二次元(ベクトル)磁気特性導入による高効率・低損失モータの開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650312
• 研究機関: 大分大学
• 研究代表者: 榎園 正人 大分大学, 工学部, 教授 (40136784)
• キーワード: 二次元磁気特性 / 電磁鋼板 / 磁界解析 / 鉄損 / 高効率 / モーター

研究概要

二次元磁気特性測定装置(ベクトルヒステリシスアナライザーと呼ぶことにした)による二次元ベクトル磁気特性を測定した。このデータ量は従来のそれを遙かに超えるもので、100MB以上のメモリ容量を有する。この測定されたベクトル磁気特性を材料構成方程式で表すため、E&SS(Enokizono&Soda, Shimoji)モデルを構築し、このモデルを導入した有限要素解析でシミュレーションによる概念設計を行った。モータの鉄心構造として、積層セグメント方式が採用された。材料として、無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板、並びに二方向性電磁鋼板が選択された。これらの材料についてE&SSモデルを導入した磁気特性解析によって、モータの鉄心内の磁束密度ベクトルの軌跡、磁界強度ベクトルの軌跡の分布が解き明かされ、これより従来未知であった鉄損分布を明らかにすることができた。これより、方向性電磁鋼板を使用することによって無方向性電磁鋼板の場合に較べて損失が半減することが明らかとなった。二方向性電磁鋼板の場合は両鋼板の中間に位置していた。この方向性電磁鋼板を設計する際の留意点は回転磁束の軸比を0.3以下に保ち、磁束密度ベクトルの容易軸からの傾き角を30度以内になるように設計しなければ、無方向性電磁鋼板を上回る低損失化は得られなくなる。さらに、モデル鉄心を作成し実測による検討をおこなった。その結果から得られたことは、材料特性に即した設計を行わないと、単に材料を置き換えただけで良好な特性は得られない。それは磁気特性が向上するとインダクタンスが増加するため電流が押さえられて、高磁束密度化が困難となる。このことから、高効率モータを開発するためには高磁束密度化のために高電圧化・定電流電源駆動が求められる。

研究成果

• [文献書誌] M.Enokizono, H.Matsuo: "A measurement system for two-dimensional DC-biased properties of magnetic materials"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 254-255. 39-42 (2003)
• [文献書誌] H.Shimoji, M.Enokizono: "E&S^2 model for vector magnetic hysteresis property"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 254-255. 290-292 (2003)
• [文献書誌] M.Enokizono: "Two-Dimensional Vector Magnetic Property"Journal of the Magnetics Society of Japan. Vol.27.No.2. 50-58 (2003)
• [文献書誌] T.Todaka, T.Kiyohara, M.Enokizono: "Boundary element method for magnetic field problems expressed with full reluctivity tensor"JSAEM Studies in Applied Electromagnetics and Mechnics. 4. 105-111 (2003)
• [文献書誌] H.Shimoji, M.Enokizono, T.Todaka: "A New Modeling of the Vector Magnetic Property"IEEE Transactions on Magnetics. MAG-38,No.2. 861-864 (2002)
• [文献書誌] M.Enokizono, K.Okamoto: "Designing a Low-Loss Induction Motor Considering the Vector Magnetic Properties"IEEE Transactions on Magnetics. MAG-38,No.2. 877-880 (2002)
• [文献書誌] M.Enokizono, Y.Fujita: "Improvement of E&S Modeling for Eddy-Current Magnetic Field Analysis"IEEE Transactions on Magnetics. MAG-38,No.2. 881-884 (2002)
• [文献書誌] M.Enokizono, S.Takahashi, A Ikariga: "A Measurement System for Two-Dimensional DC-Biased Magnetic Property"KIEE International Transactions on EMECS. 2-B, No.4. 143-148 (2002)