JP5892628B2 - ベアリングレスモータ - Google Patents
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Description
ベアリングレスモータは電磁力を用いて回転子11を非接触で支持するため、軸受部のメンテナンスを必要とせず、長寿命で高速・高出力化が可能といった優れた特長がある。
また、このように同一のスロット9に対し電動機巻線3と磁気支持巻線5とをそれぞれ捲回する必要があるため巻線を巻く作業も煩雑であった。
このことにより、効率のよい制御が行える。
スロット数、極数の小さい場合に磁気支持力の大きさ及び位相を補償することで、支持力振動及び干渉を小さく構成出来る。
特に、18スロット、12極以上であれば、何らの補償もすることなく支持力振動及び干渉を小さく構成出来るので望ましい。
なお、回転子11には、径方向に着磁された永久磁石17が周方向において交互に極性を異ならせてリング状に6個配設されている。
図20に示すように、三相インバータ20のスイッチング素子UH、VH、WH側をスイッチング素子N1、N2、N3より先にOFFさせることで、電磁エネルギーを電源側に回生させる。このとき、スイッチング素子N1、N2、N3をON状態を維持させるが、スイッチング素子N4には寄生ダイオードを通り電流が流れる。即ち、図21の電流波形及びゲート電圧波形に対し、図22に示すように、トルク発生から支持力発生に切り換える際にデッドタイムを設ける。
トルクの発生原理は従来のモータと同様であり、固定子巻線のq軸電流を制御する。図30(a)(b)にそれぞれ回転角度0度、15度のときのq軸電流を示す。ωtは回転角度であり、ω[rad/sec]は回転角速度である。各セクションにq軸電流iqを流すことにより、反時計方向にトルクを発生する。
位置制御系53は回転子11の位置x、yを検出し位置指令値x*、y*との誤差Δx*、Δy*を計算し、PID制御によって増幅することで2軸の力の指令値Fx *、Fy *を生成する。Fx *、Fy *を数1により2軸3軸変換することで3軸の力の指令値F1 *、F2 *、F3 *に変換する。
電流制御系55はセクション毎に分かれており、それぞれの電流指令値を決定し、電流を制御する。電流制御系55についてセクション1を例に述べる。まず電動機制御系51、位置制御系53により生成された回転座標系の電流指令値id1 *、iq *を入力し、固定座標系における二相の電流指令値ia1 *、ib1 *に座標変換する。
表2に解析モデルの諸元を示す。
また、スロット数、極数の増加によりトルクと磁気支持力がどの様に変化するかを確認するため、18スロット12極、36スロット24極のモデルを作成し解析を行った。
まずトルクについて表4と図44に各モデルの解析結果を示す。
このように、巻線統合型ベアリングレスモータ40は、一種類の固定子巻線でトルクだけでなく、磁気支持力も発生することができるように構成したので、巻線構造が簡単である。
図50の補償器付き制御システム構成は、図39の制御システム構成に対し支持力の大きさ|F|と方向θを補償する補償手段を追加したものである。図39の制御システム構成と同様の機能については説明を省略する。
また、回転軸12の下部には回転角及び回転速度を検出するためのエンコーダ65がそれぞれ配設されている。
なお、本実施例については9スロット6極構造のため支持力の補償制御を付加している。
静止時からd軸電流を流し、磁気支持実験を行った。ここに静止時とは電流が0で、タッチダウンベアリング41、43に対し回転軸12がタッチダウンの状態である。
磁気支持制御OFFのタッチダウン状態において、1000r/minで運転しているとき、d軸電流を流し、磁気支持実験を行った。図55で分かるように、磁気支持制御OFFのときは、回転子11の変位は±100μm程度と大きいが、磁気支持制御をONにすると、回転子11の変位は中心位置より±30μm程度となり、中心位置付近で安定に支持されている。
磁気支持制御ONの状態で回転子11を0r/minから1000r/minにステップ状に加速した。図56で分かるように、加速時、加速後において、回転子11の変位は±30μm以内であり、安定に磁気支持されていることがわかる。
モータを無負荷で運転し、回転子11がタッチダウン時(磁気支持制御OFF)と磁気浮上時、それぞれのインバータの入力電力を測定した。図57より、500r/min以上で磁気浮上時のインバータ入力はタッチダウン時より小さく、回転速度が速くなるほど、その差は増加する。1500r/minでは、磁気浮上により入力は10%削減できる。従って、省エネである。
3 電動機巻線
5 磁気支持巻線
9 スロット
10、40 巻線統合型ベアリングレスモータ
11 回転子
13 固定子歯
13A 歯頭部
15、25 巻線
17 永久磁石
20 三相インバータ
31 スナバ回路
N1〜N4 スイッチング素子
Claims (2)
- 所定の極数を有するように永久磁石が周方向に配設された回転子と、
該回転子に対峙する複数の固定子歯及びスロットの形成された固定子と、
該固定子歯に対し捲回された支持力発生とトルク発生の両機能を有する1種類の巻線と、
該巻線に流す電流のdq回転座標系におけるq軸成分でトルクを発生し、d軸成分で磁気支持力を発生するd軸成分・q軸成分制御手段とを備えたベアリングレスモータであって、
前記d軸成分・q軸成分制御手段には、
前記回転子の位置信号を検出する位置信号検出手段と、
該位置信号と位置指令値との間の位置偏差を算出する位置比較手段と、
該位置比較手段で算出された位置偏差に基づき2軸の力の指令値を算出する力指令値算出手段と、
前記回転子に作用する2軸の磁気支持力を検出する支持力検出手段と、
補償前の力の指令値が該支持力検出手段で検出された磁気支持力と一致するように前記力指令値算出手段で算出された力の指令値の大きさと位相を補償する補償手段と、
該補償手段で補償された2軸の力の指令値を2軸3軸変換する2軸3軸変換手段と、
該力指令値算出手段で算出された2軸の力の指令値を2軸3軸変換する2軸3軸変換手段と、
該2軸3軸変換手段で変換された3軸の力の指令値に基づきd軸電流の指令値を生成するd軸電流指令値生成手段と、
前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
該回転速度検出手段で検出された回転速度と回転速度指令値との間の偏差を算出する回転速度比較手段と、
該回転速度比較手段で算出された回転速度偏差に基づきq軸電流の指令値を生成するq軸電流指令値生成手段と、
該q軸電流の指令値及び前記d軸電流の指令値を固定座標系における二相の電流指令値に座標変換する座標変換手段と、
該二相の電流指令値を二相三相変換する二相三相変換手段と、
該二相三相変換された電流指令値に追従するように電流を制御する電流制御手段とを備えたことを特徴とするベアリングレスモータ。 - 前記スロット数が9の倍数、前記極数が6の倍数であることを特徴とする請求項1記載のベアリングレスモータ。
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Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT512040B1 (de) * | 2011-10-27 | 2013-05-15 | Linz Ct Of Mechatronics Gmbh | Elektrische maschine, insbesondere bürstenloser torquemotor |
JP5930367B2 (ja) * | 2011-12-13 | 2016-06-08 | 国立大学法人東京工業大学 | 電動機、この電動機の固定子、およびこの電動機を備える電動機システム |
JP5653898B2 (ja) * | 2011-12-27 | 2015-01-14 | 三菱重工業株式会社 | 永久磁石モータ制御装置 |
JP5893394B2 (ja) * | 2011-12-27 | 2016-03-23 | 川崎重工業株式会社 | 永久磁石同期機、永久磁石同期機の駆動装置及び駆動方法 |
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CN109780057B (zh) * | 2019-02-28 | 2021-02-05 | 华中科技大学 | 一种基于磁悬浮轴承的电力电子控制器的方法 |
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Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0322845A (ja) * | 1989-06-19 | 1991-01-31 | Secoh Giken Inc | マグネット回転子が磁気軸受を兼ねる直流電動機 |
JP2930254B2 (ja) * | 1991-01-14 | 1999-08-03 | 株式会社東芝 | 自己浮上モ―タシステム |
JPH0865951A (ja) * | 1994-08-24 | 1996-03-08 | Ebara Corp | 磁気浮上モータ |
JP3705658B2 (ja) * | 1996-09-12 | 2005-10-12 | 株式会社荏原製作所 | 半径方向力を発生する永久磁石形回転電気機械の制御システム |
US6020665A (en) * | 1998-02-25 | 2000-02-01 | Electric Boat Corporation | Permanent magnet synchronous machine with integrated magnetic bearings |
JP3074286B2 (ja) * | 1998-09-22 | 2000-08-07 | セイコー精機株式会社 | 磁気軸受装置 |
JP2001258290A (ja) * | 2000-03-08 | 2001-09-21 | Akira Chiba | 磁束検出ベアリングレス回転機の独立制御システム構成法 |
JP4619483B2 (ja) * | 2000-04-17 | 2011-01-26 | パナソニック株式会社 | 電動装置 |
JP4198866B2 (ja) * | 2000-05-25 | 2008-12-17 | 株式会社荏原製作所 | ベアリングレスモータの制御装置 |
JP2002325476A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Daihatsu Motor Co Ltd | モータ装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12009726B2 (en) | 2019-05-24 | 2024-06-11 | Shimadzu Corporation | Vacuum pump and magnetic-bearing-integrated motor |
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