類がありますが、現在、最も注目されているのが永久磁石同期モータ(PMSM)です。制御性に優れ、高効率であることから電気自動車やエアコン用モータとして使われています。PMSPの駆動回路では、現在の回転状態をモニタし、次の動作をインバータに指令する最新のベクトル制御が使われています。こうした制御に必要なハードウェアとソフトウェアの研究開発するのがPE-Expert4です。

高木研究室では、2017年から卒研生がこの装置の立上げと研究を始めました。最初にトライした安藤君は、装置を段ボールから出して机に並べて配線を試みましたが、ソフトの研究に興味が移り、制御シミュレーションを卒研テーマとしました。2018年の岩田君は、半年間かけて配線を終え、制御信号が出力されるところまで進めました。後半には、評価用ソフトを使って回転状態のモニタ信号が得られるようになりました。装置ハードの特性評価を研究テーマとしました。2019年の石田君は、評価用ソフトをもとに、モータを回転させるベクトル制御ソフトの研究開発にトライしました。そして、卒研終了間際に、ベクトル制御でPMSMを回転させることに成功しました。

こうして稼働し始めたPE-Exper4でしたが、保護回路が過剰に働き、すぐに停止するという問題点がありました。2020年の平野君は、定格容量が5kWのインバータを9kWのインバータに変更することで安定動作に成功し、ベクトル制御に重要なパラメータをリアルデータとして取り出し記録できるようにしました。シミュレーションに留まっていた制御アルゴリズムの研究が、実験装置でも検証できるようになりました。今後は、ソフト・ハードの両面間からのアプローチし、多くの学会発表や論文掲載を目指します。

装置立上げを通して、ハードとソフト面からベクトル制御の基礎研究を進めてくれた卒研生の皆さんに心から感謝します。

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産学連携に基づいた研究成果を用いた学習フィードバック

| 投稿者: tut_staff

こんにちは、電気電子工学科の天野です。

私の担当するプログラミングの演習授業ではpaiza社との産学連携を行っています。この連携に関連し、早期に学習成果を推定する研究も行ってきました。このような教育支援分野でのデータ分析とインフラの点検・監視に関するIoTのデータ分析には、手法の上では通じるものがあるので、私の中では一定の関係性を持って両方の研究を進めています。

今回、予めデータ分析について同意を得た学生について、学期末に向けてその成果に基づいた学習状況の分析を行い、その結果を通知しました。

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分析結果は上のグラフで青い点で表されていて、この値が高いほど学習の改善を推奨するという意味になります。今回は、昨年度までのデータに基づいて行った研究結果とこれまでの教育経験とから赤い線に示すようなしきい値を設定しました。

昨年度までは教室でスタッフが様子を見ながら感覚的に捉えられるところもありました。今回は新型コロナウイルスの影響でオンラインでの実施となりましたので、どうしても個々の学生の様子を把握できない部分があります。これについては課題に対するフィードバックなどでの取り組みは別にありますが、今回の分析でそれを少しでも補えていれば幸いです。

低温プラズマ科学研究センターの共同研究テーマに今年度も採択されました

| 投稿者: tut_staff

 こんにちは、電気電子工学科の高木です。

 昨年度、名古屋大学低温プラズマセンターが主催するプラズマの共同研究に採択されたのに続き、2020年度も共同研究テーマとして採択されました。

 

 高木研究室では、エネルギー応用の1テーマとしてプラズマ応用に取り組んでいます。プラズマは、気体に高い電圧を加えることで、分子が原子やイオンに分解された状態です。自然界で見られる雷やオーロラもプラズマです。分解された原子やイオンは、そのままでは不安定で、元の分子に戻る、あるいは他の原子と反応しようとします。こうした(化学)反応を利用して、半導体を製造するプロセスに利用されています。

 

 名古屋大学の低温プラズマ科学研究センターから共同研究の募集があり、高木研究室からは、プラズマシミュレーションで応募し、採択されました。昨年度は、Arというガスを使って生成されるプラズマに対し、シミュレーションと実験結果の比較を行いました。この結果をまとめ、2020年9月に名古屋で開催予定の国際学会ISPlasma (International Symposium on Advanced Plasma Science) への投稿を行いました。残念ながら、学会はコロナ禍のため、中止となりましたが、現在、この結果を論文にまとめ投稿しています。

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今年度は、2019年度の研究をさらに発展させ、半導体プロセスに使われるSF6ガスのプラズマを対象に、実測結果と比較しながら、シミュレーションルの高精度化を目指します。

共同研究で得られた成果が半導体プロセスの発展に寄与できることを期待しています。

オンデマンド型研究実験の実施

| 投稿者: tut_staff

こんにちは、電気電子工学科の天野です。

キャンパスへの立ち入りが制限されている中、大学院生の実験にも影響があります。部分的には部品を郵送して自宅で製作・検証していますが、研究室でないとできない継続的な計測実験もあります。

ある大学院生が自宅で開発・検証を進めてきた結果、研究室に設置してある装置のプログラムの更新が必要となりました。学生は来校できないので、ソースコードを送ってもらって、申請を出して入校した私が代わりに装置への書き込みを行いました。

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オンデマンドという言葉を辞書で調べると、「要求に応じて」といった意味が出てきます。大学院生からの要求に応じて実施したので、これはまさにオンデマンド型の実験実施だと言えるのではないでしょうか。誰もいない研究室で1つ1つプログラムを書き込んでいくのはいささか寂しいものがありましたが...。

ちなみにこの装置は無線LANに接続しているので、プログラムさえ書き換えればよくて、データはサーバーに送られ、学生が自宅から解析が可能です。

書籍「エンジニアの悩みを解決する パワーエレクトロニクス」のご紹介

| 投稿者: tut_staff

 こんにちは、エネルギー応用研究室の高木です。

 東京工科大学での講義「パワーエレクトロニクス(以下、パワエレ)」で使っているテキスト「これでなっとく パワーエレクトロニクス」に続き、「エンジニアの悩みを解決する パワーエレクトロニクス」の原稿執筆及び構成が終わりました。前著のテキストより専門性が高く、パワーデバイス、ハイブリッドカーの電動ユニット特性測定と分解調査の結果などを分かりやすく説明しています。このテキストは7月15日に出版の予定です。

パワエレは、電気エネルギー(パワー)をパワーデバイスと電子回路(エレクトロニクス)で制御する技術体系です。前回の「これでなっとく パワーエレクトロニクス」では、パワエレ回路とモータ駆動、計測技術の入門編を取り上げました。この本は、分かり易いということで、続編を希望する意見をいただきました。

そこで、パワエレ技術を構成するもう一つの大きな技術体系であるパワーデバイスと、最も注目されている応用分野の電気自動車について取り上げました。さらに、計測技術の応用編を加えた「エンジニアの悩みを解決する パワーエレクトロニクス」を2018年7月から書き始め、2020年4月23日に執筆と校正を終えました。

執筆は、パワーデバイスを高木が、計測を岩崎通信(株)の長浜先生が担当しました。電気自動車関連につきましてはパワエレアカデミーの服部先生に取りまとめていただき、名古屋大学の今岡先生、長岡モーターディベロップメント(株)の佐藤先生、KOA(株)の平沢先生、ルビコン(株)の向山先生に執筆協力いただきました。

出版後は卒業研究を進めるためのテキスト、大学院講義の文献として活用します。

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4年生の鈴木君がサステナブル・ブランド国際会議で大学での体験を報告しました

| 投稿者: tut_staff

こんにちは、電気電子工学科の高木です。

2020年2月19、20日に、サステナブル・ブランド国際会議2020横浜(SB 2020 Yokohama)が、横浜市のパシフィコ横浜会議センターで開催されました。企業者や教育機関が、SDGs「持続可能な世界」に向けた取り組みを紹介しました。東京工科大学からは、電気電子工学科4年生の鈴木正吉君が「サステイナブル工学を学んで」というタイトルで、東京工科大でのサステイナブル工学の学びや体験、将来の目標について発表しました。会場の居室では立ち見が出るほどの盛況で、鈴木君の発表にも多くの質問が寄せられました。

 

サステイナブル(持続可能)な社会を実現するため、2015年9月に国連サミットで17のゴールと169のターゲットからなる国際目標が採択されました。これが、SDGs(Sustainable Development Goals)で、地球環境の保全と利用のバランスと、自然の共存が実現できた「持続可能な世界」を目指しています。東京工科大学では、工学におけるサステイナブルを学ぶための科目として、4年間の講義、演習からなるサステイナブル工学を特徴あるカリキュラムとして学びます。

 

サステナブル・ブランド国際会議は、こうしたSDGsの取り組みを企業や教育機関が発表・ディスカッションする会議です。昨年度までは企業中心でしたが、今年度から教育機関からの参加も増えました。鈴木君が発表したのは、20日の「未来の“地域”を作り、“GOOD LIFE”をつくる私たちの学び」のセッションでした。小学生から大学院生までが、SDGsに関連する自分自身の体験を、発表するプログラムです。

 

鈴木君は、自己紹介、東京工科大学でのサステイナブル工学、サステイナブル工学を学んで気づいた3つのこと、将来の目標の順に報告しました。就職が決まっているヤマハ発動機で、低速運転車、無人走行車両の研究開発取り組みいというのが将来の目標です。低速運転車は、高齢化が進んだ地域の移動手段として「持続可能なまちづくり」に、無人走行車両は、農業の省力化や自動化を通して「持続可能な農業」に貢献したいとまとめました。パネリストの横浜市立日枝小学校 住田校長や会場の参加者から、サステイナブル工学や将来の目標に対して高い評価を受けていました。

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コーオプ実習の副産物?

| 投稿者: tut_staff

こんにちは、電気電子工学科の天野です。

先日、コーオプ実習にご協力いただいている企業A社様から、コーオプセンターに製品開発に関するご相談をいただきました。

あいにくと天野研で受けることはできませんでしたが、他のコーオプ実習にご協力いただいているB社様をコーオプセンターからご紹介させていただきました。

先週、A社様とB社様の顔合わせを天野研究室で行い、微力ながら私の方で理解したところも説明させていただきました。その後、B社様での検討が行われ、先ほどどうやらうまくまとまりそうだ、との連絡をA社様からいただきました。

これはいわばコーオプ実習の副産物と言えると思います。企業の情報を実習を通じて大学が企業を理解していることと、(今回はささやかなものですが)大学教員の知識をいわば触媒として、2社が結びついたと言えます。

今後も様々な形でコーオプ実習が結実するように進めていきたいと考えています。

 

高木・美井野研究室で5件の国際学会発表

| 投稿者: tut_staff

こんにちは、電気電子工学科の高木です。

1月22日のブログで、修士1年生の高橋君のダイジェスト予稿が国際学会IPEMCに採択されたことを紹介しました。一緒に研究活動を進めている美井野先生の発表も含め、高木・美井野研究室で5月までに4件の国際学会での発表を予定していますので、簡単に紹介します。

  • 2月27~29日 PHOTOPTICS 2020
    開催地は地中海のマルタ共和国です。半導体レーザの高出力化に関するシミュレーションと実験の比較について報告します。(高木)
  • 2月28~3月2日 NCSP 2020
    開催地はハワイのホノルルです。 AI・機械学習の基本単位である「ニューロンモデル」の研究について発表します。(美井野先生)
  • 3月8日~11日 ISPlasma 2020
    開催地は、日本の名古屋大学です。プラズマシミュレーションに関する発表で、名古屋大学 低温プラズマセンターの共同研究として進めている研究の報告です。(高木)
  • 5月31日~6月3日 IPEMC
    開催地は、中国のNanjing(南京)です。修士1年の高橋君が、電気自動車のスリップ抑制についてシミュレーションと実験結果を発表します。もう1件は高木の発表で、東芝マテリアル(株)と共同研究している新型のWO3蓄電池について発表です。開催地が中国なので参加できるかが懸念されますが、コロナウイルスで一刻も早く収束してくれることを期待しています。(修士1年 高橋君、高木)

学会は国内学会に比べ採択基準が厳しく、英語での発表となりますが、グローバル化が進む中、今後も積極的に参加していきます。

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修士1年 高橋君の予稿が厳しい査読を通過し国際学会に受理されました!

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こんにちは、電気電子工学科の高木です。

11月のブログで、大学院1年生の高橋君が、国際学会IPEMC2020を目指し、ダイジェスト原稿を投稿したことを紹介しました。
1月21日に査読結果が公開され、受理の連絡を受け取りました。
初めて英文6ページで書いた原稿が、採択率50~65%の国際学会に受理され、喜びもひとしおです。

学会の正式名称は、IEEE 9th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC2020-ECCE Asia)で、Nanjingで開催されます。
高橋君の研究テーマは電気自動車(EV)のスリップ制御です。
スリップを抑制する新しい制御間数を提案し、学部4年の3月の電気学会の全国大会で発表しました。
さらに、この制御関数の効果をEVカートで検証し、修士1年の8月の電気学会産業部門大会で発表しました。

IPEMCに向け、シミュレーションと実験結果の結果をまとめるともに両者を比較し、新しい制御関数の効果を確認しました。
英文6ページのダイジェストを作成するのは大変でしたが、これらの結果を英文でまとめ、学会に投稿しました。
全体では約1200件の投稿があり、採択されるのは約600件と、およそ半分しか採択されない厳しい状況でした。

今後は、3月15日までに英文10ページのプロシーディング用の予稿を作成し、学会は5月31日~6月3日に開催されます。
追加のシミュレーションと実験、英語での学会発表準備としばらくは忙しい時間が続きそうです。

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大気圧プラズマで早くなるカイワレ大根の発芽

| 投稿者: tut_staff

こんにちは、電気電子工学科の高木です。

高木研究室では、エネルギー応用の1つとして、大気圧プラズマをつかった植物・生物の育成促進の実験を行っています。プラズマとは、気体に高い電圧(あるいは高い温度)を加えると電子が加速されて気体や分子に衝突し、電子とプラスイオンが集団で存在する状態です。身近なものでは炎や蛍光灯の内部、雷やオーロラ、さらには太陽もプラズマ状態です。

空気に高い電圧をかけると大気中でプラズマを発生させることができます。小型の雷を発生させると考えれば分かり易いでしょう。空気は窒素と酸素が大部分ですので、窒素分子が分解した窒素原子や、窒素原子から電子が抜けた窒素イオンなど様々な粒子(活性粒子)が作られます。

こうした活性粒子の中を、植物の生育促進に用いる試みが始まっています。高木研究室では、カイワレ大根の種子にプラズマを照射して、種の発芽を促進する実験をしています。4年生が発芽状況を上手く観察できるように工夫し、実験を何度も繰り返してくれました。その結果、プラズマを照射した種子の発芽率は、何もしない種子の1.5倍以上になることが分かりました。今後は他の植物でも評価を行います。

電気電子工学というと、エネルギーや半導体のイメージが強いですが、このような生物や植物の育成を助けたり、我々の血圧や体内を透視する測定に使われています。

電気電子は、生体への測定・応用にも広く適用できる工学だと改めて認識しました。

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