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JP2011055587A - Turbomachinery system - Google Patents

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JP2011055587A
JP2011055587A JP2009199866A JP2009199866A JP2011055587A JP 2011055587 A JP2011055587 A JP 2011055587A JP 2009199866 A JP2009199866 A JP 2009199866A JP 2009199866 A JP2009199866 A JP 2009199866A JP 2011055587 A JP2011055587 A JP 2011055587A
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JP
Japan
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motor
impeller
inverter
turbo blower
voltage
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Pending
Application number
JP2009199866A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Takahashi
俊雄 高橋
Seiichiro Yoshinaga
誠一郎 吉永
Hirohisa Wakizaka
裕寿 脇阪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new method to counter heat for a turbomachinery equipped with a motor. <P>SOLUTION: In a turbomachinery system which includes a turbomachinery T equipped with an impeller 2 and a motor 3 for directly rotating the impeller 2 and a driver D that supplies the motor 3 with power, the driver D includes an inverter 12 which generates a voltage in PWM waveform and a sine wave filter 14 which is interposed between the inverter 12 and the motor 3 to transform the PWM waveform into sine waveform. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、インペラ及び該インペラを回転駆動するモータを備えるターボ機械システムに関するものである。   The present invention relates to a turbomachine system including an impeller and a motor that rotationally drives the impeller.

例えば、ターボ機械としては、特許文献1に記載されているような、インペラとこのインペラを回転駆動するモータとを直結して備えるターボブロワが知られている。
このようなインペラとモータとを直結して備えるターボ機械は、モータの駆動によってインペラが直接回転されることで気体(流体)に対する仕事を行う。具体的には、ターボ機械がターボブロワである場合には、インペラが回転されることによって気体(流体)が圧送される。
For example, as a turbo machine, a turbo blower including an impeller and a motor that rotationally drives the impeller as described in Patent Document 1 is known.
A turbomachine having a direct connection between such an impeller and a motor performs work on gas (fluid) by the impeller being directly rotated by driving the motor. Specifically, when the turbo machine is a turbo blower, gas (fluid) is pumped by rotating the impeller.

このようなターボ機械は、当該ターボ機械を駆動するための駆動装置と共にターボ機械システムを構成しており、駆動装置から供給される電力によって駆動される。
より詳細には、駆動装置がターボ機械のモータに電力(電圧および電流)を供給し、モータが供給された電力の基本周波数に応じた回転数で回転することによって、インペラが直接回転される。
Such a turbomachine constitutes a turbomachine system together with a drive device for driving the turbomachine, and is driven by electric power supplied from the drive device.
More specifically, the impeller is directly rotated by supplying electric power (voltage and current) to the motor of the turbomachine by the driving device and rotating at a rotational speed corresponding to the fundamental frequency of the supplied electric power.

特開2000−209815号公報JP 2000-209815 A

ところで、上述のようなモータがインペラと直結されたターボ機械では、電力損失によってモータにおいて熱が発生するため、熱対策を施す必要がある。特に、モータによって直接インペラを高速回転させる場合には、モータロータが高速に回転するためモータが小型となり、放熱面積が少なくなるため冷却効果が低下する。さらに高速回転しているロータを冷却する手段が取りづらいため、熱対策が重要となる。
このため、例えば、モータがインペラと直結されたターボ機械では、モータとインペラとを接続するシャフトを軸支する軸受の潤滑剤として粘性の低い潤滑油を使用し、この潤滑剤を冷却液としてモータに撒布することでモータを冷却する方法が用いられる場合がある。
By the way, in the turbo machine in which the motor as described above is directly connected to the impeller, heat is generated in the motor due to power loss, so it is necessary to take measures against heat. In particular, when the impeller is directly rotated at a high speed by the motor, the motor rotor is rotated at a high speed, so that the motor is downsized and the heat radiation area is reduced. Furthermore, since it is difficult to take a means for cooling the rotor rotating at high speed, a countermeasure against heat becomes important.
For this reason, for example, in a turbo machine in which a motor is directly connected to an impeller, a low-viscosity lubricant is used as a lubricant for a bearing that supports a shaft connecting the motor and the impeller, and this lubricant is used as a cooling liquid for the motor. In some cases, a method of cooling the motor by distributing the motor is used.

しかしながら、潤滑剤を冷却剤として撒布することで、ブロア内のモータ部の気体には潤滑油が充満してしまう。このため、例えばレーザ発振装置のようにターボブロワから供給される気体に対して高い純度が要求される場合には、当該方法を用いた熱対策では都合が悪い。
このため、モータを備えるターボ機械に対して、従来と異なる熱対策の方法が求められている。
However, by distributing the lubricant as a coolant, the gas in the motor part in the blower is filled with the lubricating oil. For this reason, when high purity is requested | required with respect to the gas supplied from a turbo blower like a laser oscillation apparatus, for example, the heat countermeasure using the said method is inconvenient.
For this reason, a thermal countermeasure method different from the conventional one is required for a turbo machine including a motor.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、モータとインペラとが直結されたターボ機械に対する新たな熱対策方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a new heat countermeasure method for a turbo machine in which a motor and an impeller are directly connected.

従来、モータとインペラとが直結されたターボ機械では、インペラを1万rpm以上の高速回転させることが求められる。このため、インペラに直結したモータを高速回転させる必要があることから、駆動装置としてインバータが用いられる。このインバータは、より安価なものとするため、PWM波形の電圧を出力するPWMインバータが用いられ、モータに電力を供給する。しかしながら、PWMインバータは、電圧波形に基本周波数以外の多くの高調波成分を含む。そして、モータの発熱量は、供給される電圧に含まれる高調波成分に影響して増大する。特に、モータとインペラとが直結されたターボ機械の場合、モータによって直接インペラを高速回転させるため、モータを回転させる基本周波数が高くなり、高調波成分はさらに高い周波数成分となる。一方、モータステータやロータの電力損失には、鉄損などが含まれており、その鉄損は印加される電圧とその周波数の2乗に比例して増加することが知られている。そのため、より高い周波数となる高調波成分は、鉄損による損失を増大させてしまう。   Conventionally, in a turbo machine in which a motor and an impeller are directly connected, it is required to rotate the impeller at a high speed of 10,000 rpm or more. For this reason, since it is necessary to rotate the motor directly connected to the impeller at a high speed, an inverter is used as a drive device. In order to make this inverter cheaper, a PWM inverter that outputs a PWM waveform voltage is used to supply power to the motor. However, the PWM inverter includes many harmonic components other than the fundamental frequency in the voltage waveform. And the emitted-heat amount of a motor increases by affecting the harmonic component contained in the supplied voltage. In particular, in the case of a turbo machine in which a motor and an impeller are directly connected, since the impeller is directly rotated at a high speed by the motor, the fundamental frequency for rotating the motor is increased, and the harmonic component becomes a higher frequency component. On the other hand, the power loss of the motor stator and rotor includes iron loss, and it is known that the iron loss increases in proportion to the square of the applied voltage and its frequency. Therefore, the higher harmonic component having a higher frequency increases the loss due to iron loss.

そして、本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
第1の発明は、インペラ及び該インペラを直接回転駆動するモータを有するターボ機械と、上記モータに電力を供給する駆動装置とを備えるターボ機械システムであって、上記駆動装置が、PWM(Pulse Width Modulation)波形の電圧を生成するインバータと、該インバータと上記モータとの間に介在されると共に上記PWM波形を正弦波状にする正弦波フィルタと、を備えるという構成を採用する。
And this invention employ | adopts the following structures as a means for solving the said subject.
A first invention is a turbomachine system including a turbomachine having an impeller and a motor that directly rotates and drives the impeller, and a drive device that supplies electric power to the motor, wherein the drive device includes a PWM (Pulse Width). (Modulation) A configuration is provided that includes an inverter that generates a waveform voltage, and a sine wave filter that is interposed between the inverter and the motor and that makes the PWM waveform sinusoidal.

第2の発明は、上記第1の発明において、上記正弦波フィルタが、ローパスフィルタであるという構成を採用する。   According to a second invention, in the first invention, the sine wave filter is a low-pass filter.

第3の発明は、上記第1または第2の発明において、上記モータが、1万rpm以上の回転速度で駆動するという構成を採用する。   A third invention adopts a configuration in which the motor is driven at a rotational speed of 10,000 rpm or more in the first or second invention.

第4の発明は、上記第1〜第3いずれかの発明において、上記モータが、誘導モータであるという構成を採用する。   According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, a configuration is adopted in which the motor is an induction motor.

第5の発明は、上記第1〜第3いずれかの発明において、上記モータが、永久磁石モータであるという構成を採用する。   According to a fifth invention, in any one of the first to third inventions, the motor is a permanent magnet motor.

第6の発明は、上記第1〜第5いずれかの発明において、上記モータと上記インペラとを接続するシャフトを軸支する軸受を備え、該軸受の潤滑剤としてグリースを用いるという構成を採用する。   According to a sixth aspect of the present invention, in any of the first to fifth aspects of the present invention, a configuration is provided in which a bearing that supports a shaft that connects the motor and the impeller is provided, and grease is used as a lubricant for the bearing. .

本発明によれば、インバータによって生成されるPWM状の電圧波形が、正弦波フィルタによって正弦波状にされて高調波成分が除去される。つまり、発熱量の増大に繋がる高調波成分が電力分から除去され、この高調波成分が除去された電力がモータに供給される。この結果、モータの発熱量を抑制することができる。
このように、本発明によれば、従来行われていなかった新たな方法によって、ターボ機械に対する熱対策を講じることができる。
According to the present invention, the PWM voltage waveform generated by the inverter is made sinusoidal by the sine wave filter, and the harmonic component is removed. That is, harmonic components that lead to an increase in the amount of heat generation are removed from the power component, and the electric power from which these harmonic components have been removed is supplied to the motor. As a result, the amount of heat generated by the motor can be suppressed.
As described above, according to the present invention, it is possible to take a heat countermeasure for the turbomachine by a new method that has not been conventionally performed.

本発明の第1実施形態におけるターボブロワシステムの概略構成を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram illustrating a schematic configuration of a turbo blower system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態におけるターボブロワシステムが備えるターボブロワの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the turbo blower with which the turbo blower system in 1st Embodiment of this invention is provided. 本発明の第2実施形態におけるターボブロワシステムの概略構成を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows schematic structure of the turbo blower system in 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明に係るターボ機械システムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
なお、以下の説明においては、ターボ機械システムの一例として、ターボブロワ(ターボ機械)を備えるターボブロワシステムについて説明する。
Hereinafter, an embodiment of a turbomachine system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
In the following description, a turbo blower system including a turbo blower (turbo machine) will be described as an example of a turbo machine system.

(第1実施形態)
図1は、本実施形態のターボブロワシステムS1の概略構成を示すシステム構成図である。この図に示すように、本実施形態のターボブロワシステムS1は、ターボブロワTと、駆動装置Dとを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a schematic configuration of a turbo blower system S1 of the present embodiment. As shown in this figure, the turbo blower system S1 of this embodiment includes a turbo blower T and a drive device D.

ターボブロワTは、インペラ及びインペラを直接回転駆動するモータを備え、モータが駆動することによって気体(流体)を圧送するものである。
図2を参照して、当該ターボブロワ1についてより詳しく説明する。図2は、ターボブロワTの概略構成を示す断面図である。この図に示すように、ターボブロワTは、ケーシング1と、インペラ2と、モータ3と、シャフト4と、軸受5と、ハーメチックコネクタ6と、水冷ジャケット7とを備えている。
The turbo blower T includes an impeller and a motor that directly rotates the impeller, and pumps gas (fluid) by driving the motor.
The turbo blower 1 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the turbo blower T. As shown in this figure, the turbo blower T includes a casing 1, an impeller 2, a motor 3, a shaft 4, a bearing 5, a hermetic connector 6, and a water cooling jacket 7.

ケーシング1は、ターボブロワTの外形を形作ると共に、内部に気体の流路や、インペラ2、モータ3、シャフト4及び軸受5等を収容するものである。
このケーシング1の内部には、図2に示すように、インペラ2を収容するインペラ収容空間K1やモータ3を収容するモータ収容空間K2が設けられている。また、ケーシング1は、気体を吸入するための吸入口1aや、気体を排出するための吐出口までなだらかに拡張するスクロール流路1bを備えている。そして、インペラ収容空間K1は、吸入口1aとスクロール流路1bとの間に配置されており、気体の流路の一部とされている。
The casing 1 forms the outer shape of the turbo blower T and accommodates the gas flow path, the impeller 2, the motor 3, the shaft 4, the bearing 5, and the like inside.
As shown in FIG. 2, an impeller housing space K <b> 1 for housing the impeller 2 and a motor housing space K <b> 2 for housing the motor 3 are provided inside the casing 1. The casing 1 also includes a scroll flow path 1b that gently expands to a suction port 1a for sucking gas and a discharge port for discharging gas. The impeller accommodating space K1 is disposed between the suction port 1a and the scroll flow path 1b and is a part of the gas flow path.

インペラ2は、インペラ収容空間K1に収容されて配置され、回転することで吸入口1aから供給される気体をスクロール流路1bに圧送するものである。   The impeller 2 is housed and disposed in the impeller housing space K1, and rotates to feed the gas supplied from the suction port 1a to the scroll passage 1b.

モータ3は、インペラ2を回転駆動するものであり、モータ収容空間K2に収容されている。そして、本実施形態においては、モータ3として誘導モータが用いられている。
このモータ3は、かご型の導電材料(コイル)が内蔵されたモータロータ3aと、このモータロータ3aを囲んで配置されるモータステータ3bとを備えている。そして、駆動装置Dからモータステータ3bに電力が供給されることによってモータロータ3aが回転する。
またモータ3として永久磁石モータを用いて、モータロータ3aは永久磁石が内蔵されたモータロータ3aとしても良い。
The motor 3 rotates the impeller 2 and is accommodated in the motor accommodating space K2. In the present embodiment, an induction motor is used as the motor 3.
The motor 3 includes a motor rotor 3a in which a cage-type conductive material (coil) is incorporated, and a motor stator 3b disposed so as to surround the motor rotor 3a. Then, when electric power is supplied from the driving device D to the motor stator 3b, the motor rotor 3a rotates.
Further, a permanent magnet motor may be used as the motor 3, and the motor rotor 3a may be a motor rotor 3a having a permanent magnet built therein.

シャフト4は、モータ3とインペラ2とを接続するものであり、モータ3の動力をインペラ2に伝達する。より詳細には、シャフト4は、図2に示すように、一端がインペラ2と固定された状態でモータロータ3aに挿通されており、モータロータ3aの回転と共に回転することによってモータ3の動力をインペラ2に伝達する。
なお、インペラ2とシャフト4との接続方法としては、例えば、ボルト及びナットを用いた接続方法、ネジによる接続方法、焼きばめによる接続方法、溶接による接続方法、一体型化による接続方法等が考えられる。これらのような方法で接続されていることにより、インペラ2は、シャフト4、モータロータ3aと一体的に回転する。すなわち、インペラ2は、モータ3に対して直結されており、モータ3によって直接回転駆動される。
ボルト及びナットを用いた接続方法は、インペラの中心部に回転軸方向に沿って貫通孔を設け、当該貫通孔にシャフトの一端側を挿通させ、シャフトの先端部を貫通孔開口から突出させ、シャフトの先端部に形成された雄ねじにナットを締結させ、ナットによってインペラ2の先端部を押えることにより、インペラ2をシャフト4に固定するものである。
ネジによる接続方法は、インペラ2とシャフト4とに直接ネジを切る構造である。どちらを雄ネジ、雌ネジとするかは任意である。
一体型化による接続方法は、接合部を作ることなく、一体的にインペラ2とシャフト4とが成形された構造である。
そして、このように締結されたインペラ2とシャフト4とは、モータローラ3aと一体的に回転する。
The shaft 4 connects the motor 3 and the impeller 2, and transmits the power of the motor 3 to the impeller 2. More specifically, as shown in FIG. 2, the shaft 4 is inserted into the motor rotor 3 a with one end fixed to the impeller 2, and rotates with the rotation of the motor rotor 3 a to transfer the power of the motor 3 to the impeller 2. To communicate.
As a method for connecting the impeller 2 and the shaft 4, for example, a connection method using bolts and nuts, a connection method using screws, a connection method using shrink fitting, a connection method using welding, a connection method using integration, and the like. Conceivable. By being connected by such a method, the impeller 2 rotates integrally with the shaft 4 and the motor rotor 3a. That is, the impeller 2 is directly connected to the motor 3 and is directly driven to rotate by the motor 3.
The connection method using a bolt and a nut is provided with a through hole in the central portion of the impeller along the rotational axis direction, the one end side of the shaft is inserted into the through hole, and the tip end portion of the shaft is projected from the through hole opening, The impeller 2 is fixed to the shaft 4 by fastening a nut to a male screw formed at the tip of the shaft and pressing the tip of the impeller 2 with the nut.
The connection method using a screw is a structure in which a screw is directly cut between the impeller 2 and the shaft 4. Which is the male screw or the female screw is arbitrary.
The connection method by integration is a structure in which the impeller 2 and the shaft 4 are integrally formed without forming a joint.
The impeller 2 and the shaft 4 thus fastened rotate together with the motor roller 3a.

軸受5は、シャフト4を直立状態で軸支するものであり、内輪がシャフト4に固定されると共に外輪がケーシング1に固定されている。
なお、図2に示すように、軸受5として、シャフト4のインペラ2寄りを軸支するインペラ側軸受5aと、シャフト4の地面寄りを軸支する地面側軸受5bとが設けられている。そして、地面側軸受5bは、ケーシング1に対して摺動可能とされており、予圧バネ8によって上方に付勢されている。このように地面側軸受5bが予圧バネ8によって付勢されることによって、軸受5が最適に予圧され、回転時に軸受5(5a,5b)内部の玉の挙動を適正な状態に保つことができる。
The bearing 5 supports the shaft 4 in an upright state, and an inner ring is fixed to the shaft 4 and an outer ring is fixed to the casing 1.
As shown in FIG. 2, as the bearing 5, an impeller side bearing 5 a that supports the shaft 4 near the impeller 2 and a ground side bearing 5 b that supports the shaft 4 near the ground are provided. The ground-side bearing 5 b is slidable with respect to the casing 1 and is urged upward by a preload spring 8. Thus, the ground side bearing 5b is urged by the preload spring 8, so that the bearing 5 is optimally preloaded and the behavior of the balls inside the bearing 5 (5a, 5b) can be maintained in an appropriate state during rotation. .

ハーメチックコネクタ6は、インペラ収容空間K1及びモータ収容空間K2を封じきった状態を維持しながらモータ3に対して電力供給を可能とするコネクタであり、外部に露出した状態でケーシング1に固定されている。
なお、本実施形態のターボブロワTは、レーザ発振装置に搭載され、外気の流入が許されない環境において気体を圧送することを想定している。このため、ハーメチックコネクタ6を用いている。ただし、インペラ収容空間K1及びモータ収容空間K2を封じきる必要がない場合には、ハーメチックコネクタ6に替えて通常のコネクタを用いることができる。
The hermetic connector 6 is a connector that enables power supply to the motor 3 while maintaining the state where the impeller accommodating space K1 and the motor accommodating space K2 are completely sealed, and is fixed to the casing 1 while being exposed to the outside. Yes.
Note that the turbo blower T of the present embodiment is mounted on a laser oscillation device and is assumed to pump gas in an environment where inflow of outside air is not permitted. For this reason, the hermetic connector 6 is used. However, when it is not necessary to completely seal the impeller accommodating space K1 and the motor accommodating space K2, a normal connector can be used instead of the hermetic connector 6.

水冷ジャケット7は、モータ3周りのケーシング1内に設けられており、冷却水によりモータの冷却を行う。   The water cooling jacket 7 is provided in the casing 1 around the motor 3 and cools the motor with cooling water.

図1に戻り、駆動装置Dは、ターボブロワTのモータ3に電力を供給するものであり、コンバータ11と、インバータ12と、制御装置13と、正弦波フィルタ14とを備える。なお、通常は、コンバータ11とインバータ12と制御装置13とがユニット化され、このユニット化された装置をインバータと称する場合が多い。   Returning to FIG. 1, the driving device D supplies electric power to the motor 3 of the turbo blower T, and includes a converter 11, an inverter 12, a control device 13, and a sine wave filter 14. Normally, converter 11, inverter 12 and control device 13 are unitized, and this unitized device is often called an inverter.

コンバータ11は、商用の三相交流電圧などを一度、直流電圧に変換して、出力するものである。
インバータ12は、制御装置13の制御の下、コンバータ11から入力される直流電圧から、図1に示すようにPWM波形の電圧を生成するものである。このPWM波形の電圧は、パルス幅が時間とともに変化する矩形波であり、モータを回転させる基本周波数以外の高調波成分を多く含んでいる。
制御装置13は、インバータ12を制御することによって、インバータ12によって生成されるPWM波形の電圧の波形パターンを、要求されるモータ3の回転数に応じて変化させるものである。
The converter 11 once converts a commercial three-phase AC voltage or the like into a DC voltage and outputs it.
The inverter 12 generates a voltage having a PWM waveform from the DC voltage input from the converter 11 under the control of the control device 13 as shown in FIG. The voltage of the PWM waveform is a rectangular wave whose pulse width changes with time, and includes many harmonic components other than the fundamental frequency for rotating the motor.
The control device 13 controls the inverter 12 to change the waveform pattern of the voltage of the PWM waveform generated by the inverter 12 according to the required number of rotations of the motor 3.

正弦波フィルタ14は、インバータ12とモータ3との間に介在され、インバータ12によって生成されたPWM波形の電圧を、正弦波状にするものである。
この正弦波フィルタ14としては、高調波成分を削除するローパスフィルタを用いることができる。なお、正弦波フィルタ14としては、バンドパスフィルタやバンドエリミネーションフィルタを用いることも可能であるが、回路の単純化及びコストの低減を考慮すると、ローパスフィルタを用いることが好ましい。
そして、正弦波フィルタ14は、ハーメチックコネクタを介して、モータ3のモータステータ3bと電気的に接続されており、正弦波状の電圧をモータステータ3bに供給する。
The sine wave filter 14 is interposed between the inverter 12 and the motor 3, and makes the voltage of the PWM waveform generated by the inverter 12 a sine wave.
As the sine wave filter 14, a low-pass filter that removes harmonic components can be used. As the sine wave filter 14, a band pass filter or a band elimination filter can be used. However, in consideration of circuit simplification and cost reduction, it is preferable to use a low pass filter.
The sine wave filter 14 is electrically connected to the motor stator 3b of the motor 3 via a hermetic connector, and supplies a sine wave voltage to the motor stator 3b.

このような構成を有する本実施形態のターボブロワシステムS1によれば、インバータ12が制御装置13の制御の下に、コンバータ11から出力された直流電圧からPWM波形の電圧を生成する。
続いて、正弦波フィルタ14がPWM波形の電圧から高調波成分が除去することで正弦波状の電圧を出力する。
そして、正弦波状の電圧がハーメチックコネクタを介してモータステータ3bに供給され、これによってモータロータ3aが回転し、さらにはシャフト4を介してインペラ2が回転駆動される。
According to the turbo blower system S <b> 1 of the present embodiment having such a configuration, the inverter 12 generates a PWM waveform voltage from the DC voltage output from the converter 11 under the control of the control device 13.
Subsequently, the sine wave filter 14 removes the harmonic component from the voltage of the PWM waveform to output a sine wave voltage.
Then, a sinusoidal voltage is supplied to the motor stator 3b via the hermetic connector, whereby the motor rotor 3a is rotated, and further, the impeller 2 is rotationally driven via the shaft 4.

このように本実施形態のターボブロワシステムS1においては、インバータ12によって生成される電圧が、正弦波フィルタ14によって正弦波状にされて高調波成分が除去される。
上述のように、モータとインペラとが直結されたターボ機械の場合、モータによって直接インペラを高速回転させるため、モータを回転させる基本周波数が高くなり、高調波成分はさらに高い周波数成分となる。一方、モータステータやロータの電力損失には、鉄損などが含まれており、その鉄損は印加される電圧とその周波数の2乗に比例して増加することが知られている。そのため、より高い周波数となる高調波成分は、鉄損による損失を増大させてしまう。
このようにモータ3の発熱量は、供給される電圧に含まれる高調波成分に影響して増大する。特に、モータとインペラとが直結されたターボ機械の場合には、その損失が非常に大きく影響する。このため、本実施形態のターボブロワシステムS1のように高調波成分が電圧から除去され、この高調波成分が除去された電圧がモータ3に供給されることによって、モータ3の高調波鉄損による電力損失を大きく低減することができ、発熱量を抑制することができる。
このように、本実施形態のターボブロワシステムS1によれば、従来行われていなかった新たな方法によって、ターボブロワTに対する熱対策を講じることができる。
As described above, in the turbo blower system S1 of the present embodiment, the voltage generated by the inverter 12 is made a sine wave by the sine wave filter 14, and the harmonic component is removed.
As described above, in the case of a turbo machine in which a motor and an impeller are directly connected, since the impeller is directly rotated at a high speed by the motor, the fundamental frequency for rotating the motor is increased, and the harmonic component is a higher frequency component. On the other hand, the power loss of the motor stator and rotor includes iron loss, and it is known that the iron loss increases in proportion to the square of the applied voltage and its frequency. Therefore, the higher harmonic component having a higher frequency increases the loss due to iron loss.
Thus, the amount of heat generated by the motor 3 increases due to the influence of the harmonic components included in the supplied voltage. In particular, in the case of a turbo machine in which a motor and an impeller are directly connected, the loss greatly affects. For this reason, the harmonic component is removed from the voltage as in the turbo blower system S1 of the present embodiment, and the voltage from which the harmonic component is removed is supplied to the motor 3, whereby the power due to the harmonic iron loss of the motor 3 is increased. Loss can be greatly reduced, and the amount of heat generated can be suppressed.
As described above, according to the turbo blower system S1 of the present embodiment, it is possible to take a heat countermeasure for the turbo blower T by a new method that has not been conventionally performed.

また、本実施形態のターボブロワシステムS1においては、モータ3として誘導モータを用いている。誘導モータの場合、モータロータにかご型の導電材料(コイル)が内蔵されており、ロータ部に電気損失を伴うものの、本実施形態によれば、回転に必要な基本周波数成分以外の損失を抑えることができる。
またモータとしては、永久磁石モータを用いることとしても良い。永久磁石モータは、モータロータ3a内に電流を通すコイルが存在しないため、モータロータ3aにおける電力損失がない。このため、モータ自体の発熱量をさらに抑制することが可能となる。
特に、本実施形態のターボブロワシステムにおいては、インペラを1万rpm以上の高速回転で駆動している。このような回転速度で駆動する場合、PWM波形の電圧に含まれる高調波成分が電力損失に大きく影響する。よって、この回転速度以上で駆動する場合、本実施形態の対策は非常に有効である。
Further, in the turbo blower system S1 of the present embodiment, an induction motor is used as the motor 3. In the case of an induction motor, a squirrel-cage conductive material (coil) is built into the motor rotor, and the rotor part is accompanied by an electrical loss. However, according to this embodiment, the loss other than the fundamental frequency component necessary for the rotation is suppressed. Can do.
As the motor, a permanent magnet motor may be used. In the permanent magnet motor, there is no power loss in the motor rotor 3a because there is no coil through which current flows in the motor rotor 3a. For this reason, it becomes possible to further suppress the calorific value of the motor itself.
In particular, in the turbo blower system of this embodiment, the impeller is driven at a high speed rotation of 10,000 rpm or more. When driving at such a rotational speed, harmonic components included in the voltage of the PWM waveform greatly affect power loss. Therefore, when driving at this rotational speed or higher, the countermeasure of this embodiment is very effective.

また、上述のように従来行われていなかった新たな熱対策を講じることによって、上述したような軸受の潤滑剤を冷却剤として撒布してモータの冷却を行う必要がなくなる場合がある。このような場合には、軸受の潤滑剤として粘性の高いグリースを用いることが好ましい。
これによって、ターボブロワTによって圧送される気体の流路に潤滑剤が入り込むことを抑制することができ、気体に潤滑剤が混ざることを抑制することが可能となる。
Further, by taking a new heat countermeasure that has not been conventionally performed as described above, it may be unnecessary to cool the motor by distributing the lubricant of the bearing as described above as a coolant. In such a case, it is preferable to use a highly viscous grease as the bearing lubricant.
Accordingly, it is possible to suppress the lubricant from entering the gas flow path pumped by the turbo blower T, and to suppress the mixture of the lubricant with the gas.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本第2実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the description of the second embodiment, the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted or simplified.

図3は、本実施形態のターボブロワシステムS2の概略構成を示すシステム構成図である。この図に示すように、本実施形態のターボブロワシステムS2は、上記第1実施形態のターボブロワシステムS1に加えて、冷却ガス供給装置20と、排気ポンプ21とを備えている。   FIG. 3 is a system configuration diagram showing a schematic configuration of the turbo blower system S2 of the present embodiment. As shown in this figure, the turbo blower system S2 of the present embodiment includes a cooling gas supply device 20 and an exhaust pump 21 in addition to the turbo blower system S1 of the first embodiment.

また、本実施形態のターボブロワシステムS2においては、ターボブロワTのケーシング1に、モータ収容空間K2と冷却ガス供給装置20及び排気ポンプ21とを接続するための貫通孔1cが形成されている。
なお、本実施形態のターボブロワシステムS2においては、貫通孔1cとして、モータ収容空間K2の上部に連通する上部貫通孔1caと、モータ収容空間K2の下部に連通する下部貫通孔1cbとが設けられている。
Further, in the turbo blower system S2 of the present embodiment, a through hole 1c for connecting the motor housing space K2, the cooling gas supply device 20, and the exhaust pump 21 is formed in the casing 1 of the turbo blower T.
In the turbo blower system S2 of the present embodiment, as the through hole 1c, an upper through hole 1ca communicating with the upper part of the motor housing space K2 and a lower through hole 1cb communicating with the lower part of the motor housing space K2 are provided. Yes.

冷却ガス供給装置20は、上部貫通孔1caを介して、モータ収容空間K2の内部に冷却ガスを供給するものである。
排気ポンプ30は、下部貫通孔1caを介して、モータ収容空間K2に導入された冷却ガスを排気するものである。
The cooling gas supply device 20 supplies cooling gas into the motor housing space K2 through the upper through hole 1ca.
The exhaust pump 30 exhausts the cooling gas introduced into the motor housing space K2 through the lower through hole 1ca.

このような構成を有する本実施形態のターボブロワシステムS2によれば、モータ収容空間K2に上方から下方に向かう冷却ガス流れが形成され、このような冷却ガス流れの中にモータ3が配置されることとなる。
このため、本実施形態のターボブロワシステムS2によれば、冷却ガスによってモータ3が冷却され、モータ3から発せられる熱量による影響をより低減させることが可能となる。
According to the turbo blower system S2 of the present embodiment having such a configuration, a cooling gas flow from the upper side to the lower side is formed in the motor housing space K2, and the motor 3 is arranged in such a cooling gas flow. It becomes.
For this reason, according to the turbo blower system S2 of the present embodiment, the motor 3 is cooled by the cooling gas, and the influence of the amount of heat generated from the motor 3 can be further reduced.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態においては、本発明のターボ機械がターボブロワである構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明のターボ機械として、例えばターボポンプ等を用いることも可能である。
For example, in the above embodiment, the configuration in which the turbo machine of the present invention is a turbo blower has been described.
However, the present invention is not limited to this, and for example, a turbo pump or the like can be used as the turbo machine of the present invention.

また、上記第2実施形態においては、新たな構成として冷却ガス供給装置20及び排気ポンプ30を備える構成について説明した。
しかしながら、上記第2実施形態のターボブロワシステムS2がレーザ発振装置に搭載される場合には、ターボブロワTによって圧送される気体がレーザ発信装置の内部において冷却される。このため、この冷却された気体を、上部貫通孔1caを介してモータ収容空間K2の内部に供給しても良い。また、レーザ発振装置は、上記気体を排気するための排気ポンプを備えるため、当該排気ポンプを上記第2実施形態における排気ポンプ30として用いることもできる。
Moreover, in the said 2nd Embodiment, the structure provided with the cooling gas supply apparatus 20 and the exhaust pump 30 was demonstrated as a new structure.
However, when the turbo blower system S2 of the second embodiment is mounted on a laser oscillation device, the gas pumped by the turbo blower T is cooled inside the laser transmission device. For this reason, you may supply this cooled gas to the inside of the motor accommodation space K2 via the upper through-hole 1ca. Further, since the laser oscillation device includes an exhaust pump for exhausting the gas, the exhaust pump can also be used as the exhaust pump 30 in the second embodiment.

S1,S2……ターボブロワシステム(ターボ機械システム)、T……ターボブロワ(ターボ機械)、D……駆動装置、2……インペラ、3……モータ、4……シャフト、5……軸受、12……インバータ、14……正弦波フィルタ   S1, S2: Turbo blower system (turbo machine system), T: Turbo blower (turbo machine), D: Drive unit, 2 ... Impeller, 3 ... Motor, 4 ... Shaft, 5 ... Bearing, 12 ... ... Inverter, 14 ... Sine wave filter

Claims (6)

インペラ及び該インペラを直接回転駆動するモータを有するターボ機械と、前記モータに電力を供給する駆動装置とを備えるターボ機械システムであって、
前記駆動装置は、
PWM(Pulse Width Modulation)波形の電圧を生成するインバータと、
該インバータと前記モータとの間に介在されると共に前記PWM波形を正弦波状にする正弦波フィルタと、
を備えることを特徴とするターボ機械システム。
A turbomachine system comprising an impeller and a turbomachine having a motor that directly rotates and drives the impeller, and a drive device that supplies electric power to the motor,
The driving device includes:
An inverter that generates a PWM (Pulse Width Modulation) waveform voltage;
A sine wave filter interposed between the inverter and the motor and making the PWM waveform sinusoidal;
A turbomachine system comprising:
前記正弦波フィルタは、ローパスフィルタであることを特徴とする請求項1記載のターボ機械システム。   The turbomachine system according to claim 1, wherein the sine wave filter is a low-pass filter. 前記モータは、1万rpm以上の回転速度で駆動することを特徴とする請求項1または2記載のターボ機械システム。   The turbo machine system according to claim 1, wherein the motor is driven at a rotational speed of 10,000 rpm or more. 前記モータは、誘導モータであることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載のターボ機械システム。   The turbo machine system according to claim 1, wherein the motor is an induction motor. 前記モータは、永久磁石モータであることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載のターボ機械システム。   The turbo machine system according to claim 1, wherein the motor is a permanent magnet motor. 前記モータと前記インペラとを接続するシャフトを軸支する軸受を備え、該軸受の潤滑剤としてグリースを用いることを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載のターボ機械システム。   The turbomachine system according to claim 1, further comprising a bearing that supports a shaft that connects the motor and the impeller, wherein grease is used as a lubricant for the bearing.
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