NL9300832A

NL9300832A - SYNCHRONOUS MACHINE.

Info

Publication number: NL9300832A
Application number: NL9300832A
Authority: NL
Original assignee: Kinshiro Naito
Priority date: 1992-05-13
Filing date: 1993-05-13
Publication date: 1993-12-01
Also published as: SE9301608D0; DE4315939A1; TW299522B; CA2095669A1; GB2268343A; ITMI930968A1; SE9301608L; FR2691304A1; IT1264430B1; GB9309799D0; ITMI930968A0

Description

Synchrone machine.Synchronous machine.

De uitvinding heeft betrekking op een synchrone machine en, meer in het bijzonder, op een roterende of lineaire synchrone motor en een synchrone generator. De uitvinding heeft ook betrekking op een hoofdspilmotor bij machinewerktuigen en dergelijke, en bovendien op een synchrone motor waarvan de rotatiefrequentie en de uitgangswaarde of het uitgangskoppel gelijktijdig worden bestuurd.The invention relates to a synchronous machine and, more particularly, to a rotary or linear synchronous motor and a synchronous generator. The invention also relates to a main spindle motor in machine tools and the like, and moreover to a synchronous motor whose rotation frequency and the output value or output torque are controlled simultaneously.

Normaliter heeft een synchrone motor bij machinewerktuigen en dergelijke een rotor en een anker. De rotor is voorzien van óf permanente magneten of spoelen, welke met gelijkstroom worden bekrachtigd. Het anker omvat een uit een enkele laag bestaande spoel met twee polen, vier polen, zes polen of derglijke. Voor het opwekken van het roterende magnetische veld wordt gebruik gemaakt van een tweefase- of driefase-wisselstroom.Normally, in machine tools and the like, a synchronous motor has a rotor and an armature. The rotor is equipped with either permanent magnets or coils, which are energized with direct current. The armature includes a single-layer coil with two poles, four poles, six poles or the like. A two-phase or three-phase alternating current is used to generate the rotating magnetic field.

Van een synchrone motor voor de hoofdspil van machinewerktuigen moet evenwel niet slechts de rotatiefrequentie doch ook de uitgangswaarde daarvan gelijktijdig worden geregeld.However, for a synchronous motor for the main spindle of machine tools, not only the rotational frequency but also its output value must be simultaneously controlled.

Voor een bodemfreesmachine, welke wordt gebruikt voor het vlak slijpen van oppervlakken is bijvoorbeeld de eindfrees gewoonlijk direct met de hoofdspilmotor verbonden. Bij het snijden voor het vormen van oppervlakken met een fijne afwerking, zijn een constante omtreks-snelheid en snijkracht nodig. Deze worden bepaald door het materiaal en het type van de eindfrees, het materiaal van het werkstuk en dergelijke. Derhalve verdient het de voorkeur de uitgangswaarde van de hoofdspilmotor constant te houden door óf een geringe snelheid óf een groot koppel te verschaffen, zoals het geval is bij een eindfrees met grote diameter, welke is weergegeven in fig. IA of een grote snelheid en een klein koppel, zoals bij een eindfrees met een kleine diameter, welke is weergegeven in fig. 1B.For example, for a bottom milling machine used for surface grinding of surfaces, the end mill is usually connected directly to the main spindle motor. When cutting to form surfaces with a fine finish, a constant peripheral speed and cutting force are required. These are determined by the material and type of the end mill, the material of the workpiece and the like. Therefore, it is preferable to keep the output of the main spindle motor constant by providing either low speed or high torque, as is the case with a large diameter end mill shown in Fig. 1A or high speed and low speed. torque, as with a small diameter end mill, shown in Figure 1B.

Een hoofdspilmotor, welke wordt gebruikt voor het laten roteren van een hoofdspil van een freesmachine moet in staat zijn onafhankelijk van de straal een constante snijkracht te leveren. D.w.z, dat zoals is aangegeven in fig. 2, het snijvolume of de snijkracht constant moet zijn zelfs indien de straal begint af te nemen in evenredigheid met het snijproces. Derhalve moet de uitgangswaarde constant worden gehouden door de rotatiefrequentie van de motor te vergroten.A main spindle motor, which is used to rotate a main spindle of a milling machine, must be able to provide a constant cutting force regardless of the radius. That is, as indicated in Fig. 2, the cutting volume or cutting force must be constant even if the radius begins to decrease in proportion to the cutting process. Therefore, the output value must be kept constant by increasing the rotational frequency of the motor.

Zoals boven is vermeld moet bij de motor ten gebruike bij een hoofdspil van een machinewerktuig een regelmethode worden toegepast om de rotatiefrequentie en de koppelwaarde o£ de rotatiefrequentie en de uitgangswaarde tegelijkertijd op een voorafbepaalde waarde te houden. De conventionele motor, welke voor de hoofdspil van een machinewerktuig wordt gebruikt, omvat evenwel een uit een enkele laag bestaande spoel, waarbij de fase, frequentie, versterking enz. van de stroom daarin wordt geregeld. Derhalve is het lastig voorafbepaalde belastingskarak-teristieken te verschaffen tengevolge van de gecompliceerdheid van de regelmethode.As noted above, a control method must be applied to the motor for use on a main spindle of a machine tool to keep the rotational frequency and the torque value of the rotational frequency and the output value simultaneously at a predetermined value. However, the conventional motor, which is used for the main spindle of a machine tool, includes a single layer coil, controlling the phase, frequency, gain, etc. of the current therein. Therefore, it is difficult to provide predetermined load characteristics due to the complexity of the control method.

Zoals boven vermeld, doet zich het probleem voor, dat bij de conventionele synchrone motor lastig kan worden voldaan aan verschillende karakteristieken, welke nodig zijn voor een hoofdspil van een machinewerktuig tengevolge van de gecompliceerdheid van de regelmethode om de stroom te regelen omdat de spoel uit een uit een enkele laag bestaande wikkeling bestaat.As noted above, the problem arises that in the conventional synchronous motor it is difficult to meet various characteristics required for a machine tool main spindle due to the complexity of the control method of controlling the current because the coil is from a consists of a single layer winding.

Voorts bezit de synchrone motor bij conventionele machinewerktuigen een anker (stator) en een rotor. Teneinde een magnetische veldpool op te wekken, bezit de synchrone motor een rotor met öf een permanente magneet öf een spoel, die door een gelijkstroom wordt bekrachtigd. Een synchrone motor met twee tot acht polen wordt algemeen toegepast.Furthermore, in conventional machine tools, the synchronous motor has an armature (stator) and a rotor. In order to generate a magnetic field pole, the synchronous motor has a rotor with either a permanent magnet or a coil which is energized by a direct current. A two to eight pole synchronous motor is widely used.

Bovendien bezit de conventionele synchrone generator een anker (stator) evenals een rotor. Teneinde een magnetische veldpool op te wekken, bezit de synchrone generator een rotor met öf een permanente magneet of een spoel, die als een electromagneet werkt.In addition, the conventional synchronous generator has an armature (stator) as well as a rotor. In order to generate a magnetic field pole, the synchronous generator has a rotor with either a permanent magnet or a coil, which acts as an electromagnet.

De opbouw van de generator is evenwel gecompliceerd en zwak in verband met de permanente magneet van de rotor of de spoel, die om de rotor is gewikkeld. Derhalve doet zich het probleem voor, dat verschillende moeilijkheden worden veroorzaakt door een vervorming of falen in het geval van een rotatie bij hoge snelheid.However, the structure of the generator is complicated and weak due to the permanent magnet of the rotor or coil wound around the rotor. Therefore, the problem arises that various difficulties are caused by a deformation or failure in the case of a rotation at high speed.

Een ander probleem doet zich voor wanneer de synchrone generator verschillende eigenschappen moet hebben, zoals een constante uitgangskarakteristiek over een uitgestrekt rotatiegebied, een rotatie- karakteristiek met een geringe koppelpulsatie, en een karakteristiek zonder een thermische vervorming door een verwarming van de rotor.Another problem arises when the synchronous generator must have different properties, such as a constant output characteristic over an extended rotation area, a rotation characteristic with a low torque pulsation, and a characteristic without a thermal deformation by heating the rotor.

Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een synchrone machine, welke geschikt is voor de hoofdspil van een machine-werktuig en waarbij men in staat is om of de rotatiefrequentie en de kop-pelwaarde öf de rotatiefrequentie en de uitgangswaarde gelijktijdig op een voorafbepaalde waarde te regelen.An object of the invention is to provide a synchronous machine which is suitable for the main spindle of a machine tool and which is capable of controlling either the rotational frequency and the coupling value or the rotational frequency and the output value simultaneously at a predetermined value to arrange.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een synchrone machine, waarbij geen gebruik van een permanente magneet of spoel nodig is.Another object of the invention is to provide a synchronous machine that does not require the use of a permanent magnet or coil.

Om de bovengenoemde oogmerken te bereiken, voorziet de uitvinding vanuit een eerste oogpunt in een synchrone motor voorzien van een stator, welke is bewikkeld met een eerste wikkeling en een tweede wikkeling volgens een dubbellaags-wikkeling, een rotor met uitspringende polen, die roteerbaar in de stator is ondergebracht, een eerste regel-inrichting, die als een voedingsbron voor de eerste wikkeling dient en de rotatiefrequentie van de motor regelt, en een tweede regelinrichting, welke als een voedingsbron dient en de uitgangswaarde of koppelwaarde van de motor regelt.In order to achieve the above objects, the invention provides from a first point of view a synchronous motor comprising a stator, which is wound with a first winding and a second winding according to a double-layer winding, a rotor with protruding poles rotatable in the stator is housed, a first control device, which serves as a power source for the first winding and controls the rotational frequency of the motor, and a second control device, which serves as a power source and controls the output or torque value of the motor.

Bovendien voorziet de uitvinding verder in een synchrone motor voorzien van een stator, welke is bewikkeld met een eerste wikkeling en een tweede wikkeling volgens een tweelaags-wikkeling, een rotor, welke in wezen bestaat uit een magnetisch anisotroop materiaal voor het verschaffen van uitstekende polen en welke rotor roteerbaar in de stator is ondergebracht, een eerste regelinrichting, welke dient als een voedingsbron voor de eerste wikkeling en welke de rotatiefrequentie van de motor regelt, en een tweede regelinrichting, welke als een voedingsbron voor de tweede wikkeling dient en de uitgangswaarde of koppelwaarde van de motor regelt.In addition, the invention further provides a synchronous motor comprising a stator, which is wound with a first winding and a second winding according to a two-layer winding, a rotor consisting essentially of a magnetic anisotropic material to provide protruding poles and which rotor is rotatably mounted in the stator, a first control device serving as a power supply for the first winding and controlling the rotational frequency of the motor, and a second control device serving as a power source for the second winding and the output value or torque value of the motor.

Voorts voorziet de uitvinding in een synchrone motor voorzien van een stator, welke is bewikkeld met een eerste wikkeling en een tweede wikkeling volgens een dubbellaags-wikkeling, een rotor, welke is voorzien van een permanent magneetonderdeel voor het opwekken van een magnetische veldflux en welke rotor roteerbaar in een stator is ondergebracht, een eerste regelinrichting, welke als een voedingsbron voor de eerste wikkeling dient en de rotatiefrequentie van de motor re- geit, en een tweede regelinrichting, welke als een voedingsbron voor de tweede wikkeling dient en de uitgangswaarde of de koppelwaarde van de motor regelt.The invention furthermore provides a synchronous motor provided with a stator, which is wound with a first winding and a second winding according to a double-layer winding, a rotor, which is provided with a permanent magnet part for generating a magnetic field flux and which rotor rotatably housed in a stator, a first control device, which serves as a power supply for the first winding and the motor's rotary frequency is controlled, and a second control device, which serves as a power source for the second winding and the output value or the torque value of the motor.

Verder voorziet de uitvinding in een synchrone motor welke is voorzien van een stator, die is bewikkeld met een eerste wikkeling en een tweede wikkeling volgens een dubbellaags-wikkeling, een rotor, waarop tenminste één spoel is gewikkeld, waaraan een stroom kan worden toegevoerd en welke rotor roteerbaar in de stator is ondergebracht, een eerste regelinrichting, die als een voedingsbron voor de eerste wikkeling dient en de rotatiefrequentie van de motor regelt, en een tweede regelinrichting, die als een voedingsbron voor de tweede wikkeling dient en de uitgangswaarde of de koppelwaarde van de motor regelt.The invention further provides a synchronous motor which is provided with a stator, which is wound with a first winding and a second winding according to a double-layer winding, a rotor, on which at least one coil is wound, to which a current can be supplied and which rotor is rotatably housed in the stator, a first control device, which serves as a power supply for the first winding and controls the rotational frequency of the motor, and a second control device, which serves as a power source for the second winding and the output or torque value of the motor controls.

Verder voorziet de uitvinding in een synchrone motor welke is voorzien van een stator, welke is bewikkeld met een eerste wikkeling en een tweede wikkeling volgens een dubbellaags-wikkeling, een rotor, vervaardigd uit een magnetisch anisotroop materiaal, welke rotor roteerbaar in de stator is ondergebracht, een eerste regelinrichting, welke als een voedingsbron voor de eerste wikkeling dient en de rotatie-frequentie van de motor regelt, en een tweede regelinrichting, die als een voedingsbron voor de tweede wikkeling dient en de uitgangswaarde of koppelwaarde van de motor regelt.The invention further provides a synchronous motor which is provided with a stator, which is wound with a first winding and a second winding according to a double-layer winding, a rotor made of a magnetic anisotropic material, which rotor is rotatably housed in the stator , a first control device, which serves as a power supply for the first winding and controls the rotation frequency of the motor, and a second control device, which serves as a power supply for the second winding and controls the output value or torque value of the motor.

Bij de bovenbeschreven synchrone motor wordt de rotatiefrequentie van de motor geregeld door de rotatiefrequentie en de positie van de rotor door de eerste regelinrichting te detecteren teneinde de aan de eerste wikkeling toegevoerde stroom te regelen. De uitgangswaarde of de koppelwaarde wordt geregeld door de stroom, die aan de tweede wikkeling wordt toegevoerd zodanig te regelen, dat het roterende magnetische veld wordt gewijzigd teneinde de magnetische kracht te vergroten of te verkleinen.In the above-described synchronous motor, the rotational frequency of the motor is controlled by detecting the rotational frequency and the position of the rotor by the first controller to control the current supplied to the first winding. The output value or the torque value is controlled by controlling the current supplied to the second winding so that the rotating magnetic field is changed to increase or decrease the magnetic force.

Vanuit een tweede oogpunt voorziet de uitvinding in een synchrone machine voorzien van een anker met een kern, waarop een veld-wikkeling is gewikkeld voor het opwekken van een magnetische veldflux en voorzien van een ankerwikkeling, die in hoofdzaak over een hoek van 90° in eleetrische fase ten opzichte van de veldwikkeling voorijlt, en een rotor, die roteerbaar in het anker is ondergebracht en door de magnetische veldflux in een voorafbepaalde richting wordt gemagnetiseerd.From a second point of view, the invention provides a synchronous machine having an armature with a core, on which a field winding is wound to generate a magnetic field flux, and having an armature winding, which is substantially 90 ° in electrical phase ahead of the field winding, and a rotor rotatably mounted in the armature and magnetized by the magnetic field flux in a predetermined direction.

Verder voorziet de uitvinding in een synchrone machine, welke is voorzien van een anker met een kern, waarop een veldwikkeling is gewikkeld en een ankerwikkeling, waarbij de veldwikkeling is voorzien van drie paren driefase-wikkelingen, die achtereenvolgens over een fasehoek van 120° zijn verschoven en een magnetische veldflux opwekken, waarbij de ankerwikkelingen zijn voorzien van drie paren van driefase-wikkelingen, die achtereenvolgens over een fasehoek van 120® zijn verschoven en in hoofdzaak over een hoek van 90° ten opzichte van de veldwikkeling voorijlen, en een rotor, welke roteerbaar in het anker is ondergebracht en door de magnetische veldflux in een voorafbepaalde richting wordt gemagnetiseerd.The invention further provides a synchronous machine comprising an armature with a core on which a field winding is wound and an armature winding, the field winding comprising three pairs of three-phase windings which have been successively shifted by a phase angle of 120 ° and generating a magnetic field flux, the armature windings comprising three pairs of three-phase windings, which are successively shifted by a phase angle of 120® and predominantly 90 ° from the field winding, and a rotor, which rotatably housed in the armature and magnetized by the magnetic field flux in a predetermined direction.

Wat betreft de bovengenoemde synchrone machine wordt de rotor in een voorafbepaalde richting door de veldstroom van de veldwikkeling gemagnetiseerd, wordt een roterend koppel opgewekt door de magnetische veldflux, die door de veldstroom wordt opgewekt en wordt de anker-stroom aan de ankerwikkeling toegevoerd opdat elke fasehoek tussen de rotor, de ankerstroom en de veldstroom zodanig wordt geregeld, dat deze steeds een voorafbepaalde hoek ten opzichte van elkaar vertonen zelfs indien de rotor zich op een willekeurige plaats bevindt. Bovendien wordt indien de rotor door een kracht van buitenaf wordt geroteerd, een spanning geïnduceerd, zodat de synchrone machine als een synchrone machine met roterend veld van het magnetische pooltype dient.Regarding the above synchronous machine, the rotor is magnetized in a predetermined direction by the field current of the field winding, a rotating torque is generated by the magnetic field flux generated by the field current, and the armature current is supplied to the armature winding so that each phase angle between the rotor, the armature current and the field current is regulated such that they always have a predetermined angle with respect to each other, even if the rotor is located at any desired location. In addition, if the rotor is rotated by an external force, a voltage is induced so that the synchronous machine serves as a magnetic field magnetic pole type rotary field synchronous machine.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig. IA een afbeelding van de relatie tussen een eind-frees met grote diameter en een werkstuk; fig. 1B een afbeelding van de relatie tussen een eind-frees met kleine diameter en een werkstuk; fig. 2 een afbeelding van de relatie tussen een snij-proces en de straal van de roterende machine; fig. 3 een blokschema, dat de regelinrichting toont, waarbij overeenkomstig een eerste uitvoeringsvorm volgens de uitvinding een synchrone reductantiemotor wordt gebruikt; fig. 4 een afbeelding van de relatie tussen de magnetische poolrichting en het roterende magnetische veld van de rotor ten aanzien van de eerste uitvoeringsvorm? fig. 5 een afbeelding van de relatie tussen de roterende magnetische velde, opgewekt door de A-wikkeling en de B-wikkeling en het samengestelde magnetische veld voor de eerste uitvoeringsvorm? fig. 6 een afbeelding van een voorbeeld van een anker-kern voorzien van tweelaagswikkelingen voor de eerste uitvoeringsvorm; fig. 7 een afbeelding van de faserelatie tussen de stroom van de A-wikkeling en de B-wikkeling wanneer het faseverschil tussen de A-wikkeling en de B-wikkeling 90° is bij de in fig. 3 af geheelde synchrone reductantiemotor; fig. 8 een afbeelding is van de faserelatie tussen de stromen van de A-wikkeling en de B-wikkeling in het geval van een drie-fasestroom bij de synchrone reductantiemotor volgens fig. 3; fig. 9 een afbeelding is van een voorbeeld van een ankerkern, welke is geïsoleerd door een materiaal, dat een sterke magnetische reductantie vertoont teneinde de interferentie tussen de A-wikkeling en de B-wikkeling voor de eerste uitvoeringsvorm te reduceren; fig. 10 een afbeelding is van een voorbeeld van een synchrone motor, waarbij gebruik wordt gemaakt van permanente magneten met twee polen volgens de uitvinding; fig. 11 een afbeelding is van een voorbeeld van een synchrone motor volgens fig. 10 met vier polen; fig. 12 een afbeelding is van de opbouw van het anker van de driefase-synchroonmotor overeenkomstig de tweede uitvoeringsvorm volgens de uitvinding; fig. 13 een afbeelding is van het faseverschil tussen de stromen, die aan de veldwikkeling en de ankerwikkeling worden toegevoerd bij de driefase-synchroonmotor volgens fig. 12; fig. 14 een afbeelding is van de magnetische dichtheid, welke optreedt door de velds troom bij de tweede uitvoeringsvorm; fig. 15 een afbeelding is van een voorbeeld van een rotor bestaande uit een magnetisch lichaam van magnetisch anisotroop materiaal voor de tweede uitvoeringsvorm; fig. 16 een afbeelding is van een voorbeeld van een rotor met uitspringende polen bij de tweede uitvoeringsvorm; fig. 17 een afbeelding is van een voorbeeld van een rotor van het segmenttype bij de tweede uitvoeringsvorm; fig. 18 een afbeelding is van een voorbeeld van een rotor van een hybride-type bij de tweede uitvoeringsvorm; fig. 19 een afbeelding is van een voorbeeld van een rotor met uitspringende polen in het geval van vier polen voor de tweede uitvoeringsvorm; fig. 20 een blokschema is, dat de regelinrichting toont om de rotatiesnelheid van de synchrone motor overeenkomstig de tweede uitvoeringsvorm te regelen; fig. 21 een blokschema is, dat de regelaar toont om de plaats vein de synchrone motor overeenkomstig de tweede uitvoeringsvorm te regelen; fig. 22 een blokschema is, dat de regelaar toont om de verliezen van de synchrone motor overeenkomstig de tweede uitvoeringsvorm zodanig te regelen, dat deze minimaal zijn; fig. 23 een afbeelding is van een voorbeeld van de fase-naijling van de synchrone motor, verkregen door een reactor bij de tweede uitvoeringsvorm; fig. 24 een afbeelding is van een voorbeeld van een synchrone motor, welke verder is voorzien van permanente magneten voor de rotor bij de tweede uitvoeringsvorm; fig. 25A een langsdoorsnede is van een voorbeeld van een synchrone motor waarvan het anker in twee delen is gesplitst teneinde de montage te vereenvoudigen en wel voor de tweede uitvoeringsvorm; fig. 25B een dwarsdoorsnede is van de in fig. 25A afge-beelde synchrone motor; fig. 26 een afbeelding is van een voorbeeld, uitgevoerd als êên lichaam met de rotoras van de motor en een hoofdspil van een ma-chinewerktuig ten aanzien van de tweede uitvoeringsvorm? fig. 27 een afbeelding is van een voorbeeld, waarbij de veldwikkeling en de ankerwikkeling respectievelijk een bepaalde structuur hebben en naast elkaar zijn opgesteld bij de tweede uitvoeringsvorm; fig. 28A een afbeelding is van een opstellingsrela-tie tussen de veldwikkeling en de magneetwikkeling voor fig. 27; fig. 28B een afbeelding is van een opstellingsrelatie tussen de veldwikkeling en de magneetwikkeling ten aanzien van fig. 27; fig. 29 een afbeelding is van de opbouw van een uitvoe ringsvorm volgens de uitvinding als lineaire motor; fig. 30 een afbeelding is ter toelichting van het principe bij voorbeelden van de synchrone generator volgens de uitvinding; en fig. 31 een blokschema is, dat een voorbeeld toont van een regelinrichting om de uitgangsstroom voor de synchrone generator volgens fig. 30 constant te houden.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1A shows the relationship between a large diameter end mill and a workpiece; Fig. 1B depicts the relationship between a small diameter end mill and a workpiece; Fig. 2 shows the relationship between a cutting process and the radius of the rotary machine; FIG. 3 is a block diagram showing the control device using a synchronous gear motor according to a first embodiment of the invention; Fig. 4 shows the relationship between the magnetic pole direction and the rotating magnetic field of the rotor with respect to the first embodiment? FIG. 5 shows the relationship between the rotating magnetic field generated by the A winding and the B winding and the composite magnetic field for the first embodiment? Fig. 6 shows an example of an anchor core provided with two-layer windings for the first embodiment; FIG. 7 depicts the phase relationship between the current of the A-winding and the B-winding when the phase difference between the A-winding and the B-winding is 90 ° in the synchronous gear motor shown in FIG. 3; FIG. 8 depicts the phase relationship between the A-winding and B-winding currents in the case of a three-phase current in the synchronous gear motor of FIG. 3; Fig. 9 depicts an example of an anchor core insulated by a material exhibiting a strong magnetic reductance to reduce the interference between the A winding and the B winding for the first embodiment; Figure 10 illustrates an example of a synchronous motor using two-pole permanent magnets according to the invention; FIG. 11 depicts an example of a four-pole synchronous motor according to FIG. 10; Fig. 12 shows the structure of the armature of the three-phase synchronous motor according to the second embodiment of the invention; FIG. 13 depicts the phase difference between the currents applied to the field winding and the armature winding in the three-phase synchronous motor of FIG. 12; FIG. 14 depicts the magnetic density generated by the field current in the second embodiment; Fig. 15 is a view of an example of a rotor consisting of a magnetic body of magnetic anisotropic material for the second embodiment; FIG. 16 is a view of an example of a protruding pole rotor in the second embodiment; Fig. 17 depicts an example of a segment type rotor in the second embodiment; Fig. 18 depicts an example of a hybrid-type rotor in the second embodiment; FIG. 19 depicts an example of a rotor with protruding poles in the case of four poles for the second embodiment; Fig. 20 is a block diagram showing the control device for controlling the rotation speed of the synchronous motor according to the second embodiment; FIG. 21 is a block diagram showing the controller for controlling the location of the synchronous motor according to the second embodiment; FIG. 22 is a block diagram showing the controller for controlling the losses of the synchronous motor according to the second embodiment to be minimal; FIG. 23 depicts an example of the phase lag of the synchronous motor obtained by a reactor in the second embodiment; FIG. 24 depicts an example of a synchronous motor further including permanent magnets for the rotor in the second embodiment; Fig. 25A is a longitudinal sectional view of an example of a synchronous motor whose armature has been split into two parts for ease of assembly for the second embodiment; Fig. 25B is a cross-sectional view of the synchronous motor shown in Fig. 25A; FIG. 26 depicts an example constructed as a body with the rotor shaft of the motor and a main spindle of a machine tool with respect to the second embodiment. Fig. 27 is an illustration of an example, wherein the field winding and the armature winding respectively have a certain structure and are arranged side by side in the second embodiment; FIG. 28A depicts an arrangement relationship between the field winding and the magnet winding for FIG. 27; Fig. 28B depicts an arrangement relationship between the field winding and the magnet winding with respect to Fig. 27; Fig. 29 shows the construction of an embodiment according to the invention as a linear motor; Fig. 30 is a view for explaining the principle of examples of the synchronous generator according to the invention; and FIG. 31 is a block diagram showing an example of a control device for keeping the output current for the synchronous generator of FIG. 30 constant.

Onder verwijzing naar de bijgaande tekeningen zal hierna een synchrone motor overeenkomstig een eerste uitvoeringsvorm volgens de uitvinding worden beschreven.With reference to the accompanying drawings, a synchronous motor according to a first embodiment according to the invention will be described below.

Verwijzende naar fig. 3 omvat de synchrone motor een synchrone reactiemotor 101 en een regelketen om de synchrone reactie-motor 101 te regelen. De synchrone reactiemotor 101 omvat een stator en een rotor. De regelketen zal later worden beschreven.Referring to Fig. 3, the synchronous motor includes a synchronous reaction motor 101 and a control circuit for controlling the synchronous reaction motor 101. The synchronous reaction motor 101 includes a stator and a rotor. The control chain will be described later.

Ons richtende op fig. 4 2al thans de synchrone reactie-motor 101 worden beschreven. Wanneer aan de statorwikkeling een driefase-stroom wordt toegevoerd teneinde een roterend magnetisch veld op te wekken, wordt de rotor in een poolasrichting P geëxciteerd, waarin de magnetische reductantie het geringst is. Dit is het geval omdat de magnetische reductantie bij verschillende hoeken van de rotor verandert. De poolasrichting P komt overeen met de richting waarin de rotor zich uitstrekt. Als gevolg daarvan wordt de rotor door het roterende magnetische veld geroteerd en wordt de poolas verkregen door magnetisatie.Turning now to FIG. 42, the synchronous reaction motor 101 will now be described. When a three-phase current is applied to the stator winding to generate a rotating magnetic field, the rotor is excited in a polar axis direction P, in which the magnetic reductance is the least. This is because the magnetic reductance changes at different angles of the rotor. The polar axis direction P corresponds to the direction in which the rotor extends. As a result, the rotor is rotated by the rotating magnetic field and the polar axis is obtained by magnetization.

Verder kan, ofschoon de in fig. 4 afgebeelde rotor de vorm heeft van een rotor met uitspringende polen in dwarsdoorsnede teneinde de rotor in de voorafbepaalde richting (de poolasrichting) te magnetiseren, de rotor een cirkelvorm hebben in het geval dat deze uit een magnetisch lichaam van magnetisch anisotroop materiaal bestaat, kan de rotor zijn voorzien van een aantal spleten, die zich in de poolasrichting uitstrekken, kan de rotor van een hybride-type zijn, en kan de rotor zijn voorzien van twee poolassen, als aangegeven in de fig. 15 -19.Furthermore, although the rotor shown in Fig. 4 is in the form of a rotor with protruding poles in cross section in order to magnetize the rotor in the predetermined direction (the polar axis direction), the rotor may have a circular shape if it is made of a magnetic body of magnetic anisotropic material, the rotor may have a number of slits extending in the polar axis direction, the rotor may be of a hybrid type, and the rotor may have two polar axes, as shown in FIG. 15 -19.

Ons richtende op fig. 6 omvat de stator van de synchrone motor 101 verder tweelaagswikkelingen namelijk een A-wikkeling (U-V-W) en een B-wikkeling (u-v-w). Het roterende magnetische veld wordt geregeld door een samengestelde vector van deze wikkelingen te regelen. Een regelblokschema voor het regelen van het roterende magnetische veld zal hierna worden beschreven.Turning to Fig. 6, the stator of the synchronous motor 101 further comprises two-layer windings, namely an A winding (U-V-W) and a B winding (u-v-w). The rotating magnetic field is controlled by controlling a composite vector of these windings. A control block scheme for controlling the rotating magnetic field will be described below.

Terugkerende tot fig. 3 zal de omschrijving thans zijn gericht op de regelketen. De regelketen omvat een eerste regelinrichting en een tweede regelinrichting. De eerste regelinrichting dient voor het toevoeren van een A-wikkelingsstroom IA aan de A-wikkeling. De eerste regelinrichting omvat een rotatiefrequentie-commando-inrichting 151, een rotatiefrequentiedetector 103 voor het detecteren van de rotatie-frequentie N van de motor 101, een positiedetector 105 voor het detecteren van de rotorpositie teneinde een rotorpositiesignaal R op te wekken,Returning to Figure 3, the description will now focus on the control chain. The control circuit includes a first control device and a second control device. The first control device serves to supply an A winding current IA to the A winding. The first control device includes a rotational frequency command device 151, a rotational frequency detector 103 for detecting the rotational frequency N of the motor 101, a position detector 105 for detecting the rotor position to generate a rotor position signal R,

XX

een eerste aftrekinrichting 107 om de rotatiefrequentie N van de rota-tiefrequentiecommando-inrichting te vergelijken met de rotatiefrequentie N van de motor teneinde een verschil el te bepalen, een eerste stroom-bepalingsketen 109 om een stroomcommando ml van de A-wikkeling overeenkomstig het verschil el te bepalen, een eerste invertor 113 om een eerste voorafbepaalde stroom namelijk een A-wikkelingsstroom IA aan de A-wikkeling toe te voeren en een eerste regeleenheid 111, welke een eerste regelsignaal ml bijvoorbeeld een impulsbreedte gemoduleerd regelsignaal voor het regelen van de eerste invertor 113 overeenkomstig het stroomcommando ml, het rotorpositiesignaal R en een eerste gedetecteerde stroom II, welke later zal worden beschreven, te bepalen.a first subtractor 107 for comparing the rotational frequency N of the rotational frequency command device with the rotational frequency N of the motor to determine a difference el, a first current determining circuit 109 for a current command ml of the A winding according to the difference el a first inverter 113 for supplying a first predetermined current, namely an A winding current IA to the A winding, and a first control unit 111, which includes a first control signal ml, for example, a pulse width modulated control signal for controlling the first inverter 113 according to the flow command ml, determine the rotor position signal R and a first detected flow II, which will be described later.

De eerste stroomdetector 123 detecteert de eerste voorafbepaalde stroom voor het opwekken van de eerste gedetecteerde stroom II, welke een eerste stroomwaarde voorstelt. Wanneer het verschil el positief is, met andere woorden wanneer de rotatiefrequentie N aanzienlijk χ kleiner is dan de voorafbepaalde rotatiefrequentie N , bepaalt de eerste stroombepalingsketen 109 het stroomcommandosignaal ml zodanig, dat de A-wikkelingsstroom IA wordt vergroot. In het tegengestelde geval bepaalt de eerste stroombepalingsketen 109 het stroomcommandosignaal ml zodanig, dat de stroom IA wordt verkleind.The first current detector 123 detects the first predetermined current to generate the first detected current II, which represents a first current value. When the difference e1 is positive, in other words, when the rotational frequency N is significantly χ less than the predetermined rotational frequency N, the first current determining circuit 109 determines the current command signal ml such that the A winding current IA is increased. In the opposite case, the first current determination circuit 109 determines the current command signal ml such that the current IA is reduced.

De eerste regeleenheid 111 levert een regelstroomwaar-de, welke overeenkomt met het rotorpositiesignaal R overeenkomstig het stroomcommandosignaal ml. Verder vergelijkt de eerste regeleenheid 111 de regelstroomwaarde met de eerste stroomwaarde teneinde het eerste regelsignaal Ml op te wekken om het verschil daartussen te bepalen. De eerste regeleenheid 111 levert een eerste regelsignaal Ml bijvoorbeeld een in pulsbreedte gemoduleerd regelsignaal om de eerste invertor 113 te regelen. In het geval, dat aan de synchrone motor een driefasestroom wordt toegevoerd, levert de eerste regeleenheid drie in pulsbreedte gemoduleerde regelsignalen, welke ten opzichte van elkaar faseverschillen van 120° vertonen.The first control unit 111 supplies a control current value corresponding to the rotor position signal R in accordance with the flow command signal ml. Furthermore, the first control unit 111 compares the control current value with the first current value in order to generate the first control signal M1 to determine the difference between them. The first control unit 111 supplies a first control signal M1, for example, a pulse width modulated control signal to control the first inverter 113. In the event that a three-phase current is supplied to the synchronous motor, the first control unit supplies three pulse-width modulated control signals which exhibit phase differences of 120 ° relative to each other.

De rotatiefrequentie van de motor en de rotorpositie worden gedetecteerd onder gebruik van een roteerbare codeerinrichting of een splitsingsinrichting, en wel op een wijze, die op zichzelf bekend is.The rotation frequency of the motor and the rotor position are detected using a rotatable encoder or a splitter, in a manner known per se.

De beschrijving zal worden gericht op de tweede regel-inrichting, welke dient voor het leveren van een B-wikkelingsstroom IB van de B-wikkeling. De tweede regelinrichting omvat een uitgangscommando-inrichting 153 voor het besturen van de uitgangswaarde voor de motor, een rekenkundige uitgangsketen 121 voor het berekenen van de uitgangswaarde voor de motor overeenkomstig data uit de rotatiefrequentiedetec-tor 103, de positiedetector 105, de eerste stroomdeteetor 123 en de tweede stroomdetector 125, een tweede aftrekinrichting 127 voor het vergelij-ken van de uitgangswaarde P , bestuurd door de uitgangscommando-inrieh-ting met dé uitgangswaarde, berekend door de rekenkundige uitgangsketen 121 teneinde een verschil e2 te bepalen, een tweede stroombepalingsketen 129 voor het opwekken van een stroomeommandosignaal m2, dat dient voor het bepalen van de stroom, welke aan de B-wikkeling wordt toegevoerd overeenkomstig het verschil e2, een tweede invertor 133 voor het toevoeren van een tweede voorafbepaalde stroom namelijk de B-wikkelingsstroom aan de B-wikkeling, en een tweede regeleenheid 131, welke een tweede regelsignaal M2 bijvoorbeeld een in pulsbreedte gemoduleerd regelsig-naal levert om de tweede invertor 133 overeenkomstig het stroomcommando-signaal m2, het rotor-positiesignaal R en een tweede gedetecteerde stroom 12, welke later zal worden beschreven, te regelen.The description will be directed to the second control device, which serves to supply a B winding current IB of the B winding. The second controller comprises an output command device 153 for controlling the motor output value, an arithmetic output circuit 121 for calculating the motor output value according to data from the rotation frequency detector 103, the position detector 105, the first current detector 123, and the second current detector 125, a second subtractor 127 for comparing the output value P, controlled by the output command device with the output value calculated by the arithmetic output circuit 121 to determine a difference e2, a second current determination circuit 129 for the generating a current command signal m2, which serves to determine the current applied to the B winding according to the difference e2, a second inverter 133 for supplying a second predetermined current, namely, the B winding current to the B winding , and a second control unit 131, which includes a second control signal M2 image provides a pulse width modulated control signal to control the second inverter 133 according to the current command signal m2, the rotor position signal R and a second detected current 12, which will be described later.

De tweede stroomdetector 125 detecteert de tweede voorafbepaalde stroom voor het opwekken van de tweede gedetecteerde stroom 12. Wanneer het verschil e2 positief is, met andere woorden wanneer de uitgangswaarde, berekend door de rekenkundige uitgangsketen 121 kleiner is dan de voorafbepaalde uitgangswaarde P , levert de tweede stroombepalingsketen 129 het stroomcommandosignaal m2 om de stroom, toegevoerd aan de B-wikkeling te vergroten zodat de magnetische kracht van het samengestelde magnetische veld toeneemt. D.w.z., dat als aangegeven in fig. 4 indien een richting van een gemagnetiseerde magneetpool van de rotor wordt aangegeven door P en de samengestelde richting van het roterende magneetveld, dat door de A-wikkeling IA en de B-wikkelingstroom IB wordt opgewekt, wordt aangegeven door HO, de B-wikkelingstroom IB toeneemt, zodat de belastingshoek δ toeneemt.The second current detector 125 detects the second predetermined current to generate the second detected current 12. When the difference e2 is positive, in other words when the output value calculated by the arithmetic output circuit 121 is less than the predetermined output value P, the second current determining circuit 129 the current command signal m2 to increase the current supplied to the B winding so that the magnetic force of the composite magnetic field increases. That is, as shown in Fig. 4, if a direction of a magnetized magnet pole of the rotor is indicated by P and the composite direction of the rotating magnetic field generated by the A winding IA and the B winding current IB is indicated by HO, the B winding current IB increases, so that the load angle δ increases.

Dit is een gevolg van het feit, dat het rotatiekoppel toeneemt door een verandering van de richting van de wisselstroom, welke het roterende magneetveld opwekt, naar een rechte hoek ten opzichte van de richting van de magnetische veldvector door een magneetpool te bewegen. Derhalve neemt, als aangegeven in fig. 5, het magnetische veld HB, opgewekt door de B-wikkelingstroom IB in een positieve richting toe ten opzichte van de richting van het roterende magneetveld HA, dat door de A-wikkelingstroom IA wordt opgewekt. Het samengestelde magnetische veld HO beweegt zodanig, dat de fase voorijlt. Indien het verschil e2 negatief is, wordt de B-wikkelingstroom IB vergroot, zodat het magnetische veld HB in negatieve richting toeneemt.This is due to the fact that the rotational torque increases by moving a change of the direction of the alternating current generating the rotating magnetic field to a right angle to the direction of the magnetic field vector through a magnetic pole. Therefore, as shown in FIG. 5, the magnetic field HB generated by the B winding current IB increases in a positive direction relative to the direction of the rotating magnetic field HA generated by the A winding current IA. The composite magnetic field HO moves to advance the phase. If the difference e2 is negative, the B winding current IB is increased so that the magnetic field HB increases in the negative direction.

De tweede regeleenheid 131 wekt een regelstroomwaarde op, welke overeenkomt met het rotorpositiesignaal R overeenkomstig het stroomcommandosignaal m2. Bovendien vergelijkt de tweede regeleenheid 131 de regelstroomwaarde met een tweede stroomwaarde van de tweede stroomdetector 125 teneinde een tweede regelsignaal m2 voor de tweede invertor 133 overeenkomstig het verschil daartussen te verschaffen. Het tweede regelsignaal M2 dient om de B-wikkelingstroom IB zodanig te regelen, dat een voorijlings- of naijlingshoek van de B-wikkelingstroom IB, toegevoerd aan de tweede invertor, ten opzichte van de A-wikkelingstroom IA, toegevoerd aan de eerste invertor, gelijk wordt aan 90°. In het geval, dat aan de synchroonmotor een driefasestroom wordt toegevoerd, wekt de tweede regeleenheid 3 in pulsbreedte gemoduleerde regelsignalen op, die ten opzichte van elkaar een faseverschilhoek van 120° bezitten.The second control unit 131 generates a control current value corresponding to the rotor position signal R according to the flow command signal m2. In addition, the second control unit 131 compares the control current value with a second current value of the second current detector 125 to provide a second control signal m2 for the second inverter 133 according to the difference between them. The second control signal M2 serves to control the B winding current IB such that a leading or lagging angle of the B winding current IB supplied to the second inverter relative to the A winding current IA supplied to the first inverter is equal at 90 °. In the case that a three-phase current is supplied to the synchronous motor, the second control unit 3 generates pulse-width modulated control signals which have a phase difference angle of 120 ° relative to each other.

3S X3S X

De rotatiefrequentie N en de uitgangswaarde P , verschaft door de rotatiefrequentiecoiranando-inrichting 151 respectievelijk een uitgangscommando-inrichting 153, behoeven niet constant te zijn en kunnen naar de tijd en omstandigheden veranderen. Zo kan bijvoorbeeld de start of dergelijke van de motor met een geprogrammeerde regelinrich-ting of een logische regelinrichting worden bestuurd.The rotational frequency N and the output value P, provided by the rotational frequency ciranand device 151 and an output command device 153, respectively, need not be constant and may change over time and conditions. For example, the start or the like of the engine can be controlled with a programmed control device or a logic control device.

Wanneer wij ons thans richten op fig. 6, bezit de anker- kern vier polen en 24 gleuven en twee wikkelingen in een dubbellaagswikke-ling namelijk de A-wikkeling en de B-wikkeling, waaraan een driefase-wisselstroom wordt toegevoerd. In fig. 6 is met de verwijzing 201 de ankerkern en met 203 de rotor aangegeven. De verwijzingen 205 en 207 hebben betrekking op de dubbellaagswikkeling. In dit geval bestaat de A-wikkeling uit een combinatie van spoelen ü, Vr W, U', V' enW'. De B-wikkeling bestaat uit een combinatie van spoelen u, v, w, u', v' en w'. De wikkelingen zijn op een bekende wijze gewikkeld. Om een interferentie tussen de A-wikkeling en de B-wikkeling te reduceren, kan het anker tussen de A-wikkeling en de B-wikkeling zijn voorzien van een isolatie, vervaardigd uit een materiaal 211, dat een sterke magnetische reduc-tantie vertoont.Turning now to FIG. 6, the armature core has four poles and 24 slots and two windings in a double layer winding, namely the A winding and the B winding, to which a three phase alternating current is supplied. In Fig. 6, reference 201 indicates the anchor core and reference 203 indicates the rotor. References 205 and 207 relate to the bilayer winding. In this case, the A winding consists of a combination of coils ü, Vr W, U ', V' and W '. The B winding consists of a combination of coils u, v, w, u ', v' and w '. The windings are wound in a known manner. To reduce interference between the A winding and the B winding, the armature between the A winding and the B winding may be provided with an insulation made of a material 211 which exhibits a strong magnetic reduction.

Pig. 7 toont de faserelatie tussen de stromen, welke aan \ de spoelen ü en u worden toegevoerd, in het geval, dat de stroom van de A-wikkeling en de stroom van de B-wikkeling een faseverschilhoek van 90° vertonen.Pig. 7 shows the phase relationship between the currents applied to the coils en and u in the case where the current of the A winding and the current of the B winding have a phase difference angle of 90 °.

Fig. 8 toont de faserelatie tussen de stromen, die door elke wikkeling vloeien, waaraan een driefasewisselstroom wordt toegevoerd. De rotatiefrequentie van de motor en de poolrichting van de rotor kunnen op een bekende wijze worden gedetecteerd door middel van een roteerbare codeerinrichting of splitsingsinrichting.Fig. 8 shows the phase relationship between the currents flowing through each winding to which a three-phase alternating current is applied. The rotational frequency of the motor and the pole direction of the rotor can be detected in a known manner by means of a rotatable encoder or splitter.

Wanneer het roterende magnetische veld HA sterker is dan het roterende magnetische veld HB, bijvoorbeeld wanneer een stroomwaarde | IA| , welke door de A-wikkeling vloeit, enige malen zo groot is als de stroomwaarde J IB/ , dan wordt de richting van de magneetpool, die de rotor magnetiseert, bepaald door het roterende magnetische veld HA, dat bijna door de A-wikkelingsstroom IA wordt opgewekt, en kan de B-wikkelingstroom worden gebruikt als een stroom om het roterende magnetische veld HA in hoofdzaak te regelen.When the rotating magnetic field HA is stronger than the rotating magnetic field HB, for example, when a current value | IA | , which flows through the A winding, is several times as great as the current value J IB /, then the direction of the magnetic pole, which magnetizes the rotor, is determined by the rotating magnetic field HA, which is almost by the A winding current IA is generated, and the B winding current can be used as a current to substantially control the rotating magnetic field HA.

Ofschoon het faseverschil tussen de A-wikkelingstroom IA en de B-weikkelingstroom IB bij de bovenbeschreven synchroonmotor 90° bedraagt, kan dit verschil overeenkomen met een voorafbepaalde hoek α (0° < α <£ 90°). Het verdient de voorkeur, dat het faseverschilk 90° is om de interferentie, veroorzaakt door de anker enz. te regelen en te reduceren.Although the phase difference between the A winding current IA and the B winding current IB in the above-described synchronous motor is 90 °, this difference may correspond to a predetermined angle α (0 ° <α <£ 90 °). It is preferred that the phase difference be 90 ° to control and reduce the interference caused by the armature, etc.

Het uitgangssignaal kan worden berekend met de rotatie- frequentie van de motor, de rotorpositie en de stromen IA en IB, die in de wikkelingen vloeien, en wel op een bekende wijze, of het uitgangssignaal kan vooraf door proeven worden bepaald.The output signal can be calculated with the rotational frequency of the motor, the rotor position and the currents IA and IB flowing in the windings in a known manner, or the output signal can be determined in advance by tests.

Bij de bovenbeschreven synchroonmotor kan ofschoon daar een werkwijze voor het gelijktijdig regelen van de rotatiefrequentie en de uitgangswaarde is beschreven, de werkwijze ook worden gebruikt om tegelijkertijd de rotatiefrequentie en het uitgangskoppel te regelen.In the above-described synchronous motor, although a method of simultaneously controlling the rotational frequency and the output value has been described, the method can also be used to simultaneously control the rotational frequency and the output torque.

Onder verwijzing naar fig. 10 en 11, zal de bexchrijving worden gericht op gewijzigde uitvoeringsvormen van synchroonmotoren volgens de uitvinding. Elk van de synchroonmotoren bezit magneetpolen, welke uit permanente magneten bestaan. Fig. 10 toont het geval, waarbij het aantal magneetpolen twee is. Fig. 11 toont het geval, waarbij het aantal magneetpolen vier bedraagt.With reference to Figures 10 and 11, the description will be directed to modified embodiments of synchronous motors according to the invention. Each of the synchronous motors has magnetic poles, which consist of permanent magnets. Fig. 10 shows the case where the number of magnet poles is two. Fig. 11 shows the case where the number of magnetic poles is four.

In fig. 10 geeft de verwijzing 231 een rotor aan. De rotor bezit permanente magneten 233 en 235, die aan de buitenzijde van de rotor zijn bevestigd. Met de verwijzing 241 is het anker aangegeven. Het anker is bewikkeld met een A-wikkeling 243 en een B-wikkeling 245 volgens een dubbellaagswikkeling. Wanneer een stroom aan de A-wikkeling en de B-Wikkeling wordt toegevoerd, zoals in de figuur is aangegeven d.w.z. wanneer de B-wikkeling met 90° naijlt bij de A-wikkeling, wordt een roterend magnetisch veld door de A-wikkeling opgewekt in een richting, aangegeven door de getrokken lijn in de figuur, en wordt een roterend magnetisch veld door de B-wikkeling opgewekt in een richting, aangegeven door de stippellijn.In Fig. 10, reference 231 indicates a rotor. The rotor has permanent magnets 233 and 235 attached to the outside of the rotor. Reference 241 designates the anchor. The armature is wound with an A winding 243 and a B winding 245 in a double layer winding. When a current is supplied to the A winding and the B winding, as shown in the figure ie when the B winding lags by 90 ° at the A winding, a rotating magnetic field is generated by the A winding in one direction, indicated by the solid line in the figure, and a rotating magnetic field is generated by the B winding in a direction, indicated by the dotted line.

Van de rotor wordt de magnetische poolrichting in hoofdzaak bepaald door de permanente magneten. De rotatiefrequentie en de uitgangswaarde van de motor worden bepaald door het roterende magnetische veld, dat wordt opgewekt door de stromen, die aan de A-wikkeling en de B-wikkeling worden toegevoerd. Indien het faseverschil tussen de A-wikkelingstroom IA en de B-wikkelingstroom IB 90° bedraagt, kan de poolrichting gemakkelijk worden geregeld door de B-wikkelingstroom IB te regelen. Bovendien kan ook de belastingshoek gemakkelijk worden geregeld.The magnetic pole direction of the rotor is mainly determined by the permanent magnets. The rotation frequency and the output value of the motor are determined by the rotating magnetic field generated by the currents applied to the A winding and the B winding. If the phase difference between the A winding current IA and the B winding current IB is 90 °, the pole direction can be easily controlled by controlling the B winding current IB. In addition, the load angle can also be easily regulated.

De stroomwaarden [ IA,4 en \ IB/1 behoeven niet noodzakelijkerwijs van elkaar te verschillen en kunnen een enigszins overeenkomstige waarde hebben.The current values [1A, 4 and \ IB / 1 need not necessarily differ from each other and may have somewhat similar values.

Het is mogelijk de reactie van de synchrone motor met de permanente magneten te regelen op een wijze, zoals beschreven onder verwijzing naar fig. 3.It is possible to control the reaction of the synchronous motor with the permanent magnets in a manner as described with reference to Fig. 3.

In fig. 11 bedraagt het aantal magneetpolen vier. In dit geval kan de synchrone reactiemotor ook worden geregeld op de wijze, zoals boven is beschreven voor het geval van fig. 10.In Fig. 11, the number of magnetic poles is four. In this case, the synchronous reaction motor can also be controlled in the manner described above for the case of Fig. 10.

Ofschoon de beschrijving slechts is gericht op een synchrone motor van het rotatietype, is het mogelijk de uitvinding toe te passen op een synchrone motor van lineair type.Although the description is only directed to a rotary type synchronous motor, it is possible to apply the invention to a linear type synchronous motor.

Zoals boven is beschreven kunnen bij de eerste uitvoeringsvorm de rotatiefrequentie en de uitgangswaarde of de rotatiefrequen-tie en het uitgangskoppel gemakkelijk worden geregeld. Derhalve is deze uitvoeringsvorm van groot nut als de hoofdspilmotor bij machinewerktui-gen, waarbij de uitgangswaarde bij voorkeur constant is.As described above, in the first embodiment, the rotational frequency and the output value or the rotational frequency and the output torque can be easily controlled. Therefore, this embodiment is of great utility as the main spindle motor in machine tools, the output value preferably being constant.

Onder verwijzing naar de tekening zal hieronder een roterende synchroonmotor overeenkomstig een tweede uitvoeringsvorm volgens de uitvinding worden beschreven.With reference to the drawing, a rotary synchronous motor according to a second embodiment of the invention will be described below.

Onder verwijzing naar fig. 12 omvat een driefase-synchroonmotor 101 een ankerkern 13 met 24 gleuven 15. Een veldwikkeling 17 en een ankerwikkeling 19 zijn om de ankerkern 13 volgens een dubbel-laags-wikkeling in elk van de gleuven 15 gewikkeld. De ankerkern 13 neemt roteerbaar daarbinnen een rotor 21 op. De rotor 21 kan op een eenvoudige wijze in een voorafbepaalde richting worden gemagnetiseerd.Referring to FIG. 12, a three-phase synchronous motor 101 includes a 24-slot armature core 13. A field winding 17 and an armature winding 19 are wrapped around the armature core 13 in a double-layer winding in each of the slots 15. The anchor core 13 rotatably accommodates a rotor 21 within it. The rotor 21 can easily be magnetized in a predetermined direction.

De veldwikkeling 17 omvat eerste, tweede, derde, vierde, vijfde en zesde veldspoelen u, v, w, u', v' en w'. De ankerwikkeling 19 omvat eerste, tweede, derde, vierde, vijfde en zesde ankerspoelen U, V, W, U', V' en W'. De eerste, tweede en derde veldspoelen u, v, w zijn ten opzichte van elkaar onder een hoek van 120° opgesteld. De vierde, de vijfde en de zesde veldspoelen u', v' en w' zijn ten opzichte van elkaar onder een hoek van 120° opgesteld. De eerste, tweede en derde ankerspoelen U, V en W zijn ten opzichte van elkaar onder een hoek van 120° gelegen. De vierde, vijfde en zesde ankerspoelen ü', V' en W' maken met elkaar een hoek van 120°. De eerste, de tweede en de derde veldspoelen u, v en w zijn over een hoek van 90° verschoven ten opzichte van de eerste, tweede en derde ankerspoelen U, v respectievelijk W. De vierde, vijfde en zesde veldspoelen u', v' en w' zijn over een hoek van 90° verschoven ten opzichte van respectievelijk de vierde, vijfde en zesde ankerspoelen ü', V' en W'.The field winding 17 includes first, second, third, fourth, fifth and sixth field coils u, v, w, u ', v' and w '. The armature winding 19 includes first, second, third, fourth, fifth and sixth armature coils U, V, W, U ', V' and W '. The first, second and third field coils u, v, w are arranged at an angle of 120 ° relative to each other. The fourth, fifth and sixth field coils u ', v' and w 'are arranged at an angle of 120 ° relative to each other. The first, second and third armature coils U, V and W are at an angle of 120 ° relative to each other. The fourth, fifth and sixth anchor coils ü ', V' and W 'make an angle of 120 ° with each other. The first, second and third field coils u, v and w are offset by an angle of 90 ° relative to the first, second and third armature coils U, v, respectively. The fourth, fifth and sixth field coils u ', v' and w 'are offset by 90 ° from the fourth, fifth and sixth anchor coils ü', V 'and W', respectively.

Verwijzende naar fig. 13 in samenhang met fig. 12 is de beschrijving als volgt. Wanneer de veldwikkelingsstromen Iu, Iv en Iw aan de veldwikkeling 17 worden toegevoerd, wordt een samengesteld magnetisch veld N en S opgewekt. In dit geval is de magnetische fluxverde-ling een sinusvormige golf. Wanneer een maximale magnetische flux φια bedraagt waarbij het magnetische fluxmidden Θ gelijk is aan nul, wordt de magnetische flux voorgesteld door vergelijking (1) .Referring to Fig. 13 in conjunction with Fig. 12, the description is as follows. When the field winding currents Iu, Iv and Iw are applied to the field winding 17, a composite magnetic field N and S is generated. In this case, the magnetic flux distribution is a sinusoidal wave. When a maximum magnetic flux is φια where the magnetic flux center Θ is zero, the magnetic flux is represented by equation (1).

(1)(1)

In het geval, dat de rotor een as van gemakkelijke magnetisatie bezit, wordt wanneer de veldwikkelingsstromen zodanig worden geregeld, dat het magnetische fluxmidden van het magnetische veld consistent is met de as van gemakkelijke magnetisatie, de rotor in de vooraf-bepaalde richting gemagnetiseerd. In dit geval bezit het magnetische veld een magnetische fluxdichtheid, voorgesteld door vergelijking (2).In the case where the rotor has an axis of easy magnetization, when the field winding currents are controlled such that the magnetic flux center of the magnetic field is consistent with the axis of easy magnetization, the rotor is magnetized in the predetermined direction. In this case, the magnetic field has a magnetic flux density, represented by equation (2).

(2)(2)

Driefasestromen Iü, IV en IW worden aan de ankerwikke-ling toegevoegd. De driefasestromen Iü, IV en IW ijlen ten opzichte van de veldwikkelingsstromen Iu, Iv en Iw met de voorafbepaalde hoek α of bij voorkeur 90° in electrische fase voor.Three-phase currents Iü, IV and IW are added to the armature winding. The three-phase currents Iü, IV and IW are ahead of the field winding currents Iu, Iv and Iw with the predetermined angle α or preferably 90 ° in the electrical phase.

Dit leidt tot het ontstaan van het koppel T om de rotor overeenkomstig de wet van Fleming te roteren. Het koppel T zal hierna worden beschreven.This leads to the creation of the torque T to rotate the rotor in accordance with Fleming's law. The torque T will be described below.

In het geval, dat de fasen van de ankerstromen Iü, IV en IW zodanig worden geregeld, dat deze consistent zijn met de magneetpolen van de gemagnetiseerde roter zal het koppel T als volgt worden uitgedrukt. De magnetische flxdichtheden Bü, BV en BW bij elke spoel van de ankerspoelen ü, V en W worden voorgesteld door de vergelijking (3) .In the case where the phases of the armature currents Iü, IV and IW are controlled to be consistent with the magnet poles of the magnetized rotor, the torque T will be expressed as follows. The magnetic flx densities Bü, BV and BW at each coil of the armature coils ü, V and W are represented by the equation (3).

(3)(3)

Omdat de ankerstromen IU, IV, IW zodanig worden geregeld, dat deze consistent zijn met de posities van de magneetpolen, worden de ankerstromen Iü, IV. tw vnnr-o-est-iald door vergelijking (4) .Since the armature currents IU, IV, IW are controlled to be consistent with the positions of the magnet poles, the armature currents Iü, IV. tw un-o-est-iald by equation (4).

(4)(4)

Derhalve wordt het koppel T voorgesteld door vergelijking (5).Therefore, the torque T is represented by equation (5).

waarbij Bm de maximale magnetische fluxdichtheid voorstelt, lm de maximale waarde van de anker stroom voorstelt en Θ de fase-hoek tussen het midden van de magneetpool en de spoel U aangeeft. Bovendien wordt door de ankerstroom een magnetische fluxdichtheid 0 * verkregen. Omdat evenwel de rotor uit een magnetisch anisotroop materiaal bestaat en de magnetische reductantie in de richting van de magnetische flux sterk is, wordt de magnetische flux ó' niet beïnvloed.where Bm represents the maximum magnetic flux density, lm represents the maximum value of the armature current and Θ indicates the phase angle between the center of the magnetic pole and the coil U. In addition, a magnetic flux density 0 * is obtained by the armature current. However, because the rotor consists of a magnetic anisotropic material and the magnetic reductance in the direction of the magnetic flux is strong, the magnetic flux is unaffected.

De bovenstaande relatie is schematisch weergegeven in fig. 14.The above relationship is shown schematically in Fig. 14.

Verwijzende naar de fig. 15 - 18 zal de beschrijving worden gericht op een voorbeeld van een magnetische anisotrope rotor.Referring to Figures 15-18, the description will be directed to an example of an anisotropic magnetic rotor.

De rotor 31 wordt vervaardigd uit een magnetisch anisotroop materiaal en de doorsnede van de rotor is cirkelvormig. Het metaal voor het magnetische anisotrope lichaam wordt vervaardigd uit korrel-georiënteerd sili-ciumstaal, een korrel-georiënteerd nikkel-ijzerstaal of dergelijke. In fig. 15 kan het magnetische anisotrope lichaam gemakkelijk worden gemagnetiseerd in een eerste richting X doch lastig worden gemagnetiseerd in een tweede richting, welke loodrecht op de eerste richting X staat.The rotor 31 is made of a magnetically anisotropic material and the diameter of the rotor is circular. The metal for the magnetic anisotropic body is made from grain-oriented silicon steel, a grain-oriented nickel iron steel or the like. In Fig. 15, the magnetic anisotropic body can be easily magnetized in a first direction X but difficult to magnetize in a second direction, which is perpendicular to the first direction X.

Verwijzende naar fig. 16 zal de beschrijving worden gericht op een ander voorbeeld van de magnetische anisotrope rotor. De rotor 33 is van een type met uitspringende polen en is vervaardigd uit een isotroop magnetisch materiaal. De rotor 33 wordt gemakkelijk gemagnetiseerd in de eerste richting X doch lastig gemagnetiseerd in de tweede richting Y tengevolge van afsnijding.Referring to Fig. 16, the description will be directed to another example of the magnetic anisotropic rotor. The rotor 33 is of a protruding pole type and is made of an isotropic magnetic material. The rotor 33 is easily magnetized in the first direction X, but difficultly magnetized in the second direction Y due to cutting.

Ons thans richtende op fig. 17 zal de beschrijving worden gericht op een ander voorbeeld van een magnetische anisotrope rotor. De rotor 35 is van het segmenttype. De rotor 35 omvat een binnen- en buitensectie. De binnensectie bestaat uit een niet-magnetisch lichaam 37. De buitensectie bestaat uit een magnetisch lichaam 39. Het magnetische li chaam 39 is voorzien van luchtspleten 41 in de eerste richting X. De luchtspleten 41 kunnen uit niet-magnetische lichamen bestaan. De rotor 35 kan gemakkelijk worden gemagnetiseerd in de eerste richting X in verband met de kleine magnetische weerstand daarvan, doch is lastig te magnetiseren in de tweede richting Y.Turning now to FIG. 17, the description will be directed to another example of a magnetic anisotropic rotor. The rotor 35 is of the segment type. The rotor 35 includes an inner and outer section. The inner section consists of a non-magnetic body 37. The outer section consists of a magnetic body 39. The magnetic body 39 is provided with air gaps 41 in the first direction X. The air gaps 41 may consist of non-magnetic bodies. The rotor 35 can be easily magnetized in the first direction X because of its small magnetic resistance, but is difficult to magnetize in the second direction Y.

Naar fig. 18 verwijzende zal de beschrijving thans een ander voorbeeld van een magnetische anisotrope rotor betreffen. De rotor 43 is van het hybride-type. De rotor 43 bestaat uit een magnetisch lichaam 45. Het magnetische lichaam 45 is voorzien van luchtspleten 47 in de eerste richting X. De luchtspleten 47 kunnen ook bestaan uit een niet-magnetisch lichaam. Derhalve kan de rotor 43 gemakkelijk worden gemagnetiseerd in de eerste richting X doch lastig worden gemagnetiseerd in de tweede richting Y.Referring to Fig. 18, the description will now refer to another example of a magnetic anisotropic rotor. The rotor 43 is of the hybrid type. The rotor 43 consists of a magnetic body 45. The magnetic body 45 is provided with air gaps 47 in the first direction X. The air gaps 47 may also consist of a non-magnetic body. Therefore, the rotor 43 can be easily magnetized in the first direction X but difficult to be magnetized in the second direction Y.

Onder verwijzing naar fig. 19 zal de beschrijving worden gericht op een ander voorbeeld van een rotor, welke is voorzien van vier magneetpolen. De rotor 49 kan gemakkelijk worden gemagnetiseerd in de X-en X'-richtingen doch is lastig te magnetiseren in de Y- en Y'-richtingen.Referring to Fig. 19, the description will be directed to another example of a rotor having four magnetic poles. The rotor 49 can be easily magnetized in the X and X 'directions, but is difficult to magnetize in the Y and Y' directions.

Zoals boven beschreven bezit de rotor een magnetische anisotropie in de voorafbepaalde richting, welke loodrecht op de rotatie-asrichting staat. Het anker is bewikkeld met twee paren driefasewikkelin-gen. De stroomfasen van de twee wikkelingen zijn bij voorkeur over een hoek van 90° ten opzichte van elkaar verschoven. Derhalve leidt een magnetische veldflux, opgewekt door de veldwikkelingsstromen en de anker-wikke lings stromen tot een koppel overeenkomstig de regel van Fleming.As described above, the rotor has a magnetic anisotropy in the predetermined direction, which is perpendicular to the axis of rotation. The armature is wound with two pairs of three-phase windings. The current phases of the two windings are preferably offset by 90 ° from each other. Therefore, a magnetic field flux generated by the field winding currents and the armature winding currents leads to a torque according to Fleming's rule.

Als gevolg daarvan is het mogelijk een complete vectorregeling te verkrijgen, welke in staat is om het koppel met maximale waarde hetgeen hét meest de voorkeur verdient, met de magnetische flux 6 en de stroom I op te wekken.As a result, it is possible to obtain a complete vector control capable of generating the maximum value torque which is most preferred with the magnetic flux 6 and the current I.

Indien de magnetische veldflux evenredig is met de veld-stroom, wordt het koppel T voorgesteld door vergelijking (5).If the magnetic field flux is proportional to the field current, the torque T is represented by equation (5).

(6) waarbij IA de veldstroom en IB de ankerstroom voorstellen.(6) where IA represents the field current and IB represents the armature current.

Op de bovenbeschreven wijze wordt ook een magnetische ankerreductantieflux φ' door de anker stroom IB opgewekt. De richting van de magnetische flux Φ' staat loodrecht op de richting van de eerstgenoemde magnetische flux φ. Indien de rotor evenwel uit een magnetisch isotroop materiaal is vervaardigd en een cirkelvormige dwarsdoorsnede heeft, en om de rotor een constante luchtspleet aanwezig is, kan de rotor niet worden geroteerd.In the manner described above, a magnetic armature reduction gear flux φ 'is also generated by the armature current IB. The direction of the magnetic flux Φ 'is perpendicular to the direction of the former magnetic flux φ. However, if the rotor is made of a magnetic isotropic material and has a circular cross-section, and a constant air gap is present around the rotor, the rotor cannot be rotated.

Indien de rotor een magnetisch anisotrope rotor is, waarvan de gemakkelijke magnetisatieas in de richting langs de magnetische flux verloopt, wordt een koppel T overeenkomstig vergelijking (5) opgewekt zelfs indien de rotor een cirkelvorm heeft en om de rotor een constante luchtspleet aanwezig is.If the rotor is a magnetically anisotropic rotor, the easy magnetization axis of which runs in the direction along the magnetic flux, a torque T according to equation (5) is generated even if the rotor has a circular shape and a constant air gap is present around the rotor.

Derhalve wordt de synchrone motor volgens de uitvinding verkregen met behulp van een rotor bestaande uit een materiaal, dat gemakkelijk kan worden gemagnetiseerd in de richting van de eerstgenoemde magneetflux φ en lastig kan worden gemagnetiseerd in de richting van de tweede genoemde magnetische flux φ'.Therefore, the synchronous motor according to the invention is obtained by means of a rotor consisting of a material which can be easily magnetized in the direction of the first-mentioned magnetic flux φ and difficult to magnetize in the direction of the second-mentioned magnetic flux φ '.

Derhalve behoeft bij de synchrone motor volgens de uitvinding geen veldspoel om de rotor te worden gewikkeld of een permanente magneet voor de rotor te worden verschaft zoals bij de conventionele synchrone machines. Voorts behoeft de synchrone motor volgens de uitvinding ook geen uit siliciumstaal bestaande plaat voor de rotor terwijl evenmin gleuven daarin aanwezig behoeven te zijn of een wikkeling van het kooitype, vervaardigd uit aluminium, koper of dergelijke, terwijl evenmin warmte wordt opgewekt door een geïnduceerde stroom, zoals dit het geval is bij een conventionele inductiemotor.Therefore, in the synchronous motor according to the invention, there is no need to wind a field coil around the rotor or provide a permanent magnet for the rotor as with the conventional synchronous machines. Furthermore, the synchronous motor according to the invention also does not need a silicon steel plate for the rotor, nor should slots be provided therein or a cage-type winding made of aluminum, copper or the like, nor is heat generated by an induced current, as is the case with a conventional induction motor.

De synchrone motor volgens de uitvinding kan als volgt worden gebruikt.The synchronous motor according to the invention can be used as follows.

De uitgangswaarde P [w] van de motor in vergelijking (5) wordt voorgesteld door vergelijking (7).The motor output value P [w] in equation (5) is represented by equation (7).

(7) waarbij n het aantal omwentelingen per seconde [rps] van de motor voorstelt, T het koppel [Nm] aangeeft, E een tegenelectromoto-rische kracht [v] tussen de driefase-wikkelingen voorstelt, en I een fasestroom [A] aangeeft. De tegenelectromotorische kracht E [v] wordt voorgesteld door vergelijking (8), waarbij k een evenredigheidsconstante is en 6 de magnetische fluxdichtheid voorstelt.(7) where n represents the number of revolutions per second [rps] of the motor, T indicates the torque [Nm], E represents a counterelectromotor force [v] between the three-phase windings, and I indicates a phase current [A] . The counterelectromotive force E [v] is represented by equation (8), where k is a proportionality constant and 6 represents the magnetic flux density.

(8)(8)

Volgens de vergelijkingen (7) en (8) kan de synchrone motor als volgt worden gebruikt: een synchrone motor, waarbij de magnetische fluxdichtheid f constant is en welke een constante koppelkarak-teristiek vertoont vanaf het omwentelingsgebied van 0 tot n, een synchrone motor, waarbij de magnetische fluxdichtheid l variabel is en welke een constante uitgangswaardekarakteristiek bezit in het gebied van het aantal omwentelingen van 0 tot n, een zeer doeltreffende synchrone motor, waarbij het produkt van é · I op de juiste wijze wordt geregeld om de motorverliezen bij verschillende belastingen tot een minimum terug te brengen, en dergelijke. Derhalve kan de synchrone motor volgens de uitvinding op elk willekeurig terrein van de industrie worden toegepast. Hierna zullen enige concrete voorbeelden worden beschreven.According to equations (7) and (8), the synchronous motor can be used as follows: a synchronous motor, where the magnetic flux density f is constant and which exhibits a constant torque characteristic from the revolution range from 0 to n, a synchronous motor, the magnetic flux density 1 is variable and which has a constant output value characteristic in the range of the number of revolutions from 0 to n, a very effective synchronous motor, the product of é · I being properly controlled to the motor losses at different loads to a minimum, and the like. Therefore, the synchronous motor according to the invention can be used in any field of industry. Some concrete examples will be described below.

Onder verwijzing naar fig. 20 zal de beschrijving worden gericht op een wisseistroom-servomotor, waarvan de snelheid wordt geregeld door een synchrone motor 101 volgens de uitvinding.With reference to Fig. 20, the description will be directed to an alternating current servo motor, the speed of which is controlled by a synchronous motor 101 according to the invention.

Zoals aangegeven in fig. 12 bezit de synchrone motor 101 een ankerwikkeling 19 en een veldwikkeling 17. De ankerwikkeling 19 en de veldwikkeling 17 worden gevoed met een ankerstroom Ia en een veld-stroom If. De positie- en rotatiesnelheidsdector 143 detecteert de mag-neetpoolpositie en de rotatiesnelheid. De positie- en rotatiesnelheids-detector 143 detecteert de rotatiesnelheid en de magneetpoolpositie onder gebruik van een op zichzelf bekende methode, door bijvoorbeeld gebruik te maken van een roteerbare codeerinrichting en een roteerbare split-s ings inrichting.As shown in Fig. 12, the synchronous motor 101 has an armature winding 19 and a field winding 17. The armature winding 19 and the field winding 17 are supplied with an armature current Ia and a field current If. The position and rotation speed detector 143 detects the magnet pole position and the rotation speed. The position and rotation speed detector 143 detects the rotation speed and the magnetic pole position using a method known per se, for example, using a rotatable encoder and a rotatable splitter.

De ankerstroom Ia en de veldstroom If worden door de eerste invertor 145 en de tweede invertor 147 geregeld, zoals hierna zal worden beschreven. D.w.z., dat de rotatiesnelheid van de synchrone motor 101 als volgt wordt geregeld.The armature current Ia and the field current If are controlled by the first inverter 145 and the second inverter 147, as will be described below. That is, the speed of rotation of the synchronous motor 101 is controlled as follows.

Eerst wordt aan de rotatiesnelheidsversterker 161 een rotatiesnelheidscommandosignaal Sl toegevoerd, dat representatief is voor de gewenste rotatiefreguentie. De positie- en omwentelingsdetector 143 detecteert de rotatiefrequentie van de synchrone motor 101 en wekt een rotatiesnelheidssignaal S2 op, dat aan de rotatiesnelheidsversterker 161 wordt toegevoerd. In responsie op het rotatiesnelheidscommando en de om- wentelingssignalen SI en S2f levert de rotatiesnelheidsversterker 161 een ankerstroom-regelcommandosignaal S3.First, a rotational speed amplifier 161 is supplied with a rotational speed command signal S1, which is representative of the desired rotational regimen. The position and revolution detector 143 detects the rotation frequency of the synchronous motor 101 and generates a rotation speed signal S2, which is applied to the rotation speed amplifier 161. In response to the rotation speed command and the rotation signals S1 and S2f, the rotation speed amplifier 161 supplies an armature current control command signal S3.

Aan een ankerstroomversterker 163 wordt het ankerstroom-regelcommandosignaal S3 evenals een ankerstroom-commandosignaal S5 toegevoerd. Een anker s tr ooms ignaal S7, gedetecteerd door de ankerstroom-detector 115, dat aan de uitgangszijde van de eerste invertor 145 optreedt, wordt teruggekoppeld naar de ankerstroomversterker 163. Aan de ankerstroomversterker 163 wordt het invertor-regelsignaal S9 toegevoerd.An armature current amplifier 163 is supplied with the armature current control command signal S3 as well as an armature current command signal S5. An armature current signal S7, detected by the armature current detector 115, which occurs on the output side of the first inverter 145, is fed back to the armature current amplifier 163. The armature current amplifier 163 is supplied with the inverter control signal S9.

Terwijl aan de veldstroomversterker 171 het veldstroom-commandosignaal Sll wordt toegevoerd, wordt het veldstroomsignaal S13, gedetecteerd door de veldstroomdetector 117, dat aan de uitgangszijde van de tweede invertor optreedt, teruggekoppeld naar de veldstroomversterker 171. De veldstroomversterker 171 levert een invertor-regelsignaal S15 voor het regelen van de tweede invertor 147.While the field current amplifier 171 is supplied with the field current command signal S11, the field current signal S13, detected by the field current detector 117, which occurs on the output side of the second inverter, is fed back to the field current amplifier 171. The field current amplifier 171 supplies an inverter control signal S15 for controlling the second inverter 147.

Verder wordt aan een anker- en veldstroomfase-regelver-sterker 173 een magneetpoolpositiesignaal S4, het ankerstroomsignaal s7 en het veldstroomsignaal SI3 toegevoerd. Aan de eerste invertor 145 en de tweede invertor 147 worden respectievelijk regelsignalen S17 en S19 voor het regelen van elke fase en frequentie van de stromen uit de ankeren veld'stroomfase-regelversterker 173 toegevoerd. Derhalve dient de synchrone motor volgens de uitvinding als een wisselstroom-servomotor doordat de stromen Ia en If worden geregeld voor het verschaffen van de gewenste rotatiesnelheid.Furthermore, a magnetic pole position signal S4, the armature current signal s7 and the field current signal SI3 are applied to an armature and field current phase control amplifier 173. Control signals S17 and S19 for controlling each phase and frequency of the currents from the anchor field current phase control amplifier 173 are applied to the first inverter 145 and the second inverter 147, respectively. Therefore, the synchronous motor according to the invention serves as an alternating current servo motor in that the currents Ia and If are controlled to provide the desired rotational speed.

Fig. 21 toont een ander voorbeeld volgens de uitvinding en wel een blokschema van een wisselstroom-servomotor, waarin een be-lastingsbewegingsgebied of een rotatiehoek van de belasting wordt geregeld. Fig. 21 omvat dezelfde ketens als in fig. 20 voorzien van dezelfde verwijzingen en derhalve zullen de beschrijvingen daarvan worden weggelaten.Fig. 21 shows another example according to the invention, namely a block diagram of an alternating current servo motor, in which a load moving region or a rotation angle of the load is controlled. Fig. 21 includes the same chains as in FIG. 20 with the same references and therefore the descriptions thereof will be omitted.

Aan een positiedeviatieversterker 251 wordt een positie-commandosignaal S2l toegevoerd, dat het gewenste belastingsbewegings-gebied of de rotatiehoek van de belasting voorstelt. Een belastingsbewe-gingsgebiedsignaal S23 wordt gedetecteerd door een belastingsbewegings-gebieddetectie-aftastinrichting 253. Aan de positiedeviatieversterker 251 wordt het belastingsbewegingsgebiedsignaal S23 en het magneetpoolpositiesignaal S25 toegevoerd. Aan de rotatiesnelheidsversterker 161 wordt een rotatiesnelheidscommandosignaal £27, opgewekt door de positiedeviatie-versterker 251 toegevoerd en derhalve wordt de motor geroteerd en het be-lastingsbewegingsgebied of de belastingsrotatiehoek geregeld.A position deviation amplifier 251 is supplied with a position command signal S21 representing the desired load travel range or the rotation angle of the load. A load motion area signal S23 is detected by a load motion area detection sensor 253. The position deviation amplifier 251 is supplied with the load motion area signal S23 and the magnetic pole position signal S25. The rotational speed amplifier 161 is supplied with a rotational speed command signal £ 27 generated by the position deviation amplifier 251, and therefore the motor is rotated and the load moving region or the load rotation angle is controlled.

In fig. 22 vindt men een ander voorbeeld van een zeer doeltreffend regelstelsel volgens de uitvinding. Het zeer doeltreffende regelstelsel is in staat om de verliezen van de synchrone motor 101 tot een minimum terug te brengen. In fig. 22 zijn dezelfde ketens als in fig. 20 voorzien van dezelfde verwijzingen en derhalve zullen de omschrijvingen daarvan worden weggelaten.Fig. 22 shows another example of a very effective control system according to the invention. The highly effective control system is able to minimize the losses of the synchronous motor 101. In Fig. 22, the same chains as in Fig. 20 are given the same references and therefore their descriptions will be omitted.

Zoals boven is toegelicht wordt de uitgangswaarde voorgesteld door p = 2lT nT, als aangegeven in vergelijking (7), en wordt het koppel T voorgesteld door T = k2-IA-IB, als aangegeven in vergelijking (5). Derhalve kan de synchrone motor met een hoog rendement worden bedreven indien de verhouding tussen de ankerstroom Ia en de veldstroom If zodanig wordt geregeld, dat de verliezen van de motor tot een minimum worden gereduceerd overeenkomstig de magnetische veldflux en de motor-karakteristieken. De magnetische veldfluxkarakteristiek wordt bepaald door de ankerwikkelingsweerstand Ra, de veldwikkelingsweerstand Rf, en de veldstroom If. De motorkarakteristieken, zoals de ijzetverliezen, worden bepaald door de frequentie van de anker- en veldstroom. De gewenste rotatiefrequentie en het gewenste koppel worden zodanig geregeld, dat door de verhouding een bedrijf met hoog rendement wordt verkregen.As explained above, the baseline is represented by p = 2lT nT, as indicated in equation (7), and the torque T is represented by T = k2-IA-IB, as indicated in equation (5). Therefore, the synchronous motor can be operated with a high efficiency if the ratio between the armature current Ia and the field current If is controlled such that the losses of the motor are reduced to a minimum according to the magnetic field flux and the motor characteristics. The magnetic field flux characteristic is determined by the armature winding resistance Ra, the field winding resistance Rf, and the field current If. The motor characteristics, such as the icing losses, are determined by the frequency of the armature and field current. The desired rotation frequency and the desired torque are controlled in such a way that the ratio provides a high-efficiency operation.

In fig. 22 vindt men een voorbeeld van het regelstelsel met hoog rendement voor het tot een minimum terugbrengen van de koperver-liezen van een motor, zoals hierna zal worden beschreven.Fig. 22 shows an example of the high efficiency control system for minimizing the copper losses of a motor as will be described below.

Indien de ankerstroom wordt aangegeven door Ia [A], de veldstroom wordt aangegeven door If [A], de ankerweerstand wordt aangegeven door Ra [ ] en de magnetische veldweerstand wordt aangegeven doorIf the armature current is indicated by Ia [A], the field current is indicated by If [A], the armature resistance is indicated by Ra [] and the magnetic field resistance is indicated by

Rf [ ], zullen de koperverliezen Pc [w] worden voorgesteld door vergeRf [], the copper losses Pc [w] will be represented by verge

lijking (9) en zal het koppel T [Nm] worden voorgesteld door vergelijking (10).equation (9) and the torque T [Nm] will be represented by equation (10).

(9) (10)(9) (10)

Het belastingskoppel vindt men uit de stroom Ia en If, gedetecteerd door de ankerstroomdetector 115 en de veldstroomdetector 117. De stromen Ia en If zijn onder het belastingskoppel variabel teneinde een Κ Μ eerste regelcommandosignaal Ia en een tweede regelcommandosignaal If te leveren, teneinde de koperverliezen Pc minimaal te maken, waarbij derhalve de regeling plaatsvindt met de eerste en tweede regelcommandosig-nalen laS en Xf*. In £ig. 22 wordt aan een keten 211 voor het tot een minimum terugbrengen van de motorvsrliesen de ankerstroom Ia, gedetecteerd door de ankerstroomdetector 115 en de veldstroom If, gedetecteerd door de veldstroomdetector 117 toegevoerd. De ankerweerstand Ra en de veldweerstand Rf van de keten 211 worden ingesteld op een eigenwaarde, welke wordt bepaald door de motor. Het eerste regelcommandosignaal Ia £ en het tweede regelcommandosignaal If , opgewekt door de keten 211, worden toegevoerd aan de ankerstroomversterker 163 en de veldstroomver-sterker 171 in plaats van het ankerstroomsignaal S7 en het veld-stroomsignaal S13 volgens fig. 20, waardoor derhalve de motorkoper-verliezen tot een minimum worden teruggebracht en de regeling met een hoog rendement plaatsvindt.The load torque is found from the current Ia and If, detected by the armature current detector 115 and the field current detector 117. The currents Ia and If are variable under the load torque to provide a regel Μ first control command signal Ia and a second control command signal If, to provide the copper losses Pc minimized, the control therefore taking place with the first and second control command signals laS and Xf *. In £ ig. 22, an armature current Ia detected by the armature current detector 115 and the field current If detected by the field current detector 117 are supplied to a circuit 211 for minimizing the motor voltage. The armature resistance Ra and the field resistance Rf of the circuit 211 are set to an eigenvalue which is determined by the motor. The first control command signal Ia £ and the second control command signal If generated by the circuit 211 are supplied to the armature current amplifier 163 and the field current amplifier 171 instead of the armature current signal S7 and the field current signal S13 of FIG. 20, thus causing the motor copper losses are reduced to a minimum and control is carried out with high efficiency.

Onder verwijzing naar fig. 23 zal een ander voorbeeld van een synchrone motor volgens de uitvinding worden beschreven. De synchrone motor omvat een rotor 227, een ankerwikkeling 19 en een veldwikke-ling 17. De ankerwikkeling 19 is direct verbonden met een driefase-wisselstroombron. De veldwikkeling 17 is met de driefase-wisselstroom-bron verbonden via een condensator 221 en een electromagnetische schakelaar 223. De electromagnetische schakelaar 223 wordt geregeld door een synchrone keten 225.Referring to Fig. 23, another example of a synchronous motor according to the invention will be described. The synchronous motor includes a rotor 227, an armature winding 19 and a field winding 17. The armature winding 19 is directly connected to a three-phase alternating current source. The field winding 17 is connected to the three-phase alternating current source via a capacitor 221 and an electromagnetic switch 223. The electromagnetic switch 223 is controlled by a synchronous circuit 225.

Wanneer eerst aan de ankerwikkeling 19 de driefase-wisselstroom wordt toegevoerd en de electromagnetische schakelaar 223 is uitgeschakeld, vloeit een inductiestroom door de rotor 227, zodat een roterend magnetisch veld, opgewekt door de ankerwikkeling 19, en de geïnduceerde stroom leiden tot een koppel overeenkomstig de regel van Fleming teneinde de motor als een inductiemotor te bedrijven. Wanneer de rotatiesnelheid van de motor de synchrone snelheid door het geïnduceerde koppel nadert, wordt de synchrone keten 225 in werking gesteld om de electromagnetische schakelaar 223 in te schakelen. Aan de veldwikkeling 17 wordt een stroom toegevoerd, waaraan door de condensator 221 een faseverschil van 90° is medegedeeld, teneinde een magnetische veldpool in de rotor 227 te verschaffen. Er vindt een aantrekking tussen de magnetische veldpool en het roterende magnetische veld plaats. De rotor wordt met de aantrekking gesynchroniseerd en roteert als een synchroonmotor. Een spoel of zowel een spoel en een condensator kunnen in plaats van de condensator 221 worden toegepast.When the three-phase alternating current is first supplied to the armature winding 19 and the electromagnetic switch 223 is turned off, an induction current flows through the rotor 227, so that a rotating magnetic field generated by the armature winding 19 and the induced current lead to a torque corresponding to the Fleming's rule in order to operate the motor as an induction motor. When the rotational speed of the motor approaches the synchronous speed due to the induced torque, the synchronous circuit 225 is actuated to turn on the electromagnetic switch 223. Current is applied to the field winding 17, to which a phase difference of 90 ° has been communicated by the capacitor 221 in order to provide a magnetic field pole in the rotor 227. An attraction takes place between the magnetic field pole and the rotating magnetic field. The rotor is synchronized with the pull and rotates like a synchronous motor. A coil or both a coil and a capacitor can be used in place of the capacitor 221.

Onder verwijzing naar fig. 24 zal een ander voorbeeld volgens de uitvinding worden beschreven. De synchrone motor omvat een rotor 241. In dit geval bezit de rotor 241 permanente magneten 243a en 243b. Door de permanente magneten 243a en 243b wordt een permanente magnetische flux φ1 opgewekt. Door de veldwikkeling 17 (u, V, w) wordt een magnetische veldwikkelingsflux φ opgewekt.With reference to Fig. 24, another example of the invention will be described. The synchronous motor includes a rotor 241. In this case, the rotor 241 has permanent magnets 243a and 243b. A permanent magnetic flux φ1 is generated by the permanent magnets 243a and 243b. A magnetic field winding flux φ is generated by the field winding 17 (u, V, w).

De rotor 241 is voorzien van een (niet weergegeven) magneetpoolpositie-detector teneinde de magnetische veldstroom zodanig te regelen, dat de richting van de permanente magneetflux é>l consistent is met de richting van de magneetflux φ van de veldwikkeling. In dit geval treedt indien de permanente magneetflux φΐ en de magnetische veldwikkelingsflux φ dezelfde fase hebben, een samengestelde magneetveld-flux 2 Φ = Φ + Φ op, waardoor de magnetische veldflux wordt vergroot.The rotor 241 is provided with a magnetic pole position detector (not shown) to control the magnetic field current such that the direction of the permanent magnetic flux >1 is consistent with the direction of the magnetic flux φ of the field winding. In this case, if the permanent magnet flux φΐ and the magnetic field winding flux φ have the same phase, a composite magnetic field flux 2 Φ = Φ + Φ occurs, thereby increasing the magnetic field flux.

Indien de permanente magneetflux ¢51 en de magnetische veldwikkelingsflux Φ in tegenfase zijn, verkleint de samengestelde magnetische veldflux 2. i ~ 01 “ Φ de magnetische veldflux.If the permanent magnetic flux ¢ 51 and the magnetic field winding flux Φ are in antiphase, the composite magnetic field flux 2. i ~ 01 Φ reduces the magnetic field flux.

Verwijzende naar de figuren 25A en 25B zal thans een voorbeeld van een synchroonmotor worden beschreven, welke is voorzien van een anker, dat in twee delen kan worden gesplitst teneinde de montage van de motor te vereenvoudigen. In de figuren 25Ά en 25B zijn de gesplitste ankers 261a en 261b respectievelijk voorzien van de wikkelingen 263a en 263b.Referring now to Figures 25A and 25B, an example of a synchronous motor will be described which includes an armature which can be split into two parts to facilitate mounting of the motor. In Figures 25Ά and 25B, the split anchors 261a and 261b are provided with the windings 263a and 263b, respectively.

Derhalve worden de aan de montage van de motor gestelde beperkingen verminderd. De gesplitste ankers 261a en 261b kunnen worden gecombineerd door deze in de richting van de pijl, aangegeven in de figuur, naar elkaar te keren. Derhalve kan op de rotatieas 267 onafhankelijk van de montage van de motor een leger 265 worden gemonteerd.Therefore, the restrictions on mounting the motor are reduced. The split anchors 261a and 261b can be combined by turning them towards each other in the direction of the arrow shown in the figure. Therefore, an bearing 265 can be mounted on the rotary shaft 267 independently of the mounting of the motor.

Onder verwijzing naar fig. 26 vindt men daarin een voorbeeld, waarbij de hoofdspil van een machinewerktuig integraal met de ro-toras van de motor is gevormd. Een anker 285 is bewikkeld met een anker-wikkeling en een veldwikkeling daarin. In het geval, dat de hoofdspil 281 uit een magnetisch lichaam bestaat, wordt het eindgedeelte daarvan zodanig bewerkt, dat een rotor volgens de uitvinding wordt verkregen, waarna een anker 285 om de rotor wordt aangebracht, zodat het mogelijk is het machinewerktuig en de motor als één geheel uit te voeren. Op het machinewerktuig 289 wordt een snijinrichting 287 gemonteerd. Het machinewerktuig 289 wordt bevestigd aan de hoofdspil 281. De hoofdspil 281 wordt roteerbaar door het leger 291 ondersteund.Referring to FIG. 26, there is an example therein, in which the main spindle of a machine tool is formed integrally with the rotor shaft of the motor. An armature 285 is wound with an armature winding and a field winding therein. In the case where the main spindle 281 consists of a magnetic body, the end portion thereof is machined to obtain a rotor according to the invention, after which an armature 285 is fitted around the rotor so that the machine tool and the motor can be used as to perform one whole. A cutting device 287 is mounted on the machine tool 289. The machine tool 289 is attached to the main spindle 281. The main spindle 281 is rotatably supported by the bearing 291.

Verwijzende naar de figuren 27, 28A en 28B zal een ander voorbeeld van de synchrone motor worden beschreven, waarbij een montage in de asrichting mogelijk is. De synchrone motor omvat een veldwikkeling 301, een ankerwikkeling 303, ankerkernen 305 en 307, een rotatieas 313 en een rotor 319. De ankerkernen 305 en 307 zijn bewikkeld met de veldwikkeling 301 respectievelijk de ankerwikkeling 303. De ankerkernen 305 en 307 zijn in axiale richting naast elkaar opgesteld. De referentieassen 309 en 311 worden zodanig ingesteld, dat het faseverschil tussen de ankerkernen 305 en 307 bij voorkeur 90° bedraagt. In fig. 27 bestaat de rotor 319 uit een magnetisch lichaam 315 en een magnetisch lichaamsdeel 317 om de rotatieas 313. De ankerkernen 305 en 307 zijn aan de buitenzijde van de rotor 319 aangebracht. Een magnetisch verbindingslichaam 321 voor het vormen van een magnetisch circuit bevindt zich aan de buitenzijde van de ankerkernen 305 en 307, waardoor het door een stippellijn aangegeven magnetische circuit wordt gesloten. Derhalve vertoont de synchrone motor volgens dit voorbeeld dezelfde werking als die van de bovenbeschreven synchrone motor met een aantal wikkelingen. Omdat de afstand over het anker met de gesplitste ankers kan worden bekort, is dit voorbeeld van de synchrone motor geschikt voor machines, die een slanke motor vereisen.Referring to Figures 27, 28A and 28B, another example of the synchronous motor will allow mounting in the axial direction. The synchronous motor includes a field winding 301, an armature winding 303, armature cores 305 and 307, a rotary axis 313 and a rotor 319. Armature cores 305 and 307 are wound with field winding 301 and armature winding 303, respectively. Armature cores 305 and 307 are in axial direction. lined up side by side. The reference axes 309 and 311 are adjusted such that the phase difference between the anchor cores 305 and 307 is preferably 90 °. In Fig. 27, the rotor 319 consists of a magnetic body 315 and a magnetic body portion 317 about the axis of rotation 313. The anchor cores 305 and 307 are disposed on the outside of the rotor 319. A magnetic connection body 321 for forming a magnetic circuit is located on the outside of the anchor cores 305 and 307, thereby closing the dotted magnetic circuit. Therefore, the synchronous motor of this example exhibits the same operation as that of the above-described multi-winding synchronous motor. Since the distance over the armature can be shortened with the split armatures, this example of the synchronous motor is suitable for machines that require a slender motor.

Onder verwijzing naar fig. 29 zal een voorbeeld worden beschreven, waarbij de uitvinding is toegepast op een lineaire motor. De lineaire motor 401 omvat een anker 403 en een naald 405. Het anker 403 is een driefase-anker met twee polen en 24 gleuven, afgebeeld in fig. 12. De naald 405 bezit een magneetpool, die de in fig. 8 afgebeelde segment-structuur bezit.With reference to Fig. 29, an example will be described in which the invention is applied to a linear motor. The linear motor 401 includes an armature 403 and a needle 405. The armature 403 is a three-pole, two-pole, 24-slot armature shown in FIG. 12. Needle 405 has a magnetic pole, which represents the segment shown in FIG. structure.

Het anker 403 omvat een ankerkern 407 en een veldwikkeling 409, die de spoelen u, v en w omvat en een ankerwikkeling 411, die de spoelen ü, V en W omvat. De ankerkern 407 bezit een kamsectie en is ontwikkeld met de veldwikkeling 409 en de ankerwikkeling 411 volgens een tweelaags-wikkeling. De naald 405 omvat een aantal magneetpolen 413 be- staande uit een magnetisch materiaal, zoals ijzer, en een steunplaat 417 bestaande uit een niet-magnetisch materiaal, zoals aluminium. De mag-neetpolen 413 zijn op de steunplaat 417 met een voorafbepaalde afstand 415 daartussen gemonteerd. Wanneer aan de wikkelingen 409 en 411 een drie-fase-wisselstroom wordt toegevoerd, ontstaat tussen het anker en de naald een horizontale kracht. Indien derhalve het anker stationair is, beweegt de naald zich en indien de naald stationair is, beweegt het anker zich.The armature 403 includes an anchor core 407 and a field winding 409, which includes coils u, v, and w, and an armature winding 411, which includes coils ü, V, and W. The anchor core 407 has a comb section and is developed with the field winding 409 and the armature winding 411 in a two-layer winding. The needle 405 includes a number of magnet poles 413 consisting of a magnetic material, such as iron, and a support plate 417 consisting of a non-magnetic material, such as aluminum. The magnet poles 413 are mounted on the support plate 417 with a predetermined distance 415 between them. When a three-phase alternating current is supplied to the windings 409 and 411, a horizontal force is created between the armature and the needle. Therefore, if the anchor is stationary, the needle moves, and if the needle is stationary, the anchor moves.

Ofschoon dit voorbeeld twee polen en 24 gleuven bezit, is het niet beperkt tot fig. 29 en kan dit op verschillende wijzen worden gemodifieerd.Although this example has two poles and 24 slots, it is not limited to Fig. 29 and can be modified in various ways.

Verwijzende naar fig. 30 zal thans het principe voor voorbeelden van een synchrone generator volgens de uitvinding worden beschreven. De generator omvat een ankerkern 501 en een rotor 507. De anker-kern 501 bezit een dubbellaags-wikkeling namelijk een veldwikkeling 503 en een ankerwikkeling 505. De rotor 507 kan gemakkelijk worden gemagnetiseerd in verticale richting in de figuur en kan lastig worden gemagnetiseerd in horizontale richting in de figuur omdat de rotor van het type met uitspringende polen is. De wikkelingen 503 en 504 zijn driefase-wikkelingen en bezitten elk twee polen. De wikkelingen 503 en 505 zijn zodanig opgesteld, dat het faseverschil bij voorkeur 90° bedraagt.Referring to Fig. 30, the principle for examples of a synchronous generator according to the invention will now be described. The generator includes an armature core 501 and a rotor 507. The armature core 501 has a double-layer winding, namely a field winding 503 and an armature winding 505. The rotor 507 can be easily magnetized in the vertical direction in the figure and is difficult to magnetize in horizontal direction in the figure because the rotor is of the protruding poles type. The windings 503 and 504 are three-phase windings and each has two poles. The windings 503 and 505 are arranged such that the phase difference is preferably 90 °.

Wanneer aan de veldwikkeling 503 met de spoelen u, ven w een driefasestroom wordt toegevoerd, wordt een magnetische veldflux 509 opgewekt. De veldwikkelingsstroom wordt zodanig geregeld, dat deze overeenkomt met de centrale magneetpoolas 511 van de magnetische veldflux 509 waarbij de as van gemakkelijke magnetisatie 513 van de rotor constant is. In de ankerwikkeling 505 met de spoelen u' , v' en w' wordt een drie-fasespanning geïnduceerd door de rotor, welke steeds in een constante richting is gemagnetiseerd te roteren. Derhalve wordt voorzien in een generator .When a three-phase current is supplied to the field winding 503 with the coils u, w, a magnetic field flux 509 is generated. The field winding current is controlled to correspond to the center magnetic pole axis 511 of the magnetic field flux 509 with the easy magnetization axis 513 of the rotor being constant. In the armature winding 505 with coils u ', v' and w 'a three phase voltage is induced by rotating the rotor, which is always magnetized in a constant direction. Therefore, a generator is provided.

De uitgangs spanning V en de uitgangs frequentie f van de generator worden weergegeven door de vergelijkingen (11) respectievelijk (12.The output voltage V and the output frequency f of the generator are represented by equations (11) and (12, respectively).

(11) (12) z waarbij KI en K2 evenredigheidsconstanten zijn, φ een magnetische veldflux [MAXWELL] aangeeft en n de rotatiefrequentie per seconde [rps] aangeeft. Indien de veldstroom If evenredig is met de magnetische veldflux ύ, verkrijgt men een vergelijking (13) als volgt.(11) (12) z where KI and K2 are proportionality constants, φ indicates a magnetic field flux [MAXWELL] and n indicates the rotation frequency per second [rps]. If the field current If is proportional to the magnetic field flux ύ, an equation (13) is obtained as follows.

[MAXWELL] (13)[MAXWELL] (13)

Zoals boven is beschreven wordt bij de synchrone generator volgens de uitvinding de rotor niet noodzakelijkerwijs bewikkeld met een spoel terwijl evenmin een permanente magneet op de rotor wordt aangebracht. Als gevolg daarvan kan de uitvinding voorzien in een synchrone generator met een rotor, welke bijzonder eenvoudig en robuust is.As described above, in the synchronous generator according to the invention, the rotor is not necessarily wound with a coil, nor is a permanent magnet applied to the rotor. As a result, the invention can provide a synchronous rotor generator which is particularly simple and robust.

Fig. 31 toont een blokschema van een regelinrichting om de uitgangsspanning constant te houden bij een belastingsfluctuatie bij de synchrone generator volgens de uitvinding.Fig. 31 shows a block diagram of a control device for keeping the output voltage constant at a load fluctuation in the synchronous generator according to the invention.

In fig. 31 omvat de regelinrichting een asynchrone generator 521 en een regelketen om de uitgangsspanning bij een belastingsfluctuatie constant te houden.In Fig. 31, the control device comprises an asynchronous generator 521 and a control circuit for keeping the output voltage constant at a load fluctuation.

De synchrone generator 521 omvat een rotor 523 en een ankerwikkeling 505. De rotor 523 is verbonden met een aandrijfmotor 525, zoals een turbine/ een verbrandingsmotor, en een waterturbine, en roteert met constante snelheid. De ankerwikkeling 505 is verbonden met de belasting 527. De rotor 523 is voorzien van een magneetpoolpositiedetec-tor 531, zoals een roteerbare codeerinrichting voor het opwekken van een magneetpool-positiesignaal S51. Het anker 505 is voorzien van een instru-ment-potentiaalinrichting 535 teneinde de uitgangsspanning te detecteren en het uitgangsspanningssignaal S52 te leveren.The synchronous generator 521 includes a rotor 523 and an armature winding 505. The rotor 523 is connected to a drive motor 525, such as a turbine / combustion engine, and a water turbine, and rotates at a constant speed. The armature winding 505 is connected to the load 527. The rotor 523 is provided with a magnetic pole position detector 531, such as a rotatable encoder for generating a magnetic pole position signal S51. The armature 505 includes an instrument potential device 535 to detect the output voltage and supply the output voltage signal S52.

De regelketen omvat een ankerspanningsversterker 537, een veldstroomversterker 539, een invertor 543, een veldstroomfase-regelversterker 541 en een veldstroomdetector 542. Aan de ankerspanningsversterker 537 worden gelijktijdig een spanningscommandosignaal S53 als de gewenste spanning en het uitgangsspanningssignaal S52 toegevoerd.The control circuit includes an armature voltage amplifier 537, a field current amplifier 539, an inverter 543, a field current phase control amplifier 541 and a field current detector 542. An armature voltage amplifier 537 is simultaneously supplied with a voltage command signal S53 as the desired voltage and the output voltage signal S52.

Aan de veldstroomversterker 539 wordt door de ankerspanningsversterker 537 een veldstroomcommando-signaal S55 toegevoerd, terwijl tevens een veldstroomsignaal S57, gedetecteerd door de veldstroomdetector 542, wordt toegevoerd.A field current command signal S55 is applied to the field current amplifier 539 by the armature voltage amplifier 537, while a field current signal S57, detected by the field current detector 542, is also applied.

Aan de veldstroomfaseregelversterker 541 wordt een veldstroomwaarde-commandosignaal S59 toegevoerd, dat wordt opgewekt door de veldstroomversterker 539, en een magneetpool-positiesignaal S51. Aan de invertor 543 wordt een invertor-regelsignaal S61 door de veldstroom-faseregelversterker 541 toegevoerd.A field current phase control amplifier 541 is supplied with a field current value command signal S59, which is generated by the field current amplifier 539, and a magnetic pole position signal S51. An inverter control signal S61 is supplied to the inverter 543 by the field current phase control amplifier 541.

Indien de belasting niet met de synchrone generator is verbonden d.w.z., bij nullast, dan is de geïnduceerde spanning gelijk aan de uitgangsspanning. Indien de belasting met de synchrone generator wordt verbonden, vloeit een stroom door de ankerwikkeling (ü, V, W) en treedt een spanningsval op door de impedantie van de ankerwikkeling waardoor de uitgangsspanning wordt gereduceerd. Derhalve wordt aan de ankerspanningsversterker 537 het ui tgangs spannings signaal S52 door de inrichting 535 toegevoerd teneinde de uitgangsspanning constant te houden door de spanningval te compenseren. De ankerspanningsversterker 537 versterkt de deviatie tussen het spanningscommandosignaal S53 en het uitgangsspanningssignaal S52 teneinde aan de veldstroomversterker 539 het veldstroomcommandosignaal S55 toe te voeren. De veldstroomversterker 539 versterkt de deviatie tussen het veldstroomcommandosignaal S55 en het veldstroomsignaal S57 teneinde het veldstroomwaardecommandosignaal S59 aan de veldstroomfase-regelversterker 541 toe te voeren. Overeenkomstig het veldpositiesignaal S51 en het veldstroomwaardecommandosig-naal S59 levert de veldstroomfaseregelversterker 541 een invertor-regelsignaal S61 teneinde de veldstroom op de juiste wijze aan de veld-wikkeling toe te voeren zelfs indien de rotor zich op verschillende plaatsen bevindt. De invertor 543 levert de veldstroom overeenkomstig het invertor-regelsignaal S61 en regelt de waarde van de veldstroom. Derhalve is de uitgangsspanning constant zelfs wanneer de belasting fluctueert.If the load is not connected to the synchronous generator i.e., at no load, then the induced voltage is equal to the output voltage. When the load is connected to the synchronous generator, a current flows through the armature winding (ü, V, W) and a voltage drop occurs due to the impedance of the armature winding, reducing the output voltage. Therefore, the armature voltage amplifier 537 is supplied with the output voltage signal S52 through the device 535 in order to keep the output voltage constant by compensating for the voltage drop. The armature voltage amplifier 537 amplifies the deviation between the voltage command signal S53 and the output voltage signal S52 to supply the field current amplifier 539 with the field current command signal S55. The field current amplifier 539 amplifies the deviation between the field current command signal S55 and the field current signal S57 to supply the field current value command signal S59 to the field current phase control amplifier 541. According to the field position signal S51 and the field current value command signal S59, the field current phase control amplifier 541 supplies an inverter control signal S61 so as to properly apply the field current to the field winding even if the rotor is in different locations. The inverter 543 supplies the field current according to the inverter control signal S61 and controls the value of the field current. Therefore, the output voltage is constant even when the load fluctuates.

Zoals boven is vermeld, kan overeenkomstig de tweede uitvoeringsvorm worden voorzien in een synchrone machine waarvan de rotor een eenvoudige en robuuste structuur heeft omdat het niet nodig is, dat de rotor is voorzien van een permanente magneet en met spoelen is omwikkeld. Bij hoge snelheden blijkt, dat de rotor niet wordt beschadigd tengevolge van de robuuste bouw daarvan.As mentioned above, according to the second embodiment, a synchronous machine can be provided, the rotor of which has a simple and robust structure because it is not necessary for the rotor to be provided with a permanent magnet and wound with coils. At high speeds, it appears that the rotor is not damaged due to its robust construction.

Claims

A synchronous motor device, characterized by a stator, which is wound with a first winding and a second winding according to a two-layer winding, a rotor with protruding poles, which rotor is rotatably accommodated in the stator, a first control device, which is used as a power source for the first winding serves and controls the rotational frequency of the motor, and a second control device which serves as a power source and controls the output or torque value of the motor.

2. Synchronous motor device, characterized by a stator, which is wound with a first winding and a second winding according to a two-layer winding, a rotor essentially consisting of a magnetic anisotropic material for providing protruding poles, which rotor is rotatable in the stator a first control device, which serves as a power supply for the first winding and controls the motor's rotary frequency, and a second control device, which serves as a power source for the second winding and controls the motor's output or torque value.

3. Synchronous motor device, characterized by a stator, which is wound with a first winding and a second winding according to a two-layer winding, a rotor, which has a permanent magnet part for generating a magnetic field flux, which rotor is rotatable in the stator is housed, a first control device, which serves as a power supply for the first winding and controls the motor's rotary frequency, and a second control device, which serves as a power source for the second winding and controls the output or torque value of the motor.

4. Synchronous motor device, characterized by a stator, which is wound with a first winding and a second winding according to a two-layer winding, a rotor wound with at least one coil, to which a current can be supplied and which rotor is rotatable in the stator a first control device, which serves as a power supply for the first winding and controls the motor's rotation frequency, and a second control device, which serves as a power source for the second winding and controls the motor's output or torque value.

Synchronous motor device characterized by a stator, which is wound with a first winding and a second winding according to a two-layer winding, a rotor made of a magnetic anisotropic material, which rotor is rotatably accommodated in the stator, a first control device, which a power source for the first winding and controlling the rotational frequency of the motor, and a second control device serving as a power source for the second winding and controlling the output or torque value of the motor.

Synchronous motor device according to any one of claims 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the second control device maintains a phase difference of 90 ° between the current of the first winding and the current of the second winding and is further provided of a circuit to control the gain of the current supplied to the first winding.

Synchronous motor device according to any one of claims 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the first control device is provided with a rotational frequency command device for generating a current command signal in order to control the rotational frequency of the motor, a first winding current determination circuit for comparing the controlled rotation frequency with the measured rotation frequency of the motor to form a difference therebetween and determining and generating a first current command signal for the first winding, and a first winding current supply circuit for a first predetermined current on the first winding according to the first current command signal, supplying the first current value data of the first winding and position data of the rotor, the second controller comprising an output command device for controlling a controlled output value of the motor, an arithmetic output transition chain for calculating ee n calculated output value of the motor according to the current data applied to the first and second windings, rotation frequency data of the motor and position data of the rotor, a two-winding determination circuit for comparing the calculated output value with the controlled output value in order to obtain a difference therebetween and generate a second current command signal for the second winding according to this difference, and a second winding current supply circuit for supplying a second predetermined current to the second winding in accordance with the second current command signal from the second winding determination circuit of the second current value data of supply the second winding and the rotor position data.

8. A synchronous machine, characterized by an armature with a core, which is wound with a field winding for generating a magnetic field flux and an armature winding, which is predominantly at an angle of 90 ° in electrical phase with respect to the field winding, and a rotor rotatably mounted in the armature and magnetized by the magnetic field flux in a predetermined direction.

9. A synchronous machine, characterized by a core armature wound with a field winding and an armature winding, the field winding comprising three pairs of three-phase windings shifted successively by a phase angle of 120 ° and a magnetic field flux generating, the armature windings comprising three pairs of three-phase windings which are successively shifted by a phase angle of 120 ° and predominantly 90 ° ahead of the field winding, and a rotor rotatably mounted in the armature and is magnetized in a predetermined direction by the magnetic field flux.

Synchronous machine according to claim 9, characterized in that the armature winding predominantly extends over an angle of 90 ° in the electrical phase with respect to the field winding.

Synchronous machine according to claim 8 or 9, characterized in that the rotor is a magnetic anisotropic rotor.

Synchronous machine according to claim 11, characterized in that the magnetic anisotropic rotor has an anisotropic magnetic body of a predetermined shape.

Synchronous machine according to claim 12, characterized in that the anisotropic magnetic body consists of a member selected from the group consisting of grain-oriented silicon steel and grain-oriented nickel steel.

Synchronous machine according to claim 11, characterized in that the anisotropic magnetic body is in the form of a projecting pole.

Synchronous machine according to claim 11, characterized in that the anisotropic magnetic body has a magnetic body part on the outside and a non-magnetic body part on the inside, the magnetic body being provided with an air gap or with a non-magnetic part in a predetermined diameter direction.

Synchronous machine according to claim 11, characterized in that the anisotropic magnetic body is provided with a magnetic part, which comprises an air gap or a non-magnetic part in a predetermined diameter direction.

Synchronous machine according to claim 11, characterized in that the anisotropic magnetic body is in the form of a projecting pole with four poles.

Synchronous machine according to claim 9, characterized in that the rotor is integrally connected to the load axis of a machine or a tool.

Synchronous machine according to claim 9, characterized in that the field winding and the armature winding are supplied with two pairs of three-phase currents which are shifted relative to each other by an electrical phase angle of 90 °, the synchronous machine being further equipped with controls to control torque, rotation frequency and angle of rotation and shift the volume of the motor by controlling the frequency and current of the three phase currents.

Synchronous machine according to claim 9, characterized in that two pairs of three-phase currents which are displaced by a predetermined phase angle relative to each other are supplied to the field winding and the armature winding, the synchronous machine further comprising control means for controlling the torque, rotation frequency, and angle of rotation and shifting of the volume of the motor by controlling the frequency and current of the three-phase currents.

Synchronous machine according to claim 9, characterized by controllers for optimally controlling two pairs of three-phase currents which are supplied to the armature in order to minimize the losses of the motor in the case of a predetermined rotation and a predetermined load.

22. Synchronous machine according to claim 9, characterized in that the armature winding is connected to a three-phase power source to be rotated almost synchronously by an induced current torque, while the field winding is connected to a three-phase power source via a capacitor or reactor, the synchronous machine further comprising a synchronous circuit for supplying the rotor with a magnetic field pole by supplying the rotor with current shifted by a predetermined electrical phase angle to synchronize the motor.

Synchronous motor according to claim 22, characterized in that the motor is provided with a magnetic field pole by the current shifted by an electrical phase angle of 90 °.

24. Synchronous machine according to claim 9, characterized in that the rotor is provided with a permanent magnet part for generating a magnetic field pole as a total of a magnetic flux generated by the permanent magnet and a magnetic flux generated by the field current.

Synchronous machine according to claim 9, characterized in that the armature is designed in such a way that it can be split into two or more parts to mount the stator after the rotor has been mounted on a machine.

A synchronous machine according to claim 25, characterized in that the rotor is integrally formed with one axis of the machine as one body.

Synchronous machine according to claim 9, characterized in that the core is split in two parts in an axial direction, one part of the split core being wound with the field winding and the other part being wound with the armature winding.

Synchronous machine according to claim 9, characterized in that the synchronous machine is used for a linear motor, the armature being designed as a linear armature, and the stator having a needle with a number of magnetic poles, which are arranged in axial direction. are prepared.

Synchronous machine according to claim 9, characterized in that the synchronous machine serves as a synchronous generator.