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

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555406
• 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 / 高効率モータ / 高効率インバータ

Research Abstract

電気-機械エネルギー変換器の高効率化は省エネルギー、小型化に寄与する。ここで開発した電動発電機は変換効率97.0(目標97)%、6(8)kw,30000(40000)rpm、6.2(10)kW/I、電力変換器は効率98.1(97.5)%のものである。この目的を達成するため損失となるあらゆる要因を排除した。
・鉄損を除去するためコアレスタイプとしたギャップ磁界を保つためネオジウム磁石採用した。
・鉄損を減らすため高周波を使用し巻線回数が少なした。それに伴う渦電流損はリッツ線を用い排除した。
・風損を減らすためヘリウムガスを封入し、ベアリング損を減らすためセラミックベアリングを採用した。
これを駆動する高周波電力変換器は新しく開発した低損失疑似電流形を採用した。この変換器は定電流制御する高効率高周波チョッパと周波数変換を受け持つ高効率周波数変換器で構成されている。
・電力素子のオン損失を減らすためトランジスタを直接ドライブする手法を用いた。スイッチング損失を減らすには(1)CTドライブ法とロス回収スナバ方式、(2)電子式コレクタキャッチャダイオード方式を開発した。
・チョッパは定電流制御し高周波に適する(1)の方法を用いスイッチング周波数15kHzで効率99.2%を得た。
・周波数変換器は3アームのもので上記(2)の方法を用い1.5kHzの三相出力で98.9%の効率を得た。
これらを合わせた可変速電気-機械エネルギー総合変換効率95.1%(目標94%)を得た。しかし、回転子の破壊などのため最高回転数は33000rpmだったため3回も試作したが所定の出力が得られなかった。本研究の主目的は変換効率の改善であり所定の目的は達成できた。

Research Products

• [Publications] 高橋勲: "無騒音高効率インバータの開発" 電気学会論文誌産業応用部門誌. 116・12. 1205-1210 (1996)
• [Publications] I.Takahashi: "Toward 99% Efficiency for Transistor Inverters" IEEE Industry Applications Magazine. vol.2-6. 39-46 (1996)