高速永久磁石型ベアリングレスモータの大容量化に関する研究

高速永磁无轴承电机增容研究

基本信息

批准号：
14J00235
负责人：
松﨑達也
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J00235/
关键词：
ベアリングレスモータ磁気軸受磁気支持高速モータ磁気浮上

项目摘要

昨年度までに，2極電動機・4極軸支持構造を備えた埋込永久磁石型ベアリングレスモータ(BelM)において，これまで明らかでなかった10000 rpmから30000 rpmまでの高速回転での軸支持電力・トルク・損失・軸支持電力を含めた総合効率などの詳細な運転特性を明らかにした。さらに加えて，PWMインバータのスイッチング周波数が運転特性へ与える影響の検証を行った。しかし，30000 rpmという高速回転において，発熱が非常に大きいため，最大出力での連続運転が困難であることがわかった。また，世界中でBelMの研究開発が行われているが，出力密度10 kW/Lかつ連続運転が可能な大容量・高速BelMは，報告されていない。そこで本年度は，昨年度までの実験結果を基に，昨年度の30000 rpm・10 kWよりも高速回転かつ高出力である60000 rpm・60kW・出力密度10 kW/L以上において連続運転が可能な高速BelMの基礎検討を行った。まず，埋込磁石型回転子の場合，損失が大きく連続運転が困難であった。そこで，高出力密度かつ連続運転を達成するために，並行着磁されたリング磁石を用いた表面貼付磁石(SPM)型回転子構造を備えた6極電動機・8極軸支持構造を持つBelMとした。そして，以上のSPM型BelMにおいて，出力密度の観点から，60000 rpm・60kW・出力密度10 kW/L以上の実現可能性を検討した。同時に，軸支持力の観点からも，想定回転子自重に対して十分な軸支持力の実現可能性を検討した。さらに，出力密度・軸支持力について所定の目標を実現可能なSPM型BelMにおいて，損失密度の観点から，連続運転の実現可能性を検討した。以上により，10 kW/Lという高出力密度かつ連続運転が可能な高速BelMの見通しを立てた。

直到去年，在具有2极电机和4极轴支撑结构的嵌入式永磁式无轴承电机（BelM）中，明确了轴支撑功率和包括扭矩、损耗和轴支撑功率在内的整体效率等详细操作特性。此外，我们还验证了 PWM 逆变器的开关频率对其工作特性的影响。然而，我们发现，由于30,000转/分的高速旋转时产生的热量非常大，因此很难以最大输出连续运行。此外，虽然世界各地都在进行BelM的研发，但目前还没有功率密度为10kW/L且能够连续运行的大容量、高速BelM的报道。因此，今年我们将在去年的实验结果基础上，开发出能够在60,000rpm、60kW下连续运行、功率密度为10kW/L或更高的高速BelM，这是一个更高的目标。转速和输出比去年的 30,000 rpm、10 kW 进行了基础研究。首先，在内置磁体转子的情况下，损耗大且难以连续运行。因此，为了实现高输出密度和连续运行，我们开发了BelM，它具有6极电机和8极轴支撑结构，并采用平行磁化环形磁体的表面粘磁（SPM）型转子结构。从功率密度的角度，我们研究了上述SPM型BelM实现60,000rpm、60kW功率密度以及10kW/L或更高功率密度的可行性。同时，从轴支撑的角度，我们研究了在假定的转子重量下获得足够的轴支撑的可能性。此外，我们从损耗密度的角度研究了BelM型SPM连续运行的可行性，它可以达到功率密度和轴支撑力的指定目标。基于上述，我们建立了能够连续运行、功率密度为10 kW/L的高速BelM的前景。