Development of a novel high-speed motor in which the rotor rotates faster than the rotating magnetic field

本研究は，回転磁界より回転子が速く回転する，これまでにない新しい高速モータの開発を目的としている。従来の同期モータは，回転子が回転磁界と同じ速度に同期して回転することでトルクを発生している。一方で，提案するモータは固定子と回転子の歯数の組み合わせによってモータ自身が磁気ギアのような効果を生じ，回転子が回転磁界より速く回転する増速の効果を得ることができる。本応募課題では，提案するモータについて，（１）回転の原理および発生するトルクの解析的検討，（２）有限要素法解析と実機試験によるトルクの検証，（３）実用化に向けた性能向上の基礎的検討，の実施を計画している。２０２１年度においては、提案モータの特性に関する解析的検討を行うとともに、その性能を実証するために電動機試験を予定していた。しかし、コロナ禍により電動機試験の実施が一部にとどまっている状況であった。２０２２年度においては、有限要素法解析によって提案モータのトルクや効率などの特性を明らかにした。また、コロナ禍により実施の遅れていた提案モータの電動機試験を20,000 r/minまでの範囲で実施した。その結果、提案モータの試作機がおおよそ有限要素法解析の結果通りの性能を有していることが確認できた。また、トルクについては２０２１年度の解析的な検討によって得られていた理論式と良い一致をすることが確認できた。提案するモータのトルクは、従来の同期リラクタンスモータと同様に突極比が重要なパラメータであること、トルクを表す式は従来の同期リラクタンスモータとほぼ同形で、係数としてZR/pが掛かった形になることを解析・実験の両面から確認した。

本研究は，回転磁界より回転子が速く回転する，これまでにない新しい高速モータの開発を目的としている。従来の同期モータは，回転子が回転磁界と同じ速度に同期して回転することでトルクを発生している。一方で，提案するモータは固定子と回転子の歯数の組み合わせによってモータ自身が磁気ギアのような効果を生じ，回転子が回転磁界より速く回転する増速の効果を得ることができる。本応募課題では，提案するモータについて，（１）回転の原理および発生するトルクの解析的検討，（２）有限要素法解析と実機試験によるトルクの検証，（３）実用化に向けた性能向上の基礎的検討，の実施を計画している。２０２１年度においては、提案モータの特性に関する解析的検討を行うとともに、その性能を実証するために電動機試験を予定していた。しかし、コロナ禍により電動機試験の実施が一部にとどまっている状況であった。２０２２年度においては、有限要素法解析によって提案モータのトルクや効率などの特性を明らかにした。また、コロナ禍により実施の遅れていた提案モータの電動機試験を20,000 r/minまでの範囲で実施した。その結果、提案モータの試作機がおおよそ有限要素法解析の結果通りの性能を有していることが確認できた。また、トルクについては２０２１年度の解析的な検討によって得られていた理論式と良い一致をすることが確認できた。提案するモータのトルクは、従来の同期リラクタンスモータと同様に突極比が重要なパラメータであること、トルクを表す式は従来の同期リラクタンスモータとほぼ同形で、係数としてZR/pが掛かった形になることを解析・実験の両面から確認した。