3次元磁石配置によるEV・HEV駆動用レアアースフリーモータの開発

本年度では, レアアースフリーモータの設計を行う前段階として, 表面磁石モータを考察対象としたリラクタンスネットワーク解析(RNA)による, 永久磁石モータの効率最適設計手法の構築行った。一般的に, 永久磁石モータはPMVインバータで生成される擬似正弦波電圧によって駆動されるため, モータの励磁電流にはスイッチングに伴う高調波が含まれ, モータの損失, 特に鉄損が増加する。そこで, まずPWM駆動時の電流波形を用いたモータの損失算定を行った。正弦波電流入力時と比較するとキャリア周波数2.5kHzのときに磁石渦電流損は約3.5倍, 鉄損は約1.5倍に増加しており, キャリア周波数10kHzのときに磁石渦電流損は約3倍, 鉄損は約1.4倍の値となった。この結果からわかるように, キャリア高調波がモータの損失に与える影響は大きく, 高効率モータの設計にはキャリア高調波を考慮したモータの損失解析が重要であることが明らかになった。また, 提案手法の計算結果は3次元有限要素解析(3D-FEA)の計算結果とよく一致しており, 損失算定に要した計算時間は, 1条件あたり3D-FEAが約12時間30分であるのに対し, 提案手法は約10分と約75倍の速度で計算可能であることを示した。本手法は解析誤差も少ないことから, モータの効率設計に適した手法であると言える。以上の検討結果を踏まえ, 固定子形状の変更による表面磁石モータのキャリア高調波を考慮した効率最適設計を行った。固定子ティース幅, バックヨーク幅, ターン数をパラメータとして最適設計を行った結果, 代表動作点の損失を初期形状と比べて31%低減することができた。これにより, 永久磁石モータの効率最適設計手法を構築し, RNAによりモータの効率最適設計が可能であることが示された。本研究成果は, レアアースフリーモータの設計に応用可能であり, 今後レアアースフリーモータを含めた種々のモータ設計への応用が期待できる。

本年度では, レアアースフリーモータの設計を行う前段階として, 表面磁石モータを考察対象としたリラクタンスネットワーク解析(RNA)による, 永久磁石モータの効率最適設計手法の構築行った。一般的に, 永久磁石モータはPMVインバータで生成される擬似正弦波電圧によって駆動されるため, モータの励磁電流にはスイッチングに伴う高調波が含まれ, モータの損失, 特に鉄損が増加する。そこで, まずPWM駆動時の電流波形を用いたモータの損失算定を行った。正弦波電流入力時と比較するとキャリア周波数2.5kHzのときに磁石渦電流損は約3.5倍, 鉄損は約1.5倍に増加しており, キャリア周波数10kHzのときに磁石渦電流損は約3倍, 鉄損は約1.4倍の値となった。この結果からわかるように, キャリア高調波がモータの損失に与える影響は大きく, 高効率モータの設計にはキャリア高調波を考慮したモータの損失解析が重要であることが明らかになった。また, 提案手法の計算結果は3次元有限要素解析(3D-FEA)の計算結果とよく一致しており, 損失算定に要した計算時間は, 1条件あたり3D-FEAが約12時間30分であるのに対し, 提案手法は約10分と約75倍の速度で計算可能であることを示した。本手法は解析誤差も少ないことから, モータの効率設計に適した手法であると言える。以上の検討結果を踏まえ, 固定子形状の変更による表面磁石モータのキャリア高調波を考慮した効率最適設計を行った。固定子ティース幅, バックヨーク幅, ターン数をパラメータとして最適設計を行った結果, 代表動作点の損失を初期形状と比べて31%低減することができた。これにより, 永久磁石モータの効率最適設計手法を構築し, RNAによりモータの効率最適設計が可能であることが示された。本研究成果は, レアアースフリーモータの設計に応用可能であり, 今後レアアースフリーモータを含めた種々のモータ設計への応用が期待できる。