2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of High Efficiency High Speed Rotation Induction Motor
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17H01259
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| Research Institution | Nippon Bunri University |
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Principal Investigator |
榎園 正人 日本文理大学, 工学部, 特任教授 (40136784)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
槌田 雄二 大分大学, 理工学部, 准教授 (80284785)
祖田 直也 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (80323210)
甲斐 祐一郎 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (50595436)
若林 大輔 日本文理大学, 工学部, 准教授 (60748747)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高効率 / 高速モータ / モータ誘導機 / 低損失 / ベクトル磁気特性 / アキシャルギャップ型誘導モータ / デュアルギャップ構造誘導モータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極薄電磁鋼板を有効活用した高速モータとしてアキシャルギャップ型のモータの開発設計を行い，試作1号機について次のような仕様のもと、デュアルギャップ構造のアキシャルギャップ型高速用誘導モータを開発した。その仕様は以下の通りである。①サイズ：外形8㎝，内径4㎝，幅2㎝の極薄電磁鋼板からなる3組の巻鉄心からなる。②三相8極24スロット，励磁巻き線20ターンで，二次回路バーはデュアルギャップ構造，30本の2組を共通の銅短環で結合している。③デュアルギャップ構造で８極構造であるため，従来の水冷式4極構成のラジアルギャップ構造誘導モータに対し，同じ回転速度に対し4倍のトルク出力が見込める。
以上の仕様に基づき日本金属㈱の支援により，試作1号機を製作し，2018年10月～12月期間，性能評価実験のためドイツのアーヘン工科大学モータ研究所と連携し共同研究を行った。その結果6000rpmにおいて，回転子の異常横ブレ振動が発生し，実験の続行を困難にした。この原因は回転子構造のバランスにあることが判明し改良することで一致した。2019年度デュアル構造のための励磁巻き線を改良し，無負荷試験で14000 rpmを安定してかつ温度上昇を抑制した結果を得た。しかし，6000rpm以上で異音が発生しその解明を行った結果，機械的アンバランスと巻き線構造の改良が必要と明らかになった。その結果次の点を改良し試作2号機として開発した。改良点は，励磁巻き線に平各線を40ターンに増加し占積率を90％以上にした。機械的アンバランスをなくすため回転子に小さな穴をあけバランスを施した。2月末回転子のバランスと巻き線挿入が完成した。3無負荷試験を実施した。本モータの性能評価試験をドイツのアーヘン工科大学で行う予定である。そしてその結果を反映した試作3号機を完成する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予測していたものより，研究の発展により世界初のデュアルギャップ構造の3相8極15000pm（同期速度）の高速高効率で高トルク密度の空冷式誘導モータの基本構造を開発・設計でき，１号機として製作し，その評価を行うことができた。本モータの研究成果は研究の性格上，構造，途中性能，進捗状況は完成時まで秘匿とした。完成時（本科研費最終年度）にプレス発表並びにモータ技術展に出品の予定である。1号機の無負荷試験，負荷試験から得られた問題点を改良した2号機を製作した。また，ドイツのアーヘン工科大学との連携によって，国際共同研究のもと，電気自動車として期待される高パワー密度を持つ高速誘導モータの実現可能性を見出すことができた。
2号機の改良点は，①励磁巻き線について巻き線数40ターン，平各銅線構造（浦谷エンジニアリング㈱に依頼）試作費は日本金属㈱の援助による。製作費用は800万余りであった。②回転子のバランス補正のためトクデン㈱の協力で改良した。③振動補強のため外枠を強化構造とした。④回転軸と回転子接合部を強固にするため軸の一体加工を行った。⑤測定用に磁束用探りコイル並びに温度センサーを設置した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に，回転子の横ブレ振動対策として，回転軸と一体化し，バランス調整のとれた試作2号機の改良機が完成した。従って，2020年度，4月～5月（2カ月間），ドイツのアーヘン工科大学モータ研究所にて詳細な性能評価実験を行う予定で，渡航準備を行っていた。しかし，世界的な新型コロナウィルス感染拡大により，本年度のドイツのアーヘン工科大学モータ研究所との共同研究は中止せざるを得なくなった。代わって，2021年へ延期する事となった。それゆえ，2020年度は，電圧100Ｖ5A内で実験を行い，3号機試作へとつなげる。その結果から，成果の到達点を明らかにし，課題と問題点について前半期にまとめる。そして最終版の第3号機の試作を行う。この2号機・3号機は2021年4月にアーヘン工科大学で性能評価実験を行う予定である。本研究の遂行において，国内でカバーできない必要技術については日本企業の高度製作技術を用い，性能評価の負荷試験は海外に求める結果となった。これによって我が国のモータ開発技術の問題点は明確となった。モータの新規開発には総合技術が集約される。特に高速駆動に関する測定技術の確立が重要でかつ正弦波形の電圧で高周波駆動装置の設備が不十分である。我々の設備では，8000rpmが限界であり，国内他大学並びに企業には見当たらない。我が国に於けるこの種のモータ開発技術の遅れを痛感している。
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