JPH0783221B2 - 磁気吸引力発生用パワ−アンプ - Google Patents
磁気吸引力発生用パワ−アンプInfo
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- JPH0783221B2 JPH0783221B2 JP62031597A JP3159787A JPH0783221B2 JP H0783221 B2 JPH0783221 B2 JP H0783221B2 JP 62031597 A JP62031597 A JP 62031597A JP 3159787 A JP3159787 A JP 3159787A JP H0783221 B2 JPH0783221 B2 JP H0783221B2
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- power amplifier
- electromagnet coil
- switching element
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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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、非接触浮上させる、磁気軸受装置や、磁気
浮上装置等の磁気吸引力発生装置に用いる電流増幅用の
パワーアンプに関するものである。
浮上装置等の磁気吸引力発生装置に用いる電流増幅用の
パワーアンプに関するものである。
摩擦を少なくして高精度位置決めを可能としたり、回転
体を高速で回すことを可能としたり、真空などの特殊環
境下での使用をも可能とする支持方法として磁気力を利
用した磁気軸受装置や磁気浮上装置が多く用いられるよ
うになった。
体を高速で回すことを可能としたり、真空などの特殊環
境下での使用をも可能とする支持方法として磁気力を利
用した磁気軸受装置や磁気浮上装置が多く用いられるよ
うになった。
この磁気力を発生させる方法の１つとして電磁石を利用
したものがあり、電磁石コイルに電流を供給して生じる
磁気吸引力が主に利用されている。
したものがあり、電磁石コイルに電流を供給して生じる
磁気吸引力が主に利用されている。
その電流供給手段、すなわちパワーアンプにいくつかの
方法があるが、それらには、おおむね高効率であるこ
と、応答性がよいことが要求されている。
方法があるが、それらには、おおむね高効率であるこ
と、応答性がよいことが要求されている。
従来用いられている方法のうち、第１の方法として、特
開昭58−54220号公報に示されているものがある。これ
はいわゆるプッシュプル方式のリニヤアンプであるが、
応答性を良くするには電源電圧を上げなばならず、そう
すれば供給電力のほとんどがトランジスタの発熱となっ
て消費され効率が極めて悪くなるのみならず、熱容量の
非常に大きなトランジスタや冷却装置が必要となり高価
となる欠点がある。また発熱を減らすため電源電圧を下
げればそれだけ電流の応答性が悪くなり、場合によって
は、磁気軸受制御ループの安定化を損なうことにもなり
かねないという欠点があった。
開昭58−54220号公報に示されているものがある。これ
はいわゆるプッシュプル方式のリニヤアンプであるが、
応答性を良くするには電源電圧を上げなばならず、そう
すれば供給電力のほとんどがトランジスタの発熱となっ
て消費され効率が極めて悪くなるのみならず、熱容量の
非常に大きなトランジスタや冷却装置が必要となり高価
となる欠点がある。また発熱を減らすため電源電圧を下
げればそれだけ電流の応答性が悪くなり、場合によって
は、磁気軸受制御ループの安定化を損なうことにもなり
かねないという欠点があった。
このように大きな欠点をもつ方法に代り、第２の方法と
して例えば特開昭57−73223号公報に示されるような、P
WM方式のアンプが考えられた。この方法によるとトラン
ジスタをオンすると、電磁石コイルの電流は与えられた
直流電源電圧VDCに従い、およそ で関係づけられる立上りをする。
して例えば特開昭57−73223号公報に示されるような、P
WM方式のアンプが考えられた。この方法によるとトラン
ジスタをオンすると、電磁石コイルの電流は与えられた
直流電源電圧VDCに従い、およそ で関係づけられる立上りをする。
しかし、トランジスタをオフするとフライホイール電流
はダイオードとで作られるループを循環するが、ダイオ
ードの順方向電圧Vdによって、電流が減衰され、Vdが1V
以下であるので から非常にゆるい減衰しかできないのである。
はダイオードとで作られるループを循環するが、ダイオ
ードの順方向電圧Vdによって、電流が減衰され、Vdが1V
以下であるので から非常にゆるい減衰しかできないのである。
このことは、電流制御しようとしても応答を高くするこ
とは全く期待できないことを意味しており、磁気軸受制
御ループの安定化も期待できないことをも意味してい
る。
とは全く期待できないことを意味しており、磁気軸受制
御ループの安定化も期待できないことをも意味してい
る。
以上のように、従来の方法では、応答性が悪いとか、効
率が悪いなどの欠点をもっていたので、この発明はそれ
を飛躍的に良くしようとするのである。
率が悪いなどの欠点をもっていたので、この発明はそれ
を飛躍的に良くしようとするのである。
そうするために、この発明は、１つの電磁石コイルにス
イッチング素子、ダイオード、電流検出手段を各１個づ
つ構成させるのである。
イッチング素子、ダイオード、電流検出手段を各１個づ
つ構成させるのである。
すなわち、互いに逆向きの磁気吸引力を発生させる２つ
の電磁石をもつ磁気吸引力発生装置に用いられ、スイッ
チング素子をオン・オフし、そのパルス幅変調すること
によって電流制御するPWM方式の磁気吸引力発生用パワ
ーアンプにおいて、 正の直流電源にエミッタを接続した第１のスイッチング
素子と、該第１スイッチング素子のコレクタにカソード
を接続し負の直流電源にアノードを接続した第１のダイ
オードと、前記第１のスイッチング素子と第１のダイオ
ードの接続点に一端を接続し他端をグランドに接続した
第１の電磁石コイルとで構成される第１の主回路と、前
記第１の電磁石コイルとグランド間に設けられて第１の
電磁石コイルに流れる電流を検出する第１の電流検出手
段と、電流指令と前記第１の電流検出手段の信号を受け
て減算する第１の減算器と、該第１の減算器の信号を受
けてパルス幅変調してパルスを出力する第１の電流制御
器と、該第１の電流制御器の信号を受けて前記第１の主
回路内の第１のスイッチング素子のベースに接続された
第１のベースドライブ回路からなる第１のパワーアンプ
と、 負の直流電源にエミッタを接続した第２のスイッチング
素子と、該第２のスイッチング素子のコレクタにアノー
ドを接続し正の直流電源にカソードを接続した第２のダ
イオードと、前記第２のスイッチング素子と第２のダイ
オードの接続点に一端を接続し他端をグランドに接続し
た第２の電磁石コイルとで構成される第２の主回路と、
前記第２の電磁石コイルとグランド間に設けられて第２
の電磁石コイルに流れる電流を検出する第２の電流検出
手段と、電流指令と前記第２の電流検出手段の信号を受
けて減算する第２の減算器と、該第２の減算器の信号を
受けてパルス幅変調してパルスを出力する第２の電流制
御器と、該第２の電流制御器の信号を受けて前記第２の
主回路内の第２のスイッチング素子のベースに接続され
た第２のベースドライブ回路からなる第２のパワーアン
プの２つパワーアンプからなり、 前記第１のパワーアンプは、前記第１の電磁石コイルの
電流が第１の減算器が受ける電流指令に追従するよう制
御され、前記第２のパワーアンプは、前記第２の電磁石
コイルの電流が前記第２の減算器が受ける電流指令に追
従するよう制御されるとともに、 前記第１のパワーアンプの主回路では、正の直流電源に
よって与えられた前記第１の電磁石コイルの電流のフラ
イホイール電流を負の直流電源で減衰させ、第２のパワ
ーアンプの主回路では負の直流電源によって与えられた
前記第２の電磁石コイルの電流のフライホイール電流を
正の直流電源で減衰させて、両主回路の電磁石のコイル
にフライホイール電流が流れているときにかゝる電磁石
コイルの電圧をフライホイール電流が流れていないとき
にかゝる電磁石コイルの電圧と同じようにして電流の増
加率と減少率を同じにすると共に、前記２つの主回路間
でフライホイール電流を互いに補うようにしたのであ
る。
の電磁石をもつ磁気吸引力発生装置に用いられ、スイッ
チング素子をオン・オフし、そのパルス幅変調すること
によって電流制御するPWM方式の磁気吸引力発生用パワ
ーアンプにおいて、 正の直流電源にエミッタを接続した第１のスイッチング
素子と、該第１スイッチング素子のコレクタにカソード
を接続し負の直流電源にアノードを接続した第１のダイ
オードと、前記第１のスイッチング素子と第１のダイオ
ードの接続点に一端を接続し他端をグランドに接続した
第１の電磁石コイルとで構成される第１の主回路と、前
記第１の電磁石コイルとグランド間に設けられて第１の
電磁石コイルに流れる電流を検出する第１の電流検出手
段と、電流指令と前記第１の電流検出手段の信号を受け
て減算する第１の減算器と、該第１の減算器の信号を受
けてパルス幅変調してパルスを出力する第１の電流制御
器と、該第１の電流制御器の信号を受けて前記第１の主
回路内の第１のスイッチング素子のベースに接続された
第１のベースドライブ回路からなる第１のパワーアンプ
と、 負の直流電源にエミッタを接続した第２のスイッチング
素子と、該第２のスイッチング素子のコレクタにアノー
ドを接続し正の直流電源にカソードを接続した第２のダ
イオードと、前記第２のスイッチング素子と第２のダイ
オードの接続点に一端を接続し他端をグランドに接続し
た第２の電磁石コイルとで構成される第２の主回路と、
前記第２の電磁石コイルとグランド間に設けられて第２
の電磁石コイルに流れる電流を検出する第２の電流検出
手段と、電流指令と前記第２の電流検出手段の信号を受
けて減算する第２の減算器と、該第２の減算器の信号を
受けてパルス幅変調してパルスを出力する第２の電流制
御器と、該第２の電流制御器の信号を受けて前記第２の
主回路内の第２のスイッチング素子のベースに接続され
た第２のベースドライブ回路からなる第２のパワーアン
プの２つパワーアンプからなり、 前記第１のパワーアンプは、前記第１の電磁石コイルの
電流が第１の減算器が受ける電流指令に追従するよう制
御され、前記第２のパワーアンプは、前記第２の電磁石
コイルの電流が前記第２の減算器が受ける電流指令に追
従するよう制御されるとともに、 前記第１のパワーアンプの主回路では、正の直流電源に
よって与えられた前記第１の電磁石コイルの電流のフラ
イホイール電流を負の直流電源で減衰させ、第２のパワ
ーアンプの主回路では負の直流電源によって与えられた
前記第２の電磁石コイルの電流のフライホイール電流を
正の直流電源で減衰させて、両主回路の電磁石のコイル
にフライホイール電流が流れているときにかゝる電磁石
コイルの電圧をフライホイール電流が流れていないとき
にかゝる電磁石コイルの電圧と同じようにして電流の増
加率と減少率を同じにすると共に、前記２つの主回路間
でフライホイール電流を互いに補うようにしたのであ
る。
また、２つのリアクトを用い上記２つの電流制御系を別
に設けて、第3,第４の電流制御系を成し、電圧制御装置
を構成する。
に設けて、第3,第４の電流制御系を成し、電圧制御装置
を構成する。
すなわち、前記直流電源の電圧制御装置は、正及び負の
直流電源の電圧を検出する電圧検出手段と、その２つの
検出信号を加算する加算器と、その加算した信号を受け
て位相補償する電圧制御器と、基準電流指令信号と前記
電圧制御器の信号を加算する第２の加算器と、前記基準
電流指令信号と前記電圧制御器の信号を減算する減算器
と、前記第２の加算器と前記減算器の出力信号を電流指
令として受け、電磁石コイルに代えてリアクトルを持つ
前記第１及び第２のパワーアンプと同じ構成の２つのパ
ワーアンプとで構成したものである。
直流電源の電圧を検出する電圧検出手段と、その２つの
検出信号を加算する加算器と、その加算した信号を受け
て位相補償する電圧制御器と、基準電流指令信号と前記
電圧制御器の信号を加算する第２の加算器と、前記基準
電流指令信号と前記電圧制御器の信号を減算する減算器
と、前記第２の加算器と前記減算器の出力信号を電流指
令として受け、電磁石コイルに代えてリアクトルを持つ
前記第１及び第２のパワーアンプと同じ構成の２つのパ
ワーアンプとで構成したものである。
このように構成することにより、第１のパワーアンプの
場合は、スイッチング素子がオンすると、電磁石コイル
の両端には、正の電源電圧がかかり、 で関係づけられる変化率で電流が大きくなり、一方、ス
イッチング素子がオフすると、電磁石コイルのフライホ
イール電流により、負の直流電源からダイオードを通し
て電磁石コイルに電流が流れ込み、電磁石コイルの両端
には負の電流がかかるので で関係づけられる変化率で電流が小さくなる。第２のパ
ワーアンプの場合についても同様の動作をし、いずれも
電流の立上り、立下りがおよそ同じとなるので、電流制
御をする際も応答性を高くすることができるものであ
る。
場合は、スイッチング素子がオンすると、電磁石コイル
の両端には、正の電源電圧がかかり、 で関係づけられる変化率で電流が大きくなり、一方、ス
イッチング素子がオフすると、電磁石コイルのフライホ
イール電流により、負の直流電源からダイオードを通し
て電磁石コイルに電流が流れ込み、電磁石コイルの両端
には負の電流がかかるので で関係づけられる変化率で電流が小さくなる。第２のパ
ワーアンプの場合についても同様の動作をし、いずれも
電流の立上り、立下りがおよそ同じとなるので、電流制
御をする際も応答性を高くすることができるものであ
る。
そうして、２つの電流制御系の電流の大きさが異なれ
ば、合計すると、一方の電源は放電され、他方の電源は
充電されるので電圧が変化するが、第3,第４の電流制御
系を用いて、前述と逆の動作を行ない、電源電圧を一定
ならしめるのである。
ば、合計すると、一方の電源は放電され、他方の電源は
充電されるので電圧が変化するが、第3,第４の電流制御
系を用いて、前述と逆の動作を行ない、電源電圧を一定
ならしめるのである。
第１図は本発明の実施例を示すもので、OVは、主回路及
び制御回路のグランド線、Ｖ は、主回路の正の直流電
源、Ｖ は主回路の負の直流電源である。Ｖ ,V はそ
の電圧も示すものとする。
び制御回路のグランド線、Ｖ は、主回路の正の直流電
源、Ｖ は主回路の負の直流電源である。Ｖ ,V はそ
の電圧も示すものとする。
第１のスイッチング素子14−１は、ここではPNPトラン
ジスタであるが、エミッタをＶ に接続し、ベースを第
１のベースドライブ回路61に接続し、コレクタを第１の
電磁石コイル21と第１のダイオード15−１のカソードに
接続されている。
ジスタであるが、エミッタをＶ に接続し、ベースを第
１のベースドライブ回路61に接続し、コレクタを第１の
電磁石コイル21と第１のダイオード15−１のカソードに
接続されている。
第１のダイオード15−１はアノードはＶ に接続されて
いる。第１の電磁石コイル21のもう一端は、第１の増幅
器51と第１のシャント41に接続され、第１のシャント41
の他端はOVに接続されている。これら第１の増幅器51と
シャント41で第１の電磁石コイル21の電流を検出する電
流検出手段を構成している。また第１のスイッチング素
子14−1,第１の電磁石コイル21,ダイオード15−１及び
第１のシャント41で第１の主回路を構成している。
いる。第１の電磁石コイル21のもう一端は、第１の増幅
器51と第１のシャント41に接続され、第１のシャント41
の他端はOVに接続されている。これら第１の増幅器51と
シャント41で第１の電磁石コイル21の電流を検出する電
流検出手段を構成している。また第１のスイッチング素
子14−1,第１の電磁石コイル21,ダイオード15−１及び
第１のシャント41で第１の主回路を構成している。
電磁石コイル21の電流の指令信号IS1と、第１の増幅器5
1の出力として得られる、検出信号を入力とする第１の
減算器81によって差が得られ、これを入力として第１の
電流制御器71が働らき、第１のトランジスタ14−１のオ
ン・オフ信号を第１のベースドライブ回路61に送る。
1の出力として得られる、検出信号を入力とする第１の
減算器81によって差が得られ、これを入力として第１の
電流制御器71が働らき、第１のトランジスタ14−１のオ
ン・オフ信号を第１のベースドライブ回路61に送る。
第１の電流制御器71は、少なくとも位相補償回路とコン
パレータと発振器から成り、位相補償回路は、通常PID
補償回路であるが、Ｉ（積分）とＤ（微分）はなくとも
構わない。そしてそのコンパレータはPID補償回路の出
力信号を入力とし、発振器の出力との比較をしてHiかLo
の出力をするが、発振器の出力には周波数振幅が一定の
三角波又はノコギリ波を用いてもよい。第１の電流制御
器71はPWM制御器として機能する。
パレータと発振器から成り、位相補償回路は、通常PID
補償回路であるが、Ｉ（積分）とＤ（微分）はなくとも
構わない。そしてそのコンパレータはPID補償回路の出
力信号を入力とし、発振器の出力との比較をしてHiかLo
の出力をするが、発振器の出力には周波数振幅が一定の
三角波又はノコギリ波を用いてもよい。第１の電流制御
器71はPWM制御器として機能する。
第１のベースドライブ回路61は入出力が絶縁されてお
り、第１の電流制御器71から第１のトランジスタ14−１
のオン信号をうけるとＶ より低い電位を第１のトラン
ジスタ14−１のベースに与えオンさせる。また第１の電
流制御器71から第１のトランジスタ14−１のオフ信号を
うけるとＶ と同電位を第１のトランジスタ14−１のベ
ースに与えそれをオフさせる。
り、第１の電流制御器71から第１のトランジスタ14−１
のオン信号をうけるとＶ より低い電位を第１のトラン
ジスタ14−１のベースに与えオンさせる。また第１の電
流制御器71から第１のトランジスタ14−１のオフ信号を
うけるとＶ と同電位を第１のトランジスタ14−１のベ
ースに与えそれをオフさせる。
こゝで第１の電流制御器71,第１のベースドライブ回路6
1,第１の増幅器51と前記第１の主回路と第１の減算器81
とで、第１の電磁石コイル21の電流をIs1に追従させる
第１の電流制御系、すなわちPWM形の第１のパワーアン
プを構成している。
1,第１の増幅器51と前記第１の主回路と第１の減算器81
とで、第１の電磁石コイル21の電流をIs1に追従させる
第１の電流制御系、すなわちPWM形の第１のパワーアン
プを構成している。
第２のスイッチング素子14−２は、ここではNPNトラン
ジスタであるが、エミッタをＶ に接続し、ベースを第
２のベースドライブ回路62に接続し、コレクタを第２の
電磁石コイル22と第２のダイオード15−２のアノードに
接続されている。そして第２のダイオード15−２のカソ
ードはＶ に接続されている。また第２の電磁石コイル
22のもう一端は第２の増幅器52と第２のシャント42に接
続され、この第２のシャント42の他端はOVに接続されて
いる。こゝで第２の増幅器52と第２のシャント42で第２
の電磁石コイル22の電流を検出する電流検出手段を構成
している。
ジスタであるが、エミッタをＶ に接続し、ベースを第
２のベースドライブ回路62に接続し、コレクタを第２の
電磁石コイル22と第２のダイオード15−２のアノードに
接続されている。そして第２のダイオード15−２のカソ
ードはＶ に接続されている。また第２の電磁石コイル
22のもう一端は第２の増幅器52と第２のシャント42に接
続され、この第２のシャント42の他端はOVに接続されて
いる。こゝで第２の増幅器52と第２のシャント42で第２
の電磁石コイル22の電流を検出する電流検出手段を構成
している。
また、第２のトランジスタ14−2,第２の電磁石コイル2
2,第２のダイオード15−２及び第２のシャント42で、第
２の主回路を構成している。第２の電磁石コイル22の電
流の指令信号Is2と、第２の増幅器52の出力として得ら
れる検出信号を入力とする第２の減算器82によって差が
得られ、これを入力として第２の電流制御器72が働き、
第２のトランジスタ14−２のオン・オフ信号を第２のベ
ースドライブ回路62に送る。こゝで第２の電流制御器72
と第２のベースドライブ回路は、それぞれ第１の電流制
御器71と第１のベースドライブ回路とおよそ同じ内容の
ものである。
2,第２のダイオード15−２及び第２のシャント42で、第
２の主回路を構成している。第２の電磁石コイル22の電
流の指令信号Is2と、第２の増幅器52の出力として得ら
れる検出信号を入力とする第２の減算器82によって差が
得られ、これを入力として第２の電流制御器72が働き、
第２のトランジスタ14−２のオン・オフ信号を第２のベ
ースドライブ回路62に送る。こゝで第２の電流制御器72
と第２のベースドライブ回路は、それぞれ第１の電流制
御器71と第１のベースドライブ回路とおよそ同じ内容の
ものである。
第２のベースドライブ回路62は第２の電流制御器72から
第２のトランジスタ14−２のオン信号をうけると、Ｖ
より高い電位を第２のトランジスタ14−２のベースに与
えてそれをオンさせる。
第２のトランジスタ14−２のオン信号をうけると、Ｖ
より高い電位を第２のトランジスタ14−２のベースに与
えてそれをオンさせる。
また第２の電流制御器72から第２のトランジスタ14−２
のオフ信号をうけると、Ｖ と同電位を第２のトランジ
スタ14−２のベースに与えそれをオフさせる。こゝで、
第２の電流制御器72,第２のベースドライブ回路62及び
第２の増幅器52と第２の主回路と第２の減算器82とで、
第２の電磁石コイル22の電流をIs2に追従させる第２の
電流制御系、すなわち、PWM形の第２のパワーアンプを
構成している。
のオフ信号をうけると、Ｖ と同電位を第２のトランジ
スタ14−２のベースに与えそれをオフさせる。こゝで、
第２の電流制御器72,第２のベースドライブ回路62及び
第２の増幅器52と第２の主回路と第２の減算器82とで、
第２の電磁石コイル22の電流をIs2に追従させる第２の
電流制御系、すなわち、PWM形の第２のパワーアンプを
構成している。
以上のような構成において、電流指令Is1が与えられ、
その時の第１の電磁石コイル21の電流がゼロであったと
しよう。その時第１の電流制御器71の入力信号は＋であ
り、第１の電流制御器71が働いて第１のトランジスタ14
−２のオン信号を第１のベースドライブ回路61に送る。
これをうけて第１のベースドライブ回路61は、Ｖ より
低い電位を第１のトランジスタ14−１のベースに与え、
第１のトランジスタ14−１がオンされる。第１の電磁石
コイル21にはおよそＶ の電圧がかかるので に従って電流が増加していく。
その時の第１の電磁石コイル21の電流がゼロであったと
しよう。その時第１の電流制御器71の入力信号は＋であ
り、第１の電流制御器71が働いて第１のトランジスタ14
−２のオン信号を第１のベースドライブ回路61に送る。
これをうけて第１のベースドライブ回路61は、Ｖ より
低い電位を第１のトランジスタ14−１のベースに与え、
第１のトランジスタ14−１がオンされる。第１の電磁石
コイル21にはおよそＶ の電圧がかかるので に従って電流が増加していく。
そうして、電流が増加していき、第１の増幅器51の出力
がIs1より大きくなると第１の電流制御器71の入力信号
は負となり、第１のベースドライブ回路61に第１のトラ
ンジスタ14−１のオフ信号を送る。これをうけた第１の
ベースドライブ回路61は、Ｖ と同電位を第１のトラン
ジスタ14−１のベースに与え、第１のトランジスタ14−
１がオフされる。第１のトランジスタ14−１がオフされ
るとエミッタ−コレクタ電流がゼロとなるが、第１の電
磁石コイル21はインダクタンスであり、フライホイール
電流が流れるので、Ｖ から第１のダイオード15−1,第
１の電磁石コイル21,第１のシャント41を経てOVへ電流
が流れる。そして第１の電磁石コイル21にはおよそＶ
の電位がかかるので、 に従って電流が減少していく。
がIs1より大きくなると第１の電流制御器71の入力信号
は負となり、第１のベースドライブ回路61に第１のトラ
ンジスタ14−１のオフ信号を送る。これをうけた第１の
ベースドライブ回路61は、Ｖ と同電位を第１のトラン
ジスタ14−１のベースに与え、第１のトランジスタ14−
１がオフされる。第１のトランジスタ14−１がオフされ
るとエミッタ−コレクタ電流がゼロとなるが、第１の電
磁石コイル21はインダクタンスであり、フライホイール
電流が流れるので、Ｖ から第１のダイオード15−1,第
１の電磁石コイル21,第１のシャント41を経てOVへ電流
が流れる。そして第１の電磁石コイル21にはおよそＶ
の電位がかかるので、 に従って電流が減少していく。
電流が減少していき、第１の増幅器51の出力がIs1より
小さくなると、以下、上記の動きをくり返していき、第
１の電磁石コイル21に流れる電流がIs1に追従されるの
である。
小さくなると、以下、上記の動きをくり返していき、第
１の電磁石コイル21に流れる電流がIs1に追従されるの
である。
第２の電流制御系はＶ を利用しているものの第１の電
流制御系と同様の動作をするのはいうまでもない。
流制御系と同様の動作をするのはいうまでもない。
いずれにおいてもＶ とＶ の大きさを同じにしておく
と、電流の立上り、立下りがおよそ同じになり、電流制
御の応答性を高くすることができるのである。しかし、
上記第1,第２の電流制御系の電磁石コイルに流れる電流
が異なる場合、一方の電源は放電量が多くなり、他方の
電源は、充電量が多くなる。放電量が多くなった電源
は、大もとの電源からチャージされるから電圧が下るこ
とをまぬがれるが、充電量が多くなった電源は、大もと
の電源に放電することはできないので、電圧が上昇して
しまうということになる。これを防ぐために、第1,第２
の電流制御系と同じ構成で、リアクトルを用いる第3,第
４の電流制御系を構成し、さらに電圧制御系も構成す
る。それを示したのが第３図であり、そこに用いる第１
図の制御系を書きかえたのが第２図である。
と、電流の立上り、立下りがおよそ同じになり、電流制
御の応答性を高くすることができるのである。しかし、
上記第1,第２の電流制御系の電磁石コイルに流れる電流
が異なる場合、一方の電源は放電量が多くなり、他方の
電源は、充電量が多くなる。放電量が多くなった電源
は、大もとの電源からチャージされるから電圧が下るこ
とをまぬがれるが、充電量が多くなった電源は、大もと
の電源に放電することはできないので、電圧が上昇して
しまうということになる。これを防ぐために、第1,第２
の電流制御系と同じ構成で、リアクトルを用いる第3,第
４の電流制御系を構成し、さらに電圧制御系も構成す
る。それを示したのが第３図であり、そこに用いる第１
図の制御系を書きかえたのが第２図である。
図中、93,94は第３及び第４の電流制御回路、23,24は第
３及び第４の主回路であり、第３図中央の23,24にはダ
ミーのリアクトル13を用いている。同図右側の21,22は
磁気軸受の電磁石コイルを含む主回路であり電流制御回
路は省略している。
３及び第４の主回路であり、第３図中央の23,24にはダ
ミーのリアクトル13を用いている。同図右側の21,22は
磁気軸受の電磁石コイルを含む主回路であり電流制御回
路は省略している。
Ｖ ,V はそれぞれ正及び負の直流電源であり、グラン
ドOVとの間に平滑用のコンデンサが設けられている。3
1,32はＶ ,V の電圧を検出する電圧検出器で、その信
号を加算器４で加算した信号が電圧制御器５の入力とな
っている。
ドOVとの間に平滑用のコンデンサが設けられている。3
1,32はＶ ,V の電圧を検出する電圧検出器で、その信
号を加算器４で加算した信号が電圧制御器５の入力とな
っている。
５はPiD制御器であるが、ｉ（積分補償）とＤ（微分補
償）は無くても構わない。
償）は無くても構わない。
Is0は第３の電流制御器93と第３の主回路23で構成され
る第１の電流制御系と、第４の電流制御回路94と第４の
主回路24で構成される第２の電流制御系の基準電流の指
令信号であり、Is0と電圧制御器５の信号が加算器６に
よって加算されて、第３の電流制御回路93の入力信号と
なり、Is0と電圧制御器５の信号が減算器７によって減
算されて第４の電流制御回路94の入力信号となってい
る。
る第１の電流制御系と、第４の電流制御回路94と第４の
主回路24で構成される第２の電流制御系の基準電流の指
令信号であり、Is0と電圧制御器５の信号が加算器６に
よって加算されて、第３の電流制御回路93の入力信号と
なり、Is0と電圧制御器５の信号が減算器７によって減
算されて第４の電流制御回路94の入力信号となってい
る。
このような構成のもとで、|V ｜＜|V ｜となったとし
よう。そうすると、電圧検出器31,32によって検出され
たＶ ,V の信号が加算器４で加算されると−となる。
そしてその信号に応じて電圧制御器５も−を出力し、加
算器６によってIs0と加算された信号Is1はIs0より小さ
くなり、また減算器７によってIs0と減算された信号Is2
はIs0より大きくなる。
よう。そうすると、電圧検出器31,32によって検出され
たＶ ,V の信号が加算器４で加算されると−となる。
そしてその信号に応じて電圧制御器５も−を出力し、加
算器６によってIs0と加算された信号Is1はIs0より小さ
くなり、また減算器７によってIs0と減算された信号Is2
はIs0より大きくなる。
従って第３の主回路23のリアクトルの電流は減少し、第
４の主回路24のリアクトルの電流は増加し、各々のリア
クトルの加速電流とフライホイール電流を合計するとV-
からV+へ電流が流れたに等しくなる。
４の主回路24のリアクトルの電流は増加し、各々のリア
クトルの加速電流とフライホイール電流を合計するとV-
からV+へ電流が流れたに等しくなる。
このことはV+の電圧が増加、V-の電圧の大きさが減少す
ることを意味している。
ることを意味している。
他方、|V ｜＞|V ｜となったとしよう。そうすると、
電圧検出器31,32によって検出されたＶ ,V の信号が
加算器４で加算されると＋となる。その信号に応じて電
圧制御器５も＋を出力し、加算器６によってIs0と加算
された信号Is1はIs0より大きくなり、減算器７によって
Is0と減算された信号Is2はIs0より小さくなる。
電圧検出器31,32によって検出されたＶ ,V の信号が
加算器４で加算されると＋となる。その信号に応じて電
圧制御器５も＋を出力し、加算器６によってIs0と加算
された信号Is1はIs0より大きくなり、減算器７によって
Is0と減算された信号Is2はIs0より小さくなる。
従って第３の主回路23のリアクトルの電流は増加し、第
４の主回路24のリアクトルの電流は減少し、各々のリア
クトルの加速電流とフライホイール電流を合計すると、
Ｖ からＶ へ電流が流れたに等しくなる。
４の主回路24のリアクトルの電流は減少し、各々のリア
クトルの加速電流とフライホイール電流を合計すると、
Ｖ からＶ へ電流が流れたに等しくなる。
以上の動作の結果、磁気軸受用パワーアンプの動作によ
りＶ ,V の大きさが変動しようとしてもＶ とＶ の
大きさは一定に保たれるのである。
りＶ ,V の大きさが変動しようとしてもＶ とＶ の
大きさは一定に保たれるのである。
即ち、本発明ではフライホイール電流を流すダイオード
の一端を、そのダイオードが接続されたトランジスタ
（スイッチング素子）の電源と逆極性の電源に接続する
ことにより、フライホイール電源が流れているときにか
かる電磁石コイルの電圧をフライホイール電流が流れて
いないときにかかる電磁石の電圧と同じになるようにし
て電流の増加率と減少率を同じにして適用する磁気軸受
の浮上制御が問題なく行われるようにしたものである。
の一端を、そのダイオードが接続されたトランジスタ
（スイッチング素子）の電源と逆極性の電源に接続する
ことにより、フライホイール電源が流れているときにか
かる電磁石コイルの電圧をフライホイール電流が流れて
いないときにかかる電磁石の電圧と同じになるようにし
て電流の増加率と減少率を同じにして適用する磁気軸受
の浮上制御が問題なく行われるようにしたものである。
スイッチング素子はFETでもよいし、他の種類の素子で
もよい。
もよい。
ベースドライブ回路は入出力を絶縁しないものでもよ
い。
い。
電流検出はホール素子によるものでもよい。
第１と第２の電源制御系は、各々単独に使うこともでき
るし、異なる数の組合せで使ってもよい。
るし、異なる数の組合せで使ってもよい。
第１の電源制御系と、第４の電流制御系を用いた電圧制
御系との組合せでももちいることができる。
御系との組合せでももちいることができる。
また、第２の電流制御系と、第３の電流制御系を用いた
電圧制御系との組合せでも用いることができる。
電圧制御系との組合せでも用いることができる。
また、電流制御器に用いる発振器を共用することができ
る。
る。
実施例では磁気軸受や磁気浮上装置に用いられる電磁石
のうちの２つの電磁石コイルに電流を供給するパワーア
ンプについて述べたが、次のように３つ以上の電磁石を
持つものについても適用できる。すなわち、ラジアル磁
気軸受の固定子電磁石は直交する２つの方向の制御を可
能とするため少なくとも３つの電磁石コイルがあればよ
いことは周知の特許公報例えば特開昭59−23123号公報
や実開昭61−66219号公報などで知られているが、３つ
の電磁石コイルの配置の仕方の一つとして、真上に大き
な磁気吸引力を持つ電磁石を配置し、下側両側に２つの
小さい電磁石を配置し、上下の制御をするとき、上側に
はロータの重量を支えなければならないので大きな磁石
が働いて引張り、下側には２つの磁石の合力で引張るこ
とで制御できる。また左右の制御をするとき、右側には
ロータの重量を支えている上側の電磁石と右下側の電磁
石の合力で引張り、左側にはロータの重量を支えている
上側の電磁石と左側の電磁石の合力で引張ることで制御
する。
のうちの２つの電磁石コイルに電流を供給するパワーア
ンプについて述べたが、次のように３つ以上の電磁石を
持つものについても適用できる。すなわち、ラジアル磁
気軸受の固定子電磁石は直交する２つの方向の制御を可
能とするため少なくとも３つの電磁石コイルがあればよ
いことは周知の特許公報例えば特開昭59−23123号公報
や実開昭61−66219号公報などで知られているが、３つ
の電磁石コイルの配置の仕方の一つとして、真上に大き
な磁気吸引力を持つ電磁石を配置し、下側両側に２つの
小さい電磁石を配置し、上下の制御をするとき、上側に
はロータの重量を支えなければならないので大きな磁石
が働いて引張り、下側には２つの磁石の合力で引張るこ
とで制御できる。また左右の制御をするとき、右側には
ロータの重量を支えている上側の電磁石と右下側の電磁
石の合力で引張り、左側にはロータの重量を支えている
上側の電磁石と左側の電磁石の合力で引張ることで制御
する。
上側電磁石の大きさと、下側２つの電磁石の電流の和の
大きさを概ね同じにしておき、上側電磁石に電流を供給
するパワーアンプに実施例で述べた第１のパワーアンプ
を用い、下側磁石に電流を供給するパワーアンプに実施
例で述べた第２のパワーアンプを２つ用いるようにす
る。このようにすると実施例で述べたものと同じよう
に、各電磁石コイルのフライホイール電流を各直流電源
に戻して両直流電源電圧のバランスを保ことができる。
大きさを概ね同じにしておき、上側電磁石に電流を供給
するパワーアンプに実施例で述べた第１のパワーアンプ
を用い、下側磁石に電流を供給するパワーアンプに実施
例で述べた第２のパワーアンプを２つ用いるようにす
る。このようにすると実施例で述べたものと同じよう
に、各電磁石コイルのフライホイール電流を各直流電源
に戻して両直流電源電圧のバランスを保ことができる。
電磁石を４つ備えた磁気軸受の場合、実施例で述べた２
つ１組のパワーアンプをもう１組追加することでよいと
いうことは容易に分かることであり、４つ以上であって
も同じ要領でパワーアンプを増設していくことができ
る。
つ１組のパワーアンプをもう１組追加することでよいと
いうことは容易に分かることであり、４つ以上であって
も同じ要領でパワーアンプを増設していくことができ
る。
電流制御の応答性を高くすることができるので、磁気吸
引力発生装置の制御ループの応答性を高めることができ
る。すなわち磁気吸引力発生装置としての剛性を大きく
することができ、制御ループの安定性も高めることがで
きる。
引力発生装置の制御ループの応答性を高めることができ
る。すなわち磁気吸引力発生装置としての剛性を大きく
することができ、制御ループの安定性も高めることがで
きる。
１つの電磁石にトランジスタ，ダイオード，シャントが
各１個でよいので、簡単かつローコストである。またベ
ースドライブ回路が１つでよいので、２個用いる時に必
要な信号の同期化が不要であり設計が容易である。
各１個でよいので、簡単かつローコストである。またベ
ースドライブ回路が１つでよいので、２個用いる時に必
要な信号の同期化が不要であり設計が容易である。
すなわち、PWMのキャリア周波数を上げて応答性を上げ
るのも容易となるのである。また電流検出に用いるシャ
ントにはダイオードのリカバリー電流すなわちサージ電
流が流れないので検出もされず、トラブルから解放され
るというメリットももっている。
るのも容易となるのである。また電流検出に用いるシャ
ントにはダイオードのリカバリー電流すなわちサージ電
流が流れないので検出もされず、トラブルから解放され
るというメリットももっている。
付加した電圧制御回路のため、電源電圧の変動も少なく
おさえることができ、安定した電流制御が行なえる。
おさえることができ、安定した電流制御が行なえる。
上記の効果は、電磁石コイルを多数用いるシステムで特
に効果大である。
に効果大である。
第１図〜第３図はそれぞれ本発明の実施例のブロック図
である。 14−１……第１のトランジスタ 14−２……第２のトランジスタ 21……第１の電磁石コイル 22……第２の電磁石コイル 15−１……第１のダイオード 15−２……第２のダイオード 41……第１のシャント 42……第２のシャント 51……第１の増幅器 52……第２の増幅器 61……第１のベースドライブ回路 62……第２のベースドライブ回路 71……第１の電流制御器 72……第２の電流制御器 81……第１の減算器 82……第２の減算器 ４……加算器 ５……電圧制御器 ６……加算器 ７……減算器 ８……コンデンサ ９……電流制御器 10……増幅器 11……ベースドライバ 12……シャント 13……リアクトル 14……トランジスタ 15……ダイオード 31,32……電圧検出器 21……第１の主回路 22……第２の主回路 23……第３の主回路 24……第４の主回路 91……第１の電流制御回路 92……第２の電流制御回路 93……第３の電流制御回路 94……第４の電流制御回路
である。 14−１……第１のトランジスタ 14−２……第２のトランジスタ 21……第１の電磁石コイル 22……第２の電磁石コイル 15−１……第１のダイオード 15−２……第２のダイオード 41……第１のシャント 42……第２のシャント 51……第１の増幅器 52……第２の増幅器 61……第１のベースドライブ回路 62……第２のベースドライブ回路 71……第１の電流制御器 72……第２の電流制御器 81……第１の減算器 82……第２の減算器 ４……加算器 ５……電圧制御器 ６……加算器 ７……減算器 ８……コンデンサ ９……電流制御器 10……増幅器 11……ベースドライバ 12……シャント 13……リアクトル 14……トランジスタ 15……ダイオード 31,32……電圧検出器 21……第１の主回路 22……第２の主回路 23……第３の主回路 24……第４の主回路 91……第１の電流制御回路 92……第２の電流制御回路 93……第３の電流制御回路 94……第４の電流制御回路
Claims (6)
- 【請求項１】互いに逆向きの磁気吸引力を発生させる２
つの電磁石をもつ磁気吸引力発生装置に用いられ、スイ
ッチング素子をオン・オフし、そのパルス幅変調するこ
とによって電流制御するPWM方式の磁気吸引力発生用パ
ワーアンプにおいて、 正の直流電源にエミッタを接続した第１のスイッチング
素子と、該第１スイッチング素子のコレクタにカソード
を接続し負の直流電源にアノードを接続した第１のダイ
オードと、前記第１のスイッチング素子と第１のダイオ
ードの接続点に一端を接続し他端をグランドに接続した
第１の電磁石コイルとで構成される第１の主回路と、前
記第１の電磁石コイルとグランド間に設けられて第１の
電磁石コイルに流れる電流を検出する第１の電流検出手
段と、電流指令と前記第１の電流検出手段の信号を受け
て減算する第１の減算器と、該第１の減算器の信号を受
けてパルス幅変調してパルスを出力する第１の電流制御
器と、該第１の電流制御器の信号を受けて前記第１の主
回路内の第１のスイッチング素子のベースに接続された
第１のベースドライブ回路からなる第１のパワーアンプ
と、 負の直流電源にエミッタを接続した第２のスイッチング
素子と、該第２のスイッチング素子のコレクタにアノー
ドを接続し正の直流電源にカソードを接続した第２のダ
イオードと、前記第２のスイッチング素子と第２のダイ
オードの接続点に一端を接続し他端をグランドに接続し
た第２の電磁石コイルとで構成される第２の主回路と、
前記第２の電磁石コイルとグランド間に設けられて第２
の電磁石コイルに流れる電流を検出する第２の電流検出
手段と、電流指令と前記第２の電流検出手段の信号を受
けて減算する第２の減算器と、該第２の減算器の信号を
受けてパルス幅変調してパルスを出力する第２の電流制
御器と、該第２の電流制御器の信号を受けて前記第２の
主回路内の第２のスイッチング素子のベースに接続され
た第２のベースドライブ回路からなる第２のパワーアン
プの２つパワーアンプからなり、 前記第１のパワーアンプは、前記第１の電磁石コイルの
電流が第１の減算器が受ける電流指令に追従するよう制
御され、前記第２のパワーアンプは、前記第２の電磁石
コイルの電流が前記第２の減算器が受ける電流指令に追
従するよう制御されるとともに、 前記第１のパワーアンプの主回路では、正の直流電源に
よって与えられた前記第１の電磁石コイルの電流のフラ
イホイール電流を負の直流電源で減衰させ、第２のパワ
ーアンプの主回路では負の直流電源によって与えられた
前記第２の電磁石コイルの電流のフライホイール電流を
正の直流電源で減衰させて、両主回路の電磁石のコイル
にフライホイール電流が流れているときにかゝる電磁石
コイルの電圧をフライホイール電流が流れていないとき
にかゝる電磁石コイルの電圧と同じようにして電流の増
加率と減少率を同じにすると共に、前記２つの主回路間
でフライホイール電流を互いに補うようにしたことを特
徴とする磁気吸引力発生用パワーアンプ。 - 【請求項２】磁気吸引力発生装置は３個以上の電磁石コ
イルをもつ磁気吸引力発生装置であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の磁気吸引力発生用パワーア
ンプ。 - 【請求項３】電流検出手段が、シャント抵抗を用いたも
の、または、ホール素子を利用したものであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気吸引力発生用
パワーアンプ。 - 【請求項４】スイッチング素子がトランジスタであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気吸引力
発生用パワーアンプ。 - 【請求項５】直流電源は電圧制御装置を備えたものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気吸
引力発生用パワーアンプ。 - 【請求項６】前記直流電源の電圧制御装置は、正及び負
の直流電源の電圧を検出する電圧検出手段と、その２つ
の検出信号を加算する加算器と、その加算した信号を受
けて位相補償する電圧制御器と、基準電流指令信号と前
記電圧制御器の信号を加算する第２の加算器と、前記基
準電流指令信号と前記電圧制御器の信号を減算する減算
器と、前記第２の加算器と前記減算器の出力信号を電流
指令として受け、電磁石コイルに代えてリアクトルを持
つ請求項第１項記載の第１及び第２のパワーアンプと同
じ構成の２つのパワーアンプとでなることを特徴とする
特許請求の範囲第５項記載の磁気吸引力発生パワーアン
プ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62031597A JPH0783221B2 (ja) | 1987-02-16 | 1987-02-16 | 磁気吸引力発生用パワ−アンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62031597A JPH0783221B2 (ja) | 1987-02-16 | 1987-02-16 | 磁気吸引力発生用パワ−アンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63200605A JPS63200605A (ja) | 1988-08-18 |
| JPH0783221B2 true JPH0783221B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=12335604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62031597A Expired - Lifetime JPH0783221B2 (ja) | 1987-02-16 | 1987-02-16 | 磁気吸引力発生用パワ−アンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783221B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004526339A (ja) * | 2000-09-12 | 2004-08-26 | シリコン・ラボラトリーズ・インコーポレーテツド | 電力増幅回路およびその方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4532783B2 (ja) * | 2001-06-28 | 2010-08-25 | エドワーズ株式会社 | 磁気軸受励磁回路及びターボ分子ポンプ装置 |
| JP5058415B2 (ja) * | 2001-08-24 | 2012-10-24 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電源装置 |
| JP3499236B1 (ja) | 2002-08-28 | 2004-02-23 | 株式会社フライングモール | ディジタル電力増幅器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5773223A (en) * | 1980-10-21 | 1982-05-07 | Toshiba Corp | Magnetic bearing device of fly-wheel |
| JPS57145307A (en) * | 1981-03-05 | 1982-09-08 | Nippon Denso Co Ltd | Driving apparatus for electromagnetic actuator |
-
1987
- 1987-02-16 JP JP62031597A patent/JPH0783221B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004526339A (ja) * | 2000-09-12 | 2004-08-26 | シリコン・ラボラトリーズ・インコーポレーテツド | 電力増幅回路およびその方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63200605A (ja) | 1988-08-18 |
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