95%の変換効率を有する可変速超小形電気-機械変換システムの研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555406
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 高橋 勲 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (10016602)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長田 雅裕 澤藤電機(株), 第一事業部開発部, 主査 ; 安東 至 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (20212665)
• Keywords: 電気-機械変換システム / 超高効率 / 疑似電流形インバータ

Research Abstract

本年度の研究実施計画は,高効率の電動・発電機の試作における基礎的な考察とその駆動に適した疑似電流形インバータの試作であった。これらに関して以下のような成果を得た。
(1)電動・発電機に関しては設計に伴う基礎実験を行い,試作に必要な基礎データを得るのが目的であった。10kW,42000rpm,140φ×50mmの電動・発電機が最終目標である。本年度は,予定より研究が進み140φ×60mmの寸法で27000rpm,6kWで目標を上回る97.5%の効率を得ている。これには,導線中を流れる渦電流を防止するためリッツ線を使用したり,風損を減らすためへリウムガスを封入したりしている。このため,銅損が300Wから16Wに減少し,風損も160Wのものが約1/10になった。銅損が損失全体のおよそ3/4であり,もっと細いリッツ線を用い,回転速度を30000rpm以上にすることにより10kW,98%以上の効率は得られるであろう。
(2)電力変換器に使用する疑似電流形インバータはチョッパと電圧形インバータで構成されている。インバータは新しく開発した高効率のCT補償ドライブ法を採用し,99.3%変換率を得ている。また,電流制御チョッパはCT補償ドライブとスイッチングに低損失スイッチングIGBTを用いた16kHz無騒音チョッパを採用することにより,インバータも含めて最高97.5%の変換効率が得られ,目標の97%を上回る結果を得ている。
これらの効率測定には本研究費で購入したデジタルパワーメータが活躍している。使用しているチョッピング周波数は16kHzであり,0.1%の精度で測定する必要があるので購入した測定器は最適である。試作改造を1〜2回行うことにより,目標としていた94%の全変換効率を95%にできることが期待でき,世界最高記録を得られそうである。

Research Products

• [Publications] 伊東 淳一・高橋 勲: "無騒音高効率インバータ" 平成7年電気学会産業応用部門全国大会講演論文集III. 47-50 (1995)
• [Publications] 伊東 淳一・高橋 勲: "高効率インバータの小形化" 平成7年電気学会東京支部新潟支所大会講演論文集. 97-98 (1995)
• [Publications] 田邊 勝隆・高橋 勲: "高効率インバータの開発" 平成7年電気学会東京支部新潟支所大会講演論文集. 99-100 (1995)
• [Publications] 田邊 勝隆・高橋 勲: "ダーリントントランジスタの低損失高速ドライブ法" 平成8年電気学会全国大会講演論文集. 769 (1996)
• [Publications] 伊東淳一・田邊勝隆・高橋 勲: "無騒音高効率インバータの小形化" 平成8年電気学会全国大会講演論文集. 787 (1996)
• [Publications] 田邊 勝隆・高橋 勲: "電気自動車用フライホイールを用いたエネルギー貯蔵装置の開発" 平成8年SEV/電気自動車研究会 講演論文集. (発表予定). (1996)