(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクと、回転子に対して垂直に作用するとともに、強度及び方向が所望の値に調整可能な横方向の力Ｆを合わせて発生させるための固定子巻線を備えた電気機械の制御方法であって、
ａ）前記固定子巻線は、極対数ｐ1の駆動巻線と極対数ｐ2＝ｐ1±１の制御巻線とを備え、
ｂ）前記駆動巻線には、ｐ1面において強度及び偏角により表すことが可能な駆動磁束を形成する駆動電流ｉs1が供給され、前記ｐ1面は前記駆動巻線の前記極対数ｐ1に関連する電気面であり、前記制御巻線には、前記駆動巻線の駆動電流ｉS1と独立して制御電流ｉS2が供給され、該制御電流ｉS2はｐ2面において強度及び偏角により表すことが可能な制御磁束を形成し、前記ｐ2面は前記制御巻線の前記極対数ｐ2に関連する電気面であり、
ｃ）ｐ1面における駆動磁束の偏角γS(p1)が決定され、
ｄ）所望の横方向の力Ｆ*に必要なｐ2面における制御電流ｉS2*(T,p2)が、角度γs(p１)で回転する座標系（Ｔ）において決定され、
ｅ）前記固定子における前記制御巻線及び前記駆動巻線の間の任意の相対的な回転が一定の角度ρ0(p2)によって示されるように、前記制御電流ｉS2*(T,p2)は、角度ρ(p2)＝ρ0(p2)+γS(p1)の座標回転によって前記固定子に対して固定された座標系（Ｓ）に変換されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記座標系（Ｔ）における前記制御電流ｉS2*(T,p2)は、
【数１】
0003701307.tif 000022
の関係に従ってベクトル
【数２】
0003701307.tif 000023
として成分的に決定され、
ｉ）
【数３】
0003701307.tif 000024
は所望の力ベクトルであり、
ii）ｉS1q(F,p1)は、ｐ1面における流動座標中のトルク形成駆動電流成分であり、
iii）Ψ1は、駆動磁束の強度であり、
iv）Ｌ2，ＫFx，ＫFy，ＫSx，ＫSyは機械パラメータであることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、座標系（Ｔ）における制御電流ｉS2*(T,p2)は、
【数４】
0003701307.tif 000025
の簡略化された関係に従ってベクトル
【数５】
0003701307.tif 000026
として成分的に決定され、
ｉ）
【数６】
0003701307.tif 000027
は所望の力ベクトルであり、
ii）Ψ1は、駆動磁束の強度であり、
iii）ＫFx，ＫFyは機械パラメータであることを特徴とする方法。
【請求項４】
上記請求項のうちのいずれか１項に記載の方法において、
横方向の力ベクトルの実測値が力センサによって直接測定されるか、もしくはステータスオブザーバのようなパラメータ識別手段を介して他の測定パラメータから決定されて所望の値と比較され、得られた制御偏差が調整器に供給され、前記調整器の出力は、横方向の力制御に対する本発明の方法の制御入力に接続されることで横方向の力ベクトルの調整は本発明の横方向の力ベクトル制御に重ね合わされることを特徴とする方法。
【請求項５】
上記請求項のうちのいずれか１項に記載の方法において、
位置の実測値（ｘ方向及びｙ方向における）が距離センサによって直接測定されるか、もしくはステータスオブザーバのようなパラメータ識別手段を介して他の測定パラメータから決定されて所望の値（ｘ方向及びｙ方向における）と比較され、得られた制御偏差（ｘ方向及びｙ方向における）が調整器に供給され、前記調整器の出力は、横方向の力制御に対する本発明の方法の制御入力に接続されることで回転子位置の調整は本発明の横方向の力ベクトル制御に重ね合わされることを特徴とする方法。
【請求項６】
上記請求項のうちのいずれか１項に記載の方法において、
駆動磁束のパラメータ強度Ψ1、駆動磁束の偏角γS(p1)及びトルク形成駆動電流ｉS1q(p1)は、測定パラメータ及び／もしくは監視されたパラメータ及び／もしくは対応する所望値から機械式によって計算され、前記駆動磁束のパラメータ強度Ψ1及び前記駆動磁束の偏角γS(p1)は、磁束測定もしくは部分的な磁束測定によって決定されることを特徴とする方法。
【請求項７】
上記請求項のうちのいずれか１項に記載の方法において、
本発明の横方向の力ベクトル制御によって、回転子の屈曲偏向に静的な及び／もしくは動的な影響が与えられることを介して回転子に力が働くことを特徴とする方法。
【請求項８】
上記請求項のうちのいずれか１項に記載の方法において、
本発明の横方向の力ベクトル制御によって、回転子の固有振動もしくは自己振動は、その他の方法において受動的に及び／もしくは能動的に減衰制動され、励磁され、あるいは影響されることを介して回転子に力が働くことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１の方法を実施するための装置（９）であって、
ａ）電流供給モジュール（１１）は、前記制御巻線を供給するために備えられ、供給モジュール（１２）は、前記駆動巻線を供給するために備えられ、
ｂ）信号処理モジュール（１５）は、
ｉ）パラメータγS(p1)，Ψ1及び選択的にｉS1q(p1)もまた測定パラメータ及び／もしくは制御パラメータに基づいて決定され（１３）、
ii）制御電流ｉS2*(p2)に対する所望の値はこれによって決定されるために備えられ、
ｃ）この方法によって決定される制御電流ｉS2*(p2)は、前記制御巻線についての前記電流供給モジュールの所望の値として用いられることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置（９）において、
前記駆動巻線の供給モジュール（１２）は、機械のトルク、回転速度及び駆動磁束を所望の値に調節可能な制御装置を含むことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置（９）において、
前記制御装置は、特徴的な制御方法に従って、もしくは磁場方向の定められた制御あるいは調整方法に従って動作することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項４の方法を実施するための装置であって、
請求項９〜１１に記載の装置において、前記横方向の力ベクトル制御に対する追加の手段を備え、その手段は
ａ）横方向の力の実測値を決定するための力センサもしくはステータスオブザーバと、
ｂ）横からの力を調整するための調整器とを含むことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項５の方法を実施するための装置であって、
請求項９〜１２に記載の装置において、追加の手段は前記横方向の力ベクトル調整のために備えられ、その手段は
ａ）前記回転子の位置を決定するための位置センサもしくはステータスオブザーバと、
ｂ）前記回転子の位置を調整するための調整器とを備えていることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項８の方法を実施するための装置であって、
請求項９〜１３に記載の装置において、追加の手段は前記回転子の屈曲偏向を制御もしくは調整するために備えられ、その手段は
ａ）前記回転子の屈曲偏向を決定するための位置センサもしくはステータスオブザーバと、
ｂ）前記回転子の屈曲偏向を調整するための調整器とを含むことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項８の方法を実施するための装置であって、
請求項９〜１４に記載の装置において、追加の手段は前記回転子の固有振動もしくは自己振動を減衰制動するために備えられ、その手段は、
ａ）前記回転子の振動を決定するためのセンサもしくはステータスオブザーバと、
ｂ）回転子振動を調整するための調整器とを含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、駆動及び調整技術の分野に関するものである。
請求項１のプリアンブルに従って、回転子に作用するトルク及び横方向の力を同時に発生させるための特殊な巻線を備えた誘導機を制御するための方法に関する。さらに、特殊な巻線を備えた誘導機のための制御装置に関するものである。
先行技術
電気機械において発生する１方向への磁気吸引力における前条件は、今世紀の初めから既に研究がなされている。例えば、ハー．ゼクェンツ(H.Sequenz)による“電気機械の巻線”（１９５０年、ウィーンにあるシュプリンゲル(Springer)社発刊の３巻の基礎的研究及びテーハー．ブューデフェルト(Th.Boedefeld)及びハー．ゼクェンツによるテキスト第６版（１９６２年、ウィーンにあるシュプリンゲル社発刊）に記載されている。ゼクェンツによると、１方向への磁気吸引力は、得られる磁束の多角形が中心に非対称になる際にのみ起こり、電機子全体の周辺部のまわりに伝わったのちに最初に閉鎖する。周辺部全体に分配される半径方向のマックスウェル力は、ベクトルが合計されても相殺されず、その結果張力が生じる。ハー．ゼクェンツによる基礎研究においては、磁束多角形の中心非対称を生じさせる２つの場合が記載されている。すなわち、
固定子もしくは回転子の回転磁界が、一方に対するもしくは基本波形に対するその極対差が、１に等しくなる高調波を有する場合、
極可逆な回転磁界機において、２つの巻線は、その極対差が１に等しくなる条件にて作動する場合である。
この１方向への磁気吸引力は、長い間電気工学の当業者の間で、不要な妨害となる力であり、かつ適切な処置によって中和されるものであると専ら考えられてきた。電気機械において作用する１方向への磁気吸引力を最初に利用しようと試みたのがペー．カー．ヘルマン(P.K.Hermann)である。１９７４年に公開されたドイツ特許出願第２４５７０８４．１−３２号及び１９７５年に公開されたドイツ特許出願第２４０６７９０．１−３２号において、彼は、１方向への磁気張力に基づく放射状の能動磁気軸受を開示している。彼は、極対数差が１である誘導機の２つの固定子巻線を、同一周波数を有する３相電流を供給することにより制御する方法を提唱し、一方の巻線（以下に示す制御巻線）に対しては供給電力によって制御し、他方の巻線（以下に示す駆動巻線）に対しては供給電力からの振幅変調から誘導されることによって制御される。さらに２つの巻線の電流（制御電流及び駆動電流として以下に示す）の間の相の位置は、相調節装置によって調整される。
この制御の欠点は、制御電流を介して制御される磁気張力（横方向のマックスウェル力として以下に示す）の方向及び強度が、負荷状態及び機械の回転速度に依存するという点である。さらに、記載された制御において、１つの極対数差を有する２つの巻線系の組み合わせによって同様に生ずる横方向のローレンツ力について説明されていない。すなわち、これらは妨害する力として考えられている。
１つの極対数差を有する２つの巻線系を組み合わせた際に生ずるこれら横方向のローレンツ力を利用することを提唱したのは、ヨット．ビクセル(J.Bichsel)である。彼の論文“軸受のない電気電動機に対する貢献”（１９９０年、スイス連邦工科大学，チューリッヒ）及びスイス連邦特許出願第０４０４９／９０−２号、第０４０５０／９０−２号、第０４０５１／９０−０号、第０４０５２／９０−２号（いずれも１９９０年）において、彼は横方向のローレンツ力の作用に基づく磁気軸受配置について述べている。彼はまた、同期機に対する磁束の方向の原理に基づく制御方法、すなわち機械の作用点における横方向のローレンツ力の強度及び方向を独立して調節することを可能にする方法について述べている。この制御工程の欠点としては、横方向のマックスウェル力を考慮していない点が挙げられる。さらに、利用可能な横方向のローレンツ力が生じないので、この方法は誘導機に利用することができない。
本発明の制御方法を実現するためには、誘導機における駆動磁束の強度、駆動磁束の角度及びトルクを形成する固定子駆動電流について知る必要がある。これらパラメータを決定する方法は、“同期機及び非同期機の磁場方向の定められた調整もしくは制御”と題する論文にのみ述べられている。磁場方向の定められた制御の基本的原理は、エフ．ブラシュケ(F.Blaschke)にまで遡って述べられている（非同期機を調整するための磁場方向の定められた方法、シーメンス(Siemens)研究開発報告第１／７２、シーメンス株式会社、エルランゲン、１９７２年及び誘導機の調整のための磁場方向性の方法、ブラウンシュヴァイク工科総合大学(TU Braunschweig)の論文、１９７４年）。非同期機の磁場方向性の調整に対する種々の方法の良好な概観は、ヴェー．ツェーゲリン(W.Zaegelin)の論文に提唱されている（低パラメータ感受性を備えたオブザーバを用いた非同期電動機の速度調整、エルランゲン大学の論文、１９８４年）。同期機の磁場方向の定められた調整装置の例としては、オリック，ベー．(Orik,B.)による“マイクロコンピュータを用いて同期機を励起させる永久磁石の調整”アウトマティズィールングステヒニーク  アト(Automatisierungstechnik at.)誌，第３３年，３／８５発行、シュヴァルツ，ベー．(Schwarz,B.)による“迅速な反応及び高精度の３相電流位置装置の貢献”シュトゥットガルト大学の論文，１９８６年及びリューベ，ヴェー．(Loebe,W.)による“自動調節ステータス調整を備えた同期サーボ駆動のディジタル回転速度及び位置調整”，エッツアルキフ(etzArchiv)，１１巻，４／８９発行。
発明の詳細な説明
本発明の目的は、誘導機の回転子に作用する横方向の力ベクトルを形成するためにｐ1極対及び（ｐ2＝ｐ1±１）極対巻線を備えた誘導機を制御する方法及び制御する手段を示すものであり、先行技術の上記欠点を解決するものである。特に、制御過程は、機械に生じる全ての横方向の力すなわち横方向のマックスウェル力及び横方向のローレンツ力によって示される。さらにこの制御過程は、機械の各作動状態において横方向の力ベクトルの正確な制御がなされる。
この目的は、請求項１の内容によって最初に示された制御工程及び請求項１０の内容によって最初に示された制御装置によって達成される。
方法は、電気誘導機に作用する全ての横方向の磁力、すなわち横方向のマックスウェル力及び横方向のローレンツ力の分析に基づくものである。
マックスウェル力は、磁気回路において異なる透磁率の物質間の境界面に生じる力である。強磁性回転子を備えた機械において、マックスウェル力は回転子に直交して働く。これらの力の総和は、回転子を正確に中心に配置すること及び誘導の正弦分布によって相殺されるので、通常それらに注意を払うことは全くない。横方向のマックスウェル力が生じるのは、回転子が中心からずれるか、もしくは非対称の誘導分布が生じる場合のみである。この種の誘導分布の対称性は（ｐ2＝ｐ1±１）極対の同様な正弦分布された制御磁場が、ｐ1極対の正弦分布された駆動磁場に重ねられた場合のみ達成することができる（図１参照）。２つの磁場は、磁束ベクトルによって記載される。Φ1は、駆動磁場の最大誘導の方向を示し、Φ2は、制御磁場の最大誘導の方向を示す。横方向のマックスウェル力の強度は、磁束の大きさの結果に比例する。ベクトルが、電気的平面（Φ1が、ｐ1極対系にあり、Φ2が、ｐ2極対系にある）において考慮される場合、横方向のマックスウェル力の方向は、２つの磁束ベクトルの互いに対する相対的な位置のみに依存する。ｐ2＝ｐ＋1１の場合、横方向のマックスウェル力ベクトルは、駆動磁束ベクトルΦ1に対する制御磁束ベクトルΦ2の方向を示す（図３参照）。ｐ2＝ｐ1−１の場合、横方向のマックスウェル力ベクトルは、更に１軸に対して対称でなければならない（図２参照）。
制御磁束は、制御巻線における磁化電流に比例する（制御電流の磁化電流分布）。ｐ2極対の回転子電流が流れていないと仮定すると、これは実質上制御電流と同一となる。従って横方向の力は、制御電流ベクトルｉS2(S,p2)によって直接設定される。よって、横方向のマックスウェル力は、ｉS2(S,p2)とΦ1のベクトル式として表すことができる。ｐ1極対駆動巻線に関係する磁束ベクトルΨ1q(p1)を駆動磁束ベクトルΦ1のところに使用すると、式の実質的な取扱いが簡単になる。
従って横方向のマックスウェル力は、次式によるベクトル成分によって表される。
0003701307.tif 000002
選択されたベクトル成分表示は、電気機械において周知のかつ広く用いられているベクトル表示に基づいている。（２軸表示、ｄｑ軸による表示）。この種の表示を用いて、極対数がｐであるｍ相機械は、極対数１の２相の代替機械における二次元ベクトルによるより簡単な表示によって示される。しかしながら、極対差が１である２つの巻線は誘導機における横方向の力形成に必要で、かつ機械における幾何学上の電流及び磁束分布は、トルク形成の記載に対して関係するので、代替機械に置ける実際の機械を表す際に失われる幾何学上の巻線分布に関する情報が、平面表示の特徴及び巻線軸の位置の定義によって置き換えられることは、横方向の力形成の記載においては重要である。従って、平面の表示は、次式における全てのベクトルパラメータ（ブラケット中の上側指数）において示される。巻線の幾何学上の位置はこのようにして定義されるので、それらのｄ軸は幾何学上のｘ軸と一致する。巻線の相数の特徴は、必ずしも必要ではない。なぜならこれらは機械における幾何学上の電流及び磁束分布に影響を与えないからである。
横方向のローレンツ力が、誘導機において同様に発生することは先行技術から周知のことである。ローレンツ力は、磁場における電流が流れる導体に作用する力である。これらの力が、機械における正弦電流及び正弦誘導分布によって回転子において半径方向に作用して、トルクを発生させる。ｐ1極対誘導分布及び（ｐ2＝ｐ1±１）極対電流分布によって横方向のローレンツ力の発生が可能となる（図４参照）。横方向のマックスウェル力と同様に、横方向のローレンツ力もベクトルで表すことができる。これらは、電流ベクトルＩ及び磁束ベクトルΦである。横方向のローレンツ力の強度は、電流及び磁束の強度の結果に比例する。ベクトルをそれらの電気的平面において考えると、横方向のローレンツ力の方向は同様に、２つのベクトルの互いに対する相対的な位置のみに依存する。ｐ2＝ｐ1＋１の場合、横方向のローレンツ力ベクトルは、磁束ベクトルに対する電流ベクトルの位置を直接示す（図６参照）。ｐ2＝ｐ1−１の場合、横方向のローレンツ力は、２軸に対して更に線対称とのなる（図５参照）。
従って横方向のマックスウェル力と同様に横方向のローレンツ力は誘導機において発生し、駆動磁束及び制御電流に依存する。この力は、以下において有効ローレンツ力と称し、次に示すベクトル成分式によって定義される。
0003701307.tif 000003
電気機械における横方向の力の発生に対する先行技術中のＢｉｃｈｓｅｌの提唱は、この有効ローレンツ力の利用に基づいている。しかしながら、制御巻線中の制御電流もまた、常に制御磁束の原因となるので、有効ローレンツ力は、常に制御磁束及び駆動電流によって生じる横方向のローレンツ力に伴って生じる。これは、以下において妨害するローレンツ力と呼ぶ。なぜならば妨害するローレンツ力は、機械の構造上の型に依存して所望の有効ローレンツ力を弱め、かつ同様にトルク形成駆動電流に依存する制御不能な成分を含むからである。妨害するローレンツ力は、次式に従って決定される。
0003701307.tif 000004
上述の式は、いかなる所望の機械の座標系に対しても適用される。仮に上述の横方向の力の式が、ｐ1面において測定された駆動磁束ベクトルΨ1(p1)の偏角を伴って回転する座標系（Ｆ）において表されるとすると、駆動磁束Ψ1q(p1)の横方向の成分、従って有効な力の式における第２項が消えることになる。非同期機の場合は、さらに、有効ローレンツ力の式及び妨害するローレンツ力の式の第１項が消される。自動誘導可能な同期機の場合、固定子電流ｉS1dの直軸成分（ｄ−成分）は消える。従って、座標系（Ｆ）における横方向の力の式は、以下のように示される。
0003701307.tif 000005
あるいは、
0003701307.tif 000006
有効な力の定数ＫFx，ＫFy及び妨害する力の定数ＫSx，ＫSyは、巻線の組み合わせ（ｐ2＝ｐ1＋１もしくはｐ2＝ｐ1−１）及び機械の種類（同期機もしくは非同期機）に依存してそれぞれ定義されている。マックスウェル力定数
0003701307.tif 000007
妨害するローレンツ力定数
0003701307.tif 000008
及び有効ローレンツ力定数ＫLはそれぞれ、同期機の場合は
0003701307.tif 000009
非同期機の場合はＫL＝０である。
ｐ2＝ｐ1＋１の場合は、
ＫFx＝ＫFy＝ＫM＋ＫL及びＫSx＝ＫSy＝ＫS
の関係が成立する。
上述のベクトル式が示すように、座標系（Ｆ）における全体としての機械に作用する横方向の力の表示は非常に簡単になる。
従って、本発明の制御方法の主目的は、この座標系（Ｆ）における制御電流ベクトルの決定がｐ2面にてなされ、引き続き座標変換によって固定子の座標系に変換されることである。
互いに角度α1,2で回転する２つの巻線系の相互回転及び幾何学上のｘ軸に対して角度α0で回転する当該相互回転は、角度
0003701307.tif 000010
である制御電流ベクトルの更なる回転によって説明することができる。ｐ2面における制御電流ベクトルの決定は、角度ρ(p2)＝ρ0(p2)＋γS(p1)で回転する座標系（Ｔ）においてなされる。
駆動磁束が上式において一定である場合、横方向の力の有効成分は制御電流に比例して示される。妨害する力は通常小さいので、機械においてトルクが形成されない場合、所望の電流制御ベクトルは、一定の所望の力ベクトルの簡単な倍数によって決定される。磁束強度の変化は、パラメータの導入によって示すことができる。
減結合式によって所望の制御電流ベクトルを決定する概念は、また本発明の更なる概念に対応する。
制御電流に従って解かれる力の成分式は以下に表される。
0003701307.tif 000011
（所望の値は式中に＊で示されている。）
所望の力ベクトル
0003701307.tif 000012
の結果及び駆動磁束Ψ1(p1)の磁束座標上のｐ1面において考えられる機械パラメータｉS1q(F,p1)及びΨ1によって、所望の制御電流ベクトルｉS2*(F,p2)は、ｐ2面の磁束座標において継続的に計算することが可能である。互いに対して角度α1,2で回転する２つの巻線系の相互回転及び幾何学上のｘ軸に対して角度α0で回転する当該相互回転は、既に述べたように、角度
0003701307.tif 000013
である制御電流ベクトルの更なる回転によって示すことができる。ｐ2面における所望の制御電流ベクトルの電流の関係は、以下に示す減結合式に従って、角度ρ(p2)＝ρ0(p2)＋γS(p1)で回転する座標系（Ｔ）においてなされる。
0003701307.tif 000014
座標系（Ｔ）において計算される所望の制御電流ベクトルは、ｐ2極対巻線の固定子座標系中へのρ(p2)の回転によって変形される。
0003701307.tif 000015
このようにして得られた所望の制御電流ベクトルｉS2*(S,p2)は、制御電流ｉS2(S,p2)を制御巻線に供給する電流供給装置の所望の値のベクトルとして使用される。
好ましい実施例では、従来の誘導機において例えば特徴的な制御もしくは磁場方向の定められた制御のような周知の所望の制御調整工程を用いて駆動巻線を介して、回転速度及び機械トルクの速度が制御あるいは調整されることを特徴としている。機械パラメータｉS1q(F,p1)、Ψ1及び駆動巻線のこの制御によって生ずる駆動磁束ベクトルΨ1(p1)，γS(p1)の偏角は、直接測定によって、たとえば機械式を介する固定子の電圧、固定子電流、回転子の回転速度、回転子の回転角度のような簡単な測定機械パラメータからの計算によって、あるいは状態オブザーバによって、さらには測定パラメータ及び所望の駆動値の計算によっても連続的に決定される。これらを用いて横方向の力の所望値の結果から、制御電流ベクトルｉS2*(T,p2)は、角度γS(p1)にて回転しかつ一定の角度ρ0(p2)に転回される座標系（Ｔ）において上記において定義された減結合式を介して得られる。この制御電流ベクトルｉS2*(T,p2)は、固定子座標における角度ρ(p2)＝ρ0(p2)＋γS(p1)の回転変換により連続的に変換される。その結果、制御電流ベクトルｉS2*(S,p2)は、制御巻線に制御電流ｉS2(S,p2)を供給する電流供給装置に対する所望の電流値として用いられる。
方法の更なる実施例については、対応する従属クレームにて記載されている。
本発明の制御装置の主な目的は、制御装置において、第１の手段は、測定パラメータ及び／もしくは所望の駆動値から駆動巻線電流の強度、駆動磁束の相及びトルク形成成分を決定するためにある。第２の手段は、本発明の制御方法によってこれらパラメータ及び所望の横方向の力ベクトルに基づいて制御電流ベクトルｉS2*(S,p2)の所望の値を決定するためにある。第４の手段は、２相からｍ2相に変換することによって制御電流ベクトルｉS2*(S,p2)の所望の値から、制御巻線のｍ2相電流の所望の値を計算するために備えられている。第５の手段は、所望の相電流値に基づき、制御巻線のｍ2列に電流を供給するために備えられている。さらに、第３の手段は、所望の制御及び調整方法に従って駆動巻線を供給し、そして横方向の力が回転子に作用するような全ての操作状態に応じて最小の駆動磁束になることを確実にするために備えられている。
本発明の方法もしくは制御装置の利点は、全体として、誘導機の回転子に作用する横方向の力が、先行技術に比べ機械の駆動側の動作状態においてより正確に設定され、特に回転子が静止しかつ弱い磁場にある場合にも設定できるという事実にある。その理由としては、機械の駆動側の動作状態が検出され、さらに機械に作用する横方向のローレンツ力及び横方向のマックスウェル力が制御方法によって示されることによる。
【図面の簡単な説明】
本発明は、以下に示す図面とともに実施例を参照にして、以下における詳細な説明にて説明される。
図１．回転子に作用する横方向のマックスウェル力は、誘導機において極対数ｐ2＝ｐ1±１の制御磁場の上に極対数ｐ1の駆動磁場が重なることによって発生し、磁場の相互の位置に依存して所望の方向を示す。ここではｐ1＝１及びｐ2＝２の場合について示されている。極対数２の制御電流は、極対数１の駆動電流をある部分においては弱め、別の部分においては強めている。横方向のマックスウェル力は、この非対称によって発生する。ここでは常にｐ1面において考慮される駆動磁束ベクトルΦ1に対するｐ2面において考慮される制御磁束ベクトルΦ2の方向が示される。上図において、駆動磁束ベクトル及び制御磁束ベクトルの両ベクトルは、幾何学上かつ電気的に１の方向を示し、従って横方向のマックスウェル力も１の方向を示す。下図において、駆動磁束ベクトルは同様に１の方向を示している。しかしながら、制御磁束ベクトルは幾何学上４５度上向きにかつ電気的に２極対面上にて、すなわち２の方向を示すので、それによって横方向のマックスウェル力もまた２の方向を示す。
図２．ｐ2＝ｐ1−１の通常の場合を示し、横方向のマックスウェル力は、ｐ1面において考慮される駆動磁束ベクトルΦ1に対して、１の軸に対称になるようにｐ2面において考慮される制御磁束ベクトルΦ2の方向を常に示している。
図３．ｐ2＝ｐ1＋１の通常の場合を示し、横方向のマックスウェル力は、ｐ1面において考慮される駆動磁束ベクトルΦ1に対して、ｐ2面において考慮される制御磁束ベクトルΦ2の方向を常に示している。
図４．回転子に作用する横方向のローレンツ力は、誘導機において極対数ｐ2＝ｐ1±１の電流分布の上に極対数ｐ1の磁場が位置することによって発生し、磁場の相互の位置に依存して所望の方向を示す。ここではｐ1＝１及びｐ2＝２の場合について示されている。極対数２の電流分布は、極対数１の磁場において生じ、ローレンツ力は横方向のローレンツ力の総和により回転子の半径方向に作用する。
ｐ1面において考慮される駆動磁束ベクトルΦに対するｐ2面において考慮される電流ベクトルＩの方向を常に示す。上図において、磁束ベクトルΦ及び電流ベクトルＩの両ベクトルは、幾何学上かつ電気的に１の方向を示し、従って、横方向のローレンツ力も１の方向を示す。下図において、磁束ベクトルは同様に１の方向を示している。しかしながら電流ベクトルは幾何学上４５度上向きにかつ電気的に２極対面を示し、すなわち２の方向を示すので、それによって横方向のローレンツ力もまた２の方向を示す。
図５．ｐ2＝ｐ1−１の通常の場合を示し、横方向のローレンツ力は、ｐ1面において考慮される磁束ベクトルΦに対して、２軸に対称になるようにｐ2面において考慮される電流ベクトルＩの方向を常に示している。
図６．ｐ2＝ｐ1＋１の通常の場合を示し、横方向のローレンツ力は、ｐ1面において考慮される磁束ベクトルΦに対して、ｐ2面において考慮される電流ベクトルＩの方向を常に示している。
図７．ｐ1極対駆動巻線及びｐ2＝ｐ1±１極対制御巻線を備えた誘導機に相当する回路図を示す。
図８．本発明における制御方法の主要部のブロック図。
図９．図７に示すベクトル成分に従って記載されたｐ1極対の駆動巻線及びｐ2＝ｐ1±１極対の制御巻線を備えた非同期機のブロック図。
図１０．図７に示すベクトル成分に従って記載されたｐ1極対の駆動巻線及びｐ2＝ｐ1±１極対の制御巻線を備えた同期機のブロック図。
図１１．図７に記載のトルク及び横方向の力を同時に発生するための特殊な巻線を備えた電気誘導機の制御のための、本発明に関する制御装置の原理を示す回路図。
図１２．図７に従って誘導機の制御電流を計算するための本発明に従う方法のブロック図であり、このブロック図はトルク形成から横方向の力形成の完全な減結合を許容し、有効マックスウェル力、有効ローレンツ力及び妨害するローレンツ力を示す。
図１３．図７に従って誘導機の制御電流を計算するための本発明に従う方法のブロック図であり、このブロック図はトルク形成から横方向の力形成の部分的な減結合を許容し、有効マックスウェル力及び有効ローレンツ力のみを示す。
図１４．図９に従って非同期機の制御電流を計算するための本発明に従う方法のブロック図であり、図１２の方法と、駆動電流の磁場方向の定められた調整との組み合わせに関するものである。
図１５．図９に従って非同期機の制御電流を計算するための本発明に従う方法のブロック図であり、図１３の方法と、駆動電流の磁場方向の定められた調整との組み合わせに関するものである。
図１６．図９に従って非同期機の制御電流を計算するための本発明に従う方法のブロック図であり、図１２の方法と、駆動電流の磁場方向の定められた制御との組み合わせに関するものである。
図１７．図９に従って非同期機の制御電流を計算するための本発明に従う方法のブロック図であり、図１３の方法と、駆動電流の磁場方向の定められた制御との組み合わせに関するものである。
図１８．図１０に従って同期機の制御電流を計算するための本発明に従う方法のブロック図であり、図１２の方法と、駆動電流の磁場方向の定められた調整との組み合わせに関するものである。
図１９．図１０に従って同期機の制御電流を計算するための本発明に従う方法のブロック図であり、図１３の方法と、駆動電流の磁場方向の定められた調整との組み合わせに関するものである。
図２０．図１０に従って同期機の制御電流を計算するための本発明に従う方法のブロック図であり、図１２の方法と、駆動電流の磁場方向の定められた制御との組み合わせに関するものである。
図２１．図１０に従って同期機の制御電流を計算するための本発明に従う方法のブロック図であり、図１３の方法と、駆動電流の磁場方向の定められた制御との組み合わせに関するものである。
図２２．図７に従って誘導機の横方向の力を調整するための本発明に従う方法のブロック図。
図２３．図７に従って誘導機の横方向の回転子の位置を調整するための本発明に従う方法のブロック図。
図２４．図７に従って２つの部分の機械を有する“軸受のない誘導機”を示し、トルク形成及び回転子の半径方向の活性磁気支持部がこれら部分の機械によって発生する。
図２５．図７に従って２つの部分の機械を有する“軸受のない回転磁場機”を示し、回転子が円錐の形状であり、トルク形成及び回転子の半径方向かつ軸方向の活性磁気支持部がこれら部分の機械によって発生する。
図２６．図７に従う従来の軸受を備えた誘導機を示し、ここにおいては横方向の力は回転子に作用する。
図２７．トルクに加えて横方向の力が適用される機械における湾曲する撓みに影響を与える可能性の略図を示す。
用いられた符号及びそれらの重要性については、符号表に要約して記載されている。図面において同一の部分には同一の符号が使用されている。
発明を実施する方法
回転子に作用する横方向の力は、極対数がｐ及びｐ±１となるように組み合わされた２つの巻線によって誘導機において発生されるものであると長年にわたって考えられてきた（例えば、ハー．ゼクェンツによる“電気機械の巻線”１９５０年、ウィーンにあるシュプリンゲル社発刊）。この種の誘導機は図７に模式的に示されている。極対数ｐ1の駆動巻線（４）、極対数ｐ2＝ｐ1±１の制御巻線（５）及び誘導機（３）の回転子（６）は、同心円によって表されている。駆動及び制御巻線を有するような誘導機のブロック図は、図９に示す非同期機及び図１０に示す同期機について図示されている。横方向の力形成に関与するブロックは、両機械において同一である。第１の参照例（ヘルマンによる）に従う制御方法は、マックスウェル力のみを説明し、かつ安定作動時における誘導機のみを考慮した機械モデルに基づいている。駆動巻線は、固定３相電流源に接続されている。ヘルマンによると、横方向の力ベクトルの制御については、制御巻線の相電流（ｉS2）は、振幅変調による駆動電流（ｉS1）に由来する。相調整によって、駆動電流及び制御電流間の相は、固定された作用点にて一定に設定される。この固定された作用点によって、機械磁束Ψ1の分布は一定し、磁束角γS(p1)は、駆動電流の相に強く関係する。図９及び図１０において説明されている制御電流成分（ｉS2d(T,p2)，ｉS2q(T,p2)）及び横方向の力成分（Ｆx，Ｆy）の間においてローレンツ力の結果として生ずるクロスカップリングは、トルク形成駆動電流成分ｉS1q(F,p1)に比例しかつ比較的弱い。固定された作用点に対して、回転子に作用する横方向の力は、ヘルマンによる制御工程に従って制御可能である。しかしながら、横方向の力の制御は、回転磁場機の動的操作（負荷変化、回転速度の変化）を伴うこの工程では不可能である。
第２の参照例（ビクセルによる）に従う制御方法は、ローレンツ力のみを説明する機械モデルに基づいている。この方法を用いて横方向の力の正確な制御をするのは不可能である。なぜならば、説明されていない横方向のマックスウェル力が、横方向のローレンツ力より通常はるかに大きいからである。
本発明に従う制御方法は、図９及び１０に示す横方向の力形成（１８）のモデルに基づいて提唱され、ここでは、機械における所望の操作状態（静止状態の操作の場合のみではなく）とともに、横方向のマックスウェル力及び横方向のローレンツ力を説明している。この制御装置の主要部を図８に示す。第１の段階において、所望の力作用に必要で、かつ図中においてはベクトル成分ｉS2d*(T,p2)及びｉS2q*(T,p2)によって図示されている制御電流は、磁束ベクトルとともに回転し、さらに設定された角度によって追加して回転される座標系（Ｔ）において決定される。第２の段階において、そのように計算された所望の制御電流ベクトルは、角度ρ(p2)の回転によって固定子の座標系（１７）に変換される。ρ(p2)＝ρ0(p2)＋γS(p1)の変換角度は、固定子座標系におけるｐ1面にて測定される磁束ベクトルγS(p1)の偏角及び２つの巻線系の互いに対し、幾何学上のｘ軸に対する相互回転を説明する一定の回転角ρ0(p2)とから連続的に得られる。回転角の一定の成分ρ0(p2)は、
0003701307.tif 000016
の関係にて定義され、α0は、幾何学上の座標系のｘ軸に対して駆動巻線のｄ軸にある相互回転に対応し、α1,2は、駆動及び制御巻線のｄ軸における相互回転に対応する。
所望の横方向の力の結果から、座標系（Ｔ）において制御電流を決定することは、多くの異なる方法がある。最も簡単な場合、すなわち妨害するローレンツ力が小さく磁束の強度が一定の場合、制御電流は所望の横方向の力に正比例し、従って制御電流は一定の値を倍数することによってこの力より得られる。図８は、この最も簡単な場合も示している。ｐ2＝ｐ1＋１の巻線において、２つの定数Ｆx及びＦyは、正の符号で同一の値である。ｐ2＝ｐ1−１において、Ｆxは正の値、Ｆyは負の値となる。磁束の変化は、定数を用いて説明可能である。
トルク形成、誘導機（図９及び１０の下側のブロック）及び横方向の力形成（１８）の間の結合に関わるパラメータΨ1及びｉS1q(F,p1)による座標系（Ｔ）中の制御電流の精密な計算は、本発明の更なる概念に対応する。ベクトル形成の制御電流の決定の可能性が図１２に示されている。所望の制御電流ベクトルｉS2*(S,p2)の計算（ベクトル成分ｉS2d*(S,p2)，ｉS2q*(S,p2)によって表す）は、ここでは減結合式（１６ａ）による成分より可能となる。
0003701307.tif 000017
ここで、所望の力ベクトルは、
0003701307.tif 000018
であり、ｐ1面における磁束座標中で考慮されるトルク形成駆動電流成分ｉS1q(F,p1)を用いており、Ψ1は、駆動磁束強度を表し、Ｌ2，ＫFx，ＫFy，ＫSx，ＫSyは、機械のパラメータである。ｐ2＝ｐ1＋１の場合は、ＫFx＝ＫFy＝ＫM＋ＫL及びＫSx＝ＫSy＝ＫSの関係が、ｐ2＝ｐ1−１の場合は、ＫFx＝ＫM−ＫL，ＫFx＝−ＫM＋ＫL及びＫSx＝−ＫS，ＫSy＝ＫSの関係が定義される。
妨害するローレンツ力（（１８）におけるｉS1q(F,p1)に比例する成分）の影響は、最大の横方向マックスウェル力に比べて通常小さい。従って、多くの適用において無視することも可能である（例えば横方向の力調整が横方向の力制御に重なる場合）。従って、計算（１６ａ）における第１の段階は、妨害するローレンツ力によって発生するクロスカップリングを補償する必要がないので、実質的には簡単になる。このような方法において簡略化された方法のブロック図を、図１３（１０ｂ）に示す。座標変換（１７）は同一のままであるので、減結合式（１６ｂ）は、磁束強度による成分の部分を差し引いたものであり、以下のように示される。
0003701307.tif 000019
上記の方法に従って計算された制御電流ベクトルの所望の値は、誘導機のｍ2相制御巻線にｍ2相制御電流ｉS2（図９及び１０）を供給する電流供給装置（例えば変換機）に供給される（線の数は所望数に選択される）。駆動巻線には、所望の周波数（周波数０でもよい）の３相電流が供給される。すなわち、駆動巻線は、固定３相ネットワーク及び種々の周波数及び振幅を有する３相電流源によって作動される。特に興味深いのは、周波数変換機における作動である。機械の駆動において選択される制御方法は、いかなる所望の型（特徴的な制御、磁場方向の定められた制御もしくは調整など）においても可能である。この方法における唯一の条件は、横方向の力が発生されるべきこれらの作動状態において、最小の機械磁束が存在することを確実にしなくてはならないことである。
制御方法を実施する技術的な装置は、図１１において略図にて示される制御装置によってなされる。制御装置（９）は、制御巻線及びｍ1相調整を供給するための信号処理モジュール（１５）及びｍ2相電流供給モジュール（１１）と、駆動巻線を供給するための供給モジュール（１２）とから構成されている。電流供給モジュール（１１）は、ｍ2相電流を制御巻線に供給する働きを有するので、固定子電流ベクトルの実際の値は、信号処理モジュールによって予め設定された所望の値に限りなく近づくように対応する。この対応づけは、例えばｍ2相電流印加周波数変換機（電流調整器もしくは中間回路電流周波数変換機を備えた中間回路電圧周波数変換機）もしくは、ｍ2チャンネル直流増幅器によって達成される。所望の方法に従って作動する駆動調整器に接続されたｍ1相周波数変換機もしくはｍ1相直流増幅器は、駆動巻線を供給するための調整器及び供給モジュール（１２）として同様に使用される。信号処理モジュール（１５）は、例えば信号処理システムのようなデジタルコンピュータによって最も簡単に得られる。それは２つの部分のモジュールより構成され、ブロック（１０）においては図１２に示す信号ランプラン（１０ａ）及び図１３に示す信号ランプラン（１０ｂ）にて得られる。ブロック（１３）において、パラメータΨ1、γS(p1)及びｉS1q(F,p1)は、測定された及び／あるいは所望の値（＊にて示す）から機械式を用いて導かれる。ブロック（１０）及び（１３）は、同一のマイクロコンピュータにおける部分プログラムとして実行され、異なるプロセッサーのプログラムとしてランされ、もしくは特殊なデジタルあるいはアナログ信号処理ハードウェアによって全体あるいは部分的に得られる。
駆動巻線の制御については所望の制御方法にて可能となるが、磁場方向の定められた方法における駆動を制御もしくは調整することは意味のあることである。いかなる場合においても磁束ベクトルの大きさ及び相は、横方向の力の制御に対して本発明の方法にて得られなければならないので、磁場方向の定められた駆動調整に関する更なる努力をほとんど必要としない。図１４から２１は、非同期機及び同期機の両方の異なる例を示す。
図１４は、妨害するローレンツ力（１６ａ）を示す完全な減結合を有する本発明の横方向の力制御と非同期機の磁場方向の定められたトルク調整とを同時に備えた例を示す。ここでは、駆動電流ｉS1d及びそのトルク形成成分ｉS1qの磁気成分は、γS(p1)で回転し、磁束方向への方向性を示す座標系（Ｆ）におけるｐ1面にて調整される。従って、トルク形成及び磁束形成の減結合が確実になり、それによってかなり動的なトルク設定が、ｉS1qによって達成される。駆動電流は、それに応じてγS(p1)回転した座標を介して、固定子の座標系に変換される。パラメータΨ1，γS(p1)及びｉS1q(F,p1)は、磁場方向の定められたトルク調整もしくは横方向の力制御方法のために同時に使用される。横方向の力制御におけるこの組み合わせの利点は、所定の値の磁束強度の正確な調整にある。磁場方向の定められた駆動調整はまた、妨害するローレンツ力（１６ｂ）を説明しない部分的な減結合のみを用いて本発明の簡略化された横方向の力制御と組み合わせることも可能である。この例を図１５に示す。図１４との差異として、ここではｉS1q(F,p1)が横方向の力制御のために必要とされないことである。その他の点に関しては、図１４にて記載された同様の内容が適用される。
図１４及び１５に記載の制御方法に対する簡略化は、駆動磁束が調整されず、むしろ磁場方向の定められた方法にて制御されるという事実に基づくものである。図１６は、妨害するローレンツ力（１６ａ）を示す完全な減結合を備えた本発明における横方向の力制御と非同期機（１３ｂ）の可能な磁場方向の定められたトルク制御とを同時に備えられた例を示す。磁場方向の定められた制御に関しては、座標系（Ｆ）を回転する駆動電流ｉS1d及び方向の定められた駆動磁束中のトルク形成成分ｉS1qの磁気成分は、ここでは調整されずむしろ制御される。最も重要な簡略化は、磁束ベクトルが大きさ及び方向という要素から決定されなくてもよいという事実から得られる。磁束角度γS*(p1)であるモデル値のみが回転する座標系（Ｆ）から固定子座標系への制御電流の変換に使用される。モデル値γS*(p1)は、所望の値（例えばＭｉsoll，Ψ1soll）を基準にして、そして結局は機械モデルから簡単に検出可能な測定パラメータ（例えばωm，γm）によって決定される。γS*(p1)はまた、横応力制御方法における座標変換においても使用される。制御パラメータΨ1*、ｉS1q*(F,p1)は、パラメータΨ1、ｉS1q(F,p1)に代わって使用される。磁場方向の定められた駆動制御は、妨害するローレンツ力（１６ｂ）を説明しない部分的な減結合のみを備えた本発明の簡素化された横方向の力制御と組み合わせることも可能である。この例を図１７に示す。図１６との差異としては、ここではｉS1q*(F,p1)が横方向の力制御のために必要とされないことである。その他の点に関しては、図１６にて記載された同様の内容が適用される。
非同期電動機と違い、同期電動機は通常磁場方向の定められた方法にて制御される。同期機における磁束は回転子と固定的に結合されるので、磁束角度γS(p1)は、ｐ１を正数倍することによって機械の回転子角度γmから極めて容易に決定される。図１８は、本発明の横方向の力制御を備えた同期機（１３ｃ）の磁場方向の定められたトルク調整と妨害するローレンツ力（１６ａ）を示す完全な減結合とを組み合わせた例を示す。同期機において、駆動磁束は回転子巻線における直流電流あるいは回転子の永久磁石によって発生される。従って、Ψ1は、横方向の力制御の機械パラメータとして与えられる。駆動電流は、同期機においてトルク形成成分のみを有し、従って直接ｉS1qに対応する。この値は測定され、磁束座標系（Ｆ）に変換される。（Ｆ）に従う変換は、強度の形成と同一の値となる。従って、駆動電流ｉS1q(F,p1)は、トルク調整及び横方向の力制御の両方に使用される。駆動磁束角は、ここでは既に述べたように機械回転子角によって決定される。同期機の磁場方向の定められた駆動調整は、本発明の簡略化された横方向の力制御と妨害されるローレンツ力（１６ｂ）にて示されない部分的減結合のみとも組み合わすことが可能である。この例は、図１９に示す。図１８と比べ、ここではｉS1q(F,p1)は、横方向の力制御に必要とされる。その他の点においては、図１８にて述べた内容が適用される。
同期機の磁場方向の定められたトルク制御は、実際に回転調整回路の速度がトルク調整回路の大部分と重なり合うので、磁場方向の定められたトルク調整より頻度が高い。図２０は、本発明の横方向の力制御を備えた同期機（１３ｃ）の磁場方向性トルク調整と妨害するローレンツ力（１６ａ）を示す完全な減結合の組み合わせ例である。ここでは、駆動電流は、トルクに比例しかつ駆動磁束に反比例して制御される。この制御値は、横方向の力制御方法によって同様に使用される。測定パラメータとしては、機械回転子角度γmのみが必要である。ここからγS(p1)が導き出され、トルク制御及び横方向の力制御の両方が供給される。同期機の磁場方向の定められた駆動制御は、本発明の簡略化された横方向の力制御と妨害するローレンツ力（１６ｂ）を示さない部分的な減結合のみとも組み合わすことが可能である。この例は図２１に示す。図２０と比べ、ここでは駆動電流は横方向の力制御には必要とされない。その他の点においては、図２０にて述べた内容が適用される。
回転子に作用する横方向の力の正確な調整を必要とする場合は、これを制御するよりはむしろ調整するほうが適切である。この調整のためには、横方向の力は力センサ（例えばビームベンダーもしくは圧電センサを備えた荷重計に装着された抵抗線ひずみゲージ）の手段によって１もしくは２方向にて測定される。横方向の力が１方向においてのみ調整された場合、これは調整された方向と同方向において最も簡単に測定される。測定値は所望の値から引かれ、その得られた制御偏差は、単一のパラメータ調整器に供給される。調整器の出力は、ｘ成分とｙ成分に分けられ（もし所望の力の方向がｘもしくはｙ軸に対応するときは、成分に分ける必要はない）、請求項１及び請求項２に従って横方向の力制御に供給される（Ｆx*及びＦy*）。力が２つの方向にて測定される場合（望ましくは互いに垂直であるとよい）、２次元の実際の力ベクトルは決定可能となる。２つのベクトル成分Ｆx及びＦyは所望の値から引かれ、制御偏差は２つの独立した調整器に供給される。調整器の出力は、横方向の力制御の入力（Ｆx*及びＦy*）に接続される。図２２は、横方向の力調整の概略ブロック図を示す。
回転子が１方向以上（横方向部分平面）に置換可能な場合、その位置は横方向の力に影響を受ける。ここで回転子の位置がセンサーもしくはオブザーバを介して決定されるならば、その位置は調整可能となる。図２３は、２軸に対する可能な横方向推力調整の概略ブロック図を示す。回転子の位置（ｘ，ｙ）は、センサの位置もしくはオブザーバを介して決定される。図２３において、座標の原点は機械の中心に位置している。実際の位置は所望の位置（ｘsoll，ｙsoll）から引かれ、その制御差が調整器に供給される。調整は、図２３に示すように最も簡単な成分にてなされる。調整器としては、比例微分制御動作装置、比例積分微分制御動作装置あるいはステータスオブザーバを備えたステータス調整器が考慮され得る。調整器の出力は、横方向の力制御（１０）の入力（Ｆx*及びＦy*）に接続される。電流制御装置（１１）は、図９及び１０に従って特殊な巻線（３）を備えた誘導機の周知の方法にて制御される。（３）において示されていない関係、即ち回転子の中心からの変位によって作用する横方向の力、回転子位置（二重積分器）及び磁気吸引力（正の復帰）の間の関係については、図２３において外側から補足されている。前述の横方向推進調整によって、回転子の２つの自由度が調整可能となる。応用例として、誘導機における半径方向の磁気軸受の実施が考えられる。横方向推進調整を備えたそのような２つの誘導機が軸受のない機械に組み込まれている。即ち、トルクが駆動巻線によって発生し、磁気の半径方向の軸受力が２つの制御巻線によって発生する機械である。回転子の軸の位置は、追加した軸の磁気軸受もしくは回転子の円錐形によって安定化される。そのような軸受のない回転磁場機の主要な構造を図２４に示す。図２５に示すように円錐状の回転子を有する２つの部分の機械が備えられている場合、軸の位置は同様に２つの部分の機械の間の駆動磁束分布を介して決定される。同一の軸受力作用の結果として、この種の軸受のない電動機もまた、基本的には従来の磁気的な軸受を有する駆動と同様の特徴を有する。これらは支持体との接触を持たず、かつ調整を介しての設定調節の可能性が得られる。従って磁性の支持体は、摩耗することもなく、修理をしたり、潤滑剤を必要とすることもない。最大回転許容速度は、回転子の遠心負荷によってのみ制限される。軸受の特性、即ち剛性及び減衰制動は、調整を介して作動中に設定可能であり、条件の変化に適応されうる。不平衡な力の補償は、回転子の屈曲振動の活性減衰制動と同じ方法において考えられる。調整器の積分成分によって、静止した作動状態において無限に大きい剛性が達成される。空気の間隙範囲内において、回転子の位置及び傾斜角度は、作動時において設定及び変更が可能である。
しかしながら、軸受のない機械は更なる利点を有する。磁性を有する横方向の力は回転子全体に分配されて作用し、従来の軸受のように２つの端部のみにおいて作用しないので、回転子の動力に影響を与える効果的な手段が適用可能となる。その上、機械回転子の総表面において力形成が可能となるので、達成されうる軸受力は非常に大きくなる。かなり新規な可能性としては、この軸受のない電動機と従来の軸受を備えた機械（玉軸受、空気軸受、磁気軸受、静圧軸受、動圧軸受）との併用が考えられる。この種の機械を模式的に図２６に示す。所望の振幅方向を有する回転子に作用する横方向の力を動的に設定可能とする可能性によって、新しい解決手段として、回転子振動の減衰制動、軸受特性への影響、従来の回転子の除去、回転子の屈曲への影響が考えられる。回転子の屈曲への影響については、図２７において模式的に示す。
符号一覧表
１        駆動巻線パラメータ（指数）
２        制御巻線パラメータ（指数）
３        ｐ1極対駆動巻線及び（ｐ2＝ｐ1±１）極対制御巻線を備えた誘導機
３ａ      横方向の力形成及びトルク形成を伴う非同期機
３ｂ      横方向の力形成及びトルク形成を伴う同期機
４        制御巻線
５        駆動巻線
６        回転子
７        磁束測定プローブ
９        制御装置
１０      制御電流計算
１０ａ    完全な減結合を有する制御電流計算
１０ｂ    部分的な減結合を有する制御電流計算
１１      制御巻線に対する電流供給装置
１２      第２の手段
１３      磁束計算及び変換
１４      駆動パラメータ
１５      第１の手段
１６ａ    完全な減結合
１６ｂ    部分的な減結合
１７      座標変換（Ｔ−＞Ｓ）
ｄ        直軸方向の成分（ｄｑ表示）
Ｆ        横方向の力ベクトル
Ｆx       横方向のベクトルのｘ成分
Ｆy       横方向のベクトルのｙ成分
（Ｆ）    駆動磁束方向の定められた座標系
例：ｉS1q(F,p1)は、ｐ1面において示された駆動磁束座標における駆動電流ベクトルの横方向の成分を表す。
0003701307.tif 000020
ＫFx      ｘ方向における力定数
ＫFy      ｙ方向における力定数
ＫSx      ｘ方向における妨害する力定数
ＫSy      ｙ方向における妨害する力定数
ｉS1(p1)  ｐ1面における駆動電流ベクトルを表す。
ｉS1d(p1) ｐ1面における駆動電流ベクトルの直軸方向の成分を表す。
ｉS1q(p1) ｐ1面における駆動電流ベクトルの横軸方向の成分を表す。
ｉS2(p2)  ｐ2面における制御電流ベクトルを表す。
ｉS2d(p2) ｐ2面における制御電流ベクトルの直軸方向の成分を表す。
ｉS2q(p2) ｐ2面における制御電流ベクトルの横軸方向の成分を表す。
ｌ        回転子の長さ
Ｌ1       駆動巻線の主インダクタンス
Ｌ2       制御巻線の主インダクタンス
ｍ        相数、ストリング(string)数
ｍg       回転子の質量
Ｍ        トルク
Ｍi       内部機械トルク
ＭL       負荷トルク
ｐ        極対数
ｐ1       駆動巻線の極対数
ｐ2       制御巻線の極対数
（ｐ1）   極対数ｐ1の表示面
（ｐ2）   極対数ｐ2の表示面
ｑ        横軸方向の成分（ｄｑ表示）
Ｒ        回転子
ｒ        回転子の半径
Ｓ        固定子
（Ｓ）    固定子方向の定められた座標系
例：ｉS2(S,p2)は、ｐ1面に示した固定子座標系における制御電流ベクトルを示す。
（Ｔ）    角度ρで回転する座標系
例：ｉS2(T,p2)は、ｐ1面に示した角度
0003701307.tif 000021
にて回転する座標系における制御電流ベクトルを示す。
ｗ1       駆動巻線の巻線数
ｗ2       制御巻線の巻線数
Ｘ，Ｙ    幾何学上の座標系の軸（指数）
ｘ，ｙ    ｘ，ｙ方向における回転子の偏向
＊        所望の値、制御値
例：ｉS2*(S,p2)は、ｐ1面に示した固定子座標系における制御電流ベクトルの所望の値を示す。
α0       幾何学上の座標系のｘ軸に対応する駆動巻線のｄ軸の相互回転
α1,2     駆動及び制御巻線のｄ軸の相互回転
γm       機械的回転子角
γs(p1)   ｐ1面に示した駆動磁束ベクトルの偏角
μ0       真空における磁場定数
π        回路定数
Ψ1       駆動磁束値
Ψ1(p1)   ｐ1面に示した駆動磁束ベクトル
ρ(p2)    ｐ2面において測定された固定子座標系に対する所望の制御電流ベクトルを計算するために使用される座標系（Ｔ）の相互回転
ρ0(p2)  ρ(p2)の時間不変成分
ωm       機械回転周波数
ωR       回転子回転周波数（すべり周波数）
【図１ａ】
0003701307.tif 000028
【図１ｂ】
0003701307.tif 000029
【図２】
0003701307.tif 000030
【図３】
0003701307.tif 000031
【図４ａ】
0003701307.tif 000032
【図４ｂ】
0003701307.tif 000033
【図５】
0003701307.tif 000034
【図６】
0003701307.tif 000035
【図７】
0003701307.tif 000036
【図８】
0003701307.tif 000037
【図９】
0003701307.tif 000038
【図１０】
0003701307.tif 000039
【図１１】
0003701307.tif 000040
【図１２】
0003701307.tif 000041
【図１３】
0003701307.tif 000042
【図１４】
0003701307.tif 000043
【図１５】
0003701307.tif 000044
【図１６】
0003701307.tif 000045
【図１７】
0003701307.tif 000046
【図１８】
0003701307.tif 000047
【図１９】
0003701307.tif 000048
【図２０】
0003701307.tif 000049
【図２１】
0003701307.tif 000050
【図２２】
0003701307.tif 000051
【図２３】
0003701307.tif 000052
【図２４】
0003701307.tif 000053
【図２５】
0003701307.tif 000054
【図２６】
0003701307.tif 000055
【図２７ａ】
0003701307.tif 000056
【図２７ｂ】
0003701307.tif 000057