Study of iron loss estimation method for silicon steel sheet under inverter excitation considering anomalous loss for design without prototype

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04411
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 宮城 大輔 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (10346413)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 鉄損推定 / 異常渦電流損 / 無方向性電磁鋼板 / インバータ励磁 / プレイモデル / ヒステリシス特性

Outline of Annual Research Achievements

電気自動車やハイブリッド自動車には，広範囲で可変速可能なPWMインバータで駆動する埋込磁石型同期モータが用いられるが，市街地走行時の低速回転・低負荷の駆動領域で増加する渦電流損の推定手法が確立されておらず，高効率なモータ設計時の大きな問題となっている。この問題を解決するために，PWMインバータ励磁下での鉄損推定向上を目指した鉄損推定手法の検討とそれを行うために必要な鉄損測定システムの構築を行っている。異常渦電流損のモデル化に関する検討において，測定数を重ねた結果，フェライトの動的磁気損失と同様の損失特性を必ずしも示しているとはいえないことが示された。これは測定精度の観点からも渦電流損から異常渦電流損を分離することの問題点が考えられ，測定システムの改良による測定精度の向上が必要であると考えられる。
変調率が小さい場合のインバータ励磁下での鉄損は，マイナーループにも大きな渦電流損が加わると感がられるため，マイナーループでの渦電流損を含めた鉄損推定手法の確立が鉄損推定精度を大きく左右する。そのためインバータ励磁下での鉄損推定手法を検討するために，直流偏磁下での鉄損測定システムならびにインバータ励磁下での鉄損測定システムの構築を行った。最終年度は，環状試料を用いた直流偏磁下での鉄損測定結果を用いてマイナーループの渦電流損も考慮した鉄損推定手法の開発と検討を行い，さらに，インバータ励磁下での鉄損測定結果とインバータ励磁下での鉄損推定手法との比較検討を行い，プレイモデルを用いたヒステリシスモデルに一次元有限要素法による渦電流解析を組み合わせた，ヒステリシス損と古典渦電流損のみを推定できる鉄損推定モデルに異常渦電流損を加えてインバータ励磁下の鉄損推定向上を目指した鉄損推定手法の構築を目指す。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

測定システムの改良による測定精度の向上と，測定数を重ねた結果，Si添加量が似通った試料の異常渦電流損を測定し，それらの単位体積当たりの損失が近い値となるが同じであるとはいいきれず，更なる検討や測定結果による検証が必要である。以上から，更なる多くの試料の測定結果を得ることで，異常渦電流損の特性を明らかにし，モデル化の検討を行う必要せいがある。また，ヒステリシス損と異常渦電流損を除いた渦電流損を計算する推定モデルを用いて，インバータ励磁下の渦電流損の推定を行った。しかし，マイナーループでの計算の際に，プレイモデルの分解能の問題とΔA法による問題により，推定精度に問題があるり，更なる改善が必要である。さらに，コロナの影響により実験システムの構築に十分な時間を割くことが出来ずに単板磁気試験器を用いた測定システムの構築を行うことが出来なかった。また，構築した測定システムにおいて十分な検証が出来ておらず，測定精度に関しては更なる検討と向上が必要である。以上のことから，やや遅れているとの判断に至った。

Strategy for Future Research Activity

これまでに構築した鉄損測定システムは環状試料を測定するシステムであるため，試料の特性が大きく異なる圧延方向とそれに対する直角方向が測定磁路に含まれた測定結果となる。この影響が異常渦電流損のモデル化の検討に及ぼす影響の検討を行ったが，メジャーループの頂点が初磁化曲線よりも大きくなり，また直流偏磁下のマイナーループの頂点が初磁化曲線上に無いなど，プレイモデルによるヒステリシスループのモデル化に大きく影響を及ぼす結果となった。この測定結果が環状試料によるところなのか，それとも測定精度の向上による結果なのかを評価するために圧延方向のみの鉄損測定を行える単板磁気試験器の製作を行い，圧延方向の磁気特性や直角方向の磁気特性からヒステリシスループのモデル化に必要な知見を実験結果により明らかにする。また，実際のインバータを用いたインバータ励磁下での鉄損測定システムの構築を行ったが，鉄損推定モデルの妥当性を検証できる測定結果の精度が得られなかったので，任意波形発生器を用いて疑似的なインバータ励磁波形による鉄損測定システムを構築し，プレイモデルによるヒステリシスループを考慮した渦電流解析より得られた結果との比較検証により，鉄損推定手法の妥当性の検証を行う。

Causes of Carryover

測定精度の検証に時間を要したことと，インバータ励磁下の測定システムの構築を優先させたことで単板磁気試験器の作成が遅れているため。