JPH07256503A - スピンドル装置 - Google Patents
スピンドル装置Info
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- JPH07256503A JPH07256503A JP6047418A JP4741894A JPH07256503A JP H07256503 A JPH07256503 A JP H07256503A JP 6047418 A JP6047418 A JP 6047418A JP 4741894 A JP4741894 A JP 4741894A JP H07256503 A JPH07256503 A JP H07256503A
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- rotary shaft
- motor
- magnetic
- composite motor
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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
-
- 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
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0489—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/08—Structural association with bearings
- H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings
-
- 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
- F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
- F16C2322/39—General buildup of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
- Turning (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】回転軸の曲げ振動を防止することができるスピ
ンドル装置を提供することにある。 【構成】 前側電磁石３４、３５と後側電磁石３６、３
７の間に、回転軸３２の磁力により位置制御をする磁気
軸受機能と回転軸３２に回転力を与えるモータ機能とを
持った磁気軸受複合モータ５２が配設されている。磁気
軸受複合モータ５２の磁気軸受機能を制御するための制
御回路は、磁気軸受の制御回路５４、５６、５８と共用
しており、共振周波数帯域でのみ、磁気軸受複合モータ
５２による位置制御が機能するようになっている。従っ
て、電磁石３４、３５等の位置を振動の節として回転軸
３２が曲げ振動を起こしても、振動の腹の部分に位置す
る磁気軸受複合モータ５２の磁気軸受機能によって曲げ
振動が抑えられる。
ンドル装置を提供することにある。 【構成】 前側電磁石３４、３５と後側電磁石３６、３
７の間に、回転軸３２の磁力により位置制御をする磁気
軸受機能と回転軸３２に回転力を与えるモータ機能とを
持った磁気軸受複合モータ５２が配設されている。磁気
軸受複合モータ５２の磁気軸受機能を制御するための制
御回路は、磁気軸受の制御回路５４、５６、５８と共用
しており、共振周波数帯域でのみ、磁気軸受複合モータ
５２による位置制御が機能するようになっている。従っ
て、電磁石３４、３５等の位置を振動の節として回転軸
３２が曲げ振動を起こしても、振動の腹の部分に位置す
る磁気軸受複合モータ５２の磁気軸受機能によって曲げ
振動が抑えられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スピンドル装置に係
り、詳細には、磁気軸受を用いたスピンドル装置に関す
る。
り、詳細には、磁気軸受を用いたスピンドル装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】スピンドル装置においては、超高回転化
や長期間無保守等を実現するため、軸受として、回転軸
（回転体）を磁力により非接触で浮上保持する磁気軸受
が用いられる場合がある。
や長期間無保守等を実現するため、軸受として、回転軸
（回転体）を磁力により非接触で浮上保持する磁気軸受
が用いられる場合がある。
【０００３】磁気軸受では、回転軸の位置を変位センサ
の出力をフィードバックすることで電磁石の励磁電流を
制御し、回転軸の浮上位置を制御するようになってい
る。このフィードバック制御においては、回転軸に不釣
り合い（軸中心と重心とのずれ）があると、不釣り合い
によって回転時に発生する回転軸の振れ回りを抑えよう
として、回転周波数（回転数）に同期した磁力（強制
力）が発生する。従って、回転周波数が固有振動数（共
振周波数）になったとき、磁気軸受による磁力で、回転
軸は共振してしまい、特に高回転領域では、回転軸が変
形して曲げ振動を起こしてしまう。
の出力をフィードバックすることで電磁石の励磁電流を
制御し、回転軸の浮上位置を制御するようになってい
る。このフィードバック制御においては、回転軸に不釣
り合い（軸中心と重心とのずれ）があると、不釣り合い
によって回転時に発生する回転軸の振れ回りを抑えよう
として、回転周波数（回転数）に同期した磁力（強制
力）が発生する。従って、回転周波数が固有振動数（共
振周波数）になったとき、磁気軸受による磁力で、回転
軸は共振してしまい、特に高回転領域では、回転軸が変
形して曲げ振動を起こしてしまう。
【０００４】図３は、磁気軸受によって浮上保持されて
いる回転軸が曲げ振動を起こしているときの振動状態の
一例を表したものである。この図に示すように、回転軸
１０は、その両端部で４つの電磁石１２、１４、１６、
１８によって２点支持されている。回転軸１０の径方向
の位置変位は、変位センサ２０、２２、２４、２６によ
って検出されるようになっている。
いる回転軸が曲げ振動を起こしているときの振動状態の
一例を表したものである。この図に示すように、回転軸
１０は、その両端部で４つの電磁石１２、１４、１６、
１８によって２点支持されている。回転軸１０の径方向
の位置変位は、変位センサ２０、２２、２４、２６によ
って検出されるようになっている。
【０００５】図３では、回転軸１０が、点Ａ及び点Ｂを
節として点線で示すように曲げ振動を起こしている。一
般的に、曲げ振動では、その振動の節が軸両端付近に生
じ、また、磁気軸受の支持箇所、すなわち電磁石１２等
も軸の両端付近に位置させる。従って、図３に示すよう
に、電磁石１２等の近傍に振動の節（点Ａ、Ｂ）が位置
する。
節として点線で示すように曲げ振動を起こしている。一
般的に、曲げ振動では、その振動の節が軸両端付近に生
じ、また、磁気軸受の支持箇所、すなわち電磁石１２等
も軸の両端付近に位置させる。従って、図３に示すよう
に、電磁石１２等の近傍に振動の節（点Ａ、Ｂ）が位置
する。
【０００６】通常、磁気軸受は、電磁石１２等の励磁電
流を制御する制御回路の中にＰＩＤ制御（proportional
-integral-derivative contorol ）に基づいて位相補償
を行う回路等を組み込むことで、電磁石１２等の磁力を
用いて電気的にダンピングをかけたり、フィルタを用い
て共振周波数付近の電流をカットする等して共振を抑え
るようにしている。
流を制御する制御回路の中にＰＩＤ制御（proportional
-integral-derivative contorol ）に基づいて位相補償
を行う回路等を組み込むことで、電磁石１２等の磁力を
用いて電気的にダンピングをかけたり、フィルタを用い
て共振周波数付近の電流をカットする等して共振を抑え
るようにしている。
【０００７】また、従来では、回転軸１０の振動におけ
る腹の部分Ｃをゴム材からなるメカニカルダンパーを用
いて曲げ振動を抑えていた。
る腹の部分Ｃをゴム材からなるメカニカルダンパーを用
いて曲げ振動を抑えていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図３に示すよ
うに、振動の節である点Ａ、Ｂが各電磁石１２、１４、
１６、１８の取り付け位置近傍にあると、電磁石１２等
の磁力が振幅を抑える力として回転軸１０に働かない。
従って、補償回路等を用いた電気的なダンピング制御で
は、共振を抑えることができない。また、フィルタを用
いて共振周波数付近の電流をカットする場合は、磁気軸
受の剛性が低下するため、外乱によって回転軸１０自身
が振動し易くなる。
うに、振動の節である点Ａ、Ｂが各電磁石１２、１４、
１６、１８の取り付け位置近傍にあると、電磁石１２等
の磁力が振幅を抑える力として回転軸１０に働かない。
従って、補償回路等を用いた電気的なダンピング制御で
は、共振を抑えることができない。また、フィルタを用
いて共振周波数付近の電流をカットする場合は、磁気軸
受の剛性が低下するため、外乱によって回転軸１０自身
が振動し易くなる。
【０００９】メカニカルダンパーでは、振動の腹の部分
Ｃの振幅を抑えることはできるが、この場合、電気的に
行われるダンピング制御と異なり、能動的に曲げ振動を
抑えることができない。また、部材の劣化等、耐久性の
面でも問題がある。そこで、本発明の目的は、回転軸の
曲げ振動を防止することができるスピンドル装置を提供
することにある。
Ｃの振幅を抑えることはできるが、この場合、電気的に
行われるダンピング制御と異なり、能動的に曲げ振動を
抑えることができない。また、部材の劣化等、耐久性の
面でも問題がある。そこで、本発明の目的は、回転軸の
曲げ振動を防止することができるスピンドル装置を提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、回転軸と、この回転軸の一端側を磁力により浮上保
持する第１の磁気軸受と、前記回転軸の他端側を磁力に
より浮上保持する第２の磁気軸受と、前記第１の磁気軸
受と前記第２の磁気軸受との間に配設され前記回転軸を
磁力により位置制御する磁気軸受機能と前記回転軸に回
転力を与えるモータ機能とを備えた磁気軸受複合モータ
とをスピンドル装置に具備させて前記目的を達成する。
は、回転軸と、この回転軸の一端側を磁力により浮上保
持する第１の磁気軸受と、前記回転軸の他端側を磁力に
より浮上保持する第２の磁気軸受と、前記第１の磁気軸
受と前記第２の磁気軸受との間に配設され前記回転軸を
磁力により位置制御する磁気軸受機能と前記回転軸に回
転力を与えるモータ機能とを備えた磁気軸受複合モータ
とをスピンドル装置に具備させて前記目的を達成する。
【００１１】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
スピンドル装置において、前記第１および第２の磁気軸
受が、前記回転軸の位置を検出する第１および第２の変
位センサを備え、それぞれの検出値に基づいて前記回転
軸の位置制御を行い、前記磁気軸受複合モータが、前記
第１および第２の変位センサによる検出値のいずれか一
方に基づいて前記回転軸の位置制御を行うことで前記目
的を達成する。
スピンドル装置において、前記第１および第２の磁気軸
受が、前記回転軸の位置を検出する第１および第２の変
位センサを備え、それぞれの検出値に基づいて前記回転
軸の位置制御を行い、前記磁気軸受複合モータが、前記
第１および第２の変位センサによる検出値のいずれか一
方に基づいて前記回転軸の位置制御を行うことで前記目
的を達成する。
【００１２】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
スピンドル装置において、前記磁気軸受複合モータが、
前記磁気軸受複合モータ近傍において前記回転軸の位置
を検出する複合モータ用変位センサの検出値に基づいて
前記回転軸の位置制御を行うことで前記目的を達成す
る。
スピンドル装置において、前記磁気軸受複合モータが、
前記磁気軸受複合モータ近傍において前記回転軸の位置
を検出する複合モータ用変位センサの検出値に基づいて
前記回転軸の位置制御を行うことで前記目的を達成す
る。
【００１３】請求項４記載の発明では、請求項１記載の
スピンドル装置において、前記磁気軸受複合モータが、
前記回転軸が曲げ振動を起こす周波数近傍で、前記回転
軸の位置制御を行うことで前記目的を達成する。
スピンドル装置において、前記磁気軸受複合モータが、
前記回転軸が曲げ振動を起こす周波数近傍で、前記回転
軸の位置制御を行うことで前記目的を達成する。
【００１４】
【作用】請求項１記載のスピンドル装置では、磁気軸受
複合モータが、回転軸を回転させると共に、回転軸にお
ける第１の磁気軸受と第２の磁気軸受との間の部分に、
磁力を作用させて、回転軸の位置制御を行う。
複合モータが、回転軸を回転させると共に、回転軸にお
ける第１の磁気軸受と第２の磁気軸受との間の部分に、
磁力を作用させて、回転軸の位置制御を行う。
【００１５】請求項２記載のスピンドル装置では、第１
および第２の磁気軸受が、第１および第２の変位センサ
によるそれぞれの検出値に基づいて回転軸の位置制御を
行う。磁気軸受複合モータは、第１および第２の変位セ
ンサによる検出値のいずれか一方に基づいて回転軸の位
置制御を行う。
および第２の磁気軸受が、第１および第２の変位センサ
によるそれぞれの検出値に基づいて回転軸の位置制御を
行う。磁気軸受複合モータは、第１および第２の変位セ
ンサによる検出値のいずれか一方に基づいて回転軸の位
置制御を行う。
【００１６】請求項３記載の発明では、磁気軸受複合モ
ータが、磁気軸受複合モータ近傍において回転軸の位置
を検出する複合モータ用変位センサの検出値に基づいて
回転軸の位置制御を行う。請求項４記載のスピンドル装
置では、磁気軸受複合モータが、回転軸が曲げ振動を起
こす周波数近傍で、回転軸の位置制御を行う。
ータが、磁気軸受複合モータ近傍において回転軸の位置
を検出する複合モータ用変位センサの検出値に基づいて
回転軸の位置制御を行う。請求項４記載のスピンドル装
置では、磁気軸受複合モータが、回転軸が曲げ振動を起
こす周波数近傍で、回転軸の位置制御を行う。
【００１７】
【実施例】以下、本発明のスピンドル装置における一実
施例を図１ないし図２を参照して詳細に説明する。図１
は、第１の実施例によるスピンドル装置３０の主な構成
を表したものである。なお、この図において、左方を前
側、右方を後側とする。
施例を図１ないし図２を参照して詳細に説明する。図１
は、第１の実施例によるスピンドル装置３０の主な構成
を表したものである。なお、この図において、左方を前
側、右方を後側とする。
【００１８】先ず、スピンドル装置３０の機械的構成部
分について説明する。スピンドル装置３０は、円盤状の
スラスト軸受用ロータ部３２ａを有する回転軸３２と、
この回転軸３２を挟んで上下に対を成して対向配置され
た前側電磁石３４、３５及び後側電磁石３６、３７とを
備えている。各電磁石３４、３５、３６、３７は、回転
軸３２に対して径方向に電磁力（吸引力）を作用させる
ようになっている。
分について説明する。スピンドル装置３０は、円盤状の
スラスト軸受用ロータ部３２ａを有する回転軸３２と、
この回転軸３２を挟んで上下に対を成して対向配置され
た前側電磁石３４、３５及び後側電磁石３６、３７とを
備えている。各電磁石３４、３５、３６、３７は、回転
軸３２に対して径方向に電磁力（吸引力）を作用させる
ようになっている。
【００１９】前側電磁石３４、３５の前側には、回転軸
３２の径方向の位置変位を検出するための前側変位セン
サ４０、４１が、上下に対を成して配設されている。ま
た、後側電磁石３６、３７の後側には、後側変位センサ
４２、４３が同様に配設されている。図示しないが、図
１において紙面に垂直方向にも、同様に２対づつ、計４
個づつ電磁石及び変位センサがそれぞれ設けられてい
る。
３２の径方向の位置変位を検出するための前側変位セン
サ４０、４１が、上下に対を成して配設されている。ま
た、後側電磁石３６、３７の後側には、後側変位センサ
４２、４３が同様に配設されている。図示しないが、図
１において紙面に垂直方向にも、同様に２対づつ、計４
個づつ電磁石及び変位センサがそれぞれ設けられてい
る。
【００２０】なお、本実施例では、変位センサ４０、４
１、４２、４３として、インダクタンス変換型変位セン
サを用いるが、他の変位センサ、例えば、差動トランス
型変位センサ、静電容量型変位センサ、ホール素子変位
センサ、渦電流変位センサ等を用いてもよい。
１、４２、４３として、インダクタンス変換型変位セン
サを用いるが、他の変位センサ、例えば、差動トランス
型変位センサ、静電容量型変位センサ、ホール素子変位
センサ、渦電流変位センサ等を用いてもよい。
【００２１】以上の各電磁石３４、３５、３６、３７
と、変位センサ４０、４１、４２、４３、及び図示しな
い電磁石、変位センサから、回転軸３２を径方向の磁力
により浮上保持するラジアル磁気軸受の機械的構成部分
が構成されている。また、スピンドル装置３０は、回転
軸３２のスラスト軸受用ロータ部３２ａを前後に挟んで
設けられた軸方向電磁石４６、４７を備えている。この
軸方向電磁石４６、４７は、それぞれ、回転軸３２の外
周を包囲するように環状に巻かれたコイルであり、スラ
スト軸受用ロータ部３２ａに対して軸方向の電磁力を作
用させるようになっている。スピンドル装置３０のフレ
ーム４８の後部には、回転軸３２の後端部に対向して、
回転軸３２の軸方向の位置変位を検出する軸方向変位セ
ンサ５０が配設されている。この軸方向変位センサ５０
と軸方向電磁石４６、４７とによって回転軸３２を軸方
向に保持するスラスト磁気軸受の機械構成を成してい
る。
と、変位センサ４０、４１、４２、４３、及び図示しな
い電磁石、変位センサから、回転軸３２を径方向の磁力
により浮上保持するラジアル磁気軸受の機械的構成部分
が構成されている。また、スピンドル装置３０は、回転
軸３２のスラスト軸受用ロータ部３２ａを前後に挟んで
設けられた軸方向電磁石４６、４７を備えている。この
軸方向電磁石４６、４７は、それぞれ、回転軸３２の外
周を包囲するように環状に巻かれたコイルであり、スラ
スト軸受用ロータ部３２ａに対して軸方向の電磁力を作
用させるようになっている。スピンドル装置３０のフレ
ーム４８の後部には、回転軸３２の後端部に対向して、
回転軸３２の軸方向の位置変位を検出する軸方向変位セ
ンサ５０が配設されている。この軸方向変位センサ５０
と軸方向電磁石４６、４７とによって回転軸３２を軸方
向に保持するスラスト磁気軸受の機械構成を成してい
る。
【００２２】本実施例では、前側電磁石３４、３５と軸
方向電磁石４６、４７との間に、磁気軸受複合モータ５
２が配設されている。磁気軸受複合モータ５２は、回転
軸３２に回転力を与えるモータ機能と、回転軸３２を磁
気浮上させて位置制御する磁気軸受機能とが複合された
モータである。本実施例における磁気軸受複合モータ５
２では、回転軸３２に対して回転磁界を発生させるモー
タ用巻線と、回転軸３２の位置制御を行う磁力を発生さ
せる磁気軸受用巻線とがそれぞれ独立して鉄心に巻装さ
れている。
方向電磁石４６、４７との間に、磁気軸受複合モータ５
２が配設されている。磁気軸受複合モータ５２は、回転
軸３２に回転力を与えるモータ機能と、回転軸３２を磁
気浮上させて位置制御する磁気軸受機能とが複合された
モータである。本実施例における磁気軸受複合モータ５
２では、回転軸３２に対して回転磁界を発生させるモー
タ用巻線と、回転軸３２の位置制御を行う磁力を発生さ
せる磁気軸受用巻線とがそれぞれ独立して鉄心に巻装さ
れている。
【００２３】磁気軸受用巻線は、それぞれ独立した計４
つの回路から構成され、各回路の巻線が、各電磁石３
４、３５、３６、３７及び図示しない電磁石と同様に、
図１において上下方向と、紙面垂直方向とに磁力を発生
させる４極の電磁石を形成するようになっている。
つの回路から構成され、各回路の巻線が、各電磁石３
４、３５、３６、３７及び図示しない電磁石と同様に、
図１において上下方向と、紙面垂直方向とに磁力を発生
させる４極の電磁石を形成するようになっている。
【００２４】次にスピンドル装置３０の制御系について
説明する。前側変位センサ４０、４１には、それぞれ、
各変位センサ４０、４１の出力から回転軸３２の位置変
位に対応した変位信号を得る位置検出回路５４が接続さ
れている。この位置検出回路５４は、回転軸３２の浮上
位置を指令する基準信号Ｓ１が供給される演算器５６に
接続されている。
説明する。前側変位センサ４０、４１には、それぞれ、
各変位センサ４０、４１の出力から回転軸３２の位置変
位に対応した変位信号を得る位置検出回路５４が接続さ
れている。この位置検出回路５４は、回転軸３２の浮上
位置を指令する基準信号Ｓ１が供給される演算器５６に
接続されている。
【００２５】演算器５６は、基準信号Ｓ１から位置検出
回路５４より供給される変位信号を減算し、処理後の信
号をＰＩＤ補償回路５８に供給するようになっている。
ＰＩＤ補償回路５８は、ＰＩＤ制御に基づいて演算器５
６からの信号の位相を進める等の処理を行って、処理後
の信号を位相反転回路６０に供給するようになってい
る。位相反転回路６０は、位相を反転させる等の処理を
行って、電力増幅回路６２、６３に処理後の信号を供給
するようになっている。電力増幅回路６２、６３は、こ
の位相反転回路６０からの信号に応じて前側電磁石３
４、３５の励磁電流をそれぞれ増幅するものである。
回路５４より供給される変位信号を減算し、処理後の信
号をＰＩＤ補償回路５８に供給するようになっている。
ＰＩＤ補償回路５８は、ＰＩＤ制御に基づいて演算器５
６からの信号の位相を進める等の処理を行って、処理後
の信号を位相反転回路６０に供給するようになってい
る。位相反転回路６０は、位相を反転させる等の処理を
行って、電力増幅回路６２、６３に処理後の信号を供給
するようになっている。電力増幅回路６２、６３は、こ
の位相反転回路６０からの信号に応じて前側電磁石３
４、３５の励磁電流をそれぞれ増幅するものである。
【００２６】以上の各制御回路５４、５６等によって、
各電磁石３４、３５、３６、３７の励磁電流のフィード
バック制御が行われ、基準信号Ｓ１が指令する位置に、
回転軸３２を浮上保持する電磁力が発生するようになっ
ている。なお、図示しないが、後側電磁石３６、３７に
対しても、後側変位センサ４２、４３の出力を基にし
て、同様のフィードバック制御を行う制御回路が独立し
て設けられている。回転軸３２を図１において垂直方向
に位置制御するための図示しない電磁石等に対しても同
様の制御回路が設けられている。また、軸方向電磁石４
６、４７に対しては、軸方向変位センサ５０の出力を基
にして同様のフィードバック制御を行う制御回路が設け
られ、以上の各電磁石、制御回路等から、本実施例では
回転軸３２を５方向（５軸）で浮上保持する５軸制御型
の磁気軸受が構成されている。
各電磁石３４、３５、３６、３７の励磁電流のフィード
バック制御が行われ、基準信号Ｓ１が指令する位置に、
回転軸３２を浮上保持する電磁力が発生するようになっ
ている。なお、図示しないが、後側電磁石３６、３７に
対しても、後側変位センサ４２、４３の出力を基にし
て、同様のフィードバック制御を行う制御回路が独立し
て設けられている。回転軸３２を図１において垂直方向
に位置制御するための図示しない電磁石等に対しても同
様の制御回路が設けられている。また、軸方向電磁石４
６、４７に対しては、軸方向変位センサ５０の出力を基
にして同様のフィードバック制御を行う制御回路が設け
られ、以上の各電磁石、制御回路等から、本実施例では
回転軸３２を５方向（５軸）で浮上保持する５軸制御型
の磁気軸受が構成されている。
【００２７】一方、磁気軸受複合モータ５２におけるモ
ータ用巻線には、駆動電力を供給するモータ駆動回路６
６が接続されている。また、磁気軸受用巻線には、励磁
電流を供給する電力増幅回路６４、６５が、それぞれ接
続されている。本実施例では、ＰＩＤ補償回路５８が、
電力増幅回路６４、６５に制御信号を供給するモータ磁
気軸受調整回路６８に接続されており、磁気軸受の制御
回路５４、５６等を磁気軸受用巻線の制御系の一部とし
ている。
ータ用巻線には、駆動電力を供給するモータ駆動回路６
６が接続されている。また、磁気軸受用巻線には、励磁
電流を供給する電力増幅回路６４、６５が、それぞれ接
続されている。本実施例では、ＰＩＤ補償回路５８が、
電力増幅回路６４、６５に制御信号を供給するモータ磁
気軸受調整回路６８に接続されており、磁気軸受の制御
回路５４、５６等を磁気軸受用巻線の制御系の一部とし
ている。
【００２８】モータ磁気軸受調整回路６８は、ＰＩＤ補
償回路５８から供給された信号対して、回転軸３２が曲
げ振動を起こすときの共振周波数成分のみを通過させる
フィルタ機能を有している。なお、回転軸３２が曲げ振
動を起こす共振周波数は、回転軸３２の形状（細長比）
等によって決定され、回転軸３２に固定される工具等の
重量等によって変動するので、通過させる周波数成分を
操作者が設定できるようになっている。
償回路５８から供給された信号対して、回転軸３２が曲
げ振動を起こすときの共振周波数成分のみを通過させる
フィルタ機能を有している。なお、回転軸３２が曲げ振
動を起こす共振周波数は、回転軸３２の形状（細長比）
等によって決定され、回転軸３２に固定される工具等の
重量等によって変動するので、通過させる周波数成分を
操作者が設定できるようになっている。
【００２９】また、モータ磁気軸受調整回路６８は、回
転軸３２が振動したときの振動モードに応じて、電力増
幅回路６４、６５に供給する信号の位相を反転させるよ
うになっている。すなわち、図３に斜線部で示したよう
に、振動のモードによっては、変位センサ２０、２２等
の測定位置での振幅の方向（図３において上方）と、振
動の腹の部分Ｃでの振幅の方向（図３において下方）と
が、反対となる。図１に示すように、磁気軸受複合モー
タ５２は、図３に示した振動における腹の部分に位置す
るので、モータ磁気軸受調整回路６８は、磁気軸受複合
モータ５２の位置と前側変位センサ４０、４１の測定位
置とで振幅の方向が異なる場合に、信号の位相を反転さ
せるようになっている。
転軸３２が振動したときの振動モードに応じて、電力増
幅回路６４、６５に供給する信号の位相を反転させるよ
うになっている。すなわち、図３に斜線部で示したよう
に、振動のモードによっては、変位センサ２０、２２等
の測定位置での振幅の方向（図３において上方）と、振
動の腹の部分Ｃでの振幅の方向（図３において下方）と
が、反対となる。図１に示すように、磁気軸受複合モー
タ５２は、図３に示した振動における腹の部分に位置す
るので、モータ磁気軸受調整回路６８は、磁気軸受複合
モータ５２の位置と前側変位センサ４０、４１の測定位
置とで振幅の方向が異なる場合に、信号の位相を反転さ
せるようになっている。
【００３０】また、前側電磁石３４、３５の位置と磁気
軸受複合モータ５２の位置とでは、振動の振幅が異なる
ので、モータ磁気軸受調整回路６８は、前側変位センサ
４０、４１の測定位置と磁気軸受複合モータ５２の位置
との距離を考慮して信号の振幅値を調整するようになっ
ている。
軸受複合モータ５２の位置とでは、振動の振幅が異なる
ので、モータ磁気軸受調整回路６８は、前側変位センサ
４０、４１の測定位置と磁気軸受複合モータ５２の位置
との距離を考慮して信号の振幅値を調整するようになっ
ている。
【００３１】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。先ず、各制御回路５４、５６等や各
電磁石３４、３５、３６、３７、４６、４７によって基
準信号Ｓ１が指令する位置に回転軸３２が磁気浮上され
る。そして、モータ駆動回路６６から磁気軸受複合モー
タ５２に駆動電力が供給されることで、磁気軸受複合モ
ータ５２のモータ用巻線が、回転磁界を発生させ、浮上
状態にある回転軸３２を回転させる。
について説明する。先ず、各制御回路５４、５６等や各
電磁石３４、３５、３６、３７、４６、４７によって基
準信号Ｓ１が指令する位置に回転軸３２が磁気浮上され
る。そして、モータ駆動回路６６から磁気軸受複合モー
タ５２に駆動電力が供給されることで、磁気軸受複合モ
ータ５２のモータ用巻線が、回転磁界を発生させ、浮上
状態にある回転軸３２を回転させる。
【００３２】このとき、ＰＩＤ補償回路５８で処理され
た信号は、モータ磁気軸受調整回路６８にも供給される
が、磁気軸受複合モータ５２の磁気軸受用巻線に供給さ
れる電流は、モータ磁気軸受調整回路６８のフィルタ機
能によって、曲げ振動の共振周波数以外の周波数成分が
カットされている。従って、回転軸３２の回転数が共振
周波数に達するまで、磁気軸受複合モータ５２の磁気軸
受機能による回転軸３２の位置制御は行われない。
た信号は、モータ磁気軸受調整回路６８にも供給される
が、磁気軸受複合モータ５２の磁気軸受用巻線に供給さ
れる電流は、モータ磁気軸受調整回路６８のフィルタ機
能によって、曲げ振動の共振周波数以外の周波数成分が
カットされている。従って、回転軸３２の回転数が共振
周波数に達するまで、磁気軸受複合モータ５２の磁気軸
受機能による回転軸３２の位置制御は行われない。
【００３３】回転数が上がり、共振周波数に達した場
合、モータ磁気軸受調整回路６８には、ＰＩＤ補償回路
５８から共振周波数成分を含む信号が供給される。モー
タ磁気軸受調整回路６８は、供給された信号の共振周波
数成分を通過させると共に、位相反転や振幅調整等の処
理を行って、処理後の信号を電力増幅回路６４、６５に
供給する。これにより、磁気軸受複合モータ５２の磁気
軸受用巻線には、前側変位センサ４０、４１の出力を基
にフィードバック制御された電流が供給され、回転軸３
２の位置制御用の磁力が発生する。すなわち、回転軸３
２は、磁気軸受複合モータ５２から、回転力のみならず
位置制御用の径方向の磁力を受ける。
合、モータ磁気軸受調整回路６８には、ＰＩＤ補償回路
５８から共振周波数成分を含む信号が供給される。モー
タ磁気軸受調整回路６８は、供給された信号の共振周波
数成分を通過させると共に、位相反転や振幅調整等の処
理を行って、処理後の信号を電力増幅回路６４、６５に
供給する。これにより、磁気軸受複合モータ５２の磁気
軸受用巻線には、前側変位センサ４０、４１の出力を基
にフィードバック制御された電流が供給され、回転軸３
２の位置制御用の磁力が発生する。すなわち、回転軸３
２は、磁気軸受複合モータ５２から、回転力のみならず
位置制御用の径方向の磁力を受ける。
【００３４】従って、図３に示したように、各電磁石３
４、３５、３６、３７の位置に振動の節があっても、振
動の腹の部分に位置する磁気軸受複合モータ５２の磁気
軸受機能によって、曲げ振動が抑えられる。本実施例に
よれば、磁気軸受複合モータ５２を、前側電磁石３４、
３５と後側電磁石３６、３７の間に位置させている。従
って、前側電磁石３４、３５の位置や後側電磁石３６、
３７の位置、あるいはスラスト軸受用ロータ部３２ａの
位置を振動の節とし、その間を腹とした曲げ振動を効果
的に抑えることができる。また、共振周波数帯域でのみ
回転軸３２の位置制御を行うようにしているので、消費
電力を低く抑えることができる。また、磁気軸受機能と
モータ機能を合わせ持つ磁気軸受複合モータ５２を用い
たので、回転軸３２の軸長を増やすことがなく、スピン
ドル装置３０の大型化を伴わずに、回転軸３２の曲げ振
動を抑えることができる。
４、３５、３６、３７の位置に振動の節があっても、振
動の腹の部分に位置する磁気軸受複合モータ５２の磁気
軸受機能によって、曲げ振動が抑えられる。本実施例に
よれば、磁気軸受複合モータ５２を、前側電磁石３４、
３５と後側電磁石３６、３７の間に位置させている。従
って、前側電磁石３４、３５の位置や後側電磁石３６、
３７の位置、あるいはスラスト軸受用ロータ部３２ａの
位置を振動の節とし、その間を腹とした曲げ振動を効果
的に抑えることができる。また、共振周波数帯域でのみ
回転軸３２の位置制御を行うようにしているので、消費
電力を低く抑えることができる。また、磁気軸受機能と
モータ機能を合わせ持つ磁気軸受複合モータ５２を用い
たので、回転軸３２の軸長を増やすことがなく、スピン
ドル装置３０の大型化を伴わずに、回転軸３２の曲げ振
動を抑えることができる。
【００３５】また、ＰＩＤ補償回路５８を用いた磁気軸
受複合モータ５２による電気的ダンピングによって能動
的に曲げ振動を抑えるので、メカニカルダンパーに比べ
て効果的なダンピングを行うことができ、しかも非接触
なため、耐久性にも優れている。
受複合モータ５２による電気的ダンピングによって能動
的に曲げ振動を抑えるので、メカニカルダンパーに比べ
て効果的なダンピングを行うことができ、しかも非接触
なため、耐久性にも優れている。
【００３６】さらに、磁気軸受複合モータ５２の制御回
路を磁気軸受の制御回路５４、５６、５８等と共用して
いるので、磁気軸受複合モータ５２の専用の変位センサ
や制御回路を設置した場合に比べ、スピンドル装置３０
の製造コストの上昇を低く抑えることができる。
路を磁気軸受の制御回路５４、５６、５８等と共用して
いるので、磁気軸受複合モータ５２の専用の変位センサ
や制御回路を設置した場合に比べ、スピンドル装置３０
の製造コストの上昇を低く抑えることができる。
【００３７】なお、以上の実施例では、前側電磁石３
４、３５の制御回路５４、５６等を共用して磁気軸受複
合モータ５２の磁気軸受用巻線の電流制御をしていた
が、例えば、スラスト磁気軸受が、前側電磁石に隣接し
て設けられるスピンドル装置においては、後側の変位セ
ンサの出力を基にして後側の電磁石の磁力をフィードバ
ック制御する制御回路と回路を共用してもよい。
４、３５の制御回路５４、５６等を共用して磁気軸受複
合モータ５２の磁気軸受用巻線の電流制御をしていた
が、例えば、スラスト磁気軸受が、前側電磁石に隣接し
て設けられるスピンドル装置においては、後側の変位セ
ンサの出力を基にして後側の電磁石の磁力をフィードバ
ック制御する制御回路と回路を共用してもよい。
【００３８】図２は、第２の実施例によるスピンドル装
置３１を表したものである。なお、第１の実施例と同様
の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は
適宜省略することとする。本実施例では、図２において
上下方向の回転軸３３の位置変位を検出する変位センサ
７０、７１及び紙面に垂直方向の位置変位を検出する図
示しない２つ変位センサが、磁気軸受複合モータ５２と
隣接して設けられている。そして、これら変位センサ７
０、７１等の出力を基に、磁気軸受複合モータ５２の磁
気軸受用巻線の電力制御を行う制御回路が、電磁石３
４、３５、３６、３７等で構成される磁気軸受の制御回
路とは別にそれぞれ設けられている。
置３１を表したものである。なお、第１の実施例と同様
の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は
適宜省略することとする。本実施例では、図２において
上下方向の回転軸３３の位置変位を検出する変位センサ
７０、７１及び紙面に垂直方向の位置変位を検出する図
示しない２つ変位センサが、磁気軸受複合モータ５２と
隣接して設けられている。そして、これら変位センサ７
０、７１等の出力を基に、磁気軸受複合モータ５２の磁
気軸受用巻線の電力制御を行う制御回路が、電磁石３
４、３５、３６、３７等で構成される磁気軸受の制御回
路とは別にそれぞれ設けられている。
【００３９】すなわち、変位センサ７０、７１には、位
置検出回路７３に接続されており、位置検出回路７３に
は、基準信号Ｓ１が供給される演算器７４が接続されて
いる。そして、演算器７４には、ＰＩＤ補償回路７６が
接続され、これには、更に位相反転回路７８が接続され
ている。磁気軸受複合モータ５２の磁気軸受用巻線に励
磁電流を供給する電力増幅回路８０、８１は、位相反転
回路７８に接続されている。
置検出回路７３に接続されており、位置検出回路７３に
は、基準信号Ｓ１が供給される演算器７４が接続されて
いる。そして、演算器７４には、ＰＩＤ補償回路７６が
接続され、これには、更に位相反転回路７８が接続され
ている。磁気軸受複合モータ５２の磁気軸受用巻線に励
磁電流を供給する電力増幅回路８０、８１は、位相反転
回路７８に接続されている。
【００４０】以上の制御回路７３、７４等は、磁気軸受
複合モータ５２の磁気軸受用巻線の励磁電流を、変位セ
ンサ７１、７２の出力を基にフィードバック制御するよ
うになっている。各制御回路７３、７４等の構成は、磁
気軸受用の制御回路５４、５６等と同様となっている。
複合モータ５２の磁気軸受用巻線の励磁電流を、変位セ
ンサ７１、７２の出力を基にフィードバック制御するよ
うになっている。各制御回路７３、７４等の構成は、磁
気軸受用の制御回路５４、５６等と同様となっている。
【００４１】従って、制御回路７３、７４等は、共振周
波数帯域のみでなく、全域に渡って回転軸３２の位置制
御を行うようになっている。すなわち、本実施例による
スピンドル装置３１は、電磁石３４、３５、３６、３７
等で構成されるラジアル磁気軸受の他に、もう１つラジ
アル磁気軸受を有していることとなり、回転軸３２を径
方向に３箇所で支持するようになっている。
波数帯域のみでなく、全域に渡って回転軸３２の位置制
御を行うようになっている。すなわち、本実施例による
スピンドル装置３１は、電磁石３４、３５、３６、３７
等で構成されるラジアル磁気軸受の他に、もう１つラジ
アル磁気軸受を有していることとなり、回転軸３２を径
方向に３箇所で支持するようになっている。
【００４２】他の構成は、第１の実施例と同様である。
本実施例によれば、磁気軸受複合モータ５２が第２のラ
ジアル磁気軸受として機能するので、磁気軸受の剛性を
向上させることができる。なお、以上の各実施例では、
磁気軸受複合モータ５２が、磁気軸受用巻線とモータ用
巻線とを独立に有するタイプのものであったが、１つの
巻線に磁気軸受用の電流と、モータ用の電流を供給する
タイプの磁気軸受複合モータを用いてもよい。
本実施例によれば、磁気軸受複合モータ５２が第２のラ
ジアル磁気軸受として機能するので、磁気軸受の剛性を
向上させることができる。なお、以上の各実施例では、
磁気軸受複合モータ５２が、磁気軸受用巻線とモータ用
巻線とを独立に有するタイプのものであったが、１つの
巻線に磁気軸受用の電流と、モータ用の電流を供給する
タイプの磁気軸受複合モータを用いてもよい。
【００４３】
【発明の効果】本発明のスピンドル装置によれば、第１
の磁気軸受と第２の磁気軸受の間で回転軸の位置制御が
行われるので、回転軸の曲げ振動を防止することができ
る。
の磁気軸受と第２の磁気軸受の間で回転軸の位置制御が
行われるので、回転軸の曲げ振動を防止することができ
る。
【図１】本発明の第１の実施例によるスピンドル装置の
主要構成を示した説明図である。
主要構成を示した説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例によるスピンドル装置の
主要構成を示した説明図である。
主要構成を示した説明図である。
【図３】従来のスピンドル装置において、回転軸が曲げ
振動を起こしたときの振動状態の一例を示した説明図で
ある。
振動を起こしたときの振動状態の一例を示した説明図で
ある。
３０、３１ スピンドル装置 ３２、３３ 回転軸 ３４、３５ 前側電磁石 ３６、３７ 後側電磁石 ４０、４１ 前側変位センサ ４２、４３ 後側変位センサ ４６、４７ 軸方向電磁石 ４８、７６ ＰＩＤ補償器 ５０ 軸方向変位センサ ５２ 磁気軸受複合モータ ５４、７３ 位置検出回路 ５６、７４ 演算器 ５８、７６ ＰＩＤ補償回路 ６０、７８ 位相反転回路 ６２、６３、６４、６５、８０、８１ 電力増幅回路 ６６ モータ駆動回路 ６８ モータ磁気軸受調整回路 ７０、７１ 変位センサ
Claims (4)
- 【請求項１】 回転軸と、 この回転軸の一端側を磁力により浮上保持する第１の磁
気軸受と、 前記回転軸の他端側を磁力により浮上保持する第２の磁
気軸受と、 前記第１の磁気軸受と前記第２の磁気軸受との間に配設
され、前記回転軸を磁力により位置制御する磁気軸受機
能と、前記回転軸に回転力を与えるモータ機能とを備え
た磁気軸受複合モータとを具備することを特徴とするス
ピンドル装置。 - 【請求項２】 前記第１および第２の磁気軸受は、前記
回転軸の位置を検出する第１および第２の変位センサを
備え、それぞれの検出値に基づいて前記回転軸の位置制
御を行い、 前記磁気軸受複合モータは、前記第１および第２の変位
センサによる検出値のいずれか一方に基づいて前記回転
軸の位置制御を行うことを特徴とする請求項１記載のス
ピンドル装置。 - 【請求項３】 前記磁気軸受複合モータは、前記磁気軸
受複合モータ近傍において前記回転軸の位置を検出する
複合モータ用変位センサの検出値に基づいて前記回転軸
の位置制御を行うことを特徴とする請求項１記載のスピ
ンドル装置。 - 【請求項４】 前記磁気軸受複合モータは、前記回転軸
が曲げ振動を起こす周波数近傍で、前記回転軸の位置制
御を行うことを特徴とする請求項１記載のスピンドル装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6047418A JPH07256503A (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | スピンドル装置 |
| EP95103507A EP0674112B9 (en) | 1994-03-17 | 1995-03-10 | Spindle apparatus |
| DE69505720T DE69505720T3 (de) | 1994-03-17 | 1995-03-10 | Spindelgerät |
| US08/414,004 US6208051B1 (en) | 1994-03-17 | 1995-03-17 | Spindle apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6047418A JPH07256503A (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | スピンドル装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07256503A true JPH07256503A (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=12774614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6047418A Pending JPH07256503A (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | スピンドル装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6208051B1 (ja) |
| EP (1) | EP0674112B9 (ja) |
| JP (1) | JPH07256503A (ja) |
| DE (1) | DE69505720T3 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010502469A (ja) * | 2006-09-11 | 2010-01-28 | ゴットフリート・ビルヘルム・ライプニツ・ウニベルジテート・ハノーバー | ワークスピンドルおよびワークスピンドルを操作する方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE501915C2 (sv) * | 1993-03-18 | 1995-06-19 | Sandvik Ab | Finfräs med urtag för axiellt inställbara kassetter |
| JPH08159157A (ja) * | 1994-12-05 | 1996-06-18 | Seiko Seiki Co Ltd | 磁気軸受装置 |
| FR2764691B1 (fr) * | 1997-06-12 | 1999-08-20 | Ensmse | Dispositif de mesure differentielle d'une force et d'un couple |
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| JP2001086704A (ja) * | 1999-09-13 | 2001-03-30 | Ebara Corp | モータ一体構造の磁気軸受装置 |
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| RU2010142965A (ru) * | 2008-04-17 | 2012-05-27 | Синкрони, Инк. (US) | Высокоскоростной электродвигатель с постоянным магнитом и генератор с металлическим ротором с низким уровнем потерь |
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