磁気的相互作用を考慮した磁気ギヤードモータのトルク式導出と小型電気自動車への応用

考虑磁相互作用的磁力减速电机扭矩公式推导及其在小型电动汽车上的应用

• 批准号: 21H01302
• 负责人: 中村 健二
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01302/
• 关键词: 磁気ギヤードモータ; 磁気的相互作用; 電気自動車; インホイールドライブ方式; インホールドライブ方式

本年度は、①磁気的相互作用を考慮した磁気ギヤードモータの最適制御法に関する検討、②500N・m級のIPM型磁気ギヤードモータの解析設計・試作試験の他に、③磁石レスモータの一種である、スイッチトリラクタンス（SR）モータと磁気ギヤを組み合わせた新しい磁気ギヤードSRモータの検討を行った。まず、①最適制御法に関しては、昨年度の検討で明らかになった磁気的相互作用を活用することで、IPM型磁気ギヤードモータを大トルクで駆動するためには遅れ電流位相角で制御すれば良いこと、逆に高力率・高効率で駆動するためには進み電流位相角で制御した方が良いことを明らかにした。次いで、②については、まずFEMによる解析設計を行い、最大トルクと不平衡電磁力の観点から磁気ギヤ部のギヤ比を8.33に選定するとともに、ギヤ部およびモータ部の各部寸法を調整することで、目標トルクを満足可能な形状寸法を明らかにした。続いて、設計した磁気ギヤードモータの試作試験を行った結果、ほぼ設計通りの鎖交磁束やトルクなどの特性が得られることを実証した。また、遅れ電流位相角で駆動を行った結果、磁気的相互作用により最大トルクが増加することも実証され、トルク密度83N・m/Lを達成した。最後に、③については、これまでの検討によって、本研究で提案するIPM型であっても、移動体に要求される幅広い速度－トルク特性を実現することは必ずしも容易では無いことが明らかとなった。また、磁石使用量が他の磁石モータと比較して多いというのも解決すべき課題である。そこで、低速・大トルクから高速・低トルクまで幅広い速度－トルク特性の実現を目指し、磁気ギヤとSRモータを一体化した新しい磁気ギヤードモータを考案し、種々検討を行った。その結果、SRモータは弱め界磁制御無しに低速・大トルクから高速・低トルクまで幅広い速度－トルク特性が実現可能であることが明らかとなった。

今年，除了1）对磁性相互作用的磁性齿轮电动机的最佳控制方法的研究，2）2）分析设计和500N ・M类IPM类型磁性齿轮电动机的分析设计和原型测试，以及3）组合新的磁性齿轮电动机，该电动机可将开关（SR）电动机和磁性齿轮，类型的无磁性电动机组合在一起。首先，关于最佳控制方法，通过利用去年的研究中揭示的磁相互作用，据透露，为了驱动具有较大扭矩的IPM型磁性齿轮电动机，最好以延迟的电流相位角度控制它，另一方面，为了以高功率因子和高效率驱动它，可以更好地控制它，以使其更加稳定地驱动它。接下来，对于②，使用FEM进行了分析设计，从最大扭矩和不平衡的电磁力的角度选择了磁性齿轮截面的齿轮比为8.33，并且调整了齿轮截面和运动截面的尺寸以揭示满足目标扭矩的形状和尺寸。接下来，在设计的磁性齿轮电动机上进行了原型测试，并证明了诸如交联磁通量和扭矩之类的特性几乎可以按照设计的设计获得。此外，已经证明在延迟的电流角度驱动，最大扭矩由于磁相互作用而增加，达到83n·m/L的扭矩密度。最后，关于③③，先前的研究表明，即使在本研究中提出的IPM类型中，要实现移动设备所需的广泛速度刺激性特征并不总是那么容易。需要解决的另一个问题是，所使用的磁铁量大于其他磁铁电动机的量。因此，我们设计了一种新的磁性齿轮电动机，该电动机集成了磁性齿轮和SR电动机，旨在实现从低速和大扭矩到高速和低速扭矩的广泛速度刺激性特性，并进行了各种研究。结果，已经揭示了SR电动机可以实现广泛的速度刺激性特性，从低速，大扭矩到高速扭矩，而没有任何弱场控制。

项目成果

磁気的相互作用が埋込磁石型磁気ギヤードモータの特性に与える影響

磁相互作用对嵌磁式磁力减速电机特性的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Sakata;N.;Ishiga;T.;Ugajin;T.;Taniguchi;S.;Hirata;T. and Ishiga;Y.;伊藤亘輝，中村健二
• 通讯作者: 伊藤亘輝，中村健二

Proposal of In-Wheel Type Magnetic-Geared SR Motor for Compact EV

紧凑型电动车用轮内式磁力齿轮SR电机提案

• DOI: 10.20819/msjtmsj.23tr506
• 发表时间: 2023
• 期刊: Transaction of the Magnetics Society of Japan Special Issues
• 作者: 伊藤亘輝;中村健二
• 通讯作者: 中村健二

Proposal and Verification of Torque Equation of IPM-Type Magnetic-Geared Motor

IPM型磁力减速电机扭矩方程的提出及验证

• DOI: 10.1541/ieejjia.20012813
• 发表时间: 2021
• 期刊: IEEJ Journal of Industry Applications
• 影响因子: 1.7
• 作者: Ito Koki;Nakamura Kenji
• 通讯作者: Nakamura Kenji

A Consideration of Efficiency and Power Factor of IPM-type Magnetic-Geared Motor

IPM型磁力减速电机效率和功率因数的考虑

• DOI: 10.3379/msjmag.2201r004
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Magnetics Society of Japan
• 作者: Ito K.;Nakamura K.
• 通讯作者: Nakamura K.

埋込磁石型磁気ギヤードモータの力率・効率に関する一考察

嵌入式磁体式磁力减速电机功率因数和效率研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 坂田七海;石賀貴子;石賀康博;伊藤亘輝，中村健二
• 通讯作者: 伊藤亘輝，中村健二