JP2002006009A

JP2002006009A - モータ損失の解析方法及びその命令を格納した情報媒体

Info

Publication number: JP2002006009A
Application number: JP2000181013A
Authority: JP
Inventors: Munekatsu Shimada; 宗勝島田; Hideaki Ono; 秀昭小野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2002-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】鉄損解析の精度を向上し得る、モータ損失の
解析方法、解析装置及び当該解析方法に係る命令を記録
した情報媒体を提供すること。【解決手段】モータの鉄損をその磁場解析結果から解
析する方法である。モータの磁束密度解析結果からヒス
テリシス損と渦電流損を推定し、磁場解析によって渦電
流損を直接解析し、直接求めた渦電流損と推定した渦電
流損とを比較し、前者が後者より大きい場合、直接求め
た渦電流損と推定した渦電流損から補正係数を求め、そ
の補正係数を用いて、推定したヒステリシス損を補正
し、直接求めた渦電流損と補正したヒステリシス損との
和を鉄損とする。上述のモータ損失の解析方法を実行す
るモータ損失の解析装置である。上述のような解析方法
を実行するコンピュータへの命令を格納した情報媒体で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータやジェネレ
ータとして用いられる３相同期モータの損失解析方法及
びその解析装置に係り更に詳細には、電気自動車のモ
ータ又はジェネレータに好適なＰＭモータの損失解析方
法、解析装置及び当該解析方法に係る命令を記録した情
報媒体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、永久磁石式同期モータ（ＰＭ
モータ）では効率９０％以上が達成されており、そのた
め電気自動車には好適であって既に実用化されている。
また、補助動力にモータを用いるハイブリッド電気自動
車にも用いれらている。近年、このようなモータ設計に
おいては、磁場解析が多用され、損失解析まで行われる
ようになってきており、試作品による実験を逐一行わな
くても性能予測がある程度可能となってきている。

【０００３】かかるモータ損失解析の主要部分は鉄損解
析にあり、この鉄損解析は、磁場解析によりモータ各部
での磁束密度分布を求め、その磁束密度よりその部分の
鉄損を推定することで行われている。この場合、モータ
の鉄芯は積層電磁鋼板であるが、電磁鋼板の鉄損は磁束
密度の関数であることに基礎をおいており、磁束密度と
鉄損との関係は電磁鋼板そのものの鉄損測定データで求
められる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た電磁鋼板の鉄損データは交番磁束下で測られたもので
あるが、実際のモータにおける各部の磁束は回転磁束に
なっていて交番磁束に近い状態で動作しているところは
あまりない。したがって、算出される鉄損はあくまでも
交番磁束下での結果を基に鉄損値を推定しているに過ぎ
ず、このような推定に係る鉄損は実際の値より小さめの
値になってしまう。そこで、過去のバックデータを基に
係数を算出し、補正することによって実機モータ効率等
のデータと整合をとることが行われることが多いが、解
析精度が未だ十分とは言えないという課題があった。

【０００５】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、鉄損解析の精度を向上
し得る、モータ損失の解析方法、解析装置及び当該解析
方法に係る命令を記録した情報媒体を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、これまで
にモータの電磁鋼板の渦電流解析法を確立している。そ
の方法は、積層電磁鋼板解析モデルであって、実際の積
層状態を忠実にモデル化するための電気的な絶縁層を設
けたことを特徴とするモータ磁場解析モデルを用いる方
法である。これによればモータ内における渦電流損分布
を知ることができる。一方、従来行われている磁束密度
分布から鉄損分布を求めることも可能である。なお、鉄
損は渦電流損とヒステリシス損からなる（それらの和で
ある）。そこで、本発明者らは、両者の渦電流損を比較
することにより、鉄損解析精度を向上できないか鋭意検
討した結果、これまで推定の域をでなかった鉄損解析に
おいて精度向上が可能であることが判明し、本発明を完
成したものである。

【０００７】即ち、本発明のモータ損失の解析方法は、
モータ損失の解析方法であって、ステータ部鉄損とロー
タ部鉄損と磁石部の渦電流解析結果からモータ損失を解
析することを特徴とする。

【０００８】また、本発明のモータ損失の解析方法の好
適形態は、モータの鉄損をモータに係る磁場解析結果か
ら解析する方法であって、モータに係る磁場解析結果を
基に磁束密度解析結果からヒステリシス損と渦電流損を
推定し、磁場解析によって、渦電流損を直接解析し、直
接求めた渦電流損と磁束密度から推定した渦電流損とを
比較して、前者が後者より大きい場合には、直接求めた
渦電流損と磁束密度から推定した渦電流損から補正係数
を求め、しかる後、その補正係数を用いて磁束密度から
推定したヒステリシス損を補正して、直接求めた渦電流
損と補正したヒステリシス損との和を鉄損とする、こと
を特徴とする。

【０００９】更に、本発明のモータ損失の解析方法の他
の好適形態は、モータの鉄損をモータに係る磁場解析結
果から解析する方法であって、モータに係る磁場解析結
果を基に磁束密度解析結果からヒステリシス損と渦電流
損を推定し、磁場解析によって、渦電流損を直接解析
し、直接求めた渦電流損と磁束密度から推定した渦電流
損とを比較して、前者が後者より小さい場合には、直接
求めた渦電流損と磁束密度から推定した渦電流損から補
正係数を求め、しかる後、その補正係数を用いて磁束密
度から推定した渦電流損とヒステリシス損の両方を補正
して、補正した渦電流損とヒステリシス損の和を鉄損と
する、ことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の解析方法の更に他の好適形
態は、鉄損解析部位がモータを構成するステータである
ことを特徴とする。

【００１１】更に、本発明の解析方法の他の好適形態
は、上記ステータ各部位での単位体積当たりの渦電流損
を、そのステータの歯部の中央での単位体積当たりの渦
電流損で規格化することにより、磁束密度から推定した
ステータ各部位での渦電流損規格値に対する、渦電流解
析より直接求めたステータ各部位の渦電流損規格値の比
を、ステータ各部位での補正係数とすることを特徴とす
る。

【００１２】更にまた、本発明の解析方法の他の好適形
態は、モータの鉄損をモータに係る磁場解析結果から解
析する方法であって、解析部位がモータを構成するロー
タ部であって、磁場解析によってロータ部の渦電流損を
直接解析し、上記ステータ部のヒステリシス損とステー
タ部の渦電流損の比からロータ部のヒステリシス損を推
定して、直接求めたロータ部渦電流損と推定したロータ
部ヒステリシス損との和をロータ部の鉄損とすることを
特徴とする。

【００１３】また、本発明の解析方法の他の好適形態
は、さらにモータの磁石部渦電流解析結果を加えてモー
タ損失を解析することを特徴とする。更に、他の好適形
態は、磁石の渦電流解析を磁石の実長の１／２モデルで
解析することを特徴とし、ロータ鉄芯がバルク材の場
合、ロータの実長の１／２モデルでロータ部渦電流損を
解析することを特徴とする。また、渦電流損失の直接解
析を電磁鋼板の１／２厚さモデルで行うことを特徴と
し、材料の電気導電率を直接用いて、渦電流解析するこ
とを特徴とする。

【００１４】また、本発明の解析方法の更に他の好適形
態は、磁場解析結果をもとに磁束密度からヒステリシス
損、渦電流損を推定する場合に用いる係数マップにおい
て、ヒステリシス損のモータに流れる電流基本周波数へ
の依存性は周波数の１乗に依存するとした係数マップで
あることを特徴とする。なお、上記係数マップにおい
て、材料の飽和磁束密度以上では鉄損は一定であるとす
ることを特徴とする。

【００１５】また、本発明のモータ損失の解析装置は、
上述の如きモータ損失の解析方法を実行することを特徴
とする。更に、本発明の情報媒体は、上述の如き解析方
法を実行するコンピュータへの命令を格納して成ること
を特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明のモータ損失解析方法及び解析装置で
は、モータ内の回転磁束及び磁束密度における高調波の
影響を正しく織り込んだ解析が可能になる。この結果、
推定の域をでなかった鉄損解析精度の向上が図れること
になる。併せて鉄損解析の根拠をより明確にできたの
で、確認のための試作回数も減らせることになり、時間
的や費用的な面での作業効率の向上が実現できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する
が、まず、技術的な発明内容の説明の前に技術背景につ
き若干付加説明する。本発明者が用いている磁場解析ソ
フトは、（株）日本総合研究所のＪ−ＭＡＧである。こ
れを使うと渦電流解析が可能である（ただし、さらに正
確な渦電流解析には３次元解析が必要である）が、残念
ながらヒステリシス損失の解析はできない。また、渦電
流解析ができれば磁石の発熱等の事前予測も可能となる
ので、ますます好都合である。

【００１８】かかる背景から、本発明者らは３次元での
モータの実解析に取り組み、渦電流解析法を確立した。
具体的には、ステータやロータとして使用されている積
層された電磁鋼板の解析モデルであって、実際の積層状
態を忠実にモデル化するための電気的な絶縁層を設けた
ことを特徴とするモータの磁場解析モデルによって確立
したものである。一方、鉄損解析も行うべく磁束密度分
布から鉄損分布の推定にも鋭意検討しながら取り組み、
その結果、本発明の技術内容に到達できたわけである。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の内容を
詳細に説明する。図１は、ブラシレスモータの一例を示
す断面図である。以下、本発明の技術内容もこの表面磁
石モータ（ＳＰＭ）を例に採って説明していく。解析対
象のモータは、以下の構成を有するものである。即ち、
ステータは、１２極で、分割コアで集中巻きのものであ
る。図２は、分割コアの一つのコマを示す図である。電
磁鋼板としては０．３５ｍｍのものを用いている。商品
名は３５Ｈ３６０である。径が１．２ｍｍのマグネット
ワイヤを使用し、５４ターンになっている。分割コア技
術を使いステータを作製しており、内径は５２ｍｍ、外
径は１０８ｍｍである。

【００２０】図２に示すコマを３４２枚積み重ねたもの
が１つの極になる。巻線した後、レーザ溶接により組み
立てステータとした。積み厚さは１１９．７ｍｍであ
る。ステータの歯の平行部長さは１９．５ｍｍ、開口部
の寸法は１．１ｍｍ、ステータの歯の幅は８．２ｍｍ、
開口部の深さは１．０ｍｍ、歯の肩の角度は４４．５度
である（図２参照）。エアギャップは０．６５ｍｍであ
る。

【００２１】ロータはかまぼこ状の平行着磁された磁石
をロータ表面に並べたものである。具体的には、半径２
２ｍｍのロータ鉄（炭素鋼：Ｓ４０Ｃ）の上に内半径が
２２ｍｍ、外半径が１４ｍｍで最大厚さが３．３５ｍ
ｍ、（高さが約４．９６ｍｍ）、幅が１６．５ｍｍのか
まぼこ状磁石を８個並べたものでＮ，Ｓ交互に並べる。
また、使用した磁石はＮｄ磁石である。商品名はＮｅｏ
ｍａｘ３５ＥＨである。かまぼこ状磁石を軸方向に３個
並べ、長さは１１９．７ｍｍとなるようにした。なお、
モータの軸径（ロータ）は２０ｍｍである。

【００２２】図３は、結線図である。ＡがＵ相、ＢがＶ
相、ＣがＷ相であって、Ｙ結線である。４極分が並列に
なっている。

【００２３】以上が解析対象とした表面磁石型（ＳＰ
Ｍ）のモータの構成である。一方、上記仕様のモータは
試作品であり、性能試験も行い出力効率等も評価済みで
ある。この評価結果を用いて、本発明に係るの磁場解析
結果及び鉄損解析結果の検証を行なった。２次元磁場解
析では電流対トルクの特性が実験結果と一致した。その
際の要素数は、１９２８個（ノード数は２０４１個）で
あった。以下、１９２８Ｅ（２０４１Ｎ）と記す。電気
角１０度ステップの解析で十分な解析ができることもわ
かった。なお、モデルを図４に示す。図示したのは１／
４モデルである。これは実モータそのものの１／４横断
面を示したものでもある。

【００２４】３次元磁場解析は、２次元面を軸方向に積
み上げたものである。片表面には渦電流を絶縁するため
の空気層を張る。また、他表面には対称境界条件を張
る。そのようにすることで、電磁鋼板１枚の実厚さの１
／２の寸法で渦電流解析が可能となる。３次元解析にお
いてもトルクはもちろん正しく解析でき、厚さに応じた
大きさのトルク値が得られる。

【００２５】電磁鋼板の渦電流解析においては空気層を
含めて５層とし、厚さは０．１８ｍｍであった。このと
き空気層厚さは０．００５ｍｍであった。各要素層の厚
さの比は電磁鋼板の表面側から１：１：４：１０：２０
とした。また、磁石渦電流解析は６層とし、厚さは２
０．２ｍｍであり、そのうち空気層厚さは０．２５ｍｍ
であった。各要素層の厚さの比は空気層表面側から５：
５：１０：２０：５０：３１４とした。また、ロータ渦
電流解析も６層とし、厚さは６０．８５ｍｍであり、空
気層厚さは１．０ｍｍであった。各要素層の厚さの比は
空気層表面側から２０：２０：４０：８０：２００：８
５７とした。

【００２６】Ｎｄ磁石特性はＮｅｏｍａｘ３５ＥＨの１
００℃での値を用い、電流は正弦波である。３５Ｈ３６
０電磁鋼板の電気伝導率は２．２２２＊１０^６［１／ｏ
ｈｍｍ］、Ｓ４０Ｃは５．８４８＊１０^６［１／ｏｈｍ
ｍ］，Ｎｄ磁石は６．９４４＊１０ ^５［１／ｏｈｍｍ］
であるので、渦電流解析においてはこれらの値を用い
た。

【００２７】＜ステータの渦電流損解析＞図４において
番号を付けた部分が解析部分に該当するが、ステータを
１０個の部分に分割し、各部での渦電流損を解析した。
ステータはｕ、ｖ、ｗ相の３相に分かれるが、同じ位置
に対応するところは同じ番号を付した。なお、図面では
省略しているが、磁場解析の結果から、モータ内の磁束
の流れはほとんどの部位で回転磁束であり、ステータ歯
部の真中付近（図４中符号１７、１８の部位）のみが交
番磁束に近い。そこで、図４に示すような分割モデルを
用いて渦電流損を比較することを想到したものである。

【００２８】歯部の先端の２、１４では回転磁束による
渦電流損の増加が予想され、またロータの回転方向を考
慮すると、磁束密度が高い１４、１６、１８、２０及び
２２の部位の方が、等価位置である２、１５、１７、１
９及び２１の部位より損失が大きくなることが予測され
る。ここでは、１０Ａで５０回転／ｓｅｃ．の場合につ
いて解析検討した（電流の周波数は２００Ｈｚに相当す
る。）。また、ステータ歯部真中である１７、１８の部
位では、磁束密度から推定する渦電流損に近い渦電流損
になるものと期待される。磁束密度からの推定渦電流損
は交番磁束下での測定結果に基づく渦電流損（鉄損）の
ためである。

【００２９】＜係数マップ作成＞電磁鋼板データから磁
束密度の最大値Ｂｐと鉄損Ｗとの関係を読み取る。デー
タはデータ集である“無方向性電磁鋼帯、新日鉄”より
読み取った。なお、磁束密度の高いところはデータがな
いので外挿により求めた。鉄損Ｗをヒステリシス損Ｗｈ
と渦電流損Ｗｅに分離するに当たっては、ヒステリシス
損Ｗｈがモータに流れる電流基本周波数の一乗に比例す
ると仮定する方法を適用した。なお、この内容も本発明
に含まれる。

【００３０】図５に、磁束密度の最大値Ｂｐが０．７Ｔ
（テスラ）における、鉄損Ｗをヒステリシス損Ｗｈと渦
電流損Ｗｅに分離した結果を示した。鉄損Ｗを周波数ｆ
で割った値を縦軸にし、周波数ｆを横軸にしたときに、
ヒステリシス損Ｗｈは図の縦軸切片であって、Ｗｈ／ｆ
は一定という考え方である。したがって、図５のＷｈ／
ｆの上側（各周波数におけるＷ／ｆとＷｈ／ｆの差）は
全部渦電流損Ｗｅに相当することになる。このように分
離したことでヒステリシス損Ｗｈの定義が明瞭になる。
すなわち、直流ＢＨ曲線の囲む面積がヒステリシス損で
あり、電流周波数ｆが高くなっても変わらず、電流周波
数ｆ倍されるだけであることになるからである。

【００３１】この分離方法によって求まったヒステリシ
ス損Ｗｈと渦電流損Ｗｅの磁束密度（の最大値）Ｂｐ依
存性を、ｆ＝２００Ｈｚでの結果を例として図６に示
す。なお、飽和磁束密度以上ではヒステリシス損Ｗｈ、
渦電流損Ｗｅは一定とした。これも本発明の内容の一部
である。これは物理的に考えて、飽和磁束密度以上で鉄
損が増加する理由がないからである。この考え方の前例
（研究論文等）も本発明者の知る限りではない。

【００３２】以上の方法により、各種周波数ごとのヒス
テリシス損Ｗｈと渦電流損Ｗｅの磁束密度（の最大値）
Ｂｐ依存性を求め、各ブロックの磁束密度（の最大値）
Ｂｐからヒステリシス損Ｗｈと渦電流損Ｗｅを求める際
に用いる係数マップを作成した。

【００３３】＜解析結果＞表１に解析結果を示す。表１
において、「ｂｌｏｃｋＮｏ．」は図４中のステータ
各部の番号に対応する。表１中の「３ｄ−ｅｄ」は、磁
場解析より直接求めた各ブロックの渦電流解析結果であ
る。また、「ｍａｐＢｐ」は磁場解析から得られた各ブ
ロックの磁束密度と係数マップを用いて求めた渦電流損
である。「ｒａｔｉｏ」は両者の比である。

【００３４】交番磁束に近いと考えられる図４中の１
７、１８の部位でも、３ｄ−ｅｄが約１割多くなってい
ることがわかる。磁束がやや回転磁束になっているこ
と、及び磁束密度に高調波分があることがその理由であ
ると考えられる。また、回転磁束となっている上記１
７、１８以外の他の部位では、３ｄ−ｅｄのｍａｐＢｐ
に比較した増加代が上記１７、１８の場合よりも大きく
なっている。特に１４、２２の部位で大きい。２の部位
ではｒａｔｉｏが１より小さいが、ここでは磁束密度Ｂ
ｐが低いこと、回転磁束もスムーズな動きになっている
ためであると考えられる。なお、表１には図４中の各ブ
ロックの面積及び体積も示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】各ブロックの単位体積当たりの渦電流損を
表２に示す。次いで、単位体積当たりの３ｄ−ｅｄ値、
ｍａｐＢｐ値をブロック１７の値を基準にして規格化し
た。ここでの規格化とはブロック１７の値を基準にして
他のブロックの値の比を求めることである。その規格化
した値が表２の「３ｄ／１７ｂ」、「ｍａｐ／１７ｂ」
である。後者は各ブロックでの磁束密度の大きさを反映
した値になっている。

【００３７】次に、この（３ｄ／１７ｂ）値を（ｍａｐ
／１７ｂ）値で割ることで、本発明に係る補正係数「ｈ
ｏｓｅｉ−ｆ」が求められる。したがって、両者の比で
あるｈｏｓｅｉ−ｆは、各ブロックでの回転磁束の程度
を反映したものであることになる。この「回転磁束の程
度」には、交番磁束に対してどの位の回転磁束になって
いるかということと、回転磁束の動き方がどの位複雑に
なっているかということが含まれる。後の表現を換言す
ると、磁束にどの位の高調波分が含まれているかという
ことである。更に補足説明を追加すると、ｍａｐＢｐで
は磁場解析における各要素での１周期における磁束密度
の最大値を使って、その要素での鉄損を求めているので
あって、それ以外の解析上の操作は行っていない。した
がって、上述のことが言えるわけである。

【００３８】

【表２】

【００３９】さて、表３には、係数マップ法によって求
めた鉄損値「ｍａｐ−ｈｅ」を示す。渦電流損ｍａｐＢ
ｐを引くとヒステリシス損ｍａｐ−ｈになる。ヒステリ
シス損ｍａｐ−ｈに補正係数ｈｏｓｅｉ−ｆを乗じて補
正した値が「ｒ．ｈ−ｌｏｓｓ」である。磁場解析によ
り直接求めた渦電流損３ｄ−ｅｄと補正して求めたヒス
テリシス損ｒ．ｈ−ｌｏｓｓとの和が鉄損ｒ．ｈｅ−ｌ
ｏｓｓである。以上によりステータ各部位の鉄損を解析
できたわけである。ステータの渦電流損は７．４１７ｍ
Ｗ、ヒステリシス損は１４．２１９ｍＷで、鉄損は２
１．６３６ｍＷとなる。さて、ヒステリシス損は渦電流
損の１．９１７倍になっている。なお、この比率は後述
するロータ鉄損を求めるときに使う。

【００４０】

【表３】

【００４１】ところで、以上の処理では、ステータを各
部位にわけて補正係数を求め、補正したが、ステータ全
体を１つのブロックとして補正するとどの程度になるか
も表１〜３には示してある。すなわちｔｏｔａｌの欄が
それである。それによると補正されたヒステリシス損は
１４．２１２ｍＷであってほとんど同じ値が求まってい
る。したがって、ステータ歯部中央部と全体とで補正係
数を求めるやり方でもよいわけであって、この内容も本
発明に含まれる。

【００４２】＜磁石渦電流損、ロータ鉄損＞そのような
背景から、３次元でのモータの実解析に取り組み渦電流
解析法を確立したものである。磁石の渦電流解析は、上
述したモデル、具体的には実モータの動作特性を磁場解
析によって解析するのに用いられ、ステータやロータと
して使用されている積層された電磁鋼板の解析モデルで
あって、実際の積層状態を忠実にモデル化するための電
気的な絶縁層を設けたことを特徴とするモータの磁場解
析モデルによって行った。

【００４３】厚さ０．１７５ｔ当たりの渦電流損は２．
６４３ｍＷであった（１／４モータ分）。磁石損失は渦
電流損のみで十分であるためここでも渦電流損のみとし
た。ロータの渦電流解析も同様の方法にて行い、厚さ
０．１７５ｔ当たりの渦電流損は１．１９２ｍＷであっ
た。ロータの渦電流損とヒステリシス損の比は、ステー
タにおける渦電流損とヒステリシス損の比と同じとする
と、１．１９２ｍＷ＊１．９１７＝２．２８５ｍＷとな
る。よってロータの鉄損は渦電流損１．１９２ｍＷとヒ
ステリシス損２．２８５ｍＷの合計で３．４７７ｍＷと
なる。

【００４４】ここで、ロータにおける磁束は交番するこ
とはなく変動するのみであるため、その鉄損推定はでき
ない現状にある。ロータの渦電流損は磁場解析から求め
ることができるので、それをもとにヒステリシス損の推
定に想到したわけである。ステータにおける鉄損の発生
状況は前述した如くである。ロータにおいても同様な状
況にあると考えられるので、ここでの推定方法は妥当な
ものと考えられる。

【００４５】＜効率解析＞表４及び表５に、モータ出力
効率の解析結果を示す。モータ１／４分、０．１７５ｔ
モータのそれが表４である。ステータ鉄損、磁石渦電流
損、ロータ鉄損は上述の値である。出力、銅損は従来か
らの磁場解析より求めた結果である。表５は実モータに
換算したものである。但し、機械損６０Ｗは推定値であ
る。実機でのモータ効率データが９４％〜９５％である
ので、表５の出力ｒａｔｉｏ［％］の結果とほぼ一致し
ており、解析の妥当性を示すものである。

【００４６】

【表４】

【００４７】

【表５】

【００４８】＜鉄損解析のフローチャート＞本発明の鉄
損解析方法を更に明確にするために、図７に解析のフロ
ーチャートを示した。従来の方法では、磁場解析を行っ
て磁束密度分布を求め、電磁鋼板の鉄損データを使って
鉄損分布を求めるわけである。電磁鋼板の鉄損データは
交番磁束下で測られたものである。一方、実モータ内の
磁束は回転磁束である。本発明では、渦電流解析を行
い、渦電流損を直接解析し、従来法で求まる渦電流損と
比較し、補正係数を正しい考察のもとに求め、その補正
係数を使って、本来の鉄損値を求めるものである。この
解析方法の過程からして明白なように、解析精度の向上
が自ずとなされているわけである。

【００４９】さて、以上の実施例では磁場解析から直接
求めた渦電流損がマップによる渦電流損より大きい場合
であったが、逆の場合もありうる。一般に、出力の大き
なモータでは実施例のケースとなる。逆の場合は磁束密
度が低い場合である。電磁鋼板の鉄損には異常渦電流損
があるようで、古典的渦電流損より大きな値となる。磁
場解析より直接求まる渦電流損は古典的渦電流損であ
る。したがって、逆転する場合もあることになる。その
場合にはマップ法で求まる渦電流損をさらに補正して渦
電流損とすればよい。回転磁束及び高調波分の考慮の考
え方はまったく同じでよい（すなわち、補正係数の求め
かたは同じである）。フローチャートでは、その場合は
Ｗｅ^ｍがＷｅ^＊となる（実施例のような一般的な場合に
は、Ｗｅ^３ｄがそのままＷｅ^＊である。）。

【００５０】以上の解析方法を実行することによりモー
タ損失解析が可能となるが、本発明のモータ損失解析装
置としては、上述の処理を実行できるような装置であれ
ばよく、具体的には、上述したような磁場解析モデル
と、磁場解析プログラムと演算処理装置を備えるもので
あればよい。また、本発明のモータ損失解析方法を実行
するコンピュータへの命令を格納した情報媒体を作製
し、かかる情報媒体を用いてコンピュータを使用すれ
ば、本発明の解析方法を実行できることになる。よっ
て、このような情報媒体自体も本発明の範囲に包含され
る。

【００５１】以上、本発明を好適実施例により詳細に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本明細書の開示の範囲内には、請求項記載の技術内
容が包含される。また、当業者は上記開示の範囲内にお
いて種々の変形実施が可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、磁場解析より直接求めた渦電流損と、磁束密度分布
から得られる渦電流損を比較して適切に補正を行うこと
としたため、鉄損解析の精度を向上し得る、モータ損失
の解析方法、解析装置及び当該解析方法に係る命令を記
録した情報媒体を提供することができる。本発明のモー
タ損失解析システム及び装置では、モータ内の回転磁束
及び磁束密度における高調波の影響を正しく織り込んだ
鉄損解析が可能になるので、従来の推定の域を脱して、
モータ損失解析精度の著しい向上が図れる。そのため、
設計モータの試作回数を著しく減らせる効果という時間
的、経済的なメリットがもたらされることになる。ま
た、鉄損解析の中味が物理的にも極めて明瞭となるか
ら、この有効性に関してだけでも効果としては極めて大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ブラシレスモータの一例を示す断面図である。

【図２】分割コアのコマを示す断面図である。

【図３】巻線の結線図である。

【図４】解析モデルの説明図である。

【図５】鉄損データ及び分離に関する説明図である。

【図６】ヒステリシス損、渦電流損の磁束密度依存性を
示すグラフである。

【図７】解析手順を示すフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G016 BA01 BA03 BB00 BB04 BC00 BD00 5H621 BB07 BB10 GA01 GA04 GB10 HH01 5H622 CA02 CA07 CA10 CA14 CB03 DD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータ損失の解析方法であって、ステー
タ部鉄損とロータ部鉄損と磁石部の渦電流解析結果から
モータ損失を解析することを特徴とするモータ損失の解
析方法。
【請求項２】モータの鉄損をモータに係る磁場解析結
果から解析する方法であって、モータに係る磁場解析結果を基に磁束密度解析結果から
ヒステリシス損と渦電流損を推定し、磁場解析によって、渦電流損を直接解析し、直接求めた渦電流損と磁束密度から推定した渦電流損と
を比較して、前者が後者より大きい場合には、直接求め
た渦電流損と磁束密度から推定した渦電流損から補正係
数を求め、しかる後、その補正係数を用いて磁束密度から推定した
ヒステリシス損を補正して、直接求めた渦電流損と補正
したヒステリシス損との和を鉄損とする、ことを特徴と
する請求項１記載のモータ損失の解析方法。
【請求項３】モータの鉄損をモータに係る磁場解析結
果から解析する方法であって、モータに係る磁場解析結果を基に磁束密度解析結果から
ヒステリシス損と渦電流損を推定し、磁場解析によって、渦電流損を直接解析し、直接求めた渦電流損と磁束密度から推定した渦電流損と
を比較して、前者が後者より小さい場合には、直接求め
た渦電流損と磁束密度から推定した渦電流損から補正係
数を求め、しかる後、その補正係数を用いて磁束密度から推定した
渦電流損とヒステリシス損の両方を補正して、補正した
渦電流損とヒステリシス損の和を鉄損とする、ことを特
徴とする請求項１記載のモータ損失の解析方法。
【請求項４】鉄損解析部位がモータを構成するステー
タであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ
の項に記載のモータ損失の解析方法。
【請求項５】上記ステータ各部位での単位体積当たり
の渦電流損を、そのステータの歯部の中央での単位体積
当たりの渦電流損で規格化することにより、磁束密度か
ら推定したステータ各部位での渦電流損規格値に対す
る、渦電流解析より直接求めたステータ各部位の渦電流
損規格値の比を、ステータ各部位での補正係数とするこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載
のモータ損失の解析方法。
【請求項６】モータの鉄損をモータに係る磁場解析結
果から解析する方法であって、解析部位がモータを構成するロータ部であって、磁場解析によってロータ部の渦電流損を直接解析し、上記ステータ部のヒステリシス損とステータ部の渦電流
損の比からロータ部のヒステリシス損を推定して、直接求めたロータ部渦電流損と推定したロータ部ヒステ
リシス損との和をロータ部の鉄損とすることを特徴とす
る請求項１〜５のいずれか１つの項に記載のモータ損失
の解析方法。
【請求項７】さらにモータの磁石部渦電流解析結果を
加えてモータ損失を解析することを特徴とする請求項１
〜６のいずれか１つの項に記載のモータ損失の解析方
法。
【請求項８】磁石の渦電流解析を磁石の実長の１／２
モデルで解析することを特徴とする請求項１〜７のいず
れか１つの項に記載のモータ損失の解析方法。
【請求項９】ロータ鉄芯がバルク材の場合、ロータの
実長の１／２モデルでロータ部渦電流損を解析すること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の
モータ損失の解析方法。
【請求項１０】渦電流損失の直接解析を電磁鋼板の１
／２厚さモデルで行うことを特徴とする請求項１〜９の
いずれか１つの項に記載のモータ損失の解析方法。
【請求項１１】材料の電気導電率を直接用いて、渦電
流解析することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか
１つの項に記載のモータ損失の解析方法。
【請求項１２】磁場解析結果をもとに磁束密度からヒ
ステリシス損、渦電流損を推定する場合に用いる係数マ
ップにおいて、ヒステリシス損のモータに流れる電流基
本周波数への依存性は周波数の１乗に依存するとした係
数マップであることを特徴とする請求項１〜１１のいず
れか１つの項に記載のモータ損失の解析方法。
【請求項１３】上記係数マップにおいて、材料の飽和
磁束密度以上では鉄損は一定であるとしたことを特徴と
する請求項１２記載のモータ損失の解析方法。
【請求項１４】請求項１〜１３のいずれか１つの項に
記載のモータ損失の解析方法を実行することを特徴とす
るモータ損失の解析装置。
【請求項１５】請求項１〜１３のいずれか１つの項に
記載の解析方法を実行するコンピュータへの命令を格納
して成ることを特徴とする情報媒体。