鉄損分析

図4.19(a)，(b)に従来法と提案法による鉄損マップを，図4.19(c)に提案法から従来法の鉄

損を引いた差分値マップを示す。

鉄損Piはモータの出力電力Poutからモータ入力電力Pin，機械損Pmおよび銅損Pcを引い た値をとして計算し，漂遊負荷損は無視している。

P_iP_inP_out P_mP_c ··· (4.15)

図4.19(c)の鉄損の差分値マップにおいて，約0.3Nm以下で提案法の鉄損が従来法よりも

大きくなった。また，励磁モード1と2の境界線上において，鉄損が他の動作領域と比較す ると大きくなっている。

(a) 120°励磁区間電圧PWM制御

(a) Voltage-PWM control with 120deg Excitation Period

Speed [min^-1]

Load Torque [Nm]

Conduction ratio [%]

Difference value of copper loss [W]

0 2000 4000 6000 8000 10000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 -15

-10 -20 -25 -30 -35

N-T curve for proposed method

Mode 3 Mode 2

Mode 1 -5 0

Speed [min^-1]

Load Torque [Nm]

Duty ratio [%]

Iron loss [W]

0 2000 4000 6000 8000 10000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 30

40 50 60 70 80 90 100 160

140 120

100 80

60 40 20

(b) 励磁区間可変シングルパルス制御 (b) Single-Pulse Control with Variable Excitation Period

(c) 鉄損の差分値 (c) Difference value of iron loss

図4.19 鉄損マップ

Fig. 4.19. Iron loss map.

図4.20に鉄損の差分値が約5Wである動作点0.2Nmの各制御方式によるu相とv相の相 電圧，相電流波形を示す。図4.17 と同様に，提案法では無効トルク区間において電流が流 れていないため，図4.18(c)からも確認できるように銅損を大きく削減できたと考えられる。

しかし提案法の消磁区間が44ºと従来法の28ºと比較して大きいことから，最大鎖交磁束が 従来法より大きいので，鉄損が大きくなったと考えられる。

Speed [min^-1]

Load Torque [Nm]

Conduction ratio [%]

Iron loss [W]

0 2000 4000 6000 8000 10000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Mode 3 Mode 2

Mode 1 20

40 60 80

140 120

100

N-T curve for voltage-PWM

-60 -60 -60

-60 -60

-60

-60

-60

-55-60 -55 -55

-55

-55

-55

-55

-55

-50 -55 -50

-50 -50

-50

-50

-50

-50 -45

-45 -45

-45 -45

-45

-45

-45 -40

-40 -40

-40 -40

-40

-40

-40 -35

-35 -35

-35 -35

-35

-35

-35 -30 -30 -30

-3

0

-3 0

-30

-30

-30

-25 -25

-25 -25

-25

-25

-25

-25 -20

-20 -20

-20 -20

-20

-20

-20 -15 -15 -15

-15

-1

5

-15

-15

-15

-10 -15 -10

-10 -1

0

-10 -10

-10

-10

-5-10 -5

-5 -5

-5 -5

-5

-5

-5 0

0 0

0 0

0

0 5 5

0 0

5 5 0

5

Speed [min^-1]

Load Torque [Nm]

Conduction ratio [%]

Difference value of Iron loss [W]

0 2000 4000 6000 8000 10000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

-60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 20

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Mode 1 Mode 2 Mode 3

-15 -20

0 5 -10 -55

-30

-5

N-T curve for proposed method

図4.20 鉄損の差分値が5Wの動作点における各波形

Fig. 4.20. The waveforms of operating point in which the difference value of iron loss is 5W.

一般にSRMは磁気特性の非線形領域を積極的に利用するが，図4.5で示したように供試 SRM においても，相電流 15A 以上は非線形領域となっている。負荷トルク 0.1Nm におい て，既にピーク電流が15A程度であるため，図4.16，4.18，4.19のマップ上のほぼ全領域に おいて，供試SRMは線形および非線形領域で動作していることになる。従って，非線形性 を考慮した場合は，全ての動作点において，更なるモータ効率の向上が期待できるため，今 後は非線形性まで考慮した励磁タイミングについて検討を行う予定である。

4.8 3.5kW供試SRモータの効率測定結果

図 4.21(a)，(b)に電圧PWM 制御および提案法によるモータ効率を示す。電圧 PWM制御

のPWM周波数は10kHzであり，PI制御を行っている。ターンオン角は0°(elec.)，転流角は

120°(elec.)である。提案法，電圧PWM制御ともに電源電圧は100Vで試験を行った。図4.21(c)

に効率差マップ(提案法-電圧PWM制御)を示す。提案法では基底速度以下で高負荷域ほど効 率が良いことがわかる。

図4.22に効率改善効果が大きい動作点1000rpm，20Nmの各制御法による波形を示す。提案 法では無効領域に電流がほとんど流れておらず，電流波高値も低くなっている。

Blue line : Phase U voltage Purple line : Phase V voltage Red line : Phase U current Orange line : Phase V current

-30 -20 -10 0 10 20 30

-40 -20 0 20 40

Phase current [A]

Voltage-PWM Phase voltage [V]

θ_q=148˚

28˚

Duty ratio 50 %

0.2 N·m 2346 min^-1

-30 -20 -10 0 10 20 30

-40 -20 0 20 40

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360

Phase current [A]

Proposed method Phase voltage [V]

Rotor position [º(elec.)]

θ_olp θ_a

θ_q=171˚

44˚ 0.2 N·m

2604 min^-1 Conduction ratio 60 % Mode 1

θ_c=127˚

(a) Voltage-PWM control

(b) Proposed method

3.5kW Duty100%

85%

84%

83%

82%

81%

80%

3.5kW Δθ100%

85%

84%

83%

82%

81%

mode1

mode2

mode3 Δθ110%

(c) Difference of motor efficiency map 図4.21 3.5kW 12/8 SRMの効率マップ Fig. 4.21. Efficiency map for 3.5kW 12/8 SRM

(a) Voltage-PWM control (PWM frequency 10kHz)

(b) Proposed method (mode2)

図4.22 動作点1000rpm，20Nmにおける各波形

Fig. 4.22. Each control waveform in operating point 1000rpm 20Nm

3.5kW Duty(Δθ)100%

-0.6%

-1.7%

-1.0%

0.4%

1.0%

1.2%

0%

0.2%

2.4%

2.1%

1.5%

0.8%

0.7%

0.8%

0.6%

0.7%

3.0%

1.3%

-0.4%

-0.1%

-0.1%

0%

0%

-0.2%

-0.3%

-0.7%

-1.5%

-0.9%

-0.6%

-0.4%

4.3%

-0.9%

-0.6%

3.2%

-1.1%

-3.1%

-1.9%

-0.1% -2.6% -2.9%

1.3%

1.2%

1.4%

1.3%

mode1

mode2

mode3

-150 -100 -50 0 50 100 150

-150 -100 -50 0 50 100 150

0 5 10 15 20

Phase current [A]

Phase voltage [V]

Time [ms]

unalign align

overlap

-150 -50 50 150

-150 -100 -50 0 50 100 150

0 5 10 15 20

Phase current [A]

Phase voltage [V]

Time [ms]

align

overlap unalign

ドキュメント内 設計と制御によるスイッチトリラクタンスモータのモータ効率改善に関する研究 (ページ 68-73)