2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Claw Pole Motor for ISG based on Deterioration Prediction of Iron Core due to Machining Process by using Crystal Grain
| Project/Area Number |
19J20572
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
羽根 吉紀 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
|
| Keywords | クローポールモータ / マイナーループ / 磁歪力 / 磁気回路網解析 / 開磁路 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，前年度に引き続き，ISG用クローポールモータの最適設計を目的として，磁気回路法に基づく，PWM駆動により発生するマイナーループまで含む鉄損や，モータの振動の原因となる磁歪力を高精度に算定可能な磁気回路網解析手法の確立に関する検討を行った。加えて，提案する最適設計手法を，モータなどの電気機器以外へも応用することを目指し，加速器用電磁石の解析・設計に必要不可欠な開磁路まで考慮可能な磁気回路網解析に関する検討を行った。
まず，マイナーループまで含む鉄損の算定については，前年度に提案した，プレイモデルとCauerの等価回路理論を取り入れた磁気回路モデルを用いて解析を行い，その妥当性をより詳細に検証した。その結果，提案モデルはケイ素鋼板の複素透磁率の周波数特性を精度良く計算可能であるとともに，アモルファス金属および圧粉磁心に対しても，ケイ素鋼板と同様にPWM励磁時の解析に適用可能であることが，実測値と計算値の比較検討によって明らかになった。
次いで，磁歪力の算定については，前年度に提案した，鉄心の磁気回路網より求めた各部の磁束密度分布より磁歪力を近似計算する手法を用いて解析を行い，有限要素法（FEM）による計算値と比較することで，提案手法の妥当性の検証，並びにさらなる高精度化を行った。その結果，鉄心の磁気回路網モデルをより細かく分割することで，磁束密度分布をより詳細に模擬可能になり，磁歪力の算定精度も向上することが明らかになった。
さらに，開磁路まで考慮可能な磁気回路網解析については，FEMにおける開領域解法の一つであるケルビン変換の考え方を磁気回路網解析に取り入れる手法を提案した。本手法を用いて，ギャップ付き鉄心のギャップ磁束密度の計算を行い，FEMの計算値と比較した結果，両者は良好に一致していることから，提案手法の妥当性，並びに加速器用電磁石の解析への適用可能性を示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
PWM駆動により生じるマイナーループまで含む鉄損，並びにモータの振動の原因となる磁歪力の算定手法の構築を達成し，さらに当初の予定にはなかった，開磁路に適用可能な磁気回路網解析手法の構築についても一定の成果を挙げたため，当初の計画以上に進展していると言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は，本年度までの研究成果を基に，加工後の電磁鋼板の磁気特性，PWM励磁時のマイナーループを含む鉄損，および磁歪力まで考慮可能なクローポールモータの磁気回路網モデルを構築し，提案手法による計算結果と実証機を用いた実験結果との比較検証を行う予定である。さらに，本提案手法の加速器など電気機器以外への応用に関しても検討を行う予定である。
|
