2020 年度研究成果報告書

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

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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
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
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。
自由記述の分野	電気機器学
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。