千葉明教授・清田恭平研究員がIEEE Transaction on Energy ConversionのBest Paper Awardを受賞

論文概要

この論文では、レアアースフリーモータの一つであるスイッチドリラクタンスモータのトルク・出力・効率の3点を、2003年から市販されているハイブリッド自動車用永久磁石モータと同等あるいはそれ以上まで向上可能であることを実証しました。

ハイブリッド自動車、燃料電池車、電気自動車などの環境車には、小型、軽量、高効率、高トルク、広い動作範囲を持つモータが適用されています。現在、レアアース永久磁石を利用したモータが適用されていますが、永久磁石のコストが高く、また、永久磁石の動作温度が低い問題点があります。このような状況下で、千葉明教授は、レアアース磁石が不要で、コストが低く、動作温度広い特長があるスイッチドリラクタンスモータに注目しました。研究開始当初は、スイッチドリラクタンスモータには4つの課題があるといわれていました。すなわち、低トルク密度、低効率、騒音、特殊な制御回路です。特に、トルク密度と効率の課題を同時に解決することは困難な状況でした。

本研究では、2003年から市販されているハイブリッド自動車用永久磁石モータをターゲットに研究を進めました。すなわち、目標永久磁石モータと同じ外径、軸長にて、

1.最大トルク400 Nm

2.最大出力50 kW

3.最高効率95%

を目標に設定しました。この論文では、従来より薄く損失が小さいケイ素鋼板を使用することにより最高効率を95%まで向上させました。また、極数（モータのコイルの数）を一般的なものの3倍にし、デザインを工夫することにより、最大トルク400 Nmも同時に達成しました。さらに、実際の走行を想定した電力消費量計算により、従来のモータと同等の電力消費量を達成可能であることを明らかにしました。また、出力は160%に向上することを明らかにしました。効率およびトルクを、実機サイズのモータを実際に試作し実験を行うことで実証したことが、学会にて高く評価されました。本論文に掲載されている実験は、当時本学学生であった清田恭平氏をはじめとする、本学、北海道大学、東京理科大学などの学生諸君の協力を得て行われました。

受賞コメント

千葉明教授: ハイブリッド自動車トヨタプリウスに使用されているモータは効率、トルク、出力が優れていて、世界各国のデファクトスタンダードです。米国DOEはFreedom Car 2020プロジェクトで、レアアース磁石なしで同等のモータをいかにして実現するかを検討しています。本論文はこのようなプロジェクトに先駆けて一つの解答を示した点が評価されたと思われます。