200 – ヒステリシスモデルを用いたIPMモータの鉄損解析

アプリケーションノート・モデルデータ

概要

家電や電気自動車においてPMモータが適用され、モータサイズの小型化、高出力化の要求が高まっています。一方で、小型かつ高出力のモータでは、磁気飽和や高回転による高周波成分の影響を受けやすく、モータの損失が増加してしまうため、同時に高効率への対応も求められています。高効率なモータの実現には、損失を精確に見積もることが重要となっています。
PMモータの駆動回路ではPWM制御(パルス幅変調制御)を用いた電流ベクトル制御が行う事があります。PWM制御により供給される電流波形は、基本波電流にキャリア高調波電流が重畳される形となり、このキャリア高調波電流により、モータコアに高周波の磁界が加わり、鉄損が生じます。この様な、高調波成分や、永久磁石による鉄心の磁気飽和により、従来の正弦波交流とは異なる磁束密度波形での鉄損の評価が必要となります。また、高速回転のPMモータでは、磁束密度の変動周波数が高くなり、表皮効果による積層鋼板の厚み方向の渦電流分布も無視できなくなっています。この様な条件下においては、より精度の高い鉄損算出機能を用いた評価が求められています。
ここでは、直流偏磁状態のマイナーループを考慮したヒステリシスモデルと積層方向の渦電流分布を考慮した積層解析機能を併用してIPMモータにおけるより高いキャリア高調波成分による鉄損を評価します。

鉄損

鉄損を図1に示します。ヒステリシスモデルおよび積層解析の結果に加え、従来の鉄損特性を用いた損失解析結果と比較します。
従来の鉄損特性によって得られたジュール損失は過大評価していることが確認されます。これは参照周波数が鉄損特性の参照周波数を超え、外挿されたデータが使用されたためと考えられます。一方で、ロータコアにおけるヒステリシス損は過小評価されています。ロータコアでは、マイナーループの影響があり、ヒステリシスモデルではこれらの影響をより正確に捉えられたためと考えられます。

ジュール損失/ヒステリシス損失密度分布

ジュール損失密度とヒステリシス損失密度の分布を図2に示します。
ロータコア表面においてヒステリシス損失が高くなっていることが確認されます。これはマイナーループの影響と考えられます。また、鉄損特性を用いたジュール損失密度は、積層解析より高い密度が得られています。これは、高周波数の損失密度の計算に外挿された鉄損特性が用いられているためと考えられます。

磁束密度波形

ロータコアとステータコアにおける磁束密度の波形を図3に示します。
ロータコアの磁束密度波形には、マイナーループの影響を引き起こす重畳直流成分が現れています。

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