JPH10146100A - Radial direction rotating body position controller - Google Patents

Radial direction rotating body position controller

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JPH10146100A
JPH10146100A JP8308609A JP30860996A JPH10146100A JP H10146100 A JPH10146100 A JP H10146100A JP 8308609 A JP8308609 A JP 8308609A JP 30860996 A JP30860996 A JP 30860996A JP H10146100 A JPH10146100 A JP H10146100A
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Japan
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winding
position control
current
magnetic flux
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JP8308609A
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Akira Chiba
明 千葉
Tadashi Fukao
正 深尾
Shinichi Nomura
慎一 野村
Yoshitake Ueshima
義武 上嶋
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Seiko Seiki KK
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Seiko Seiki KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radial direction rotating body position controller which can stably control an electromagnetic rotating machine having a magnetic bearing function even under the normal condition, loading condition and transitional condition. SOLUTION: A vector control system 40 generates, depending on the current running condition, a magnetic flux amplitude Ψ0 or energizing current command i0 . These amounts are inputted to a non-interfering block 49 for row and column arithmetic operation by the sine wave and cosine wave. Moreover, when a magnetic flux amplitude increases or decreases, a loop gain can be adjusted. As a result, since the magnetic flux amplitude is kept at a constant value with a vector control system in addition to the normal condition of motor, stable operation of motor can be realized even under the transitional condition.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は磁気軸受機能を有す
る電磁回転機械(電動機及び発電機を含む)を制御する
半径方向回転体位置制御装置に係わり、特に定常状態及
び負荷時、過渡時においても安定に主軸を制御可能な半
径方向回転体位置制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radially rotating body position control device for controlling an electromagnetic rotating machine (including a motor and a generator) having a magnetic bearing function, and particularly to a steady state, a load, and a transient state. The present invention relates to a radial rotation body position control device capable of stably controlling a spindle.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、工作機械、ターボ分子ポンプ、フ
ライホイールなどに用いられる電動機の高速、高出力化
の要求が高まっている。ここに関連する文献を記載する
と、 (1)松村文夫「磁気軸受とその間連技術 I.制御形磁
気軸受とその応用」電学論D, vol.114, pp.1200-120
7, 1994 (2)太田、安藤「200, 000r.p.mの高周波内面研削スピン
ドル」マシニストvol.29,no.2, 1985, pp.32-36 (3)Matumura, F., Fujita, M. and Ozaki, Y., "Char
acteristic of Frictionon Magnetic Bearings", Proc.
of International Conference on Electric Machine
(ICEM) 1988 vol.3, pp.331-335 (4)Harbermann, H. and Liard, G.L., "An Active Magn
etic Bearing System",Tribology International Apr.
1980 pp.85-89 (5)松村文夫「制御形磁気軸受とその応用」電気学会論
文誌、解説、vol.114D,no.12,1994,pp.1200-1207 (6)G.Schweitzer,H, "Active Magnetic Bearings", Hoc
hschulverlag AG 1994 ISBN 3 7281 2132 0 (7)Harbermann, H. and Liard, G.L., "Practical Magn
etic Bearings"IEEE, Spectrum, Sept. 1979, pp.26
-30 (8)Maslen, E.H., etal, "Magnetic Bearing Design fo
r a High Speed Rotor",Proc. of the 1st Internation
al Symposium on Magnetic Bearings, June 1988 pp.
137-146 がある。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for high-speed and high-output electric motors used for machine tools, turbo molecular pumps, flywheels and the like. The relevant documents are described as follows: (1) Fumio Matsumura, "Magnetic bearings and their interconnecting technologies I. Controlled magnetic bearings and their applications", IEICE D, vol.114, pp.1200-120
7, 1994 (2) Ota, Ando `` High-frequency internal grinding spindle with 200,000 rpm '' Machinist vol.29, no.2, 1985, pp.32-36 (3) Matumura, F., Fujita, M. and Ozaki, Y., "Char
acteristic of Frictionon Magnetic Bearings ", Proc.
of International Conference on Electric Machine
(ICEM) 1988 vol.3, pp.331-335 (4) Harbermann, H. and Liard, GL, "An Active Magn
etic Bearing System ", Tribology International Apr.
1980 pp.85-89 (5) Fumio Matsumura, `` Controlled Magnetic Bearings and Its Applications, '' Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, commentary, vol.114D, no.12, 1994, pp. 1200-1207 (6) G. Schweitzer, H. , "Active Magnetic Bearings", Hoc
hschulverlag AG 1994 ISBN 3 7281 2132 0 (7) Harbermann, H. and Liard, GL, "Practical Magn
etic Bearings "IEEE, Spectrum, Sept. 1979, pp.26
-30 (8) Maslen, EH, etal, "Magnetic Bearing Design fo
ra High Speed Rotor ", Proc. of the 1st International
al Symposium on Magnetic Bearings, June 1988 pp.
There are 137-146.

【0003】これらの高速機では軸受での速度限界や保
守などの問題を解決するために磁気軸受が適用されつつ
ある。磁気軸受のサイズは充分な力を発生させるために
大きくなる傾向にあり、実際、電動機の軸長に等しい場
合もある。したがって、主軸の軸長が長くなり、高速回
転時に生じる主軸の弾性的な振動が問題となってしま
い、高速回転を実現することは容易ではない。さらに、
高出力化しようとすると電動機の軸長を長くする必要が
ある。すると、電磁機械が発生する吸引力が増加するた
め磁気軸受のサイズも大形とする必要がある。この結
果、危険速度が低下してしまい、高速化がきわめて困難
となる。半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械は電動
機の磁気回路と、半径方向の力を発生する磁気回路とを
一体化することにより軸長を短くして、高速高出力を実
現するものである。さらに、回転子の位置制御に必要な
半径方向の力を電動機の励磁磁束を利用して発生するも
のである。
[0003] In these high-speed machines, magnetic bearings are being applied in order to solve problems such as speed limitations and maintenance of bearings. The size of the magnetic bearings tends to be large in order to generate sufficient force and may in fact be equal to the shaft length of the electric motor. Therefore, the shaft length of the main shaft becomes long, and elastic vibration of the main shaft generated at the time of high-speed rotation becomes a problem, and it is not easy to realize high-speed rotation. further,
To increase the output, it is necessary to increase the shaft length of the motor. Then, since the attraction force generated by the electromagnetic machine increases, the size of the magnetic bearing also needs to be large. As a result, the dangerous speed is reduced, and it is extremely difficult to increase the speed. An electromagnetic rotating machine with a radial position control winding is to realize a high speed and high output by shortening the shaft length by integrating a magnetic circuit of a motor and a magnetic circuit for generating a radial force. Further, a radial force required for controlling the position of the rotor is generated by using an exciting magnetic flux of the electric motor.

【0004】図7は出願人らが既に提案した半径方向位
置制御巻線付き電磁回転機械の構成図を示している(特
開平2−193547)。半径方向位置制御巻線付き電
磁回転機械の1つのユニットが2つあり、1つのユニッ
トには半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械の半径方
向位置制御巻線電流制御用の3相インバータが接続され
ている。2つの半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械
のユニットは電動機としてトルクを発生させるために4
極巻線と、回転子の半径方向の力を発生させるための2
極の巻線が巻かれている。このように1台の機械でトル
クと半径方向の力が発生できるため、一般の磁気軸受付
きの超高速電動機に比べて軸長が短くでき、また、軸長
が同一であれば高出力化が期待できる 既に、いくつか
の半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械が提案されて
いる。次に関連する文献を記載すると、 (9)Bosch, R., "Development of a Bearingless Electr
ic Motor", Proc. of ICEM'88 vol.3, pp.331-335 (10)Salazar, A.O., Dunford, W., Stephan, R. and
Watanabe, E., "A Magnetic Bearing System using C
apacitive Sensors for Position Measurement",IEEE T
rans. on Magnetics vol.26, no.5, 1990 pp.2541-2
543 (11)樋口「磁気浮上技術のFAへの応用」平成元年電気学
会全国大会シンポジウムS.9-6 (12)福山寛正(日本精工)「磁気軸受モータ」公開特許
公報(A)昭64−55031 (13)堺和人(東芝)「自己浮上モータシステム」公開特
許公報(A)平4−236188 (14)井上正夫(三菱電機)「磁気軸受装置」公開特許公
報(A)平4−107318 がある。
FIG. 7 shows the configuration of an electromagnetic rotating machine with a radial position control winding which has already been proposed by the applicants (Japanese Patent Laid-Open No. 193535/1990). There are two units of the electromagnetic rotating machine with the radial position control winding, and one unit is connected to the three-phase inverter for the current control of the radial position control winding of the electromagnetic rotating machine with the radial position control winding. Have been. A unit of an electromagnetic rotating machine with two radial position control windings is used to generate torque as an electric motor.
A pole winding and a rotor for generating a radial force on the rotor.
The pole winding is wound. As described above, the torque and the radial force can be generated by one machine, so that the shaft length can be reduced as compared with a general high-speed motor equipped with a magnetic bearing. Promising Electromagnetic rotating machines with several radial position control windings have already been proposed. Next, the relevant literature is described in (9) Bosch, R., "Development of a Bearingless Electr
ic Motor ", Proc. of ICEM'88 vol.3, pp.331-335 (10) Salazar, AO, Dunford, W., Stephan, R. and
Watanabe, E., "A Magnetic Bearing System using C
apacitive Sensors for Position Measurement ", IEEE T
rans.on Magnetics vol.26, no.5, 1990 pp.2541-2
543 (11) Higuchi, "Application of Magnetic Levitation Technology to FA" Symposium S.9-6, 1989 IEEJ National Convention (12) Hiromasa Fukuyama (Nippon Seiko) "Magnetic bearing motor" published patent publication (A) Sho64 −55031 (13) Kazuto Sakai (Toshiba) “Self-floating motor system” published patent publication (A) Hei 4-236188 (14) Masao Inoue (Mitsubishi Electric) “Magnetic bearing device” published patent publication (A) Hei 4- 107318.

【0005】文献(9) では励磁磁束を変化することによ
り軸方向に作用する力を発生して、ディスク形電動機の
軸方向位置を調整しようとしている。ディスク形の回転
機には応用可能と思われるが、広く用いられているラジ
アル形の回転機には応用が難しい。一方、文献(10)で
は、一般の誘導電動機の巻線電流を不平衡にすることに
より、半径方向の力を発生して回転子の半径方向の位置
を制御しようとするものである。しかし、回転子が中心
に位置しているときには原理的に半径方向力が発生でき
ないという問題点がある。文献(11),(12)は従来の磁気
軸受の磁路とステッピングモータの磁路を単に共有する
ものであり、低速のアクチュエータに適している。しか
し、構造上、極数がきわめて大きい必要があるため高速
回転、高出力の応用には適していない。さらに、高出力
な発電機、誘導機、永久磁石形電動機などに多く用いら
れる正弦波状の起磁力分布、磁束分布を持つ回転機に応
用することは難しい。極数を減少するとともに、従来の
誘導機や永久磁石形回転機に近い構造を提案したものと
して、文献(13),(14)がある。文献(13)では、4相のス
イッチドリラクタンス機の固定子鉄心のような、8個の
歯を構成した固定子に4極の集中巻線を施し、これを各
磁極で分割し、各磁極の磁束を独立に制御するものであ
る。回転磁界を発生するとともに、各磁極の磁束の強弱
により半径方向力を発生することもできる。文献(14)も
同様の鉄心構造となっているが、巻線を分布巻きとし
て、より正弦波分布に近い起磁力分布とした点に特徴が
ある。しかし、文献(13),(14)では、4分割した巻線を
個々に駆動するため、直交2軸の半径方向力とトルクを
発生する1つのユニットで、2相巻線であれば8台の単
相インバータと16本の配線が必要となってしまう。さ
らに、半径方向力制御とトルク制御が同一の巻線電流に
よって行われるため、きわめて高速かつ高精度大容量の
電流駆動器が必要となってしまう。
In reference (9), an axially acting force is generated by changing the exciting magnetic flux to adjust the axial position of the disk type electric motor. It seems to be applicable to a disk type rotating machine, but it is difficult to apply to a widely used radial type rotating machine. On the other hand, the literature (10) attempts to control a radial position of a rotor by generating a radial force by imbalance of a winding current of a general induction motor. However, there is a problem that a radial force cannot be generated in principle when the rotor is located at the center. Documents (11) and (12) merely share the magnetic path of a conventional magnetic bearing and the magnetic path of a stepping motor, and are suitable for low-speed actuators. However, it is not suitable for high-speed rotation and high-power applications because the structure requires an extremely large number of poles. Further, it is difficult to apply the present invention to a rotating machine having a sinusoidal magnetomotive force distribution and a magnetic flux distribution often used for a high-power generator, an induction machine, a permanent magnet type electric motor, and the like. Literatures (13) and (14) propose a structure that reduces the number of poles and is similar to a conventional induction machine or permanent magnet type rotating machine. In the literature (13), a 4-pole concentrated winding is applied to a stator having eight teeth, such as a stator core of a 4-phase switched reluctance machine, and this is divided by each magnetic pole. Are controlled independently. In addition to generating a rotating magnetic field, a radial force can be generated depending on the strength of the magnetic flux of each magnetic pole. Document (14) also has a similar iron core structure, but is characterized in that the winding is distributed winding and a magnetomotive force distribution closer to a sine wave distribution. However, in the literatures (13) and (14), since the four-divided windings are individually driven, one unit that generates a radial force and torque in two orthogonal axes is used. Requires a single-phase inverter and 16 wirings. Further, since the radial force control and the torque control are performed by the same winding current, an extremely high-speed, high-precision, large-capacity current driver is required.

【0006】出願人らは既に、電気学会、あるいは米国
電気学会(IEEE)などで、4極の回転機に2極の巻線を施
した電磁機械が半径方向の力を発生できることを報告し
ている。次に文献を記載すると、 (15)Akira Chiba, Kouji Chida and Tadashi Fukao, "
Principle and Characteristics of a Reluctance Moto
r with Windings of Magnetic Bearing", Internationa
l Power Electronic Conference Record (IPEC) Tokyo,
pp.919-926, 1990 April 5 (16)Akira Chiba, M.A.Rahman and Tadashi Fukao"Rad
ial Force in a Bearingless Reluctance Motor", IEEE
Transaction on Magnetics, vol.27, No.2, pp.786-7
90 1991 March (17)Akira Chiba, Desmond T.Power and M.A.Rahman,
"Characteristics of aBearingless Induction Moto
r", IEEE Transaction on Magnetics Vol.27, No.6,
September pp.5199-5201, 1991 (18)Sigehiro Nomura, Akira Chiba, F.Nakamura, K.
Ikeda, T.Fukao andM.A.Rahman, "A Radial Position
Control of Induction type Bearingless Motor Consi
dering Phase Delay by the Rotor Squirrel Cage" IEE
E, Power Conversion Conference (PCC-Yokohama) Apr
il 21, 1993 pp.438-443 IEEE 93TH0406-9 (19)千葉明、池田紘一、中村福三、泥堂多積、深尾正、
M.A.ラーマン「円筒形回転子を持つベアリングレスモー
タの無負荷時の半径方向の力発生原理」電気学会論文誌
D, vol.113, no.4, pp.539-547, 1993 (20)Akira Chiba, Tazumi Deido, Tadashi Fukao and
M.A.Rahman, "An Analysis of Bearingless ac Motor
s", IEEE Transaction on Energy Conversion,vol.9,
no.1, March, 1994, pp.61-68 (21)野村篤宏、千葉明、中村福三、深尾正「かご形誘導
機タイプベアリングレスモータの半径方向力制御の位相
補償」電気学会産業電力電気応用研究会資料IEA-93-37,
pp.85-94, 1993, 12/14大崎会館 (22)大島政英、宮澤悟、泥堂多積、千葉明、中村福三、
深尾正「永久磁石型ベアリングレスモータの基礎特性」
電気学会リニアドライブ研究会LD-94-17, pp.57-66, 2
/25,浅草橋研修センター この中では、4極の回転磁界形シンクロナスリラクタン
ス機に2極の巻線を固定子に追加することにより、積極
的に回転磁界を不平衡として半径方向力をトルクととも
に発生する新しい半径方向位置制御巻線付き電磁回転機
械を提案している。さらに、永久磁石形回転子を用いた
半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械の解析手法、モ
デル化の方法、最適な回転子構造などを報告している。
The applicants have already reported in the Institute of Electrical Engineers of Japan or the Institute of Electrical Engineers of the United States (IEEE) that an electromagnetic machine in which a four-pole rotating machine is wound with two poles can generate a radial force. I have. Next, the literature is described as follows: (15) Akira Chiba, Kouji Chida and Tadashi Fukao, "
Principle and Characteristics of a Reluctance Moto
r with Windings of Magnetic Bearing ", Internationa
l Power Electronic Conference Record (IPEC) Tokyo,
pp.919-926, 1990 April 5 (16) Akira Chiba, MARahman and Tadashi Fukao "Rad
ial Force in a Bearingless Reluctance Motor ", IEEE
Transaction on Magnetics, vol.27, No.2, pp.786-7
90 1991 March (17) Akira Chiba, Desmond T. Power and MARahman,
"Characteristics of aBearingless Induction Moto
r ", IEEE Transaction on Magnetics Vol.27, No.6,
September pp.5199-5201, 1991 (18) Sigehiro Nomura, Akira Chiba, F. Nakamura, K.
Ikeda, T. Fukao and M.A.Rahman, "A Radial Position
Control of Induction type Bearingless Motor Consi
dering Phase Delay by the Rotor Squirrel Cage "IEE
E, Power Conversion Conference (PCC-Yokohama) Apr
il 21, 1993 pp.438-443 IEEE 93TH0406-9 (19) Akira Chiba, Koichi Ikeda, Fukuzo Nakamura, Tazumi Dodo, Tadashi Fukao,
MA Rahman, "Principle of Radial Force Generation in No Load of Bearingless Motor with Cylindrical Rotor", Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan
D, vol.113, no.4, pp.539-547, 1993 (20) Akira Chiba, Tazumi Deido, Tadashi Fukao and
MARahman, "An Analysis of Bearingless ac Motor
s ", IEEE Transaction on Energy Conversion, vol. 9,
no.1, March, 1994, pp.61-68 (21) Atsuhiro Nomura, Akira Chiba, Fukuzo Nakamura, Tadashi Fukao `` Phase Compensation for Radial Force Control of Cage-Type Induction Motor Type Bearingless Motor, '' IEE of Japan. IEA-93-37,
pp.85-94, 1993, 12/14 Osaki Kaikan (22) Masahide Oshima, Satoru Miyazawa, Tazumi Dodo, Akira Chiba, Fukuzo Nakamura,
Tadashi Fukao "Basic characteristics of permanent magnet type bearingless motor"
The Institute of Electrical Engineers of Japan Linear Drive Workshop LD-94-17, pp.57-66, 2
/ 25, Asakusabashi Training Center In this, a 2-pole winding is added to the stator of a 4-pole rotating magnetic field type synchronous reluctance machine, so that the rotating magnetic field is unbalanced and the radial force is increased together with the torque. An electromagnetic rotating machine with a new radial position control winding is proposed. In addition, we report the analysis method, modeling method, and optimal rotor structure of electromagnetic rotating machine with radial position control winding using permanent magnet type rotor.

【0007】出願人らが提案している方式の特長は、 (1)直交2軸の半径方向力と、トルクを発生するため
に、3相巻線であれば6本の配線と2台の3相インバー
タだけで済む。 (2)半径方向力を発生する巻線とトルクを発生する巻線
が分離しているため、半径方向力制御用インバータある
いはパワーアンプは小電力容量で済む。 (3)4極と2極の巻線を用いているため、回転子が中心
に位置していれば相互結合が0となり、電動機の誘起電
圧が半径方向力制御巻線に生じない。 (4)誘導機、永久磁石形同期機、シンクロナスリラクタ
ンスモータなどの正弦波起磁力分布、正弦波磁束分布を
仮定した高出力回転機に広く応用できる。などである。
The features of the method proposed by the applicants are as follows: (1) In order to generate a radial force of two orthogonal axes and a torque, if three-phase winding is used, six wires and two units are used. Only a three-phase inverter is required. (2) Since the winding for generating the radial force and the winding for generating the torque are separated, the inverter or the power amplifier for controlling the radial force has a small power capacity. (3) Since four-pole and two-pole windings are used, mutual coupling becomes zero if the rotor is located at the center, and no induced voltage of the motor is generated in the radial force control winding. (4) It can be widely applied to high-power rotating machines assuming sinusoidal magnetomotive force distribution and sinusoidal magnetic flux distribution, such as induction machines, permanent magnet synchronous machines, and synchronous reluctance motors. And so on.

【0008】第8図は回転子の半径方向に作用する力の
発生原理を示している。4極巻線N4 、2極巻線N2
が固定子に施され、4極磁束Ψ4 、2極磁束Ψ2 、が発
生している。固定子にはトルクを発生するための4極巻
線N4 が施されている。いま、回転子が固定子の中心に
位置している場合、この4極巻線N4 に正方向の電流が
流れると4極の対称磁束Ψ4 が発生する。4極のN4
線とこれに直交する図示していない4極巻線に二相交流
電流を流すことにより4極の回転磁界が発生する。ある
いは既に報告しているように3相巻線であってもよい。
回転子にかご形巻線が施してあれば通常のかご形誘導機
として回転子にトルクが発生する。また、4極の永久磁
石回転子であれば通常の永久磁石形電動機としてトルク
を発生する。
FIG. 8 shows the principle of generation of a force acting in the radial direction of the rotor. 4-pole winding N 4 , 2-pole winding N 2 ,
Is applied to the stator to generate a quadrupole magnetic flux Ψ 4 and a bipolar magnetic flux Ψ 2 . The stator 4-pole windings N 4 for generating a torque is applied. Now, the rotor may have in the center of the stator, the positive direction of the current quadrupole symmetry flux [psi 4 occurs when flowing through the 4-pole winding N 4. A four-pole rotating magnetic field is generated by passing a two-phase alternating current through a four-pole N 4 winding and a four-pole winding (not shown) orthogonal to the four-pole N 4 winding. Alternatively, it may be a three-phase winding as already reported.
If a squirrel-cage winding is applied to the rotor, a torque is generated in the rotor as a normal squirrel-cage induction machine. In addition, a four-pole permanent magnet rotor generates torque as a normal permanent magnet motor.

【0009】固定子には通常の電動機巻線としての役割
を果たす4極巻線に加えて、回転子の半径方向に作用す
る力を発生するための2極の巻線N2 も施されている。
いま、N2 巻線の正方向に電流を流すと2極の磁束Ψ2
が発生する。回転子の紙面下部のギャップでは、4極の
巻線の電流による磁束の方向が2極の巻線の磁束の方向
と逆である。したがって、このギャップでは磁束密度が
低下する。一方、回転子の紙面上部のギャップでは、4
極の磁束の方向と2極の磁束の方向が一致しているため
磁束密度は増加する。このように磁束分布が不平衡にな
ると回転子に紙面上方向へ作用する半径方向の力Fが生
じる。この半径方向の力の大きさは2極巻線を流れる電
流の大きさを制御することにより調整できる。また、半
径方向の力の方向を逆にするためには、2極巻線の電流
の方向を反転すればよい。一方、紙面横方向の力を発生
するためには、N2 巻線と直交する2極巻線を施し、そ
の電流を調整すればよい。このように直交した2極巻線
の電流の大きさ、方向を調整することにより所望の大き
さ、方向の半径方向の力を発生できる。
The stator is provided with a two-pole winding N 2 for generating a force acting in the radial direction of the rotor, in addition to a four-pole winding serving as a normal motor winding. I have.
Now, when a current flows in the positive direction of the N 2 winding, the magnetic flux of two poles Ψ 2
Occurs. In the gap at the bottom of the paper of the rotor, the direction of the magnetic flux due to the current of the four-pole winding is opposite to the direction of the magnetic flux of the two-pole winding. Therefore, the magnetic flux density decreases in this gap. On the other hand, the gap at the top of the rotor
Since the direction of the magnetic flux of the poles and the direction of the magnetic flux of the two poles match, the magnetic flux density increases. When the magnetic flux distribution becomes unbalanced in this way, a radial force F acting on the rotor in the upward direction on the paper surface is generated. The magnitude of this radial force can be adjusted by controlling the magnitude of the current flowing through the bipolar winding. Further, in order to reverse the direction of the radial force, the direction of the current of the bipolar winding may be reversed. On the other hand, in order to generate a force in the horizontal direction of the paper, a two-pole winding perpendicular to the N 2 winding may be applied and its current may be adjusted. By adjusting the magnitude and direction of the currents of the two-pole windings orthogonal to each other in this manner, it is possible to generate a desired magnitude and direction radial force.

【0010】第8図では4極巻線を電動機駆動、2極巻
線を半径方向位置制御に用いているが、4極巻線を半径
方向力発生に、2極巻線を電動機駆動に用いることも可
能である。このような固定子に4極、2極の巻線を施す
形式の半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械を提案し
たのは1970年代に文献 (23)"Radial Active Magnetic Bearing Having a Rotat
ing Drive", Patent Specification 1 500 809, 1975 にあるものが出願人らの知る限りでは最初である。しか
し、当時は半導体電力変換回路が高価であり、また、高
速な電流制御が困難であった。さらに、複雑な演算を行
うデジタルコントローラが未発達であり、電動機のベク
トル制御などはきわめて難しく、瞬時磁束、瞬時トルク
分電流の制御は不可能であった。
In FIG. 8, the four-pole winding is used for driving a motor, and the two-pole winding is used for radial position control. The four-pole winding is used for generating a radial force and the two-pole winding is used for driving a motor. It is also possible. An electromagnetic rotating machine with a radial position control winding, in which such a stator is wound with four poles and two poles, was proposed in the 1970's (23) "Radial Active Magnetic Bearing Having a Rotat".
ing Drive ", Patent Specification 1 500 809, 1975, is the first to the applicant's knowledge, but at that time semiconductor power conversion circuits were expensive and high-speed current control was difficult. In addition, digital controllers for performing complicated calculations have not been developed, and vector control of an electric motor is extremely difficult, and control of instantaneous magnetic flux and instantaneous torque current is impossible.

【0011】その後、出願人らは文献 (24)千葉明、深尾正「電動機の回転磁界を利用した半径
方向回転体位置制御装置つき電磁回転機械」公開特許公
報(A)平2-193547 に示すように、その後発展したデジタル制御器、半導体
電力変換装置、電動機のベクトル制御理論を組み合わせ
ることにより、詳細なモデル化とそのモデルに基づく制
御則を適用することにより、この種の電動機を技術的に
可能とした。その後、カナダ国ニューファンドランドメ
モリアル大学、スイス工科大学(ETH)、茨城大学な
どでも研究、開発が行われている。次に関連する文献を
記載すると、 (24)J.Bichsel,"The Bearingless Electrical Machin
e", NASA-CP-3152-PT-2, pp.561-573, 1992 (25)出島、岡田、大石「磁気浮上回転モータの研究」電
気学会第4回シンポジウム電磁力関連のダイナミックス
講演論文集pp.251-260がある。
[0011] Thereafter, the applicants are disclosed in the patent documents (24) Akira Chiba and Tadashi Fukao, “Electromagnetic rotary machine with a radial rotating body position control device using a rotating magnetic field of an electric motor”, Japanese Patent Application Laid-Open (A) Hei 2-195347. In this way, by combining the vector control theory of digital controllers, semiconductor power converters, and motors that have developed since then, by applying detailed modeling and applying control rules based on that model, this type of motor can be Made it possible. Since then, research and development have been carried out at the Newfoundland Memorial University in Canada, the Swiss Institute of Technology (ETH), and Ibaraki University. The following is the relevant literature: (24) J. Bichsel, "The Bearingless Electrical Machin
e ", NASA-CP-3152-PT-2, pp.561-573, 1992 (25) Dejima, Okada, Oishi" Study on Magnetically Levitated Rotary Motor "4th Symposium of the Institute of Electrical Engineers, Electromagnetics-related dynamics There is a collection pp.251-260.

【0012】[発明が解決しようとする課題]しかしな
がら、誘導機形ベアリングレスモータに定常負荷を加え
たとき、すべりsが増加するに従い、4極電動機電流I
4sが2次側の回転子に流れ込み半径方向力を発生させる
ための励磁分電流Im が減少してしまい、同時に励磁分
電流の位相も遅れてしまう。このため半径方向力の指令
値Fα* とFβ* に相互干渉が発生し、磁気支持運転が
不安定化してしまい、最悪の場合タッチダウンしてしま
う。図9に4極電動機巻線端子から見た等価回路を示
す。図9において、各電動機定数はR1は1次巻線抵抗、
2 /sは2次抵抗、lは漏れインダクタンス、Lmは励
磁インダクタンス、Rmは鉄損抵抗である。すべりが小さ
いとき2次抵抗値R2/sの値が大きいため1次側の4
極電動機電流I4s はインダクタンスLm に流れ込む。よ
ってI4s とIm は大きさが等しく位相も一致している。
しかし、すべりが増加するにしたがって2次側の抵抗R
2 /sの値が小さくなりI4s がI4rに流れ込みI4rが増加
する。一方、Im は減少し、位相が遅れる。Im/I4sのボ
ード線図を描くと位相遅れが生じ、励磁電流成分が減少
することが明らかである。
[Problems to be Solved by the Invention] However, when a steady load is applied to the induction motor type bearingless motor, as the slip s increases, the four-pole motor current I
4s ends up decreasing exciting component current I m for generating a radial force flows into the secondary side rotor, thereby also delayed simultaneously exciting component current phase. For this reason, mutual interference occurs between the command values Fα * and Fβ * of the radial force, and the magnetic support operation becomes unstable, and in the worst case, touchdown occurs. FIG. 9 shows an equivalent circuit viewed from the winding terminal of the four-pole motor. In FIG. 9, each motor constant R 1 is the primary winding resistance,
R 2 / s is secondary resistance, l is the leakage inductance, Lm is the magnetizing inductance, Rm is an iron loss resistance. When the slip is small, the value of the secondary resistance R 2 / s is large.
Pole motor current I 4s flows into the inductance L m. Therefore I 4s and I m are also consistent equal phase size.
However, as the slip increases, the resistance R on the secondary side increases.
2 / s value becomes smaller I 4s is I 4r is increased flows into I 4r. On the other hand, I m decreases, the phase is delayed. It is clear that drawing the Bom diagram of I m / I 4s causes a phase delay and reduces the exciting current component.

【0013】半径方向力は励磁電流Im によって発生す
るため、Im の大きさが減少し位相が遅れることにより
以下のような現象が生じる。図10に示すように重力F
に対抗する半径方向力を発生するために力の指令値F*
は、無負荷時は方向が反対で大きさが等しい。したがっ
てFα* =0であり、Fβ* =−Fである。一方、Im
減少するとともに位相遅れが生じると、力の指令値F*
は、|F|より大きく位相がθだけαの方向にずれた指
令値となる。このように自動的に指令値が発生するのは
半径方向位置の負帰還が安定に動作している範囲の場合
のみである。この現象から、ある一定方向の半径方向力
Fを発生するために、負荷状態によってα、β軸の指令
値に相互干渉が生じることが分かる。半径方向力の相互
干渉は4極電動機励磁電流の位相が2極半径方向位置制
御系で推定している励磁電流の位相、振幅と一致しなく
なることから生じる。このため相互干渉の理論値は以下
のように求められる。図8をもとに説明をする。
[0013] Since the radial force generated by the excitation current I m, is the following phenomenon by phase reduces the size of I m is delayed occurs. As shown in FIG.
Force command value F * to generate a radial force opposing
Are equal in magnitude in opposite directions when no load is applied. Therefore, Fα * = 0 and Fβ * = − F. On the other hand, when the phase delay occurs with I m is decreased, the command value of the force F *
Is a command value that is larger than | F | and has a phase shifted by θ in the direction of α. Thus, the command value is automatically generated only in the range where the negative feedback at the radial position operates stably. From this phenomenon, it can be seen that in order to generate a radial force F in a certain direction, mutual interference occurs in the command values of the α and β axes depending on the load state. Mutual interference of the radial forces occurs because the phase of the four-pole motor exciting current does not match the phase and amplitude of the exciting current estimated by the two-pole radial position control system. Therefore, the theoretical value of mutual interference is obtained as follows. This will be described with reference to FIG.

【0014】すなわち、インダクタンスの関係式は、電
動機巻線をa,bとし、半径方向力を発生する巻線をα、
βとする。これらの巻線の電流をiに添え字を添付して
表す。また、磁束鎖交数も同様としてλで表すと、
That is, the relational expression of the inductance is such that the motor windings are a and b, the winding generating the radial force is α,
β. The currents in these windings are denoted by a suffix attached to i. Similarly, if the number of magnetic flux linkages is represented by λ,

【数1】 と表すことができる。ただし、L4,L2,Mは定数であ
る。
(Equation 1) It can be expressed as. Here, L 4 , L 2 , and M are constants.

【0015】いま、数1の電流の行列をit=(ia,ib,i
α,iβ)とし、インダクタンス行列をLとすれば、磁気
回路が線形である場合は磁気蓄積エネルギーWm
Now, the current matrix of Equation 1 is expressed as i t = (i a , i b , i
α, iβ), and the inductance matrix is L, the magnetic stored energy W m is

【数2】 である。そこで、半径方向に発生するカのα方向成分を
Fα、β方向をFβとすれば
(Equation 2) It is. Therefore, the α-direction component of power generated in the radial direction is
If Fα and β directions are Fβ

【数3】 にて導出することができる。この際、2相軸上の4極の
巻線電流ia、ibが
(Equation 3) Can be derived. At this time, the four-pole winding currents ia and ib on the two-phase shaft

【数4】 と正弦波であることを仮定すると数3に数1、数2、数
4を代入して、Fα,Fβを導出すると極めて簡単な式と
なる。
(Equation 4) Assuming that the waveform is a sine wave, by substituting Equations 1, 2, and 4 into Equation 3, and deriving Fα and Fβ, the equations become extremely simple.

【0016】[0016]

【数5】 必要な半径方向の力Fα,Fβが与えられると、これらを
発生するために必要なiα,iβ は、数5の2×2行列が
ユニタリ行列であるから、直ちに数6を求められる。
(Equation 5) When the necessary radial forces Fα and Fβ are given, iα and iβ necessary to generate these forces can be obtained from Expression 6 immediately since the 2 × 2 matrix of Expression 5 is a unitary matrix.

【0017】[0017]

【数6】 である。この関係式をあらかじめ制御系で実現すること
により数7が得られる。
(Equation 6) It is. By realizing this relational expression in a control system in advance, Expression 7 is obtained.

【数7】 一方、電磁機械内部で発生する半径方向力Fα、Fβは
I4s =Im の際にu,v,w相の電動機巻線の電流がそ
れぞれ
(Equation 7) On the other hand, the radial forces Fα and Fβ generated inside the electromagnetic machine are
When I 4s = I m , the currents of the u, v, and w phase motor windings are respectively

【数8】 である際に(Equation 8) When

【数9】 である。そこで、Im の電流がI4sに比例して2θだけ遅
れ、Im /I4s 倍となったとする。すると、
(Equation 9) It is. Therefore, current I m is 2θ delayed in proportion to I 4s, and became I m / I 4s times. Then

【数10】 iα* =iα iβ* =iβであるから(Equation 10) Since iα * = iα iβ * = iβ

【数11】 計算すると2ωtの項は消えてしまい簡略化でき、[Equation 11] When calculated, the 2ωt term disappears and can be simplified,

【数12】 すなわち誘導機の励磁電流の減少、位相遅れにより、実
際に発生する半径方向力はその指令値に対して減少す
る。さらにsin2θで示される干渉が発生してしまう
おそれがあった。本発明はこのような従来の課題に鑑み
てなされたもので、磁気軸受機能を有する電磁回転機械
を定常状態及び負荷時、過渡時においても安定に制御可
能な半径方向回転体位置制御装置を提供することを目的
とする。
(Equation 12) That is, due to the decrease in the exciting current of the induction machine and the phase delay, the radial force actually generated decreases with respect to the command value. Further, there is a possibility that interference represented by sin2θ may occur. The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides a radial rotating body position control device capable of stably controlling an electromagnetic rotating machine having a magnetic bearing function even in a steady state, under a load, and in a transient state. The purpose is to do.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項1記載の発明は、少なくとも固
定子に巻回した複数極の電動機巻線と、該電動機巻線と
独立し前記電動機巻線と異なる極数に巻回した回転子位
置制御用巻線を有する半径方向回転体位置制御巻線付き
電磁回転機械と、前記電動機巻線を制御する電磁回転機
械制御手段と、回転子の主軸の半径方向位置を検出し所
定値に一致するよう前記回転子位置制御用巻線を制御す
る回転子位置制御手段を備える半径方向回転体位置制御
装置であって、前記電磁回転機械制御手段より抽出した
一次角周波数と磁束電流振幅に基づき前記回転子位置制
御手段による前記回転子位置制御用巻線の制御を非干渉
化することを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a motor winding having a plurality of poles wound on at least a stator and an independent motor winding are provided. An electromagnetic rotating machine with a radial direction rotating body position control winding having a rotor position control winding wound around a different number of poles from the motor winding, an electromagnetic rotating machine control means for controlling the motor winding, A radial rotary body position control device comprising: a rotor position control unit that detects a radial position of a main shaft of a rotor and controls the rotor position control winding so as to match a predetermined value. The control of the rotor position control winding by the rotor position control means is made non-interfering based on the primary angular frequency and the magnetic flux current amplitude extracted from the control means.

【0019】ここで、異なる極数とは電動機巻線の複数
極と異なればよく、増加した場合(例えばP+2極)も
減少した場合(例えばP−2極)も含む。また、磁気軸
受機能を備える半径方向回転体位置制御巻線付き電磁回
転機械であり、電動機及び発電機をも対象とする。回転
子位置制御用巻線は電動機巻線と分離独立させ、電動機
巻線による回転磁界を利用しながら僅かの電流を回転子
位置制御用巻線に流すことで回転子の半径方向位置を制
御する。フィードフォワード形の制御系内で一次角周波
数が明らかな場合に、この一次角周波数を回転子位置制
御用巻線の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界
と同期させることが可能となる。このため、定常状態又
は負荷時、過渡時において安定に主軸を制御可能とする
ことが出来る。
Here, the different number of poles may be different from a plurality of poles of the motor winding, and includes the case of increasing (for example, P + 2 pole) and the case of decreasing (for example, P-2 pole). Further, the present invention is an electromagnetic rotating machine having a radial direction rotating body position control winding having a magnetic bearing function, and is also applicable to an electric motor and a generator. The rotor position control winding is separated and independent from the motor winding, and a small amount of current is passed through the rotor position control winding while using the rotating magnetic field generated by the motor winding to control the radial position of the rotor. . When the primary angular frequency is clear in the feedforward control system, it can be synchronized with the rotating magnetic field by using this primary angular frequency for decoupling of the rotor position control winding. Become. For this reason, it is possible to stably control the spindle in the steady state, at the time of load, and at the time of transition.

【0020】なお、ここで電磁回転機械制御手段はフィ
ードフォワード形の複数の制御系で実現可能であるが、
請求項2記載の発明のように前記電磁回転機械制御手段
は電圧/周波数比をほぼ一定とする制御であり、主軸の
すべり、励磁電流指令値及び一次角周波数の指令値の内
の少なくとも一つのデータに基づき前記電動機巻線の一
次電流及び位相角を演算する演算回路と、該演算回路の
結果に基づき三相電流指令値を発生する三相電流指令値
発生回路と、該三相電流指令値に電流が追従するように
電圧、周波数を調整する調整手段を少なくとも備え、前
記一次角周波数の指令値に基づき前記回転子位置制御用
巻線の制御を非干渉化することも出来る。主軸のすべ
り、励磁電流指令値及び一次角周波数の指令値に基づき
演算回路で電動機巻線の一次電流及び位相角を演算す
る。このときの一次角周波数の指令値を回転子位置制御
用巻線の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界と
同期させることが可能となる。このことにより、安定に
主軸を制御可能とすることが出来る。
Here, the electromagnetic rotating machine control means can be realized by a plurality of feedforward control systems.
As in the invention according to claim 2, the electromagnetic rotating machine control means is a control for making the voltage / frequency ratio substantially constant, and at least one of the main shaft slip, the exciting current command value and the primary angular frequency command value. An arithmetic circuit for calculating a primary current and a phase angle of the motor winding based on data; a three-phase current command value generating circuit for generating a three-phase current command value based on a result of the arithmetic circuit; And at least adjusting means for adjusting the voltage and frequency so that the current follows the current, and the control of the rotor position control winding can be made non-interfering based on the command value of the primary angular frequency. An arithmetic circuit calculates the primary current and the phase angle of the motor winding based on the main shaft slip, the exciting current command value and the primary angular frequency command value. By using the command value of the primary angular frequency at this time for decoupling control of the rotor position control winding, it is possible to synchronize with the rotating magnetic field. As a result, the spindle can be stably controlled.

【0021】また、かかる制御は定常状態において安定
な制御が可能であるが、請求項3記載の発明のように前
記電磁回転機械制御手段はベクトル制御であり、主軸の
回転速度あるいはその推定値に基づき励磁磁束、一次鎖
交磁束、二次鎖交磁束の少なくとも一つを一定とするよ
う一次電流、一次角周波数、位相角を演算する演算回
路、電流瞬時値を演算する演算回路、電圧振幅、位相角
を演算する演算回路の少なくとも一つと、該演算回路の
結果に基づき三相電流指令値を発生する三相電流指令値
発生回路若しくは三相電圧指令値発生回路を少なくとも
備え、前記演算回路の一次角周波数と磁束振幅若しくは
励磁電流振幅に基づき前記回転子位置制御用巻線の制御
を非干渉化することも出来る。ベクトル制御では、励磁
電流が一定値に保たれるため、半径方向力制御系で干渉
は生じない。ベクトル制御は磁束フィードフォワード
形、磁束フィードバック形があるが、いずれの場合も一
次角周波数は制御系内で明らかであり、この一次角周波
数を回転子位置制御用巻線の非干渉化の制御に利用する
ことで、回転磁界と同期させることが可能となる。この
ため、定常状態の他負荷時、過渡時においても安定に主
軸を制御可能とすることが出来る。
In this control, stable control can be performed in a steady state. However, as in the third aspect of the present invention, the electromagnetic rotating machine control means is a vector control, and the rotation speed of the main shaft or the estimated value thereof is determined. An arithmetic circuit for calculating a primary current, a primary angular frequency, and a phase angle so as to make at least one of an excitation magnetic flux, a primary interlinkage magnetic flux, and a secondary interlinkage magnetic flux constant, an arithmetic circuit for calculating an instantaneous current value, a voltage amplitude, At least one of an arithmetic circuit for calculating a phase angle and at least a three-phase current command value generating circuit or a three-phase voltage command value generating circuit for generating a three-phase current command value based on a result of the calculating circuit; The control of the rotor position control winding can be made non-interfering based on the primary angular frequency and the magnetic flux amplitude or the exciting current amplitude. In the vector control, since the exciting current is kept at a constant value, no interference occurs in the radial force control system. In vector control, there are a flux feedforward type and a magnetic flux feedback type.In each case, the primary angular frequency is clear in the control system, and this primary angular frequency is used to control the decoupling of the rotor position control winding. Utilization makes it possible to synchronize with the rotating magnetic field. Therefore, it is possible to stably control the main spindle even in a steady state and at the time of load and transient.

【0022】なお、ベクトル制御等のフィードフォワー
ド形制御系の適用が困難な場合には、請求項4記載の発
明のように少なくとも固定子に巻回した複数極の電動機
巻線と、該電動機巻線と独立し前記電動機巻線と異なる
極数に巻回した回転子位置制御用巻線を有する半径方向
回転体位置制御巻線付き電磁回転機械と、前記電動機巻
線を制御する電磁回転機械制御手段と、回転子の主軸の
半径方向位置を検出し所定値に一致するよう前記回転子
位置制御用巻線を制御する回転子位置制御手段を備える
半径方向回転体位置制御装置であって、前記電動機巻線
の電流、電圧、及び主軸のすべりの内の少なくとも一つ
のデータから演算した磁束若しくは励磁電流の位相角及
び振幅に基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を非干
渉化することも出来る。電磁回転機械制御手段はフィー
ドバック形であり、磁束の位相角及び励磁電流の大きさ
を演算等により算出する。そして、この磁束の位相角及
び励磁電流の大きさを回転子位置制御用巻線の非干渉化
の制御に利用することで、回転磁界と同期させトルクゲ
インも安定させることが可能となる。このため、定常状
態の他負荷時、過渡時においても安定に主軸を制御可能
とすることが出来る。
If it is difficult to apply a feed-forward control system such as vector control, a plurality of motor windings wound on at least a stator as described in the fourth aspect of the present invention, An electromagnetic rotating machine with a radial rotating body position control winding having a rotor position control winding wound independently of the wire and having a different number of poles from the motor winding, and an electromagnetic rotating machine control for controlling the motor winding Means, and a radial direction rotating body position control device comprising: a rotor position control means for detecting a radial position of a main shaft of the rotor and controlling the rotor position control winding so as to match a predetermined value. It is also possible to make the control of the rotor position control winding non-interfering based on the phase angle and the amplitude of the magnetic flux or the excitation current calculated from at least one of the data of the current, voltage and main shaft slip of the motor winding. Out That. The electromagnetic rotating machine control means is of a feedback type, and calculates the phase angle of the magnetic flux and the magnitude of the exciting current by calculation or the like. Then, by utilizing the phase angle of the magnetic flux and the magnitude of the exciting current for decoupling the rotor position control winding, the torque gain can be stabilized in synchronization with the rotating magnetic field. Therefore, it is possible to stably control the main spindle even in a steady state and at the time of load and transient.

【0023】なお、ここで電磁回転機械制御手段はフィ
ードバック形の複数の制御系で実現可能であるが、請求
項5記載の発明のように前記電磁回転機械制御手段はフ
ィードバック制御であり、少なくとも電磁回転機械を駆
動するインバータ若しくは商用電源を備え、主軸のすべ
りに基づき演算した磁束若しくは励磁電流の位相角及び
大きさに基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を非干
渉化することも出来る。 主軸のすべりに基づき磁束の
位相角及び励磁電流の大きさを算出し、この磁束若しく
は励磁電流の位相角及び大きさを回転子位置制御用巻線
の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界と同期さ
せトルクゲインも安定させることが可能となる。このた
め、定常状態において安定に主軸を制御可能とすること
が出来る。
Here, the electromagnetic rotating machine control means can be realized by a plurality of feedback control systems, but the electromagnetic rotating machine control means is a feedback control as in the invention of claim 5, and at least an electromagnetic An inverter or a commercial power supply for driving the rotating machine is provided, and the control of the rotor position control winding can be made non-interfering based on the phase angle and magnitude of the magnetic flux or the exciting current calculated based on the slip of the main shaft. By calculating the phase angle of the magnetic flux and the magnitude of the exciting current based on the slip of the main shaft, and using the phase angle and the magnitude of the magnetic flux or the exciting current for non-interference control of the rotor position control winding, It becomes possible to stabilize the torque gain in synchronization with the rotating magnetic field. Therefore, it is possible to stably control the spindle in the steady state.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明の第1実施形態を示す
(請求項2に相当する)。図1はフィードフォワード形
の原型を示す。図1において、誘導機1は磁気軸受機能
を有するものであり、半径方向回転体位置制御巻線付き
電磁回転機械に相当する。すべり検出器3はエンコー
ダ、レゾルバ、電圧・電流などによる推定により誘導機
1のすべりを検出するようになっている。位相変換器5
はすべりをすべりの大きさに応じた電流の位相進み角に
変換するようになっている。また、電流変換器7はすべ
りをすべりの大きさに応じた励磁電流の指令値と電動機
電流の比に変換するようになっている。位相加算器9は
位相変換器5の出力と一次角周波数の指令値とを加算す
る様になっている。三相電流指令値発生回路11は、位
相加算器9と電流変換器7の出力信号より三相電流指令
値を演算し誘導機1への電流指令値を発生するようにな
っている。一方、回転子のα軸方向、β軸方向の変位は
図示しないセンサで検出され、調節計15に入力され力
の指令値Fα* 、Fβ* に変換されるようになってい
る。非干渉化回路17は負荷状態に依存したゲインの低
下やα軸、β軸間の干渉を防止するために構成されてい
る。そして、一次角周波数を基に非干渉化回路17で変
換した要素は二相三相変換及び電流制御器19に入力さ
れ、2極巻線の電流が制御される様になっている。非干
渉化回路17からは半径方向回転体位置制御巻線の電流
指令値が出力される様になっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention (corresponding to claim 2). FIG. 1 shows a feed-forward prototype. In FIG. 1, an induction machine 1 has a magnetic bearing function and corresponds to an electromagnetic rotating machine with a radial direction rotating body position control winding. The slip detector 3 detects the slip of the induction machine 1 by estimation using an encoder, a resolver, a voltage / current, or the like. Phase converter 5
The slip is converted into a phase lead angle of a current corresponding to the magnitude of the slip. The current converter 7 converts the slip into a ratio between a command value of an exciting current and a motor current according to the magnitude of the slip. The phase adder 9 adds the output of the phase converter 5 and the command value of the primary angular frequency. The three-phase current command value generation circuit 11 calculates a three-phase current command value from output signals of the phase adder 9 and the current converter 7 to generate a current command value for the induction machine 1. On the other hand, the displacement of the rotor in the α-axis direction and the β-axis direction is detected by a sensor (not shown) and is input to the controller 15 and converted into force command values Fα * and Fβ * . The decoupling circuit 17 is configured to prevent a decrease in gain depending on the load state and interference between the α axis and the β axis. The element converted by the decoupling circuit 17 based on the primary angular frequency is input to the two-phase / three-phase conversion and current controller 19, so that the current of the two-pole winding is controlled. The decoupling circuit 17 outputs a current command value for the radial rotating body position control winding.

【0025】次にその作用を説明する。図1において、
主軸の回転速度と1次周波数よりすべりsをすべり検出
器3で導出する。このすべりに応じて電流変換器7で1
次電流指令値I4sを増加する。また、同時に位相変換器
5ですべりに応じて1次電流の位相をθだけ進める。こ
のように負荷増加に伴い1次電流の振幅を増加し、位相
角を進めることにより、Im の振幅を一定値とし、位相
遅れをキャンセルすることが可能である。この結果、あ
る一定の1次角周波数にて定常状態でIm を一定値とす
ることが出来る。次に、本発明の第2実施形態を図2に
示す(請求項3に相当する)。図2はフィードフォワー
ド形のベクトル制御を用いた例を示す。なお、磁束フィ
ードバック形のベクトル制御、一次鎖交磁束あるいはギ
ャップ磁束を一定とするベクトル制御、速度センサレス
ベクトル制御でもよい。速度センサレスベクトル制御に
ついては文献(26)で詳しく述べられている。文献(26)
は、 K.Rajashekara"Sensorless Control of AC motor
Drives", IEEE Press 1996 である。
Next, the operation will be described. In FIG.
The slip s is derived by the slip detector 3 from the rotational speed of the main shaft and the primary frequency. In response to this slip, the current converter 7
The next current command value I 4s is increased. At the same time, the phase of the primary current is advanced by θ in accordance with the slip by the phase converter 5. Thus to increase the amplitude of the primary current due to the increased load, by advancing the phase angle, the amplitude of I m a constant value, it is possible to cancel the phase lag. As a result, it is possible to a constant value I m at steady state at a certain primary angular frequency. Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG. 2 (corresponding to claim 3). FIG. 2 shows an example using a feedforward vector control. It should be noted that vector control of a magnetic flux feedback type, vector control in which primary interlinkage magnetic flux or gap magnetic flux is kept constant, or speed sensorless vector control may be used. The speed sensorless vector control is described in detail in reference (26). References (26)
Is K.Rajashekara "Sensorless Control of AC motor
Drives ", IEEE Press 1996.

【0026】図2において、ロータリーエンコーダ21
及び速度検出器23は誘導機1より主軸の回転速度の検
出を行うようになっている。調節計25は主軸の電気角
速度指令値2ω* と速度検出器23の出力よりPI制御を
行い、トルク電流指令値をit*を出力するようになって
いる。演算器27は2次鎖交磁束の励磁電流のベクトル
振幅i0 *とit*から2乗和平方根関数により4極電動機電
流の振幅|Ims|、tan-1関数により位相角θm1 *及びすべ
り電気角周波数2ωs *を作成するようになっている。演
算回路29は、主軸の電気角速度2ωとすべり電気角周
波数2ωs *から磁束回転位置を算出するようになってい
る。更に、三相電流指令値発生回路31は、演算回路2
9の演算結果により電動機電流指令値ium1 * ,ivm1 * ,i
wm1 *を発生するようになっている。
In FIG. 2, the rotary encoder 21
And the speed detector 23 detects the rotational speed of the main shaft from the induction machine 1. The controller 25 performs PI control based on the electric angular speed command value 2ω * of the main shaft and the output of the speed detector 23, and outputs a torque current command value it * . The calculator 27 calculates the amplitude of the quadrupole motor current | I ms | by the square root of the square sum function from the vector amplitudes i 0 * and it * of the exciting current of the secondary flux linkage, the phase angle θ m1 * by the tan-1 function, and A slip electrical angular frequency of 2ω s * is created. The arithmetic circuit 29 calculates the magnetic flux rotation position from the electrical angular velocity 2ω of the main shaft and the slip electrical angular frequency 2ω s * . Further, the three-phase current command value generation circuit 31
9, the motor current command values i um1 * , i vm1 * , i
wm1 * is generated.

【0027】半径方向位置制御システムは基本的には第
1の実施形態と同様である。演算回路29で演算された
一次角周波数2ω0tを基に行列要素変換器33で変換し
た要素を非干渉回路17の行列要素とすることで、電動
機巻線電流の回転磁界に同期させた変調制御が可能な様
になっている。非干渉化回路17からは半径方向回転体
位置制御巻線の電流指令値が出力される様になってい
る。
The radial position control system is basically the same as in the first embodiment. The element converted by the matrix element converter 33 based on the primary angular frequency 2ω 0t calculated by the arithmetic circuit 29 is used as the matrix element of the non-interference circuit 17 so that the modulation control is synchronized with the rotating magnetic field of the motor winding current. Is possible. The decoupling circuit 17 outputs a current command value for the radial rotating body position control winding.

【0028】次にその作用を説明する。図2は磁束指令
値を一定とし、速度制御を含めた場合のすべり周波数制
御形ベクトル制御の構成を示す。主軸の電気角速度指令
値2ω* とロータリーエンコーダを用いて検出した主軸
の電気角速度2ωの差分をPI制御したトルク電流指令値
をit *とする。これに比例したすべり電気角周波数2ωs *
を発生するとともに、2次鎖交磁束の励磁電流のベクト
ル振幅i0とit *から2乗和平方根関数により4極電動機
電流の振幅|ims|、 tan-1関数により位相角θm1 *を作成
する。すべり電気角周波数2ωs *と主軸の電気角速度2ω
の和が1次角周波数2ω0となる。θm1 *と2ω0tとの和に
より4極電動機電流の位相を求め、正弦関数と振幅|Im1
|の乗算により3相の4極電動機電流指令値ium1 * ,ivm1
* ,iwm1 *を作成している。また、2極半径方向位置制御
システムは図1と同様で、4極電動機巻線電流の回転磁
界に同期させるために行列要素変換器33でcos2ω0tと
sin2ω0tの信号を用いる。この信号は磁束ベクトルの方
向を示している。
Next, the operation will be described. FIG. 2 shows a configuration of the slip frequency control type vector control in a case where the magnetic flux command value is fixed and speed control is included. The electrical angular velocity command value 2 [omega * and the torque current command value difference and PI control of the electrical angular velocity 2 [omega of the main shaft detected by using a rotary encoder of the spindle and i t *. Slip electrical angular frequency 2ω s * proportional to this
As well as generate, 2 Tsugikusari linkage vector magnitude i 0 and i t * from the four-pole motor current by the square sum square root function amplitude of the excitation current of the flux | i ms |, the phase angle by tan-1 function theta m1 * Create Slip electric angular frequency 2ω s * and main shaft electric angular velocity 2ω
Is the primary angular frequency 2ω 0 . The phase of the four-pole motor current is obtained from the sum of θ m1 * and 2ω 0 t, and the sine function and the amplitude | Im 1
| Three-phase four-pole motor current command values i um1 * , i vm1
* , i wm1 * is created. The two-pole radial position control system is the same as in FIG. 1, and the matrix element converter 33 uses cos2ω 0 t to synchronize with the rotating magnetic field of the four-pole motor winding current.
The signal of sin2ω 0 t is used. This signal indicates the direction of the magnetic flux vector.

【0029】この発明の重要な点は、この磁束ベクトル
の回転角度ω0tの信号を、図1に示した非干渉化ブロッ
クの正弦波、余弦波関数として用いる点である。する
と、図1では、電動機の定常状態でのみ安定化可能であ
ったが、ベクトル制御系により磁束振幅が一定値に保た
れるので、電動機の過渡状態でも安定化することが可能
である。もし、電動機側で界磁弱め制御を行い、励磁電
流指令を減少するような場合であれば、図1の非干渉化
ブロックでは、励磁電流成分あるいは磁束指令値に基づ
いて半径方向位置制御ループのループゲインを調整しな
ければならない。すなわち、磁束振幅に反比例して非干
渉化ブロックのゲインを調整する必要がある。なお、図
2のベクトル制御系は前述した文献(26)に記載されてい
るような速度センサレス、電圧センサレスなどの制御系
を用いることができる。
An important point of the present invention is that the signal of the rotation angle ω 0 t of the magnetic flux vector is used as a sine wave and cosine wave function of the decoupling block shown in FIG. Then, in FIG. 1, the stabilization can be performed only in the steady state of the motor, but since the magnetic flux amplitude is maintained at a constant value by the vector control system, the stabilization can be performed even in the transient state of the motor. If the electric motor performs field weakening control to reduce the exciting current command, the decoupling block in FIG. 1 uses the excitation current component or the magnetic flux command value to execute the radial position control loop. You must adjust the loop gain. That is, it is necessary to adjust the gain of the decoupling block in inverse proportion to the magnetic flux amplitude. Note that the vector control system of FIG. 2 can use a control system such as a speed sensorless or voltage sensorless described in the above-mentioned reference (26).

【0030】次に、本発明の第3実施形態を図3に示す
(請求項1に相当する)。ベクトル制御系の構成は各種
提案されている。すでに示した図2のベクトル制御系は
きわめて初歩的な構成である。ベクトル制御系はどのよ
うなベクトル制御系であってもよく、その一般的なシス
テム構成を本発明の第3実施形態として図3に示す。図
3において、ベクトル制御系40には、図示していない
速度ループ系、位置制御系あるいはトルク制御系からト
ルク指令値τ* 及び回転子速度が入力されるようになっ
ている。ベクトル制御系40からの電流指令値は、電動
機駆動用インバータ42を介し誘導機1を駆動するよう
になっている。誘導機1からは回転子のα軸方向の変位
αと、β軸方向の変位βがセンサ44により検出され、
調節計15に入力され力の指令値Fα* 、Fβ* に変換
されるようになっている。非干渉化回路49はベクトル
制御系40から磁束振幅Ψ0 あるいは励磁電流指令io等
を入力することにより、電動機巻線電流の回転磁界に同
期させた変調制御が可能な様になっている。非干渉化回
路49の出力は、半径方向インバータ19を介し半径方
向回転体位置制御巻線を制御する様になっている。
Next, a third embodiment of the present invention is shown in FIG. 3 (corresponding to claim 1). Various configurations of the vector control system have been proposed. The vector control system shown in FIG. 2 already shown is a very rudimentary configuration. The vector control system may be any vector control system, and a general system configuration is shown in FIG. 3 as a third embodiment of the present invention. In FIG. 3, the vector control system 40 receives a torque command value τ * and a rotor speed from a speed loop system, a position control system, or a torque control system (not shown). The current command value from the vector control system 40 drives the induction machine 1 via the motor driving inverter 42. From the induction machine 1, the sensor 44 detects a displacement α in the α-axis direction and a displacement β in the β-axis direction of the rotor,
The force is input to the controller 15 and is converted into force command values Fα * and Fβ * . Decoupling circuit 49 by inputting the flux amplitude [psi 0 or excitation current command io, etc. from the vector control system 40, the modulation control synchronized with the rotating magnetic field of the motor winding current is given as possible. The output of the decoupling circuit 49 controls the radial direction rotating body position control winding via the radial direction inverter 19.

【0031】次にその作用を説明する。図3はフィード
フォワード形システムの構成を示している。そのときの
運転状況に応じてベクトル制御系40では磁束振幅Ψ
0 、あるいは励磁電流指令ioを発生する。これらの量
は、推定値であっても、検出値であっても指令値であっ
てもよい。これらの量は非干渉化ブロック49に入力さ
れ、正弦波、余弦波による行列計算が行われ、さらに、
磁束あるいは励磁電流振幅が増減していれば、ループゲ
インの調整が行われる。このことにより、電動機の定常
状態の他、ベクトル制御系により磁束振幅が一定値に保
たれるので、電動機の過渡状態でも安定化することが可
能である。ベクトル制御が成り立っている時は以下のよ
うになる。今、加速前、すなわちt<0ではImとI4sが等し
い。一定トルクで加速する際には、Imと直交する方向に
I4rを発生し、1次電流I4sをImとθm1進み方向へ発生す
る。この結果、トルク発生前後でImの大きさ、方向は変
動しない。したがって半径方向力発生が非干渉化でき
る。
Next, the operation will be described. FIG. 3 shows the configuration of the feedforward system. The vector control system 40 controls the magnetic flux amplitude Ψ
0 or the excitation current command io is generated. These quantities may be estimated values, detected values, or command values. These quantities are input to the decoupling block 49, and a matrix calculation is performed using sine waves and cosine waves.
If the magnetic flux or the exciting current amplitude has increased or decreased, the loop gain is adjusted. As a result, since the magnetic flux amplitude is maintained at a constant value by the vector control system in addition to the steady state of the electric motor, it is possible to stabilize even in the transient state of the electric motor. When vector control is established, it becomes as follows. Now, the pre-acceleration, i.e. t <0 in the I m and I 4s are equal. When accelerating at a constant torque, in a direction perpendicular to the I m
Generates I 4r, it generates a primary current I 4s to I m and theta m1 leading direction. As a result, the magnitude of I m before and after the torque generating direction does not fluctuate. Therefore, the radial force generation can be made non-interfering.

【0032】次に、本発明の第4実施形態を図4に示す
(請求項5に相当する)。図4において、三相電流指令
値発生回路67は1次電流指令値I4s及び一次角周波数
ω1に基づき調節計65を介し、三相電流指令値を発生
するようになっている。すべり検出器3は誘導機1の主
軸の回転速度よりすべりを検出するものである。位相算
出器61と励磁電流算出器63はすべり検出器3で検出
されたすべりに基づき各々位相角θ及び励磁電流Im
算出するようになっている。非干渉器69は、これらの
位相角θ及び励磁電流Im に基づき半径方向位置制御を
非干渉化するようになっている。
Next, a fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. 4 (corresponding to claim 5). In FIG. 4, the three-phase current command value generation circuit 67 generates a three-phase current command value via the controller 65 based on the primary current command value I 4s and the primary angular frequency ω 1 . The slip detector 3 detects slip based on the rotation speed of the main shaft of the induction machine 1. A phase calculator 61 an excitation current calculator 63 is adapted to each calculated phase angle θ and the excitation current I m on the basis of the slip detected by the slip detector 3. Non-interference 69 is adapted for decoupling the radial position control based on these phase angle θ and the excitation current I m.

【0033】次にその作用を説明する。負荷状態に依存
してゲインの低下やα、β軸間の干渉が生じるのを非干
渉化する手法は上述したフィードフォワード系の制御の
他にもいくつか考えられる。すなわち、既に示した数1
2の原理で干渉が生じるのであるから、数12の干渉を
打ち消すブロックを付加すればよい。すなわち、数12
を予め打ち消すフィードフォワードブロックを半径方向
位置制御系に構成する手法である。図4はこの手法を用
いた際のシステムの構成を示している。主軸の回転速度
を検出し、すべり検出器3ですべりを算出する。このす
べりより、Im の振幅と位相遅れ角を算出する。このI
m の振幅を位相角θを用いて数12を指令値について逆
に解いた演算を行う。この結果、半径方向力巻線の電流
を求めるものである。この手法は、電動機制御は図4に
示す以外の形式でも可能であり、誘導機駆動インバータ
がV/f一定制御などの簡単な場合に適している。その
ような場合、I4Sは検出値を用いる。
Next, the operation will be described. In addition to the above-described control of the feedforward system, there may be several methods for decoupling a decrease in gain or interference between α and β axes depending on the load state. That is, the number 1 already shown
Since interference occurs according to the principle of 2, it is only necessary to add a block that cancels out the interference of Equation 12. That is, Equation 12
Is a method of constructing a feedforward block that cancels out in advance in a radial position control system. FIG. 4 shows the configuration of a system using this method. The rotational speed of the main shaft is detected, and the slip is calculated by the slip detector 3. From this slip to calculate the amplitude and phase lag angle of I m. This I
A calculation is performed by solving the equation (12) in reverse for the command value using the phase angle θ for the amplitude of m . As a result, the current of the radial force winding is determined. This method allows the motor control in a form other than that shown in FIG. 4, and is suitable for a simple case in which the induction motor drive inverter has a constant V / f control. In such a case, I4S uses the detected value.

【0034】図4は本来、無負荷運転のみが可能な構成
ではあるが、1次周波数指令値を急変することにより加
速を行うことも可能である。そこで単に周波数を急増さ
せるだけでなく1次電流の大きさもステップ状に増加し
た時を考える。ステップ状の変化が加わる以前、すなわ
ちt<0にて1次電流振幅がI4sであり、無負荷定常状態で
あるので励磁インダクタンスLmに流れる電流Imと等し
い。なおこの際Rmは充分大きく、lはLmに比較して充分
小さいと仮定する。Imはインダクタンスに流れる電流な
ので、瞬間は変化せずI4sの変化分はすべて回転子側に
流れる電流I4rの変化となる。この状態は定常状態と異
なりトルクを発生しない。その後、時間を経て得てt=∞
では定常状態に移行する。
Although FIG. 4 originally shows a configuration in which only no-load operation is possible, it is also possible to perform acceleration by suddenly changing the primary frequency command value. Therefore, let us consider a case where the magnitude of the primary current increases not only in a sudden increase in frequency but also in a step-like manner. Before the step-like change is applied, that is, at t <0, the primary current amplitude is I4s , and since it is in a no-load steady state, it is equal to the current Im flowing through the exciting inductance Lm. In this case, it is assumed that Rm is sufficiently large and l is sufficiently small as compared with Lm. Since Im is a current flowing through the inductance, there is no change at the moment, and all the change of I 4s is a change of the current I 4r flowing on the rotor side. This state does not generate torque unlike the steady state. Then, after a while, t = ∞
Then, it shifts to the steady state.

【0035】半径方向力はImと2極の磁束の相互作用に
より発生するため、Imのベクトルの方向が変動すると、
発生する半径方向力の方向が変動する。同様にImのベク
トルの大きさが減少すると半径方向力も減少してしま
う。Imの方向がずれ、大きさも小さくなっている。この
ようにImの方向と大きさの変動は半径方向力が発生する
方向と大きさの変動となる。しかし、これらの変動を予
め検出し、非干渉器69で非干渉化すれば、直交2軸座
標系での半径方向力の軸間干渉は避けられる。さらに、
半径方向位置制御のフィードバックループでは、ループ
ゲインの変動が生じないと共に位相余裕の減少を避ける
ことが出来る。
Since the radial force is generated by the interaction between Im and the magnetic flux of the two poles, if the direction of the Im vector changes,
The direction of the generated radial force varies. Similarly, as the magnitude of the Im vector decreases, so does the radial force. The direction of Im has shifted and the size has also become smaller. As described above, the change in the direction and the magnitude of Im changes the direction and the magnitude in which the radial force is generated. However, if these fluctuations are detected in advance and made non-interfering by the non-interferometer 69, inter-axial interference of the radial force in the orthogonal two-axis coordinate system can be avoided. further,
In the feedback loop of the radial position control, the loop gain does not fluctuate and the phase margin can be prevented from decreasing.

【0036】次に、本発明の第5実施形態を図5に示す
(請求項4に相当する)。図5は比較的大容量の場合の
フィードバックによる構成を示している。電動機制御7
1はトルク指令値τ* が入力されることで、電流指令値
が出力されるようになっている。電動機制御71からの
電流指令値は、電動機駆動用インバータ73を介し誘導
機1を駆動するようになっている。誘導機1からは回転
子のα軸方向の変位αと、β軸方向の変位βがセンサ4
4により検出され、調節計15に入力され力の指令値F
α* 、Fβ* に変換されるようになっている。磁束検出
回路75は誘導機1の電圧、電流から磁束方向、磁束振
幅を検出するようになっている。非干渉化回路77は磁
束検出回路75により検出された磁束方向、磁束振幅に
基づき半径方向位置制御を非干渉化するようになってい
る。
Next, a fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. 5 (corresponding to claim 4). FIG. 5 shows a configuration based on feedback in the case of a relatively large capacity. Motor control 7
Reference numeral 1 indicates that a current command value is output by inputting a torque command value τ * . The current command value from the motor control 71 drives the induction machine 1 via the motor driving inverter 73. From the induction machine 1, the displacement α in the α-axis direction of the rotor and the displacement β in the β-axis direction
4 and is input to the controller 15 and the force command value F
α * and Fβ * . The magnetic flux detection circuit 75 detects the magnetic flux direction and the magnetic flux amplitude from the voltage and current of the induction machine 1. The decoupling circuit 77 decouples the position control in the radial direction based on the magnetic flux direction and the magnetic flux amplitude detected by the magnetic flux detection circuit 75.

【0037】次にその作用を説明する。磁束検出回路7
5より、電動機の電圧、電流から磁束方向、磁束振幅を
検出する。電動機の駆動制御はベクトル制御系である必
要はなく、v/f一定制御などの簡単なものでよい。検
出された磁束振幅により半径方向位置制御系のループゲ
インを調整し、また、その角度θの正弦波、余弦波によ
り非干渉化をブロック実現する。このことにより、半径
方向位置制御を定常状態及び負荷時、過渡時においても
安定に制御可能とすることが出来る。
Next, the operation will be described. Magnetic flux detection circuit 7
From 5, the magnetic flux direction and the magnetic flux amplitude are detected from the voltage and current of the electric motor. The drive control of the motor does not need to be a vector control system, but may be a simple control such as v / f constant control. The loop gain of the radial position control system is adjusted based on the detected magnetic flux amplitude, and decoupling is realized by a sine wave and a cosine wave having the angle θ. As a result, the radial position control can be stably controlled even in a steady state, a load state, and a transient state.

【0038】[0038]

【実施例】図6は、本発明の第3実施形態である図3の
ベクトル制御系に基づき過渡応答実験を行ったときの効
果の一例で急加速時の波形を示している。ここで、2ω*
は主軸の電気角速度指令値であり、741.6rpmから200.7r
pmまでステップ状に増加している。この際、急加速して
も変位αとβに変動は見られず、安定な軸支持が実現で
きている。ここで、ステップの前後でα、βの軸振れの
周期が異なるのは、この軸振れの周期が主軸の回転周期
と一致しているからであり、すなわち、加速後は速度が
高くなり軸振れの周期が小さい。
FIG. 6 shows a waveform at the time of rapid acceleration as an example of an effect when a transient response experiment is performed based on the vector control system of FIG. 3 which is a third embodiment of the present invention. Where 2ω *
Is the spindle electric angular velocity command value, from 741.6rpm to 200.7r
It increases in steps until pm. At this time, even if the vehicle is suddenly accelerated, the displacements α and β do not change, and stable shaft support is realized. Here, the reason why the cycle of the shaft runout of α and β differs before and after the step is that the cycle of the shaft runout matches the rotation cycle of the main shaft. Period is small.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように本発明(請求項1)
によれば、電磁回転機械制御手段より抽出した一次角周
波数に基づき回転子位置制御手段による制御を非干渉化
する様に構成したので、負荷時においても過渡時におい
ても電動機制御系と半径方向位置制御系を非干渉化する
ことが出来る。このため、安定した回転子の浮上制御が
可能である。
As described above, the present invention (claim 1)
According to the structure described above, the control by the rotor position control means is made non-interfering based on the primary angular frequency extracted from the electromagnetic rotating machine control means. The control system can be made non-interfering. Therefore, stable floating control of the rotor is possible.

【0040】また、本発明(請求項2)によれば、電圧
/周波数一定値制御系より抽出した一次角周波数の指令
値に基づき回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化する
様に構成したので、定常状態において電動機制御系と半
径方向位置制御系を非干渉化することが出来る。
According to the present invention (claim 2), the control of the rotor position control winding is made non-interfering based on the primary angular frequency command value extracted from the constant voltage / frequency control system. With this configuration, the motor control system and the radial position control system can be made non-interfering in a steady state.

【0041】更に、本発明(請求項3)によれば、ベク
トル制御系より抽出した一次角周波数の指令値に基づき
回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化する様に構成し
たので、負荷時においても過渡時においても電動機制御
系と半径方向位置制御系を非干渉化することが出来る。
Further, according to the present invention (claim 3), the control of the rotor position control winding is made non-interfering based on the primary angular frequency command value extracted from the vector control system. The motor control system and the radial position control system can be made non-interfering with each other both during load and during transition.

【0042】更に、本発明(請求項4)によれば、電動
機巻線の電流、電圧、及び主軸のすべりの内の少なくと
も一つのデータから演算した磁束の位相角及び励磁電流
の大きさに基づき回転子位置制御用巻線の制御を非干渉
化する様に構成したので、負荷時においても過渡時にお
いても電動機制御系と半径方向位置制御系を非干渉化す
ることが出来る。
Further, according to the present invention (claim 4), based on the phase angle of the magnetic flux calculated from at least one of the current and voltage of the motor winding and the slip of the main shaft and the magnitude of the exciting current, Since the control of the rotor position control winding is configured to be non-interfering, the motor control system and the radial position control system can be made non-interfering both under load and transient conditions.

【0043】更に、本発明(請求項5)によれば、主軸
のすべりに基づき演算した磁束の位相角及び励磁電流の
大きさに基づき回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化
する様に構成したので、定常状態において電動機制御系
と半径方向位置制御系を非干渉化することが出来る。
Further, according to the present invention (claim 5), the control of the rotor position control winding is made non-interfering based on the phase angle of the magnetic flux calculated based on the slip of the main shaft and the magnitude of the exciting current. Thus, the motor control system and the radial position control system can be made non-interfering in the steady state.

【0044】[0044]

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

【図1】 フィードフォワード形の原型[Fig. 1] Feedforward type prototype

【図2】 フィードフォワード形のベクトル制御を用い
た例
Fig. 2 Example using feedforward vector control

【図3】 フィードフォワード形システムの構成FIG. 3 Configuration of feedforward type system

【図4】 フィードバック形制御器の原型Fig. 4 Prototype of feedback type controller

【図5】 フィードバック形のシステムの構成Fig. 5 Configuration of feedback type system

【図6】 効果の一例FIG. 6 shows an example of an effect

【図7】 ユニット全体の構成例FIG. 7 is a configuration example of the entire unit.

【図8】 半径方向発生原理FIG. 8 Radial generation principle

【図9】 誘導機等価回路FIG. 9: Induction motor equivalent circuit

【図10】 半径方向力の干渉FIG. 10 Interference of radial forces

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 誘導機 3 すべり検出器 5 位相変換器 7 電流変換器 9 位相加算器 11 三相電流指令値発生回路 15 調節計 17 非干渉化回路 19 行列要素変換器 21 ロータリーエンコーダ 23 速度検出器 25 調節計 27 演算器 29 演算回路 31 三相電流指令値発生回路 33 行列要素変換器 40 ベクトル制御系 42 電動機駆動用インバータ 44 センサ 49 非干渉化回路 61 位相算出器 63 励磁電流算出器 65 調節計 67 三相電流指令値発生回路 69 非干渉器 71 電動機制御 73 電動機駆動用インバータ 75 磁束検出回路 77 非干渉化回路 REFERENCE SIGNS LIST 1 induction machine 3 slip detector 5 phase converter 7 current converter 9 phase adder 11 three-phase current command value generation circuit 15 controller 17 decoupling circuit 19 matrix element converter 21 rotary encoder 23 speed detector 25 controller 27 arithmetic unit 29 arithmetic circuit 31 three-phase current command value generation circuit 33 matrix element converter 40 vector control system 42 motor drive inverter 44 sensor 49 decoupling circuit 61 phase calculator 63 excitation current calculator 65 controller 67 three-phase Current command value generation circuit 69 Non-interferometer 71 Motor control 73 Motor drive inverter 75 Magnetic flux detection circuit 77 Non-interference circuit

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Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも固定子に巻回した複数極の電
動機巻線と、該電動機巻線と独立し前記電動機巻線と異
なる極数に巻回した回転子位置制御用巻線を有する半径
方向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械と、前記電動
機巻線を制御する電磁回転機械制御手段と、回転子の主
軸の半径方向位置を検出し所定値に一致するよう前記回
転子位置制御用巻線を制御する回転子位置制御手段を備
える半径方向回転体位置制御装置であって、前記電磁回
転機械制御手段より抽出した一次角周波数と磁束電流振
幅に基づき前記回転子位置制御手段による前記回転子位
置制御用巻線の制御を非干渉化することを特徴とする半
径方向回転体位置制御装置。
1. A radial direction having at least a multi-pole motor winding wound around a stator and a rotor position control winding wound independently of the motor winding and wound around a different number of poles from the motor winding. An electromagnetic rotating machine having a rotating body position control winding; an electromagnetic rotating machine control means for controlling the electric motor winding; and a rotor position control winding for detecting a radial position of a main shaft of the rotor so as to match a predetermined value. A radial direction rotating body position control device including a rotor position control means for controlling a line, wherein the rotor position control means based on a primary angular frequency and a magnetic flux current amplitude extracted by the electromagnetic rotating machine control means. A radial-direction rotating body position control device, wherein the control of a position control winding is made non-interfering.
【請求項2】 前記電磁回転機械制御手段は電圧/周波
数比をほぼ一定とする制御であり、主軸のすべり、励磁
電流指令値及び一次角周波数の指令値の内の少なくとも
一つのデータに基づき前記電動機巻線の一次電流及び位
相角を演算する演算回路と、該演算回路の結果に基づき
三相電流指令値を発生する三相電流指令値発生回路と、
該三相電流指令値に電流が追従するように電圧、周波数
を調整する調整手段を少なくとも備え、前記一次角周波
数の指令値に基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を
非干渉化することを特徴とする請求項1記載の半径方向
回転体位置制御装置。
2. The electromagnetic rotating machine control means is a control for making a voltage / frequency ratio substantially constant, based on at least one data of a main shaft slip, an exciting current command value and a primary angular frequency command value. An arithmetic circuit that calculates the primary current and the phase angle of the motor winding, a three-phase current command value generation circuit that generates a three-phase current command value based on the result of the arithmetic circuit,
At least adjusting means for adjusting a voltage and a frequency so that a current follows the three-phase current command value, and decoupling control of the rotor position control winding based on the command value of the primary angular frequency. The radial direction rotary body position control device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記電磁回転機械制御手段はベクトル制
御であり、主軸の回転速度あるいはその推定値に基づき
励磁磁束、一次鎖交磁束、二次鎖交磁束の少なくとも一
つを一定とするよう一次電流、一次角周波数、位相角を
演算する演算回路、電流瞬時値を演算する演算回路、電
圧振幅、位相角を演算する演算回路の少なくとも一つ
と、該演算回路の結果に基づき三相電流指令値を発生す
る三相電流指令値発生回路若しくは三相電圧指令値を発
生する三相電圧指令値発生回路を少なくとも備え、前記
演算回路の一次角周波数と磁束振幅若しくは励磁電流振
幅に基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化
することを特徴とする請求項1記載の半径方向回転体位
置制御装置。
3. The electromagnetic rotating machine control means is a vector control, and performs primary control such that at least one of an exciting magnetic flux, a primary interlinkage magnetic flux, and a secondary interlinkage magnetic flux is constant based on a rotation speed of a main shaft or an estimated value thereof. An arithmetic circuit for calculating the current, the primary angular frequency, and the phase angle; an arithmetic circuit for calculating the instantaneous current value; an arithmetic circuit for calculating the voltage amplitude and the phase angle; and a three-phase current command value based on the result of the arithmetic circuit. At least a three-phase current command value generating circuit or a three-phase voltage command value generating circuit for generating a three-phase voltage command value, wherein the rotor position is determined based on a primary angular frequency and a magnetic flux amplitude or an exciting current amplitude of the arithmetic circuit. 2. The apparatus according to claim 1, wherein the control of the control winding is decoupling.
【請求項4】 少なくとも固定子に巻回した複数極の電
動機巻線と、該電動機巻線と独立し前記電動機巻線と異
なる極数に巻回した回転子位置制御用巻線を有する半径
方向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械と、前記電動
機巻線を制御する電磁回転機械制御手段と、回転子の主
軸の半径方向位置を検出し所定値に一致するよう前記回
転子位置制御用巻線を制御する回転子位置制御手段を備
える半径方向回転体位置制御装置であって、前記電動機
巻線の電流、電圧、及び主軸のすべりの内の少なくとも
一つのデータから演算した磁束若しくは励磁電流の位相
角及び振幅に基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を
非干渉化することを特徴とする半径方向回転体位置制御
装置。
4. A radial direction having at least a plurality of motor windings wound on a stator and a rotor position control winding wound on a different number of poles from the motor windings independently of the motor windings. An electromagnetic rotating machine having a rotating body position control winding; an electromagnetic rotating machine control means for controlling the electric motor winding; and a rotor position control winding for detecting a radial position of a main shaft of the rotor so as to match a predetermined value. A radial direction rotating body position control device comprising a rotor position control means for controlling a line, wherein a magnetic flux or an exciting current calculated from at least one of data of current, voltage, and main shaft slip of the motor winding is provided. A control device for a radial direction rotating body, wherein the control of the rotor position control winding is made non-interfering based on a phase angle and an amplitude.
【請求項5】 前記電磁回転機械制御手段はフィードバ
ック制御であり、少なくとも電磁回転機械を駆動するイ
ンバータ若しくは商用電源を備え、主軸のすべりに基づ
き演算した磁束若しくは励磁電流の位相角及び大きさに
基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化する
ことを特徴とする請求項4記載の半径方向回転体位置制
御装置。
5. The electromagnetic rotating machine control means is a feedback control, including at least an inverter or a commercial power supply for driving the electromagnetic rotating machine, and based on a phase angle and magnitude of a magnetic flux or an exciting current calculated based on a slip of the main shaft. 5. The apparatus according to claim 4, wherein the control of the rotor position control winding is decoupling.
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