トロイダル巻線構造高トルク密度アキシャルギャップ誘導モータの開発

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04344
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 吉田 征弘 秋田大学, 理工学研究科, 講師 (60725399)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: アキシャルギャップ誘導モータ / 誘導モータ / トロイダル巻 / トルク密度

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，高トルク化が可能なアキシャルギャップ構造に着目し，これに適した制作が可能な誘導モータの最適形状を明らかにするとともに，同体格のラジアルギャップ誘導モータの約2倍のトルク特性が得られることを明らかにすることを目的としている。本年度は，トロイダル巻固定子を用いた，シングルステータ・ダブルロータの誘導モータの設計を行った。
アキシャルギャップ誘導モータの固定子には，トロイダル状に巻かれた電磁鋼板に凹凸を設け，コアの溝部をスロットとしてコイルを巻く構造となるため，スロット部はオープンスロットとなってしまう。そのため，固定子スロット部で漏れ磁束が増加し，トルクが低減してしまう。この問題を解決するために，スロット部に磁性くさびを挿入し，漏れ磁束の低下と主磁束の増加を図った。その結果，提案するアキシャルギャップ誘導モータは，従来のラジアルギャップ誘導モータと同等以上のトルクをおよそ半分の体積で出すことができ，トルク密度を約2倍とすることが可能であることがわかった。今後の課題として，効率の算定を行い，提案モータの効率が従来の誘導モータ以上であることを示す必要がある。しかしながら，一般的な誘導モータの効率算定は過渡応答解析が必要となり計算時間が長大化してしまう。そこで，誘導モータの高速計算に実績のあるリラクタンスネットワーク解析を用いたモデリングを行い，効率的に誘導モータの効率算定を行う。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は，オープンスロット構造のアキシャルギャップ誘導モータの固定子スロット部に磁性くさびを挿入し，漏れ磁束の低下と主磁束の増加を図り，トルク密度が向上することを解析的に示した。提案するアキシャルギャップ誘導モータは，従来のラジアルギャップ誘導モータと同等以上のトルクをおよそ半分の体積で出すことができ，トルク密度を約2倍とすることが可能であることがわかったことから，高トルク密度アキシャルギャップ誘導モータの実現可能性を示すことができたと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

モータ設計では，モータの効率の算定も重要な検討要素となる。今後は，提案モータの効率の算定を行い，提案モータの効率が従来の誘導モータ以上であることを示す必要がある。しかしながら，一般的な誘導モータの効率算定は過渡応答解析が必要となり計算時間が長大化してしまうため，誘導モータの高速計算に実績のあるリラクタンスネットワーク解析を用いたモデリングを行い，効率的に誘導モータの効率算定を行う。
モータの効率設計を行った後，モータを試作・実験し，提案するアキシャルギャップ誘導モータの有用性を実証する予定である。