JPH0315050B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0315050B2 JPH0315050B2 JP57184885A JP18488582A JPH0315050B2 JP H0315050 B2 JPH0315050 B2 JP H0315050B2 JP 57184885 A JP57184885 A JP 57184885A JP 18488582 A JP18488582 A JP 18488582A JP H0315050 B2 JPH0315050 B2 JP H0315050B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- radial
- rotor
- electromagnet
- spring constant
- control signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高速回転機における、制御型径方向
磁気軸受に関するものである。
磁気軸受に関するものである。
従来の制御型径方向磁気軸受は、第１図に示す
ように、径方向変位センサー１によりロータ２の
平衡点からの径方向変位を検出し、その信号を制
御回路３により適当な位相とゲインの補償を行な
い、更にその補償された信号に従つて、電磁石駆
動回路４によつて径方向電磁石５を駆動し、ロー
タを平衡点に引き戻し保持する。
ように、径方向変位センサー１によりロータ２の
平衡点からの径方向変位を検出し、その信号を制
御回路３により適当な位相とゲインの補償を行な
い、更にその補償された信号に従つて、電磁石駆
動回路４によつて径方向電磁石５を駆動し、ロー
タを平衡点に引き戻し保持する。
ここでは結果のみを述べるが、理論的に以下の
ような事が示される。
ような事が示される。
第２図に示すように、ロータ２の幾何学的中心
をＳ、重心をＧ、そのＳとＧ間の距離をεとする
と、系の共振点ω0を越えて回転させた場合、ロ
ータは第３図に示すように、重心Ｇを内側、幾何
学的中心Ｓを外側にして、回転数ω（ω＞ω0）で
回転する。そして回転数ωの上昇に従つて、重心
Ｇは回転中心Ｏに近づき、回転数ωの無限大の極
限において、ＯとＧは一致する。従つて十分に回
転数ωが高い場合（ω≫ω0）、ロータは重心Ｇを
中心に回転していると考えれる事ができる。同様
に、第４図に示すように、幾何学的回転軸をＲ、
慣性主軸をＩ、ＲとＩ間の角度をτとした場合
も、十分に回転数ωが高い場合（ω≫ω0）、ロー
タは慣性主軸Ｉを回転軸として回転していると考
える事ができる。
をＳ、重心をＧ、そのＳとＧ間の距離をεとする
と、系の共振点ω0を越えて回転させた場合、ロ
ータは第３図に示すように、重心Ｇを内側、幾何
学的中心Ｓを外側にして、回転数ω（ω＞ω0）で
回転する。そして回転数ωの上昇に従つて、重心
Ｇは回転中心Ｏに近づき、回転数ωの無限大の極
限において、ＯとＧは一致する。従つて十分に回
転数ωが高い場合（ω≫ω0）、ロータは重心Ｇを
中心に回転していると考えれる事ができる。同様
に、第４図に示すように、幾何学的回転軸をＲ、
慣性主軸をＩ、ＲとＩ間の角度をτとした場合
も、十分に回転数ωが高い場合（ω≫ω0）、ロー
タは慣性主軸Ｉを回転軸として回転していると考
える事ができる。
今、簡単のために、τ＝０、ε≠０として、ロ
ータを高速で（ε≫ω0）を回転させた場合の第
１図６に示す外筒へ伝わる振動を考える。ロータ
は重心Ｇを中心に回転するので、第５図、第６図
に示すように、系方向変位センサー１は、常に回
転数に同期した±εの変位を検出する。その信号
に対応して、径方向電磁石５に回転数に同期した
制御電流が流れるため、径方向磁気軸受の等価バ
ネ定数をｋとすると、ほぼ±kεの力が、径方向
電磁石５を介して、外筒６に回転数と同期して伝
わる。τ≠０の場合もほぼ同様である。
ータを高速で（ε≫ω0）を回転させた場合の第
１図６に示す外筒へ伝わる振動を考える。ロータ
は重心Ｇを中心に回転するので、第５図、第６図
に示すように、系方向変位センサー１は、常に回
転数に同期した±εの変位を検出する。その信号
に対応して、径方向電磁石５に回転数に同期した
制御電流が流れるため、径方向磁気軸受の等価バ
ネ定数をｋとすると、ほぼ±kεの力が、径方向
電磁石５を介して、外筒６に回転数と同期して伝
わる。τ≠０の場合もほぼ同様である。
上に述べた理由により、従来の制御型径方向磁
気軸受の場合、ロータバランスを十分に取つて、
ε，τを極少にしなければ、外部へ伝わる振動を
小さくできず、また径方向電磁石に流れる制御電
流による消費電力も低くする事ができない等の欠
点があつた。
気軸受の場合、ロータバランスを十分に取つて、
ε，τを極少にしなければ、外部へ伝わる振動を
小さくできず、また径方向電磁石に流れる制御電
流による消費電力も低くする事ができない等の欠
点があつた。
本発明は、上記欠点を解決するためのもので、
径方向電磁石と、径方向変位センサーと、径方向
電磁石を径方向変位センサー信号で制御する制御
回路と電磁石駆動回路とからなる径方向磁気軸受
において、制御回路内に関数発生器を挿入する事
により、平衡点近傍のバネ定数を零または微少に
する事により、ε，τがある程度の大きさの値で
あつても、外部への振動伝達、径方向電磁石の消
費電力を低くする事を目的としたものである。
径方向電磁石と、径方向変位センサーと、径方向
電磁石を径方向変位センサー信号で制御する制御
回路と電磁石駆動回路とからなる径方向磁気軸受
において、制御回路内に関数発生器を挿入する事
により、平衡点近傍のバネ定数を零または微少に
する事により、ε，τがある程度の大きさの値で
あつても、外部への振動伝達、径方向電磁石の消
費電力を低くする事を目的としたものである。
本発明の動作原理を第７図を用いて説明する。
第１図と共通する部分は、同様の符号で示して
ある。
ある。
今、系の共振点より十分に高い回転数（ω≫
ω0）で定数回転しているとすると、前述したよ
うに、回転数ωに同期した径方向変位±εに対応
した出力が、径方向変位センサー１から出力され
る。その出力を、第８図に示すような入力が±
ΔV0までは、入力・出力変換係数が１／ｆ（ｆ＞
０）、ΔV0以上、−ΔV0以下では入力・出力変換係
数が１となるような関数発生器７を通して、従来
の制御回路と同様な働きの、位相、ゲイン補償回
路８を通す。更にその補償された信号に従つて、
電磁石駆動回路４により、径方向電磁石５を駆動
する。
ω0）で定数回転しているとすると、前述したよ
うに、回転数ωに同期した径方向変位±εに対応
した出力が、径方向変位センサー１から出力され
る。その出力を、第８図に示すような入力が±
ΔV0までは、入力・出力変換係数が１／ｆ（ｆ＞
０）、ΔV0以上、−ΔV0以下では入力・出力変換係
数が１となるような関数発生器７を通して、従来
の制御回路と同様な働きの、位相、ゲイン補償回
路８を通す。更にその補償された信号に従つて、
電磁石駆動回路４により、径方向電磁石５を駆動
する。
ここで、径方向変位センサー１から出力される
信号をS0sin（wt＋）とすると、ΔVpSpとなる
ように関数発生器７を設定すると、等価バネ定数
が１／ｆになるので、外筒６へ回転数と同期して
伝わる振動は、１／ｆになる。また径方向電磁石
の消費電力も、それに応じて低くなる。また何か
外乱の影響で、回転軸、重心が振れて、径方向変
位センサー１からの出力が、ΔV0以上から−ΔV0
以下になつた場合は、通常のバネ定数ｋで中心に
引き戻される。また、定常回転に達する間も従来
とほとんど同様（S0＝ΔV0の場合は従来よりεだ
け増加する程度）にロータの振れ回りを押える事
ができる。つまり共振点通過時、大きな外乱等の
ような、εに比べて大きな振れ回りの起る場合に
対しては、従来通りの制御特性を維持できるので
ある。
信号をS0sin（wt＋）とすると、ΔVpSpとなる
ように関数発生器７を設定すると、等価バネ定数
が１／ｆになるので、外筒６へ回転数と同期して
伝わる振動は、１／ｆになる。また径方向電磁石
の消費電力も、それに応じて低くなる。また何か
外乱の影響で、回転軸、重心が振れて、径方向変
位センサー１からの出力が、ΔV0以上から−ΔV0
以下になつた場合は、通常のバネ定数ｋで中心に
引き戻される。また、定常回転に達する間も従来
とほとんど同様（S0＝ΔV0の場合は従来よりεだ
け増加する程度）にロータの振れ回りを押える事
ができる。つまり共振点通過時、大きな外乱等の
ような、εに比べて大きな振れ回りの起る場合に
対しては、従来通りの制御特性を維持できるので
ある。
ｆを大きくすればするほど、外筒６へ伝達され
る振動、径方向電磁石消費電力が低くなるので、
ｆをできる限り大きくすれば良いのだが、平衡点
近傍においても、この径方向磁気軸受は安定でな
ければならないと言う事から、ｆの上限が決定さ
れる。極端な例として、径方向磁気軸受の不安定
バネ定数が零の場合（径方向電磁石へのバイアス
電流が零、モータ、重力、その他による不安定性
が零の場合）は、ｆを無限大にでき、外筒へ伝達
される振動及び径方向電磁石の消費電力は零とな
る。
る振動、径方向電磁石消費電力が低くなるので、
ｆをできる限り大きくすれば良いのだが、平衡点
近傍においても、この径方向磁気軸受は安定でな
ければならないと言う事から、ｆの上限が決定さ
れる。極端な例として、径方向磁気軸受の不安定
バネ定数が零の場合（径方向電磁石へのバイアス
電流が零、モータ、重力、その他による不安定性
が零の場合）は、ｆを無限大にでき、外筒へ伝達
される振動及び径方向電磁石の消費電力は零とな
る。
以上のように、制御回路内に前述したような関
数発生器を挿入する事により、平衡点近傍のバネ
定数を零または微少にして、制御特性をおとす事
なく、定常回転時の外筒へ伝達される振動と径方
向電磁石の消費電力を、従来の場合に比べて著し
く小さくできる。
数発生器を挿入する事により、平衡点近傍のバネ
定数を零または微少にして、制御特性をおとす事
なく、定常回転時の外筒へ伝達される振動と径方
向電磁石の消費電力を、従来の場合に比べて著し
く小さくできる。
このように低振動低消費電力制御型方向磁気軸
受は、高速で低振動な回転を要求し、しかも長時
間運転をする場合の多い軸流分子ポンプなどに適
している。
受は、高速で低振動な回転を要求し、しかも長時
間運転をする場合の多い軸流分子ポンプなどに適
している。
第１図は、従来の制御型径方向磁気軸受の構成
図で、第２図は、ロータの幾何学的中心と重心の
関係を示した回転軸に垂直な断面図で、第３図
は、系の共振点を越えて、ロータを回転させた場
合のロータの振れ回りの状況を模式的に示した図
で、第４図は、ロータの幾何学的回転軸と慣性主
軸の関係を示した回転軸に平行な断面図で、第５
図と第６図は、ロータを共振点より十分高く回転
させた場合の状況を示す回転軸に垂直なロータの
断面図で、第７図は、本発明の一実施例を示す構
成図で、第８図は、関数発生器の特性を示す特性
図である。 １……径方向変位センサー、２……ロータ、３
……制御回路、４……電磁石駆動回路、５……径
方向電磁石、６……外筒、７……関数発生器、８
……位相、ゲイン補償器、Ｓ……ロータの幾何学
的中心、Ｇ……ロータの重心、ε……SG間の距
離、Ｏ……回転中心、ω……ロータ回転数、Ｒ…
…ロータの幾何学的回転数、Ｉ……ロータの回転
主軸、τ……RI間のなす角、±ΔV0……関数発生
器の折れ点。
図で、第２図は、ロータの幾何学的中心と重心の
関係を示した回転軸に垂直な断面図で、第３図
は、系の共振点を越えて、ロータを回転させた場
合のロータの振れ回りの状況を模式的に示した図
で、第４図は、ロータの幾何学的回転軸と慣性主
軸の関係を示した回転軸に平行な断面図で、第５
図と第６図は、ロータを共振点より十分高く回転
させた場合の状況を示す回転軸に垂直なロータの
断面図で、第７図は、本発明の一実施例を示す構
成図で、第８図は、関数発生器の特性を示す特性
図である。 １……径方向変位センサー、２……ロータ、３
……制御回路、４……電磁石駆動回路、５……径
方向電磁石、６……外筒、７……関数発生器、８
……位相、ゲイン補償器、Ｓ……ロータの幾何学
的中心、Ｇ……ロータの重心、ε……SG間の距
離、Ｏ……回転中心、ω……ロータ回転数、Ｒ…
…ロータの幾何学的回転数、Ｉ……ロータの回転
主軸、τ……RI間のなす角、±ΔV0……関数発生
器の折れ点。
Claims (1)
- １ 高速回転機のロータを支持する径方向電磁石
と、前記ロータの径方向の変位を検出する径方向
変位センサーと、前記径方向変位センサーの変位
出力信号に応答して前記径方向電磁石の制御信号
を発生する制御回路と、前記制御信号に基づいて
前記径方向電磁石を駆動する電磁石駆動回路から
なる径方向磁気軸受において、前記制御回路は前
記変位出力信号に基づき、前記ロータの径方向の
変位の絶対値が所定の値より大きい時は通常のバ
ネ定数を呈する制御信号を発生し、前記ロータの
径方向の変位の絶対値が所定の値より小さい時は
前記通常のバネ定数よりも小さいバネ定数を呈す
る制御信号を発生する関数発生器を有することを
特徴とする低振動低消費電力制御型径方向磁気軸
受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18488582A JPS5977126A (ja) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | 低振動低消費電力制御型径方向磁気軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18488582A JPS5977126A (ja) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | 低振動低消費電力制御型径方向磁気軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5977126A JPS5977126A (ja) | 1984-05-02 |
| JPH0315050B2 true JPH0315050B2 (ja) | 1991-02-28 |
Family
ID=16161013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18488582A Granted JPS5977126A (ja) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | 低振動低消費電力制御型径方向磁気軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5977126A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6261703A (ja) * | 1985-09-11 | 1987-03-18 | Kawasaki Steel Corp | 傾斜圧延機のプラグバ−支持方法および装置 |
| JPH07101051B2 (ja) * | 1987-12-15 | 1995-11-01 | 石川島播磨重工業株式会社 | 磁気軸受の制御方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5182846A (ja) * | 1975-01-17 | 1976-07-20 | Mitsubishi Electric Corp | Jikijikukesochi |
-
1982
- 1982-10-21 JP JP18488582A patent/JPS5977126A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5977126A (ja) | 1984-05-02 |
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