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

使用 3D 磁体排列开发用于 EV/HEV 驱动的无稀土电机

• 批准号: 13J02549
• 负责人: 吉田 征弘
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J02549/
• 关键词: 永久磁石モータ; 表面磁石モータ; 効率最適設計; 渦電流損; キャリア高調波

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。

This year, the equipment is designed in the first part of the design line, and the surface magnet is used to investigate the performance of the device (RNA). The performance of the permanent magnet is the most popular in the design system. In general, permanent magnets are sensitive to PMV waves, which are similar to sinusoidal waves. They are similar to sinusoidal waves. They are sensitive to excitation currents. During the operation of the PWM, the current waveforms are used to determine the miscalculation of the current waveform. The sine wave inflow force is about 3.5times higher than that of 2.5kHz and 1.5times higher than that of magnets, and the cycle wave number of sine waves is about 3 times higher than that of magnets, about 1.4times higher than that of magnets. The results show that the performance of the high-speed wave is very high, and that of the high-speed wave is very important. 3-dimensional finite element analysis (3D-FEA) calculation results consistent calculation results, miscalculation needs to calculate time, 1 conditional 3D-FEA calculation time is about 12 minutes and 30 minutes, proposal method is about 10 minutes and 75 times speed calculation may be difficult to calculate. This technique is used to analyze the difference, and the error rate is set to analyze the difference between the two. The results of the above results show that the fixed sub-shape changes the performance of surface magnets, the highest performance of the high-wave test, and the highest performance of the design line. The results show that the initial shape is 31% lower than that at the beginning of the operation point. The most accurate design method for the failure rate of permanent magnets, the most efficient design method for permanent magnets, and the most efficient design for RNA devices may indicate the error rate. According to the results of this study, the design of environmental protection equipment is in good use. In the future, it is expected that there will be a wide range of equipment in the design of all kinds of equipment.

项目成果

Calculation of Eddy Current Loss in Permanent Magnet Motor Caused by Carrier Harmonics Based on Reluctance Network Analysis

基于磁阻网络分析的载波谐波引起的永磁电机涡流损耗计算

• 发表时间: 2013
• 作者: Yasushi Kawase;Yusuke Kobayashi;Yutaro Yamaguchi;Yukihiro Yoshida
• 通讯作者: Yukihiro Yoshida

電気・磁気回路網によるキャリア高調波を考慮したSPMモータの効率最適化

使用电/磁路网络考虑载波谐波的 SPM 电机效率优化

• 发表时间: 2013
• 作者: T. Watanabe;Y. Sakai;K. Nagata;Y. Ito;吉田 征弘
• 通讯作者: 吉田 征弘