リラクタンストルクを活用した高性能モータに関する研究

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前年度において提案したフェライト磁石と補助巻線を有するスイッチトリラクタンスモータは,従来機よりも優れたモータ特性を有しており,特に補助巻線を直流励磁することにより,トルクと効率が大幅に向上することがわかった。平成24年度においては,補助巻線への直流励磁によるモータ特性の改善効果について,理論的な解明を行った。補助巻線による改善効果は次のように説明される。固定子巻線の磁束と磁石磁束は,固定子ヨーク鉄心内で常に逆方向に流れているため,ヨーク部の磁気飽和を緩和する効果が得られる。磁気飽和の緩和は直接的にトルクの増加に作用するわけではないが,固定子巻線と補助巻線の磁束はヨーク部で重複しているため,磁石磁束がない場合,鉄心は直ちに磁気飽和を引き起こし,特性を悪化させる原因となる。提案機のように永久磁石と巻線の磁束が相互に作用し,補助巻線が有効に作用する構造の場合,補助巻線磁束は固定子極において固定子巻線磁束を増やす方向に作用する。このため,トルクが増加した。また,補助巻線電流に起因して発生する誘起電圧が電源電圧を上回る状態では,非励磁期間中に駆動回路のダイオードがオンするため,固定子巻線に電流が流れ,負トルクが生じる。以上から,補助巻線電流に起因して発生する誘起電圧が電源電圧を上回ることでトルクが急減する,ということがわかった。誘起電圧の大きさは補助巻線電流と速度に比例するため,補助巻線電流が大きく高速回転であるほどトルクが低下しやすい。したがって,高速回転時は補助巻線電流を徐々に小さく調整する必要がある。一方で,トルクの改善効果の上限は,補助巻線の磁束による鉄心の磁気飽和に起因していると考えられる。試作機では補助巻線電流が3A程度で飽和しており,さらなるトルク・効率の改善効果を得るためには,鉄心や巻線スペースの最適設計が必要である。