JPH07264798A - 軸受兼用モータ及びその制御方法 - Google Patents

軸受兼用モータ及びその制御方法

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JPH07264798A
JPH07264798A JP6073817A JP7381794A JPH07264798A JP H07264798 A JPH07264798 A JP H07264798A JP 6073817 A JP6073817 A JP 6073817A JP 7381794 A JP7381794 A JP 7381794A JP H07264798 A JPH07264798 A JP H07264798A
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JP
Japan
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rotor
bearing
current
motor
stator
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Pending
Application number
JP6073817A
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English (en)
Inventor
Susumu Osawa
将 大沢
Yoichi Kanemitsu
陽一 金光
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Publication of JPH07264798A publication Critical patent/JPH07264798A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0493Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor
    • F16C32/0497Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor generating torque and radial force
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00Electrical apparatus
    • F16C2380/26Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータにスリップが生じて回転磁界とロータ
が同期していない場合でも、常に安定且つ正確な位置制
御がなされ、回転軸の振れ回りやそれによる振動の発生
などが防止できる軸受兼用モータを提供する。 【構成】 ステータ1とロータ2を備え、ステータに取
り付けた一次コイル5に電流を流し、ロータの半径方向
の位置を制御する非接触磁気軸受作用と、ロータの回転
駆動作用を行わせるようにした軸受兼用モータにおい
て、ロータ1の回転状態を検出する検出装置と、この検
出信号に基づいてロータの回転に同期する位置制御用電
流を生成し、上記一次コイル5に、回転磁界を発生させ
る多相交流電流と上記位置制御電流とを重畳させて供給
する電流制御装置を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転体の半径方向の位
置を制御する非接触の磁気軸受作用と、回転体を回転駆
動する作用を兼ねた軸受兼用モータに関する。
【0002】
【従来の技術】軸受兼用モータについてはいくつかの提
案がなされている。その一つはモータ駆動用コイルと位
置制御用コイルを別にするものであり、これには、従来
の磁気軸受用コイルとモータコイルとを共通のステータ
に取り付けたものと、従来のモータコイルを取り付けた
モータステータに、従来の磁気軸受とは異なる位置制御
用コイルを取り付けたものとがある。他の方式として
は、磁気軸受のステータに取り付けたコイルに、制御電
流と回転磁界発生用の電流を重畳させるものがある。特
開平4−107318号公報には、このような軸受兼用
モータの一例が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】同一コイルに制御電流
と回転磁界発生用の電流を重畳させた方式では、回転磁
界周波数に同期した制御電流を重畳している場合が多
い。この方式では、誘導モータに特有のスリップを考慮
することができなく、ロータに固定した座標でみれば、
ロータは停止しているのに、回転磁界はスリップ周波数
で回転しており、この回転磁界周波数で同期した電流で
位置制御することは、ロータの実際の動きに対応した制
御とは完全にはなっていない。本発明は、このような課
題を解決し、より安定な位置制御を可能とする軸受兼用
モータを提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステータとロ
ータを備え、ステータに取り付けた一次コイルに電流を
流し、ロータの半径方向の位置を非接触制御する磁気軸
受作用と、ロータを回転駆動する作用を行わせるように
した軸受兼用モータにおいて、ロータの回転状態を検出
する検出装置と、この検出信号に基づいてロータの回転
に同期する位置制御用電流を生成し、上記一次コイル
に、回転磁界を発生させる多相交流電流と上記位置制御
電流とを重畳させて供給する電流制御装置を設けたもの
である。
【0005】また、上記検出装置を、ロータの回転速度
を検出する回転速度センサとすることを特徴とする。さ
らに、上記一次コイルを、上記ステータのロータに対向
する面より突出する複数のコアに巻き付けるようにする
ことを特徴とする。
【0006】また、本発明は、ステータとロータを備
え、ステータに取り付けた一次コイルに電流を流し、ロ
ータの半径方向の位置を制御する非接触磁気軸受作用
と、ロータを回転駆動する作用を行わせるようにした軸
受兼用モータにおいて、ロータの回転状態を検出し、こ
の検出信号に基づいてロータの回転に同期する位置制御
用電流を生成し、上記一次コイルに、回転磁界を発生さ
せる多相交流電流と上記位置制御電流とを重畳させて供
給する制御方法である。
【0007】
【作用】このような本発明によれば、検出装置によって
ロータの位置や速度などの回転状態が検出され、これに
基づいて制御装置において現実のロータの回転状態に同
期した位置制御電流が生成され、これが一次コイルに回
転磁界発生用の多相交流電流と重畳させて供給される。
従って、モータにスリップが生じ、回転磁界とロータの
間に回転速度のずれが生じても、位置制御電流は常にロ
ータに同期するように生成され、供給されるので、常に
正確なそして安定な位置制御がなされ、軸の振れ回りや
それによる振動の発生を防止することができる。
【0008】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図1及び図2は、この発明の一実施例の軸受兼用
モータを示す正面図と側面図である。これらの図におい
て、符号1は円筒状のステータ、符号2は円柱状のロー
タであり、ステータ1はケーシング3に固定され、ロー
タ2はステータ1の中に挿通されて、いずれもその軸線
を水平にして設置されている。
【0009】ステータ1は、磁性体、例えばケイ素鋼板
等の継鉄で構成され、その内面に軸方向に所定の数のス
ロット4が形成されており、これには図示するようにス
テータコイル(一次コイル)5が巻き付けられている。
このステータコイル5は、ステータ1を周方向に所定の
数に分割するように巻き付けられており、図示例では1
2個のスロット4が形成され、それらの間のステータコ
ア4aに、2つを対として6組のステータコイル5が巻
き付けられている。これらのステータコイル5は、U
相、U′相、V相、…の相をなし、電流制御装置を有す
る三相交流電源に接続されている。これによって、ロー
タ2を回転させる回転磁界を発生でき、かつロータ2を
浮上させてかつその位置を制御できる軸受制御電流が、
電流制御装置により重畳して供給されるようになってい
る。
【0010】ロータ2は、その両端部を除く中央の部分
がステータ1と同様にケイ素鋼板のような磁性体で構成
されたロータコア6となっている。この部分は、図示す
るようにステータ1の長さと対応している。そして、そ
の外周近傍部分には軸線と平行して延びる複数の導体棒
(2次導体)7が埋め込まれており、これらはロータ2
の両端部に配置されたエンドリング8によって短絡され
て、誘導電動機の篭型電機子を構成している。これらの
導体棒7及びエンドリング8には、銅などの導電性金属
が用いられる。
【0011】このモータには、適当な位置にロータの回
転速度を検出する図示しない回転速度センサが取り付け
られている。回転センサの取り付けは、モータの内部に
おいてロータの回転を直接検出する位置であっても、モ
ータの外部においてロータに固定された出力軸の一部の
回転を検出する位置であってもよく、また、センサの形
式も光電式或いは磁電式等の所定の機能を果たす任意の
ものが採用されてよい。又、回転軸の位置を検出する図
示しない変位センサが取り付けられている。これらのセ
ンサは上記の制御装置に接続されており、制御装置に送
られたセンサの出力信号に基づいてロータに同期する位
置制御電流が生成されるようになっている。
【0012】次に、このように構成されたこの発明の実
施例の軸受兼用モータの動作を説明する。図3は、各相
のステータコイル5に流される電流のスペクトルを示し
ている。このようにこれらのコイルには、回転磁界を発
生させる回転磁界同期成分と、ロータの実回転数に同期
したロータの回転同期成分とが流れている。これはモー
タにスリップが発生した状態における電流スペクトルで
あり、これらの成分の間の周波数の差異がスリップの大
きさ(スリップ周波数)を表している。
【0013】図4には、回転磁界に同期した座標系で見
たある瞬間におけるステータで発生する磁束分布を示し
ている。回転磁界を作る電流成分は以下のように表され
る。 Iu=A・sin(ωt) Iv=A・sin(ωt−2/3π) Iw=A・sin(ωt−4/3π) Iu′=−u Iv′=−v Iw′=−w
【0014】図4においては、回転磁界に同期した座標
で見た場合のこの回転磁界同期成分による回転磁界の方
向が太い矢印で示されている。また、ロータの変位を制
御する軸受作用を持つ磁束が細い線で示されている。軸
受作用を受け持つ電流の周波数は回転磁界の周波数とは
同期していないので、この図では不規則な磁束分布とな
っている。
【0015】図5は、同じケースをロータの回転に同期
した座標で見た場合の磁束分布を示している。この場
合、ロータが横置きになっているので、U′方向に重力
が作用し、U方向に軸受力を負担させている。各相のコ
イルに流れるこのロータの回転に同期した回転同期電流
成分(位置制御電流)を、センサからの信号に基づいて
電流制御装置で調整することにより、ロータをU方向に
引き上げる適切な大きさの力を発生させることができ
る。
【0016】勿論、このような軸受作用を行う位置制御
電流は交流でもよく、この場合、ある瞬間においてはU
相の制御電流がゼロになるが、その場合はV′,W′相
の制御電流を調整すればよい。なお、回転磁界の周波数
は、スリップがある場合はロータの回転数に同期してい
ないので、図5では、回転磁界を示す太い矢印は細い矢
印Aで示すようにすべり周波数で回転していく。
【0017】尚、以上の実施例は横置き型の軸受兼用モ
ータについて説明したが、縦置き型の軸受兼用モータに
ついても同様に適用可能である。このように本発明の趣
旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能である。
【0018】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、検出装置によってロータの位置や速度などの回転状
態が検出され、これに基づいて電流制御装置においてロ
ータの回転状態に同期した位置制御電流が生成され、こ
れが一次コイルに回転磁界発生用の多相交流電流と重畳
させて供給される。従って、モータにスリップが生じて
回転磁界とロータの回転にずれがある場合でも、位置制
御電流は常にロータに同期するように生成され、供給さ
れるので、常に安定且つ正確な磁気軸受の位置制御がな
され、回転軸の振れ回りやそれによる振動の発生などが
防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一つの実施例の軸受兼用モータの正
面図である。
【図2】上記の軸受兼用モータの側面図である。
【図3】この発明の実施例の軸受兼用モータの1つの一
次コイルに供給される電流のスペクトルを表すグラフで
ある。
【図4】この発明の実施例の軸受兼用モータのある瞬間
の磁束分布を、回転磁界に同期した座標系から見た図で
ある。
【図5】同様に、ある瞬間の磁束分布を、ロータの回転
に同期した座標系で見た図である。
【符号の説明】
1 ステータ 2 ロータ 5 ステータコイル(一次コイル)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステータとロータを備え、ステータに取
    り付けた一次コイルに電流を流し、ロータの半径方向の
    位置を制御する非接触磁気軸受作用と、ロータを回転駆
    動する作用を行わせるようにした軸受兼用モータにおい
    て、 ロータの回転状態を検出する検出装置と、この検出信号
    に基づいてロータの回転に同期する位置制御用電流を生
    成し、上記一次コイルに、回転磁界を発生させる多相交
    流電流と上記位置制御電流とを重畳させて供給する電流
    制御装置を備えたことを特徴とする軸受兼用モータ。
  2. 【請求項2】 上記検出装置は、ロータの回転速度を検
    出する回転速度センサであることを特徴とする請求項1
    に記載の軸受兼用モータ。
  3. 【請求項3】 上記一次コイルは上記ステータのロータ
    に対向する面より突出する複数のコアに巻き付けられて
    いることを特徴とする請求項1または2に記載の軸受兼
    用モータ。
  4. 【請求項4】 ステータとロータを備え、ステータに取
    り付けた一次コイルに電流を流し、ロータの半径方向の
    位置を制御する非接触磁気軸受作用と、ロータを回転駆
    動する作用を行わせるようにした軸受兼用モータにおい
    て、 ロータの回転状態を検出し、この検出信号に基づいてロ
    ータの回転に同期する位置制御用電流を生成し、上記一
    次コイルに、回転磁界を発生させる多相交流電流と上記
    位置制御電流とを重畳させて供給することを特徴とする
    軸受兼用モータの制御方法。
JP6073817A 1994-03-18 1994-03-18 軸受兼用モータ及びその制御方法 Pending JPH07264798A (ja)

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JPH07264798A true JPH07264798A (ja) 1995-10-13

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JP (1) JPH07264798A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6078119A (en) * 1997-11-26 2000-06-20 Ebara Corporation Bearingless rotary machine
JP2011101471A (ja) * 2009-11-04 2011-05-19 Canon Inc 回転電動機の制御装置
JPWO2015019463A1 (ja) * 2013-08-08 2017-03-02 株式会社日立製作所 電動機システムおよび磁気軸受システム

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