JPH0988955A - 磁気軸受の制御装置 - Google Patents
磁気軸受の制御装置Info
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- JPH0988955A JPH0988955A JP25045695A JP25045695A JPH0988955A JP H0988955 A JPH0988955 A JP H0988955A JP 25045695 A JP25045695 A JP 25045695A JP 25045695 A JP25045695 A JP 25045695A JP H0988955 A JPH0988955 A JP H0988955A
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- 239000011800 void material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 25
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転体と電磁石との空隙の変化により制御が
不安定になることを防止し、しかもそれによってコスト
高とならないようにする。 【解決手段】 磁気軸受2aは、回転体１を磁力によって
非接触支持する複数の電磁石5a、6a、7a、8aを備えてい
る。磁気軸受2aの制御装置4aは、回転体１を挟むように
配置されて回転体１との間の空隙の大きさに比例する空
隙信号をそれぞれ出力する２対の位置センサ11a 、12a
、13a 、14a と、各位置センサ11a 〜14aからの空隙信
号に基づいて各電磁石5a〜8aへの供給電流を制御する電
磁石制御回路9aとを備えている。電磁石制御回路9aは、
１対の位置センサ11a 〜12a それぞれの空隙信号を加算
し、この空隙信号加算値と所定の基準空隙値とを比較
し、この比較結果に基づいて各電磁石5a〜8aへの供給電
流を補正する。
不安定になることを防止し、しかもそれによってコスト
高とならないようにする。 【解決手段】 磁気軸受2aは、回転体１を磁力によって
非接触支持する複数の電磁石5a、6a、7a、8aを備えてい
る。磁気軸受2aの制御装置4aは、回転体１を挟むように
配置されて回転体１との間の空隙の大きさに比例する空
隙信号をそれぞれ出力する２対の位置センサ11a 、12a
、13a 、14a と、各位置センサ11a 〜14aからの空隙信
号に基づいて各電磁石5a〜8aへの供給電流を制御する電
磁石制御回路9aとを備えている。電磁石制御回路9aは、
１対の位置センサ11a 〜12a それぞれの空隙信号を加算
し、この空隙信号加算値と所定の基準空隙値とを比較
し、この比較結果に基づいて各電磁石5a〜8aへの供給電
流を補正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、磁気軸受の制御
装置、さらに詳しくは、回転体を磁力によって非接触支
持する複数の電磁石を備えた磁気軸受の制御装置に関す
る。
装置、さらに詳しくは、回転体を磁力によって非接触支
持する複数の電磁石を備えた磁気軸受の制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】この
種の磁気軸受には、回転体をラジアル方向に支持するラ
ジアル磁気軸受と、アキシアル方向に支持するアキシア
ル磁気軸受がある。
種の磁気軸受には、回転体をラジアル方向に支持するラ
ジアル磁気軸受と、アキシアル方向に支持するアキシア
ル磁気軸受がある。
【０００３】ラジアル磁気軸受は、第１のラジアル方向
の両側から回転体を挾むように配置された１対の第１の
電磁石と、これと直交する第２のラジアル方向の両側か
ら回転体を挟むように配置された１対の第２の電磁石と
を備えており、その制御装置によって回転体の第１およ
び第２のラジアル方向の位置が所定の中立位置に制御さ
れる。アキシアル磁気軸受は、回転体に形成されたフラ
ンジ部をアキシアル方向の両側から回転体を挾むように
配置された１対の電磁石を備えており、その制御装置に
よって回転体のアキシアル方向の位置が所定の中立位置
に制御される。そして、このようにラジアル磁気軸受お
よびアキシアル磁気軸受で支持された回転体が、高周波
モータなどにより高速回転させられる。
の両側から回転体を挾むように配置された１対の第１の
電磁石と、これと直交する第２のラジアル方向の両側か
ら回転体を挟むように配置された１対の第２の電磁石と
を備えており、その制御装置によって回転体の第１およ
び第２のラジアル方向の位置が所定の中立位置に制御さ
れる。アキシアル磁気軸受は、回転体に形成されたフラ
ンジ部をアキシアル方向の両側から回転体を挾むように
配置された１対の電磁石を備えており、その制御装置に
よって回転体のアキシアル方向の位置が所定の中立位置
に制御される。そして、このようにラジアル磁気軸受お
よびアキシアル磁気軸受で支持された回転体が、高周波
モータなどにより高速回転させられる。
【０００４】ラジアル磁気軸受の制御装置は、第１の電
磁石の近傍において第１のラジアル方向の両側から回転
体を挟むように配置されて回転体との間の同ラジアル方
向の空隙の大きさに比例する空隙信号をそれぞれ出力す
る１対の第１の位置センサ、第２の電磁石の近傍におい
て第２のラジアル方向の両側から回転体を挟むように配
置されて回転体との間の同ラジアル方向の空隙の大きさ
に比例する空隙信号をそれぞれ出力する１対の第２の位
置センサ、１対の第１の位置センサの空隙信号の差を演
算することによって回転体の第１のラジアル方向の変位
を演算する第１のラジアル方向変位演算回路、１対の第
２の位置センサの空隙信号の差を演算することによって
回転体の第２のラジアル方向の変位を演算する第２のラ
ジアル方向変位演算回路、回転体の第１および第２のラ
ジアル方向の変位に基づいて第１および第２の電磁石へ
の供給電流を演算する供給電流演算回路（ＰＩＤ制御回
路）、ならびに供給電流演算回路の演算結果に基づいて
各電磁石に電流を供給する電磁石駆動回路（電力増幅
器）を備えている。
磁石の近傍において第１のラジアル方向の両側から回転
体を挟むように配置されて回転体との間の同ラジアル方
向の空隙の大きさに比例する空隙信号をそれぞれ出力す
る１対の第１の位置センサ、第２の電磁石の近傍におい
て第２のラジアル方向の両側から回転体を挟むように配
置されて回転体との間の同ラジアル方向の空隙の大きさ
に比例する空隙信号をそれぞれ出力する１対の第２の位
置センサ、１対の第１の位置センサの空隙信号の差を演
算することによって回転体の第１のラジアル方向の変位
を演算する第１のラジアル方向変位演算回路、１対の第
２の位置センサの空隙信号の差を演算することによって
回転体の第２のラジアル方向の変位を演算する第２のラ
ジアル方向変位演算回路、回転体の第１および第２のラ
ジアル方向の変位に基づいて第１および第２の電磁石へ
の供給電流を演算する供給電流演算回路（ＰＩＤ制御回
路）、ならびに供給電流演算回路の演算結果に基づいて
各電磁石に電流を供給する電磁石駆動回路（電力増幅
器）を備えている。
【０００５】回転体には、回転による遠心力が作用し、
また、鉄損、風損による温度上昇が生じる。このため、
使用中に回転体の外径が変化し、これにより、回転体の
位置が一定であっても回転体とラジアル磁気軸受との空
隙の大きさが変化する。ところで、従来のラジアル磁気
軸受の制御装置では、回転体の変位と各電磁石への供給
電流との関係は、空隙の大きさが所定の値のときに最適
となるように設定され、空隙の大きさが変化しても変わ
ることはない。このため、この空隙の変化が大きくなる
と、磁気軸受の制御が不安定になるという問題がある。
その理由を、図４を参照して説明する。
また、鉄損、風損による温度上昇が生じる。このため、
使用中に回転体の外径が変化し、これにより、回転体の
位置が一定であっても回転体とラジアル磁気軸受との空
隙の大きさが変化する。ところで、従来のラジアル磁気
軸受の制御装置では、回転体の変位と各電磁石への供給
電流との関係は、空隙の大きさが所定の値のときに最適
となるように設定され、空隙の大きさが変化しても変わ
ることはない。このため、この空隙の変化が大きくなる
と、磁気軸受の制御が不安定になるという問題がある。
その理由を、図４を参照して説明する。
【０００６】図４は、電磁石に流れる電流Ｉを横軸に、
電磁石による吸引力Ｆを縦軸に表わしたグラフである。
図４において、Ｆ1 は１対の電磁石の内の一方による吸
引力を表わす曲線、Ｆ2 は同他方による吸引力を表わす
曲線、Ｆは１対の電磁石の吸引力を合わせた全体の吸引
力で、通常、直線状をなす。また、図４(a) は回転体と
電磁石との空隙が比較的大きい場合のグラフ、同(b) は
空隙が比較的小さい場合のグラフである。電流の変化量
をΔＩ、吸引力の変化量をΔＦとすると、ΔＦ／ΔＩは
空隙の変化によって変化し、空隙が小さくなるにつれて
大きくなる。なお、このΔＦ／ΔＩは、１自由度制御系
におけるばね定数Ｋに相当するものである。ここで、制
御装置の制御定数が図４(a) の状態で最適となるように
設定されていたとすると、同(b) のようになったときに
は、設定時と制御対象が異なることになる。したがっ
て、空隙の大きさの変化が大きくなると、制御が不安定
になる。
電磁石による吸引力Ｆを縦軸に表わしたグラフである。
図４において、Ｆ1 は１対の電磁石の内の一方による吸
引力を表わす曲線、Ｆ2 は同他方による吸引力を表わす
曲線、Ｆは１対の電磁石の吸引力を合わせた全体の吸引
力で、通常、直線状をなす。また、図４(a) は回転体と
電磁石との空隙が比較的大きい場合のグラフ、同(b) は
空隙が比較的小さい場合のグラフである。電流の変化量
をΔＩ、吸引力の変化量をΔＦとすると、ΔＦ／ΔＩは
空隙の変化によって変化し、空隙が小さくなるにつれて
大きくなる。なお、このΔＦ／ΔＩは、１自由度制御系
におけるばね定数Ｋに相当するものである。ここで、制
御装置の制御定数が図４(a) の状態で最適となるように
設定されていたとすると、同(b) のようになったときに
は、設定時と制御対象が異なることになる。したがっ
て、空隙の大きさの変化が大きくなると、制御が不安定
になる。
【０００７】なお、温度センサおよび回転速度センサを
用いて、回転体の温度変化および遠心力による外径の変
化すなわち空隙の変化を求め、これに基づいて電磁石へ
の供給電流を補正するようにすれば、上記の問題はなく
なるが、このようにした場合、位置センサの他に温度セ
ンサと回転速度センサが必要となり、コストが高くな
る。
用いて、回転体の温度変化および遠心力による外径の変
化すなわち空隙の変化を求め、これに基づいて電磁石へ
の供給電流を補正するようにすれば、上記の問題はなく
なるが、このようにした場合、位置センサの他に温度セ
ンサと回転速度センサが必要となり、コストが高くな
る。
【０００８】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
回転体と電磁石との空隙の変化により制御が不安定にな
ることを防止でき、しかもそれによってコスト高となら
ない磁気軸受の制御装置を提供することにある。
回転体と電磁石との空隙の変化により制御が不安定にな
ることを防止でき、しかもそれによってコスト高となら
ない磁気軸受の制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および効果】この発明によ
る磁気軸受の制御装置は、回転体を磁力によって非接触
支持する複数の電磁石を備えた磁気軸受において、回転
体を挟むように配置されて回転体との間の空隙の大きさ
に対応する空隙信号をそれぞれ出力する少なくとも１対
の位置センサと、各位置センサからの空隙信号に基づい
て各電磁石への供給電流を制御する電磁石制御手段とを
備えた磁気軸受の制御装置であって、電磁石制御手段
が、１対の位置センサそれぞれの空隙信号を加算し、こ
の空隙信号加算値と所定の基準空隙値とを比較し、この
比較結果に基づいて各電磁石への供給電流を補正するよ
うになされていることを特徴とするものである。
る磁気軸受の制御装置は、回転体を磁力によって非接触
支持する複数の電磁石を備えた磁気軸受において、回転
体を挟むように配置されて回転体との間の空隙の大きさ
に対応する空隙信号をそれぞれ出力する少なくとも１対
の位置センサと、各位置センサからの空隙信号に基づい
て各電磁石への供給電流を制御する電磁石制御手段とを
備えた磁気軸受の制御装置であって、電磁石制御手段
が、１対の位置センサそれぞれの空隙信号を加算し、こ
の空隙信号加算値と所定の基準空隙値とを比較し、この
比較結果に基づいて各電磁石への供給電流を補正するよ
うになされていることを特徴とするものである。
【００１０】１対の位置センサそれぞれの空隙信号を加
算することにより得られた空隙信号加算値は、回転体と
電磁石との空隙の大きさに対応している。そして、この
空隙信号加算値と基準空隙値との比較結果に基づいて各
電磁石への供給電流を補正することにより、空隙の大き
さの変化によって電磁石への供給電流を補正して、制御
が不安定になることを防止することができる。しかも、
回転体の変位を検出するために必要な位置センサの空隙
信号から回転体と電磁石との空隙の大きさを求めている
ので、元来必要な位置センサの他に温度センサや回転速
度センサを使用する必要がなく、コスト高を招くことが
ない。
算することにより得られた空隙信号加算値は、回転体と
電磁石との空隙の大きさに対応している。そして、この
空隙信号加算値と基準空隙値との比較結果に基づいて各
電磁石への供給電流を補正することにより、空隙の大き
さの変化によって電磁石への供給電流を補正して、制御
が不安定になることを防止することができる。しかも、
回転体の変位を検出するために必要な位置センサの空隙
信号から回転体と電磁石との空隙の大きさを求めている
ので、元来必要な位置センサの他に温度センサや回転速
度センサを使用する必要がなく、コスト高を招くことが
ない。
【００１１】たとえば、前記１対の位置センサが前記回
転体との間の空隙の大きさに比例する空隙信号をそれぞ
れ出力するものであり、各電磁石への供給電流が、空隙
信号に関係なく定常的に供給される定常電流と、空隙信
号によって変化する制御電流とが加算されたものであ
り、電磁石制御手段が、空隙信号加算値が基準空隙値よ
り大きくなるにつれて定常電流が基準空隙値に対する値
より大きくなり、空隙信号加算値が基準空隙値より小さ
くなるにつれて定常電流が基準空隙値に対する値より小
さくなるように、定常電流を補正するようになされてい
る。
転体との間の空隙の大きさに比例する空隙信号をそれぞ
れ出力するものであり、各電磁石への供給電流が、空隙
信号に関係なく定常的に供給される定常電流と、空隙信
号によって変化する制御電流とが加算されたものであ
り、電磁石制御手段が、空隙信号加算値が基準空隙値よ
り大きくなるにつれて定常電流が基準空隙値に対する値
より大きくなり、空隙信号加算値が基準空隙値より小さ
くなるにつれて定常電流が基準空隙値に対する値より小
さくなるように、定常電流を補正するようになされてい
る。
【００１２】あるいは、たとえば、前記１対の位置セン
サが前記回転体との間の空隙の大きさに比例する空隙信
号をそれぞれ出力するものであり、各電磁石への供給電
流が、空隙信号に関係なく定常的に供給される定常電流
と、前記空隙信号によって変化する制御電流とが加算さ
れたものであり、前記電磁石制御手段が、前記空隙信号
加算値が基準空隙値より大きくなるにつれて制御電流の
絶対値が基準空隙値に対する値より大きくなり、空隙信
号加算値が基準空隙値より小さくなるにつれて制御電流
の絶対値が基準空隙値に対する値より小さくなるよう
に、制御電流を補正するようになされている。
サが前記回転体との間の空隙の大きさに比例する空隙信
号をそれぞれ出力するものであり、各電磁石への供給電
流が、空隙信号に関係なく定常的に供給される定常電流
と、前記空隙信号によって変化する制御電流とが加算さ
れたものであり、前記電磁石制御手段が、前記空隙信号
加算値が基準空隙値より大きくなるにつれて制御電流の
絶対値が基準空隙値に対する値より大きくなり、空隙信
号加算値が基準空隙値より小さくなるにつれて制御電流
の絶対値が基準空隙値に対する値より小さくなるよう
に、制御電流を補正するようになされている。
【００１３】たとえば、電磁石制御手段は、１対の位置
センサの空隙信号の差を演算することによって回転体の
変位を演算する変位演算手段、回転体の変位に基づいて
各電磁石への供給電流を演算する供給電流演算手段、供
給電流演算手段の演算結果に基づいて各電磁石に電流を
供給する電磁石駆動手段、１対の位置センサそれぞれの
空隙信号を加算して空隙信号加算値を出力する空隙信号
加算手段、所定の基準状態における空隙信号加算値に対
応する基準空隙値を出力する基準空隙値発生手段、およ
び空隙信号加算値と基準空隙値とを比較して補正値を演
算する比較・補正演算手段を備えており、電磁石駆動手
段が、比較・補正演算手段による演算結果に基づいて各
電磁石への供給電流を補正するようになされている。供
給電流演算手段は、各電磁石に対する定常電流値と制御
電流値を電磁石駆動手段に出力し、電磁石駆動手段は、
定常電流値と制御電流値を加算した電流を各電磁石に供
給する。供給電流演算手段における回転体の変位と定常
電流値および制御電流値との関係は、空隙信号加算値に
関係なく、一定である。比較・補正演算手段は、たとえ
ば、空隙信号加算値が基準空隙値より大きくなるにつれ
て１より大きくなり、空隙信号加算値が基準空隙値より
小さくなるにつれて１より小さくなるような定常電流の
補正係数を演算し、電磁石駆動手段に出力する。そし
て、電磁石駆動手段は、供給電流演算手段からの定常電
流値に比較・補正演算手段からの補正係数を乗算して補
正定常電流値を求め、これと供給電流演算手段からの制
御電流値を加算した電流を各電磁石に供給する。あるい
は、比較・補正演算手段は、上記と同様の電流の補正係
数を演算し、電磁石駆動手段に出力する。そして、電磁
石駆動手段は、供給電流演算手段からの制御電流値に比
較・補正演算手段からの補正係数を乗算して補正制御電
流値を求め、これと供給電流演算手段からの定常電流値
を加算した電流を各電磁石に供給する。
センサの空隙信号の差を演算することによって回転体の
変位を演算する変位演算手段、回転体の変位に基づいて
各電磁石への供給電流を演算する供給電流演算手段、供
給電流演算手段の演算結果に基づいて各電磁石に電流を
供給する電磁石駆動手段、１対の位置センサそれぞれの
空隙信号を加算して空隙信号加算値を出力する空隙信号
加算手段、所定の基準状態における空隙信号加算値に対
応する基準空隙値を出力する基準空隙値発生手段、およ
び空隙信号加算値と基準空隙値とを比較して補正値を演
算する比較・補正演算手段を備えており、電磁石駆動手
段が、比較・補正演算手段による演算結果に基づいて各
電磁石への供給電流を補正するようになされている。供
給電流演算手段は、各電磁石に対する定常電流値と制御
電流値を電磁石駆動手段に出力し、電磁石駆動手段は、
定常電流値と制御電流値を加算した電流を各電磁石に供
給する。供給電流演算手段における回転体の変位と定常
電流値および制御電流値との関係は、空隙信号加算値に
関係なく、一定である。比較・補正演算手段は、たとえ
ば、空隙信号加算値が基準空隙値より大きくなるにつれ
て１より大きくなり、空隙信号加算値が基準空隙値より
小さくなるにつれて１より小さくなるような定常電流の
補正係数を演算し、電磁石駆動手段に出力する。そし
て、電磁石駆動手段は、供給電流演算手段からの定常電
流値に比較・補正演算手段からの補正係数を乗算して補
正定常電流値を求め、これと供給電流演算手段からの制
御電流値を加算した電流を各電磁石に供給する。あるい
は、比較・補正演算手段は、上記と同様の電流の補正係
数を演算し、電磁石駆動手段に出力する。そして、電磁
石駆動手段は、供給電流演算手段からの制御電流値に比
較・補正演算手段からの補正係数を乗算して補正制御電
流値を求め、これと供給電流演算手段からの定常電流値
を加算した電流を各電磁石に供給する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。
の実施形態について説明する。
【００１５】図１には、軸状の回転体(1) 、回転体(1)
をラジアル方向に非接触支持するための２組のラジアル
磁気軸受(2a)(2b)、および回転体(1) を高速回転させる
ための高周波モータ(3) が示されている。なお、以下の
説明において、回転体(1) のアキシアル方向（前後方
向）をＺ軸方向、Ｚ軸と直交する１つのラジアル方向
（上下方向）をＸ軸方向、Ｚ軸およびＸ軸と直交する他
のラジアル方向（左右方向）をＹ軸方向とする。２組の
ラジアル磁気軸受(2a)(2b)は、前後方向に所定の間隔を
おいて配置され、これらの間にモータ(3) が配置されて
いる。回転体(1) はアキシアル磁気軸受によってアキシ
アル方向に非接触支持されているが、その図示は省略さ
れている。
をラジアル方向に非接触支持するための２組のラジアル
磁気軸受(2a)(2b)、および回転体(1) を高速回転させる
ための高周波モータ(3) が示されている。なお、以下の
説明において、回転体(1) のアキシアル方向（前後方
向）をＺ軸方向、Ｚ軸と直交する１つのラジアル方向
（上下方向）をＸ軸方向、Ｚ軸およびＸ軸と直交する他
のラジアル方向（左右方向）をＹ軸方向とする。２組の
ラジアル磁気軸受(2a)(2b)は、前後方向に所定の間隔を
おいて配置され、これらの間にモータ(3) が配置されて
いる。回転体(1) はアキシアル磁気軸受によってアキシ
アル方向に非接触支持されているが、その図示は省略さ
れている。
【００１６】図２には前側ラジアル磁気軸受(2a)とその
制御装置(4a)の１例が示され、図３には後側ラジアル磁
気軸受(2b)とその制御装置(4b)の１例が示されている。
なお、図１、図２および図３において、同じ部分には同
一の符号を付している。また、前側の磁気軸受(2a)およ
び制御装置(4a)と、後側の磁気軸受(2b)および制御装置
(4b)とにおいて、対応する部分の符号には同じ数字を用
い、前側のものには添字a を、後側のものには添字b を
付している。
制御装置(4a)の１例が示され、図３には後側ラジアル磁
気軸受(2b)とその制御装置(4b)の１例が示されている。
なお、図１、図２および図３において、同じ部分には同
一の符号を付している。また、前側の磁気軸受(2a)およ
び制御装置(4a)と、後側の磁気軸受(2b)および制御装置
(4b)とにおいて、対応する部分の符号には同じ数字を用
い、前側のものには添字a を、後側のものには添字b を
付している。
【００１７】次に、図２を参照して、前側の磁気軸受(2
a)および制御装置(4a)について説明する。
a)および制御装置(4a)について説明する。
【００１８】前側磁気軸受(2a)は、Ｘ軸方向の両側から
回転体(1) をはさむように配置された１対のＸ軸電磁石
(5a)(6a)、およびＹ軸方向の両側から回転体(1) を挟む
ように配置された１対のＹ軸電磁石(7a)(8a)を備えてい
る。
回転体(1) をはさむように配置された１対のＸ軸電磁石
(5a)(6a)、およびＹ軸方向の両側から回転体(1) を挟む
ように配置された１対のＹ軸電磁石(7a)(8a)を備えてい
る。
【００１９】前側制御装置(4a)は、Ｘ軸電磁石(5a)(6a)
の近傍においてＸ軸方向の両側から回転体(1) を挟むよ
うに配置された１対のＸ軸位置センサ(11a)(12a)、Ｙ軸
電磁石(7a)(8a)の近傍においてＹ軸方向の両側から回転
体(1) を挟むように配置された１対のＹ軸位置センサ(1
3a)(14a)、および電磁石制御手段としての電磁石制御回
路(9a)より構成されている。電磁石制御回路(9a)は、そ
れぞれ減算器よりなるＸ軸変位演算回路(15a) およびＹ
軸変位演算回路(16a) 、ＰＩＤ制御回路(17)、それぞれ
電力増幅器よりなるＸ軸電磁石駆動回路(18a) およびＹ
軸電磁石駆動回路(19a) 、加算器よりなる空隙信号加算
手段としての空隙信号加算回路(20a) 、基準空隙値発生
手段としての基準空隙値発生器(21a) 、ならびに比較・
補正演算手段としての比較・補正演算回路(22a) を備え
ている。
の近傍においてＸ軸方向の両側から回転体(1) を挟むよ
うに配置された１対のＸ軸位置センサ(11a)(12a)、Ｙ軸
電磁石(7a)(8a)の近傍においてＹ軸方向の両側から回転
体(1) を挟むように配置された１対のＹ軸位置センサ(1
3a)(14a)、および電磁石制御手段としての電磁石制御回
路(9a)より構成されている。電磁石制御回路(9a)は、そ
れぞれ減算器よりなるＸ軸変位演算回路(15a) およびＹ
軸変位演算回路(16a) 、ＰＩＤ制御回路(17)、それぞれ
電力増幅器よりなるＸ軸電磁石駆動回路(18a) およびＹ
軸電磁石駆動回路(19a) 、加算器よりなる空隙信号加算
手段としての空隙信号加算回路(20a) 、基準空隙値発生
手段としての基準空隙値発生器(21a) 、ならびに比較・
補正演算手段としての比較・補正演算回路(22a) を備え
ている。
【００２０】Ｘ軸位置センサ(11a)(12a)は、回転体(1)
との間のＸ軸方向の空隙の大きさに比例する空隙信号を
それぞれ出力する。Ｙ軸位置センサ(13a)(14a)は、回転
体(1) との間のＹ軸方向の空隙の大きさに比例する空隙
信号をそれぞれ出力する。Ｘ軸変位演算回路(15a) は、
１対のＸ軸位置センサ(11a)(12a)の空隙信号の差を演算
することにより、回転体(1) のＸ軸方向の変位を演算
し、その演算結果を出力する。Ｙ軸変位演算回路(16a)
は、１対のＹ軸位置センサ(13a)(14a)の空隙信号の差を
演算することにより、回転体(1) のＹ軸方向の変位を演
算し、その演算結果を出力する。ＰＩＤ制御回路(17)
は、Ｘ軸変位演算回路(15a) の出力である回転体(1) の
Ｘ軸方向の変位と、Ｙ軸変位演算回路(16a) の出力であ
る回転体(1)のＹ軸方向の変位とに基づいて、各電磁石
(5a)(6a)(7a)(8a)への供給電流を演算し、その演算結果
を出力する。制御回路(17)は、各電磁石(5a)〜(8a)に対
する定常電流値と制御電流値を出力する。定常電流値
は、回転体(1) の変位に関係なく、一定の正の値であ
る。制御電流値は、回転体(1) の変位により、０を中心
に正および負に変化する。また、制御回路(17)における
回転体(1) の変位と定常電流値および制御電流値との関
係は、後述の空隙信号加算値に関係なく、一定である。
各電磁石駆動回路(18a)(19a)は、制御回路(17)からの定
常電流値と制御電流値に基づいて、各電磁石(5a)〜(8a)
に電流を供給する。空隙信号加算回路(20a) は、１対の
Ｘ軸位置センサ(11a)(12a)それぞれの空隙信号を加算し
て、空隙信号加算値を出力する。この空隙信号加算値
は、Ｘ軸位置センサ(11a)(12a)と回転体(1) との空隙の
大きさ、すなわちＸ軸電磁石(5a)(6a)と回転体(1) との
空隙の大きさに対応している。また、遠心力や温度変化
による回転体(1) のラジアル方向の寸法変化には方向性
がないから、上記の空隙信号加算値はＹ軸電磁石(7a)(8
a)と回転体(1) との空隙の大きさにも対応している。し
たがって、Ｘ軸位置センサ(11a)(12a)の空隙信号を加算
するだけで、Ｘ軸電磁石(5a)(6a)およびＹ軸電磁石(7a)
(8a)と回転体(1) との空隙の大きさを求めることができ
る。基準空隙値発生回路(21a) は、所定の基準状態にお
ける空隙信号加算値に対応する基準空隙値を出力する。
比較・補正演算回路(22a) は、空隙信号加算回路(20a)
からの空隙信号加算値と基準空隙値発生回路(21a) から
の基準空隙値とを比較して、各電磁石(5a)〜(8a)への供
給電流の補正係数を演算し、これを電磁石駆動回路(18
a)(19a)へ出力する。補正係数は、空隙信号加算値が基
準空隙値と等しいときは１で、空隙信号加算値が基準空
隙値より大きくなるにつれて１より大きくなり、空隙信
号加算値が基準空隙値より小さくなるにつれて１より小
さくなる。各電磁石駆動回路(18a)(19a)は、比較・補正
演算回路(22a) からの補正係数に基づいて、制御回路(1
7)からの供給電流値を補正し、補正された電流を各電磁
石(5a)〜(8a)に供給する。供給電流値の補正の仕方はい
ろいろあるが、たとえば、制御回路(17)からの定常電流
値に補正係数を乗算して、定常電流値を補正し、これと
制御回路(17)からの制御電流値とを加算して、供給電流
として供給する。あるいは、場合によっては、制御回路
(17)からの制御電流値に補正係数を乗算して、補正電流
値を補正し、これと制御回路(17)からの定常電流値とを
加算して、供給電流として供給する。さらに、定常電流
値と制御電流値の両方に所定の割合で補正係数を乗算し
て、定常電流値、制御電流値の両方を同時に補正するよ
うにしてもよい。
との間のＸ軸方向の空隙の大きさに比例する空隙信号を
それぞれ出力する。Ｙ軸位置センサ(13a)(14a)は、回転
体(1) との間のＹ軸方向の空隙の大きさに比例する空隙
信号をそれぞれ出力する。Ｘ軸変位演算回路(15a) は、
１対のＸ軸位置センサ(11a)(12a)の空隙信号の差を演算
することにより、回転体(1) のＸ軸方向の変位を演算
し、その演算結果を出力する。Ｙ軸変位演算回路(16a)
は、１対のＹ軸位置センサ(13a)(14a)の空隙信号の差を
演算することにより、回転体(1) のＹ軸方向の変位を演
算し、その演算結果を出力する。ＰＩＤ制御回路(17)
は、Ｘ軸変位演算回路(15a) の出力である回転体(1) の
Ｘ軸方向の変位と、Ｙ軸変位演算回路(16a) の出力であ
る回転体(1)のＹ軸方向の変位とに基づいて、各電磁石
(5a)(6a)(7a)(8a)への供給電流を演算し、その演算結果
を出力する。制御回路(17)は、各電磁石(5a)〜(8a)に対
する定常電流値と制御電流値を出力する。定常電流値
は、回転体(1) の変位に関係なく、一定の正の値であ
る。制御電流値は、回転体(1) の変位により、０を中心
に正および負に変化する。また、制御回路(17)における
回転体(1) の変位と定常電流値および制御電流値との関
係は、後述の空隙信号加算値に関係なく、一定である。
各電磁石駆動回路(18a)(19a)は、制御回路(17)からの定
常電流値と制御電流値に基づいて、各電磁石(5a)〜(8a)
に電流を供給する。空隙信号加算回路(20a) は、１対の
Ｘ軸位置センサ(11a)(12a)それぞれの空隙信号を加算し
て、空隙信号加算値を出力する。この空隙信号加算値
は、Ｘ軸位置センサ(11a)(12a)と回転体(1) との空隙の
大きさ、すなわちＸ軸電磁石(5a)(6a)と回転体(1) との
空隙の大きさに対応している。また、遠心力や温度変化
による回転体(1) のラジアル方向の寸法変化には方向性
がないから、上記の空隙信号加算値はＹ軸電磁石(7a)(8
a)と回転体(1) との空隙の大きさにも対応している。し
たがって、Ｘ軸位置センサ(11a)(12a)の空隙信号を加算
するだけで、Ｘ軸電磁石(5a)(6a)およびＹ軸電磁石(7a)
(8a)と回転体(1) との空隙の大きさを求めることができ
る。基準空隙値発生回路(21a) は、所定の基準状態にお
ける空隙信号加算値に対応する基準空隙値を出力する。
比較・補正演算回路(22a) は、空隙信号加算回路(20a)
からの空隙信号加算値と基準空隙値発生回路(21a) から
の基準空隙値とを比較して、各電磁石(5a)〜(8a)への供
給電流の補正係数を演算し、これを電磁石駆動回路(18
a)(19a)へ出力する。補正係数は、空隙信号加算値が基
準空隙値と等しいときは１で、空隙信号加算値が基準空
隙値より大きくなるにつれて１より大きくなり、空隙信
号加算値が基準空隙値より小さくなるにつれて１より小
さくなる。各電磁石駆動回路(18a)(19a)は、比較・補正
演算回路(22a) からの補正係数に基づいて、制御回路(1
7)からの供給電流値を補正し、補正された電流を各電磁
石(5a)〜(8a)に供給する。供給電流値の補正の仕方はい
ろいろあるが、たとえば、制御回路(17)からの定常電流
値に補正係数を乗算して、定常電流値を補正し、これと
制御回路(17)からの制御電流値とを加算して、供給電流
として供給する。あるいは、場合によっては、制御回路
(17)からの制御電流値に補正係数を乗算して、補正電流
値を補正し、これと制御回路(17)からの定常電流値とを
加算して、供給電流として供給する。さらに、定常電流
値と制御電流値の両方に所定の割合で補正係数を乗算し
て、定常電流値、制御電流値の両方を同時に補正するよ
うにしてもよい。
【００２１】上記のように電磁石(5a)〜(8a)と回転体
(1) との空隙の変化に応じて電磁石(5a)〜(8a)への供給
電流を補正することにより、回転体(1) のラジアル方向
の寸法変化によって空隙が変化しても制御が不安定にな
ることがない。
(1) との空隙の変化に応じて電磁石(5a)〜(8a)への供給
電流を補正することにより、回転体(1) のラジアル方向
の寸法変化によって空隙が変化しても制御が不安定にな
ることがない。
【００２２】後側の磁気軸受(2b)およびその制御装置(4
b)の構成は前側のそれとほとんど同じであるから、説明
は省略する。なお、上記実施例では、前側の電磁石(5a)
(6a)(7a)(8a)への供給電流値を演算するために回転体
(1) の後側のＸ軸およびＹ軸方向の変位も用い、後側の
電磁石(5b)(6b)(7b)(8b)への供給電流値を演算するため
に回転体(1) の前側のＸ軸およびＹ軸方向の変位も用い
るいわゆる交差制御を行っているので、前側の制御装置
(4a)と後側の制御装置(4b)で１つの共通のＰＩＤ制御回
路(17)を使用している。しかし、前側の電磁石(5a)〜(8
a)の制御と後側の電磁石(5b)〜(8b)の制御が完全に独立
しているような場合には、前側の制御装置(4a)と後側の
制御装置(4b)とで別々のＰＩＤ制御回路が使用される。
b)の構成は前側のそれとほとんど同じであるから、説明
は省略する。なお、上記実施例では、前側の電磁石(5a)
(6a)(7a)(8a)への供給電流値を演算するために回転体
(1) の後側のＸ軸およびＹ軸方向の変位も用い、後側の
電磁石(5b)(6b)(7b)(8b)への供給電流値を演算するため
に回転体(1) の前側のＸ軸およびＹ軸方向の変位も用い
るいわゆる交差制御を行っているので、前側の制御装置
(4a)と後側の制御装置(4b)で１つの共通のＰＩＤ制御回
路(17)を使用している。しかし、前側の電磁石(5a)〜(8
a)の制御と後側の電磁石(5b)〜(8b)の制御が完全に独立
しているような場合には、前側の制御装置(4a)と後側の
制御装置(4b)とで別々のＰＩＤ制御回路が使用される。
【００２３】回転体(1) の温度変化は前側磁気軸受(2a)
の部分と後側磁気軸受(2b)の部分とで同じであるとは限
らない。このため、２組の磁気軸受(2a)(2b)のそれぞれ
において、空隙信号加算値に基づいて電磁石(5a)〜(8a)
(5b)〜(8b)への供給電流を補正している。
の部分と後側磁気軸受(2b)の部分とで同じであるとは限
らない。このため、２組の磁気軸受(2a)(2b)のそれぞれ
において、空隙信号加算値に基づいて電磁石(5a)〜(8a)
(5b)〜(8b)への供給電流を補正している。
【００２４】なお、上記実施例では、位置センサとして
回転体と位置センサとの間の空隙の大きさに比例する空
隙信号を出力するものを用いたが、逆に回転体と位置セ
ンサとの間の空隙の大きさに反比例する空隙信号を出力
するものを位置センサとして用いてもよい。ただし、そ
の場合は、電磁石制御手段を、空隙信号加算値が基準空
隙値より大きくなるにつれて供給電流値が基準空隙値に
対する値より小さくなり、空隙信号加算値が基準空隙値
より小さくなるにつれて供給電流値が基準空隙値に対す
る値より大きくなるように、供給電流値を補正するよう
構成する必要がある。
回転体と位置センサとの間の空隙の大きさに比例する空
隙信号を出力するものを用いたが、逆に回転体と位置セ
ンサとの間の空隙の大きさに反比例する空隙信号を出力
するものを位置センサとして用いてもよい。ただし、そ
の場合は、電磁石制御手段を、空隙信号加算値が基準空
隙値より大きくなるにつれて供給電流値が基準空隙値に
対する値より小さくなり、空隙信号加算値が基準空隙値
より小さくなるにつれて供給電流値が基準空隙値に対す
る値より大きくなるように、供給電流値を補正するよう
構成する必要がある。
【図１】この発明の実施形態を示す回転体と２組のラジ
アル磁気軸受の側面図である。
アル磁気軸受の側面図である。
【図２】１組のラジアル磁気軸受とその制御装置の１例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図３】他の１組のラジアル磁気軸受とその制御装置の
１例を示す構成図である。
１例を示す構成図である。
【図４】電磁石への供給電流と電磁石の吸引力との関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
(1) 回転体 (2a) Ｘ軸磁気軸受 (2b) Ｙ軸磁気軸受 (4a) Ｘ軸制御装置 (4b) Ｙ軸制御装置 (5a)(5b)(6a)(6b) Ｘ軸電磁石 (7a)(7b)(8a)(8b) Ｙ軸電磁石 (9a) Ｘ軸電磁石制御回路 (9b) Ｙ軸電磁石制御回路 (11a)(11b)(12a)(12b) Ｘ軸位置センサ (13a)(13b)(14a)(14b) Ｙ軸位置センサ
Claims (3)
- 【請求項１】回転体を磁力によって非接触支持する複数
の電磁石を備えた磁気軸受において、前記回転体を挟む
ように配置されて前記回転体との間の空隙の大きさに対
応する空隙信号をそれぞれ出力する少なくとも１対の位
置センサと、前記各位置センサからの空隙信号に基づい
て前記各電磁石への供給電流を制御する電磁石制御手段
とを備えた磁気軸受の制御装置であって、 前記電磁石制御手段が、前記１対の位置センサそれぞれ
の空隙信号を加算し、この空隙信号加算値と所定の基準
空隙値とを比較し、この比較結果に基づいて前記各電磁
石への供給電流を補正するようになされていることを特
徴とする磁気軸受の制御装置。 - 【請求項２】前記１対の位置センサが前記回転体との間
の空隙の大きさに比例する空隙信号をそれぞれ出力する
ものであり、前記各電磁石への供給電流が、前記空隙信
号に関係なく定常的に供給される定常電流と、前記空隙
信号によって変化する制御電流とが加算されたものであ
り、前記電磁石制御手段が、前記空隙信号加算値が前記
基準空隙値より大きくなるにつれて前記定常電流が前記
基準空隙値に対する値より大きくなり、前記空隙信号加
算値が前記基準空隙値より小さくなるにつれて前記定常
電流が前記基準空隙値に対する値より小さくなるよう
に、前記定常電流を補正するようになされていることを
特徴とする請求項１の磁気軸受の制御装置。 - 【請求項３】前記１対の位置センサが前記回転体との間
の空隙の大きさに比例する空隙信号をそれぞれ出力する
ものであり、前記各電磁石への供給電流が、前記空隙信
号に関係なく定常的に供給される定常電流と、前記空隙
信号によって変化する制御電流とが加算されたものであ
り、前記電磁石制御手段が、前記空隙信号加算値が前記
基準空隙値より大きくなるにつれて前記制御電流の絶対
値が前記基準空隙値に対する値より大きくなり、前記空
隙信号加算値が前記基準空隙値より小さくなるにつれて
前記制御電流の絶対値が前記基準空隙値に対する値より
小さくなるように、前記制御電流を補正するようになさ
れていることを特徴とする請求項１の磁気軸受の制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25045695A JP3735736B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 磁気軸受の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25045695A JP3735736B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 磁気軸受の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0988955A true JPH0988955A (ja) | 1997-03-31 |
| JP3735736B2 JP3735736B2 (ja) | 2006-01-18 |
Family
ID=17208152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25045695A Expired - Fee Related JP3735736B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 磁気軸受の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3735736B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0982836A3 (de) * | 1998-08-24 | 2000-06-07 | Sulzer Electronics AG | Verfahren und Sensoranordnung zum Bestimmen der radialen Position eienes permanentmagnetischen Rotors |
| US6249067B1 (en) | 1998-08-24 | 2001-06-19 | Sulzer Electronics Ag | Method and sensor arrangement for the determination of the radial position of a permanent magnetic rotor |
| CN110657159A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-01-07 | 东北大学 | 一种磁悬浮轴承稳定控制装置及方法 |
| CN114810826A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-29 | 清华大学 | 磁轴承的零偏置控制方法、装置及磁轴承 |
-
1995
- 1995-09-28 JP JP25045695A patent/JP3735736B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0982836A3 (de) * | 1998-08-24 | 2000-06-07 | Sulzer Electronics AG | Verfahren und Sensoranordnung zum Bestimmen der radialen Position eienes permanentmagnetischen Rotors |
| US6249067B1 (en) | 1998-08-24 | 2001-06-19 | Sulzer Electronics Ag | Method and sensor arrangement for the determination of the radial position of a permanent magnetic rotor |
| CN110657159A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-01-07 | 东北大学 | 一种磁悬浮轴承稳定控制装置及方法 |
| CN114810826A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-29 | 清华大学 | 磁轴承的零偏置控制方法、装置及磁轴承 |
| CN114810826B (zh) * | 2022-03-30 | 2023-05-05 | 清华大学 | 磁轴承的零偏置控制方法、装置及磁轴承 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3735736B2 (ja) | 2006-01-18 |
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