JPH1047346A - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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JPH1047346A
JPH1047346A JP20331396A JP20331396A JPH1047346A JP H1047346 A JPH1047346 A JP H1047346A JP 20331396 A JP20331396 A JP 20331396A JP 20331396 A JP20331396 A JP 20331396A JP H1047346 A JPH1047346 A JP H1047346A
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Atsushi Kubo
厚 久保
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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気軸受異常時の回転体停止までの時間を短
縮して、タッチダウン軸受の破損や損傷を防止できる安
全な磁気軸受装置を提供する。 【解決手段】 磁気軸受装置は、回転体2を非接触支持
する電磁石3a、4a、5aを有する複数組の制御型磁気軸受
3、4、5と、回転体2の位置を検出する位置検出手段
6、7、8、12と、位置検出手段6、7、8、12の出力
に基づいて電磁石3a〜5aに供給する励磁電流を制御する
制御手段13、14とを備えている。制御手段13、14は、励
磁電流として、一定の定常電流と、位置検出手段6、
7、8、12の出力によって変化する制御電流とを供給す
る。制御手段13、14は、磁気軸受3〜5の異常を検知し
た際に、所定の電磁石3a〜5aに供給する定常電流を増加
させ、渦電流損を増大させることにより、磁気軸受3〜
5の回転損失を増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転体が複数組
の制御型磁気軸受により非接触支持される磁気軸受装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気軸受装置として、回転体をアキシア
ル方向およびラジアル方向に非接触支持する電磁石を有
する複数組の制御型磁気軸受(たとえば1組のアキシア
ル磁気軸受および2組のラジアル磁気軸受)と、回転体
のアキシアル方向およびラジアル方向の位置を検出する
位置検出装置と、回転体を回転駆動する電動機と、電動
機を制御するとともに回転体の位置に基づいて各磁気軸
受の電磁石に供給する励磁電流を制御する制御装置と、
回転体のアキシアル方向およびラジアル方向の可動範囲
を規制して磁気軸受による支持がないときに回転体を機
械的に支持するタッチダウン軸受(保護軸受)とを備え
ているものが知られている。制御装置は、励磁電流とし
て、一定の定常電流(バイアス電流)と、回転体の位置
によって変化する制御電流とを電磁石に供給するように
なっている。
【0003】上記の磁気軸受装置において、運転を停止
する場合、磁気軸受で回転体を非接触支持した状態で、
回転体にブレーキをかけて、徐々に減速し、回転体の回
転が停止した時点で、磁気軸受による支持をなくし、停
止した回転体をタッチダウン軸受で支持するようになっ
ている。
【0004】また、この種の磁気軸受装置では、運転中
に磁気軸受に異常が生じることにより、回転体を所望の
位置に支持できなくなることがある。このような場合、
従来は、上記と同様に回転体を減速、停止させて、タッ
チダウン軸受で支持するようになっている。上記のよう
に正常な状態で回転体を停止させる場合、回転体の回転
が停止するまでは、磁気軸受によって回転体が所望の一
定位置に非接触支持されているため、回転体は停止する
までタッチダウン軸受に接触することがない。これに対
し、磁気軸受に異常が発生して回転体を停止させる場合
は、磁気軸受によって回転体を一定位置に支持できない
ことがあり、その場合は、減速中に回転体がタッチダウ
ン軸受に接触し、タッチダウン軸受が高速で回転させら
れる。また、回転体の減速は、通常、電動機の回生制動
により行われるため、停止までの時間が長く、タッチダ
ウン軸受が長時間高速で回転させられるため、タッチダ
ウン軸受に破損や損傷が生じ、人や装置の他の部分に被
害を及ぼしたり、タッチダウン軸受の寿命が短くなると
いう問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、磁
気軸受異常時の回転体停止までの時間を短縮して、タッ
チダウン軸受の破損や損傷を防止できる安全な磁気軸受
装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による磁気軸受装置は、回転体を非接触支持する電磁
石を有する複数組の制御型磁気軸受と、前記回転体の位
置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力
に基づいて前記電磁石に供給する励磁電流を制御する制
御手段とを備え、前記制御手段が、励磁電流として、一
定の定常電流と、前記位置検出手段の出力によって変化
する制御電流とを供給するようになされている磁気軸受
装置において、前記制御手段が、前記磁気軸受の異常を
検知した際に、所定の電磁石に供給する定常電流を増加
させ、渦電流損を増大させることにより、前記磁気軸受
の回転損失を増加させるようになされていることを特徴
とするものである。
【0007】磁気軸受に異常が発生した場合、電磁石に
供給される定常電流が増加するため、渦電流損が増大
し、磁気軸受の回転損失が増加する。このため、回転体
が停止するまでの時間が短くなる。したがって、タッチ
ダウン軸受が減速中の回転体とともに高速で回転する時
間が短くなり、タッチダウン軸受の破損や損傷のおそれ
が少なく、人や装置の他の部分に被害を及ぼしたり、タ
ッチダウン軸受の寿命が短くなったりするおそれも少な
い。
【0008】
【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。
【0009】図1は、磁気軸受装置の主要部を概略的に
示している。
【0010】磁気軸受装置は縦型のものであり、ケーシ
ング(1) 内に鉛直に配置された軸状の回転体(2) を備え
ている。ケーシング(1) 内には、さらに、回転体(2) を
非接触支持する制御型磁気軸受である1組のアキシアル
磁気軸受(3) および上下2組のラジアル磁気軸受(4)
(5)、回転体(2) のアキシアル方向の変位を検出するた
めの1個のアキシアル位置センサ(6) 、回転体(2) のラ
ジアル方向の変位を検出するための上下2組のラジアル
位置センサ(7)(8)、回転体(2) を高速回転させる回転駆
動手段としての高周波電動機(9) 、ならびに回転体(2)
のアキシアル方向およびラジアル方向の可動範囲を規制
して回転体(2) を磁気軸受(3)(4)(5) で支持していない
ときにこれを機械的に支持する規制手段としての上下2
組のタッチダウン軸受(10)(11)が設けられている。
【0011】通常、アキシアル磁気軸受(3) はアキシア
ル方向に対をなす1対の電磁石(3a)から、各ラジアル磁
気軸受(4)(5)は互いに直交する2つのラジアル方向に対
をなす2対の電磁石(4a)(5a)から構成されている。以下
の説明において、互いに直交する2つのラジアル方向の
制御軸(水平軸)をX軸およびY軸、これらと直交する
アキシアル方向の制御軸(鉛直軸)をZ軸とする。図1
には、ラジアル磁気軸受(4)(5)の電磁石(4a)(5a)および
ラジアル位置センサ(7)(8)については、X軸方向のもの
だけが図示されている。なお、これら磁気軸受(3)(4)
(5) 、位置センサ(6)(7)(8) については、公知のもので
あるから、詳細な説明は省略する。
【0012】アキシアル位置センサ(6) およびラジアル
位置センサ(7)(8)はセンサ駆動回路(12)によって駆動さ
れ、センサ駆動回路(12)は、各センサ(6)(7)(8) の出力
に基づいて、回転体(2) のアキシアル方向(Z軸方向)
およびラジアル方向(X軸方向およびY軸方向)の変位
を検出し、各制御軸方向のアナログ位置検出信号を出力
する。位置センサ(6)(7)(8) およびセンサ駆動回路(12)
により、回転体(2) のアキシアル方向およびラジアル方
向の変位を検出する変位検出手段が構成されている。
【0013】磁気軸受装置は、また、磁気軸受(3)(4)
(5) および電動機(9) を制御する制御手段としての主制
御装置(13)および回転制御装置(14)を備えている。主制
御装置(13)は、回転体(2) のアキシアル方向およびラジ
アル方向の変位に基づいて各磁気軸受(3)(4)(5) の電磁
石(3a)(4a)(5a)に供給する励磁電流の大きさを制御する
とともに、回転制御装置(14)を介して電動機(9) の回転
を制御するものであり、その主要部はディジタル信号処
理プロセッサ(Digital Signal Processor)より構成さ
れている。ディジタル信号処理プロセッサとは、ディジ
タル信号を入力してディジタル信号を出力し、ソフトウ
ェアプログラムが可能で、高速実時間処理が可能な専用
ハードウェアを指す。以下、これを「DSP」と略すこ
とにする。回転制御装置(14)は、主制御装置(13)からの
指令に基づいて電動機(9) の回転を制御するものであ
り、公知のインバータから構成されている。回転制御装
置(14)には、回生制動を行うためのブレーキ回路部が備
えられている。
【0014】センサ駆動回路(12)からのアナログ位置検
出信号は、A/Dコンバータ(15)によりディジタル位置
検出信号に変換されて、主制御装置(13)に入力する。主
制御装置(13)は、上記のディジタル位置検出信号すなわ
ち回転体(2) のアキシアル方向およびラジアル方向の変
位に基づいて各磁気軸受(3)(4)(5) の電磁石(3a)(4a)(5
a)に供給する励磁電流の大きさを制御する。主制御装置
(13)からのディジタル制御信号はD/Aコンバータ(16)
によりアナログ信号に変換され、このアナログ信号に基
づいて、パワーアンプ(17)から各電磁石(3a)(4a)(5a)に
励磁電流が供給され、その結果、回転体(2) が電磁石(3
a)(4a)(5a)により吸引されてアキシアル方向およびラジ
アル方向の所定位置に非接触支持される。各磁気軸受
(3)(4)(5)における各制御軸の1対の電磁石(3a)(4a)(5
a)に供給される励磁電流は、互いに等しい一定の定常電
流に回転体(2) の位置によって制御される制御電流が加
わったものである。
【0015】主制御装置(13)には、磁気軸受(3)(4)(5)
の異常を検知して回転体(2) を停止させるための異常停
止手段が設けられている。すなわち、主制御装置(13)の
DSPに、異常停止手段を構成するソフトウェアプログ
ラムが格納されている。そして、主制御装置(13)は、磁
気軸受(3)(4)(5) の状態を常時監視し、磁気軸受(3)(4)
(5) に異常が発生したときに、次のようにして回転体
(2) を停止させる。磁気軸受(3)(4)(5) の異常には、外
乱による制御不能、電磁石(3a)(4a)(5a)もしくは位置セ
ンサ(6)(7)(8) の断線などがある。このような磁気軸受
(3)(4)(5) の異常は、位置センサ(6)(7)(8) の出力がし
きい値を越えることなどにより検知される。主制御装置
(13)は、磁気軸受(3)(4)(5) の異常を検知すると、磁気
軸受(3)(4)(5) の複数対の電磁石(3a)(4a)(5a)のうちの
所定の対のものについて、定常電流を同じ量だけ増加さ
せる。好ましくは、水平方向に対をなす電磁石(4a)(5a)
の定常電流を増加させる。この実施形態のような縦型の
磁気軸受装置の場合は、上部ラジアル磁気軸受(4) の2
対の電磁石(4a)と下部電磁石(5) の2対の電磁石(5a)の
定常電流を増加させる。これと同時に、主制御装置(13)
は回転制御装置(14)に回転体停止指令を出力し、これを
受けて、回転制御装置(14)は回生制動を開始し、回転体
(2) にブレーキをかける。これにより、回転体(2) は徐
々に減速し、やがて回転を停止する。回転体(2) の回転
が停止すると、主制御装置(13)は電磁石(3a)(4a)(5a)へ
の励磁電流の供給を停止する。これにより、磁気軸受
(3)(4)(5)が作動を停止して、回転体(2) を支持しなく
なり、回転体(2) はタッチダウン軸受(10)(11)により支
持される。
【0016】磁気軸受(3)(4)(5) に異常が発生した場
合、回転体(2) を所望の一定位置に保持できなくなるこ
とがある。このような場合、回転体(2) が減速して停止
するまでの間、回転体(2) がタッチダウン軸受(10)(11)
に接触し、タッチダウン軸受(10)(11)が回転体(2) とと
もに高速で回転する。しかし、上記実施形態の場合は、
回転体(2) を減速させると同時に、所定の電磁石(4a)(5
a)の定常電流が増加させられるため、渦電流損が増大し
て、磁気軸受(4)(5)の回転損失が増加し、従来のものに
比べて、回転体(2) が停止するまでの時間が短くなる。
このため、タッチダウン軸受(10)(11)が減速中の回転体
(2) ともに高速で回転する時間が短くなり、タッチダウ
ン軸受(10)(11)の破損や損傷のおそれが少ない。
【0017】磁気軸受装置には、回転体が水平に配置さ
れる横型のものもあるが、その場合は、アキシアル磁気
軸受の1対の電磁石が水平方向に対をなすように配置さ
れるので、磁気軸受の異常を検知したときに、好ましく
は、アキシアルの1対の電磁石に供給する定常電流を増
加させるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の実施形態を示す磁気軸受装
置の概略構成図である。
【符号の説明】
(2) 回転体 (3) アキシアル磁気軸受 (3a) 電磁石 (4)(5) ラジアル磁気軸受 (4a)(5a) 電磁石 (6) アキシアル位置センサ (7)(8) ラジアル位置センサ (12) センサ駆動回路 (13) 主制御装置 (14) 回転制御装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転体を非接触支持する電磁石を有する複
    数組の制御型磁気軸受と、前記回転体の位置を検出する
    位置検出手段と、前記位置検出手段の出力に基づいて前
    記電磁石に供給する励磁電流を制御する制御手段とを備
    え、前記制御手段が、励磁電流として、一定の定常電流
    と、前記位置検出手段の出力によって変化する制御電流
    とを供給するようになされている磁気軸受装置におい
    て、 前記制御手段が、前記磁気軸受の異常を検知した際に、
    所定の電磁石に供給する定常電流を増加させ、渦電流損
    を増大させることにより、前記磁気軸受の回転損失を増
    加させるようになされていることを特徴とする磁気軸受
    装置。
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