JPH04119628U

JPH04119628U - 磁気軸受装置

Info

Publication number: JPH04119628U
Application number: JP2511591U
Authority: JP
Inventors: 典夫佐藤
Original assignee: 三菱プレシジヨン株式会社
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1992-10-26
Anticipated expiration: 2006-04-15
Also published as: JP2594534Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】１つの電磁石が故障しても、ロータを回転半径
方向の所定の位置に確実に保持することができる磁気軸
受装置を得る。【構成】ロータ(１)の周囲に３対６個の電磁石(3a)〜(3
f)を配置する。差動型加算器(5a)〜(5c)によってロータ
(１)の回転半径方向の変位が検出され、制御回路(7a)〜
(7c)によって変位を０にする信号が出力される。これら
信号は増幅された後に加減算されて電磁石(3a)〜(3f)に
供給され、電磁石(3a)〜(3f)が生じる磁気力によりロー
タ(１)が所定の位置に保持される。電磁石(3a)が故障し
た場合には、制御回路(7a)〜(7c)により他の電磁石の磁
気力が増されて、電磁石(3a)が生じるべき磁気力が補わ
れる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、磁気的吸引力により回転体を非接触で支持する磁気軸受装置に関するものであり、特に、回転体の回転半径方向の位置を検出してこれに基づいて回転体の位置の変位を制御する磁気軸受装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来例の構成を図３を参照しながら説明する。図３は、例えば、人工衛星姿勢制御用フライホイール、工作機械、ターボ分子ポンプ、遠心分離機及びターボ圧縮機などに利用されている従来の磁気軸受装置を示す概略図である。図３において、(１)はロータ、(２)はロータ(１)の回転軸である。(3a)と(3b) 及び(3c)と(3d)はロータ(１)の周囲に対称的に配置された２対の電磁石であって、電磁石(3a)、回転軸(２)及び電磁石(3b)を通るＸ軸と、電磁石(3c)、回転軸( ２)及び電磁石(3d)を通るＹ軸は垂直になっている。(4a)、(4b)、(4c)及び(4d) は、それぞれ電磁石(3a)、(3b)、(3c)及び(3d)とロータ(１)との間に配置された変位センサ、例えば過電流センサである。(5a)は差動型加算器である。(6a)は差動型加算器であって、正の入力端子が電圧コマンド源(図示しない)に接続され、かつ負の入力端子が差動型加算器(5a)の出力側に接続されている。(7a)は制御回路であって、入力側が差動型加算器(6a)の出力端子に接続されている。(8a)は増幅器であって、入力側が制御回路(7a)の出力側に接続されている。(9a)は演算器であって、正の入力端子が増幅器(8a)の出力側に接続されている。(9b)は演算器であって、負の入力端子が増幅器(8a)の出力側と演算器(9a)との接続点に接続されている。(10a)は電磁石(3a)のコイルであって、一端が演算器(9a)の出力端子に接続され、かつ他端が接地されている。(10b)はコイルであって、一端が演算器(9b)の出力端子に接続され、かつ他端が接地されている。(10c)及び(10d)はそれぞれ電磁石(3c)及び(3d)のコイルである。また、コイル(10c)及び(10d)についてもコイル(10a)及び(10b)と同様の回路が接続されているが、ここでは省略されている。

【０００３】次に、上述した従来例の動作を図３を参照しながら説明する。ロータ(１)は、外部からの電圧コマンドＶ_xにしたがった電磁石(3a)、(3b)、( 3c)及び(3d)の磁気力Ｆ₀により、回転軸(２)を回転半径方向の目標位置(Ｘ₀、Ｙ₀ )にして置かれる。そして、ロータ(１)は、回転軸(２)を中心に図示しない駆動装置によって回転する。ここでは、目標位置(Ｘ₀、Ｙ₀)をＸＹ座標の原点とする。変位センサ(4a)、(4b)は、ロータ(１)の回転半径方向の変位を検出し、これを差動型増幅器(5a)へ出力する。例えば、ロータ(１)が目標位置(Ｘ₀、Ｙ₀)からＸ軸の負方向にΔｇ移動し、変位センサ(4a)及び(4b)が変位Δｇを検知して変位信号を差動型演算器(5a)へ出力する。差動型演算器(5a)は、これら変位信号の差を検出して差動出力信号を出力する。この差動出力信号は、差動型加算器(6a)において、電圧コマンドＶ_xと加算されて制御回路(7a)へ出力される。制御回路(7a)は、ロータ(１)の回転半径方向の変位Δｇが小さくなるように差動型加算器(6a)の出力をPID制御する。そして、制御回路(7)の出力は、増幅器(8a)において増幅された後に、演算器(９)及び(10)に出力される。演算器(9a)及び(9b)は、増幅器(8a)の出力とバイアス電流 (図示しない)を加減算し、演算結果を電磁石電流として電磁石(3a)及び(3b)のコイル(10a)及び(10b)に供給する。電磁石(3a)及び(3b)は、電磁石電流に基づいて、ロータ(１)をＸ軸の正方向へΔｇ移動するような磁気力Ｆ₁を生じる。このようにして、ロータ(１)は回転半径方向の目標位置(Ｘ₀、Ｙ₀)に保持される。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上述したような従来の磁気軸受装置では、例えば電磁石(3a)が故障して出力がなくなった場合には、Ｘ軸方向の制御が不可能になるので、ロータ(１)を回転半径方向の目標位置(Ｘ₀、Ｙ₀)に保持できなくなるという問題点があった。

【０００５】この考案は、このような問題点を解決するためになされたもので、１つの電磁石が故障しても、ロータ(１)を回転半径方向の所定の位置に保持することができる磁気軸受装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この考案に係る磁気軸受装置は、次に掲げる手段を備えたものである。 [１] 回転半径方向の所定の位置に置かれて回転するロータ。 [２] このロータの周囲に対称的に配置された少なくとも３対の電磁石。 [３] 上記ロータと上記各電磁石の間に配置され、上記ロータの回転半径方向の変位を検知する位置検知手段。 [４] 上記位置検知手段に接続され、上記ロータの回転半径方向の変位を検出する変位検出手段。 [５] 上記変位検出手段と外部の電圧コマンド源と上記各電磁石のコイルとに接続され、上記ロータの回転半径方向の変位量に応じて上記ロータを回転半径方向の所定の位置に保持する磁気力を上記電磁石に発生させる制御手段。

【０００７】

【作用】

この考案においては、ロータは、回転半径方向の所定の位置に置かれて回転する。位置検知手段によってロータの回転半径方向の変位が検知され、変位検出手段によってロータの回転半径方向の変位が検出される。そして、制御回路によって、上記ロータの回転半径方向の変位量に応じ、ロータの周囲に対称的に配置された少なくとも３対の電磁石に上記ロータを所定の位置に保持する磁気力が発生する。

【０００８】

【実施例】

この考案の一実施例の構成を図１を参照しながら説明する。図１は、この考案の一実施例を示す概略図である。図１において、(１)、(２)、(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(4a)、(4b)、(4c)、(4 d)、(5a)、(6a)、(7a)、(8a)、(10a)、(10b)、(10c)及び(10d)は、従来例で説明したものと同じであり、電磁石(3a)、回転軸(２)及び電磁石(3b)を通るＸ軸と、電磁石(3c)、回転軸(２)及び電磁石(3d)を通るＹ軸とは60゜の角度である。(3e) 及び(3f)はロータ(１)の周囲に対称的に配置された１対の電磁石であって、電磁石(3e)、回転軸(２)及び電磁石(3f)を通るＺ軸はＹ軸と60゜の角度である。(4e) 及び(4f)はそれぞれ電磁石(3e)及び(3f)とロータ(１)との間に配置された変位センサであって、例えば過電流センサである。(5b)は差動型加算器であって、正の入力端子が変位センサ(4d)に接続され、かつ負の入力端子が変位センサ(4c)に接続されている。(5c)は差動型加算器であって、正の入力端子が変位センサ(10e) に接続され、かつ負の入力端子が変位センサ(10f)に接続される。(6b)は差動型加算器であって、正の入力端子が電圧コマンド源(図示しない)に接続され、かつ負の入力端子が差動型加算器(5b)の出力端子に接続されている。(6c)は差動型加算器であって、正の入力端子が電圧コマンド源に接続され、かつ負の入力端子が差動型加算器(5c)に接続される。(7b)及び(7c)は制御回路であって、それぞれ差動型加算器(6b)及び(6c)の出力端子に接続されている。(8b)及び(8c)は増幅器であって、入力端子がそれぞれ制御回路(7b)及び(7c)の出力端子に接続されている。(11a)、(11b)、(11c)、(11d)、(11e)及び(11f)は演算器であって、増幅器(8a) の出力端子が、演算器(11a)の第１の正の入力端子、演算器(11b)の第１の正の入力端子、演算器(11c)の第１の正の入力端子、演算器(11d)の第１の負の入力端子、演算器(11e)の第１の負の入力端子及び演算器(11f)の第１の負の入力端子に接続され、かつ増幅器(8b)の出力端子が、演算器(11a)の第２の正の入力端子、演算器(11b)の第２の正の入力端子、演算器(11c)の第１の負の入力端子、演算器(1 1d)の第２の負の入力端子、演算器(11e)の第２の負の入力端子及び演算器(11f) の第１の正の入力端子に接続され、かつ増幅器(8c)の出力端子が、演算器(11a) の第３の正の入力端子、演算器(11b)の負の入力端子、演算器(10c)の第２の負の入力端子、演算器(11d)の第３の負の入力端子、演算器(11e)の正の入力端子及び演算器(11f)の第２の正の入力端子に接続され、さらに演算器(11a)の出力端子はコイル(10c)の一端に接続され、かつ演算器(11b)の出力端子はコイル(10a)の一端に接続され、かつ演算器(11d)の出力端子がコイル(10d)の一端に接続され、かつ演算器(11e)の出力端子がコイル(10b)の一端に接続されている。(10e)及び(10 f)はそれぞれ電磁石(3e)及び(3f)のコイルであって、それぞれ一端が演算器(11f )及び演算器(11c)の出力端子に接続され、かつ他端が接地されている。

【０００９】ところで、この考案の位置検知手段は、この考案の一実施例では、変位センサ (4a)、(4b)、(4c)、(4d)、(4e)及び(4f)であり、この発明の変位検出手段は、差動型加算器(5a)、(5b)及び(5c)から構成され、この考案の制御手段は、差動型加算器(6a)、(6b)及び(6c)、制御回路(7a)、(7b)及び(7c)、増幅器(8a)、(8b)及び (8c)、並びに演算器(11a)、(11b)、(11c)、(11d)、(11e)及び(11f)から構成される。

【００１０】次に、上述した一実施例の動作を図１及び図２を参照しながら説明する。図２はこの考案の一実施例を説明するベクトル図である。通常、ロータ(１)の回転軸(２)は、電圧コマンドＶ_x、Ｖ_y及びＶ_zにしたがって、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸において目標位置(Ｘ₀、Ｙ₀、Ｚ₀)に保持されている。ここでは、目標位置(Ｘ₀、Ｙ₀、Ｚ₀)をＸＹＺ座標の原点とする。ロータ(１)がＸ軸の負方向へΔｇ移動した場合、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸上での変位は図２(a)のようになり、Ｙ軸及びＺ軸方向の変位は、共に負方向へΔｇcos60゜になる。変位センサ(4a)と(4b)、(4c)と(4d)及び(4e)と(4f)は、それぞれこのようなＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の変位を検知して変位信号を差動型加算器(5a)、 (5b)及び(5c)に出力する。

【００１１】差動型加算器(5a)、(5b)及び(5c)は入力された変位信号を加算し、差動出力信号をそれぞれ差動型加算器(6a)、(6b)及び(6C)に出力する。そして、差動型加算器(6a)、(6b)及び(6C)において、各差動出力信号はそれぞれ電圧コマンドＶ_x、Ｖ_y及びＶ_zと加算される。

【００１２】制御回路(7a)、(7b)及び(7c)は、差動型加算器(6a)、(6b)及び(6C)の出力に基づいて、図２(a)に示した各軸方向の変位Δｇ及びΔｇcos60゜を０にする磁気力を電磁石(3a)、(3b)及び(3c)に生じさせる信号を出力する。そして、増幅器(8a) 、(8b)及び(8c)は、制御回路(7a)、(7b)及び(7c)の出力を増幅して、それぞれ信号ｘ、ｙ及びｚを演算器(11a)、(11b)、(11c)、(11d)、(11e)及び(11f)に出力する。

【００１３】演算器(11a)、(11b)、(11c)、(11d)、(11e)及び(11f)は、バイアス電流(図示しない)に信号ｘ、ｙ及びｚを次のように加減算する。演算器(11a)では、信号ｘ、ｙ及びｚが加算される。演算器(11b)では、信号ｘ及びｙが加算され、かつ信号ｚが減算される。演算器(11c)では、信号ｘが加算され、かつ信号ｙ及びｚが減算される。演算器(11d)では、信号ｘ、ｙ及びｚが減算される。演算器(11e)では、信号ｘ及びｙが減算され、かつ信号ｚが加算される。演算器(11f)では、信号ｘが加算され、かつ信号ｙ及びｚが減算される。

【００１４】演算器(11a)、(11b)、(11c)、(11d)、(11e)及び(11f)での演算結果は、電磁石電流として電磁石(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)及び(3f)の各コイル(10a)、(10 b)、(10c)、(10d)、(10e)及び(10f)に供給される。そして、電磁石(3a)と(3b)、 (3c)と(3d)及び(3e)と(3f)は、電磁石電流に基づいて、図２(b)に示すように、ロータ(１)をそれぞれＸ軸の正方向へΔｇ、Ｙ軸の正方向へΔｇcos60゜及びＺ軸の正方向へΔｇcos60゜移動させる磁気力Ｆ_x0、Ｆ_y0及びＦ_z0を生じる。そして、ロータ(１)はこれらの合力Ｆ_xyz0によって回転半径方向の目標位置(Ｘ₀、Ｙ₀、Ｚ₀)に保持される。

【００１５】ここで、電磁石(3a)が故障して磁気力が生じない場合について説明する。この場合、制御回路(7b)及び(7c)では、故障した電磁石(3a)に必要な磁気力を隣の電磁石(3c)及び(3f)の磁気力によって補う処理(PID制御)をして、図２(c)に示すように、電磁石(3c)及び(3d)による磁気力Ｆ_y1と電磁石(3e)及び(3f)による磁気力Ｆ_z1との合力Ｆ_yz1が、図２(b)の合力Ｆ_xyz0と同じになるような信号を出力する。

【００１６】このようにして、電磁石(3a)が故障しても、電磁石(3a)が生じるべき磁気力を電磁石(3c)及び(3f)の磁気力によって補うことにより、ロータ(１)は回転半径方向の目標位置(Ｘ₀、Ｙ₀、Ｚ₀)に保持される。なお、上記実施例では、３対６個の電磁石を備えた場合を示しているが、４対以上を備えた場合でも同様の効果を奏する。

【００１７】

【考案の効果】

この考案は、以上説明したとおり、回転半径方向の所定の位置に置かれて回転するロータ、このロータの周囲に対称的に配置された少なくとも３対の電磁石、上記ロータと上記各電磁石の間に配置され、上記ロータの回転半径方向の変位を検知する位置検知手段、上記位置検知手段に接続され、上記ロータの変位を検出する手段、及び上記変位検出手段と外部の電圧コマンド源と上記各電磁石のコイルとに接続され、上記ロータの回転半径方向の変位量に応じて上記ロータを回転半径方向の所定の位置に保持する磁気力を上記電磁石に発生させる制御をする制御手段とを備えたことによって、１つの電磁石が故障してもロータを回転半径方向の所定の位置に確実に保持する磁気軸受装置を得ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を示す概略図である。

【図２】この考案の一実施例を説明するベクトル図であ
る。

【図３】従来の磁気軸受装置を示す概略図である。

【符号の説明】

(１) ロータ (3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f) 電磁石 (4a)、(4b)、(4c)、(4d)、(4e)、(4f) 変位センサ (5a)、(5b)、(5c) 差動型加算器 (6a)、(6b)、(6c) 差動型加算器 (7a)、(7b)、(7c) 制御回路 (8a)、(8b)、(8c) 増幅器 (10a)、(10b)、(10c)、(10d)、(10e)、(10f) コイル (11a)、(11b)、(11c)、(11d)、(11e)、(11f) 演算器

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】回転半径方向の所定の位置に置かれて回
転するロータ、このロータの周囲に対称的に配置された
少なくとも３対の電磁石、上記ロータと上記各電磁石の
間に配置され、上記ロータの回転半径方向の変位を検知
する位置検知手段、上記位置検知手段に接続され、上記
ロータの変位を検出する変位検出手段、及び上記変位検
出手段と外部の電圧コマンド源と上記各電磁石のコイル
とに接続され、上記ロータの回転半径方向の変位量に応
じて上記ロータを回転半径方向の所定の位置に保持する
磁気力を上記電磁石に発生させる制御手段を備えたこと
を特徴とする磁気軸受装置。