高密度エネルギー積永久磁石によるスロットレス永久磁石モータと制御法の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650274
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 松井 信行 名古屋工業大学, 工学部, 副学長 (30024285)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小坂 卓 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (10324477) ; 岩崎 誠 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (10232662) ; 竹下 隆晴 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (70171634)
• Keywords: スロットレス永久磁石モータ / 高エネルギー積希土類系磁石 / キャリア損 / 高効率構造設計

Research Abstract

環境問題に根ざした省エネルギー対策としての家電製品や産業機械用電気モータドライブシステムの高効率化を対象に、近年、飛躍的な性能向上を遂げる希土類系高性能永久磁石を効果的に利用したスロットレス構造の永久磁石モータの開発を本研究の目的とし、平成12年度の成果を基に、平成13年度では以下の知見を得た。
1.スロットレス永久磁石モータの高効率設計ではインダクタンスの設計が重要であることを受けて、第一次試作400Wスロットレス永久磁石モータの設計式を基準に設計理論式の見直しを図り、有限要素法により埋込磁石形スロットレスPMモータの最適設計・試作(第二次)を行い、その実験的な特性評価を行った。結果として、当該設計手法で得られた二次試作機によれば、インバータのPWMキャリア成分に起因して生じるキャリア損を75%まで低減でき、0.5%(88.1%→88.6%)のモータ効率改善効果が得られることを確認した。また、損失分離試験により、電機子巻線配置の不均衡により生じる巻線部循環電流による損失がモータ効率の大幅な改善を妨げることを明らかにし、生産上の課題を明確にするに至った。
2.キャリア損の発生要因となる周波数に対する巻線インダクタンスの低下、周波数に対する巻線抵抗の増加の物理的要因が、ネオジム系永久磁石表面での渦電流損によるものであることを3次元有限要素磁場解析により明らかにし、同磁場解析によるキャリア損の設計段階での定量的な事前評価法を示すとともに、事前評価法の有効性を第2次試作機により実験的に確認した。

Research Products

• [Publications] 長谷川 治之: "第一次試作スロットレスPMモータの運転特性評価"電気関係学会東海支部連合大会講演論文集. 102 (2000)
• [Publications] 長谷川 治之: "スロットレスPMモータの損失に関する一考察"平成13年電気学会全国大会講演論文集. 5. 1805-1806 (2001)
• [Publications] Takashi Kosaka: "Experimental Investigations Into Skin Effect Influences on Current Distortion and Increase in Loss for 20kHz PWM-VSI-Fed Slotless PMSM Drives"Conference Record of the 2001 IEEE Industry Applications Conference 36th Annual Meeting. 2374-2379 (2001)
• [Publications] 長谷川 治之: "キャリア損低減に着目したスロットレスPMモータ設計の一考察"平成14年電気学会全国大会講演論文集. 5(発表予定). (2002)