高速モーター用マグネット

高速モーター用マグネット

近年、電気自動車への永久磁石 (PM) 同期モーターの応用が急速に増加しています。これは主に、PMSM が従来の AC 誘導モーターよりも高速を達成できるためです。 ただし、PMSM の高速動作により、電磁設計、熱管理、機械構造においてさらなる課題が生じます。 PMSM の効率と電力密度を向上させるために、多くの技術が開発されています。 鉄心損失の最適化、鉄心の各位置の磁気誘導強度と高調波成分の改善、トロイダル巻線構造の採用による銅消費量の削減、端巻線のターン数の最小化などが挙げられます。

高速 PMSM の開発における最も重要な課題は、回転子の鉄心損失を低減することです。この目的のために、ステータスロット開口幅の調整、磁極とスロットの嵌合の最適化、傾斜スロットや磁気スロットウェッジの使用など、さまざまな対策が提案されています[1]。ただし、これらの方法はローターの渦電流損失を弱めるだけで、完全に減らすことはできません。さらに、複雑で高価な制御システムが必要です。

もう 1 つの重要な問題は、高速時の PMSM の安定性を向上させることです。この目的のためには、非接触ベアリングの使用が有効な解決策です。 このうち、最も有望視されているのが空気軸受と磁気浮上軸受である。ボールベアリングと比較して、これらの非接触ベアリングははるかに低い質量でローターを支持することができ、より高速で動作することができます。 それにもかかわらず、そのコストは依然として法外です。

PMSMの回転子鉄損をさらに低減するには、永久磁石の設置パラメータを最適化する必要があります。これは、磁気回路の渦電流分布を解析し、最適化する新しい方法を適用することで実現できます。この方法では、有限要素モデルと単純化された物理モデルを組み合わせて使用​​します。結果として得られるモデルは、さまざまな条件下での二層 V 型 HSPMM の温度場を計算するのに適しています。

HSPMM の動作温度を下げるためにローターとステーターの構造や冷却モードを変更することに焦点を当てたこれまでの研究とは対照的に、この方法では構造を変更する必要がありません。 また、永久磁石の設置パラメータを変更することで、銅損と鉄損を削減することにも重点を置いています。さらに、この方法の結果は、HSPMM の電磁モデルと ETCM の電磁モデルを比較することによって検証されました。図に示すように。 図 7 に示すように、FEA と MEC 間の収束精度は 0.95 を超えています。これは、この方法が HSPMM の電磁計算プロセスで多くの時間を節約できることを意味します。さらに、収束精度はテストモデルの実験結果でも検証されています。これらの結果は、本論文で提案したETCM法と温度場最適化法が信頼性が高く効率的であることを示しています。

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