JP2000188848A - Dynamo-electric machine functioning as bearing - Google Patents

Dynamo-electric machine functioning as bearing

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JP2000188848A
JP2000188848A JP10365181A JP36518198A JP2000188848A JP 2000188848 A JP2000188848 A JP 2000188848A JP 10365181 A JP10365181 A JP 10365181A JP 36518198 A JP36518198 A JP 36518198A JP 2000188848 A JP2000188848 A JP 2000188848A
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stator
rotor
magnetic
coils
coil
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Application number
JP10365181A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Nakai
英雄 中井
Shigenobu Okada
重信 岡田
Toshifumi Arakawa
俊史 荒川
Akinori Matsuda
明教 松田
Yukio Inaguma
幸雄 稲熊
Hiroki Otani
裕樹 大谷
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0493Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor
    • F16C32/0497Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor generating torque and radial force

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dynamo-electric machine which functions also as a bearing with stable operation and without causing unexpected fluctuation in rotating torque or in radial direction of a rotor. SOLUTION: A plurality of stator coils u1 to u3, v1 to v3, and w1 to w3 of the identical phase are provided in a circumferential direction of a stator 1, and stator coils u1 to w1, u2 to w3, and u3 to w3 of different phases to each other are connected at an end thereof to form a plurality of group coils 3A to 3C. In addition, each non-magnetic plate is inserted between the magnetic poles 3A to 3C to form a magnetic separation part 1 between the magnetic poles 3A to 3C as adjoining group coils and obtain magnetic resistance is obtained which is larger than the magnetic resistance between the stator blocks 11 to 13, on which each group coil is mounted, and a rotor 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はステータコイルの電
磁界によってロータを径方向で位置決めしつつ回転させ
る軸受け兼用回転電機に関し、特にその作動不安定を解
消する構造改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotating electric machine which also rotates a rotor while positioning a rotor in a radial direction by an electromagnetic field of a stator coil, and more particularly to a structure improvement for eliminating unstable operation thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】ベアリング等を使用した機械的軸受けに
代えて、ステータコイルの電磁気力によってロータを非
接触で支持する磁気軸受けが知られており、さらに、上
記ステータコイルによって回転磁界を形成して上記ロー
タに回転力をも与えるようにした軸受け兼用回転電機が
提案されている。例えば特開平7−255147号公報
に記載の軸受け兼用回転電機では、各ステータコイルに
位相をずらした励磁電流を供給して回転磁界を形成する
ことによりロータを回転させるとともに、励磁電流の振
幅を制御してロータを径方向で位置決めしている。
2. Description of the Related Art Instead of a mechanical bearing using a bearing or the like, a magnetic bearing that supports a rotor in a non-contact manner by the electromagnetic force of a stator coil is known. Further, a rotating magnetic field is formed by the stator coil. A bearing / rotary electric machine has also been proposed which also applies a rotational force to the rotor. For example, in the bearing-rotating electric machine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-255147, an exciting current having a phase shifted is supplied to each stator coil to form a rotating magnetic field, thereby rotating the rotor and controlling the amplitude of the exciting current. To position the rotor in the radial direction.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
軸受け兼用回転電機において、その使用中に往々にし
て、ロータの回転トルクやロータの径方向位置が予期せ
ぬ変動を生じ、作動不安定となることがあった。
In the above-mentioned conventional bearing / rotary electric machine, during use, the rotational torque of the rotor and the radial position of the rotor often fluctuate unexpectedly, resulting in unstable operation. There was something.

【0004】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、ロータの回転トルクや径方向位置が予期せぬ
変動を生じない、作動の安定した軸受け兼用回転電機を
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a bearing-operated rotary electric machine in which the rotational torque and the radial position of the rotor do not change unexpectedly and are stable in operation. I do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本第1発明では、ステータコイルの電磁界によって
ロータを径方向で位置決めしつつ回転させる軸受け兼用
回転電機において、周方向へ間隔をおいて配設された隣
合うステータコイルの磁極の間に、各ステータコイル設
置部のステータとロータとの間の磁気抵抗よりも大きい
磁気抵抗を有する磁気隔離部を設ける。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a bearing / rotating electric machine in which a rotor is rotated while being positioned in a radial direction by an electromagnetic field of a stator coil. A magnetic isolation portion having a magnetic resistance larger than the magnetic resistance between the stator and the rotor of each stator coil installation portion is provided between the magnetic poles of adjacent stator coils.

【0006】本第1発明においては、磁気隔離部を設け
たことにより、隣合うステータコイルにおいて並進力を
発生するに必要な磁路をなすステータスコイルを一組と
し、各組間が磁気的に隔離され、したがって、各組ステ
ータコイルで生じる磁束は他組のステータコイルで生じ
る磁束と干渉することなく、それぞれロータとの間を往
復する閉じた磁路を形成する。この結果、ロータの回転
トルクや径方向位置が予期せぬ変動を生じることが防止
され、回転電機の作動の安定が確保される。
In the first aspect of the present invention, by providing the magnetic isolation portion, the status coils forming the magnetic path necessary for generating the translational force in the adjacent stator coils are set as one set, and the gap between each set is magnetically set. The magnetic flux generated in each set of stator coils is isolated, and thus forms a closed magnetic path reciprocating with the rotor without interfering with the magnetic flux generated in the other set of stator coils. As a result, unexpected fluctuations in the rotational torque and the radial position of the rotor are prevented, and the operation of the rotating electric machine is stabilized.

【0007】本第2発明では、ステータコイルの電磁界
によってロータを径方向で位置決めしつつ回転させる軸
受け兼用回転電機において、同相のステータコイルをス
テータの周方向へ複数配設するとともに、互いに異相の
ステータコイルを一端で接続して複数組の組コイルとな
し、各組コイルをそれぞれ励磁電流源に接続して、これ
ら励磁電流源により、組コイルを構成するステータコイ
ルの接続点での電流総和が零になるように位置決め励磁
電流と回転励磁電流を重畳して各組コイルへ供給するよ
うになし、かつ隣合う各組コイルの間に、各組コイル設
置部のステータとロータとの間の磁気抵抗よりも大きい
磁気抵抗を有する磁気隔離部を設ける。
According to a second aspect of the present invention, in a bearing-rotating electric machine that rotates while positioning a rotor in a radial direction by an electromagnetic field of a stator coil, a plurality of stator coils having the same phase are arranged in the circumferential direction of the stator, A stator coil is connected at one end to form a plurality of sets of coils, and each of the sets of coils is connected to an exciting current source, and the sum of currents at the connection points of the stator coils constituting the set coil is connected by these exciting current sources. The positioning excitation current and the rotation excitation current are superimposed so as to be zero and supplied to each set coil, and the magnetic force between the stator and the rotor of each set coil installation part is provided between adjacent set coils. A magnetic isolation unit having a magnetic resistance greater than the resistance is provided.

【0008】本第2発明においては、本第1発明で得ら
れれる作用効果に加えて、組コイルを構成するステータ
コイルの接続点での電流総和が零になるように位置決め
励磁電流と回転励磁電流を重畳して供給しているから、
励磁電流源を各組コイル毎に設ければ良く、従来のよう
にステータコイルそれぞれに個別に励磁電流源を設ける
必要がない。したがって、電源装置が小型になって回転
電機全体の外形と重量が低減できる。また、位置決め励
磁電流と回転励磁電流を重畳して各組コイルへ供給して
いるから、ロータの位置決め制御と回転制御とを分離し
て独立に行うことができ、制御系の設計が容易になる。
In the second invention, in addition to the operation and effect obtained in the first invention, the positioning excitation current and the rotation excitation are set so that the total current at the connection points of the stator coils constituting the assembled coil becomes zero. Since the current is superimposed and supplied,
An excitation current source may be provided for each coil group, and it is not necessary to provide an excitation current source individually for each stator coil as in the conventional case. Therefore, the size of the power supply device can be reduced, and the outer shape and weight of the entire rotating electric machine can be reduced. In addition, since the positioning excitation current and the rotation excitation current are superimposed and supplied to each set coil, the positioning control and the rotation control of the rotor can be performed separately and independently, and the control system design becomes easy. .

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1には軸受け
兼用回転電機の要部の概略を示し、中心の円環状ステー
タ1の周囲にリング状のロータ2が配設されている。ロ
ータ2には導体が埋め込まれて誘導型の回転電機となっ
ている。ステータ1は実際には周方向の三ヶ所で分離さ
れてそれぞれステータブロック11〜13となってお
り、隣合うステータブロック11〜13の間には磁気抵
抗の大きい所定厚の非磁性板がそれぞれ介設されて磁気
隔離部14〜16となっている。この磁気隔離部14〜
16の存在により、隣合うステータブロック11〜13
間の磁気抵抗は、ステータブロック11〜13とロータ
2間の磁気抵抗よりも大きくなっている。ステータコイ
ルu1 ,u2, u3 ,v1 ,v2 ,v3 ,w1 ,w2 ,
w3 はU相、V相、W相の三相が設けられ、ステータブ
ロック11〜13外周の図略のスロット内に後述するよ
うに巻回されて、同相のステータコイルu1 〜u3 ,v
1 〜v3 ,w1 〜w3 がステータ1の周方向へ等間隔で
それぞれ三位置に設けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG. 1 schematically shows a main part of a rotating electric machine which also serves as a bearing. A ring-shaped rotor 2 is disposed around a center annular stator 1. A conductor is embedded in the rotor 2 to form an induction type rotating electric machine. The stator 1 is actually separated at three locations in the circumferential direction into stator blocks 11 to 13, and non-magnetic plates of a predetermined thickness having a large magnetic resistance are interposed between the adjacent stator blocks 11 to 13. The magnetic isolation parts 14 to 16 are provided. This magnetic isolation part 14-
16, the adjacent stator blocks 11 to 13
The magnetic resistance between them is larger than the magnetic resistance between stator blocks 11 to 13 and rotor 2. The stator coils u1, u2, u3, v1, v2, v3, w1, w2,
w3 is provided with three phases of U-phase, V-phase and W-phase, and wound in slots (not shown) on the outer periphery of the stator blocks 11 to 13 as described later, and stator coils u1 to u3, v of the same phase are wound.
1 to v3 and w1 to w3 are provided at three positions at equal intervals in the circumferential direction of the stator 1.

【0010】図2、図3にはステータコイルu1 ,v1
,w1 の接続関係を示す。図2において、丸印はステ
ータコイルu1 を、四角印はステータコイルv1 を、菱
形印はステータコイルw1 をそれぞれ示し、白色はコイ
ルの巻始めを、黒色はコイルの巻終わりをそれぞれ示
す。また、「1」、「2」等の数字はスロット番号を示
し、各数字に付された英小文字は「a」がスロットの上
段に位置することを、「b」がスロットの下段に位置す
ることを示す。
FIGS. 2 and 3 show the stator coils u1, v1.
, W1. In FIG. 2, a circle indicates the stator coil u1, a square indicates the stator coil v1, and a diamond indicates the stator coil w1, white indicates the start of coil winding, and black indicates the end of coil winding. In addition, numerals such as “1” and “2” indicate slot numbers, and lowercase letters attached to the numerals indicate that “a” is located at the top of the slot and “b” is located at the bottom of the slot. Indicates that

【0011】例えばステータコイルu1 は、第11スロ
ットの上段と第5スロットの上段との間、第12スロッ
トと第6スロットの上段との間、および第1スロットの
下段と第7スロットの下段との間、第2スロットの下段
と第8スロットの下段との間にそれぞれ巻回されるとと
もに、各巻終わりと巻始めが図3に示すように接続され
ている。
For example, the stator coil u1 is provided between the upper part of the eleventh slot and the upper part of the fifth slot, between the twelfth slot and the upper part of the sixth slot, and between the lower part of the first slot and the lower part of the seventh slot. , The winding is wound between the lower stage of the second slot and the lower stage of the eighth slot, respectively, and the winding end and the winding start are connected as shown in FIG.

【0012】図2より明らかなように、ステータコイル
u1 は第1スロットから第12スロットまでの広い範囲
に分布しているのに対して、ステータコイルv1 は第3
スロットから第12スロットまでの範囲に、また、ステ
ータコイルw1 は第1スロットから第10スロットまで
の範囲に偏在している。このような巻き方は他のステー
タコイルu2 〜w2 ,u3 〜w3 についても同様であ
り、図1はこの様子を模式的に示したものである。
As apparent from FIG. 2, the stator coil u1 is distributed over a wide range from the first slot to the twelfth slot, while the stator coil v1 is distributed in the third slot.
The stator coil w1 is unevenly distributed in the range from the slot to the twelfth slot and in the range from the first slot to the tenth slot. Such winding is the same for the other stator coils u2 to w2 and u3 to w3, and FIG. 1 schematically shows this state.

【0013】図4には各ステータコイルu1 〜w3 の給
電回路を示す。既述のようにステータ1の周方向へ等間
隔で三位置に設けられた各相のステータコイルu1 〜 u
3 ,v1 〜 v3 , w1 〜 w3 は異なる相のものが一端で
互いに接続されて三組の組コイルの磁極3A,3B,3
Cを構成し、各組コイルの磁極3A〜3Cを構成する各
ステータコイルu1 ,v1 ,w1 ,u2 ,v2 ,w2 ,
u3 ,v3 ,w3 がそれぞれ3相インバータ4A,4
B,4Cの出力端に接続されて、励磁電流の供給を受け
る。各3相インバータ4A〜4Cには後述する電流信号
Iu1,Iv1,Iw1,Iu2,Iv2,Iw2,Iu3,Iv3,I
w3が入力し、この電流信号Iu1〜Iw3は、回転駆動制御
器5から出力される各指令信号Ru1,Rv1,Rw1,Ru
2,Rv2,Rw2,Ru3,Rv3,Rw3と径方向姿勢制御器
6から出力される各指令信号Fv1,Fw1,Fv2,Fw2,
Fv3,Fw3を後述のように重畳したものである。
FIG. 4 shows a power supply circuit for each of the stator coils u1 to w3. As described above, the stator coils u1 to u of the respective phases provided at three positions at equal intervals in the circumferential direction of the stator 1 are provided.
3, v1 to v3 and w1 to w3 have different phases and are connected to each other at one end to form magnetic poles 3A, 3B, 3 of three sets of coils.
C, and each of the stator coils u1, v1, w1, u2, v2, w2,.
u3, v3, and w3 are three-phase inverters 4A and 4A, respectively.
B, 4C are connected to the output terminals to receive the supply of the exciting current. Each of the three-phase inverters 4A to 4C has a current signal Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2, Iw2, Iu3, Iv3, I3 to be described later.
w3 is input, and the current signals Iu1 to Iw3 are command signals Ru1, Rv1, Rw1, and Ru output from the rotation drive controller 5.
2, Rv2, Rw2, Ru3, Rv3, Rw3 and command signals Fv1, Fw1, Fv2, Fw2,
Fv3 and Fw3 are superimposed as described later.

【0014】回転駆動制御器5にはロータ2の回転角を
検出する回転センサ51からのフィードバック信号が入
力し、径方向姿勢制御器6には上記回転センサ51のフ
ィードバック信号と、ロータ2の半径方向の位置を検出
する変位センサ61からのフィードバック信号とが入力
している。回転駆動制御器5からの出力信号線は上記各
指令信号Ru1〜Rw3を出力するために図4に示されたも
のが実際にはそれぞれ三本づつ設けられ、径方向姿勢制
御器6からの出力信号線は上記指令信号Fv1〜Fw3を出
力するために図4に示されたものが実際にはそれぞれ二
本づつ設けられている。そして、これら指令信号Ru1〜
Rw3,Fv1〜Fw3を重畳して生成された電流信号Iu1〜
Iw3が各三本づつの出力信号線によってそれぞれ3相イ
ンバータ4A〜4Cに送られ、ここで電力増幅されて回
転励磁電流として各ステータコイルu1 〜 w1 ,u2 〜
w2, u3 〜 w3 へ供給される。
A feedback signal from a rotation sensor 51 for detecting the rotation angle of the rotor 2 is input to the rotation drive controller 5, and a feedback signal from the rotation sensor 51 and a radius of the rotor 2 are input to a radial attitude controller 6. A feedback signal from the displacement sensor 61 for detecting the position in the direction is input. The output signal lines from the rotation drive controller 5 are actually three each shown in FIG. 4 for outputting the above-mentioned command signals Ru1 to Rw3. The signal lines shown in FIG. 4 for outputting the command signals Fv1 to Fw3 are actually two in each case. Then, these command signals Ru1 to
Rw3, current signals Iu1 to Iv1 generated by superimposing Fv1 to Fw3
Iw3 is sent to the three-phase inverters 4A to 4C by three output signal lines, respectively, where the power is amplified and the respective stator coils u1 to w1, u2 to
Supplied to w2, u3 to w3.

【0015】すなわち、回転駆動制御器5では、回転セ
ンサ51からフィードバックされるロータ回転角θに基
づき、ロータ2の回転角あるいは角速度を所定の設定値
に一致させるように各ステータコイルu1 〜 w1 ,u2
〜w2, u3 〜 w3 に対して下式(1)〜(9)で示すよ
うな指令信号Ru1〜Rw3を発する。
That is, in the rotation drive controller 5, based on the rotor rotation angle θ fed back from the rotation sensor 51, the stator coils u1 to w1,. u2
Command signals Ru1 to Rw3 as shown in the following equations (1) to (9) are issued to .about.w2, u3 to w3.

【0016】 Ru1=Io*sin(ωt)…(1) Rv1=Io*sin(ωt+2π/3)…(2) Rw1=Io*sin(ωt−2π/3)…(3) Ru2=Io*sin(ωt)…(4) Rv2=Io*sin(ωt+2π/3)…(5) Rw2=Io*sin(ωt−2π/3)…(6) Ru3=Io*sin(ωt)…(7) Rv3=Io*sin(ωt+2π/3)…(8) Rw3=Io*sin(ωt−2π/3)…(9) ここで、Ioは回転磁界を生成するために3相インバー
タ4A〜4Cから出力される励磁電流の交流成分振幅に
対応するものであり、tは時間、ωは角速度である。
Ru1 = Io * sin (ωt) (1) Rv1 = Io * sin (ωt + 2π / 3) (2) Rw1 = Io * sin (ωt−2π / 3) (3) Ru2 = Io * sin (Ωt) (4) Rv2 = Io * sin (ωt + 2π / 3) (5) Rw2 = Io * sin (ωt−2π / 3) (6) Ru3 = Io * sin (ωt) (7) Rv3 = Io * sin (ωt + 2π / 3) (8) Rw3 = Io * sin (ωt−2π / 3) (9) where Io is output from the three-phase inverters 4A to 4C to generate a rotating magnetic field. And t is time and ω is angular velocity.

【0017】図5(A)〜(C)には上記各指令信号R
u1〜Rw3の経時変化を示す。120°づつ位相のずれた
指令信号Ru1〜Rw1,Ru2〜Rw2,Ru3〜Rw3に基づい
て各ステータコイルu1 〜w1 ,u2 〜w2 ,u3 〜w
3 に回転励磁電流が供給されることにより、図6〜図8
に示す状態を所定周期で繰り返す回転磁界が形成され
て、ロータ2が回転駆動される。すなわち、図6は図5
の時間t1 におけるものであり、各ステータコイルw1
〜w3 によってステータ1からロータ2に向かう大きな
磁束が形成される。また、図7は図5の時間t2 におけ
るものであり、各ステータコイル u1 〜 u3 によりステ
ータからロータに向かう大きな磁束が形成される。さら
に、図8は図5の時間t3 におけるものであり、各ステ
ータコイルv1 〜 v3 によりステータ1からロータ2に
向かう大きな磁束が形成される。図6〜図8から明らか
なように、U相の各ステータコイルu1 〜u3 が中央に
位置し、V相、W相の各ステータコイルv1 〜v3 ,w
1 〜w3 が左右に偏在して位置していることにより、円
滑な回転磁界が得られる。
FIGS. 5A to 5C show the above-mentioned command signals R.
The change with time of u1 to Rw3 is shown. The respective stator coils u1 to w1, u2 to w2, u3 to w are based on the command signals Ru1 to Rw1, Ru2 to Rw2, Ru3 to Rw3 which are out of phase by 120 °.
6 to 8 by supplying the rotation exciting current to
A rotating magnetic field that repeats the state shown in (1) at a predetermined cycle is formed, and the rotor 2 is driven to rotate. That is, FIG.
At the time t1 of each stator coil w1
~ W3 forms a large magnetic flux from the stator 1 to the rotor 2. FIG. 7 shows the result at time t2 in FIG. 5, and a large magnetic flux from the stator toward the rotor is formed by each of the stator coils u1 to u3. FIG. 8 shows the result at time t3 in FIG. 5, and a large magnetic flux from the stator 1 to the rotor 2 is formed by each of the stator coils v1 to v3. 6 to 8, the U-phase stator coils u1 to u3 are located at the center, and the V-phase and W-phase stator coils v1 to v3, w
Since 1 to w3 are located eccentrically to the left and right, a smooth rotating magnetic field can be obtained.

【0018】上記径方向姿勢制御器6は以下のように指
令信号Fv1, Fw1,Fv2,Fw2,Fv3,Fw3を演算し出
力する。すなわち、ロータ軸に垂直な面内で水平方向へ
x軸を、垂直方向へy軸をとり、変位センサ61からフ
ィードバックされる径方向変位x,yと変位設定値xs
,ys とから、下式(10),(11)でx軸方向お
よびy軸方向のベクトル電流値Ix ,Iy を算出する。
The radial attitude controller 6 calculates and outputs command signals Fv1, Fw1, Fv2, Fw2, Fv3, Fw3 as follows. That is, the x-axis is taken in the horizontal direction in the plane perpendicular to the rotor axis, and the y-axis is taken in the vertical direction.
, Ys, the vector current values Ix, Iy in the x-axis direction and the y-axis direction are calculated by the following equations (10), (11).

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】ここで、KPX,KPY,KiX,KiY,K
DX,KDYは径方向PID(比例積分微分)制御の各ゲイ
ンであり、上記角速度ωの関数である。
Here, KPX, KPY, KiX, KiY, K
DX and KDY are the respective gains of the radial direction PID (proportional-integral-derivative) control, and are functions of the angular velocity ω.

【0021】次に、上記ベクトル電流値Ix ,Iy を実
現するための各組コイルの磁極3A〜3Cへのベクトル
電流値Ir1, Ir2,Ir3を、図9に示す位相関係から下
式(12)〜(23)のように決定する。
Next, the vector current values Ir1, Ir2, Ir3 to the magnetic poles 3A to 3C of each set coil for realizing the above-mentioned vector current values Ix, Iy are calculated from the phase relationship shown in FIG. To (23).

【0022】[0022]

【数2】 (Equation 2)

【0023】そして、上記各指令信号Fv1〜Fw3を、F
v1=Ir1,Fw1=−Ir1,Fv2=Ir2,Fw2=−Ir2,
Fv3=Ir3,Fw3=−Ir3として各ステータコイル v1
, w1 , v2 ,w2, v3 , w3 へ出力する。例えば指
令信号Fv1,Fw1に基づいて各ステータコイルv1 ,w
1 に位置決め励磁電流が供給されることにより、図10
の矢印で示すように各ステータコイルv1 ,w1 の部分
で逆方向の磁束が形成され、これら磁束はロータ2に対
していずれも吸引力を生じるから、合成された吸引力は
図11の矢印で示すようにステータコイルu1 の中央部
に生じる。同様に、他の指令信号FV2,FW2,FV3,F
W3によって、それぞれ図12および図13に示すよう
に、ステータコイルu2 ,u3 の中央部にロータ1に対
する吸引力が生じ、これら吸引力を指令信号FV1〜FW3
によって調整することによってロータ2を径方向の所定
位置に姿勢制御することができる。
The command signals Fv1 to Fw3 are converted to F
v1 = Ir1, Fw1 = -Ir1, Fv2 = Ir2, Fw2 = -Ir2,
Assuming that Fv3 = Ir3 and Fw3 = -Ir3, each stator coil v1
, W1, v2, w2, v3, w3. For example, based on the command signals Fv1, Fw1, each of the stator coils v1, w
1 is supplied with the positioning excitation current,
11, magnetic fluxes in the opposite directions are formed at the portions of the stator coils v1 and w1, and these magnetic fluxes generate an attractive force on the rotor 2, so that the combined attractive force is represented by an arrow in FIG. As shown, it occurs at the center of the stator coil u1. Similarly, the other command signals FV2, FW2, FV3, F
As shown in FIGS. 12 and 13, the W3 generates an attractive force on the rotor 1 at the center of the stator coils u2 and u3, respectively, and these attractive forces are transmitted to the command signals FV1 to FW3.
By performing the adjustment, the attitude of the rotor 2 can be controlled to a predetermined position in the radial direction.

【0024】そこで、回転駆動制御器5からの指令信号
Ru1〜Rw3と径方向姿勢制御器6からの指令信号FV1〜
FW3は下式(24)〜(32)のように重畳され、電流
信号Iu1〜Iw3として各3相インバータ4A〜4Cへ出
力される。
Then, the command signals Ru1 to Rw3 from the rotary drive controller 5 and the command signals FV1 to FV1 to
FW3 is superimposed as in the following equations (24) to (32) and output to the three-phase inverters 4A to 4C as current signals Iu1 to Iw3.

【0025】Iu1=Ru1…(24) Iv1=Rv1+Fv1…(25) Iw1=Rw1+Fw1…(26) Iu2=Ru2…(27) Iv2=Rv2+Fv2…(28) Iw2=Rw2+Fw2…(29) Iu3=Ru3…(30) Iv3=Rv3+Fv3…(31) Iw3=Rw3+Fw3…(32)Iu1 = Ru1 ... (24) Iv1 = Rv1 + Fv1 ... (25) Iw1 = Rw1 + Fw1 ... (26) Iu2 = Ru2 ... (27) Iv2 = Rv2 + Fv2 ... (28) Iw2 = Rw2 + Fw2 ... (29) Iu3 = Ru 30) Iv3 = Rv3 + Fv3 (31) Iw3 = Rw3 + Fw3 (32)

【0026】このような電流信号Iu1〜Iw3は既述のよ
うに各3相インバータ4A〜4Cで電力増幅され、励磁
電流として各ステータコイルu1 〜w1 ,u2 〜w2 ,
u3〜w3 へ供給されて、ロータ2を径方向で位置決め
しつつ回転させる。本実施形態においては、各組コイル
の磁極3A〜3Cを構成するステータコイルu1 〜w1
,u2 〜w2 ,u3 〜w3 の接続点では励磁電流の総
和(例えばIu1+Iv1+Iw1)が零になる。したがっ
て、組コイルの磁極3A〜3C毎に3相インバータ4A
〜4Cを設ければ良く、従来のように各ステータコイル
毎に励磁電流源を設ける必要がないから、電源装置が小
型になる。また、指令信号Ru1〜Rw3と指令信号FV1〜
FW3によって、ロータの回転と径方向の位置決めをそれ
ぞれ独立して容易に制御することができる。
As described above, such current signals Iu1 to Iw3 are power-amplified by the three-phase inverters 4A to 4C, and the respective stator coils u1 to w1, u2 to w2,.
It is supplied to u3 to w3 to rotate the rotor 2 while positioning it in the radial direction. In the present embodiment, the stator coils u1 to w1 forming the magnetic poles 3A to 3C of each group coil are used.
, U2 to w2, and u3 to w3, the sum of the exciting currents (for example, Iu1 + Iv1 + Iw1) becomes zero. Therefore, the three-phase inverter 4A is provided for each of the magnetic poles 3A to 3C of the set coil.
4C may be provided, and it is not necessary to provide an exciting current source for each stator coil as in the related art. Also, the command signals Ru1 to Rw3 and the command signals FV1 to
The rotation of the rotor and the positioning in the radial direction can be easily and independently controlled by the FW3.

【0027】ところで、位置決め励磁電流を各ステータ
コイルv1〜v3,w1〜w3へ流した場合に形成される磁
束を図14に示す。なお、図14,15において、コイ
ルの巻き方は図10〜図13に等しい。本実施形態では
既述のように、各組コイル3A〜3Cに対応するステー
タブロック11〜13間には磁気抵抗の大きい磁気隔離
部14〜16が設けられているから、各組コイル3A〜
3CのV相、W相のステータコイルv1〜v3,w1〜w3
によって生じる磁束は図14より明らかなように、各組
コイルの磁極3A〜3C内、すなわち各ステータブロッ
ク11〜13内でロータ2との間を往復する閉じた磁路
Pを安定的に形成する。したがって、位置決め励磁電流
によるロータ吸引力(図14中の白矢印)のベクトル和
は、ステータ1に対してロータ2を常に同心に位置させ
るように作用し、ロータ2の径方向位置が予期せぬ変動
を生じることはない。
FIG. 14 shows the magnetic flux formed when the positioning excitation current flows through each of the stator coils v1 to v3 and w1 to w3. 14 and 15, the way of winding the coils is the same as in FIGS. In the present embodiment, as described above, the magnetic isolation portions 14 to 16 having large magnetic resistance are provided between the stator blocks 11 to 13 corresponding to the respective coil groups 3A to 3C.
3C V-phase and W-phase stator coils v1 to v3, w1 to w3
As can be seen from FIG. 14, the magnetic flux generated by the magnetic field stably forms a closed magnetic path P reciprocating between the rotor 2 in the magnetic poles 3A to 3C of each coil group, that is, in each of the stator blocks 11 to 13. . Therefore, the vector sum of the rotor attractive force (white arrow in FIG. 14) due to the positioning excitation current acts to always position the rotor 2 concentrically with respect to the stator 1, and the radial position of the rotor 2 is unexpected. There is no fluctuation.

【0028】これに対してステータ1に磁気隔離部14
〜16を設けないと、図15に示すように、位置決め励
磁電流によって一の組コイルで生じる磁束が往々にして
他の組コイルで生じる磁束と合体し、隣合う組コイルに
跨ってロータ2との間を往復する磁路P´を形成する。
この結果、ロータ吸引力(図15中の白矢印)の方向が
変化し、これらロータ吸引力のベクトル和はステータ1
に対してロータ2を偏心させるように作用して(図15
の黒矢印)、ロータ2の径方向位置が予期せぬ変動を生
じる。
On the other hand, the stator 1 is provided with a magnetic isolator 14.
If no .about.16 are provided, as shown in FIG. 15, the magnetic flux generated by one set coil due to the positioning excitation current is often combined with the magnetic flux generated by the other set coil, and the rotor 2 is straddled over the adjacent set coil. A magnetic path P ′ reciprocating between the two is formed.
As a result, the direction of the rotor suction force (white arrow in FIG. 15) changes, and the vector sum of these rotor suction forces is
15 to act to decenter the rotor 2 (see FIG. 15).
Black arrow), the radial position of the rotor 2 fluctuates unexpectedly.

【0029】なお、上記実施形態では位置決め励磁電流
による磁束を例に本発明の効果を説明したが、回転励磁
電流による磁束についても磁気隔離部を設けることによ
って各組コイルの磁束が隔離され、予期せぬ回転トルク
変動を生じることが防止される。
In the above-described embodiment, the effect of the present invention has been described by taking the magnetic flux generated by the positioning excitation current as an example. However, the magnetic flux generated by the rotation excitation current is separated from the magnetic flux of each coil by providing a magnetic isolation unit. Unnecessary rotation torque fluctuation is prevented.

【0030】上記実施形態では、ステータブロックの間
に非磁性板を介設して磁気隔離部としたが、非磁性板を
設けず、この部分を単なる間隙としても良い。あるい
は、ステータを環状の一体物とし、必要部を薄肉にして
これを磁気隔離部としても良い。要するに磁気隔離部は
その磁気抵抗が、各組コイルを設けたステータ部とロー
タ部間の磁気抵抗よりも大きくなるものであれば、特に
構造的な制約はない。
In the above-described embodiment, the non-magnetic plate is provided between the stator blocks to provide the magnetic isolation portion. However, the non-magnetic plate may not be provided, and this portion may be simply a gap. Alternatively, the stator may be formed as an annular one-piece, and the necessary portion may be made thin to be used as a magnetic isolation portion. In short, there is no particular structural limitation as long as the magnetic resistance of the magnetic isolation part is larger than the magnetic resistance between the stator part and the rotor part provided with each set coil.

【0031】また、上記実施形態では、三相のステータ
コイルよりなる各組コイルの磁極を磁気的に隔離するよ
うに磁気隔離部を設けたが、各相のステータコイルが単
独で設けられる場合には、これらステータコイルにおい
て径方向力を生じさせる磁路をなすコイルを一組として
その磁極をそれぞれ磁気的に隔離するように磁気隔離部
を設けると良い。
Further, in the above embodiment, the magnetic isolation portion is provided so as to magnetically isolate the magnetic poles of each set coil composed of the three-phase stator coils. However, in the case where each phase stator coil is provided independently. It is preferable that a pair of coils forming a magnetic path for generating a radial force in these stator coils is provided as a set and a magnetic isolation portion is provided so as to magnetically isolate the magnetic poles.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明の軸受け兼用回転電機によれば、
各ステータコイルや組コイルを磁気的に隔離する磁気隔
離部を設けたことにより、ロータの回転トルクや径方向
位置の予期せぬ変動が確実に防止され、安定した作動を
実現することができる。
According to the bearing / rotary electric machine of the present invention,
By providing the magnetic isolation unit for magnetically isolating the stator coils and the assembled coils, unexpected fluctuations in the rotational torque and the radial position of the rotor can be reliably prevented, and stable operation can be realized.

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

【図1】本発明の一実施形態における回転電機の要部概
略図である。
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention.

【図2】ステータコイルの配線構造を説明する図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating a wiring structure of a stator coil.

【図3】ステータコイルの配線構造を説明する図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a wiring structure of a stator coil.

【図4】ステータコイルへの給電回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a power supply circuit to a stator coil.

【図5】回転駆動制御器からの指令信号の波形図であ
る。
FIG. 5 is a waveform diagram of a command signal from a rotation drive controller.

【図6】ステータコイルにより生成される磁束の大きさ
および方向を示すステータ部の概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of a stator unit showing the magnitude and direction of a magnetic flux generated by a stator coil.

【図7】ステータコイルにより生成される磁束の大きさ
および方向を示すステータ部の概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of a stator unit showing the magnitude and direction of a magnetic flux generated by a stator coil.

【図8】ステータコイルにより生成される磁束の大きさ
および方向を示すステータ部の概略図である。
FIG. 8 is a schematic diagram of a stator unit showing the magnitude and direction of a magnetic flux generated by a stator coil.

【図9】ベクトル電流の位相関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a phase relationship between vector currents.

【図10】ステータコイルにより生成される磁束の大き
さおよび方向を示すステータ部の概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of a stator unit showing the magnitude and direction of a magnetic flux generated by a stator coil.

【図11】ステータコイルにより生成されるロータ吸引
力の方向を示すステータ部の概略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of a stator unit showing a direction of a rotor suction force generated by a stator coil.

【図12】ステータコイルにより生成されるロータ吸引
力の方向を示すステータ部の概略図である。
FIG. 12 is a schematic diagram of a stator unit showing a direction of a rotor suction force generated by a stator coil.

【図13】ステータコイルにより生成されるロータ吸引
力の方向を示すステータ部の概略図である。
FIG. 13 is a schematic diagram of a stator unit showing a direction of a rotor suction force generated by a stator coil.

【図14】各組コイルの位置決め励磁電流によって形成
される磁路を描いた回転電機の要部概略図である。
FIG. 14 is a schematic diagram of a main part of a rotating electrical machine depicting a magnetic path formed by a positioning excitation current of each coil group;

【図15】ステータに磁気隔離部を設けていない従来の
回転電機における磁路を描いた回転電機の要部概略図で
ある。
FIG. 15 is a schematic diagram of a main part of a rotating electric machine depicting a magnetic path in a conventional rotating electric machine in which a magnetic isolation unit is not provided on a stator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ステータ、11,12,13…ステータブロック、
14,15,16…磁気隔離部、2…ロータ、3A,3
B,3C,3D…組コイル、4A,4B,4C…3相イ
ンバータ、5…回転駆動制御器、51…回転センサ、6
…径方向姿勢制御器、61…変位センサ、7A,7B,
7C,7D…2相インバータ、u1 ,u2 , u3 ,v1
,v2 ,v3 ,w1 ,w2 ,w3 …ステータコイル。
1 ... Stator, 11, 12, 13 ... Stator block,
14, 15, 16: magnetic isolation unit, 2: rotor, 3A, 3
B, 3C, 3D: assembled coil, 4A, 4B, 4C: three-phase inverter, 5: rotation drive controller, 51: rotation sensor, 6
... radial attitude controller, 61 ... displacement sensor, 7A, 7B,
7C, 7D... Two-phase inverter, u1, u2, u3, v1
, V2, v3, w1, w2, w3... Stator coils.

フロントページの続き (72)発明者 荒川 俊史 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 松田 明教 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 稲熊 幸雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 大谷 裕樹 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 3J102 AA01 BA03 BA17 CA10 DA03 DA09 DA30 DB05 DB06 GA13 5H607 AA04 AA14 BB01 BB02 BB14 BB17 CC01 DD01 DD02 DD03 GG21 HH01 HH03 HH05 Continuing from the front page (72) Inventor Toshifumi Arakawa 41-cho, Chuchu-Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside of Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. No. 1 Inside Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Yukio Inaguma 41-Cho, Yokomichi, Oji, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture No. 1 Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. 1-41, Toyoda Central Research Laboratory Co., Ltd. F term (reference) 3J102 AA01 BA03 BA17 CA10 DA03 DA09 DA30 DB05 DB06 GA13 5H607 AA04 AA14 BB01 BB02 BB14 BB17 CC01 DD01 DD02 DD03 GG21 HH01 HH03 HH05

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ステータコイルの電磁界によってロータ
を径方向で位置決めしつつ回転させる軸受け兼用回転電
機において、周方向へ間隔をおいて配設され、かつ互い
に異なる径方向力を発生する隣合うステータコイルの磁
極の間に、各ステータコイル設置部のステータとロータ
との間の磁気抵抗よりも大きい磁気抵抗を有する磁気隔
離部を設けたことを特徴とする軸受け兼用回転電機。
1. A bearing / rotating electric machine which rotates while positioning a rotor in a radial direction by an electromagnetic field of a stator coil, wherein adjacent stators are arranged at intervals in a circumferential direction and generate mutually different radial forces. A bearing / rotating electric machine, wherein a magnetic isolation portion having a magnetic resistance larger than a magnetic resistance between a stator and a rotor of each stator coil installation portion is provided between magnetic poles of the coils.
【請求項2】 ステータコイルの電磁界によってロータ
を径方向で位置決めしつつ回転させる軸受け兼用回転電
機において、同相のステータコイルをステータの周方向
へ複数配設するとともに、互いに異相のステータコイル
を一端で接続して複数組の組コイルとなし、各組コイル
をそれぞれ励磁電流源に接続して、これら励磁電流源に
より、組コイルを構成するステータコイルの接続点での
電流総和が零になるように位置決め励磁電流と回転励磁
電流を重畳して各組コイルへ供給するようになし、かつ
隣合う各組コイルの磁極の間に、各組コイル設置部のス
テータとロータとの間の磁気抵抗よりも大きい磁気抵抗
を有する磁気隔離部を設けたことを特徴とする軸受け兼
用回転電機。
2. A bearing / rotating electric machine that rotates while positioning a rotor in a radial direction by an electromagnetic field of a stator coil, wherein a plurality of stator coils having the same phase are arranged in a circumferential direction of the stator, and one end of the stator coils having different phases is connected to one end. Are connected to form a plurality of sets of coils, each of which is connected to an excitation current source such that the sum of currents at the connection points of the stator coils constituting the set coil becomes zero. The positioning excitation current and the rotation excitation current are superimposed on each other and supplied to each set coil, and between the magnetic poles of adjacent set coils, the magnetic resistance between the stator and rotor of each set coil installation part A rotating electric machine combined with a bearing, provided with a magnetic isolation portion having a large magnetic resistance.
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