JP2012244683A - Method of selecting motor iron core material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ動作点として多数の動作点を時間的に経回るパターンとなるモータの鉄心用材料を選定する上で好適なモータ鉄心用材料の選定方法に関する。 The present invention relates to a method for selecting a motor core material suitable for selecting a motor core material having a pattern in which a large number of operating points pass through as a motor operating point.
モータの技術分野では、従来から構造が単純で堅牢であることから誘導モータが広く使用され、使用条件も商用周波数による定速運転が主体であった。しかし、昨今は、環境問題や、省エネルギに対する関心の高まりとともに、モータの高効率運転が志向されるようになった。
また、家電、エアコンなどのモータも、かつては商用周波数による定速運転が通常であったが、現在はインバータ電源を用いた可変速運転が常識となっている。このように、モータ動作点は、商用周波数による定速運転のように、定動作点運転が従来は主体であったが、インバータ電源を用いた可変速運転の普及により、現在は多数の動作点を時間的に経回る運転条件となってきている。
In the technical field of motors, induction motors have been widely used because of their simple and robust structure, and the operating conditions have mainly been constant speed operation at commercial frequencies. However, in recent years, with the growing concern about environmental problems and energy saving, motor-efficient operation has been aimed at.
In addition, motors for home appliances, air conditioners, etc. were once normally operated at a constant speed at a commercial frequency, but now, variable speed operation using an inverter power supply is common sense. As described above, the motor operating point has been mainly a constant operating point operation as in the case of a constant speed operation using a commercial frequency. However, due to the widespread use of variable speed operation using an inverter power supply, there are a large number of operating points. It has become an operating condition that goes through time.
さらに昨今では、電気モータが、ハイブリッド自動車や電気自動車にも使用されるようになった。自動車は、頻繁に加減速を繰り返すことから、特に自動車分野で使用されるモータの動作点は時間の経過とともに変化し、多数の動作点を時間とともに経回ることになる。
ここで、モータ鉄損が最も低くなる鉄心素材を選定する手順は、まず、当該モータのスペックに従い材料性能判定用動作点を決定し、次に、その動作点におけるモータ特性を計算シミュレーションあるいは実際にモータを試作評価して求め、最も特性の良い素材を選定する、といった手順で行なわれる(例えば特許文献1ないし3参照)。
Furthermore, nowadays, electric motors are also used in hybrid vehicles and electric vehicles. Since automobiles frequently repeat acceleration and deceleration, the operating point of a motor used particularly in the automobile field changes with time, and many operating points pass with time.
Here, the procedure for selecting the core material with the lowest motor iron loss is to first determine the operating point for material performance determination according to the specifications of the motor, and then calculate the motor characteristics at that operating point by simulation or actually The procedure is such that the motor is prototyped and evaluated, and the material with the best characteristics is selected (see, for example,
定常運転されるモータでは、その定常運転の動作点が材料性能判定用の動作点とされる。また、可変速運転されるモータ、たとえばエアコン用モータでは、最大出力動作点(急速冷房運転)や定常出力動作点(定常冷房運転)が多くの場合に材料性能判定用の動作点とされるのが通例である。 In a motor that is in a steady operation, the operating point of the steady operation is used as an operating point for material performance determination. Further, in a motor operated at a variable speed, for example, a motor for an air conditioner, the maximum output operating point (rapid cooling operation) and the steady output operating point (steady cooling operation) are often used as the operation points for material performance determination. Is customary.
しかし、例えば自動車分野の場合、性能評価は特定の走行パターン(例えば10−15モードやJC08モードと呼ばれる走行パターン)に対してなされる。これらは実際に市街地などを走行した場合を想定・模擬したものであるので、例えばハイブリッド車を考えた場合に、当該モードでの走行は複数回の加減速と定常走行を繰り返している。そのため、モータ動作点としては多数の動作点を時間的に経回るパターンとなる。 However, in the case of the automobile field, for example, performance evaluation is performed on a specific traveling pattern (for example, a traveling pattern called a 10-15 mode or a JC08 mode). Since these are assumed / simulated when actually traveling in an urban area or the like, for example, when a hybrid vehicle is considered, traveling in this mode repeats acceleration / deceleration multiple times and steady traveling. Therefore, the motor operating point has a pattern that passes through a large number of operating points in time.
したがって、従来のように最大出力動作点あるいは定常出力動作点を材料性能判定用の動作点としてその動作点においてモータ鉄損が最低となる鉄心素材を選定したとしても、走行モードの全時間帯に亘るモータ鉄損の総和が必ずしも最小とはならず、その結果、ハイブリッド車として最も重要とされる燃費が最良となるようにモータ材料の選定を行なったことにはならないという問題がある。 Therefore, even if the core material that minimizes the motor iron loss at the operating point is selected as the operating point for determining the material performance, as in the past, the maximum output operating point or the steady output operating point is selected. As a result, there is a problem that the motor material is not selected so that the fuel consumption that is most important as a hybrid vehicle is the best.
たとえば特許文献4では、自動車の走行モードデータに従ってモータを駆動運転させることのできるモータ試験装置を用いてモータ性能試験を実施することが行なわれている。しかし、このような試験を実施するためには特許文献4に詳述されているように、複雑なモータの駆動制御、負荷制御が必要であり、これを実現するための試験装置は複雑かつ高価なものとならざるを得ない。さらに自動車の走行モードが複雑になるに従い、モータ試験も複雑かつ長時間を要する大掛かりなものとなってしまう。 For example, in Patent Document 4, a motor performance test is performed using a motor test apparatus capable of driving a motor in accordance with driving mode data of an automobile. However, in order to carry out such a test, as detailed in Patent Document 4, it is necessary to perform complex motor drive control and load control, and a test apparatus for realizing this is complicated and expensive. It must be something special. Furthermore, as the driving mode of the automobile becomes more complicated, the motor test becomes more complicated and takes a long time.
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、モータ動作点として多数の動作点を時間的に経回るパターンとなる場合において、パターン全時間帯に亘るモータ特性を最良とし得る鉄心材料を精度良く効率的且つ簡便に選定することのできるモータ鉄心用材料の選定方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to such problems, and in the case of a pattern in which a large number of operating points pass in time as motor operating points, the motor characteristics over the entire pattern time zone. It is an object of the present invention to provide a method for selecting a material for a motor core capable of accurately and efficiently selecting an iron core material that can achieve the best performance.
上記課題を解決するために、本発明は、トルクと回転数で定義される動作点空間において一のトルクと一の回転数で指定されるモータ動作点が時間の経過とともに複数の点を経由する駆動条件で使用されるモータの鉄心用材料を選定する方法であって、前記動作点空間におけるモータ最大トルク曲線によって囲まれる領域を複数のボックス領域に分割する第一の工程と、前記モータ動作点を運転経過時間に従ってたどったモータ動作点毎に運転される動作継続時間を求めるとともに、当該動作継続時間に対応するモータ動作点毎に前記第一の工程で定めた複数のボックス領域のうちどのボックス領域に入るかを判定する第二の工程と、前記ボックス領域それぞれに入るモータ動作点の各動作継続時間の総和をとり、該総和の値を全モータ運転時間に対する当該ボックス領域の重み比率に定める第三の工程と、前記ボックス領域毎に代表動作点を定めて当該代表動作点におけるモータ特性を全てのボックス領域に対して求める第四の工程と、前記ボックス領域毎の重み比率とモータ特性との積の総和を、前記ボックス領域毎の重み比率の総和で割ることで全モータ運転時間における重み付きの平均モータ特性を求める第五の工程と、選定対象となっている材料毎に前記第一から第五の工程に基づく重み付きの平均モータ特性を求めて相互に比較することによって採用する材料を選定する第六の工程とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a motor operating point specified by one torque and one rotation speed via a plurality of points as time passes in an operating point space defined by torque and rotation speed. A method for selecting a material for a motor core used in driving conditions, the first step of dividing a region surrounded by a motor maximum torque curve in the operating point space into a plurality of box regions, and the motor operating point The operation continuation time for each motor operation point traced according to the operation elapsed time is obtained, and which of the plurality of box regions defined in the first step is determined for each motor operation point corresponding to the operation continuation time. The second step of determining whether to enter the region and the sum of the operation durations of the motor operating points entering each of the box regions are taken, and the value of the sum is operated for all motors. A third step for determining the weight ratio of the box region to the middle, a fourth step for determining the representative operating point for each box region and determining the motor characteristics at the representative operating point for all the box regions, A fifth step of obtaining a weighted average motor characteristic over the entire motor operation time by dividing the sum of the products of the weight ratio for each box area and the motor characteristics by the sum of the weight ratios for each box area; And a sixth step of selecting a material to be adopted by obtaining a weighted average motor characteristic based on the first to fifth steps and comparing them with each other. .
ここで、本発明に係るモータ鉄心用材料の選定方法において、前記動作点空間におけるモータ動作点の個数に応じて、モータ動作点の個数の多いところではモータ動作点の個数の少ないところに比べてボックス領域に分割する領域を狭くなるように分割することは好ましい。
また、本発明に係るモータ鉄心用材料の選定方法において、前記第四の工程において前記ボックス領域毎に定める代表動作点は、各モータ動作点の動作継続時間で重み付けした重心を採用することは好ましい。
Here, in the method for selecting a material for a motor core according to the present invention, the number of motor operating points is larger in the number of motor operating points than the number of motor operating points is smaller in accordance with the number of motor operating points in the operating point space. It is preferable to divide the area to be divided into box areas so as to be narrow.
Moreover, in the method for selecting a material for a motor core according to the present invention, it is preferable that the representative operating point determined for each box region in the fourth step employs the center of gravity weighted by the operation duration time of each motor operating point. .
本発明に係るモータ鉄心用材料の選定方法によれば、従来のような最大出力動作点や定常出力動作点における材料性能判定に替えて、所定の重みの関数を採用した重み付き平均モータ特性による材料特性判定で代替できるようにしたので、従来の材料選定では達成できなかったパターン全時間帯にわたるモータ特性を最良とし得る鉄心材料の選定を精度良く効率的且つ簡便に行なうことができる。 According to the method for selecting a material for a motor core according to the present invention, instead of the conventional material performance determination at the maximum output operating point or the steady output operating point, the weighted average motor characteristic adopting a function of a predetermined weight is used. Since the material characteristics can be substituted, it is possible to select an iron core material that can achieve the best motor characteristics over the entire pattern time zone that cannot be achieved by conventional material selection with high accuracy and efficiency.
上述のように、本発明によれば、モータ動作点として多数の動作点を時間的に経回るパターンとなる場合において、パターン全時間帯にわたる平均モータ性能を最良とする鉄心材料の選定方法として、従来のような最大出力動作点や定常出力動作点における材料特性判定に替えて、特定の重みの関数を採用した重み付き平均代表動作点における材料特性判定で代替できるようにしたので、従来の材料選定では達成できなかったパターン全時間帯にわたるモータ性能を最良とする鉄心材料の選定を精度良く効率的且つ簡便に行なうことができる。 As described above, according to the present invention, as a method of selecting a core material that provides the best average motor performance over the entire pattern time zone, in the case of a pattern that passes through many operating points in time as a motor operating point, Instead of the conventional material characteristic determination at the maximum output operating point and the steady output operating point, it can be replaced by the material characteristic determination at the weighted average representative operating point adopting a specific weight function. It is possible to select an iron core material that has the best motor performance over the entire time zone of the pattern, which cannot be achieved by selection, with high accuracy and efficiency.
また、モータを実際に試作して駆動パターン全時間帯にわたりモータ試験装置を用いて評価を行う場合に比較して、試作の時間・手間と費用、複雑で高価なモータ試験装置を導入使用する手間と費用が省略でき、低コストでかつ迅速・容易にモータ用鉄心材料の選定をすることができる。 Compared to the case where a motor is actually prototyped and evaluated using a motor test device over the entire driving pattern, the time, labor and cost of the prototype, and the trouble of introducing and using a complicated and expensive motor test device Therefore, the motor core material can be selected quickly and easily at low cost.
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図1に示すように、このモータ鉄心用材料選定装置10は、所定の制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するCPU30と、所定領域にあらかじめCPU30の制御プログラム等を格納している記憶装置42およびROM32と、この記憶装置42およびROM32等から読み出したデータやCPU30の演算過程で必要な演算結果を格納するためのRAM34と、入力装置40、記憶装置42、表示装置44等に対してデータの入出力を媒介するインターフェース38とを備えて構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバス39で相互にかつデータ授受可能に接続されている。そして、CPU30、上記記憶装置42やROM32の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って以下のモータ鉄心用材料選定処理を実行するようになっている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
As shown in FIG. 1, a motor core
ところで、ハイブリッド自動車を例に考えた場合に、実車走行は複数回の加減速と定常走行を繰り返しているので、モータ動作点としては多数の動作点を時間的に経回るパターンとなる。例えば、自動車の性能試験が今後行なわれることとなるJC08モードと呼ばれる走行モードで走行した場合の、あるハイブリッド車種のモータ動作点の軌跡は図2に示すようになる。 By the way, when a hybrid vehicle is considered as an example, the actual vehicle traveling is repeated a plurality of times of acceleration / deceleration and steady traveling, so that the motor operating point has a pattern of passing many operating points in time. For example, the locus of the motor operating point of a certain hybrid vehicle when traveling in a traveling mode called a JC08 mode, in which a performance test of an automobile will be performed, is as shown in FIG.
本発明に係るモータ鉄心用材料選定処理では、同処理が実行されると、まず、図4のステップS1に移行して、トルクT(N・m)と回転数N(rpm)で指定される動作点(N,T)が時間の経過とともに図2のようにA1(N1,T1)、A2(N2,T2)、・・・、An(Nn,Tn)と複数の動作点を経回るような運転がなされる場合に対して、図3に示すように、トルクTと回転数Nで定義される動作点空間におけるモータ最大トルク曲線によって囲まれる領域(Tmax)を、複数のボックス領域B1、B2、・・・、Bmに分割する処理を行なう(第一の工程)。 In the motor core material selection process according to the present invention, when the process is executed, first, the process proceeds to step S1 in FIG. 4 and is designated by the torque T (N · m) and the rotation speed N (rpm). The operating point (N, T) passes through a plurality of operating points as A1 (N1, T1), A2 (N2, T2),..., An (Nn, Tn) as time passes. 3, the region (Tmax) surrounded by the motor maximum torque curve in the operating point space defined by the torque T and the rotational speed N is divided into a plurality of box regions B1, as shown in FIG. A process of dividing into B2,..., Bm is performed (first step).
次に、続くステップS2に移行して、モータが運転される動作点(N,T)を運転経過時間に従ってたどった各動作点で運転される継続時間をΔt1、Δt2、・・・、Δtnとして、動作点系列の各点Aj(Nj,Tj)が、図3で定めた複数個のボックス領域B1、B2、・・・、Bmのうちのどのボックス領域に入るかを判定する(第二の工程)。次いでステップS3に移行して、k番目のボックス領域に入る動作点Ak1、Ak2、・・・、Aklの各動作継続時間Δtk1、Δtk2、・・・、Δtklに対してそれらの総和Wk=Δtk1+Δtk2+・・・+Δtklをとり、その値Wkをその全モータ運転時間に対するk番目のボックスの重み比率とする処理を行なう(第三の工程)。 Next, the process proceeds to the following step S2, and the durations during which the motor is operated at each operating point obtained by following the operating point (N, T) according to the elapsed operation time are denoted by Δt1, Δt2,. , It is determined which of the plurality of box areas B1, B2,..., Bm defined in FIG. Process). Next, the process proceeds to step S3, and the total sum Wk = Δtk1 + Δtk2 + of each operation duration time Δtk1, Δtk2,..., Δtk1 of the operation points Ak1, Ak2,. ... + Δtkl is taken and the value Wk is set to the weight ratio of the kth box with respect to the total motor operating time (third step).
次に、ステップS4に移行して、各ボックス領域ごとに代表動作点を定めてその代表動作点における、選定対象となっている材料モータ性能を、当該選定対象となっている材料に対する数値シミュレーションで求める(第四の工程)。代表動作点としては、k番目のボックス領域に入る動作点Ak1、Ak2、・・・、Aklの重心Akg(Nkg,Tkg)をとる。そして、この動作点の重心Akgにおけるモータ特性(モータ鉄損またはモータ効率)を数値シミュレーションで求めて、その値を当該ボックス領域の代表性能値Pkとする。以下、順次に全ボックス領域に対して同様の計算を実施する。 Next, the process proceeds to step S4, in which a representative operation point is determined for each box region, and the material motor performance that is the selection target at the representative operation point is numerically simulated for the material that is the selection target. Find (fourth step). As the representative operation point, the center of gravity Akg (Nkg, Tkg) of the operation points Ak1, Ak2,. Then, the motor characteristic (motor iron loss or motor efficiency) at the gravity center Akg of the operating point is obtained by numerical simulation, and the value is set as the representative performance value Pk of the box area. Thereafter, the same calculation is sequentially performed on all the box areas.
順次に全ボックス領域に対して同様の計算を実施した後、ステップS5に移行して、各ボックス領域の重み比率Wkとモータ代表性能値Pkとの積の総和を、ボックス領域毎の重み比率の総和で割ることで全モータ運転時間における重み付きの平均モータ特性Pavとして、Pav=(P1・W1+P2・W2+・・・+Pm・Wm)/(W1+W2+・・・+Wm)を求める(第五の工程)。 After performing the same calculation for all the box areas sequentially, the process proceeds to step S5, where the sum of the products of the weight ratio Wk of each box area and the motor representative performance value Pk is calculated as the weight ratio for each box area. Dividing by the total sum, Pav = (P1 · W1 + P2 · W2 +... + Pm · Wm) / (W1 + W2 +. .
次に、ステップS6に移行して、選定対象となっている鉄心用材料を順次に替えて、数値シミュレーションを繰り返す。つまり、選定対象となっている次の鉄心用材料があれば(Yes)ステップS7で次の鉄心用材料を選択してステップS4に処理を戻す。一方、選定対象となっている次の鉄心用材料がなくなれば(No)、ステップS8に移行する。
つまり、上記の過程(ステップS1〜S7)を選定対象となっている鉄心用材料毎に行なわれたら、ステップS8に移行し、上記重み付き平均モータ特性を求めて鉄心用材料を相互に比較して、最も優れたモータ性能を示した鉄心用材料を選定する(第六の工程)。ここで、ステップS8での選定に際しては、モータ特性(モータ性能)としてモータ効率を重視する場合には、モータ効率が最大になる材料を選定すればよいし、また、モータ鉄損を重視する場合には、モータ鉄損が最小となる材料を選定すればよい。
Next, the process proceeds to step S6, and the numerical core simulation is repeated by sequentially changing the iron core material to be selected. That is, if there is a next iron core material to be selected (Yes), the next iron core material is selected in step S7, and the process returns to step S4. On the other hand, if there is no next iron core material to be selected (No), the process proceeds to step S8.
That is, if the above process (steps S1 to S7) is performed for each iron core material to be selected, the process proceeds to step S8, where the weighted average motor characteristics are obtained and the iron core materials are compared with each other. Then, select the core material that showed the best motor performance (sixth step). Here, at the time of selection in step S8, when the motor efficiency is regarded as important as the motor characteristics (motor performance), a material that maximizes the motor efficiency may be selected, and when the motor iron loss is regarded as important. For this, a material that minimizes the motor iron loss may be selected.
以上実施例に基づき説明したように、このモータ鉄心用材料の選定方法によれば、トルクTと回転数Nで指定されるモータ動作点(N,T)が時間の経過とともに複数の点を経回るパターン全時間帯にわたる平均モータ性能を最良とする鉄心材料の選定方法として、特定の重みの関数を採用した重み付き平均モータ特性による材料性能判定で代替できるようにしたので、従来のように最大出力動作点や定常出力動作点における材料特性判定による材料選定では達成できなかったパターン全時間帯にわたるモータ特性を最良とする鉄心材料の選定を精度良く効率的且つ簡便に行なうことができる。なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。 As described above based on the embodiment, according to the method for selecting a material for a motor core, the motor operating point (N, T) specified by the torque T and the rotational speed N passes through a plurality of points as time passes. As a method of selecting the core material that provides the best average motor performance over the entire rotation time pattern, it can be replaced by material performance judgment based on weighted average motor characteristics using a specific weight function. It is possible to select an iron core material with the best motor characteristics over the entire pattern time zone, which cannot be achieved by material selection based on material characteristics determination at the output operation point and the steady output operation point, with high accuracy and efficiency. In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, a various deformation | transformation is possible if it does not deviate from the meaning of this invention.
例えば、上記実施形態では、前記第四の工程において各ボックス領域ごとに定める代表動作点は、各動作点の動作継続時間で重み付けしたモータ動作点の重心を採用した例で説明したが、これに限らず、各ボックス領域自体の重心を当該ボックス領域の代表動作点としてもよい。しかし、モータ特性を最良とする鉄心材料の選定を精度良く行なう上では、代表動作点を、各動作点の動作継続時間で重み付けしたモータ動作点の重心を採用することが好ましい。 For example, in the above embodiment, the representative operating point determined for each box area in the fourth step has been described as an example in which the center of gravity of the motor operating point weighted by the operating duration of each operating point is adopted. The center of gravity of each box area itself may be used as the representative operating point of the box area. However, in order to select an iron core material with the best motor characteristics with high accuracy, it is preferable to employ the center of gravity of the motor operating point obtained by weighting the representative operating point with the operation duration time of each operating point.
また、例えば上記実施形態では、ボックス領域に分割する方法として、図3に示したように、X軸、Y軸に沿って等間隔に分割線を設定した例を示しているが、これに限らず、ボックス領域に分割する方法も、種々採用可能である。例えば、X軸、Y軸に対して斜めに分割線を設定してよいし、不等間隔に分割線を設定することもできる。特に、本発明において、モータ動作点(N,T)の移動する空間におけるモータ動作点の個数に応じて、モータ動作点の個数の多いところではモータ動作点の個数の少ないところに比べて分割されるボックス領域が狭くなるように分割することは好ましい。このよう構成とすれば、モータ特性を最良とする鉄心材料の選定を精度良く効率的且つ簡便に行なう上でより好適である。 Further, for example, in the above-described embodiment, as a method of dividing into box regions, an example in which dividing lines are set at equal intervals along the X axis and the Y axis is shown as shown in FIG. In addition, various methods for dividing into box regions can be employed. For example, the dividing lines may be set obliquely with respect to the X axis and the Y axis, or the dividing lines can be set at unequal intervals. In particular, in the present invention, according to the number of motor operating points in the space in which the motor operating point (N, T) moves, the number of motor operating points is divided compared to the number of motor operating points. It is preferable to divide so that the box area to be narrowed. Such a configuration is more suitable for accurately and efficiently selecting an iron core material that has the best motor characteristics.
本実施例では、1秒ごとのモータ動作点が図5に示される条件で使用されるモータを作成する。表1に示す板厚0.35mmの電磁鋼板a、b、cの3種類を用意した。ステータ外径156mm、ロータ径105mm、12極の埋め込み永久磁石式のDCブラシレスモータ鉄心をそれぞれaからcの材料を用いて合計3台ワイヤカットにより作成した。磁石は高いトルク特性が得られるようにNd系の焼結磁石を使用した。それぞれのモータを、モータa、モータb、モータcとした。 In the present embodiment, a motor is created in which the motor operating point per second is used under the conditions shown in FIG. Three types of electromagnetic steel plates a, b, and c having a thickness of 0.35 mm shown in Table 1 were prepared. A permanent magnet type DC brushless motor iron core having a stator outer diameter of 156 mm, a rotor diameter of 105 mm, and 12 poles was prepared by wire cutting in total using three materials a to c. As the magnet, an Nd-based sintered magnet was used so that high torque characteristics were obtained. The respective motors were designated as motor a, motor b, and motor c.
モータ性能試験装置のモータ駆動用インバータやブレーキモータを制御している指令装置に、図5に示す動作点系列でモータを駆動させるようにプログラム入力して製作した3台のモータの性能試験を順次行い、モータ損失の全駆動時間にわたる平均値を求めた。試験結果は図6に示すようにモータ損失平均値は、モータb<モータa<モータcの順で低くなり、鉄損W15/50が最も低い材料を用いたモータの鉄損が必ずしも最小になるとは限らない結果となった。このようなモータ損失の全駆動時間にわたる平均値を最小とする鉄心材料の選定に関する実験結果を再現できるか検討する。 Sequentially perform performance tests on three motors manufactured by inputting a program to drive the motors with the operating point series shown in FIG. 5 to the command device that controls the motor drive inverter and brake motor of the motor performance test device. The average value of motor loss over the entire driving time was obtained. As shown in the test results in FIG. 6, the average motor loss becomes lower in the order of motor b <motor a <motor c, and the iron loss of the motor using the material having the lowest iron loss W15 / 50 is necessarily minimized. The results were not limited. We will investigate whether the experimental results related to the selection of the core material that minimizes the average value of motor loss over the entire drive time can be reproduced.
図5に示される動作点群の中で最大出力となる動作点は、回転数1748rpm、トルク3.76N・mの動作点である。従来行なわれているように最大出力動作点におけるモータ損失を数値シミュレーションで計算した。結果は図7に示すようにモータ損失は、モータa<モータb<モータcの順で低くなり使用した素材の鉄損W15/50の低い順番と等しくなったが、図6の材料順を再現できていない。このように最大出力動作点における特性評価に基づき材料選定を行なっても、モータ損失の全駆動時間にわたる平均値を最小とする鉄心材料の選定を行なったことには必ずしもならないことが確かめられた。 The operating point having the maximum output in the operating point group shown in FIG. The motor loss at the maximum output operating point was calculated by numerical simulation as was done conventionally. As a result, as shown in FIG. 7, the motor loss decreased in the order of motor a <motor b <motor c, and became equal to the low order of the iron loss W15 / 50 of the used material, but the material order of FIG. 6 was reproduced. Not done. Thus, it was confirmed that even if the material was selected based on the characteristic evaluation at the maximum output operating point, the iron core material that minimizes the average value of the motor loss over the entire driving time was not necessarily selected.
次に本発明の方法を検討する。はじめにモータの動作点領域を図8に示すように等間隔のボックスに分割した(第1工程)。次に各ボックスごとにそのボックス内に含まれる動作点の個数をカウントした(第2工程)。1秒ごとのモータ動作点をとっているので、各動作点の継続時間Δtは全て1秒と考えることにして、各ボックスごとにカウントした動作点個数をそのボックスの重み比率に定めた(第3工程)。 Next, the method of the present invention will be considered. First, the operating point area of the motor was divided into equally spaced boxes as shown in FIG. 8 (first step). Next, the number of operating points contained in each box was counted for each box (second step). Since the motor operating point is taken every second, the duration Δt of each operating point is considered to be 1 second, and the number of operating points counted for each box is determined as the weight ratio of the box (first 3 steps).
各ボックスごとに定める代表動作点として、ボックス領域の中心点を選定する。例として分かり易いように図8に示したボックスAとボックスBの部分を拡大した図を図9に示す。同図において、ボックスAの中心点は回転数1650rpm、トルク1.5N・mであり、回転数1650rpm、トルク1.5N・mで運転したときのモータ損失を数値シミュレーションで計算した。同様にボックスBの中心点は回転数1650rpm、トルク0.5N・mであり、回転数1650rpm、トルク0.5N・mで運転したときのモータ損失を数値シミュレーションで計算した。
以下同様にして各ボックスごとにボックス領域の中心点と中心点を動作点とするモータ損失を数値シミュレーションで計算した(第4工程)。
The center point of the box area is selected as the representative operation point determined for each box. As an example, FIG. 9 is an enlarged view of portions of box A and box B shown in FIG. 8 for easy understanding. In the same figure, the center point of the box A is a rotation speed of 1650 rpm and a torque of 1.5 N · m, and the motor loss when operating at a rotation speed of 1650 rpm and a torque of 1.5 N · m was calculated by numerical simulation. Similarly, the center point of the box B has a rotation speed of 1650 rpm and a torque of 0.5 N · m, and the motor loss when operated at a rotation speed of 1650 rpm and a torque of 0.5 N · m was calculated by numerical simulation.
In the same manner, for each box, the center point of the box area and the motor loss with the center point as the operating point were calculated by numerical simulation (fourth step).
また、各ボックスごとに定める代表動作点として、各ボックス内に含まれる動作点の重心を選定する。図9に示すように、ボックスA内には動作点が7点含まれていて、それらの点の重心を計算すると回転数1649rpm、トルク1.77N・mとなったので、回転数1649rpm、トルク1.77N・mで運転したときのモータ損失を数値シミュレーションで計算した。
同様にボックスB内には動作点が9点含まれていて、それらの点の重心を計算すると回転数1675rpm、トルク0.45N・mとなったので、回転数1675rpm、トルク0.45N・mで運転したときのモータ損失を数値シミュレーションで計算した。
以下同様にして各ボックスごとにボックス内に含まれる動作点の重心を求めて、その点を動作点として運転したときのモータ損失を数値シミュレーションで計算した(第4工程)。尚、当然のことであるが、図8に示した各ボックス領域で内部に動作点を1点も含まないボックスに対しては上記一連の処理を行なう必要は無い。
Further, the center of gravity of the operation point included in each box is selected as the representative operation point determined for each box. As shown in FIG. 9, the box A includes seven operating points, and calculating the center of gravity of these points yields a rotational speed of 1649 rpm and a torque of 1.77 N · m. The motor loss when operating at 1.77 N · m was calculated by numerical simulation.
Similarly, the box B includes nine operating points, and calculating the center of gravity of these points yields a rotational speed of 1675 rpm and a torque of 0.45 N · m. Therefore, the rotational speed of 1675 rpm and a torque of 0.45 N · m are obtained. The motor loss when operated with the motor was calculated by numerical simulation.
In the same manner, the center of gravity of the operating point included in each box was determined for each box, and the motor loss when operating with that point as the operating point was calculated by numerical simulation (fourth step). Of course, it is not necessary to perform the above-described series of processing for a box that does not include any operating point in each box area shown in FIG.
上記第4の工程で求めた各ボックス代表点におけるモータ損失に上記第3工程で求めた各ボックスの重みを掛け算した値を全ボックスにわたって総和を取った値を、各ボックスの重みを全ボックスにわたって総和を取った値で割り算することによって重みつきの平均モータ損失を算出した(第5工程)。
第4の工程において代表動作点としてボックス領域の中心点を選定した場合の平均モータ損失算出結果を図10に、代表動作点として各ボックス内に含まれる動作点の重心を選定した場合の平均モータ損失算出結果を図11にそれぞれ示す。
A value obtained by multiplying the motor loss at each box representative point obtained in the fourth step by the weight of each box obtained in the third step and summing the values over all the boxes, and the weight of each box over all the boxes. The weighted average motor loss was calculated by dividing the sum by the value (fifth step).
The average motor loss calculation result when the center point of the box area is selected as the representative operating point in the fourth step is shown in FIG. 10, and the average motor when the center of gravity of the operating point included in each box is selected as the representative operating point. The loss calculation results are shown in FIG.
図10、図11いずれの場合もモータ損失平均値は、モータb<モータa<モータcの順で低くなり、図6の結果を再現できることが確かめられた。さらに図6、図10、図11の結果を1つにまとめて図12に示すと、代表動作点としてボックス領域の中心点を選定した場合よりも代表動作点として各ボックス内に含まれる動作点の重心を選定した場合の方がより精度よく図6の結果を再現できることも確かめられた。 10 and 11, the average motor loss decreases in the order of motor b <motor a <motor c, and it was confirmed that the results of FIG. 6 can be reproduced. Further, when the results of FIGS. 6, 10, and 11 are combined and shown in FIG. 12, the operation points included in each box as the representative operation points than when the center point of the box area is selected as the representative operation point. It was also confirmed that the results shown in FIG. 6 can be reproduced more accurately when the center of gravity is selected.
10 モータ鉄心用材料選定装置(コンピュータ)
An 経回る複数の動作点のうちn番目の動作点
Bm 分割する複数のボックス領域のうちm番目のボックス領域
Tmax トルクTと回転数Nで定義される動作点空間におけるモータ最大トルク曲線によって囲まれる領域
10 Motor core material selection device (computer)
An n-th operating point among a plurality of operating points passing through Bm m-th box region among a plurality of box regions to be divided Tmax Surrounded by a motor maximum torque curve in an operating point space defined by torque T and rotation speed N region
Claims (3)
前記動作点空間におけるモータ最大トルク曲線によって囲まれる領域を複数のボックス領域に分割する第一の工程と、
前記モータ動作点を運転経過時間に従ってたどったモータ動作点毎に運転される動作継続時間を求めるとともに、当該動作継続時間に対応するモータ動作点毎に前記第一の工程で定めた複数のボックス領域のうちどのボックス領域に入るかを判定する第二の工程と、
前記ボックス領域それぞれに入るモータ動作点の各動作継続時間の総和をとり、該総和の値を全モータ運転時間に対する当該ボックス領域の重み比率に定める第三の工程と、
前記ボックス領域毎に代表動作点を定めて当該代表動作点におけるモータ特性を全てのボックス領域に対して求める第四の工程と、
前記ボックス領域毎の重み比率とモータ特性との積の総和を、前記ボックス領域毎の重み比率の総和で割ることで全モータ運転時間における重み付きの平均モータ特性を求める第五の工程と、
選定対象となっている材料毎に前記第一から第五の工程に基づく重み付きの平均モータ特性を求めて相互に比較することによって採用する材料を選定する第六の工程とを含むことを特徴とするモータ鉄心用材料の選定方法。 In the operating point space defined by the torque and the number of revolutions, the motor core material specified by the torque and the number of revolutions is used as the motor core material used under the driving conditions that pass through multiple points over time. A method of selecting,
A first step of dividing a region surrounded by the motor maximum torque curve in the operating point space into a plurality of box regions;
A plurality of box regions determined in the first step for each motor operation point corresponding to the operation duration time while obtaining an operation duration time for each motor operation point obtained by following the motor operation point according to the elapsed operation time. A second step of determining which box area to enter,
A third step of taking the sum of the operation durations of the motor operating points entering each of the box areas and determining the value of the sum as a weight ratio of the box area to the total motor operating time;
A fourth step of determining a representative operating point for each box area and obtaining motor characteristics at the representative operating point for all box areas;
A fifth step of obtaining a weighted average motor characteristic in the total motor operation time by dividing the sum of the products of the weight ratio for each box area and the motor characteristics by the sum of the weight ratios for each box area;
And a sixth step of selecting a material to be adopted by obtaining a weighted average motor characteristic based on the first to fifth steps for each material to be selected and comparing them with each other. The method of selecting the material for the motor core.
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