(57)【要約】本発明は２つの磁気ベアリングモータを備えるアクチュエータに関する。アクチュエータは互いの延長線上に伸長する２つの磁気ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）を有し、その２つの磁気ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）は互いに対して角度的にずれていることを特徴とする。アクチュエータはまた、その２つの磁気ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の間に能動的または受動的なベアリング（１３）が配置され、そのベアリング（１３）はそれぞれのベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）のロータ（３，３ｂｉｓ）およびステータ（４，４ｂｉｓ）部分に作用し、また、ベアリング（１３）を受容するため第１と第２のベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の間のアクチュエータ内にハウジング（１０）を備える、ことを特徴とする。本発明は電気機械の分野での使用に適している。【選択図】図３ａ
2015528276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの磁気ベアリングモータを備えるアクチュエータであって、前記少なくとも１つのベアリングモータは１つのロータ（３，３ｂｉｓ）および１つのステータ（４，４ｂｉｓ）を有し、前記ロータ（３，３ｂｉｓ）は前記ステータ（４，４ｂｉｓ）に対し磁気的に浮揚させられる、アクチュエータにおいて、
前記アクチュエータが互いの延長線上に位置する２つの磁気ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）を有し、前記２つの磁気ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）は互いに対して角度的にずれており、そして前記２つの磁気ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の間に能動的または受動的なベアリング（１３）が挿入され、前記ベアリング（１３）はそれぞれの前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の前記ロータ（３，３ｂｉｓ）および前記ステータ（４，４ｂｉｓ）部分に作用し、そして前記ベアリング（１３）を受容するため第１と第２の前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の間の前記アクチュエータの上にハウジング（１０）を備える、
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記２つのベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）は機械的角度２２．５度だけ角度がずれている、ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
それぞれの前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の前記ロータ（３，３ｂｉｓ）部分は、前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の前記ステータ（４，４ｂｉｓ）部分の周りに対称に配置される磁石（３，３ｂｉｓ）により形成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記磁石（３，３ｂｉｓ）は非対称プロファイルの磁気フローを生成することを可能にするハルバッハ構成を形成するように配置され、前記磁気フローは前記構成の一方の側では増幅され、他方の側では減少されまたは相殺さえもされる、ことを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記磁石（３，３ｂｉｓ）はランタニド、有機金属磁石、または有機磁石のベースを有する、ことを特徴とする請求項３または４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記ロータ（３，３ｂｉｓ）および前記ステータ（４，４ｂｉｓ）は、複合材料又はセラミック材料より形成される、ことを特徴とする請求項１−５のいずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項７】
それぞれの前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の前記ステータ（４，４ｂｉｓ）部分は、実質的に円筒形のコア（５）より形成され、前記コア（５）は２つの連続するスロットの間を少なくとも１つのコイル（４１−４６，４１ｂｉｓ−４６ｂｉｓ）が通過するためのスロット（１１）を有する、ことを特徴とする請求項１−６のいずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項８】
それぞれの前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）は星型配置で搭載された３つのグループのコイル（４１−４６，４１ｂｉｓ−４６ｂｉｓ）を有し、それぞれの前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）に対する３つの電流（ｉ１−ｉ３，ｉ１ｂｉｓ−ｉ３ｂｉｓ）の合計はゼロである、ことを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記アクチュエータは、
それぞれの前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の前記少なくとも１つのコイル（４１−４６，４１ｂｉｓ−４６ｂｉｓ）に送られる電流（ｉ１−ｉ３，ｉ１ｂｉｓ−ｉ３ｂｉｓ）を変化させることにより、位置決めパラメータを指示し制御する手段と、
前記アクチュエータ上に提供される、少なくとも１つの誘導センサ（１２）の形態での検知手段と、そして
それぞれの前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の前記コイル（４１−４６，４１ｂｉｓ−４６ｂｉｓ）に送られる前記電流（ｉ１−ｉ３，ｉ１ｂｉｓ−ｉ３ｂｉｓ）の強度に影響を及ぼす制御手段と、
を有することを特徴とする請求項７または８に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９に記載のアクチュエータを制御する方法であって、
前記アクチュエータのそれぞれの前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の前記ステータの前記少なくとも１つのコイル（４１−４６，４１ｂｉｓ−４６ｂｉｓ）に送られる前記電流（ｉ１−ｉ３，ｉ１ｂｉｓ−ｉ３ｂｉｓ）を変化させるステップを有し、
前記ステップは前記アクチュエータの位置とトルクに基づいて実行される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
それぞれの前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）の前記少なくとも１つのコイル（４１−４６，４１ｂｉｓ−４６ｂｉｓ）は少なくとも１つの電流を供給され、第２のベアリングモータ（１ｂｉｓ）の電流（ｉ１ｂｉｓ−ｉ３ｂｉｓ）の強度は第１のベアリングモータ（１）の電流（ｉ１−ｉ３）の強度と異なるかまたは同じであることができる、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
それぞれの前記ベアリングモータ（１，１ｂｉｓ）は少なくとも３つの電流（ｉ１−ｉ３，ｉ１ｂｉｓ−ｉ３ｂｉｓ）により電力を供給され、それぞれの前記電流はそれぞれのコイルのグループに電力を供給し、前記第１のベアリングモータ（１）の前記３つの電流（ｉ１−ｉ３）は、前記第２のベアリングモータ（１ｂｉｓ）の前記３つの電流（ｉ１ｂｉｓ−ｉ３ｂｉｓ）と異なるかまたは同じであることができる、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの磁気ベアリングモータからなるアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
伝統的な電気モータまたは発電機は伝導シャフトを支えその回転をガイドするためベアリングを必要とする。現在の用途で使用される機械的構成要素の多くはボールベアリングまたはスリーブベアリングである。それにもかかわらず、それらの作動は、超高速回転、特定の雰囲気中または真空中、超低温または超高温、または摩擦および摩耗を最小にしなければならない分野での使用において、容易に限界に達する。
【０００３】
このような場合、電気モータまたは発電機に対して磁気ベアリングを使用することが知られ、この磁気ベアリングは摩擦による摩耗を受けない。このような磁気ベアリングは、ステータと呼ばれるモータの静止部分と、ロータと呼ばれるモータの運動部分との間の接触が無いことが保証され、ロータとステータは数十ミリの空気間隙により分離されている。
【０００４】
このように、上記の動作制限に対応するため磁気ベアリングシステムを備えるモータを使用することが知られている。そのためラジアルベアリングの巻き込みと、モータを単一のアクチュエータ内に包含する２重機能アクチュエータを形成するベアリングモータが開発された。
【０００５】
このようなアクチュエータは回転システム内の構成要素の数を減少させ、そしてトルクと半径方向力を独立して制御することを可能にする。単一の装置上でのベアリングの共用巻き込みとモータの構成もまた存在する。
【０００６】
ベアリングモータの実施形態はある欠点を含む、それは例えば、磁気回路が鉄を含み、それが高周波数における渦電流に起因する追加の損失を引き起こす。またベアリングモータは通信セルを多く含むパワーエレクトロニクスおよび複雑な制御方法を必要とし、それらが工業的使用を遅らせている。
【０００７】
２つのタイプの磁気ベアリングが存在し、受動ベアリング、能動ベアリングと呼ばれる。受動磁気ベアリングは永久磁石を使用し、一方能動磁気ベアリングは磁気回路の周りの電流が流れるコイルを使用し、そのコイルは環境内に引力を生ずることを可能にする。上記のように能動ベアリングは電子制御回路によりシャフトの効果的な支持を得るように制御されるが、その電子制御回路は多くの場合複雑でコストが高い。
【０００８】
物体がその軸の周りを回転する場合、軸はほとんどの場合中央であるが、５つの自由度が制御されなければならないが、それは３つの直線運動自由度と２つの回転自由度に分解できる。これは受動ベアリングを使用しては不可能であり；少なくとも一つの能動ベアリングが必要である。能動磁気サスペンションの制御は、しかし、損失および安全性と信頼性の問題を引き起こす。
【０００９】
別の損失源は、アクチュエータの構成要素またはアクチュエータが駆動する部品の中の鉄の存在によるものである。上記構成要素中の鉄の存在が、特に高い周波数で渦電流による追加の損失の原因となる。アクチュエータおよび関連部品はそれらが使用されていない場合にも、自然に自己放電する。
【００１０】
ＥＰ−Ａ−２１０７６６８（特許文献１）には、ロータが非常に長い場合でも磁気保持力が形成される回転電気機械が開示されている。回転電気機械は、メインシャフトに取り付けられたロータ及びロータを囲むステータからなる。
ロータは、ロータのシャフトまたはトルクの周方向の回転トルク、および支持力を発生する第一の区画と、ロータのシャフトの半径方向に外向きの支持力を生成する第二の区画を有する。
ロータの２つの区画はメインシャフトに沿って縦に並んで配置される。従ってこの文献は既存技術と同様の欠点を有する単一ベアリングモータに関している。
【００１１】
この文書に示された最新技術の説明図では、互いに離れ、そしてステータと協働する２つのロータを有する、単一ユニットからなるベアリングモータに言及している。したがってこの最新技術は、前述したものと同じ欠点を有する。
【００１２】
ＷＯ−Ａ−０２／４０８８４（特許文献２）は、第１及び第２の半径方向磁気ベアリングによって支持される回転シャフトを有する回転機械であって、磁気ベアリングの電流が制御装置によって制御される回転機械を開示している。回転シャフトは堅く固定されたディスクによって形成されたロータからなる軸方向ベアリングを備える。この文書はベアリングモータについて全く記載せず、半径方向磁気ベアリングのみを記載し、そして前述されたものと同じ欠点を有する。
【００１３】
本発明の目的は、操作時に受ける全ての摩擦を減少させ、そして駆動シャフトの回転中に発生する可能性がある寄生的な動きを無くしながら駆動シャフトを回転させることを可能にするアクチュエータを提供することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ヨーロッパ特許ＥＰ−Ａ−２１０７６６８
【特許文献２】ＷＯ−Ａ−０２／４０８８４
【発明の概要】
【００１５】
この目的のため、本発明は、少なくとも１つの磁気ベアリングモータを備えるアクチュエータであって、その少なくとも１つのベアリングモータは１つのロータおよび１つのステータを有し、そのロータはステータに対し磁気的に浮揚させられる、アクチュエータにおいて、
アクチュエータが互いの延長線上に位置する２つの磁気ベアリングモータを有し、その２つの磁気ベアリングモータは互いに対して角度的にずれており、そして２つの磁気ベアリングモータの間に能動的または受動的なベアリングが挿入され、そのベアリングはそれぞれのベアリングモータのロータおよびステータ部分に作用し、ベアリングを受容するため第１と第２のベアリングモータの間のアクチュエータの上にハウジングを備える、ことを特徴とするアクチュエータに関する。
【００１６】
２つのベアリングモータを備えるこのようなアクチュエータは、回転シャフトに対し一定のトルクを保証することを可能にし、そのうちの片方のベアリングモータのトルクはある円筒位置においてゼロであることができ、そして他方のベアリングモータのトルクにより相殺される。
【００１７】
本発明の好適な特徴によれば：
−２つのベアリングモータは機械的角度２２．５度だけ角度がずれている。
−それぞれのベアリングモータのロータ部分は、ベアリングモータのステータ部分の周りに対称に配置される磁石により形成される。
−磁石は非対称プロファイルの磁気フローを生成することを可能にするハルバッハ構成を形成するように配置され、磁気フローは構成の一方の側では増幅され、他方の側では減少されまたは相殺さえもされる。
−磁石はランタニド、有機金属磁石、または有機磁石のベースを有する。
−ロータおよびステータは、複合材料又はセラミック材料より形成される。
−それぞれのベアリングモータのステータ部分は、実質的に円筒形のコアより形成され、コアは２つの連続するスロットの間を少なくとも１つのコイルが通過するためのスロットを有する。
−３つのグループのコイルは星型に搭載され、それぞれのベアリングモータに対する３つの電流の合計はゼロである。
−アクチュエータは、それぞれのベアリングモータの少なくとも１つのコイルに送られる電流を変化させることにより位置決めパラメータを指示し制御する手段と、アクチュエータ上に提供される、少なくとも１つの誘導センサの形態での検知手段と、そしてそれぞれのベアリングモータのコイルに送られる電流の強度に影響を及ぼす制御手段と、を有する。
【００１８】
本発明はまた、このようなアクチュエータを制御する方法に関し、その方法は、アクチュエータのそれぞれのベアリングモータのステータの少なくとも１つのコイルに送られる電流を変化させるステップを有し、そのステップはアクチュエータの位置とトルクに基づいて実行されることを特徴とする。
【００１９】
有利なことに、それぞれのアリングモータの少なくとも１つのコイルは少なくとも１つの電流を供給され、第２のベアリングモータの電流の強度は第１のベアリングモータの電流の強度と異なるかまたは同じであってもよい。
【００２０】
有利なことに、それぞれのベアリングモータは少なくとも３つの電流により電力を供給され、それぞれの電流はそれぞれのコイルのグループに電力を供給し、第１のベアリングモータの３つの電流は、第２のベアリングモータの３つの電流と異なるかまたは同じであることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明は添付の図面を参照してより詳細に記述されるが、これは発明の範囲を限定するものではない：
【図１】１つの軸の周りに駆動される１つの構成要素の斜視図であり、様々な自由度を示す。
【図２】本発明に基づく、２つのベアリングモータからなるアクチュエータの斜視図である。
【図３ａ】本発明に基づく、アクチュエータのステータの側面図を示し、ステータは２つのステータ部品によって形成され、それぞれのステータ部品は１つのベアリングモータに対応する。
【図３ｂ】３ａのステータの縦方向断面図である。
【図３ｃ】図３ａのステータの斜視図である。
【図３ｄ】図３ａのステータ上の巻線の展開図を示す図である。
【図４】本発明に基づくアクチュエータの第１のベアリングモータのＡ−Ａに沿った断面図である。
【図５】本発明に基づくアクチュエータの第２のベアリングモータのＢ−Ｂに沿った断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に基づくアクチュエータの１つのベアリングモータのＡ−ＡまたはＢ−Ｂに沿った断面図であり、この図のロータの磁石はハルバッハ配列に配置されている。
【図７】本発明に基づくアクチュエータの２つのベアリングモータの間に挿入可能な磁気ベアリングの斜視図である。
【図８】図７の磁気ベアリングの軸方向断面図である。
【図９ａ−ｃ】それぞれ図１に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿った応力曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、回転要素ＶとそのシャフトＡを示し、回転要素はフライホイールでもよい。この図は、回転要素Ｖの可能な自由度を示している。
【００２３】
この回転要素Ｖが完全に自由であると仮定すると、その空間的動きは、回転要素Ｖの回転シャフトＡの軸に沿って伸長するＺ軸、回転要素Ｖの平面に含まれるＹ軸、およびＺ軸とＹ軸の２つの軸に垂直なＸ軸、で示される正規直交参照に対する３つの直線運動と３つの回転の組み合わせにより記述可能である。
【００２４】
３つの回転自由度は、それぞれＹ軸周りの回転α、Ｘ軸回りの回転βとＺ軸周りの回転γである。Ｚ軸周りの回転を意図されたフライホイールＶの場合、回転γのみが自由でなければならず、他の回転は寄生回転とみなされる。
【００２５】
回転要素Ｖはまだ完全に自由であると仮定し、Ｘ、ＹおよびＺに沿って３つの直進自由度が存在する。これは回転要素Ｖのシャフトの両端に起こりえて、これら直進自由度は、シャフトＡを備える回転要素Ｖの最適な動作のために制限されるべきである。シャフトＡの両端に偏移が形成されないことを確実にするためにモニタリングが実施されるべきである。ここで偏移は両端の中心にそれぞれ位置する正規直交参照に対する２つのそれぞれの要素Ｘ１，Ｙ１およびＸ２，Ｙ２としてまとめることができ、それぞれの要素は結果的にそれぞれＲ１，Ｒ２を形成する。
【００２６】
本発明によれば、互いに対して角度的にずれた２つのベアリングモータを有するアクチュエータが使用され、このベアリングモータは、以下でより詳しく記載される。互いに対する２つのベアリングモータの角度ずれとは、互いに対するモータベアリングの極のずれを意味する。
【００２７】
２つのベアリングモータは類似の設計または異なる設計であってよい。互いに対して角度的にずれた２つのモータベアリングの使用は、Ｚ軸周りの回転γによるモータートルクの伝達を可能にするだけでなく、力Ｒ１およびＲ２、また回転αとβを制御するための半径方向の力を印加することを可能にする。軸Ｚに沿った直進自由度は、磁気ベアリングによって保持され、磁気ベアリングは好ましくは受動的である。これは、本発明が軽減することを目的とする摩擦損失に関係する。
【００２８】
渦電流に起因する損失については、本発明は、アクチュエータおよび関連する要素を非鉄材料より作成することを提供する。これは、例えば、特に２つのベアリングモータを備えるアクチュエータのロータ部品およびステータ部品の磁石に当てはまる。
【００２９】
図２−図５を参照して、本発明にもとづくアクチュエータについて説明する。本発明に基づくアクチュエータは、永久磁石を備える同期型電気機械の特徴を磁気ベアリング機能と組み合わせる。
【００３０】
アクチュエータは、２つの角度がずれたベアリングモータ１及び１ｂｉｓを有する。このことにより、回転シャフトに対して一定のトルクが確保され、ベアリングモータ１または１ｂｉｓの一方のトルクが、ある角度位置においてゼロとなることができ、そして他方のベアリングモータ１または１ｂｉｓのトルクによって相殺される。アクチュエータの一部を形成する２つのモータのベアリングモータ１及び１ｂｉｓは、ロータ部分に永久磁石を備える同期型機械でありうる。
【００３１】
図２−図５では、ベアリングモータ１及び１ｂｉｓは、下例では６つの極と３つのコイルから構成されているが、複数の軸を制御するためには、４つの極とコイルを備えるベアリングモータのような他の構造も可能である。
【００３２】
各ベアリングモータ１及び１ｂｉｓは、まず、分極された交互の永久磁石３および３ｂｉｓを備える１つのアウターロータを有している。分極された交互の永久磁石３および３ｂｉｓは、従来型でまたはハルバッハ構造を使用してのいずれかによって配置できる。またステータに囲まれたインナーロータを有することも可能である。
【００３３】
ハルバッハ構成を示す図６に示すように、磁場が互いから取り外されている間、このような構成の永久磁石３および３ｂｉｓの配置は、磁石３および３ｂｉｓの一方の側の磁場を増幅し、一方磁石３および３ｂｉｓの他方の側では磁場が相殺されることを可能にする。この図では、磁石３、３ｂｉｓａ内の矢印は、磁界の方向を示している。
【００３４】
永久磁石３および３ｂｉｓは、有利には、直接回転部に取り付けられていて、それによりロータと磁石３および３ｂｉｓの結合装置が必要なくなる。内部ステータはコイル４を備える。コイル４は、有利には、銅またはアルミニウムから形成することができる。
【００３５】
図３ａ、図３ｂ、３ｃおよび３ｄに特によく示されるように、ステータは、第一ベアリングモータ１のステータ部分４に相当するコア５及び第２ベアリングモータ１ｂｉｓのステータ部分４ｂｉｓに相当するコア５ｂｉｓからなる。コア５、５ｂｉｓは、実質的に円筒形の形状を有し、ハウジング１０がコア５と５ｂｉｓとの間の後述の磁気ベアリングのために配置されている。図３ａ−３ｃに示すステータはまた、誘導センサを受容するための空洞１２を備え、その誘導センサは信号を出力し、それによりアクチュエータを支持するシャフトの位置を制御することができる。
【００３６】
各コア５、５ｂｉｓは、２つの隣接するスロット１１で仕切られるコア５，５ｂｉｓ周辺部上にコイルを巻回するための、スロット１１、好ましくは長手方向の、有利には６つのスロット１１を有する。
【００３７】
図３ｃには、第１のベアリングモータ１のステータ部と第２ベアリングモータ１ｂｉｓのステータ部が、互いに対して角度的にずれており、第１のステータのスロット１１は、第２ステータのスロット１１と角度的にずれていることが示されている。
【００３８】
図３ｄは、スロット１１の間で２つのコイル４１を接続する１つの巻線の展開図である。この巻線は、有利には、１つのステータの隣接する２つのコイル４１の間でＸ型を形成してもよい。これは、図４及び図５に表示されるコイル４１−４６及び４１ｂｉｓ−４６ｂｉｓにも適用可能である。
【００３９】
図４及び図５に特に良く示されるように、ベアリングモータ１、１ｂｉｓ内側にあるステータ部は、コア５、５ｂｉｓ上の低透磁率の６個のコイル４１−４６、４１ｂｉｓ−４６ｂｉｓから構成され、好ましくは、図３ｄに示すように、２つの隣接するスロット１１で仕切られたコア５の周辺部分の周りに形成される。
【００４０】
図４及び図５に照らして、鉄の存在に起因する損失を減らすため、コア５、５ｂｉｓは有利には、鉄を含有しない。一つの相の巻線は隣接する２つのコイルから構成され、回路６または６ｂｉｓにより接続され、それらの１つのみが図４または５において参照番号を付与されている。このような組立体は、ロータに対するモータートルクおよび半径方向の力の発生に寄与する。３つのコイル４１−４６、４１ｂｉｓ−４６ｂｉｓは、星型接続され、３つの電流ｉ１、ｉ２、ｉ３または、ｉ１ｂｉｓ、ｉ２ｂｉｓ、ｉ３ｂｉｓによって電力を供給され、それら電流の合計は、それぞれのベアリングモータ１、１ｂｉｓについてゼロである。
【００４１】
図６は図４および図５に示すものと異なるベアリングモータの実施形態を示す。図６において、磁石３は、ハルバッハ構成を使用して配置されている。このような構成はベアリングモータの一方の側において磁界を増加させ、一方、反対側の磁界を減少または相殺する。
【００４２】
ハルバッハ構造体は、ベアリングモータのロータ部分を形成する１２個の磁石３を備え、磁石の矢印は磁界の方向を示す。そのベアリングモータのステータ部は図４および図５と比べて実質的に変わらない。１つのアクチュエータにおいて、アクチュエータに備えられるベアリングモータそれぞれに対してハルバッハ構造が使用可能であり、そのことはより良いフロー集中を可能にし、そして２つの互いに角度ずれしたベアリングモータからなるアクチュエータの性能を直接的に向上させる。
【００４３】
全ての図を参照して、ベアリングモータ構造体１または１ｂｉｓは、位置とトルクに基づく、３つの電流ｉ１、ｉ２、ｉ３または、ｉ１ｂｉｓ、ｉ２ｂｉｓ、ｉ３ｂｉｓのデジタル制御を使用して、Ｘ、Ｙ、およびＺの３つの自由度を独立にそして切り離して制御することを可能にする。
【００４４】
本発明に基づくアクチュエータの電子制御装置は、少なくとも一つのコイル、図中では１つのベアリングモータに３つのコイルグループ、に送られる電流を変化させることにより、アクチュエータのシャフトの位置決めパラメータを指示し制御するための手段を含む。この電子制御装置はまた、例えば上述した、少なくとも１つの誘導センサの形でのアクチュエータに設けられた検出手段を含む。
【００４５】
したがって、検出手段はアクチュエータのロータのステータに対する位置をモニターし、そして制御手段は、ロータを事前設定の動作位置に戻すために、それぞれのベアリングモータのコイルに送られる電流の強度に対して影響を及ぼしている。このようにロータはステータに対して浮揚し、一方ステータから非常に小さな距離に安全な態様で維持されている。
【００４６】
アクチュエータは、非正弦波電流を使用してコイル４１−４６、４１ｂｉｓ−４６ｂｉｓに電力供給するために、３つのインバータアームのみを必要とする。インバータの３つのスイッチングセルのデジタル制御は、回転角度に無関係に一定の力を生成し、一方ある角度位置ではトルクがゼロである、ことを可能にする。従って一定のトルクを確保することは、本発明により提案されるように、角度がずれた２つのベアリングモータ１または１ｂｉｓを組み合わせることによってのみ可能である。
【００４７】
本発明の好ましい実施形態では、アクチュエータは、２つのベアリングモータ１、１ｂｉｓから形成され、それらは６極のモータに対し電気的角度で９０°、または機械的角度で２２．５°角度がずれている。回転角度に無関係に一定のトルクを得られるという利点に加えて、２つの組み合わされたベアリングモータ１、１ｂｉｓは図１を参照して、Ｘ軸まわり回転α、Ｙ軸まわり回転βと呼ばれる追加の２つの回転自由度を制御することができる。
【００４８】
６つの非正弦波電流を制御することにより、本発明のアクチュエータは、モータの位置およびトルクに基づいて、完全に分離された力およびモーメントを生成することができる。
【００４９】
本発明のベアリングモータ１、１ｂｉｓに使用される磁石は、鉄を含有しない。これらは有利に、希土類とも呼ばれるランタニド、例えばコバルトサマリウムのベースを有する。あるいは、磁石は、錯体化学磁石、有機金属磁石、例えばバナジウムジ−テトラシアノエチレンまたは鉄含有量の非常に低いネオジム鉄ホウ素、および／または純粋な有機磁石、例えばＣＨＮＯとすることができる。
【００５０】
アクチュエータを形成するためには鉄以外の元素が好ましい。これらの元素は、複合又ベースはセラミックベースを有してもよい。
【００５１】
図７および図８は、磁気ベアリング１３を示す。第１と第２のベアリングモータ１、１ｂｉｓの間の磁気ベアリングは、図２、３ａ−３ｃに特に示されているように、ハウジング１０の中に配置されてもよい。この磁気ベアリングは受動的でも能動的でもよいことに注意が必要である。
【００５２】
これらの非限定的な２つの図に示されるように、この磁気ベアリング１３は、２つのベアリングモータのロータのベアリングとして機能する一連の３つの同心円リング１３ａおよび、２つのベアリングモータのステータのベアリングとして機能する一連の３つの同心円リング１３ｂを有してもよい。
【００５３】
図９ａ、９ｂ及び９ｃはそれぞれ、２つのベアリングモータのそれぞれに対する、アクチュエータの回転角の関数としてのＸ軸に沿った単位力、Ｙ軸に沿った単位力、及びＺ軸に沿った単位モーメントを示す。点線の曲線はベアリングモータの片方を示し、丸印の曲線は他方のベアリングモータを示す。
【００５４】
図９ｃは、Ｚ軸の単位モーメントが反転することを示す。ベアリングモータのモーメント曲線は、ある角度位置においてゼロの値を有してもよい；従ってそのように一定のモーメントを得ることは、角度的にずれた２つのベアリングモータを組み合わせることによってのみ可能である。
【００５５】
６つの非正弦波電流の制御に起因して、本発明に基づくアクチュエータは、モータの位置およびトルクに基づいて完全に分離された力およびモーメントを生成することができる。
【００５６】
本発明に基づく２つのベアリングモータを備えるアクチュエータは、堅牢で経済的な設計である。少なくとも一つの誘導センサの存在により、アクチュエータの動きをより良く監視し、そしてより良く制御することが可能となり、結果としてアクチュエータに性能および信頼性の利得をもたらす。
【００５７】
２つのベアリングモータを備えるこのようなアクチュエータは摩擦を受けず、磁気ベアリングは非接触で動作し、それによりアクチュエータのエネルギー消費を減少させ、そして寿命を増加させる。接触の欠如は、アクチュエータの作動中にアクチュエータにより発せられるノイズを低減する。このことは、従来技術のアクチュエータに比較して、ベアリングモータを備えるアクチュエータのサイズの減少と高速化を可能にする。
【００５８】
２つの磁気ベアリングモータを備えるアクチュエータでは、コイルの不断の制御に起因してアクチュエータは非常に安全に制御され、ここにその制御は少なくとも一つの誘導センサによって舵取りされる。
【００５９】
１つの内側ステータ及び１つの外側ロータを有するベアリングモータを備えるアクチュエータが示されてきたが、これは逆であってもよい。
【００６０】
本発明は、上記に記載され図示された実施形態に決して限定されるものではなく、上記の実施形態は純粋に事例として提供されたものである。
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ−ｃ】
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【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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