JPH0792361B2 - ロータの径方向変位磁気検出装置 - Google Patents
ロータの径方向変位磁気検出装置Info
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- JPH0792361B2 JPH0792361B2 JP60207730A JP20773085A JPH0792361B2 JP H0792361 B2 JPH0792361 B2 JP H0792361B2 JP 60207730 A JP60207730 A JP 60207730A JP 20773085 A JP20773085 A JP 20773085A JP H0792361 B2 JPH0792361 B2 JP H0792361B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16C32/044—Active magnetic bearings
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- F16C32/0446—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/2208—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils by influencing the self-induction of the coils
- G01D5/2216—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils by influencing the self-induction of the coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、アクティブ磁気ベアリング上に設置されたロ
ータの径方向変位を検出するための磁気検出装置に関す
るものであり、その装置は、可変空隙を備えている複数
の誘導要素を含むタイプのものである。そしてその誘導
要素は、前記ベアリング上に設置されるステータと一体
である。また、少なくとも１つの基準リングは、ロータ
と一体であり、そして前記誘導要素と共に前記可変空隙
を区画形成し、且つこの誘導要素に対してはこれと向い
合う位置関係に置かれている。
ータの径方向変位を検出するための磁気検出装置に関す
るものであり、その装置は、可変空隙を備えている複数
の誘導要素を含むタイプのものである。そしてその誘導
要素は、前記ベアリング上に設置されるステータと一体
である。また、少なくとも１つの基準リングは、ロータ
と一体であり、そして前記誘導要素と共に前記可変空隙
を区画形成し、且つこの誘導要素に対してはこれと向い
合う位置関係に置かれている。
従来技術 磁気ベアリング上に設置されたロータの径方向変位を検
出する検出器として、従来から種々知られているもの
は、電気的エラー信号を伝達するために用いられてい
る。このエラー信号は、サーボ制御装置を介して、ロー
タを予め設定された所定位置へ復帰させる。個々の位置
検出器は、光学タイプのもの、静電容量タイプのものも
しくは磁気タイプのもので構成できる。
出する検出器として、従来から種々知られているもの
は、電気的エラー信号を伝達するために用いられてい
る。このエラー信号は、サーボ制御装置を介して、ロー
タを予め設定された所定位置へ復帰させる。個々の位置
検出器は、光学タイプのもの、静電容量タイプのものも
しくは磁気タイプのもので構成できる。
ロータと一体化された基準リングと協働するところの誘
導要素によって構成される複数の磁気検出器を結合して
なる磁気検出器および磁気検出装置の一例は、仏国特許
2214890号に開示されている。前記特許に開示された検
出装置は、ロータ軸の実際の径方向変位に基づく基準距
離と呼ばれる変化量を検出することと、検出装置の基準
リングにおける不均一径寸法に基づく距離変化量の検出
値を定めることに関与しているにすぎない。
導要素によって構成される複数の磁気検出器を結合して
なる磁気検出器および磁気検出装置の一例は、仏国特許
2214890号に開示されている。前記特許に開示された検
出装置は、ロータ軸の実際の径方向変位に基づく基準距
離と呼ばれる変化量を検出することと、検出装置の基準
リングにおける不均一径寸法に基づく距離変化量の検出
値を定めることに関与しているにすぎない。
筒状の基準リングを厳密に正確な円形に作成することは
実に極めて困難である。そして検出装置が、ロータに連
結された基準リングの不均一径寸法のために生じる距離
変化量を検出するだけで、ロータの実際の径方向変位を
表わさないのであれば、損傷を招くような振動が磁気サ
スペンション中に誘発されてしまう虞れがあり、また、
アクティブ磁気ベアリングをサーボ制御すべく検出装置
からの出力を受ける装置のエネルギー消費量は増加する
ことになる。従って、検出装置に面したロータの基準リ
ングの実際の外形を表す曲線（この曲線は、対応する極
角の関数として表わされる）に関して、フーリエ級数を
分解した各項の式で与えられる調波を妥当な比率で除去
することのできる有効な検出装置を備えることが重要で
ある。
実に極めて困難である。そして検出装置が、ロータに連
結された基準リングの不均一径寸法のために生じる距離
変化量を検出するだけで、ロータの実際の径方向変位を
表わさないのであれば、損傷を招くような振動が磁気サ
スペンション中に誘発されてしまう虞れがあり、また、
アクティブ磁気ベアリングをサーボ制御すべく検出装置
からの出力を受ける装置のエネルギー消費量は増加する
ことになる。従って、検出装置に面したロータの基準リ
ングの実際の外形を表す曲線（この曲線は、対応する極
角の関数として表わされる）に関して、フーリエ級数を
分解した各項の式で与えられる調波を妥当な比率で除去
することのできる有効な検出装置を備えることが重要で
ある。
仏国特許2214890号に開示された装置は先行技術の装置
を改良するものではあるが、この装置は、３次よりも高
次の奇数次調波について、その影響を削減するのには成
功していない。またこの装置は、多数の基本誘導要素を
用いることが必要である。この基本誘導要素とは、対称
な軸方向平面を持っていると共に径方向平面の内側に位
置している小片により構成され、且つ径方向磁束を持っ
ているものである。これら種々の要素的小片は、一緒に
まとめられてもよく、また、積み重ねられた板よりなり
且つ導線の巻かれた切欠きを有する円盤によって構成さ
れてもよい。しかし、そのような実施例は、小径の検出
器を必要とする小さな機械を備え付けるように設計され
た検出装置には、ほとんど適用できない。小さな切欠き
を備えているということは、生産を非常に困難にする一
因となり、また、高次調波の除去比率が低くなる。
を改良するものではあるが、この装置は、３次よりも高
次の奇数次調波について、その影響を削減するのには成
功していない。またこの装置は、多数の基本誘導要素を
用いることが必要である。この基本誘導要素とは、対称
な軸方向平面を持っていると共に径方向平面の内側に位
置している小片により構成され、且つ径方向磁束を持っ
ているものである。これら種々の要素的小片は、一緒に
まとめられてもよく、また、積み重ねられた板よりなり
且つ導線の巻かれた切欠きを有する円盤によって構成さ
れてもよい。しかし、そのような実施例は、小径の検出
器を必要とする小さな機械を備え付けるように設計され
た検出装置には、ほとんど適用できない。小さな切欠き
を備えているということは、生産を非常に困難にする一
因となり、また、高次調波の除去比率が低くなる。
発明の目的 この発明の一つの目的は、前述の問題点を取り除くこと
と、そして検出装置と協働する基準リングについての幾
何学的検出に基づいた全ての調波を除去する高いレベル
を持っている有効な磁気検出装置を簡単に生産できるよ
うにすることにある。
と、そして検出装置と協働する基準リングについての幾
何学的検出に基づいた全ての調波を除去する高いレベル
を持っている有効な磁気検出装置を簡単に生産できるよ
うにすることにある。
この発明の他の目的は、小径ロータの径方向変位の検出
に特に適している検出装置を提供することにある。
に特に適している検出装置を提供することにある。
発明の要旨 これらの目的は、各誘導要素が磁気回路とコイルとを含
んでいる本発明の検出装置によって達せられる。そして
磁気回路は、軸方向平面内でＵ字形断面形状を呈してお
り、コイルは、各誘導要素が基準リングと協働してその
基準リング内に軸方向磁束を作るように、磁気回路に対
応するための対称平面を構成する径方向平面の内側に位
置されている。その誘導要素は、二つの隣合った径方向
平面に分かれて配置されている。これら径方向平面の第
１径方向平面は、ロータと一体の第１基準リングを含ん
でおり、このリングは、径方向に対向する第１および第
２の誘導要素と協働するのであるが、その誘導要素は
Ｘ′−Ｘ軸に関して対称な第１軸方向平面を持ってい
る。一方、第２径方向平面は、ロータと一体の第２基準
リングを含んでおり、このリングは、径方向に対応する
第３および第４の誘導要素と協働するのであるが、その
誘導要素はＹ′−Ｙ軸に関して対称な第２軸方向平面を
持っている。前述の各誘導要素は、約120度の円弧上に
広がっている。
んでいる本発明の検出装置によって達せられる。そして
磁気回路は、軸方向平面内でＵ字形断面形状を呈してお
り、コイルは、各誘導要素が基準リングと協働してその
基準リング内に軸方向磁束を作るように、磁気回路に対
応するための対称平面を構成する径方向平面の内側に位
置されている。その誘導要素は、二つの隣合った径方向
平面に分かれて配置されている。これら径方向平面の第
１径方向平面は、ロータと一体の第１基準リングを含ん
でおり、このリングは、径方向に対向する第１および第
２の誘導要素と協働するのであるが、その誘導要素は
Ｘ′−Ｘ軸に関して対称な第１軸方向平面を持ってい
る。一方、第２径方向平面は、ロータと一体の第２基準
リングを含んでおり、このリングは、径方向に対応する
第３および第４の誘導要素と協働するのであるが、その
誘導要素はＹ′−Ｙ軸に関して対称な第２軸方向平面を
持っている。前述の各誘導要素は、約120度の円弧上に
広がっている。
これらの特徴の組み合わせにより、３次調波および３の
倍数次の総ての調波を除去でき、また、より高次の調波
を含む他の奇数次の調波についても、部分的ではあるが
実質的に大部分が除去でき、高次調波の全体的な除去を
達成することができる。
倍数次の総ての調波を除去でき、また、より高次の調波
を含む他の奇数次の調波についても、部分的ではあるが
実質的に大部分が除去でき、高次調波の全体的な除去を
達成することができる。
さらに、二つの直角な方向に関する検出値を得るために
互いに協働する軸方向磁束検出要素は、分かれつつも隣
接している二つの平面内に置かれているので、検出装置
の組み合わせは非常に簡単な操作で行える。
互いに協働する軸方向磁束検出要素は、分かれつつも隣
接している二つの平面内に置かれているので、検出装置
の組み合わせは非常に簡単な操作で行える。
上下に重ねられた第１および第２の基準リングは分離さ
れていてもよく、もしくは、一体構造の一つの基準リン
グであってもよい。
れていてもよく、もしくは、一体構造の一つの基準リン
グであってもよい。
好都合なことに、第１および第２の基準リングはフェラ
イト製であるが、本発明の他の実施例によればこれら
は、例えば銀、アルミニウムもしくは青銅のような、導
電性の非磁性材料から作ることも可能である。
イト製であるが、本発明の他の実施例によればこれら
は、例えば銀、アルミニウムもしくは青銅のような、導
電性の非磁性材料から作ることも可能である。
誘導要素の磁気回路は、フェライトで作ることができ、
本発明の他の実施例によれば、ロータ軸に平行に配置さ
れたＵ字形板の積み重ねによって構成することができ
る。
本発明の他の実施例によれば、ロータ軸に平行に配置さ
れたＵ字形板の積み重ねによって構成することができ
る。
また好都合なことに、誘導要素はブリッジ回路に連結さ
れており、同一径方向平面内で径方向に対向した二つの
誘導要素から供給される二つの信号出力は、一方から他
方が代数学的に減算される。
れており、同一径方向平面内で径方向に対向した二つの
誘導要素から供給される二つの信号出力は、一方から他
方が代数学的に減算される。
これにより、全ての偶数次調波が完全に除去される。
実施例 この発明は、添付図面に従う以下の説明により一層明確
に理解されるであろう。
に理解されるであろう。
第1,2図は、フレーム100には非接触の状態で、ラジアル
・アクティブ磁気ベアリング（図示せず）上に設置され
たロータ50の径方向変位を検出するための、本発明にか
かる装置の全体構造を示している。
・アクティブ磁気ベアリング（図示せず）上に設置され
たロータ50の径方向変位を検出するための、本発明にか
かる装置の全体構造を示している。
その検出装置は、Ｘ′−ＸおよびＹ′−Ｙの二つの径方
向に関してロータ50の変位を検出するように設計されて
おり、そしてこれら二つの径方向は、互いに垂直で且つ
ロータのＺ′−Ｚ軸に対しても垂直であるが、本質的に
は隣接して重なり合う二つの径方向平面P1およびP2内に
置かれた二つの検出サブアセンブリから成っている。径
方向平面P1内に置かれたそのサブアセンブリは、Ｘ′−
Ｘ軸に関する径方向変位を測定するように設計され、一
方径方向平面P2内に置かれたサブアセンブリは、Ｘ′−
Ｘ軸に垂直なＹ′−Ｙ軸に関する径方向変位を測定する
ように設計されている。これらＸ′−Ｘ方向およびＹ′
−Ｙ方向に対応している検出サブアセンブリは全く同じ
であるが、ロータのＺ′−Ｚ軸の回りに90°の角度でず
れている。
向に関してロータ50の変位を検出するように設計されて
おり、そしてこれら二つの径方向は、互いに垂直で且つ
ロータのＺ′−Ｚ軸に対しても垂直であるが、本質的に
は隣接して重なり合う二つの径方向平面P1およびP2内に
置かれた二つの検出サブアセンブリから成っている。径
方向平面P1内に置かれたそのサブアセンブリは、Ｘ′−
Ｘ軸に関する径方向変位を測定するように設計され、一
方径方向平面P2内に置かれたサブアセンブリは、Ｘ′−
Ｘ軸に垂直なＹ′−Ｙ軸に関する径方向変位を測定する
ように設計されている。これらＸ′−Ｘ方向およびＹ′
−Ｙ方向に対応している検出サブアセンブリは全く同じ
であるが、ロータのＺ′−Ｚ軸の回りに90°の角度でず
れている。
各検出サブアセンブリは、それぞれ径方向に対向する二
つの検出器1,2および3,4から成り、各検出器は120°の
円弧上に広がって伸び、そして軸方向平面によって構成
される対称な平面を持っている。そして、平面P1および
P2のそれぞれの中の前記軸方向平面の軌跡が、それぞれ
検出軸Ｘ′−ＸおよびＹ′−Ｙである。
つの検出器1,2および3,4から成り、各検出器は120°の
円弧上に広がって伸び、そして軸方向平面によって構成
される対称な平面を持っている。そして、平面P1および
P2のそれぞれの中の前記軸方向平面の軌跡が、それぞれ
検出軸Ｘ′−ＸおよびＹ′−Ｙである。
各基本検出器1,2,3,4は、軸方向平面内の断面（第２
図）で見ると、フレーム100と一体の堅牢な部材110の内
側に設けられ、且つＵ字形状のステータ磁気回路10,20,
30,40を含んでいる。コイル11,21,31,41は、検出サブア
センブリに対応している径方向平面P1およびP2内で、各
ステータの磁気回路10,20,30,40に巻回されている。平
面P1は、このように検出器1,2に関して対称な平面を構
成し、これに対して平面P2は、検出器3,4に関して対称
な平面を構成する。同じ検出サブアセンブリの円弧状に
配置された二つの検出器1,2および3,4のそれぞれは、フ
レーム100と一体のボディ110内に形成された溝の中に保
持され、前記検出器は、クロスピース111,112によって
互いに一定の距離隔てられて、円弧状に配置されてい
る。
図）で見ると、フレーム100と一体の堅牢な部材110の内
側に設けられ、且つＵ字形状のステータ磁気回路10,20,
30,40を含んでいる。コイル11,21,31,41は、検出サブア
センブリに対応している径方向平面P1およびP2内で、各
ステータの磁気回路10,20,30,40に巻回されている。平
面P1は、このように検出器1,2に関して対称な平面を構
成し、これに対して平面P2は、検出器3,4に関して対称
な平面を構成する。同じ検出サブアセンブリの円弧状に
配置された二つの検出器1,2および3,4のそれぞれは、フ
レーム100と一体のボディ110内に形成された溝の中に保
持され、前記検出器は、クロスピース111,112によって
互いに一定の距離隔てられて、円弧状に配置されてい
る。
各対の検出器1,2および3,4のそれぞれは、ロータ50に接
続する部材51が内側に取り付けられている基準リング53
および54のそれぞれに対向するように配置されている。
前記部材51は、基準リング53,54の内側背面部を保持す
る筒状部51aと、第１基準リング53を支持する平坦な環
状フランジ51bとを備えている。連結部材51の筒状部51a
に接続されたカバー部材52は、第１基準リング53に積み
重ねられる第２基準リング54を所定位置に保持するため
に設けられている。この二つの積み重ねられた基準リン
グ53,54は、他の態様として、一つの単体リングによっ
て構成されていてもよい。この場合は、軸方向における
その長さは、個々の基準リング53,54の２倍に等しくな
る。たとえその場合でも、検出器１〜４の磁気回路10,2
0,30,40における、その断面のＵ字形状の開放側となる
分岐された側の端部が、それと協働する基準リング53お
よび54のそれぞれに対して近接するように配置され、そ
して小さな空隙が形成される。そして検出器１〜４は、
磁場の磁束線が基準リング53,54内で軸方向に閉じるよ
うな磁束を形成するように設計されている。
続する部材51が内側に取り付けられている基準リング53
および54のそれぞれに対向するように配置されている。
前記部材51は、基準リング53,54の内側背面部を保持す
る筒状部51aと、第１基準リング53を支持する平坦な環
状フランジ51bとを備えている。連結部材51の筒状部51a
に接続されたカバー部材52は、第１基準リング53に積み
重ねられる第２基準リング54を所定位置に保持するため
に設けられている。この二つの積み重ねられた基準リン
グ53,54は、他の態様として、一つの単体リングによっ
て構成されていてもよい。この場合は、軸方向における
その長さは、個々の基準リング53,54の２倍に等しくな
る。たとえその場合でも、検出器１〜４の磁気回路10,2
0,30,40における、その断面のＵ字形状の開放側となる
分岐された側の端部が、それと協働する基準リング53お
よび54のそれぞれに対して近接するように配置され、そ
して小さな空隙が形成される。そして検出器１〜４は、
磁場の磁束線が基準リング53,54内で軸方向に閉じるよ
うな磁束を形成するように設計されている。
検出器１〜４の磁気回路10,20,30,40は、フェライト製
にするのが都合がよい。しかしそれらも、軸方向磁気ベ
アリングのステータの磁気回路と同様に、Ｕ字形状板の
部品によって構成することができる。
にするのが都合がよい。しかしそれらも、軸方向磁気ベ
アリングのステータの磁気回路と同様に、Ｕ字形状板の
部品によって構成することができる。
基準リング53,54に関して、これらは精密で均質な部品
を得るためにフェライト製であることが好ましい。しか
しそれらは、銀、アルミニウムもしくは青銅のような非
磁性の導電性材料によっても作ることができる。
を得るためにフェライト製であることが好ましい。しか
しそれらは、銀、アルミニウムもしくは青銅のような非
磁性の導電性材料によっても作ることができる。
第3A図〜第3F図は、本発明に係る検出装置の一つの基本
的利点を説明するものである。
的利点を説明するものである。
上文に示したように、基準リング53,54は、たとえ最大
限精密に作られていても、不均一な部分は常に残ること
になり、それが故に決して正確な円形にはならない。そ
して半径に対応する極角αの関数で表される基準リング
53,54の半径の変化は、360°を連続する整数で割った分
数に等しい周期の正弦波を多数重畳したものと考えられ
る曲線によって与えられる。従ってその調波に対応する
周波数は、ロータの回転に対応する周波数の倍数とな
る。第3A図は、ロータの回転速度における１回転に対応
する基本的正弦曲線を示しており、第3B図から第3F図ま
では、それぞれ第3,5,7,9,11次の調波に対応する正弦曲
線を示している。
限精密に作られていても、不均一な部分は常に残ること
になり、それが故に決して正確な円形にはならない。そ
して半径に対応する極角αの関数で表される基準リング
53,54の半径の変化は、360°を連続する整数で割った分
数に等しい周期の正弦波を多数重畳したものと考えられ
る曲線によって与えられる。従ってその調波に対応する
周波数は、ロータの回転に対応する周波数の倍数とな
る。第3A図は、ロータの回転速度における１回転に対応
する基本的正弦曲線を示しており、第3B図から第3F図ま
では、それぞれ第3,5,7,9,11次の調波に対応する正弦曲
線を示している。
以下、このことをより詳細に説明する。検出器が検出す
るロータ軸心の変位量は、検出器の内周面と基準リング
の外周面との間に形成されて且つ径方向平面内で対向し
ている１対の空隙に関して、その径方向平面内でこれら
空隙が占めている面積の差に比例した値となる。そし
て、各検出器1,2,3,4の幅が120°の扇形になっているの
で、この120°の幅を第3A図に示すように30°（π/6）
と150°（５π/6）との間とし、対向して配置された１
対の検出器、例えば検出器3,4について上述した空隙の
面積S3，S4を求めると、それぞれ次のように表される。
るロータ軸心の変位量は、検出器の内周面と基準リング
の外周面との間に形成されて且つ径方向平面内で対向し
ている１対の空隙に関して、その径方向平面内でこれら
空隙が占めている面積の差に比例した値となる。そし
て、各検出器1,2,3,4の幅が120°の扇形になっているの
で、この120°の幅を第3A図に示すように30°（π/6）
と150°（５π/6）との間とし、対向して配置された１
対の検出器、例えば検出器3,4について上述した空隙の
面積S3，S4を求めると、それぞれ次のように表される。
ただし、Ｒは検出器内周面の半径、ｒ（α）は基準リン
グ外周面の半径、δは基準リングの軸心のＹ方向変位で
ある。
グ外周面の半径、δは基準リングの軸心のＹ方向変位で
ある。
ところで、上述のように径寸法が不均一な基準リングの
外周形状は、区間［−π，π］で連続な極角αの関数で
として、半径ｒ（α）をフーリエ級数で与えることによ
って次のような一般式のかたちで表すことができる。
外周形状は、区間［−π，π］で連続な極角αの関数で
として、半径ｒ（α）をフーリエ級数で与えることによ
って次のような一般式のかたちで表すことができる。
ただし、anおよびbnはフーリエ係数である。
（１）式および（２）式に（３）式を代入すると、S3お
よびS4は次のように表せる。
よびS4は次のように表せる。
さらにここで、次の関係が成り立つ。
したがって、（４）式は（６）式〜（９）式の関係から
次のように表せる。
次のように表せる。
そして、上述した空隙の面積差S3−S4を求めるべく
（４′）式から（５）式を減算すると次のようになる。
（４′）式から（５）式を減算すると次のようになる。
（10）式においては、第１項が基準リングの形状誤差に
よる成分であり、第２項が検出すべきＹ方向変位による
成分である。そしてこの形状誤差成分は、その積分部分
について見てみると、以下のように偶数次の調波と３の
倍数次の調波は全て除去され、その他の奇数次の調波に
ついても、その次数に反比例して減少することが分か
る。
よる成分であり、第２項が検出すべきＹ方向変位による
成分である。そしてこの形状誤差成分は、その積分部分
について見てみると、以下のように偶数次の調波と３の
倍数次の調波は全て除去され、その他の奇数次の調波に
ついても、その次数に反比例して減少することが分か
る。
ｎ＝１（第１次調波）のとき、 ｎが偶数（2k）のとき、 ここで、 である。
ｎが奇数（2k＋１）のとき、 ここで、 である。
したがって、ｋ＝１（第３次調波）のとき、 ｋ＝２（第５次調波）のとき、 ｋ＝３（第７次調波）のとき、 ｋ＝４（第９次調波）のとき、 ｋ＝５（第11次調波）のとき、 ｋ＝６（第13次調波）のとき、 ｋ＝７（第15次調波）のとき、 このように、個々の検出器1,2,3,4の幅が120°の扇形に
なっていることで各対の検出器が、各調波に対応する一
つもしくはそれ以上の正弦波の全周期をカバーするの
で、各検出器１〜４のそれぞれが第３次調波（第3B図）
および総ての３の倍数次調波（第3E図）を総て除去す
る。なお、第3A図から第3F図において、検出器によって
除去される正弦波の部分は斜めのハッチングで示され、
これに対して検出器によっては除去されずに残される正
弦波の部分が水平なハッチングで示されている。
なっていることで各対の検出器が、各調波に対応する一
つもしくはそれ以上の正弦波の全周期をカバーするの
で、各検出器１〜４のそれぞれが第３次調波（第3B図）
および総ての３の倍数次調波（第3E図）を総て除去す
る。なお、第3A図から第3F図において、検出器によって
除去される正弦波の部分は斜めのハッチングで示され、
これに対して検出器によっては除去されずに残される正
弦波の部分が水平なハッチングで示されている。
第５次、７次、11次の、すなわち素数に対応する次数の
奇数次調波に関する第3C図、第3D図および第3F図によれ
ば、検出器によって除去されない分は、調波の次数の逆
関数に対応し、すなわち、それぞれ第１次調波の1/5、1
/7、1/11に等しい。このように、10次以上の高次の調波
にとって、一対の検出器によって除去されずに残される
調波の分は、10％よりも少なく、調波の想定される次数
が増大するにつれて減少して行く。本発明に係る検出装
置において、各要素の検出器が120°の円弧を覆ってい
るという事実によれば、例えば第３次調波以降の少なく
とも一つの全周期、そして第７次調波以降の少なくとも
二つの全周期の調波は、一つの検出サブアセンブリによ
って積分される。これにより、検出装置によって残され
る調波の部分が実質的にかなり低減するとともに、サー
ボ制御回路における省エネルギ並びに磁気浮揚システム
の振動の低減化が達成される。
奇数次調波に関する第3C図、第3D図および第3F図によれ
ば、検出器によって除去されない分は、調波の次数の逆
関数に対応し、すなわち、それぞれ第１次調波の1/5、1
/7、1/11に等しい。このように、10次以上の高次の調波
にとって、一対の検出器によって除去されずに残される
調波の分は、10％よりも少なく、調波の想定される次数
が増大するにつれて減少して行く。本発明に係る検出装
置において、各要素の検出器が120°の円弧を覆ってい
るという事実によれば、例えば第３次調波以降の少なく
とも一つの全周期、そして第７次調波以降の少なくとも
二つの全周期の調波は、一つの検出サブアセンブリによ
って積分される。これにより、検出装置によって残され
る調波の部分が実質的にかなり低減するとともに、サー
ボ制御回路における省エネルギ並びに磁気浮揚システム
の振動の低減化が達成される。
さらには、Ｘ′−Ｘ軸およびＹ′−Ｙ軸の方向の検出を
操作する四つの検出器１〜４に対して第４図に図示する
ようなブリッジアセンブリが採用されるならば、全ての
偶数次調波は完全に除去される。
操作する四つの検出器１〜４に対して第４図に図示する
ようなブリッジアセンブリが採用されるならば、全ての
偶数次調波は完全に除去される。
第４図に示される線図は、交流ホイートストンブリッジ
回路を表わしている。第１図，第２図を参照して上文で
述べた要素の検出器を構成する誘導要素１から４は、１
次コイル66と中点65を持つ二つの２次コイル67,68より
なるコンバータを経由して供給されるKHzの各搬送交流
によって励起される。個々のコイル11,21,31,41は、
Ｘ′−Ｘ方向およびＹ′−Ｙ方向のそれぞれの同じ方向
における変位を検出するために、径方向に対向する形で
同一平面内に位置されて対を成す二つのコイル1,2およ
び3,4によって伝達される信号が代数学的に減算される
ように構成されている。
回路を表わしている。第１図，第２図を参照して上文で
述べた要素の検出器を構成する誘導要素１から４は、１
次コイル66と中点65を持つ二つの２次コイル67,68より
なるコンバータを経由して供給されるKHzの各搬送交流
によって励起される。個々のコイル11,21,31,41は、
Ｘ′−Ｘ方向およびＹ′−Ｙ方向のそれぞれの同じ方向
における変位を検出するために、径方向に対向する形で
同一平面内に位置されて対を成す二つのコイル1,2およ
び3,4によって伝達される信号が代数学的に減算される
ように構成されている。
このように、第４図によれば、コイル11および31の端子
13,32は、正の供給基準線62に接続されており、一方、
コイル21および41の端子23,42は負の供給基準線61に接
続されている。コイル11,21の端子12,22は、Ｘ′−Ｘ方
向の変位を表わす信号Uxが伝達される出力端子63へ共に
接続され、そして、コイル3,4の端子33,43は、Ｙ′−Ｙ
方向の変位を表わす信号Uyが伝達される出力端子64へ共
に接続される。
13,32は、正の供給基準線62に接続されており、一方、
コイル21および41の端子23,42は負の供給基準線61に接
続されている。コイル11,21の端子12,22は、Ｘ′−Ｘ方
向の変位を表わす信号Uxが伝達される出力端子63へ共に
接続され、そして、コイル3,4の端子33,43は、Ｙ′−Ｙ
方向の変位を表わす信号Uyが伝達される出力端子64へ共
に接続される。
径方向に対向する二つの検出器1,2もしくは3,4は、偶数
次の調波（これらは前記調波の正弦波の周期が整数で割
られたものであるが）の場合に、その差が必然的に零と
なる同一の信号を伝達するので、全ての偶数次の調波は
第４図の回路によってはっきりと除去されることが理解
されよう。
次の調波（これらは前記調波の正弦波の周期が整数で割
られたものであるが）の場合に、その差が必然的に零と
なる同一の信号を伝達するので、全ての偶数次の調波は
第４図の回路によってはっきりと除去されることが理解
されよう。
結果として、第４図に図示されたような装置は、多用さ
れている従来技術の装置よりも生産が簡単なばかりでは
なく、総合的に、もしくは非常に実質的に、２次調波以
降の全ての調波を除去することを保証し、従って、基準
リング53,54が調波の残りの分を検出するにも拘わら
ず、検出装置によって伝達された信号はロータの実際の
変位を表わすものであり、基準リングの回転半径の不整
に対応する単なる周期的変化を表わすものではない。
れている従来技術の装置よりも生産が簡単なばかりでは
なく、総合的に、もしくは非常に実質的に、２次調波以
降の全ての調波を除去することを保証し、従って、基準
リング53,54が調波の残りの分を検出するにも拘わら
ず、検出装置によって伝達された信号はロータの実際の
変位を表わすものであり、基準リングの回転半径の不整
に対応する単なる周期的変化を表わすものではない。
本発明に係る装置は、多くの変形例に適用することがで
きる。例えば、上述の説明は内側ロータと外側ステータ
を持つ構成に関するものであるが、本発明に係る装置は
外側ロータと内側ステータを持つ構成の機械に適用する
こともできる。
きる。例えば、上述の説明は内側ロータと外側ステータ
を持つ構成に関するものであるが、本発明に係る装置は
外側ロータと内側ステータを持つ構成の機械に適用する
こともできる。
さらには、120°の円弧上に広がる誘導要素を用いて、
３もしくは３の倍数のレベルの調波の全てを完全に除去
するのが好ましいのであるが、誘導要素が前記構成の軸
方向磁束を持っているかぎり、たとえわずかに異なる値
であっても、その値を120°に近付けることは高次調波
の除去を高い比率へと導くであろう。
３もしくは３の倍数のレベルの調波の全てを完全に除去
するのが好ましいのであるが、誘導要素が前記構成の軸
方向磁束を持っているかぎり、たとえわずかに異なる値
であっても、その値を120°に近付けることは高次調波
の除去を高い比率へと導くであろう。
第１図は、１対の誘導検出器の要素を示す第２図のＩ−
Ｉ平面に沿う断面線図である。 第２図は、第１図のII−II平面に沿う軸方向断面線図で
あり、二つの積み重ねられた装置サブアセンブリを備え
た本発明に係る検出装置を示している。 第3A図から第3F図は、異なる調波の形と、本発明の検出
装置によって除去されたこれらの信号の部分を示してい
る。 第４図は、本発明に係る検出装置の４個の検出器要素の
ブリッジ回路構成における連絡状態を表わす線図であ
る。 1,2,3,4は検出器、10,20,30,40は磁気回路、11,21,31,4
1はコイル、50はロータ、51は連結部材、53,54は基準リ
ング、100はフレーム、110はボディである。
Ｉ平面に沿う断面線図である。 第２図は、第１図のII−II平面に沿う軸方向断面線図で
あり、二つの積み重ねられた装置サブアセンブリを備え
た本発明に係る検出装置を示している。 第3A図から第3F図は、異なる調波の形と、本発明の検出
装置によって除去されたこれらの信号の部分を示してい
る。 第４図は、本発明に係る検出装置の４個の検出器要素の
ブリッジ回路構成における連絡状態を表わす線図であ
る。 1,2,3,4は検出器、10,20,30,40は磁気回路、11,21,31,4
1はコイル、50はロータ、51は連結部材、53,54は基準リ
ング、100はフレーム、110はボディである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−9501（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−41304（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−116606（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−29442（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (7)
- 【請求項１】アクティブ磁気ベアリングが設置されるス
テータと一体化された複数の誘導要素と、 前記アクティブ磁気ベアリング上に設置されたロータと
一体化され、且つ前記誘導要素と対面した関係に置かれ
る少なくとも一つの基準リングとを備え、 前記誘導要素と前記基準リングとの間に可変空隙が形成
されてなり、前記ロータの径方向変位を磁気的に検出す
る装置において、 第１径方向平面内で径方向に互いに向かい合って第１の
対をなす第１および第２の誘導要素と、 前記第１径方向平面と軸方向に隣接した第２径方向平面
内で径方向に互いに向かい合って第２の対をなす第３お
よび第４の誘導要素と、 前記第１径方向平面内で前記誘導要素の第１の対と対面
した関係に置かれる第１基準リングと、 前記第２径方向平面内で前記誘導要素の第２の対と対面
した関係に置かれる第２基準リングとを備え、 前記第１および第２の誘導要素の各中心を通る中心線
Ｘ′−Ｘと、前記第３および第４の誘導要素の各中心を
通る中心線Ｙ′−Ｙとが直交し、 前記誘導要素のそれぞれは、軸方向の断面がＵ字形状に
して且つ周方向へ約120°の円弧状に延在している磁気
回路と、該誘導要素に対面する前記基準リングの中に軸
方向の磁束を形成するように、径方向平面内で前記磁気
回路の周りに巻回されたコイルと、 前記第１および第２誘導要素または第３および第４誘導
要素のそれぞれに発生する誘導起電力の大きさを比較し
てそれらの大小関係を電気信号として出力する電気回路
手段とを備えたことを特徴とするロータの径方向変位磁
気検出装置。 - 【請求項２】前記第１および第２の積み重ねられた基準
リングが、単一の基準リングによって構成されている特
許請求の範囲第１項記載の検出装置。 - 【請求項３】前記第１および第２の基準リングがフェラ
イト製である特許請求の範囲第１項記載の検出装置。 - 【請求項４】前記第１および第２の基準リングが、銀、
アルミニウムもしくは青銅のような導電性非磁性材料よ
り成る特許請求の範囲第１項記載の検出装置。 - 【請求項５】前記第１、第２、第３および第４の誘導要
素が、フェライト製磁気回路を含む特許請求の範囲第１
項記載の検出装置。 - 【請求項６】前記第１、第２、第３および第４の誘導要
素が、ロータに平行なＵ字形状板の積み重ねより成る磁
気回路を含んでいる特許請求の範囲第１項記載の検出装
置。 - 【請求項７】前記電気回路手段は、 直列接続された前記第１および第２の誘導要素の前記第
１の対と、直列接続された前記第３および第４の誘導要
素の前記第２の対とが、電源に対して並列接続されたブ
リッジ回路と、 前記第１誘導要素と第２誘導要素との間の電位および前
記第３誘導要素と第４誘導要素との間の電位のそれぞれ
と、基準電位との差を検出する検出手段とを含む特許請
求の範囲第１項記載の検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8414374A FR2570488B1 (fr) | 1984-09-19 | 1984-09-19 | Dispositif de detection magnetique des deplacements radiaux d'un rotor |
| FR8414374 | 1984-09-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6179105A JPS6179105A (ja) | 1986-04-22 |
| JPH0792361B2 true JPH0792361B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=9307865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60207730A Expired - Lifetime JPH0792361B2 (ja) | 1984-09-19 | 1985-09-18 | ロータの径方向変位磁気検出装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4692699A (ja) |
| EP (1) | EP0178972B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0792361B2 (ja) |
| CA (1) | CA1245322A (ja) |
| DE (1) | DE3566713D1 (ja) |
| FR (1) | FR2570488B1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4755751A (en) * | 1986-12-29 | 1988-07-05 | Allen-Bradley Company, Inc. | Brushless rotary position transducer |
| EP0300336A3 (en) * | 1987-07-22 | 1990-03-14 | Slovenska Akademia Vied | Disc recording medium and equipment for its rotary and linear motion |
| US4849666A (en) * | 1987-12-29 | 1989-07-18 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Electromagnetic isolator/actuator system |
| DE3824535A1 (de) * | 1988-07-20 | 1990-01-25 | Bosch Gmbh Robert | Messeinrichtung zur bestimmung eines drehwinkels |
| JPH0389020A (ja) * | 1989-06-23 | 1991-04-15 | Nippon Thompson Co Ltd | 磁性流体軸受 |
| EP0454374B1 (en) * | 1990-04-23 | 1994-12-21 | Tanken Seiko Kabushiki Kaisha | Method of predicting abnormality of mechanical seal and apparatus for predicting the same |
| JP3315428B2 (ja) * | 1992-04-01 | 2002-08-19 | 株式会社荏原製作所 | 磁気軸受装置 |
| JP2681725B2 (ja) * | 1992-04-15 | 1997-11-26 | 株式会社タンケンシールセーコウ | メカニカルシールの挙動監視装置 |
| FR2712358B1 (fr) * | 1993-11-09 | 1996-02-09 | Mecanique Magnetique Sa | Dispositif de montage et d'entraînement d'une broche, notamment d'une broche textile. |
| FR2746870B1 (fr) * | 1996-03-28 | 1998-06-12 | Soc D Mecanique Magnetique | Dispositif de detection des deplacements d'un rotor monte sur des paliers magnetiques actifs |
| DE602004025916D1 (de) * | 2004-07-20 | 2010-04-22 | Varian Spa | Rotationsvakuumpumpe und ihr Auswuchtverfahren |
| DE102005032675A1 (de) * | 2005-07-13 | 2007-01-25 | Renk Ag | Aktives Magnetlager mit integrierter Wegsensorik |
| FR2934895B1 (fr) * | 2008-08-05 | 2010-08-27 | Thales Sa | Dispositif de capteur de position radiale elargie sur plus de 90° |
| DE102011078782A1 (de) * | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetlager, Verfahren zum Betreiben eines Magnetlagers und Verwendung eines Magnetlagers |
| US9140578B2 (en) * | 2012-12-06 | 2015-09-22 | Industrial Technology Research Institute | Measurement device |
| US9134141B2 (en) * | 2012-12-06 | 2015-09-15 | Industrial Technology Research Institute | Measurement device |
| DE102014219894A1 (de) * | 2014-10-01 | 2016-04-07 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Rotor, Synchronmaschine und Hybridantrieb |
| US11169045B2 (en) * | 2017-12-19 | 2021-11-09 | Knappco, LLC | Methods and systems for determining residual life of a swivel |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1687637A (en) * | 1922-11-10 | 1928-10-16 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Electrical centering device |
| US2805677A (en) * | 1953-04-23 | 1957-09-10 | Curtiss Wright Corp | Detector for misalinement of rotating body |
| FR1293040A (fr) * | 1961-03-13 | 1962-05-11 | Cross Co | Montage perfectionné pour bobine de détecteur électronique d'outil avec blindage magnétique la protégeant des influences extérieures |
| SU425201A1 (ru) * | 1972-05-23 | 1974-04-25 | Н. Громов, В. Г. Завь лов, Е. М. Карпов , В. В. Сбродов Куйбышевский политехнический институт В. В. Куйбышева | Устройство для преобразования пространственных координат |
| US4114960A (en) * | 1973-01-18 | 1978-09-19 | Societe Europeenne De Propulsion | Radial displacement detector device for a magnetic bearing |
| FR2270482B1 (ja) * | 1974-05-09 | 1977-07-08 | Europ Propulsion | |
| BE875127R (fr) * | 1979-03-27 | 1979-07-16 | Organisation Europ De Rech S S | Dispositif a moment d'inertie a suspension magnetique |
| FR2426830A1 (fr) * | 1978-05-22 | 1979-12-21 | Org Europeene De Rech | Dispositif a moment d'inertie a suspension magnetique |
| SU1025997A1 (ru) * | 1980-11-18 | 1983-06-30 | Рижский Краснознаменный Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.Ленинского Комсомола | Датчик контрол радиального смещени вращающегос вала |
| AU547809B2 (en) * | 1980-12-24 | 1985-11-07 | National Aeronautics And Space Administration - Nasa | Linear magnetic bearings |
| US4473259A (en) * | 1980-12-24 | 1984-09-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Linear magnetic bearings |
| JPS5829442A (ja) * | 1981-08-17 | 1983-02-21 | オリンパス光学工業株式会社 | 内視鏡 |
| JPS5841304A (ja) * | 1981-09-04 | 1983-03-10 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 回転体の半径方向位置検出器 |
| FR2524090A1 (fr) * | 1982-03-26 | 1983-09-30 | Aerospatiale | Dispositif de suspension magnetique pour roue d'inertie |
| JPS599501A (ja) * | 1982-07-07 | 1984-01-18 | Shinko Denki Kk | 磁性材料の偏心検出装置 |
| EP0124731A1 (de) * | 1983-04-07 | 1984-11-14 | H.F. Stollberg Maschinenfabrik GmbH | Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung der Lage eines ersten Körpers bezüglich eines zweiten Körpers |
-
1984
- 1984-09-19 FR FR8414374A patent/FR2570488B1/fr not_active Expired
-
1985
- 1985-09-12 US US06/775,438 patent/US4692699A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-09-17 DE DE8585401789T patent/DE3566713D1/de not_active Expired
- 1985-09-17 EP EP85401789A patent/EP0178972B1/fr not_active Expired
- 1985-09-18 CA CA000491071A patent/CA1245322A/en not_active Expired
- 1985-09-18 JP JP60207730A patent/JPH0792361B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| EP0178972B1 (fr) | 1988-12-07 |
| US4692699A (en) | 1987-09-08 |
| FR2570488B1 (fr) | 1987-01-09 |
| EP0178972A1 (fr) | 1986-04-23 |
| CA1245322A (en) | 1988-11-22 |
| FR2570488A1 (fr) | 1986-03-21 |
| JPS6179105A (ja) | 1986-04-22 |
| DE3566713D1 (en) | 1989-01-12 |
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