[JAC017] IPMモータのインダクタンス解析

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概要

概要
IPMモータはマグネットトルクとリラクタンストルクも併用できるため、電流位相を適切に選ぶことで運転範囲中の広い範囲で効率を高めることが出来ます。エアコンコンプレッサや自動車動力用モータなど運転範囲が広い機器に使用されることが多いモータ形式です。また、出力密度を高めるために強力な希土類磁石が使われることも多く、磁気回路が飽和することを考慮した設計が必要になっています。
このように、IPMモータの設計を評価するためには飽和の影響を考慮した検討を行う必要があり、材料の非線形磁化特性や、電流位相や形状によるインダクタンス特性の変化などを吟味することになります。これらの導出のためには、線形特性を前提とした理論式や磁気回路法に基づく解析では、精度良く性能を予測することが出来ません。したがって、IPMモータの設計を事前予測するためには、有限要素法を用いた電磁界シミュレーションが必要となっています。
ここでは、IPMモータにおける磁気飽和や漏れ磁束を考慮したdq軸インダクタンスの電流位相角特性を求めます。

インダクタンス

IPMモータのインダクタンスの電流位相角特性グラフを図1に、インダクタンス値から算出したトルクの電流位相角特性グラフを図2に示します。
図1より、d軸インダクタンスは磁束が透磁率の低い磁石を透過するためインダクタンスが小さく、磁気抵抗が大きいため磁気飽和の影響を受けにくいことがわかります。一方、q軸インダクタンスはd軸に比べ透磁率が大きいためインダクタンスが大きく、磁気抵抗が小さいため磁気飽和の影響を受けやすいことがわかります。
図2より、このIPMモータは電流位相角が20(deg C)付近の時に最大トルクを得られることがわかります。

図1 Ld、Lqの電流位相角特性
図2 トルクの電流位相角特性

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