並列タイトル等Study for a Hybrid Excitation Motor with Reverse Saliency while Having a Field Winding on a Rotor
一般注記近年，地球温暖化や化石燃料の枯渇といった問題から，自動車分野では電気自動車（EV）やハイブリッド自動車（HEV）などのモータを動力源とする次世代自動車の研究・開発が盛んに進められている。その性能を左右する EV/HEV 駆動用モータは，高トルク特性と低トルク領域における高効率特性の両立が求められる。しかし，従来の駆動用モータには，高トルク特性を実現するために，残留磁束密度の大きい希土類磁石を使用した永久磁石同期モータ（PMSM）が一般的に採用されている。希土類磁石を用いた PMSM は，界磁磁束が大きく一定であるため，低トルク領域では出力に対して相対的に鉄損が大きくなり，高効率化が困難である。したがって，界磁磁束の大きさという観点では，高トルク特性と低トルク領域における高効率特性の間には背反の関係がある。そこで，界磁巻線を備えることで界磁磁束を能動的に変化させることが可能なハイブリッド界磁モータ（HEM）が様々な研究機関において研究されている。そして，固定子に界磁巻線を備えた方式の HEM が多数提案されているが，リラクタンストルクを有効活用できる構造についての報告が非常に少ない。これらの構造の多くが，非突極性であるのがその原因だと考えられる。さらに，リラクタンストルクを活用できない非突極性にも関わらず，界磁磁束と電機子磁束の磁路が共通であるため，q 軸インダクタンスが大きくなり，力率が低下するといったデメリットも存在する。これらのデメリットを解消する構造として，本論文では，回転子に界磁巻線を備えた逆突極性を有する HEM を提案する。この構造は，リラクタンストルクの活用と力率の向上といったメリットが期待できる。一方，回転子に界磁巻線を備える構造は，界磁巻線用の電源に加えてスリップリングが必要となるため，コストの増加が懸念される。しかし，力率の向上によって電機子巻線用のインバータの容量を削減できれば，コストの増加分を解消できる。
In recent years, due to problems such as exhaustion of fossil fuels, research and development of next-generation vehicles powered by motors such as electric vehicles and hybrid vehicles have attracted attention. EV/HEV drive motors that affect performance require both high torque characteristics at low speeds and high efficiency characteristics in low torque regions. However, a PMSM using a rare-earth magnet with a large residual magnetic flux density is generally used in conventional drive motors to achieve high torque characteristics. In this PMSMs, the field flux is large and constant, so the iron loss is relatively large with respect to the output in the low torque range, making it difficult to achieve high efficiency. Therefore, from the viewpoint of the magnitude of the field magnetic flux, there is a trade-off between the high torque characteristics and the high efficiency characteristics in the low torque region. Therefore, various research institutions have been studying hybrid excitation motors (HEM)that can actively change the field flux by providing field windings. A number of HEMs with a field winding on the stator have been proposed, but as far as the authors have investigated, there are no reports on structures that can make effective use of reluctance torque. It is thought that many of these structures are non-salient. In addition, the power factor is reduced despite non-salient polarities where reluctance torque cannot be used. In order to overcome these disadvantages, this paper proposes a HEM with a field winding on the rotor and reverse saliency. This structure can be expected to have the advantages of utilizing reluctance torque and improving the power factor. On the other hand, a structure in which a rotor has a field winding requires a slip ring in addition to a power supply for the field winding, which may increase costs. However, if the capacity of the inverter for the armature winding can be reduced by improving the power factor, the increase in cost can be eliminated.
(主査) 特任教授 小笠原 悟司, 教授 北 裕幸, 教授 五十嵐 一, 教授 竹本 真紹 (岡山大学 大学院自然科学研究科)
情報科学院(情報科学専攻)
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受理日（W3CDTF）2023-07-08T03:42:33+09:00
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