堀 洋一/HORI Yoichi

堀 洋一 教授

【研究分野】
システム制御・宇宙分野
【研究領域】
電気自動車、モーションコントロール、ワイヤレス電力伝送
【研究室URL】
http://hflab.k.u-tokyo.ac.jp/index_ja.html

研究内容

堀研究室のテーマは(1)電気自動車の制御、(2)ワイヤレス電力伝送システム、(3)人間親和型モーションコントロール、の三つで、藤本研のテーマと相互乗り入れをしている。専門分野は「制御工学の産業応用」であり、パワーエレクトロニクス、メカトロニクスがベースである。電気制御で大きな機械系が動いたり、その特性が激変したりするのが面白い。この原理をもとに、電気自動車やモーションコントロールに、大きな革新をもたらそうとしている。

電気自動車の制御

電気モータはエンジン車と比較して、(1)トルク応答が二桁以上速い、(2)モータ電流から発生トルクを知ることができる、(3)モータは小型化が可能なため各輪に分散配置することで、高度な車両運動制御が実現できる、という三つの特長がある。

電気モータの高速トルク応答を生かし、電気自動車(EV)・電気飛行機(EA)で初めて可能になる新しい制御や宇宙機に必要な制御を研究している。4輪にインホイールモータや横力センサなどを搭載した「FPEV2-Kanon」、GPSやカメラを搭載した小型EV「C-COMS1」、「FPEV4-Sawyer」などを用い、滑りやすい路面で安定に走行する制御、GPSやカメラ映像に基づく車両状態推定、EVへの無段変速機の適用などを研究している。また、惑星探査機の着陸時の衝撃力緩和制御、EAの推力制御、航続距離延長制御を提案し、国内初のEAの有人飛行を目論む。スーパーキャパシタ(SC)は、高電力密度、急速充電が可能、多数の充電回数に耐え、安全かつ環境にやさしいなどの多くの利点がある。現在、SCとバッテリを組み合わせ、エネルギー密度とパワー密度の両立を可能にするハイブリッドエネルギー貯蔵システム(HESS)の研究をしている。また、HESSにワイヤレス給電技術を組み合わせる研究も進行中である。

ワイヤレス電力伝送システム

磁界共振結合方式による、長距離・高効率なワイヤレス電力伝送の研究である。ワイヤレス電力伝送により、電気自動車のバッテリを劇的に減らすことができる。すなわち、走行中や短時間の停車時に外部から電気エネルギーを供給することによって、長距離走行が可能になる。磁界共振結合方式によるワイヤレス電力伝送は、伝送距離は50~1mと長距離、伝送効率90%以上を達成可能、伝送アンテナの位置ずれに強い、といった利点がある。具体的には、基本研究として、(1)負荷側制御による伝送効率の最大化、(2)複数の中継アンテナおよび負荷へのワイヤレス電力伝送、(3)複数負荷への電力分配、(4)電気自動車への走行中給電、(5)漏洩電磁波対策、(6)インピーダンスマッチング理論に基づく電力伝送効率の改善、などの研究を行っている。さらに応用として、(7)放射性廃棄物保管施設におけるモニタリング用センサ類へのワイヤレス電力伝送、(8)三相ワイヤレス電力伝送、(9)電力伝送用アンテナを用いた位置センサ、の研究を行っている。

人間親和型モーションコントロール

福祉分野を想定した独特の制御手法の開発を目論むもので、人間親和型モーションコントロールという学術領域を作りたいと考えている。様々な動作で福祉現場などにおける人間の生活に役立つロボットや、人間移動支援用のパーソナルモビリティに適した制御手法を提案している。モータの高速な制御性を利用して機器の機械特性を自由に設計し、福祉機器の安全性や便宜性を向上させることができるため、パーソナルモビリティや作業用ロボットにおける段差越え制御手法などを提案している。また、人間や生物の筋骨格系の特徴に基づいた機器設計を行い、バイオメカニクスに基づいた効率的なロボティクスや、人間のような滑らかな歩行を実現するロボットの実現をめざしている。

現在、(1)生物の二関節筋構造を利用したロボットアーム、(2)直進や回転が自由に行える電動パワーアシスト車いす、(3)福祉装具・介護ロボット、(4)二関節筋構造を利用した人の走行や跳躍の実現とロボットへの応用、(5)ヒューマノイドロボットの制御、(6)車輪型ロボットの段差越え制御、(7)力センサレス制御を利用した安全な電車ドア、などの研究を行っている。

学生へのメッセージ

堀研究室は本郷の電気工学専攻に軸足をおきながら、総合試験所で5年、生産技術研究所で5年などを過ごしたあと、平成20年度から柏の先端エネルギー工学専攻に全面移転、同時に藤本博志准教授と研究室の一体運用を開始した。平成23年度には、研究室専用の電気自動車ガレージ・実験路を新設した。堀・藤本研のどちらに配属されてもまったく同じである。動くものが好きで回路やハードの製作をやりたい人、一味違うロボット制御をやりたい人、自動車が好きでクルマ関係で働きたい人、高齢者や身障者のためになりたいと思っている人、将来宇宙関係をやりたい人は、堀・藤本研に来て下さい。企業、省庁、大学、学会、マスコミなど外部との共同研究や付き合いが多く、内外から見学者がたくさん来る。イベントやデモが好きな人を歓迎。また、調子の悪い人を助ける暖かい心をもった人を歓迎。宴会が多いので肝臓は強い方がよい。日本文化は大事にするが、留学生も多く、英語は必須。

図1:電気自動車の制御
図2:ワイヤレス電力伝送システム
図3:人間親和型モーションコントロール
図4:柏の葉公園でお花見(2013.4)