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

开发兼具高性能和低成本的车辆驱动用轴向间隙电机

• 批准号: 22K20429
• 负责人: 綱田 錬
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20429/
• 关键词: アキシャルギャップモータ; 自動車駆動用モータ; 高効率化; 実機検証; 低消費電力; 低コスト化; 高性能化と低コスト化の両立; フェライト磁石; 丸線

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。

This research topic で は, automotive 駆 use の ア キ シ ャ ル ギ ャ ッ プ モ ー タ (AGM) に お い て, high-performance low と コ ス ト change を struck made す る こ と を purpose と す る. そ こ で research representatives は, low コ ス ト change の た め に AGM に "フ ェ ラ イ ト magnet" と "pill line" を with い る こ と を beg し 検 た. One side で, two materials と AGM <s:1> magnetic charge と electrical charge <s:1> lower を move て て まう まう. し か し, the representatives は "(1) the new し い son back to planning construction", "(2) the stator つ の ば shape optimization" を group み close わ せ る こ と で, material surface で の points less fill を い つ つ, high-performance を be presently で き る AGM を proposal し た. In 2022 に, the following <s:1> content に に て て て research を actual implementation た. 1) proposal AGM の attempt と be machine 検 card early beg と 検 し て, magnetic field analytical で proposal AGM が low コ ス ト で あ り な が ら automotive 駆 use モ ー タ と し て high い features を be presently で き る こ と を Ming ら か に し た. そ の proposal AGM の be machine で の features を review 価 す る た め, ま ず は cooling unit contains を め た structure, ケ ー ス, retrieve the し line such as line の design を っ た. そ の, special な engineering を necessary と せ ず に problem without く proposal AGM の manufacturing が で き る こ と を confirm し た. ま た, test equipment を セ ッ ト ア ッ プ し, line card be machine 検 を っ た as a result, the proposal AGM は parsing with others に target ト ル ク を reached し た. (2), vendor モ ー タ と の イ ン バ ー タ 駆 dynamic の is proposed when the AGM の have sharper sex を clear に す る た め に, high コ ス ト な ネ オ ジ ム 焼 knot magnet と boxer copper wire を with い た city の auto dealers 駆 use モ ー タ と の is を be applied し た. General に, モ タ タ タ <s:1> magnetic field resolution で で sinusoidal current を input force する. し か し be interstate に は イ ン バ ー タ 駆 dynamic で あ る た め, ス イ ッ チ ン グ に よ る high frequency current が heavy 畳 す る. そ こ で, loop シ ミ ュ レ ー タ で struck モ ー タ が イ ン バ ー タ 駆 dynamic し た interstate の を し calculation, current waveform そ の current を with い た magnetic field analytical を be applied し た. そ の results, WLTC モ ー ド で automotive が transport planning し た interstate に, sine wave current で は struck モ ー タ の consumption power が perilous ど with じ で あ っ た が, proposal AGM は material や construction の 観 point か ら ス イ ッ チ ン グ に よ objects る iron loss raised を requirement by inhibiting す る こ と が で き, The electricity consumption in the market is reduced by more than 10%, resulting in a low efficiency of がある た とを, ら に に た た.

项目成果

The Superiority of Efficiency Considering Harmonic Current caused by PWM inverter in Axial-Flux PM Machine Using Ferrite PM for Traction applications: Compasiron to Radial-Flux PM Machines Using NdFeB PM

考虑到牵引应用中使用铁氧体永磁体的轴向磁通永磁电机中 PWM 逆变器引起的谐波电流的效率优越性：与使用 NdFeB 永磁体的径向磁通永磁电机的比较

• 发表时间: 2023
• 作者: R. Tsunata;M. Takemoto;J. Imai;T. Saito and T. Ueno
• 通讯作者: T. Saito and T. Ueno

Comparison of Thermal Characteristic in Various Aspect Ratios of Radial-Flux and Axial-Flux Permanent Magnet Machines

径向磁通和轴向磁通永磁电机不同长径比的热特性比较

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Tsunata;M. Takemoto;J. Imai;T. Saito and T. Ueno
• 通讯作者: T. Saito and T. Ueno

Comparison of Thermal Characteristics in Various Aspect Ratios for Radial-Flux and Axial-Flux Permanent Magnet Machines

• DOI: 10.1109/tia.2023.3255845
• 发表时间: 2023-05
• 期刊: IEEE Transactions on Industry Applications
• 影响因子: 4.4
• 作者: R. Tsunata;M. Takemoto;J. Imai;Tatsuya Saito;T. Ueno

フェライト磁石と丸線を採用した自動車駆動用アキシャルギャップモータにおける高出力密度化及び高効率化のための検討

使用铁氧体磁铁和圆线提高汽车驱动轴向间隙电机的功率密度和效率的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Izumiya;R. Tsunata;M. Takemoto;J. Imai;T. Saito and T. Ueno;和泉谷洸輔，綱田錬，竹本真紹，今井純，齋藤達哉，上野友之
• 通讯作者: 和泉谷洸輔，綱田錬，竹本真紹，今井純，齋藤達哉，上野友之

Axial-Flux Machine Using Ferrite PM and Round Wire Competitive to Radial-Flux Machine Using Nd-Fe-B PM for HEV Traction

使用铁氧体永磁体和圆线的轴向磁通机与用于混合动力汽车牵引的使用 Nd-Fe-B 永磁体的径向磁通机具有竞争力

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Izumiya;R. Tsunata;M. Takemoto;J. Imai;T. Saito and T. Ueno
• 通讯作者: T. Saito and T. Ueno