はじめに
富士電機株式会社の田島様にお話を伺う機会を得ました。田島様は、富士電機株式会社の鉄道機器研究開発部に、電気列車推進用インバーターとモーター駆動装置の設計と試験のために、Typhoon HIL株式会社を紹介されました。今回は、富士電機鉄道機器開発部にHILを導入し、電気推進用インバーターやモータードライブの設計・試験を行っている株式会社タイフーンHIL様に、HILの導入理由や試験方法についてお話を伺いました。以下、その詳細をお読みいただければ幸いです。
あなたの部署について少し教えてください。
主に鉄道車両用モータードライブの開発を行っています。新幹線チームと 在来線チームに分かれています。私自身は在来線チームを担当しています。
Typhoon HILソリューションを知ったきっかけは？
ある学会の展示会で、Typhoon HILのブースに遭遇し、そこで複数のモータードライブをエミュレートした非常に巧妙なモータードライブ・コントローラー・ハードウェア・イン・ザ・ループ（C-HIL）のデモを見ました。電車のアプリケーションでは、複数のモーターとインバーターをエミュレートする必要があるため、Typhoon HIL604デバイスが1つのHILユニットで最大4つのモーターとインバーターをシミュレートできることを知り、大きな感銘を受けました。
どのようにHILを評価し、採用したのですか？
当初、購入を決定する前にHIL604リアルタイム・デバイスを数ヶ月間評価することにしました。評価期間中に、HIL604が非常に使いやすく、迅速に導入でき、当社の技術要件をすべて満たしていることを確信しました。
HILソリューションを展開する最初のステップは、テスト対象のコントローラとHILのデジタルおよびアナログ入出力（IO）間のインターフェースを構築することだった。私は市販のブレークアウトボードを使用し、カスタムケーブルを作成した。ブレイクアウトボードを使用することで、プロセスが大幅にスピードアップした。
HILテストを導入する前の主な課題は何でしたか？
高出力でうなりを上げるダイノベンチの横に座ってモーター駆動制御をテストするのは、楽しい経験ではない。加えて、富士電機の鈴鹿製作所全体で200kWの電気モーターに対応できるダイノベンチは1台しかない。
また、電気トレイン開発に携わる他の多くのチームがこのハイパワー・テストセルを使用しているため、必要な時に入手することが非常に困難である。機材が入手できたとしても、ハイパワー・テストベッドを構成するのに1カ月もかかるため、開発・検証プロセスに大きな遅れが生じてしまう。
前述の課題のほかにも、コントローラを検証する必要がある運転条件が数多くある（異なる列車運転条件、異なるフィーダ電圧/インピーダンスのケースなど）。しかし、ハイパワーラボでは、これらの条件のごく一部しか再現できないため、テストカバレッジが大幅に制限されます。
HILテストベッドの詳細を教えてください。
VVVFインバータ、電気モーター、給電システム、車体ダイナミクスはHIL604でモデル化されている。実際のインバータコントローラは、カスタムインターフェースボードを介してTyphoon HIL604デバイスと直接インターフェースされています。
あなたのチームにとって、HILテストを使用する主な利点は何ですか？
一度HILテストベッドを構築すれば、24時間365日継続的に使用でき、リモートアクセスも可能です。ハイパワー・テストセルの代わりにHILを使用することで、より多くのケースを、より頻繁に、実質的に継続的にテストし、設計プロセスの非常に早い段階からテストを開始することができます。
HILを使用することで、より多くのケースをテストし、より頻繁にテストすることができます。
私たちは、制御テストと検証のすべての段階でHILテストベッドを広範囲に使用することで、多くの時間とコストを節約してきました。
さらに、現在の車両テストでは、多くの高出力動作条件下で車両をテストできないため、テストカバレッジに大きなギャップがあることが判明しました。HILテストベッドでこれらの運転ポイントをシミュレートすることにより、テストカバレッジを大幅に改善することができました。大雑把に言って、5日間のフルパワーテストが2日未満に短縮されました。これにより、開発期間とテスト期間を場合によっては60％以上短縮することができました。
ハイパワー動作条件ではテストできない動作点をHILテストベッドでシミュレートすることで、テストカバレッジを大幅に改善し、テスト時間を最大60％短縮することができました。
HILを使い始める前は、フルパワーのハードウェアでテストを始めるのはかなりのストレスでした。1500Vの高電圧でテストするため、実際のコンバーターのパワー・ステージを損傷しないように注意しなければなりませんでした。今では、HILで徹底的にテストし、動作を確認した後にフルパワーテストを行うようにしています。これによって、ハイパワー・テストのストレスが少なくなりました。現在、全テストの80％をHILテストベッドで行い、20％をハイパワーセットアップで行っています。
フルパワーテストを行うのは、HILによる徹底的なテストと動作検証が終わってからです。そのため、ハイパワーテストを実施する際のストレスが少なくなります。
あなたの組織では、Typhoon HILの利用をどのように拡大する予定ですか？
我々はすでに、他の製品ラインへのHILの利用を拡大している。産業用インバータのテスト用にTyphoon HILを導入しました。補助電源のテストにもHILを導入したいと考えています。また、HILによるテストの自動化にも取り組んでおり、完全なテスト自動化に向けて取り組んでいます。
クレジット
Text l Ivan Celanovic
Visuals ｜富士電機
謝辞｜この話を聞かせてくれたインタビュアーの杉山勇氏、インタビュイーのアーメド氏、田嶋氏に感謝する。
