モーターを高効率かつ低損失にするにはどうすればよいでしょうか?

電気モーターの損失分布は出力レベルや極数によって異なるため、出力レベルや極数によって主な損失成分に着目して損失を低減する対策を講じる必要があります。では、損失を低減する具体的な方法は何でしょうか。

1. 巻線損失と鉄損を低減するために有効な材料を増やす

モーターの相似則によれば、電磁負荷が一定で機械的損失を考慮しない場合、モーターの損失はモーターの線形サイズの3乗にほぼ比例し、モーターの入力電力は線形サイズの4乗にほぼ比例します。これにより、効率と有効な材料使用量の関係を近似することができます。特定の設置サイズ条件下でより大きなスペースを確保し、より効果的な材料を配置してモーターの効率を向上させるには、固定子積層の外径が重要な要素になります。

2. より良い磁性材料とプロセス対策を採用して鉄の消費量を削減する

高出力モータでは鉄損が全損失のかなりの割合を占めるため、鉄心材料の単位損失値を低減することがモータの鉄損低減につながります。

鉄心材料のコストも電動モーターのコストの大きな部分を占めるため、適切な磁性材料を選択することが高効率電動モーターの設計と製造の鍵となります。

3. ファンを小さくして換気損失を減らす

高出力の2-極および4-極モーターの場合、風の摩擦がかなりの割合を占めます。たとえば、90kWの2-極モーターの風の摩擦は、総損失の約30％を占める可能性があります。したがって、温度上昇が許容される条件下では、ファンのサイズを小さくすることで、風の摩擦消費を効果的に削減できます。

4. 設計とプロセス対策による迷走損失の削減

非同期モータの漂遊損失は、主にステータとロータの鉄心と巻線内の磁場の高次高調波によって生成される高周波損失によって発生します。実験では、正弦巻線を使用すると漂遊損失を平均 30% 以上削減できることが示されています。

5. ダイカスト工程を改善してローター損失を低減する

ローター用アルミニウムの鋳造時に圧力、温度、ガス放出経路を制御することで、ローターガイドバー内のガスが削減され、導電性が向上し、ローターのアルミニウム消費量が削減されます。計算によると、鋳造アルミニウムローターを銅ローターに置き換えると、ローター損失を約38％削減できます。

6. コンピューター最適化設計を適用して損失を減らし、効率を向上させる

材料の増加、材料特性の改善、プロセスの改善に加えて、コストや性能などの制約を満たしながらさまざまなパラメータを合理的に決定するコンピュータ最適化設計を採用し、最大限の効率向上を実現します。最適化設計を採用することで、モーター設計の時間を大幅に短縮し、モーター設計の品質を向上させることができます。