JPH0715900A - Synchronous machine and control method for synchronous machine - Google Patents

Synchronous machine and control method for synchronous machine

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JPH0715900A
JPH0715900A JP4238687A JP23868792A JPH0715900A JP H0715900 A JPH0715900 A JP H0715900A JP 4238687 A JP4238687 A JP 4238687A JP 23868792 A JP23868792 A JP 23868792A JP H0715900 A JPH0715900 A JP H0715900A
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JP
Japan
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armature
rotor
field
synchronous machine
current
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Kinshiro Naito
欽志郎 内藤
Tokuzo Sekiyama
篤藏 関山
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Abstract

PURPOSE:To simplify and strengthen the structure of a rotor, and to prevent deformation and damage at the time of operation at high speed by installing field windings generating the field magnetic flux of a synchronous machine on the armature side as three pairs of three-phase windings, in which electrical angles are displaced at every 120 deg., and also mounting armature windings on the armature side as three pairs of three-phase windings, in which electrical angles are displaced at every 120 deg.. CONSTITUTION:Field windings 17 for generating field magnetic flux and armature windings 19 are wound in each slot 15 of an armature core 13 in two layers. A rotor 21 is mounted rotatably on the inside in the radial direction of the core 13. The rotor 21 is constituted so as to be easily magnetized in the fixed direction of a cross section. The field windings (u), (v), (w), u', v', w' are wound while phase angles are displaced at every 120 deg., and the armature windings U-W. U'-W' are also wound while phase angles are displaced at every 120 deg.. Phase angles are displaced at every 90 deg. in the armature windings 19 corresponding to the field windings 17. Accordingly, the rotor 21 is magnetized in the fixed direction by the field currents of the field windings 17, and revolving torque by the Fleming's rule is generated between the field currents and armature currents flowing through the armature windings 19.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、同期機に関するもの
であり、更に詳しくは回転形及びリニア形同期モータ並
びに同期発電機に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a synchronous machine, and more particularly to rotary and linear synchronous motors and synchronous generators.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、工作機械等に使用される同期モー
タは、回転子と電機子(または固定子)を有し、その回
転子は永久磁石で構成したり、またはコイルを巻いて直
流で励磁したものが利用されている。又、電機子はコイ
ルを単層に巻き、かつ極数は2極,4極,6極等のもの
が利用されている。回転磁界を発生させるための電流は
2相又は3相(通常は3相)の交流電流が使用されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a synchronous motor used in a machine tool or the like has a rotor and an armature (or a stator), which is composed of a permanent magnet or is wound with a coil to generate a direct current. What is excited is used. Further, as the armature, one having a coil wound in a single layer and having the number of poles of 2, 4, or 6 is used. A two-phase or three-phase (normally three-phase) alternating current is used as a current for generating the rotating magnetic field.

【0003】また従来の発電機は、電機子(または固定
子)にコイルを巻き、回転子に永久磁石を設けたり、或
いはコイルを巻いて電磁石としたものが利用されてい
る。
As a conventional generator, a coil is wound around an armature (or a stator) and a permanent magnet is provided on the rotor, or a coil is wound into an electromagnet.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、回転子に永久
磁石を設けたり、コイルを巻いたりするとそれだけ構造
が複雑となり、かつ弱くなり、高速回転した場合に変形
又は破損により種々の障害が生じるという問題がある。
また単層巻で電流を制御する方式は複数の諸特性を要求
される場合には制御方式が複雑になるという問題があ
る。
However, if a rotor is provided with a permanent magnet or a coil is wound, the structure becomes complicated and weakened, and various problems occur due to deformation or damage when rotated at high speed. There's a problem.
In addition, the method of controlling the current by the single layer winding has a problem that the control method becomes complicated when a plurality of characteristics are required.

【0005】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものである。
The present invention has been made to solve the above problems.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明による同期機は、
同期機の界磁磁束を発生させる界磁巻線を電気角120
度ずつずらした3組の3相巻線として電機子側に設け、
電機子巻線も電気角120度ずつずらした3組の3相巻
線として前記電機子側に設け、その巻線間の電気角を好
ましくは90度とした電機子構造である。
A synchronous machine according to the present invention comprises:
The field winding that generates the field flux of the synchronous machine is set to an electrical angle of 120.
Provided on the armature side as three sets of three-phase windings staggered,
The armature windings are also provided on the armature side as three sets of three-phase windings shifted by an electrical angle of 120 degrees, and the electrical angle between the windings is preferably 90 degrees.

【0007】[0007]

【作用】電機子に巻かれた界磁巻線の界磁電流によって
回転子が所定の方向に磁化され、電機子巻線に流れる電
機子電流はこの回転子の磁化方向と位相角が所定角度ず
れるように制御されているので、フレミングの法則によ
る回転トルク又は誘起電圧が生ずる。
The rotor is magnetized in a predetermined direction by the field current of the field winding wound around the armature, and the armature current flowing in the armature winding has a phase angle of a predetermined angle with the magnetization direction of the rotor. Since they are controlled so as to deviate from each other, a rotational torque or an induced voltage according to Fleming's law is generated.

【0008】[0008]

【実施例】本願発明は回転形同期モータ、リニア形同期
モータのみならず同期発電機にも適用できるものであ
る。以下順次説明する。
The present invention can be applied not only to rotary type synchronous motors and linear type synchronous motors, but also to synchronous generators. This will be described sequentially below.

【0009】最初、本願発明を回転形同期モータに適用
した実施例について、図を参照しながら説明する。図1
は三相同期モータの電機子11の例を示す。図におい
て、電機子コア13には24個のスロット15が設けら
れてあり、各スロットには界磁磁束を発生させるための
界磁巻線17と電機子巻線19が二層に巻かれている。
First, an embodiment in which the present invention is applied to a rotary synchronous motor will be described with reference to the drawings. Figure 1
Shows an example of the armature 11 of the three-phase synchronous motor. In the figure, the armature core 13 is provided with 24 slots 15, and each slot has a field winding 17 for generating a field magnetic flux and an armature winding 19 wound in two layers. There is.

【0010】また、コアの半径方向内側には回転子21
が回転自在に設けてあり、この回転子21は断面の所定
の方向に容易に磁化されるように構成されてある。
A rotor 21 is provided on the inner side in the radial direction of the core.
Is rotatably provided, and the rotor 21 is configured to be easily magnetized in a predetermined direction of the cross section.

【0011】図中、w,v,u,w´,v´,u´は界
磁巻線を示し、W,V,U,W´,V´,U´は電機子
巻線を示す。界磁巻線w,v,u及びw´,v´,u´
は位相角120度ずつずらして巻いてあり、同様に電機
子巻線W,V,U及びW´,V´,U´も位相角120
度ずつずらして巻いてある。また、界磁巻線と対応する
電機子巻線は位相角が90度ずれている。
In the figure, w, v, u, w ', v', u'indicate field windings, and W, V, U, W ', V', U'indicate armature windings. Field windings w, v, u and w ', v', u '
Are wound by shifting the phase angle by 120 degrees. Similarly, the armature windings W, V, U and W ′, V ′, U ′ also have the phase angle of 120 °.
It is wound with a shift. Further, the phase angle of the armature winding corresponding to the field winding is shifted by 90 degrees.

【0012】この界磁巻線17に、図2に示す3相界磁
巻線電流Iw,Iv,Iuを流すと界磁巻線による合成
磁界N・Sが生じ、その磁束分布は正弦波状となる。最
大磁束をΦm、磁極中心をθ=0とすると磁束は(1)
式のように表わされる。
When the three-phase field winding currents Iw, Iv, Iu shown in FIG. 2 are passed through the field winding 17, a combined magnetic field N · S is generated by the field winding, and its magnetic flux distribution is sinusoidal. Become. If the maximum magnetic flux is Φm and the magnetic pole center is θ = 0, the magnetic flux is (1)
It is expressed as an equation.

【0013】 Φ=Φm・cos θ (1) また、この界磁巻線電流による磁界の磁極の中心が、回
転子の最も磁化容易な磁化容易軸に合致するように界磁
巻線電流を制御すると回転子は所定の方向に磁化され、
その磁束密度は近似的に(2)式のようになる。
Φ = Φm · cos θ (1) Further, the field winding current is controlled so that the center of the magnetic pole of the magnetic field generated by the field winding current matches the easy axis of easy magnetization of the rotor. Then, the rotor is magnetized in the specified direction,
The magnetic flux density is approximately expressed by equation (2).

【0014】 B=Bm・cos θ (2) 一方、電機子巻線に図2に示すように界磁電流Iw,I
v,Iuよりも所定の角度α、好ましくは90度だけ電
気位相角の遅れた3相電流Iw,Iv,Iuを流す。
B = Bm · cos θ (2) On the other hand, as shown in FIG. 2, field currents Iw and I are applied to the armature winding.
Three-phase currents Iw, Iv, and Iu whose electrical phase angles are delayed by a predetermined angle α, preferably 90 degrees from v and Iu are supplied.

【0015】すると、フレミングの法則により、トルク
Tが発生し、回転子は回転する。このトルクTは以下の
ようになる。
Then, according to Fleming's law, the torque T is generated and the rotor rotates. This torque T is as follows.

【0016】巻線w,v,uの位置における磁束密度B
w,Bv,Buは(3)式のようになり、電機子巻線電
流はIw,Iv,Iuは(4)式のように表わせる。
Magnetic flux density B at the positions of the windings w, v, u
w, Bv, and Bu are expressed by the equation (3), and the armature winding currents Iw, Iv, and Iu can be expressed by the equation (4).

【0017】 Bw=Bm・cos β Bv=Bm・cos (β−120°) Bu=Bm・cos (β−240°) (3) Iw=Im・cos β Iv=Im・cos (β−120°) Iu=Im・cos (β−240°) (4) 従ってトルクTは(5)式のようになる。Bw = Bm · cos β Bv = Bm · cos (β−120 °) Bu = Bm · cos (β−240 °) (3) Iw = Im · cos β Iv = Im · cos (β−120 ° ) Iu = Im · cos (β−240 °) (4) Therefore, the torque T is expressed by the equation (5).

【0018】 T=K(BwIw+BvIv+BuIu) =K1 BmIm;K1 =3/2・K (5) これらの数式中、Bwは最大磁束密度、Iwは電機子電
流の最大値で、βは前記磁性の中心とコイルwのなす電
気位相角である。なお、電機子電流によっても磁束Φ´
を生ずるが、その磁束方向の回転子の磁気抵抗は大きく
してあり、磁化されにくいため、その影響は小さい。
T = K (BwIw + BvIv + BuIu) = K 1 BmIm; K 1 = 3/2 · K (5) In these equations, Bw is the maximum magnetic flux density, Iw is the maximum value of the armature current, and β is the magnetic property. Is the electrical phase angle formed by the center of the coil and the coil w. It should be noted that the magnetic flux Φ ′ also depends on the armature current.
However, since the magnetic resistance of the rotor in the direction of the magnetic flux is large and it is difficult to magnetize, the effect is small.

【0019】図3は前述した関係の概略を示すものであ
る。
FIG. 3 shows an outline of the above-mentioned relationship.

【0020】図4から図7に回転子の具体的な構成例を
示す。これらは2極の場合の例であるが、4極以上の場
合も同様に構成可能である。
FIG. 4 to FIG. 7 show specific examples of the structure of the rotor. These are examples of two poles, but the same can be applied to the case of four poles or more.

【0021】図4は断面が円形の回転子31で、磁気異
方性の磁性体32で構成した例である。磁気異方性磁性
体の金属としては例えば、方向性けい素銅板、方向性ニ
ッケル、鉄、鋼板等がある。図4において磁気異方性磁
性体はX軸方向には容易に磁化されるが、Y軸方向には
磁化されにくい材質から構成されている。
FIG. 4 shows an example of a rotor 31 having a circular cross section and a magnetic body 32 having magnetic anisotropy. Examples of the metal of the magnetic anisotropic magnetic material include directional silicon copper plate, directional nickel, iron, steel plate and the like. In FIG. 4, the magnetic anisotropic magnetic body is made of a material that is easily magnetized in the X-axis direction but is hard to be magnetized in the Y-axis direction.

【0022】図5は等方性磁性体を用いて、回転子33
を凸極形にした場合で、X軸方向には容易に磁化される
が、Y軸方向には空隙を設けてあるので磁化されにく
い。
FIG. 5 shows a rotor 33 using an isotropic magnetic material.
In the case of a convex pole shape, it is easily magnetized in the X-axis direction, but is hard to be magnetized because a void is provided in the Y-axis direction.

【0023】図6は回転子35をセグタント形にした場
合で、断面内側を非磁性体37で構成し、外側を磁性体
39で構成し、外側の磁性体部分39にはX軸方向にス
リット状の空隙41又は非磁性体を設けてある。従って
X軸方向には磁気抵抗が小さいので容易に磁化される
が、Y軸方向には磁化されにくい。
FIG. 6 shows a case in which the rotor 35 has a segment shape, and the inside of the cross section is made of a non-magnetic body 37, the outside is made of a magnetic body 39, and the outer magnetic body portion 39 is slit in the X-axis direction. A void 41 or a non-magnetic material is provided. Therefore, since the magnetic resistance is small in the X-axis direction, it is easily magnetized, but it is difficult to magnetize in the Y-axis direction.

【0024】図7は回転子43をハイブリッド形にした
場合で、磁性体45中に空隙又は非磁性体47をX軸方
向へ設けてある。従ってX軸方向には磁化容易である
が、Y軸方向には磁化しにくい。
FIG. 7 shows a case where the rotor 43 is of a hybrid type, and a gap or a non-magnetic body 47 is provided in the magnetic body 45 in the X-axis direction. Therefore, it is easy to magnetize in the X-axis direction, but difficult to magnetize in the Y-axis direction.

【0025】図8は回転子49を4極にした場合の例で
ある。X,Y方向には磁化容易であるが、Y,Y´軸方
向には磁化されにくい。なお、4極形の場合は磁化容易
な方向は2方向である。
FIG. 8 shows an example in which the rotor 49 has four poles. Although it is easy to magnetize in the X and Y directions, it is difficult to magnetize in the Y and Y'axis directions. In the case of the quadrupole type, there are two directions in which the magnetization is easy.

【0026】以上のように、回転子を軸方向と直角な断
面の所定方向に磁気抵抗を少なくし、電気子に2組の3
相巻線を巻いて、その電流位相角を好ましくは90度ず
らせば、界磁巻線電流で界磁磁束を作り、電気子巻線電
流との間にフレミングの法則によるトルクを発生させる
ことができる。これにより、磁束Φと電流Iによる最
適、最大値トルクを発生させることができる完全ベクト
ル制御が可能となる。
As described above, the magnetic resistance of the rotor is reduced in a predetermined direction of the cross section perpendicular to the axial direction, and two sets of three rotors are provided for the rotor.
When the phase winding is wound and the current phase angle is shifted preferably 90 degrees, a field magnetic flux is generated by the field winding current, and a torque according to Fleming's law is generated between the field winding current and the armature winding current. it can. As a result, perfect vector control capable of generating the optimum and maximum torque by the magnetic flux Φ and the current I becomes possible.

【0027】界磁電流による界磁磁束が比例関係にあれ
ばトルクTは(6)式のようになる。
If the field magnetic flux due to the field current is in a proportional relationship, the torque T is given by equation (6).

【0028】 T=K2 ・界磁電流・電機子電流 (6) 上記において、電機子電流によっても磁束Φと直交する
電機子反作用磁束Φ´が生じ、界磁電流との間でトルク
を発生する。回転子が断面円形で磁気等方性の材料から
なり、エアギャップが均一であれば、発生するトルクの
総和はバランスし、回転子は回転しない。
T = K 2 · field current / armature current (6) In the above, armature reaction flux Φ ′ that is orthogonal to magnetic flux Φ is also generated by the armature current, and torque is generated with the field current. To do. If the rotor has a circular cross section and is made of a magnetic isotropic material, and the air gap is uniform, the total torque generated is balanced and the rotor does not rotate.

【0029】回転子の材質を磁束Φの方向に磁化容易軸
をもった磁気異方性回転子とすれば、断面が円形でエヤ
ギャップが均一であっても、(5)式によるトルクは発
生する。
If the rotor material is a magnetic anisotropic rotor having an easy axis of magnetization in the direction of the magnetic flux Φ, torque according to equation (5) is generated even if the cross section is circular and the air gap is uniform. .

【0030】従って、回転子の磁化特性をΦ方向には磁
化しやすく、Φ´方向には磁化しにくい材質又は構造に
することにより、本理論にもとづく同期モータが可能と
なる。従って、本発明による回転子は、従来の同期電動
機のように回転子に界磁コイルを巻いたり、永久磁石を
取りつけたりする必要がない。また、誘導電動機のよう
に、回転子にけい素鋼板を用いその中にスロットを設
け、アルミ、銅などによるかごで形巻線をほどこしたり
する必要もないので、誘導電流による発熱がない。
Therefore, a synchronous motor based on the present theory can be realized by using a material or structure in which the rotor has a magnetization characteristic that is easily magnetized in the Φ direction and is hard to be magnetized in the Φ ′ direction. Therefore, in the rotor according to the present invention, it is not necessary to wind a field coil around the rotor or attach a permanent magnet unlike the conventional synchronous motor. Further, unlike an induction motor, since it is not necessary to use a silicon steel plate for the rotor and to provide a slot therein and to form the shaped winding with a cage made of aluminum, copper or the like, there is no heat generation due to an induction current.

【0031】本発明による同期モータは以下のように利
用することができる。
The synchronous motor according to the present invention can be used as follows.

【0032】(5)式から、モータの出力P[w]は
(7)式のように表わせる。
From the equation (5), the motor output P [w] can be expressed as the equation (7).

【0033】 p=2πnT=√3 EI (7) (7)式において、nはモータの毎秒回転数[rp
s]、Tはトルク[Nm]、Eは3相線間の逆起電力
[v]で、Iは相電流[A]である。また逆起電力E
[v]は(8)式で表わされる。但しkは比例定数であ
る。
P = 2πnT = √3 EI (7) In the equation (7), n is the number of revolutions per second of the motor [rp
s], T is torque [Nm], E is a back electromotive force [v] between the three-phase lines, and I is a phase current [A]. In addition, the back electromotive force E
[V] is represented by the equation (8). However, k is a proportional constant.

【0034】 E=k・Φ・n [v] (8) (7)および(8)式から以下の利用が可能となる。即
ち、Φを一定にして、0〜n回転の間で定トルクの特性
をもつ同期モータ、Φを可変にして、約0〜n回転の間
で定出力の特性をもつ同期モータ、積Φ・Iを最適制御
して、0〜n回転の間で、任意の負荷に対してモータ損
失を最小にする高効率の同期モータ等の利用が可能であ
る。従って、本発明によるモータは産業のあらゆる分野
に利用できる。以下に具体的な適用例について述べる。
E = kΦn [v] (8) From equations (7) and (8), the following can be used. That is, with Φ being constant, a synchronous motor having a constant torque characteristic between 0 and n revolutions, and with Φ being variable, a synchronous motor having a constant output characteristic between about 0 and n revolutions, the product Φ · It is possible to use a high-efficiency synchronous motor or the like that optimally controls I and minimizes motor loss for any load between 0 and n revolutions. Therefore, the motor according to the present invention can be used in all fields of industry. Specific application examples will be described below.

【0035】図9は本発明の同期モータ101を利用し
て速度制御したACサーボモータのブロック図を示す。
FIG. 9 shows a block diagram of an AC servo motor whose speed is controlled by using the synchronous motor 101 of the present invention.

【0036】モータ101には電機子電流Ia と界磁電
流If が図1に示した電機子巻線19及び界磁巻線17
の各々に流され、前記モータ101の磁極の位置及び回
転速度が第1検出器103により検出される。
In the motor 101, the armature current I a and the field current I f are the armature winding 19 and the field winding 17 shown in FIG.
And the rotational speed of the magnetic pole of the motor 101 is detected by the first detector 103.

【0037】この第1検出器103は回転速度検出と磁
極位置検出が可能な検出器であって、例えば、ロータリ
エンコーダ、ロータレゾルバが利用される。
The first detector 103 is a detector capable of detecting the rotational speed and the magnetic pole position, and for example, a rotary encoder or a rotor resolver is used.

【0038】前記電機子電流Ia 及び界磁電流If は各
々インバータI 105、インバータII 107によっ
て以下に説明するように制御される。即ち、同期モータ
101の回転速度は以下のようにして制御される。
The armature current I a and the field current I f are controlled by an inverter I 105 and an inverter II 107, respectively, as described below. That is, the rotation speed of the synchronous motor 101 is controlled as follows.

【0039】まず、回転速度指令S1 により、希望する
所定の回転数が回転速度アンプ111に与えられる。ま
たこの回転速度アンプ111には前記第1検出器103
によって検出された同期モータ101の回転数S2 がフ
ィードバックされ、電機子電流制御指令値S3 を出力す
る。
First, the desired rotational speed is given to the rotational speed amplifier 111 by the rotational speed command S 1 . Further, the rotation speed amplifier 111 includes the first detector 103.
The rotation speed S 2 of the synchronous motor 101 detected by is fed back, and the armature current control command value S 3 is output.

【0040】前記電機子電流指令値S3 は、電機子電流
指令S5 及びインバータI 105の出力側に設けた電
機子電流検出器115によって検出された電機子電流S
7 と共に電機子電流アンプ113にフィードバックさ
れ、この電機子電流アンプ113からインバータ制御信
号S9 が出力される。
The armature current command value S 3 is the armature current command S 5 and the armature current S detected by the armature current detector 115 provided on the output side of the inverter I 105.
It is fed back to the armature current amplifier 113 together with 7 , and the inverter control signal S 9 is output from the armature current amplifier 113.

【0041】一方、界磁電流指令S11が、界磁電流アン
プ121に入力されるとともにインバータIIの出力側に
設けた界磁電流検出器117によって検出された界磁電
流S13が界磁電流アンプ121にフィードバックされ
る。この界磁電流アンプ121からインバータII 10
7を制御するインバータ制御信号S15が出力される。
On the other hand, the field current command S 11 is input to the field current amplifier 121 and the field current S 13 detected by the field current detector 117 provided on the output side of the inverter II is the field current S 13. It is fed back to the amplifier 121. From this field current amplifier 121 to the inverter II 10
An inverter control signal S 15 for controlling 7 is output.

【0042】さらに、前記回転速度S2 、電機子電流S
7 及び界磁電流S13が電機子電流、回磁電流位相制御ア
ンプ123に入力され、各電流の位相、周波数を制御す
るため制御信号S17,S19がインバータI 105及び
インバータII 109の入力側に入力される。
Further, the rotation speed S 2 and the armature current S
7 and the field current S 13 are input to the armature current and magnetic current phase control amplifier 123, and the control signals S 17 and S 19 for controlling the phase and frequency of each current are input to the inverter I 105 and the inverter II 109. Input to the side.

【0043】図10は本発明による別の実施例であっ
て、同期モータ101を利用してモータの回転角または
負荷の移動量を制御したACサーボモータの制御回路の
ブロック図を示す。図10で図9と同じ回路については
同じ番号を附して説明を省略し、本適用の新たな回路に
ついてのみ以下に説明する。
FIG. 10 shows another embodiment of the present invention, which is a block diagram of a control circuit of an AC servomotor in which the synchronous motor 101 is used to control the rotation angle of the motor or the amount of movement of the load. In FIG. 10, the same circuits as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Only new circuits of this application will be described below.

【0044】位置指令S21により希望する所定のモータ
の回転角または負荷移動量が位置偏差アンプ201に入
力される、一方、負荷回転角負荷移動量検出センサー2
03によって検出された負荷の回転角または移動量S23
及び前記第1検出器103によって検出された回転角ま
たは回転位置の信号S25が同時に前記位置偏差アンプ2
01に入力され、この位置偏差アンプ201から回転速
度指令S27が前述の回転速度アンプ111の入力側に入
力される。
According to the position command S 21 , the desired rotation angle or load movement amount of the motor is input to the position deviation amplifier 201, while the load rotation angle load movement amount detection sensor 2
Rotation angle of the load or movement amount S 23 detected by 03
And the signal S 25 of the rotation angle or the rotation position detected by the first detector 103 is simultaneously sent to the position deviation amplifier 2
01, and the rotational speed command S 27 is input from the position deviation amplifier 201 to the input side of the rotational speed amplifier 111 described above.

【0045】図11は本発明による別の実施例であっ
て、同期モータを利用して、モータの損失を最少にする
高効率運転制御システムのブロック図を示す。図中の番
号、符号は図9の場合と同様である。
FIG. 11 is a block diagram of another embodiment of the present invention, which is a high-efficiency operation control system using a synchronous motor to minimize the loss of the motor. The numbers and reference numerals in the figure are the same as those in FIG.

【0046】前述したように、本発明のモータ出力は
(7)式で示されているように、p=2πnTであり、
トルクは(6)式で示されているようにT=k2 ×電機
子電流×界磁電流である。従って、任意の回転数、トル
クに対して、電機子巻線抵抗Ra 、界磁巻線抵抗Rf
界磁電流If に対する界磁磁束特性、電機子、界磁電
流の周波数に対する鉄損等のモータ特性に応じて、電機
子電流Ia と界磁電流If をモータ損失の最も少なくな
るような比率に定めて制御すれば高効率運転が実現でき
る。
As described above, the motor output of the present invention is p = 2πnT as shown in the equation (7),
The torque is T = k 2 × armature current × field current as shown in the equation (6). Therefore, armature winding resistance R a , field winding resistance R f ,
The armature current I a and the field current I f can be minimized depending on the field magnetic flux characteristics with respect to the field current I f , the armature, and the motor characteristics such as iron loss with respect to the frequency of the field current. Highly efficient operation can be realized if the ratio is set and controlled.

【0047】高効率運転の一例としてモータの銅損失を
最少に制御する例について図11を用いて説明する。
As an example of high-efficiency operation, an example of controlling the copper loss of the motor to the minimum will be described with reference to FIG.

【0048】電機子電流Ia [A]、界磁電流I
f [A]、電機子抵抗Ra [Ω]、界磁抵抗Rf [Ω]
とすればモータの銅損失Pc [w]は(9)式で示され
る。またトルクT[Nm]は(10)式で示される。
Armature current I a [A], field current I
f [A], armature resistance R a [Ω], field resistance R f [Ω]
Then, the copper loss P c [w] of the motor is expressed by the equation (9). Further, the torque T [Nm] is expressed by the equation (10).

【0049】 PC =Ia 2 ・Ra +If 2 ・Rf [w] (9) T=K・Ta ・If [Nm] (10) 電機子電流検出器115及び界磁電流検出器117によ
り検出された電流Ia,If より負荷トルクが分かるか
ら、その負荷トルク以下にならないように電流Ia ,I
f を可変にし、Pc が最少となるようなIa * ,If *
を決定し、これにより制御を行う。即ち、図11におい
て、電機子電流検出器115によって検出された電流値
a と界磁電流検出器117によって検出された電流値
f をモータ損失最少制御回路211に入力する。ま
た、モータ損失最少制御回路211の電機子巻線抵抗R
a と界磁巻線抵抗Rf を設定する。この制御回路211
によって決定されたIa 制御指令Ia ,If 制御指令
f は図9で説明した電機子電流S7 、界磁電流S13
の代りに、電機子電流アンプ113及び界磁電流アンプ
121に入力される。
P C = I a 2 · R a + I f 2 · R f [w] (9) T = K · T a · I f [Nm] (10) Armature current detector 115 and field current detection vessel current I a detected by 117, since the load torque from the I f is found, the current to not lower than a load torque I a, I
I a * , I f * such that f is variable and P c is minimized .
Is determined, and control is performed based on this. That is, in FIG. 11, the current value I a detected by the armature current detector 115 and the current value I f detected by the field current detector 117 are input to the motor loss minimum control circuit 211. Further, the armature winding resistance R of the motor loss minimum control circuit 211 is
Set a and field winding resistance R f . This control circuit 211
The I a control command I a * and the I f control command I f * determined by the armature current S 7 and the field current S 13 described with reference to FIG.
Instead of the input, the signal is input to the armature current amplifier 113 and the field current amplifier 121.

【0050】図12は本願発明を同期モータに適用した
別の実施例を示す。図12に示すように、電機子電流巻
線17は3相交流電源に直接接続されており、界磁電流
巻線19はコンデンサー221及び電磁開閉器223を
介して前記の3相交流電源に接続されている。電磁開閉
器223は同期化回路225によってオンオフが制御さ
れている。
FIG. 12 shows another embodiment in which the present invention is applied to a synchronous motor. As shown in FIG. 12, the armature current winding 17 is directly connected to the three-phase AC power supply, and the field current winding 19 is connected to the three-phase AC power supply via the capacitor 221 and the electromagnetic switch 223. Has been done. The electromagnetic switch 223 is controlled to be turned on and off by the synchronization circuit 225.

【0051】まず、最初に電磁開閉器223をオフにし
た状態で電機子巻線17に3相交流電流を流すと、回転
子227に誘導電流が流れ、電機子巻線の作る回転磁界
と誘導電流との間にフレミングの法則によるトルクが発
生し、誘導電動機としてモータは回転する。この誘導ト
ルクによってモータの回転速度が同期速度に接近した
ら、同期化回路225を作動して電磁開閉器223をオ
ンにする。界磁巻線19にはコンデンサ221により9
0度位相のずれた電流が流れ、回転子に界磁極が発生す
る。この界磁極と電機子電流の作る回転磁界との間で吸
引力が働き、回転子が同期化され、同期電動機として回
転する。なお、前記コンデンサーの代りにコイル又は両
者を用いることもできる。
First, when a three-phase AC current is passed through the armature winding 17 with the electromagnetic switch 223 turned off, an induced current flows through the rotor 227, which induces a rotating magnetic field and induction by the armature winding. A torque according to Fleming's law is generated between the electric current and the electric current, and the motor rotates as an induction motor. When the rotational speed of the motor approaches the synchronous speed due to this induced torque, the synchronizing circuit 225 is activated to turn on the electromagnetic switch 223. The field winding 19 has a capacitor 221
Currents with a phase difference of 0 degrees flow and field poles are generated in the rotor. An attractive force acts between this field pole and the rotating magnetic field created by the armature current, and the rotor is synchronized and rotates as a synchronous motor. A coil or both may be used instead of the capacitor.

【0052】図13は本発明の別の実施例であって、回
転子241にさらに永久磁石243a,243bを設け
た場合である。永久磁石243a,243bによる磁束
をΦ1 とし、界磁巻線17(u,v,w)による磁束を
Φとする。
FIG. 13 shows another embodiment of the present invention in which the rotor 241 is further provided with permanent magnets 243a and 243b. The magnetic flux generated by the permanent magnets 243a and 243b is Φ 1, and the magnetic flux generated by the field winding 17 (u, v, w) is Φ.

【0053】回転子241に図示省略の磁極位置検出器
を設けてΦ1 とΦの方向を常に一致させるように界磁巻
線17に流れる電流を制御する。この場合の合成界磁磁
束ΣΦはΣΦ=Φ1 +Φとなり、界磁磁束が増大する。
A magnetic pole position detector (not shown) is provided on the rotor 241 to control the current flowing through the field winding 17 so that the directions of Φ 1 and Φ are always matched. In this case, the combined field magnetic flux ΣΦ becomes ΦΦ = Φ 1 + Φ, and the field magnetic flux increases.

【0054】図14は本発明の同期モータの電機子を2
分割し、モータの組立を容易にした実施例である。分割
は2分割に限らず適当な数の複数個に分割してもよい。
図14において、分割された電機子261a,261b
には巻線263a,263bは別々に巻いてある。
FIG. 14 shows the armature of the synchronous motor of the present invention in two
This is an embodiment in which the motor is divided to facilitate the assembly of the motor. The division is not limited to two, but may be divided into an appropriate number of plural pieces.
In FIG. 14, the divided armatures 261a and 261b are divided.
The windings 263a and 263b are wound separately.

【0055】従って、モータを機械に組付けるために生
ずる組立上の制約が少なくなる。即ち、分割された電機
子261a,261bを図の矢印の方向に突合せて電機
子を一体とすることができ、モータの組立に関係なくベ
アリング265を回転軸267に取付けることができ
る。
Therefore, there are fewer assembly restrictions that occur when assembling the motor to the machine. That is, the divided armatures 261a and 261b can be abutted in the direction of the arrow in the figure to integrate the armatures, and the bearing 265 can be attached to the rotating shaft 267 regardless of the assembly of the motor.

【0056】図15は工作機械の主軸とモータの回転子
軸とを一体として形成した実施例である。即ち、工作機
械の主軸281が磁性体で構成されている場合は、その
端部283を適宜加工して、本発明による回転子を構成
し、その外側に電機子巻線及び界磁巻線を巻いた電機子
285を設けることにより、工作機械とモータを一体的
に製作することができる。なお、図中刃物287は工具
289に取付けられており、前記工具289は主軸28
1に取付けられていて、この主軸281はベアリング2
91に回転自在に支持されている。
FIG. 15 shows an embodiment in which the main shaft of the machine tool and the rotor shaft of the motor are integrally formed. That is, when the main shaft 281 of the machine tool is made of a magnetic material, the end portion 283 is appropriately processed to form the rotor according to the present invention, and the armature winding and the field winding are provided outside the rotor. By providing the wound armature 285, the machine tool and the motor can be integrally manufactured. In the figure, the cutting tool 287 is attached to a tool 289, and the tool 289 is the spindle 28.
1, the main shaft 281 is attached to the bearing 2
It is rotatably supported by 91.

【0057】図16及び図17は界磁巻線301と電機
子巻線303を別々の電機子コア305,307に巻
き、位相角が好ましくは90度異なるように基準軸30
9と311を合わせて、軸方向に組立可能にした実施例
を示す。図16において、回転シャフト313に非磁性
体315と磁性体部317により回転子319を構成す
る。各々の巻線を巻いた電機子コア305,307を回
転子319の外側に設け、さらに電機子コア305,3
07の外側に磁気回路を構成するため接続用磁性体32
1を設ける。これによって一点鎖線322で示す閉じた
磁気回路が形成され、前述した複巻同期機と同様の性能
を発揮することができる。本実施例を使用すると、電機
子が2つに分割されているため、電機子の直径方向の寸
法を小さくでき、細長いモータが必要な機械には有効で
ある。
16 and 17, the field winding 301 and the armature winding 303 are wound around separate armature cores 305 and 307, and the reference axis 30 is adjusted so that the phase angles are preferably different by 90 degrees.
An embodiment is shown in which 9 and 311 are combined so that they can be assembled in the axial direction. In FIG. 16, a rotor 319 is composed of a non-magnetic body 315 and a magnetic body portion 317 on a rotating shaft 313. The armature cores 305 and 307 wound with the respective windings are provided outside the rotor 319.
Connecting magnetic body 32 for forming a magnetic circuit outside 07
1 is set. As a result, a closed magnetic circuit indicated by the one-dot chain line 322 is formed, and the same performance as the compound winding synchronous machine described above can be exhibited. When the present embodiment is used, the armature is divided into two, so that the dimension of the armature in the diameter direction can be reduced, which is effective for a machine that requires an elongated motor.

【0058】図18は、本発明をリニアモータに適用し
た実施例である。図18に示すリニアモータ401は図
1に示す2極,24スロットの3相電機子をそのままリ
ニア電機子403の構造としたものであり、可動子40
5は図6示す磁極がセグメント構造のものを示す。
FIG. 18 shows an embodiment in which the present invention is applied to a linear motor. A linear motor 401 shown in FIG. 18 is a structure in which the two-pole, 24-slot three-phase armature shown in FIG.
5 shows a magnetic pole having a segment structure shown in FIG.

【0059】図18において、電機子403は、くし形
の電機子コア407に巻線u,v,wからなる界磁巻線
409と巻線U,V,Wからなる電機子巻線411を2
層に巻いて構成されている。また、可動子405は、鉄
等の磁性体からなる磁極413を所定の間隔毎に隙間4
15を置いてアルミニウム等の非磁性体からなる取付板
417に設けた構成である。これらの巻線409,41
1に図2に示した3相交流を流すと、回転モータの場合
と同一の原理によって、水平方向の力が電機子と可動子
の間に発生する。従って、電機子を固定すれば可動子が
動き、可動子を固定すれば電機子が動き、リニアモータ
が構成される。
In FIG. 18, an armature 403 has a comb-shaped armature core 407 having a field winding 409 composed of windings u, v, w and an armature winding 411 composed of windings U, V, W. Two
It is made up of layers. In addition, the mover 405 includes magnetic poles 413 made of a magnetic material such as iron at intervals of a predetermined distance.
15 is placed on the mounting plate 417 made of a non-magnetic material such as aluminum. These windings 409, 41
When the three-phase alternating current shown in FIG. 2 is flown in FIG. 1, a horizontal force is generated between the armature and the mover by the same principle as that of the rotary motor. Therefore, if the armature is fixed, the mover moves, and if the mover is fixed, the armature moves and a linear motor is configured.

【0060】本実施例においては2極24スロットとし
たが、これに限るものではなく、また、電機子と可動子
の組合せもこれに限るものではなく、前述した構成が全
て適用できるものである。
In this embodiment, two poles and 24 slots are used, but the present invention is not limited to this, and the combination of the armature and the mover is not limited to this, and all the above-mentioned configurations can be applied. .

【0061】図19は本発明の同期発電機への適用例の
原理を説明するための図である。同図において、電機子
コア501に界磁巻線503と電機子巻線505が二層
に巻かれている。また回転子507は凸極形に構成され
ており、図の上下方向には磁化され易いが、左右方向に
は磁化され難い構成になっている。また、前記巻線50
3,505はいずれも2極3相用巻線であって、好まし
くは90度位相がずれるように配置されている。今、巻
線u,v,wから構成される界磁巻線503に3相電流
を流し、それによって発生される磁界磁束509の磁極
中心軸511方向と回転子の磁化容易軸513とを常に
一致させるように界磁巻線電流を制御する。回転子は常
に一定方向に磁化されているので、これを回転するとフ
レミングの法則により、巻線u,v,wからなる電機子
巻線505に三相電圧が誘起され、発電機となる。
FIG. 19 is a diagram for explaining the principle of an application example of the present invention to a synchronous generator. In the figure, a field winding 503 and an armature winding 505 are wound in two layers on an armature core 501. The rotor 507 is formed in a salient pole shape, and is easily magnetized in the vertical direction in the drawing, but is hard to be magnetized in the horizontal direction. Also, the winding 50
Reference numerals 3 and 505 denote windings for two poles and three phases, which are preferably arranged so that their phases are shifted by 90 degrees. Now, a three-phase current is passed through the field winding 503 composed of the windings u, v, and w, and the magnetic pole center axis 511 of the magnetic field magnetic flux 509 generated thereby and the easy axis of magnetization 513 of the rotor are always maintained. The field winding current is controlled so that they match. Since the rotor is always magnetized in a fixed direction, when it is rotated, a three-phase voltage is induced in the armature winding 505 composed of the windings u, v, and w according to Fleming's law, and it becomes a generator.

【0062】発電機の出力電圧V、出力周波数fは各々
(11)式,(12)式のように与えられる。
The output voltage V and output frequency f of the generator are given by equations (11) and (12), respectively.

【0063】 V=K1 ・Φ・n [v] (11) f=K2 ・n・p [HZ] (12) 上式中、K1 ,K2 は比例定数、Φは界磁磁束[MAX
WELL]、nは毎秒回転数[rps]である。また、
界磁電流If が界磁磁束Φに比例するとすれば(13)
式が成立する。
V = K 1 · Φ · n [v] (11) f = K 2 · n · p [HZ] (12) In the above equation, K 1 and K 2 are proportional constants, and Φ is the field magnetic flux [ MAX
WELL], n is the number of revolutions per second [rps]. Also,
If the field current If is proportional to the field flux Φ (13)
The formula holds.

【0064】 Φ=K3 ・If [MAXWELL] (13) 以上の如く本発明による同期発電機は、従来の同期発電
機と異なり、回転子にコイルを接続したり、永久磁石を
取り付けたりする必要がない。従って、回転子が極めて
簡単、かつ堅牢な同期発電機が構成できる。
Φ = K 3 · I f [MAXWELL] (13) As described above, the synchronous generator according to the present invention differs from the conventional synchronous generator in that a coil is connected to the rotor and a permanent magnet is attached. No need. Therefore, it is possible to construct a synchronous generator whose rotor is extremely simple and robust.

【0065】図20は本発明による同期発電機を使用し
て、負荷変動に対して出力電圧を一定に保つための制御
回路のブロック図を示すものである。
FIG. 20 is a block diagram of a control circuit for using the synchronous generator according to the present invention to keep the output voltage constant against load changes.

【0066】図20において、同期発電機521の回転
子523にはタービン、エンジン、水車等からなる原動
機525が連結されており、定速回転されている。ま
た、電機子巻線505には負荷527が接続されてい
る。また、回転子523にはロータリエンコーダ等から
なる磁極位置検出器531が設けられており、磁極の位
置信号S51が出力されている。電機子巻線505には計
器用変圧器535が設けてあり、出力電圧S52が検出さ
れている。
In FIG. 20, a prime mover 525 including a turbine, an engine, a water turbine, etc. is connected to a rotor 523 of the synchronous generator 521 and is rotated at a constant speed. A load 527 is connected to the armature winding 505. Further, the rotor 523 is provided with a magnetic pole position detector 531 including a rotary encoder and the like, and a magnetic pole position signal S 51 is output. The armature winding 505 is provided with an instrument transformer 535, and the output voltage S 52 is detected.

【0067】希望する所定の電圧が電圧指令S53として
電機子電圧アンプ537に入力され、同時に計器用変圧
器535によって検出された出力電圧S52が電機子電圧
アンプ537に入力される。前記電機子電圧アンプ53
7は界磁電流指令S55を界磁電流アンプ539に入力す
る。界磁電流アンプ539にはまた界磁電流検出器54
1によって検出された界磁電流S57がフィードバックさ
れている。
A desired predetermined voltage is input to the armature voltage amplifier 537 as a voltage command S 53 , and at the same time, the output voltage S 52 detected by the instrument transformer 535 is input to the armature voltage amplifier 537. The armature voltage amplifier 53
7 inputs the field current command S 55 to the field current amplifier 539. The field current amplifier 539 also includes a field current detector 54.
The field current S 57 detected by 1 is fed back.

【0068】界磁電流アンプ539から出力される界磁
電流値指令S59は界磁電流位相制御アンプ541に入力
される。またこの界磁電流位相制御アンプ541には前
記磁極位置検出器から検出された磁極位置信号S51が入
力されている。界磁電流位相制御アンプ541は界磁電
流を制御するインバータ543にインバータ制御信号S
61を出力する。
The field current value command S 59 output from the field current amplifier 539 is input to the field current phase control amplifier 541. The magnetic pole position signal S 51 detected by the magnetic pole position detector is input to the field current phase control amplifier 541. The field current phase control amplifier 541 supplies the inverter control signal S to the inverter 543 which controls the field current.
Output 61 .

【0069】本実施例は以上のように構成されているの
で、発電機に負荷が接続されていない無負荷運転であれ
ば、誘起電圧がそのまま出力電圧となり、発電機に負荷
が接続されていれば、電機子巻線u,v,wに電流が流
れ、電機子巻線のインピーダンスにより電圧降下が生
じ、出力電圧は小さくなる。従って、この電圧降下分を
補償して出力電圧を一定とするために計器用変圧器53
5によって出圧電圧S52が電機子電圧アンプ537にフ
ィードバックされている。この電機子電圧アンプ537
は電圧指令S53と発電機出力電圧S52の偏差を増幅し
て、界磁電流アンプ539界磁電流指令S55を出力す
る。界磁電流アンプ539はこの界磁電流指令S55と界
磁電流検出器541からの界磁電流S57との偏差を増幅
し、界磁電流指令S59を界磁電流位相制御アンプ541
に出力する。界磁電流位相制御アンプ541は磁性位置
信号S51と界磁電流指令S59に基づいて、回転子523
がどの位置にあっても、界磁電流が正しく界磁巻線に流
れるようにインバータ制御信号S61を作る。この信号に
より、インバータ543は界磁電流を作り、その値を制
御し、負荷変動があっても出力電圧が一定となる。
Since the present embodiment is configured as described above, in the no-load operation in which the load is not connected to the generator, the induced voltage becomes the output voltage as it is and the load is not connected to the generator. For example, a current flows through the armature windings u, v, w, a voltage drop occurs due to the impedance of the armature winding, and the output voltage becomes small. Therefore, in order to compensate for this voltage drop and keep the output voltage constant, the instrument transformer 53
5, the output voltage S 52 is fed back to the armature voltage amplifier 537. This armature voltage amplifier 537
Outputs a field current amplifier 539 field current command S 55 by amplifying the deviation between the voltage command S 53 and the generator output voltage S 52 . The field current amplifier 539 amplifies the deviation between the field current command S 55 and the field current S 57 from the field current detector 541, and outputs the field current command S 59 to the field current phase control amplifier 541.
Output to. The field current phase control amplifier 541 determines the rotor 523 based on the magnetic position signal S 51 and the field current command S 59.
, The inverter control signal S 61 is generated so that the field current flows through the field winding correctly. With this signal, the inverter 543 creates a field current and controls its value, so that the output voltage becomes constant even if the load changes.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電機子側には2組のコイルを巻いてあるが回転子側には
永久磁石を取付けたり、またはコイルを巻いたりする必
要がないので、回転子の構造が簡単で、かつ堅牢にする
ことができるので高速運転においても容易に破損するこ
とがない。
As described above, according to the present invention,
Two sets of coils are wound on the armature side, but since it is not necessary to attach permanent magnets or wind the coils on the rotor side, the structure of the rotor can be simple and robust. Since it can be done, it is not easily damaged even at high speed operation.

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

【図1】本発明による第1実施例に係る電機子の構造を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of an armature according to a first embodiment of the present invention.

【図2】界磁巻線と電機子巻線に流れる電流の位相関係
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a phase relationship between currents flowing in a field winding and an armature winding.

【図3】第1実施例における界磁電流による磁気密度の
状態を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a state of magnetic density due to a field current in the first embodiment.

【図4】磁気異方性の磁性体で構成した回転子の例を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a rotor made of a magnetic material having magnetic anisotropy.

【図5】凸極形にした回転子の例を示す図である。FIG. 5 is a view showing an example of a salient pole rotor.

【図6】セグメント形にした回転子の例を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a rotor having a segment shape.

【図7】ハイブリッド形に構成した回転子の例を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a rotor configured as a hybrid type.

【図8】4極の場合の凸極形に構成した回転子の例を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a salient pole rotor having four poles.

【図9】本発明を利用した同期モータを速度制御する制
御装置のブロック図を示す。
FIG. 9 is a block diagram of a control device that controls the speed of a synchronous motor using the present invention.

【図10】本発明を利用した同期モータを位置制御する
制御装置のブロック図を示す。
FIG. 10 is a block diagram of a control device that controls the position of a synchronous motor using the present invention.

【図11】本発明を利用した同期モータをモータ損失最
小に制御する制御装置のブロック図を示す。
FIG. 11 shows a block diagram of a control device for controlling a synchronous motor using the present invention to minimize motor loss.

【図12】本発明を利用した同期モータの位相遅れをリ
アクトルで構成した1例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example in which a phase delay of a synchronous motor using the present invention is configured by a reactor.

【図13】回転子にさらに永久磁石を設けた実施例を示
す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an example in which a permanent magnet is further provided on the rotor.

【図14】電機子を2分割に分割・組立を可能にした実
施例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an embodiment in which an armature can be divided into two parts and assembled.

【図15】回転子の主軸と工作機械のモータの主軸を一
体に形成した例を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an example in which a main shaft of a rotor and a main shaft of a motor of a machine tool are integrally formed.

【図16】界磁巻線と電機子巻線を別々に構成し並設し
た例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an example in which field windings and armature windings are separately configured and arranged in parallel.

【図17】図16の実施例で界磁巻線と電機子巻線の配
置関係を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a positional relationship between the field winding and the armature winding in the embodiment of FIG.

【図18】本発明をリニア形モータに適用した実施例の
構成を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the configuration of an embodiment in which the present invention is applied to a linear motor.

【図19】本発明を同期発電機に適用した実施例の原理
を説明する図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating the principle of an embodiment in which the present invention is applied to a synchronous generator.

【図20】図19の発電機で出力電圧を一定にする制御
装置の実施例のブロック図を示す。
20 shows a block diagram of an embodiment of a control device for making the output voltage constant in the generator of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 電機子 13 電機子コア 15 スロット 17 界磁巻線 19 電機子巻線 21 回転子 31 円形回転子 33 凸極形回転子 35 セグメント形回転子 43 ハイブリット形回転子 49 4極回転子 101 同期モータ 103 第1検出器 301 界磁巻線 303 電機子巻線 305,307 電機子コア 313 回転軸 315 非磁性体 317 磁性体部 401 リニアモータ 403 電機子 405 可動子 407 電機子コア 409 界磁巻線 411 電機子巻線 413 磁極 501 電機子コア 503 界磁巻線 505 電機子巻線 507 回転子 521 同期発電機 531 磁極位置検出器 11 Armature 13 Armature Core 15 Slot 17 Field Winding 19 Armature Winding 21 Rotor 31 Circular Rotor 33 Convex Pole Rotor 35 Segment Rotor 43 Hybrid Rotor 49 4-Pole Rotor 101 Synchronous Motor 103 1st detector 301 Field winding 303 Armature winding 305,307 Armature core 313 Rotating shaft 315 Non-magnetic body 317 Magnetic body part 401 Linear motor 403 Armature 405 Mover 407 Armature core 409 Field winding 411 Armature winding 413 Magnetic pole 501 Armature core 503 Field winding 505 Armature winding 507 Rotor 521 Synchronous generator 531 Magnetic pole position detector

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年3月2日[Submission date] March 2, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【書類名】 明細書[Document name] Statement

【発明の名称】 同期機及び同期機の制御方法Title: Synchronous machine and method for controlling synchronous machine

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、同期機に関するもの
であり、更に詳しくは回転形及びリニア形同期モータ並
びに同期発電機に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a synchronous machine, and more particularly to rotary and linear synchronous motors and synchronous generators.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、工作機械等に使用される同期モー
タは、電機子(固定子)と回転子を有し、界磁極を作る
ために回転子に永久磁石を設けたり、またはコイルを巻
いて直流電流で励磁して界磁極を作る。極数は2極〜8
極等のものが多く利用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a synchronous motor used in a machine tool or the like has an armature (stator) and a rotor, and a permanent magnet is provided on the rotor or a coil is wound to form a field pole. And excite with a direct current to make a field pole. 2 to 8 poles
Many things such as poles are used.

【0003】また従来の発電機は、前記同期モータと同
様電機子(固定子)、回転子を有し回転子に永久磁石を
設けたり、コイルを巻いて電磁石として界磁極を作った
ものが利用されている。
Further, the conventional generator has an armature (stator) and a rotor as in the case of the synchronous motor, and a permanent magnet is provided on the rotor, or a coil is wound to form a field pole as an electromagnet. Has been done.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、回転子に永久
磁石を設けたり、コイルを巻いたりするとそれだけ構造
が複雑となり、かつ弱くなり、高速回転した場合に変形
又は破損により種々の障害が生じるという問題がある。
また、この様な構造で工作機械等の主軸に要求される、
広い回転範囲での定出力特性、トルク脈動の少ない回
転、回転子の発熱による熱変形がない等の複数の諸特性
が要求される場合は問題がある。
However, if a rotor is provided with a permanent magnet or a coil is wound, the structure becomes complicated and weakened, and various problems occur due to deformation or damage when rotated at high speed. There's a problem.
Also, with such a structure, required for the spindle of machine tools,
There is a problem when a plurality of characteristics such as constant output characteristics in a wide rotation range, rotation with less torque pulsation, and no thermal deformation due to heat generation of the rotor are required.

【0005】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものである。
The present invention has been made to solve the above problems.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明による同期機は、
同期機の界磁磁束を発生させる界磁巻線を電気角120
度ずつずらした3組の3相巻線として電機子側に設け、
電機子巻線も電気角120度ずつずらした3組の3相巻
線として前記電機子側に設け、その巻線間の電気角を好
ましくは90度とした電機子構造である。
A synchronous machine according to the present invention comprises:
The field winding that generates the field flux of the synchronous machine is set to an electrical angle of 120.
Provided on the armature side as three sets of three-phase windings staggered,
The armature windings are also provided on the armature side as three sets of three-phase windings shifted by an electrical angle of 120 degrees, and the electrical angle between the windings is preferably 90 degrees.

【0007】[0007]

【作用】電機子に巻かれた界磁巻線の界磁電流によって
回転子が所定の方向に磁化され、回転子がどの位置にあ
っても回転子、電機子電流、界磁電流、の位相角は所定
の角度に制御されているので、電機子巻線に流れる電機
子電流との間にフレミングの法則による回転トルクを生
じる。また、回転子を外力により回せば誘起電圧を生じ
る、回転磁界磁極形同期機となる。
The rotor current is magnetized in a predetermined direction by the field current of the field winding wound around the armature, and the phase of the rotor, the armature current and the field current is irrespective of the position of the rotor. Since the angle is controlled to a predetermined angle, a rotating torque according to Fleming's law is generated between the angle and the armature current flowing through the armature winding. Further, the rotating magnetic field magnetic pole type synchronous machine produces an induced voltage when the rotor is rotated by an external force.

【0008】[0008]

【実施例】本願発明は回転形同期モータ、リニア形同期
モータのみならず同期発電機にも適用できるものであ
る。以下順次説明する。
The present invention can be applied not only to rotary type synchronous motors and linear type synchronous motors, but also to synchronous generators. This will be described sequentially below.

【0009】最初、本願発明を回転形同期モータに適用
した実施例について、図を参照しながら説明する。図1
は三相同期モータの電機子11の例を示す。図におい
て、電機子コア13には24個のスロット15が設けら
れてあり、各スロットには界磁磁束を発生させるための
界磁巻線17と電機子巻線19が二層に巻かれている。
また、コアの半径方向内側には回転子21が回転自在に
設けてあり、この回転子21は断面の所定の方向に容易
に磁化されるように構成されてある。
First, an embodiment in which the present invention is applied to a rotary synchronous motor will be described with reference to the drawings. Figure 1
Shows an example of the armature 11 of the three-phase synchronous motor. In the figure, the armature core 13 is provided with 24 slots 15, and each slot has a field winding 17 for generating a field magnetic flux and an armature winding 19 wound in two layers. There is.
Further, a rotor 21 is rotatably provided inside the core in the radial direction, and the rotor 21 is configured to be easily magnetized in a predetermined direction of a cross section.

【0010】図中、u,v,w,u´,v´,w´は界
磁巻線を示し、U,V,W,U´,V´,W´は電機子
巻線を示す。界磁巻線u,v,w,u´,v´,w´は
位相角120度ずつずらして巻いてあり、同様に電機子
巻線U,V,W,U´,V´,W´も位相角120度ず
つずらして巻いてある。また、界磁巻線と対応する電機
子巻線は位相角が90度ずれている。
In the figure, u, v, w, u ', v', w'represent field windings, and U, V, W, U ', V', W'represent armature windings. The field windings u, v, w, u ', v', w'are wound with a phase angle shift of 120 degrees, and similarly, armature windings U, V, W, U ', V', W '. Are also wound by shifting the phase angle by 120 degrees. Further, the phase angle of the armature winding corresponding to the field winding is shifted by 90 degrees.

【0011】この界磁巻線17に、図2に示す3相界磁
巻線電流Iu,Iv,Iwを流すと界磁巻線による合成
磁界N・Sが生じ、その磁束分布は正弦波状となる。最
大磁束をΦm、磁極中心をθ=0とすると磁束は(1)
式のように表わされる。
When the three-phase field winding currents Iu, Iv, and Iw shown in FIG. 2 are applied to the field winding 17, a composite magnetic field N · S is generated by the field winding, and the magnetic flux distribution is sinusoidal. Become. If the maximum magnetic flux is Φm and the magnetic pole center is θ = 0, the magnetic flux is (1)
It is expressed as an equation.

【0012】 Φ=Φm・cos θ (1) また、この界磁巻線電流による磁界の磁極の中心が、回
転子の最も磁化容易な磁化容易軸に合致するように界磁
巻線電流を制御すると回転子は所定の方向に磁化され、
その磁束密度は近似的に(2)式のようになる。
Φ = Φm · cos θ (1) Further, the field winding current is controlled so that the center of the magnetic pole of the magnetic field generated by the field winding current matches the easy axis of easy magnetization of the rotor. Then, the rotor is magnetized in the specified direction,
The magnetic flux density is approximately expressed by equation (2).

【0013】 B=Bm・cos θ (2) 一方、電機子巻線に図2に示すように界磁電流Iu,I
v,Iwよりも所定の角度α、好ましくは90度だけ電
気位相角の進んだ3相電流IU,IV,IWを流す。
B = Bm · cos θ (2) On the other hand, field currents Iu and I are applied to the armature winding as shown in FIG.
Three-phase currents IU, IV, and IW whose electrical phase angles are advanced by a predetermined angle α, preferably 90 degrees from v and Iw are passed.

【0014】すると、フレミングの法則により、トルク
Tが発生し、回転子は回転する。このトルクTは以下の
ようになる。
Then, according to Fleming's law, the torque T is generated and the rotor rotates. This torque T is as follows.

【0015】ここで、トルクTを説明しやすくするため
に、磁化された回転子の磁極にあわせて電機子電流I
U,IV,IWの位相を制御した場合のトルクTについ
て式を下記に示す。電機子巻線のU,V,Wの各コイル
位置での磁束密度BU,BV,BWとすると、 BU=Bm・cos θ BV=Bm・cos (θ−120°) BW=Bm・cos (θ−240°) (3) となり、電機子電流IU,IV,IWは磁極位置に合わ
せて制御するので IU=Im・cos θ IV=Im・cos (θ−120°) IW=Im・cos (θ−240°) (4) となる。従ってトルクTは(5)式のようになる。
Here, in order to facilitate explanation of the torque T, the armature current I is adjusted in accordance with the magnetic poles of the magnetized rotor.
The formulas for the torque T when the phases of U, IV and IW are controlled are shown below. Assuming that the magnetic flux densities BU, BV, and BW at U, V, and W coil positions of the armature winding are, BU = Bm · cos θ BV = Bm · cos (θ−120 °) BW = Bm · cos (θ -240 °) (3) and the armature currents IU, IV, IW are controlled according to the magnetic pole position, so IU = Im · cos θ IV = Im · cos (θ−120 °) IW = Im · cos (θ -240 °) (4). Therefore, the torque T is expressed by the equation (5).

【0016】 T=K(BU・IU+BV・IV+BW・IW) =3/2KBm・Im (5) これらの数式中、Bmは最大磁束密度、Imは電機子電
流の最大値で、θは前記磁極の中心とコイルUのなす電
気位相角である。なお、電機子電流によっても磁束Φ´
を生ずるが、その磁束方向の回転子の磁気抵抗は大きく
してあり、磁化されにくい磁気異方性回転子のため、そ
の影響は少ない。
T = K (BU · IU + BV · IV + BW · IW) = 3/2 KBm · Im (5) In these equations, Bm is the maximum magnetic flux density, Im is the maximum value of the armature current, and θ is the magnetic pole. It is an electrical phase angle formed by the center and the coil U. It should be noted that the magnetic flux Φ ′ also depends on the armature current.
However, since the magnetic resistance of the rotor in the direction of the magnetic flux is large and the magnetically anisotropic rotor is hard to be magnetized, its influence is small.

【0017】図3は前述した関係の概略を示すものであ
る。
FIG. 3 shows an outline of the above-mentioned relationship.

【0018】図4から図7に磁気異方性回転子の具体的
な構成例を示す。これらは2極の場合の例であるが、4
極以上の場合にも構成可能である。
FIG. 4 to FIG. 7 show concrete examples of the structure of the magnetic anisotropic rotor. These are examples of 2 poles, but 4
It can be configured even when the number of poles is more than the maximum.

【0019】図4は断面が円形の回転子31で、磁気異
方性の磁性体32で構成した例である。磁気異方性磁性
体の金属としては例えば、方向性けい素鋼板、方向性ニ
ッケル鉄鋼板等がある。図4において磁気異方性磁性体
はX軸方向には容易に磁化されるが、Y軸方向には磁化
されにくい材質から構成されている。
FIG. 4 shows an example of a rotor 31 having a circular cross section and a magnetic body 32 having magnetic anisotropy. Examples of the metal of the magnetic anisotropic magnetic material include grain-oriented silicon steel sheet and grain-oriented nickel-iron steel sheet. In FIG. 4, the magnetic anisotropic magnetic body is made of a material that is easily magnetized in the X-axis direction but is hard to be magnetized in the Y-axis direction.

【0020】図5は等方性磁性体を用いて、回転子33
を凸極形にした場合で、X軸方向には容易に磁化される
が、Y軸方向には空隙を設けてあるので磁化されにく
い。
FIG. 5 shows a rotor 33 using an isotropic magnetic material.
In the case of a convex pole shape, it is easily magnetized in the X-axis direction, but is hard to be magnetized because a void is provided in the Y-axis direction.

【0021】図6は回転子35をセグタント形にした場
合で、断面内側を非磁性体37で構成し、外側を磁性体
39で構成し、外側の磁性体部分39にはX軸方向にス
リット状の空隙41又は非磁性体を設けてある。従って
X軸方向には磁気抵抗が小さいので容易に磁化される
が、Y軸方向には磁化されにくい。
FIG. 6 shows a case in which the rotor 35 has a segment shape. The inside of the cross section is made of a non-magnetic body 37, the outside is made of a magnetic body 39, and the outside magnetic body portion 39 is slit in the X-axis direction. A void 41 or a non-magnetic material is provided. Therefore, since the magnetic resistance is small in the X-axis direction, it is easily magnetized, but it is difficult to magnetize in the Y-axis direction.

【0022】図7は回転子43をハイブリッド形にした
場合で、磁性体45中に空隙又は非磁性体47をX軸方
向へ設けてある。従ってX軸方向には磁化容易である
が、Y軸方向には磁化しにくい。
FIG. 7 shows a case where the rotor 43 is a hybrid type, in which a gap or a non-magnetic body 47 is provided in the magnetic body 45 in the X-axis direction. Therefore, it is easy to magnetize in the X-axis direction, but difficult to magnetize in the Y-axis direction.

【0023】図8は回転子49を4極にした場合の例で
ある。X,X´方向には磁化容易であるが、Y,Y´軸
方向には磁化されにくい。なお、4極形の場合は磁化容
易な方向は2方向である。
FIG. 8 shows an example in which the rotor 49 has four poles. Although it is easy to magnetize in the X and X'directions, it is difficult to magnetize in the Y and Y'axis directions. In the case of the quadrupole type, there are two directions in which the magnetization is easy.

【0024】以上のように、回転子を軸方向と直角な断
面の所定方向に磁気異方性をもたせ、電機子に2組の3
相巻線を巻いて、その電流位相角を好ましくは90度ず
らせば、界磁巻線電流で界磁磁束を作り、電機子巻線電
流との間にフレミングの法則によるトルクを発生させる
ことができる。これにより、磁束Φと電流Iによる最
適、最大値トルクを発生させることができる完全ベクト
ル制御が可能となる。
As described above, the rotor is provided with the magnetic anisotropy in the predetermined direction of the cross section perpendicular to the axial direction, and the armature has two sets of three.
If the phase winding is wound and the current phase angle is shifted preferably 90 degrees, a field magnetic flux is created by the field winding current, and a torque according to Fleming's law can be generated between the phase winding and the armature winding current. it can. As a result, perfect vector control capable of generating the optimum and maximum torque by the magnetic flux Φ and the current I becomes possible.

【0025】界磁電流による界磁磁束が比例関係にあれ
ばトルクTは(6)式のようになる。
If the field magnetic flux due to the field current is in a proportional relationship, the torque T is given by equation (6).

【0026】 T=K2 ・界磁電流・電機子電流 (6) 上記において、電機子電流によっても磁束Φと直交する
電機子反作用磁束Φ´が生じ、界磁電流との間でトルク
を発生する。回転子が断面円形で磁気等方性の材料から
なり、エアギャップが均一であれば、回転子は回転しな
い。
T = K 2 · field current / armature current (6) In the above, armature reaction flux Φ ′ orthogonal to magnetic flux Φ is also generated by the armature current, and torque is generated with the field current. To do. If the rotor has a circular cross section and is made of a magnetic isotropic material and the air gap is uniform, the rotor does not rotate.

【0027】回転子の材質を磁束Φの方向に磁化容易軸
をもった磁気異方性回転子とすれば、断面が円形でエヤ
ギャップが均一であっても、(5)式によるトルクは発
生する。
If the rotor material is a magnetic anisotropic rotor having an easy axis of magnetization in the direction of the magnetic flux Φ, torque according to equation (5) is generated even if the cross section is circular and the air gap is uniform. .

【0028】従って、回転子の磁化特性をΦ方向には磁
化しやすく、Φ´方向には磁化しにくい材質又は構造に
することにより、本理論にもとづく同期モータが可能と
なる。
Therefore, the synchronous motor based on the present theory can be realized by using a material or structure in which the rotor has a magnetization characteristic that is easily magnetized in the Φ direction and is hard to be magnetized in the Φ ′ direction.

【0029】従って、本発明による回転子は、従来の同
期電動機のように回転子に界磁コイルを巻いたり、永久
磁石を取りつけたりする必要がない。また、誘導電動機
のように、回転子にけい素鋼板を用いその中にスロット
を設け、アルミ、銅などによるかご形巻線をほどこした
りする必要もなく、誘導電流による発熱もない同期機が
本発明の回転磁界磁極形同期機である。
Therefore, in the rotor according to the present invention, it is not necessary to wind a field coil or attach a permanent magnet to the rotor as in the conventional synchronous motor. Also, like an induction motor, a synchronous steel machine that does not require heat generation due to induced current without the need to use a silicon steel plate for the rotor, provide slots in it, and squirrel cage windings made of aluminum, copper, etc. It is a rotating field magnetic pole type synchronous machine of the invention.

【0030】本発明による同期モータは以下のように利
用することができる。
The synchronous motor according to the present invention can be used as follows.

【0031】(5)式から、モータの出力P[w]は
(7)式のように表わせる。
From the equation (5), the motor output P [w] can be expressed as the equation (7).

【0032】 p=2πnT=√3 EI (7) (7)式において、nはモータの毎秒回転数[rp
s]、Tはトルク[Nm]、Eは3相線間の逆起電力
[v]で、Iは相電流[A]である。また逆起電力E
[v]は(8)式で表わされる。但しkは比例定数であ
る。
P = 2πnT = √3 EI (7) In the equation (7), n is the number of revolutions per second of the motor [rp
s], T is torque [Nm], E is a back electromotive force [v] between the three-phase lines, and I is a phase current [A]. In addition, the back electromotive force E
[V] is represented by the equation (8). However, k is a proportional constant.

【0033】 E=k・Φ・n [v] (8) (7)および(8)式から以下の利用が可能となる。即
ち、Φを一定にして、0〜n回転の間で定トルクの特性
をもつ同期モータ、Φを可変にして、約0〜n回転の間
で定出力の特性をもつ同期モータ、積Φ・Iを最適制御
して、0〜n回転の間で、任意の負荷に対してモータ損
失を最小にする高効率の同期モータ等の利用が可能であ
る。従って、本発明によるモータは産業のあらゆる分野
に利用できる。以下に具体的な適用例について述べる。
E = kΦn [v] (8) From the expressions (7) and (8), the following can be used. That is, with Φ being constant, a synchronous motor having a constant torque characteristic between 0 and n revolutions, and with Φ being variable, a synchronous motor having a constant output characteristic between about 0 and n revolutions, the product Φ · It is possible to use a high-efficiency synchronous motor or the like that optimally controls I and minimizes motor loss for any load between 0 and n revolutions. Therefore, the motor according to the present invention can be used in all fields of industry. Specific application examples will be described below.

【0034】図9は本発明の同期モータ101を利用し
て速度制御したACサーボモータのブロック図を示す。
FIG. 9 shows a block diagram of an AC servo motor whose speed is controlled by using the synchronous motor 101 of the present invention.

【0035】モータ101には電機子電流Ia と界磁電
流If が図1に示した電機子巻線19及び界磁巻線17
の各々に流され、前記モータ101の電機子巻線,界磁
巻線に対する磁極の位置及び回転速度が第1検出器10
3により検出される。
In the motor 101, the armature current I a and the field current I f are the armature winding 19 and the field winding 17 shown in FIG.
Of the magnetic pole with respect to the armature winding and the field winding of the motor 101, and the rotation speed of the magnetic pole.
3 is detected.

【0036】この第1検出器103は回転速度検出と磁
極位置検出が可能な検出器であって、例えば、ロータリ
エンコーダ、ロータリレゾルバが利用される。
The first detector 103 is a detector capable of detecting the rotation speed and the magnetic pole position, and for example, a rotary encoder or a rotary resolver is used.

【0037】前記電機子電流Ia 及び界磁電流If は各
々インバータI 105、インバータII 107によっ
て以下に説明するように制御される。即ち、同期モータ
101の回転速度は以下のようにして制御される。
The armature current I a and the field current I f are controlled by an inverter I 105 and an inverter II 107, respectively, as described below. That is, the rotation speed of the synchronous motor 101 is controlled as follows.

【0038】まず、回転速度指令S1 により、希望する
所定の回転数が回転速度アンプ111に与えられる。ま
たこの回転速度アンプ111には前記第1検出器103
によって検出された同期モータ101の回転数S2 がフ
ィードバックされ、電機子電流制御指令値S3 を出力す
る。
First, the desired rotational speed is given to the rotational speed amplifier 111 by the rotational speed command S 1 . Further, the rotation speed amplifier 111 includes the first detector 103.
The rotation speed S 2 of the synchronous motor 101 detected by is fed back, and the armature current control command value S 3 is output.

【0039】前記電機子電流指令値S3 は、電機子電流
指令S5 と共に電機子電流アンプ113に与えられイン
バータI 105の出力側に設けた電機子電流検出器1
15によって検出された電機子電流S7 は電機子電流ア
ンプ113にフィードバックされる。この電機子電流ア
ンプ113からインバータ制御信号S9 が出力される。
The armature current command value S 3 is given to the armature current amplifier 113 together with the armature current command S 5 , and the armature current detector 1 provided on the output side of the inverter I 105.
The armature current S 7 detected by 15 is fed back to the armature current amplifier 113. The inverter control signal S 9 is output from the armature current amplifier 113.

【0040】一方、界磁電流指令S11が、界磁電流アン
プ121に入力されるとともにインバータIIの出力側に
設けた界磁電流検出器117によって検出された界磁電
流S13が界磁電流アンプ121にフィードバックされ
る。この界磁電流アンプ121からインバータII 10
7を制御するインバータ制御信号S15が出力される。
On the other hand, the field current command S 11 is input to the field current amplifier 121 and the field current S 13 detected by the field current detector 117 provided on the output side of the inverter II is the field current S 13. It is fed back to the amplifier 121. From this field current amplifier 121 to the inverter II 10
An inverter control signal S 15 for controlling 7 is output.

【0041】さらに、磁極位値S4 、電機子電流S7
び界磁電流S13が電機子電流、界磁電流位相制御アンプ
123に入力され、各電流の位相、周波数を制御するた
め制御信号S17,S19がインバータI 105及びイン
バータII 109の入力側に入力される。よって、電流
Ia,Ifが制御され本発明同期モータはACサーボモ
ータとして動作し、希望する所定の回転速度が得られ
る。
Further, the magnetic pole position value S 4 , the armature current S 7 and the field current S 13 are input to the armature current and field current phase control amplifier 123, and control signals for controlling the phase and frequency of each current. S 17 and S 19 are input to the input sides of the inverter I 105 and the inverter II 109. Therefore, the currents Ia and If are controlled, and the synchronous motor of the present invention operates as an AC servo motor, and a desired predetermined rotation speed is obtained.

【0042】図10は本発明による別の実施例であっ
て、同期モータ101を利用してモータの回転角または
負荷の移動量を制御したACサーボモータの制御回路の
ブロック図を示す。図10で図9と同じ回路については
同じ番号を附して説明を省略し、本適用の新たな回路に
ついてのみ以下に説明する。
FIG. 10 shows another embodiment of the present invention, which is a block diagram of a control circuit of an AC servomotor in which the synchronous motor 101 is used to control the rotation angle of the motor or the amount of movement of the load. In FIG. 10, the same circuits as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Only new circuits of this application will be described below.

【0043】位置指令S21により希望する所定のモータ
の回転角または負荷移動量が位置偏差アンプ201に入
力される、一方、負荷回転角負荷移動量検出センサー2
03によって検出された負荷の回転角または移動量S23
及び前記第1検出器103によって検出された回転角ま
たは回転位置の信号S25が同時に前記位置偏差アンプ2
01に入力され、この位置偏差アンプ201から回転速
度指令S27が前述の回転速度アンプ111の入力側に入
力されモータが回転し回転角、移動量を制御する。
A desired rotation angle or load movement amount of the motor is input to the position deviation amplifier 201 by the position command S 21 , while the load rotation angle load movement amount detection sensor 2
Rotation angle of the load or movement amount S 23 detected by 03
And the signal S 25 of the rotation angle or the rotation position detected by the first detector 103 is simultaneously sent to the position deviation amplifier 2
01, the rotation speed command S 27 is input from the position deviation amplifier 201 to the input side of the rotation speed amplifier 111, and the motor rotates to control the rotation angle and the movement amount.

【0044】図11は本発明による別の実施例であっ
て、同期モータを利用して、モータの損失を最少にする
高効率運転制御システムのブロック図を示す。図中の番
号、符号は図9の場合と同様である。
FIG. 11 is a block diagram of a high efficiency operation control system according to another embodiment of the present invention, which utilizes a synchronous motor to minimize the loss of the motor. The numbers and reference numerals in the figure are the same as those in FIG.

【0045】前述したように、本発明のモータ出力は
(7)式で示されているように、p=2πnTであり、
トルクは(6)式で示されているようにT=k2 ×電機
子電流×界磁電流である。従って、任意の回転数、トル
クに対して、電機子巻線抵抗Ra 、界磁巻線抵抗Rf
界磁電流If に対する界磁磁束特性、電機子、界磁電
流の周波数に対する鉄損等のモータ特性に応じて、電機
子電流Ia と界磁電流If をモータ損失の最も少なくな
るような比率に定めて制御すれば高効率運転が実現でき
る。
As described above, the motor output of the present invention is p = 2πnT as shown in the equation (7),
The torque is T = k 2 × armature current × field current as shown in the equation (6). Therefore, armature winding resistance R a , field winding resistance R f ,
The armature current I a and the field current I f can be minimized depending on the field magnetic flux characteristics with respect to the field current I f , the armature, and the motor characteristics such as iron loss with respect to the frequency of the field current. Highly efficient operation can be realized if the ratio is set and controlled.

【0046】高効率運転の一例としてモータの銅損失を
最少に制御する例について図11を用いて説明する。
As an example of high efficiency operation, an example of controlling the copper loss of the motor to the minimum will be described with reference to FIG.

【0047】電機子電流Ia [A]、界磁電流I
f [A]、電機子抵抗Ra [Ω]、界磁抵抗Rf [Ω]
とすればモータの銅損失Pc [w]は(9)式で示され
る。またトルクT[Nm]は(10)式で示される。
Armature current I a [A], field current I
f [A], armature resistance R a [Ω], field resistance R f [Ω]
Then, the copper loss P c [w] of the motor is expressed by the equation (9). Further, the torque T [Nm] is expressed by the equation (10).

【0048】 PC =Ia 2 ・Ra +If 2 ・Rf [w] (9) T=K・Ia ・If [Nm] (10) 電機子電流検出器115及び界磁電流検出器117によ
り検出された電流Ia,If より負荷トルクが分かるか
ら、その負荷トルク以下にならないように電流Ia ,I
f を可変にし、Pc が最少となるようなIa * ,If *
を決定し、これにより制御を行う。即ち、図11におい
て、電機子電流検出器115によって検出された電流値
a と界磁電流検出器117によって検出された電流値
f をモータ損失最少制御回路211に入力する。ま
た、モータ損失最少制御回路211の電機子巻線抵抗R
a と界磁巻線抵抗Rf をモータによって定まる固有値に
設定する。この制御回路211によって決定されたIa
制御指令Ia ,If 制御指令If は図9で説明した
電機子電流S7 、界磁電流S13の代りに、電機子電流ア
ンプ113及び界磁電流アンプ121に入力され、モー
タ銅損失最少制御、高効率運動が実現できる。
P C = I a 2 · R a + I f 2 · R f [w] (9) T = K · I a · I f [Nm] (10) Armature current detector 115 and field current detection vessel current I a detected by 117, since the load torque from the I f is found, the current to not lower than a load torque I a, I
I a * , I f * such that f is variable and P c is minimized .
Is determined, and control is performed based on this. That is, in FIG. 11, the current value I a detected by the armature current detector 115 and the current value I f detected by the field current detector 117 are input to the motor loss minimum control circuit 211. Further, the armature winding resistance R of the motor loss minimum control circuit 211 is
Set a and field winding resistance R f to eigenvalues determined by the motor. I a determined by this control circuit 211
Control instruction I a *, I f control command I f * armature current S 7 described in FIG. 9, instead of the field current S 13, is input to the armature current amplifier 113 and the field current amplifier 121, the motor Minimal control of copper loss and highly efficient movement can be realized.

【0049】図12は本願発明を同期モータに適用した
別の実施例を示す。図12に示すように、電機子電流巻
線19は3相交流電源に直接接続されており、界磁電流
巻線17はコンデンサー221及び電磁開閉器223を
介して前記の3相交流電源に接続されている。電磁開閉
器223は同期化回路225によってオンオフが制御さ
れている。
FIG. 12 shows another embodiment in which the present invention is applied to a synchronous motor. As shown in FIG. 12, the armature current winding 19 is directly connected to the three-phase AC power supply, and the field current winding 17 is connected to the three-phase AC power supply via the capacitor 221 and the electromagnetic switch 223. Has been done. The electromagnetic switch 223 is controlled to be turned on and off by the synchronization circuit 225.

【0050】まず、最初に電磁開閉器223をオフにし
た状態で電機子巻線19に3相交流電流を流すと、回転
子227に誘導電流が流れ、電機子巻線の作る回転磁界
と誘導電流との間にフレミングの法則によるトルクが発
生し、誘導電動機としてモータは回転する。この誘導ト
ルクによってモータの回転速度が同期速度に接近した
ら、同期化回路225を作動して電磁開閉器223をオ
ンにする。界磁巻線17にはコンデンサ221により9
0度位相のずれた電流が流れ、回転子に界磁極が発生す
る。この界磁極と電機子電流の作る回転磁界との間で吸
引力が働き、回転子が同期化され、同期電動機として回
転する。なお、前記コンデンサーの代りにコイル又は両
者を用いることもできる。
First, when a three-phase AC current is passed through the armature winding 19 with the electromagnetic switch 223 turned off, an induced current flows through the rotor 227, which induces a rotating magnetic field and induction by the armature winding. A torque according to Fleming's law is generated between the electric current and the electric current, and the motor rotates as an induction motor. When the rotational speed of the motor approaches the synchronous speed due to this induced torque, the synchronizing circuit 225 is activated to turn on the electromagnetic switch 223. 9 is connected to the field winding 17 by the capacitor 221.
Currents with a phase difference of 0 degrees flow and field poles are generated in the rotor. An attractive force acts between this field pole and the rotating magnetic field created by the armature current, and the rotor is synchronized and rotates as a synchronous motor. A coil or both may be used instead of the capacitor.

【0051】図13は本発明の別の実施例であって、回
転子241にさらに永久磁石243a,243bを設け
た場合である。永久磁石243a,243bによる磁束
をΦ1 とし、界磁巻線17(u,v,w)による磁束を
Φとする。
FIG. 13 shows another embodiment of the present invention in which the rotor 241 is further provided with permanent magnets 243a and 243b. The magnetic flux generated by the permanent magnets 243a and 243b is Φ 1, and the magnetic flux generated by the field winding 17 (u, v, w) is Φ.

【0052】回転子241に図示省略の磁極位置検出器
を設けてΦ1 とΦの方向を常に一致させるように界磁巻
線17に流れる電流を制御する。この場合Φ1 とΦが同
位相なら合成界磁磁束ΣΦはΣΦ=Φ1 +Φとなり、界
磁磁束が増大する。またΦ1とΦが逆位相ならばΣΦ=
Φ1 −Φとなり界磁磁束は減少する。
A magnetic pole position detector (not shown) is provided on the rotor 241 to control the current flowing through the field winding 17 so that the directions of Φ 1 and Φ are always matched. In this case, if Φ 1 and Φ are in phase, the combined field magnetic flux ΣΦ is ΣΦ = Φ 1 + Φ, and the field magnetic flux increases. If Φ 1 and Φ are in opposite phase, ΣΦ =
It becomes Φ 1 −Φ and the field magnetic flux decreases.

【0053】図14は本発明の同期モータの電機子を2
分割し、モータの組立を容易にした実施例である。分割
は2分割に限らず適当な数の複数個に分割してもよい。
図14において、分割された電機子261a,261b
には巻線263a,263bは別々に巻いてある。
FIG. 14 shows two armatures of the synchronous motor of the present invention.
This is an embodiment in which the motor is divided to facilitate the assembly of the motor. The division is not limited to two, but may be divided into an appropriate number of plural pieces.
In FIG. 14, the divided armatures 261a and 261b are divided.
The windings 263a and 263b are wound separately.

【0054】従って、モータを機械に組付けるために生
ずる組立上の制約が少なくなる。即ち、分割された電機
子261a,261bを図の矢印の方向に突合せて電機
子を一体とすることができ、モータの組立に関係なくベ
アリング265を回転軸267に取付けることができ
る。
Therefore, there are fewer assembly restrictions that occur when assembling the motor to the machine. That is, the divided armatures 261a and 261b can be abutted in the direction of the arrow in the figure to integrate the armatures, and the bearing 265 can be attached to the rotating shaft 267 regardless of the assembly of the motor.

【0055】図15は工作機械の主軸とモータの回転子
軸とを一体として形成した実施例である。即ち、工作機
械の主軸281が磁性体で構成されている場合は、その
端部283を適宜加工して、本発明による回転子を構成
し、その外側に電機子巻線及び界磁巻線を巻いた電機子
285を設けることにより、工作機械とモータを一体的
に製作することができる。なお、図中刃物287は工具
289に取付けられており、前記工具289は主軸28
1に取付けられていて、この主軸281はベアリング2
91に回転自在に支持されている。
FIG. 15 shows an embodiment in which the main shaft of the machine tool and the rotor shaft of the motor are integrally formed. That is, when the main shaft 281 of the machine tool is made of a magnetic material, the end portion 283 is appropriately processed to form the rotor according to the present invention, and the armature winding and the field winding are provided outside the rotor. By providing the wound armature 285, the machine tool and the motor can be integrally manufactured. In the figure, the cutting tool 287 is attached to a tool 289, and the tool 289 is the spindle 28.
1, the main shaft 281 is attached to the bearing 2
It is rotatably supported by 91.

【0056】図16及び図17は界磁巻線301と電機
子巻線303を別々の電機子コア305,307に巻
き、位相角が好ましくは90度異なるように基準軸30
9と311を合わせて、軸方向に組立可能にした実施例
を示す。図16において、回転シャフト313に非磁性
体315と磁性体部317により回転子319を構成す
る。各々の巻線を巻いた電機子コア305,307を回
転子319の外側に設け、さらに電機子コア305,3
07の外側に磁気回路を構成するため接続用磁性体32
1を設ける。これによって一点鎖線322で示す閉じた
磁気回路が形成され、前述した複巻同期機と同様の性能
を発揮することができる。本実施例を使用すると、電機
子が2つに分割されているため、電機子の直径方向の寸
法を小さくでき、細長いモータが必要な機械には有効で
ある。
16 and 17, the field winding 301 and the armature winding 303 are wound around separate armature cores 305 and 307, and the reference axis 30 is adjusted so that the phase angles are preferably different by 90 degrees.
An embodiment is shown in which 9 and 311 are combined so that they can be assembled in the axial direction. In FIG. 16, a rotor 319 is composed of a non-magnetic body 315 and a magnetic body portion 317 on a rotating shaft 313. The armature cores 305 and 307 wound with the respective windings are provided outside the rotor 319.
Connecting magnetic body 32 for forming a magnetic circuit outside 07
1 is set. As a result, a closed magnetic circuit indicated by the one-dot chain line 322 is formed, and the same performance as the compound winding synchronous machine described above can be exhibited. When the present embodiment is used, the armature is divided into two, so that the dimension of the armature in the diameter direction can be reduced, which is effective for a machine that requires an elongated motor.

【0057】図18は、本発明をリニアモータに適用し
た実施例である。図18に示すリニアモータ401は図
1に示す2極,24スロットの3相電機子をそのままリ
ニア電機子403の構造としたものであり、可動子40
5は図6示す磁極がセグメント構造のものを示す。
FIG. 18 shows an embodiment in which the present invention is applied to a linear motor. A linear motor 401 shown in FIG. 18 is a structure in which the two-pole, 24-slot three-phase armature shown in FIG.
5 shows a magnetic pole having a segment structure shown in FIG.

【0058】図18において、電機子403は、くし形
の電機子コア407に巻線u,v,wからなる界磁巻線
409と巻線U,V,Wからなる電機子巻線411を2
層に巻いて構成されている。また、可動子405は、鉄
等の磁性体からなる磁極413を所定の間隔毎に隙間4
15を置いてアルミニウム等の非磁性体からなる取付板
417に設けた構成である。これらの巻線409,41
1に図2に示した3相交流を流すと、回転モータの場合
と同一の原理によって、水平方向の力が電機子と可動子
の間に発生する。従って、電機子を固定すれば可動子が
動き、可動子を固定すれば電機子が動き、リニアモータ
が構成される。
In FIG. 18, an armature 403 has a comb-shaped armature core 407 having a field winding 409 including windings u, v and w and an armature winding 411 including windings U, V and W. Two
It is made up of layers. In addition, the mover 405 includes magnetic poles 413 made of a magnetic material such as iron at intervals of a predetermined distance.
15 is placed on the mounting plate 417 made of a non-magnetic material such as aluminum. These windings 409, 41
When the three-phase alternating current shown in FIG. 2 is flown in FIG. 1, a horizontal force is generated between the armature and the mover by the same principle as that of the rotary motor. Therefore, if the armature is fixed, the mover moves, and if the mover is fixed, the armature moves and a linear motor is configured.

【0059】本実施例においては2極24スロットとし
たが、これに限るものではなく、また、電機子と可動子
の組合せもこれに限るものではなく、前述した構成が全
て適用できるものである。
In the present embodiment, two poles and 24 slots are used, but the present invention is not limited to this, and the combination of the armature and the mover is not limited to this, and all the above-mentioned configurations can be applied. .

【0060】図19は本発明の同期発電機への適用例の
原理を説明するための図である。同図において、電機子
コア501に界磁巻線503と電機子巻線505が二層
に巻かれている。また回転子507は凸極形に構成され
ており、図の上下方向には磁化され易いが、左右方向に
は磁化され難い構成になっている。また、前記巻線50
3,505はいずれも2極3相用巻線であって、好まし
くは90度位相がずれるように配置されている。今、巻
線u,v,wから構成される界磁巻線503に3相電流
を流し、それによって発生される磁界磁束509の磁極
中心軸511方向と回転子の磁化容易軸513とを常に
一致させるように界磁巻線電流を制御する。回転子は常
に一定方向に磁化されているので、これを回転するとフ
レミングの法則により、巻線u,v,wからなる電機子
巻線505に三相電圧が誘起され、発電機となる。
FIG. 19 is a diagram for explaining the principle of an application example of the present invention to a synchronous generator. In the figure, a field winding 503 and an armature winding 505 are wound in two layers on an armature core 501. The rotor 507 is formed in a salient pole shape, and is easily magnetized in the vertical direction in the drawing, but is hard to be magnetized in the horizontal direction. Also, the winding 50
Reference numerals 3 and 505 denote windings for two poles and three phases, which are preferably arranged so that their phases are shifted by 90 degrees. Now, a three-phase current is passed through the field winding 503 composed of the windings u, v, and w, and the magnetic pole center axis 511 of the magnetic field magnetic flux 509 generated thereby and the easy axis of magnetization 513 of the rotor are always maintained. The field winding current is controlled so that they match. Since the rotor is always magnetized in a fixed direction, when it is rotated, a three-phase voltage is induced in the armature winding 505 composed of the windings u, v, and w according to Fleming's law, and it becomes a generator.

【0061】発電機の出力電圧V、出力周波数fは各々
(11)式,(12)式のように与えられる。
The output voltage V and output frequency f of the generator are given by equations (11) and (12), respectively.

【0062】 V=K1 ・Φ・n [v] (11) f=K2 ・n・p [HZ] (12) 上式中、K1 ,K2 は比例定数、Φは界磁磁束[MAX
WELL]、nは毎秒回転数[rps]である。また、
界磁電流If が界磁磁束Φに比例するとすれば(13)
式が成立する。
V = K 1 · Φ · n [v] (11) f = K 2 · n · p [HZ] (12) In the above equation, K 1 and K 2 are proportional constants, and Φ is the field magnetic flux [ MAX
WELL], n is the number of revolutions per second [rps]. Also,
If the field current If is proportional to the field flux Φ (13)
The formula holds.

【0063】 Φ=K3 ・If [MAXWELL] (13) 以上の如く本発明による同期発電機は、従来の同期発電
機と異なり、回転子にコイルを接続したり、永久磁石を
取り付けたりする必要がない。従って、回転子が極めて
簡単、かつ堅牢な同期発電機が構成できる。
Φ = K 3 · I f [MAXWELL] (13) As described above, the synchronous generator according to the present invention differs from the conventional synchronous generator in that a coil is connected to the rotor and a permanent magnet is attached. No need. Therefore, it is possible to construct a synchronous generator whose rotor is extremely simple and robust.

【0064】図20は本発明による同期発電機を使用し
て、負荷変動に対して出力電圧を一定に保つための制御
回路のブロック図を示すものである。
FIG. 20 is a block diagram of a control circuit for using the synchronous generator according to the present invention to keep the output voltage constant against load changes.

【0065】図20において、同期発電機521の回転
子523にはタービン、エンジン、水車等からなる原動
機525が連結されており、定速回転されている。ま
た、電機子巻線505には負荷527が接続されてい
る。また、回転子523にはロータリエンコーダ等から
なる磁極位置検出器531が設けられており、磁極の位
置信号S51が出力されている。電機子巻線505には計
器用変圧器535が設けてあり、出力電圧S52が検出さ
れている。
In FIG. 20, a prime mover 525 including a turbine, an engine, a water turbine, etc. is connected to a rotor 523 of the synchronous generator 521 and is rotated at a constant speed. A load 527 is connected to the armature winding 505. Further, the rotor 523 is provided with a magnetic pole position detector 531 including a rotary encoder and the like, and a magnetic pole position signal S 51 is output. The armature winding 505 is provided with an instrument transformer 535, and the output voltage S 52 is detected.

【0066】希望する所定の電圧が電圧指令S53として
電機子電圧アンプ537に入力され、同時に計器用変圧
器535によって検出された出力電圧S52が電機子電圧
アンプ537に入力される。前記電機子電圧アンプ53
7は界磁電流指令S55を界磁電流アンプ539に入力す
る。界磁電流アンプ539にはまた界磁電流検出器54
1によって検出された界磁電流S57がフィードバックさ
れている。
A desired predetermined voltage is input to the armature voltage amplifier 537 as the voltage command S 53 , and at the same time, the output voltage S 52 detected by the instrument transformer 535 is input to the armature voltage amplifier 537. The armature voltage amplifier 53
7 inputs the field current command S 55 to the field current amplifier 539. The field current amplifier 539 also includes a field current detector 54.
The field current S 57 detected by 1 is fed back.

【0067】界磁電流アンプ539から出力される界磁
電流値指令S59は界磁電流位相制御アンプ541に入力
される。またこの界磁電流位相制御アンプ541には前
記磁極位置検出器531から検出された磁極位置信号S
51が入力されている。界磁電流位相制御アンプ541は
界磁電流を制御するインバータ543にインバータ制御
信号S61を出力する。
The field current value command S 59 output from the field current amplifier 539 is input to the field current phase control amplifier 541. Further, the field current phase control amplifier 541 has a magnetic pole position signal S detected by the magnetic pole position detector 531.
51 has been entered. The field current phase control amplifier 541 outputs the inverter control signal S 61 to the inverter 543 which controls the field current.

【0068】本実施例は以上のように構成されているの
で、発電機に負荷が接続されていない無負荷運転であれ
ば、誘起電圧がそのまま出力電圧となり、発電機に負荷
が接続されていれば、電機子巻線U,V,Wに電流が流
れ、電機子巻線のインピーダンスにより電圧降下が生
じ、出力電圧は小さくなる。従って、この電圧降下分を
補償して出力電圧を一定とするために計器用変圧器53
5によって出圧電圧S52が電機子電圧アンプ537にフ
ィードバックされている。この電機子電圧アンプ537
は電圧指令S53と発電機出力電圧S52の偏差を増幅し
て、界磁電流アンプ539に界磁電流指令S55を出力す
る。界磁電流アンプ539はこの界磁電流指令S55と界
磁電流検出器541からの界磁電流S57との偏差を増幅
し、界磁電流指令S59を界磁電流位相制御アンプ541
に出力する。界磁電流位相制御アンプ541は磁極位置
信号S51と界磁電流指令S59に基づいて、回転子523
がどの位置にあっても、界磁電流が正しく界磁巻線に流
れるようにインバータ制御信号S61を作る。この信号に
より、インバータ543は界磁電流を作り、その値を制
御し、負荷変動があっても出力電圧が一定となる。
Since the present embodiment is configured as described above, in the no-load operation where the load is not connected to the generator, the induced voltage becomes the output voltage as it is and the load is not connected to the generator. For example, a current flows through the armature windings U, V, W, a voltage drop occurs due to the impedance of the armature winding, and the output voltage becomes small. Therefore, in order to compensate for this voltage drop and keep the output voltage constant, the instrument transformer 53
5, the output voltage S 52 is fed back to the armature voltage amplifier 537. This armature voltage amplifier 537
Amplifies the deviation between the voltage command S 53 and the generator output voltage S 52 and outputs the field current command S 55 to the field current amplifier 539. The field current amplifier 539 amplifies the deviation between the field current command S 55 and the field current S 57 from the field current detector 541, and outputs the field current command S 59 to the field current phase control amplifier 541.
Output to. The field current phase control amplifier 541 determines the rotor 523 based on the magnetic pole position signal S 51 and the field current command S 59.
, The inverter control signal S 61 is generated so that the field current flows through the field winding correctly. With this signal, the inverter 543 creates a field current and controls its value, so that the output voltage becomes constant even if the load changes.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電機子側には2組のコイルを巻いてあるが回転子側には
永久磁石を取付けたり、またはコイルを巻いたりする必
要がないので、回転子の構造が簡単で、かつ堅牢にする
ことができるので高速運転においても容易に破損するこ
とがない。
As described above, according to the present invention,
Two sets of coils are wound on the armature side, but since it is not necessary to attach permanent magnets or wind the coils on the rotor side, the structure of the rotor can be simple and robust. Since it can be done, it is not easily damaged even at high speed operation.

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

【図1】本発明による第1実施例に係る電機子の構造を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of an armature according to a first embodiment of the present invention.

【図2】界磁巻線と電機子巻線に流れる電流の位相関係
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a phase relationship between currents flowing in a field winding and an armature winding.

【図3】第1実施例における界磁電流による磁気密度の
状態を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a state of magnetic density due to a field current in the first embodiment.

【図4】磁気異方性の磁性体で構成した回転子の例を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a rotor made of a magnetic material having magnetic anisotropy.

【図5】凸極形にした回転子の例を示す図である。FIG. 5 is a view showing an example of a salient pole rotor.

【図6】セグメント形にした回転子の例を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a rotor having a segment shape.

【図7】ハイブリッド形に構成した回転子の例を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a rotor configured as a hybrid type.

【図8】4極の場合の凸極形に構成した回転子の例を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a salient pole rotor having four poles.

【図9】本発明を利用した同期モータを速度制御する制
御装置のブロック図を示す。
FIG. 9 is a block diagram of a control device that controls the speed of a synchronous motor using the present invention.

【図10】本発明を利用した同期モータを位置制御する
制御装置のブロック図を示す。
FIG. 10 is a block diagram of a control device that controls the position of a synchronous motor using the present invention.

【図11】本発明を利用した同期モータをモータ損失最
小に制御する制御装置のブロック図を示す。
FIG. 11 shows a block diagram of a control device for controlling a synchronous motor using the present invention to minimize motor loss.

【図12】本発明を利用した同期モータの位相遅れをリ
アクトルで構成した1例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example in which a phase delay of a synchronous motor using the present invention is configured by a reactor.

【図13】回転子にさらに永久磁石を設けた実施例を示
す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an example in which a permanent magnet is further provided on the rotor.

【図14】電機子を2分割に分割・組立を可能にした実
施例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an embodiment in which an armature can be divided into two parts and assembled.

【図15】回転子の主軸と工作機械のモータの主軸を一
体に形成した例を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an example in which a main shaft of a rotor and a main shaft of a motor of a machine tool are integrally formed.

【図16】界磁巻線と電機子巻線を別々に構成し並設し
た例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an example in which field windings and armature windings are separately configured and arranged in parallel.

【図17】図16の実施例で界磁巻線と電機子巻線の配
置関係を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a positional relationship between the field winding and the armature winding in the embodiment of FIG.

【図18】本発明をリニア形モータに適用した実施例の
構成を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the configuration of an embodiment in which the present invention is applied to a linear motor.

【図19】本発明を同期発電機に適用した実施例の原理
を説明する図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating the principle of an embodiment in which the present invention is applied to a synchronous generator.

【図20】図19の発電機で出力電圧を一定にする制御
装置の実施例のブロック図を示す。
20 shows a block diagram of an embodiment of a control device for making the output voltage constant in the generator of FIG.

【符号の説明】 11 電機子 13 電機子コア 15 スロット 17 界磁巻線 19 電機子巻線 21 回転子 31 円形回転子 33 凸極形回転子 35 セグメント形回転子 43 ハイブリット形回転子 49 4極回転子 101 同期モータ 103 第1検出器 301 界磁巻線 303 電機子巻線 305,307 電機子コア 313 回転軸 315 非磁性体 317 磁性体部 401 リニアモータ 403 電機子 405 可動子 407 電機子コア 409 界磁巻線 411 電機子巻線 413 磁極 501 電機子コア 503 界磁巻線 505 電機子巻線 507 回転子 521 同期発電機 531 磁極位置検出器[Explanation of Codes] 11 Armature 13 Armature Core 15 Slot 17 Field Winding 19 Armature Winding 21 Rotor 31 Circular Rotor 33 Convex Pole Type Rotor 35 Segment Type Rotor 43 Hybrid Type Rotor 49 4 Pole Rotor 101 Synchronous motor 103 First detector 301 Field winding 303 Armature winding 305, 307 Armature core 313 Rotation axis 315 Non-magnetic material 317 Magnetic material part 401 Linear motor 403 Armature 405 Mover 407 Armature core 409 field winding 411 armature winding 413 magnetic pole 501 armature core 503 field winding 505 armature winding 507 rotor 521 synchronous generator 531 magnetic pole position detector

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図1】 [Figure 1]

【図2】 [Fig. 2]

【図3】 [Figure 3]

【図4】 [Figure 4]

【図5】 [Figure 5]

【図6】 [Figure 6]

【図7】 [Figure 7]

【図8】 [Figure 8]

【図9】 [Figure 9]

【図10】 [Figure 10]

【図11】 FIG. 11

【図12】 [Fig. 12]

【図13】 [Fig. 13]

【図14】 FIG. 14

【図15】 FIG. 15

【図19】 FIG. 19

【図16】 FIG. 16

【図17】 FIG. 17

【図18】 FIG. 18

【図20】 FIG. 20

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02P 9/14 A 9178−5H Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H02P 9/14 A 9178-5H

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同期機の界磁磁束を発生させる界磁巻線
を電気角120度ずつずらした3組の3相巻線として電
機子側に設け、電機子巻線も電気角120度ずつずらし
た3組の3相巻線として前記電機子側に設け、その巻線
間の電気角を好ましくは90度とした電機子構造である
ことを特徴とする同期機。
1. A field winding for generating a field flux of a synchronous machine is provided on the armature side as three sets of three-phase windings, which are shifted by an electrical angle of 120 degrees, and the armature winding is also provided by an electrical angle of 120 degrees. A synchronous machine having an armature structure which is provided on the armature side as three sets of shifted three-phase windings, and an electrical angle between the windings is preferably 90 degrees.
【請求項2】 前記電機子構造において、相数、極数は
任意の数とし、上記2巻線間の電気位相角を90度とし
たことを特徴とする請求項1記載の同期機。
2. The synchronous machine according to claim 1, wherein in the armature structure, the number of phases and the number of poles are arbitrary, and the electrical phase angle between the two windings is 90 degrees.
【請求項3】 前記電機構造において、回転子を任意形
状の磁性体で構成したことを特徴とする請求項1記載の
同期機。
3. The synchronous machine according to claim 1, wherein in the electric machine structure, the rotor is made of a magnetic material having an arbitrary shape.
【請求項4】 機械、器具の負荷軸そのものを前記電機
子構造の回転子としたことを特徴とする請求項1記載の
同期機。
4. The synchronous machine according to claim 1, wherein the load shaft itself of the machine or instrument is the rotor of the armature structure.
【請求項5】 前記同期機において、電機子に電気角9
0度位相の2組の3相電流を流し、その周波数と電流を
制御してモータのトルク、回転数,負荷の回転角又は移
動量を制御するようにしたことを特徴とする請求項1記
載の同期機。
5. In the synchronous machine, an armature has an electrical angle of 9 degrees.
2. Two sets of three-phase currents of 0 degree phase are made to flow, and the frequency and current are controlled to control the torque of the motor, the number of rotations, the rotation angle of the load, or the amount of movement. Synchronous machine.
【請求項6】 前記同期機において、電機子に任意の電
気角の位相をもつ2組の3相電流を流し、その周波数と
電流を制御してモータのトルク、回転数,負荷の回転角
又は移動量を制御するようにしたことを特徴とする請求
項1記載の同期機。
6. In the synchronous machine, two sets of three-phase currents having arbitrary electrical angle phases are passed through the armature, and the frequency and current are controlled to control the motor torque, rotation speed, load rotation angle, or the like. 2. The synchronous machine according to claim 1, wherein the amount of movement is controlled.
【請求項7】 前記同期機において、電機子に巻かれた
2組の3相電流を最適制御して任意の回転、任意の負荷
においてモータ損失最小の高効率制御したことを特徴と
する同期機。
7. The synchronous machine according to claim 1, wherein two sets of three-phase currents wound around an armature are optimally controlled to perform high-efficiency control with minimum motor loss under arbitrary rotation and arbitrary load. .
【請求項8】 請求項1記載の同期機の電機子巻線に直
接3相交流電源を接続し、誘導電流トルクで同期回転数
近くまで回転させ、界磁巻線にコンデンサ、又はリアク
トルを通して3相電源に接続し、90度位相電流で回転
子に界磁極を作り、同期させる行程を含むことを特徴と
する同期機の同期方法。
8. A three-phase AC power supply is directly connected to the armature winding of the synchronous machine according to claim 1, the induction current torque is used to rotate the motor to a speed close to a synchronous rotation speed, and the field winding is passed through a capacitor or a reactor. A method for synchronizing a synchronous machine, comprising a step of connecting to a phase power source, forming a field pole in a rotor with a 90-degree phase current, and synchronizing.
【請求項9】 前記同期方法において、任意の位相の電
流で回転子に界磁極を作ることを特徴とする請求項8記
載の同期化方法。
9. The synchronization method according to claim 8, wherein in the synchronization method, a field pole is formed in the rotor with a current having an arbitrary phase.
【請求項10】 前記同期機において、回転子に永久磁
石を取り付け、永久磁石による磁束と界磁電流による磁
束の総和で界磁極を作ることを特徴とする請求項1記載
の同期機。
10. The synchronous machine according to claim 1, wherein in the synchronous machine, a permanent magnet is attached to a rotor, and a field pole is formed by a sum of a magnetic flux of the permanent magnet and a magnetic flux of a field current.
【請求項11】 前記同期機において、固定子を2以上
の複数個に分割できるように2組の3相巻線を巻いて、
回転子を機械に取付後に、固定子を組付けることができ
るように分割電機子としたことを特徴とする請求項1記
載の同期機。
11. The synchronous machine, wherein two sets of three-phase windings are wound so that the stator can be divided into two or more pieces,
2. The synchronous machine according to claim 1, wherein a split armature is provided so that the stator can be assembled after the rotor is mounted on the machine.
【請求項12】 前記同期機において、機械の軸そのも
のをモータの回転子とし、前記モータに前記分割電機子
を固定子として組付けたことを特徴とする請求項11記
載の同期機。
12. The synchronous machine according to claim 11, wherein, in the synchronous machine, a shaft of the machine itself is used as a rotor of a motor and the motor is assembled with the split armature as a stator.
【請求項13】 前記同期機において、前記2組の3相
巻線を別々の電機子コアに巻き、軸方向にこの2組の電
機子を組立てて、その3相巻線の電気位相角を90度と
した電機子構造であることを特徴とする同期機。
13. In the synchronous machine, the two sets of three-phase windings are wound on separate armature cores, the two sets of armatures are assembled in the axial direction, and the electrical phase angle of the three-phase windings is adjusted. A synchronous machine having an armature structure of 90 degrees.
【請求項14】 前記同期機において、電機子構造をリ
ニア状にしたことを特徴とする請求項1記載の同期機。
14. The synchronous machine according to claim 1, wherein the synchronous machine has a linear armature structure.
【請求項15】 前記同期機は発電機としたことを特徴
とする請求項1記載の同期機。
15. The synchronous machine according to claim 1, wherein the synchronous machine is a generator.
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