JPH0536649B2 - - Google Patents
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- JPH0536649B2 JPH0536649B2 JP61155053A JP15505386A JPH0536649B2 JP H0536649 B2 JPH0536649 B2 JP H0536649B2 JP 61155053 A JP61155053 A JP 61155053A JP 15505386 A JP15505386 A JP 15505386A JP H0536649 B2 JPH0536649 B2 JP H0536649B2
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- JP
- Japan
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- compensation circuit
- current
- rotating shaft
- voltage
- operational amplifiers
- Prior art date
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-
- 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
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
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- 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】
（産業上の利用分野）
本発明は、回転軸に回転子ヨーク（継鉄）を固
着し、該回転子ヨークから微小間隙を設けて、起
磁力を発生させる励磁コイルを備えた電磁石固定
子をケーシングに固定し、回転軸とケーシング間
の相対変位を測定する変位センサーを設け、該変
位センサーからの出力信号をもとに上記回転子ヨ
ークと電磁石固定子間に磁気吸引力を作用させて
軸受作用を行わせるようにした磁気軸受の制御装
置に関し、該磁気軸受はターボ機械のラジアル軸
受やスラスト軸受として用いられる。
着し、該回転子ヨークから微小間隙を設けて、起
磁力を発生させる励磁コイルを備えた電磁石固定
子をケーシングに固定し、回転軸とケーシング間
の相対変位を測定する変位センサーを設け、該変
位センサーからの出力信号をもとに上記回転子ヨ
ークと電磁石固定子間に磁気吸引力を作用させて
軸受作用を行わせるようにした磁気軸受の制御装
置に関し、該磁気軸受はターボ機械のラジアル軸
受やスラスト軸受として用いられる。
（従来の技術）
従来の制御装置を有する磁気軸受装置を、第３
図及び第４図について説明する。
図及び第４図について説明する。
第３図は、電磁石を用いた五軸制御形軸受（運
動自由度を五つ制御する形の軸受）で支持したス
ピンドルの縦断面図である。
動自由度を五つ制御する形の軸受）で支持したス
ピンドルの縦断面図である。
図において、回転軸１は、ケーシング７の中央
部に配設された電動機固定子８と電動機回転子９
とからなる電動機によつて駆動され、該回転軸１
は、上記電動機の両側に配設された２個のラジア
ル磁気軸受と、その一方のラジアル磁気軸受に隣
設されたスラスト磁気軸受とによつて支持されて
いる。上記ラジアル磁気軸受は、ケーシング７に
取付けられ且つ固定子コイル５を備えたラジアル
軸受固定子３と、回転軸１に取付けられたラジア
ル軸受回転子ヨーク４と、半径方向変位センサー
６と、非常時用転がり軸受２とからなり、また、
スラスト磁気軸受は、回転軸１に取付けられたス
ラスト軸受回転子１０と、該回転子１０の両側に
対向するようにしてケーシング７に取付けられ且
つ固定子コイル１２をそれぞれ備えたスラスト軸
受固定子１１，１１と、回転軸１の端部に設けら
れた軸方向変位センサー１３とから構成されてい
る。
部に配設された電動機固定子８と電動機回転子９
とからなる電動機によつて駆動され、該回転軸１
は、上記電動機の両側に配設された２個のラジア
ル磁気軸受と、その一方のラジアル磁気軸受に隣
設されたスラスト磁気軸受とによつて支持されて
いる。上記ラジアル磁気軸受は、ケーシング７に
取付けられ且つ固定子コイル５を備えたラジアル
軸受固定子３と、回転軸１に取付けられたラジア
ル軸受回転子ヨーク４と、半径方向変位センサー
６と、非常時用転がり軸受２とからなり、また、
スラスト磁気軸受は、回転軸１に取付けられたス
ラスト軸受回転子１０と、該回転子１０の両側に
対向するようにしてケーシング７に取付けられ且
つ固定子コイル１２をそれぞれ備えたスラスト軸
受固定子１１，１１と、回転軸１の端部に設けら
れた軸方向変位センサー１３とから構成されてい
る。
上記図面には、ラジアル軸受部３，４，５，６
とスラスト軸受部１０，１１，１２，１３の２種
類の軸受が記載されているが、何れの軸受の制御
方法も同じであるので、ここではラジアル軸受に
ついて説明する。
とスラスト軸受部１０，１１，１２，１３の２種
類の軸受が記載されているが、何れの軸受の制御
方法も同じであるので、ここではラジアル軸受に
ついて説明する。
ラジアル軸受では、回転軸１に固着した軸受回
転子ヨーク４と、起磁力を発生させるコイル５を
備えた軸受固定子３との間の相対変位を、変位セ
ンサー６で測定し、この間の距離が一定となるよ
うにコイル５に所定の電流を印加するようになつ
ている。
転子ヨーク４と、起磁力を発生させるコイル５を
備えた軸受固定子３との間の相対変位を、変位セ
ンサー６で測定し、この間の距離が一定となるよ
うにコイル５に所定の電流を印加するようになつ
ている。
第４図は、上記のコイル５の電流を制御する従
来の制御装置に用いられる回路図である。図にお
いて、変位センサー６の信号を補償回路２１と電
力増幅器２２を通し、制御電流をコイル５ｅ，５
ｆに流すとともに、制御の直線性を補償するた
め、直流電源２３より直流電流をコイル５ｃ，５
ｄに常時流し続けるようになつていた。
来の制御装置に用いられる回路図である。図にお
いて、変位センサー６の信号を補償回路２１と電
力増幅器２２を通し、制御電流をコイル５ｅ，５
ｆに流すとともに、制御の直線性を補償するた
め、直流電源２３より直流電流をコイル５ｃ，５
ｄに常時流し続けるようになつていた。
（発明が解決しようとする問題点）
上記したように、従来の磁気軸受の制御装置に
おいては、制御の直線性を補償するため、直流電
源より常に大電流をコイルに流し続けるようにな
つている。そのため、コイルの発熱や電力損失或
いは、回転子渦電流損による回転子の発熱、回転
軸の不安定振動の原因となつていた。
おいては、制御の直線性を補償するため、直流電
源より常に大電流をコイルに流し続けるようにな
つている。そのため、コイルの発熱や電力損失或
いは、回転子渦電流損による回転子の発熱、回転
軸の不安定振動の原因となつていた。
本発明は、上記した問題点を解決することを技
術的課題としている。
術的課題としている。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決す
るために、従来用いていた直流電源用コイルに相
当するバイアス用コイルをなくし、各制御軸当り
１対（２個）のコイルのみを用い、しかも、これ
ら１対のコイルにそれぞれ接続される電力増幅器
が、補償回路からの信号を入力する二つの演算増
幅器と、これらの演算増幅器からの出力をそれぞ
れ増幅し且つ制御用の電磁石に一方向の正の電流
のみを流すようにした２個のパワートランジスタ
より構成されており、補償回路の出力を、一方の
演算増幅器の非反転入力端子と、他方の演算増幅
器の反転入力端子にそれぞれ接続し、これらの入
力信号と並列に励磁コイルバイアス電圧を両演算
増幅器の非反転入力端子に接続したことを特徴と
し、これにより常に制御電流を流さなくても回転
子位置制御を可能とし、また、補償回路に非線形
の増幅特性をもたせるようにして、大電流がコイ
ルに流れる場合の制御回路全体の非線形性を小さ
くすることを可能にしている。
るために、従来用いていた直流電源用コイルに相
当するバイアス用コイルをなくし、各制御軸当り
１対（２個）のコイルのみを用い、しかも、これ
ら１対のコイルにそれぞれ接続される電力増幅器
が、補償回路からの信号を入力する二つの演算増
幅器と、これらの演算増幅器からの出力をそれぞ
れ増幅し且つ制御用の電磁石に一方向の正の電流
のみを流すようにした２個のパワートランジスタ
より構成されており、補償回路の出力を、一方の
演算増幅器の非反転入力端子と、他方の演算増幅
器の反転入力端子にそれぞれ接続し、これらの入
力信号と並列に励磁コイルバイアス電圧を両演算
増幅器の非反転入力端子に接続したことを特徴と
し、これにより常に制御電流を流さなくても回転
子位置制御を可能とし、また、補償回路に非線形
の増幅特性をもたせるようにして、大電流がコイ
ルに流れる場合の制御回路全体の非線形性を小さ
くすることを可能にしている。
（作用）
本発明は上記のように構成されているので、変
位センサーからの回転軸とケーシング間の相対変
位に比例した信号は、補償回路に入つてゲイン、
位相の補償が行われて後、一方の演算増幅器の非
反転入力端子と他方の演算増幅器の反転入力端子
とにそれぞれ接続されて入力されると共に、該入
力信号と並列に励磁コイルバイアス電流のための
信号が入力され、これらの入力信号とバイアス電
流のための信号とが作用し合つて、パワートラン
ジスタへ送られ、ここで、補償回路の出力に比例
する電流成分つまり制御電流が出力増幅作用と直
線検波作用を受け、１対の固定子コイルに一方向
の正の電流だけが流れ、該１対の固定子コイルを
流れるコイル電流の何れかが一時的に流れなくな
る。従つて、励磁コイルに流れる電流が少くて済
むので、コイルでの発熱、パワーロスは小さく、
また磁気軸受部の磁束密度も小さくできるので、
回転子の渦電流損は小さくなり、該損失に伴う回
転軸の不安定振動も軽減される。
位センサーからの回転軸とケーシング間の相対変
位に比例した信号は、補償回路に入つてゲイン、
位相の補償が行われて後、一方の演算増幅器の非
反転入力端子と他方の演算増幅器の反転入力端子
とにそれぞれ接続されて入力されると共に、該入
力信号と並列に励磁コイルバイアス電流のための
信号が入力され、これらの入力信号とバイアス電
流のための信号とが作用し合つて、パワートラン
ジスタへ送られ、ここで、補償回路の出力に比例
する電流成分つまり制御電流が出力増幅作用と直
線検波作用を受け、１対の固定子コイルに一方向
の正の電流だけが流れ、該１対の固定子コイルを
流れるコイル電流の何れかが一時的に流れなくな
る。従つて、励磁コイルに流れる電流が少くて済
むので、コイルでの発熱、パワーロスは小さく、
また磁気軸受部の磁束密度も小さくできるので、
回転子の渦電流損は小さくなり、該損失に伴う回
転軸の不安定振動も軽減される。
また、制御回路における補償回路に、励磁コイ
ルバイアス電流に対応した電圧以上の電圧領域の
増幅率を、該電圧以下の領域の増幅率より小さく
した非線形増幅特性をもたせるようにすることに
より、該補償回路はソフトスプリング特性の増幅
特性をもつことになり、従つて、従来線形増幅特
性で使用されていた補償回路による励磁電流と磁
気吸引力間のハードスプリング特性が、上記補償
回路のソフトスプリング特性で相殺される。従つ
て、回転軸の危険速度附近での振幅のジヤンプ現
象はなくなり、危険速度を容易に通過することが
でき、振動的に安定な回転が得られる。
ルバイアス電流に対応した電圧以上の電圧領域の
増幅率を、該電圧以下の領域の増幅率より小さく
した非線形増幅特性をもたせるようにすることに
より、該補償回路はソフトスプリング特性の増幅
特性をもつことになり、従つて、従来線形増幅特
性で使用されていた補償回路による励磁電流と磁
気吸引力間のハードスプリング特性が、上記補償
回路のソフトスプリング特性で相殺される。従つ
て、回転軸の危険速度附近での振幅のジヤンプ現
象はなくなり、危険速度を容易に通過することが
でき、振動的に安定な回転が得られる。
（実施例）
次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
第１図は、本発明の制御装置をラジアル軸受に
適用した場合の一実施例を示す要部説明図であ
る。図中、第４図に記載した符号と同一の符号は
同一ないし同類部分を示すものとする。なお、ス
ラスト軸受の場合もラジアル軸受と同様に適用で
きる。
適用した場合の一実施例を示す要部説明図であ
る。図中、第４図に記載した符号と同一の符号は
同一ないし同類部分を示すものとする。なお、ス
ラスト軸受の場合もラジアル軸受と同様に適用で
きる。
図において、１は回転軸、３はケーシングに固
着された磁気軸受固定子、４は回転軸１に固着さ
れた磁気軸受回転子ヨーク、５ａ，５ｂは励磁コ
イルである。
着された磁気軸受固定子、４は回転軸１に固着さ
れた磁気軸受回転子ヨーク、５ａ，５ｂは励磁コ
イルである。
上記回転子ヨーク４と固定子３との間の相対変
位に比例した出力を出す変位センサー６の出力
は、補償回路２１ａに入り、ここでゲイン、位相
の補償を行うと共に、該補償回路２１ａは、コイ
ル５ａ，５ｂに流すバイアス電流に対応する電圧
Vi′で電圧VpをVp′として、該補償回路２１ａの
枠内に示すような折れ線の増幅特性を持たせるよ
うになつている。
位に比例した出力を出す変位センサー６の出力
は、補償回路２１ａに入り、ここでゲイン、位相
の補償を行うと共に、該補償回路２１ａは、コイ
ル５ａ，５ｂに流すバイアス電流に対応する電圧
Vi′で電圧VpをVp′として、該補償回路２１ａの
枠内に示すような折れ線の増幅特性を持たせるよ
うになつている。
上記補償回路２１ａの出力は、２個の電力増幅
器２２ａ，２２ｂに導かれる。これらの両電力増
幅器２２ａ，２２ｂは、何れも演算増幅器OP１，
OP２とパワートランジスタQ1，Q2より構成さ
れ、補償回路２１ａの出力は、OP１演算増幅器
の反転入力端子（−）と、OP２演算増幅器の非
反転入力端子（＋）に接続すると共に、これら両
演算増幅器の非反転入力端子（＋）に、バイアス
電圧VBを接続している。この結果、変位センサ
ー出力電圧、つまり補償回路出力を第２図ａの３
１とすると、OP１とOP２の両演算増幅器の出力
は、第２図ｂに示す３２ａと３２ｂになり、コイ
ル５ａと５ｂに流れる電流は、第２図ｃの３３ａ
と３３ｂとなる。上記第２図ａ〜ｃにおいて横軸
は何れも時刻を表わし、また同図ｃにおけるipは
コイルバイアス電流を表わしている。
器２２ａ，２２ｂに導かれる。これらの両電力増
幅器２２ａ，２２ｂは、何れも演算増幅器OP１，
OP２とパワートランジスタQ1，Q2より構成さ
れ、補償回路２１ａの出力は、OP１演算増幅器
の反転入力端子（−）と、OP２演算増幅器の非
反転入力端子（＋）に接続すると共に、これら両
演算増幅器の非反転入力端子（＋）に、バイアス
電圧VBを接続している。この結果、変位センサ
ー出力電圧、つまり補償回路出力を第２図ａの３
１とすると、OP１とOP２の両演算増幅器の出力
は、第２図ｂに示す３２ａと３２ｂになり、コイ
ル５ａと５ｂに流れる電流は、第２図ｃの３３ａ
と３３ｂとなる。上記第２図ａ〜ｃにおいて横軸
は何れも時刻を表わし、また同図ｃにおけるipは
コイルバイアス電流を表わしている。
上記第２図ｃから分かるように、固定子３の励
磁コイル５ａ，５ｂに流れる制御電流i33a，i33b
は、負の部分がカツトされ、一方向の正の電流の
みが流れ、該１対の固定子コイルを流れるコイル
電流の何れかが一時的に流れなくなる。従つて、
コイルでの発熱、パワーロスは小さくなり、磁気
軸受部の磁束密度を小さくすることができる。
磁コイル５ａ，５ｂに流れる制御電流i33a，i33b
は、負の部分がカツトされ、一方向の正の電流の
みが流れ、該１対の固定子コイルを流れるコイル
電流の何れかが一時的に流れなくなる。従つて、
コイルでの発熱、パワーロスは小さくなり、磁気
軸受部の磁束密度を小さくすることができる。
ところで、磁気軸受回転子４と固定子３間に作
用する磁気吸引力Ｆは、次式で与えられる。
用する磁気吸引力Ｆは、次式で与えられる。
Ｆ＝Ki2 33b−Ki2 33a ……(イ)
ここでi33a，i33bはコイル５ａ，５ｂに流れる電
流である。この電流のうち、補償回路の出力に比
例する成分をiaとすると、 i33a＝ip−ia（ip−ia≧Ｏ） ……(ロ) ＝Ｏ（ip−ia＜Ｏ） ……(ハ) i33b＝ip＋ia（ip＋ia≧Ｏ） ……(ニ) ＝Ｏ（ip＋ia＜Ｏ） ……(ホ) となるので(イ)式より Ｆ＝4Kipia（｜ia｜≦ip） ＝−Ｋ（ip−ia）2（ia＜−ip） ……(ホ)′ ＝Ｋ（ip＋ia）2（ia＞ip） ……(ハ)′ ∴∂F／∂ia＝4Kip（｜ia｜≦ip） ∂F／∂ia＝−2K（ia−ip）（ia＜−ip） ∂F／∂ia＝−2K（ia−ip）（ia＞ip） 上記の特性つまり、制御電流iaと磁気吸引力Ｆ
との間の剛性特性を図示すると、第２図ｄの３４
となり、磁気吸引力Ｆと電流iaは、折れ線の特性
となるものの、制御電流つまり、補償回路の出力
に比例する電流成分iaがバイアス電流ipより大き
くなると、前記(ハ)式より明らかなように、コイル
５ａ又は５ｂのコイル電流i33a又はi33bのうち何れ
かは、一時的に零つまり流れなくなり、同様に、
制御電流iaがipより小さい場合にも、何れか一方
のコイルにはバイアス電流ipより小さな電流が流
れるのみであるので、コイルでの発熱、パワーロ
スは小さくなり、また磁気軸受部の磁束密度を小
さくすることができる。
流である。この電流のうち、補償回路の出力に比
例する成分をiaとすると、 i33a＝ip−ia（ip−ia≧Ｏ） ……(ロ) ＝Ｏ（ip−ia＜Ｏ） ……(ハ) i33b＝ip＋ia（ip＋ia≧Ｏ） ……(ニ) ＝Ｏ（ip＋ia＜Ｏ） ……(ホ) となるので(イ)式より Ｆ＝4Kipia（｜ia｜≦ip） ＝−Ｋ（ip−ia）2（ia＜−ip） ……(ホ)′ ＝Ｋ（ip＋ia）2（ia＞ip） ……(ハ)′ ∴∂F／∂ia＝4Kip（｜ia｜≦ip） ∂F／∂ia＝−2K（ia−ip）（ia＜−ip） ∂F／∂ia＝−2K（ia−ip）（ia＞ip） 上記の特性つまり、制御電流iaと磁気吸引力Ｆ
との間の剛性特性を図示すると、第２図ｄの３４
となり、磁気吸引力Ｆと電流iaは、折れ線の特性
となるものの、制御電流つまり、補償回路の出力
に比例する電流成分iaがバイアス電流ipより大き
くなると、前記(ハ)式より明らかなように、コイル
５ａ又は５ｂのコイル電流i33a又はi33bのうち何れ
かは、一時的に零つまり流れなくなり、同様に、
制御電流iaがipより小さい場合にも、何れか一方
のコイルにはバイアス電流ipより小さな電流が流
れるのみであるので、コイルでの発熱、パワーロ
スは小さくなり、また磁気軸受部の磁束密度を小
さくすることができる。
そのため、回転子の渦電流損は小さくなり、該
損失に伴う回転軸の不安定振動も軽減される。
損失に伴う回転軸の不安定振動も軽減される。
他方、補償回路２１ａは、従来、線形増幅特性
で使用していたため、磁気軸受回転子と固定子間
の相対変位ｘと制御電流iaとは比例関係にあるの
で、このような線形増幅特性をもつた補償回路を
用いた場合、∂F／∂iaが第２図ｄの３４で示すよ
うな、バイアス電流値以上の領域で立ち上がる折
れ線特性をもつことから、磁気軸受のばね特性
は、ハードスプリング（硬いばね）の特性を持つ
ことになり、回転軸の危険速度を通過する場合、
第６図に示す特性の応答となり通過が困難にな
る。第６図において、６１はリニア−スプリング
の応答曲線、６２はハードスプリングの応答曲線
である。
で使用していたため、磁気軸受回転子と固定子間
の相対変位ｘと制御電流iaとは比例関係にあるの
で、このような線形増幅特性をもつた補償回路を
用いた場合、∂F／∂iaが第２図ｄの３４で示すよ
うな、バイアス電流値以上の領域で立ち上がる折
れ線特性をもつことから、磁気軸受のばね特性
は、ハードスプリング（硬いばね）の特性を持つ
ことになり、回転軸の危険速度を通過する場合、
第６図に示す特性の応答となり通過が困難にな
る。第６図において、６１はリニア−スプリング
の応答曲線、６２はハードスプリングの応答曲線
である。
なお、上記ハードスプリング特性とは、スプリ
ングの伸びｘに対する復元力をｆ(x)で表わしたと
き、通常、ばねは第５図ａ，ｂ，ｃで示すような
ばね特性を有し、これらの特性をｆ(x)＝K1x＋
K3x3（K1＞Ｏ）で表わせば、同図のａ，ｂ，ｃは
それぞれK3＞Ｏ、K3＜Ｏ、K3＝Ｏに対応し、ハ
ードスプリング特性は同図ａの特性に相当する。
ングの伸びｘに対する復元力をｆ(x)で表わしたと
き、通常、ばねは第５図ａ，ｂ，ｃで示すような
ばね特性を有し、これらの特性をｆ(x)＝K1x＋
K3x3（K1＞Ｏ）で表わせば、同図のａ，ｂ，ｃは
それぞれK3＞Ｏ、K3＜Ｏ、K3＝Ｏに対応し、ハ
ードスプリング特性は同図ａの特性に相当する。
そこで、本発明では、補償回路２１ａに、第１
図の２１ａの枠内の折れ線で示すようなソフトス
プリング（軟かいばね）特性、つまり第５図ｂに
示すK3＜Ｏに相当するばね特性の増幅特性を持
たせるようにしている。これにより、励磁電流と
磁気吸引力間の第２図ｄに示すようなハードスプ
リング特性を、該補償回路２１ａのソフトスプリ
ング特性で相殺することができるので、第２図ｄ
の３４で示すハードスプリングの特性の軽減が図
られる。なお、第１図の補償回路２１ａの枠内の
Vi′は、第２図ｂ〜ｄのバイアス電流ipに対応し
ている。
図の２１ａの枠内の折れ線で示すようなソフトス
プリング（軟かいばね）特性、つまり第５図ｂに
示すK3＜Ｏに相当するばね特性の増幅特性を持
たせるようにしている。これにより、励磁電流と
磁気吸引力間の第２図ｄに示すようなハードスプ
リング特性を、該補償回路２１ａのソフトスプリ
ング特性で相殺することができるので、第２図ｄ
の３４で示すハードスプリングの特性の軽減が図
られる。なお、第１図の補償回路２１ａの枠内の
Vi′は、第２図ｂ〜ｄのバイアス電流ipに対応し
ている。
このようにして、回転軸の危険速度の通過が容
易となる。
易となる。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、電力増
幅器を、補償回路からの信号を入力する２個の演
算増幅器と、該演算増幅器からの出力を増幅し且
つ制御用の電磁石に一方向の正の電流のみを流す
ようにした２個のパワートランジスタとにより構
成したことにより、一方向を制御するための１対
のコイルのうち、一方の励磁コイルには一時的に
電流を流す必要がなくなる。従つて、励磁コイル
に流れる電流が少くて済むのでこの部分での発熱
が小さくなり、制御系の電力損失も小さくなり系
の効率が上がる。また、回転子と固定子間の磁束
密度も小さくなるため、回転子での渦電流損によ
る発熱も小さくなると共に、渦電流により回転子
に発生する回転体を不安定化する力も小さくな
り、振動的に安定な回転軸が実現できる。
幅器を、補償回路からの信号を入力する２個の演
算増幅器と、該演算増幅器からの出力を増幅し且
つ制御用の電磁石に一方向の正の電流のみを流す
ようにした２個のパワートランジスタとにより構
成したことにより、一方向を制御するための１対
のコイルのうち、一方の励磁コイルには一時的に
電流を流す必要がなくなる。従つて、励磁コイル
に流れる電流が少くて済むのでこの部分での発熱
が小さくなり、制御系の電力損失も小さくなり系
の効率が上がる。また、回転子と固定子間の磁束
密度も小さくなるため、回転子での渦電流損によ
る発熱も小さくなると共に、渦電流により回転子
に発生する回転体を不安定化する力も小さくな
り、振動的に安定な回転軸が実現できる。
また、補償回路に非線形増幅特性をもたせるよ
うにすれば、励磁電流と磁気吸引力との間のハー
ドスプリング特性を補償回路のソフトスプリング
特性で相殺させることができるので、小さなバイ
アス電流で制御ができ、従つて励磁コイルに流れ
る電流は更に小さくなり前記した効果が促進され
る。またハードスプリング特性の軽減が図れ、回
転軸の危険速度を容易に通過することができる。
うにすれば、励磁電流と磁気吸引力との間のハー
ドスプリング特性を補償回路のソフトスプリング
特性で相殺させることができるので、小さなバイ
アス電流で制御ができ、従つて励磁コイルに流れ
る電流は更に小さくなり前記した効果が促進され
る。またハードスプリング特性の軽減が図れ、回
転軸の危険速度を容易に通過することができる。
第１図は本発明の制御装置をラジアル軸受に適
用した場合の一実施例を示す要部説明図、第２図
ａないしｄは本発明の制御装置に用いられる制御
回路の特性曲線図、第３図は電磁石を用いた五軸
制御形軸受で支持したスピンドルの縦断面図、第
４図は従来のラジアル軸受の制御装置の説明図、
第５図ａないしｃはばねの特性線図、第６図はば
ねの応答曲線図である。 １……回転軸、３……ラジアル軸受固定子、４
……ラジアル軸受回転子ヨーク、５ａ，５ｂ……
励磁コイル、６……変位センサー、２１ａ……補
償回路、２２ａ，２２ｂ……電力温幅器、３１…
…変位センサー出力電圧、３２ａ，３２ｂ……演
算増幅器出力電圧、３３……励磁コイル電流、３
４……制御電流と磁気吸引力との間の剛性特性、
６１……リニア−スプリングの応答曲線、６２…
…ハードスプリングの応答曲線、OP１，OP２…
…演算増幅器、Q1，Q2……パワートランジスタ、
VB……バイアス電圧、ip……バイアス電流。
用した場合の一実施例を示す要部説明図、第２図
ａないしｄは本発明の制御装置に用いられる制御
回路の特性曲線図、第３図は電磁石を用いた五軸
制御形軸受で支持したスピンドルの縦断面図、第
４図は従来のラジアル軸受の制御装置の説明図、
第５図ａないしｃはばねの特性線図、第６図はば
ねの応答曲線図である。 １……回転軸、３……ラジアル軸受固定子、４
……ラジアル軸受回転子ヨーク、５ａ，５ｂ……
励磁コイル、６……変位センサー、２１ａ……補
償回路、２２ａ，２２ｂ……電力温幅器、３１…
…変位センサー出力電圧、３２ａ，３２ｂ……演
算増幅器出力電圧、３３……励磁コイル電流、３
４……制御電流と磁気吸引力との間の剛性特性、
６１……リニア−スプリングの応答曲線、６２…
…ハードスプリングの応答曲線、OP１，OP２…
…演算増幅器、Q1，Q2……パワートランジスタ、
VB……バイアス電圧、ip……バイアス電流。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 回転軸に固着した磁性材料製回転子ヨーク
と、該回転子ヨークから微小間〓を設けてケーシ
ングに固定され且つ起磁力を発生させるコイルを
備えた電磁石固定子と、回転軸とケーシング間の
相対変位を測定する変位センサーと、該変位セン
サーからの出力信号をもとに回転子ヨークと１対
の電磁石固定子間に作用する磁気吸引力を制御す
る補償回路と電力増幅器とから構成される磁気軸
受において、該電力増幅器が補償回路からの信号
を入力する２個の演算増幅器と、該演算増幅器か
らの出力をそれぞれ増幅し且つ制御用の電磁石に
一方向の正の電流のみを流すようにした２個のパ
ワートランジスタとにより構成されており、上記
補償回路の出力側を一方の演算増幅器の非反転入
力端子と他方の演算増幅器の反転入力端子とにそ
れぞれ接続し、これらの入力信号と並列に励磁コ
イルバイアス電圧を両演算増幅器の非反転入力端
子に接続したことを特徴とする磁気軸受の制御装
置。 ２ 上記補償回路は、励磁コイルバイアス電流に
対応した電圧以上の電圧領域の増幅率を、該電圧
以下の領域の増幅率より小さくした非線形増幅特
性の補償回路をもつている特許請求の範囲第１項
記載の磁気軸受の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15505386A JPS6313917A (ja) | 1986-07-03 | 1986-07-03 | 磁気軸受の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15505386A JPS6313917A (ja) | 1986-07-03 | 1986-07-03 | 磁気軸受の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6313917A JPS6313917A (ja) | 1988-01-21 |
| JPH0536649B2 true JPH0536649B2 (ja) | 1993-05-31 |
Family
ID=15597639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15505386A Granted JPS6313917A (ja) | 1986-07-03 | 1986-07-03 | 磁気軸受の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6313917A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4502750B2 (ja) * | 2004-09-06 | 2010-07-14 | エドワーズ株式会社 | 磁気軸受装置及び該磁気軸受装置が搭載されたターボ分子ポンプ |
| CN102072251B (zh) * | 2011-01-21 | 2012-11-28 | 南京航空航天大学 | 磁悬浮轴承柔性转子的变偏置电流控制装置及控制方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59113315A (ja) * | 1982-12-18 | 1984-06-30 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 磁気軸受装置の制御方法 |
| JPS59117915A (ja) * | 1982-12-22 | 1984-07-07 | Hitachi Ltd | 磁気軸受装置 |
-
1986
- 1986-07-03 JP JP15505386A patent/JPS6313917A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6313917A (ja) | 1988-01-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |