DE4315939A1

DE4315939A1 - Synchronmaschine

Info

Publication number: DE4315939A1
Application number: DE4315939A
Authority: DE
Inventors: Kinshiro Naito; Tokuzou Sekiyama
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-13
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1993-11-18
Also published as: GB2268343A; GB9309799D0; TW299522B; FR2691304A1; SE9301608L; ITMI930968A0; NL9300832A; SE9301608D0; ITMI930968A1; IT1264430B1; CA2095669A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronmaschine und insbesondere einen Drehsynchronmotor oder Linearsynchronmotor, und einen Synchrongenerator. Weiterhin betrifft die Erfindung den Haupt spindelmotor von Werkzeugmaschinen und dergleichen und dar über hinaus einen Synchronmotor, dessen Drehfrequenz und Aus gangsleistung oder Ausgangsdrehmoment gleichzeitig gesteuert werden.

Konventionellerweise weist ein Synchronmotor in Werkzeug maschinen und dergleichen einen Rotor und einen Anker auf. Der Rotor ist entweder mit Permanentmagneten oder mit Spulen versehen, die Gleichstrom-erregt werden. Der Anker weist ei ne einlagige Spule mit zwei, vier oder mehr Polen auf. Ein Zweiphasen- oder Dreiphasen-Wechselstrom wird zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes verwendet.

Allerdings muß bei einem Synchronmotor für die Hauptspindel von Werkzeugmaschinen nicht nur die Drehfrequenz, sondern gleichzeitig auch seine Ausgangsleistung gesteuert werden.

Beispielsweise ist bei einer Bodenfräsmaschine, die zur Her stellung flacher Oberflächen verwendet wird, der Fingerfrä ser üblicherweise direkt mit einem Hauptspindelmotor verbun den. Bei Schneidvorgängen zur Herstellung fein bearbeiteter Oberflächen sind eine konstante Umfangsgeschwindigkeit und Schneidkraft erforderlich. Diese werden durch das Material und die Art des Fingerfräsers bestimmt, das Material des Werk stücks und dergleichen. Daher sollte vorzugsweise die Aus gangsleistung des Hauptspindelmotors dadurch konstant gehal ten werden, daß entweder eine niedrige Geschwindigkeit und ein hohes Drehmoment erzeugt werden, wie im Falle eines Fin gerfräsers mit großem Durchmesser, der in Fig. 2A gezeigt ist, oder jedoch eine hohe Geschwindigkeit und ein niedriges Dreh moment, wie bei dem in Fig. 2B gezeigten Fingerfräser mit geringem Durchmesser.

Ein Hauptspindelmotor, der zur Drehung einer Hauptspindel der Fräsmaschine verwendet wird, muß unabhängig von dem Bearbei tungsradius eine konstante Schneidkraft zur Verfügung stellen. Daher muß, wie in Fig. 3 gezeigt, das Schneidvolumen oder die Schneidkraft selbst dann konstant sein, wenn der Bearbeitungs radius proportional zum Fortschritt des Schneidvorganges ab nimmt. Daher muß die Ausgangsleistung dadurch konstant gehal ten werden, daß die Drehfrequenz des Motors erhöht wird.

Wie voranstehend erwähnt, muß der Motor zur Verwendung bei ei ner Hauptspindel von Werkzeugmaschinen ein Steuerverfahren zum Steuern der Drehfrequenz und des Drehmomentwertes oder der Drehfrequenz und der Ausgangsleistung aufweisen, so daß diese zum selben Zeitpunkt einen vorbestimmten Wert annehmen. Aller dings weist ein konventioneller Motor, der bei der Hauptspin del einer Werkzeugmaschine eingesetzt wird, eine einlagige Spule in einer einzigen Lage auf und es werden die Phase, die Frequenz, die Verstärkung usw. des darin fließenden Stromes gesteuert. Infolge von Komplikationen bei dem Steuerverfahren ist es daher schwierig, vorbestimmte Belastungseigenschaften zur Verfügung zu stellen.

Wie voranstehend erwähnt, besteht in der Hinsicht eine Schwie rigkeit, daß der konventionelle Synchronmotor nur auf schwie rige Weise die unterschiedlichen Anforderungen erfüllen kann, die bei einer Hauptspindel von Werkzeugmaschinen erforderlich sind, infolge der Komplikationen des Steuerverfahrens zum Steuern des Stromes, da nämlich die Spule eine einlagige Wick lung aufweist.

Weiterhin ist der Synchronmotor bei konventionellen Werkzeug maschinen mit einem Anker (Stator) und einem Rotor versehen. Zur Erzeugung eines Magnetfeldpoles weist der Synchronmotor einen Rotor mit entweder einem Permanentmagneten oder einer Spule auf, die durch einen Gleichstrom erregt wird. Beliebt ist ein Synchronmotor mit zwei bis acht Polen.

Zusätzlich weist ein konventioneller Synchrongenerator eben so einen Anker (Stator) sowie einen Rotor auf. Zur Erzeugung eines Magnetfeldpoles ist der Synchrongenerator mit einem Rotor mit entweder einem Permanentmagneten oder einer Spule versehen, die als ein Elektromagnet wirkt.

Allerdings wird die Struktur des Generators infolge eines Permanentmagneten des Rotors oder einer um den Rotor gewickel ten Spule kompliziert und geschwächt. Daher tritt in der Hin sicht ein Problem auf, daß unterschiedliche Schwierigkeiten dadurch hervorgerufen werden, daß eine Verformung oder ein Versagen im Falle einer Drehung bei hoher Geschwindigkeit auf treten.

Ein weiteres Problem besteht dann, wenn der Synchrongenerator unterschiedliche Eigenschaften aufweisen soll, beispielsweise eine konstante Ausgangsleistungs-Charakteristik über einen breiten Drehzahlbereich, Dreheigenschaften mit einer geringen Drehmomentschwankung, sowie die Eigenschaft einer mangelnden thermischen Verformung bei übermäßiger Belastung des Rotors.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereit stellung einer Synchronmaschine, die für eine Hauptspindel von Werkzeugmaschinen geeignet ist und die entweder die Dreh frequenz und den Drehmomentwert oder die Drehfrequenz und die Ausgangsleistung gleichzeitig auf einen vorbestimmten Wert steuern kann.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Synchronmaschine, welche nicht die Ver wendung eines Permanentmagneten oder einer Spule erfordert.

Zur Erzielung der voranstehend angegebenen Vorteile stellt ge mäß einer ersten Zielrichtung die vorliegende Erfindung eine Synchronmotorvorrichtung mit folgenden Teilen zur Verfügung:
einem Stator, der mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung in doppellagiger Wicklungsweise versehen ist;
einem Rotor, der eine Schenkelpolform aufweist und drehbar in dem Stator aufgenommen ist;
einer ersten Steuerung, die als Energiequelle für die erste Wicklung dient und die Drehfrequenz des Motors steuert; und einer zweiten Steuerung, die als Energiequelle dient und die Ausgangsleistung oder den Drehmomentwert des Motors steuert.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Synchronmotor vorrichtung mit folgenden Teilen zur Verfügung:
einem Stator, der mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung in doppellagiger Wicklungsweise versehen ist;
einem Rotor, der im wesentlichen aus magnetisch anisotropen Materialien besteht, um eine Schenkelanordnung zur Verfügung zu stellen und der drehbar in dem Stator aufgenommen ist;
einer ersten Steuerung, die als Energiequelle für die erste Wicklung dient und die Drehfrequenz des Motors steuert; und
einer zweiten Steuerung, die als Energiequelle für die zwei te Wicklung dient und die Ausgangsleistung oder den Dreh momentwert des Motors steuert.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Synchronmotor vorrichtung mit folgenden Teilen zur Verfügung:
einem Stator, der mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung in doppellagiger Wicklungsweise versehen ist;
einem Rotor, der mit einem Permanentmagnetteil versehen ist, um einen Magnetfeldfluß zu erzeugen und der drehbar in dem Stator aufgenommen ist;
einer ersten Steuerung, die als Energiequelle für die erste Wicklung dient und die Drehfrequenz des Motors steuert; und
einer zweiten Steuerung, die als Energiequelle für die zweite Wicklung dient und die Ausgangsleistung oder den Drehmoment wert des Motors steuert.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Synchronmotor vorrichtung mit folgenden Teilen zur Verfügung:
einem Stator, der mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung in doppellagiger Wicklungsweise versehen ist;
einem Rotor, der mit zumindest einer Spule bewickelt ist, die mit Strom versorgt werden soll und der drehbar in dem Stator aufgenommen ist;
einer ersten Steuerung, die als Energiequelle für die erste Wicklung dient und die Drehfrequenz des Motors steuert; und
einer zweiten Steuerung, die als Energiequelle für die zweite Wicklung dient und die Ausgangsleistung oder den Drehmoment wert des Motors steuert.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Synchronmotor vorrichtung mit folgenden Teilen zur Verfügung:
einem Stator, der eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung in doppellagiger Wicklungsweise aufweist;
einem Rotor, der aus einem magnetisch anisotropem Material besteht und drehbar in dem Stator aufgenommen ist;
einer ersten Steuerung, die als Energiequelle für die erste Wicklung dient und die Drehfrequenz des Motors steuert; und
einer zweiten Steuerung, die als Energiequelle für die zweite Wicklung dient und die Ausgangsleistung oder den Drehmoment wert des Motors steuert.

Bei der voranstehend beschriebenen Synchronmotorvorrichtung wird die Drehfrequenz des Motors dadurch gesteuert, daß die Drehfrequenz und die Position des Rotors durch die erste Steuerung ermittelt werden, um den Strom zu steuern, der der ersten Wicklung zugeführt wird. Die Ausgangsleistung oder der Drehmomentwert wird dadurch gesteuert, daß der der zweiten Wicklung zugeführte Strom gesteuert wird, um das Drehmagnet feld zu ändern, um so die magnetischen Kräfte zu erhöhen oder zu verringern.

Gemäß der zweiten Zielrichtung der Erfindung stellt die vor liegende Erfindung eine Synchronmaschine mit folgenden Teilen zur Verfügung:
einem Anker, der mit einem Kern versehen ist, die mit einer Feldwicklung bewickelt ist, um einen Magnetfeldfluß zu erzeu gen und mit einer Ankerwicklung, die bezüglich der elektri schen Phase der Feldwicklung um 90° voreilt; und
einem Rotor, der drehbar in dem Anker aufgenommen ist und durch den Magnetfeldfluß in einer vorbestimmten Richtung mag netisiert wird.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Synchron maschine mit folgenden Teilen zur Verfügung:
einem Anker, der mit einem Kern versehen ist, der mit einer Feldwicklung und einer Ankerwicklung bewickelt ist, wobei die Feldwicklung drei Paare dreiphasiger Wicklungen aufweist, die aufeinanderfolgend um einen Phasenwinkel von 120° verschoben sind und einen Magnetfeldfluß erzeugen, wobei die Ankerwick lung drei Paare dreiphasiger Wicklungen aufweist, die aufein anderfolgend um einen Phasenwinkel von 120° verschoben sind und der Feldwicklung um im wesentlichen 90° voreilen; und einem Rotor, der drehbar in dem Anker aufgenommen ist und in einer vorbestimmten Richtung durch den Magnetfeldfluß magne tisiert wird.

Bei der voranstehend geschilderten Synchronmaschine wird der Rotor in einer vorbestimmten Richtung durch den Feldstrom der Feldwicklung magnetisiert, wird ein Drehmoment von dem Magnet feldfluß erzeugt, welcher durch den Feldstrom und den Anker strom erzeugt wird, welcher der Ankerwicklung zugeführt wird, da jeder Phasenwinkel zwischen dem Rotor, dem Ankerstrom und dem Feldstrom so gesteuert wird, daß er ein konstanter, vor bestimmter Winkel ist, unabhängig von der Positionierung des Rotors. Wenn der Rotor durch eine externe Kraft gedreht wird, wird zusätzlich eine induzierte Spannung erzeugt, so daß die Synchronmaschine als Synchronmaschine des Drehfeld-Magnetpol typs dient.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestell ter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 2A eine Darstellung der Beziehung zwischen einem Fin gerfräser mit großem Durchmesser und dem Werkstück;

Fig. 2B eine Darstellung der Beziehung zwischen einem Fin gerfräser mit kleinem Durchmesser und dem Werkstück;

Fig. 3 eine Darstellung der Beziehung zwischen einem Schneidvorgang und dem Bearbeitungsradius einer Drehmaschine;

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerung, welche einen Reluktanz-Synchronmotor gemäß einer ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;

Fig. 4 eine Darstellung der Beziehung zwischen der Magnet polrichtung und dem Drehmagnetfeld des Rotors bei der ersten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Darstellung der Beziehung zwischen den Drehmag netfeldern, die von der A-Wicklung und der B-Wick lung erzeugt werden, sowie des zusammengesetzten Magnetfelds bei der ersten Ausführungsform;

Fig. 6 eine Ansicht eines Beispiels des Ankerkerns, der doppellagige Wicklungen aufweist, bei der ersten Ausführungsform;

Fig. 7 eine Darstellung der Phasenbeziehung zwischen den Strömen der A-Wicklung und der B-Wicklung, wenn die Phasendifferenz zwischen der A-Wicklung und der B-Wicklung 90° beträgt, bei dem Reluktanz- Synchronmotor von Fig. 1;

Fig. 8 eine Darstellung der Phasenbeziehung zwischen den Strömen der A-Wicklung und der B-Wicklung bei ei nem Dreiphasenstrom bei dem Reluktanz-Synchronmotor von Fig. 1;

Fig. 9 eine Ansicht eines Beispiels des Ankerkerns, der durch ein Material isoliert ist, welches eine star ke magnetische Reluktanz aufweist, um die Wechsel wirkung zwischen der A-Wicklung und der B-Wicklung bei der ersten Ausführungsform zu verringern;

Fig. 10 eine Ansicht eines Beispiels für einen Synchron motor, der zweipolige Permanentmagnete verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine Ansicht eines Beispiels für den Synchronmotor von Fig. 10 mit vier Polen,

Fig. 12 eine Ansicht des Aufbaus des Ankers des dreiphasi gen Synchronmotors bei einer zweiten Ausführungs form gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine Darstellung der Phasendifferenz zwischen den Strömen, welche der Feldwicklung und der Ankerwick lung zugeführt werden, bei dem dreiphasigen Syn chronmotor von Fig. 12;

Fig. 14 eine Ansicht einer magnetischen Dichte, die von dem Feldstrom bei der zweiten Ausführungsform erzeugt wird;

Fig. 15 eine Ansicht eines Beispiels für einen Rotor, der aus einem magnetisch anisotropen Magnetkörper bei der zweiten Ausführungsform vorgesehen ist;

Fig. 16 eine Ansicht eines Beispiels für den Rotor, der eine Schenkelpolform aufweist, bei der zweiten Aus führungsform;

Fig. 17 eine Ansicht eines Beispiels für einen Rotor, der bei der zweiten Ausführungsform segmentartig auf gebaut ist;

Fig. 18 eine Ansicht eines Beispiels für einen Rotor, der bei der zweiten Ausführungsform hybridförmig ausge staltet ist;

Fig. 19 eine Ansicht eines Beispiels für einen Rotor, der schenkelförmige Pole bei einer vierpoligen Ausfüh rung im Falle der zweiten Ausführungsform aufweist;

Fig. 20 ein Blockschaltbild mit einer Darstellung der Steuerung zum Steuern der Drehgeschwindigkeit des Synchronmotors gemäß der zweiten Ausführungsform;

Fig. 21 ein Blockschaltbild der Steuerung zum Steuern der Position des Synchronmotors bei der zweiten Aus führungsform;

Fig. 22 ein Blockschaltbild der Steuerung zum Steuern in bezug auf eine Minimalisierung der Verluste des Synchronmotors gemäß der zweiten Ausführungsform;

Fig. 23 eine Ansicht eines Beispiels, bei welchem die Pha senverzögerung des Synchronmotors durch ein Reak tionsglied hervorgerufen wird, bei der zweiten Aus führungsform;

Fig. 24 eine Ansicht eines Beispiels für den Synchronmotor, der weiterhin Permanentmagneten für den Rotor bei der zweiten Ausführungsform aufweist;

Fig. 25A eine Längsschnittansicht eines Beispiels für den Synchronmotor, welcher einen zweigeteilten Anker aufweist, um den Zusammenbau zu vereinfachen, bei der zweiten Ausführungsform;

Fig. 25B eine Querschnittsansicht des in Fig. 25A gezeigten Synchronmotors;

Fig. 26 eine Ansicht eines Beispiels, bei welchem einstückig eine Rotorwelle des Motors und eine Hauptspindel einer Werkzeugmaschine vorgesehen sind, bei der zweiten Ausführungsform;

Fig. 27 eine Ansicht eines Beispiels, bei welchem die Feld wicklung und die Ankerwicklung Seite an Seite vor gesehen und angeordnet sind, bei der zweiten Aus führungsform;

Fig. 28A eine Ansicht der gegenseitigen Anordnung zwischen der Feldwicklung und der Magnetwicklung in Fig. 27;

Fig. 28B eine Ansicht der gegenseitigen Anordnung der Feld wicklung und der Magnetwicklung bei Fig. 27;

Fig. 29 eine Ansicht des Aufbaus einer Ausführungsform, bei welcher die vorliegende Erfindung bei einem Linear motor eingesetzt wird;

Fig. 30 eine Darstellung zur Beschreibung des Prinzips von Beispielen für den Synchrongenerator gemäß der vor liegenden Erfindung; und

Fig. 31 ein Blockschaltbild eines Beispiels für eine Steue rung zum Aufrechterhalten eines konstanten Ausgangs stroms bei dem Synchrongenerator von Fig. 30.

Erste Ausführungsform

Unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen wird nachstehend eine Synchronmotorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In Fig. 1 weist die Synchronmotorvorrichtung einen Reaktions- Synchronmotor 101 sowie eine Steuerschaltung zum Steuern des Reaktions-Synchronmotors 101 auf. Der Reaktions-Synchronmotor 101 ist mit einem Stator und einem Rotor versehen. Die Steuer schaltung wird später beschrieben.

In bezug auf Fig. 4 erfolgt eine Beschreibung des Reaktions- Synchronmotors 101. Wenn die Statorwicklung mit einem Drei phasenstrom versorgt wird, um ein Drehmagnetfeld zu erzeugen, wird der Rotor in der Richtung P einer Polarachse erregt, in welcher die magnetische Reluktanz am niedrigsten ist. Dies erfolgt deswegen, da sich die magnetische Reluktanz bei unter schiedlichen Winkeln des Rotors ändert. Die Polarachsen richtung P entspricht der Richtung, in welcher der Rotor vor springt. Daher wird der Rotor durch das Drehmagnetfeld ge dreht und die Polarachsen werden durch die Magnetisierung er zeugt.

Obwohl der in Fig. 4 gezeigte Rotor die Form eines Schenkel pols im Querschnitt aufweist, um den Rotor in der vorbestimm ten Richtung (einer Polarachsenrichtung) zu magnetisieren, kann darüber hinaus der Rotor eine kreisförmige Form im Falle eines magnetisch anisotropen Magnetkörpers aufweisen, kann der Rotor mehrere Schlitze aufweisen, die sich in einer Polar achsenrichtung erstrecken, kann der Rotor hybridartig ausge bildet sein, und kann der Rotor zwei Polarachsen aufweisen, wie in den Fig. 15 bis 19 gezeigt.

In Fig. 6 weist der Stator des Synchronmotors 101 weiterhin Doppellagenwicklungen auf, nämlich eine A-Wicklung (U-V-W) und eine B-Wicklung (u-v-w). Das Drehmagnetfeld wird dadurch gesteuert, daß ein zusammengesetzter Vektor dieser Wicklungen gesteuert wird. Ein Steuerschaltbild zum Steuern des Drehmag netfeldes wird nachstehend beschrieben.

Bezüglich Fig. 1 richtet sich die Beschreibung auf die Steuer schaltung. Die Steuerschaltung weist eine erste Steuerung so wie eine zweite Steuerung auf. Die erste Steuerung dient zur Zuführung eines A-Wicklungsstroms IA zur A-Wicklung. Die erste Steuerung weist eine Drehfrequenz-Befehlsvorrichtung 151 auf, einen Drehfrequenzdetektor 103 zur Erfassung der Drehfrequenz N des Motors 101, einen Positionsdetektor 105 zur Ermittlung einer Rotorposition, um ein Rotorpositionssignal R zu erzeu gen, einen ersten Subtrahierer 107 zum Vergleichen der Dreh frequenz N_* der Drehfrequenz-Befehlsvorrichtung mit der Dreh frequenz N des Motors, um eine Differenz e1 zu ermitteln, ei ne erste Stromfestlegungsschaltung 109 zur Festlegung eines Strombefehls m1 der A-Wicklung entsprechend der Differenz ein, einen ersten Wechselrichter 113 zur Zufuhr eines ersten vor bestimmten Stroms, nämlich des A-Wicklungsstroms IA zur A- Wicklung, und eine erste Steuereinheit 111, welche ein erstes Steuersignal M1 festlegt, beispielsweise ein Impulsbreiten- Modulationssteuersignal zum Steuern des ersten Wechselrichters 113 entsprechend dem Strombefehl m1, dem Rotorpositionssig nal R, und einem ersten erfaßten Strom I1, der nachstehend beschrieben wird.

Der erste Stromdetektor 123 ermittelt den ersten vorbestimm ten Strom, um den ersten erfaßten Strom I1 zu erzeugen, wel cher einen ersten Stromwert repräsentiert. Ist die Differenz e1 positiv, oder in anderen Worten dann, wenn die Drehfrequenz N wesentlich kleiner als die vorbestimmte Drehfrequenz N_* ist, so legt die erste Stromfestlegungsschaltung 109 das Strom befehlssignal m1 so fest, daß es den A-Wicklungsstrom IA er höht. Im entgegengesetzten Fall legt die erste Stromfest legungsschaltung 109 das Strombefehlssignal m1 so fest, daß der Strom IA verringert wird.

Die erste Steuerschaltung 111 erzeugt einen Steuerstromwert entsprechend dem Rotorpositionssignal R entsprechend dem Strom-Befehlssignal m1. Weiterhin vergleicht die erste Steuer einheit 111 den Steuerstromwert mit dem ersten Stromwert, um das erste Steuersignal M1 zu erzeugen, um die Differenz zwi schen diesen Werten zu ermitteln. Die erste Steuereinheit 111 erzeugt ein erstes Steuersignal M1, beispielsweise ein Impuls breiten-Modulationssteuersignal, zum Steuern des ersten Wech selrichters 113. In einem Fall, in welchem den Synchronmoto ren ein Dreiphasenstrom zugeführt wird, erzeugt die erste Steuereinheit drei Impulsbreiten-Modulationssteuersignale, die gegeneinander um 120° phasenverschoben sind.

Die Drehfrequenz des Motors sowie die Rotorposition werden unter Einsatz eines Drehkodierers oder eines Drehmelders auf bekannte Weise festgestellt.

Die Beschreibung geht nun zur zweiten Steuerung über, welche zur Zufuhr eines B-Wicklungsstroms IB zur B-Wicklung dient. Die zweite Steuerung weist eine Ausgangs-Befehlsvorrichtung 153 zur Festlegung eines Ausgangsleistungswerts für den Motor auf, eine Ausgangsleistungs-Arithmetikschaltung 121 zur Be rechnung eines Ausgangsleistungswerts für den Motor entspre chend Daten von dem Drehfrequenzdetektor 103, dem Positions detektor 105, dem ersten Stromdetektor 123, und dem zweiten Stromdetektor 125, einen zweiten Subtrahierer 127 zum Ver gleichen des Ausgangsleistungswertes P_*, der durch die Aus gangsleistungs-Befehlsvorrichtung angegeben wird, mit dem Aus gangsleistungswert, der durch die Ausgangsleistungs-Arithme tikschaltung 121 berechnet wird, um eine Differenz e2 zu er mitteln, eine zweite Stromfestlegungsschaltung 129 zur Erzeu gung eines Strombefehlssignals m2, welches zur Festlegung eines Stroms dient, welcher der B-Wicklung entsprechend der Differenz e2 zugeführt werden soll, einen zweiten Wechsel richter 133 zur Zufuhr eines zweiten vorbestimmten Stroms, nämlich des B-Wicklungsstroms, zur B-Wicklung, sowie eine zweite Steuereinheit 131, welche ein zweites Steuersignal M2 ausgibt, nämlich ein Impulsbreiten-Modulationssteuersignal, um den zweiten Wechselrichter 133 entsprechend dem Strombe fehlssignal m2, dem Rotorpositionssignal R, und einem zweiten erfaßten Strom 12 zu steuern, welcher in Kürze beschrieben wird.

Der zweite Stromdetektor 125 stellt den zweiten vorbestimmten Strom fest, um den zweiten festgestellten Strom I2 zu erzeu gen. Ist die Differenz e2 positiv, oder ist mit anderen Worten der Ausgangswert, der von der Ausgangsleistungs-Arithmetik schaltung 121 berechnet wird, kleiner als der vorbestimmte Ausgangsleistungswert P_*, so gibt die zweite Stromfestlegungs schaltung 129 das Strombefehlssignal m2 aus, um den der B- Wicklung zugeführten Strom zu erhöhen, so daß die magnetische Kraft des zusammengesetzten Magnetfeldes zunimmt. Wenn daher, wie in Fig. 4 gezeigt, eine Richtung eines magnetisierten Mag netpols des Rotors durch P bezeichnet wird und eine zusammen gesetzte Richtung des Drehmagnetfeldes, die durch den A-Wick lungsstrom IA und den B-Wicklungsstrom IB erzeugt wird, durch HO bezeichnet wird, so wird der B-Wicklungsstrom IB erhöht, so daß der Belastungswinkel δ zunimmt.

Dies erfolgt aufgrund der Tatsache, daß sich -das Drehmoment dadurch erhöht, daß die Richtung eines Wechselstroms geändert wird, der ein Drehmagnetfeld erzeugt, in Richtung auf einen rechten Winkel mit einer Richtung eines Magnetfeldvektors in folge eines Magnetpols. Wie in Fig. 5 gezeigt, erhöht sich daher ein von dem B-Wicklungsstrom IB erzeugtes Magnetfeld HB in einer positiven Richtung in bezug auf eine Richtung des Drehmagnetfeldes HA, welches von dem A-Wicklungsstrom IA er zeugt wird. Das zusammengesetzte Magnetfeld HO bewegt sich, so daß sich die Phase nach vorne bewegt. Ist die Differenz e2 negativ, so wird der B-Wicklungsstrom IB erhöht, so daß das Magnetfeld HB in einer negativen Richtung vergrößert wird.

Die zweite Steuereinheit 131 erzeugt einen Steuerstromwert entsprechend dem Rotorpositionssignal R entsprechend dem Strombefehlssignal m2. Zusätzlich vergleicht die zweite Steuereinheit 131 den Steuerstromwert mit einem zweiten Strom wert des zweiten Stromdetektors 125, um das zweite Steuersig nal M2 für den zweiten Wechselrichter 133 entsprechend der dazwischen auftretenden Differenz zu erzeugen. Das zweite Steuersignal M2 dient zum Regeln des B-Wicklungsstroms IB, so daß ein Phasenwinkel der Voreilung oder der Nacheilung des B- Wicklungsstroms IB, welcher dem zweiten Wechselrichter zuge führt wird, in bezug auf den A-Wicklungsstrom IA, welcher dem ersten Wechselrichter zugeführt wird, 90° wird. In einem Fall, in welchem Dreiphasenstrom dem Synchronmotor zugeführt wird, erzeugt die zweite Steuereinheit drei Impulsbreiten-Modula tionssteuersignale, welche gegeneinander um jeweils 120° pha senverschoben sind.

Die Drehfrequenz N_* und der Ausgangsleistungswert P_*, die durch eine Drehfrequenz-Befehlsvorrichtung 151 bzw. eine Aus gangsleistungs-Befehlseinrichtung 153 vorgegeben werden, müs sen nicht notwendigerweise konstant sein und können sich zeit abhängig und in Abhängigkeit von den Bedingungen ändern. Bei spielsweise können der Start und dergleichen des Motors durch eine programmierte Steuerung oder Logiksteuerung gesteuert werden.

In Fig. 6 weist der Ankerkern vier Pole, vierundzwanzig Schlitze sowie zwei Wicklungen in doppellagiger Anordnung auf, nämlich die A-Wicklung und die B-Wicklung, an welche ein Drei phasen-Wechselstrom angelegt wird. In Fig. 6 bezeichnet die Bezugsziffer 201 den Ankerkern und die Bezugsziffer 203 den Rotor. Die Bezugsziffern 205 und 207 bezeichnen die doppel lagige Wicklung. In diesem Fall wird die A-Wicklung durch eine Kombination von Spulen U, V, W, U′, V′ und W′ gebildet. Die B-Wicklung wird durch eine Kombination von Spulen u, v, w, u′, v′, und w′ gebildet. Die Wicklungen sind auf aus dem Stand der Technik bekannte Weise gewickelt. Um Wechselwirkungen zwi schen der A-Wicklung und der B-Wicklung zu verringern, kann der Anker eine Isolierung aufweisen, welche aus einem Material 211 besteht, welches eine starke magnetische Reluktanz auf weist und zwischen der A-Wicklung und der B-Wicklung angeord net ist.

Fig. 7 zeigt eine Phasenbeziehung zwischen Strömen, die den Spulen U und u zugeführt werden, in einem Fall, in welchem die Ströme der A-Wicklung und der B-Wicklung gegeneinander um 90° phasenversetzt sind.

Fig. 8 zeigt eine Phasenbeziehung zwischen den Strömen, die durch jede der Wicklungen fließen, an welche ein Dreiphasen- Wechselstrom angelegt wird. Die Drehfrequenz des Motors und die Polrichtung des Rotors können durch einen Drehkodierer oder einen Drehmelder auf dem Stand der Technik wohlbekannte Weise festgestellt werden.

Wenn das Drehmagnetfeld HA stärker als das Drehmagnetfeld HB ist, beispielsweise wenn ein Stromwert mit dem Betrag IA durch die A-Wicklung fließt und um ein Mehrfaches größer als ein Stromwert mit dem |IB| ist, wird die Richtung des Magnetpols, welcher den Rotor magnetisiert, durch das rotierende Magnet feld HA bestimmt, welches im wesentlichen durch den A-Wick lungsstrom IA erzeugt wird und der B-Wicklungsstrom kann als ein Strom zur hauptsächlichen Kontrolle des Drehmagnetfeldes HA eingesetzt werden.

Obwohl bei dem voranstehend beschriebenen Synchronmotor die Phasendifferenz zwischen dem A-Wicklungsstrom IA und dem B- Wicklungsstrom IB 90° beträgt, kann die Phasenverschiebung auch ein vorbestimmter Winkel α sein (0°<α< 90°). Vorzugs weise beträgt die Phasendifferenz 90°, um eine Wechselwirkung, die durch die Ankerreaktion hervorgerufen wird, zu steuern, zu verringern, usw.

Die Ausgangsleistung läßt sich anhand der Drehfrequenz des Motors, der Rotorposition und der in den Wicklungen IA und IB fließenden Ströme berechnen, auf dem Stand der Technik wohl bekannte Weise, oder die Ausgangsleistung läßt sich vorher experimentell ermitteln.

Obwohl bei dem voranstehend beschriebenen Synchronmotor ein Verfahren zum gleichzeitigen Steuern der Drehfrequenz und des Ausgangsleistungswertes beschrieben wird, kann das Verfahren auch dazu eingesetzt werden, gleichzeitig die Drehfrequenz und das Ausgangsdrehmoment zu steuern.

Unter Bezug auf die Fig. 10 und 11 richtet sich die Beschrei bung nunmehr auf Synchronmotoren gemäß geänderter Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung. Jeder der Synchronmotoren weist Magnetpole auf, die durch Permanentmagnete erzeugt wer den. Fig. 10 zeigt einen Fall, in welchem die Anzahl der Mag netpole zwei beträgt. Fig. 11 zeigt einen Fall, in welchem die Anzahl der Magnetpole vier beträgt.

In Fig. 10 bezeichnet die Bezugsziffer 231 einen Rotor. Der Rotor ist mit Permanentmagneten 233 und 235 versehen, die außen am Rotor befestigt sind. Die Bezugsziffer 241 bezeich net einen Anker. Der Anker ist mit einer A-Wicklung 243 und einer B-Wicklung 245 doppellagig bewickelt. Wird ein Strom der A-Wicklung und der B-Wicklung zugeführt, wie in der Figur gezeigt, also wenn die B-Wicklung der A-Wicklung um 90° nach eilt, wird ein Drehmagnetfeld durch die A-Wicklung in einer Richtung erzeugt, die durch die durchgezogene Linie in der Figur angedeutet ist, und es wird ein Drehmagnetfeld durch die B-Wicklung in einer Richtung erzeugt, die durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Der Rotor weist eine Magnetpolrichtung auf, die hauptsächlich durch die Permanentmagnete festgelegt ist. Die Drehfrequenz und der Ausgangsleistungswert des Motors werden durch das Drehmagnetfeld festgelegt, welches durch die Ströme erzeugt wird, die der A-Wicklung und der B-Wicklung zugeführt werden. Wenn die Phasendifferenz zwischen dem A-Wicklungsstrom IA und dem B-Wicklungsstrom IB 90° beträgt, so läßt sich die Polrich tung einfach dadurch steuern, daß der B-Wicklungsstrom IB ge steuert wird. Zusätzlich kann auch ein Belastungswinkel ein fach gesteuert werden. Die Stromwerte der Beträge IA und IB unterscheiden sich nicht notwendigerweise voneinander und kön nen in gewisser Weise einen gleichen Wert aufweisen.

Es ist möglich, die Reaktion des Synchronmotors durch die Permanentmagneten auf die in Fig. 1 beschriebene Weise zu steuern.

Im Falle der Fig. 11 beträgt die Anzahl der Magnetpole vier. In diesem Fall kann der Reaktions-Synchronmotor auf die vor anstehend beschriebene Weise gesteuert werden, aber ebenso auch wie im Falle von Fig. 10.

Zwar richtet sich die Beschreibung nur auf den Synchronmotor des Drehtyps, jedoch läßt sich die vorliegende Erfindung auch bei einem Synchronmotor des Lineartyps einsetzen.

Wie voranstehend erläutert kann die erste Ausführungsform der Erfindung einfach die Drehfrequenz und den Ausgangsleistungs wert oder die Drehfrequenz und das Ausgangsdrehmoment steuern. Daher ergeben sich vielfältige Einsatzzwecke als Hauptspindel motor bei Werkzeugmaschinen, deren Ausgangsleistungswert vor zugsweise konstant ist.

Zweite Ausführungsform

Nachstehend wird unter Bezug auf die Figuren ein Drehsynchron motor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In Fig. 12 weist ein Dreiphasen-Synchronmotor 101 einen Anker kern 13 auf, der mit vierundzwanzig Schlitzen 15 versehen ist. Eine Feldwicklung 17 und eine Ankerwicklung 19 sind um den An kerkern 13 doppellagig durch jeden der Schlitze 15 gewickelt. Der Ankerkern 13 nimmt in seinem Inneren einen Rotor 21 auf. Der Rotor kann einfach in einer vorbestimmten Richtung magne tisiert werden.

Die Feldwicklung 17 weist eine erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Feldspule u, v, w, u′, v′ und w′ auf. Die Ankerwicklung 19 weist eine erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Ankerspule U, V, W, U′, V′ und W′ auf. Die erste, zweite und dritte Feldspule u, v, w sind gegeneinander um einen Winkel von 120° versetzt angeordnet. Die vierte, die fünfte und die sechste Feldspule u′ , v′ und w′ sind gegenein ander um einen Winkel von 120° versetzt angeordnet. Die erste, die zweite und die dritte Ankerspule U, V und W sind gegen einander um 120° versetzt angeordnet. Die vierte, die fünfte und die sechste Ankerspule U′, V′ und W′ sind gegeneinander um einen Winkel von 120° versetzt angeordnet. Die erste, die zweite und die dritte Feldspule u, v und w sind um einen Win kel von 90° gegenüber der ersten, der zweiten bzw. der drit ten Ankerspule U, V, W verschoben. Die vierte, die fünfte und die sechste Feldspule, u′ , v′ und w′ sind um einen Winkel von 90° gegenüber der vierten, der fünften bzw. der sechsten An kerspule U′, V′ und W′ verschoben.

Nachstehend erfolgt in bezug auf Fig. 13 im Zusammenhang mit Fig. 12 eine weitere Erläuterung. Wenn die Feldwicklungsströme Iu, Iv und Iw der Feldwicklung 17 zugeführt werden, wird ein zusammengesetztes Magnetfeld N und S erzeugt. In diesem Fall stellt die Magnetflußverteilung eine Sinuswelle dar. Wenn ein maximaler Magnetfluß m ist, wobei ein Magnetflußzentrum R gleich Null ist, ergibt sich der Magnetfluß aus Gleichung (1).

Φ = Φm · cosR (1)

In einem Fall, in welchem der Rotor eine Achse mit einfacher Magnetisierung aufweist, wird der Rotor in der vorbestimmten Richtung magnetisiert, wenn die Feldwicklungsströme auf sol che Weise gesteuert werden, daß das Magnetflußzentrum des Magnetfeldes mit der Achse der einfachen Magnetisierung zu sammenfällt. In diesem Fall weist das Magnetfeld eine Magnet flußdichte auf, die durch eine Gleichung (2) gegeben ist.

B = Bm · cosR (2)

Dreiphasenströme IU, IV und IW werden der Ankerwicklung zu geführt. Die Dreiphasenströme IU, IV und IW eilen den Feld wicklungsströmen Iu, Iv und Iw um den vorbestimmten Winkel α vor, vorzugsweise um 90°, bezüglich der elektrischen Phase.

Dies führt zur Erzeugung eines Drehmoments T, so daß der Ro tor entsprechend dem Fleming-Gesetz gedreht wird. Das Dreh moment T ergibt sich wie nachstehend angegeben.

In einem Fall, in welchem die Phasen der Ankerströme IU, IV und IW so gesteuert werden, daß sie mit den Magnetpolen des magnetisierten Rotors zusammenfallen, ergibt sich das Dreh moment T wie nachstehend angegeben. Magnetflußdichten BU, BV und BW jeder Spule der Ankerspulen U, V und W werden durch Gleichung (3) dargestellt.

BU = Bm · cos R
BV = Bm · cos (R - 120°)
BW = Bm · cos (R - 240°) (3)

Da die Ankerströme IU, IV und IW so gesteuert werden, daß sie mit den Positionen der Magnetpole zusammentreffen, ergeben sich die Ankerströme IU, IV und IW aus Gleichung (4).

IU = Im · cos R
IV = Im · cos (R - 120°)
IW = Im · cos (R - 240°) (4)

Daher wird das Drehmoment T durch die Gleichung (5) ausge drückt.

T = K (BU.IU + BV.IV + BW.IW) = 3/2 KBm.Im (5)

Hierbei bezeichnet Bm die maximale Magnetflußdichte, Im den Maximalwert des Ankerstroms, und 0 einen Phasenwinkel zwischen dem Zentrum des Magnetpols und der Spule U. Zusätzlich wird durch den Ankerstrom eine Magnetflußdichte Φ′ erzeugt. Da je doch der Rotor aus einem magnetisch anisotropen Material be steht und die magnetische Reluktanz in der Richtung des Mag netflusses stark ist, wird der Magnetfluß Φ′ nicht beeinflußt.

Die voranstehend erwähnte Beziehung ist schematisch in Fig. 14 erläutert.

In bezug auf die Fig. 15 bis 18 ist die Beschreibung auf ein Beispiel für einen magnetisch anisotropen Rotor gerichtet. Ein Rotor 31 besteht aus einem magnetisch anisotropen Mag netkörper, und der Schnitt weist Kreisform auf. Das Metall für den magnetisch anisotropen Magnetkörper besteht aus ei nem kornorientierten Siliziumstahl, einem kornorientierten Nickeleisenstahl oder dergleichen. In Fig. 15 kann der magne tisch anisotrope Magnetkörper einfach in einer ersten Rich tung X magnetisiert werden, jedoch schwer in einer zweiten Richtung Y, welche senkrecht zur ersten Richtung X verläuft.

Unter Bezug auf Fig. 16 erfolgt eine Beschreibung eines wei teren Beispiels für einen magnetisch anisotropen Rotor. Ein Rotor 33 ist vom Schenkelpoltyp und besteht aus einem isotrop magnetischen Körper. Der Rotor 33 kann einfach in der ersten Richtung X magnetisiert werden, jedoch schwer in der zweiten Richtung Y, infolge von Abschneidephänomenen.

In bezug auf Fig. 17 erfolgt eine Beschreibung eines weiteren Beispiels eines magnetisch anisotropen Rotors. Ein Rotor 35 ist vom Segmenttyp. Der Rotor 35 weist einen Innen- und ei nen Außenabschnitt auf. Der Innenabschnitt besteht aus einem nicht-magnetischen Körper 37. Der Außenabschnitt besteht aus einem magnetischen Körper 39. Der Magnetkörper 39 ist mit Luftspalten 41 in der ersten Richtung X versehen. Die Luft spalte 41 können nicht-magnetische Körper sein. Der Rotor 35 kann einfach in der ersten Richtung X magnetisiert werden, infolge seines geringen magnetischen Widerstandes, kann je doch nur schwer in der zweiten Richtung Y magnetisiert wer den.

In bezug auf Fig. 18 erfolgt eine Beschreibung eines weiteren Beispiels für einen weiteren magnetisch anisotropen Rotor. Ein Rotor 43 ist vom Hybridtyp. Der Rotor 43 besteht aus ei nem Magnetkörper 45. Der Magnetkörper 45 ist mit Luftspalten 47 in der ersten Richtung X versehen. Die Luftspalte 47 kön nen ein nicht-magnetischer Körper sein. Daher kann der Rotor 43 einfach in der ersten Richtung X magnetisiert werden, kann jedoch nur schwer in der zweiten Richtung Y magnetisiert wer den.

In bezug auf Fig. 19 erfolgt eine Beschreibung eines weiteren Beispiels für einen Rotor, der vier Magnetpole aufweist. Der Rotor 49 kann einfach in den Richtungen X und X′ magnetisiert werden, jedoch schwer in den Richtungen Y bzw. Y′ magnetisiert werden.

Wie voranstehend erläutert stellt der Rotor eine magnetische Anisotropie in der vorbestimmten Richtung zur Verfügung, wel che senkrecht zur Drehachsenrichtung verläuft. Der Anker ist mit zwei Paaren dreiphasiger Wicklungen gewickelt. Die Strom phasen der beiden Wicklungen sind vorzugsweise um einen Win kel von 90° gegeneinander verschoben. Daher erzeugt ein Feld magnetfluß, der durch die Feldwicklungsströme und die Anker wicklungsströme erzeugt wird, ein Drehmoment entsprechend Fleming′s Gesetz. Dies führt dazu, daß es möglich ist, eine vollständige Vektorsteuerung zu erzielen, welche das am mei sten bevorzugte Drehmoment des Maximalwertes mit dem Magnet fluß Φ und dem Strom I erzeugen kann.

Falls der Feldmagnetfluß proportional zum Feldstrom ist, er gibt das Drehmoment T aus Gleichung (6).

T = K2 · IA · IB (6)

Hierbei gibt IA den Feldstrom an und IB den Ankerstrom.

Auf die voranstehend beschriebene Weise wird durch den Anker strom IB auch ein Ankerreluktanz-Magnetfluß Φ′ erzeugt. Die Richtung des Magnetflusses Φ′ verläuft senkrecht zur Richtung des erstgenannten Magnetflusses Φ. Wenn allerdings der Rotor aus einem magnetisch isotropen Material besteht, welches im Querschnitt kreisförmig ist und ein konstanter Luftspalt um den Rotor herum vorhanden ist, kann der Rotor nicht gedreht werden.

Ist der Rotor ein magnetisch anisotroper Rotor, der eine ein fach zu magnetisierende Achse in der Richtung entlang des Magnetflusses aufweist, so wird ein Drehmoment T entsprechend der Gleichung (5) selbst dann erzeugt, wenn der Rotor kreis förmig ist und ein konstanter Luftspalt um den Rotor herum vorgesehen ist.

Daher wird der Synchronmotor gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Rotor aus einem Material erzielt, welches einfach in der Richtung des erstgenannten Magnetflusses Φ magnetisier bar ist und in der Richtung des zweiten angegebenen Magnet flusses Φ schwer zu magnetisieren ist.

Daher ist es bei dem Synchronmotor gemäß der vorliegenden Er findung nicht erforderlich, daß eine Feldspule um den Rotor herum gewickelt wird oder ein Permanentmagnet für den Rotor zur Verfügung gestellt wird, wie bei konventionellen Synchron maschinen. Darüber hinaus erfordert der Synchronmotor gemäß der vorliegenden Erfindung keine Siliziumstahlplatte für den Rotor, noch die Bereitstellung von Schlitzen oder eine Käfig läuferwicklung aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen, und erzeugt keine Wärme infolge induzierter Ströme, verglichen mit einem konventionellen Induktionsmotor.

Der Synchronmotor gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich wie nachstehend angegeben einsetzen.

Die Ausgangsleistung P (Watt) des Motors in Gleichung (5) er gibt sich aus Gleichung (7).

P = 2πnT = √ EI (7)

Hierbei bezeichnet n die Umdrehungen pro Sekunde (U/sek) des Motors, T das Drehmoment (Nm), E eine elektromotorische Rückwärtskraft (v) zwischen den Dreiphasenwicklungen, und I einen Phasenstrom (A). Die elektromotorische Rückwärtskraft E (v) wird durch Gleichung (8) dargestellt, in welcher k eine Proportionalkonstante darstellt und Φ eine Magnetflußdichte.

E = k · Φ · n(v) (8)

Entsprechend den Gleichungen (7) und (8) kann der Synchron motor auf folgende Weise eingesetzt werden: Als Synchronmotor, welcher die Magnetflußdichte Φ konstant hält und eine konstan te Drehmomentcharakteristik im Bereich der Drehung von 0 bis n aufweist, als ein Synchronmotor, bei welchem die Magnet flußdichte Φ variabel ist und der eine konstante Ausgangslei stung im Bereich von 0 bis n bezüglich der Drehzahl aufweist, als ein äußerst wirksamer Synchronmotor, welcher eine ord nungsgemäße Steuerung des Produkts von Φ.I aufweist, um Motor verluste bei verschiedenen Belastungen zu minimalisieren und dergleichen. Daher läßt sich der Synchronmotor gemäß der vor liegenden Erfindung auf jedem industriellen Gebiet einsetzen. Einige konkrete Beispiele werden nachstehend beschrieben.

Bezüglich Fig. 20 erfolgt eine Beschreibung eines Wechsel spannungs-Servomotors, dessen Drehzahl durch den Synchron motor 101 gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert wird.

Wie in Fig. 12 gezeigt, weist der Synchronmotor 101 die Anker wicklung 19 und die Feldwicklung 17 auf. Der Ankerwicklung 19 und der Feldwicklung 17 werden ein Ankerstrom Ia und ein Feld strom If zugeführt. Der Positions- und Drehzahldetektor 143 ermittelt eine Magnetpolposition und die Drehzahl. Der Posi tions- und Drehzahldetektor 143 stellt die Drehzahl und die Magnetpolposition auf dem Stand der Technik bekannte Weise fest, beispielsweise durch einen Drehkodierer oder einen Dreh melder.

Der Ankerstrom Ia und der Feldstrom If werden auf die nach stehend beschriebene Weise durch den ersten Wechselrichter 145 und den zweiten Wechselrichter 147 gesteuert. Daher wird die Drehzahl des Synchronmotors 101 auf die nachstehend ange gebene Weise gesteuert.

Zuerst wird ein Drehzahlverstärker 161 mit einem Drehzahl- Befehlssignal S1 versorgt, welches eine gewünschte Dreh frequenz repräsentiert. Der Positions- und Umdrehungsdetek tor 143 ermittelt die Drehfrequenz des Synchronmotors 101, um ein Drehzahlsignal S2 zu erzeugen, welches dem Drehzahl verstärker 161 zugeführt wird. In Reaktion auf den Drehzahl befehl und die Umdrehungssignale S1 und S2 erzeugt der Dreh zahlverstärker 161 ein Ankerstrom-Steuerbefehlssignal S3.

Ein Ankerstromverstärker 163 wird mit dem Ankerstrom-Befehls steuersignal S3 und ebenso mit einem Ankerstrom-Befehlssig nal S5 versorgt. Ein Ankerstromsignal S7, welches von einem Ankerstromdetektor 115 festgestellt wird, der an einer Aus gangsseite des ersten Wechselrichters 145 vorgesehen ist, wird auf den Ankerstromverstärker 163 rückgekoppelt. Der An kerstromverstärker 163 wird mit einem Wechselrichter-Steuer signal S9 versorgt.

Während der Feldstromverstärker 171 mit dem Feldstrom-Befehls signal 511 versorgt wird, wird das Feldstromsignal S13, das von einem Feldstromdetektor 117 ermittelt wird, der an einer Ausgangsseite des-zweiten Wechselrichters vorgesehen ist, auf den Feldstromverstärker 171 rückgekoppelt. Der Feldstrom verstärker 171 gibt ein Wechselrichtersteuersignal S15 aus, zum Steuern des zweiten Wechselrichters 147.

Weiterhin wird ein Anker- und Feldstromphasen-Steuerver ker 173 mit einem Magnetpol-Positionssignal S4, dem Ankerstromsignal S7 und dem Feldstromsignal S13 versorgt. Der erste Wechselrichter 145 und der zweite Wechselrichter 147 werden mit Steuersignalen S17 und S19 versorgt, um jede Pha se und Frequenz der Ströme von dem Anker- und Feldstrompha sensteuerverstärker 173 zu steuern. Daher dient der Synchron motor gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Wechselspan nungs-Servomotor, durch Steuerung der Ströme Ia und If, zur Bereitstellung der gewünschten Drehzahl.

Fig. 21 ist eine Darstellung eines weiteren Beispiels für die vorliegende Erfindung und zeigt ein Blockschaltbild eines Wechselspannungs-Servormotors, bei welchem ein Lastbewegungs bereich oder ein Drehwinkel bezüglich der Last gesteuert wird. Fig. 21 weist dieselben Schaltkreise auf wie Fig. 20 mit denselben Bezugsziffern; daher wird auf eine entsprechende Beschreibung verzichtet.

Ein Positionsabweichungsverstärker 251 wird mit einem Posi tions-Befehlssignal S21 versorgt, welches den gewünschten Belastungsbewegungsbereich oder den Lastdrehwinkel repräsen tiert. Ein Belastungsbewegungs-Bereichssignal S23 wird durch einen Belastungsbewegungs-Bereichserfassungssensor 253 fest gestellt. Dem Positionsabweichungsverstärker 251 wird das Belastungsbewegungs-Bereichssignal S23 und das Magnetpolposi tionssignal S25 zugeführt. Dem Drehzahlverstärker 161 wird ein Drehzahl-Befehlssignal S27 zugeführt, welches von dem Positionsabweichungsverstärker 251 erzeugt wird und auf die se Weise wird der Motor gedreht und der Belastungsbewegungs bereich oder der Lastdrehwinkel gesteuert.

Bezüglich Fig. 22 erfolgt eine Beschreibung eines weiteren Beispiels eines äußerst wirksamen Steuersystems gemäß der vor liegenden Erfindung. Das äußerst wirksame Steuersystem kann die Verluste des Synchronmotors 101 verringern. In Fig. 22 sind dieselben Schaltkreise wie in Fig. 20 gezeigt mit den selben Bezugsziffern; daher wird auf eine eingehende Beschrei bung verzichtet.

Wie voranstehend erläutert, wird der Ausgangsleistungswert durch p= 2πnT repräsentiert, wie in Gleichung (7) angegeben, und das Drehmoment T durch T=k2·IA·IB, entsprechend Gleichung (6). Daher kann der Synchronmotor mit einem hohen Wirkungsgrad laufen, wenn die Beziehung zwischen dem Anker strom Ia und dem Feldstrom If so geregelt wird, daß die Ver luste des Motors auf ein Minimum verringert werden, entspre chend dem Feldmagnetfluß und den Motoreigenschaften. Die Feldmagnetflußeigenschaften werden durch einen Ankerwicklungs widerstand Ra, einen Feldwicklungswiderstand Rf und den Feld strom If repräsentiert. Die Motoreigenschaften wie beispiels weise Eisenverluste werden durch die Frequenz des Ankers und den Feldstrom festgelegt. Die gewünschte Drehfrequenz und das Drehmoment werden so gesteuert, daß ihr jeweiliger Anteil ei nen äußerst wirksamen Lauf ergeben.

Unter Bezug auf Fig. 22 wird nachstehend ein Beispiel für ein hochwirksames Steuersystem zum Minimalisieren der Kupfer verluste des Motors beschrieben.

Wenn der Ankerstrom durch Ia (A) festgelegt ist, der Feld strom If (A), der Ankerwiderstand durch Ra (Ω) und der Feld magnetwiderstand durch Rf (Ω), so wird der Kupferverlust Pc (w) durch eine Gleichung (9) gegeben und das Drehmoment T (Nm) durch eine Gleichung (10).

Pc = Ia² · Ra + If² · Rf (w) (9)

T = K · Ia · If (Nm) (10)

Ein Lastdrehmoment ergibt sich aus dem Strom Ia und If, wel cher durch den Ankerstromdetektor 115 bzw. den Feldstrom detektor 115 ermittelt wird. Die Ströme Ia und If werden so gesteuert, daß sie nicht niedriger als das Lastdrehmoment sind, um ein erstes Steuerbefehlssignal Ia_* und ein zweites Steuerbefehlssignal If_* festlegen, um so die Kupferverluste Pc zu minimalisieren und auf diese Weise eine Steuerung durch das erste und zweite Steuerbefehlssignal Ia_* und If_* durchzu führen. Es wird nämlich in Fig. 22 eine Motorverlustminimali sierungs-Steuerschaltung 211 mit dem Ankerstrom Ia versorgt, der durch den Ankerstromdetektor 115 festgestellt wird und mit dem Feldstrom If, der von dem Feldstromdetektor 117 er mittelt wird. Der Ankerwiderstand Ra und der Feldwiderstand Rf der Motorverlustminimalisierungs-Steuerschaltung 211 wer den auf einen Eigenwert gesetzt, der durch den Motor festge legt ist. Das erste Steuerbefehlssignal Ia_H* und das zweite Steuerbefehlssignal If_*, die von der Motorverlustminimalisie rungs-Steuerschaltung 211 erzeugt werden, werden dem Anker stromverstärker 163 und dem Feldstromverstärker 171 anstatt des Ankerstromsignals 57 und des Feldstromsignals S13 in Fig. 20 zugeführt, und auf diese Weise wird die Minimalisierung der Motorkupferverluste realisiert und eine äußerst wirksame Steuerung sichergestellt.

Anhand von Fig. 23 erfolgt eine Beschreibung eines weiteren Beispiels für den Synchronmotor gemäß der vorliegenden Er findung. Der Synchronmotor weist einen Rotor 227 auf, die Ankerwicklung 19 und die Feldwicklung 17. Die Ankerwicklung 19 ist direkt an eine Dreiphasen-Wechselstromquelle ange schlossen. Die Feldwicklung 17 ist mit der Dreiphasen-Wech selstromquelle über einen Kondensator 221 und einen elektro magnetischen Schalter 223 verbunden. Der elektromagnetische Schalter 223 wird durch eine Synchronisierschaltung 225 gesteuert.

Zuerst, wenn die Ankerwicklung 19 mit dem Dreiphasen-Wechsel strom versorgt wird, wobei der elektromagnetische Schalter 223 ausgeschaltet ist, fließt ein induzierter Strom durch den Rotor 227, so daß ein Drehmagnetfeld, welches von der Anker wicklung 19 und dem induzierten Strom hervorgerufen wird, ein Drehmoment entsprechend Fleming′s Gesetz erzeugen, um den Motor als Induktionsmotor zu drehen. Erreicht die Drehzahl des Motors eine Synchrongeschwindigkeit infolge des induzier ten Drehmoments, so wird die Synchronschaltung 225 so betä tigt, daß sie den elektromagnetischen Schalter 223 einschal tet. Die Feldwicklung 17 wird mit einem Strom versorgt, des sen Phase um 90° verschoben ist infolge des Kondensators 221, so daß ein Feldmagnetpol in dem Rotor 227 erzeugt wird. Zwi schen dem Feldmagnetpol und dem Drehmagnetfeld wird eine An ziehung hervorgerufen. Der Rotor wird mit der Anziehung syn chronisiert und dreht sich als Synchronmotor. Eine Spule oder sowohl eine Spule als auch ein Kondensator können anstatt des Kondensators 221 eingesetzt werden.

Anhand von Fig. 24 erfolgt eine Beschreibung eines weiteren Beispiels für die vorliegende Erfindung. Der Synchronmotor weist einen Rotor 241 auf. In diesem Fall ist der Rotor 241 mit Permanentmagneten 243a und 243b versehen. Ein Permanent magnet-Magnetfluß Φ1 wird durch den Permanentmagneten 243a und 243b erzeugt. Ein Feldwicklungs-Magnetfluß Φ wird durch die Feldwicklung 17 (u, v, w) erzeugt.

Der Rotor 241 ist mit dem (nicht gezeigten) Magnetpolposi tionsdetektor versehen, um den Feldmagnetstrom zu steuern, so daß die Richtung des Permanentmagnet-Magnetflusses Φ1 mit der Richtung des Feldwicklungs-Magnetflusses Φ zusammenfällt. Wenn in diesem Fall der Permanentmagnet-Magnetfluß Φ1 und der Feldwicklungs-Magnetfluß Φ dieselbe Phase haben, so ent steht ein zusammengesetzter Feldmagnetfluß ΣΦ = Φ1+Φ, welcher den Feldmagnetfluß erhöht. Sind der Permanentmagnet fluß 1 und der Feldwicklungs-Magnetfluß Φ in Antiphase, so entsteht ein zusammengesetzter Feldmagnetfluß ΣΦ=Φ1-Φ, welcher den Feldmagnetfluß verringert.

Unter Bezug auf die Fig. 25A und 25B erfolgt die Beschreibung eines Beispiels für einen Synchronmotor, der einen Anker auf weist, der zweigeteilt werden kann, um den Zusammenbau des Motors zu erleichtern. In den Fig. 25A und 25B weisen die unterteilten Anker 261a und 261b Wicklungen 263a bzw. 263b auf.

Daher ergeben sich verringerte Einschränkungen für den Zusam menbau des Motors. Die unterteilten Anker 261a und 261b kön nen so kombiniert werden, daß sie einander in einer Pfeilrich tung gegenüberliegen, die in Figur angegeben ist. Daher kann ein Lager 265 auf einer Drehachse 267 angebracht werden, un abhängig vom Zusammenbau des Motors.

In bezug auf Fig. 26 erfolgt eine Beschreibung eines Bei spiels, bei welchem die Hauptspindel einer Werkzeugmaschine einstückig mit der Rotorwelle des Motors ausgebildet ist. Ein Anker 285 ist so gewickelt, daß sich in ihm eine Anker wicklung und eine Feldwicklung befinden. In einem Fall, in welchem die Hauptspindel 281 aus einem magnetischen Körper besteht, wird ihr Endabschnitt so bearbeitet, daß ein Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird, und ein Anker 285 um den Rotor herum angeordnet wird, so daß es mög lich ist, die Werkzeugmaschine und den Motor einstückig aus zubilden. Eine Schneidvorrichtung 287 ist auf einem Werkzeug 289 befestigt. Das Werkzeug 289 ist an der Hauptspindel 281 befestigt. Durch ein Lager 291 wird die Hauptspindel 281 dreh bar gehaltert.

In den Fig. 27 28A und 28B ist ein weiteres Beispiel für ei nen Synchronmotor gezeigt, welcher in einer Achsenrichtung zusammengebaut werden kann. Der Synchronmotor weist eine Feldwicklung 301 auf, eine Ankerwicklung 303, Ankerkerne 305 und 307, eine Drehwelle 313 und einen Rotor 319. Die Anker kerne 305 und 307 sind mit der Feldwicklung 301 bzw. der An kerwicklung 303 bewickelt. Die Ankerkerne 305 und 307 sind in Axialrichtung seitlich nebeneinander angeordnet. Bezugs achsen 309 und 311 sind so eingestellt, daß die Phasendiffe renz zwischen den Ankerkernen 305 und 307 vorzugsweise 90° beträgt. In Fig. 27 besteht der Rotor 319 aus einem magneti schen Körper 315 sowie einem Magnetkörperteil 317 um die Drehwelle 313 herum. Die Ankerkerne 305 und 307 sind auf der Außenseite des Rotors 319 angeordnet. Ein Verbindermagnet körper 321 zur Ausbildung einer magnetischen Schaltung ist auf der Außenseite der Ankerkerne 305 und 307 vorgesehen, wo durch eine geschlossene magnetische Schaltung zur Verfügung gestellt wird, die durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Daher zeigt der Synchronmotor gemäß diesem Beispiel dieselbe Leistung wie jeder der voranstehend -geschilderten Synchronmotoren mit mehreren Wicklungen. Da die Entfernung über den Anker durch die geteilten Anker verkürzt werden kann, kann der Synchronmotor gemäß diesem Beispiel bei Maschinen eingesetzt werden, die einen schlankeren Motor erfordern.

Unter Bezug auf Fig. 29 erfolgt eine Beschreibung eines Bei spiels, bei welchem die vorliegende Erfindung bei einem Linearmotor eingesetzt wird. Der Linearmotor 401 weist einen Anker 403 und eine Nadel 405 auf. Der Anker 403 ist ein Drei phasenanker, der mit zwei Polen und vierundzwanzig Schlitzen versehen ist, wie in Fig. 12 gezeigt. Die Nadel 405 weist einen Magnetpol auf, der die in Fig. 8 gezeigte Segmentstruk tur aufweist.

Der Anker 403 umfaßt einen Ankerkern 407 und eine Feldwick lung 409 mit Spulen u, v und w, sowie eine Ankerwicklung 411 mit Spulen U, V und W. Der Ankerkern 407 weist einen Kammab schnitt auf und ist doppellagig mit der Feldwicklung 409 und der Ankerwicklung 411 gewickelt. Die Nadel 405 umfaßt mehre re Magnetpole 413, die aus einem Magnetkörper wie beispiels weise Eisen bestehen, sowie eine Montageplatte 417, die aus einem nicht-magnetischen Körper wie beispielsweise Aluminium besteht. Die Magnetpole 413 sind auf der Montageplatte 417 so angebracht, daß dazwischen ein vorbestimmter Zwischenraum 415 verbleibt. Wenn den Wicklungen 409 und 411 der Dreipha sen-Wechselstrom zugeführt wird, wird eine horizontale Kraft zwischen dem Anker und der Nadel erzeugt. Daher bewegt sich die Nadel, wenn der Anker fixiert ist und bewegt sich der Anker, wenn die Nadel fixiert ist.

Zwar weist dieses Beispiel zwei Pole und vierundzwanzig Schlitze auf, jedoch ist dieses Beispiel nicht auf Fig. 29 beschränkt und kann auf unterschiedliche Weisen abgeändert werden.

Unter Bezug auf Fig. 30 werden die Grundlagen von Beispielen für einen Synchrongenerator gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Generator weist einen Ankerkern 501 sowie ei nen Rotor 507 auf. Der Ankerkern 501 hat eine doppellagige Wicklung, nämlich eine Feldwicklung 503 und eine Ankerwick lung 505. Der Rotor 507 ist einfach in der Vertikalrichtung in der Figur zu magnetisieren und schwierig in der Horizon talrichtung in der Figur, da der Rotor eine Schenkelpolform aufweist. Die Wicklungen 503 und 505 sind Dreiphasenwicklungen, die jeweils mit zwei Polen versehen sind. Die Wicklungen 503 und 505 sind so angeordnet, daß die Phasendifferenz vorzugs weise 90° beträgt.

Wenn an die Feldwicklung 503 mit den Spulen u, v und w der Dreiphasenstrom angelegt wird, wird ein Feldmagnetfluß 509 er zeugt. Ein Feldwicklungsstrom wird so gesteuert, daß eine Mag netpol-Zentralachse 511 des Feldmagnetflusses 509 mit einer Achse einfacher Magnetisierung 513 des Rotors dauernd zusam menfällt. Die Dreiphasenspannung wird dadurch in die Anker wicklung 505 mit Spulen u′, v′ und w′ induziert, daß der Rotor gedreht wird, der ständig in einer konstanten Richtung magne tisiert ist. Auf diese Weise wird ein Generator zur Verfügung gestellt.

Eine Ausgangsspannung V und eine Ausgangsfrequenz f des Gene rators werden durch die nachstehenden Gleichungen (11) und (12) angegeben.

V = K₁ · Φ · n (v) (11)

f = K₂ · n · p (HZ) (12)

Hierbei bezeichnen K₁ und K₂ Proportionalkonstanten, Φ be zeichnet einen Feldmagnetfluß (MAXWELL) und n bezeichnet eine Drehfrequenz pro Sekunde (U/sek). Wenn der Feldstrom If proportional zum Feldmagnetfluß Φ ist, so ergibt sich die nachstehend angegebene Gleichung (13).

Φ = K3.If (MAXWELL) (13)

Wie voranstehend erläutert wird bei dem Synchrongenerator gemäß der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt der Rotor mit einer Spule bewickelt oder ein Permanentmagnet auf dem Rotor befestigt. Dies führt dazu, daß durch die vorliegende Erfindung ein Synchrongenerator mit einem Rotor zur Verfü gung gestellt werden kann, der außerordentlich einfach und stabil ist.

Fig. 31 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuerung zum Steuern der Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert, gegen die Lastschwankungen, in dem Synchrongenerator gemäß der vorlie genden Erfindung.

In Fig. 31 weist die Steuerung einen Synchrongenerator 521 sowie eine Steuerschaltung auf, um unabhängig von Lastschwan kungen eine Ausgangsspannung konstant zu halten.

Der Synchrongenerator 521 umfaßt einen Rotor 523 und eine Ankerwicklung 505. Der Rotor 523 ist an einen Antriebsmotor 525 angeschlossen, beispielsweise eine Turbine, eine Brenn kraftmaschine, oder eine hydraulische Turbine, und dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit. Die Ankerwicklung 505 ist an die Last 527 angeschlossen. Der Rotor 523 ist mit einem Mag netpol-Positionsdetektor 531 versehen, beispielsweise einem Drehkodierer, um ein Magnetpol-Positionssignal S51 zu erzeu gen. Der Anker 505 weist eine Potentialmeßvorrichtung 535 auf, um die Ausgangsspannung zu ermitteln und um ein Ausgangsspan nungssignal S52 zu erzeugen.

Die Steuerschaltung weist einen Ankerspannungsverstärker 537 auf, einen Feldstromverstärker 539, einen Invertierer 543, einen Feldstromphasen-Steuerverstärker 541 und einen Feld stromdetektor 542. Der Ankerspannungsverstärker 537 wird mit einem Spannungsbefehlssignal S53 für die gewünschte Spannung und gleichzeitig mit dem Ausgangsspannungssignal S52 versorgt. An den Feldstromverstärker 539 wird ein Stromstrom-Befehls signal S55 von dem Ankerspannungsverstärker 537 geliefert und ebenso ein Feldstromsignal S57, welches von dem Feldstrom detektor 542 ermittelt wird.

Dem Feldstromphasen-Steuerverstärker 541 wird ein Feld stromwert-Befehlssignal S59 zugeführt, welches von dem Feldstromverstärker 539 erzeugt wird, sowie ein Magnetpol- Positionssignal S51. Dem Wechselrichter 543 wird ein Wechsel richtersteuersignal S61 vom Feldstromphasen-Steuerverstärker 541 zugeführt.

Wenn die Last nicht an den Synchrongenerator angeschlossen ist, dieser also unbelastet läuft, ist die induzierte Span nung gleich der Ausgangsspannung. Ist die Last an den Syn chrongenerator angeschlossen, so fließt ein Strom durch die Ankerwicklung (U, V, W) und durch die Impedanz der Ankerwick lung wird ein Spannungsabfall hervorgerufen, welcher die Aus gangsspannung verringert. Daher wird der Ankerspannungsver stärker 537 mit dem Ausgangsspannungssignal S52 von dem Po tentialmeßinstrument 535 versorgt, um die Ausgangsspannung dadurch konstant zu halten, daß der Spannungsabfall kompen siert wird. Der Ankerspannungsverstärker 537 verstärkt die Abweichung zwischen dem Spannungsbefehlssignal S53 und dem Ausgangsspannungssignal S52, um den Feldstromverstärker 539 mit dem Feldstrombefehlssignal S55 zu versorgen. Der Feld stromverstärker 539 verstärkt die Abweichung zwischen dem Feldstrombefehlssignal S55 und dem Feldstromsignal S57, um das Feldstromwert-Befehlssignal S59 dem Feldstromphasen- Steuerverstärker 541 zuzuführen. Entsprechend dem Feldposi tionssignal S51 und dem Feldstromwert-Befehlssignal S59 er zeugt der Feldstromphasen-Steuerverstärker 541 ein Wechsel richtersteuersignal S61, um so korrekt den Feldstrom der Feldwicklung zuzuführen, selbst wenn sich der Rotor an einem anderen Ort befindet. Der Wechselrichter 543 erzeugt den Feldstrom entsprechend dem Wechselrichtersteuersignal 561 und steuert den Wert des Feldstroms. Daher ist selbst bei schwankender Belastung die Ausgangsspannung konstant.

Wie voranstehend erläutert wird gemäß der zweiten Ausführungs form eine Synchronmaschine zur Verfügung gestellt, deren Rotor einen einfachen und stabilen Aufbau aufweist, da der Rotor nicht notwendigerweise mit einem Permanentmagneten ver sehen oder mit Spulen bewickelt ist. Bei hohen Drehzahlen wird der Rotor infolge seines stabilen Aufbaus nicht beschä digt.

Claims

1. Synchronmotorvorrichtung, gekennzeichnet durch:
einen Stator, der in doppellagiger Wicklungsweise mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung bewickelt ist;
einen Rotor, der eine Schenkelpolform aufweist und drehbar in dem Stator aufgenommen ist;
eine erste Steuerung, die als Energiequelle für die erste Wicklung dient und die Drehfrequenz des Motors steuert; und
eine zweite Steuerung, die als Energiequelle dient und die Ausgangsleistung oder den Drehmomentwert des Motors steuert.

2. Synchronmotorvorrichtung, gekennzeichnet durch:
einen Stator, der in doppellagiger Wicklungsweise mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung versehen ist;
einen Rotor, der im wesentlichen aus magnetisch anisotropen Materialien besteht, um die Schenkelform zur Verfügung zu stellen, und der drehbar in dem Stator aufgenommen ist;
eine erste Steuerung, die als Energiequelle für die erste Wicklung dient und die Drehfrequenz des Motors steuert; und
eine zweite Steuerung, die als Energiequelle für die zwei te Wicklung dient und die Ausgangsleistung oder den Dreh momentwert des Motors steuert.

3. Synchronmotorvorrichtung, gekennzeichnet durch:
einen Stator, der in doppellagiger Wicklungsweise mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung versehen ist;
einen Rotor, der mit einem Permanentmagnetteil versehen ist, um einen Feldmagnetfluß zu erzeugen und der drehbar in dem Stator aufgenommen ist;
eine erste Steuerung, die als Energiequelle für die erste Wicklung dient und die Drehfrequenz des Motors steuert; und eine zweite Steuerung, die als Energiequelle für die zwei te Wicklung dient und die Ausgangsleistung oder den Dreh momentwert des Motors steuert.

4. Synchronmotorvorrichtung, gekennzeichnet durch:
einen Stator, der in doppellagiger Wicklungsweise mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung versehen ist;
einen Rotor, der mit zumindest einer Spule bewickelt ist, die mit Strom versorgt wird und der drehbar in dem Stator aufgenommen ist;
eine erste Steuerung, die als Energiequelle der ersten Wicklung dient und die Drehfrequenz des Motors steuert; und
eine zweite Steuerung, die als Energiequelle für die zwei te Wicklung dient und die Ausgangsleistung oder den Dreh momentwert des Motors steuert.

5. Synchronmotorvorrichtung, gekennzeichnet durch:
einen Stator, der in doppellagiger Wicklungsweise mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung versehen ist;
einen Rotor, der aus magnetisch anisotropem Material be steht und drehbar in dem Stator aufgenommen ist;
eine erste Steuerung, die als Energiequelle für die erste Wicklung dient und die Drehfrequenz des Motors steuert; und
eine zweite Steuerung, die als Energiequelle für die zwei te Wicklung dient und die Ausgangsleistung oder den Dreh momentwert des Motors steuert.

6. Synchronmotorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerung eine Pha sendifferenz zwischen dem Strom der ersten Wicklung und dem Strom der zweiten Wicklung in einem Winkel von 90° hält, und weiterhin eine Schaltung zum Steuern der Größe der Verstärkung des Stroms umfaßt, welcher der ersten Wick lung zugeführt wird.

7. Synchronmotorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerung eine Dreh frequenz-Befehlsvorrichtung aufweist, um ein Strombefehls signal zur Vorgabe der Drehfrequenz des Motors zu erzeugen, eine erste Wicklungsstrom-Festlegungsschaltung zum Ver gleichen der vorgegebenen Drehfrequenz mit gemessenen Dreh frequenzdaten des Motors, um zwischen diesen Werten eine Differenz zu erzeugen, und um ein erstes Strombefehlssig nal für die erste Wicklung festzulegen und zu erzeugen, so wie eine erste Wicklungsstrom-Versorgungsschaltung zur Zu fuhr eines ersten vorbestimmten Stroms zur ersten Wicklung entsprechend dem ersten Strombefehlssignal, ersten Strom wertdaten der ersten Wicklung, und Positionsdaten des Ro tors, wobei die zweite Steuerung eine Ausgangsbefehlsein richtung zur Vorgabe eines vorgegebenen Ausgangsleistungs wertes des Motors aufweist, eine Ausgangs-Arithmetikschal tung zur Berechnung eines berechneten Ausgangsleistungs wertes des Motors entsprechend Stromdaten, welche den er sten und zweiten Wicklungen zugeführt werden, Drehfrequenz daten des Motors und Positionsdaten des Rotors, eine zwei te Wicklungsfestlegungsschaltung zum Vergleichen des be rechneten Ausgangsleistungswertes mit dem vorgegebenen Ausgangsleistungswert, um dazwischen eine Differenz zu er zeugen, und um ein zweites Strombefehlssignal für die zwei te Wicklung entsprechend der Differenz zu erzeugen, sowie eine zweite Wicklungsstromversorgungsschaltung zur Zufuhr eines zweiten vorbestimmten Stroms zur zweiten Wicklung entsprechend dem zweiten Strombefehlssignal von der zwei ten Wicklungsfestlegungsschaltung, den zweiten Stromwert daten der zweiten Wicklung, und den Positionsdaten des Ro tors.

8. Synchronmaschine, gekennzeichnet durch:
einen Anker, der mit einem Kern versehen ist, der eine Feldwicklung aufweist, um einen Feldmagnetfluß zu erzeu gen, sowie mit einer Ankerwicklung, die in der elektri schen Phase der Feldwicklung im wesentlichen um einen Win kel von 90° voreilt; und
einen Rotor, der drehbar in dem Anker aufgenommen ist und in einer vorbestimmten Richtung durch den Feldmagnetfluß magnetisiert wird.

9. Synchronmaschine, gekennzeichnet durch:
einen Anker, dessen Kern mit einer Feldwicklung und einer Ankerwicklung bewickelt ist, wobei die Feldwicklung drei Paare von drei Phasenwicklungen aufweist, die gegenein ander um jeweils einen Phasenwinkel von 120° verschoben sind und einen Feldmagnetfluß erzeugen, wobei die Anker wicklungen drei Paare von drei Phasenwicklungen aufweisen, die aufeinanderfolgend jeweils um einen Phasenwinkel von 120 verschoben sind, und den Feldwicklungen im wesent lichen um einen Winkel von 90° voreilen; und
einen Rotor, der drehbar in dem Anker aufgenommen ist und in einer vorbestimmten Richtung durch den Feldmagnetfluß magnetisiert wird.

10. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung in der elektrischen Phase der Feld wicklung im wesentlichen um einen Winkel von 90° voreilt.

11. Synchronmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Rotor ein magnetisch anisotroper Rotor ist.

12. Synchronmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß der magnetisch anisotrope Rotor einen magnetisch anisotropen Magnetkörper aufweist, der eine vorbestimmte Form hat.

13. Synchronmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß der magnetisch anisotrope Magnetkörper ein Teil aufweist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus kornorientiertem Siliziumstahl und kornorientiertem Nickelstahl besteht.

14. Synchronmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß der magnetisch anisotrope Magnetkörper die Form eines Schenkelpols aufweist.

15. Synchronmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß der magnetisch anisotrope Magnetkörper einen Magnetkörperabschnitt auf einer Außenseite und einen nicht-magnetischen Körperabschnitt in einer Innenseite aufweist, wobei der magnetische Körper mit einem Luft spalt in Schlitzform oder einem nicht-magnetischen Teil in einer vorbestimmten Durchmesserrichtung versehen ist.

16. Synchronmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß der magnetisch anisotrope Magnetkörper ein Mag netteil aufweist, welches mit einem Luftspalt in Schlitz form oder einem nicht-magnetischen Teil in einer vorbe stimmten Durchmesserrichtung versehen ist.

17. Synchronmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß der magnetisch anisotrope Magnetkörper die Form eines Schenkelpols mit vier Polen aufweist.

18. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß der Rotor einstückig mit einer Lastachse einer Maschine oder eines Werkzeugs verbunden ist.

19. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die Feldwicklung und die Ankerwicklung mit zwei Paaren von drei Phasenströmen versorgt werden, die gegen einander um einen elektrischen Phasenwinkel von 90 ver schoben sind, wobei die Synchronmaschine weiterhin eine Steuereinrichtung zum Steuern des Drehmoments, der Dreh frequenz und des Drehwinkels aufweist, und die Leistung des Motors durch Steuern der Frequenz und des Stroms der drei Phasenströme verschiebt.

20. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die Feldwicklung und die Ankerwicklung mit zwei Paaren von drei Phasenströmen versorgt werden, die gegen einander um einen vorbestimmten Phasenwinkel verschoben sind, und daß die Synchronmaschine weiterhin eine Steuer einrichtung aufweist, um das Drehmoment, die Drehfrequenz und den Drehwinkel zu steuern, und die Leistungsabgabe des Motors durch Steuern der Frequenz und des Stroms der drei Phasenströme verschiebt.

21. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin eine Steuereinrichtung zum optimalen Steuern von zwei Paaren von drei Phasenströmen vorgesehen ist, die dem Anker zugeführt werden, um die Verluste des Motors auf ein Minimum in einem Fall einer vorbestimmten Drehung und einer vorbestimmten Belastung zu reduzieren.

22. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die Ankerwicklung an eine Dreiphasen-Energie quelle angeschlossen ist, so daß sie nahe an der synchro nen Drehung durch ein von einem induzierten Strom hervor gerufenes Drehmoment gedreht wird, während die Feldwick lung von einer Dreiphasen-Energiequelle über einen Kon densator oder ein Reaktionsglied versorgt wird, wobei die Synchronmaschine weiterhin eine Synchronisierschaltung aufweist, um den Rotor mit einem Feldmagnetpol dadurch zu versorgen, daß dem Rotor ein Strom zugeführt wird, der um einen vorbestimmten elektrischen Phasenwinkel verschoben ist, um den Motor zu synchronisieren.

23. Synchronmotor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor dadurch mit einem Feldmagnetpol versehen wird, daß der Strom um einen elektrischen Phasenwinkel von 90° verschoben wird.

24. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor mit einem Permanentmagnetteil versehen ist, um einen Feldmagnetpol als Summe eines magnetischen Flus ses, der von dem Permanentmagnet erzeugt wird und eines magnetischen Flusses, der von einem Feldstrom erzeugt wird, zu erzeugen.

25. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker so ausgebildet ist, daß er in zwei oder mehr Teile unterteilt ist, um einen Stator zusammenzubauen, nachdem der Rotor auf einer Maschine angebracht ist.

26. Synchronmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einstückig mit einer Welle einer Maschine ausgebildet ist.

27. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern in einer Axialrichtung zweigeteilt ist, und daß einer der Kernteile mit der Feldwicklung bewickelt ist und der andere Kernteil mit der Ankerwicklung bewickelt ist.

28. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmaschine für einen Linearmotor verwendet wird, daß der Anker als ein Linearanker ausgebildet ist, und daß der Stator eine Nadel aufweist, die mit mehreren Magnetpolen versehen ist, die in einer Axialrichtung an geordnet sind.

29. Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmaschine als ein Synchrongenerator arbei tet.