高効率な電機子鎖交磁束可変形IPMモータの研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650293
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 武田 洋次 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (10081275)
• 研究分担者: 真田 雅之 大阪府立大学, 工学研究科, 講師 (90264803) ; 森本 茂雄 大阪府立大学, 工学研究科, 助教授 (00210188)
• キーワード: 永久磁石同期モータ / 埋め込み磁石構造同期モータ / 弱め磁束制御 / 高効率可変速モータ / 省エネモータ

研究概要

永久磁石を回転子内部に埋め込んだ埋込磁石構造同期電動機(IPMSM)はマグネットトルクの他に磁気的な突極性に基づくリラクタンストルクも利用できるため、従来の表面磁石構造同期電動機(SPMSM)と比べて定格運転では極めて効率が高い。しかし、軽負荷高速領域では大きな負のd軸電流を原理的に必要とし、この運転領域で効率が低下するため、このような用途では改善が望まれている。
従来のIPMSMの構造では、低速領域で大トルク、高速軽負荷領域で高効率を実現することは、原理的に難しい。平成11年度は永久磁石の磁束をロータの磁束障壁内に挿入した可動鉄片で短絡する構造によりこの問題点の解決を目指し、一応の成果を得たが、汎用にするには製作上の問題があった。平成12年度はロータの両側から軸方向磁束短絡可動円板を接近させ、速度に応じて電機子鎖交磁束を自由にコントロールできる構造を提案し、検討した。本年度は引き続きこの構造によるIPMSMの性能改善効果をさらに確かめ、検討を行った。その結果、次の成果を得た。
(1)可動円板とロータとの距離をコントロールすることにより、永久磁石の電機子鎖交磁束を調整することができる。
(2)モータおよび可動円板の寸法が磁束低減効果に影響するため、適当な設計が必要である。
(3)提案IPMSMは非常に広い範囲で定出力運転ができることを明らかにした。可動円板の速度による移動パターンを適度にコントロールすれば,低速時の大トルク特性と高速時の広範囲定出力運転能力を持たせることが可能であることが明らかとなった。
(4)永久磁石の電機子鎖交磁束が直接低減できるため,4軸電機子電流による損失が小さくなり,効率が改善される。特に高速,軽負荷時の効率の大幅な改善が実現できる。
(5)可動円板が'離れる'、'接近する'という簡素化したパターンでも十分な効果が得られ、実用的であることが明らかとなった。
これらの結果は研究成果として7編の論文に報告している。

研究成果

• [文献書誌] Lei Ma, Masayuki Sanada, Shigeo Morimoto, Yoji Takeda: "Extending Operating Range of Permanent Magnet Synchronous Motor Utilizing Flux-Shortenin2 Iron Pieces"Proc. of the Third Chinese International Conference on Electrical Machines. 175-178 (1999)
• [文献書誌] Lei Ma, Masayuki Sanada, Shigeo Morimoto, Yoji Takeda, Nobuyuki Matsui: "High Efficiency Adjustable Speed Control of IPMSM with Variable Permanent Magnet Flux Linkage"Proc. of IEEE Industry Applications Society Annual Meeting. 881-887 (1999)
• [文献書誌] Lei Ma, Masayuki Sanada, Shigeo Morimoto, Yoji Takeda: "An Interior Permanent Magnet Synchrnous Motor with Variable Permanent Magnet Flux Linkage"Proc. of the Third Small Motors International Conference. 173-178 (1999)
• [文献書誌] 馬雷, 真田雅之, 森本茂雄, 武田洋次: "永久磁石の電機子鎖交磁束可変形埋込磁石構造PMモータの広範囲高効率速度制御"電気学会論文誌D. 120-D, No.8/9. 1031-1036 (2000)
• [文献書誌] Lei Ma, Masayuki Sanada, Shigeo Morimoto, Yoji Takeda: "IPMSM with Adjustable PM Armature Flux Linkage for High Efficiency and Wide Range Operation"Trans. lEE of Japan (電気学会論文誌D). 121-D, No.3. 371-376 (2001)
• [文献書誌] Lei Ma, Masayuki Sanada, Shigeo Morimoto, Yoji Takeda, Hiroshi Murakami: "New Method for Efficiency Improvement and Operating Range Extension of IPMSM with Adjustable PM Armature Flux Linkage"Proc. of the European Conference on Power Electronics and Applications. (CD-ROM). (2001)
• [文献書誌] L.Ma, M.Sanada, S.Morimoto, Y.Takeda: "Advantages of IPMSM with Adjustable PM Armature Flux Linkage in Efficiency Improvement and Operating Range extension"Proc. of Power Conversion Conference Osaka 2002. (2002)