高性能化と低コスト化を両立する自動車駆動用アキシャルギャップモータの開発

开发兼具高性能和低成本的车辆驱动用轴向间隙电机

• 批准号: 22K20429
• 负责人: 綱田 錬
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20429/
• 关键词: アキシャルギャップモータ; 自動車駆動用モータ; 高効率化; 実機検証; 低消費電力; 低コスト化; 高性能化と低コスト化の両立; フェライト磁石; 丸線

本研究課題では，自動車駆動用のアキシャルギャップモータ（AGM）において，高性能化と低コスト化を両立することを目的とする。そこで研究代表者は，低コスト化のためにAGMに「フェライト磁石」と「丸線」を用いることを検討した。一方で，両材料はAGMの磁気装荷と電気装荷の低下を招いてしまう。しかし，研究代表者は「(1)新しい回転子構造」，「(2)固定子つば形状の最適化」を組み合わせることで，材料面での欠点を補いつつ，高性能化を実現できるAGMを提案した。2022年度は，以下の内容について研究を実施した。①提案AGMの試作と実機検証初期検討として，磁場解析で提案AGMが低コストでありながら自動車駆動用モータとして高い特性を実現できることを明らかにした。その提案AGMの実機での特性を評価するため，まずは冷却機構を含めた構造，ケース，取回し線等の設計を行った。その後，特殊な工程を必要とせずに問題無く提案AGMの製造ができることを確認した。また，試験設備をセットアップし，実機検証を行った結果，提案AGMは解析同様に目標トルクを達成した。②市販モータとのインバータ駆動時の比較提案AGMの有効性を明確にするために，高コストなネオジム焼結磁石と平角銅線を用いた市販の自動車駆動用モータとの比較を実施した。一般的に，モータの磁場解析では正弦波電流を入力する。しかし実際にはインバータ駆動であるため，スイッチングによる高周波電流が重畳する。そこで，回路シミュレータで両モータがインバータ駆動した際の電流波形を計算し，その電流を用いた磁場解析を実施した。その結果，WLTCモードで自動車が運転した際に，正弦波電流では両モータの消費電力が殆ど同じであったが，提案AGMは材料や構造の観点からスイッチングによる鉄損増加を抑制することができ，市販のモータよりも10%以上の消費電力低減効果があることを明らかにした。

该研究项目的目的是实现汽车驱动用轴向间隙电机（AGM）的高性能和低成本。因此，主要研究者考虑在AGM中使用“铁氧体磁铁”和“圆线”来降低成本。另一方面，这两种材料都会导致 AGM 的磁负载和电负载降低。然而，通过结合“（1）新的转子结构”和“（2）优化定子肋形状”，研究主管能够创造出一种可以在弥补材料缺点的同时实现更高性能的AGM。建议。 2022年，对以下主题进行了研究。 (1) 所提出的 AGM 的原型生产和实际机器验证 作为初步研究，磁场分析表明所提出的 AGM 可以以低成本实现作为汽车驱动电机的高特性。为了评估所提出的 AGM 在实际机器中的特性，我们首先设计了结构，包括冷却机构、外壳和布线。事后证实，拟议的 AGM 可以毫无问题地制造，无需特殊工艺。此外，通过设置测试设备并验证实际机器，所提​​出的 AGM 实现了分析中的目标扭矩。 2）与由逆变器驱动时的市售电机的比较为了阐明所提出的AGM的有效性，我们与使用昂贵的钕烧结磁体和矩形铜线的市售汽车驱动电机进行了比较。通常，在分析电机磁场时，输入正弦电流。然而，由于实际上是由逆变器驱动，因此会叠加因开关而产生的高频电流。因此，我们使用电路模拟器计算了两台电机均由逆变器驱动时的电流波形，并利用该电流进行了磁场分析。结果，当汽车在WLTC模式下运行时，两个电机的功耗几乎与正弦波电流相同，但从材料和角度来看，所提出的AGM能够抑制由于切换而导致的铁损增加。据了解，与市售电机相比，功耗降低了10%以上。

项目成果

The Superiority of Efficiency Considering Harmonic Current caused by PWM inverter in Axial-Flux PM Machine Using Ferrite PM for Traction applications: Compasiron to Radial-Flux PM Machines Using NdFeB PM

考虑到牵引应用中使用铁氧体永磁体的轴向磁通永磁电机中 PWM 逆变器引起的谐波电流的效率优越性：与使用 NdFeB 永磁体的径向磁通永磁电机的比较

• 发表时间: 2023
• 作者: R. Tsunata;M. Takemoto;J. Imai;T. Saito and T. Ueno
• 通讯作者: T. Saito and T. Ueno

Comparison of Thermal Characteristic in Various Aspect Ratios of Radial-Flux and Axial-Flux Permanent Magnet Machines

径向磁通和轴向磁通永磁电机不同长径比的热特性比较

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Tsunata;M. Takemoto;J. Imai;T. Saito and T. Ueno
• 通讯作者: T. Saito and T. Ueno

Comparison of Thermal Characteristics in Various Aspect Ratios for Radial-Flux and Axial-Flux Permanent Magnet Machines

• DOI: 10.1109/tia.2023.3255845
• 发表时间: 2023-05
• 期刊: IEEE Transactions on Industry Applications
• 影响因子: 4.4
• 作者: R. Tsunata;M. Takemoto;J. Imai;Tatsuya Saito;T. Ueno

Axial-Flux Machine Using Ferrite PM and Round Wire Competitive to Radial-Flux Machine Using Nd-Fe-B PM for HEV Traction

使用铁氧体永磁体和圆线的轴向磁通机与用于混合动力汽车牵引的使用 Nd-Fe-B 永磁体的径向磁通机具有竞争力

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Izumiya;R. Tsunata;M. Takemoto;J. Imai;T. Saito and T. Ueno
• 通讯作者: T. Saito and T. Ueno

フェライト磁石と丸線を採用した自動車駆動用アキシャルギャップモータにおける高出力密度化及び高効率化のための検討

使用铁氧体磁铁和圆线提高汽车驱动轴向间隙电机的功率密度和效率的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Izumiya;R. Tsunata;M. Takemoto;J. Imai;T. Saito and T. Ueno;和泉谷洸輔，綱田錬，竹本真紹，今井純，齋藤達哉，上野友之
• 通讯作者: 和泉谷洸輔，綱田錬，竹本真紹，今井純，齋藤達哉，上野友之