用于电机中进行力补偿的配置和方法与流程

本发明技术公开一般涉及与电机有关的装置和方法，以及具体地涉及具有径向力的主动补偿的电机及其方法。

背景技术：

一般，在旋转电机中，不同的力作用于转子与定子之间。一些力是由于负载或对旋转轴施加力所致。此类力通常是机械力。其他力，例如磁力，可能看上去像是不理想的转子和/或定子配置所导致。此类力通常由不同类型的轴承承载。旋转电机通常同时具有径向和轴向轴承，其任一个或二者可以是无接触类型的。

根据现有技术的一些旋转电机利用将控制磁通加入到定子中的正态偏置定子磁通的原理。存在附加的定子绕组，这使得能够向定子的不同部分提供不同的磁通。在环向方向上，不同位置处的定子电流之差意味着沿着气隙气隙磁通密度是变化的。变化的气隙磁通密度导致转子与定子之间变化的力。

a.laiho等人在ieeetransactionsonmagnetics，第45卷，编号2009年12月12日第5388-5398页的“attenuationofharmonicrotorvibrationinacagerotorinductionmachinebyaself-bearingforceactuator”公开利用定子控制绕组以便减弱转子弯曲振动的电机的一个示例。在所公布的国际专利申请wo03/032470a1中，提出一种具有生成侧向力的能力的电机。定子电流按不同量值分布在定子绕组的不同部分之间，这导致转子和定子之间的合力。

在美国专利5,053,662中，公开轴的电磁阻尼。来自位置传感器的输入信号指示具有永磁体或开关磁阻转子的电机，需要电机轴的阻尼。响应于传感器指示，促使与转子电磁耦合的定子绕组选择性地赋能以抑制轴的振动。

此类现有技术解决方案的一个问题是，需要修改电机设计以包含附加的定子控制绕组，这影响整个电机的性能。再者，在大型电机中，控制实现适合的力所需的定子功率较高，这需要复杂且昂贵的功率电子器件。

技术实现要素：

本发明公开的一般目的在于提供补偿径向力的解决方案，其易于作为现有电机的改装来提供以及易于在新设计中实现且与现有技术中使用的功率电子器件相比，所需的功率电子器件较不复杂。

上文的目的通过根据独立权利要求的方法和装置来实现。从属权利要求中定义了优选实施例。

一般来说，在第一方面中，一种电机包括转子、定子、转子供电源、至少一个传感器和转子磁化控制配置。所述转子具有用于控制转子磁极的磁化的转子绕组。所述定子在所述转子周围提供且布置成用于使所述转子能相对于所述定子旋转。所述转子供电源布置成向所述转子绕组提供电流。所述传感器布置成测量与所述定子的部分或机械附接到所述定子的部分与所述转子的部分或机械附接到所述转子的部分之间的相对力关联的参数。所述转子磁化控制配置通信上连接到所述至少一个传感器，所述至少一个传感器用于接收表示所测得的参数的信号。所述转子磁极分成至少两组转子磁极，其中每组转子磁极具有至少一个磁极。所述转子磁化控制配置布置成通过从所述转子供电源向所述至少两组转子磁极中每一个的转子绕组提供相应可个别控制的转子电流，从而个别地控制所述至少两组转子磁极的磁化。所述转子磁化控制配置布置成根据表示所述至少一个传感器的测得的参数的信号来个别地控制相应的转子电流。

在第二方面中，考虑一种用于控制电机的方法。相关的电机具有定子以及具有转子绕组的转子，所述转子绕组包括用于控制转子磁极的磁化的转子绕组。所述转子磁极分成至少两组转子磁极，其中每组转子磁极具有至少一个转子磁极。该方法包括测量与所述定子的部分或机械附接到所述定子的部分与所述转子的部分或机械附接到所述转子的部分之间的相对力关联的参数。向所述至少两组转子磁极中每一个的所述转子绕组提供相应可个别控制的转子电流，以用于控制所述至少两组转子磁极与所述定子之间的相应磁力。所述相应转子电流是根据所测得的参数个别地进行控制的。

所提出的技术的一个优点在于，通过控制用于激励所述转子的电流来控制转子磁极磁化，能够以相对较低电流实现力的补偿。由此，可以使用与现有技术中相比较不复杂的功率电子器件。在阅读详细描述时，将显见到其他优点。

附图说明

参考下文结合附图的描述，将最佳地理解本发明及其其他目的和优点，在附图中：

图1a是一种电机的示意性剖面图；

图1b是图示图1a的电机在理想情况中转子磁极与定子之间的径向磁力的示意图；

图2a是具有多组转子磁极的电机实施例的示意性剖面图；

图2b是图示图2a的电机中转子磁极与定子之间的径向磁力的示意图；

图2c是图示图2a的电机中的径向力补偿的示意图；

图3是一种电机实施例的示意性轴向剖面图；

图4a是转子实施例的示意图；

图4b是转子绕组的星型连接的示意图；

图4c是转子绕组的三角型连接的示意图；

图4d是转子的另一个实施例的示意图；

图4e是图示针对图4d的转子的转子磁极与定子之间的磁力的示意图；

图4f-4g是转子的又一个实施例的示意图；

图5a-5b是转子绕组解决方案的实施例的示意图；

图6a-6c是具有不同位置的转子磁化控制配置的电机实施例的示意图；

图7是用于控制电机的方法步骤的流程图；

图8a-8c是图示转子电流的示意图；以及

图9a-9c是图示施加图8a-8c的相应转子电流情况下在定子处测得的力的示意图。

具体实施方式

在所有附图中，对于相似或对应的元件使用相同的附图标记。

为了更好地理解所提出的技术，借助于利用电激励的转子磁极的典型电机的概述开始会有所帮助。

图1a图示利用电磁激励的转子磁极24的电机1的剖面图。电机1包括具有定子绕组12的定子10。转子20在轴4上提供且绕着旋转轴a可相对于定子10旋转。气隙8存在于转子20与定子10之间。即使是在间隙实际可能被空气以外的其他物质填充或可能以真空来提供的情况中，本文仍使用术语“气隙”。本示例的转子20具有6个转子磁极24。通过经由缠绕转子磁极24的转子绕组22发送转子电流将这些磁极磁化。转子供电源50因此布置成向转子绕组22提供电流。围绕转子磁极24的磁化电流产生通过气隙8与定子10相互作用的磁场。这种相互作用产生了每个转子磁极24与定子10之间的力。

图1b示意性地图示来自图1a中所示的电机的定子作用于6个转子磁极的力。如果假定转子优选地居中于定子内且转子和定子均具有理想磁极和绕组，则作用于每个转子磁极上的力具有相同的量值，但是指向间隔60度的6个不同方向。正在此类情况下转子与定子之间的净合力将为零，因为这6个力彼此抵消。

但是，在实际情况中，电机在所有细节上都不是完善的。因此，在典型的情况中，不同的力将不会彼此完善地抵消，而是将产生净合力。如果净合力是仅由于电机的旋转部分处的不完善所致，则净合力将以与转子相同的旋转速度旋转。如果净合力是仅由于电机的固定部分处的不完善所致，则净合力将是固定的。在典型的实践情况中，净合力将是旋转部分与固定部分的组合。再者，还可能存在分量，例如，具有其他时间变化模式的外力，正如下文进一步论述的。

在大多数应用中，如果使用机械轴承的话，旋转部分与固定部分之间的净合力导致轴承处的磨耗增加，并且通常还导致不同频率和量值的振动。在此类应用中，人们通过尝试使转子和定子尽可能地完善来尽力地将净合力减到最小。

定子与转子之间的径向力还可能由于连接到与转子相同的轴的其他部分，例如涡轮或任何被驱动的部分所致。

在某些应用中，所考量的可能是故意地让净合力不等于零。此类应用的示例可以为如下情况时，在使具有竖直轴的电机运行时，以及尤其是在启动和停止期间，因为在启动和停止期间，没有磁化，轴承通常为空载且轴在机械公差内自由移动。在此类应用中，因此尽力使转子与定子之间的净合力尽可能地接近于预定非零值的力。

有多种不同的方法补偿定子与转子之间的非期望的力。在背景技术部分中提到的参考文献中，使用不同技术来实现非对称定子磁场，以及以此方式实现转子与定子之间的非零净磁力。此类方法可能有效，但是通常需要大量重复设计和/或需要复杂且相对较高功率电子器件。

根据本发明提出的技术，替代地针对旋转部分进行控制。

图2a在电机1的实施例的剖面图中图示示意性附图。电机1具有转子20，其由此包括用于控制转子磁极24的磁化的转子绕组22a、22b和22c。电机1还具有定子10，定子10围绕转子20提供且布置成用于使转子20能够绕着轴a相对于定子10旋转。在此实施例中，转子磁极24分成三组23a、23b、23c的转子磁极24，每组23a、23b、23c的转子磁极具有至少一个转子磁极24。转子供电源50布置成经由转子磁化控制配置60对转子绕组22a、22b和22c提供电流。该转子磁化控制配置布置成用于个别地控制这些三组转子磁极的磁化。这通过从转子供电源50向三组23a、23b、23c的转子磁极24的每一组的转子绕组22提供相应可个别控制的转子电流实现。

通过转子绕组22a的转子电流控制组23a的转子磁极的磁化。组23a的这些转子磁极形成相对于定子10的磁力。来自组23a的转子磁极的净力图示为组力6a。通过转子绕组22b的转子电流控制组23b的转子磁极的磁化。组23b的这些转子磁极形成相对于定子10的磁力。来自组23b的转子磁极的净力图示为组力6b。通过转子绕组22c的转子电流控制组23c的转子磁极的磁化。组23c的这些转子磁极形成相对于定子10的磁力。磁极被缠绕以形成环向上具有交替北极和南极的磁场。来自组23c的转子磁极的净力图示为组力6c。因为组23a、23b和23c分组且每组内没有相对于轴a的任何旋转对称性，所以组力6a、6b、6c变为非零值。但是，在此实施例中，不同组之间存在相对于轴a的旋转对称性。换言之，组23a与组23b相似，绕着轴a旋转120°，以及组23a与组23c相似，绕着轴a旋转240°。

图2b中示意图图示三个组力6a、6b和6c。通过向不同组发送不同的电流，可以将这些组力控制为不同的。磁合力7由此变为与零不同。

如果与通过上文描述的转子磁极磁化的相互作用不同的相互作用导致的转子20和定子10之间的力是已知的，则可以将磁合力7用于控制目的。在图2c中示意性地图示这一点。3表示所述其他相互作用导致的力。预定的目标力5是控制的目的。可以将磁合力7控制为提供应尽可能接近于目标力的净合力9。在典型的情况中，目标力5等于0，但是正如上文进一步提到的，存在要求非零值预定目标力5的应用。在具有偏心转子的电机中，磁力恒定地作用于转子上，并且可以将目标力设计成抵消此类力。相似地，如果转子场绕组承受匝间短路，则能够补偿因此导致的力。

为了补偿作用于转子的其他力，此类力必须是已知的。为此，提供至少一个传感器70，再次参考图2a。此传感器70布置成测量与定子10和转子20之间的相对力关联的参数。因为机械附接到转子或定子的多个部分分别地承受与转子和定子之间的相对力成比例的力状况，所以此类部分也可以用于传感器。换言之，传感器70布置在一方面，定子的部分或机械附接到定子的部分与另一方面，转子的部分或机械附接到转子的部分之间。如图虚线71所示，转子磁化控制配置60在通信上连接到一个或多个传感器70，以用于接收表示测得的参数的信号。转子磁化控制配置60布置成根据表示一个或多个传感器70的测得的参数的信号来个别地控制相应的转子电流。下文将更详细地论述这些传感器。

在一般情况中，转子磁化的个别控制可以控制为达到例如某些范围、振幅、频率等内的可接受净合力。在优选实施例中，转子磁化控制配置60可以具有针对目标的控制功能性。因为转子磁极的磁化导致转子磁极与定子之间的相应磁力，且所述相应磁力有助于所述定子的部分或机械附接到所述定子的部分与所述转子的部分或机械附接到所述转子的部分之间的净合力，所以能够找到大于或等于0的预定目标力。转子磁化控制配置60由此布置成用于将净合力引导向预定目标。

在一个实施例中，预定目标力为0。在此类情况中，该转子磁化控制配置布置成提供相应转子电流以便在转子磁极与定子之间提供使净合力减到最小的磁力。

因为电机同时包括固定部分和旋转部分，所以能够在旋转参照系或固定参照系中执行测量和/或控制。在本发明技术中，在使用转子磁极的磁化控制的情况中，可以将控制操作视为在旋转参照系中执行。这独立于控制系统的实际物理位置。如果在旋转参照系中提供例如与转子连接安装的一个或多个传感器，则测量在与控制相同的参照系中执行。转子中的不完善可能呈现为恒定的力，而定子中的不完善将呈现为其周期基本为旋转速度的倒数或等于旋转速度的倒数的倍数或分数的力。可以通过向转子绕组提供适合的电流来补偿此类力。如果将dc电流或时间常量大于转子的公转时间的随时间变化的电流用作相应转子电流，则能够补偿转子处的不完善和缓慢变化的外力。如果时间常量等于或小于转子的公转时间的时间变化的电流用作相应转子电流，则还能够补偿定子处的不完善和快速变化的外力。

因为定子中的不完善导致以与旋转相同的频率变化的力，所以获知旋转速度也是有益的。

再者，如果传感器利用固定参照系中的参照点至少部分地测量数值，则此类测量在执行控制的旋转参照系中将是随时间变化的。再者，参照系之间的相位也将是重要的。因此，在优选实施例中，该电极还包括转子角位置指示器80。转子角位置指示器80，如虚线81所指示的，在通信上连接到转子电流控制配置60。转子角位置指示器80布置成用于确定转子20相对于定子10的当前角位置。转子磁化控制配置60由此还布置成用于从转子角位置指示器80接收表示当前角位置的信号。转子磁化控制配置60还布置成用于进一步根据表示当前角位置的信号个别地控制相应转子电流。

另一种可能是同时测量转子中和定子中的力。以此方式，无需获知旋转速度也无需知道转子的位置。

图3在轴向剖面图中示意性地图示电机的实施例。轴4连接到外部旋转构件30。如果电机1是发电机，则外部旋转构件30可以是涡轮。如果电机1是电动机，则外部旋转构件30可以是被驱动的构件，如轮胎或螺旋桨。用于实现有关作用于电机的力及具体为定子和转子之间的相对力的信息的传感器可以是非常不同的类型的，并且可以位于非常不同的位置处。优选地，还出于冗余的目的，使用多于一个传感器。

要使用的一种可能的传感器是应变仪。这种应变仪可以附接到可能承受因施加的力所致的任何变形的定子和/或转子的任何部分。在图3中，传感器70a是安装在转子主体处的应变仪。传感器70b是安装在刚性机械附接到转子20的轴处的应变仪。这些部分的任何变形将产生可测量的应变。可以通过考虑转子的机械设计，将此类应变与转子20与定子10之间的某种力关联。优选地，可以将该力估算为量值和方向。通常，可以使用多于一个传感器，例如用于检测不同方向上的应变，然后可以统一地执行与某种力的关联以便实现多于一种传感器测量。

传感器70c图示此处安装在转子表面处的磁通量传感器。该磁通量传感器测量转子20与定子10之间的气隙8中的磁通量。基于转子和定子的磁设计，能够将磁通量与某种力关联。优选地，使用多个磁通量传感器来拾取围绕转子10的不同方向上的力。

传感器70d是例如压电型的振动仪。振动传感器的使用某种程度类似于应变仪，并且通过设计考虑，可以将来自振动传感器的测量与作用于定子10与转子20之间的不同力关联。

传感器70e是靠近定子10安装的应变仪，在此情况中，为安装在承载径向轴承16的轴承座18上的应变仪。该操作类似于转子安装的传感器，所例外的是传感器70e被置于固定参照系中，而传感器70a和70b在旋转参照系中提供。传感器70f是磁通量传感器，此处安装在定子表面，也测量气隙8中的磁通量。传感器70g是安装在构件11处刚性地附接在定子10处的振动仪。定子10的振动传递到构件11，并且因此仍可以将测得的振动关联回作用于转子20和定子10之间的力。

传感器70h是相对位置检测器。在此实施例中，该传感器安装在定子10处并测量至转子轴4的距离。可以将此距离上的变化与转子与定子之间的力关联。该关联可能难以理论方式获取，并且可能需要执行校准测量以便提供该关联。备选地，可以使用来自其他传感器的附加测量来实现合理地确定作用于转子和定子之间的力。

传感器80a是转子角位置指示器。在此实施例中，通过检测转子轴4上出现标记81，转子角位置指示器可以计算旋转速度以及瞬时角位置。转子角位置指示器的其他实施例可以基于磁场测量或转子电压零交叉。再有，正如早前提到的，还可以由同时作用于转子和定子的力的测量推导角位置和旋转速度。以机械、电以及磁方式测量转子角位置的许多其他可能对于本领域技术人员是公知的。获取角位置的细节本身对于本发明原理提供预想的技术效果并非至关重要的，只要提供角位置即可。

传感器70a-h和80a测量一些参数，例如，应变、磁通量、振动特征或距离。可以通过不同类型的信号传输对此类参数编码并传送到转子磁化控制配置。该信号可以是例如经由有线通信连接的电信号、通过任何无线通信方法传输的电磁信号、经由光纤的光信号等。

不同类型的传感器的详细功能为相应领域的技术人员所公知。因为此类详情对于达到技术效果不是至关重要的，所以将不对它们进行进一步论述。这对于具有这些参数的编码表示的信号进行通信也是成立的。此类方法和装置对于测量技术领域中的技术人员是公知的。

转子磁极的分组可以采用多种不同的方式来执行。根据实际分组设计，需要相应地修改磁化控制策略。下文图示几个非限制性示例，仅是为了强调非常不同的组设计的可能性。

在图4a中，示出具有6个转子磁极24a-f的电机的转子20的实施例的示意图图示。围绕转子磁极24d-f缠绕第一转子绕组。对此转子绕组提供恒定电流，从而提供转子磁极24d-f的恒定磁化。因此，转子磁极24d-f有关径向力控制是无源的。转子磁极24a-c由三个单独的绕组来磁化，其中提供可个别控制的电流。由此，它们构成三组23a-c，对应于每个24a-c，一个转子磁极。

在图4a图示的基本实施例中，对于每个组使用两个单独的电连接，向所有组23a-c的转子磁极提供电流。但是，通过将不同绕组以星型配置连接来减少电连接的数量也是可能的，如图4b所指示的。换言之，转子磁极分成三组转子磁极以及相应转子电流被提供到与星型连接中的三组转子磁极对应的转子绕组。公共点可以接地。但是，此类电连接将对能够对不同组中使用什么电流设置额外约束，因为每个瞬时的电流需要相加为0。还可以使用三角型配置，如图4c所指示的。换言之，转子磁极分成三组转子磁极以及相应转子电流被提供到与没有公共点的三角电路中的三组转子磁极对应的转子绕组。在此情况中，通过多个组提供的电压的瞬时总和必须为0。

在图4d中，其中示出具有4个转子磁极24g-j的电机的转子20的实施例。通过公共绕组提供恒定电流，利用基本磁化将所有4个转子磁极磁化。在理想情况下，这将不导致任何径向力，但是，在实际中，将存在因电机中的不完善所致的不可控制的径向力。此外，一个附加转子绕组被提供到转子磁极24g和24i。在此转子绕组中，提供可控制电流。转子磁极24g和24i因此构成第一组23a的转子磁绕组。转子磁极24g处的附加转子绕组按与公共转子绕组相同的方向缠绕，转子磁极24g的磁化变为等于公共转子电流与附加转子电流产生的磁化之和。但是，转子磁极24i处的附加转子绕组按与公共转子绕组相反的方向缠绕，转子磁极24i的磁化由此变为等于公共转子电流与附加转子电流产生的磁化之差。附加转子绕组中增大的电流因此将增大转子磁极24g的磁化，但是按相同量减少转子磁极24i的磁化。向转子磁极24h与24j提供相似的附加转子绕组。在此转子绕组中，提供另一个可控制电流。转子磁极24h和24j因此构成第二组23b的转子磁绕组。在图4e中，其中示意性地图示这些力。箭头6’表示仅随公共转子绕组存在的磁力，而箭头6”表示将个别附加电流提供到组23a和23b时的磁力的示例。由此形成净合力7。

在图4f中，其中示出具有8个转子磁极24k-r的电机的转子20的实施例。提供转子绕组以便以恒定磁化电流，偏置转子电流磁化所有转子磁极24k-24r。附加地将用于可个别控制的转子电流的单独转子绕组提供到转子磁极24k和24l，从而形成第一组23a。还附加地将用于可个别控制的转子电流的另一个单独转子绕组提供到转子磁极24m和24n，从而形成第二组23b。转子磁极24o-r因此在其磁化是恒定的且无法用于以有源方式补偿其他力的意义上而言是“无源的”。但是，连同能够具有可控制磁化的转子磁极的组23a和23b，可以获得变化的净合力。

在备选实施例中，此偏置磁化可以通过永磁体提供。可以使用可控制的转子电流的绕组形成叠加在永磁体的效应上的附加磁化。换言之，该转子磁化控制配置布置成用于控制转子电流，从而提供叠加在基本永磁体磁化上的附加个别转子磁化。

在图4g中，其中示出具有12个转子磁极24的电机的转子20的实施例。将可个别控制的转子电流的4个单独转子绕组提供到转子磁极24，从而形成4组23a-d。此实施例图示生成不指向相同方向的至少两个向量的绕组的任何分组能够生成任何给定方向上作用于转子的净力，即使这些向量不是正交的。

本领域中技术人员现在认识到，实际设计在许多配置中可能有所不同，具有不同数量的组，但是至少两个，其中每个组能够具有一个或多个转子磁极。在一些实施例中，这些转子磁极分成多于两个组。还可以存在不包含在这些组中任一组中的转子磁极。

图5a图示具有6个转子磁极24和3个可个别控制的组23a-c的转子磁极的电机的转子20的实施例。在此实施例中，每个组具有提供偏置磁化以及偏置磁化上的可控制磁化的一个转子绕组22a-c。换言之，此类实施例的转子磁化控制配置布置成用于控制叠加在基本磁化电流上的转子电流，该基本磁化电流对于所有转子绕组是公共的。基本磁化电流或偏置电流也是“可控制的”。在发电机的情况中，它负责电压调整。在此电流与在顶上的电流变化时获得的力之间也存在耦合。这种设计具有每个转子磁极只需一个转子绕组的优点，这使得改装容易。

图5b图示具有6个转子磁极24和3个可个别控制的组23a-c的转子磁极的电机的转子20的另一个实施例。一个转子绕组22d此处对于所有转子磁极是公共的，其提供偏置磁化。在此之上，对每个组的转子磁极提供附加个别转子绕组22a-c。这些绕组提供用于修改磁化以形成期望的必要径向力的转子电流。换言之，除了个别组转子绕组外，转子绕组还包括对于所有转子磁极为公共的公共转子绕组。该转子供电源由此布置成通过基本磁化电流供给公共转子绕组。此类设计的优点在于，与提供到每个转子磁极的总电流相比，受控的电流具有相对较低量值。此类系统的可靠性也高。

该转子磁化控制配置的定位可以采用不同方式来进行。在图6a中，其中图示电机1的实施例的示意侧视剖面图。转子磁化控制配置60此处在电机1的固定部分处提供。转子供电源50也在固定侧提供。需要将个别控制的转子电流单独地转移到旋转部分。因此，在此实施例中，电机1还包括至少三个电刷19和至少三个滑环29，其将转子绕组连接到转子电流控制配置60以用于提供相应转子电流。电刷和滑环的数量取决于转子绕组连接设计。例如，在图6a中，有4对电刷和滑环。

图6b图示电机1的另一个备选实施例的示意性侧视剖面图。在此实施例中，提供转子磁化控制配置60机械附接到所述转子。在又一个备选实施例中，转子磁化控制配置60可以包括在转子处提供的一部分和位于固定侧的一部分。在此实施例中，在电机1的固定部分处仍提供转子磁化控制配置50。在转子磁化控制配置60中提供个别控制的转子电流，但是从转子供电源50向转子磁化控制配置60提供电能需要从电机1的固定部分传递到转子20。因此，在此实施例中，转子磁化控制配置60通过至少两个电刷19和至少两个滑环29连接到转子供电源50。

图6c图示电机1的又一个备选实施例的示意性侧视剖面图。在此实施例中，转子磁化控制配置60还机械附接到转子20来至少部分地提供。但是，在此实施例中，转子供电源50包括与转子20一起旋转的激励系统52。以此方式，直接在转子上本地产生要提供到多个组的转子磁极的电能，以及由此任何电转移系统变为不必要的。

图7是用于控制电机的方法实施例的步骤的流程图。该电机具有定子以及包括转子绕组的转子，所述转子绕组包括用于控制转子磁极的磁化的转子绕组。所述转子磁极分成至少两组转子磁极，其中每组转子磁极具有至少一个转子磁极。该过程开始于步骤200。在步骤210中，测量与定子的部分或机械附接到定子的部分与转子的部分或机械附接到转子的部分之间的相对力关联的参数。在步骤212中，向述至少两组转子磁极中每一个的所述转子绕组提供相应可个别控制的转子电流，以用于控制所述至少两组转子磁极与所述定子之间的相应磁力。在步骤214中，所述相应转子电流是根据所测得的参数个别地进行控制的。所述至少两组转子磁极与所述定子之间的相应磁力有助于所述定子的部分或机械附接到所述定子的部分与所述转子的部分或机械附接到所述转子的部分之间的净合力。在特定实施例中，控制步骤214包括根据测得的参数个别地控制相应转子电流以便将净合力引导向大于或等于0的预定目标力。该过程结束于步骤299。

在一个实施方案中，控制的步骤包括控制相应转子电流以较之无相应转子电流的情况下的净合力减小净合力。

在又一个实施例中，所述控制步骤包括控制所述相应转子电流以将净合力的时间平均值减到最小。净合力的时间平均值对应于所述转子或跟随转子旋转运动的任何部分中的不完善导致的未补偿的力。

在再一个实施例中，所述控制步骤包括控制所述相应转子电流以将所述净合力的瞬时值减到最小。所述净合力的瞬时值对应于所述定子中或所述转子的任何外部分中的不完善导致的未补偿的力。

正如先前提到的，通过控制转子磁极磁化进行力补偿的一个优点在于，需要使用相对较低电流。由此，这表示可以使用并不复杂且不昂贵的功率电子器件。与需要在定子侧提供来实现对应效果的电流相比，这些电流通常较小。

所描述的技术涉及一种用于电机中的力补偿的布置和方法。在现有技术中，该转子磁化设备向转子提供电流以便为此提供转子的主磁化以用作电机。如果气隙磁通密度是非对称的，则非期望的效应可能是大的力。在一个实施例中，所描述的技术可以同时提供主磁化(偏置)电流和附加磁化电流以获得施加于转子/定子配置的特定力。所描述的技术由此使得该电机能够如常地工作且增加了控制功能。

本文提出的技术的原理在具有三组转子磁极的电机上进行测试。使用了位于定子侧的应变仪来测量应变，这些应变已与转子与定子之间的力关联。在图8a中，图示三组中施加的转子电流，其对应于完全不执行磁化控制的情况，非设置前置电平以获得期望的电机性能。所有三个转子电流301-303因此等于公共偏置电流，并且转子与定子之间的总磁力在理想情况下为0。在实际中，存在由于它们的不完善和安装的不完善所致的转子和定子之间的合力。曲线304还图示转子与定子之间的相对角度。在图9a中示出此类情况的转子与定子之间的力分布的示意性图示。此处可以见到力基本根据转子的旋转速度以及因此根据相对角位置随时间而变化。但是，平均力也是非零的，这意味着定子侧存在不完善和/或存在外力。

在图8b中，可以对三组转子磁极个别地调整了转子电流301-303的dc电平。这将补偿电机的旋转部分中的不完善。图9b中见到其结果，其中净合力不再有根据公转时间的显著的时间相关性。但是，平均力仍是非零的。三组磁极全部具有偏置电流以提供电机的主磁化。

在图8c中，还应用了转子电流301-303的随时间变化的控制。随时间变化的分量将补偿电机的固定侧的不完善。在图9c中图示其结果，其中可以见到净合力在所有瞬时接近于0。

使用标准可控制功率电子器件来实现转子电流的控制。优选的详细实现方式取决于转子绕组的实际设计、连接、所选转子磁极的分组和传感器的性质。但是，因此，在现有技术中有大量策略可供使用，并且可控制功率电子器件领域中的技术人员能够找到适合的设置。

上文描述的实施例应理解为本发明的若干说明性示例。本领域技术人员将理解，在不背离本发明范围的前提下可以对这些实施例进行许多修改、组合和更改。具体来说，在有技术上可能的情况下，可以将不同实施例中的不同部分解决方案组合在其他配置中。但是，本发明的范围由所附权利要求定义。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种电机(1)，其包括：

转子(20)，所述转子(20)具有用于控制转子磁极(24)的磁化的转子绕组(22)；

定子(10)，所述定子(10)围绕所述转子(20)来提供且布置成用于使得所述转子(20)能够相对于所述定子(10)旋转；以及

转子供电源(50)，所述转子供电源(50)布置成向所述转子绕组(22)提供电流，

其特征在于，

至少一个传感器(70)，所述至少一个传感器(70)布置成测量与所述定子(10)的部分或机械附接到所述定子(10)的部分和所述转子(20)的部分或机械附接到所述转子(20)的部分之间的相对力关联的参数；以及

转子磁化控制配置(60)，所述转子磁化控制配置(60)通信上连接到所述至少一个传感器(70)，用于接收表示所述测得的参数的信号；

所述转子磁极(24)分成至少两组(23)转子磁极，其中每组(23)转子磁极具有至少一个转子磁极(24)；

所述转子磁化控制配置(60)布置成通过从所述转子供电源(50)向所述至少两组(23)转子磁极中每一个的所述转子绕组(22)提供相应可个别控制的转子电流，从而个别地控制所述至少两组(23)转子磁极的所述磁化；

所述转子磁化控制配置(60)布置成根据表示所述至少一个传感器(70)的所述测得的参数的所述信号来个别地控制所述相应转子电流。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子磁极(24)的所述磁化导致所述转子磁极(24)与所述定子(10)之间的相应磁力，有助于所述定子(10)的所述部分或机械附接到所述定子(10)的所述部分与所述转子(20)的所述部分或机械附接到所述转子(20)的所述部分之间的净合力，其中所述转子磁化控制配置(60)布置成用于将所述净合力引导向大于或等于0的预定目标力。

3.如权利要求1或2所述的电机，其特征在于，通信上连接到所述转子磁化控制配置(60)的转子角位置指示器(80)，所述转子角位置指示器(80)布置成用于确定所述转子(20)相对于所述定子(10)的当前角位置，从而所述转子磁化控制配置(60)还布置成用于从所述转子角位置指示器(80)接收表示所述当前角位置的信号，以及用于进一步根据表示所述当前角位置的所述信号，个别地控制所述相应转子电流。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子磁化控制配置(60)在所述电机(1)的固定部分处提供，并且通过进一步包括至少三个电刷(19)和至少三个滑环(29)，将所述转子绕组(22)连接到所述转子磁化控制配置(60)以用于提供所述相应转子电流。

5.如权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子磁化控制配置(60)以机械附接到所述转子(20)的方式来至少部分地提供。

6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，

所述转子供电源(50)在所述电机(1)的固定部分处提供；

所述转子磁化控制配置(60)通过至少两个电刷(19)和至少两个滑环(20)连接到所述转子供电源(50)。

7.如权利要求5所述的电机，其特征在于，

所述转子供电源(50)包括与所述转子(20)一起旋转的激励系统(52)。

8.如权利要求1至7中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子磁化控制配置(60)布置成提供所述相应转子电流以便在所述转子磁极(24)与所述定子(10)之间提供使合力减到最小的磁力。

9.如权利要求1至8中任一项所述的电机，其特征在于，所述相应转子电流是dc电流或具有大于所述转子(20)的公转时间的时间常量的随时间变化的电流。

10.如权利要求1至8中任一项所述的电机，其特征在于，所述相应转子电流是具有小于所述转子(20)的公转时间的时间常量的随时间变化的电流。

11.如权利要求1至10中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子绕组(22)还包括对于所有转子磁极(24)是公共的公共转子绕组(22d)，其中所述转子供电源(50)还布置成通过基本磁化电流供给所述公共转子绕组(22d)。

12.如权利要求1至10中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子磁化控制配置(60)布置成用于控制叠加在基本磁化电流上的所述转子电流，所述基本磁化电流对于所有转子绕组(22)是公共的。

13.如权利要求1至10中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子磁化控制配置(60)布置成用于控制所述转子电流，从而提供叠加在基本永磁体磁化上的附加个别转子磁化。

14.如权利要求1至13中任一项所述的电机，其特征在于，所述至少一个传感器(70)选自：

应变仪；

振动仪；以及

磁通量传感器。

15.如权利要求1至13中任一项所述的电机，其特征在于，所述至少一个传感器(70)是相对位置检测器。

16.如权利要求1至15中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子磁极(24)分成三组(23)转子磁极，从而向与星型电路中的所述三组(23)转子磁极对应的转子绕组(22)提供所述相应转子电流。

17.如权利要求1至15中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子磁极(24)分成三组(23)转子磁极，从而向与没有公共地线的三角型电路中的所述三组(23)转子磁极对应的转子绕组(22)提供所述相应转子电流。

18.如权利要求1至15中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子磁极(24)分成多于两个组(23)。

19.一种用于控制电机的方法，所述电机具有包括转子绕组的转子和定子，所述转子绕组包括用于控制转子磁极的磁化的转子绕组，所述转子磁极分成至少两组转子磁极，每组转子磁极具有至少一个转子磁极，所述方法包括如下步骤：

-测量(210)与所述定子的部分或机械附接到所述定子的部分和所述转子的部分或机械附接到所述转子的部分之间的相对力关联的参数；

-向所述至少两组转子磁极中每一个的所述转子绕组提供(212)相应可个别控制的转子电流，以用于控制所述至少两组转子磁极与所述定子之间的相应磁力；以及

-根据所述测得的参数个别地控制(214)所述相应转子电流。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述至少两组转子磁极与所述定子之间的所述相应磁力有助于所述定子的所述部分或机械附接到所述定子的所述部分与所述转子的所述部分或机械附接到所述转子的所述部分之间的净合力，其中所述控制步骤(214)包括根据所述测得的参数个别地控制所述相应转子电流以便将所述净合力引导向大于或等于0的预定目标力。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述控制步骤(214)包括控制所述相应转子电流以较之无所述相应转子电流的情况下的净合力减小所述净合力。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述控制步骤(214)包括控制所述相应转子电流以将所述净合力的时间平均值减到最小。

23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述控制步骤(214)包括控制所述相应转子电流以将所述净合力的瞬时值减到最小。