2022 Fiscal Year Annual Research Report
Machine Based on Magnetic Resonance Coupling with the Word's Highest Power Density for Realization of Electrical Aircraft
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20K04452
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Research Institution | Toyo University |
Principal Investigator |
堺 和人 東洋大学, 理工学部, 教授 (40377099)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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Keywords | モータ / 発電機 / 電気飛行機 / 電気自動車 / 高出力 / 高効率 / 磁界共振 / 磁性リング |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究は電気飛行機用高出力密度モータ・発電機、その理論、設計手法の創出である。提案機は、出力密度(重量当たりの出力)を従来機の数倍に高めるために鉄心が無いエアギャップワインディングの巻線から構成され、磁界共振結合によって出力を確保する。令和2年度では、漏れ磁束抑制の磁性リングを固定子の外周と回転子の内周から覆う構成の磁界共振結合の提案機を考案し、出力を高めた。令和3年度では、前年度の提案機が定格出力以外の運転点では共振から外れて出力低下する問題が生じて、出力が変化しても共振を維持できる設計手法を確立した。令和4年度では、2~16極の提案機の設計を行って極数に対する出力特性を明らかにし、高出力密度を優先する場合は4極、高効率を優先する場合は2極が良いことを明らかにした。さらに磁性リングを含めた高速回転における強度解析を行って、両方に磁性リングを設けた提案機、固定子のみに磁性リングを設けた提案機の最高許容回転数がそれぞれ40,000、100,000 rpmまで高める構造が得られた。これらの成果を基に最適設計を行って、両方に磁性リングを設けた提案機、固定子のみに磁性リングを設けた提案機の最高数と出力密度はそれぞれ40,000rpmで 16.3 kW/kg、100,000 rpmで29.1 kW/kgを達成することができた。また、可変速運転時の電圧と電流、力率、出力特性も得られた。 以上より本研究によって、以下の成果が得られた。①考案した磁界共振と磁性リングの技術によって従来の10倍以上の出力密度が得られた(現状最高レベルの1~2kW/kgに対して本提案機では16~29kW/kg)。②10倍以上の高出力密度を可能にする技術の理論、等価回路と特性算出、設計と解析手法、分析・評価手法が確立された。③多発分散式電気飛行機用モータの200kW級を超える500 kW出力のモータが得られた。
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Research Products
(8 results)