本發(fā)明技術公開一般涉及與電機有關的裝置和方法，以及具體地涉及具有徑向力的主動補償?shù)碾姍C及其方法。

背景技術：

一般，在旋轉電機中，不同的力作用于轉子與定子之間。一些力是由于負載或對旋轉軸施加力所致。此類力通常是機械力。其他力，例如磁力，可能看上去像是不理想的轉子和/或定子配置所導致。此類力通常由不同類型的軸承承載。旋轉電機通常同時具有徑向和軸向軸承，其任一個或二者可以是無接觸類型的。

根據(jù)現(xiàn)有技術的一些旋轉電機利用將控制磁通加入到定子中的正態(tài)偏置定子磁通的原理。存在附加的定子繞組，這使得能夠向定子的不同部分提供不同的磁通。在環(huán)向方向上，不同位置處的定子電流之差意味著沿著氣隙氣隙磁通密度是變化的。變化的氣隙磁通密度導致轉子與定子之間變化的力。

a.laiho等人在ieeetransactionsonmagnetics，第45卷，編號2009年12月12日第5388-5398頁的“attenuationofharmonicrotorvibrationinacagerotorinductionmachinebyaself-bearingforceactuator”公開利用定子控制繞組以便減弱轉子彎曲振動的電機的一個示例。在所公布的國際專利申請wo03/032470a1中，提出一種具有生成側向力的能力的電機。定子電流按不同量值分布在定子繞組的不同部分之間，這導致轉子和定子之間的合力。

在美國專利5,053,662中，公開軸的電磁阻尼。來自位置傳感器的輸入信號指示具有永磁體或開關磁阻轉子的電機，需要電機軸的阻尼。響應于傳感器指示，促使與轉子電磁耦合的定子繞組選擇性地賦能以抑制軸的振動。

此類現(xiàn)有技術解決方案的一個問題是，需要修改電機設計以包含附加的定子控制繞組，這影響整個電機的性能。再者，在大型電機中，控制實現(xiàn)適合的力所需的定子功率較高，這需要復雜且昂貴的功率電子器件。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開的一般目的在于提供補償徑向力的解決方案，其易于作為現(xiàn)有電機的改裝來提供以及易于在新設計中實現(xiàn)且與現(xiàn)有技術中使用的功率電子器件相比，所需的功率電子器件較不復雜。

上文的目的通過根據(jù)獨立權利要求的方法和裝置來實現(xiàn)。從屬權利要求中定義了優(yōu)選實施例。

一般來說，在第一方面中，一種電機包括轉子、定子、轉子供電源、至少一個傳感器和轉子磁化控制配置。所述轉子具有用于控制轉子磁極的磁化的轉子繞組。所述定子在所述轉子周圍提供且布置成用于使所述轉子能相對于所述定子旋轉。所述轉子供電源布置成向所述轉子繞組提供電流。所述傳感器布置成測量與所述定子的部分或機械附接到所述定子的部分與所述轉子的部分或機械附接到所述轉子的部分之間的相對力關聯(lián)的參數(shù)。所述轉子磁化控制配置通信上連接到所述至少一個傳感器，所述至少一個傳感器用于接收表示所測得的參數(shù)的信號。所述轉子磁極分成至少兩組轉子磁極，其中每組轉子磁極具有至少一個磁極。所述轉子磁化控制配置布置成通過從所述轉子供電源向所述至少兩組轉子磁極中每一個的轉子繞組提供相應可個別控制的轉子電流，從而個別地控制所述至少兩組轉子磁極的磁化。所述轉子磁化控制配置布置成根據(jù)表示所述至少一個傳感器的測得的參數(shù)的信號來個別地控制相應的轉子電流。

在第二方面中，考慮一種用于控制電機的方法。相關的電機具有定子以及具有轉子繞組的轉子，所述轉子繞組包括用于控制轉子磁極的磁化的轉子繞組。所述轉子磁極分成至少兩組轉子磁極，其中每組轉子磁極具有至少一個轉子磁極。該方法包括測量與所述定子的部分或機械附接到所述定子的部分與所述轉子的部分或機械附接到所述轉子的部分之間的相對力關聯(lián)的參數(shù)。向所述至少兩組轉子磁極中每一個的所述轉子繞組提供相應可個別控制的轉子電流，以用于控制所述至少兩組轉子磁極與所述定子之間的相應磁力。所述相應轉子電流是根據(jù)所測得的參數(shù)個別地進行控制的。

所提出的技術的一個優(yōu)點在于，通過控制用于激勵所述轉子的電流來控制轉子磁極磁化，能夠以相對較低電流實現(xiàn)力的補償。由此，可以使用與現(xiàn)有技術中相比較不復雜的功率電子器件。在閱讀詳細描述時，將顯見到其他優(yōu)點。

附圖說明

參考下文結合附圖的描述，將最佳地理解本發(fā)明及其其他目的和優(yōu)點，在附圖中：

圖1a是一種電機的示意性剖面圖；

圖1b是圖示圖1a的電機在理想情況中轉子磁極與定子之間的徑向磁力的示意圖；

圖2a是具有多組轉子磁極的電機實施例的示意性剖面圖；

圖2b是圖示圖2a的電機中轉子磁極與定子之間的徑向磁力的示意圖；

圖2c是圖示圖2a的電機中的徑向力補償?shù)氖疽鈭D；

圖3是一種電機實施例的示意性軸向剖面圖；

圖4a是轉子實施例的示意圖；

圖4b是轉子繞組的星型連接的示意圖；

圖4c是轉子繞組的三角型連接的示意圖；

圖4d是轉子的另一個實施例的示意圖；

圖4e是圖示針對圖4d的轉子的轉子磁極與定子之間的磁力的示意圖；

圖4f-4g是轉子的又一個實施例的示意圖；

圖5a-5b是轉子繞組解決方案的實施例的示意圖；

圖6a-6c是具有不同位置的轉子磁化控制配置的電機實施例的示意圖；

圖7是用于控制電機的方法步驟的流程圖；

圖8a-8c是圖示轉子電流的示意圖；以及

圖9a-9c是圖示施加圖8a-8c的相應轉子電流情況下在定子處測得的力的示意圖。

具體實施方式

在所有附圖中，對于相似或對應的元件使用相同的附圖標記。

為了更好地理解所提出的技術，借助于利用電激勵的轉子磁極的典型電機的概述開始會有所幫助。

圖1a圖示利用電磁激勵的轉子磁極24的電機1的剖面圖。電機1包括具有定子繞組12的定子10。轉子20在軸4上提供且繞著旋轉軸a可相對于定子10旋轉。氣隙8存在于轉子20與定子10之間。即使是在間隙實際可能被空氣以外的其他物質填充或可能以真空來提供的情況中，本文仍使用術語“氣隙”。本示例的轉子20具有6個轉子磁極24。通過經(jīng)由纏繞轉子磁極24的轉子繞組22發(fā)送轉子電流將這些磁極磁化。轉子供電源50因此布置成向轉子繞組22提供電流。圍繞轉子磁極24的磁化電流產(chǎn)生通過氣隙8與定子10相互作用的磁場。這種相互作用產(chǎn)生了每個轉子磁極24與定子10之間的力。

圖1b示意性地圖示來自圖1a中所示的電機的定子作用于6個轉子磁極的力。如果假定轉子優(yōu)選地居中于定子內且轉子和定子均具有理想磁極和繞組，則作用于每個轉子磁極上的力具有相同的量值，但是指向間隔60度的6個不同方向。正在此類情況下轉子與定子之間的凈合力將為零，因為這6個力彼此抵消。

但是，在實際情況中，電機在所有細節(jié)上都不是完善的。因此，在典型的情況中，不同的力將不會彼此完善地抵消，而是將產(chǎn)生凈合力。如果凈合力是僅由于電機的旋轉部分處的不完善所致，則凈合力將以與轉子相同的旋轉速度旋轉。如果凈合力是僅由于電機的固定部分處的不完善所致，則凈合力將是固定的。在典型的實踐情況中，凈合力將是旋轉部分與固定部分的組合。再者，還可能存在分量，例如，具有其他時間變化模式的外力，正如下文進一步論述的。

在大多數(shù)應用中，如果使用機械軸承的話，旋轉部分與固定部分之間的凈合力導致軸承處的磨耗增加，并且通常還導致不同頻率和量值的振動。在此類應用中，人們通過嘗試使轉子和定子盡可能地完善來盡力地將凈合力減到最小。

定子與轉子之間的徑向力還可能由于連接到與轉子相同的軸的其他部分，例如渦輪或任何被驅動的部分所致。

在某些應用中，所考量的可能是故意地讓凈合力不等于零。此類應用的示例可以為如下情況時，在使具有豎直軸的電機運行時，以及尤其是在啟動和停止期間，因為在啟動和停止期間，沒有磁化，軸承通常為空載且軸在機械公差內自由移動。在此類應用中，因此盡力使轉子與定子之間的凈合力盡可能地接近于預定非零值的力。

有多種不同的方法補償定子與轉子之間的非期望的力。在背景技術部分中提到的參考文獻中，使用不同技術來實現(xiàn)非對稱定子磁場，以及以此方式實現(xiàn)轉子與定子之間的非零凈磁力。此類方法可能有效，但是通常需要大量重復設計和/或需要復雜且相對較高功率電子器件。

根據(jù)本發(fā)明提出的技術，替代地針對旋轉部分進行控制。

圖2a在電機1的實施例的剖面圖中圖示示意性附圖。電機1具有轉子20，其由此包括用于控制轉子磁極24的磁化的轉子繞組22a、22b和22c。電機1還具有定子10，定子10圍繞轉子20提供且布置成用于使轉子20能夠繞著軸a相對于定子10旋轉。在此實施例中，轉子磁極24分成三組23a、23b、23c的轉子磁極24，每組23a、23b、23c的轉子磁極具有至少一個轉子磁極24。轉子供電源50布置成經(jīng)由轉子磁化控制配置60對轉子繞組22a、22b和22c提供電流。該轉子磁化控制配置布置成用于個別地控制這些三組轉子磁極的磁化。這通過從轉子供電源50向三組23a、23b、23c的轉子磁極24的每一組的轉子繞組22提供相應可個別控制的轉子電流實現(xiàn)。

通過轉子繞組22a的轉子電流控制組23a的轉子磁極的磁化。組23a的這些轉子磁極形成相對于定子10的磁力。來自組23a的轉子磁極的凈力圖示為組力6a。通過轉子繞組22b的轉子電流控制組23b的轉子磁極的磁化。組23b的這些轉子磁極形成相對于定子10的磁力。來自組23b的轉子磁極的凈力圖示為組力6b。通過轉子繞組22c的轉子電流控制組23c的轉子磁極的磁化。組23c的這些轉子磁極形成相對于定子10的磁力。磁極被纏繞以形成環(huán)向上具有交替北極和南極的磁場。來自組23c的轉子磁極的凈力圖示為組力6c。因為組23a、23b和23c分組且每組內沒有相對于軸a的任何旋轉對稱性，所以組力6a、6b、6c變?yōu)榉橇阒怠５?，在此實施例中，不同組之間存在相對于軸a的旋轉對稱性。換言之，組23a與組23b相似，繞著軸a旋轉120°，以及組23a與組23c相似，繞著軸a旋轉240°。

圖2b中示意圖圖示三個組力6a、6b和6c。通過向不同組發(fā)送不同的電流，可以將這些組力控制為不同的。磁合力7由此變?yōu)榕c零不同。

如果與通過上文描述的轉子磁極磁化的相互作用不同的相互作用導致的轉子20和定子10之間的力是已知的，則可以將磁合力7用于控制目的。在圖2c中示意性地圖示這一點。3表示所述其他相互作用導致的力。預定的目標力5是控制的目的?？梢詫⒋藕狭?控制為提供應盡可能接近于目標力的凈合力9。在典型的情況中，目標力5等于0，但是正如上文進一步提到的，存在要求非零值預定目標力5的應用。在具有偏心轉子的電機中，磁力恒定地作用于轉子上，并且可以將目標力設計成抵消此類力。相似地，如果轉子場繞組承受匝間短路，則能夠補償因此導致的力。

為了補償作用于轉子的其他力，此類力必須是已知的。為此，提供至少一個傳感器70，再次參考圖2a。此傳感器70布置成測量與定子10和轉子20之間的相對力關聯(lián)的參數(shù)。因為機械附接到轉子或定子的多個部分分別地承受與轉子和定子之間的相對力成比例的力狀況，所以此類部分也可以用于傳感器。換言之，傳感器70布置在一方面，定子的部分或機械附接到定子的部分與另一方面，轉子的部分或機械附接到轉子的部分之間。如圖虛線71所示，轉子磁化控制配置60在通信上連接到一個或多個傳感器70，以用于接收表示測得的參數(shù)的信號。轉子磁化控制配置60布置成根據(jù)表示一個或多個傳感器70的測得的參數(shù)的信號來個別地控制相應的轉子電流。下文將更詳細地論述這些傳感器。

在一般情況中，轉子磁化的個別控制可以控制為達到例如某些范圍、振幅、頻率等內的可接受凈合力。在優(yōu)選實施例中，轉子磁化控制配置60可以具有針對目標的控制功能性。因為轉子磁極的磁化導致轉子磁極與定子之間的相應磁力，且所述相應磁力有助于所述定子的部分或機械附接到所述定子的部分與所述轉子的部分或機械附接到所述轉子的部分之間的凈合力，所以能夠找到大于或等于0的預定目標力。轉子磁化控制配置60由此布置成用于將凈合力引導向預定目標。

在一個實施例中，預定目標力為0。在此類情況中，該轉子磁化控制配置布置成提供相應轉子電流以便在轉子磁極與定子之間提供使凈合力減到最小的磁力。

因為電機同時包括固定部分和旋轉部分，所以能夠在旋轉參照系或固定參照系中執(zhí)行測量和/或控制。在本發(fā)明技術中，在使用轉子磁極的磁化控制的情況中，可以將控制操作視為在旋轉參照系中執(zhí)行。這獨立于控制系統(tǒng)的實際物理位置。如果在旋轉參照系中提供例如與轉子連接安裝的一個或多個傳感器，則測量在與控制相同的參照系中執(zhí)行。轉子中的不完善可能呈現(xiàn)為恒定的力，而定子中的不完善將呈現(xiàn)為其周期基本為旋轉速度的倒數(shù)或等于旋轉速度的倒數(shù)的倍數(shù)或分數(shù)的力。可以通過向轉子繞組提供適合的電流來補償此類力。如果將dc電流或時間常量大于轉子的公轉時間的隨時間變化的電流用作相應轉子電流，則能夠補償轉子處的不完善和緩慢變化的外力。如果時間常量等于或小于轉子的公轉時間的時間變化的電流用作相應轉子電流，則還能夠補償定子處的不完善和快速變化的外力。

因為定子中的不完善導致以與旋轉相同的頻率變化的力，所以獲知旋轉速度也是有益的。

再者，如果傳感器利用固定參照系中的參照點至少部分地測量數(shù)值，則此類測量在執(zhí)行控制的旋轉參照系中將是隨時間變化的。再者，參照系之間的相位也將是重要的。因此，在優(yōu)選實施例中，該電極還包括轉子角位置指示器80。轉子角位置指示器80，如虛線81所指示的，在通信上連接到轉子電流控制配置60。轉子角位置指示器80布置成用于確定轉子20相對于定子10的當前角位置。轉子磁化控制配置60由此還布置成用于從轉子角位置指示器80接收表示當前角位置的信號。轉子磁化控制配置60還布置成用于進一步根據(jù)表示當前角位置的信號個別地控制相應轉子電流。

另一種可能是同時測量轉子中和定子中的力。以此方式，無需獲知旋轉速度也無需知道轉子的位置。

圖3在軸向剖面圖中示意性地圖示電機的實施例。軸4連接到外部旋轉構件30。如果電機1是發(fā)電機，則外部旋轉構件30可以是渦輪。如果電機1是電動機，則外部旋轉構件30可以是被驅動的構件，如輪胎或螺旋槳。用于實現(xiàn)有關作用于電機的力及具體為定子和轉子之間的相對力的信息的傳感器可以是非常不同的類型的，并且可以位于非常不同的位置處。優(yōu)選地，還出于冗余的目的，使用多于一個傳感器。

要使用的一種可能的傳感器是應變儀。這種應變儀可以附接到可能承受因施加的力所致的任何變形的定子和/或轉子的任何部分。在圖3中，傳感器70a是安裝在轉子主體處的應變儀。傳感器70b是安裝在剛性機械附接到轉子20的軸處的應變儀。這些部分的任何變形將產(chǎn)生可測量的應變?？梢酝ㄟ^考慮轉子的機械設計，將此類應變與轉子20與定子10之間的某種力關聯(lián)。優(yōu)選地，可以將該力估算為量值和方向。通常，可以使用多于一個傳感器，例如用于檢測不同方向上的應變，然后可以統(tǒng)一地執(zhí)行與某種力的關聯(lián)以便實現(xiàn)多于一種傳感器測量。

傳感器70c圖示此處安裝在轉子表面處的磁通量傳感器。該磁通量傳感器測量轉子20與定子10之間的氣隙8中的磁通量。基于轉子和定子的磁設計，能夠將磁通量與某種力關聯(lián)。優(yōu)選地，使用多個磁通量傳感器來拾取圍繞轉子10的不同方向上的力。

傳感器70d是例如壓電型的振動儀。振動傳感器的使用某種程度類似于應變儀，并且通過設計考慮，可以將來自振動傳感器的測量與作用于定子10與轉子20之間的不同力關聯(lián)。

傳感器70e是靠近定子10安裝的應變儀，在此情況中，為安裝在承載徑向軸承16的軸承座18上的應變儀。該操作類似于轉子安裝的傳感器，所例外的是傳感器70e被置于固定參照系中，而傳感器70a和70b在旋轉參照系中提供。傳感器70f是磁通量傳感器，此處安裝在定子表面，也測量氣隙8中的磁通量。傳感器70g是安裝在構件11處剛性地附接在定子10處的振動儀。定子10的振動傳遞到構件11，并且因此仍可以將測得的振動關聯(lián)回作用于轉子20和定子10之間的力。

傳感器70h是相對位置檢測器。在此實施例中，該傳感器安裝在定子10處并測量至轉子軸4的距離?？梢詫⒋司嚯x上的變化與轉子與定子之間的力關聯(lián)。該關聯(lián)可能難以理論方式獲取，并且可能需要執(zhí)行校準測量以便提供該關聯(lián)。備選地，可以使用來自其他傳感器的附加測量來實現(xiàn)合理地確定作用于轉子和定子之間的力。

傳感器80a是轉子角位置指示器。在此實施例中，通過檢測轉子軸4上出現(xiàn)標記81，轉子角位置指示器可以計算旋轉速度以及瞬時角位置。轉子角位置指示器的其他實施例可以基于磁場測量或轉子電壓零交叉。再有，正如早前提到的，還可以由同時作用于轉子和定子的力的測量推導角位置和旋轉速度。以機械、電以及磁方式測量轉子角位置的許多其他可能對于本領域技術人員是公知的。獲取角位置的細節(jié)本身對于本發(fā)明原理提供預想的技術效果并非至關重要的，只要提供角位置即可。

傳感器70a-h和80a測量一些參數(shù)，例如，應變、磁通量、振動特征或距離?？梢酝ㄟ^不同類型的信號傳輸對此類參數(shù)編碼并傳送到轉子磁化控制配置。該信號可以是例如經(jīng)由有線通信連接的電信號、通過任何無線通信方法傳輸?shù)碾姶判盘?、?jīng)由光纖的光信號等。

不同類型的傳感器的詳細功能為相應領域的技術人員所公知。因為此類詳情對于達到技術效果不是至關重要的，所以將不對它們進行進一步論述。這對于具有這些參數(shù)的編碼表示的信號進行通信也是成立的。此類方法和裝置對于測量技術領域中的技術人員是公知的。

轉子磁極的分組可以采用多種不同的方式來執(zhí)行。根據(jù)實際分組設計，需要相應地修改磁化控制策略。下文圖示幾個非限制性示例，僅是為了強調非常不同的組設計的可能性。

在圖4a中，示出具有6個轉子磁極24a-f的電機的轉子20的實施例的示意圖圖示。圍繞轉子磁極24d-f纏繞第一轉子繞組。對此轉子繞組提供恒定電流，從而提供轉子磁極24d-f的恒定磁化。因此，轉子磁極24d-f有關徑向力控制是無源的。轉子磁極24a-c由三個單獨的繞組來磁化，其中提供可個別控制的電流。由此，它們構成三組23a-c，對應于每個24a-c，一個轉子磁極。

在圖4a圖示的基本實施例中，對于每個組使用兩個單獨的電連接，向所有組23a-c的轉子磁極提供電流。但是，通過將不同繞組以星型配置連接來減少電連接的數(shù)量也是可能的，如圖4b所指示的。換言之，轉子磁極分成三組轉子磁極以及相應轉子電流被提供到與星型連接中的三組轉子磁極對應的轉子繞組。公共點可以接地。但是，此類電連接將對能夠對不同組中使用什么電流設置額外約束，因為每個瞬時的電流需要相加為0。還可以使用三角型配置，如圖4c所指示的。換言之，轉子磁極分成三組轉子磁極以及相應轉子電流被提供到與沒有公共點的三角電路中的三組轉子磁極對應的轉子繞組。在此情況中，通過多個組提供的電壓的瞬時總和必須為0。

在圖4d中，其中示出具有4個轉子磁極24g-j的電機的轉子20的實施例。通過公共繞組提供恒定電流，利用基本磁化將所有4個轉子磁極磁化。在理想情況下，這將不導致任何徑向力，但是，在實際中，將存在因電機中的不完善所致的不可控制的徑向力。此外，一個附加轉子繞組被提供到轉子磁極24g和24i。在此轉子繞組中，提供可控制電流。轉子磁極24g和24i因此構成第一組23a的轉子磁繞組。轉子磁極24g處的附加轉子繞組按與公共轉子繞組相同的方向纏繞，轉子磁極24g的磁化變?yōu)榈扔诠厕D子電流與附加轉子電流產(chǎn)生的磁化之和。但是，轉子磁極24i處的附加轉子繞組按與公共轉子繞組相反的方向纏繞，轉子磁極24i的磁化由此變?yōu)榈扔诠厕D子電流與附加轉子電流產(chǎn)生的磁化之差。附加轉子繞組中增大的電流因此將增大轉子磁極24g的磁化，但是按相同量減少轉子磁極24i的磁化。向轉子磁極24h與24j提供相似的附加轉子繞組。在此轉子繞組中，提供另一個可控制電流。轉子磁極24h和24j因此構成第二組23b的轉子磁繞組。在圖4e中，其中示意性地圖示這些力。箭頭6’表示僅隨公共轉子繞組存在的磁力，而箭頭6”表示將個別附加電流提供到組23a和23b時的磁力的示例。由此形成凈合力7。

在圖4f中，其中示出具有8個轉子磁極24k-r的電機的轉子20的實施例。提供轉子繞組以便以恒定磁化電流，偏置轉子電流磁化所有轉子磁極24k-24r。附加地將用于可個別控制的轉子電流的單獨轉子繞組提供到轉子磁極24k和24l，從而形成第一組23a。還附加地將用于可個別控制的轉子電流的另一個單獨轉子繞組提供到轉子磁極24m和24n，從而形成第二組23b。轉子磁極24o-r因此在其磁化是恒定的且無法用于以有源方式補償其他力的意義上而言是“無源的”。但是，連同能夠具有可控制磁化的轉子磁極的組23a和23b，可以獲得變化的凈合力。

在備選實施例中，此偏置磁化可以通過永磁體提供?？梢允褂每煽刂频霓D子電流的繞組形成疊加在永磁體的效應上的附加磁化。換言之，該轉子磁化控制配置布置成用于控制轉子電流，從而提供疊加在基本永磁體磁化上的附加個別轉子磁化。

在圖4g中，其中示出具有12個轉子磁極24的電機的轉子20的實施例。將可個別控制的轉子電流的4個單獨轉子繞組提供到轉子磁極24，從而形成4組23a-d。此實施例圖示生成不指向相同方向的至少兩個向量的繞組的任何分組能夠生成任何給定方向上作用于轉子的凈力，即使這些向量不是正交的。

本領域中技術人員現(xiàn)在認識到，實際設計在許多配置中可能有所不同，具有不同數(shù)量的組，但是至少兩個，其中每個組能夠具有一個或多個轉子磁極。在一些實施例中，這些轉子磁極分成多于兩個組。還可以存在不包含在這些組中任一組中的轉子磁極。

圖5a圖示具有6個轉子磁極24和3個可個別控制的組23a-c的轉子磁極的電機的轉子20的實施例。在此實施例中，每個組具有提供偏置磁化以及偏置磁化上的可控制磁化的一個轉子繞組22a-c。換言之，此類實施例的轉子磁化控制配置布置成用于控制疊加在基本磁化電流上的轉子電流，該基本磁化電流對于所有轉子繞組是公共的?；敬呕娏骰蚱秒娏饕彩恰翱煽刂频摹薄Ｔ诎l(fā)電機的情況中，它負責電壓調整。在此電流與在頂上的電流變化時獲得的力之間也存在耦合。這種設計具有每個轉子磁極只需一個轉子繞組的優(yōu)點，這使得改裝容易。

圖5b圖示具有6個轉子磁極24和3個可個別控制的組23a-c的轉子磁極的電機的轉子20的另一個實施例。一個轉子繞組22d此處對于所有轉子磁極是公共的，其提供偏置磁化。在此之上，對每個組的轉子磁極提供附加個別轉子繞組22a-c。這些繞組提供用于修改磁化以形成期望的必要徑向力的轉子電流。換言之，除了個別組轉子繞組外，轉子繞組還包括對于所有轉子磁極為公共的公共轉子繞組。該轉子供電源由此布置成通過基本磁化電流供給公共轉子繞組。此類設計的優(yōu)點在于，與提供到每個轉子磁極的總電流相比，受控的電流具有相對較低量值。此類系統(tǒng)的可靠性也高。

該轉子磁化控制配置的定位可以采用不同方式來進行。在圖6a中，其中圖示電機1的實施例的示意側視剖面圖。轉子磁化控制配置60此處在電機1的固定部分處提供。轉子供電源50也在固定側提供。需要將個別控制的轉子電流單獨地轉移到旋轉部分。因此，在此實施例中，電機1還包括至少三個電刷19和至少三個滑環(huán)29，其將轉子繞組連接到轉子電流控制配置60以用于提供相應轉子電流。電刷和滑環(huán)的數(shù)量取決于轉子繞組連接設計。例如，在圖6a中，有4對電刷和滑環(huán)。

圖6b圖示電機1的另一個備選實施例的示意性側視剖面圖。在此實施例中，提供轉子磁化控制配置60機械附接到所述轉子。在又一個備選實施例中，轉子磁化控制配置60可以包括在轉子處提供的一部分和位于固定側的一部分。在此實施例中，在電機1的固定部分處仍提供轉子磁化控制配置50。在轉子磁化控制配置60中提供個別控制的轉子電流，但是從轉子供電源50向轉子磁化控制配置60提供電能需要從電機1的固定部分傳遞到轉子20。因此，在此實施例中，轉子磁化控制配置60通過至少兩個電刷19和至少兩個滑環(huán)29連接到轉子供電源50。

圖6c圖示電機1的又一個備選實施例的示意性側視剖面圖。在此實施例中，轉子磁化控制配置60還機械附接到轉子20來至少部分地提供。但是，在此實施例中，轉子供電源50包括與轉子20一起旋轉的激勵系統(tǒng)52。以此方式，直接在轉子上本地產(chǎn)生要提供到多個組的轉子磁極的電能，以及由此任何電轉移系統(tǒng)變?yōu)椴槐匾摹?/p>

圖7是用于控制電機的方法實施例的步驟的流程圖。該電機具有定子以及包括轉子繞組的轉子，所述轉子繞組包括用于控制轉子磁極的磁化的轉子繞組。所述轉子磁極分成至少兩組轉子磁極，其中每組轉子磁極具有至少一個轉子磁極。該過程開始于步驟200。在步驟210中，測量與定子的部分或機械附接到定子的部分與轉子的部分或機械附接到轉子的部分之間的相對力關聯(lián)的參數(shù)。在步驟212中，向述至少兩組轉子磁極中每一個的所述轉子繞組提供相應可個別控制的轉子電流，以用于控制所述至少兩組轉子磁極與所述定子之間的相應磁力。在步驟214中，所述相應轉子電流是根據(jù)所測得的參數(shù)個別地進行控制的。所述至少兩組轉子磁極與所述定子之間的相應磁力有助于所述定子的部分或機械附接到所述定子的部分與所述轉子的部分或機械附接到所述轉子的部分之間的凈合力。在特定實施例中，控制步驟214包括根據(jù)測得的參數(shù)個別地控制相應轉子電流以便將凈合力引導向大于或等于0的預定目標力。該過程結束于步驟299。

在一個實施方案中，控制的步驟包括控制相應轉子電流以較之無相應轉子電流的情況下的凈合力減小凈合力。

在又一個實施例中，所述控制步驟包括控制所述相應轉子電流以將凈合力的時間平均值減到最小。凈合力的時間平均值對應于所述轉子或跟隨轉子旋轉運動的任何部分中的不完善導致的未補償?shù)牧Α?/p>

在再一個實施例中，所述控制步驟包括控制所述相應轉子電流以將所述凈合力的瞬時值減到最小。所述凈合力的瞬時值對應于所述定子中或所述轉子的任何外部分中的不完善導致的未補償?shù)牧Α?/p>

正如先前提到的，通過控制轉子磁極磁化進行力補償?shù)囊粋€優(yōu)點在于，需要使用相對較低電流。由此，這表示可以使用并不復雜且不昂貴的功率電子器件。與需要在定子側提供來實現(xiàn)對應效果的電流相比，這些電流通常較小。

所描述的技術涉及一種用于電機中的力補償?shù)牟贾煤头椒?。在現(xiàn)有技術中，該轉子磁化設備向轉子提供電流以便為此提供轉子的主磁化以用作電機。如果氣隙磁通密度是非對稱的，則非期望的效應可能是大的力。在一個實施例中，所描述的技術可以同時提供主磁化(偏置)電流和附加磁化電流以獲得施加于轉子/定子配置的特定力。所描述的技術由此使得該電機能夠如常地工作且增加了控制功能。

本文提出的技術的原理在具有三組轉子磁極的電機上進行測試。使用了位于定子側的應變儀來測量應變，這些應變已與轉子與定子之間的力關聯(lián)。在圖8a中，圖示三組中施加的轉子電流，其對應于完全不執(zhí)行磁化控制的情況，非設置前置電平以獲得期望的電機性能。所有三個轉子電流301-303因此等于公共偏置電流，并且轉子與定子之間的總磁力在理想情況下為0。在實際中，存在由于它們的不完善和安裝的不完善所致的轉子和定子之間的合力。曲線304還圖示轉子與定子之間的相對角度。在圖9a中示出此類情況的轉子與定子之間的力分布的示意性圖示。此處可以見到力基本根據(jù)轉子的旋轉速度以及因此根據(jù)相對角位置隨時間而變化。但是，平均力也是非零的，這意味著定子側存在不完善和/或存在外力。

在圖8b中，可以對三組轉子磁極個別地調整了轉子電流301-303的dc電平。這將補償電機的旋轉部分中的不完善。圖9b中見到其結果，其中凈合力不再有根據(jù)公轉時間的顯著的時間相關性。但是，平均力仍是非零的。三組磁極全部具有偏置電流以提供電機的主磁化。

在圖8c中，還應用了轉子電流301-303的隨時間變化的控制。隨時間變化的分量將補償電機的固定側的不完善。在圖9c中圖示其結果，其中可以見到凈合力在所有瞬時接近于0。

使用標準可控制功率電子器件來實現(xiàn)轉子電流的控制。優(yōu)選的詳細實現(xiàn)方式取決于轉子繞組的實際設計、連接、所選轉子磁極的分組和傳感器的性質。但是，因此，在現(xiàn)有技術中有大量策略可供使用，并且可控制功率電子器件領域中的技術人員能夠找到適合的設置。

上文描述的實施例應理解為本發(fā)明的若干說明性示例。本領域技術人員將理解，在不背離本發(fā)明范圍的前提下可以對這些實施例進行許多修改、組合和更改。具體來說，在有技術上可能的情況下，可以將不同實施例中的不同部分解決方案組合在其他配置中。但是，本發(fā)明的范圍由所附權利要求定義。

權利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種電機(1)，其包括：

轉子(20)，所述轉子(20)具有用于控制轉子磁極(24)的磁化的轉子繞組(22)；

定子(10)，所述定子(10)圍繞所述轉子(20)來提供且布置成用于使得所述轉子(20)能夠相對于所述定子(10)旋轉；以及

轉子供電源(50)，所述轉子供電源(50)布置成向所述轉子繞組(22)提供電流，

其特征在于，

至少一個傳感器(70)，所述至少一個傳感器(70)布置成測量與所述定子(10)的部分或機械附接到所述定子(10)的部分和所述轉子(20)的部分或機械附接到所述轉子(20)的部分之間的相對力關聯(lián)的參數(shù)；以及

轉子磁化控制配置(60)，所述轉子磁化控制配置(60)通信上連接到所述至少一個傳感器(70)，用于接收表示所述測得的參數(shù)的信號；

所述轉子磁極(24)分成至少兩組(23)轉子磁極，其中每組(23)轉子磁極具有至少一個轉子磁極(24)；

所述轉子磁化控制配置(60)布置成通過從所述轉子供電源(50)向所述至少兩組(23)轉子磁極中每一個的所述轉子繞組(22)提供相應可個別控制的轉子電流，從而個別地控制所述至少兩組(23)轉子磁極的所述磁化；

所述轉子磁化控制配置(60)布置成根據(jù)表示所述至少一個傳感器(70)的所述測得的參數(shù)的所述信號來個別地控制所述相應轉子電流。

2.如權利要求1所述的電機，其特征在于，所述轉子磁極(24)的所述磁化導致所述轉子磁極(24)與所述定子(10)之間的相應磁力，有助于所述定子(10)的所述部分或機械附接到所述定子(10)的所述部分與所述轉子(20)的所述部分或機械附接到所述轉子(20)的所述部分之間的凈合力，其中所述轉子磁化控制配置(60)布置成用于將所述凈合力引導向大于或等于0的預定目標力。

3.如權利要求1或2所述的電機，其特征在于，通信上連接到所述轉子磁化控制配置(60)的轉子角位置指示器(80)，所述轉子角位置指示器(80)布置成用于確定所述轉子(20)相對于所述定子(10)的當前角位置，從而所述轉子磁化控制配置(60)還布置成用于從所述轉子角位置指示器(80)接收表示所述當前角位置的信號，以及用于進一步根據(jù)表示所述當前角位置的所述信號，個別地控制所述相應轉子電流。

4.如權利要求1至3中任一項所述的電機，其特征在于，所述轉子磁化控制配置(60)在所述電機(1)的固定部分處提供，并且通過進一步包括至少三個電刷(19)和至少三個滑環(huán)(29)，將所述轉子繞組(22)連接到所述轉子磁化控制配置(60)以用于提供所述相應轉子電流。

5.如權利要求1至3中任一項所述的電機，其特征在于，所述轉子磁化控制配置(60)以機械附接到所述轉子(20)的方式來至少部分地提供。

6.如權利要求5所述的電機，其特征在于，

所述轉子供電源(50)在所述電機(1)的固定部分處提供；

所述轉子磁化控制配置(60)通過至少兩個電刷(19)和至少兩個滑環(huán)(20)連接到所述轉子供電源(50)。

7.如權利要求5所述的電機，其特征在于，

所述轉子供電源(50)包括與所述轉子(20)一起旋轉的激勵系統(tǒng)(52)。

8.如權利要求1至7中任一項所述的電機，其特征在于，所述轉子磁化控制配置(60)布置成提供所述相應轉子電流以便在所述轉子磁極(24)與所述定子(10)之間提供使合力減到最小的磁力。

9.如權利要求1至8中任一項所述的電機，其特征在于，所述相應轉子電流是dc電流或具有大于所述轉子(20)的公轉時間的時間常量的隨時間變化的電流。

10.如權利要求1至8中任一項所述的電機，其特征在于，所述相應轉子電流是具有小于所述轉子(20)的公轉時間的時間常量的隨時間變化的電流。

11.如權利要求1至10中任一項所述的電機，其特征在于，所述轉子繞組(22)還包括對于所有轉子磁極(24)是公共的公共轉子繞組(22d)，其中所述轉子供電源(50)還布置成通過基本磁化電流供給所述公共轉子繞組(22d)。

12.如權利要求1至10中任一項所述的電機，其特征在于，所述轉子磁化控制配置(60)布置成用于控制疊加在基本磁化電流上的所述轉子電流，所述基本磁化電流對于所有轉子繞組(22)是公共的。

13.如權利要求1至10中任一項所述的電機，其特征在于，所述轉子磁化控制配置(60)布置成用于控制所述轉子電流，從而提供疊加在基本永磁體磁化上的附加個別轉子磁化。

14.如權利要求1至13中任一項所述的電機，其特征在于，所述至少一個傳感器(70)選自：

應變儀；

振動儀；以及

磁通量傳感器。

15.如權利要求1至13中任一項所述的電機，其特征在于，所述至少一個傳感器(70)是相對位置檢測器。

16.如權利要求1至15中任一項所述的電機，其特征在于，所述轉子磁極(24)分成三組(23)轉子磁極，從而向與星型電路中的所述三組(23)轉子磁極對應的轉子繞組(22)提供所述相應轉子電流。

17.如權利要求1至15中任一項所述的電機，其特征在于，所述轉子磁極(24)分成三組(23)轉子磁極，從而向與沒有公共地線的三角型電路中的所述三組(23)轉子磁極對應的轉子繞組(22)提供所述相應轉子電流。

18.如權利要求1至15中任一項所述的電機，其特征在于，所述轉子磁極(24)分成多于兩個組(23)。

19.一種用于控制電機的方法，所述電機具有包括轉子繞組的轉子和定子，所述轉子繞組包括用于控制轉子磁極的磁化的轉子繞組，所述轉子磁極分成至少兩組轉子磁極，每組轉子磁極具有至少一個轉子磁極，所述方法包括如下步驟：

-測量(210)與所述定子的部分或機械附接到所述定子的部分和所述轉子的部分或機械附接到所述轉子的部分之間的相對力關聯(lián)的參數(shù)；

-向所述至少兩組轉子磁極中每一個的所述轉子繞組提供(212)相應可個別控制的轉子電流，以用于控制所述至少兩組轉子磁極與所述定子之間的相應磁力；以及

-根據(jù)所述測得的參數(shù)個別地控制(214)所述相應轉子電流。

20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述至少兩組轉子磁極與所述定子之間的所述相應磁力有助于所述定子的所述部分或機械附接到所述定子的所述部分與所述轉子的所述部分或機械附接到所述轉子的所述部分之間的凈合力，其中所述控制步驟(214)包括根據(jù)所述測得的參數(shù)個別地控制所述相應轉子電流以便將所述凈合力引導向大于或等于0的預定目標力。

21.如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述控制步驟(214)包括控制所述相應轉子電流以較之無所述相應轉子電流的情況下的凈合力減小所述凈合力。

22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述控制步驟(214)包括控制所述相應轉子電流以將所述凈合力的時間平均值減到最小。

23.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述控制步驟(214)包括控制所述相應轉子電流以將所述凈合力的瞬時值減到最小。