10万rpmの超高速回転で高出力密度化と高効率化を両立する超高速モータの開発

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モータへの高効率化と小型化・高出力密度化への要求は年々高まっている。そこで，本研究では，4極集中巻構造の超高速モータにおいて，10万rpmという超高速回転下で高出力密度化と高効率化を両立するために，(a) 電気伝導率が非常に小さいネオジムボンド磁石の採用，(b) 固定子にストレートティース形状を採用，(c) 回転子の磁石とシャフトの間に半径方向に薄い電磁鋼板のコアを挿入，(d) 巻線に使用する導線の線径を細くし，導線の並列数を増加，という4個の改善点を同時に備えた新構造を提案している。2022年度は以下の内容について研究を実施した。・「新構造を備えた超高速モータの製作」　前年度に設計した新構造を備えた超高速モータを実際に製作した。製作過程で注意した重要な事項が，コアを製作する際，加工した電磁鋼板を回し積みしながらの積層である。僅かな加工誤差や電磁鋼板の圧延方向とその直交方向における透磁率や鉄損特性の差が，超高速モータにおいて，無視できない損失分布の不平衡に直結するためである。加えて，安定な超高速回転の実現のために，回転子のバランスが重要であり，設計段階から注意した。・「製作した新構造を備えた超高速モータとSiC-MOSFETを用いたドライブシステムを組み合わせることで，実機による実負荷試験の実施と新構造の有効性の検証」　SiC-MOSFETを用いた高周波スイッチングが可能なドライブシステムと新構造を備えた超高速モータの試作機を組み合わせ，100,000 rpmにおいて安定な運転が実現できる制御システムの作りこみを実施した。その結果，安定な超高速回転が実現でき，実負荷試験を実施した結果，提案構造とその設計手法の有効性を明らかにできた。