モータ設計の基礎と実際

最近の大学の技術系講座では、電気機械、回転電機の電気磁気学に基づく講座が激減しており、PC演算解析、シミュレーションに偏重した傾向がみられる。理工学部学生はモータの理論原理を十分に理解しないまま、解析ソフトに頼る傾向が見られる。またメーカー入社後モータの設計に従事しても、いきなり磁場解析ソフトで実務に入るものの中には、数年を経過しても、モータの「トルクvs速度曲線」の発生メカニズムを理解できない者も多い。これでは新製品開発時やトラブル対策時に先を見通せず、応用力を欠いた技術者と言わざるを得ない。そして必要以上のパラメーターを投入した腕力と時間を多用したシミュレーションに頼るようになる。本稿では、この点に鑑みて、モータの基礎理論、各種モータの特徴、設計法計算法、を分かりやすく、丁寧に課題演習を交えて解説する。 　モータの設計計算は、各種モータに合わせて実用的な数式の誘導法を教授する。次に磁束を簡易法でありながら精度を高く求める、電卓で行う内容としてある。エクセル計算にも適している。この方法をマスターすれば、DCモータやブラシレスモータの「トルクvs速度曲線」なども簡単に作図できるようになる。複雑なHB型ステッピングモータやアキシャルギャップモータも簡単な等価回路でトルクを数値計算でき、所望のモータ設計ができるようになる。また筆者が発明したアキシャル立体ギャップモータを圧粉鉄心でインホイール化したEV車の走行も紹介する。 　これら手法を習得してから、実務でPC磁場解析ソフトを使えば、応用力を有した技術者となり得ると確信する。またモータ設計開発職のみに限らず、品質管理、営業技術職でも、本稿の内容の知識は必要かつ有益であると確信する。 　講師は40数年間、モータメーカーでの開発設計と、並行して大学での電気機器学の教鞭の経験を有して、多数の発明特許取得の経験も有する。これらの実務と教師の経験を活かして、分かりやすくて、すぐに実務に役立つ内容になるように、講義をするものである。また筆者らが考案した、アキシャル立体ギャップ型ブラシレスDCモータを搭載したEV車の駆動動画も紹介する。

1. 回転機設計に必要な理論と知識
   1. 磁気回路の基礎
   2. 磁気回路と諸要素
   3. 永久磁石の動作点
   4. 永久磁石
      • 種類
      • 使用法
      • 着磁法
   5. 簡易設計法と起磁力方程式
2. 実用的な各種モータ設計法
   1. DCモータ その1
      • 2極7スロット
   2. DCモータ その2
      • 4極12スロット
   3. BLDCモータ
      • 10極12スロット
      • アウターロータ
   4. BLDCモータ
      • 14極12スロット
      • インナーロータ
   5. SRモータ
      • 4極6スロット
      • インナーロータ
   6. アキシャルギャップBLDCモータ
      • 14極12スロット
   7. 世界初、アキシャル立体ギャップBLDCモータ
      • 4極6スロット
      • 2倍トルク化設計
   8. アキシャルギャップSRモータ
      • 4極6スロット
   9. 鉄損と効率の計算法
3. 実用的なHB型2相ステッピングモータの設計法