JP2001157491A - 超高速永久磁石式回転電機システム - Google Patents
超高速永久磁石式回転電機システムInfo
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P6/32—Arrangements for controlling wound field motors, e.g. motors with exciter coils
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- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、数百Ｈｚ以上の基本周波数で動作す
るインバータで駆動しても回転子の発生損失が少なく、
空気発生源の高効率化が図れることにある。 【解決手段】インバータと永久磁石式同期電動機間にリ
アクトルを挿入し、インバータから永久磁石式同期電動
機に供給される高調波電流成分の含有率を、基本波を１
００％とした場合、５次の含有率をＡ，７次の含有率を
Ｂ，１１次の含有率をＣとして、７次の含有率Ｂを１０
％以下にすると共に、Ａ＜Ｃ＜Ｂの関係を満足するよう
に総合含有率をある値以下に調整することにより、シャ
フトの高調波損失の他、ネオジム磁石の高調波損失が大
幅に減少し、回転子の損失を数百Ｗに低減でき、超高速
の永久磁石式回転電機システムを実現できる。
るインバータで駆動しても回転子の発生損失が少なく、
空気発生源の高効率化が図れることにある。 【解決手段】インバータと永久磁石式同期電動機間にリ
アクトルを挿入し、インバータから永久磁石式同期電動
機に供給される高調波電流成分の含有率を、基本波を１
００％とした場合、５次の含有率をＡ，７次の含有率を
Ｂ，１１次の含有率をＣとして、７次の含有率Ｂを１０
％以下にすると共に、Ａ＜Ｃ＜Ｂの関係を満足するよう
に総合含有率をある値以下に調整することにより、シャ
フトの高調波損失の他、ネオジム磁石の高調波損失が大
幅に減少し、回転子の損失を数百Ｗに低減でき、超高速
の永久磁石式回転電機システムを実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気圧縮機等を駆
動する超高速可変速電動機駆動システムに関し、特に超
高速永久磁石式回転電機システムを用いた空気発生源に
関するものである。
動する超高速可変速電動機駆動システムに関し、特に超
高速永久磁石式回転電機システムを用いた空気発生源に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】永久磁石式同期電動機は、電動機効率が
高いことから、産業用駆動源として多用されている。電
動機の回転数が低い場合はシャフトに永久磁石を貼り付
けて使用されているが、電動機の回転数が高い場合は永
久磁石が飛散する恐れがある。
高いことから、産業用駆動源として多用されている。電
動機の回転数が低い場合はシャフトに永久磁石を貼り付
けて使用されているが、電動機の回転数が高い場合は永
久磁石が飛散する恐れがある。
【０００３】上記不具合を解決する手段として、超高速
の永久磁石式同期電動機においては、永久磁石の外周に
カーボン繊維やチタンリングを設ける方法が、特開平１
０−２４３５８６号公報で開示されている。
の永久磁石式同期電動機においては、永久磁石の外周に
カーボン繊維やチタンリングを設ける方法が、特開平１
０−２４３５８６号公報で開示されている。
【０００４】上記従来技術においては、永久磁石の飛散
を防止できるが、永久磁石式同期電動機がインバータで
運転され、高調波電流による脈動磁束が回転子側に入射
したときに、回転子に発生する損失については考慮され
ていない問題があった。また、超高速の永久磁石式同期
電動機を空気発生に用いたときの空気発生源駆動システ
ムの性能については考慮されていない問題があった。
を防止できるが、永久磁石式同期電動機がインバータで
運転され、高調波電流による脈動磁束が回転子側に入射
したときに、回転子に発生する損失については考慮され
ていない問題があった。また、超高速の永久磁石式同期
電動機を空気発生に用いたときの空気発生源駆動システ
ムの性能については考慮されていない問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、数百
Ｈｚ以上の基本周波数で動作するインバータで駆動して
も回転子の発生損失が少なく、空気発生源の高効率化が
図れる超高速の永久磁石式回転電機システムとこれを用
いた空気発生源を提供することにある。
Ｈｚ以上の基本周波数で動作するインバータで駆動して
も回転子の発生損失が少なく、空気発生源の高効率化が
図れる超高速の永久磁石式回転電機システムとこれを用
いた空気発生源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、固定
子鉄心の複数のスロット中に電機子巻線を巻装した固定
子と、導電性で磁性体のシャフトの外周に導電性の永久
磁石、その外周にカーボン繊維からなる補強材を設けた
回転子を有する永久磁石式同期電動機と、永久磁石式同
期電動機を駆動するインバータとからなる超高速永久磁
石式回転電機システムにおいて、回転子のシャフトの外
周に磁性体の電磁鋼板リングを設けると共に、インバー
タと永久磁石式同期電動機間にリアクトルを挿入し、イ
ンバータから永久磁石式同期電動機に供給される高調波
電流成分の含有率を、基本波を１００％とした場合、５
次の含有率をＡ，７次の含有率をＢ，１１次の含有率を
Ｃとして、７次の含有率Ｂを１０％以下とすると共に、
Ａ＜Ｃ＜Ｂの関係を満足するようにしている。
子鉄心の複数のスロット中に電機子巻線を巻装した固定
子と、導電性で磁性体のシャフトの外周に導電性の永久
磁石、その外周にカーボン繊維からなる補強材を設けた
回転子を有する永久磁石式同期電動機と、永久磁石式同
期電動機を駆動するインバータとからなる超高速永久磁
石式回転電機システムにおいて、回転子のシャフトの外
周に磁性体の電磁鋼板リングを設けると共に、インバー
タと永久磁石式同期電動機間にリアクトルを挿入し、イ
ンバータから永久磁石式同期電動機に供給される高調波
電流成分の含有率を、基本波を１００％とした場合、５
次の含有率をＡ，７次の含有率をＢ，１１次の含有率を
Ｃとして、７次の含有率Ｂを１０％以下とすると共に、
Ａ＜Ｃ＜Ｂの関係を満足するようにしている。
【０００７】請求項２の発明は、固定子鉄心の複数のス
ロット中に電機子巻線を巻装した固定子と、導電性で磁
性体のシャフトの外周に導電性の永久磁石、その外周に
カーボン繊維からなる補強材を設けた回転子を有する永
久磁石式同期電動機と、永久磁石式同期電動機を駆動す
るインバータとからなる超高速永久磁石式回転電機シス
テムにおいて、回転子のシャフトの外周に磁性体の電磁
鋼板リングを設けると共に、インバータと永久磁石式同
期電動機間にリアクトルを挿入し、インバータから永久
磁石式同期電動機に供給される高調波電流成分の含有率
を、基本波を１００％とした場合、５次の含有率をＡ，
７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣ，１３次の含有
率をＤ，１７次の含有率をＥ，１９次の含有率をＦとし
て、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総
合含有率が１１％以下を満足するようにしている。
ロット中に電機子巻線を巻装した固定子と、導電性で磁
性体のシャフトの外周に導電性の永久磁石、その外周に
カーボン繊維からなる補強材を設けた回転子を有する永
久磁石式同期電動機と、永久磁石式同期電動機を駆動す
るインバータとからなる超高速永久磁石式回転電機シス
テムにおいて、回転子のシャフトの外周に磁性体の電磁
鋼板リングを設けると共に、インバータと永久磁石式同
期電動機間にリアクトルを挿入し、インバータから永久
磁石式同期電動機に供給される高調波電流成分の含有率
を、基本波を１００％とした場合、５次の含有率をＡ，
７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣ，１３次の含有
率をＤ，１７次の含有率をＥ，１９次の含有率をＦとし
て、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総
合含有率が１１％以下を満足するようにしている。
【０００８】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の永久磁石式同期電動機において、回転子のシャフトの
外周に設けた磁性体の電磁鋼板リングが引張強さ７０ｋ
ｇ／ｍｍ2以上の高張力電磁鋼板を採用している。
の永久磁石式同期電動機において、回転子のシャフトの
外周に設けた磁性体の電磁鋼板リングが引張強さ７０ｋ
ｇ／ｍｍ2以上の高張力電磁鋼板を採用している。
【０００９】請求項４の発明は、固定子鉄心の複数のス
ロット中に電機子巻線を巻装した固定子と、導電性で磁
性体のシャフトの外周に電磁鋼板リングを設け、電磁鋼
板リング内の永久磁石挿入孔に永久磁石を挿入した回転
子を有する永久磁石式同期電動機と、永久磁石式同期電
動機を駆動するインバータとからなる超高速永久磁石式
回転電機システムにおいて、インバータと永久磁石式同
期電動機間にリアクトルを挿入し、インバータから永久
磁石式同期電動機に供給される高調波電流成分の含有率
を、基本波を１００％とした場合、５次の含有率をＡ，
７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣ，１３次の含有
率をＤ，１７次の含有率をＥ，１９次の含有率をＦとし
て、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総
合含有率が１４％以下を満足するようにしている。
ロット中に電機子巻線を巻装した固定子と、導電性で磁
性体のシャフトの外周に電磁鋼板リングを設け、電磁鋼
板リング内の永久磁石挿入孔に永久磁石を挿入した回転
子を有する永久磁石式同期電動機と、永久磁石式同期電
動機を駆動するインバータとからなる超高速永久磁石式
回転電機システムにおいて、インバータと永久磁石式同
期電動機間にリアクトルを挿入し、インバータから永久
磁石式同期電動機に供給される高調波電流成分の含有率
を、基本波を１００％とした場合、５次の含有率をＡ，
７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣ，１３次の含有
率をＤ，１７次の含有率をＥ，１９次の含有率をＦとし
て、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総
合含有率が１４％以下を満足するようにしている。
【００１０】請求項５の発明は、請求項４の永久磁石式
同期電動機において、回転子のシャフトの外周に設けた
磁性体の電磁鋼板リングが引張強さ８０ｋｇ／ｍｍ2以
上の高張力電磁鋼板を採用している。
同期電動機において、回転子のシャフトの外周に設けた
磁性体の電磁鋼板リングが引張強さ８０ｋｇ／ｍｍ2以
上の高張力電磁鋼板を採用している。
【００１１】請求項６の発明は、請求項１から５のいず
れか１項に記載の超高速永久磁石式回転電機システムを
空気発生源の駆動源に用いたものである。
れか１項に記載の超高速永久磁石式回転電機システムを
空気発生源の駆動源に用いたものである。
【００１２】即ち、永久磁石の磁束は回転子のシャフ
ト、ＣＦＲＰを介して固定子に導かれる。そして、永久
磁石式電動機を基本周波数の数百Ｈｚ以上のインバータ
で駆動したとき、インバータからの高調波電流に起因し
て高調波の磁束が発生する。この高調波の有力次数は基
本周波数の５倍，７倍，１１倍，１３倍，１７倍，１９
倍になり、各構成部材で高調波損失を発生させる。最も
高調波損失が大きいのは、種々実験の結果シャフトで数
ｋＷにもなり、超高速の永久磁石同期式電動機が成立し
ない。
ト、ＣＦＲＰを介して固定子に導かれる。そして、永久
磁石式電動機を基本周波数の数百Ｈｚ以上のインバータ
で駆動したとき、インバータからの高調波電流に起因し
て高調波の磁束が発生する。この高調波の有力次数は基
本周波数の５倍，７倍，１１倍，１３倍，１７倍，１９
倍になり、各構成部材で高調波損失を発生させる。最も
高調波損失が大きいのは、種々実験の結果シャフトで数
ｋＷにもなり、超高速の永久磁石同期式電動機が成立し
ない。
【００１３】しかし、請求項１の超高速永久磁石式回転
電機システムであれば、回転子のシャフトの外周に磁性
体の電磁鋼板リングを設けると共に、インバータと永久
磁石式同期電動機間にリアクトルを挿入し、インバータ
から永久磁石式同期電動機に供給される高調波電流成分
の含有率を、基本波を１００％とした場合、５次の含有
率をＡ，７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣとし
て、７次の含有率Ｂを１０％以下とすると共に、Ａ＜Ｃ
＜Ｂの関係を満足するように調整することにより、シャ
フトの高調波損失の他、ネオジム磁石の高調波損失が大
幅に減少し、回転子の損失を数百Ｗに低減できる超高速
の永久磁石式回転電機システムを提供できる。
電機システムであれば、回転子のシャフトの外周に磁性
体の電磁鋼板リングを設けると共に、インバータと永久
磁石式同期電動機間にリアクトルを挿入し、インバータ
から永久磁石式同期電動機に供給される高調波電流成分
の含有率を、基本波を１００％とした場合、５次の含有
率をＡ，７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣとし
て、７次の含有率Ｂを１０％以下とすると共に、Ａ＜Ｃ
＜Ｂの関係を満足するように調整することにより、シャ
フトの高調波損失の他、ネオジム磁石の高調波損失が大
幅に減少し、回転子の損失を数百Ｗに低減できる超高速
の永久磁石式回転電機システムを提供できる。
【００１４】請求項２の超高速永久磁石式回転電機シス
テムであれば、回転子のシャフトの外周に磁性体の電磁
鋼板リングを設けると共に、インバータと永久磁石式同
期電動機間にリアクトルを挿入し、インバータから永久
磁石式同期電動機に供給される高調波電流成分の含有率
を、基本波を１００％とした場合、５次の含有率をＡ，
７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣ，１３次の含有
率をＤ，１７次の含有率をＥ，１９次の含有率をＦとし
て、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総
合含有率が１１％以下を満足するように調整することに
より、シャフトの高調波損失の他、ネオジム磁石の高調
波損失が大幅に減少し、回転子の損失を数百Ｗに低減で
きる超高速の永久磁石式回転電機システムを提供でき
る。又上述の調整は、総合含有率が１１％以下を関係を
満足するように、リアクトル１３を０．２（Ω）から
０．１（Ω）の値に調整する。
テムであれば、回転子のシャフトの外周に磁性体の電磁
鋼板リングを設けると共に、インバータと永久磁石式同
期電動機間にリアクトルを挿入し、インバータから永久
磁石式同期電動機に供給される高調波電流成分の含有率
を、基本波を１００％とした場合、５次の含有率をＡ，
７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣ，１３次の含有
率をＤ，１７次の含有率をＥ，１９次の含有率をＦとし
て、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総
合含有率が１１％以下を満足するように調整することに
より、シャフトの高調波損失の他、ネオジム磁石の高調
波損失が大幅に減少し、回転子の損失を数百Ｗに低減で
きる超高速の永久磁石式回転電機システムを提供でき
る。又上述の調整は、総合含有率が１１％以下を関係を
満足するように、リアクトル１３を０．２（Ω）から
０．１（Ω）の値に調整する。
【００１５】請求項３の超高速永久磁石式回転電機シス
テムであれば、請求項１又請求項２の回転子で、シャフ
トの外周に設けた磁性体の電磁鋼板リングに引張強さ７
０ｋｇ／ｍｍ2以上の高張力電磁鋼板を採用しているの
で、回転子を超高速で回転できる。
テムであれば、請求項１又請求項２の回転子で、シャフ
トの外周に設けた磁性体の電磁鋼板リングに引張強さ７
０ｋｇ／ｍｍ2以上の高張力電磁鋼板を採用しているの
で、回転子を超高速で回転できる。
【００１６】請求項４の超高速永久磁石式回転電機シス
テムであれば、シャフトの外周に電磁鋼板リングを設
け、電磁鋼板リング内の永久磁石挿入孔に永久磁石を挿
入し、インバータと永久磁石式同期電動機間にリアクト
ルを挿入し、インバータから永久磁石式同期電動機に供
給される高調波電流成分の含有率を、基本波を１００％
とした場合、５次の含有率をＡ，７次の含有率をＢ，１
１次の含有率をＣ，１３次の含有率をＤ，１７次の含有
率をＥ，１９次の含有率をＦとして、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2
＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総合含有率が１４％以
下を満足するように調整することにより、電磁鋼板リン
グの高調波損失が大幅に減少し、回転子の損失を数百Ｗ
に低減できる超高速の永久磁石式回転電機システムを提
供できる。
テムであれば、シャフトの外周に電磁鋼板リングを設
け、電磁鋼板リング内の永久磁石挿入孔に永久磁石を挿
入し、インバータと永久磁石式同期電動機間にリアクト
ルを挿入し、インバータから永久磁石式同期電動機に供
給される高調波電流成分の含有率を、基本波を１００％
とした場合、５次の含有率をＡ，７次の含有率をＢ，１
１次の含有率をＣ，１３次の含有率をＤ，１７次の含有
率をＥ，１９次の含有率をＦとして、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2
＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総合含有率が１４％以
下を満足するように調整することにより、電磁鋼板リン
グの高調波損失が大幅に減少し、回転子の損失を数百Ｗ
に低減できる超高速の永久磁石式回転電機システムを提
供できる。
【００１７】請求項５の超高速永久磁石式回転電機シス
テムであれば、請求項４の回転子でシャフトの外周に設
けた磁性体の電磁鋼板リングに引張強さ８０ｋｇ／ｍｍ
2以上の高張力電磁鋼板を採用しているので、回転子を
超高速で回転できる。
テムであれば、請求項４の回転子でシャフトの外周に設
けた磁性体の電磁鋼板リングに引張強さ８０ｋｇ／ｍｍ
2以上の高張力電磁鋼板を採用しているので、回転子を
超高速で回転できる。
【００１８】請求項６の超高速永久磁石式回転電機シス
テムを用いた空気発生源であれば、超高速永久磁石式回
転電機システムの効率が向上するので、同一入力で高出
力の空気発生源を提供できる。
テムを用いた空気発生源であれば、超高速永久磁石式回
転電機システムの効率が向上するので、同一入力で高出
力の空気発生源を提供できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１な
いし図７に基づいて説明する。
いし図７に基づいて説明する。
【００２０】図１に本発明の一実施例に係る永久磁石式
同期電動機の径方向断面図、図２に本発明の一実施例に
係る永久磁石式同期電動機の軸方向断面図を示す。図に
おいて、固定子１は固定子鉄心２に設けられた複数のス
ロット３中に巻装された三相Ｕ，Ｖ，Ｗの電機子巻線４
から構成される。回転子５は導伝性で磁性体のシャフト
６の外周に同一材料の中間スリーブ１０を、中間スリー
ブ１０の外周に高張力の積層電磁鋼板である電磁鋼板リ
ング７を、電磁鋼板リング７の外周に導伝性の永久磁石
８を、永久磁石８の外周に導伝性のカーボン繊維からな
る補強材のＣＦＲＰ９から構成される。
同期電動機の径方向断面図、図２に本発明の一実施例に
係る永久磁石式同期電動機の軸方向断面図を示す。図に
おいて、固定子１は固定子鉄心２に設けられた複数のス
ロット３中に巻装された三相Ｕ，Ｖ，Ｗの電機子巻線４
から構成される。回転子５は導伝性で磁性体のシャフト
６の外周に同一材料の中間スリーブ１０を、中間スリー
ブ１０の外周に高張力の積層電磁鋼板である電磁鋼板リ
ング７を、電磁鋼板リング７の外周に導伝性の永久磁石
８を、永久磁石８の外周に導伝性のカーボン繊維からな
る補強材のＣＦＲＰ９から構成される。
【００２１】この回転子５は中間スリーブ１０の外周側
に電磁鋼板リング７、永久磁石８，ＣＦＲＰ９の順に配
置組み立て、中間スリーブ１０の端部に封止材１１で固
定した後、永久磁石８の着磁を行い、シャフト６に実装
される。固定子１と回転子５からなる永久磁石式同期電
動機は、永久磁石８の磁極位置に従って電機子巻線４に
インバータ１２からリアクトル１３を介し電流を供給す
ることにより、回転駆動される。
に電磁鋼板リング７、永久磁石８，ＣＦＲＰ９の順に配
置組み立て、中間スリーブ１０の端部に封止材１１で固
定した後、永久磁石８の着磁を行い、シャフト６に実装
される。固定子１と回転子５からなる永久磁石式同期電
動機は、永久磁石８の磁極位置に従って電機子巻線４に
インバータ１２からリアクトル１３を介し電流を供給す
ることにより、回転駆動される。
【００２２】ここで、問題となるのはインバータ１２か
らの高調波電流である。本発明の対象としている永久磁
石式同期電動機は、空気圧縮機などの羽根車を駆動する
もので、回転数が４０，０００ｒｐｍ以上の超高速機で
ある。インバータの駆動周波数の関係から、電動機はお
のずと２極機となる。従って、駆動周波数は６６７Ｈｚ
以上となる。この６６７Ｈｚ以上のインバータからの電
流は、ＰＷＭ（パルス幅変調）で印加電圧調整されるた
め、高調波が重畳され、周波数分析すると、基本周波数
の５倍，７倍，１１倍，１３倍，１７倍，１９倍が重畳
される。
らの高調波電流である。本発明の対象としている永久磁
石式同期電動機は、空気圧縮機などの羽根車を駆動する
もので、回転数が４０，０００ｒｐｍ以上の超高速機で
ある。インバータの駆動周波数の関係から、電動機はお
のずと２極機となる。従って、駆動周波数は６６７Ｈｚ
以上となる。この６６７Ｈｚ以上のインバータからの電
流は、ＰＷＭ（パルス幅変調）で印加電圧調整されるた
め、高調波が重畳され、周波数分析すると、基本周波数
の５倍，７倍，１１倍，１３倍，１７倍，１９倍が重畳
される。
【００２３】この一例として、図３に本発明の一実施例
に係るインバータ運転時の電流波形、図４に本発明の一
実施例に係る電流の高調波含有率を示す。図３、図４に
おいて、電圧形インバータで回転数を調整する場合に
は、ＰＷＭで印加電圧を調整するため、電流波形には図
３に示すように、基本波以外の高調波が重畳されて歪ん
だ電流波形となり、周波数分析すると、図４に示すよう
に、基本周波数１次の５倍である５次，７次，１１次，
１３次，１７次，１９次が重畳される。
に係るインバータ運転時の電流波形、図４に本発明の一
実施例に係る電流の高調波含有率を示す。図３、図４に
おいて、電圧形インバータで回転数を調整する場合に
は、ＰＷＭで印加電圧を調整するため、電流波形には図
３に示すように、基本波以外の高調波が重畳されて歪ん
だ電流波形となり、周波数分析すると、図４に示すよう
に、基本周波数１次の５倍である５次，７次，１１次，
１３次，１７次，１９次が重畳される。
【００２４】この奇数次の電流成分は回転周波数とは非
同期であるので、高調波の磁束が回転子側へ入射する。
回転子側は導伝性の永久磁石やシャフト（中間スリー
ブ）が存在するので、この高調波磁束を打ち消すように
うず電流が流れ、うず電流損を発生させる。回転子トー
タルのうず電流損は、各高調波成分によるうず電流損の
加算となり、出力が１８０ｋＷの回転子で実測すると、
５ｋＷにもなり、超高速の永久磁石式同期電動機が実現
できない。即ち、損失は磁石を温度上昇させ、有効磁束
が減少し、所望の出力が得られないことになる。種々実
験を行った結果、高調波磁束による損失は永久磁石８が
１０％、中間スリーブ１０が９０％を占める事が判明し
た。
同期であるので、高調波の磁束が回転子側へ入射する。
回転子側は導伝性の永久磁石やシャフト（中間スリー
ブ）が存在するので、この高調波磁束を打ち消すように
うず電流が流れ、うず電流損を発生させる。回転子トー
タルのうず電流損は、各高調波成分によるうず電流損の
加算となり、出力が１８０ｋＷの回転子で実測すると、
５ｋＷにもなり、超高速の永久磁石式同期電動機が実現
できない。即ち、損失は磁石を温度上昇させ、有効磁束
が減少し、所望の出力が得られないことになる。種々実
験を行った結果、高調波磁束による損失は永久磁石８が
１０％、中間スリーブ１０が９０％を占める事が判明し
た。
【００２５】これに対し、本発明では、中間スリーブ１
０の外周に電磁鋼板リング７を設けているため、図５の
本発明の一実施例に係る永久磁石式同期電動機の磁束流
れ図に示すように、高調波磁束２２が電磁鋼板リング７
を迂回して通るため、中間スリーブ１０に損失が発生せ
ず、損失が永久磁石８の１０％と電磁鋼板リング７の鉄
損の数％に低減でき、回転子トータルでは数百Ｗとなる
ことを実験で確認した。これにより、永久磁石８の温度
上昇が緩和され、有効磁束が得られ、超高速の永久磁石
式同期電動機が実現できる。
０の外周に電磁鋼板リング７を設けているため、図５の
本発明の一実施例に係る永久磁石式同期電動機の磁束流
れ図に示すように、高調波磁束２２が電磁鋼板リング７
を迂回して通るため、中間スリーブ１０に損失が発生せ
ず、損失が永久磁石８の１０％と電磁鋼板リング７の鉄
損の数％に低減でき、回転子トータルでは数百Ｗとなる
ことを実験で確認した。これにより、永久磁石８の温度
上昇が緩和され、有効磁束が得られ、超高速の永久磁石
式同期電動機が実現できる。
【００２６】しかしながら、回転子に発生する損失は電
動機の効率、発熱に関係するが、本超高速の永久磁石式
同期電動機を空気圧縮機に適用した場合は、システムと
して成り立つか否かを左右する。
動機の効率、発熱に関係するが、本超高速の永久磁石式
同期電動機を空気圧縮機に適用した場合は、システムと
して成り立つか否かを左右する。
【００２７】図６には本発明の一実施例に係る空気圧縮
機を示す。空気圧縮機１４はフレーム１５（全部の収納
フレームを総称する）中に、シャフト６が磁気軸受１
６，１７で支承され、シャフト６に回転子５（中間スリ
ーブ１０，永久磁石８，ＣＦＲＰ９，封止材１１で構成
されたもの）が嵌合され、電機子巻線４を巻装した固定
子鉄心２が収容されている。空気圧縮工程はシャフト６
の一方の軸端に設けられた第１段の圧縮段である羽根車
１８で空気２０ｄを圧縮して空気２０ａを排出する。
機を示す。空気圧縮機１４はフレーム１５（全部の収納
フレームを総称する）中に、シャフト６が磁気軸受１
６，１７で支承され、シャフト６に回転子５（中間スリ
ーブ１０，永久磁石８，ＣＦＲＰ９，封止材１１で構成
されたもの）が嵌合され、電機子巻線４を巻装した固定
子鉄心２が収容されている。空気圧縮工程はシャフト６
の一方の軸端に設けられた第１段の圧縮段である羽根車
１８で空気２０ｄを圧縮して空気２０ａを排出する。
【００２８】空気２０ａの一部である空気２０ｂを中間
冷却器２３で冷却し、その冷却された空気２０ｈ，バル
ブ２１ｃを介して磁気軸受１６を冷却し、冷却された空
気２０ｇ，バルブ２１ｂを介して永久磁石式同期電動機
１を冷却し、冷却された空気２０ａ，バルブ２１ａを介
して磁気軸受１７を冷却し、それらの冷却空気は集めら
れて排出される構成となっている。第２段の圧縮段であ
る羽根車１９は第１段の圧縮段である羽根車１８で圧縮
した空気２０ｅ（第１段の圧縮空気は２０ｅと２０ｂの
和となる）を圧縮して、空気圧縮機１４の出力である空
気２０ｃを排出する構成となっている。
冷却器２３で冷却し、その冷却された空気２０ｈ，バル
ブ２１ｃを介して磁気軸受１６を冷却し、冷却された空
気２０ｇ，バルブ２１ｂを介して永久磁石式同期電動機
１を冷却し、冷却された空気２０ａ，バルブ２１ａを介
して磁気軸受１７を冷却し、それらの冷却空気は集めら
れて排出される構成となっている。第２段の圧縮段であ
る羽根車１９は第１段の圧縮段である羽根車１８で圧縮
した空気２０ｅ（第１段の圧縮空気は２０ｅと２０ｂの
和となる）を圧縮して、空気圧縮機１４の出力である空
気２０ｃを排出する構成となっている。
【００２９】ここで、重要なことは空気圧縮機１４の出
力である空気を永久磁石式同期電動機１の冷却空気とし
て使用していることである。永久磁石式同期電動機１の
電機子巻線４は直接冷却された空気２０ｇで冷却できる
が、回転子５の冷却効率が悪い。その理由は永久磁石式
同期電動機１が超高速で回転しているため、回転子５の
外周は超高速で回転している空気の層が存在し、冷却空
気２０ｇを回転子５に当てても発生した熱を奪い去り難
いことによる。これより、回転子５に発生する損失が大
きい場合は冷却空気２０ｇの量も大きくせざるを得なく
なり、その値は数１０ｋＷにもなり、空気圧縮機の効率
が悪くなる。
力である空気を永久磁石式同期電動機１の冷却空気とし
て使用していることである。永久磁石式同期電動機１の
電機子巻線４は直接冷却された空気２０ｇで冷却できる
が、回転子５の冷却効率が悪い。その理由は永久磁石式
同期電動機１が超高速で回転しているため、回転子５の
外周は超高速で回転している空気の層が存在し、冷却空
気２０ｇを回転子５に当てても発生した熱を奪い去り難
いことによる。これより、回転子５に発生する損失が大
きい場合は冷却空気２０ｇの量も大きくせざるを得なく
なり、その値は数１０ｋＷにもなり、空気圧縮機の効率
が悪くなる。
【００３０】また、回転子に発生した損失はシャフト６
に熱伸びを与える。シャフト６の熱伸びはシャフト６を
磁気軸受１６，１７で支持しているため、ｍｍ単位を許
容できず、μｍ単位が限界となる。シャフト６に伸び検
出用リング２４を設け、変位センサ２５でシャフト６の
熱伸びを測定し、許容できるシャフト６の熱伸びは数百
μｍであることが判明した（磁気軸受１６，１７の制振
効果を加味）。
に熱伸びを与える。シャフト６の熱伸びはシャフト６を
磁気軸受１６，１７で支持しているため、ｍｍ単位を許
容できず、μｍ単位が限界となる。シャフト６に伸び検
出用リング２４を設け、変位センサ２５でシャフト６の
熱伸びを測定し、許容できるシャフト６の熱伸びは数百
μｍであることが判明した（磁気軸受１６，１７の制振
効果を加味）。
【００３１】本発明はこれに鑑み、シャフト６の熱伸び
とインバータからの高調波電流の関係を種々の実験を通
して明確化したものである。
とインバータからの高調波電流の関係を種々の実験を通
して明確化したものである。
【００３２】
【表１】
【００３３】表１に本発明に係る電流の高調波含有率と
シャフト伸び率の関係を示す。表１は出力１８０ｋＷの
永久磁石式同期電動機を用いたケース１〜７に対する高
調波電流の含有率を、基本波を１００％として、Ａ：５
次，Ｂ：７次，Ｃ：１１次，Ｄ：１３次，Ｅ：１７次，
Ｆ：１９次の高調波含有率を示し、併せて許容できるシ
ャフトの伸び率を１００％として、それぞれのケースで
のシャフトの伸び率を、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋
Ｆ2）05で算出した総合含有率、Ａ＜ＢとＡ＜Ｃ＜Ｂと
Ｂ＜１０％に対する満足判定を〇×で示している。
シャフト伸び率の関係を示す。表１は出力１８０ｋＷの
永久磁石式同期電動機を用いたケース１〜７に対する高
調波電流の含有率を、基本波を１００％として、Ａ：５
次，Ｂ：７次，Ｃ：１１次，Ｄ：１３次，Ｅ：１７次，
Ｆ：１９次の高調波含有率を示し、併せて許容できるシ
ャフトの伸び率を１００％として、それぞれのケースで
のシャフトの伸び率を、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋
Ｆ2）05で算出した総合含有率、Ａ＜ＢとＡ＜Ｃ＜Ｂと
Ｂ＜１０％に対する満足判定を〇×で示している。
【００３４】ここで、高調波含有率を調整するのはＰＷ
Ｍの搬送周波数だけでは微少な調整が難しいので、イン
バータと永久磁石式同期電動機間に電線を空心で巻いた
リアクトルを挿入して調整した。使用したリアクトルは
数十μＨである（１ｍ当たりのインダクタンスは１μＨ
であるから、数十ｍの電線を７種類準備した）。
Ｍの搬送周波数だけでは微少な調整が難しいので、イン
バータと永久磁石式同期電動機間に電線を空心で巻いた
リアクトルを挿入して調整した。使用したリアクトルは
数十μＨである（１ｍ当たりのインダクタンスは１μＨ
であるから、数十ｍの電線を７種類準備した）。
【００３５】表１より、シャフトの伸び率が許容値１０
０％以下なのはケース１，ケース２，ケース３及びケー
ス７である。この条件を見ると、総合含有率で１１．１
９％以下、Ａ＜Ｂは全てのケースで当てはまるから排除
し、Ａ＜Ｃ＜ＢとＢ＜１０％がケース１，ケース２，ケ
ース３及びケース７のみに当てはまることが分かる。言
い換えると、超高速の永久磁石式同期電動機１を駆動源
に持つ空気圧縮機１４が実現できる条件は、１つはＡ＜
Ｃ＜Ｂで、かつＢ＜１０％と、総合含有率が１１％以下
の場合である。総合含有率が１１％以下を満足するに
は、リアクトル１３を０．２（Ω）から０．１（Ω）の
値に調整する。この理由は、０．１（Ω）以下の場合に
は、高調波電流が大きくなり、発生熱が増加し、シャフ
トの伸び率（％）が大きくなり、使用できない。また
０．２（Ω）以上になると、モータの電圧降下が大きく
なり、負荷が増加した状態と同じにり、運転できない。
０％以下なのはケース１，ケース２，ケース３及びケー
ス７である。この条件を見ると、総合含有率で１１．１
９％以下、Ａ＜Ｂは全てのケースで当てはまるから排除
し、Ａ＜Ｃ＜ＢとＢ＜１０％がケース１，ケース２，ケ
ース３及びケース７のみに当てはまることが分かる。言
い換えると、超高速の永久磁石式同期電動機１を駆動源
に持つ空気圧縮機１４が実現できる条件は、１つはＡ＜
Ｃ＜Ｂで、かつＢ＜１０％と、総合含有率が１１％以下
の場合である。総合含有率が１１％以下を満足するに
は、リアクトル１３を０．２（Ω）から０．１（Ω）の
値に調整する。この理由は、０．１（Ω）以下の場合に
は、高調波電流が大きくなり、発生熱が増加し、シャフ
トの伸び率（％）が大きくなり、使用できない。また
０．２（Ω）以上になると、モータの電圧降下が大きく
なり、負荷が増加した状態と同じにり、運転できない。
【００３６】また、電磁鋼板リングを超高速の永久磁石
式同期電動機に適用にするに際しては遠心力による伸び
を考慮する必要がある。ただし、本発明の対象としてい
る４０、０００ｒｐｍ以上の超高速の永久磁石式同期電
動機１に電磁鋼板リング７を適用した場合、電磁鋼板リ
ング自体にも引張強さがあり、最大で５５ｋｇ／ｍｍ2
を超え、超高速の永久磁石式同期電動機が成立しない。
これに対し、電磁鋼板リング７に引張強さが７０ｋｇ／
ｍｍ2以上の高張力電磁鋼板を適用すると超高速の永久
磁石式同期電動機が実現できることを種々の実験を通し
て確認した。
式同期電動機に適用にするに際しては遠心力による伸び
を考慮する必要がある。ただし、本発明の対象としてい
る４０、０００ｒｐｍ以上の超高速の永久磁石式同期電
動機１に電磁鋼板リング７を適用した場合、電磁鋼板リ
ング自体にも引張強さがあり、最大で５５ｋｇ／ｍｍ2
を超え、超高速の永久磁石式同期電動機が成立しない。
これに対し、電磁鋼板リング７に引張強さが７０ｋｇ／
ｍｍ2以上の高張力電磁鋼板を適用すると超高速の永久
磁石式同期電動機が実現できることを種々の実験を通し
て確認した。
【００３７】図７に本発明の他の実施例に係る永久磁石
式同期電動機の径方向断面図を示し、図１と同一物には
同一符号を付してある。図７の構成で図１と異なるの
は、シャフト６の外周に電磁鋼板リング２８を設け、電
磁鋼板リング２８に設けた複数の永久磁石挿入孔２７中
に永久磁石２８を挿入したことにある。
式同期電動機の径方向断面図を示し、図１と同一物には
同一符号を付してある。図７の構成で図１と異なるの
は、シャフト６の外周に電磁鋼板リング２８を設け、電
磁鋼板リング２８に設けた複数の永久磁石挿入孔２７中
に永久磁石２８を挿入したことにある。
【００３８】
【表２】
【００３９】表２に表１の実施例に係る電流の高調波含
有率とシャフト伸び率の関係を示す。表２は表１と同一
固定子を用いているが、電動機定数のリアクタンスが異
なるので、表１と同一のリアクタンスとなるように、電
線を空心で巻いたリアクトルの値を調整した。表２にお
いて、１８０ｋＷの永久磁石式同期電動機を用いたケー
ス５〜１１に対する高調波電流の含有率を、基本波を１
００％として、Ａ：５次，Ｂ：７次，Ｃ：１１次，Ｄ：
１３次，Ｅ：１７次，Ｆ：１９次の高調波含有率を示
し、併せて許容できるシャフトの伸び率を１００％とし
て、それぞれのケースでのシャフト伸び率、（Ａ2＋Ｂ2
＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総合含有率を示し
ている。
有率とシャフト伸び率の関係を示す。表２は表１と同一
固定子を用いているが、電動機定数のリアクタンスが異
なるので、表１と同一のリアクタンスとなるように、電
線を空心で巻いたリアクトルの値を調整した。表２にお
いて、１８０ｋＷの永久磁石式同期電動機を用いたケー
ス５〜１１に対する高調波電流の含有率を、基本波を１
００％として、Ａ：５次，Ｂ：７次，Ｃ：１１次，Ｄ：
１３次，Ｅ：１７次，Ｆ：１９次の高調波含有率を示
し、併せて許容できるシャフトの伸び率を１００％とし
て、それぞれのケースでのシャフト伸び率、（Ａ2＋Ｂ2
＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総合含有率を示し
ている。
【００４０】表２より、シャフトの伸び率が許容値１０
０％以下なのはケース５，ケース６，ケース７，ケース
１０及びケース１１である。この条件を見ると、各次数
の関係では表せず、総合含有率が１４％以下のみに当て
はまることが分かる。言い換えると、電磁鋼板リング中
に永久磁石を埋め込んだ超高速の永久磁石式同期電動機
１を駆動源に持つ空気圧縮機１４が実現できる条件は、
総合含有率が１４％以下の場合である。
０％以下なのはケース５，ケース６，ケース７，ケース
１０及びケース１１である。この条件を見ると、各次数
の関係では表せず、総合含有率が１４％以下のみに当て
はまることが分かる。言い換えると、電磁鋼板リング中
に永久磁石を埋め込んだ超高速の永久磁石式同期電動機
１を駆動源に持つ空気圧縮機１４が実現できる条件は、
総合含有率が１４％以下の場合である。
【００４１】尚、シャフト伸び率の値が表１と表２で異
なるのは、図７の構成電磁鋼板リング２８が回転子５の
表面にあるため、空気２０ｇで冷却されるためである。
また、電磁鋼板リングを超高速の永久磁石式同期電動機
に適用にするに際しては、永久磁石の配置も加味して遠
心力による伸びを考慮する必要がある。但し、本発明の
対象としている４０，０００ｒｐｍ以上の超高速の永久
磁石式同期電動機１に電磁鋼板リング２８を適用した場
合、電磁鋼板リング自体にも引張強さがあり、最大で５
５ｋｇ／ｍｍ2を超え、超高速の永久磁石式同期電動機
が成立しない。
なるのは、図７の構成電磁鋼板リング２８が回転子５の
表面にあるため、空気２０ｇで冷却されるためである。
また、電磁鋼板リングを超高速の永久磁石式同期電動機
に適用にするに際しては、永久磁石の配置も加味して遠
心力による伸びを考慮する必要がある。但し、本発明の
対象としている４０，０００ｒｐｍ以上の超高速の永久
磁石式同期電動機１に電磁鋼板リング２８を適用した場
合、電磁鋼板リング自体にも引張強さがあり、最大で５
５ｋｇ／ｍｍ2を超え、超高速の永久磁石式同期電動機
が成立しない。
【００４２】これに対し、電磁鋼板リング２８に引張強
さが８０ｋｇ／ｍｍ2以上の高張力電磁鋼板を適用する
と、ＣＦＲＰ９による補強がなくても、超高速の永久磁
石式同期電動機が実現できることを種々の実験を通して
確認した。
さが８０ｋｇ／ｍｍ2以上の高張力電磁鋼板を適用する
と、ＣＦＲＰ９による補強がなくても、超高速の永久磁
石式同期電動機が実現できることを種々の実験を通して
確認した。
【００４３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
インバータと永久磁石式同期電動機間にリアクトルを挿
入し、インバータから永久磁石式同期電動機に供給され
る高調波電流成分の含有率を、基本波を１００％とした
場合、５次の含有率をＡ，７次の含有率をＢ，１１次の
含有率をＣ，１３次の含有率をＤ，１７次の含有率を
Ｅ，１９次の含有率をＦとして、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2
＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総合含有率をある値以下に収
まるように調整することにより、シャフトの高調波損失
の他、ネオジム磁石の高調波損失が大幅に減少し、回転
子の損失を数百Ｗに低減できるので、高速の永久磁石式
同期電動機システムとそれを用いた空気圧縮機を提供で
きる。
インバータと永久磁石式同期電動機間にリアクトルを挿
入し、インバータから永久磁石式同期電動機に供給され
る高調波電流成分の含有率を、基本波を１００％とした
場合、５次の含有率をＡ，７次の含有率をＢ，１１次の
含有率をＣ，１３次の含有率をＤ，１７次の含有率を
Ｅ，１９次の含有率をＦとして、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2
＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総合含有率をある値以下に収
まるように調整することにより、シャフトの高調波損失
の他、ネオジム磁石の高調波損失が大幅に減少し、回転
子の損失を数百Ｗに低減できるので、高速の永久磁石式
同期電動機システムとそれを用いた空気圧縮機を提供で
きる。
【図１】本発明の一実施例に係る永久磁石式同期電動機
の径方向断面図である。
の径方向断面図である。
【図２】図１の一実施例に係る永久磁石式同期電動機の
軸方向断面図である。
軸方向断面図である。
【図３】図１に本発明の一実施例に係るインバータ運転
時の電流波形図である。
時の電流波形図である。
【図４】図４に本発明の一実施例に係る電流の高調波含
有率を示す図である。
有率を示す図である。
【図５】図１に本発明の一実施例に係る永久磁石式同期
電動機の磁束流れを示す図である。
電動機の磁束流れを示す図である。
【図６】図１を空気圧縮機に実施した概略断面図であ
る。
る。
【図７】本発明の他の実施例に係る永久磁石式同期電動
機の径方向断面図である。
機の径方向断面図である。
１…永久磁石式同期電動機、２…固定子鉄心、３…スロ
ット、４…電機子巻線、５…回転子、６…シャフト、７
…電磁鋼板リング、８…永久磁石、９…ＣＦＲＰ、１０
…中間スリーブ、１１…封止材、１２…インバータ、１
３…リアクトル、１４…空気圧縮機、１５…フレーム、
１６，１７…磁気軸受、１８…第１段の羽根車、１９…
第２段の羽根車、２０…冷却空気、２１…バルブ、２２
…電機子反作用磁束、２３…中間冷却器、２４…伸び検
出用リング、２５…変位センサ、２６…電磁鋼板リン
グ、２７…永久磁石挿入孔、２８…永久磁石。
ット、４…電機子巻線、５…回転子、６…シャフト、７
…電磁鋼板リング、８…永久磁石、９…ＣＦＲＰ、１０
…中間スリーブ、１１…封止材、１２…インバータ、１
３…リアクトル、１４…空気圧縮機、１５…フレーム、
１６，１７…磁気軸受、１８…第１段の羽根車、１９…
第２段の羽根車、２０…冷却空気、２１…バルブ、２２
…電機子反作用磁束、２３…中間冷却器、２４…伸び検
出用リング、２５…変位センサ、２６…電磁鋼板リン
グ、２７…永久磁石挿入孔、２８…永久磁石。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 司 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 山本 弘毅 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 菊地 聡 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 身佳 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 三浦 治雄 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦事業所内 (72)発明者 福島 康雄 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦事業所内 Ｆターム(参考） 5H576 AA10 BB02 BB05 DD02 DD07 EE11 FF08 HA10 HB01
Claims (7)
- 【請求項１】 固定子鉄心の複数のスロット中に電機子
巻線を巻装した固定子と、導電性で磁性体のシャフトの
外周に導電性の永久磁石、その外周にカーボン繊維から
なる補強材を設けた回転子を有する永久磁石式同期電動
機と、該永久磁石式同期電動機を駆動するインバータと
から成る超高速永久磁石式回転電機システムにおいて、
前記回転子の前記シャフトの外周に磁性体の電磁鋼板リ
ングを設けると共に、前記インバータと前記永久磁石式
同期電動機間にリアクトルを挿入し、該インバータから
該永久磁石式同期電動機に供給される高調波電流成分の
含有率を、基本波を１００％とした場合、５次の含有率
をＡ，７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣとして、
７次の含有率Ｂを１０％以下にすると共に、Ａ＜Ｃ＜Ｂ
の関係を満足するようにしたことを特徴とする超高速永
久磁石式回転電機システム。 - 【請求項２】 固定子鉄心の複数のスロット中に電機子
巻線を巻装した固定子と、導電性で磁性体のシャフトの
外周に導電性の永久磁石、さらにその外周にカーボン繊
維からなる補強材を設けた回転子を有する永久磁石式同
期電動機と、該永久磁石式同期電動機を駆動するインバ
ータとからなる超高速永久磁石式回転電機システムにお
いて、前記回転子の前記シャフトの外周に磁性体の電磁
鋼板リングを設けると共に、前記インバータと前記永久
磁石式同期電動機間にリアクトルを挿入し、該インバー
タから該永久磁石式同期電動機に供給される高調波電流
成分の含有率を、基本波を１００％とした場合、５次の
含有率をＡ，７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣ，
１３次の含有率をＤ，１７次の含有率をＥ，１９次の含
有率をＦとして、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05
で算出した総合含有率を１１％以下となるようにしたこ
とを特徴とする超高速永久磁石式回転電機システム。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載において、前記電
磁鋼板リングが引張強さ７０ｋｇ／ｍｍ2以上の高張力
電磁鋼板であることを特徴とする超高速永久磁石式回転
電機システム。 - 【請求項４】 固定子鉄心の複数のスロット中に電機子
巻線を巻装した固定子と、導電性で磁性体のシャフトの
外周に電磁鋼板リングを設け、該電磁鋼板リング内の永
久磁石挿入孔に永久磁石を挿入した回転子を有する永久
磁石式同期電動機と、該永久磁石式同期電動機を駆動す
るインバータとからなる超高速永久磁石式回転電機シス
テムにおいて、前記インバータと前記永久磁石式同期電
動機間にリアクトルを挿入し、該インバータから該永久
磁石式同期電動機に供給される高調波電流成分の含有率
を、基本波を１００％とした場合、５次の含有率をＡ，
７次の含有率をＢ，１１次の含有率をＣ，１３次の含有
率をＤ，１７次の含有率をＥ，１９次の含有率をＦとし
て、（Ａ2＋Ｂ2＋Ｃ2＋Ｄ2＋Ｅ2＋Ｆ2）05で算出した総
合含有率を１４％以下となるようにしたことを特徴とす
る超高速永久磁石式回転電機システム。 - 【請求項５】 請求項４において、前記電磁鋼板リング
が引張強さ８０ｋｇ／ｍｍ2以上の高張力電磁鋼板であ
ることを特徴とする超高速永久磁石式回転電機システ
ム。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項に記載に
おいて、空気発生源に前記超高速永久磁石式回転電機シ
ステムを用いたことを特徴とする超高速永久磁石式回転
電機システム。 - 【請求項７】総合含有率が１１％以下を満足するには、
リアクトル１３を０．２（Ω）から０．１（Ω）の値に
調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の超高
速永久磁石式回転電機システム。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6657348B2 (en) * | 2000-11-02 | 2003-12-02 | Capstone Turbine Corporation | Rotor shield for magnetic rotary machine |
| US20020089253A1 (en) * | 2001-01-11 | 2002-07-11 | Kudlacik Henry William | Winding support for use with a superconducting rotor and method for forming the same |
| JP2004245073A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電動圧縮機 |
| US7456537B1 (en) * | 2004-12-17 | 2008-11-25 | The University Of Toledo | Control system for bearingless motor-generator |
| US20060214525A1 (en) * | 2004-03-01 | 2006-09-28 | Jansen Ralph H | Magnetic suspension and drive system for rotating equipment |
| JP2008501080A (ja) * | 2004-05-28 | 2008-01-17 | 松下電器産業株式会社 | 密閉型圧縮機 |
| US20070138891A1 (en) * | 2005-12-19 | 2007-06-21 | Emerson Electric Co. | Magnet retention and positioning sleeve for surface mounted rotor assemblies |
| US7385328B2 (en) | 2006-05-23 | 2008-06-10 | Reliance Electric Technologies, Llc | Cogging reduction in permanent magnet machines |
| DE102006042041A1 (de) * | 2006-09-07 | 2008-03-27 | Siemens Ag | Verfahren zum Betreiben eines Synchronmotors und entsprechende Spannungsversorgungsvorrichtung |
| JP4685946B2 (ja) * | 2009-02-18 | 2011-05-18 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石型回転電機の回転子およびその製造方法 |
| DE102011003400A1 (de) * | 2011-01-31 | 2012-08-02 | Ate Antriebstechnik Und Entwicklungs Gmbh | Elektromotor |
| US8633627B2 (en) * | 2011-08-30 | 2014-01-21 | General Electric Company | Electric machine |
| WO2013091736A1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-06-27 | L-3 Communications Magnet-Motor Gmbh | Permanent magnet excited electric machine |
| JP5689550B2 (ja) * | 2013-04-03 | 2015-03-25 | ファナック株式会社 | 回転電機の回転軸部に固定される回転子部材、回転子部材を備える回転子、および回転電機、ならびに、回転子を製造する方法 |
| CN104124846A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-10-29 | 四川埃姆克伺服科技有限公司 | 一种永磁同步电机 |
| JP6527102B2 (ja) * | 2016-04-22 | 2019-06-05 | ファナック株式会社 | 保持部材、これを備える回転電機の回転子、及びそれを備える回転電機 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02111014U (ja) * | 1989-02-22 | 1990-09-05 | ||
| JPH0522994A (ja) * | 1991-07-11 | 1993-01-29 | Mitsubishi Electric Corp | 電動機の可変速運転装置 |
| JPH08196096A (ja) * | 1995-01-13 | 1996-07-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | インバータ装置 |
| JPH10243586A (ja) * | 1997-02-27 | 1998-09-11 | Hitachi Ltd | 永久磁石式同期電動機とその回転子 |
| JPH1189142A (ja) * | 1997-09-10 | 1999-03-30 | Hitachi Ltd | 永久磁石式同期電動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機 |
| JPH11307352A (ja) * | 1998-04-17 | 1999-11-05 | Nkk Corp | 高効率モータ |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4115726A (en) | 1977-01-04 | 1978-09-19 | Hewlett-Packard Company | Open-loop electric drive with corrective controller |
| EP0014864A1 (de) | 1979-02-23 | 1980-09-03 | Maschinenfabrik Rieter Ag | Fadenführer für Ringspinn- und Ringzwirnmaschinen |
| EP0131815B1 (de) | 1983-07-13 | 1986-09-03 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. | Wechselstrommaschinenantrieb |
| US5189357A (en) | 1986-07-22 | 1993-02-23 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Method and apparatus for improving performance of AC machines |
| JPH09285088A (ja) * | 1996-04-12 | 1997-10-31 | Hitachi Ltd | 永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両 |
| JP3366858B2 (ja) * | 1998-05-29 | 2003-01-14 | 株式会社日立製作所 | 回転電機の制御装置 |
| FI112891B (fi) | 1998-09-04 | 2004-01-30 | Kone Corp | Menetelmä virtasäädetyn moottorin ohjaamiseksi |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02111014U (ja) * | 1989-02-22 | 1990-09-05 | ||
| JPH0522994A (ja) * | 1991-07-11 | 1993-01-29 | Mitsubishi Electric Corp | 電動機の可変速運転装置 |
| JPH08196096A (ja) * | 1995-01-13 | 1996-07-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | インバータ装置 |
| JPH10243586A (ja) * | 1997-02-27 | 1998-09-11 | Hitachi Ltd | 永久磁石式同期電動機とその回転子 |
| JPH1189142A (ja) * | 1997-09-10 | 1999-03-30 | Hitachi Ltd | 永久磁石式同期電動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機 |
| JPH11307352A (ja) * | 1998-04-17 | 1999-11-05 | Nkk Corp | 高効率モータ |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006238604A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Hitachi Ltd | 永久磁石式回転機 |
| JP4591112B2 (ja) * | 2005-02-25 | 2010-12-01 | 株式会社日立製作所 | 永久磁石式回転機 |
| US8358040B2 (en) | 2005-02-25 | 2013-01-22 | Hitachi, Ltd. | Permanent magnet type electric rotating machine |
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