JPH11285289A - Non-bearing rotating machine - Google Patents

Non-bearing rotating machine

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JPH11285289A
JPH11285289A JP10096972A JP9697298A JPH11285289A JP H11285289 A JPH11285289 A JP H11285289A JP 10096972 A JP10096972 A JP 10096972A JP 9697298 A JP9697298 A JP 9697298A JP H11285289 A JPH11285289 A JP H11285289A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-bearing rotating machine that is capable of stable floating position control, even in an induction machine using a cage-type rotor that is simple in structure and can be manufactured easily, especially at a low-frequency region where control is difficult. SOLUTION: A rotating machine is provided with a control circuit for adjusting a control magnetic field, so that original magnetic flux distribution instruction value can be obtained by integrating a back electromotive voltage induced in the terminal voltage of a coil winding that is wound around a stator S, detecting the distribution of magnetic flux in the gap of a rotor R and the stator S, and correcting the deformation of the distribution of magnetic flux caused by the induction current in the rotor R. The control circuit is provided with an operation circuit 43 with a transfer function, where the analog integration output of the back electromotive voltage is input and a corrected integral value is output for performing a correction so that the frequency characteristic of the integral output of the back electromotive voltage can be detected down to a low-frequency region. The transfer function is expressed by G(s)=(s+2πfc )/(s+2πfc '), where fc is the lower limit of a frequency for detecting the distribution of magnetic flux before correction, and fc ' is the lower limit of a frequency for detecting the distribution of magnetic flux after correction.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体を回転駆動
する電動機作用と、回転体を磁気浮上制御する磁気軸受
作用とを兼ね備えた無軸受回転機械に係り、特に回転子
に電流路である二次導体を備えた誘導型回転子を用いた
場合にも、安定した浮上制御が可能な無軸受回転機械に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearingless rotating machine having both an electric motor function for rotatingly driving a rotating body and a magnetic bearing function for controlling magnetic levitation of the rotating body, and more particularly to a current path for a rotor. The present invention relates to a bearingless rotating machine capable of performing stable levitation control even when an induction rotor having a secondary conductor is used.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、円筒型固定子内に円筒型回転子を
組み込み、固定子に励磁巻線回路を配置して極数の異な
る二種類の回転磁界を形成し、ここで回転子に回転力を
与えると同時に、所定の半径方向位置に浮上保持する位
置制御力を作用させる各種の無軸受回転機械が提案され
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a cylindrical rotor is incorporated in a cylindrical stator, and an exciting winding circuit is arranged on the stator to form two types of rotating magnetic fields having different numbers of poles. Various types of bearingless rotating machines have been proposed which apply a force and at the same time apply a position control force for floating and holding at a predetermined radial position.

【0003】これは、固定子に回転駆動用の巻線と位置
制御用の巻線を備え、それぞれに三相交流電流を流すこ
とにより、所定の関係の極数の異なる回転磁界を固定子
と回転子の間の空隙に形成し、円筒型回転子に半径方向
の磁気的吸引力を偏配するものである。
[0003] In this method, a stator is provided with a winding for rotation driving and a winding for position control, and a three-phase alternating current is supplied to each of the stators. It is formed in a gap between the rotors, and radially distributes magnetic attraction to the cylindrical rotor.

【0004】係る無軸受回転機械において、固定子の巻
線に電流を流すことによりm極の回転磁界とn極の回転
磁界が生成される。以後、m極の回転磁界を駆動磁界、
n極の回転磁界を位置制御磁界と呼ぶ。駆動磁界は通常
の電動機のように回転子に回転駆動力を与えるために使
用する。位置制御磁界は駆動磁界に重畳することによ
り、回転子に半径方向力を偏配することが可能となる。
このため、回転子の半径方向浮上位置を磁気軸受と同様
に自在に調整できる。m極とn極とは、 n=m±2 の関係を有することにより、上記浮上位置制御が可能と
なる。
In such a bearingless rotating machine, an m-pole rotating magnetic field and an n-pole rotating magnetic field are generated by passing a current through the winding of the stator. After that, the rotating magnetic field of m poles is used as the driving magnetic field,
The n-pole rotating magnetic field is called a position control magnetic field. The driving magnetic field is used to apply a rotational driving force to the rotor like a normal electric motor. By superimposing the position control magnetic field on the drive magnetic field, it becomes possible to distribute the radial force to the rotor.
For this reason, the floating position of the rotor in the radial direction can be freely adjusted similarly to the magnetic bearing. The m-pole and the n-pole have a relationship of n = m ± 2, so that the above-mentioned flying position control becomes possible.

【0005】これにより、回転子を磁気的に吸引して、
回転子に回転力を付与する電動機として機能すると共
に、その浮上位置を制御して、固定子に対して非接触浮
上支持が可能な磁気軸受として機能させることができ
る。このため、電動機の回転軸保持に従来必要とされて
いた磁気軸受を構成する電磁石ヨーク部分及び巻線が不
要となり、回転機械の軸長を短縮して、軸振動からの高
速回転の制限を少なくすることができる。また、回転機
械を小型軽量化することができる。また、位置制御巻線
の電流と駆動巻線の電流とにより生じる磁界分布の相乗
的な作用により、磁気軸受に相当する動作を行えるの
で、従来の磁気軸受と比較してはるかに小さな電流で大
きな制御力が生じ、大幅な省エネルギー化が可能であ
る。
Accordingly, the rotor is magnetically attracted,
In addition to functioning as an electric motor that applies a rotating force to the rotor, the floating position of the motor can be controlled to function as a magnetic bearing capable of supporting the stator in a non-contact floating manner. This eliminates the need for an electromagnet yoke and windings that constitute a magnetic bearing, which was conventionally required for holding the rotating shaft of the electric motor, shortening the shaft length of the rotating machine and reducing the limitation of high-speed rotation from shaft vibration. can do. Further, the size and weight of the rotating machine can be reduced. In addition, the operation equivalent to a magnetic bearing can be performed by the synergistic action of the magnetic field distribution generated by the current of the position control winding and the current of the drive winding. Control power is generated, and significant energy savings are possible.

【0006】固定子で生成される回転磁界により、回転
子の二次導体に誘導電流を流して回転駆動力を付与する
方式のひとつが誘導型回転子である。誘導型回転子にも
種々の構造があるが、その代表的なものがかご型回転子
である。これは回転子に低抵抗の金属導体棒(二次導
体)を電流路として回転軸に平行に同心状に多数配置
し、その両端において各金属導体棒を低抵抗の金属導体
環(エンドリング)で接続することにより、回転子に電
流路を設ける構造である。係る回転子においては、固定
子巻線が形成する回転磁束を切ることにより、回転子の
二次導体に誘導電圧が生じて誘導電流が流れる。固定子
巻線により発生して二次導体に鎖交する磁束と、回転子
の金属導体棒に流れる誘導電流の相互作用によりローレ
ンツ力が発生して、誘導型回転子には回転駆動力が発生
する。
[0006] One of the methods of applying an induced current to a secondary conductor of the rotor by a rotating magnetic field generated by the stator to impart a rotational driving force is an induction rotor. The induction rotor has various structures, and a typical one is a cage rotor. In this method, a number of low-resistance metal conductor rods (secondary conductors) are concentrically arranged parallel to the rotation axis as current paths on the rotor, and each end of each metal conductor rod is connected to a low-resistance metal conductor ring (end ring). In this structure, a current path is provided in the rotor. In such a rotor, by cutting off the rotating magnetic flux formed by the stator winding, an induced voltage is generated in the secondary conductor of the rotor, and an induced current flows. Lorentz force is generated by the interaction between the magnetic flux generated by the stator winding and interlinking with the secondary conductor and the induced current flowing through the metal conductor rod of the rotor, and a rotational driving force is generated in the induction rotor. I do.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、無軸受
回転機械においては、駆動磁界と位置制御磁界を固定子
巻線電流(一次電流)により混在させて発生させるため
に、通常の誘導型回転子(かご型回転子)を用いた場合
には、回転子電流路(二次導体)には双方の磁界によっ
て誘導された電流が流れる。m極の回転磁界は回転子に
回転駆動力を付与するために、原理上、誘導電流が流れ
なくては誘導電動機として機能しない。一方、n極の位
置制御磁界による誘導電流が回転子電流路に流れた場
合、固定子巻線が生成する磁界の他に、外乱として回転
子電流が生成する磁界が発生するため、位置制御磁界は
固定子の巻線電流が形成する磁界だけでは決まらず、安
定な回転子の浮上制御ができなくなる。
However, in a bearingless rotating machine, a driving magnetic field and a position control magnetic field are mixed and generated by a stator winding current (primary current). When a cage type rotor is used, a current induced by both magnetic fields flows through the rotor current path (secondary conductor). Since a rotating magnetic field of m poles applies a rotational driving force to the rotor, in principle, it does not function as an induction motor unless an induced current flows. On the other hand, when an induced current caused by the n-pole position control magnetic field flows through the rotor current path, a magnetic field generated by the rotor current as a disturbance occurs in addition to the magnetic field generated by the stator winding. Is not determined only by the magnetic field formed by the winding current of the stator, and stable floating control of the rotor cannot be performed.

【0008】誘導型回転子を用いた場合には、回転子に
付与される発生制御力は、固定子巻線電流分布によら
ず、固定子・回転子間の空隙に形成される制御磁束分布
に依存する。したがって、直接的に空隙の磁束分布を検
出し、回転子変位より演算される磁束分布指令値に、こ
の検出値を追従させるように制御すれば、安定な浮上制
御が達成される。
When an induction rotor is used, the generated control force applied to the rotor depends on the control magnetic flux distribution formed in the air gap between the stator and the rotor, regardless of the stator winding current distribution. Depends on. Therefore, if the magnetic flux distribution in the air gap is directly detected and controlled so that the detected value follows the magnetic flux distribution command value calculated from the rotor displacement, stable levitation control is achieved.

【0009】磁束を検出する方法として、ホール素子や
磁気抵抗素子等の半導体素子を用いる方法があるので、
この半導体素子の複数を、回転子・固定子間の空隙に配
置する、或いは固定子磁性材に埋め込むことにより、磁
束分布を検出し制御に利用することが可能となる。しか
しながら、このような半導体部品を使用した場合には、
(1)磁束測定部位の温度条件が検出素子の正常動作範
囲外では、正確な磁束検出が不可能となる。また極度の
温度環境においては、最悪素子の破壊につながる、
(2)検出素子を設置する空間を確保するために、固定
子磁性材を切削加工しなくてはならない。この加工のた
め、磁束分布が本来の状態から変化し、正確な測定が不
可能となる、(3)固定子微小空間中に、検出素子用電
気配線を施す必要があり、信頼性、機械的強度の観点よ
り実用にそぐわない、等の問題を有し、現実的ではな
い。
As a method for detecting magnetic flux, there is a method using a semiconductor element such as a Hall element or a magnetoresistive element.
By arranging a plurality of these semiconductor elements in the gap between the rotor and the stator or by embedding them in the magnetic material of the stator, it becomes possible to detect the magnetic flux distribution and use it for control. However, when using such semiconductor components,
(1) If the temperature condition of the magnetic flux measurement site is out of the normal operation range of the detecting element, accurate magnetic flux detection becomes impossible. In an extreme temperature environment, the worst element may be destroyed.
(2) In order to secure a space for installing the detection element, the stator magnetic material must be cut. Due to this processing, the magnetic flux distribution changes from the original state, and accurate measurement becomes impossible. (3) It is necessary to provide electrical wiring for the detecting element in the minute space of the stator, and reliability and mechanical There is a problem that it is not practical from the viewpoint of strength, and it is not realistic.

【0010】回転子・固定子間の空隙の磁束分布を検出
する方法として、上述の他に、固定子内の磁束経路に存
在する巻線の端子電圧を測定、演算して磁束量を取り出
す手法がある。これは、ファラデーの電磁誘導の原理に
より、巻線鎖交磁束変化量(微分量)と、その端子電圧
が比例関係にあることを用いている。検出に利用する巻
線のターン数をn、巻線鎖交磁束量をΦ、巻線面積をS
で表すとき、巻線端子電圧VSCは、
As a method of detecting the magnetic flux distribution in the air gap between the rotor and the stator, in addition to the method described above, a method of measuring and calculating the terminal voltage of a winding existing in a magnetic flux path in the stator to extract the amount of magnetic flux. There is. This uses the fact that the amount of change in flux linkage (differential amount) and the terminal voltage are proportional to each other, based on the principle of Faraday electromagnetic induction. The number of turns of the winding used for detection is n, the amount of interlinkage magnetic flux is Φ, and the winding area is S
, The winding terminal voltage V SC is

【数1】 であり、これに磁束密度B=Φ/Sを代入し、s=d/
dtを用いると VSC=s・nSB の関係を得る。このBからVSCへの伝達関数を以下GSC
で表記する。
(Equation 1) Substituting the magnetic flux density B = Φ / S into this, s = d /
When dt is used, a relationship of V SC = s · nSB is obtained. The transfer function from B to V SC is represented by G SC
Notation.

【0011】検出される磁束密度信号をVOutで表すと
き、VOutがBに比例する関係を得るためには、
When the detected magnetic flux density signal is represented by V Out , in order to obtain a relation in which V Out is proportional to B,

【数2】 の演算が必要になる。上式の積分演算は、極低周波数で
は大きなゲインが必要であることを意味し、実現不可能
である。実際的な解決方法として、カットオフ周波数f
C,DC利得Aのローパスフィルタ(LPF)を不完全
積分器として利用し、上式に近い動作をさせる。この不
完全積分の伝達関数Gintは、
(Equation 2) Is required. The integral operation of the above equation means that a large gain is required at an extremely low frequency, and is not feasible. As a practical solution, the cutoff frequency f
A low-pass filter (LPF) having C and a DC gain A is used as an incomplete integrator, and an operation similar to the above equation is performed. The transfer function G int of this incomplete integral is

【数3】 であるから、検出磁束密度信号VOutと実際の磁束密度
Bの伝達特性は、
(Equation 3) Therefore , the transfer characteristic between the detected magnetic flux density signal V Out and the actual magnetic flux density B is

【数4】 となる。これより巻線端子電圧を利用した磁束検出方法
において、検出特性は利得2πfCnSA、カットオフ
周波数fCのハイパスフィルタ(HPF)であることが
わかる。これは長周期で変動する磁束の検出が不可能で
あることを意味する。
(Equation 4) Becomes This shows that in the magnetic flux detection method using the winding terminal voltage, the detection characteristic is a high-pass filter (HPF) having a gain of 2πf C nSA and a cutoff frequency f C. This means that it is impossible to detect a magnetic flux that fluctuates in a long cycle.

【0012】検出可能な周波数領域下限を広げるには、
上述したローパスフィルタ(LPF)のカットオフ周波
数fCを小さくする必要があるが、 (1)アナログ回路によりローパスフィルタ(LPF)
を作製した場合、fCの低下に伴い、回路素子の時定数
が増大し、回路事態が異常な動作をする。 (2)デジタル演算器によりローパスフィルタ(LP
F)を実現した場合、被検出磁束の変動が長周期である
と、VSCの振幅が非常に小さい。この値をデジタル変換
すると、量子化誤差が大きくなり、正確な演算は期待で
きない。
To extend the lower limit of the detectable frequency range,
It is necessary to reduce the cutoff frequency f C of the low-pass filter (LPF) described above. (1) The low-pass filter (LPF)
Is produced, the time constant of the circuit element increases with a decrease in f C , and the circuit operates abnormally. (2) Low-pass filter (LP)
When F) is realized, if the fluctuation of the detected magnetic flux is long, the amplitude of V SC is very small. When this value is converted into a digital value, a quantization error increases, and accurate calculation cannot be expected.

【0013】このため、従来の手法では、磁束の低周波
数変動を検出できず、低周波数領域での制御が困難であ
った。
For this reason, in the conventional method, the low frequency fluctuation of the magnetic flux cannot be detected, and it has been difficult to control in the low frequency region.

【0014】本発明は上述の事情に鑑みて為されたもの
で、構造が簡単で製作が容易なかご型回転子を用いた誘
導機等においても、特に制御が難しい低周波数領域にお
いても、安定した浮上位置制御が行える無軸受回転機械
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is stable even in an induction machine using a cage type rotor which is simple in structure and easy to manufacture, especially in a low frequency region where control is difficult. It is an object of the present invention to provide a bearingless rotating machine capable of performing the above-described floating position control.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の無軸受回転機械
は、回転するm極の駆動磁界に同期してm±2であるn
極の制御磁界を重畳し、回転子に回転力を与えると同時
に、該回転子の変位検出手段によって検出した該回転子
の変位から該n極の制御磁界を増減して該回転子を磁気
浮上する無軸受回転機械において、固定子に巻回された
巻線の端子電圧に誘起する逆起電圧を積分することによ
り、該回転子と該固定子の空隙中の磁束分布を検出し、
前記回転子の誘導電流に起因する磁束分布の変形を補正
することで、本来の磁束分布指令値となるように前記制
御磁界を調整する制御回路とを備え、該制御回路には、
前記逆起電圧のアナログ積分出力の周波数特性を低周波
数領域まで検出できるように補正するために、該逆起電
圧の積分出力を入力、補正された積分値を出力とする伝
達関数 G(s)=(s+2πfC)/(s+2πfC') fC :補正前の磁束分布検出可能な周波数の下限 fC' :補正後の磁束分布検出可能な周波数の下限 を有する演算回路を備えたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a bearingless rotating machine wherein n is m ± 2 in synchronism with the rotating magnetic field of m poles.
The control magnetic field of the pole is superimposed to apply a rotational force to the rotor, and at the same time, the control magnetic field of the n-pole is increased / decreased from the displacement of the rotor detected by the displacement detection means of the rotor, and the rotor is magnetically levitated. In the bearingless rotating machine, by detecting the back electromotive force induced in the terminal voltage of the winding wound on the stator, the magnetic flux distribution in the air gap between the rotor and the stator is detected.
A control circuit that adjusts the control magnetic field so as to obtain an original magnetic flux distribution command value by correcting deformation of the magnetic flux distribution caused by the induced current of the rotor, and the control circuit includes:
In order to correct the frequency characteristic of the analog integrated output of the back electromotive voltage so that it can be detected up to a low frequency region, a transfer function G (s) that inputs the integrated output of the back electromotive voltage and outputs the corrected integrated value as an output. = (S + 2πf C ) / (s + 2πf C ′) f C : Lower limit of frequency at which magnetic flux distribution before correction can be detected f C ′: Lower limit of frequency at which magnetic flux distribution after correction can be detected And

【0016】上述した本発明によれば、巻線の端子電圧
に生じる逆起電圧を積分することで、空隙中の実際の磁
束分布を検出することができる。この検出された空隙の
磁束分布は、回転子の誘導電流により変形されているの
で、本来の磁束分布となるように固定子巻線の電流分布
を補正することにより、回転子の浮上位置制御に適正な
磁束分布に追従することが可能となる。これにより、か
ご型等の回転子を使用しても、適正な回転子の浮上保持
のための磁束分布を形成できるので、回転駆動と共に安
定な浮上位置制御が可能となる。
According to the present invention described above, the actual magnetic flux distribution in the air gap can be detected by integrating the back electromotive voltage generated in the terminal voltage of the winding. Since the detected magnetic flux distribution in the air gap is deformed by the induced current of the rotor, the current distribution of the stator winding is corrected so as to be the original magnetic flux distribution, so that the rotor floating position control can be performed. It is possible to follow an appropriate magnetic flux distribution. Thus, even if a cage type rotor or the like is used, an appropriate magnetic flux distribution for maintaining the floating of the rotor can be formed, so that stable floating position control can be performed together with the rotational driving.

【0017】しかしながら、この積分演算は極低周波数
では大きなゲインが必要であることを意味し、実現不可
能であるので、カットオフ周波数fCのローパスフィル
タ(LPF)を不完全積分器として利用している。この
ため、上述したように磁束の低周波数変動を検出できな
いという問題がある。このために、アナログ回路による
ローパスフィルタ(LPF)をデジタル演算器で補正す
る手段を用いる。即ち、先のカットオフ周波数fCのロ
ーパスフィルタ(LPF)をアナログ回路で構成し、そ
の出力Voutをデジタル演算器に入力する、デジタル演
算器の伝達特性をGcomp(s)、出力をVout´で以下
表記する。この構成の目的は、前出の磁束検出特性の式
However, since this integration operation means that a large gain is required at an extremely low frequency and cannot be realized, a low-pass filter (LPF) having a cutoff frequency f C is used as an incomplete integrator. ing. For this reason, there is a problem that the low-frequency fluctuation of the magnetic flux cannot be detected as described above. For this purpose, means for correcting a low-pass filter (LPF) by an analog circuit by a digital calculator is used. That is, the low-pass filter (LPF) having the cutoff frequency f C is configured by an analog circuit, and its output Vout is input to a digital arithmetic unit. The transfer characteristic of the digital arithmetic unit is represented by Gcomp (s), and the output is represented by Vout ′. It is described below. The purpose of this configuration is to calculate the magnetic flux

【数5】 のfCを実質的に小さくするとことにある。(Equation 5) Is to substantially reduce f C.

【0018】デジタル演算器を用いた補正により、磁束
検出特性
The magnetic flux detection characteristic is obtained by correction using a digital arithmetic unit.

【数6】 を得るためには、Gcomp(s)は(Equation 6) To obtain, Gcomp (s) is

【数7】 であればよい。これをデジタル演算器によって計算す
る。これによってfCをfC'低減することができ、低周
波数範囲の制御領域を拡大することができる。
(Equation 7) Should be fine. This is calculated by a digital calculator. As a result, f C can be reduced by f C ′, and the control region in the low frequency range can be expanded.

【0019】尚、アナログ回路でGcomp(s)を実現し
た場合には、回路中電子部品の時定数が大きくなり、問
題解決には至らない。
When Gcomp (s) is realized by an analog circuit, the time constant of electronic components in the circuit increases, and the problem cannot be solved.

【0020】また、前記伝達関数G(s)をデジタル演
算機を用いて演算処理する。これにより、 G(s)=(s+2πfC)/(s+2πfC') の演算が可能となり、低周波数領域の制御範囲を拡大で
きる。
The transfer function G (s) is subjected to arithmetic processing using a digital arithmetic unit. As a result, the calculation of G (s) = (s + 2πf C ) / (s + 2πf C ′) becomes possible, and the control range in the low frequency region can be expanded.

【0021】また、固定子・回転子間の空隙の磁束密度
を検出する固定子に巻回された巻線として、サーチコイ
ル(探り巻線)を使用することが好ましい。また、固定
子・回転子間の空隙の磁束密度を検出する固定子に巻回
された巻線として、回転子・固定子間の空隙に磁界を発
生するための巻線そのものを使用するようにしてもよ
い。
Further, it is preferable to use a search coil as a winding wound around the stator for detecting the magnetic flux density in the air gap between the stator and the rotor. Also, as the winding wound around the stator that detects the magnetic flux density in the gap between the stator and the rotor, the winding itself for generating a magnetic field in the gap between the rotor and the stator should be used. You may.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施
形態の説明の前提となる、従来用いられている一般的な
無軸受回転機械の制御系の構成を示す図である。回転子
Rは固定子Sに設けられた2極駆動巻線が形成する2極
回転磁界により回転駆動され、4極位置制御巻線が形成
する4極回転磁界を重畳することにより、浮上位置が制
御される。回転子Rの周囲には、回転子Rの回転速度を
検出する回転速度検出器10と、回転子Rのx方向浮上
位置及びy方向浮上位置を検出するギャップセンサ11
x,11yがそれぞれ配置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a control system of a conventionally used general bearingless rotating machine, which is a premise for describing an embodiment of the present invention. The rotor R is driven to rotate by a two-pole rotating magnetic field formed by a two-pole driving winding provided on the stator S, and a floating position is set by superimposing a four-pole rotating magnetic field formed by a four-pole position control winding. Controlled. Around the rotor R, a rotational speed detector 10 for detecting the rotational speed of the rotor R, and a gap sensor 11 for detecting the floating position of the rotor R in the x direction and the y direction.
x and 11y are respectively arranged.

【0023】速度制御系(2極回転磁界)は、速度指令
値ω*が予め与えられ、これが回転速度検出器10で検
出された実際の回転速度ωmと比較器20で比較され
る。そして、この偏差がPI(D)コントローラ21に
入力され、その偏差がゼロとなるようにトルク分電流I
t*が出力される。一方で、励磁電流に相当する励磁分電
流Io*が予め与えられる。そして、回転座標−固定座標
変換演算器22により、入力された回転座標系の電流I
t*,Io*から、固定座標系の二相電流Ia*,Ib*が、回
転角ωtについて図中に示す行列演算で求められる。
In the speed control system (bipolar rotating magnetic field), a speed command value ω * is given in advance, and this is compared with the actual rotation speed ωm detected by the rotation speed detector 10 by the comparator 20. Then, this deviation is input to the PI (D) controller 21, and the torque component current I is adjusted so that the deviation becomes zero.
t * is output. On the other hand, an exciting component current Io * corresponding to the exciting current is given in advance. Then, the rotation coordinate-fixed coordinate conversion calculator 22 inputs the current I
From t * and Io * , two-phase currents Ia * and Ib * in a fixed coordinate system are obtained by a matrix operation shown in FIG.

【0024】そして、この固定座標系の二相電流Ia*
Ib*を二相三相変換回路23で三相電流Iu2 *,Iv2 *
Iw2 *に変換し、電力増幅器24で所定の電流値に電力
増幅して、固定子Sの2極巻線に供給する。これにより
回転子Rを速度指令値ω*で回転駆動する2極の回転磁
界が形成される。
Then, the two-phase current Ia * ,
The Ib * is converted into three-phase currents Iu 2 * , Iv 2 * ,
Iw 2 * , and power-amplified by the power amplifier 24 to a predetermined current value, and supplied to the two-pole winding of the stator S. As a result, a two-pole rotating magnetic field that drives the rotor R to rotate at the speed command value ω * is formed.

【0025】一方で、位置制御系(4極回転磁界)の制
御は、概略、次の通りである。まず、ギャップセンサ1
1x,11yにより回転子Rの浮上位置を検出して、予め
設定された浮上位置指令値x*,y*と、比較器25で比
較する。そして、それぞれの偏差Δx,Δyがそれぞれ
PI(D)コントローラ26に入力され、偏差をゼロと
するための位置制御力指令値Fx*,Fy*が算出される。
そして制御器27において、位置制御力指令値Fx*,F
y*から、回転角ωtについて図中に示す行列演算で回転
座標系から固定座標系に変換した二相の制御電流指令値
Iα*,Iβ*を出力する。そして、二相三相変換回路2
8で、三相の電流指令値Iu4 *,Iv4 *,Iw4 *に変換し
て、電力増幅器により4極の固定子巻線に所定の電流を
供給する。固定子・回転子間の空隙中には4極浮上位置
制御磁界が形成され、2極回転駆動磁界と重畳され、こ
れにより回転子Rの浮上位置が制御される。
On the other hand, the control of the position control system (quadrupole rotating magnetic field) is roughly as follows. First, the gap sensor 1
The floating position of the rotor R is detected by 1x, 11y, and is compared with a preset floating position command value x * , y * by the comparator 25. Then, the respective deviations Δx, Δy are input to the PI (D) controller 26, and position control force command values Fx * , Fy * for making the deviation zero are calculated.
Then, in the controller 27, the position control force command values Fx * , F
From y * , two-phase control current command values Iα * and Iβ *, which are converted from a rotating coordinate system to a fixed coordinate system by a matrix operation shown in the figure for rotation angle ωt, are output. And a two-phase to three-phase conversion circuit 2
At 8, the current is converted into a three-phase current command value Iu 4 * , Iv 4 * , Iw 4 * , and a predetermined current is supplied to the four-pole stator winding by the power amplifier. A quadrupole floating position control magnetic field is formed in the gap between the stator and the rotor, and is superimposed on the bipolar driving magnetic field, thereby controlling the floating position of the rotor R.

【0026】しかしながら、制御器27で演算して得ら
れる二相電流指令値Iα*,Iβ*は、回転子の電流路に
流れる誘導電流(二次電流)を考慮せずに決定される。
このため、かご型回転子等により回転子に誘導電流が流
れると、磁束センサが検出した浮上位置に基づく二相電
流指令値Iα*,Iβ*による磁束分布と、実際の固定子
・回転子間の空隙中の磁束分布に差異が生じてしまう。
この回転子電流路に生じる誘導電流により、浮上位置制
御磁界分布が変形して、正常の浮上位置制御力を作用さ
せられなくなることは上述した通りである。
However, the two-phase current command values Iα * and Iβ * obtained by the operation of the controller 27 are determined without considering the induced current (secondary current) flowing in the current path of the rotor.
Therefore, when an induced current flows through the rotor by a cage rotor or the like, the magnetic flux distribution based on the two-phase current command values Iα * and Iβ * based on the levitation position detected by the magnetic flux sensor and the actual stator-rotor A difference occurs in the magnetic flux distribution in the air gap.
As described above, the floating position control magnetic field distribution is deformed by the induced current generated in the rotor current path, and the normal floating position control force cannot be applied.

【0027】図2は、サーチコイルを付加した固定子の
回転軸垂直断面を示す図である。上述したように磁束の
検出に半導体センサを用いると種々の問題がある。この
ため、本実施の形態においては、図2に示すようにサー
チコイルを配置して、この出力を積分することにより、
磁束分布を求めるようにしている。固定子側には、24
個のスロット(SL1〜SL24)を有し、その外側には図
中、大きな丸印で示す4極巻線が、その内側には図中、
小さな丸印で示す2極巻線が配置されている。この2極
巻線は、2極の駆動磁界を形成するための巻線であり、
4極巻線は、4極の位置制御磁界を形成するための巻線
である。固定子のスロット間の歯部には円周方向に等間
隔に12個のサーチコイル(Sc1〜Sc12)が巻回され
ている。
FIG. 2 is a diagram showing a section perpendicular to the rotation axis of a stator to which a search coil is added. As described above, there are various problems when a semiconductor sensor is used for detecting magnetic flux. For this reason, in this embodiment, a search coil is arranged as shown in FIG.
The magnetic flux distribution is determined. 24 on the stator side
In this figure, a four-pole winding indicated by a large circle in the figure is provided outside the slot (S L1 to S L24 ).
Two-pole windings, indicated by small circles, are arranged. This two-pole winding is a winding for forming a two-pole driving magnetic field,
The four-pole winding is a winding for forming a four-pole position control magnetic field. Twelve search coils (S c1 to S c12 ) are wound around the teeth between the slots of the stator at equal intervals in the circumferential direction.

【0028】図3は、サーチコイル出力を積分する方式
の無軸受回転機械の制御系の構成図である。尚、2極駆
動巻線電流を制御する速度制御系は図1と全く同じなの
で省略している。位置制御系のみに着目した場合、図1
の構成では、4極電流指令値Iu4 *,Iv4 *,Iw4 *を計
算し、その指令値どおりに巻線に電流を通電することを
目的としている。一方、本発明の一実施形態の図3の構
成では、4極磁束分布指令値Bα*,Bβ*を演算し、そ
の指令値どおりに磁束分布を形成するように回路構成さ
れている。
FIG. 3 is a block diagram of a control system of a bearingless rotating machine of a system that integrates the output of a search coil. The speed control system for controlling the two-pole drive winding current is omitted because it is completely the same as in FIG. When focusing only on the position control system, FIG.
Is intended to calculate four-pole current command values Iu 4 * , Iv 4 * , Iw 4 * and to apply current to the windings according to the command values. On the other hand, in the configuration of FIG. 3 of an embodiment of the present invention, 4-pole magnetic flux distribution command value Biarufa *, calculates the Bbeta *, is the circuit configured to form a magnetic flux distribution on the command value as expected.

【0029】即ち、図2に示すように、電動機の回転子
・固定子間空隙の磁束分布を測定するために、固定子歯
部にサーチコイル(Sc1〜Sc12)が設けられている。
また、その端子電圧を磁束密度に変換するアナログ回路
による積分器31、演算した磁束密度より、2極磁束分
布ベクトル、4極磁束分布ベクトルを得るための2極磁
束分布演算器32、4極磁束分布演算器33等を有して
いる。さらに位置制御磁束分布の指令値Bα*,Bβ
*を、2極磁束分布演算器32の検出値Ba,Bbと、発
生制御力の指令値Fx*,Fy*より磁束分布指令値B
α*,Bβ*を得るための位置制御磁束分布指令値演算器
34を有している。更に、算出した4極磁束分布検出値
Bα,Bβと4極巻線電流の低周波成分とを加算する演
算器35とを備えている。
That is, as shown in FIG. 2, search coils (S c1 to S c12 ) are provided on the stator teeth in order to measure the magnetic flux distribution in the air gap between the rotor and the stator of the motor.
Further, an integrator 31 by an analog circuit for converting the terminal voltage into a magnetic flux density, a dipole magnetic flux distribution calculator 32 for obtaining a dipole magnetic flux distribution vector and a quadrupole magnetic flux distribution vector from the calculated magnetic flux density, a quadrupole magnetic flux It has a distribution calculator 33 and the like. Furthermore, the command values Bα * , Bβ of the position control magnetic flux distribution
* From the detected values Ba and Bb of the two-pole magnetic flux distribution calculator 32 and the command values Fx * and Fy * of the generated control force.
A position control magnetic flux distribution command value calculator 34 for obtaining α * and Bβ * is provided. Further, there is provided a calculator 35 for adding the calculated quadrupole magnetic flux distribution detection values Bα, Bβ and the low frequency component of the quadrupole winding current.

【0030】サーチコイル(Sc1〜Sc12)の各々の端
子電圧を積分器31によって積分処理することにより、
サーチコイル(Sc1〜Sc12)が巻回された固定子歯部
の磁束密度を得ることができる。便宜上、各サーチコイ
ルの各部で得られる磁束密度をB1,B2,・・・,B12
で表す。
By integrating each terminal voltage of the search coils (S c1 to S c12 ) by the integrator 31,
The magnetic flux density of the stator teeth around which the search coils (S c1 to S c12 ) are wound can be obtained. For convenience, 1 flux density obtained in each part of the search coil B, B 2, ···, B 12
Expressed by

【0031】2極磁束密度分布ベクトル検出値(Ba,
Bb)は検出された磁束密度B1〜B12を用いて、式
(8)を用いて2極磁束分布演算器32により演算で求
められる。
The detected value of the bipolar magnetic flux density distribution vector (Ba,
Bb) is calculated by the bipolar magnetic flux distribution calculator 32 using the detected magnetic flux densities B 1 to B 12 and using the equation (8).

【数8】 (Equation 8)

【0032】また、4極磁束密度分布ベクトル検出値
(Bα,Bβ)は、同様に検出された磁束密度B1〜B
12を用いて、4極磁束分布演算器33により式(9)を
用いて演算で求められる。
The quadrupole magnetic flux density distribution vector detection values (Bα, Bβ) are the magnetic flux densities B 1 to B 1 similarly detected.
12 and is calculated by the quadrupole magnetic flux distribution calculator 33 using equation (9).

【数9】 (Equation 9)

【0033】得られた2極磁束密度分布ベクトル検出値
(Ba,Bb)は、図3で示されるように力の指令値F
x*,Fy*と共に演算器34にて4極磁束分布の指令値
(Bα*,Bβ*)の演算に用いられる。4極磁束密度分
布ベクトル検出値(Bα,Bβ)は、演算した指令値
(Bα*,Bβ*)から比較器35により減算され、偏差
(ΔBα,ΔBβ)を得る。得られた2極磁束分布ベク
トル検出値(Ba,Bb)は、制御力の指令値Fx*,Fy*
と共に演算器34にて4極磁束分布の指令値(Bα*
Bβ*)の演算に用いられる。4極磁束分布ベクトル検
出値(Bα,Bβ)は、演算した指令値(Bα*,B
β*)か比較器35により減算され、偏差(ΔBα,Δ
Bβ)を得る。
The obtained two-pole magnetic flux density distribution vector detection values (Ba, Bb) are, as shown in FIG.
x *, the command value of the quadrupole magnetic flux distribution in the calculator 34 with Fy * (Bα *, Bβ * ) used in the calculation of the. 4-pole magnetic flux density distribution vector detection value (Bα, Bβ) is computed command value (Bα *, *) is subtracted by the comparator 35 from obtaining a deviation (ΔBα, ΔBβ). The obtained two-pole magnetic flux distribution vector detection values (Ba, Bb) are used as control force command values Fx * , Fy *.
At the same time, a command value (Bα * ,
* ). The quadrupole magnetic flux distribution vector detection values (Bα, Bβ) are calculated command values (Bα * , Bα
β * ) is subtracted by the comparator 35, and the deviation (ΔBα, Δ
Bβ).

【0034】このようにして得た4極磁束分布の指令値
と検出値の偏差信号(ΔBα,ΔBβ)を固定子の三相
巻線に適合するように二相三相変換器39により相変換
して、磁束密度分布の指令値ΔBu4 *,ΔBv4 *,ΔBw4
*を得る。この信号をヒステリシスコンパレータ40で
符号判別し、三相インバータの各電力素子のオン−オフ
制御信号とする。即ち、ΔBα,ΔBβがその符号が+
であれば、インバータの供給電流は符号が−となる、つ
まり電流を減らす方向に作用させ、偏差がゼロとなるよ
うに調整する。これにより、固定子・回転子間空隙の磁
束密度分布はその指令に遅滞なく追従し、結果として期
待したとおりの位置制御磁束分布が生成可能となる。
The deviation signal (ΔBα, ΔBβ) between the command value and the detection value of the quadrupole magnetic flux distribution obtained in this way is converted by the two-phase to three-phase converter 39 so as to be adapted to the three-phase winding of the stator. Then, the command values ΔBu 4 * , ΔBv 4 * , ΔBw 4 of the magnetic flux density distribution
Get * . The sign of this signal is discriminated by the hysteresis comparator 40 and used as an on / off control signal for each power element of the three-phase inverter. That is, ΔBα and ΔBβ have signs +
In this case, the sign of the supply current of the inverter is negative, that is, the current is reduced so that the deviation is adjusted to zero. Thus, the magnetic flux density distribution in the air gap between the stator and the rotor follows the command without delay, and as a result, the expected position control magnetic flux distribution can be generated.

【0035】サーチコイルを用いた磁束検出方法は、不
完全積分回路を使用するため、被検出磁束の直流分を検
出できない。このため本実施形態においては、それに代
わる量として4極巻線電流Iu4,Iv4,Iw4の低周波数
成分を分別して帰還させる。すなわち、4極巻線電流I
u4,Iv4,Iw4をCTで検出して、これを三相二相変換
器で相変換し、ローパスフィルタ(LPF)で処理して
から帰還させる。これにより、磁束検出感度の低い低周
波成分を補うことができ、所要の磁束分布を回転子・固
定子間の空隙に形成できる。
Since the magnetic flux detection method using the search coil uses an incomplete integration circuit, it cannot detect the DC component of the detected magnetic flux. For this reason, in the present embodiment, the low frequency components of the four-pole winding currents Iu 4 , Iv 4 , and Iw 4 are separated and fed back as an alternative. That is, the four-pole winding current I
u 4 , Iv 4 , and Iw 4 are detected by CT, phase-converted by a three-phase to two-phase converter, processed by a low-pass filter (LPF), and fed back. As a result, a low-frequency component having low magnetic flux detection sensitivity can be supplemented, and a required magnetic flux distribution can be formed in the gap between the rotor and the stator.

【0036】しかしながら、上述の方法では、低周波数
の磁束変動を捕捉できないため、制御不可能な領域を有
することになる。例えば、回転駆動磁界が低速度で回転
した場合には、サーチコイル各部の磁束変動が緩慢であ
るため、この状態の磁束分布を検出できなくなる。これ
は、回転子の回転速度が低速度では満足な浮上状態が達
成不可能であることを意味する。以上の説明から明らか
なように、磁束分布の検出可能な領域の下限を広げるこ
とが必須である。
However, in the above-described method, low-frequency magnetic flux fluctuations cannot be captured, so that there is an uncontrollable region. For example, when the rotation driving magnetic field rotates at a low speed, the magnetic flux distribution in each part of the search coil is slow, so that the magnetic flux distribution in this state cannot be detected. This means that a satisfactory floating state cannot be achieved at a low rotational speed of the rotor. As is clear from the above description, it is essential to increase the lower limit of the region where the magnetic flux distribution can be detected.

【0037】図4は、この点を解決した、本発明の一実
施形態の無軸受回転機械の制御構成を示す図である。
尚、2極駆動巻線電流を制御する速度制御系は図1とま
ったく同じなので省略している。位置制御系のみに着目
した場合、図3に示す制御系と、図4に示す制御系との
構成の差異は (1)サーチコイル出力電圧はアナログ回路で構築した
積分器に入力する、(2)検出磁束分布演算結果をデジ
タル演算器43に取り込み、検出領域を広げる演算を行
う、点である。
FIG. 4 is a diagram showing a control configuration of a bearingless rotating machine according to an embodiment of the present invention which solves this point.
The speed control system for controlling the two-pole drive winding current is omitted because it is exactly the same as that in FIG. When focusing only on the position control system, the difference between the control system shown in FIG. 3 and the control system shown in FIG. 4 is as follows: (1) The search coil output voltage is input to an integrator constructed by an analog circuit; And (2) the calculation result of the detected magnetic flux distribution is taken into the digital calculator 43, and the calculation for expanding the detection area is performed.

【0038】ローパスフィルタ(LPF)の構成で使用
されるアナログ積分器31のカットオフ周波数fCのと
き、デジタル演算器43での演算は、sパラメータを用
いて表すと、 G(s)=(s+2πfC)/(s+2πfC') なる伝達関数を実現している。ここで、fCはデジタル
演算器なしでの検出周波数領域下限、fC'はデジタル演
算器による補正を行ったときの検出周波数領域下限であ
る。
When the cutoff frequency f C of the analog integrator 31 used in the configuration of the low-pass filter (LPF) is used, the calculation in the digital calculator 43 is expressed by using the s parameter, G (s) = ( A transfer function of s + 2πf C ) / (s + 2πf C ′) is realized. Here, f C is the lower limit of the detection frequency range without the digital calculator, and f C ′ is the lower limit of the detection frequency range when the correction by the digital calculator is performed.

【0039】磁束分布の検出周波数領域は、従来ではこ
のカットオフ周波数fCに束縛されていた。これに対し
本発明では、アナログ積分器31とデジタル演算器43
の併用により、磁束分布の検出周波数下限をfC'に引き
下げることが可能となる。アナログ積分器31の後段に
デジタル演算器 (積分器)43を配置するのは次の理
由による。
Conventionally, the detection frequency range of the magnetic flux distribution has been restricted by the cutoff frequency f C. On the other hand, in the present invention, the analog integrator 31 and the digital arithmetic unit 43
Can lower the detection frequency lower limit of the magnetic flux distribution to f C ′. The digital arithmetic unit (integrator) 43 is arranged at the subsequent stage of the analog integrator 31 for the following reason.

【0040】(1)サーチコイル(Sc1〜Sc12)の端
子電圧は、インバータ(電力増幅器)のスイッチング周
波数成分が主であり、この周波数成分はデジタル演算器
43のサンプリング周波数に比べ非常に高い。そのた
め、サーチコイル端子電圧を、直接デジタル演算器43
に取り込んでも、正確な磁束演算は不可能である。アナ
ログ積分器はローパスフィルタ(LPF)の構成なの
で、スイッチング周波数成分の電圧変動を除去する効果
を持つ。これにより、アナログ積分器31の出力をデジ
タル演算器43の入力とすることで、インバータノイズ
の問題は消失する。 (2)デジタル演算器43が扱う信号の分解能は、A/
D変換部、D/A変換部におけるビット数に依存する。
このため、入力信号、あるいは出力信号の電圧レベルが
極端に小さい場合は、量子化誤差が大きくなり正確な演
算が不可能となる。デジタル演算器だけで積分器を構成
すると、この問題により、検出可能な周波数領域が極端
に狭くなる。サーチコイルの端子電圧をアナログ積分器
31で最初に処理することにより、デジタル演算器43
での量子化誤差が生じにくい電圧レベルになる。 (3)一般に、アナログ回路はデジタル演算器に比べ廉
価である。無軸受回転機械の動作中、何らかの不具合が
生じ、サーチコイル(Sc1〜Sc12)の端子電圧が通常
あり得ない電圧を出力したとき、破壊されるのは安価な
アナログ回路だけで済む。これにより、非常時の被害を
最小限にとどめることができる。
(1) The terminal voltage of the search coils (S c1 to S c12 ) mainly includes the switching frequency component of the inverter (power amplifier), and this frequency component is much higher than the sampling frequency of the digital calculator 43. . For this reason, the search coil terminal voltage is directly
However, accurate calculation of magnetic flux is impossible. Since the analog integrator has a low-pass filter (LPF) configuration, the analog integrator has an effect of removing voltage fluctuation of a switching frequency component. As a result, the problem of the inverter noise is eliminated by using the output of the analog integrator 31 as the input of the digital calculator 43. (2) The resolution of the signal handled by the digital arithmetic unit 43 is A /
It depends on the number of bits in the D converter and the D / A converter.
For this reason, when the voltage level of the input signal or the output signal is extremely small, the quantization error becomes large and accurate calculation becomes impossible. If the integrator is constituted only by the digital computing unit, the frequency region that can be detected becomes extremely narrow due to this problem. The terminal voltage of the search coil is first processed by the analog integrator 31 so that the digital arithmetic unit 43
At which the quantization error hardly occurs. (3) Generally, analog circuits are less expensive than digital arithmetic units. During operation of the non-bearing rotary machine, cause some trouble, when the output voltage terminal voltage of the search coil (S c1 ~S c12) is impossible Usually, need only inexpensive analog circuit from being broken. As a result, emergency damage can be minimized.

【0041】又、磁束密度信号(B1〜B12)を磁束分
布信号Ba,Bb,Bα,Bβに変換後に、デジタル演算
器43で信号処理するのは、演算処理の軽減を目的とし
ている。即ち、図4の制御回路の構成ではデジタル演算
器43は4系統用意すればよいが、磁束密度信号(B1
〜B12)をデジタル演算器で補正する場合には、12系
統のデジタル演算器を用意しなくてはならない。
The purpose of converting the magnetic flux density signals (B 1 to B 12 ) into magnetic flux distribution signals Ba, Bb, Bα, and Bβ and then processing the signals with the digital calculator 43 is to reduce the calculation processing. That is, in the configuration of the control circuit shown in FIG. 4, four digital arithmetic units 43 may be prepared, but the magnetic flux density signal (B 1
In order to correct .about.B 12 ) with a digital calculator, 12 digital calculators must be prepared.

【0042】以上の説明から明らかなように、本発明は
サーチコイルを利用した磁束分布検出方法における検出
周波数範囲の拡大を実現した。これにより、従来不可能
とされていた、長周期で変動する磁束分布の検出、制御
を可能にした。この結果、無軸受回転機械の安定浮上可
能な運転動作領域を、格段に広げることが可能となっ
た。
As is clear from the above description, the present invention has realized the expansion of the detection frequency range in the magnetic flux distribution detection method using the search coil. This makes it possible to detect and control a magnetic flux distribution that fluctuates in a long cycle, which was previously impossible. As a result, it has become possible to remarkably widen the operation operation area in which the bearing-free rotating machine can stably float.

【0043】以上の説明は、便宜上、サーチコイルによ
る磁束検出方法を用いたが、固定子に巻回された駆動用
巻線、及び位置制御用巻線による磁束検出方法にも同様
に適用できる。又、上記図2に示す巻線の構成では、駆
動磁界分布を形成する駆動巻線と、位置制御磁界分布を
形成する位置制御巻線とに分割されたものを用いたが、
所望の磁界分布を形成できる巻線であればいかなる形態
でもかまわない。
In the above description, a magnetic flux detection method using a search coil has been used for convenience. However, the present invention can be similarly applied to a magnetic flux detection method using a driving winding wound around a stator and a position control winding. Further, in the configuration of the winding shown in FIG. 2 described above, the winding divided into the driving winding forming the driving magnetic field distribution and the position control winding forming the position controlling magnetic field distribution is used.
Any winding may be used as long as it can form a desired magnetic field distribution.

【0044】又、固定子に巻回されている巻線は三相中
点結線の巻線を前提としているが、上述の磁束分布を生
成できれば、その巻線分布は問題とならない。又m極の
回転駆動磁界とn極の位置制御磁界が m=n±2 の関係を有していればいかなる極数でも適用可能であ
る。
Although the winding wound on the stator is premised on the winding of the three-phase midpoint connection, if the above-described magnetic flux distribution can be generated, the winding distribution does not matter. Any number of poles can be applied as long as the rotation drive magnetic field of m poles and the position control magnetic field of n poles have a relationship of m = n ± 2.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
無軸受回転機械の目的である磁気浮上と回転駆動の両目
的を、通常の広く普及している誘導電動機等の本来の位
置制御磁束分布を変形させる回転子を用いて達成可能に
した。これにより、複雑な電流路構造を有する回転子を
用いる必要がなくなり、安価で堅牢な例えば一般的に用
いられているかご型回転子を無軸受回転機械の回転子と
して使用でき、且つ、低周波数領域にも動作範囲を拡大
できる。
According to the present invention as described above,
Both the magnetic levitation and the rotational drive, which are the objects of the bearingless rotating machine, can be achieved by using a rotor that deforms the original position control magnetic flux distribution of an ordinary and widely used induction motor. This eliminates the necessity of using a rotor having a complicated current path structure, and makes it possible to use an inexpensive and robust, for example, a commonly used cage type rotor as a rotor of a bearingless rotating machine, and to reduce a low frequency. The operating range can be extended to the area.

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

【図1】無軸受回転機械の制御系の一般的な構成を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a general configuration of a control system of a bearingless rotating machine.

【図2】無軸受回転機械の固定子巻線構造とサーチコイ
ルの配置を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a stator winding structure and an arrangement of search coils of a bearingless rotating machine.

【図3】サーチコイル出力を積分する方式の無軸受回転
機械のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a bearingless rotating machine that integrates a search coil output.

【図4】本発明の実施形態の無軸受回転機械の制御系の
構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the bearingless rotating machine according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 積分器 32 2極磁束分布演算器 33 4極磁束分布演算器 34 位置制御磁束分布指令値演算器 35 比較器 39 二相三相変換器 40 符号判定器 42 インバータ(電力増幅器) 43 デジタル演算器 R 回転子 S 固定子 Reference Signs List 31 integrator 32 two-pole magnetic flux distribution calculator 33 four-pole magnetic flux distribution calculator 34 position control magnetic flux distribution command value calculator 35 comparator 39 two-phase three-phase converter 40 sign determiner 42 inverter (power amplifier) 43 digital calculator R rotor S stator

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転するm極の駆動磁界に同期してm±
2であるn極の制御磁界を重畳し、回転子に回転力を与
えると同時に、該回転子の変位検出手段によって検出し
た該回転子の変位から該n極の制御磁界を増減して該回
転子を磁気浮上する無軸受回転機械において、 固定子に巻回された巻線の端子電圧に誘起する逆起電圧
を積分することにより、該回転子と該固定子の空隙中の
磁束分布を検出し、前記回転子の誘導電流に起因する磁
束分布の変形を補正することで、本来の磁束分布指令値
となるように前記制御磁界を調整する制御回路とを備
え、 該制御回路には、前記逆起電圧の積分出力の周波数特性
を低周波数領域まで検出できるように補正するために、
該逆起電圧のアナログ積分出力を入力、補正された積分
値を出力とする伝達関数 G(s)=(s+2πfC)/(s+2πfC') fC :補正前の磁束分布検出可能な周波数の下限 fC' :補正後の磁束分布検出可能な周波数の下限 を有する演算回路を備えたことを特徴とした無軸受回転
機械。
1. The method according to claim 1, further comprising the steps of:
2, the n-pole control magnetic field is superimposed to apply a rotational force to the rotor, and at the same time, the n-pole control magnetic field is increased / decreased from the rotor displacement detected by the rotor displacement detection means, and the rotation is increased. In a bearingless rotating machine that magnetically levitates the rotor, the magnetic flux distribution in the air gap between the rotor and the stator is detected by integrating the back electromotive force induced in the terminal voltage of the winding wound on the stator. And a control circuit that adjusts the control magnetic field so as to obtain an original magnetic flux distribution command value by correcting deformation of the magnetic flux distribution caused by the induced current of the rotor. In order to correct the frequency characteristic of the integrated output of the back electromotive voltage so that it can be detected up to the low frequency region,
Transfer function G (s) = (s + 2πf C ) / (s + 2πf C ′) f C where the analog integrated output of the back electromotive voltage is input and the corrected integrated value is output. Lower limit f C ′: A bearingless rotating machine comprising an arithmetic circuit having a lower limit of the frequency at which the corrected magnetic flux distribution can be detected.
【請求項2】 前記伝達関数G(s)をデジタル演算器
を用いて演算処理することを特徴とした請求項1に記載
の無軸受回転機械。
2. The bearingless rotary machine according to claim 1, wherein the transfer function G (s) is subjected to arithmetic processing using a digital arithmetic unit.
【請求項3】 前記固定子に巻回された巻線として、サ
ーチコイル(探り巻線)を使用することを特徴とした請
求項1に記載の無軸受回転機械。
3. The bearingless rotating machine according to claim 1, wherein a search coil is used as the winding wound around the stator.
【請求項4】 前記固定子に巻回された巻線として、前
記回転子・前記固定子間の空隙に磁界を発生するための
巻線を使用することを特徴とした請求項1に記載の無軸
受回転機械。
4. The method according to claim 1, wherein a winding for generating a magnetic field in a gap between the rotor and the stator is used as the winding wound around the stator. Bearingless rotating machine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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