成果報告書詳細
管理番号20120000000728
タイトル平成20年度~平成23年度成果報告書 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 要素技術開発 脱レアアースを目指す自動車用モータの研究開発 2
公開日2012/6/29
報告書年度2008 - 2011
委託先名学校法人東海大学
プロジェクト番号P07001
部署名スマートコミュニティ部
和文要約本研究開発では希土類系磁石を一切使用しない脱レアアースタイプの誘導モータを対象に,ハイブリッド車/電気自動車/燃料電池自動車等の次世代自動車の早期実用化に資するため,高密度かつ高効率なモータの実現を目的としておこなった。本研究では誘導モータの鉄心を圧粉磁心により製作することによりレアアースレスを実現するとともに圧粉磁心の特徴を生かして誘導モータの高性能化を図った。
 本研究は近年性能向上の著しい圧粉磁心材料を用いて、その特徴を生かして誘導モータの性能向上を図ることを目的としている。本研究による試作で得られた結果は出力密度0.33kW/kg(目標値1kW/kg)、定格点での効率88.4%(目標値90%)、弱め磁束制御による効率低下1%(目標値2%)であった。実験的には目標値に達しなかったものの、圧粉磁心をモータに適用する際の多くの技術課題を明確にし、実用上の課題を明確にした。試作に際して、機械加工を行うと、所定の性能が得られず、鉄損が増加してしまう。これは圧粉磁心の絶縁層が現状では耐熱性が低く、機械加工に耐えられないためである。そのため、損失を含めた評価を行うためには型成形による試作を行う必要があり、本研究開発で計画した内容を大幅に拡大する必要があった。
 最終試作として型成形による試作を行ったが、型成形のノウハウがなく、所定の出来上がり寸法が得られないという結果になり、それがコア同士の接合部のエアギャップの増加となってしまった。研究開発終了後には型を再製作し、所定の寸法のコアでの性能の実証を行う。
目標値を達成するために必要な課題は次の通りである。すなわち、出力密度の目標値は自然空冷の数値として0.5kw/kgを用いることに変更したとしても目標値を達成するためにはモータ設計改良で、例えば圧粉磁心により製作するティースのつばをさらに長くしたとしても現状の1.5倍の出力は実現できない。圧粉磁心そのものの透磁率の増加およびが必要である。これは材料の開発を待つ必要がある。
効率は目標値に対し1.6%で劣っている。本研究では材料の特性がそのまま実現できると考え型成形コアを使用したが、型成形により鉄損が材料サンプルで得られた鉄損の約1.2倍となることが明らかになった。そのため、型成形を含む、加工による劣化が低下できれば目標値は達成できると考えられる。
すなわち、本研究により圧粉磁心の実用的な性能が明らかになり、モータとして圧粉磁心を適用する際のさまざまな技術課題を明確にすることができたと言える。誘導モータに圧粉磁心は適用可能であるが、自動車用モータとして必要な性能を満足するためには圧粉磁心材料そのものの鉄損、透磁率などの特性の一層の改良が必要である。
英文要約The purpose of this project is the development of rare earth reduction of the traction motors for electric vehicle. The purpose of this study is the development of the induction motor made of SMC. The magnetic properties of SMC material (Soft Magnetic Composite) is improved in recent years. In this study, SMC material is used for iron core of the induction motor. The results of this study are as follows; Output power density : 0.33kW/kg (Target 1kW/kg), Efficiency : 88.4% (Target 90%), Efficiency drop by the flux weakening control : 1% (Target 2%). Some of numerical results does not reach the target value, however, many technical insights are made clear for the application of SMC to motors. The machining for the trial production degrades the surface of the core. That induces low surface resistance of the core. This increases eddy current loss enormously. The cause of the degradation is heat generated at the machining because the insulation layer of SMC uses organic material. To avoid this condition, press molding of the core is required even in the trial manufacturing. The final experimental motor of this study is made by press molding. The manufactured size of the molded core is not correct size, because of the lack of know-how of the molding. This makes air gap between each core block. The air gap increases excitation current, and decrease main flux. Re-design of the Die and Mold is required. In order to reach the target value, the improvement of SMC material is essential. The difference between target value and experimental value is too large to enlarge the proposed extended teeth. The permeability of SMC is required. The iron loss of experimental SMC core is larger than nominal loss value of standard SMC material. If new molding method, which does not degrade the surface of the core, can not be realized, the reduction of iron loss of SMC is required. By this study, the actual properties of SMC core was made clear. The results shows the lot of techniques and know-how if SMC is applied to the actual motor core. SMC is applicable to the induction motor, however, the improvement of the properties is required if SMC is applied to the traction motor for EV and HEV.
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