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極薄無方向性電磁鋼板を用いた高効率・高出力密度小型モータの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K04101
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21010:電力工学関連
研究機関茨城大学

研究代表者

祖田 直也  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (80323210)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2019年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードベクトル磁気特性 / 小型モータ / 高効率 / 高出力密度 / 固定子鉄心 / 形状設計 / 極薄電磁鋼 / 鉄損 / 分割コア / 極薄電磁鋼板 / 極薄無方向性電磁鋼板
研究成果の概要

極薄無方向性電磁鋼板を用いた高効率・高出力密度の小型永久磁石モータの開発のために,ベクトル磁気特性解析技術を用いた小型モータ鉄心の高効率・高出力密度化設計法を提案した。最初に,ベジェ曲線による固定子鉄心形状設計後にバックヨーク外側部に生じる低磁束密度領域を切取ることでトルクを低下させずに固定子鉄心重量を削減させる高出力密度化設計法を提案した。この手法により初期の小型モータモデルに対して20~30%程度出力密度を向上させることが可能であることを確認した。次に,分割コアに対してティース付根部にアールをつける鉄損低減法を提案した。この手法により鉄損を約17%低減することが可能であることを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

板厚0.1mm(100μm)程度の電磁鋼板はこれまでに国内外にあったが,極薄電磁鋼板は50~80μmであり圧倒的に渦電流損が低い。また,極薄電磁鋼板は高い周波数領域においても高飽和磁束密度を有するため,高効率・高出力小型モータの鉄心として最適な材料であり,世界的にみても圧倒的に有利である。この極薄電磁鋼板の磁気特性を最大限に活用し,小型モータの効率を低減させることなく出力密度を向上させる設計法を確立させることは,高効率・高出力密度を有する小型永久磁石モータの開発にとって大変重要である。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 8件)

  • [雑誌論文] Core Loss Reduction of Segment Stator Core Motor in Consideration of Rolling Direction of Non-Oriented Electrical Steel Sheet2020

    • 著者名/発表者名
      Soda Naoya、Hayashi Naoki、Enokizono Masato
    • 雑誌名

      Proceedings 2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM2020)

      巻: 1 ページ: 799-804

    • DOI

      10.1109/icem49940.2020.9270687

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High Power Density and High Efficiency of High-Speed Motor2020

    • 著者名/発表者名
      Masato Enokizono, Daisuke Wakabayashi, Naoya Soda, Yuji Tsuchida, Shohei Ueno, Mohachiro Oka
    • 雑誌名

      Proceedings 2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM2020)

      巻: 1 ページ: 170-176

    • DOI

      10.1109/icem49940.2020.9270802

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stator Core Shape Design for Low Core Loss and High Power Density of a Small Surface-Mounted Permanent Motor2020

    • 著者名/発表者名
      Soda Naoya、Enokizono Masato
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 20 号: 5 ページ: 1418-1418

    • DOI

      10.3390/s20051418

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of High Efficiency and High-Speed Motor with High Power Density2019

    • 著者名/発表者名
      Enokizono Masato、Soda Naoya、Wakabayashi Daisuke、Ueno Shohei、Tsuchida Yuji
    • 雑誌名

      2019 International Aegean Conference on Electrical Machines and Power Electronics (ACEMP) & 2019 International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM)

      巻: - ページ: 178-185

    • DOI

      10.1109/acemp-optim44294.2019.9007125

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relation Between Stator Core Shape and Torque Ripple for SPM Motor2018

    • 著者名/発表者名
      Soda Naoya、Enokizono Masato
    • 雑誌名

      2018 XXIII International Conference on Electrical Machines (ICEM2018)

      巻: - ページ: 955-960

    • DOI

      10.1109/icelmach.2018.8507050

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Core Loss Reduction for High-Speed Motor2018

    • 著者名/発表者名
      Enokizono Masato、Wakabayashi Daisuke、Tsuchida Yuji、Ueno Shohei、Soda Naoya
    • 雑誌名

      2018 XXIII International Conference on Electrical Machines (ICEM2018)

      巻: - ページ: 2586-2592

    • DOI

      10.1109/icelmach.2018.8506781

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ベクトル磁気特性測定によるパーメンジュールの磁気特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      黒澤雄司、榎本裕治、祖田直也
    • 学会等名
      令和2年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高出力化及び小型化を目的としたアキシャルギャップ型永久磁石同期モータの基本特性調査2021

    • 著者名/発表者名
      天野雄晴、堀江直輝、祖田直也
    • 学会等名
      令和2年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ベクトル磁気特性によるパーメンジュールの回転磁束条件下における磁気特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      黒澤雄司、祖田直也、榎本裕治
    • 学会等名
      令和3年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] アキシャルギャップ型永久磁石同期モータの高効率化および薄型化の検討2021

    • 著者名/発表者名
      天野雄晴、祖田直也、堀江直輝
    • 学会等名
      令和3年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Core Loss Reduction of Segment Stator Core Motor in Consideration of Rolling Direction of Non-Oriented Electrical Steel Sheet2020

    • 著者名/発表者名
      Soda Naoya、Hayashi Naoki、Enokizono Masato
    • 学会等名
      2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High Power Density and High Efficiency of High-Speed Motor2020

    • 著者名/発表者名
      Enokizono Masato、Wakabayashi Daisuke、Soda Naoya、Tsuchida Yuji、Ueno Shohei、Oka Mohachiro
    • 学会等名
      2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 小型高速モータの高効率高パワー密度のための固定子鉄心形状設計2019

    • 著者名/発表者名
      祖田直也、上野尚平、槌田雄二、榎園正人
    • 学会等名
      第31回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム(SEAD31)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Characteristics Computation of Self-propelled Rotary Actuator in Consideration of Shape and Rolling Direction of Steel Sheets2019

    • 著者名/発表者名
      N. Soda, T. Kawano, M. Enokizono
    • 学会等名
      11th Japanese-Mediterranean Workshop Applied Electromagnetic Engineering for Magnetic, Superconducting, Multifunctional and Nanomaterials (JAPMED'11)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Stator core shape design for low core loss and high power density of a small SPM motor2019

    • 著者名/発表者名
      N. Soda, M. Enokizono
    • 学会等名
      19th International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering (ISEF2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 面外応力下におけるEI型リアクトル鉄心内の局所的ベクトル磁気測定2019

    • 著者名/発表者名
      祖田直也、市毛祥貴
    • 学会等名
      第28回MAGDAコンファレンスin大分
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of High Efficiency and High-Speed Motor with High Power Density2019

    • 著者名/発表者名
      M. Enokizono, N. Soda, D. Wakabayashi, S. Ueno, Y. Tsuchida
    • 学会等名
      2019 International Aegean Conference on Electrical Machines and Power Electronics (ACEMP) & 2019 International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電磁鋼板の圧延方向を考慮した固定子分割コアモータの鉄損解析2019

    • 著者名/発表者名
      祖田直也、林直輝、榎園正人
    • 学会等名
      電気学会マグネティックス研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] タグチメソッドによるSPMモータのロバスト設計2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤真嗣、祖田直也
    • 学会等名
      令和元年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] PMモータのトルクリプル低減に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      中村将矢、祖田直也
    • 学会等名
      令和元年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ベクトル磁気特性を考慮した有限要素解析による誘導電動機の鉄損評価2019

    • 著者名/発表者名
      菊池理加、祖田直也
    • 学会等名
      令和元年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 鉄損低減および出力密度向上のための小型SPMモータの固定子鉄心形状設計の提案2019

    • 著者名/発表者名
      祖田直也、榎園正人
    • 学会等名
      平成31年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 小型SPMモータの出力密度向上のための鉄心形状設計法の提案2019

    • 著者名/発表者名
      祖田直也、榎園正人
    • 学会等名
      電気学会マグネティックス研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Improvement of the self-propelled rotary actuator in consideration of shape and rolling direction of steel sheets2018

    • 著者名/発表者名
      Soda N.、Kawano T.、Enokizono M.
    • 学会等名
      INTERMAG 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電磁鋼板の形状および圧延方向を変更した自走回転型アクチュエータの特性比較2018

    • 著者名/発表者名
      祖田直也、榎園正人
    • 学会等名
      電気学会マグネティックス研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Relation Between Stator Core Shape and Torque Ripple for SPM Motor2018

    • 著者名/発表者名
      Soda N.、Enokizono M.
    • 学会等名
      XXIII International Conference on Electrical Machines (ICEM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Core Loss Reduction for High-Speed Motor2018

    • 著者名/発表者名
      Enokizono M.、Wakabayashi D.、Tsuchida Y.、Ueno S.、Soda N.
    • 学会等名
      XXIII International Conference on Electrical Machines (ICEM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 小型SPMモータの出力密度向上のための固定子鉄心形状設計法2018

    • 著者名/発表者名
      祖田直也、榎園正人
    • 学会等名
      第27回MAGDAコンファレンス
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 小型SPMモータの永久磁石の配向変更による特性改善に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      熊田勇輝、祖田直也
    • 学会等名
      第27回MAGDAコンファレンス
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 小型PMモータの固定子鉄心形状変更による鉄損低減に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      林直輝、祖田直也
    • 学会等名
      第27回MAGDAコンファレンス
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 小型SPMモータにおける低鉄損化のための固定子鉄心形状変更に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      林直輝、祖田直也
    • 学会等名
      平成30年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 小型PMモータの回転子磁化方向変更による特性改善に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      熊田勇輝、祖田直也
    • 学会等名
      平成30年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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