KR20140094555A - 회전 전기 기계 및 회전 전기 기계의 회전자의 변위 측정 방법 - Google Patents

회전 전기 기계 및 회전 전기 기계의 회전자의 변위 측정 방법 Download PDF

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Abstract

회전 전기 기계는 고정자(2), 회전자(3), 및 베어링 권선(21; 22)을 포함하는 적어도 하나의 능동형 자기 베어링(21, 22, 31, 32, 33)을 포함하며, 이 베어링 권선(21; 22)은 에어 갭(air-gap) 권선이고, 적어도 제1 위상 권선(B) 및 제2 위상 권선(A)을 포함한다. 측정 장치(4, 5, 6, 7)는 자기 베어링 중 하나의 베어링 권선(21; 22) 중 적어도 하나의 적어도 하나의 섹션으로 변위 측정 삽입 신호를 삽입하고, 적어도 하나의 변위 측정 신호를 획득함으로써 회전자(3)의 반경 방향 변위를 측정하고, 이 변위 측정 신호는 고정자에 대해 반경 방향으로 회전자 변위에 종속하며, 이 종속성은 변위 측정 삽입 신호에 의해 유도된 회전자에서의 와전류에 기인한다.

Description

회전 전기 기계 및 회전 전기 기계의 회전자의 변위 측정 방법{ROTATING ELECTRICAL MACHINE AND METHOD FOR MEASURING A DISPLACEMENT OF A ROTOR OF A ROTATING ELECTRICAL MACHINE}
본 발명은 고속 전기 기계를 위한 능동형 자기 베어링 분야에 관한 것으로서, 특히 해당 독립항에 따른 회전 전기 기계 및 회전 전기 기계의 회전자의 변위를 측정하는 방법에 관한 것이다.
고속 회전하는 회전자를 지지하기 위해서는, 능동형 자기 베어링(active magnetic bearing, AMB), 유체 막 베어링(fluid film bearing) 또는 양자의 조합(하이브리드 베어링)과 같은 비접촉 베어링이 볼 베어링 또는 미끄럼 베어링과 같은 기계적 접촉을 갖는 베어링과 비교하여 수명 및 손실에 있어서 유리하다. 그러나 높은 회전 속도는 이러한 비접촉 베어링의 설계에 있어서 난관이다. 저속용 능동형 자기 베어링(AMB)은 자기저항력(reluctance force)에 기초하여, 작은 에어 갭(air gap)을 갖는다. 이것은 큰 인덕턴스를 초래하고, 따라서 높은 회전 속도에서 요구되는 높은 제어 대역폭을 위한 높은 무효 전력(reactive power)을 필요로 하는데, 이것은 불리할 뿐만 아니라 높은 손실과 큰 사이즈의 베어링 및 구동력 전자장치를 초래한다. 일반적으로 능동형 자기 베어링(AMB)은 볼 베어링에 비해 낮은 강성과 베어링 부피당 낮은 하중 부담 능력(load carrying capacity)을 갖는다. 반면에, 유체 막 베어링은 볼 베어링과 비슷한 강성, 하중 부담 능력, 크기로 만들 수 있다. 그러나 유체 막 베어링은 매우 높은 속도에서 나쁜 안정성을 갖거나 실행 불가능한 제조 공차를 필요로 한다. 안정성 문제는 특히 무거운 회전자에서 겪게 된다.
능동형 자기 베어링(AMB)으로 회전자의 반경 방향 변위의 복원력을 발생시키기 위해, 회전자의 위치 또는 변위를 측정해야 한다. 대부분의 능동형 자기 베어링(AMB)에서는 이것이 위치 센서로 수행되고, 와전류, 유도성, 용량성 및 광학 센서 등의 다른 유형을 사용할 수도 있다. 그러나 복잡성과 크기를 줄이기 위해 전용 위치 센서의 필요를 배제하고, 능동형 자기 베어링(AMB)의 액추에이터로 위치를 측정하는 것이 유리할 것이다. 이 기술은 일반적으로 자가 감지 능동형 자기 베어링(self-sensing AMB)으로 지칭된다.
자가 감지 능동형 자기 베어링은 [Kuwajima, T.; Nobe, T.; Ebara, K.; Chiba, A.; Fukao, T.; , "An estimation of the rotor displacements of bearingless motors based on a high frequency equivalent circuits," Power Electronics and Drive Systems , 2001. Proceedings ., 2001 4 th IEEE International Conference , vol.2, no., pp. 725-731 vol.2, 22-25 Oct. 2001]에 개시되어 있다. 능동형 자기 베어링은 자기저항력에 기초하며, 회전자 위치는 인덕턴스의 변화를 감지하기 위해 고주파 신호 삽입법을 사용하여 측정된다. 고주파 신호는 대향 배치된 2개의 코일(전자석)에 인가되며, 휘트스톤 브리지와 차동 증폭기를 사용하여 인덕턴스 변화가 측정된다. 가동 중인 베어링을 지지하기 위한 베어링 코일에 전원을 공급하도록 설계된 베어링 증폭기는 고주파 신호를 생성하는데 또한 이용되고, 삽입된 고주파 신호의 주파수에 대한 트레이드오프(trade-off)가 만들어져야 한다: 변위 측정을 위한 대역폭을 획득하기 위해서, 삽입 주파수는 가능한 한 높을 필요가 있다. 그러나 주파수는 연자성체의 사용으로 능동형 자기 베어링(AMB)에 기한 자기저항에 한정되고, 높은 주파수에서는 손실이 있으므로, 인덕턴스 측정에 어려움을 야기한다. 따라서 삽입 주파수(injection frequency)는 수백 킬로헤르츠로 제한된다. 이 주파수 범위는 능동형 자기 베어링의 위치 제어의 제어 대역폭 부근이고, 그 결과 또한 베어링 전류의 주파수 범위 부근이기 때문에, 베어링 전류로부터 위치 측정 신호를 분리하는 것은 어렵다. 이것은 급격한 차단(cut-off) 및/또는 고품질의 대역 통과 필터를 사용하여 정교하고 복잡한 필터링을 야기한다. 이외에, [Kuwajima, T.; Nobe, T.; Ebara, K.; Chiba, A.; Fukao, T.; , "An estimation of the rotor displacements of bearingless motors based on a high frequency equivalent circuits," Power Electronics and Drive Systems , 2001. Proceedings ., 2001 4 th IEEE International Conference, vol.2, no., pp.725-731 vol.2, 22-25 Oct. 2001]에서 사용된 차동 증폭기는 높은 공통 모드 제거비(common mode rejection ratio, CMRR)를 가져야 한다. 또한 베어링은 자기저항 원리 때문에 높은 회전 속도에는 적용될 수 없다.
[A. Schammass, A Self-Sensing Active Magnetic Bearing: Modulation Approach, PhD Thesis, University of Sao Paulo, Brasil, 2003] 또는 [Morita, K.; Yoshida, T.; Ohniwa, K.; Miyashita, O.; "Improvement of position-sensing characteristics in self-sensing active magnetic bearings," Power Electronics and Applications , 2005 European Conference on, vol., no., pp.8 pp.-P.8, 0-0 0]에는 비슷한 개념으로 차동 증폭기를 차동 변류기로 대체하고, 또한 신호 분리를 위한 공진 회로를 사용하는 것이 개시되어 있다. 이것은 높은 공통 모드 제거비(CMRR)를 갖는 차동 증폭기의 문제를 해결하고, 필터링의 수고를 낮춘다. 그러나 자기저항 원리로 의한 제한된 회전 속도와 신호 삽입 및 베어링 전류의 인접한 주파수 범위와 같은 다른 단점들은 동일하다.
US 5 844 339는 또 다른 자가 감지 능동형 자기 베어링(AMB)을 개시한다. 이것은 회전자 위치 종속 인덕턴스 변화를 측정하기 위해 위치 제어에 사용되는 동일한 전자석에 정현파 전류를 삽입한다. 이 자가 감지 능동형 자기 베어링(AMB) 또한 자기저항 원리로 의한 제한된 회전 속도와 신호 삽입 및 베어링 전류의 인접한 주파수 범위와 같은 상술한 단점들을 갖는다.
[Baumgartner, T.I.; Looser, A.; Zwyssig, C.; Kolar, J.W.;, "Novel high-speed, Lorentz-type, slotless self-bearing motor," Energy Conversion Congress and Exposition ( ECCE ), 2010 IEEE, vol., no., pp.3971-3977, 12-16 Sept. 2010]에는 능동형 자기 베어링과 전기 모터를 통합한 로렌츠형 자기 베어링 모터가 개시되어 있다. 자기저항을 기초로 한 표준 능동형 자기 베어링과 비교하여 낮은 무효 전력 소비로 인해 고속 회전자에 적합하다. 그러나 실제로 변위 종속 인덕턴스 변화를 갖지 않는 로렌츠형 자기 베어링 때문에, 변위 종속 인덕턴스 변화를 기초로 하는 공지된 자가 감지 신호 삽입 기술은 적용될 수 없다. 마찬가지로, WO 2007/140504 A1 역시 능동형 자기 베어링(AMB)에서 에어 갭 권선의 사용 가능성을 개시하지만, 자가 감지에 대해서는 언급하고 있지 않다.
모든 능동형 자기 베어링(AMB)은 회전자를 부양하고 변위에 대응하기에 충분히 큰 힘을 얻기 위해 큰 액추에이터를 필요로 한다는 단점이 있다. 이것은 또한 큰 구동 전력 전자 기기를 초래한다. 이를 극복하기 위해 능동형 자기 베어링(AMB)은 유체 막 베어링과 결합할 수 있다. [Controlling Journal Bearing Instability Using Active Magnetic Bearings A. El-Shafei and A. S. Dimitri, ASME Conf. Proc. 2007, 983 (2007)]에는 유체 막-자기 하이브리드 베어링이 개시되어 있는데, 여기에서 하중 부담 소자는 유체 막 저널 베어링(journal bearing (JB))이고, 능동형 자기 베어링(AMB)이 저널 베어링(JB)의 불안정성을 제어하는데 사용된다. 이것은 전체 하중을 부담하는 능동형 자기 베어링(AMB)보다 더 작은 능동형 자기 베어링(AMB)을 야기한다. 그러나 베어링은 위치 센서를 필요로 하고, 자기저항형의 존재로 인해 회전 속도가 제한된다.
US 6353273 B는 포일(foil) 유체 막 베어링과 능동형 자기 베어링(AMB)을 결합하는데, 특별한 제어 전략이 포일 베어링과 능동형 자기 베어링(AMB) 간의 하중을 분담하기 위해 사용된다. 능동형 자기 베어링(AMB)은 자기저항형이며, 따라서 속도가 제한된다. 자가 감지는 구현되지 않으며, 따라서 센서가 필요하다. 마찬가지로, [US 2001/0045257 A1]은 유체 막 베어링과 자기 베어링을 결합한다. 그러나 유체 막 베어링은 외부 압력 공급을 필요로 하고, 마찬가지로 능동형 자기 베어링(AMB)은 제한된 속도를 갖는 자기저항형이다. 또한, 자가 감지가 구현되지 않고, 센서가 필요하다.
순수한 유체 막 베어링에서는, 베어링 부품 및 패턴의 기하학적 형상, 최적화 방법, 및 외부 감쇠 등과 같은 높은 회전 속도에서의 안정성을 향상시키기 위한 많은 설계 개념들이 있다. US 4961122에서는 특수 형상의 홈이 저널 베어링에 적용되어 안정성과 하중 부담 능력을 향상시킨다. 그러나 이러한 모든 조치는 까다로운 공차를 갖는 복잡한 제조라는 단점이 있다. 또한, 안정성 문제는 일반적으로 해결되지 않고 높은 회전 속도로 옮겨진다. 외부 감쇠가 유연한 베어링 지지체(예를 들면 O-링) 또는 오일-댐퍼에 의해 도입되는 경우에, 강성 및 하중 운반 용량은 저하된다.
따라서 상술한 단점들을 극복하는, 회전 전기 기계 및 처음에 언급한 유형의 회전 전기 기계의 회전자의 변위를 측정하는 방법을 창작하는 것이 본 발명의 목적이다.
특히, 본 발명의 일 목적은 고속 모터에서 회전자의 변위를 측정할 수 있는 기계 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기 기계가 능동형 자기 베어링 및 유체 막 베어링을 모두 포함하는 하이브리드 베어링을 갖는 전기 기계를 위한 개선된 운영 체제를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 해당 독립 청구항의 적어도 일부에 따른 그리고 본 발명의 다른 양태에 따른 회전 전기 기계 및 회전 전기 기계의 회전자의 변위 측정 방법에 의해 달성된다.
첫 번째 양태에 의하면, 회전 전기 기계는 고정자, 회전자, 및 고정자에 대해 회전자를 지지하는 적어도 하나의 능동형 자기 베어링을 포함하는데, 각각의 자기 베어링은 베어링 권선을 포함하고, 이 베어링 권선은 에어 갭(air-gap) 권선이고 적어도 제1 위상 권선 및 제2 위상 권선을 포함한다. 또한, 고정자에 대한 회전자의 변위를 측정하기 위한 측정 장치가 제공되는데, 이 측정 장치는 자기 베어링 중 하나의 베어링 권선 중 적어도 하나의 적어도 하나의 섹션으로 변위 측정 삽입 신호를 삽입하고 하나 이상의 변위 측정 신호를 획득함으로써 회전자의 변위를 측정하도록 구성되며, 이 변위 측정 신호는 고정자에 대해 반경 방향으로의 회전자 변위에 종속하고, 이 종속성은 변위 측정 삽입 신호에 의해 유도된 회전자에서의 와전류에 기인한다.
일반적으로 그리고 주지된 바와 같이, 와전류 기반의 위치 또는 변위 측정을 위해, 교류 전류가 측정 코일에 삽입되고, 교류 자기장을 발생시킨다. 도전성 물체가 자기장에 있으면, 전류가 유도되어 차례로 역자기장을 발생시키고, 이어 측정 코일에 유도 전압을 유도한다. 이 유도 전압에 기초하여, 코일에 대한 물체의 위치 또는 변위가 결정된다. 이 원리의 변형예에 의하면, 두 개의 측정 코일이 있고, 물체가 두 측정 코일 사이에 배치된다. 측정 코일은 전기적으로 병렬 회로에 배치될 수 있고, 삽입된 교류 전류는 두 측정 코일로 분할된다. 이어서, 두 측정 코일로의 교류 전류의 분배는 물체의 위치에 종속한다.
여기에서 그리고 이 문서의 나머지 부분에서는, 회전자의 위치 또는 변위가 참조될 때, 기계의 회전축에 수직인 면에서 보이는 바와 같이, 이것이 고정자에 대한 회전자 축의 위치임을 알 수 있다. 변위는 2차원 직교 좌표 또는 극 좌표로 나타낼 수 있다. 회전자의 각위치는 또한 "회전자 각도"라고도 한다. 일반적으로 두 개 이상의 자기 베어링이 기계에 있고, 축 방향으로 서로 이격되어, 개별적으로 또는 함께 제어된다. 이 문서에서는 하나의 단일 베어링에서의 위치 측정이 제시되고, 물론 동일 기계에서 두 개 이상의 베어링에 적용될 수 있다.
따라서, 전기 기계 및 방법에서, 베어링의 권선-회전자를 지지 및 안정화하기 위한 힘을 발생시키는-은 태핑(tapping)을 포함하므로, 서브 섹션 또는 서브 권선 또는 코일로 분할되고, 이 코일 중 일부는 이 코일에 삽입 신호, 일반적으로 전류를 삽입하여 얻은 측정 신호를 측정하여 회전자 변위를 측정하는데 사용된다.
공지된 해결책과는 대조적으로, 본 발명의 경우에는 베어링의 권선이 에어 갭 권선(또는 슬롯리스 권선(slotless winding))이다. 즉 베어링은 회전자 주위의 에어 갭에 배치되고, 회전자의 영구 자석의 자기장은 권선에 대해 회전한다. 일반적으로 권선과 회전자 사이에 존재하는 강자성 물질은 없다. 회전자의 영구 자석의 자기장의 방향에 따라, 권선의 자기장은 회전자 각도에 종속하거나 그렇지 않을 수 있다(이극형(heteropolar) 또는 동극형(homopolar) 배치). 이것은 변위 제어기의 동작을 결정하지만, 실질적으로 본 발명에 기재된 변위 측정의 동작에 영향을 미치지 않다.
일 실시예에서는, 상기 베어링 중 하나에서 회전자의 변위는 제1 위상 권선을 통과하여 흐르는 제1 베어링 전류 및 제2 위상 권선을 통과하여 흐르는 제2 베어링 전류에 의해 제어가능하고, 상기 위상 권선 중 적어도 하나는 코일들의 직렬 연결 쌍인 코일 쌍을 포함하며, 상기 코일 쌍은 코일 쌍으로 변위 측정 삽입 신호를 삽입하도록 그리고 코일 쌍의 두 코일로 변위 측정 삽입 신호의 분배를 지시하는 신호를 생성하도록 구성된 코일 및 측정 장치의 일부이다.
베어링 전류 및 측정 신호는 베어링 및 측정 신호를 위한 분리 주파수 범위, 적절한 선택, 및 코일의 상호 연결을 선택함으로써 그리고 베어링 및 측정 신호를 분리하기 위한 소자를 통합함으로써 분리, 즉 코일 및 베어링 권선에서 다른 경로를 따르도록 할 수 있다. 결과적으로, 베어링 권선의 코일은 대응하는 베어링 전류에 있어서는 직렬 연결을 형성하고, 각 HF(high frequency) 측정 전류에 있어서는 다른 HF 측정 전류의 유사한 세트로부터 분리된 한 세트의 병렬 소자를 형성한다. 또한, 일 실시예에서, HF 측정 신호는 직교 신호(예컨대, 사인 및 코사인 신호)를 사용함으로써 그리고 그에 따라 얻은 측정 신호를 복조함으로써 분리된다. 이런 식으로, 하나의 측정 회로에서 또 다른 측정회로로 새는 HF 측정 신호가 감소 또는 제거된다.
일 실시예에서, 코일 및 측정 장치는,
- 베어링 전류 입력 단자에서 코일 쌍의 코일들을 통과하여 베어링 전류 출력 단자로 안내하는, 제1 베어링 전류를 운반하기 위한 베어링 전류 경로; 및
- 상기 변위 측정 삽입 신호가 코일 및 측정 장치 내로 삽입되는, 제1 삽입 신호 단자 및 제2 삽입 신호 단자를 포함하고,
상기 제1 및 제2 삽입 신호 단자 중 적어도 하나는 베어링 전류 입력 단자 및 베어링 전류 출력 단자 중 어느 하나와도 동일하지 않다.
동일하지 않은 단자는 그것이 전기적 단락 회로로 연결되지 않는다는 것을 의미한다.
다시 말해서, 베어링 전류 입력 단자와 베어링 전류 출력 단자 중 적어도 하나는 변위 측정 삽입 신호의 하나 또는 복수의 주파수에서 저임피던스를 갖는 신호 경로(또는 회로 경로)에 의해 제1 및 제2 삽입 신호 단자 중 적어도 하나에 연결된다. 이것은 변위 측정 삽입 신호에 의해 야기된 전류가 해당 삽입 신호 단자로 이 신호 경로를 통과해서 그리고 베어링 전류 단자 중 하나는 통과하지 않고 흐르도록 한다.
베어링 전류용 단자로부터 분리된 적어도 하나의 삽입 신호용 단자를 갖는 것 즉, 적어도 하나의 삽입 신호용 단자와 베어링 전류용 단자 사이에 저임피던스 신호 경로를 제공하는 것은 기계 내에 복수의 개별 코일 및 측정 장치를 갖게 하고, 측정 삽입 신호 및 측정 삽입 신호를 위한 토폴로지(topology)가 영향을 받지 않고 예컨대 베어링 전류에 대해 직렬 연결로 그것들을 결합할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 상기 기계는,
- 베어링 전류 입력 단자에서 코일 쌍의 코일들을 통과하여 베어링 전류 출력 단자로 안내하는, 제1 베어링 전류를 운반하기 위한 베어링 전류 경로; 및
- 제1 및 제2 HF 전류를 각각 운반하기 위한 제1 및 제2 HF 전류 측정 경로로서,
-- 상기 제1 HF 전류 측정 경로는 코일 쌍의 제1 코일, 제1 주파수 선택 소자, 및 차동 전류 측정 유닛의 제1 분기를 통과하여 제1 삽입 신호 단자에서 제2 삽입 신호 단자로 안내하고;
-- 상기 제2 HF 전류 측정 경로는 코일 쌍의 제1 코일, 제2 주파수 선택 소자, 및 차동 전류 측정 유닛의 제2 분기를 통과하여 상기 제1 삽입 신호 단자에서 상기 제2 삽입 신호 단자로 안내하는;
제1 및 제2 HF 전류 측정 경로를 포함하고,
- 상기 차동 전류 측정 유닛은 유닛의 제1 및 제2 분기를 통과하는 전류차에 따라 전압 또는 전류 신호를 생성하도록 구성된다.
일 실시예에서, 베어링 전류 경로는 주파수 선택 소자(또는 분리 임피던스)도 차동 전류 측정 유닛도 거치지 않고 안내한다. 이것은 측정 신호로부터 베어링 전류에 의한 주파수 성분을 분리하기 위한 추가 필터의 필요성을 배제한다.
각 HF 측정 경로에서, 코일 쌍의 코일에 이은 HF 측정 경로를 따른 소자의 배열은 두 방식이 가능한데 즉, 먼저, 주파수 선택 소자 그리고 이어서 차동 전류 측정 장치인 경우, 또는 그 반대의 경우가 가능하다.
일 실시예에서, 차동 전류 측정 유닛은 제1 HF 측정 경로에 제1 권선 및 제2 HF 측정 경로에 제2 권선을 갖는 차동 변압기와, 차동 전류를 운반하거나 차동 전류에 비례하는 전압 신호를 제공하는 제 3 권선을 포함하고, 상기 전류 또는 전압은 측정 신호에 대응한다.
일 실시예에서, 차동 전류 측정 유닛은 제1 HF 측정 경로에 제1 초크 권선 및 제2 HF 측정 경로에 제2 초크 권선을 갖는 공통 모드 초크와, 베어링 전류 입력 및 출력 단자에 인접한 공통 모드 초크의 단자들 간의 전압차를 증폭하기 위한 차동 증폭기를 포함하고, 이 전압차는 측정 신호에 대응한다.
일 실시예에서, 상기 차동 전류 측정 유닛은 제1 HF 측정 경로에 제1 측정 임피던스 및 제2 HF 측정 경로에 제2 측정 임피던스와, 베어링 전류 입력 및 출력 단자에 인접한 측정 임피던스의 단자 간의 전압차를 증폭하기 위한 차동 증폭기를 포함하고, 이 전압차는 상기 측정 신호에 대응한다.
일 실시예에서, 회전 전기 기계는 적어도 제1 및 제2 코일 및 측정 장치를 포함하고, 직렬로 연결된 그리고 추가 임피던스에 의해 분리된, 제1 코일 및 측정 장치의 코일 쌍과 제2 코일 및 측정 장치의 코일 쌍은 제1 베어링 전류를 운반하기 위한 전류 경로를 구성한다.
코일 쌍의 기하학적 관계는 제1 코일 및 측정 장치의 코일 쌍과 제2 코일 및 측정 장치의 코일 쌍이 서로에 대해 90°각도로 배치되도록 할 수 있다. 이것은 회전자의 변위를 이차원으로 계산하는 것을 특히 간단하게 만든다. 다른 실시예에서, 각도가 90 °차이가 나거나, 및/또는 2개 이상의 코일 쌍이 존재하여, 중복 위치 측정을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 회전 전기 기계는, 코일 및 측정 장치로 변위 측정 삽입 신호를 삽입하도록 그리고 베어링 전류가 고주파수 신호 삽입 회로 내로 흐르는 것을 차단 및/또는 역기전압(back EMF voltage)을 상기 신호 삽입 회로의 단자로부터 차단(즉, 역기전압에 의한 전류가 고주파 신호 삽입 회로에 유입되는 차단)하도록 설계된, 고주파수 신호 삽입 회로를 포함한다.
일 실시예에서, 회전 전기 기계는, 코일 및 측정 장치에서 측정된 전압들 즉, 베어링 전류 입력 단자에서 측정된 제1 전압, 베어링 전류 출력 단자에서 측정된 제2 전압, 및 코일 쌍의 중간 전압 단자에서 측정된 제 3 전압에 기초한 회전자의 각위치를 제 3 전압에서 제1 및 제2 전압의 평균(즉, 제1 전압의 반에 제2 전압의 반을 더한 값)을 빼서 얻어진 신호의 적분을 계산함으로써 결정하기 위한 회전자 각 측정 유닛을 포함하고, 이 적분은 상기 회전자 각도의 사인 또는 코사인에 비례한다.
이에 의해 추가 권선이나 센서 없이 회전자 각도를 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 그러한 회전자 각 측정 유닛은 변위 측정에 필요한 추가 요소 없이 독립적으로 실시되거나, 또는 관련 측정 권선이 오직 각위치 검출에만 사용되어 자기 베어링과도 독립적이다.
두 번째 양태에 따르면, 회전 전기 기계는 상술한 실시예에 따라서 또는 그와는 별개로 구성될 수 있는데, 이것은
- 고정자;
- 회전자;
- 고정자에 대해 회전자를 회전가능하게 지지하는 하나 이상의 능동형 자기 베어링; 및
- 고정자에 대해 회전자를 회전가능하게 지지하는 하나 이상의 유체 막(fluid film) 베어링을 포함하고,
-- 상기 능동형 자기 베어링이 작동하지 않는 유체 베어링의 안정 상태에서는 정격(nominal) 회전 속도에서; 그리고
-- 상기 능동형 자기 베어링의 작동 상태에서는 상기 정격 속도보다 낮은 속도에서 작동하도록 설계된다.
그 결과, 능동형 자기 베어링은 기계의 시동(startup) 단계 동안만 작동되고, 그 후 정격 속도(nominal speed)에 도달하면 정지될 수 있어, 전력을 절약할 수 있다. 반대로, 기계가 정지됐을 때 속도가 저하되면 자기 베어링은 작동될 수 있다. 유체 막 베어링은 (공기)정역학((aero)static) 또는 (공기)역학((aero)dynamic) 유형일 수 있다.
일 실시예에서, 회전 전기 기계는 상기 기계가 적어도 다음과 같은 순서로 시동하도록 구성된 시동 제어기를 포함한다:
- 상기 능동형 자기 베어링이 작동되어 상기 기계의 상기 회전 속도 증가;
- 상기 유체 막 베어링의 안정 회전 속도에 도달한 후, 상기 능동형 자기 베어링 정지.
회전자가 하나 이상의 능동형 자기 베어링에 의해서 고정자에 대해 회전가능하게 지지되는 회전 전기 기계에서, 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 변위를 측정하는 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 베어링 권선이 에어 갭 권선이고 적어도 제1 위상 권선 및 제2 위상 권선을 포함하며, 상기 제1 위상 권선에 흐르는 제1 베어링 전류 및 상기 제2 위상 권선에 흐르는 제2 베어링 전류를 제어함으로써, 변위 제어기가 베어링 권선에 대한 회전자의 변위를 제어하는 단계; 및
- 측정 장치가 상기 자기 베어링 중 하나의 베어링 권선 중 적어도 하나의 적어도 하나의 섹션으로 변위 측정 삽입 신호를 삽입함으로써 그리고 적어도 하나의 변위 측정 신호를 획득함으로써 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 변위를 측정하고, 이 변위 측정 신호는 고정자에 대해 반경 방향에서 회전자 변위에 종속하고, 이 종속성은 변위 측정 삽입 신호에 의해 유도된 회전자에서의 와전류에 기인하는 단계.
일 실시예에서, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:
- 상기 제1 위상 권선을 통과하여 흐르는 제1 베어링 전류 및 상기 제2 위상 권선을 통과하여 흐르는 제2 베어링 전류에 의해 상기 베어링 중 하나에서 회전자의 변위를 제어하는 단계; 및
- 상기 제1 위상 권선의 코일 쌍 내로 상기 변위 측정 삽입 신호를 삽입함으로써 그리고 코일 쌍의 두 코일로 상기 변위 측정 삽입 신호의 분배를 지시하는 신호를 측정함으로써 이 베어링에서 회전자의 변위를 측정하는 단계.
본 방법의 실시예에서, 변위 측정 삽입 신호의 주파수는 1 MHz, 2 MHz, 5 MHz, 또는 10 MHz보다 높은 주파수 범위에 있다. 실용적인 이유로, 주파수는 50 MHz 미만인 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 주파수는 5 MHz와 30 MHz 사이에 있다.
추가 실시예는 종속 청구항에 명확히 나타난다. 방법 청구항의 특징은 장치 청구항의 특징과 결합될 수 있고, 그 반대도 가능하다.
본 발명의 내용은 첨부된 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
본 발명에 의하면, 상술된 종래 기술의 단점들을 극복하는, 회전 전기 기계 및 먼저 언급한 유형의 회전 전기 기계의 회전자의 변위를 측정하는 방법이 제공된다.
특히, 고속 모터에서 회전자의 변위를 측정할 수 있는 기계 및 방법을 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 전기 기계가 능동형 자기 베어링 및 유체 막 베어링을 모두 포함하는 하이브리드 베어링을 갖는 전기 기계를 위한 개선된 운영 체제가 제공된다.
도 1은 신호 분리를 갖는 고주파 신호 삽입 자가 감지(self-sensing)를 위한 시스템의 블록도;
도 2는 코일 및 측정 장치를 위한 회로;
도 3은 코일 및 측정 장치를 위한 다른 회로;
도 4는 변류기를 이용한 코일 및 측정 장치를 위한 회로;
도 5는 휘트스톤 브리지를 이용한 코일 및 측정 장치를 위한 회로;
도 6은 휘트스톤 브리지를 이용한 차동 전류 측정을 위한 서브 블록;
도 7은 공통 모드 초크를 통합한 휘트스톤 브리지를 이용한 차동 전류 측정을 위한 서브 블록;
도 8은 분리용 삽입 임피던스를 이용한 HF 신호 삽입;
도 9는 변압기를 이용한 HF 신호 삽입;
도 10은 공통 모드 초크(common mode choke, CMC) 및 삽입 임피던스를 이용한 HF 신호 삽입;
도 11은 회전자 자속을 위한 검출 회로;
도 12는 대향 배치된 코일 쌍;
도 13은 2상 권선의 단면도;
도 14는 2상 권선을 갖는 2축 자가 감지를 위한 블록도;
도 15는 축 방향으로 쌓인 자가-베어링(self-bearing) 모터;
도 16은 반경 방향으로 쌓인 자가-베어링 모터;
도 17은 다상 권선 설계를 갖는 자가-베어링 모터;
도 18은 동극형 베어링을 갖는 영구 자석(permanent magnet, PM) 모터;
도 19는 이극형 베어링 설계를 갖는 하이브리드 베어링; 및
도 20은 동극형 베어링 설계를 갖는 하이브리드 베어링.
원칙적으로, 동일한 부품은 도면에서 동일한 도면 기호가 제공된다.
에어 갭(air-gap)(또는 "슬롯리스(slotless)") 권선을 갖는 능동형 자기 베어링(AMB)은 슬롯 공간(slot-space) 고조파 유도 손실과 높은 대역폭을 위한 높은 무효 전력을 필요로 하는 큰 인덕턴스 등의 대부분의 고속 관련 문제를 해결한다. 고속 적용을 위한 로렌츠형의 베어링 개념은 상기에 언급된 [Baumgartner, T.I.; Looser, A.; Zwyssig, C.; Kolar, J.W., "Novel high-speed, Lorentz-type, slotless self-bearing motor," Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2010 IEEE, vol., no., pp.3971-3977, 12-16 Sept. 2010]에 제안되었었다. 그러나 에어 갭 권선을 갖는 로렌츠형 베어링에서는 인덕턴스 기반의 자가 감지 방법이 적용되지 않는데, 철이 회전자에 존재하지 않고, 따라서 권선된 코일 인덕턴스가 회전자 변위와 명확하게 관련되지 않기 때문이다. 그 결과 새로운 자가 감지 방법이 나타났는데, 이것은 주파수 신호 삽입법, 즉 고주파 변위(또는 위치) 측정 삽입 신호를 삽입하는 방법을 이용한 와전류 측정에 기초한다. 위치 측정을 위한 높은 감도를 얻기 위해서는, 가능한 한 높은 신호 삽입 주파수를 선택하는 것이 유리하고, 또한 위치 측정을 위한 높은 대역폭을 얻는 것이 유리하다. 신호 삽입 주파수의 상한치는 베어링 코일의 자가 공진(self-resonance)에 의해서만 주어지고, 넓은 범위에서 설계에 의해 선택될 수 있다.
따라서 수십 메가헤르츠까지의 신호 삽입 주파수는 간섭 또는 손상된 대역폭 없이 변위(또는 위치) 측정 삽입 신호 전류로부터 대략 수십 킬로헤르츠 정도인 베어링 제어 전류의 용이한 분리를 가능하게 할 수 있다.
제시된 자가 감지 방법은 도 12에 도시된 바와 같이 대향 배치된 권선 코일(211, 212)의 코일 쌍을 이용한다. 이러한 코일 쌍을 이용한 변위 측정은 항상 코일 쌍의 방향과 관련된다. 신호 분리는 다른 방향의 변위 측정 채널 간의 크로스 커플링 발생 없이 위상 또는 코일 쌍의 임의의 상호 연결(예를 들면, 델타 또는 스타 연결 또는 임의의 다른 연결)이 가능하다. 전기 기계(1)에 사용된 바와 같은 자기 베어링(21, 22)을 위해서는 적어도 두 방향에서의 변위 감지가 필요할 수 있다.
신호 분리의 개념을 시각화하는 자가 감지 방법의 블록도가 단상용으로 도 1에 주어진다. 코일 및 측정 장치 블록(6)은 동일한 위상에 속하는 대향 배치된 2개의 권선 코일의 코일 쌍 및 추가 소자들 포함한다. 이것은 (변위 측정 삽입 신호가 되는) 신호 삽입 전류(I hf )를 위한 HF 신호 또는 전류 입력(611)과 반환 경로 또는 단자(612), 베어링 전류(I b )를 위한 입력(615)과 반환 경로(616), 고주파 변위 측정 신호를 위한 출력(613)과 기준 단자(614), 및 회전자의 각위치 측정을 위한 전압 측정 단자들(617, 618, 619)을 포함한다. 고주파 전류 삽입은 신호 삽입 회로(5)를 통해 수행되고, 신호 삽입 회로(5)는 드라이버, 신호 분리를 위한 주파수 선택 소자, 및/또는 포텐셜(potential) 분리를 위한 소자들을 포함할 수 있다. 이것은 고주파 전류 출력(512)과 반환 경로(513), 및 파형 제어 기준 입력(511)을 포함한다. 파형 기준은 예컨대 다중 위상 발진기로부터 얻어지는 것과 같은, 출력(41) 상의 고주파 대칭형 다중 위상 신호를 발생하는 신호 발생기 블록(4)에 의해 생성된다. 예를 들면, 정현파 또는 구형파 등의 임의의 파형이 고주파 신호 삽입에 이용될 수 있다. 신호 발생기 블록(4)은 위치 측정에 사용되는 각 코일 쌍(211, 212)을 위한 신호를 생성한다. 만약 2개의 코일 쌍을 사용하는 경우, 2개의 측정 채널을 위해 생성된 신호는 예를 들면 90°의 위상 변화를 갖는, 코사인 및 사인 또는 직각 신호이다. 따라서 신호 발생기 블록(4)은 베어링 당 한 개가 존재할 수 있고, 다른 위상 또는 측정 채널을 위해 공유될 수 있다.
베어링의 피드백 제어에 사용될 수 있는, 변위 출력(714) 상의 상기 권선 코일의 방향에서의 변위를 얻기 위해, 측정 입력(711)과 기준 입력(712)과 운반 입력(713)을 갖는 복조 블록(7)이 신호 발생기 블록(4)으로부터의 고주파 변위 측정 신호와 고주파 신호를 처리한다. 복조 블록(7)은 복조 회로에 통상적으로 사용되는 바와 같이 주파수 선택 필터, 주파수 믹서(곱셈기) 또는 저역 통과 필터에 연결되는 동기식 정류기를 포함할 수 있다. 또한, 신호 주입 회로(5), 코일 및 측정 장치(6), 또는 복조기(7) 자체에서 생성된 위상 지연을 처리하기 위해 이상기(phase shifter)를 포함할 수도 있다.
이극형 베어링은 회전자의 각위치 측정이 필요한데, 이것은 베어링의 피드백 제어에 사용될 수 있는 입력(811, 812, 813)과 출력(814)을 갖는 회전자 측정 회로(8)에 의해 제공될 수 있다. 또는, 홀 센서 등의 추가 센서가 각위치 감지에 사용될 수 있다.
피드백 제어와 베어링 전류 삽입은 베어링 전류 제어 블록(9)이라고도 불리는 변위 제어기에 의해 수행될 수 있고, 제어 법칙(즉, 제어 기능) 및 드라이버를 구현한다. 이것은 베어링 변위를 위한 입력(912), 선택적으로 각위치를 위한 입력(911)(동극형 베어링 유형에는 불필요)과, 베어링 전류(I b )를 위한 출력(913) 및 반환 경로(914)를 특징으로 한다. 해당 제어 법칙은 통상의 기술자에게 알려져 있다(예를 들면, Schweitzer, G., Maslen, H. (2009). Magnetic Bearings , Theory , Design, and Application to Rotating Machinery. Springer).
변위 측정에 사용되는 각 코일 쌍을 위해, 코일 및 측정 장치 블록(6)의 인스턴스(instance)에는, 블록 신호 삽입 회로(5), 복조기(7), 회전자 각 측정 회로(8), 및 베어링 전류 제어(9)의 전용 인스턴스들이 존재할 수 있다. 신호 발생기(4)의 인스턴스는 베어링당 오직 한 번 필요하다. 베어링 전류 제어(9)의 인스턴스는 회전자 변위 및 각위치 정보를 공유하기 위해 상호 연결될 수 있다. 회전자 각 측정(8)의 인스턴스는 전기 기계(1)에 사용된 자기 베어링(21, 22)을 위한 블록(6)의 2개의 인스턴스가 최소한 필요할 수 있다.
신호 발생기(4), 복조기(7) 및 베어링 전류 제어 블록(9)의 내부 작동 또는 구현에 대해서는 통상의 기술자에게 알려져 있으므로 더 이상 설명하지 않는다.
코일 및 측정 장치(6)의 가능한 실시예가 도 2에 도시된다. 이것은 동일 위상에 속하는 2 개의 대향 배치된 권선 코일(211, 212)을 포함한다. 이들은 베어링 상전류(I b )를 안내하도록 직렬로 연결된다. 직렬 연결의 끝단자는 베어링 전류(I b )를 위한 입력(615) 및 반환 경로(616)로 작용한다. 중간 태핑(tapping)이 두 권선 코일(211, 212) 사이에 배치되고, 고주파(HF, high frequency)의 신호 삽입 전류(I hf )를 위한 입력 단자(611)로서 작용한다. 보다 일반적인 용어에서, 이 입력 단자는 -본 실시예 및 다른 실시예에서- 제1 삽입 신호 단자인 것으로 고려될 수 있다. 직렬 연결의 끝단자(615, 616)는 또한 전압 측정 단자(617, 619)로서 작용하고, 중간 탭 또한 각위치 측정을 위한 중간 전압 단자(618)로도 불리는 제3 전압 측정 포트로서 작용한다. 직렬 연결의 끝단자(615, 616)는, 또한 베어링 제어 대역폭까지의 저주파수에서 고임피던스를, 그리고 신호 삽입 주파수에서 저임피던스를 나타내는 주파수 선택 소자(631, 632)의 제1 단자에 연결된다. 가장 간단한 경우에 주파수 선택 소자(631, 632)는 콘덴서이다. 주파수 선택 소자(631, 632)의 제2 단자는 차동 전류 측정 회로(62)에 연결된다. 그것의 두 입력(62a, 62c)에서 차동 전류 측정 회로(62)로 흐르는 전류는 그것의 출력(62b, 62d)에서 각각 다시 나타나고, 출력(62b, 62d)은 고주파 신호 삽입 전류(I hf )를 위한 출력 또는 HF 전류 반환 단자(612)를 형성하도록 단락, 즉 직접 연결된다. 보다 일반적인 용어에서, 이 전류 반환 단자는 -본 실시예 및 다른 실시예에서- 제2 삽입 신호 단자인 것으로 고려될 수 있다. 차동 전류 측정 회로(62)는 또한 그 진폭이 코일 쌍 배향의 방향으로 회전자 변위에 비례하는 고주파 신호를 제공하는, 출력(62e) 및 기준 단자(62f)를 특징으로 한다. 차동 전류 측정 회로(62)는 예컨대 페라이트 코어에 감긴 3 개의 권선(621, 622, 623)을 갖는 차동 변류기를 포함할 수 있다. 차동 전류 측정 회로(62)의 입력(62a, 62c) 및 출력(62b, 62d)을 연결하는 두 권선(621, 622)은 동일한 권선수를 갖는다.
차동 전류 측정 회로 또는 블록(62)은 예컨대 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 기능적으로 본질적으로 동일한 블록으로 교체할 수 있다.
코일 및 측정 장치 블록(6)의 작동 원리는 다음과 같다: 베어링 전류(I b )가 베어링 전류 입력 단자(615)를 통해 삽입되고, 베어링 전류 반환 경로 또는 단자(616)로 반환된다. 주파수 선택 소자(631, 632)는 베어링 전류(I b )가 다른 곳으로, 특히 차동 전류 측정 회로(62)로 흐르는 것을 방지한다. 고주파 전류는 여기서 코일 쌍의 직렬 연결의 중간 태핑이기도 한 HF 전류 입력(611)에 삽입되고, 그 고주파 등가 임피던스에 따른 두 권선 코일(211, 212)로 분리된다. 코일의 고주파 등가 임피던스는 회전자 표면에 유도된 와전류의 결과로서 코일 배향에 대한 상대적인 회전자 변위에 종속한다. 코일의 임피던스는 회전자 표면에 코일의 거리와 함께 증가한다. 따라서 회전자 변위에 따라 서로 다른 진폭을 갖는 고주파 전류는 두 코일로 흐른다. 두 고주파 전류의 진폭 차이는 회전자 변위를 위한 척도(measure)이며, 두 권선 코일(211, 212)에서 전류 차이에 비례하여, 그 결과 두 코일(211, 212)의 방향에서 회전자 변위에 비례하는 진폭을 갖는 출력 전류 또는 전압을 제공하는 차동 전류 측정 블록(62)에 의해 검출된다. 차동 전류 측정 블록(62)에서 차동 변압기(621, 622, 623)를 사용하는 경우, 회전자 변위에 비례하는 진폭을 갖는 전압 신호(U m )는 단자(62e, 62f)가 고임피던스로 종단될 때 단자(62e, 62f)에서 획득된다. 또한, (예컨대 트랜스 임피던스 증폭기에 의해서) 제로 임피던스로 단자(62e, 62f)의 종단은 회전자 변위에 비례하는 진폭을 갖는 전류(I m )와 그 결과 트랜스 임피던스 증폭기의 출력에서 상기 전류(I m )에 비례하는 전압 신호를 발생시킨다. 트랜스 임피던스 증폭기의 사용은 부유 용량(stray capacitance) 등의 기생 소자가 존재할 때 더 강력한 설계가 될 수 있다.
베어링 전류 입력 단자(615)에서 베어링 전류 반환 경로(616)까지에 고주파수를 위한 외부의 저임피던스를 추가하는 것은 변위 측정을 약화시키는데, 이러한 이유로 베어링 전류 제어 블록(9)에서 베어링 증폭기는 고주파수에서 고임피던스를 특징으로 하도록 설계될 수 있다.
도 3에서 코일 및 측정 장치(6)는, 분리된 고주파 전류가 권선 코일(211, 212)로부터 보이는 바와 같이, 먼저 차동 전류 측정 회로(62)을 통과하고 이어서 주파수 선택 소자(631, 632)를 통과하여 흐르는 것을 제외하고는 기본적으로는 도 2의 회로와 동일하다. 두 개의 서로 다른 코일 및 측정 장치 블록(6)의 기능은 정확히 동일하며, 블록 단자로부터 볼 수 있는 차이는 없다.
또 다른 가능한 코일 및 측정 장치(6)가 도 4에 도시된다. 이 장치는 도 3에 도시된 장치와 유사하지만, 베어링 전류(I b )는 각각 권선 코일(211, 212)의 단자에 직접 삽입되지 않고, 차동 전류 측정 블록(62)을 통과하고, 그리고 이어 베어링 전류 입력(615) 및 베어링 전류 반환 경로(616)를 통과하여 각각 흐른다. 그 결과, 베어링의 전류 변화는 또한 차동 전류 측정 블록(62)의 출력 및 출력 기준 단자(62e, 62f)에서도 볼 수 있고, 추가 필터 블록(64)이 베어링 전류(I b )로부터 결합된 저주파 신호 성분을 제거하기 위해 필요할 수 있다. 그러나 도 2 및 도 3에 주어진 차동 전류 측정 장치(6)와 비교하여, 베어링 전류 제어 블록(9) 내의 베어링 증폭기의 출력 임피던스에 제한이 부과되지 않는다.
회전자 각 측정을 위한 전압 측정 단자(617, 618 및 619)가 도 3에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 또는, 이 전압의 첫 번째와 세 번째(617, 619)는 베어링 전류 입력 단자(615) 및 베어링 전류 반환 단자(616)에서 측정될 수도 있다.
도 5에서 도시된 코일 및 측정 장치(6)의 실시예는 자기저항 기반의 능동형 자기 베어링(AMB)에서 인덕턴스 기반의 변위 자가 감지에 사용되는 종래(state-of-the-art) 회로와 유사하다. 이것은 2 개의 대향 배치된 권선 코일(211, 212)의 임피던스의 차이를 감지하기 위해 휘트스톤 브리지를 사용한다. 브리지의 측정 임피던스(651, 652)는 바람직하게는 저주파수에서 고임피던스를 갖는 전압 분배기로 사용되어, 권선 코일(211, 212)을 통과하여 흐르게 되어 있는 베어링 전류(I b )가 측정 임피던스(651, 652)를 경유하여 우회되지 않는다. 직렬 연결된 권선 코일(211, 212)의 중간점과 직렬 연결된 측정 임피던스(651, 652)의 중간점 사이의 전압은 차동 증폭기(626)에 의해 측정 또는 증폭된다. 기준 단자(614)에 대해 차동 증폭기(626)의 출력(613)에서 측정된 전압은 그 후 고주파 신호 외에 베어링 전류(I b )로부터 발생한 불필요한 저주파 성분을 포함하고, 이러한 이유로 추가 필터링이 예컨대 AC 커플링 커패시터에 의해서 차동 증폭기 앞에 이미 그리고/또는 가능하게는 또한, 차동 증폭기(626) 후에 필터링에 의해서 필요할 수 있다.
도 6은 차동 전류 측정 회로(62)의 입력(62a, 62c)과 출력(62b, 62d)을 연결하는 측정 임피던스(627, 628)를 갖는 차동 전류 측정 블록(62)의 다른 실시예를 도시한다. 상기 블록은 차동 증폭기(626)에 의해 측정 임피던스(627, 628)를 통과하여 흐르는 전류의 차이를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 도 2, 도 3 또는 도 4의 회로 중 하나에서 이 차동 전류 측정 블록(62)이 사용될 때, 이것은 권선 코일(211, 212)과 함께 휘트스톤 측정 브리지를 형성한다. 비교적 큰 진폭 고주파 전류의 미소한 차이만이 측정되어야 하기 때문에, 차동 증폭기(626)는 측정 주파수에서 높은 공통 모드 제거비 및 선택적으로 또한 높은 이득을 보여야만 한다.
양호한 공통 모드 제거는 도 7에 도시된 바와 같이 초크 권선(624, 625)을 갖는 공통 모드 초크로 측정 임피던스(627,628)를 대체함으로써 수행될 수 있고, 초크의 기생 직렬 저항에 의해 야기된 공통 모드 전압만이 차동 증폭기(626)에 의해 차단되어야 한다.
도 8은 고주파 신호 삽입 블록 또는 회로(5)의 매우 간단한 실시예를 도시한다. 이것은 파형 제어 기준 입력(511)에 의해 제어되는 제어가능한 전류 또는 전압 소스(52)를 포함한다. 제어가능한 전류 또는 전압 소스(52)는 삽입 주파수에서는 저임피던스 그리고 고주파수에서는 고임피던스의 특징을 갖는 삽입 임피던스(53)와 직렬로 배치된다. 가장 간단한 경우에 삽입 임피던스(53)는 캐패시터이다. 삽입 임피던스(53)는 다음의 두 가지 이유로 사용된다: 베어링 전류(I b )가 삽입 회로(5)를 통과하여 흐르지 않아야 되고, 회전자의 회전으로부터 단일 코일 상에 유도된 전압이 차단되어야 한다. 일반적으로 제어가능한 전류 소스 또는 전압 소스(52)는 증폭기에 의해 구현된다.
고주파 전류의 반환 경로는 명시적으로 정의되어 있지 않고, 절연 전원(insulated supply)이 삽입 전원으로 사용되지 않은 경우에는, 예컨대 접지 연결일 수 있다.
도 9는 무전위(potential-free)의 신호 삽입을 위한 신호 변환기(54)를 이용한 고주파 신호 삽입 블록(5)을 위한 더 안전한 실시예를 도시한다. 이 신호 변환기(54)를 이용하여, 무전위의 고주파 전압 또는 전류 소스가 구현되고, 고주파 전류의 반환 경로가 명확하게 정의된다.
도 10은 공통 모드 초크(55) 및 추가로 도 8의 회로와 같이 출력 단자(512) 또는 반환 경로(513) 중 하나와 직렬로 연결된 삽입 임피던스(53)를 또한 포함하는 고주파 신호 삽입 블록(5)을 위한 대안적인 실시예를 도시한다. 절연 삽입 전원이 사용되지 않은 경우, 공통 모드 초크를 통과한 것 외에 예컨대 접지를 통한 반환 전류는 차단되지만, 반드시 완전히 제거되지는 않는다.
도 11은 권선 역기전압(back-EMF voltage)으로부터 영구 자석의 자속을 얻기 위한 회전자 각 측정 블록(8)의 가능한 실시예를 도시한다. 역기전압은 코일 쌍(211, 212)의 직렬 연결의 중간 전압 단자(618)에서 측정된다. 코일 쌍(211, 212)을 통과하여 흐르는 베어링 전류(I b )의 유도 전압 강하를 보상하기 위해서, 2 개의 추가 전압 측정이 중간 전압 단자(618)에 대칭으로 배치된다. 또한, 추가 임피던스(662, 661)가 포함될 수 있는데, 각각은 코일 쌍(211, 212)의 한쪽 코일과 직렬 연결되고, 그 결과 베어링 전류(I b )는 추가 임피던스(662, 661)를 통과하여 흐른다. 예컨대 도 4에서, 전압(617, 619)이 베어링 전류 입력 단자(615) 및 베어링 전류 반환 단자(616)에서 측정되는 경우, 임피던스(662, 661)는 차동 전류 측정 회로(62)의 등가 임피던스를 나타낼 수 있다. 중간 전압 단자(618)에 대향하는 직렬 연결의 양단에 있는 전압 측정 단자(617, 619)에서 얻은 두 기준 전압은, 중간 전압 단자(618)에서 측정되고, 회전자 각 측정 블록(8)의 중간 전압 측정으로부터 제거된, 측정 오차를 함유하는 평균 전압을 정의한다. 측정에서 결과적으로 발생된 고주파 성분은 유도된 역기전압으로부터 영구 자석의 자속 값을 생성하는 후속 적분기(83)에 의해 차단된다. 이상적인 적분기 대신, 가능하게는 또한 누설 적분기(leaky integrator), AC 커플링 적분기, 또는 (최소 및 최대 회전 속도 사이에 있는) 관심 속도로 충분한 품질의 적분 특성을 갖는 유사한 동적 소자가 사용될 수 있다. 코일 쌍의 코일(211, 212)이 측정 코일로서 존재하는 경우, 도 11의 회로는 위치 측정 및 심지어 자기 베어링과 독립적일 수 있다.
도 12는 명확하게 2 개의 대향 배치된 코일 쌍(211, 212)을 포함하는 단상(single phase)만이 그려진 에어 갭 권선을 도시한다. 일반적으로 각 위상에는 하나의 상기 코일 쌍이 존재할 수 있다. 코일은 영구 자석(3)으로부터 자기장의 1극쌍과 함께 베어링력을 발생시키는 2 극쌍을 가진 자기장을 생성한다. 영구 자석이 회전하는 동안, 회전자의 각위치 측정을 위해 사용될 수 있는 전압이 각 코일에서 반대 부호(sign)로 유도된다. 고정자의 축은 x, y로 표시되고, 회전자의 축은 q, d로 표시되어, 고정자에 대해 각도 θ로 회전한다. 회전자의 영구 자석의 자화는 굵은 화살표로 표시된다.
도 13은 이상(two phases)을 갖는 권선을 도시한다. 다른 실시예는 더 많은 위상을 포함할 수 있다. "B"로 표시된 제1 위상 권선은 2 개의 코일 쌍(211x, 212x, 211y, 212y)로 분할되어 위상 B를 위한 베어링 전류를 안내하기 위해 직렬로 연결될 수 있다. 제1 코일 쌍(211x, 212x)은 위치 자가 감지를 적용하는 동안 x 방향의 회전자 변위와 영구 자석 자속을 생성하고, 제2 코일 쌍(211y, 212y)은 y 방향의 변위와 영구 자석 자속을 생성한다. "A"로 표시된 제2 위상 권선은 추가 태핑없이 통상적인 권선과 같이 감겨있고, 위치 자가 감지가 반드시 필요한 것은 아니다. 그러나 다른 실시예에서는 위상 A는 위상 B와 같이 아날로그 방식으로 분할되고, 위치 자가 감지가 수행될 뿐만 아니라 보완 또는 중복 변위 및/또는 각위치 정보를 생성하여, 이를 테면, 예컨대 더 높은 해상도 및/또는 예컨대 향상된 신뢰성 또한 갖는 향상된 회전자 변위 및/또는 각위치 측정에 사용될 수 있다. 다른 실시예에서는 위상 A와 위상 B의 코일 쌍과 관련 코일 및 측정 장치(6)가 비중복 변위 및/또는 각위치 정보를 제공하도록 결합된다.
도 14는 도 13에 도시된 바와 같은 2상 권선을 위한 자가 감지 회로의 실시예를 도시한다. 이것은 서로 직교하여 배치된 제1 코일 쌍(211x, 212x)과 제2 코일 쌍(211y, 212y)을 이용한다. 제1 코일 쌍(211x, 212x)은 x 방향의 변위 감지에 이용되고, 제2 코일 쌍(211y, 212y)은 y 방향의 변위 감지에 이용된다. 또한, 제1 코일 쌍(211x, 212x)은 x 방향의 회전자 자속의 감지에 이용되고, 제2 코일 쌍(211y, 212y)은 y 방향의 회전자 자속의 감지에 이용된다. 제1 코일 쌍(211x, 212x)은 제1 코일 및 측정 블록(6x)의 일부로서 배치되고, 제2 코일 쌍(211y, 212y)은 제2 코일 및 측정 블록(6y)의 일부로서 배치되며, 이들은 도 2-5에서 하나의 코일 및 측정 장치(6)의 개별 인스턴스로서 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 두 코일 쌍은 위상 B에 속한다. 위상 A의 권선을 반드시 코일 쌍으로 분할할 필요는 없다.
신호 발생기 블록(4)은 개별 출력 신호 단자(41a, 41b)에서 이상(quadrature)(직교(orthogonal)) 신호를 발생시키도록 배치되고, 신호는 예컨대 사인과 코사인일 수 있다. 권선 내의 코일 쌍이 자기적으로 결합되어 있더라도, 출력 신호 단자(41a, 41b)의 직교 신호로는 x 및 y 방향에서 변위 측정의 교차 결합(cross-coupling)은 일어나지 않는다. 제1 및 제2 코일 및 측정 블록(6x, 6y)은 위상 B의 베어링 전류를 운반하기 위해 직렬로 연결될 수 있다. 도 2-5에 도시된 변형예로부터 제1 및 제2 코일 및 측정 블록(6x, 6y)의 선택에 따라, 추가 임피던스(92)가 제1 코일 및 측정 블록(6x)의 베어링 전류 출력(616)과 제2 코일 및 측정 블록(6y)의 입력(615)의 연결에 부가될 수 있다. 추가 임피던스(92)는 저주파수에서 저임피던스를, 신호 삽입 주파수에서 고임피던스를 갖고, 이에 따라 인접한 코일 및 측정 블록에서 변위 측정 삽입 신호를 분리하여 유지한다. 가장 간단한 경우에 추가 임피던스(92)는 인덕터이다. 도면에 도시되지 않은 또 다른 실시예에서는 2개 이상의 코일 및 측정 블록이 이러한 유형으로 연결되어, 추가 임피던스(92)에 의해 변위 측정 삽입 신호에 대해 분리된다.
베어링 전류 제어 블록(9)은 입력(912x, 912y)에서 x 및 y 방향으로 관측된 회전자 변위를 이용하고, 또한 예컨대 입력(911x, 911y)에서 회전자 각도의 사인과 코사인에 의해 각각 정의되는 회전자 각위치를 이용하여, 두 위상 A 와 B의 베어링 전류를 제어할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 회전자 각도는 회전자 각도 측정 블록(8)의 2개 이상의 인스턴스에 의해 중복적으로 결정될 수 있으며, 각 인스턴스는 하나의 제1 및 제2 코일 쌍에 연결된다.
도 15-20은 다른 구성의 권선 및 베어링을 갖는 전기 기계(1)의 개략적인 단면도를 도시한다. 이러한 구성의 각각은, 반드시 그래야 하는 것은 아니지만, 앞서 기술한 바와 같은 자가 감지 회로와 방법을 결합하여 사용될 수 있다. 각 실시예에서, 회전자(3)는 고정자(2)에 대해 회전하도록 배치된다. 고정자(2)는, 권선을 (본질적으로 반경 방향으로) 둘러싸고 각종 권선과 영구 자석(33)에 의해 발생된 자기 자속의 반환 경로를 형성하는, 본질적으로 원통형인 고정자 코어(24)를 포함한다. 권선은 모터 권선(23)과 제1 자기 베어링을 위한 제1 베어링 권선(21) 및 제2 자기 베어링을 위한 제2 베어링 권선(22)이 있다. 회전자(3)는 회전자(3)의 반경 방향을 따라 배향된 모터 영구 자석(33)을 포함한다. 이극형 배치에서는, 동일한 영구 자석(33) 또는 회전자의 반경 방향을 따라 배향된 하나 이상의 다른 영구 자석이 자기 베어링의 일부로서 작동하여, 베어링의 권선(21, 22)과 상호 작용한다. 동극형 배치에서는, 회전자의 축 방향을 따라 배향된 제1 베어링 자석(31) 및 제2 베어링 자석(32)이 각각 제1 및 제2 자기 베어링의 일부를 형성하도록 배치된다. 회전자의 모든 자석은 영구 자석이다.
도 15의 실시예에서, 제1 베어링 권선(21)과 제2 베어링 권선(22)은 모터 권선(23)의 축방향 양단에 인접하여 배치된다. 3 개의 권선(21, 22, 23) 모두는 동축으로(coaxially) 배치되고, 바람직하게는 거의 동일한 내경 및 외경을 갖으므로, 공간 절약적인 구성이 가능하다.
도 16의 실시예에서, 제1 베어링 권선(21)과 제2 베어링 권선(22)은 (반경 방향에서 볼 때) 모터 권선(23) 안쪽에서 동축 및 동심으로(concentrically) 배치된다. 두 베어링 권선(21, 22)의 축방향 결합 범위는 본질적으로 모터 권선(23)의 전체 길이를 덮을 수 있다.
도 17의 실시예에서, 전용 모터 권선(23)은 존재하지 않는다. 오히려 제1 베어링 권선(21)와 제2 베어링 권선(22)은 동축으로 배치되고, 모터 권선(23)을 형성하도록 전기적으로 연결된다. 변위 전류 측정을 포함한 구동 전류와 베어링 전류는 권선(22, 21)에 중첩된다.
도 18의 실시예에서, 고정자(2)는 도 15와 같이 구성되지만, 회전자(3)는 그 자속이 동극형 배치에서 베어링 권선(21, 22)과 상호 작용하는 즉, 회전자의 각위치와 독립된, 축방향으로 배향된 베어링 자석(31, 32)을 포함한다.
도 19의 실시예에서, 권선 및 자기 베어링의 구성은 도 15-18 중 하나와 같고(예로서, 도 16의 구성이 도시된다), 부가하여 유체 막 베어링(25)이 고정자 권선의 양단에 배치된다. 유체 막 베어링(25)은, 특히 고속 모터용의, 공기 또는 기체 베어링일 수 있고, 정적 또는 동적 유형일 수 있다.
도 20의 실시예에서, 유체 막 베어링(25)은 베어링 권선(21, 22)의 안쪽에서 동심으로 배치된다. 유체 막 베어링(25)의 재료는 자기 베어링의 기능에 영향을 주지 않도록 비자성, 전기적으로 비전도성 재료로 제조될 수 있다. 실시예는 동극형 자석 배열을 가진다. 그러나 이러한 동심 배치된 유체 막 베어링은 도 15-18 중 어느 하나와 같은 권선 구성 중 어느 것과도 결합될 수 있다.
도 19 및 20의 실시예는 하이브리드 베어링, 즉 유체 막 베어링과 능동형 자기 베어링의 조합을 도시한다.

Claims (16)

  1. - 고정자(2);
    - 회전자(3);
    -상기 고정자(2)에 대해 상기 회전자(3)를 지지하는 적어도 하나의 능동형 자기 베어링(21, 22, 31, 32, 33)으로서, 각각의 자기 베어링이 베어링 권선(21; 22)을 포함하며, 이 베어링 권선(21; 22)은 에어 갭(air-gap) 권선이고 적어도 제1 위상 권선(B) 및 제2 위상 권선(A)을 포함하는 적어도 하나의 능동형 자기 베어링(21, 22, 31, 32, 33); 및
    - 상기 고정자(2)에 대한 상기 회전자(3)의 변위를 측정하기 위한 측정 장치(4, 5, 6, 7)를 포함하고,
    상기 측정 장치는 상기 자기 베어링 중 하나의 베어링 권선(21; 22) 중 적어도 하나의 적어도 하나의 섹션으로 변위 측정 삽입 신호를 삽입함으로써 그리고 적어도 하나의 변위 측정 신호를 획득함으로써 회전자(3)의 변위를 측정하도록 구성되며, 이 변위 측정 신호는 고정자에 대해 반경 방향으로 회전자 변위에 종속하고, 이 종속성은 변위 측정 삽입 신호에 의해 유도된 회전자에서의 와전류에 기인하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 베어링 중 하나에서 회전자(3)의 변위는 제1 위상 권선(B)을 통과하여 흐르는 제1 베어링 전류 및 제2 위상 권선(A)을 통과하여 흐르는 제2 베어링 전류에 의해 제어가능하고, 상기 위상 권선(A, B) 중 적어도 하나는 코일들의 직렬 연결 쌍인 코일 쌍(211, 212; 211x, 212x; 211y, 212y)을 포함하며, 상기 코일 쌍(211, 212; 211x, 212x; 211y, 212y)은 코일 쌍으로 변위 측정 삽입 신호를 삽입하도록 그리고 코일 쌍의 두 코일로 변위 측정 삽입 신호의 분배를 지시하는 신호를 생성하도록 구성된 코일 및 측정 장치(6)의 일부인 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코일 및 측정 장치(6)는,
    - 베어링 전류 입력 단자(615)에서 상기 코일 쌍의 코일들(211, 212; 211x, 212x; 211y, 212y)을 통과하여 베어링 전류 출력 단자(616)로 안내하는, 제1 베어링 전류를 운반하기 위한 베어링 전류 경로; 및
    - 상기 변위 측정 삽입 신호가 상기 코일 및 측정 장치(6) 내로 삽입되는, 제1 삽입 신호 단자(611) 및 제2 삽입 신호 단자(612)를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 삽입 신호 단자(611, 612) 중 적어도 하나는 상기 베어링 전류 입력 단자(615) 및 베어링 전류 출력 단자(616) 중 어느 하나와도 동일하지 않은 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    - 베어링 전류 입력 단자(615)에서 상기 코일 쌍의 코일들(211, 212; 211x, 212x; 211y, 212y)을 통과하여 베어링 전류 출력 단자(616)로 안내하는, 제1 베어링 전류를 운반하기 위한 베어링 전류 경로; 및
    - 제1 및 제2 HF 전류를 각각 운반하기 위한 제1 및 제2 HF 전류 측정 경로로서,
    -- 상기 제1 HF 전류 측정 경로는 제1 삽입 신호 단자(611)에서 상기 코일 쌍의 제1 코일(211, 211x, 211y), 제1 주파수 선택 소자(631), 및 차동 전류 측정 유닛(62)의 제1 분기를 통과하여 제2 삽입 신호 단자(612)로 안내하고;
    -- 상기 제2 HF 전류 측정 경로는 상기 제1 삽입 신호 단자(611)에서 코일 쌍의 제2 코일(212, 212x, 212y), 제2 주파수 선택 소자(632), 및 차동 전류 측정 유닛(62)의 제2 분기를 통과하여 상기 제2 삽입 신호 단자(612)로 안내하는;
    제1 및 제2 HF 전류 측정 경로를 포함하고,
    - 상기 차동 전류 측정 유닛(62)은 유닛의 제1 및 제2 분기를 통과하는 전류 간의 차이에 따라 전압 또는 전류 신호를 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베어링 전류 경로는 상기 주파수 선택 소자(631, 632)도 상기 차동 전류 측정 유닛(62)도 거치지 않고 안내하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 차동 전류 측정 유닛(62)은 상기 제1 HF 측정 경로에 제1 권선(621) 및 상기 제2 HF 측정 경로에 제2 권선(622)을 갖는 차동 변압기와, 차동 전류를 운반하거나 차동 전류에 비례하는 전압 신호를 제공하는 제3 권선(623)을 포함하고, 상기 전류 또는 전압은 상기 측정 신호에 대응하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 차동 전류 측정 유닛(62)은 상기 제1 HF 측정 경로에 제1 초크 권선(624) 및 상기 제2 HF 측정 경로에 제2 초크 권선(625)을 갖는 공통 모드 초크와, 상기 베어링 전류 입력 및 출력 단자(615, 616)에 인접한 상기 공통 모드 초크의 단자들 간의 전압차를 증폭하기 위한 차동 증폭기(626)를 포함하고, 상기 전압차는 상기 측정 신호에 대응하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 차동 전류 측정 유닛(62)은 제1 HF 측정 경로에 제1 측정 임피던스(627) 및 제2 HF 측정 경로에 제2 측정 임피던스(628)와, 상기 베어링 전류 입력 및 출력 단자(615, 616)에 인접한 상기 측정 임피던스(627, 628)의 단자 간의 전압차를 증폭하기 위한 차동 증폭기(626)를 포함하고, 상기 전압차는 상기 측정 신호에 대응하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 제1 및 제2 코일 및 측정 장치(6x, 6y)를 포함하고, 직렬로 연결된 그리고 추가 임피던스(92)에 의해 분리된, 상기 제1 코일 및 측정 장치(6x)의 코일 쌍(211x, 212x)과 상기 제2 코일 및 측정 장치(6y)의 코일 쌍(211y, 212y)은 상기 제1 베어링 전류를 운반하기 위한 전류 경로를 구성하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일 및 측정 장치(6)로 상기 변위 측정 삽입 신호를 삽입하도록 그리고 베어링 전류가 상기 고주파수 신호 삽입 회로(5) 내로 흐르는 것을 차단 및/또는 역기전압(back EMF voltage)을 상기 신호 삽입 회로(5)의 단자로부터 차단하도록 설계된 고주파수 신호 삽입 회로(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일 및 측정 장치(6)에서 측정된 전압들 즉, 상기 베어링 전류 입력 단자(615)에서 측정된 제1 전압, 상기 베어링 전류 출력 단자(616)에서 측정된 제2 전압, 및 코일 쌍(211, 212)의 중간 전압 단자(618)에서 측정된 제3 전압에 기초한 회전자(3)의 각위치를 제3 전압에서 제1 및 제2 전압의 평균을 빼서 얻어진 신호의 적분을 계산함으로써 결정하기 위한 회전자 각 측정 유닛(8)을 포함하고, 이 적분은 상기 회전자 각도의 사인 또는 코사인에 비례하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  12. 바람직하게는 선행하는 어느 한 항에 있어서,
    - 고정자(2);
    - 회전자(3);
    - 상기 고정자(2)에 대해 상기 회전자(3)를 회전가능하게 지지하는 적어도 하나의 능동형 자기 베어링(21, 22, 31, 32, 33); 및
    - 상기 고정자(2)에 대해 상기 회전자(3)를 회전가능하게 지지하는 적어도 하나의 유체 막(fluid film) 베어링(25)을 포함하고,
    -- 상기 능동형 자기 베어링(21, 22, 31, 32, 33)이 작동하지 않는 상기 유체 막 베어링(25)의 안정 상태에서는 정격(nominal) 회전 속도에서; 그리고
    -- 상기 능동형 자기 베어링(21, 22, 31, 32, 33)의 작동 상태에서는 상기 정격 속도보다 낮은 속도에서 작동하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기계를 적어도 다음 시퀀스로 시동하도록 구성된 시동 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계:
    - 상기 능동형 자기 베어링(21, 22, 31, 32, 33)이 작동되어 상기 기계(1)의 상기 회전 속도 증가;
    - 상기 유체 막 베어링(25)의 안정 회전 속도에 도달한 후, 상기 능동형 자기 베어링(21, 22, 31, 32, 33) 정지.
  14. 회전자(3)가 적어도 하나의 능동형 자기 베어링(21, 22, 31, 32, 33)에 의해서 고정자(2)에 대해 회전가능하게 지지되는 회전 전기 기계(1)에서, 상기 기계의 고정자(2)에 대한 상기 기계의 회전자(3)의 변위를 측정하는 방법으로서,
    - 베어링 권선(21; 22)이 에어 갭 권선이고 적어도 제1 위상 권선(B) 및 제2 위상 권선(A)을 포함하며, 상기 제1 위상 권선(B)을 통과하여 흐르는 제1 베어링 전류(I b ) 및 상기 제2 위상 권선(A)을 통과하여 흐르는 제2 베어링 전류(I a )를 제어함으로써 변위 제어기(9)가 상기 베어링 권선(21; 22)에 대한 상기 회전자의 변위를 제어하는 단계; 및
    - 측정 장치(4, 5, 6, 7)가 상기 자기 베어링 중 하나의 베어링 권선(21; 22) 중 적어도 하나의 적어도 하나의 섹션으로 변위 측정 삽입 신호를 삽입함으로써 그리고 적어도 하나의 변위 측정 신호를 획득함으로써 상기 고정자(2)에 대한 상기 회전자(3)의 변위를 측정하고, 이 변위 측정 신호는 고정자에 대해 반경 방향에서 회전자 변위에 종속하고, 이 종속성은 변위 측정 삽입 신호에 의해 유도된 회전자에서의 와전류에 기인하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자의 변위 측정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    - 상기 제1 위상 권선(B)을 통과하여 흐르는 제1 베어링 전류 및 상기 제2 위상 권선(A)을 통과하여 흐르는 제2 베어링 전류에 의해 상기 베어링 중 하나에서 회전자(3)의 변위를 제어하는 단계; 및
    - 상기 제1 위상 권선(B)의 코일 쌍 내로 변위 측정 삽입 신호를 삽입함으로써 그리고 코일 쌍의 두 코일로 상기 변위 측정 삽입 신호의 분배를 지시하는 신호를 측정함으로써 이 베어링에서 회전자(3)의 변위를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자의 변위 측정 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 변위 측정 삽입 신호의 주파수는 2 MHz보다 높은 것을 특징으로 하는 회전 전기 기계.
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