Research on Hybrid Excitation Flux Switching Motors for Automotive Traction Drives

点击翻译按钮获取中文摘要

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。