並列タイトル等Study of High-Power-Density Axial-Gap Motors Using Ferrite Permanent Magnets for EV/HEV
一般注記近年の二酸化炭素排出量の規制強化を受け，ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）や電気自動車（Electric Vehicle, EV）の普及が世界的に進んでいる。これらの自動車には，多くの場合，永久磁石同期モータが駆動用モータとして使用されている。居住空間の拡大のためにはモータの小型化が必須であり，すなわち高出力密度化が強く要求されている。本論文では，より居住空間を確保しやすいインホイールモータ車両駆動用レアアースレス永久磁石同期モータとして，二種類のフェライト磁石を使用したアキシャルギャップモータを提案し，その高出力密度化の方法について議論する。第一に，従来のアキシャルギャップモータを小型・軽量化を実現可能な圧粉鉄心を使用した半閉スロット構造アキシャルギャップモータを提案した。従来モータに採用されていた固定子のオープンスロット構造に対し，磁石対向面を拡大する「つば」を設ける半閉スロット構造とすることで，漏れ磁束を減少させることができることを示した。結果として，モータ内の磁気材料や導体量を削減しながら，従来と同等のトルク・効率特性が得られることを解析と実機試験結果の両面から示した。第二に，希土類磁石に匹敵する高トルク出力と，希土類磁石使用時には困難だった軽負荷における高効率を達成できる，直流界磁巻線を設置したフェライト磁石コンシクエントポール PM 型アキシャルギャップモータを提案した。界磁磁束量の観点から矛盾する高トルク出力特性と高効率特性を，界磁巻線を使った界磁操作で両立可能とすることを示した。さらに，全運転範囲で高効率の運転を行いながら高速域まで定出力運転を実現するためには、界磁巻線による強め界磁制御と電機子巻線による弱め磁束制御を適切に併用する必要があることを明らかにした。
With the recent tightening of regulations on carbon dioxide emissions, hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs) are becoming more and more popular worldwide. Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) is often used as a drive motor (traction motor) in these vehicles. In order to expand the living space, it is essential to downsize the motor, i.e., a high-power-density is strongly required. This paper proposes two types of axial-gap motors using ferrite permanent magnets as a rare-earth less PMSM for in-wheel motor vehicle drives that can more easily secure the living space, and discusses how to increase its power density. First, a semi-closed-slot structure axial gap motor using soft magnetic composites, which can reduce the size and weight of a conventional axial gap motor, is proposed. In contrast to the open slot structure of the stator used in conventional motors, it was shown that the leakage flux could be reduced by using a half-closed slot structure with brims that enlarges the magnet opposing surface. As a result, it was shown from both the analysis and the actual test results that the same torque and efficiency characteristics as before can be obtained while reducing the amount of magnetic material and conductors in the motor. Secondly, a ferrite magnet consequent-pole-PM-type axial gap motor with a DC field winding was proposed to achieve high torque output comparable to that of rare earth magnets and high efficiency under light loads, which was difficult to achieve when using rare earth magnets. It was shown that the high torque output characteristic and the high efficiency characteristic, which are contradictory from the viewpoint of the field flux amount, can be combined by field operation using field windings. Furthermore, it was clarified that in order to achieve constant power operation up to the high speed range with high efficiency operation in the entire operation range, it is necessary to properly combine the field strengthening control with the field winding and the flux weakening control with the armature winding.
(主査) 教授 小笠原 悟司, 教授 五十嵐 一, 教授 北 裕幸, 教授 竹本 真紹 (岡山大学・自然科学研究科)
情報科学研究科(システム情報科学専攻)
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受理日（W3CDTF）2022-07-05T02:30:21+09:00
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