高性能化と低コスト化を両立する自動車駆動用アキシャルギャップモータの開発

本研究課題では，自動車駆動用のアキシャルギャップモータ（AGM）において，高性能化と低コスト化を両立することを目的とする。そこで研究代表者は，低コスト化のためにAGMに「フェライト磁石」と「丸線」を用いることを検討した。一方で，両材料はAGMの磁気装荷と電気装荷の低下を招いてしまう。しかし，研究代表者は「(1)新しい回転子構造」，「(2)固定子つば形状の最適化」を組み合わせることで，材料面での欠点を補いつつ，高性能化を実現できるAGMを提案した。2022年度は，以下の内容について研究を実施した。①提案AGMの試作と実機検証初期検討として，磁場解析で提案AGMが低コストでありながら自動車駆動用モータとして高い特性を実現できることを明らかにした。その提案AGMの実機での特性を評価するため，まずは冷却機構を含めた構造，ケース，取回し線等の設計を行った。その後，特殊な工程を必要とせずに問題無く提案AGMの製造ができることを確認した。また，試験設備をセットアップし，実機検証を行った結果，提案AGMは解析同様に目標トルクを達成した。②市販モータとのインバータ駆動時の比較提案AGMの有効性を明確にするために，高コストなネオジム焼結磁石と平角銅線を用いた市販の自動車駆動用モータとの比較を実施した。一般的に，モータの磁場解析では正弦波電流を入力する。しかし実際にはインバータ駆動であるため，スイッチングによる高周波電流が重畳する。そこで，回路シミュレータで両モータがインバータ駆動した際の電流波形を計算し，その電流を用いた磁場解析を実施した。その結果，WLTCモードで自動車が運転した際に，正弦波電流では両モータの消費電力が殆ど同じであったが，提案AGMは材料や構造の観点からスイッチングによる鉄損増加を抑制することができ，市販のモータよりも10%以上の消費電力低減効果があることを明らかにした。

本研究課題では，自動車駆動用のアキシャルギャップモータ（AGM）において，高性能化と低コスト化を両立することを目的とする。そこで研究代表者は，低コスト化のためにAGMに「フェライト磁石」と「丸線」を用いることを検討した。一方で，両材料はAGMの磁気装荷と電気装荷の低下を招いてしまう。しかし，研究代表者は「(1)新しい回転子構造」，「(2)固定子つば形状の最適化」を組み合わせることで，材料面での欠点を補いつつ，高性能化を実現できるAGMを提案した。2022年度は，以下の内容について研究を実施した。①提案AGMの試作と実機検証初期検討として，磁場解析で提案AGMが低コストでありながら自動車駆動用モータとして高い特性を実現できることを明らかにした。その提案AGMの実機での特性を評価するため，まずは冷却機構を含めた構造，ケース，取回し線等の設計を行った。その後，特殊な工程を必要とせずに問題無く提案AGMの製造ができることを確認した。また，試験設備をセットアップし，実機検証を行った結果，提案AGMは解析同様に目標トルクを達成した。②市販モータとのインバータ駆動時の比較提案AGMの有効性を明確にするために，高コストなネオジム焼結磁石と平角銅線を用いた市販の自動車駆動用モータとの比較を実施した。一般的に，モータの磁場解析では正弦波電流を入力する。しかし実際にはインバータ駆動であるため，スイッチングによる高周波電流が重畳する。そこで，回路シミュレータで両モータがインバータ駆動した際の電流波形を計算し，その電流を用いた磁場解析を実施した。その結果，WLTCモードで自動車が運転した際に，正弦波電流では両モータの消費電力が殆ど同じであったが，提案AGMは材料や構造の観点からスイッチングによる鉄損増加を抑制することができ，市販のモータよりも10%以上の消費電力低減効果があることを明らかにした。