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次世代EV/HEV用モータの高出力化と関連材料の開発

次世代EV/HEV用モータの高出力化と関連材料の開発

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本書のポイント

  • 自動車用モータ、車載に向けた技術開発
    • SRモータの電流制御、トルク制御と高効率化
    • PMモータの磁力バランスの最適化、可変速特性の向上
    • 誘導モータの銅損、鉄損低減、高トルク密度化、超電導化
    • モータノイズの低減と対策、ノイズフィルタの活用技術
    • モータ用コイルの巻き線、積層化、圧縮、成形技術
    • モータの低振動、低騒音化に向けた構造的、電磁的対策
    • モータ用絶縁材料の絶縁破壊、劣化対策
    • モータの冷却、放熱技術
  • 自動車モータ用磁性材料の磁気特性の向上
    • 電磁鋼板の磁束密度性向上、高強度、高疲労強度化、鉄損低減
    • 圧粉磁心の鉄損低減、原料鉄粉の粒子径、粒子形状最適化
    • アモルファス、ナノ軟磁性材料の磁束密度性、軟磁気特性の向上
    • 磁石の耐熱性、低鉄損性の向上と微細化技術
  • 環境負荷を低減する磁性材料の開発
    • 重希土類フリー磁石の高保磁力化、自動車での応用に向けた展開
    • ポストネオジム磁石に向けた脱レアアース化、保持力性の向上
    • 鉄やマンガンの磁気特性の向上技術
    • 電動車用モータ磁石のレアアースリサイクル技術

目次

第1章 次世代EV・HEVのモータシステムとエネルギーマネジメント

第1節 自動車用パワートレーン電動化と脱炭素化の最新技術動向
  • 1. 世界の電動化/脱炭素化の動向
    • 1.1 電動化のこれまでの経緯
    • 1.2 脱炭素化のこれまでの経緯
    • 1.3 主要地域での電動化/脱炭素化の今後の動向
      • 1.3.1 世界全体の今後の動向
      • 1.3.2 欧州 (EU) の動向
      • 1.3.3 米国の今後の動向
      • 1.3.4 中国の今後の動向
      • 1.3.5 日本の今後の動向
    • 1.4 脱炭素化とパワートレーンミックスとの関係
      • 1.4.1分野別CO2発生量と自動車関連のCO2量
      • 1.4.2 W-t-W/LCAの CO2規制とパワートレーンミックスとの関係
      • 1.4.3 電動化やEV化以外のCO2削減の方策とCO2排出量レベル
  • 2. パワートレーンミックスの今後の動向
    • 2.1 電動車の種類と今後のパワートレーンミックスの予測
    • 2.2 各電動車の動向
    • 2.3 水素エネルギー社会への世界の取り組み
  • 3. 主要なOEMやテック企業の電動化戦略
  • 4. 電動化 (EV化) で影響を受ける既存製品/新たに注目される製品の動向
    • 4.1 EV化の影響を受ける既存製品
    • 4.2 EV化で注目される新規製品
    • 4.3 車載用2次電池
第2節 CVTが広げる駆動系電動化の可能性
  • 1. 電動化車両市場の将来に向けて
  • 2. 変速機が果たす役割
    • 2.1 CVTの可能性
  • 3. DH-CVT (Dedicated Hybrid CVT)
  • 4. CVT4EV (CVT for Electric Vehicle )
    • 4.1 変速がもたらす効率と出力への効果
    • 4.2 CVT4EVの設計検討
      • 4.2.1 システム効率の全体最適設計
      • 4.2.2 バリエータ設計のパラメータ決定
      • 4.2.3 油圧制御設計
      • 4.2.4 電動駆動系におけるCVT制御設計
    • 4.3 CVT4EVの試験車両による評価
      • 4.3.1 試験車両仕様
      • 4.3.2 車両試験結果
    • 4.4 CVT4EVによるモジュラーライナップの可能性
    • 4.5 モジュラリティがもたらす効果
第3節 変速時の駆動力抜けのない変速システムによる電力消費の低減
  • 1. 従来の歯車式変速機における課題
  • 2. 新しく提案した常時伝達変速システム
    • 2.1 構造
    • 2.2 変速プロセス
  • 3. 実験
    • 3.1 実験装置
    • 3.2 実験結果
  • 4. 多段変速システム
    • 4.1 多段変速システムと非円形歯車
    • 4.2 常時伝達4段変速システム実験装置と実験結果
第4節 SiC/GaNパワー半導体応用に対する次世代EV用受動素子と求められる技術仕様
  • 1. 次世代電気自動車 (EV) に求められる性能指標とそれを支えるパワーエレクトロニクス技術
    • 1.1 各販売EVの搭載バッテリ容量と一充電あたりの航続距離の関係
    • 1.2 車載用パワーエレクトロニクス機器の要求性能
    • 1.3 ジャガー・I-Paceのインバータ低背化技術
  • 2. 車載用バッテリ充電器におけるSiC適用技術最前線
    • 2.1 車載用バッテリ充電器 (モデル3用) 概要
    • 2.2 PFCコンバータの種類と特徴
第5節 車載用パワーエレクトロニクスにおける磁性材料・磁気デバイスの基本とその応用領域
  • 1. 車載用電力変換システムとその回路構成
  • 2. 電力変換用磁性材料の種別と基本的な特性の比較
    • 2.1 フェライト材料の基本とその応用
    • 2.2 粉末コアの基本とその応用
    • 2.3 積層コアの基本とその応用

第2章 自動車用モータの開発

第1節 可変界磁モータの技術開発と今後の展望
  • 1. 可変界磁モータとは何か?
  • 2. 開発の目的
  • 3. 可変界磁モータの特徴
  • 4. 詳細構造と動作
  • 5. 結果 (モータ特性)
  • 6. 実機搭載写真
  • 7. レースでの使い方 (例)
    • 7.1 鈴鹿サーキットコース
    • 7.2 オーストラリア
第2節 SRモータの電流制御技術と駆動システムの高性能化
  • 1. 構造と回転原理
    • 1.1 SRモータの構造
    • 1.2 SRモータの回転原理
  • 2. SRモータの制御に関わる特性
    • 2.1 SRモータの発生トルク
    • 2.2 SRモータの電流制御系
  • 3. 直流電動機の制御系の概要
  • 4. SRモータのトルク、電流制御
第3節 自動車用誘導モータの高性能化と銅損最小化制御
  • 1. 誘導モータの基礎と高性能化技術
    • 1.1 誘導モータの基礎
    • 1.2 誘導モータの高性能化
      • 1.2.1 モータ損失の低減方法
      • 1.2.2 解析技術の向上
      • 1.2.3 極数切替誘導モータ
  • 2. 誘導モータのベクトル制御と銅損最小化制御
    • 2.1 ベクトル制御
    • 2.2 銅損最小化制御
    • 2.3 高効率制御のための電流指令値決定法
      • 2.3.1 有限制定応答制御による励磁電流決定法
      • 2.3.2 平均トルクに着目した励磁電流決定法
      • 2.3.3 負荷変動を考慮した励磁電流決定法
第4節 アモルファス金属を適用した高効率モータの開発
  • 1. アモルファス金属の特徴とモータ適用課題
  • 2. 産業用アキシャルギャップ型モータの開発
  • 3. ラジアルギャップ型モータへの適用検討
  • 4. モータの高速化による出力密度向上
第5節 磁性コンポジット材を用いた超高速モータの開発
  • 1. 磁性コンポジット材を用いた超高速モータの構造
  • 2. 磁性コンポジット材の磁気特性
  • 3. 超高速モータの特性
第6節 希土類ボンド磁石を用いた非対称磁極構造IPMモータの開発
  • 1. 非対称磁極構造によるトルク向上原理
  • 2. モータ特性の比較
第7節 自励巻線界磁と永久磁石を併用した受動可変界磁PMモータ
  • 1. 原理と構造
    • 1.1 自己励磁原理
    • 1.2 自励巻線界磁極と永久磁石の併用方法
    • 1.3 自励巻線界磁極の形成方法
    • 1.4 自励巻線界磁極の形状
  • 2. 試作機と実機評価環境
    • 2.1 試作
    • 2.2 実機評価環境
  • 3. 実機評価結果
    • 3.1 受動可変界磁原理の確認
    • 3.2 可変速特性および効率マップ
    • 3.3 電流ベクトル軌跡
      • 3.3.1 巻線界磁による電磁石磁束鎖交数?coilの推定
      • 3.3.2 q軸インダクタンスLqの推定
      • 3.3.3 d軸インダクタンスLdの推定
      • 3.3.4 電流ベクトル軌跡
  • 4. ロータ巻線回路インピーダンス調整による受動可変界磁機能向上
    • 4.1 ロータ巻線回路へ共振コンデンサ付与
      • 4.1.1 LC直列共振
      • 4.1.2 LC並列共振
      • 4.1.3 ロータ巻線回路インピーダンス調整による界磁調整
    • 4.2 実機検証
      • 4.2.1 並列LC共振利用による低速域トルク向上の実機検証
    • 4.3 起磁力バランスの最適化によるトルク特性の改善
第8節 トラクションモータ向けリラクタンスモータの特性と低振動化
  • 1. トラクションモータ向けスイッチトリラクタンスモータ
    • 1.1 スイッチトリラクタンスモータ
    • 1.2 巻線界磁型同期モータ
    • 1.3 ベクトル制御で駆動するスイッチトリラクタンスモータ
  • 2. スイッチトリラクタンスモータの比較
    • 2.1 トルクリップルと相電流の比較
    • 2.2 振動の比較
  • 3. 新しいスイッチトリラクタンスモータの構成
    • 3.1 ヘキサゴン結線
    • 3.2 新型インバータ
    • 3.3 9スイッチインバータ
第9節 アキシャルギャップ型SRモータの開発
  • 1. アキシャルギャップ型SRモータの基本特性
    • 1.1 SRモータの基本構造
    • 1.2 SRモータのトルク発生原理
    • 1.3 駆動方法
    • 1.4 主機用としてのSRモータの優位性と問題点
  • 2. アキシャルギャップ型SRモータの基本特性
    • 2.1 アキシャルギャップ型SRモータの構造
    • 2.2 アキシャルギャップ型SRモータの特性
  • 3. インホイールダイレクト駆動アキシャルギャップ型SRモータの開発
    • 3.1 ベース車両の構成
    • 3.2 アキシャルギャップ型SRモータの設計
    • 3.3 試作機
    • 3.4 ベンチ試験結果
    • 3.5 走行試験
      • 3.5.1 駆動回路
      • 3.5.2 走行試験
第10節 車載応用に向けた高温超伝導誘導同期モータの開発
  • 1. はじめに
    • 1.1 誘導モータの超伝導化
    • 1.2 非線形電流輸送特性
  • 2. 高温超伝導誘導同期モータの回転原理と特長
    • 2.1 回転原理
    • 2.2 特長
      • 2.2.1 同期定常回転
      • 2.2.2 高トルク密度化
      • 2.2.3 すべり回転と過負荷耐量
      • 2.2.4 自律回転安定
      • 2.2.5 非超伝導状態における駆動可能性
  • 3. 数十k W級機の研究開発
    • 3.1 20 kW級プロトタイプ機の研究開発
      • 3.1.1 負荷特性
      • 3.1.2 同期回生特性
      • 3.1.3 履歴回転特性
      • 3.1.4 可変速特性
      • 3.1.5 パルス制御法
    • 3.2 50 kW級モデル機の研究開発
      • 3.2.1 大電流容量固定子巻線の開発
      • 3.2.2 回転特性
  • 4. マルチフィジックス連成解析とモデルベースデザイン
第11節 Sm-Fe-N磁石の開発
  • 1. Sm-Fe-N磁石粉末
    • 1.1 還元拡散法
      • 1.1.1 製造法
      • 1.1.2 基本特性
    • 1.2 急冷凝固法
      • 1.2.1 製造法
      • 1.2.2 基本特性
  • 2. Sm-Fe-N磁石
    • 2.1 冷間圧縮せん断法
      • 2.1.1 還元拡散法により作製されたSm-Fe-N磁石粉末
      • 2.1.2 急冷凝固法により作製されたSm-Fe-N磁石粉末
    • 2.2 放電プラズマ焼結法
      • 2.2.1 還元拡散法により作製されたSm-Fe合金粉末
      • 2.2.2 急冷凝固法により作製されたSm-Fe合金粉末

第3章 自動車モータ用磁性材料の開発と磁気特性の向上技術

第1節 モータ駆動システムにおける磁性材料の要求特性と活用技術
  • 1. EV・ HEVにおけるモータ駆動システム
  • 2. モータ駆動システム・パワーエレクトロニクス回路における必要な磁気特性
  • 3. エネルギーマグにおける電磁気同時性
  • 4. パワーエレクトロニクス社会実現のボトルネック技術
  • 5. 物理・材料系と電気・システム気系との間にある「見えない壁」
  • 6. モータ駆動システムの今後研究開発の方向
  • 7. 高周波大電力の磁性材料研究開発
第2節 圧粉磁心用純鉄粉~低鉄損化の為の製造プロセスおよび粉体特性の適正化~
  • 1. 圧粉磁心の鉄損
  • 2. 圧粉磁心の製造工程
  • 3. 圧粉磁心の鉄損に及ぼす原料鉄粉粉体特性の影響
    • 3.1 粒子形状の影響
    • 3.2 粒子径の影響
    • 3.3 純度の影響
  • 4. 低鉄損圧粉磁心と電磁鋼板の鉄損の比較
第3節 モータ用アモルファス・ナノ結晶軟磁性合金の開発
  • 1. 高Bsナノ結晶リボンの開発
    • 1.1 軟磁性材料の現状と技術動向
    • 1.2 材料の作製方法および評価方法
    • 1.3 高Bsナノ結晶合金リボンの特徴
      • 1.3.1 Fe-B系合金におけるCu置換の効果
      • 1.3.2 Fe-Cu-B系合金の組織
      • 1.3.3 Fe-Cu-Si-B 系合金の磁気特性
      • 1.3.4 従来材との比較
  • 2. 高Bs ナノ結晶合金リボンを用いたコアの開発
    • 2.1 EVへの積載に向けて
      • 2.1.1 EVに用いられるコア材料の要件
      • 2.1.2 改良型高Bsナノ結晶合金リボンの実装化への課題
    • 2.2 コアの作製方法
    • 2.3 コアとしての基本性能
    • 2.4 実用的ブロックコアの開発
第4節 高い飽和磁束密度を有する超低損失ナノ結晶材料の開発
  • 1. 開発の背景
    • 1.1 軟磁性材料の現状
    • 1.2 電気自動車と軟磁性材料
  • 2. 高い飽和磁束密度と優れた軟磁気特性を兼備した新ナノ結晶合金NANOMET ®
    • 2.1 自己組織化ナノヘテロアモルファス組織の創製
    • 2.2 ヘテロアモルファス組織のナノ結晶化
    • 2.3 新ナノ結晶合金NANOMET ® の磁気特性と諸特性
    • 2.4 新ナノ結晶合金NANOMET ® 薄帯の製造技術
  • 3. 新ナノ結晶合金NANOMET ® のモーターへの応用実証
    • 3.1 スロットレスブラシレスモーターへの応用実証
    • 3.2 ブラシレスDCモーターへの応用実証
    • 3.3 SR (スイッチトリラクタンス) モーターへの応用実証
    • 3.4 インセット型永久磁石モーターへの応用実証
    • 3.5 新ナノ結晶合金NANOMET ® のモーターへの応用実証のまとめと更なる効果
  • 4. 新ナノ結晶合金NANOMET ® 薄帯の車載モーター応用実用化の課題
第5節 ショットピーニングと熱処理による高周波低損失電磁鋼板の開発
  • 1. ショットピーニングにて生じる材料組織変化
  • 2. ショットピーニングと熱処理を利用した高周波低損失電磁鋼板の開発
    • 2.1 本研究開発の経緯
    • 2.2 純Feへのショットピーニングと熱処理にて形成する結晶学的集合組織
    • 2.3 本技術の無方向性電磁鋼板としての期待される効果と実用化に向けた課題
第6節 自動車モータ用電磁鋼板の最新動向
  • 1. HEV/EV駆動モータ用電磁鋼板
    • 1.1 HEV/EV駆動モータに求められる特性
    • 1.2 高効率モータ用電磁鋼板
    • 1.3 高周波モータ用薄電磁鋼板
    • 1.4 高強度電磁鋼板
  • 2. 高けい素鋼板
    • 2.1 6.5%けい素鋼板
    • 2.2 Si傾斜磁性材料 (JNHF)
    • 2.3 Si局在化材料 (JNSF)
    • 2.4 高磁束密度Si傾斜磁性材料 (JNRF)
  • 3. 電動パワーステアリング用電磁鋼板
  • 4. 圧縮応力による電磁鋼板の鉄損増加と抑制手法
    • 4.1 モータコア材に加わる応力と鉄損変化
    • 4.2 圧縮応力下の鉄損増加に及ぼす高Si化の効果
    • 4.3 Si傾斜磁性材料の効果
第7節 ハイブリッド/電気自動車駆動モータ用電磁鋼板とその利用技術
  • 1. HEV/EV駆動モータ用電磁鋼板への要求
  • 2. HEV/EV駆動モータに適した用電磁鋼板への要求
  • 3. 打抜き性に優れた電磁鋼板用環境対応型絶縁皮膜
  • 4. HEV/EV駆動モータの性能を支える利用技術
  • 5. 鉄損増加要因を考慮したモータ電磁界解析
第8節 ウェットプロセスを用いた極薄鋼板の開発
  • 1. 軟磁性材料の基礎
    • 1.1 軟磁性材料の磁化モード
  • 2. 軟磁性薄帯
    • 2.1 液体急冷法
    • 2.2 ウェットプロセスを用いた薄帯作製法
      • 2.2.1 電解めっき法を用いた薄帯作製
      • 2.2.2 無電解めっき法を用いた薄帯作製
  • 3. 低損失化
  • 4. 交流磁気特性
第9節 磁化容易軸を制御した純鉄系磁性粉末の創出とその評価
  • 1. ボールミル処理による鉄粉末の偏平化と変形集合組織の形成
    • 1.1 ボールミル処理の特徴
    • 1.2 ボールミル処理による金属粉末の磁化容易軸の配向と粉砕助剤の効果
    • 1.3 ボールミル処理による金属粉末の磁化容易軸の配向の原理
  • 2. 磁化容易軸を制御した鉄粉末による圧粉鉄心の創出とその磁気特性
    • 2.1 変形集合組織を形成した鉄粉末の再結晶挙動
    • 2.2 磁化容易軸を制御した鉄粉末の成形
    • 2.3 磁化容易軸を制御した鉄粉末から創出したリングコアの組織と磁気特性
第10節 レアアース量の少ないサマリウム鉄コバルト化合物の磁石化の可能性
  • 1. SmFe12系化合物の磁気物性値と高保磁力化の取り組み
  • 2. SmFe12系化合物の磁石化の取り組み
    • 2.1 SmFe12系バルク化合物の磁気物性値
    • 2.2 高保磁力化のための取り組み
第11節 SmFeN系磁石の材料プロセス設計への機械学習の応用
  • 1. 機械学習による材料研究開発について
  • 2. Sm-Fe-N系磁石材料における機械学習
    • 2.1 プロセス条件-磁気特性予測モデル
    • 2.2 酸素・窒素量予測モデル
第12節 マテリアルズ・インフォマティクスによる磁性合金材料探索
  • 1. 高飽和磁化合金
  • 2. 計算型の自律材料探索AI
    • 2.1 計算型の自律材料探索AI
    • 2.2 計算型の自律材料探索AIによる多元磁性合金材料の探索
    • 2.3 コンビナトリアル実験による検証

第4章 重希土類低減・フリー磁石の開発

第1節 重希土類フリー磁石粉末の合成技術の開発
  • 1. 安定Tb2Zn17型Sm2Fe17N3化合物
    • 1.1 粉砕法
    • 1.2 還元拡散法 (RD法:reduction-diffusion method)
  • 2. 準安定TbCu7構造を有するSm-Fe-N化合物
    • 2.1 従来法 (液体急冷法、メカニカルアロイング、HDDR法)
    • 2.2 低温還元拡散法
    • 2.3 熱プラズマ法
      • 2.3.1 金属ナノ粒子の取り扱い
      • 2.3.2 希土類-遷移金属ナノ粒子合成
第2節 Dyフリーネオジム系異方性ボンド磁石の開発
  • 1. Dyフリーネオジム系異方性ボンド磁石
    • 1.1 磁石粉末の製造方法
    • 1.2 ボンド磁石の成形方法
  • 2. 電動アクスルの更なる小型化に向けたDyフリーネオジム系異方性ボンド磁石の開発
    • 2.1 磁石粉末の高異方性化
      • 2.1.1 水素解砕処理温度と粒内破壊量の関係
      • 2.1.2 高温で水素解砕処理をした場合の磁石粉末の磁気特性
    • 2.2 磁石粉末の表面処理と新成形法によるボンド磁石の高性能化
      • 2.2.1 磁石粉末の表面処理による劣化抑制
      • 2.2.2 新成形法による角形性の向上と粉末割れの抑制
第3節 希土類金属を使用しない鉄やマンガンをベースとした永久磁石の開発
  • 1. Mn系磁石材料
    • 1.1 MnAl © 磁石
    • 1.2 MnGa (Ge) とホイスラー合金 (Mn2XGe)
  • 2. CoPtとFePt
    • 2.1 CoPt
    • 2.2 FePt
  • 3. 一軸結晶のFeNiとFeCo合金
    • 3.1 L10型FeNi合金
    • 3.2 L10型FeCo合金
  • 4. Fe16N2
第4節 環境負荷低減を目指したEV用モータの磁石材料の研究とその可能性
  • 1. EVの市場動向と課題
    • 1.1 環境問題とEVの市場動向
    • 1.2 エネルギー資源問題
    • 1.3 EV車の特徴と課題
  • 2. モータの種類と材料、及び磁気的特徴
    • 2.1 モータの種類
    • 2.2 永久磁石の材料
    • 2.3 永久磁石の磁気的特徴
  • 3. 永久磁石の変遷、脱レアアースの取り組み、及び今後の展望
    • 3.1 希土類磁石の変遷
    • 3.2 ネオジム磁石の省レアアース、レアアースフリーの取り組み
    • 3.3 小型化、高効率化、及び脱レアアースに向けた希土類磁石の新展開
      • 3.3.1 ナノコンポジット磁石 (交換スプリング磁石)
      • 3.3.2 Sm-Fe-N磁石
第5節 ポストネオジウム磁石開発の課題と展望
  • 1. ポストネオジム磁石のいくつかの候補
    • 1.1 どのような物質が永久磁石になり得るか
    • 1.2 レアアースフリー磁石の可能性
    • 1.3 高いFe濃度を持つ省レアアース化合物と技術課題
  • 2. ネオジム磁石から派生したポストネオジム磁石の可能性
第6節 電動車用モータ磁石のレアアースリサイクル技術開発
  • 1. モータの構造と材質
  • 2. 電動車用モータ磁石のレアアースリサイクル技術開発
    • 2.1 現行のリサイクル技術
    • 2.2 新しいリサイクル技術開発

第5章 モータ用絶縁材料、絶縁処理技術の開発

第1節 高分子の直流絶縁破壊メカニズムとフィラー複合化などによる絶縁性向上
  • 1. EV・HEV用モータと関連する絶縁材料
  • 2. 高分子絶縁材料の高温・直流高電界下における特性と実機設計上の問題点
  • 3. 空間電荷蓄積が絶縁材料に与える影響 (極端な例) と電荷蓄積抑制の手法
    • 3.1 空間電荷蓄積が絶縁材料に与える影響
    • 3.2 ナノサイズの無機フィラー添加による電荷蓄積の抑制
  • 4. エポキシ樹脂の空間電荷蓄積特性と電荷蓄積回避の手法
    • 4.1 エポキシ樹脂の空間電荷蓄積特性
    • 4.2 フィラー添加によるエポキシ樹脂の空間電荷蓄積抑制
    • 4.3 イミド系硬化剤使用によるエポキシ樹脂の空間電荷蓄積抑制
  • 5. イミド系材料の空間電荷蓄積特性
    • 5.1 ポリイミドフィルムに蓄積する空間電荷分布
    • 5.2 イミド系材料に矩形波電圧を印加した際に観測される空間電荷分布
第2節 インバータサージによる高分子絶縁材料の絶縁破壊メカニズムと対策
  • 1. 絶縁破壊機構
    • 1.1 気体の絶縁破壊機構
      • 1.1.1 気体の電圧—電流特性
      • 1.1.2 タウンゼント理論とストリーマ理論
      • 1.1.3 パッシェンの法則
    • 1.2 固体の絶縁破壊機構
    • 1.3 気体/固体複合絶縁系における絶縁破壊機構
    • 1.4 インバータサージ電圧下における絶縁破壊メカニズム
      • 1.4.1 ツイストペアにおける部分放電会電圧の推定と絶縁破壊機構
      • 1.4.2 インバータサージ電圧下における沿面放電特性
    • 1.5 絶縁対策
第3節 PCUとモータの発熱メカニズムと冷却,放熱技術
  • 1. PCUとモータの発熱メカニズム
    • 1.1 PCUの発熱メカニズム
      • 1.1.1 パワーデバイスの損失
      • 1.1.2 その他の損失
    • 1.2 モータの発熱メカニズム
      • 1.2.1 モータの効率
      • 1.2.2 銅損
      • 1.2.3 鉄損
      • 1.2.4 永久磁石の発熱
  • 2. 冷却・放熱技術の基本
    • 2.1 伝熱
  • 2,2 放熱と温度上昇
  • 3. PCUの冷却・放熱技術
    • 3.1 パワーデバイスの冷却
    • 3.2 パワーデバイスの放熱設計
    • 3.3 PCUの冷却法
    • 3.4 PCUの冷却の実際
    • 3.5 PCU冷却の今後の展望
  • 4. モータの冷却・放熱技術
    • 4.1 モータの上限温度
    • 4.2 モータ内部の伝熱
    • 4.3 モータの冷却
      • 4.3.1 空冷方式
      • 4.3.2 水冷方式
      • 4.3.3 油冷方式
      • 4.3.4 回転子の冷却
    • 4.4 車載モータの冷却・放熱技術
    • 4.5 モータ冷却の今後の展望

第6章 車載モータの低振動、低騒音技術

第1節 モータの振動・騒音の発生メカニズム
  • 1. モータの振動・騒音
  • 2. 電磁振動・騒音について
    • 2.1 電磁振動・騒音の発生
    • 2.2 電磁振動・騒音のシミュレーション
      • 2.2.1 電磁力
      • 2.2.2 電磁振動・騒音のシミュレーション
  • 3. 永久磁石モータの磁束と電磁力
    • 3.1 磁束密度の測定と有限要素法 (FEM) による計算
    • 3.2 電磁力の測定と解析
  • 4. 誘導モータの磁束と電磁力
  • 5. 構造系の固有振動数の解析
    • 5.1 固定子鉄心の固有振動数
    • 5.2 巻線付き鉄心の解析
  • 6. 電磁振動と騒音
    • 6.1 振動の計算
    • 6.2 騒音の計算
第2節 自動車用モータの振動・騒音対策
  • 1. 電磁的な対策
  • 2. 構造的な対策
第3節 自動車用モータ駆動システムにおける電磁力と振動・騒音の低減手法
  • 1. 永久磁石モータの電磁力による振動・騒音の発生メカニズム
  • 2. 電磁力による振動・騒音に関する主な低減手法
    • 2.1 電気角2次の径方向電磁力による振動・騒音の低減手法
    • 2.2 空間高調波起因の周方向および径方向電磁力の脈動による振動・騒音の低減手法
    • 2.3 時間高調波起因の周方向および径方向電磁力の脈動による振動・騒音の低減手法
  • 3. 電磁力による振動・騒音の詳細な低減手法
    • 3.1 低減手法例1:モータ設計による周方向・径方向電磁力の低減
    • 3.2 低減手法例2:円環4次成分の位相反転による振動の低減
    • 3.3 低減手法例3:キャリア波の位相シフトによる振動の低減
第4節 EPS用モータの電磁振動による共振振動の低減技術
  • 1.8極12スロットと10極12スロットEPSモータの比較
  • 1.1 比較モータの仕様
  • 1.2 電磁場解析によるラジアル力の算出
  • 1.3 ラジアル力モード
  • 2. 固有振動数と固有振動モード
    • 2.1 固有振動モード解析
    • 2.2 固有振動数測定
    • 2.3 実験モーダル解析
  • 3. ラジアル力モードと固有振動モードの関係
    • 3.1 加振試験概要
    • 3.2 加振試験概要

第7章 モータ用コイル、巻き線技術の開発

第1節 高密度コイルの巻き線技術
  • 1. 高密度コイルとは
    • 1.1.高密度コイルの呼称について
    • 1.2 丸線圧縮と平角巻線
  • 2. 高密度コイルを曲げる
  • 3. 高密度コイルを圧縮する
  • 4. 高密度コイルを圧縮・成型する。
  • 5. プラスチックモールドコイル
  • 6. 高密度コイルはセンサー用には必需品?
  • 7. 無接点充電用コイル
  • 8. その他、特殊コイル等
第2節 ASTERコイルの開発と自動車での応用に向けた展望
  • 1. ASTERコイル
  • 2. ASTERモータの特性
    • 2.1 高効率、高出力密度
    • 2.2 実用特性としての高加速、登坂力
    • 2.3 防塵防水 (IP67認証)
  • 3. 電動モビリティでの応用に向けた展望

第8章 消費電力の低減に向けたモータの制御技術

第1節 車両駆動用モータドライブシステムの高効率化
  • 1. 車両駆動用モータドライブシステムの基本構成
  • 2. IPMSMの数学モデルと基本トルク特性
  • 3. 電流ベクトル制御の基礎
    • 3.1 電流ベクトルと諸特性
    • 3.2 電流ベクトル制御法
      • 3.2.1 最大トルク/電流制御
      • 3.2.2 弱め磁束制御と最大トルク/電圧制御
      • 3.2.3 最大効率制御
  • 4. IPMSMのベクトル制御システムの構成と高性能制御
    • 4.1 IPMSMのベクトル制御システムの基本構成
      • 4.1.1 電流指令作成部
      • 4.1.2 電流制御部
      • 4.1.3 座標変換部
      • 4.1.4 電圧誤差補償部と電圧制御部
    • 4.2 電流ベクトル制御システム
      • 4.2.1 最大出力制御
    • 4.3 IPMSMの高効率ドライブ
      • 4.3.1 運転可能範囲全体での高効率制御
      • 4.3.2 電圧利用率向上による高効率化
第2節 スイッチドリラクタンスモータの高効率駆動
  • 1. スイッチドリラクタンスモータの基本
    • 1.1 SRMの種類と基本構造
    • 1.2 トルクの発生原理
      • 1.2.1 SRMのトルク発生原理
      • 1.2.2 SRMの一般的な制御方法
      • 1.2.3 全節巻SRMのトルク発生原理
      • 1.2.4 全節巻SRMの一般的な制御方法
    • 1.3 SRMにおける高効率駆動
      • 1.3.1 全節巻SRMにおける高速駆動域における銅損抑制
      • 1.3.2 瞬時電流フィードバック補償によるトルク脈動抑制法
      • 1.3.3 SRMのベクトル制御
第3節 高速回転整流子モータのブラシ摩耗・消耗
  • 1. 自動車搭載用モータの概要とブラシ付きモータの需要
    • 1.1 ブラシ付き整流子・ブラシモータの概要
      • 1.1.1 ブラシの概要
      • 1.1.2 整流子の概要
  • 2. 整流子・ブラシモータのアークと摩耗消耗
    • 2.1 整流によるアーク発生
    • 2.2 アークによる消耗
    • 2.3 摺動によるブラシ摩耗消耗
    • 2.4 摺動速度によるブラシ摩耗
  • 3. ブラシ材によるブラシ摩耗低減
第4節 電動車の駆動モータ接着積層コア技術の開発
  • 1. 接着積層コア
    • 1.1接着積層コアの製造方法
    • 1.2 GlueFASTEC ® の製造方法
  • 2. 接着積層コアの特性
    • 2.1 鉄損値測定結果
    • 2.2 占積率測定結果
    • 2.3 抜熱性
    • 2.4 振動特性
  • 3. 金型2列化

第9章 車載モータのノイズ低減と対策

第1節 インバータドライブシステムにおけるノイズの原因と対策
  • 1. インバータドライブの利点と欠点
  • 2. インバータドライブの主回路構成
  • 3. EMCから見たインバータドライブ
  • 4. 起こり得るノイズ障害
  • 5. ノイズ問題の根源
  • 6. マイクロサージ
  • 7. ノイズ発生有無の判定法
  • 8. ノイズ対策技術
  • 9. ノイズフリーインバータ
第2節 インバータ・モータの低周波ノイズ対策
  • 1. ノイズの発生
    • 1.1 高調波成分の負荷への影響
    • 1.2 浮遊インダクタンス,キャパシタンスによる電磁ノイズ
    • 1.3 ノーマルモードノイズとコモンモードノイズ
  • 2. ノイズ対策
    • 2.1 負荷に影響する高調波成分の対策
    • 2.2 浮遊インダクタンス,キャパシタンスによる電磁ノイズの対策
    • 2.3 ノーマルモードノイズとコモンモードノイズの対策
      • 2.3.1 ノーマルモードにおけるフィルタ効果
      • 2.3.2 コモンモードにおけるフィルタ効果
    • 2.4 軸受け電食の対策事例
第3節 磁界中熱処理したFe-Si-Alナノ結晶合金の磁気特性とノイズフィルタへの期待
  • 1. Fe-Si-Al系ナノ結晶材料の作製
    • 1.1 作製条件と組成
    • 1.2 結晶化と結晶構造
      • 1.2.1 結晶化温度
      • 1.2.2 結晶構造
    • 1.3 磁気特性
    • 2.3D-アトムプローブによるナノ構造解析
    • 2.1 結晶組成比の分析
    • 2.2 磁気特性の温度依存性
    • 2.3 銅クラスタ
  • 3. 誘導異方性と磁区構造
    • 3.1 誘導異方性
    • 3.2 磁気特性
    • 3.3 磁区観察
      • 3.3.1 磁区観察方法
      • 3.3.2 磁区観察結果

第10章 モータ材料の特性評価、モータ特性の評価技術、車載モータのシミュレーション技術

第1節 自動車用永久磁石の最新測定評価技術と課題
  • 1. パルスBHトレーサによる磁気特性測定
  • 2. 磁気測定に及ぼす加工劣化の影響
  • 3. 拡散磁石の磁気特性分布の測定
  • 4. MFM (磁気力顕微鏡) による磁区観察と熱減磁評価
  • 5. 永久磁石に関する国際規格と標準
第2節 高周波向け軟磁性材料の磁気特性の測定・評価のコツ
  • 1. 磁気特性評価の背景
  • 2. 軟磁性材の磁気特性の評価方法
  • 3. 形状や歪と磁気特性
  • 4. 直流バイアスと磁気特性
  • 5. 高周波での磁気測定時の注意点
    • 5.1 共振現象に注意
    • 5.2 パワーアンプの最大出力に注意
    • 5.3 発熱に注意
    • 5.4 巻線に注意
    • 5.5 周囲で発生する渦電流に注意
第3節 磁性材料の第一原理電子論と磁気特性の解析
  • 1. 第一原理電子論
  • 2. ネオジム磁石主相の磁気特性
  • 3. 有限温度磁性
  • 4. 状態図計算と自由エネルギー
  • 5. ネオジム磁石の組織界面
第4節 磁気光学Kerr効果顕微鏡による磁気構造解析
  • 1. 磁気光学Kerr効果について
    • 1.1 磁気光学効果の発見
    • 1.2 磁気光学Kerrr効果の基本原理
  • 2. 磁気光学Kerr効果顕微鏡について
  • 3. EV・HEV用モータ開発における磁気光学効果の実用例
    • 3.1 Dyフリーネオジム永久磁石材料開発の要請
    • 3.2 Ga添加高保磁力ネオジム磁石の非磁性粒界相の解析
    • 3.3 熱間加工法による結晶粒の超微細化と反転過程の観察
第5節 磁性体のベクトルヒステリシス特性のモデル化
  • 1. ヒステリシスモデル
  • 2. スカラープレイモデル
    • 2.1 スカラープレイモデルの原理
    • 2.2 スカラープレイモデルの同定
    • 2.3 B入力プレイモデル
  • 3. 静的ベクトルプレイモデル
    • 3.1 等方性ベクトルプレイモデル
    • 3.2 異方性ベクトルプレイモデル
  • 4. 動的ベクトルプレイモデル
第6節 電動化に向けたインバータ駆動モータの高電圧絶縁評価技術
  • 1. EV用モータの高電圧絶縁システム
  • 2. 部分放電の発生と環境要因
    • 2.1モータの絶縁劣化と絶縁破壊
    • 2.2 部分放電に影響する環境要因
    • 2.3 部分放電開始電圧の予測
  • 3. インパルス試験と部分放電計測
    • 3.1 インパルス試験の必要性
    • 3.2 インパルス部分放電計測
    • 3.3 実機モータのインパルス絶縁評価試験
      • 3.3.1 結線方法とインパルス電圧波形
      • 3.3.2 インパルス部分放電試験の結果
  • 4. EV用モータ平角巻線の開発
第7節 高効率モータードライブシステムにおける正確な電力測定方法
  • 1. インバータPWM波形の特徴
  • 2. インバータPWM電力の高精度測定に求められる性能
  • 3. 電力測定システムが抱える問題点
  • 4. 電流センサと位相補正技術
  • 5. インバータのPWM電力の実測比較
第8節 モータの電磁界解析技術の基礎と分析方法
  • 1. モータの電磁界解析技術の基礎
    • 1.1 有限要素メッシュ作成と計算条件設定時の注意点
    • 1.2 反復計算の計算精度判定
    • 1.3 計算結果の算出
  • 2. 解析結果の妥当性評価
    • 2.1 基本特性の算出と評価
    • 2.2 モデリングの評価と実測値との比較の注意点
  • 3. 解析結果の分析方法
    • 3.1 Frozen permeability法による磁束密度の要因分析
    • 3.2 周波数分解による鉄損の要因分析
    • 3.3 周波数分解による次数別磁束線分布を用いたトルクリップル発生要因分析
    • 3.4 ギャップ磁束密度を用いた周波数分解による電磁加振力の評価
第9節 電動モータ設計に特化した統合マルチフィジックス解析ソフトウェアの開発
  • 1. 電動モータに特化した統合型マルチフィジックス解析ソフトウェアの必要性
    • 1.1 電動モータに特化した解析ソフトウェアに求められる特徴
    • 1.2 汎用解析ソフトウェアとの差別化・棲み分け
    • 1.3 統合型マルチフィジックス解析ソフトウェアの主な機能
      • 1.3.1 電磁界解析
      • 1.3.2 熱解析
      • 1.3.3 構造解析
      • 1.3.4 特性解析
  • 2. EVパワートレイン向け電動モータの性能解析
    • 2.1 モータの種類の比較
      • 2.1.1 永久磁石同期モータ (PMSM) の設計
      • 2.1.2 誘導モータ (IM) の設計
      • 2.1.3 巻線界磁形同期モータ (WFSM) の設計
      • 2.1.4 冷却システム
      • 2.1.5 性能曲線
      • 2.1.6 軸方向の寸法および質量
      • 2.1.7 効率
      • 2.1.7.1 効率マップ
      • 2.1.7.2 運転サイクルのモデル化
      • 2.1.7.3 デュアルモータ構成
    • 2.2 巻線技術の比較
      • 2.2.1 設計の比較
      • 2.2.2 性能曲線の比較
      • 2.2.3 効率性の比較
    • 2.3 冷却システムの比較
      • 2.3.1 水冷ジャケット方式による冷却
      • 2.3.2 水冷ジャケットと内部空気循環による冷却
      • 2.3.3 オイルスプレー方式による冷却
      • 2.3.4 性能曲線
第10節 VHDL-AMSによる電気自動車用モータ駆動システムモデル
  • 1. 電気自動車用モータ駆動システムモデルの概要
    • 1.1 IPMSMモデル
    • 1.2 自動車負荷モデル
  • 2. 制御系モデルとゲイン設計
  • 3. 解析対象に適した解析パラメータの選定
    • 3.1 計算時間刻みの選定
    • 3.2 制御系におけるサンプリング周期の選定
  • 4. シミュレーション結果
    • 4.1 シミュレーション条件
    • 4.2 シミュレーション結果

執筆者

  • K&Kテクノリサーチ 加藤 克司
  • ボッシュ 株式会社 牧野 秀樹
  • 京都大学 小森 雅晴
  • 名古屋大学 山本 真義
  • 名古屋大学 今岡 淳
  • 株式会社ミツバ 内山 英和
  • 豊田工業大学 内藤 治夫
  • 長岡モーターディベロップメント 株式会社 加藤 尚和
  • 株式会社 日立製作所 榎本 裕治
  • 信州大学 水野 勉
  • 秋田大学 吉田 征弘
  • 静岡大学 青山 真大
  • 大阪大学 新口 昇
  • 宇都宮大学 後藤 博樹
  • 京都大学 中村 武恒
  • 千葉工業大学 齋藤 哲治
  • 豊田工業大学 藤﨑 敬介
  • JFEスチール 株式会社 高下 拓也
  • 日立金属 株式会社 太田 元基
  • 株式会社 東北マグネットインスティチュート 尾藤 三津雄
  • 名古屋工業大学 佐藤 尚
  • JFEスチール 株式会社 尾田 善彦
  • 日本製鉄 株式会社 村川 鉄州
  • 長崎大学 柳井 武志
  • 九州工業大学 本塚 智
  • (国研) 物質・材料研究機構 高橋 有紀子
  • (国研) 産業技術総合研究所 細川 裕之
  • (国研) 物質・材料研究機構 岩崎 悠真
  • (国研) 産業技術総合研究所 平山 悠介
  • 愛知製鋼 株式会社 山崎 理央
  • 信越化学工業 株式会社 大橋 健
  • 工学院大学 赤城 文子
  • (国研) 物質・材料研究機構 広沢 哲
  • 早稲田大学 山口 勉功
  • 東京都市大学 田中 康寛
  • 豊橋技術科学大学 村上 義信
  • モリモトラボ 森本 雅之
  • 芝浦工業大学 石橋 文徳
  • 株式会社 日立製作所 原 崇文
  • 大阪大学 平田 勝弘
  • 株式会社 セルコ 小林 延行
  • 株式会社 アスター 本郷 武延
  • 大阪府立大学 森本 茂雄
  • 東京都市大学 鈴木 憲吏
  • 日本工業大学 上野 貴博
  • 黒田精工 株式会社 福山 修
  • 大島研究所 大島 正明
  • 群馬大学 石川 赴夫
  • 日本ケミコン 株式会社 松岡 孝
  • ネオジコンサル 山本 日登志
  • 岩崎通信機 株式会社 成田 芳正
  • 東京工業大学 合田 義弘
  • (国研) 物質・材料研究機構 杉本 聡志
  • 京都大学 松尾 哲司
  • 兵庫県立大学 永田 正義
  • 日置電機 株式会社 原野 正幸
  • サイエンスソリューションズ 株式会社 貝森 弘行
  • アンシス・ジャパン 株式会社 古賀 誉大
  • 岐阜大学 石川 裕記

出版社

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体裁・ページ数

A4判 673ページ

ISBNコード

978-4-86104-869-2

発行年月

2021年1月

販売元

tech-seminar.jp

価格

80,000円 (税別) / 88,000円 (税込)

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