Research on Hybrid Excitation Flux Switching Motors for Automotive Traction Drives

汽车牵引混合励磁磁通开关电机的研究

• 批准号: 21F21069
• 负责人: 小坂 卓
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F21069/
• 关键词: 自動車駆動用モータ; ハイブリッド界磁フラックススイッチングモータ; 磁束変調モータ; 高トルク密度; 高効率

本年度は，自動車駆動用モータとして受入研究者が既に提案のハイブリッド界磁フラックススイッチングモータ(HEFSM)を出発点に，トルク密度，出力密度，WLTCなど自動車駆動用モータとしての動作サイクル下での電費，冷却や機械構造を踏まえた製造コストなどの各種性能指標を最大限に引き出すための最適なモータトポロジーならびに設計法を検討した。既提案の従来HEFSMでは，三相電機子巻線と界磁巻線がコイルエンド部で重なっているため，コイルエンド部を含むモータ占有空間体積が増加してトルク密度が低下し，加えてコイルエンド部での巻線長の増加による銅損の増加を招き、巻線巻回製造を困難にさせる。これらの問題点を克服するため，本研究では最大トルクや最大出力を極力低下させずに，界磁巻線と永久磁石を異なるスロットに配置して三相電機子巻線と界磁巻線のコイルエンドの重なりを無くしたHEFSMの新しいトポロジーを提案した。この結果，提案HEFSMは従来HEFSMに比べて高い効率とトルク密度を実現できることを有限要素磁界解析により定量的に検証した。一方，固定子側に永久磁石を有する従来のHEFSMでは，最大トルク発生に対する永久磁石起磁力の利用率が低く，また永久磁石に加えて全ての巻線起磁力が固定子側に集約されていることから，鉄心面積が狭くなるため，鉄心磁気飽和による最大トルクの飽和という問題を有していた。これに対し，本研究ではHEFSMの磁束変調モータとしての動作原理に着目し，回転子側に永久磁石を配置する新しいトポロジーを提案した。同一永久磁石使用量の下，提案のトポロジーで構成したHEFSMは比較対象である第４世代プリウス搭載の駆動用モータよりも高いトルク密度を実現できることを有限要素磁界解析により定量的に検証した。

今年，从已经提出的混合场通量开关电动机（HEFSM）开始作为汽车驾驶的电动机开始，接受者研究人员研究了最佳的运动拓扑和设计方法，以最大程度地提高各种性能指标，例如扭矩密度，功率密度，WLTC和制造成本，并考虑了冷却和机械结构。在先前提出的常规HEFSM中，三相电枢绕组和线圈端部的田间绕组重叠，这增加了占用空间量，包括线圈端部，导致扭矩密度的降低，并增加了铜损失，由于绕线端部的绕组长度增加了绕线端部的绕组，从而使蜿蜒的蜿蜒曲折的绕线端部损失。为了克服这些问题，这项研究提出了HEFSM的新拓扑，其中野外绕组和永久磁铁被排列在不同的插槽中，以消除三相电枢绕组和野外绕组的线圈末端之间的重叠，而不会尽可能减少最大扭矩或最大输出。结果，我们通过有限元磁场分析进行了定量验证，即所提出的HEFSM可以达到比常规HEFSM更高的效率和扭矩密度。另一方面，在传统的HEFSM中，定子侧具有永久磁铁，最大扭矩产生的永久磁铁磁化力的利用率较低，并且由于除永久磁体​​外，除永久磁体​​外，所有绕线磁力均均匀均匀，因此在固定端上，铁核面积狭窄，导致铁核心的最大核心磁型均具有饱和量的饱和量。相比之下，这项研究的重点是HEFSM作为磁通量调制电动机的运行原理，并提出了一种新的拓扑，其中将永久磁体放在转子侧。我们通过有限元磁场分析进行了定量验证，该分析是由提出的拓扑组成的HEFSM可以达到比安装在第四代普锐斯（Prius）上的驱动电动机更高的扭矩密度，这是比较的目标。

项目成果

Comparative Analysis of Double Flux Modulation Permanent Magnet Machines With Different Stator PM Arrangements

不同定子永磁布置方式的双磁通调制永磁电机对比分析

• DOI: 10.1109/tia.2021.3138838
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Transactions on Industry Applications
• 影响因子: 4.4
• 作者: Yuting Gao;Takashi Kosaka;Yang Liu;Martin Doppelbauer;Ronghai Qu
• 通讯作者: Ronghai Qu

A Permanent Magnet Synchronous Machine with Interior Halbach Arrays

• DOI: 10.23919/ipec-himeji2022-ecce53331.2022.9807194
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: 2022 International Power Electronics Conference (IPEC-Himeji 2022- ECCE Asia)
• 作者: Yuting Gao;T. Kosaka;Yang Liu;You Zhou