DE69630986T2

DE69630986T2 - Elektromagnetische rotierende Maschine

Info

Publication number: DE69630986T2
Application number: DE69630986T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Yokohama-shi Fukao; Akira Chiba; Chikara Shinagawa-ku Michioka
Original assignee: Fukao Tadashi Yokohama; Nikkiso Co Ltd; Ebara Corp; Seiko Seiki KK
Current assignee: Fukao Tadashi Yokohama; Nikkiso Co Ltd; Ebara Corp; Seiko Seiki KK
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1996-04-22
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: EP0739078B1; EP0739078A2; US5936370A; DE69630986D1; EP0739078A3; JP3550584B2; JPH08294248A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische rotierende Maschine, und insbesondere auf eine elektromagnetische rotierende Maschine, wie z. B. Induktionsmaschinen und Synchronmaschinen, deren Stator Radialpositions-Kontrollwicklungen für eine Magnetlagerfunktion aufweist.
In den letzten Jahren wurden eine hohe Motordrehzahl und Ausgangsleistung für Werkzeugmaschinen, Turbomolekularpumpen, Schwungräder und dergleichen gefordert. Die Lager für diese Vorrichtungen sind Magnetlager, die für eine hohe Drehzahl auslegbar sind und für eine lange Zeitspanne keine Wartung erfordern.
Ein solches Magnetlager ist tendenziell groß, um eine ausreichende Kraft zu erzeugen, und kann eine Länge gleich der axialen Länge eines Motors aufweisen. Als Ergebnis wird die Hauptwelle des Motors lang, so dass sie elastisch schwingen kann, wenn sie mit hoher Drehzahl rotiert. Es ist daher nicht einfach, eine hohe Drehzahl zu erreichen. Um eine hohe Motorleistung zu erreichen, muss außerdem ein Motor eine längere Welle aufweisen. Dies erhöht die Anziehungskraft, die von der elektromagnetischen Maschine erzeugt wird, so dass die Notwendigkeit besteht, auch die Größe der Magnetlager zu erhöhen. Als Ergebnis wird die kritische Drehzahl niedrig, so dass es sehr schwierig ist, die Motordrehzahl zu erhöhen.
Hinsichtlich solcher Probleme wurden in den letzten Jahren elektromagnetische rotierende Maschinen mit Positionskontrollwicklungen entwickelt, bei denen die Positionskontrollwicklungen für die Magnetlager den Statoren der Motoren hinzugefügt sind, so dass die Länge der Welle kurz ist und die Drehzahl und die Ausgangsleistung hoch sind.
7 der beigefügten Zeichnungen zeigt eine elektromagnetische rotierende Maschine 30 mit Positionskontrollwicklungen. Die Maschine 30 enthält einen Rotor 31, Statoren 32 und 34, und 3-Phasen-Inverter 20, 36 und 38.
Die Statoren 32 und 34 des Motors weisen (nicht gezeigte) Wicklungen für die Erzeugung eines Drehmoments auf, die mit dem Inverter 20 verbunden sind. Die Statoren weisen ferner (nicht gezeigte) Radialpositionskontrollwicklungen zum Erzeugen einer radialen magnetischen Kraft für den Rotor 31 auf. Die Inverter 36 und 38 regeln jeweils die Ströme der Radialpositionskontrollwicklungen der Statoren 32 und 34, um die Radialpositionen der Rotorwelle 31 zu regeln. Die elektromagnetische rotierende Maschine 30 weist Positionskontrollwicklungen auf, die sowohl ein Drehmoment als auch eine radiale Kraft mit einem Stator erzeugen können. Die Maschine 30 kann im Vergleich zur herkömmlichen Hochgeschwindigkeitsmotoren mit Magnetlagern eine kurze axiale Länge aufweisen. Wenn die axiale Länge der Welle die gleiche Abmessung aufweist, können die Drehzahl und die Ausgangsleistung des Motors 30 hoch sein.
Elektromagnetische rotierende Maschinen mit Positionskontrollwicklungen sind bereits vorgeschlagen worden und können wie folgt im Überblick dargestellt werden.
In einigen Scheibentyp-Motoren wird eine axiale Kraft durch Variieren des erregenden magnetischen Flusses erzeugt, so dass die Axialposition jedes Rotors eingestellt wird. Dies kann auf rotierende Scheibentyp-Maschinen angewendet werden, ist jedoch schwierig auf die weit verbreiteten radialen rotierenden Maschinen anwendbar.
In bestimmten gewöhnlichen Induktionsmotoren können die Wicklungen geteilt sein, wobei diese Ströme im Ungleichgewicht sind, um eine radiale Kraft für eine radiale Positionskontrolle zu erzeugen. Wenn der Rotor zentral positioniert ist, ist es jedoch theoretisch nicht möglich, eine radiale Kraft zu erzeugen.
Die japanische Patenterstveröffentlichung (vor der Prüfung) S.64-55.031 offenbart Magnetpfade, die einfach für Magnetlager und einen Schrittmotor gemeinsam verwendet werden. Dieses Verfahren ist für Stellglieder mit niedriger Drehzahl geeignet, ist jedoch für eine sehr hohe Drehzahl strukturell ungeeignet, da es notwendig ist, die Anzahl der Pole sehr hoch zu machen. Es ist schwierig, dieses Verfahren auf rotierende Maschinen anzuwenden, die eine sinusförmige Verteilung der magnetomotorischen Kraft und/oder des magnetischen Flusses aufweisen, welche für Induktionsmaschinen mit hoher Ausgangsleistung, Permanentmagnettyp-Motoren und dergleichen weit verbreitet sind.
Die japanische Patenterstveröffentlichung H.4-236.188 offenbart eine Technik, bei der die Anzahl der Pole reduziert ist, und schlägt eine Struktur ähnlich den herkömmlichen Induktionsmaschinen und Permanentmagnettyp-Rotationsmaschinen vor. Bei dieser Technik ist der Stator dem Statorkern einer vierpoligen geschalteten Reluktanzmaschine ähnlich. Der Stator weist acht Zähne mit vierpoligen konzentrierten Wicklungen auf, die mit magnetischen Polen unterteilt sind, so dass der magnetische Fluss jedes Pols unabhängig gesteuert wird. Es ist möglich, durch Verändern der Größe des Flusses jedes Pols ein rotierende Magnetfeld zu erzeugen. Es ist ferner möglich, wie bei herkömmlichen Magnetlagern eine radiale Kraft zu erzeugen.
Die japanische Patenterstveröffentlichung H.4-107.318 offenbart eine ähnliche Kernstruktur, die gekennzeichnet ist durch verteilte Wicklungen für eine Verteilung der magnetomotorischen Kraft, die einer sinusförmigen Verteilung nahe kommt.
In der Technik der letzten zwei Veröffentlichungen sind die Wicklungen in vier Wicklungen unterteilt und werden unabhängig angesteuert. Wenn die Wicklungen zweiphasig sind, besteht die Notwendigkeit von wenigstens acht einphasigen Invertern und 16 Leitungen in einer Einheit, die radiale Kräfte in zwei orthogonalen Achsen sowie ein Drehmoment erzeugt. Außerdem werden die radialen Kräfte und das Drehmoment mit dem gleichen Wicklungsstrom gesteuert, so dass ein Stromtreiber mit sehr hoher Geschwindig keit, hoher Genauigkeit und großer Leistungsfähigkeit notwendig ist.
Die japanische Patenterstveröffentlichung H.2-193.547 offenbart eine vierpolige elektromagnetische rotierende Maschine, die mit zweipoligen Wicklungen versehen ist, um eine radiale Kraft zu erzeugen. Diese Maschine kann ein Rotationsfeldtyp-Motor sein, bei dem durch Hinzufügen von Positionskontrollwicklungen, die jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Polen aufweisen, zum Stator das rotierende Magnetfeld zwangsweise ins Ungleichgewicht gebracht wird, um zusammen mit dem Drehmoment eine radiale Kraft zu erzeugen.
8 zeigt das Prinzip der Erzeugung einer radialen Kraft in einer elektromagnetischen rotierenden Maschine dieses Typs. Die Maschine enthält einen Rotor 40 und einen Stator 42, der vierpolige Wicklungen 44 zum Erzeugen eines Drehmoments aufweist.
Wenn der Rotor 40 koaxial mit dem Stator 42 positioniert ist, erzeugen die Wicklungen 44 vierpolige symmetrische magnetische Flüsse H4, indem sie mit einem positiven Strom versorgt werden. Ein vierpoliges rotierendes Magnetfeld wird erzeugt durch Zuführen von zweiphasigen Wechselströmen zu den vierpoligen Wicklungen 44 und den anderen vierpoligen Wicklungen (nicht gezeigt) senkrecht zu diesen. Wie in der japanischen Patenterstveröffentlichung H.2-193.547 offenbart ist, können die Wicklungen ansonsten dreiphasig sein. Wenn somit der Rotor 40 eine Käfigwicklung aufweist, wird ein Drehmoment im Rotor erzeugt, wie beim Rotor einer gewöhnlichen Induktionsmaschine.
Der Stator 42 besitzt ebenfalls zweipolige Positionskontrollwicklungen 46a und 46b zusätzlich zu den vierpoligen Wicklungen 44. Die Wicklungen 46a und 46b lassen eine magnetische Kraft radial auf dem Rotor 40 einwirken. Wenn die Wicklung 46a mit einem positiven Strom versorgt wird, werden zweipolige magnetische Flüsse H2 erzeugt, wie in 8 gezeigt ist.
In diesem Fall ist am Luftspalt unter dem Rotor 40 (in 8) die Richtung der zweipoligen Flüsse H4 entgegengesetzt zu derjenigen der zweipolige Flüsse H2, so dass die Flussdichte abnimmt. Andererseits stimmen am Luftspalt über dem Rotor 40 die Richtungen der Flüsse H4 und H2 überein, so dass die Flussdichte ansteigt.
Die Flussverteilung ist somit unausgeglichen, was eine radiale Kraft F im Rotor 40 hervorruft, die in 8 nach oben wirkt. Die Kraft F kann durch Steuern der Größe des Stroms eingestellt werden, der in der zweipoligen Wicklung 46a fließt. Die Richtung der Kraft F kann durch Umkehren der Richtung des Stroms in der Wicklung 48a umgekehrt werden.
Es ist möglich, eine radiale Kraft in Rechts- oder Links-Richtung in 8 zu erzeugen, indem ein Strom zu der zweipoligen Wicklung 46b zugeführt wird, die senkrecht zur Wicklung 46a angeordnet ist. Durch Einstellen der Größe und der Richtungen der Ströme in den zweipoligen Wicklungen 46a und 46b ist es möglich, eine radiale Kraft mit der gewünschten Größe und Richtung zu erzeugen.
In 8 werden die vierpoligen Wicklungen 44 zum Antreiben des Motors verwendet, während die zweipoligen Wicklungen 46a und 46b für die Radialpositionskontrolle verwendet werden. Ansonsten können die vierpoligen Wicklungen 44 zum Erzeugen einer radialen Kraft verwendet werden, während die zweipoligen Wicklungen 46a und 46b zum Antreiben des Motors verwendet werden können.
In einer elektromagnetischen rotierenden Maschine, die die Positionskontrolle des Rotors gemäß einem Prinzip bewerkstelligt, wie oben beschrieben ist, und dreiphasige Wicklungen aufweist, ist es möglich, eine radiale Kraft und ein Drehmoment mit nur sechs Leitungen und zwei dreiphasigen Invertern zu erzeugen. Da die Wicklungen zum Erzeugen einer radialen Kraft von denjenigen zum Erzeugen des Drehmoments getrennt sind, ist es möglich, einen Inverter oder einen Leistungsverstärker mit kleiner Leistungsfähigkeit für die Radialkraftkontrolle zu verwenden. Da die vierpoligen und zweipoligen Wicklungen verwendet werden, sind die wechselseitigen Kopplungen gleich 0, wenn der Rotor zentral positioniert ist, wobei keine induzierte Spannung des Motors in den Radialkraftkontrollwicklungen erzeugt wird. Solche elektromagnetischen rotierenden Maschinen können weit verbreitet als rotierende Maschinen mit hoher Ausgangsleistung verwendet werden, wie z. B. als Induktionsmaschinen, Permanentmagnettyp-Synchronmaschinen, Synchron-Reluktanzmotoren und dergleichen, in welchen eine Sinuswellenverteilung der magnetomotorischen Kraft und/oder des magnetischen Flusses erwartet werden.
9 zeigt das Kontrollsystem einer elektromagnetischen rotierenden Maschine mit Positionskontrollwicklungen. Um den Aufbau zu vereinfachen, zeigt 9 nur den Systemaufbau für eine zweipolige Radialpositionskontrolle.
Das in 9 gezeigte Kontrollsystem umfasst im Wesentlichen einen Motorantriebs-(Schaltungs)-Abschnitt A zum Ausüben eines Drehmoments auf dem Rotor 50, und einen Positionskontroll-(Schaltungs)-Abschnitt B zum Kontrollieren der Radialposition des Rotors 50.
Im Motorantriebsabschnitt A erzeugen der Sinuswellenoszillator 52 und der Cosinuswellenoszillator 53 Sinus- und Cosinuswellen, die jeweils auf dem Primärstrom-Frequenzbefehl 2ω basieren. Die Wellen werden mit einem Stromamplitudensollwert multipliziert. Die Amplitude und die Phase des Stroms sowie die Frequenz werden von der (nicht gezeigten) Motorantriebs-Steuer/Regelvorrichtung in Abhängigkeit von dem Motor/Generator-Typen bestimmt. Im Fall von Induktionsmotoren können feldorientierte Steuer/Regelvorrichtungen verwendet werden. Vektor-Steuer/Regelvorrichtungen können ebenfalls in anderen Typen von elektrischen Maschinen verwendet werden. Einfache v/f-Regler können entsprechend der Schleifenverstärkungseinstellung der Radialpositions-Regelschleifen zusammen mit der Hauptflussamplituden- und Rotationsposition-Schätzvorrichtung verwendet werden.
Der 2-Phasen/3-Phasen-Umsetzer 54 führt eine 2-Phasen/3-Phasen-Umsetzung durch und gibt unmittelbare Stromsollwerte iu4, iv4 und iw4 aus. Gemäß diesen Werten regelt der Inverter 56 die Ströme der vierpoligen Motorwicklungen C4.
Die Luftspaltlängen des Rotors 50 werden mittels Verschiebungssensoren 58a und 58b erfasst.
Im Positionskontrollabschnitt B vergleichen die Addieren 60a und 60b die Ausgänge α und β von den Verschiebungssensoren 58a und 58b mit Spaltsollwerten α0 bzw. β0. Die Fehler εα und εβ werden in die Regler eingegeben, wie z. B. PID-(Proportional-Integral-Differential)-Regler 62a und 62b. Die Regler 62a und 62b erzeugen Sollwerte Fα bzw. Fβ, die die Radialkräfte entsprechend den Luftspaltfehlern εα und εβ angeben. Der Modulator 64 moduliert die Sollwerte Fα und Fβ auf der Grundlage der Signale vom Sinuswellenoszillator 52 bzw. Cosinuswellenoszillator 53 entsprechend dem Winkel des rotierenden Magnetfeldes, der in Abhängigkeit von den Lastbedingungen variieren kann, und erzeugt Stromsollwerte iα und iβ für die zweipoligen Positionskontrollwicklungen Nα und Nβ. Wenn der Rotor Wicklungen des Käfigläufertyps aufweist, ist ein Kompensator 66 für die Phasenkompensation vorgesehen, wie in 9 gezeigt ist. Der 2-Phasen/3-Phasen-Umsetzer 68 setzt die Ausgangssignale des Kompensators 66 in 2-Phasen-Achsen in Werte in 3-Phasen-Achsen um. Gemäß den Stromsollwerten iu2, iv2 und iw2 vom Umsetzer 68 regelt der Inverter 70 die Wicklungsströme Iu2, Iv2 und Iw2 der zweipoligen Positionskontrollwicklungen Nα und Nβ.
Im Motorantriebsabschnitt A hängt die Art, wie Frequenzsollwerte und Stromamplitudensollwerte erzeugt werden, vom Typ der Motoren und dem Regelverfahren wie z. B. der Vektorregelung, der Schlupffrequenzregelung und der v/f-Regelung sowie der Konstant-id-Regelung ab. Für die Vektorregelung und dergleichen führt der Motorantriebsabschnitt A dem Positionskontrollabschnitt B die Amplitude und den Winkel des Feldes und dergleichen, die in 9 weggelassen sind, zusätzlich zu den Sinus- und Cosinuswellen der Frequenz zu. Diese Befehle werden auf der Grundlage der erfassten Wellendrehzahlen, Drehwinkel und Motorströme erzeugt.
Wie oben beschrieben worden ist, ist das in 9 gezeigte Kontrollsystem den Kontrollsystemen der herkömmlichen Magnetlager sehr ähnlich, mit Ausnahme der Modulation synchron mit dem rotierenden Magnetfeld.
Die herkömmlichen elektromagnetischen rotierenden Maschinen mit Positionskontrollwicklungen haben jedoch Probleme mit den Verschiebungssenso ren zum Erfassen der Verschiebungen ihrer jeweiligen Rotoren. Genauer, da die Verschiebungssensoren nicht unbedingt dort montiert sind, wo die radiale Kraft erzeugt wird, können elastisch verformbare Rotoren eine Instabilität hervorrufen. Außerdem können eine Exzentrizität und Rauheit der Sensorzieloberfläche eine Störung der Positionskontrollsysteme hervorrufen. Es ist ein weiteres Problem, dass die Verschiebungssensoren selbst teuer sind.
Um die obigen Probleme mit den Verschiebungssensoren zu lösen, wird in Betracht gezogen, dass ein Magnetlager mit den folgenden Verfahren ohne Sensoren ausgeführt wird.
Eines der Verfahren besteht darin, die Radialpositionsänderung der Hauptwelle anhand der Schaltfrequenz eines Stromreglers zum Ansteuern eines Magnetlagers zu schätzen, da die Schaltfrequenz sich mit der von den Magnetlageranschlüssen eingegebenen Induktivität ändert. Dieses Verfahren ist resistent gegen Störungen und ist praktisch. Selbst wenn in diesem Verfahren jedoch der Rotor verschoben wird, wird die Induktivität des Magnetlagers nicht stark verändert. Genauer ist die Induktivitätsänderung nahe der Mitte sehr klein, wenn differenzielle Wicklungen verwendet werden. Die Kontrolle ist somit schwierig.
In einem weiteren der Verfahren ist die Relation zwischen der Spannung und dem Strom eines Magnetlagers die Funktion des Abstands zwischen dem Lager und der zugehörigen Hauptwelle, wobei eine Linearisierung nahe des Betriebspunktes vorgenommen wird, und wobei die Radialverschiebung mit einer Beobachtungsvorrichtung oder einem Simulator geschätzt wird, oder es wird ein Regler zum Stabilisieren des Gesamtsystems anhand des erfassten Stroms eingerichtet, um einen Spannungssollwert zu erzeugen. Dieses Verfahren ist mathematisch sehr klar und neu. Es ist jedoch notwendig, eine Linearisierung nahe dem Betriebspunkt vorzunehmen. Es ist ferner sehr schwierig, die Parameter einzustellen, um einen stabilisierenden Regler einzurichten.
DE 26 56 469 A offenbart ein radial aktives Magnetlager mit Antriebsrotation, das ein oder mehrere Statoren und einen Rotor mit einem einen Luftspalt überwachenden Sensor umfasst.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige und zuverlässige elektromagnetische rotierende Maschine zu schaffen, bei der die Rotorverschiebung ohne Vorsehen von Verschiebungssensoren, ohne eine Positionsschätzung durch eine Linearisierung nahe des Betriebspunktes, wie es im obenerwähnten Magnetlager implementiert ist, oder eine Positionsschätzung anhand der Größe der Induktivitätsänderung im Elektromagneten für das Magnetlager geschätzt werden kann, und bei der eine stabile Positionskontrolle durchgeführt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektromagnetische rotierende Maschine geschaffen, die durch eine elektromagnetische Wirkung zwischen einem Stator und einem Rotor angetrieben wird, wobei die Maschine umfasst:
Antriebswicklungen, die am Stator angesetzt sind; Positionskontrollwicklungen, die am Stator angesetzt sind, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das Pole aufweist, die in der Anzahl verschieden von jener der Wicklungen sind;
ein Magnetkraft-Erzeugungsmittel, um eine Magnetkraft auf den Rotor wirken zu lassen, indem den Positionskontrollwicklungen elektrischer Strom zugeführt wird, um das Magnetfeld auf der Statorseite aus dem Gleichgewicht zu bringen;
ein Induktionszustand-Erfassungsmittel zum Erfassen der induzierten Spannung oder des Stroms, der in den Positionskontrollwicklungen durch die Verschiebung des Rotors und durch das von den Antriebswicklungen erzeugte rotierende Magnetfeld erzeugt wird;
ein Verschiebungserfassungsmittel zum Erfassen der Verschiebung des Rotors anhand einer Gegeninduktivität zwischen den Antriebswicklungen und den Positionskontrollwicklungen, die mittels der induzierten Spannung oder des Stroms, die vom Induktionszustand-Erfassungsmittel erfasst werden, und der Größe und der Drehzahl des von den Antriebswicklungen erzeugten rotierenden Magnetfeldes bestimmt wird; und
ein Positionskontrollmittel zum Kontrollieren der Position des Rotors durch Ändern der vom Magnetkraft-Erzeugungsmittel erzeugten Magnetkraft in Abhängigkeit von der vom Verschiebungserfassungsmittel erfassten Verschiebung.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Die Erfindung soll nicht auf die Zeichnungen beschränkt sein, die lediglich der Erläuterung dienen. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockschaltbild, das den Hauptabschnitt des Kontrollsystems einer elektromagnetischen rotierenden Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 eine Querschnittsansicht, die eine elektromagnetische rotierende Maschine zeigt;
3(a) und 3(b) eine Verschiebung eines Rotors auf den Koordinatenachsen;
4(a) und 4(b) Ergebnisse einer Induktivitätsmessung mit einer aktuellen Vorrichtung;
5 ein Blockschaltbild, das den Hauptabschnitt des Kontrollsystems einer elektromagnetischen rotierenden Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
6 ein Blockschaltbild, das ein Beispiel des Kontrollsystems einer elektromagnetischen rotierenden Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
7 eine perspektivische Ansicht, die teilweise im Querschnitt eine elektromagnetische rotierende Maschine mit Positionskontrollwicklungen zeigt;
8 einen Querschnitt, der das Prinzip der Erzeugung einer radialen Kraft in der elektromagnetischen rotierenden Maschine zeigt; und
9 ein Blockschaltbild, das ein Kontrollsystem einer herkömmlichen elektromagnetischen rotierenden Maschine zeigt.
1 zeigt schematisch den Hauptteil im Kontrollsystem der elektromagnetischen rotierenden Maschine 10. In 1 sind Einrichtungen und/oder Teile, die denjenigen der in 9 gezeigten herkömmlichen Maschine ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht genauer beschrieben.
In dieser Ausführungsform kann die elektromagnetische rotierende Maschine 10 ein Induktionsmotor, ein Synchronmotor oder dergleichen sein, die ein rotierendes magnetisches Feld an ihrem Stator erzeugen können, um auf ihren Rotor 50 ein Drehmoment auszuüben. Der Stator besitzt Motorwicklungen C4 zum Erzeugen eines rotierenden Magnetfeldes und Positionskontrollwicklungen C2 für eine Störung dieses Magnetfeldes, um eine radiale magnetische Kraft auf den Rotor 50 auszuüben. Das Prinzip der Erzeugung der radialen Kraft mittels der Wicklungen C2 ist demjenigen ähnlich, das in 8 gezeigt ist.
Die elektromagnetische rotierende Maschine 10 enthält einen Positionskontroll-(Schaltungs)-Abschnitt B1 zum Kontrollieren der Ströme der Positionskontrollwicklungen C2. Statt im Abschnitt B1 einen Verschiebungssensor vorzusehen, werden dem Regler 82 die Ströme Iu2, Iv2 und Iw2 der Wicklungen C2, der primäre Stromfrequenzbefehl und der Ausgangsstromwert (oder Spannungswert) des Inverters 56 zugeführt. Der Regler 82 schätzt oder ermittelt eine Radialverschiebung des Rotors 50 anhand der Ströme Iu2, Iv2 und Iw2 und dergleichen, und verstärkt diese mittels eines PID-, PIDD- oder eines anderen Verstärkers, und erzeugt Sollwerte Fα und Fβ für die radiale Kraft, die auf den Rotor 50 einwirkt, so dass die Verschiebung gleich 0 gemacht wird.
Der Regler 82 ist mit dem Modulator 84 verbunden, der die Sollwerte Fα und Fβ entsprechend dem Winkel des rotierenden Feldes auf der Grundlage der Signale von Sinuswellenoszillator 52 und Cosinusoszillator 53 eines Motorantriebs-(Schaltungs)-Abschnitts A moduliert. Die modulierten Sollwerte werden dem 2-Phasen/3-Phasen-Umsetzer 86 als 2-Pol-Wicklungs-Spannungssollwerte vα und vβ zugeführt, die die Spannungen der Positionskontrollwicklungen C2 festlegen. Der Umsetzer 86 setzt die Werte vα und vβ auf den 2-Phasen-Achsen in Spannungssollwerte vu2, vv2 und vw2 auf 3- Phasen-Achsen um, welche anschließend den Spannungskontrollinverter 88 zugeführt werden. Wenn die Wicklungen zweiphasig sind, kann der Umsetzer 86 weggelassen werden, so dass die Spannungssollwerte vα und vβ vom Modulator 84 direkt dem Inverter 88 zugeführt werden können.
Der Spannungskontrollinverter 88 erzeugt Ausgangsspannungen Vu2, Vv2 und Vw2 in Abhängigkeit von den Spannungssollwerten vu2, vv2 bzw. vw2. Die Ausgangsspannungen werden den Positionskontrollwicklungen C2 zugeführt.
Der Aufbau des Motorantriebsabschnitts A ist demjenigen ähnlich, der in 9 gezeigt ist.
Die Operation der so aufgebauten Ausführungsform wird im Folgenden erläutert.
Zuerst wird die Theorie der Schätzung der Verschiebung des Rotors 50 im Regler 82 anhand der Ströme Iu2, Iv2 und Iw2 der Positionskontrollwicklungen C2, des primären Stromfrequenzbefehls und des Ausgangsstromwerts (oder Spannungswerts) vom Inverter 56 erläutert. Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird im Folgenden ein Fall erläutert, bei dem die Motorwicklungen und die Positionskontrollwicklungen am Stator zweiphasige 4-Pol-Motorwicklungen Na und Nb und zweiphasige 2-Pol-Positionskontrollwicklungen Nα bzw. Nβ sind.
2 zeigt schematisch die elektromagnetische rotierende Maschine im Querschnitt. Die 3(a) und 3(b) zeigen die Verschiebung des Rotors 12 auf Koordinatenachsen. In jeder der 3(a) und 3(b) sind die Achsen der Abszisse und der Ordinate jeweils als α-Achse bzw. β-Achse bezeichnet. g0 repräsentiert den Spalt, wenn der Rotor 12 koaxial mit dem Stator 14 positioniert ist. Es wird angenommen, dass die Verteilung der magnetomotorischen Kraft der Wicklungen Na, Nb, Nα und Nβ sinusförmig ist, dass die magnetische Sättigung und die Raumoberwellen eines Schlitzes und dergleichen vernachlässigt werden, und dass die Spaltdurchlässigkeit zwischen dem Stator 14 und dem Rotor 12, wenn der Rotor koaxial mit dem Stator positioniert ist, ein konstanter Wert ist.
Unter solchen Annahmen werden die magnetomotorischen Kräfte der Wicklungen Na, Nb, Nα und Nβ pro Stromeinheit durch die folgenden Gleichungen (1)–(4) dargestellt. Aa = –N4cos(2ϕs) (1) Ab = –N4sin(2ϕs) (2) Aα = N2cos(ϕs) (3) Aβ = –N2sin(ϕs) (4)
In diesen Gleichungen repräsentieren Aa und Ab die magnetomotorischen Kräfte der zweiphasigen 4-Pol-Motorwicklungen Na bzw. Nb, während Aα und Aβ die magnetomotorischen Kräfte der zweiphasigen 2-Pol-Positionskontrollwicklungen Nα bzw. Nβ repräsentieren. N4 und N2 repräsentieren die Grundwellen der magnetomotorischen Kräfte pro Stromeinheit der vierpoligen bzw. zweipoligen Wicklungen. ϕs repräsentiert den Winkel längs der Innenoberfläche des Stators.
Es wird angenommen, wie in den 3(a) und 3(b) gezeigt ist, dass der Rotor 12 im Stator 14 um eine Strecke x längs der α-Achse und eine Strecke y längs der β-Achse verschoben ist, dass der Luftspalt im Vergleich zum Radius des Rotors ausreichend klein ist, und dass die Verschiebung des Rotors im Vergleich zum Luftspalt ausreichend klein ist. Die Durchlässigkeit P0 pro Radianteneinheit wird dann durch die folgende Gleichung (5) dargestellt. P0 = (μ0RI/g0)[1 + (x/g0)·cos(ϕs) – (y/g0)·sin(ϕs)] (5)
In dieser Gleichung repräsentiert R den Radius des Rotors 12. I repräsentiert die axiale Länge des Kerns. μ₀ repräsentiert die magnetische Permeabilität in Luft. Die magnetischen Flüsse Ψa, Ψb, Ψα und Ψβ, wenn die Wicklungen Na, Nb, Nα und Nβ mit einer Stromeinheit erregt werden, werden anhand der Durchlässigkeit und des magnetischen Potenzials mittels der folgenden Gleichungen (6)–(9) gefunden. Ψa = P0(Aa/2) (6) Ψb = P0(Ab/2) (7) Ψα = P0(Aα/2 – N2·x/4g0) (8) Ψβ = P0(Aβ/2 – N2·y/4g0) (9)
Wenn die Flussverkettungen an den Wicklungen Na, Nb, Nα und Nβ jeweils λa, λb, λα bzw. λβ in der Reihenfolge sind, während die momentanen Ströme in den Wicklungen Na, Nb, Nα und Nβ jeweils ia, ib, iα bzw. iβ sind, kann die folgende Matrixgleichung (10) hinsichtlich der Symmetrie der Induktivität definiert werden.
Diese Induktivitäten können gefunden werden durch Integrieren der in (6–9) hergeleiteten magnetischen Flussverteilung. Zum Beispiel wird die Selbstinduktivität La der a-Phase-4-Pol-Motorwicklung durch die folgende Gleichung (11) ausgedrückt. La = (1/2)·∫ψa·Aadϕs = μ0πIRN4 2/4g0 (11)
Die Gegeninduktivität Maα zwischen der a-Phase-4-Pol-Motorwicklung und α-Phase-2-Pol-Positionskontrollwicklung wird durch die folgende Gleichung (12) ausgedrückt. Maα = (1/2)·∫ψa·Aadϕs = (μ0πIRN2N/g0)(–x) (12)
Die Integration von ∫d ϕs reicht von 0 bis 2π. In ähnlicher Weise werden als Nächstes dann, wenn die Gleichung (10) bezüglich der jeweiligen Induktivitäten aufgelöst wird, die Lösungen durch die folgenden Determinanten (13)– (15) ausgedrückt.
Somit zeigen die Gleichungen (13) und (14), dass die Selbstinduktivitäten La, Lb, Lα und Lβ der jeweiligen Wicklungen nicht von der Verschiebung des Rotors 12 abhängen, sondern konstant sind. Sie zeigen ferner, dass die Gegeninduktivität Mab zwischen den 4-Pol-Motorwicklungen Na und Nb und die Gegeninduktivität Maß zwischen den 2-Pol-Positionskontrollwicklungen Nα und Nβ gleich 0 sind. Außerdem zeigt die Gleichung (15), dass die Gegeninduktivitäten Maα, Mbα, Maβ und Mbβ der 4-Pol-Motorwicklungen Na und Nb und der Positionskontrollwicklungen Nα bzw. Nβ proportional zur Verschiebung des Rotors 12 sind.
4(a) und (b) zeigen die Ergebnisse der Messung der Induktivitäten mit einer aktuellen Vorrichtung.
Wenn der Rotor 12 in der Richtung α in 3(a) verschoben wird, ist die Gegeninduktivität Mbβ proportional zur Verschiebung, wie in 4(a) gezeigt ist, während die Gegeninduktivität Maα umgekehrt proportional zur Verschiebung ist. Die Gegeninduktivitäten Maβ und Mbα sind gleich 0. Wenn der Rotor 12 in der Richtung β in 3(a) verschoben wird, sind die Gegeninduktivitäten Maβ und Mbα proportional zur Verschiebung, wie in 4(b) gezeigt ist, obwohl Maα und Mbβ gleich 0 sind.
Wenn der Rotor 12 in einer beliebigen Richtung verschoben wird, sind die Änderungen der Gegeninduktivitäten Mab, Maβ, Mbα und Maβ im Vergleich zu den anderen Induktivitäten signifikant und nahezu gleich 0. Wenn der Rotor 12 in eine beliebige der Richtungen α und β verschoben wird, werden die Selbstinduktivitäten La, Lb und Lα und Lβ nahezu konstante Werte.
Diese Ergebnisse unterstützen oder bestätigen die Gleichungen (13)–(15).
Das obige zeigt, dass die Verschiebung des Rotors 12 anhand der Gegeninduktivitätsmatrix M42 geschätzt werden kann, ohne Verschiebungssensoren vorzusehen.
Genauer, wenn der Rotor 12 koaxial mit dem Stator 14 positioniert ist, ist M42 gleich 0, so dass keine elektromotorische Kraft in den Zwei-Pol-Positionskontrollwicklungen Nα und Nβ induziert wird. Wenn der Rotor 12 radial verschoben ist, ist jedoch M42 ungleich 0, so dass aufgrund des rotierenden magnetischen Feldes der Vier-Pol-Motorwicklungen Na und Nb Spannungen induziert werden. Da M42 proportional zur Verschiebung des Rotors 12 ist, wie oben erwähnt worden ist, sind die induzierten Spannungen proportional zur Rotorversschiebung und zur Größe und Drehzahl des rotierenden Feldes der Motorwicklungen Na und Nb. Dies zeigt, dass die Anschlussspannungen der Positionskontrollwicklungen Nα und Nβ Komponenten proportional zur Radialverschiebung des Rotors 12 enthalten.
Es ist somit möglich, die Verschiebung des Rotors 12 zu schätzen durch Erfassen der induzierten Spannungen oder Ströme in den Positionskontrollwicklungen Nα und Nβ, und Berechnen anhand der erfassten Werte und der Größe und Drehzahl des rotierenden Feldes der Motorwicklungen Na und Nb. Wenn die Größe des rotierenden Feldes fest ist, ist es z. B. möglich, die Verschiebung zu schätzen mittels Berechnung anhand der induzierten Spannungen und Ströme in den Positionskontrollwicklungen Nα und Nβ und der Drehzahl des rotierenden Feldes.
Es ist ferner möglich, eine PWM-Trägerfrequenzkomponente zu erfassen, d. h. sieben Raumspannungsvektoren einschließlich eines Nullvektors im Fall von dreiphasigen Wicklungen. Wenn die Motorspannungsvektoren erfasst werden, oder Motorspannungsvektorbefehle erfasst werden, ist es möglich, Rotorradialverschiebungen einzurichten, die induzierte Spannungsvektoren in den Positionskontrollwicklungen erfassen.
Es ist sehr wahrscheinlich, dass Stromquellen-Inverter oder stromgesteuerte Spannungsquellen-Inverter verwendet werden können. Die PWM-Träger im obigen Absatz können durch Hochfrequenzsignale ersetzt werden, die von einem externen Signalgenerator injiziert werden.
Das Vorangehende ist eine Erläuterung der zweiphasigen Vier-Pol-Motorwicklungen Na und Nb und der zweiphasigen Zwei-Pol-Positionskontrollwicklungen Nα und Nβ. Es ist auch möglich, entsprechend einem ähnlichen Prinzip die Rotorposition für zweiphasige Zwei-Pol-Motorwicklungen und zweiphasige Vier-Pol-Positionskontrollwicklungen zu erfassen, und sogar für dreiphasige Wicklungen, wie im Fall dieser Ausführungsform.
Im folgenden wird die Operation der elektromagnetischen rotierenden Maschine 10 erläutert.
In dieser Ausführungsform bewirkt der Inverter 56 des Motorantriebsabschnitts A, dass dreiphasige symmetrische Ströme in den Motorwicklungen C4 fließen, so dass auf der Statorseite ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird. Wie in 8 gezeigt ist, bringen außerdem die Positionskontrollwicklungen C2 die magnetische Flussdichte zwangsweise ins Ungleichgewicht, so dass eine radiale Kraft auf den Rotor 50 ausgeübt wird, so dass er magnetisch schwebt. Die Spannungsregelung der Wicklungen C2 mittels des Positionskontrollabschnitts B1 kontrolliert die Schwebeposition, so dass der Rotor in seiner Position (Statormitte) schwebt. Somit wird der Rotor 50 für eine berührungsfreie Rotation angetrieben.
Wenn bei der Positionskontrolle des Rotors 50 der Rotor koaxial mit dem Stator positioniert ist, ist die Gegeninduktivitätsmatrix M (äquivalent oder entsprechend M42) zwischen den Motorwicklungen C4 und den Positionskontrollwicklungen C2 gleich 0, entsprechend dem obigen Prinzip, so dass die Wicklungen C4 keine elektromotorische Kraft in die Wicklungen C2 injizieren.
Wenn der Rotor 50 radial verschoben wird, ist die Gegeninduktivitätsmatrix M ungleich 0, so dass aufgrund des rotierenden magnetischen Feldes der Motorwicklungen C4 elektromotorische Kräfte in den Positionskontrollwicklungen C2 induziert werden.
Die Gegeninduktivitätsmatrix M ist proportional zur Verschiebung des Rotors 50, entsprechend dem obigen Prinzip. Die induzierten Spannungen sind daher proportional zur Verschiebung des Rotors 50 und zur Drehzahl und Stärke des rotierenden Magnetfeldes der Motorwicklungen C4. Das heißt, die Anschlussspannungen der Positionskontorollwicklungen C2 enthalten Komponenten proportional zur Radialverschiebung des Rotors 50.
Dem Regler 82 werden die Ströme Iu2, Iv2 und Iw2 der Positionskontrollwicklungen C2 zugeführt. Der Regler 82 schätzt die Verschiebung des Rotors 50 mittels Berechnung anhand dieser Ströme, des primären Stromfrequenzbefehls 2ω, der die Drehzahl des rotierenden Magnetfeldes ist, und des Ausgangsstromwertes (oder Spannungswertes) vom Inverter 56, um die Stärke des rotierenden Feldes zu schätzen. Der Regler 82 vergleicht anschließend die geschätzte Verschiebung mit den (nicht gezeigten) Spaltsollwerten und erzeugt Sollwerte Fα und Fβ, um die Kraft in der Richtung vorzugeben, die die Spaltfehler gleich 0 macht. Die Spannungen werden anschließend über den Modulator 84, den Zwei-Phasen/Drei-Phasen-Umsetzer 86 und den Spannungskontrollinverter 88 den Positionskontrollwicklungen C2 zugeführt. Die Position des Rotors 50 wird so geregelt, dass die Ströme auf der Grundlage der Rotorverschiebung spezifizierte Werte sind.
Es ist ferner möglich, die Rotorradialpositionen anhand der Trägerfrequenzkomponenten zu schätzen. Da der Spannungsquelleninverter PWM-Trägerfrequenzkomponenten erzeugt, existieren PWM-Frequenzkomponenten an den Radialpositionskontrollwicklungen. Bei Erfassung der Spannungsvekto ren, d. h. der unmittelbaren Spannung, können die Rotorradialverschiebungen geschätzt werden, da diese induzierten Spannungen durch die Gegeninduktivitäten zwischen den Motorwicklungen und den Radialpositionskontrollwicklungen erzeugt werden, und somit durch die Funktionen der Rotorradialverschiebung.
Wie oben beschrieben worden ist, wird in der elektromagnetischen rotierenden Maschine 10 dieser Ausführungsform die Position des Rotors 50 ohne Vorsehen von Verschiebungssensoren kontrolliert. Es ist somit möglich, die Anzahl der Leitungen zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Da außerdem keine Verschiebungssensoren vorgesehen sind, können die Kosten niedrig sein. Ferner kann keine Anordnung auftreten, die ein Problem bei einem elastischen Rotor wäre.
Im folgenden wird die zweite Ausführungsform beschrieben.
5 zeigt den Hauptabschnitt im Kontrollsystem der elektromagnetischen rotierenden Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform. In 5 sind die Einrichtungen und/oder Teile, die denjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, mit den gleich Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht genauer beschrieben.
In dieser Ausführungsform ist das Kontrollsystem eine Vereinfachung der ersten Ausführungsform. Der Regler 90 des Positionskontrollabschnitts D2 ist mit einer Übertragungsfunktion zum Stabilisieren des Radialsystems versehen.
Genauer rekonfiguriert oder rekonstruiert der Regler 90 die Übertragungsfunktion zum Stabilisieren des Radialsystems, indem er die Funktion zum Schätzen der Verschiebung durch Empfangen der Ströme Iu2, Iv2 und Iw2 (oder der Spannung) der Positionskontrollwicklungen C2 und der Berechnung anhand dieser Ströme, des primären Stromfrequenzbefehls 2ω, der die Drehzahl des rotierenden Magnetfeldes ist, und der Ausgangsspannung (oder des Stroms) vom Inverter 56 aufweist, um die Stärke des rotierenden Feldes zu schätzen, und die in der ersten Ausführungsform erläuterten Funktionen der Schaltung zum Erzeugen der Sollwerte Fα und Fβ, des Modulators 84 und des Zwei-Phasen/Drei-Phasen-Umsetzers 86 aufweist.
Folglich erfasst der Regler 90 die Ströme Iu2, Iv2 und Iw2 (oder die Spannungen vu2, vv2, vw2) der Positionskontrollwicklungen C2 als Eingänge, berechnet die Spannungssollwerte (oder Stromsollwerte) für die Stabilisierung des Radialsystems, und gibt die Werte vu2, vv2 und vw2 (oder die Ströme iu2, iv2, iw2) an den Spannungskontrollinverter 92 aus. Auf der Grundlage dieser Signale gibt der Inverter 92 die Spannungen Vu2, Vv2, Vw2 (oder die geregelten Ströme iu2, iv2, iw2) an die Wicklungen C2 aus, um die Position des Rotors 50 zu kontrollieren.
In diesen zwei Ausführungsformen wird die Radialposition des Rotors 50 anhand der Ströme der Positionskontrollwicklungen C2 geschätzt. Ansonsten kann die Rotorposition durch Schätzen der Radialposition des Rotors 50 anhand der induzierten Spannungen der Wicklungen C2, Berechnen der Stromsollwerte zum Stabilisieren des Radialsystems, und Ausgeben der Werte von einem Inverter kontrolliert werden.
Es ist ferner möglich, die unmittelbare reaktive Kraft und die aktive Kraft zu kontrollieren, um das Stabilisierungsverfahren zu finden. In diesem Fall kann der Inverter 92 als ein aktives Leistungsfilter betrachtet werden, das einen negative Selbstinduktivität sowie einen negativen Widerstand erzeugt, d. h. nahe Lα und Lβ und diesem Wicklungswiderstand. Der Inverter 92 verleiht ferner genug Dämpfung und Steifigkeit, um die Welle frei schweben zu lassen. Das aktive Leistungsfilter, d. h. der aktiv dämpfende Generator in der radialen Rotorpositionskontrolle, kann durch passive Induktionsschaltungen, Kapazitäten und Widerstände ergänzt werden. Diese Schaltungen benötigen keine Informationen vom Motorantriebsinverter und können somit in lagerlosen Motoreinheiten installiert sein.
Im folgenden wird die dritte Ausführungsform beschrieben. Einrichtungen und/oder Teile, die denjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht genauer beschrieben.
In dieser Ausführungsform besitzt der (nicht gezeigte) Stator Vier-Pol- Motorwicklungen C4 und Zwei-Pol-Positionskontrollwicklungen C2. Die Wicklungen C4 sind mit einem Motorantriebsabschnitt A zum Kontrollieren ihrer Antriebsströme verbunden.
In dieser Ausführungsform bilden die Positionskontrollwicklungen C2 durch Kurzschließen ihrer Anschlüsse einen geschlossenen Schaltkreis. Die in dem geschlossenem Schaltkreis induzierte Spannung ruft dann, wenn der Motor angetrieben wird, eine radiale Kraft hervor, die in Rotor 50 immer mit dem Stator koaxial hält.
Genauer, wie oben erwähnt worden ist, werden Spannungen in den Positionskontrollwicklungen C2 proportional zur Verschiebung des Rotors 50 und der Stärke und der Drehzahl des rotierenden Magnetfeldes der Motorwicklungen C4 induziert. Wie es bei dieser Ausführungsform der Fall ist, wird daher durch Kurzschließen der Anschlüsse der Wicklungen C2, um einen geschlossenen Stromkreis zu bilden, eine Spannung in dem geschlossenen Stromkreis in einer solchen Richtung induziert, dass die Rotorverschiebung aufgehoben wird. Die induzierte Spannung lässt einen Strom fließen, der eine radiale Kraft erzeugt, um den Rotor 50 immer koaxial mit dem Stator zu halten, so dass die Rotorposition kontrolliert wird.
Wenn die Positionskontrollwicklungen C2 jedoch einen Wicklungswiderstand aufweisen, ist die Radialkraft nicht sehr groß, wenn die induzierten Spannungen gering sind. Wenn die Drehzahl und die induzierten Spannungen der Wicklungen C2 ansteigen, steigt trotzdem der Strom an. Als Ergebnis wird eine radiale Kraft erzeugt, so dass es möglich ist, die Kontrolle zu verwirklichen, um den Rotor 50 immer koaxial mit dem Stator zu halten.
Wenn die Positionskontrollwicklungen C2 aus Supraleitern und/oder niedrigen Widerständen bestehen, ist der Wicklungswiderstand nahezu gleich 0, so dass auch geringe induzierte Spannungen einen großen Strom fließen lassen. Somit ist es möglich, die Kontrolle zu verwirklichen, um den Rotor 50 immer koaxial mit dem Stator zu halten.
Durch Vorsehen der Positionskontrollwicklungen C2 mit einer RLC-Schaltung 94, wie in 6 gezeigt ist, ist es möglich, die Dämpfung bei niedrigen Frequenzen mit dem Kondensator C und die Dämpfung bei hohen Frequenzen mit der Induktivität L zu reduzieren. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Drehzahl, bei der der Rotor zu schweben beginnt, in einem niedrigen Drehzahlbereich festzulegen und den Positionskontrollstrom davor zu bewahren, zu groß zu werden, wenn die induzierte Spannung in einem hohen Drehzahlbereich hoch ist.
In diesem Verfahren kann im Vergleich zu den ersten und zweiten Ausführungsformen die Einrichtung einfach sein und die Kosten können gering sein, da es möglich ist, den Regler, den Inverter, den Stromdetektor und dergleichen für die Positionskontrolle wegzulassen.
In jeder der Ausführungsformen sind die Motorwicklungen C4 und die Positionskontrollwicklungen C2 vierpolige bzw. zweipolige Wicklungen. Im Gegensatz hierzu können die Wicklungen C4 und C2 zweipolig bzw. vierpolig sein.
Jede der Ausführungsformen ist beispielhaft durch eine elektromagnetische rotierende Maschine dargestellt, die als Motor angetrieben wird. Die vorliegende Erfindung kann auch auf eine elektromagnetische rotierende Maschine angewendet werden, die als Generator angetrieben wird.

Claims

Elektromagnetische rotierende Maschine, die durch eine elektromagnetische Wirkung zwischen einem Stator und einem Rotor (12) angetrieben wird, wobei die Maschine umfasst: Antriebswicklungen (C4; Na, Nb), die am Stator angesetzt sind; Positionskontrollwicklungen (C2; Nα, Nβ), die am Stator angesetzt sind, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das Pole aufweist, die in der Anzahl verschieden von jener der Wicklungen sind; ein Magnetkraft-Erzeugungsmittel, um eine Magnetkraft auf den Rotor wirken zu lassen, indem den Positionskontrollwicklungen elektrischer Strom zugeführt wird, um das Magnetfeld auf der Statorseite aus dem Gleichgewicht zu bringen; ein Induktionszustand-Erfassungsmittel zum Erfassen der induzierten Spannung oder des Stroms, der in den Positionskontrollwicklungen durch die Verschiebung des Rotors und durch das von den Antriebswicklungen erzeugte rotierende Magnetfeld erzeugt wird; gekennzeichnet durch ein Verschiebungserfassungsmittel zum Erfassen der Verschiebung des Rotors anhand einer Gegeninduktivität zwischen den Antriebswicklungen und den Positionskontrollwicklungen, die mittels der induzierten Spannung oder des Stroms, die vom Induktionszustand-Erfassungsmittel erfasst werden, und der Größe und der Drehzahl des von den Antriebswicklungen erzeugten rotierenden Magnetfeldes bestimmt wird; und ein Positionskontrollmittel zum Kontrollieren der Position des Rotors durch Ändern der vom Magnetkraft-Erzeugungsmittel erzeugten Magnetkraft in Abhängigkeit von der vom Verschiebungserfassungsmittel erfassten Verschiebung.
Elektromagnetische rotierende Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Magnetfeld mittels PWM-Spannung-Raum-Vektoren gebildet wird; und die Größe und Drehzahl des rotierenden Magnetfeldes durch die Raumvektoren der am Motor angelegten Spannung bestimmt werden.
Elektromagnetische rotierende Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: das rotierende Magnetfeld mittels eines injizierten Hochfrequenzträgers gebildet wird; und die Größe und die Drehzahl des rotierenden Magnetfeldes durch den injizierten Hochfrequenzträger bestimmt werden.