車の駆動モーターの速度範囲は比較的広いことが多いですが、最近、エンジニアリング車両プロジェクトに接し、顧客の要件が非常に厳しいと感じました。ここで具体的なデータを述べるのは不便です。一般的に定格電力は数百kW、定格回転数はn(N)、定電力時の最高回転数n(max)はn(N)の約3.6倍となります。モーターは最高速度では評価されません。この記事では説明しません。
通常の方法は、定格回転数を適切に上げて、定出力回転数の範囲を小さくすることです。欠点は、本来の定格速度点での電圧が低下し、電流が大きくなることです。ただし、車両の電流は低速、高トルクの方が大きいことを考慮すると、このように定格回転数点をずらすのが一般的には許容されます。しかし、自動車業界は複雑すぎるのかもしれません。お客様は定電力範囲全体で電流が基本的に変わらないことを要求しているため、他の方法を検討する必要があります。
まず思いつくのは、定電力の最高速度点n(max)を超えると出力電力が定格電力に達しないので、適当に定格電力を下げるとn(max)が増加するということです(気がする) NBAのスーパースターが「参加するだけでは勝てない」、あるいは58点で不合格だったので合格ラインを50点に設定するようなもの）、これはモーターの容量を増やしてスピード能力を向上させるためです。たとえば、100kW のモーターを設計し、定格出力を 50kW とマークすると、定出力範囲は大幅に改善されませんか?100kWで2倍の速度を超えられるなら、50kWでは少なくとも3倍の速度を超えても問題ありません。
もちろん、このアイデアは検討段階にとどまります。車両に使用されるモーターの量は厳しく制限されており、高出力を実現する余地はほとんどなく、コスト管理も非常に重要であることは誰もが知っています。したがって、この方法でも実際の問題を解決することはできません。
この変曲点が何を意味するのかを真剣に考えてみましょう。n(max) では、最大出力は定格出力、つまり最大トルク倍数 k(T)=1.0 です。ある速度点で k(T)>1.0 であれば、定出力拡張能力があることを意味します。では、k(T)が大きいほど速度拡張能力が強いというのは本当でしょうか？定格回転数のn(N)点におけるk(T)を十分に大きく設計すれば、定電力回転数規制範囲3.6倍を満足できるでしょうか？
電圧が決まると、漏れリアクタンスが変わらない場合、最大トルクは速度に反比例し、速度が上がると最大トルクは減少します。実際、漏れリアクタンスは速度とともに変化しますが、これについては後で説明します。
モーターの定格出力（トルク）は、絶縁レベルや放熱条件などのさまざまな要素と密接に関係します。一般に最大トルクは定格トルクの2～2.5倍、つまりk(T)≒2～2.5となります。モータ容量が大きくなると、k(T)は小さくなる傾向があります。一定の出力が回転数 n(N)～n(max) で維持される場合、T=9550*P/n に従って、定格トルクと回転数の関係も反比例します。したがって、(仮定法であることに注意してください)漏れリアクタンスが速度によって変化しない場合、最大トルク倍数 k(T) は変化しません。
実際、リアクタンスはインダクタンスと角速度の積に等しいことは誰もが知っています。モーター完成後のインダクタンス（漏れインダクタンス）はほとんど変化しません。モータ回転数が増加すると、それに比例してステータとロータの漏れリアクタンスが増加するため、最大トルクが低下する速度が定格トルクよりも早くなります。n(max)までは、k(T)=1.0。
電圧が一定の場合、速度が増加するプロセスは kT が徐々に減少するプロセスであることを説明するためだけに、上で多くのことを説明しました。定出力速度範囲を拡大したい場合は、定格速度での k(T) を増加する必要があります。この記事の n(max)/n(N)=3.6 の例は、定格速度で k(T)=3.6 で十分であることを意味するものではありません。高速では風摩擦損失と鉄心損失が大きくなるため、k(T)≧3.7が必要です。
最大トルクは、ステータとロータの漏れリアクタンスの合計にほぼ反比例します。
1. ステータの各相の直列導体の数を減らすか、鉄心の長さを減らすことは、ステータとロータの漏れリアクタンスに非常に効果的であり、優先すべきである。
2. ステータ スロットの数を増やし、ステータ スロット (端部、高調波) の固有の漏れパーミアンスを減らすと、ステータの漏れリアクタンスに効果的ですが、製造プロセスが多くなり、他の性能に影響を与える可能性があるため、次のことをお勧めします。用心深い;
3. かご形ロータの多くは、ロータスロット数を増やし、ロータの比漏れパーミアンス（特にロータスロットの比漏れパーミアンス）を下げることがロータ漏れリアクタンスに効果があり、十分に活用できます。
具体的な計算式については教科書「モータ設計」を参照してください。ここでは繰り返しません。
中出力および高出力モーターは通常回転数が少なく、わずかな調整が性能に大きな影響を与えるため、ローター側からの微調整がより実現可能です。一方、周波数上昇による鉄損への影響を軽減するために、通常はより薄い高級珪素鋼板が使用されます。
上記のアイデア設計スキームに従って、計算された値は顧客の技術要件に達しました。
PS: 公式アカウントのウォーターマークが数式内の一部の文字を覆っていて申し訳ありません。幸いなことに、これらの公式は「電気工学」と「モーター設計」で簡単に見つけることができます。読んでいただく上で影響がないことを願っています。
投稿日時: 2023 年 3 月 13 日