237 – IPMモータの交流損失解析

モデルデータ

概要

PMモータの主な損失は、鉄損、磁石、および巻線で発生します。 この中の巻線損失、特に端部巻線に発生する損失に着目します。
巻線の損失は、直流損失および交流損失によって定義することができます。直流損失は、巻線の形状と電流より、容易に手計算が可能です。 一方で交流損失は、互いに近接した導体によって生成される磁場など様々な影響を受けるため、計算による推定は困難です。試作機を作成し、コイル部品に対する複雑な測定を行うことによって推定することができますが、設計フローにおいてコストと時間がかかります。
この問題に対して3D有限要素解析を用いることにより、コイルの損失は比較的迅速かつ低コストで分析することができます。
ここでは、IPMモータの交流損失を求めた事例をご紹介します。

損失解析

直流損失と交流損失の違いを図1に示します。
直流損失に対して交流損失を考慮(直流損失と交流損失を合計)することで、損失は45(%)程度増加しています。このように、交流損失の影響が大きいことが分かります。
図2に示すコイルエンドの交流損失は、巻線の形状ならびにコイルエンドを通る漏れ磁束に依存します。 これは主に、渦電流が流れる個々の導体間の相互磁気結合によって生じています。
図3ではコイルエンドの損失分布とフラックスラインを示しており、ステータ端部とコイルとの間の磁気結合、および導体内の相互磁気結合の様子を確認することが出来ます。 これらは、コイルエンドにおける交流損失の主要因です。

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