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JP2835522B2 - Electromagnetic rotary machine with radial rotating body position control winding and radial rotating body position control device - Google Patents

Electromagnetic rotary machine with radial rotating body position control winding and radial rotating body position control device

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Publication number
JP2835522B2
JP2835522B2 JP1009375A JP937589A JP2835522B2 JP 2835522 B2 JP2835522 B2 JP 2835522B2 JP 1009375 A JP1009375 A JP 1009375A JP 937589 A JP937589 A JP 937589A JP 2835522 B2 JP2835522 B2 JP 2835522B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電磁力により回転子の半径方向位置を制御
する機能を付加した高速、超高速電動機若しくは発電
機、及びこれらの電動機等を用い回転子の半径方向位置
を制御する半径方向回転体位置制御装置に関するもので
ある。特に、回転磁界を利用しながら、僅かの電流を半
径方向回転体位置制御巻線に流すことで、回転子の半径
方向位置が制御可能な電動機等及び半径方向回転体位置
制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention uses a high-speed, ultra-high-speed motor or generator with a function of controlling the radial position of a rotor by electromagnetic force, and uses these motors and the like. The present invention relates to a radial position control device for controlling a radial position of a rotor. In particular, the present invention relates to an electric motor and the like and a radial rotator position control device capable of controlling a radial position of a rotor by flowing a small current through a radial rotator position control winding while using a rotating magnetic field.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、宇宙船搭載用高速フライホイール、真空ポンプ
や高速工作機械などの用途に電動機の高速化の要求が高
まっている。電動機を高速化するには高速回転に適した
電動機構造が必要であると同時に、高速回転体を支持す
ることが可能な軸受が必要である。
In recent years, there has been an increasing demand for high-speed motors for applications such as high-speed flywheels for spacecrafts, vacuum pumps, and high-speed machine tools. To increase the speed of an electric motor, a motor structure suitable for high-speed rotation is required, and at the same time, a bearing capable of supporting a high-speed rotating body is required.

発明者らは既に超高速回転に適した電動機を提案する
と共に、試作電動機による実験結果を日本電気学会、米
国電気学会(IEEE)などに報告している。これまでに報
告した文献を記載すると、 (1)深尾、千葉、松井「超高速リラクタンス電動機の
閉ループ制御の一方式」電気学会論文誌D,107−D,No.2,
pp.271−278,1987,2/20 (2)千葉、深尾「超高速リラクタンス電動機の高速ト
ルク制御方式」電気学会論文誌D,107−D,No.10,pp.1229
−1235,1987,10/20 (3)T.Fukao,A.Chiba and M.Matsui,"TEST RESULTS O
N A SUPER HIGH SPEED AMORPHOUS IRON RELUCTANCE MOT
OR",IEEE,IAS Annual Meeting,Atlanta,Conf.Rec.pp.86
−91,1987,10/18. (4)A.Chiba and T.Fukao,"A CLOSED LOOP CONTROL O
F RELUCTANCE MOTOR FOR QUICK TORQUE RESPONSE",IEE
E,IAS Annual MeetingAtlanta,Conf.Rec.,pp.289−294.
1987,10/18. (5)深尾、松井、千葉「アモルファス鉄心を用いた超
高速リラクタンス電動機の基礎特性」電気学会論文誌10
8D,4,pp.403−408,1988,4/20. がある。
The inventors have already proposed a motor suitable for ultra-high-speed rotation, and have reported experimental results of a prototype motor to the Institute of Electrical Engineers of Japan, the Institute of Electrical Engineers of America (IEEE), and the like. The literature reported so far is described as follows: (1) Fukao, Chiba, and Matsui, "One Method of Closed-Loop Control of Ultra-High-Speed Reluctance Motor", Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan D, 107-D, No. 2,
pp.271-278,1987,2 / 20 (2) Chiba, Fukao, "High-speed torque control method for ultra-high-speed reluctance motor" Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, D, 107-D, No. 10, pp. 1229
-1235,1987,10 / 20 (3) T.Fukao, A.Chiba and M.Matsui, "TEST RESULTS O
NA SUPER HIGH SPEED AMORPHOUS IRON RELUCTANCE MOT
OR ", IEEE, IAS Annual Meeting, Atlanta, Conf.Rec.pp.86
−91,1987,10 / 18. (4) A. Chiba and T. Fukao, “A CLOSED LOOP CONTROL O
F RELUCTANCE MOTOR FOR QUICK TORQUE RESPONSE ", IEE
E, IAS Annual Meeting Atlanta, Conf. Rec., Pp. 289-294.
1987,10 / 18. (5) Fukao, Matsui, Chiba "Basic characteristics of ultra-high-speed reluctance motor using amorphous iron core" Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan 10
8D, 4, pp. 403-408, 1988, 4/20.

そこでは、従来技術の延長としての電動機の高速化に
は限界があり、現状の速度、出力範囲を拡大するには超
高速回転に適した回転機構造や磁性材料が必要であるこ
とを指摘している。
He pointed out that there is a limit to increasing the speed of electric motors as an extension of the conventional technology, and to expand the current speed and output range requires a rotating machine structure and magnetic materials suitable for ultra-high-speed rotation. ing.

しかし、その試作電動機は従来の玉軸受を用いている
ため、回転速度の上限が制限されていたので高速回転の
基本的な特性を測定するにとどまっている。すなわち、
超高速電動機を実現する際には、機械的な軸受の性能が
一つの問題点となる。
However, since the prototype motor uses a conventional ball bearing, the upper limit of the rotational speed is limited, so that only the basic characteristics of high-speed rotation are measured. That is,
When realizing an ultra-high-speed motor, one problem is the performance of the mechanical bearing.

機械的な要素により構成される軸受は潤滑が必要であ
るし、機械自体がきわめて精密であるため組立、保守管
理などが難しい。そこで、最近、電磁力を用いて回転体
の位置制御を行う磁気軸受が超高速電磁回転機械に採用
されつつある。
Bearings composed of mechanical elements require lubrication, and the machines themselves are extremely precise, making assembly and maintenance management difficult. Therefore, recently, a magnetic bearing that controls the position of a rotating body using an electromagnetic force is being adopted for an ultrahigh-speed electromagnetic rotating machine.

磁気軸受は電磁力を用いて回転体を非接触で浮上し、
回転体の位置を制御するものである。磁気軸受は位置制
御系の構成から受動形と能動形に分けることができる。
The magnetic bearing levitates the rotating body without contact using electromagnetic force,
It controls the position of the rotating body. Magnetic bearings can be divided into passive and active types depending on the configuration of the position control system.

第1図は能動形磁気軸受の代表的な磁気回路の構成を
示している。この形式の磁気軸受は磁気回路を電動機と
は別に構成している。このため、各種の電動機の形式や
あるいは電動機以外の回転体の保持が可能であるという
特徴がある。
FIG. 1 shows the configuration of a typical magnetic circuit of an active magnetic bearing. In this type of magnetic bearing, the magnetic circuit is configured separately from the electric motor. For this reason, there is a feature that various types of electric motors or a rotating body other than the electric motors can be held.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、かかる形式の磁気軸受を電動機に応用
する際には、 (a)電動機とは別に軸受用の磁気回路を構成する必要
があり、軸受自体が大形化してしまう。また、回転体全
体の軸長が機械的な構造によって制限されるにもかかわ
らず、軸受部分の軸長が長くなるので電動機の回転子の
軸長を短くしなければならない。したがって、電動機の
出力が制限されてしまう。
However, when a magnetic bearing of this type is applied to an electric motor, it is necessary to (a) configure a magnetic circuit for the bearing separately from the electric motor, and the bearing itself becomes large. In addition, despite the fact that the shaft length of the entire rotating body is limited by the mechanical structure, the shaft length of the bearing portion becomes longer, so that the shaft length of the rotor of the electric motor must be shortened. Therefore, the output of the motor is limited.

(b)回転体の位置を制御するために必要な電磁力は回
転子位置制御用電磁石の発生する磁束のみによる。この
ため、回転体位置制御の速応性を向上するためには常に
励磁磁束を大きく保つ必要があり、電磁石が大形化して
しまうし、電磁石の電流を駆動する電流制御用の変換器
の容量が大きい。
(B) The electromagnetic force required to control the position of the rotating body depends only on the magnetic flux generated by the rotor position controlling electromagnet. For this reason, in order to improve the responsiveness of the rotating body position control, it is necessary to keep the exciting magnetic flux large at all times, which increases the size of the electromagnet and the capacity of the current control converter that drives the current of the electromagnet. large.

などの欠点がある。さらに、電磁石により発生する磁束
は固定子に固定しており、回転子はこの磁束を切って回
転する。このため (c)回転子鉄心に渦電流が生じるため回転子が著しく
発熱してしまう。
There are drawbacks such as. Further, the magnetic flux generated by the electromagnet is fixed to the stator, and the rotor cuts off the magnetic flux and rotates. Therefore, (c) an eddy current is generated in the rotor core, so that the rotor generates considerable heat.

などの本質的な欠点がある。There are inherent disadvantages such as.

これに対して特に(a)の欠点を補う方式として、電
動機巻線に回転体位置制御用の電流を重畳する方式が提
案されている。この方式は磁気回路が電動機と磁気軸受
部で共有できるため小形化できるという利点はあるもの
の、従来の固定子に固定した電磁石を等価的に電動機に
重ね合わせたに過ぎない。すなわち、単に巻線と磁路を
共有しているだけであり、磁気回路としては、電動機と
して回転するための回転磁界と回転体位置を制御するた
めの静止磁界がそれぞれ独立に制御される。したがっ
て、(b)、(c)に述べた欠点を持つほか (d)電動機が形成する磁束が常に位置制御を行うため
の磁束に対して外乱として働いてしまう。さらに、この
外乱の周波数は回転速度に依存して大きく変動する。ま
た、逆に位置制御を行うための磁束は電動機の回転磁界
に対して外乱として働いてしまう。
On the other hand, a method of superposing a current for controlling the position of a rotating body on a motor winding has been proposed as a method for compensating for the disadvantage (a). Although this method has the advantage that the magnetic circuit can be shared by the motor and the magnetic bearing portion, the size can be reduced, but the electromagnet fixed to the conventional stator is equivalently superimposed on the motor. That is, the winding and the magnetic path are simply shared, and as the magnetic circuit, a rotating magnetic field for rotating as a motor and a stationary magnetic field for controlling the position of a rotating body are independently controlled. Therefore, in addition to the drawbacks described in (b) and (c), (d) the magnetic flux formed by the motor always acts as a disturbance to the magnetic flux for performing position control. Further, the frequency of the disturbance greatly varies depending on the rotation speed. Conversely, the magnetic flux for performing the position control acts as a disturbance to the rotating magnetic field of the electric motor.

(e)回転磁界と静止磁界が独立であるために、磁路を
共有しながらも位置制御に必要な駆動電流、この電流を
流すための変換器などを小形化することができない。さ
らに、磁路に生じる磁束が増加するため磁気回路が大形
化してしまう。
(E) Since the rotating magnetic field and the static magnetic field are independent, it is not possible to reduce the size of the drive current necessary for position control and the converter for flowing this current while sharing the magnetic path. Further, since the magnetic flux generated in the magnetic path increases, the size of the magnetic circuit increases.

(f)電動機の駆動電流や位置制御用の電流などを同時
に1つの巻線に流すため、この巻線の電流を駆動する電
力変換装置はきわめて高い周波数応答が必要であるし、
同時に電動機の入力電力などを供給するために大きな容
量が必要である。したがって、電力変換器はきわめて高
性能で高出力のものが必要であり、高価なものとなって
しまう。
(F) Since a drive current of a motor, a current for position control, and the like are simultaneously passed through one winding, a power converter that drives the current of this winding needs an extremely high frequency response.
At the same time, a large capacity is required to supply the input power of the motor. Therefore, the power converter needs to have a very high performance and a high output, which is expensive.

などの欠点がある。There are drawbacks such as.

同様に(a)で述べた欠点を補う方式の1つに機械的
な軸受の負担を軽減する方法として、固定子巻線と共に
回転子の重量を軽減する目的の巻線を施した手法が提案
されている。この手法は(b),(f)に挙げた欠点を
も補うことができる利点があるものの、(c),
(d),(e)の欠点を持つ問題がある。さらに、元
来、磁気力による回転子位置の制御を目的とはしておら
ず、機械的軸受の負担軽減の役割しかない。
Similarly, as one of the methods for compensating for the drawback described in (a), as a method of reducing the load on the mechanical bearing, a method of applying a winding for the purpose of reducing the weight of the rotor together with the stator winding is proposed. Have been. Although this method has the advantage of being able to compensate for the disadvantages listed in (b) and (f),
There is a problem with the drawbacks (d) and (e). Further, originally, the purpose is not to control the rotor position by the magnetic force, but only to reduce the load on the mechanical bearing.

(a)〜(d)に挙げた欠点を除去する方式として、
回転子位置制御用電磁機械に予備励磁として永久磁石を
用いると共に、通常の三相電動機の固定子を用いる方法
が提案されている。この方式は回転磁界を形成するため
(c),(d)の欠点を除去できると共に、軸方向の電
磁力を発生する磁束を半径方向位置制御を行うための励
磁磁束としているため、(b)に挙げた欠点もない。さ
らに、半径方向の支持軸をヒステリシス環あるいは誘導
機の回転子のような構造にすることによりトルクを発生
することも可能である。
As a method for removing the defects listed in (a) to (d),
A method has been proposed in which a permanent magnet is used as pre-excitation for a rotor position control electromagnetic machine and a stator of a normal three-phase motor is used. This method eliminates the drawbacks of (c) and (d) in order to form a rotating magnetic field, and uses the magnetic flux for generating an electromagnetic force in the axial direction as the exciting magnetic flux for controlling the position in the radial direction. None of the disadvantages listed above. Further, it is possible to generate torque by forming the support shaft in the radial direction like a hysteresis ring or a rotor of an induction machine.

しかし、 (g)軸方向の位置を制御する磁束を予備励磁磁束とし
て用いるため、回転体半径方向回転体位置制御巻線の電
流、磁束は小さくて済むという利点があるものの、これ
は、すなわち、電動機として動作するのに必要な回転磁
界を形成する磁束が小さくなってしまうという欠点があ
る。
However, (g) Since the magnetic flux for controlling the position in the axial direction is used as the pre-excitation magnetic flux, there is an advantage that the current and the magnetic flux of the rotating body position control winding in the rotating body radial direction can be small, but this is There is a disadvantage that the magnetic flux that forms the rotating magnetic field required to operate as an electric motor is reduced.

そこで、この回転磁界を形成する磁束を大きくしよう
とすると、 (h)半径方向回転体位置制御電流も大きくなり、既に
(f)に述べた問題点が生じる。加えて、既に(e)で
述べたように電動機の電力変換器が半径方向回転体位置
制御用の電流制御を兼ねるため、電流制御装置、磁気回
路が大形化してしまう。
Therefore, if the magnetic flux forming the rotating magnetic field is to be increased, (h) the radial direction rotating body position control current is also increased, and the problem already described in (f) occurs. In addition, as already described in (e), the electric power converter of the electric motor also serves as current control for controlling the position of the rotating body in the radial direction, so that the current control device and the magnetic circuit become large.

(i)同様に、回転磁界の磁束を大きくするためには磁
界を形成する巻線の電流容量を大きくしなければならな
い。
(I) Similarly, in order to increase the magnetic flux of the rotating magnetic field, the current capacity of the winding forming the magnetic field must be increased.

(j)したがって、回転磁界を形成するための巻線のコ
イルエンドが大きくなり、(a)に挙げた問題点が生じ
てしまう。
(J) Therefore, the coil end of the winding for forming the rotating magnetic field becomes large, and the problem described in (a) occurs.

本発明は以上の欠点を除去するために、電磁回転機械
の励磁磁束を利用した新しい電磁機械を実現したもので
ある。
The present invention has realized a new electromagnetic machine utilizing the exciting magnetic flux of an electromagnetic rotating machine in order to eliminate the above-mentioned drawbacks.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

このため本発明(請求項1)は、回転子を非接触で支
持し回転させるための固定子巻線及び/又は回転子巻線
と、前記回転子に対する半径方向位置制御を、回転磁界
を不平衡にし前記回転子中心より半径方向に作用する力
を発生させることで行うための半径方向回転体位置制御
巻線を備える半径方向回転体位置制御装置であって、前
記固定子巻線及び/又は回転子巻線について三相二相変
換及びdq変換、若しくはγδ変換の座標変換を行うこと
により、固定子周方向に均等配置される4極の等価巻線
Ndと、該等価巻線Ndと電気角π/2の位相差を有し、かつ
機械角π/4を隔て前記固定子周方向に均等配置される4
極の等価巻線Nqと、前記等価巻線Nd及び前記等価巻線Nq
と等価巻線が分離独立するように、かつ前記半径方向回
転体位置制御巻線について前記座標変換を行うことによ
り前記等価巻線Ndと平行し前記回転子中心でお互いに直
交するように配置した2極の等価巻線の回転子位置制御
用等価巻線Nx及び回転子位置制御用等価巻線Nyを備える
直流機モデルに等価変換可能な半径方向回転体位置制御
巻線付き電磁回転機械と、前記回転子の半径方向位置を
該回転子と非接触に検出する半径方向位置検出部と、該
半径方向位置検出部により検出された半径方向位置と予
め前記回転子の半径方向位置を指令する半径方向位置指
令値を比較し誤差値を出力する回転子位置比較部と、該
回転子位置比較部から出力された誤差値に基づき前記回
転子に作用すべき半径方向力指令値を演算し出力する半
径方向力制御部と、該半径方向力制御部から出力された
半径方向力指令値と前記回転子に作用する半径方向力が
一致するように逆行列演算を行って回転磁界と非干渉化
する電流指令値を算出する非干渉化部と、該非干渉化部
により算出された電流指令値に基づき前記半径方向回転
体位置制御巻線に電流を供給する制御巻線電流変換部を
備えて構成した。
For this reason, the present invention (claim 1) requires a stator winding and / or a rotor winding for supporting and rotating the rotor in a non-contact manner, and a radial position control for the rotor. A radial rotator position control device comprising a radial rotator position control winding for balancing and generating a force acting in a radial direction from the rotor center, wherein the stator winding and / or Four-pole equivalent winding evenly arranged in the circumferential direction of the stator by performing coordinate conversion of three-phase two-phase conversion and dq conversion or γδ conversion on the rotor winding
Nd and the equivalent winding Nd have a phase difference of electrical angle π / 2, and are equally arranged in the circumferential direction of the stator at a mechanical angle of π / 4.
Pole equivalent winding Nq, the equivalent winding Nd and the equivalent winding Nq
And the equivalent windings are separated and independent, and are arranged so as to be parallel to the equivalent winding Nd and orthogonal to each other at the center of the rotor by performing the coordinate transformation on the radial rotating body position control winding. An electromagnetic rotating machine with a radial rotating body position control winding which can be equivalently converted into a DC machine model having a rotor position control equivalent winding Nx and a rotor position control equivalent winding Ny of two pole equivalent windings; A radial position detector for detecting the radial position of the rotor in a non-contact manner with the rotor; a radius for detecting the radial position detected by the radial position detector and a radial position of the rotor in advance; A rotor position comparator for comparing the direction position command values and outputting an error value; and calculating and outputting a radial force command value to be applied to the rotor based on the error value output from the rotor position comparator. A radial force control unit, Non-interference for calculating a current command value for decoupling with the rotating magnetic field by performing an inverse matrix operation so that the radial force command value output from the radial force control unit and the radial force acting on the rotor match each other. And a control winding current converter that supplies a current to the radial rotator position control winding based on the current command value calculated by the decoupling unit.

また本発明(請求項2)は、前記半径方向回転体位置
制御巻線付き電磁回転機械は突極形の回転子を有する突
極同期機であり、前記非干渉化部において突極に起因し
てパーミアンス分布が変化することを基本波分で近似し
突極性を表す係数pを定義し、前記半径方向力指令値に
基づいて、前記等価巻線Ndを流れるd軸電流idと前記等
価巻線Nqを流れるトルク電流iqにそれぞれ、(1+
p)、(1−p)の係数を乗じ、該係数を乗じたd軸電
流を対角要素とし、前記トルク電流を非対角要素とする
行列の逆行列演算を行い前記電流指令値を算出するよう
構成した。
Further, according to the present invention (claim 2), the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding is a salient pole synchronous machine having a salient pole type rotor. The change in permeance distribution is approximated by a fundamental wave component, and a coefficient p representing saliency is defined.Based on the radial force command value, a d-axis current id flowing through the equivalent winding Nd and the equivalent winding The torque current iq flowing through Nq is (1+
p) and (1-p) are multiplied, and the d-axis current multiplied by the coefficients is used as a diagonal element, and the inverse matrix operation of a matrix using the torque current as a non-diagonal element is performed to calculate the current command value. It was configured to do so.

更に本発明(請求項3)は、前記半径方向回転体位置
制御巻線付き電磁回転機械は電機子反作用を生じる回転
機であり、前記非干渉化部において前記半径方向力指令
値に基づいて前記等価巻線Ndを流れるd軸電流idを対角
要素とし、前記等価巻線Nqを流れるトルク電流iqを非対
角要素とする行列の逆行列演算を行い前記電流指令値を
算出するよう構成した。
Further, according to the present invention (claim 3), the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding is a rotating machine that generates an armature reaction, and the decoupling unit performs the above-described processing based on the radial force command value. The d-axis current id flowing through the equivalent winding Nd is set as a diagonal element, and the current command value is calculated by performing an inverse matrix operation of a matrix having the torque current iq flowing through the equivalent winding Nq as a non-diagonal element. .

更に本発明(請求項4)は、回転子を非接触で支持し
回転させるための固定子巻線及び/又は回転子巻線と、
前記回転子に対する半径方向位置制御を、回転磁界を不
平衡にし前記回転子中心より半径方向に作用する力を発
生させることで行うための半径方向回転体位置制御巻線
を備える直流機、交流機を含む電磁回転機械であって、
該電磁回転機械は、前記固定子巻線及び/又は回転子巻
線について三相二相変換及びdq変換、若しくはγδ変換
の座標変換を行うことにより、前記固定子周方向に均等
配置される4極の等価巻線Ndと、該等価巻線Ndと電気角
π/2の位相差を有し、かつ機械角π/4を隔て前記固定子
周方向に均等配置される4極の等価巻線Nqと、前記等価
巻線Nd及び前記等価巻線Nqと等価巻線が分離独立するよ
うに、かつ前記半径方向回転体位置制御巻線について前
記座標変換を行うことにより前記等価巻線Ndと平行し前
記回転子中心でお互いに直交するように配置した2極の
等価巻線の回転子位置制御用等価巻線Nx及び回転子位置
制御用等価巻線Nyを備える直流機モデルに等価変換可能
であり、かつ前記回転子の中心に位置する主軸に沿って
直列に固定された複数の回転子と、該回転子と半径方向
に所定のギャップ長を隔てて対峙する複数の固定子鉄心
と、該固定子鉄心に配設されたスロット内を前記主軸方
向に貫通し巻回するトルクを発生するための巻線と、該
巻線と異なる極数を有するように前記各個の固定子鉄心
毎に前記スロット内に同時に巻回した前記半径方向回転
体位置制御巻線を備えて構成した。
The present invention (claim 4) further comprises a stator winding and / or a rotor winding for supporting and rotating the rotor in a non-contact manner,
DC machine, AC machine having a radial rotor position control winding for performing radial position control on the rotor by unbalanced rotating magnetic field and generating a force acting in a radial direction from the center of the rotor An electromagnetic rotating machine comprising:
The electromagnetic rotating machine performs three-phase two-phase conversion and dq conversion, or coordinate conversion of γδ conversion on the stator winding and / or the rotor winding, so that the stator winding and / or the rotor winding are uniformly arranged in the circumferential direction of the stator. Pole equivalent winding Nd, and a four-pole equivalent winding having a phase difference of electrical angle π / 2 from the equivalent winding Nd and being equally arranged in the circumferential direction of the stator at a mechanical angle π / 4. Nq, the equivalent winding Nd and the equivalent winding Nq and the equivalent winding are separated and independent, and the coordinate transformation is performed on the radial rotating body position control winding to be parallel to the equivalent winding Nd. It can be equivalently converted to a DC machine model having a rotor position control equivalent winding Nx and a rotor position control equivalent winding Ny of two-pole equivalent windings arranged orthogonal to each other at the rotor center. And a plurality of rotations fixed in series along a main axis located at the center of the rotor A plurality of stator cores that face the rotor with a predetermined gap length in the radial direction, and a torque that penetrates and winds in the main shaft direction in a slot provided in the stator core. And a radially rotating body position control winding wound simultaneously in the slot for each of the stator cores so as to have a different number of poles from the winding.

更に本発明(請求項5)は、前記複数の回転子及び前
記複数の固定子鉄心は、それぞれ間隙無く前記主軸方向
に連設若しくはそれぞれ少なくとも一つの鉄心にて一体
化して構成した。
Further, according to the present invention (claim 5), the plurality of rotors and the plurality of stator cores are connected to each other in the main axis direction without gaps or are integrally formed by at least one core.

更に本発明(請求項6)は、前記半径方向回転体位置
制御巻線は、前記複数の固定子鉄心の内2つの固定子鉄
心のみに巻回して構成した。
Further, in the present invention (claim 6), the radial direction rotating body position control winding is configured to be wound around only two stator cores among the plurality of stator cores.

更に本発明(請求項7)は、半径方向回転体位置制御
装置の前記半径方向回転体位置制御巻線付き電磁回転機
械は、回転子を非接触で支持し回転させるための固定子
巻線及び/又は回転子巻線と、前記回転子に対する半径
方向位置制御を、回転磁界を不平衡にし前記回転子中心
より半径方向に作用する力を発生させることで行うため
の半径方向回転体位置制御巻線を備える直流機、交流機
を含む電磁回転機械であって、該電磁回転機械は、前記
固定子巻線及び/又は回転子巻線について三相二相変換
及びdq変換、若しくはγδ変換の座標変換を行うことに
より、前記固定子周方向に均等配置される4極の等価巻
線Ndと、該等価巻線Ndと電気角π/2の位相差を有し、か
つ機械角π/4を隔て前記固定子周方向に均等配置される
4極の等価巻線Nqと、前記等価巻線Nd及び前記等価巻線
Nqと等価巻線が分離独立するように、かつ前記半径方向
回転体位置制御巻線について前記座標変換を行うことに
より前記等価巻線Ndと平行し前記回転子中心でお互いに
直交するように配置した2極の等価巻線の回転子位置制
御用等価巻線Nx及び回転子位置制御用等価巻線Nyを備え
る直流機モデルに等価変換可能であり、かつ前記回転子
の中心に位置する主軸に沿って直列に固定された複数の
回転子と、該回転子と半径方向に所定のギャップ長を隔
てて対峙する複数の固定子鉄心と、該固定子鉄心に配設
されたスロット内を前記主軸方向に貫通し巻回するトル
クを発生するための巻線と、該巻線と異なる極数を有す
るように前記各個の固定子鉄心毎に前記スロット内に同
時に巻回した前記半径方向回転体位置制御巻線を備えて
構成した。
Furthermore, the present invention (claim 7) provides an electromagnetic rotating machine with a radial rotating body position control winding of the radial rotating body position control device, wherein the stator winding for supporting and rotating the rotor in a non-contact manner; And / or a rotor winding and a radial rotor position control winding for performing radial position control on the rotor by generating a force acting radially from the center of the rotor by unbalancing the rotating magnetic field. An electromagnetic rotating machine including a DC machine and an AC machine provided with wires, wherein the electromagnetic rotating machine performs three-phase two-phase conversion and dq conversion or γδ conversion coordinates on the stator winding and / or the rotor winding. By performing the conversion, the equivalent winding Nd of four poles equally arranged in the circumferential direction of the stator, the equivalent winding Nd has a phase difference of electrical angle π / 2, and the mechanical angle π / 4 A four-pole equivalent winding Nq equally spaced in the circumferential direction of the stator, Ataimakisen Nd and the equivalent winding
Nq and the equivalent winding are separated and independent, and are arranged so as to be parallel to the equivalent winding Nd and orthogonal to each other at the center of the rotor by performing the coordinate transformation for the radial rotating body position control winding. It can be equivalently converted to a DC machine model having a rotor position control equivalent winding Nx and a rotor position control equivalent winding Ny of a two-pole equivalent winding, and a main shaft located at the center of the rotor. A plurality of rotors fixed in series along the rotor, a plurality of stator cores facing the rotors at a predetermined gap length in the radial direction, and a spindle disposed in a slot provided in the stator core. And a winding for generating a torque to be wound in the direction, and a position of the radial rotating body wound simultaneously in the slot for each of the stator cores so as to have a different number of poles from the winding. It was configured with a control winding.

更に本発明(請求項8)は、前記半径方向回転体位置
制御巻線付き電磁回転機械の前記複数の回転子及び前記
複数の固定子鉄心は、それぞれ間隙無く前記主軸方向に
連設若しくはそれぞれ少なくとも一つの鉄心にて一体化
して構成した。
Further, according to the present invention (claim 8), the plurality of rotors and the plurality of stator cores of the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding are connected to each other in the main axis direction without a gap or at least respectively. It was constructed integrally with one iron core.

更に本発明(請求項9)は、前記半径方向回転体位置
制御巻線付き電磁回転機械の前記半径方向回転体位置制
御巻線は、前記複数の固定子鉄心の内2つの固定子鉄心
のみに巻回して構成した。
Further, according to the present invention (claim 9), the radial rotating body position control winding of the electromagnetic rotating machine having the radial rotating body position control winding is provided only in two of the plurality of stator cores. It was wound up.

〔作用〕[Action]

請求項1の構成によれば、半径方向回転体位置制御巻
線付き電磁回転機械は電動機及び発電機の固定子巻線及
び/又は回転子巻線について三相二相変換及びdq変換若
しくはγδ変換の座標変換を行うことにより、固定子周
方向に均等配置した4極の等価巻線Ndと、等価巻線Nd
電気角π/2の位相差を有し、かつ機械角π/4隔て固定子
周方向に均等配置した4極の等価巻線Nqを備える直流機
モデルに等価変換可能である。そして、同様に半径方向
回転体位置制御巻線について座標変換を行うことにより
得られる2極の等価巻線の回転子位置制御用等価巻線Nx
及び回転子位置制御用等価巻線Nyは等価巻線Ndと平行
し、回転子中心で互いに直交する様に巻いている。半径
方向位置検出部では、回転子の半径方向位置を回転子と
非接触に検出する。そして、検出した半径方向位置と予
め回転子の半径方向位置を指令する半径方向位置指令値
を回転子位置比較部で比較し誤差値を出力する。その
後、この誤差値に基づき回転子に作用すべき半径方向力
指令値を半径方向力制御部で演算し出力する。ここで得
られた半径方向力指令値が、回転子に直接作用する半径
方向力と一致するように非干渉化部で逆行列演算を行
う。そして、回転磁界と非干渉化する電流指令値を算出
し出力する。制御巻線電流変換部では、この電流指令値
に基づき半径方向回転体位置制御巻線に電流を供給す
る。即ち、回転子位置制御用等価巻線Nx及び回転子位置
制御用等価巻線Nyに等価巻線Ndの回転磁界と周波数を同
期させた電流を流すと等価巻線Ndによる回転磁界は磁束
の総和は変化しない状態で不平衡となる。このとき不平
衡となった回転磁界により回転子中心より半径方向に作
用する力を発生する。この力により回転子の中心位置が
制御可能となる。半径方向回転体位置制御巻線には等価
巻線Ndの回転磁界と周波数を同期させた電流を流すた
め、回転子に対して磁束を静止でき放熱の難しい回転子
での発熱を少なくすることが出来る。この様に回転磁界
を回転子の中心位置制御に用いているため、回転子位置
制御用等価巻線Nx及び回転子位置制御用等価巻線Nyには
回転磁界を不平衡にするだけの僅かの電流を流せばよ
い。回転子位置制御用等価巻線Nx及び回転子位置制御用
等価巻線Nyには、かかる回転磁界の不平衡分に相当する
逆起電力だけが生ずる。また、半径方向の力を必要とし
ないときには、回転子位置制御用等価巻線Nx及び回転子
位置制御用等価巻線Nyに電流を流す必要は無い。更に、
回転子位置制御用等価巻線Nxと回転子位置制御用等価巻
線Nyは回転子中心で互いに直交する様に巻かれているた
め、一方の巻線で生じた磁束が他方の巻線に鎖交するこ
とは無く、半径方向回転体位置制御巻線同士がお互いに
干渉することは無い。このため、半径方向回転体位置制
御巻線の巻数、電源容量及び電流は小さくてすみ、効率
良くかつ速応性の高い回転子の中心位置制御が可能とな
る。なお、本発明は、4極の等価巻線Nd及び等価巻線Nq
を有する直流機モデルに等価変換可能な全ての電動機及
び発電機に対し適用が可能である。
According to the configuration of the first aspect, the electromagnetic rotating machine with the radial rotating body position control winding has three-phase two-phase conversion and dq conversion or γδ conversion for the stator winding and / or the rotor winding of the motor and the generator. by performing coordinate conversion has an equivalent winding N d quadrupole was uniformly placed in the stator circumferential direction, the phase difference of the equivalent winding N d and the electrical angle [pi / 2, and the mechanical angle [pi / 4 the dc machine model having the stator circumferentially spaced equivalent windings N q quadrupole were arranged uniformly be equivalent transformation. Similarly, the rotor position control equivalent winding N x of the two-pole equivalent winding obtained by performing the coordinate transformation on the radial rotating body position control winding.
And rotor position control equivalent winding N y is parallel to the equivalent winding N d, and wound so as to orthogonal to each other at the rotor center. The radial position detector detects the radial position of the rotor in a non-contact manner with the rotor. Then, the detected position in the radial direction is compared with a radial position command value for commanding the radial position of the rotor in advance by the rotor position comparing unit, and an error value is output. Thereafter, a radial force command value to be applied to the rotor is calculated and output by the radial force control unit based on the error value. An inverse matrix operation is performed by the decoupling unit so that the radial force command value obtained here matches the radial force acting directly on the rotor. Then, a current command value that makes the rotating magnetic field non-interfering is calculated and output. The control winding current converter supplies a current to the radial rotation body position control winding based on the current command value. That is, the rotating magnetic field by the equivalent winding N d When a current in synchronization with the rotating magnetic field and the frequency of the equivalent winding N d the rotor position control equivalent winding N x and rotor position control equivalent winding N y Becomes unbalanced in a state where the total magnetic flux does not change. At this time, an unbalanced rotating magnetic field generates a force acting radially from the center of the rotor. With this force, the center position of the rotor can be controlled. For flowing a current in synchronization with the rotating magnetic field and the frequency of the equivalent winding N d in the radial direction rotator position control windings, reducing the heat generated in the heat dissipation difficult rotor can still flux against rotor Can be done. Due to the use of a rotating magnetic field in this manner to the central position control of the rotor, only the rotor position control equivalent winding N x and rotor position control equivalent winding N y to the rotating magnetic field to unbalance A small amount of current may be applied. The rotor position control equivalent winding N x and rotor position control equivalent winding N y, only the counter electromotive force corresponding to the unbalanced content of such rotating magnetic field is generated. Also, when not required radial force, it is not necessary to flow a current in the rotor position control equivalent winding N x and rotor position control equivalent winding N y. Furthermore,
Since the rotor position control equivalent winding N x and rotor position control equivalent winding N y are wound so as to orthogonal to each other rotor center magnetic flux other winding generated in one winding The radially rotating body position control windings do not interfere with each other. For this reason, the number of turns, the power supply capacity, and the current of the radial direction rotating body position control winding can be reduced, and the center position of the rotor can be efficiently controlled with high responsiveness. Note that the present invention provides a four-pole equivalent winding Nd and an equivalent winding Nq.
It can be applied to all motors and generators that can be equivalently converted to a DC machine model having

請求項2の構成によれば、半径方向回転体位置制御巻
線付き電磁回転機械は突極形の回転子を有する突極同期
機である。突極同期機を用いて請求項1の半径方向回転
体位置制御装置を構成すると、非干渉化部において回転
子に作用する回転座標系xy方向の半径方向力と、半径方
向回転体位置制御巻線の対応する方向の電流値間の比を
大きく((1+突極機の形状度p)倍)出来る。一方、
半径方向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械の電流の
大きさ及び電流の位相角に応じた干渉項の影響は小さく
((1−突極機の形状度p)倍)なる。このゲインの差
異考慮した逆行列を制御系で構成することにより、突極
に起因した干渉項を予め非干渉化し、半径方向回転体位
置制御装置の制御性を向上させることが出来る。
According to the configuration of the second aspect, the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding is a salient pole synchronous machine having a salient pole type rotor. When the salient-pole synchronous machine is used to constitute the radial rotator position control device, the radial force acting on the rotor in the decoupling section in the xy direction in the rotational coordinate system and the radial rotator position control winding are controlled. The ratio between the current values in the corresponding direction of the line can be increased ((1 + shape p of salient pole machine) times). on the other hand,
The influence of the interference term according to the magnitude of the current and the phase angle of the current of the electromagnetic rotating machine having the radial direction rotating body position control winding is small ((1−shape p of salient pole machine) times). By constructing the inverse matrix in consideration of the gain difference in the control system, the interference term caused by the salient pole is decoupled in advance, and the controllability of the radial direction rotating body position control device can be improved.

請求項3の構成によれば、半径方向回転体位置制御つ
き電磁回転機械装置は、電機子反作用を生じる回転機で
ある。回転座標系xyにおいて、x、y座標系方向の半径
方向力と、電動機制御からd軸電流idとトルク電流iqを
得、d軸電流を対角要素とし、トルク電流を非対角要素
とする行列式を構成する。そして、この逆行列をあらか
じめ演算することにより半径方向回転体位置制御巻線に
対する電流指令値を算出し、トルク電流に対してあらか
じめ非干渉化し、半径方向回転体位置制御装置の制御性
を向上させることが出来る。
According to the configuration of the third aspect, the electromagnetic rotating machine device with the radial direction rotating body position control is a rotating machine that generates an armature reaction. In the rotating coordinate system xy, the radial force in the x and y coordinate system directions, the d-axis current id and the torque current iq are obtained from the motor control, the d-axis current is set as a diagonal element, and the torque current is set as a non-diagonal element. Construct the determinant. Then, by calculating the inverse matrix in advance, a current command value for the radial direction rotating body position control winding is calculated, the torque command is decoupling in advance, and the controllability of the radial direction rotating body position control device is improved. I can do it.

請求項4の構成によれば、トルクを発生するための巻
線(以下、電動機巻線という)は複数の固定子鉄心に配
設されたスロット内を主軸方向に貫通し端部で巻回す
る。このことにより、電動機巻線のコイルエンドは端部
にのみ存在することになり、固定子鉄心間ではコイルエ
ンドを省略出来、電磁回転機械の軸長を短く出来る。対
峙した回転子と固定子の組み合わせ(電磁機械部)は何
段でも連設可能なため出力範囲を容易に拡大出来る。ま
た、半径方向回転体位置制御巻線は、電動機巻線と巻線
を分離独立させ、かつ電動機巻線の極数と異なる極数を
有する様に固定子鉄心単位に同じスロット内に同時に巻
回する。この様に巻線を分離したことにより、電動機巻
線による回転磁界を回転子の中心位置制御に用いながら
も回転磁界を形成する電動機巻線の電流駆動器には速応
性は要求されない。また、電動機巻線と異なる極数とし
たことにより回転磁界を不平衡にし、回転子中心より半
径方向に作用する力を発生することが出来る。更に、同
じスロット内に電動機巻線と共に半径方向回転体位置制
御巻線を配設したため、電磁回転機械の有効軸長をその
まま軸受の有効軸長とし、軸長の割に磁気軸受の負荷耐
量を高くすることが出来、更に小形軽量化出来る。本発
明は固定子巻線及び/又は回転子巻線について座標変換
を行うことにより、4極の等価巻線Ndと、4極の等価巻
線Nqを有する直流機モデルに等価変換可能な全ての直流
電動機、交流電動機、直流発電機及び交流発電機に適用
が可能である。
According to the configuration of the fourth aspect, a winding for generating torque (hereinafter referred to as an electric motor winding) passes through slots provided in the plurality of stator cores in the main shaft direction and is wound at the ends. . As a result, the coil end of the motor winding is present only at the end, and the coil end can be omitted between the stator cores, and the shaft length of the electromagnetic rotating machine can be shortened. Combinations of rotors and stators (electromagnetic machines) that face each other can be connected in any number of stages, so that the output range can be easily expanded. In addition, the radial direction rotating body position control winding is wound separately in the same slot for each stator core so that the motor winding and the winding are separated and independent, and have a number of poles different from the number of poles of the motor winding. I do. Since the windings are separated in this manner, a quick response is not required for a current driver of the motor winding that forms the rotating magnetic field while using the rotating magnetic field generated by the motor winding for controlling the center position of the rotor. Further, by setting the number of poles different from that of the motor winding, the rotating magnetic field is unbalanced, and a force acting in the radial direction from the center of the rotor can be generated. In addition, since the radial rotating body position control winding is arranged together with the motor winding in the same slot, the effective shaft length of the electromagnetic rotating machine is used as the effective shaft length of the bearing as it is, and the load bearing capacity of the magnetic bearing is compared with the shaft length. The height can be increased, and the size and weight can be further reduced. The present invention is by performing a coordinate transformation on the stator windings and / or the rotor winding, equivalent windings N d of 4-pole, capable equivalent converted to DC machine model with an equivalent winding N q quadrupole It is applicable to all DC motors, AC motors, DC generators and AC generators.

請求項5の構成によれば、半径方向回転体位置制御巻
線付き電磁回転機械の複数の回転子及び複数の固定子鉄
心は、それぞれ間隙無く主軸方向に連設若しくはそれぞ
れ少なくとも一つの鉄心にて一体化する。このことによ
り、複数の電磁機械部を連設若しくは一体化したにもか
かわらずあたかも一つの電磁機械部で構成した様に軸長
は最短で、かつ出力範囲を大きく取ることが出来る。
According to the configuration of claim 5, the plurality of rotors and the plurality of stator cores of the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding are each connected in the main shaft direction without a gap, or at least one each. Integrate. As a result, the shaft length can be minimized and the output range can be widened as if it were constituted by a single electromagnetic mechanical section despite the fact that a plurality of electromagnetic mechanical sections were connected or integrated.

請求項6の構成によれば、半径方向回転体位置制御巻
線付き電磁回転機械の半径方向回転体位置制御巻線は、
複数の固定子鉄心の内2つの固定子鉄心のみに巻回す
る。主軸方向の2箇所にのみ半径方向回転体位置制御巻
線を巻回すれば、2点で主軸を制御することになるため
主軸の安定化を考える上で十分な場合が多いからであ
る。
According to the configuration of claim 6, the radial rotating body position control winding of the electromagnetic rotating machine with the radial rotating body position control winding is:
Wind around only two stator cores of the plurality of stator cores. This is because if the radial direction rotating body position control winding is wound only at two positions in the main shaft direction, the main shaft will be controlled at two points, so that it is often sufficient to consider stabilization of the main shaft.

請求項7の構成によれば、半径方向回転体位置制御巻
線付き電磁回転機械は複数の電磁機械部を主軸方向に連
設する。そして、各固定子鉄心には半径方向回転体位置
制御巻線が巻かれ、各々の半径方向回転体位置制御巻線
に対し請求項1と同様の制御を行う。このことにより、
請求項1の効果に加え、主軸方向の複数個所で半径方向
位置制御を行うため主軸の半径方向位置を一層安定させ
ることが出来、かつ出力範囲も大きく取ることが出来
る。
According to the configuration of the seventh aspect, the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding has a plurality of electromagnetic machine sections connected in the main axis direction. Each stator core is wound with a radial direction rotating body position control winding, and the same control as in claim 1 is performed on each radial direction rotating body position control winding. This allows
In addition to the effects of the first aspect, since the radial position control is performed at a plurality of positions in the main shaft direction, the radial position of the main shaft can be further stabilized, and the output range can be widened.

請求項8の構成によれば、半径方向回転体位置制御巻
線付き電磁回転機械の複数の回転子及び複数の固定子鉄
心は、それぞれ間隙無く主軸方向に連設若しくはそれぞ
れ少なくとも一つの鉄心にて一体化する。かかる半径方
向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械を用いて請求項
7と同様の半径方向位置制御を行う。このことにより、
請求項7と同様の効果が得られる。
According to the configuration of claim 8, the plurality of rotors and the plurality of stator cores of the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding are respectively connected in the main shaft direction without a gap or at least one each. Integrate. The same radial position control as in claim 7 is performed by using such an electromagnetic rotating machine with a radial direction rotating body position control winding. This allows
The same effect as the seventh aspect is obtained.

請求項9の構成によれば、半径方向回転体位置制御巻
線付き電磁回転機械の半径方向回転体位置制御巻線は、
複数の固定子鉄心の内2つの固定子鉄心のみに巻回す
る。かかる半径方向回転体位置制御巻線付き電磁回転機
械を用いて請求項7と同様の半径方向位置制御を行う。
このことにより、回転子位置制御は主軸方向の2箇所で
行うことになるため安定して行うことが出来る。
According to the configuration of claim 9, the radial rotating body position control winding of the electromagnetic rotating machine with the radial rotating body position control winding is:
Wind around only two stator cores of the plurality of stator cores. The same radial position control as in claim 7 is performed by using such an electromagnetic rotating machine with a radial direction rotating body position control winding.
As a result, the rotor position control is performed at two points in the main shaft direction, so that the control can be performed stably.

〔実施例〕〔Example〕

以下に、第3図に示す動作原理図に基づいて本発明の
動作原理を説明する。
The operation principle of the present invention will be described below with reference to the operation principle diagram shown in FIG.

第3図は4極の電動機モデルを示している。このモデ
ルは直流電動機と等しく、交流電動機の多くは座標変換
(三相二相変換及びdq変換若しくはγδ変換)を施して
等価的にこのモデルに変換することができるので、交流
機の一般化モデルである。第3図には、電動機の磁束あ
るいは界磁起磁力方向の等価巻線Ndとそれに電気角π/2
隔てて直交する等価巻線Nqが施してある。加えて2極の
回転子位置制御用等価巻線Nx,Nyが施してある。座標軸
d,qはそれぞれ等価巻線Nd,Nqの起磁力方向の座標軸で
ある。また、座標軸x,yはそれぞれ回転子位置制御用等
価巻線Nx,Nyの起磁力方向の座標軸である。
FIG. 3 shows a 4-pole motor model. This model is equivalent to a DC motor, and many AC motors can be equivalently converted to this model by performing coordinate conversion (three-phase two-phase conversion and dq conversion or γδ conversion). It is. The third figure, equivalent windings of the magnetic flux or field magnetomotive force direction of the motor N d and it to an electrical angle of [pi / 2
Equivalent windings Nq are provided at right angles to each other. In addition two-pole rotor position control equivalent winding N x, N y is are subjected. Coordinate axes
d and q are coordinate axes in the magnetomotive force direction of the equivalent windings N d and N q , respectively. Further, coordinate axes x, y are the coordinate axes of the magnetomotive force direction of the respective rotor position control equivalent winding N x, N y.

いま、電動機が無負荷で運転している場合を考える
と、等価巻線Nqの巻線電流iq=0であり、等価巻線Nd
電流idだけが流れる。回転子位置制御用等価巻線Nx,Ny
の図中に示す方向の電流をそれぞれix,iyとすれば、ix
=iy=0であれば電動機に発生する起磁力Fx +,Fx -,Fy
+,Fy -の大きさは等しい。そこで、図示しない回転子1
が中心に位置していれば、発生する磁束は対称であるの
で、回転子位置制御用等価巻線Nx,Nyに鎖交する磁束の
総和は0である。したがって、回転子位置制御用等価巻
線Nx,Nyには速度起電力が生じない。また、4つの等し
い大きさの平衡した磁束が発生するため回転子1には電
磁力が発生しない。
Now, considering the case where the motor is operating at no load, a winding current i q = 0 of the equivalent winding N q, only the current i d of the equivalent winding N d flows. Rotor position control equivalent winding N x, N y
If the direction of the current shown in diagram each i x, and i y, i x
= I magnetomotive force generated in the case if the motor is y = 0 F x +, F x -, F y
+, F y - size are equal. Therefore, the rotor 1 (not shown)
If There is in the center, the magnetic flux generated is because it is symmetrical, the rotor position control equivalent winding N x, the sum of the magnetic flux interlinked with the N y is 0. Therefore, the rotor position control equivalent winding N x, the N y no speed electromotive force. Further, since four equal-sized balanced magnetic fluxes are generated, no electromagnetic force is generated in the rotor 1.

しかし、ix,iyが0でないときはix,iyによる起磁力
が重畳される。いま、図中の方向にixを流すとFx +は増
加し、Fx -は減少する。このため回転子1を通る磁束が
x方向に不平衡となり、xの正方向の電磁力が回転子1
に作用する。また、同様に図中の方向にiyを流すとy方
向の磁束が不平衡となり、回転子1にはyの正方向の電
磁力が発生する。この時発生する電磁力の大きさは後に
明らかにするように電動機の回転磁界を形成する磁束と
回転子位置制御用等価巻線Nx,Nyの電流ix,iyに比例す
る。したがって、この発明による磁気軸受機能を持った
電磁回転機械は、従来の磁気軸受のように位置制御のた
めに励磁磁束を形成する必要がなく、励磁磁束として電
動機の発生する磁束を利用している。
However, when i x and i y are not 0, the magnetomotive force due to i x and i y is superimposed. Now, F x + increases the flow direction i x in FIG, F x - is reduced. For this reason, the magnetic flux passing through the rotor 1 becomes unbalanced in the x direction, and the electromagnetic force in the positive direction of x
Act on. Similarly, when i y flows in the direction shown in the drawing, the magnetic flux in the y direction becomes unbalanced, and the rotor 1 generates an electromagnetic force in the positive y direction. At this time generated electromagnetic force of magnitude flux and rotor position control equivalent winding N x forming a rotating magnetic field of the motor so as to later revealed, N y of the current i x, proportional to i y. Therefore, the electromagnetic rotating machine having the magnetic bearing function according to the present invention does not need to form an exciting magnetic flux for position control unlike a conventional magnetic bearing, and utilizes a magnetic flux generated by an electric motor as the exciting magnetic flux. .

このようにして回転子1の磁束に固定した座標系で位
置制御用の等価巻線を構成し、この電流を制御すること
により回転機の励磁磁束を積極的に不平衡して回転子1
の位置を制御することができる。このような等価巻線と
電流は、後に述べるように、交流機の場合も、たとえば
4極の回転機(本発明の原理は直流機に等価交換可能な
4極以上の全ての電磁回転機械に応用可能である。)で
あれば、電機子に2極の巻線を施し、回転磁界と周波数
を同期させた電流を流すことにより容易に実現できる。
さらに、電動機の極数に応じて、励磁磁束を効果的に不
平衡にするような回転体位置制御巻線の巻き方を工夫す
ればよく、例えば、8極の電動機であれば4極あるいは
2極の半径方向回転体位置制御巻線を施せばよい。また
逆に、2極の電動機であれば4極あるいは8極の半径方
向回転体位置制御巻線を施しても良い。
In this manner, an equivalent winding for position control is constituted by a coordinate system fixed to the magnetic flux of the rotor 1, and by controlling this current, the exciting magnetic flux of the rotating machine is unbalanced positively.
Can be controlled. As will be described later, such an equivalent winding and current are applied to an AC machine, for example, in a four-pole rotating machine (the principle of the present invention applies to all four-pole or more electromagnetic rotating machines that can be equivalently exchanged for a DC machine). This can be easily realized by applying a two-pole winding to the armature and passing a current whose frequency is synchronized with the rotating magnetic field.
Further, the winding method of the rotating body position control winding may be devised so that the exciting magnetic flux is effectively unbalanced in accordance with the number of poles of the motor. What is necessary is just to apply the pole radial rotation body position control winding. Conversely, if the motor is a two-pole motor, a four-pole or eight-pole radial rotating body position control winding may be provided.

したがって、電動機は第3図のように等価交換ができ
る電動機であればよい。そこで、例えば円筒形同期電動
機、突極形同期電動機、リラクタンス電動機、櫛形電動
機、永久磁石形回転機などの同期機や誘導電動機などに
広く適用することができる。
Therefore, the electric motor may be any electric motor that can be exchanged equivalently as shown in FIG. Therefore, the present invention can be widely applied to synchronous machines such as cylindrical synchronous motors, salient pole synchronous motors, reluctance motors, comb motors, permanent magnet rotating machines, and induction motors.

一方、このように励磁磁束が不平衡になると、電動機
の特性に悪い影響が生じるのではないか。また、回転体
制御を行うための励磁磁束が回転磁界であるため、逆起
電力が大きくなり回転体位置制御用電流の交換器はきわ
めて大きいものが必要となるのではないか等の疑問が生
じる。
On the other hand, if the excitation magnetic flux becomes unbalanced in this way, may the characteristics of the motor be adversely affected? In addition, since the exciting magnetic flux for controlling the rotating body is a rotating magnetic field, the back electromotive force increases, and a question arises as to whether an extremely large current exchanger for controlling the rotating body position is required. .

しかし、回転子位置制御用等価巻線Nxの電流ixにより
x方向に不平衡磁束が生じても、x方向の磁束により電
動機巻線に鎖交する磁束の総和は変化しない。したがっ
て、位置制御のために発生する磁束の不平衡は、電動機
巻線の出力端子には全く影響を及ぼさない。
However, even if unbalanced magnetic flux is generated in the x direction due to the current i x of the rotor position control equivalent winding N x , the total magnetic flux linked to the motor winding is not changed by the magnetic flux in the x direction. Therefore, the unbalance of the magnetic flux generated for the position control has no effect on the output terminal of the motor winding.

また、回転子位置制御用等価巻線Nx,Nyが対称であれ
ば回転子位置制御用等価巻線Nxを鎖交する磁束は回転子
位置制御用等価巻線Nyにより生じる磁束により増減しな
いので、制御巻線が互いに干渉することはない。さら
に、磁束が平衡している場合には回転子位置制御用等価
巻線Nx,Nyの総磁束鎖交数はそれぞれ0となるので回転
子位置制御用等価巻線Nx,Nyには励磁磁束による逆起磁
力が発生しない。したがって、回転子位置制御用等価巻
線Nx,Nyは磁束の不平衡分による逆起電力だけが生じ
る。このため、電動機の励磁磁束を回転体位置制御の励
磁磁束として用いながらも回転磁界による位置制御装置
の電圧容量の増加を避けることができ、安価となる。
Further, the rotor position control equivalent winding N x, N y is the chain rotor position control equivalent winding N x if symmetrical interlinking magnetic flux by a magnetic flux generated by the rotor position control equivalent winding N y Since it does not increase or decrease, the control windings do not interfere with each other. Furthermore, if the rotor position control equivalent winding N x magnetic flux is balanced, the total flux linkage so becomes 0 each rotor position control equivalent winding N x of N y, the N y No back magnetomotive force is generated by the exciting magnetic flux. Therefore, the rotor position control equivalent winding N x, N y only counter electromotive force is caused by the imbalance component of the magnetic flux. For this reason, it is possible to avoid an increase in the voltage capacity of the position control device due to the rotating magnetic field while using the exciting magnetic flux of the electric motor as the exciting magnetic flux for controlling the position of the rotating body.

この方法の特長をまとめると、 (a)回転子に対して主磁束が静止しているため、放熱
の難しい回転子での発熱がきわめて少ない。
The features of this method are summarized as follows: (a) Since the main magnetic flux is stationary with respect to the rotor, heat generation by the rotor that is difficult to dissipate heat is extremely small.

(b)電動機の主巻線と制御巻線が分離されているため
電動機駆動用電力変換器には速応性が要求されない。し
たがって、たとえば、簡単で安価な方形波インバータな
どでもよい。
(B) Since the main winding and the control winding of the motor are separated from each other, the power converter for driving the motor does not require quick response. Therefore, for example, a simple and inexpensive square wave inverter may be used.

(c)制御巻線は対称に施すことにより回転子励磁磁束
が発生する速度起電力を打ち消すことができ、制御用巻
線駆動電源の定格を大きく軽減でき、安価である。
(C) By applying the control winding symmetrically, the speed electromotive force generated by the rotor excitation magnetic flux can be canceled, the rating of the control winding drive power supply can be greatly reduced, and the cost is low.

(d)軸受の速応性を確保するための励磁磁束は、電動
機の励磁磁束で代用しているので従来の磁気軸受で問題
となる励磁電流が不用である。
(D) Since the exciting magnetic flux for ensuring the quick response of the bearing is substituted by the exciting magnetic flux of the electric motor, the exciting current which is a problem in the conventional magnetic bearing is unnecessary.

などの磁気回路構成上の特長がある。さらに、 (e)座標変換により直流機に等価変換可能な全ての電
動機に応用できる。
There are features in the magnetic circuit configuration such as Further, (e) the present invention can be applied to all electric motors that can be equivalently converted to DC motors by coordinate conversion.

(f)2つ以上の電磁機械部を同一軸上で直結すること
により容易に高出力化することができる。
(F) It is possible to easily increase the output by directly connecting two or more electromagnetic mechanical units on the same axis.

(g)電動機の軸長がそのまま軸受の軸長となるので、
磁気軸受の剛性を高めることができると共に負荷耐量を
大きく取れる。さらに、小形軽量化できる。
(G) Since the shaft length of the motor becomes the shaft length of the bearing as it is,
The rigidity of the magnetic bearing can be increased and the load bearing capacity can be increased. Further, the size and weight can be reduced.

(h)電動機のコイルエンドが小さくなり軸長を短くす
ることができる。
(H) The coil end of the electric motor is reduced, and the shaft length can be shortened.

次に、第2図及び第4乃至8図に基づいて三相巻線と
の等価性について説明する。
Next, the equivalence with a three-phase winding will be described with reference to FIG. 2 and FIGS.

磁気軸受を必要とする電磁回転機はきわめて回転速度
が高いものが多い。したがって、回転機の種類としては
直流機よりも交流機である場合が多い。そこで、本発明
は両者に適用できるものの、以下では交流機について、
既に示した第3図の巻線との等価性について明らかにす
る。また、この際、理論を簡単化するために三相4極機
について論ずるが、本発明は相数2以上、極数2以上で
あれば応用できる。すなわち、単相の電動機などにも応
用できる。また、巻線を流れる電流の方向が異なると考
えれば、本発明の原理は電動機に限らず各種発電機にも
適用出来る。
Many electromagnetic rotating machines that require magnetic bearings have extremely high rotational speeds. Therefore, the type of rotating machine is often an AC machine rather than a DC machine. Therefore, although the present invention can be applied to both,
The equivalence with the winding shown in FIG. 3 will be clarified. At this time, a three-phase four-pole machine will be discussed in order to simplify the theory, but the present invention can be applied if the number of phases is two or more and the number of poles is two or more. That is, it can be applied to a single-phase electric motor and the like. If the direction of the current flowing through the windings is considered to be different, the principle of the present invention can be applied not only to the electric motor but also to various generators.

第2図は本発明の原理を適用した半径方向回転体位置
制御巻線付き電磁回転機械の概略断面図を示す(フレー
ム10は省略する)。第4図は第2図の矢視線I−Iによ
る断面図を示し、本発明を実現する交流機の巻線分布の
一例を示している(回転子1は省略する)。フレーム10
内には主軸2が遊嵌された状態で格納されている。そし
て、回転子1A,1Bは主軸2に固定され主軸2と共に回転
磁界により回転するようになっている。回転子1A,1Bは
主軸2の方向に2段連設して構成されている。回転子1
A,1Bの周方向には、所定のギャップ長を隔てて対峙する
固定子鉄心3A,3Bが2段連設されている。電動機巻線5
は回転磁界を発生するようになっている。電動機巻線5
は、固定子鉄心3A,3Bに各々配設されたスロット7A,7B内
を主軸2に平行に貫通して構成される。電動機巻線5の
各相Nu,Nv,Nwの巻き方向は第4図に示す電流方向の通
りであり、本実施例では4極で構成している。電動機巻
線Nuの起磁力の方向を起点とする固定子に固定した角度
をφsとする。
FIG. 2 is a schematic sectional view of an electromagnetic rotating machine having a radial rotating body position control winding to which the principle of the present invention is applied (the frame 10 is omitted). FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 2, and shows an example of a winding distribution of an AC machine for realizing the present invention (the rotor 1 is omitted). Frame 10
The main shaft 2 is loosely fitted therein. The rotors 1A and 1B are fixed to the main shaft 2 and rotate with the main shaft 2 by a rotating magnetic field. The rotors 1A and 1B are arranged in two stages in the direction of the main shaft 2. Rotor 1
In the circumferential direction of A and 1B, two-stage stator cores 3A and 3B facing each other with a predetermined gap length therebetween are provided. Motor winding 5
Generates a rotating magnetic field. Motor winding 5
Are formed so as to penetrate through slots 7A and 7B provided in the stator cores 3A and 3B, respectively, in parallel with the main shaft 2. Each phase N u of the motor windings 5, N v, the winding direction of the N w is as current direction shown in FIG. 4, in the present embodiment is constituted by four poles. The fixed angle in the stator originating direction of the magnetomotive force of the motor windings N u and phi s.

半径方向回転体位置制御巻線4A,4Bの各相Nub,Nvb,N
wbは、電動機巻線5による回転磁界を不平衡にするもの
で、各固定子鉄心3A,3B毎に独立して巻かれる(電動機
巻線5とも独立して巻かれる)。半径方向回転体位置制
御巻線4は、第4図に示す様に電動機巻線5と同一のス
ロット7A,7B内に巻かれている。本実施例では2極で構
成している。電動機巻線5A,5Bは電動機巻線5のコイル
エンドを示し、電動機巻線5Cは電動機巻線5の内固定子
鉄心3A,3B間を貫通する部分を示す。半径方向回転体位
置制御巻線4A,4Bは半径方向回転体位置制御巻線4のコ
イルエンドを示す。
Each phase N ub , N vb , N of the radial direction rotating body position control windings 4A, 4B
wb unbalances the rotating magnetic field generated by the motor winding 5 and is wound independently for each of the stator cores 3A and 3B (wound independently of the motor winding 5). The radial rotating body position control winding 4 is wound in the same slots 7A and 7B as the motor winding 5 as shown in FIG. In this embodiment, it is composed of two poles. The motor windings 5A and 5B indicate the coil ends of the motor winding 5, and the motor winding 5C indicates the portion of the motor winding 5 that passes through between the inner stator cores 3A and 3B. The radial direction rotating body position control windings 4A and 4B indicate the coil ends of the radial direction rotating body position control winding 4.

この様に、本実施例は回転子1A及び固定子鉄心3Aを備
える一つの電磁機械部と、それと等価な回転子1B及び固
定子鉄心3Bを備える他の電磁機械部の2つの部分から構
成されている。
As described above, the present embodiment is composed of two parts, one electromagnetic machine unit including the rotor 1A and the stator core 3A, and another electromagnetic machine unit including the equivalent rotor 1B and the stator core 3B. ing.

次にその作用を説明する。 Next, the operation will be described.

第2図において、電動機巻線5に三相電流を流すこと
により回転子1A,1Bの周方向には回転磁界が発生してい
る。電動機巻線5には回転体位置制御用の電流は流さ
ず、新たに電動機巻線5と同一のスロット7A,7B内に同
時に電動機巻線5と異なる極数を有する半径方向回転体
位置制御巻線4を施し、この新たな半径方向回転体位置
制御巻線4を用いて、電動機が発生する回転磁界を利用
しながら回転体の位置制御を行う。すなわち、この半径
方向回転体位置制御巻線4の電流を電動機の回転磁界と
周波数を同期して調整することにより、電動機の回転磁
界を積極的に不平衡にし、この不平衡により生じる電磁
力を利用して回転体の半径方向の位置を制御するもので
ある。
In FIG. 2, a rotating magnetic field is generated in the circumferential direction of the rotors 1A and 1B by flowing a three-phase current through the motor winding 5. No current for controlling the position of the rotating body is passed through the motor winding 5, and a new radially rotating body position control winding having a different number of poles from the motor winding 5 is simultaneously provided in the same slot 7 </ b> A, 7 </ b> B as the motor winding 5. The line 4 is applied, and the position of the rotating body is controlled using the new radial rotating body position control winding 4 while utilizing the rotating magnetic field generated by the electric motor. That is, by adjusting the current of the radial direction rotating body position control winding 4 in synchronization with the frequency of the rotating magnetic field of the motor, the rotating magnetic field of the motor is positively unbalanced, and the electromagnetic force generated by the unbalance is reduced. This is used to control the position of the rotating body in the radial direction.

半径方向回転体位置制御巻線4には回転磁界を不平衡
にするだけの電流を流せば良いので、その導体数は電動
機巻線5より少ない。したがって、半径方向回転体位置
制御巻線4のコイルエンド4A,4Bは従来の回転磁界を発
生して半径方向位置を制御する方式よりはるかに小さく
できる。
Since a current sufficient to unbalance the rotating magnetic field only needs to flow through the radial direction rotating body position control winding 4, the number of conductors is smaller than that of the motor winding 5. Therefore, the coil ends 4A, 4B of the radial direction rotating body position control winding 4 can be made much smaller than the conventional method of generating a rotating magnetic field to control the radial position.

一方、導体数が大きい電動機巻線5は装置の両端にの
みコイルエンド5A,5Bがあるだけで、電動機巻線5Cの部
分は巻線がコイルエンドとならずに、固定子鉄心3A,3B
間を貫いている。したがって、電磁機械の軸長の多くを
占めている電動機巻線5のコイルエンドは電動機巻線5C
部分にコイルエンドが存在しない分省略出来、電磁機械
全体として従来の約半分に省略することができる。すな
わち、従来方式に比較して既に指摘した(a),(j)
の欠点がない。このように励磁磁束を不平衡にする手法
には新しく制御巻線を施す方法の他にも、電動機巻線5
を分割して磁束を独立に制御してもよい。
On the other hand, the motor winding 5 having a large number of conductors has coil ends 5A and 5B only at both ends of the device, and the motor winding 5C does not have the windings as the coil ends and the stator cores 3A and 3B.
It runs through. Therefore, the coil end of the motor winding 5 occupying most of the axial length of the electromagnetic machine is the motor winding 5C.
Since the coil end does not exist in the portion, it can be omitted, and the electromagnetic machine as a whole can be omitted in about half of the conventional case. That is, (a) and (j) already pointed out in comparison with the conventional method.
There are no drawbacks. In order to make the excitation magnetic flux unbalanced as described above, besides the method of newly providing a control winding, the motor winding 5
May be divided to control the magnetic flux independently.

さらに、第2図は2つの電磁機械部分からなるが、こ
れを3つ以上により構成する場合はコイルエンドが軸長
にしめる割合をさらに小さくすることができる。その際
には端の部分のみに半径方向回転体位置制御巻線4を施
し、その間の部分は電動機巻線5のみとすることもでき
る。このようにすると電磁機械部の構成や電流駆動源の
構成は簡略化できる。
Further, although FIG. 2 is composed of two electromagnetic machine parts, if it is composed of three or more parts, the ratio of the coil end to the axial length can be further reduced. In that case, the radial direction rotating body position control winding 4 may be applied only to the end portion, and only the motor winding 5 may be provided between the end portions. By doing so, the configuration of the electromagnetic mechanical unit and the configuration of the current drive source can be simplified.

また、固定子鉄心3、回転子1を第2図のように2つ
の電磁機械部分に分けずに一つの鉄心により構成するこ
とができる。このようにすれば電磁機械の構成はより簡
単化できる。
Further, the stator core 3 and the rotor 1 can be constituted by one iron core without being divided into two electromagnetic mechanical parts as shown in FIG. In this way, the configuration of the electromagnetic machine can be further simplified.

第4図に示すように電動機巻線5には半径方向回転体
位置制御用の電流は流さず、新たに電動機巻線5と同じ
スロットに同時に半径方向回転体位置制御巻線4を施し
ている。したがって、この新たな半径方向回転体位置制
御巻線4を用いて、電動機が発生する回転磁界を利用し
ながら回転体の位置制御を行うことができる。半径方向
回転体位置制御巻線4は、電動機巻線5の極数と異なる
極数を有するように巻かれる。このことにより、電磁回
転機械が発生する回転磁界を積極的に不平衡にし、回転
体の半径方向に作用する力を発生させるという本発明の
原理に基づき回転子1の位置制御が行われる。
As shown in FIG. 4, a current for controlling the position of the rotary body in the radial direction is not supplied to the motor winding 5, and the radial direction rotary body position control winding 4 is simultaneously provided in the same slot as the motor winding 5. . Therefore, the position of the rotating body can be controlled using the new radial direction rotating body position control winding 4 while utilizing the rotating magnetic field generated by the electric motor. The radial rotating body position control winding 4 is wound so as to have a different number of poles from the number of poles of the motor winding 5. Accordingly, the position of the rotor 1 is controlled based on the principle of the present invention in which the rotating magnetic field generated by the electromagnetic rotating machine is positively unbalanced and a force acting in the radial direction of the rotating body is generated.

第5図は電動機巻線5、半径方向回転体位置制御巻線
4に単位電流を流したときの起磁力分布である。固定子
鉄心3からみた回転子1の回転方向を時計回りとすれ
ば、各起磁力の基本波成分は回転子1の磁束方向を起点
とし時計と逆方向の角度をφr、固定子鉄心3のu相起
磁力方向を起点とし、回転子1の磁束方向までの時計回
りの角度をφとして、 Nu=Ncos(2φr−2φ) (1) Nv=Ncos(2φr−2φ+2π/3) (2) Nw=Ncos(2φr−2φ+4π/3) (3) Nub=Nbcos(φr−φ) (4) Nvb=Nbcos(φr−φ+2π/3) (5) Nwb=Nbcos(φr−φ+4π/3) (6) となる。いま、電動機巻線5の各iu,iv,iw電流、半径
方向回転体位置制御巻線4の各iub,ivb,iwb電流を iu=Icos(2φ+θ) (7) iv=Icos(2φ+θ−2π/3) (8) iw=Icos(2φ+θ−4π/3) (9) iub=Ibcos(φ−θb) (10) ivb=Ibcos(φ−θb−2π/3) (11) iwb=Ibcos(φ−θb−4π/3) (12) とする。第6図は(7)〜(12)の関係を示している。
FIG. 5 shows the magnetomotive force distribution when a unit current is applied to the motor winding 5 and the radial rotating body position control winding 4. Assuming that the rotation direction of the rotor 1 as viewed from the stator core 3 is clockwise, the fundamental wave component of each magnetomotive force starts from the direction of the magnetic flux of the rotor 1 and the angle in the direction opposite to the clock is φ r , and the stator core 3 and starting from the u Aioko force direction, as the angle of clockwise to the magnetic flux direction of the rotor 1 φ, N u = Ncos ( 2φ r -2φ) (1) N v = Ncos (2φ r -2φ + 2π / 3 ) (2) N w = Ncos (2φ r -2φ + 4π / 3) (3) N ub = Nbcos (φ r -φ) (4) N vb = Nbcos (φ r -φ + 2π / 3) (5) N wb = Nbcos (φ r -φ + 4π / 3) and made (6). Now, each of the i u , i v , i w currents of the motor winding 5 and each i ub , i vb , i wb current of the radial direction rotating body position control winding 4 are represented by i u = Icos (2φ + θ) (7) i v = Icos (2φ + θ−2π / 3) (8) i w = Icos (2φ + θ−4π / 3) (9) i ub = I b cos (φ−θ b ) (10) i vb = I b cos (φ −θ b −2π / 3) (11) Let i wb = I b cos (φ−θ b −4π / 3) (12) FIG. 6 shows the relationship of (7) to (12).

電動機巻線5とその電流による三相合成起磁力F3は F3=Nuiu+Nviv+Nwiw =(3/2)NIcos(2φr+θ) (13) 制御巻線とその電流による三相合成起磁力Fbは Fb=Nubiub+Nvbivb+Nwbiwb =(3/2)NbIbcos(φr−θb) (14) 電動機巻線5による起磁力と半径方向回転体位置制御巻
線4による起磁力の和Fは F=(3/2)[NIcos(2φr+θ)+NbIbcos(φr
θb)] (15) いま、 Fd=(3/2)NIcosθ Fq=(3/2)NIsinθ Fy=(3/2)NbIbcosθb Fx=(3/2)NbIbsinθb とすれば F=Fdcos2φr−Fqsin2φr+Fycosφr+Fxsinφr(16) この式は、合成起磁力はφrと2φrの正弦波の関数の和
で表すことができること、したがって、FはFd,Fq
Fy,Fxの4つの成分を用いて表すことができることを示
している。このうちFd,Fqは電動機のd軸起磁力、q軸
起磁力である。しかし、Fyはy軸方向の起磁力であり、
FxはX軸方向の起磁力である。すなわち、第3図の等価
巻線Ndによる起磁力はFdによる起磁力に等価であり、等
価巻線Nqによる起磁力はFqに等価である。さらに、第3
図の回転子位置制御用等価巻線Nxによる起磁力はFxと等
価であり、回転子位置制御用等価巻線Nyによる起磁力は
Fyと等価である。したがって、第4図に示した巻線によ
り既に示した第3図の起磁力を発生することができる。
Three-phase synthesis magnetomotive force F 3 and the motor winding 5 by the current F 3 = N u i u + N v i v + N w i w = (3/2) NIcos (2φ r + θ) (13) and the control winding three-phase synthesis magnetomotive force F b due to the current F b = N ub i ub + N vb i vb + N wb i wb = (3/2) N b I b cos (φ r -θ b) (14) motor windings the sum of the magnetomotive force by 5 by magnetomotive force and radial rolling member position control winding 4 F is F = (3/2) [NIcos ( 2φ r + θ) + N b Ibcos (φ r -
θ b )] (15) Now, F d = (3/2) NIcosθ F q = (3/2) NIsin θ F y = (3/2) N b I b cosθ b F x = (3/2) N Assuming that b I b sin θ b , F = F d cos2φ r −F q sin2φ r + F y cosφ r + F x sinφ r (16) In this equation, the resultant magnetomotive force is the sum of the functions of φ r and 2φ r sine wave. And therefore F is F d , F q ,
It is shown that it can be represented using four components of F y and F x . Among them, F d and F q are the d-axis magnetomotive force and the q-axis magnetomotive force of the motor. However, F y is the magnetomotive force in the y-axis direction,
F x is the magnetomotive force in the X-axis direction. That is, the magnetomotive force due to the equivalent winding N d of FIG. 3 is equivalent to the magnetomotive force by F d, the magnetomotive force due to the equivalent winding N q is equivalent to F q. In addition, the third
Magnetomotive force by the rotor position control equivalent winding N x in the figure is equivalent to F x, magnetomotive force by the rotor position control equivalent winding N y is
It is equivalent to F y . Therefore, the magnetomotive force shown in FIG. 3 can be generated by the winding shown in FIG.

そこで、いま、 id=(3/2)Icosθ (17) iq=(3/2)Isinθ (18) iy=(3/2)Ibcosθb (19) ix=(3/2)Ibsinθb (20) と置くことにより第3図の等価巻線の電流を定義でき
る。このようにすると F=N(idcos2φr+iqsin2φr)+Nb(iycosφr+ixsi
r) (21) となる。
Therefore, now, i d = (3/2) Icosθ (17) i q = (3/2) Isinθ (18) i y = (3/2) I b cosθ b (19) i x = (3/2 ) I b sin θ b (20) defines the current of the equivalent winding in FIG. In this way F = N (i d cos2φ r + i q sin2φ r) + N b (i y cosφ r + i x si
r ) (21).

第7図、第8図はθ=0の場合、すなわち電動機出力
トルクが0の場合について 第7図はiy>0 ix=0(θb=0) 第8図はiy=0 ix>0(θb=90) の場合の合成起磁力を示している。iyによりy軸方向、
ixによりX軸方向の起磁力の振幅が増加している。した
がって、iyが正であれば回転子1にはy軸方向の力が生
じ、iyが負であればy軸負方向の力が生じる。
FIG. 7, the case of FIG. 8 is theta = 0, i.e., FIG. 7 for the case the motor output torque is 0 i y> 0 i x = 0 (θ b = 0) FIG. 8 is i y = 0 i It shows the combined magnetomotive force when x > 0 (θ b = 90). i y in the y-axis direction,
The amplitude of the magnetomotive force in the X-axis direction is increased by i x . Therefore, if i y is positive, a force is generated in the rotor 1 in the y-axis direction, and if i y is negative, a force is generated in the y-axis negative direction.

次に、第9図に示した図に基づいて偏心時のギャップ
長の変化について説明する。
Next, a change in the gap length at the time of eccentricity will be described based on the diagram shown in FIG.

以下では偏心によりパーミアンス分布がどの様に変化
するのかを明らかにするためギャップ長と偏心量の関係
を明らかにする。さらに、回転座標軸上のギャップ長と
固定子鉄心3に固定した座標系のギャップ長の関係を明
らかにする。
In the following, the relationship between the gap length and the amount of eccentricity will be clarified in order to clarify how the permeance distribution changes due to eccentricity. Further, the relationship between the gap length on the rotating coordinate axis and the gap length of the coordinate system fixed to the stator core 3 will be clarified.

固定子鉄心3の中心に直交したa,bの座標軸を第9図
に示すようにとる。a軸はφs=0、すなわちNuの起磁
力方向である。固定子鉄心3の内径の軌跡を表すベクト
ルRsのa,b軸成分による表示は、固定子内径をRsとすれ
ば Rs=Rs(cosφs,sinφs) (22) 一方、円筒状の回転子の外周上のベクトル軌跡Rrは、偏
心がないときのギャップ長g0と円状の回転子外径Rrを用
いて、回転子のa軸方向へのずれをg0Δa、b軸方向へ
のずれをg0Δbとすれば、 Rr=(Rrcosφs+g0Δa,Rrsinφs−g0Δb) (23) ギャップ長ベクトルRs−Rrは、 Rs−Rr=g0(cosφs−Δa,sinφs+Δb) (24) したがって、ギャップ長gは g=g0((cosφs−Δa)2+(sinφs+Δb)21/2 (25) Δa、Δbが1より充分小さいという条件下について考
えると g=g0(1−Δa cosφs+Δb sinφs) (26) と近似できる。このように近似しても、(26)式でのφ
s=0,90でのギャップ長の変化分はΔa,Δbである。し
たがって、Δa,Δbを検出すれば、(26)式から任意の
φsに対するギャップ長を算出することができる。
The coordinate axes a and b orthogonal to the center of the stator core 3 are set as shown in FIG. a axis φ s = 0, that is, the magnetomotive force direction N u. A vector R s representing the trajectory of the inner diameter of the stator core 3, display by b-axis component, if the stator inner diameter R s R s = R s ( cosφ s, sinφ s) (22) On the other hand, a cylindrical vector locus R r on the outer periphery shaped for the rotor, using a gap length g 0 and circular rotor outer diameter R r in the absence of eccentricity, g 0 a shift in the a-axis direction of the rotor Δa if the shift in the b-axis direction and g 0 Δb, R r = ( R r cosφ s + g 0 Δa, R r sinφ s -g 0 Δb) (23) gap length vector R s -R r is, R s -R r = g 0 (cosφ s -Δa, sinφ s + Δb) (24) Thus, the gap length g is g = g 0 ((cosφ s -Δa) 2 + (sinφ s + Δb) 2) 1/2 ( 25) Δa, Δb can be approximated to think about the condition that sufficiently smaller than 1 when g = g 0 (1-Δa cosφ s + Δb sinφ s) (26). Even with this approximation, φ in equation (26)
The changes in the gap length when s = 0,90 are Δa, Δb. Therefore, .DELTA.a, by detecting the [Delta] b, it is possible to calculate the gap length for any phi s from (26).

(26)式にφsとφr、φとの関係式 φs=φr−φ を代入すると g=g0[1−Δa cos(φr−φ)+Δb sin(φr
φ)] (27) この式からΔa,Δbを検出し、φを検出すれば任意のφ
rでのギャップ長を求めることができる。また、その際
のギャップ長のφrに対する変化はφrの正弦関数であ
る。そこで、回転子1の中心を原点とし回転子1に固定
した回転座標系xyを定義し、このX軸、y軸方向のギャ
ップ長をgx,gyとすれば、 次に、以下では回転子に作用する力について説明す
る。すなわち、円筒形同期電動機について回転体位置制
御巻線電流と回転子に作用する電磁力の関係を明らかに
する。さらに、突極形同期電動機、誘導電動機などの電
動機を取り上げ、これらの電動機でも円筒形同期電動機
で導出した電磁力の関係式が成り立つことを示す。
Substituting φ s = φ r −φ into φ s and φ r , φ into the equation (26) gives g = g 0 [1−Δa cos (φ r −φ) + Δb sin (φ r
φ)] (27) From this equation, Δa and Δb are detected, and if φ is detected, any φ
The gap length at r can be determined. Also, changes to phi r a gap length of time that is a sinusoidal function of phi r. Thus, a rotation coordinate system xy fixed to the rotor 1 with the center of the rotor 1 as the origin is defined, and the gap lengths in the X-axis and y-axis directions are g x and g y . Next, the force acting on the rotor will be described below. That is, the relationship between the rotor position control winding current and the electromagnetic force acting on the rotor is clarified for the cylindrical synchronous motor. In addition, we take up motors such as salient-pole synchronous motors and induction motors, and show that these motors also satisfy the relational expression of electromagnetic force derived from cylindrical synchronous motors.

[1]円筒同期電動機 円筒同期電動機では回転磁界は回転子に固定するとと
もに固定子が発生する既に(21)式に示した起磁力に対
して同期している。そこで、第3図のd軸は円筒同期機
の界磁起磁力方向とする。
[1] Cylindrical Synchronous Motor In a cylindrical synchronous motor, the rotating magnetic field is fixed to the rotor, and is synchronized with the magnetomotive force generated by the stator and represented by the expression (21). Therefore, the d-axis in FIG. 3 is the direction of the field magnetomotive force of the cylindrical synchronous machine.

回転子の発生する起磁力は回転子の電動機巻線あるい
は永久磁石による起磁力である。この起磁力は(21)式
のidと同一の方向であるから、(21)式のidが界磁起磁
力をd軸巻線に換算した電流成分をも含んだ電流である
と考えることができる。
The magnetomotive force generated by the rotor is a magnetomotive force generated by a motor winding or a permanent magnet of the rotor. Since this magnetomotive force is the same direction as i d of equation (21), considered to be a current containing also a current component obtained by converting the i d is field magnetomotive force of (21) to the d-axis winding be able to.

一方、パーミアンス分布は、円筒機であるから前述し
たギャップ長により決定する。μ0を空気の透磁率,Sを
有効面積とし、Δa、Δbは1より充分小さいという条
件を用いて(26)式から単位ラジアン当りのパーミアン
スPは P=P0[1+Δa cos(φr−φ)−Δb sin(φr
φ)] (29) ただし、 P0=(μ0S)/(2πg0) 磁界の蓄積エネルギーWmいま、回転子に作用するa軸方向b軸方向の力をfa、fb
とすれば いま、既に示した第3図の回転子のy,x軸方向に作用
する力をそれぞれfy,fxとすれば、第2図、第8図から であるから、(31)式より この式から以下のことがわかる。
On the other hand, the permeance distribution is determined by the above-described gap length because the machine is a cylindrical machine. permeability of the mu 0 air, and effective area of S, .DELTA.a, [Delta] b is permeance P per unit radians since (26) using the conditions of sufficiently smaller than 1 P = P 0 [1 + Δa cos (φ r - φ) −Δb sin (φ r
φ)] (29) where P 0 = (μ 0 S) / (2πg 0 ) The stored energy W m of the magnetic field is Now, the forces acting on the rotor in the a-axis direction and the b-axis direction are represented by f a and f b
given that Assuming that the forces acting in the y and x axis directions of the rotor shown in FIG. 3 are f y and f x , respectively, as shown in FIGS. 2 and 8, Therefore, from equation (31) The following can be understood from this equation.

(1)回転子位置制御用等価巻線Ny,Nxの電流iy,ix
回転子1に作用する回転座標軸上の力fy,fxは線形関係
があるため制御性がきわめて良い。
(1) rotor position control equivalent winding N y, current i y of N x, i x and force f y on the rotation axis which acts on the rotor 1, f x is controllability because of the linear relationship is very good.

(2)iqが0である場合にはfy∝iy、fx∝ixである。し
たがって、回転子1にy方向の電磁力を作用するために
はiyを正とすればよい。逆に回転子1に−y方向の電磁
力を作用するためには電流位相角θbを180°移動するこ
とによりiyを負にすればよい。同様のことがx方向に作
用する電磁力とixについて言える。
(2) if i q is 0 is f y αi y, f x αi x. Therefore, in order to apply an electromagnetic force in the y direction to the rotor 1, i y may be made positive. Conversely, to apply an electromagnetic force in the −y direction to the rotor 1, i y may be made negative by moving the current phase angle θ b by 180 °. The same can be said about the electromagnetic force and i x which acts in the x-direction.

また、回転子1に半径方向の電磁力を作用する必要が
ないときはix=iy=0であり、半径方向回転体位置制御
巻線4には全く電流が流れない。従来の磁気軸受が発生
する力が回転体を吸引する方向の1方向のみであったた
めに、回転体に作用する電磁力が0である場合にも励磁
電流を発生する電流が必要であった。これに対し本発明
では、回転子1に作用する電磁力が0である場合には、
半径方向回転体位置制御電流が0で済み、半径方向回転
体位置制御巻線4が発生する磁束の磁路及び半径方向回
転体位置制御巻線4の電流を駆動する変換器などが小さ
くて済む。
When there is no need to apply a radial electromagnetic force to the rotor 1, i x = i y = 0, and no current flows through the radial rotating body position control winding 4. Since the force generated by the conventional magnetic bearing is only in one direction of attracting the rotating body, a current for generating the exciting current is required even when the electromagnetic force acting on the rotating body is zero. On the other hand, in the present invention, when the electromagnetic force acting on the rotor 1 is 0,
The radial rotator position control current may be zero, and the magnetic path of the magnetic flux generated by the radial rotator position control winding 4 and the converter for driving the current of the radial rotator position control winding 4 may be small. .

(3)回転機が負荷状態にあるばあいにはiq≠0であ
り、電機子反作用が生じるためiyとixは干渉する。しか
し、電動機の電流が0、すなわち、id=iq=0である場
合以外では、(32)式の2行2列の行列の行列式は正で
あるので必ず逆行列が存在する。したがって、予め制御
回路で容易に非干渉制御系を構成することができる。
(3) When the rotating machine is in a load state, i q ≠ 0, and since an armature reaction occurs, i y and i x interfere. However, except for the case where the current of the motor is 0, that is, i d = i q = 0, since the determinant of the matrix of 2 rows and 2 columns of the equation (32) is positive, there always exists an inverse matrix. Therefore, a non-interference control system can be easily configured by a control circuit in advance.

(4)fy、fxはidあるいはiqとiyあるいはixとの積であ
らわされている。ここで、idは固定子電流に換算した電
動機用回転磁界と電動機用の固定子d軸電流成分の和で
ある。これはこの発明が電動機の回転磁界による磁束を
利用して回転子1に作用する力を発生していることを明
らかにしている。従来の磁気軸受ではiy 2あるいはix 2
比例した力が発生していた。しかし、本発明では、電動
機の励磁電流分idを利用することができるのでiy,ix
小さくて済む。
(4) f y and f x are represented by the product of i d or i q and i y or i x . Here, id is the sum of the rotating magnetic field for the motor converted to the stator current and the d-axis current component of the stator for the motor. This clarifies that the present invention generates a force acting on the rotor 1 by using the magnetic flux generated by the rotating magnetic field of the electric motor. In a conventional magnetic bearing, a force proportional to i y 2 or i x 2 was generated. However, in the present invention, it requires only a i y, i x is small it is possible to use the exciting current component i d of the motor.

(5)同様に回転子1に作用する力は電動機巻線5の巻
数Nに比例する。したがって、この分、半径方向回転体
位置制御巻線4の巻数を減少することができるので従来
の磁気軸受に比較してNbが小さくて済む。
(5) Similarly, the force acting on the rotor 1 is proportional to the number of turns N of the motor winding 5. Therefore, it requires this amount, a small N b as compared to the conventional magnetic bearing it is possible to reduce the number of turns of the radial rolling member position control winding 4.

さらに、P0が(32)式の係数であるので、電動機の励
磁磁束を半径方向回転体位置制御に用いることにより、
電動機の有効、軸長をそのまま軸受の有効軸長とし、軸
長の割に磁気軸受の負荷耐量を高くすることができ、さ
らに、小形軽量化できることがわかる。
Further, since P 0 is a coefficient of the equation (32), by using the exciting magnetic flux of the electric motor for the radial direction rotating body position control,
It can be seen that the effective shaft length of the motor is taken as the effective shaft length of the bearing as it is, and the load bearing capacity of the magnetic bearing can be increased for the shaft length, and furthermore, the size and weight can be reduced.

[2]誘導機 誘導機の場合は、既に第3図で定義したd軸は回転子
上をすべり周波数で回転する2次鎖交磁束の方向であ
る。したがって、同期機の場合に回転子と固定子の回転
角を表していたφは固定子と2次鎖交磁束の回転角を表
すことになる。したがって、前節の(21)式のidは励磁
電流成分である。一方iqはいわゆるベクトル制御された
誘導電動機のトルク電流成分に等しい。したがって、起
磁力分布は(21)式で表される。
[2] Induction Machine In the case of an induction machine, the d-axis already defined in FIG. 3 is the direction of the secondary flux linkage rotating at the slip frequency on the rotor. Therefore, φ, which represents the rotation angle between the rotor and the stator in the case of the synchronous machine, represents the rotation angle between the stator and the secondary interlinkage magnetic flux. Therefore, i d in the previous section of (21) is a magnetizing current component. On the other hand, iq is equal to the torque current component of the so-called vector controlled induction motor. Therefore, the magnetomotive force distribution is represented by equation (21).

誘導機のパーミアンス分布はスロットによる脈動分を
無視すれば円筒形同期電動機のパーミアンス分布と等し
い。そこで、パーミアンス分布は(29)式で表される。
The permeance distribution of the induction motor is equal to the permeance distribution of the cylindrical synchronous motor if the pulsation due to the slot is ignored. Therefore, the permeance distribution is expressed by equation (29).

このように起磁力分布、パーミアンス分布は円筒同期
電動機と等しいので前節と全く同じ結果が得られる。
As described above, since the magnetomotive force distribution and the permeance distribution are equal to those of the cylindrical synchronous motor, the same results as those in the previous section can be obtained.

[3]突極同期機 突極同期電動機の場合は、d,q軸の取り方や電流成分
の定義は円筒同期機の場合と同様であるが、ギャップ長
が磁気的に突極となるように変化しているため、パーミ
アンス分布は突極による変化分を含む。
[3] Salient-pole synchronous machine In the case of a salient-pole synchronous motor, how to take d and q axes and the definition of the current component are the same as in the case of the cylindrical synchronous machine, but the gap length becomes magnetically salient. , The permeance distribution includes a change due to salient poles.

偏心がない場合のギャップ長を正弦波で近似して g=g0(1−p cos4φr) (33) とする。ここで、pは突極機の形状によって決まる定数
である。偏心によるギャップの増分を加えると(27)式
から g=g0[1−p cos4φr−Δa cos(φr−φ)+Δb sin
(φr−φ)] (34) 単位ラジアン当りのパーミアンスは いま、p<1である場合には P=P0{1+p cos4φr+Δa cos(φr−φ)−Δbsin
(φr−φ)} (36) と近似できる。磁界の蓄積エネルギーWmであるから(21)式と(36)式を代入し、(31),(3
2)式と同様にしてfx,fyを導出すると、 突極性に起因する回転子に作用する力の変化はpによる
項で表されるから以下の点が明らかである。
The gap length in the case where there is no eccentricity is approximated by a sine wave to obtain g = g 0 (1−p cos4φ r ) (33). Here, p is a constant determined by the shape of the salient pole machine. When the increment of the gap due to eccentricity is added, from equation (27), g = g 0 [1−p cos4φ r −Δa cos (φ r −φ) + Δb sin
r −φ)] (34) Permeance per unit radian is Now, if p <1, P = P 0 {1 + p cos4φ r + Δa cos (φ r −φ) −Δbsin
r −φ)} (36) Stored energy W m of the magnetic field Therefore, the expressions (21) and (36) are substituted, and (31), (3
Deriving f x and f y in the same way as in equation 2), Since the change in the force acting on the rotor due to the saliency is expressed by the term of p, the following points are clear.

(1)突極性により無負荷時の(力/電流)の比は向上
する。
(1) The ratio of (force / current) under no load is improved due to saliency.

(2)さらに、負荷時にトルク分電流iqによる干渉項が
減少し、制御性が向上する。
(2) Further, at the time of load, the interference term due to the torque component current iq is reduced, and the controllability is improved.

次に、以上に述べた半径方向回転体位置制御巻線付き
電磁回転機械(電動機若しくは発電機)を負荷として、
半径方向回転体位置制御装置を構成した実施例について
説明する。第10図には、半径方向回転体位置制御装置の
システム構成図を示す。
Next, the above-described electromagnetic rotating machine (electric motor or generator) with the radial direction rotating body position control winding is used as a load,
A description will be given of an embodiment in which a radial direction rotating body position control device is configured. FIG. 10 shows a system configuration diagram of the radial direction rotating body position control device.

半径方向回転体位置制御巻線付き電動機10は、電動機
巻線5とは独立して半径方向回転体位置制御巻線4を巻
回し、電動機巻線5による回転磁界を不平衡にすること
で半径方向に作用する力を発生させるもので、半径方向
回転体位置制御巻線付き電磁回転機械に相当する。半径
方向位置検出器11は半径方向回転体位置制御巻線付き電
動機10の固定子鉄心3の中心を原点とし固定子鉄心3上
に固定した固定子座標系abについて回転子中心位置の変
移Δa、Δbを回転子1と非接触に検出する様になって
いる。磁束角度検出器12は回転子1の中心を原点とし回
転子1に固定した回転座標系xyについて、回転座標系xy
と固定子座標系ab間の回転角φを検出する様になってい
る。半径方向位置検出器11及び磁束角度検出器12は半径
方向位置検出部に相当する。座標変換部13は、磁束角度
検出器12により検出した回転角度φと半径方向位置検出
器11により検出した固定子座標系ab上の変位Δa、Δb
とから、回転座標系xyにおけるxy方向の回転子のギャッ
プ長gx、gyを算出する様になっている。回転子位置比較
部14は、座標変換部13により算出された回転子1のギッ
ャプ長gx、gyをギャップ長指令値gx *、gy **印は制御
系内の信号を示す記号として用いる。以下、同じ。)と
比較し誤差値を出力する様に構成されている。コントロ
ーラ部15は、回転子位置比較部14から出力された誤差値
に基づき、回転子1に作用する回転座標系xy方向の半径
方向力指令値fx *、fy *を制御するもので、半径方向制御
部に相当する。非干渉化部16は、コントローラ部15で求
めた半径方向力指令値fx *、fy *に対し、半径方向回転体
位置制御巻線付き電動機10の電流の大きさ及び電流の位
相角に応じて干渉項を予め消去し、半径方向力指令値と
回転子1に作用する半径方向力とが一致する様に電流指
令値ix *、iy *を算出する様になっている。回転座標系固
定子座標系変換部17は、非干渉化部16で算出された電流
指令値ix *、iy *に基づき、回転座標系xyから固定子座標
系ab上の電流振幅指令値Ib *及び電流の位相角指令値θb
*を算出する様になっている。三相二相変換部18は、回
転座標系固定子座標系変換部17で求めた電流指令値Ib *
及び電流の位相角指令値θb *に基づき、半径方向回転体
位置制御巻線4の電流指令値iub *、ivb *、iwb *を算出す
る様になっている。電流増幅部19は、三相二相変換部18
で算出された電流指令値iub *、ivb *、iwb *に基づき、電
流を増幅制御する様に構成されている。ここで、回転座
標系固定子座標系変換部17、三相二相変換部18及び電流
増幅部19は制御巻線電流変換部に相当する。
The electric motor 10 with the radial rotating body position control winding is formed by winding the radial rotating body position control winding 4 independently of the motor winding 5 and unbalancing the rotating magnetic field by the motor winding 5. It generates a force acting in a direction, and corresponds to an electromagnetic rotating machine with a radial rotating body position control winding. The radial position detector 11 has a center Δ of the stator core 3 of the electric motor 10 with the radial direction rotating body position control winding as an origin, and a displacement Δa of a rotor center position with respect to a stator coordinate system ab fixed on the stator core 3, Δb is detected without contact with the rotor 1. The magnetic flux angle detector 12 uses the rotation coordinate system xy with respect to the rotation coordinate system xy fixed to the rotor 1 with the center of the rotor 1 as the origin.
And a rotation angle φ between the stator coordinate system ab. The radial position detector 11 and the magnetic flux angle detector 12 correspond to a radial position detector. The coordinate conversion unit 13 includes a rotation angle φ detected by the magnetic flux angle detector 12 and displacements Δa, Δb on the stator coordinate system ab detected by the radial position detector 11.
Thus, the gap lengths g x and g y of the rotor in the xy direction in the rotating coordinate system xy are calculated. The rotor position comparing unit 14 uses the gap lengths g x , g y of the rotor 1 calculated by the coordinate conversion unit 13 as gap length command values g x * , g y * ( * indicates a signal in the control system. This is used as a symbol. The same applies hereinafter.) And outputs an error value. The controller unit 15 controls the radial force command values f x * , f y * acting on the rotor 1 in the rotating coordinate system xy direction based on the error value output from the rotor position comparing unit 14. It corresponds to a radial control unit. Decoupling unit 16, the radial force command value f x * calculated by the controller unit 15, with respect to f y *, the phase angle of the size and current of the current radial rotating body position control windings with electric motor 10 depending interference term erased in advance, the current command value as the radial force and the match radially acting force command value and the rotor 1 i x *, has become as to calculate the i y *. The rotation coordinate system stator coordinate system conversion unit 17 converts the current amplitude command value on the stator coordinate system ab from the rotation coordinate system xy based on the current command values i x * and i y * calculated by the decoupling unit 16. I b * and current phase angle command value θ b
* Is calculated. The three-phase-two-phase conversion unit 18 is a current command value Ib * obtained by the rotation coordinate system stator coordinate system conversion unit 17 .
Based on the current phase angle command value θ b * and the current phase angle command value θ b * , the current command values i ub * , i vb * , i wb * of the radial direction rotating body position control winding 4 are calculated. The current amplifier 19 is a three-phase to two-phase converter 18.
The current is amplified and controlled based on the current command values i ub * , i vb * , and i wb * calculated in. Here, the rotating coordinate system stator coordinate system converting unit 17, the three-phase to two-phase converting unit 18, and the current amplifying unit 19 correspond to a control winding current converting unit.

次に、かかるシステム構成の下でその制御方法につい
て説明する。
Next, a description will be given of a control method under such a system configuration.

式(28)までの説明で述べた様に、半径方向位置検出
器11で求めた回転子中心位置の変位Δa、Δbと、磁束
角度検出器12で求めた回転座標系xyと固定子座標系ab間
の回転角φとから座標変換部13で回転座標軸上のギャッ
プ長gy,gxを求めることができる。しかし、磁束角度検
出器12は必ず必要なものではなく別に電動機制御回路か
ら抽出するようにしてもよい。そして、求めたギャップ
長gy,gxをギャップ長の指令値gy *,gx *とそれぞれ回転
子位置比較部14で比較し、誤差増幅してコントローラ部
15に入力し、回転座標軸上の回転子1に作用する半径方
向力fy,fxの指令値それぞれfy *,fx *を発生する。ここ
にギャップ長指令値gx *、gy *は設定値ゼロでもよい。
As described in the description up to the equation (28), the displacements Δa and Δb of the rotor center position obtained by the radial position detector 11, the rotation coordinate system xy obtained by the magnetic flux angle detector 12, and the stator coordinate system The gap lengths g y and g x on the rotation coordinate axis can be obtained by the coordinate conversion unit 13 from the rotation angle φ between a and ab. However, the magnetic flux angle detector 12 is not always necessary and may be separately extracted from the motor control circuit. Then, the determined gap lengths g y , g x are compared with the gap length command values g y * , g x * by the rotor position comparison unit 14, respectively, and the error is amplified and the controller unit is amplified.
15 to generate command values f y * and f x * for the radial forces f y and f x acting on the rotor 1 on the rotating coordinate axis. Here the gap length command value g x *, g y * may be a set value zero.

fy,fxは(32)式に(17)〜(18)式を代入して この式をfy,fxについて解いてそれぞれfy *,fx *を代
入すればiy、ixの指令値それぞれiy *,ix *を求めること
ができる。すなわち、円筒機であれば となる。一方、突極機の場合には(37)式の逆行列を算
出すれば良い。ここでθ,Iは電動機の負荷状態、制御方
法により決定する量である。そこで、この式に基づいて
回転体の位置制御電流ix *,iy *を決定することは電動機
の状態を常に把握する必要がある。しかし、位置制御電
流をこの式に基づいて決定すると既に考察した(32)式
あるいは(37)式の干渉項を予め消去することができ
る。かかる制御を非干渉化部16で行う。すなわち、電動
機の運転状態に対して非干渉化するようx,y軸電流振幅
指令値iy *,ix *を発生させるため、fy,fxはそれぞれ制
御回路の発生するfy *,fx *に比例する。次に、これらの
回転座標軸上の指令値から、回転座標系固定子座標系変
換部17で半径方向回転体位置制御巻線4の電流振幅指令
値Ib *とその位相角の指令値θb *を発生する。しかし、
座標変換部13及び回転座標系固定子座標系変換部17は静
止座標系で制御システムを構成する場合には不要であ
る。この電流振幅指令値Ib *とその位相角の指令値θb *
は(19)式、(20)式より次の様に求める。即ち、 Ib *=(2/3)(ix 2+iy 21/2 (40) θb *=tan-1(ix/iy) (41) さらに、これらを(10)乃至(12)式に基づき三相二
相変換部18で三相二相変換して、固定子の半径方向回転
体位置制御巻線電流の指令値iub *,ivb *,iwb *を発生す
る。但し、三相二相変換部18は半径方向回転体位置制御
巻線付き電動機10が三相電動機の場合には必要である
が、単相電動機の場合には必要ではない。これらの指令
値に基づいて電流増幅部19により半径方向回転体位置制
御巻線4に電流が供給される。
f y and f x are obtained by substituting equations (17) to (18) into equation (32). The equation f y, respectively solving for f x f y *, f x Substituting * i y, i respectively command value i of the x y *, it is possible to obtain the i x *. That is, if it is a cylindrical machine Becomes On the other hand, in the case of a salient pole machine, the inverse matrix of equation (37) may be calculated. Here, θ, I are amounts determined by the load state of the electric motor and the control method. Therefore, determining the position control currents i x * and i y * of the rotating body based on this equation requires constantly grasping the state of the motor. However, if the position control current is determined based on this equation, the interference term of the equation (32) or the equation (37) already considered can be eliminated in advance. Such control is performed by the decoupling unit 16. Ie, x to non-interference with respect to the operating state of the motor, y-axis current amplitude command value i y *, for generating a i x *, f y, f x is generated by the respective control circuit f y *, It is proportional to f x * . Then, the command value on these rotational axes, the command value in the rotating coordinate system the stator coordinate system converter 17 current amplitude command value radial rolling member position control winding 4 I b * and the phase angle theta b * Occurs. But,
The coordinate conversion unit 13 and the rotating coordinate system stator coordinate system conversion unit 17 are unnecessary when the control system is configured with a stationary coordinate system. The current amplitude command value I b * and the phase angle command value θ b *
Is obtained from the equations (19) and (20) as follows. That, I b * = (2/3) (i x 2 + i y 2) 1/2 (40) θ b * = tan -1 (i x / i y) (41) In addition, to these (10) Based on equation (12), the three-phase to two-phase converter 18 performs three-phase to two-phase conversion to generate command values i ub * , i vb * , and i wb * of the stator radial control body position control winding current. I do. However, the three-phase to two-phase converter 18 is necessary when the motor 10 with the radial direction rotating body position control winding is a three-phase motor, but is not necessary when the motor 10 is a single-phase motor. Based on these command values, a current is supplied from the current amplifying unit 19 to the radial direction rotating body position control winding 4.

また、従来の磁気軸受では回転子に作用する力は吸引
力のみであるため、2つの磁気軸受用巻線の電流の大き
さの差を調整して力の方向を制御していたが、本発明に
よれば単に半径方向回転体位置制御巻線4の電流の位相
を反転するだけで力の方向を反転することができる。
In addition, in the conventional magnetic bearing, the force acting on the rotor is only the attraction force, and therefore the direction of the force is controlled by adjusting the difference between the magnitudes of the currents of the two magnetic bearing windings. According to the invention, the direction of the force can be reversed simply by reversing the phase of the current of the radial rotating body position control winding 4.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明した様に本発明(請求項1)によれば、座標
変換により4極の等価巻線Nd、Nqと、2極の回転子位置
制御用等価巻線Nx、Nyを備える直流機モデルに等価変換
の可能な半径方向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械
を利用し、半径方向回転体位置制御巻線に供給する電流
を非干渉化部等により演算することにより、電磁回転機
械が発生する回転磁界を積極的に不平衡にし、回転体の
半径方向に作用する力を発生させ、これらの力を制御す
ることにより回転体位置の制御が可能となる。そこで、
従来問題となっていた超高速電磁回転機械の機械的な軸
受の問題(高速性や軸受の保守の必要性等)や、磁気軸
受自体の問題点(軸長を短くし小形化する等)が解決さ
れる。
According to the present invention as described above (claim 1) comprising, 4-pole equivalent winding N d by the coordinate transformation, and N q, for rotor position control of the 2-pole equivalent windings N x, the N y By using an electromagnetic rotating machine with a radial rotating body position control winding capable of equivalent conversion to a DC machine model and calculating the current supplied to the radial rotating body position control winding by a decoupling unit, etc. The rotating magnetic field generated by the rotating machine is positively unbalanced, forces acting in the radial direction of the rotating body are generated, and the position of the rotating body can be controlled by controlling these forces. Therefore,
Problems related to mechanical bearings of ultra-high-speed electromagnetic rotating machines (high-speed performance and necessity of maintenance of bearings) and problems of magnetic bearings themselves (shortening shaft length and miniaturization, etc.), which had been problems in the past, Will be resolved.

また、本発明(請求項2)によれば、半径方向回転体
位置制御巻線付き電磁回転機械として突極同期機を採用
した場合に、非干渉化部で所定の逆行列演算を行う構成
としたので、突極に起因した干渉項を予め非干渉化し、
半径方向回転体位置制御装置の制御性を向上させること
が出来る。
Further, according to the present invention (claim 2), when a salient pole synchronous machine is adopted as the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding, a predetermined inverse matrix operation is performed by the decoupling unit. Therefore, the interference term caused by salient poles is decoupled in advance,
The controllability of the radial rotation body position control device can be improved.

更に、本発明(請求項3)によれば、半径方向回転体
位置制御巻線付き電磁回転機械として電機子反作用を生
じる回転機を採用した場合に、非干渉化部で所定の逆行
列演算を行う構成としたので、トルク電流に対してあら
かじめ非干渉化し、半径方向回転体位置制御装置の制御
性を向上させることが出来る。
Further, according to the present invention (claim 3), when a rotating machine that causes an armature reaction is adopted as the electromagnetic rotating machine with the radial rotating body position control winding, a predetermined inverse matrix operation is performed by the decoupling unit. Since the configuration is performed, the torque current is decoupling in advance, and the controllability of the radial direction rotating body position control device can be improved.

更に、本発明(請求項4)によれば、半径方向回転体
位置制御巻線付き電磁回転機械は、複数の電磁機械部を
連設して構成したので、コイルエンドを省略出来、その
結果軸長を短く出来る。また、従来制限されていた超高
速電磁回転機械の速度、出力範囲を大きく拡大すること
が期待できる。
Further, according to the present invention (claim 4), since the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding is constituted by connecting a plurality of electromagnetic machine parts, the coil end can be omitted, and as a result, the shaft can be omitted. The length can be shortened. In addition, it is expected that the speed and output range of the ultrahigh-speed electromagnetic rotating machine, which have been conventionally restricted, can be greatly expanded.

更に、本発明(請求項5)によれば、半径方向回転体
位置制御巻線付き電磁回転機械の複数の回転子及び複数
の固定子鉄心は、それぞれ間隙無く主軸方向に連設若し
くは一体化して構成したので、あたかも一つの電磁回転
機械で構成した様に軸長は最短で、かつ出力範囲を大き
く取ることが出来る。
Further, according to the present invention (claim 5), the plurality of rotors and the plurality of stator cores of the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding are connected or integrated in the main shaft direction without any gap. With this configuration, the shaft length is the shortest and the output range can be widened as if it were configured by one electromagnetic rotating machine.

更に、本発明(請求項6)によれば、半径方向回転体
位置制御巻線付き電磁回転機械の半径方向回転体位置制
御巻線は、複数の固定子鉄心の内2つの固定子鉄心のみ
に巻回して構成したので、主軸の安定性を維持しつつ設
備点数を抑えることが出来る。
Further, according to the present invention (claim 6), the radial rotating body position control winding of the electromagnetic rotating machine with the radial rotating body position control winding is provided only in two of the plurality of stator cores. Since it is configured by winding, the number of facilities can be suppressed while maintaining the stability of the spindle.

更に、本発明(請求項7)によれば、半径方向回転体
位置制御巻線付き電磁回転機械は複数の電磁機械部を主
軸方向に連設したものを用い請求項1と同様の制御を行
うよう構成したので、主軸の半径方向位置を一層安定さ
せることが出来、かつ出力範囲も大きく取ることが出来
る。
Furthermore, according to the present invention (claim 7), the electromagnetic rotary machine with the radial direction rotary body position control winding uses a plurality of electromagnetic machine parts connected in the main axis direction and performs the same control as in claim 1. With such a configuration, the radial position of the main shaft can be further stabilized, and the output range can be widened.

更に、本発明(請求項8)によれば、半径方向回転体
位置制御巻線付き電磁回転機械の複数の回転子及び複数
の固定子鉄心は、それぞれ間隙無く主軸方向に連設若し
くは一体化して構成したので、軸長が最短でかつ出力の
大きな半径方向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械に
ついて請求項7と同様の効果が得られる。
Further, according to the present invention (claim 8), the plurality of rotors and the plurality of stator cores of the electromagnetic rotating machine with the radial direction rotating body position control winding are respectively connected or integrated in the main shaft direction without gaps. With this configuration, an effect similar to that of the seventh aspect can be obtained for an electromagnetic rotating machine having a radial direction rotating body position control winding having the shortest axial length and a large output.

更に、本発明(請求項9)によれば、半径方向回転体
位置制御巻線付き電磁回転機械の半径方向回転体位置制
御装巻線は、2つの固定子鉄心のみに巻回し、回転子位
置制御はこの2箇所で行うこととしたため、設備点数を
抑えつつ主軸の安定性を維持する制御を行うことが出来
る。
Further, according to the present invention (claim 9), the radial rotating body position control winding of the electromagnetic rotating machine having the radial rotating body position control winding is wound around only two stator cores, and the rotor position is controlled. Since the control is performed at these two locations, it is possible to perform the control for maintaining the stability of the spindle while suppressing the number of facilities.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は従来の代表的な能動形磁気軸受の磁気回路の構
成を示した図。 第2図は本発明の半径方向回転体位置制御巻線付き電磁
回転機械の一例を示す断面図。 第3図は本発明の原理を示す原理図。 第4図は本発明を実現する固定子巻線方法の一例を示し
た図(第2図の矢視線I−Iによる断面図)。 第5図は第4図の巻線の起磁力分布を示した図。 第6図は電動機巻線の電流波形と回転角の関係を示した
図。 第7図,第8図は半径方向回転体位置制御巻線による起
磁力分布を示した図。 第9図は偏心によるギャップ長の変化と座標軸の取り方
を示した図。 第10図は半径方向回転体位置制御装置のシステム構成の
一例を示した図。 1A,1B……回転子 2……主軸 3A,3B……固定子鉄心 4……半径方向回転体位置制御巻線 5……電動機巻線 7A,7B……スロット 10……半径方向回転体位置制御巻線付き電動機 11……半径方向位置検出器 12……磁束角度検出器 13……座標変換部 14……回転子位置比較部 15……コントローラ部 16……非干渉化部 17……回転座標系固定子座標系変換部 18……三相二相変換部 19……電流増幅部
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a magnetic circuit of a conventional typical active magnetic bearing. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of an electromagnetic rotating machine with a radial rotating body position control winding according to the present invention. FIG. 3 is a principle view showing the principle of the present invention. FIG. 4 is a view showing an example of a stator winding method for realizing the present invention (a cross-sectional view taken along a line II in FIG. 2). FIG. 5 is a diagram showing a magnetomotive force distribution of the windings of FIG. FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a current waveform of a motor winding and a rotation angle. 7 and 8 are diagrams showing the magnetomotive force distribution by the radial direction rotating body position control winding. FIG. 9 is a diagram showing a change in gap length due to eccentricity and how to set coordinate axes. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a system configuration of a radial direction rotating body position control device. 1A, 1B Rotor 2 Main shaft 3A, 3B Stator core 4 Radial rotating body position control winding 5 Motor winding 7A, 7B Slot 10 Radial rotating body position Electric motor with control winding 11 Radial position detector 12 Magnetic flux angle detector 13 Coordinate converter 14 Rotor position comparator 15 Controller 16 Decoupling unit 17 Rotation Coordinate system stator coordinate system converter 18 Three-phase two-phase converter 19 Current amplifier

フロントページの続き (72)発明者 深尾 正 神奈川県横浜市緑区松風台24―45 審査官 田良島 潔 (56)参考文献 特開 昭59−69522(JP,A) 特開 昭63−242153(JP,A) 特開 昭60−70944(JP,A) 特開 昭63−1339(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02K 7/00 - 7/20Continuation of the front page (72) Inventor Tadashi Fukao 24-45 Shofudai, Midori-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Examiner Kiyoshi Tarashima (56) References JP-A-59-69522 (JP, A) JP-A-63-242153 (JP, A) JP-A-60-70944 (JP, A) JP-A-63-1339 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H02K 7/00-7 / 20

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】回転子を非接触で支持し回転させるための
固定子巻線及び/又は回転子巻線と、前記回転子に対す
る半径方向位置制御を、回転磁界を不平衡にし前記回転
子中心より半径方向に作用する力を発生させることで行
うための半径方向回転体位置制御巻線を備える半径方向
回転体位置制御装置であって、前記固定子巻線及び/又
は回転子巻線について三相二相変換及びdq変換、若しく
はγδ変換の座標変換を行うことにより、固定子周方向
に均等配置される4極の等価巻線Ndと、該等価巻線Ndと
電気角π/2の位相差を有し、かつ機械角π/4を隔て前記
固定子周方向に均等配置される4極の等価巻線Nqと、前
記等価巻線Nd及び前記等価巻線Nqと等価巻線が分離独立
するように、かつ前記半径方向回転体位置制御巻線につ
いて前記座標変換を行うことにより前記等価巻線Ndと平
行し前記回転子中心でお互いに直交するように配置した
2極の等価巻線の回転子位置制御用等価巻線Nx及び回転
子位置制御用等価巻線Nyを備える直流機モデルに等価変
換可能な半径方向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械
と、前記回転子の半径方向位置を該回転子と非接触に検
出する半径方向位置検出部と、該半径方向位置検出部に
より検出された半径方向位置と予め前記回転子の半径方
向位置を指令する半径方向位置指令値を比較し誤差値を
出力する回転子位置比較部と、該回転子位置比較部から
出力された誤差値に基づき前記回転子に作用すべき半径
方向力指令値を演算し出力する半径方向力制御部と、該
半径方向力制御部から出力された半径方向力指令値と前
記回転子に作用する半径方向力が一致するように逆行列
演算を行って回転磁界と非干渉化する電流指令値を算出
する非干渉化部と、該非干渉化部により算出された電流
指令値に基づき前記半径方向回転体位置制御巻線に電流
を供給する制御巻線電流変換部を備えて構成したことを
特徴とする半径方向回転体位置制御装置。
The present invention relates to a stator winding and / or a rotor winding for supporting and rotating a rotor in a non-contact manner, and a radial position control with respect to the rotor. A radial rotator position control device comprising a radial rotator position control winding for performing by generating a force acting in a more radial direction, wherein the stator winding and / or the rotor winding are three-dimensional. By performing coordinate conversion such as phase-two phase conversion and dq conversion or γδ conversion, an equivalent winding Nd of four poles uniformly arranged in the circumferential direction of the stator, and a position of an electrical angle π / 2 with respect to the equivalent winding Nd. A four-pole equivalent winding Nq having a phase difference and being equally arranged in the circumferential direction of the stator at a mechanical angle of π / 4, and the equivalent winding Nd and the equivalent winding Nq and the equivalent winding are separated and independent. And performing the coordinate transformation on the radial rotating body position control winding. And a two-pole equivalent winding Nx and an equivalent winding Ny for controlling the rotor position of two-pole equivalent windings arranged in parallel with the equivalent winding Nd and orthogonal to each other at the center of the rotor. An electromagnetic rotating machine with a radial rotating body position control winding that can be equivalently converted to a DC machine model, a radial position detecting unit that detects the radial position of the rotor in a non-contact manner with the rotor, and the radial position A rotor position comparator for comparing a radial position detected by a detector with a radial position command value for commanding a radial position of the rotor in advance, and outputting an error value; A radial force control unit that calculates and outputs a radial force command value to be applied to the rotor based on the error value, a radial force command value output from the radial force control unit, and a force applied to the rotor. To match the radial forces A decoupling unit that calculates a current command value for decoupling with the rotating magnetic field by performing an inverse matrix operation, and supplies a current to the radial direction rotating body position control winding based on the current command value calculated by the decoupling unit. A radial direction rotating body position control device, comprising: a control winding current converter for supplying.
【請求項2】前記半径方向回転体位置制御巻線付き電磁
回転機械は突極形の回転子を有する突極同期機であり、
前記非干渉化部において突極に起因してパーミアンス分
布が変化することを基本波分で近似し突極性を表す係数
pを定義し、前記半径方向力指令値に基づいて、前記等
価巻線Ndを流れるd軸電流idと前記等価巻線Nqを流れる
トルク電流iqにそれぞれ、(1+p)、(1−p)の係
数を乗じ、該係数を乗じたd軸電流を対角要素とし、前
記トルク電流を非対角要素とする行列の逆行列演算を行
い前記電流指令値を算出することを特徴とする請求項1
記載の半径方向回転体位置制御装置。
2. The electromagnetic rotating machine with the radial rotating body position control winding is a salient pole synchronous machine having a salient pole type rotor,
The coefficient p representing the saliency is defined by approximating that the permeance distribution changes due to the salient pole in the decoupling part by a fundamental wave component, and the equivalent winding Nd is determined based on the radial force command value. , And the torque current iq flowing through the equivalent winding Nq are multiplied by coefficients (1 + p) and (1-p), respectively. 2. The current command value is calculated by performing an inverse matrix operation of a matrix having current as a non-diagonal element.
A radial direction rotating body position control device as described in the above.
【請求項3】前記半径方向回転体位置制御巻線付き電磁
回転機械は電機子反作用を生じる回転機であり、前記非
干渉化部において前記半径方向力指令値に基づいて前記
等価巻線Ndを流れるd軸電流idを対角要素とし、前記等
価巻線Nqを流れるトルク電流iqを非対角要素とする行列
の逆行列演算を行い前記電流指令値を算出することを特
徴とする請求項1記載の半径方向回転体位置制御装置。
3. The electromagnetic rotating machine with a radial direction rotating body position control winding is a rotating machine that generates an armature reaction, and the non-interacting unit changes the equivalent winding Nd based on the radial force command value. 2. The current command value is calculated by performing an inverse matrix operation of a matrix having a flowing d-axis current id as a diagonal element and a torque current iq flowing through the equivalent winding Nq as a non-diagonal element. A radial direction rotating body position control device as described in the above.
【請求項4】回転子を非接触で支持し回転させるための
固定子巻線及び/又は回転子巻線と、前記回転子に対す
る半径方向位置制御を、回転磁界を不平衡にし前記回転
子中心より半径方向に作用する力を発生させることで行
うための半径方向回転体位置制御巻線を備える直流機、
交流機を含む電磁回転機械であって、該電磁回転機械
は、前記固定子巻線及び/又は回転子巻線について三相
二相変換及びdq変換、若しくはγδ変換の座標変換を行
うことにより、前記固定子周方向に均等配置される4極
の等価巻線Ndと、該等価巻線Ndと電気角π/2の位相差を
有し、かつ機械角π/4を隔て前記固定子周方向に均等配
置される4極の等価巻線Nqと、前記等価巻線Nd及び前記
等価巻線Nqと等価巻線が分離独立するように、かつ前記
半径方向回転体位置制御巻線について前記座標変換を行
うことにより前記等価巻線Ndと平行し前記回転子中心で
お互いに直交するように配置した2極の等価巻線の回転
子位置制御用等価巻線Nx及び回転子位置制御用等価巻線
Nyを備える直流機モデルに等価変換可能であり、かつ前
記回転子の中心に位置する主軸に沿って直列に固定され
た複数の回転子と、該回転子と半径方向に所定のギャッ
プ長を隔てて対峙する複数の固定子鉄心と、該固定子鉄
心に配設されたスロット内を前記主軸方向に貫通し巻回
するトルクを発生するための巻線と、該巻線と異なる極
数を有するように前記各個の固定子鉄心毎に前記スロッ
ト内に同時に巻回した前記半径方向回転体位置制御巻線
を備えて構成したことを特徴とする半径方向回転体位置
制御巻線付き電磁回転機械。
4. A stator winding and / or a rotor winding for supporting and rotating a rotor in a non-contact manner, and a radial position control with respect to the rotor, comprising: A DC machine with a radially rotating body position control winding for performing by generating a more radially acting force,
An electromagnetic rotating machine including an AC machine, the electromagnetic rotating machine performs three-phase two-phase conversion and dq conversion, or coordinate conversion of γδ conversion for the stator winding and / or the rotor winding, A four-pole equivalent winding Nd which is uniformly arranged in the stator circumferential direction, and has a phase difference of electrical angle π / 2 from the equivalent winding Nd, and is separated from the stator circumferential direction by a mechanical angle π / 4. The four-pole equivalent winding Nq, the equivalent winding Nd, the equivalent winding Nq and the equivalent winding Nq are separated and independent from each other, and the coordinate transformation is performed on the radial rotating body position control winding. By performing the above, a rotor position control equivalent winding Nx and a rotor position control equivalent winding of a two-pole equivalent winding disposed parallel to the equivalent winding Nd and orthogonal to each other at the center of the rotor.
Ny can be equivalently converted to a DC machine model, and a plurality of rotors fixed in series along a main axis located at the center of the rotor, and a predetermined gap length in the radial direction from the rotor. A plurality of stator cores facing each other, a winding for generating a torque that penetrates a slot provided in the stator core in the main axis direction and winds, and has a different number of poles from the winding. An electromagnetic rotating machine with a radial rotating body position control winding, comprising the radial rotating body position control winding wound simultaneously in the slot for each of the stator cores.
【請求項5】前記複数の回転子及び前記複数の固定子鉄
心は、それぞれ間隙無く前記主軸方向に連設若しくはそ
れぞれ少なくとも一つの鉄心にて一体化されていること
を特徴とする請求項4記載の半径方向回転体位置制御巻
線付き電磁回転機械。
5. The plurality of rotors and the plurality of stator cores are connected to each other in the main shaft direction without gaps or are integrated by at least one core, respectively. Electromagnetic rotary machine with radial rotating body position control winding.
【請求項6】前記半径方向回転体位置制御巻線は、前記
複数の固定子鉄心の内2つの固定子鉄心のみに巻回する
ことを特徴とする請求項4又は請求項5記載の半径方向
回転体位置制御巻線付き電磁回転機械。
6. The radial direction according to claim 4, wherein the radial direction rotating body position control winding is wound around only two of the plurality of stator cores. An electromagnetic rotating machine with a rotating body position control winding.
【請求項7】前記半径方向回転体位置制御巻線付き電磁
回転機械は、回転子を非接触で支持し回転させるための
固定子巻線及び/又は回転子巻線と、前記回転子に対す
る半径方向位置制御を、回転磁界を不平衡にし前記回転
子中心より半径方向に作用する力を発生させることで行
うための半径方向回転体位置制御巻線を備える直流機、
交流機を含む電磁回転機械であって、該電磁回転機械
は、前記固定子巻線及び/又は回転子巻線について三相
二相変換及びdq変換、若しくはγδ変換の座標変換を行
うことにより、前記固定子周方向に均等配置される4極
の等価巻線Ndと、該等価巻線Ndと電気角π/2の位相差を
有し、かつ機械角π/4を隔て前記固定子周方向に均等配
置される4極の等価巻線Nqと、前記等価巻線Nd及び前記
等価巻線Nqと等価巻線が分離独立するように、かつ前記
半径方向回転体位置制御巻線について前記座標変換を行
うことにより前記等価巻線Ndと平行し前記回転子中心で
お互いに直交するように配置した2極の等価巻線の回転
子位置制御用等価巻線Nx及び回転子位置制御用等価巻線
Nyを備える直流機モデルに等価変換可能であり、かつ前
記回転子の中心に位置する主軸に沿って直列に固定され
た複数の回転子と、該回転子と半径方向に所定のギャッ
プ長を隔てて対峙する複数の固定子鉄心と、該固定子鉄
心に配設されたスロット内を前記主軸方向に貫通し巻回
するトルクを発生するための巻線と、該巻線と異なる極
数を有するように前記各個の固定子鉄心毎に前記スロッ
ト内に同時に巻回した前記半径方向回転体位置制御巻線
を備えて構成したことを特徴とする請求項1、2又は3
記載の半径方向回転体位置制御装置。
7. The electromagnetic rotating machine with the radial rotating body position control winding, wherein the stator and / or the rotor winding for supporting and rotating the rotor in a non-contact manner, and a radius relative to the rotor. DC machine having a radial position control winding for performing directional position control by generating a force acting in the radial direction from the rotor center by unbalancing the rotating magnetic field,
An electromagnetic rotating machine including an AC machine, the electromagnetic rotating machine performs three-phase two-phase conversion and dq conversion, or coordinate conversion of γδ conversion for the stator winding and / or the rotor winding, A four-pole equivalent winding Nd which is uniformly arranged in the stator circumferential direction, and has a phase difference of electrical angle π / 2 from the equivalent winding Nd, and is separated from the stator circumferential direction by a mechanical angle π / 4. The four-pole equivalent winding Nq, the equivalent winding Nd, the equivalent winding Nq and the equivalent winding Nq are separated and independent from each other, and the coordinate transformation is performed on the radial rotating body position control winding. By performing the above, a rotor position control equivalent winding Nx and a rotor position control equivalent winding of a two-pole equivalent winding disposed parallel to the equivalent winding Nd and orthogonal to each other at the center of the rotor.
Ny can be equivalently converted to a DC machine model, and a plurality of rotors fixed in series along a main axis located at the center of the rotor, and a predetermined gap length in the radial direction from the rotor. A plurality of stator cores facing each other, a winding for generating a torque that penetrates a slot provided in the stator core in the main axis direction and winds, and has a different number of poles from the winding. 4. The apparatus according to claim 1, further comprising a plurality of said stator cores each provided with said radially rotating body position control winding wound simultaneously in said slot.
A radial direction rotating body position control device as described in the above.
【請求項8】前記半径方向回転体位置制御巻線付き電磁
回転機械の前記複数の回転子及び前記複数の固定子鉄心
は、それぞれ間隙無く前記主軸方向に連設若しくはそれ
ぞれ少なくとも一つの鉄心にて一体化されていることを
特徴とする請求項7記載の半径方向回転体位置制御装
置。
8. The plurality of rotors and the plurality of stator cores of the electromagnetic rotating machine having the radial direction rotating body position control winding are connected to each other in the main shaft direction without any gap or at least one each. 8. The position control device according to claim 7, wherein the position control device is integrated.
【請求項9】前記半径方向回転体位置制御巻線付き電磁
回転機械の前記半径方向回転体位置制御巻線は、前記複
数の固定子鉄心の内2つの固定子鉄心のみに巻回するこ
とを特徴とする請求項7又は請求項8記載の半径方向回
転体位置制御装置。
9. The electromagnetic rotating machine with the radial rotating body position control winding, wherein the radial rotating body position control winding is wound around only two of the plurality of stator cores. The radial direction rotating body position control device according to claim 7 or 8, wherein:
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