JPH0155805B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は次の如き補償装置に関する。すなわ
ち、大径回転子が、半径方向に作用する少なくと
も１つの磁力軸受により浮遊支持され、該磁力軸
受には、上記大径回転子の径方向の位置を検出す
る検出器により発生せしめられた信号の関数とし
て電流が制御されるところの電磁コイルを備え、
上記検出器のリング内における幾何学的欠陥（又
は不整形状又は不正形状）を補償するための補償
装置であつて、かつ、上記半径位置検出器の回転
リング内における幾何学的不整形状、あるいは該
検出器に相対して位置する上記回転子の一部分の
回転リング内における幾何学的不整形状を表わす
多くのデータを、該回転子の角度位置に関係して
記録するためのメモリと、上記径方向位置検出器
により生じせしめられた信号に対して、上記回転
子の各角度位置毎に上記メモリ内に記録された対
応データから生じた補償信号を与えるための補償
回路とを備えた補償装置に関する。

従来技術 従来、回転子に作用する電磁懸架手段又は電磁
浮遊支持手段はラジアル磁力軸受よりなり、該軸
受は電流の供給される電磁コイルを備えており、
該電流の強さは、上記回転子の半径方向の位置を
検出する検出器より生じた信号により、サーボコ
ントロール回路を介して規制されており、それに
より回転子を所定位置に保持するようになつてい
る。

回転子の半径方向位置を検出する検出器は光学
型、容量型あるいは誘導型のいずれでも構成でき
る。誘導型検出器である場合、例えばフランス国
特許第2214890号に記述された如き誘導型検出器
である場合には、固定子と一体化された多くのＵ
字状電磁片が回転子の周囲に配設されるとともに
回転子に固定された強磁性の環状アマチユアーに
対面するように配設される。上記強磁性環状アマ
チユアーは、回転子に設けられるか或いは該回転
子の外周面の接地部分により構成され、一定のエ
アギヤツプによりＵ字状固定子片の磁極から離れ
ており、一方磁気回路を閉じることができるよう
になつている。回転子の半径方向位置が変われ
ば、上記エアギヤツプの大きさが変化し、その結
果、回転子の周囲に配設された固定子片が回りに
巻回されたコイルの自己インダクタンスが変化す
ることになる。固定子片の回りに巻回されたコイ
ルのターミナルに出力される信号は、従つて、回
転子の半径方向位置の変化に関する情報となる。
この情報により軸受の電磁部を流れる電流の制御
が可能となる。

しかしながら、環状アマチユアーが完全な円筒
形状をしておりかつ回転子の軸心に対して中心決
めされる限りは、誘導型半径位置検出器により生
じせしめられた信号は回転子の軸心の実際の移動
をそのまま表わすだけである。ところが、大型回
転機械に用いられている回転子のような大径回転
子に関してはこの様なことは実際上あり得ない。

従来より、回転子の不正確な真円性や該回転子
に設けられた環状アマチユアーの不正確な真円性
を不完全ながら解消するために種々の手段が提供
されてきている。この様にそれらの真円性が不正
確であれば、これは、最小限に押さえられるべき
同期摂動の原因となるのである。

例えば、フランス国特許第2214890号に示され
たような、回転子の周囲に配設された複数対の磁
性片を特別な態様に構成しているところのある誘
導型検出器によれば、回転子の半径の変化によつ
て生ずる問題を不完全ながら部分的に解消するこ
とができる。

同様に、フランス国特許第2336602号に記述さ
れたような、同期摂動のための補償装置を用いれ
ば、不均衡性に起因する妨害効果の減衰が可能と
なる。

ところが、回転子の半径方向位置を検出する検
出器のための基準として用いられるリングの幾何
学的不整形状に起因する妨害効果は、上記装置に
よつては、完全に解消することはできない。

このため、上記リング上に規則的に設定された
各角度位置毎に検出器のリングの幾何学的不整形
状の値に対応したデータをメモリ内に記録させる
方法が従来より提供されている。そして、１つの
補償回路が、上記メモリに接続されているととも
に、記録されたデータ項目が対応するところの各
角度位置毎に、半径位置検出器により発生せしめ
られた信号に対して修正信号を与えられるように
なつている。さらに、該修正信号は、記録された
データから導出されるとともに各角度位置におけ
る検出器リングの幾何学的不整形状を修正する。

検出器リングの幾何学的不整形状のための上記
の如き補償装置によれば、もし、修正データの個
数が十分多ければ、すなわち修正データが記録さ
れた２つの不連続的角度位置間における差が十分
小さい場合には、理論的には、リングの不規則性
又は不整形状を完全に修正することができる。

しかしながら、メモリ内に修正データを記録す
る点に関して厳しい問題が生ずる。すなわち、検
出器リング内における幾何学的不整形状の程度を
決定するためには、回転子を垂直位置内に位置せ
しめるとともに、軸受の硬さを極度に低下させた
状態で磁力軸受内で回転子を回転させる必要があ
る。この場合には、半径位置検出器により生じせ
しめられた信号は、検出器リングの幾何学的像に
実態的に対応しており、また上記信号は回転子の
各角度位置毎にメモリ内に単純に記録される。通
常の運転時に上記検出器により発生せしめられる
信号に対して与えられるべき修正信号は、従つ
て、上記メモリ内に記録された信号と同様の係数
を有する一方反対の形を有する単なる信号であ
る。しかしながら、この方法はある種の欠点を有
するので全ての形式の回転子に適用することはで
きない。すなわち、公知の方法によれば、検出器
リング内における幾何学的不整形状を決定する場
合、上記回転子は垂直方向に位置せしめられるの
みならず、臨界超過の速度で回転駆動されねばな
らない。これは、実際上、大きな直径を有する回
転子を備えた多くの機械にとつては不可能なこと
である。

本発明の目的 従つて、本発明の目的は、上述の欠点を解消す
るとともに、たとえ回転子の直径が大きい場合で
あつても半径位置検出器リング内における幾何学
的欠陥又は不整形状又は不正形状を補償し得るよ
うにすることである。

本発明の要旨 上記目的を達成するため本発明は以下のように
構成した。すなわち、上記構成の補償装置におい
て、さらに、１つの半径位置基準検出器と協働す
る光学的に精密な少なくとも１つの基準面を有す
る小径基準回転子と、上記小径回転子を上記大径
回転子の端部に設けるための手段とを備え、小径
回転子が、大径回転子の回転軸心に中心位置決め
することにより、大径回転子と同期して回転する
ように構成した。

さらに、詳細に述べれば、上記補償装置は、上
記大径回転子に連結された半径位置検出器により
生ずる信号と、上記半径方向基準検出器より生じ
た信号との間の偏差に対応するデータを、１つの
角度エンコーダより得られる回転子の角度位置の
機能として、大径回転子と小径回転子とが低速度
で同時的に回転せしめられるとき、上記メモリ内
に記録するための手段を備えている。

上記小径回転子は上記大径回転子に移動可能に
設けられる。

この場合、上記小径回転子は上記小径回転子の
一端の周囲に規則的に配設された多数の弾力部材
により、上記大径回転子の一端部に保持される。

上記小径回転子の一端周囲に配設された上記弾
力部材は低剛性の弾力部材と高剛性の弾力部材と
の２つより構成される。

さらに、上記小径回転子は、上記大径回転子の
一端部に90゜の位相差で配置されかつ半径方向に
延びるとともに、低剛性を有する少なくとも２つ
の弾力部材と、上記低剛性弾力部材に対して直径
方向において反対側に配置されかつ半径方向に延
びるとともに高剛性を有する少なくとも２つの弾
力部材とで、保持され、さらに、小径回転子の中
心合わせを調節するための手段が上記各弾力部材
に連結される。

回転子が大直径でかつ通常の中空形状である場
合には、上記小径回転子、上記大径回転子に対し
て、該大径回転子の各端部に位置せしめるための
手段を設けることにより、同心に設けられる。

実施例 第１図において、１０は大断面の回転子を示
し、該回転子１０の直径は約100mmより大きく、
例えば200〜400mmであり、半径方向に作用する２
つの磁力軸受１１，１２により支持されている。
各磁力軸受１１，１２は、上記回転子１０に設け
られた環状アマチユアー１１ａはまたは１２ａ、
および固定子１１ｂまたは１２ｂ（電磁固定子）
を備えている。この固定子１１ｂ，１２ｂは夫々
図示しない電磁コイルを備えていて、該電磁コイ
ルにはサーボコントロール回路３０より電流が供
給されるようになつている。

上記回転子１０の周囲に設けられた誘導型検出
器２１，２２（半径位置検出器）は回転子１０の
半径方向の位置を決定した上記サーボコントロー
ル回路３０に信号を送るようになつている。各検
出器２１，２２は、公知の態様で図示しない複数
個のコイルを備えている。該コイルは、上記回転
子１０に固定された環状アマチユアー２１ａ，２
２ａと対面しかつこれも囲むところの固定子２１
ｂ，２２ｂの上に設けられている。上記環状アマ
チユアー２１ａ，２２ａは、１つのフエライト・
リング、または回転子１０の外周に設けられた多
数のフエライト磁性リングにより構成することが
できる。一方、上記各環状アマチユアー２１ａ，
２２ａは、上記回転子１０に直接的に構成された
１つの整流導電面により構成することができる。
上記アマチユアー２１ａ，２２ａの直径が比較的
大きい場合には、上記アマチユアーには不均一性
が表われ、したがつて、基準位置に対する角度位
置により決められるアマチユアーの各点毎に、修
正信号が決定されねばならない。この修正信号
は、上記検出器により送られた信号に加算され
て、上記アマチユアーの直径における不均一性を
補償する。

このため、多くの修正データがメモリ４０に記
録される。そして、各修正データは所定の角度位
置と協働する。この修正データの個数Ｎは所望の
精度により決められるが、使用される検出器のア
マチユアー２１ａ，２２ａの形状の正確な再構成
を得るためには比較的多くする必要がある。

上記の必要な修正信号をメモリ４０内に迅速か
つ正確に記憶させる装置について以下に説明す
る。

基準シリンダ５０（又は回転子）は、例えば50
mm以下、好ましくは20〜30mmの小さな直径を有し
かつ非常に良質の面を有していて、回転子１０の
端部にかつ検出器２１に近い位置に設けられてい
て、回転子１０の軸心位置に中心合わせせられる
とともにそれと一体的に回転するように固定され
ている。上記基準シリンダ５０と反対の側には、
該基準シリンダ５０の位置を検出するための検出
器５１（半径位置検出器、又は基準検出器）を設
けている。この検出器５１は上記検出器２１の構
成と同様の従来周知の構成のものでよく、固定子
５１ｂとアマチユアー５１ａとを備えている。
尚、該アマチユアー５１ａは、基準シリンダ５０
の導電面により直接的に構成することも可能であ
る。しかしながら、基準シリンダ５０の小さい直
径を考慮して、リング状の基準アマチユアー５１
ａは、検出器２１の環状アマチユアー２１ａに対
して、均一性を実質的に与えるようにマイクロ・
エンジニアリング技術により製造することができ
る。基準シリンダ５０は、その直径が小さくかつ
重量的にも小さいがために、例えば光学装置を用
いて完全な制御を受けるようにする。

環状アマチユアー２１ａに関する修正データの
記録は次の要領で行なわれる。すなわち、回転子
１０は低速度で回転せしめられ、またサーボコン
トロール回路３０は高利得を呈するように調整さ
れる。検出器２１に生ずる信号は、サーボコント
ロール回路のみならず修正情報を記録するための
回路７０にも送られる。これと平行して、回転可
能に上記回転子１０に固定されかつ該回転子１０
の軸心に中心位置決めされたところの基準シリン
ダ５０は回転子１０と同期して回転せしめられ
る。基準シリンダ５０と対置せしめられた検出器
５１により送られた信号も、また、上記修正情報
記録回路７０に送られて、基準シリンダ５０の、
従つて回転子１０の、位置を示す基準信号を構成
するようになつている。回転子１０と対面して角
度エンコーダ４１が設けられていて、該角度エン
コーダ４１は、予め決められた角度移動ステツプ
に対応してパルスを間欠的に送るようになつてい
る。上記角度エンコーダ４１より送られるパルス
毎に、検出器２１より送られた信号と基準検出器
５１より送られた信号との間の偏差に対応する信
号が修正情報記録回路７０で演算されて、エンコ
ーダ４１より与えられるデータとの組み合わせに
より、また回転子１０の角度位置に関係して、修
正データとしてメモリ４０内に記録される。メモ
リ４０内に記録される信号は、実際には、回転子
１０の連続的に変化する角度位置毎のアマチユア
ー２１ａの幾何学的な不整形状を示している。環
状アマチユアー２１ａに配分された位置セツト毎
に修正データがメモリ４０内に一旦書き込まれる
と、基準シリンダ５０、検出器５１および修正情
報記録回路７０は操作外に置かれる。そうすれ
ば、サーボコントロール回路３０は、角度エンコ
ーダ４１により決定される回転子１０の角度位置
毎に、メモリ４０内に格納された修正データと、
検出器２１により発生せしめられた信号とを自動
的に組み合わせて、アマチユアー２１ａに幾何学
的な不整形状があるにも関わらず、正確かつ安定
した回転子位置が得られることになる。

上記基準シリンダ５０は、検出器２１に接近し
て回転子１０の端部に備えられた凹部５２内に移
動可能に設けることができる。上記凹部５２内に
は、弾力部材５３が、回転子１０の軸心上に中心
位置決めされた基準シリンダ５０を保持するよう
に設けられている。この弾力部材５３は、複数個
のスプリングにより構成されるとともに、上記回
転子１０に対する固定端をなしている。また、こ
の弾力部材５３はシリンダ５０の回りに等間隔毎
に例えば４つずつ配設されている。

第１図によく示されるように、基準シリンダ５
０は、大きい直径を有する中空回転子１０の中心
に同心的に延在して、スプリング５３を介して、
第２検出器２２の近くにおいて回転子１０の端部
１４上に、かつ第１検出器２１に接近して回転子
１０の端部１３に設けたのと同様の態様で、設け
ることができる。回転子１０の端部１４から突出
する端部は優れた条件の面を備えていて第２基準
環状面６１ａを構成している。この第２基準環状
面６１ａは、上記検出器５１と同様の検出器６１
（半径検出器）の固定子６１ｂと協働することが
できて、環状アマチユアー２１ａの不整形状を記
録するための上記した所定の態様で該環状アマチ
ユアー２２ａ内の不整形状が記録され得るように
なつている。

第２，３図は軸心長さの短い回転子すなわち相
対的に直径の大きい回転子１０を示している。こ
の回転子１０は、該回転子１０のボデーの２つの
面と協働しかつ軸方向に作用する磁力軸受１１
１，１１２、および回転子１０のボデーの円周状
外面と協働しかつ半径方向に作用する磁力軸受１
１、を介してフレーム１００に設けられている。
各磁力軸受１１１，１１２は１つの固定子１１１
ｂ，１１２ｂ（電磁固定子）を備えている。そし
て、各固定子１１１ｂ，１１２ｂは夫々、フレー
ム１００に設けられ、かつ回転子１０のボデーと
一体にされたアマチユアー１１１ａ，１１２ａと
協働する電磁コイルを備えている。上記磁力軸受
１１１，１１２の隣には夫々回転子の軸方向の位
置を検出する検出器１２１，１２２を備えてお
り、該検出器１２１，１２２は、上記磁力軸受１
１１，１１２の電磁固定子１１１ｂ，１１２ｂ内
を流れる電流を制御する信号を与えるようになつ
ている。上記電磁固定子１１１ｂ，１１２ｂは、
例えば、フランス国特許第2377549号に記述され
たような多くのセクターよりなる構成とすること
ができる。

上記磁力軸受１１の電磁固定子１１ｂを流れる
電流は検出器２１から与えられる信号により制御
されるようになつている。この検出器２１は固定
子２１ｂを備えており、この固定子２１ｂは、フ
レーム１００に設けられるとともに固定アマチユ
アーの回りに巻回された電磁コイルより構成され
ており、さらに回転子１０の周辺に位置する環状
アマチユアー２１ａに対面している。上記回転子
１０の直径が、例えば300〜400mm、という大きな
直径をなしているとともに第１図の場合と同様の
態様で設けられていることを考慮すれば、検出器
２１の環状アマチユアー２１ａは、補償されるべ
き不均一性の除去不可能な誤差を示していること
になる。このため、第１図に基づいて述べた方法
によれば、小さい直径を有する基準シリンダ５０
は中空回転子１０内に同心に、大きい直径を有す
る回転子１０の各端部１３，１４に備えられた中
心決め部材を介して、設けられる。優れた品質の
面条件を備えた環状周面５１ａ，６１ａは、第１
図の場合と同様に小さい直径の基準シリンダ５０
の各端部に備えられており、回転子１０の軸心に
中心位置決めされかつ、第１図に基づいて上述し
た環状アマチユアー２１ａの不整形状を記録し得
る環状基準アマチユアーを構成するようになつて
いる。説明を簡単にするため、回路３０，４０，
７０、角度エンコーダ３１、検出器５１，６１の
固定子等は第２，３図には示していないが、それ
らの各部材は、すでに上述した第１図の対応部材
と同様のものである。

第２，３図に可動中心決め部材５３の一例を詳
細に示している。この可動中心決め部材５３によ
り、基準シリンダ５０を迅速な設定を行なうこと
ができるとともに、回転子１０の基準軸心上で基
準シリンダ５０の完全な中心位置決めを行なうこ
とができる。大きい直径を有する回転子１０の各
端面１３，１４に向かつて、スプリングを備えた
中心決め部材が、上記回転子１０の軸心に対して
直角な平面内において２つの直行方向に沿つて十
字型に配置されている。上記可動中心決め部材５
３の各スプリング５３ａ〜５３ｄは各部分９３ａ
〜９３ｄを介して小さい直径寸法のシリンダ５０
を支持している。これらの各部分には凹面が形成
されており、該凹面の曲率は上記基準シリンダ５
０の断面形状に適合している。上記各スプリング
５３ａ〜５３ｄの、部分９３ａ〜９３ｄと反対側
の端部は夫々部分８３ａ〜８３ｄに当接してい
る。これらの部分８３ａ〜８３ｄは大きい直径の
回転子１０に連結している。また、これらの部分
８３ａ〜８３ｄは、好都合にも、ネジにより構成
されており、このネジは小さい直径のシリンダ５
０に近い位置にあるスプリング５３ａ〜５３ｄの
端部に固定された部分９３ａ〜９３ｄを容易に移
動させることができるとともに、その後シリンダ
５０の位置を精度よく調整することが可能とな
る。

上記スプリング５３ａ〜５３ｄは、例えば皿ば
ね（Belleville washers）の如き弾力性のあるス
チールで構成された多くのワツシヤーにより、構
成される。シリンダ５０を中心合わせし易くする
ためには次のようにすることが好ましい。すなわ
ち、一方においては直径方向において相対するス
プリング５３ａ，５３ｃにより決定される平面、
他方においては同じく直径に相対する２つスプリ
ング５３ｂ，５３ｄにより決定される平面の各シ
リンダ保持面において、スプリング５３ｃ，５３
ｄの一方を硬く構成することにより対応する２つ
のネジ８３ｃ，８３ｄを調整して２つの方向にシ
リンダ５０の中心位置合わせを粗くかつ迅速に行
なう一方、他のスプリング５３ａ，５３ｂを夫々
柔らかく構成して（例えば上記スプリング５３
ｃ，５３ｄの硬さの10分の１以下の硬さ）直行軸
方向に上記シリンダ５０を正確に中心合わせでき
るようにしている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は大きい
直径を有する回転子に適用した本発明の第１実施
例に係る装置の概略一部断面図、第２図は本発明
の第２実施例を示す概略一部断面図、第３図は第
２図に示した装置の平面図である。 １０……回転子、１１，１２……磁力軸受、１
１ａ，１２ａ……環状アマチユアー、１１ｂ，１
２ｂ……固定子、１３，１４……端部、２１，２
２……検出器、２１ａ，２２ａ……環状アマチユ
アー、２１ｂ，２２ｂ……固定子、３０……サー
ボコントロール回路、４０……メモリ、４１……
角度エンコーダ、５０……基準シリンダ（基準回
転子）、５１……検出器、５１ａ……アマチユア
ー、５１ｂ……固定子、５２……凹部、５３……
弾力部材、可動中心決め部材、５３ａ〜５３ｄ…
…スプリング、６１……検出器、６１ａ……第２
基準環状面、６１ｂ……固定子、７０……修正情
報記録回路、８３ａ〜８３ｄ……部分、９３ａ〜
９３ｄ……部分、１００……フレーム、１１１，
１１２……磁力軸受、１１１ａ，１１２ａ……ア
マチユアー、１１１ｂ，１１２ｂ……固定子、１
２１，１２２……検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 大径回転子１０が、半径方向に作用する少な
   くとも１つの磁力軸受１１，１２により浮遊支持
   され、該磁力軸受１１，１２には、上記大径回転
   子１０の径方向の位置を検出する検出器２１，２
   ２により発生せしめられた信号の機能として電流
   が制御されるところの電磁コイル１１ｂ，１２ｂ
   を備え、上記検出器２１，２２のリング内におけ
   る幾何学的不整形状を補償するための補償装置で
   あつて、 かつ、上記半径位置検出器２１，２２の回転リ
   ング２１ａ，２２ａ内における幾何学的不整形
   状、あるいは該検出器２１，２２に相対して位置
   する上記回転子１０の一部分の回転リング２１
   ａ，２２ａ内における幾何学的不整形状を表わす
   多くのデータを、該回転子１０の角度位置に関係
   して記録するためのメモリ４０と、上記径方向位
   置検出器２１，２２により生じせしめられた信号
   に対して、上記回転子１０の各角度位置毎に上記
   メモリ４０内に記録された対応データから生じた
   補償信号を与えるための補償回路３０とを備えた
   補償装置において、 １つの半径位置基準検出器５１，６１と協働す
   る光学的に精密な少なくとも１つの基準面５１
   ａ，６１ａを有する小径基準回転子５０と、上記
   小径回転子５０を上記大径回転子１０の端部に設
   けるための手段５３とを備え、小径回転子５０
   が、大径回転子１０の回転軸心に中心位置決めす
   ることにより、大径回転子１０と同期して回転す
   るとともに、上記小径回転子５０は上記大径回転
   子１０に移動可能に設けられ、さらに、上記小径
   回転子５０は、上記大径回転子１０の一端部に
   90゜の位相差で配置され、かつ半径方向に延びる
   とともに低剛性を有する少なくとも２つの弾力部
   材５３ａ，５３ｂと、上記低剛性弾力部材５３
   ａ，５３ｂに対して直径方向において反対側に配
   置されかつ半径方向に延びるとともに高剛性を有
   する少なくとも２つの弾力部材５３ｃ，５３ｄと
   で、保持され、さらに、小径回転子５０の中心合
   わせを調節するための手段８３ａ，８３ｂ，８３
   ｃ，８３ｄが上記各弾力部材５３ａ，５３ｂ，５
   ３ｃ，５３ｄに連結されるようにしたことを特徴
   とする補償装置。 ２ 上記大径回転子１０に連結された上記半径位
   置検出器２１，２２により生ずる信号と、上記半
   径位置基準検出器５１，６１より生じた信号との
   間の偏差に対応するデータを、１つの角度エンコ
   ーダ４１より得られる上記回転子の角度位置の関
   数として、上記大径回転子１０と上記小径回転子
   ５０とが低速度で同時的に回転せしめられると
   き、上記メモリ４０内に記録するための手段７０
   を備えたことを特徴とする第１項に記載の補償装
   置。 ３ 上記小径回転子５０は、上記大径回転子１０
   に対して、該大径回転子１０の各端部１３，１４
   に位置せしめるための手段５３を設けることによ
   り、同心に設けたことを特徴とする第１項または
   第２項のいずれかに記載の補償装置。