ISSN0913-0020

The Japan Research and Development Center for Metals

一般財団法人

金属系材料研究開発センター

2017.9No.371

TODAY「産学連携活動におけるベンチャー起業の役割」
国立大学法人大阪大学
産学共創本部 副本部長・出資事業推進部門長（兼）大学院工学研究科附属オープンイノベーション教育研究センター

北岡教授

康夫

１．はじめに「日本経済再生に向けた緊急経済対策」（平成 25 年 1 月
昨年 11 月に、文部科学省と経済産業省が中心となり、「産11 日閣議決定）において、実用化に向けた官民共同の研学官連携による共同研究強化のためのガイドライン」が作究開発を推進するため、4 大学（東京大学、京都大学、大成され、資金と知と人の好循環を実現するための指針が示阪大学、東北大学）に合計 1000 億円が出資された。平成された。大阪大学における産学連携活動の取組と、ベン
26 年 12 月 22 日、大阪大学が 100％出資する大阪大学
チャー起業支援とその役割についてお話しする。
ベンチャーキャピタル㈱：OUVC を設立し、翌年 7 月 31
２．大阪大学における産学共創日に第 1 号ファンドを立ち上げた。平成 28 年度末時点
大阪大学では、「インダストリー・オン・キャンパス」をで、10 社に対して 12 億円の投資が完了している。また、コンセプトに、平成 18 年に共同研究講座制度を導入し、キャ
産学共創本部 / 出資事業推進部門では、特別運営費交付金
ンパス内で人材育成と挑戦的な研究を推進しながら、大学 （34 億円）を活用して、プログラムで設定された KPI（Keyにある卓越した研究シーズを社会還元に直結させることをPerformance Indicator）を指針として、学内の体制整備も目指している。平成 23 年には共同研究講座の発展系とし推進している。① VB を創出するためのプレインキュベーて協働研究所制度を新たに導入し、企業の方々と複数部局ション活動、② VB で活躍する人材の創出に向けたイノの教員・研究者が議論を重ね、新事業創出に繋がる研究テーベーション人材育成、③イノベーションを生み出す環境構
マのスタートアップを協働で推進している（平成 29 年 6築に向けた学内整備、④地域の VB 支援活動との連携など
月 1 日現在、共同研究講座・部門：51、協働研究所：12）。 を通じて、大阪大学版イノベーションエコシステムの構築
平成 27 年からは、①基礎研究段階からの包括的産学連を目指している。各部局との共創活動を強化し、学内グラ携、②イノベーション人材育成、③若手研究者の雇用育成、 ントを活用して VB 創出に向けたシーズ発掘、および若手④男女協働の推進など、産学連携の第 3 ステージに向け「産人材のベンチャー起業活動の支援などを積極的に推進し学連携から産学共創 (Co-creation) へ」というコンセプトている。大学の教員や研究者は研究のプロであっても経営で産学連携活動をさらに強化している。のプロではない。OUVC に加え、民間 VC13 社（平成 29
平成 29 年 4 月には、産学連携本部を改組し、産学共創
年 6 月末時点）と連携し、VB 起業および育成（ハンズオン）本部を立ち上げた。イノベーション共創部門、テクノロの支援を行っている。
ジー・トランスファー部門、共創人材育成部門、出資事業
グローバル競争が激化する中、大企業はステークホル推進部門の 4 部門からなり、部門間の連携や学内部局とダーからの要求が厳しくなり、短期的視野での事業活動にの連携を強化し、イノベーションに繋がるテーマを持続的注力せざるを得ない状況にある。一方、大学は今まで以上に生み出すプラットフォーム構築を目指す。今後は、社会に研究シーズを活用したイノベーション実装が求められニーズを積極的に議論することで社会課題を探求し、基礎ている。大学における VB 起業の意義は、資金の循環だけ研究段階から「組織対組織」の産学連携活動を進め、学問でなく、知や人の循環に大きな影響を与える。大学内にの深化および研究シーズの社会的価値創造・社会還元に繋多数の VB を創出することで、多種多様な人材が集まるプげていく。
ラットフォームが形成され、社会ニーズを見据えた基礎研
３．官民イノベーションプログラム
究、多分野を見据えた研究、イノベーション人材の育成な
平成 13 年、小泉政権において大学発ベンチャーを平成どにもつながり効果的である。
14 年度から 5 年間で 1000 社にする「大学発ベンチャー４．まとめ
大阪大学の教員・研究者・学生にとって、VB 起業は未1000 社構想」が発信された。バブル経済崩壊後の長期の知の世界であり、学外の多様な人材によるサポートが必要景気低迷を脱するため、新産業を創出するため大学発ベン不可欠である。「一期一会」を大切にして、起業家活動にチャー（VB）に期待が寄せられた。当時は、VB に寄り添
若手を中心に多くの人材が学内外から集まるようなイノい経営支援などを行う専門家が大学内にほとんど存在していなかったことで、大きな成功を収めることが難しかった。 ベーションエコシステムの構築を目指す。

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JRCM REPORT－研究室紹介－

高性能モータドライブシステムの研究開発
大阪府立大学大学院工学研究科

１．大学キャンパス概要と研究グループ構成
大阪府のほぼ中央，堺市中区にある中百舌鳥キャンパスに工学研究科は設置されている。周りには，仁徳天皇陵をはじめとした百舌鳥古墳群があり，古くからの歴史が感じられる地域である。また，大阪の繁華街である難波，心斎橋，梅田まで鉄道で 30分程の距離であるが，自然豊かなキャンパスのため研究環境は恵まれている。
工学研究科では大講座制を採っているが，研究室は各教員ごとの個人研究室ではなく，研究分野の近い複数の教員による研究グループ制になっている。
筆者の所属する電気・情報系専攻 電気情報システム
工学分野内で電気機器・パワーエレクトロニクス関連の教育・研究を担当しているのがモータドライブシステム研究グループである。本研究グループは，教員 3 名（森本茂雄 教授，井上征則 准教授，真田雅之 准教授），事務補助員 1 名，大学院学生 22 名（うち社会人博士後期課程 1 名）と学部 4 年生 8 名の合計 34 名で構成されている（2017 年度）。

准教授

真田 雅之に必要で，センサレス駆動システムの高性能化について研究している。
これらモータの設計と制御に関する研究成果をもとにして，近年再生可能でクリーンなエネルギー源として注目されている風力発電システムや波力発電の研究も進めている。
以上のようにモータドライブシステムに関係することほぼ全てが研究範囲（図 1）となるが，本稿では一部の研究例について紹介する。

図 1 モータドライブシステムと研究テーマ

２．主な研究テーマ
一般産業のみならず OA，FA 機器，家庭電化製品 〈2･1〉IPMSM の高性能化
IPMSM の高性能化をめざして，磁石の形状や配には数多くのモータが使われている。従来から，これらモータは省力化，高精度制御，小形軽量化実現 置などのロータ構造や分布巻・集中巻などステータのために研究開発が進められてきた。近年，エネル 構造について，使用目的に応じたモータの最適設計
ギーや CO2 排出による地球温暖化などの問題が顕著 を有限要素法（FEM）による磁界解析と試作機にになり，日本における電力消費量の 50%以上を占め よる実験の両面から検討している。一例として遺ているモータの高効率化が最重要課題となっている。 伝的アルゴリズム（GA）と粗メッシュ FEM を組み本研究グループでは合わせた手法による高効率運転領域拡大のための(1) 各種の高効率な高性能モータの開発
IPMSM のロータ構造設計法の開発 (3) について示す。
(2) パワーエレクトロニクス技術を駆使した高性能FEM を用いてモータの解析を行う場合，通常は図な駆動回路の開発
2 のように数万 ~ 数十万要素の要素分割図を作成し(3) これらの性能を最大限に引き出すための制御シ て磁気ベクトルポテンシャルの計算を行うため，処ステムの開発
理時間が非常に長くなることが問題である。モータ(4) 自然エネルギーを利用した発電システムの開発を主たる研究課題として総合的なモータドライブシ
ステムの研究開発を行っている (1)。
高性能モータに関しては，近年著しい発展を遂げている埋込磁石同期電動機（IPMSM）を主として様々なタイプのモータについて，さらなる効率の向上，運転範囲の拡大や振動・騒音の低減のための最適構造や駆動・制御法について研究している (2)。
また，各種同期モータの高性能制御にはロータ位(a) 約 29000 要素(b) 約 8000 要素置の検出が不可欠である。センサレスシステムは構
図 2 メッシュ分割図の例
成の簡素化，信頼性の向上，低コスト化実現のため
JRCM NEWS No.371

2を解析する際に要素数を約 8000 以上に設定すれば効率を算出する際にも精度をほぼ劣化させずにモータ特性を解析でき，処理時間を大幅に短縮できるため，粗メッシュ FEM を GA における探索時間の短縮に利用している。GA を用いてモータ構造を設計する際には，磁石の埋込深さやフラックスバリアの厚さなどの様々な構造パラメータを GA により決定することでモータ構造を決定する。本検討では磁石やフラックスバリアの形状を決定する 7 つの設計変数を選定してロータ構造を探索している。
GA による探索条件を，最大トルク 2.4 Nm 以上で高効率運転領域のできるだけ広いロータ構造として得られたロータ構造（GA モデル）を図 3 に示す。
GA モデルは磁石体積が比較的少なく，フラックスバリアと磁石の厚さが同一な V 字形構造となった。
図 4 に GA モデルと 1 層横埋込形の一般的なモデル（基準モデル；図 2 の構造）の効率マップを示す。
GA モデルは基準モデルよりも高効率領域が約 30%広くなっており，本検討手法により高効率なモータ構造の自動設計が可能であることが分かった。

騒音を低減するモータ構造や制御方法についても研究を行っている。一例として直接トルク制御（DTC）における最大トルク／電流（MTPA）制御を電機子鎖交磁束に同期した（M-T）座標系に基づく簡潔な数式モデルにより実現する手法 (4) について示す。
DTC を用いた IPMSM の制御では必要とするモータパラメータが少なく，制御にロータ位置情報を必要としないためセンサレス化が容易という特徴がある。IPMSM の高性能制御を行う場合，MTPA 制御の実装が必須となるが，DTC を用いる場合，これまでは MTPA 制御のために参照テーブル（LUT）を用いてトルクと磁束の関係を与えていた。しかし，
LUT は事前測定や運転中に保持すべきデータ量が多くなる問題がある。そこで，永久磁石による電機子鎖交磁束に加えて，3 つの定数のみで MTPA 制御を実現できる手法について提案し，実機実験により制御特性を確認している。
IPMSM の制御によく用いられる d-q 座標は永久磁石による電機子鎖交磁束を基準としているが，M-T
座標は電機子反作用も含めた電機子鎖交磁束（Ψ s ）ベクトルを基準としている。M-T 座標を用いると磁気飽和を考慮した MTPA 制御のためのΨ s の数式モデルを (1) 式で表すことができる。

…(1)

図3

GA モデル ( 単位 :[mm])図4

効率マップ ( 単位 :[% ])必要なパラメータは LT，L k，b T の 3 個のみになっていることが分かる。
図 5 に 2 種類の試験モータによる Ψ s の実測結果と (1) 式との比較を示す。図 5 の横軸は，T 軸電流を各モータの定格電流 I rated で正規化している。(1)
式と測定値との磁束の平均二乗誤差は，Type-A で5.185 mWb，Type-B で 3.23 mWb となり，良好な結果が得られた。数式モデルが実験結果におけるMTPA 曲線によく一致することが示されている。
提案手法を DTC システムに適用して実機実験を行った。なお，速度制御器と指令値計算器の制御周期は 5ms であり，DTC の制御周期は 100μs である。

〈2･2〉モータ駆動システムの高性能制御
モータの性能を最大限に引き出す広範囲可変速・高効率運転のための制御法や，ドライブシステムの簡素化や高信頼化をめざして位置センサの簡易化，位置や電流のセンサレス制御について研究している。また，リラクタンストルクを利用する IPMSM
は，振動や騒音が大きくなる傾向があるため，振動・

図5

MTPA 曲線の実験結果
JRCM NEWS No.371

3図 6 に，負荷トルクをランプ状に変化させたときの実験結果を示す。図 6(a) より，負荷トルクに合わせてトルク制御できていることが分かる。また図 6(b)より，制御軌跡が MTPA 曲線に沿っている。このことから，提案手法によって MTPA 制御できていることが確認でき，従来手法と比べてデータ数の大幅な削減と良好な制御特性が得られることが分かった。

あるダイレクトリンク式波力発電システム（図 7；DWGS）は振動水柱形と比較してエネルギー変換効率が高く，発電システムの小型・高出力化が期待できる。この DWGS における発電機のトルク制御パターンにモータ動作期間を加えることにより変換効率を大幅に高められることを明らかにしている。

図7(a) トルク応答

図6ダイレクトリンク式波力発電システム

３．今後の展望
電気エネルギーを機械エネルギーに変換する各種のモータは私たちの身の回りで非常に多く使用されており，これらモータ本体の小形軽量化，高効率化，低騒音化に関しては今後さらに押し進める必要がある。特に環境の保全に考慮しながら限りあるエネルギーを有効に使うため，効率の高いモータやその制御法の開発が不可欠である。
今後も本研究グループが社会へ貢献できるよう，学生と教員が一丸となってモータ駆動システムに関する研究に取り組んでいきたい。

(b) 制御軌跡
提案手法を用いた実験結果

参考文献[1] 大阪府立大学大学院 工学研究科 電気・情報系専攻 モータ
ドライブシステム研究グループ HP,
http://www.eis.osakafu-u.ac.jp/~mds/[2] 森本茂雄・真田雅之：「省エネモータの原理と設計法」，科学情報出版（2013）[3] 中田知希・真田雅之・森本茂雄・井上征則：「粗メッシュ有限要素法と GA による高効率運転領域拡大のための IPMSM
ロータ構造自動設計に関する検討」, 平成 26 年電気学会産業応用部門大会講演論文集 , Vol. 3, pp. 209-212 (2016)[4] T. Inoue, Y. Inoue, S. Morimoto and M. Sanada, "Maximum
Torque Per Ampere Control of a Direct Torque-Controlled
PMSM in a Stator Flux Linkage Synchronous Frame", IEEE
Transactions on Industry Applications, Vol. 52, No. 3, pp.
2360-2367 (2016)[5] 片桐暁文・真田雅之・森本茂雄・井上征則：「ダイレクトリンク式波力発電システムにおける波高と周期の観測が不要な発電機トルクパターンの検討」，平成 29 年電気学会産業
応用部門大会講演論文集，3-61 (2017)〈2･3〉自然エネルギー発電に関する研究
PMSM は発電機としても広範囲可変速・高効率であるため，これら特徴を生かした発電システムとして，風力や波力など自然エネルギーを利用した発電システムについても研究を行っている。前節までに紹介したモータの構造設計や制御システムに関する研究に基づいて，発電システムに関する研究を進めている。一例として波力発電システムにおける発電機トルク制御パターンの検討 (5) について示す。
波力発電においてこれまで主に用いられてきたのは空気室とタービンを用いる振動水柱形システムであるが，変換効率が低く装置が大型化するなどの課題があった。一方，可動物体形システムの一種でThe Japan Research and Development Center for Metals

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JRCM NEWS ／第 371 号

2017 年 9 月 1 日
小紫 正樹
一般財団法人 金属系材料研究開発センター〒 105-0003 東京都港区西新橋一丁目 5 番 11 号 第 11 東洋海事ビル 6 階

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