JPS5938456B2 - 回転部分を駆動しかつセンタリングして支承する電磁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁化可能な材料を備えかつ垂直な回転軸を有
する回転部分を駆動しかつセンタリングして支承する電
磁装置であつて、回転部分の駆動のために設けられてい
る電磁コイルないし電磁コイルの巻線の一部が同時に、
制御装置によつて励磁され、この制御装置が回転部分の
半径方向の位置を検出するための検出装置に接続されて
いる形式のものに関する。

この形式の電磁装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開
第２１１４０４０号公報から公知である。

一般に、高速回転部分において、機械的な支承装置等を
使用できない場合には、磁気的な方法で能動的に回転部
分を支承しなければならない。その場合、回転部分の個
々の支承面には環状コイル等のコイルが設けられる。回
転部分は、このコイルより発生される磁力により目標位
置に戻され、更に回転部分の回転が減衰される。この能
動的な支承系以外に更に、駆動用回転磁界を発生するコ
イルも必要である。従つてこの装置は高価で場所をとる
。例えば航空機のジャイロスコープやパイプ内で無接触
に支承されるポンプでは、無視できない。能動的な磁気
支承装置では例えばすベー軸受のように確実に位置決め
することは不可能である。従つて支承面の外側に配置さ
れる駆動系の空隙を充分大きく形成しなければならない
。それ故効率が低下する。垂みを有する長い軸の場合も
事情は同じで、駆動電動機に充分な許容範囲の空隙を設
けなければならない。これらの欠点は、強磁性部分、支
持磁石、磁界、制御装置および無接触センサを有する回
転子の磁気支承系から出発してかつこの電磁支承系を回
転子の駆動のために用い、そのために安定化装置の電磁
装置が回転子の所望の回転数に相応する周波数を有する
３相交流電流を受取るために構成しかつ回転子をヒステ
リシス電動機の形式で駆動するようにした、公知の電磁
駆動および支承装置（ドイツ連邦共和国特許公告第１７
５０６０５号公報および前記同公開第２１１４０４０号
公報）によつて取除かれた。

また特開昭４７−３５６４０号公報には、磁気軸受に対
する磁気コイルの電流が位置検出器の測定信号に依存し
て制御可能である磁気軸受（電磁的に支承される回転体
）が記載されている。

この場合位置検出器は、磁気軸受と回転体との間の僅か
なギヤツプのため、磁気軸受の面には配置することがで
きない、軸受とは別個の部材である。即ちこの公報の第
２図に図示されているように、位置検出器は、磁気軸受
の支承面の上方に、磁気軸受とは全く別の個所に配置さ
れている。磁気軸受と位置検出器との位置が一致してい
ないので、例えば回転体のたわみに基いて検出器が、磁
気軸受位置において実際に生じているのとは異なつた距
離変化を測定するという欠点がある。従つて正確な安定
化も可能でない。更に安全性を期すために磁気軸受と回
転体との間のギヤツプを拡張しなければならず、従つて
磁気力を増強しなければならない。更に、この公報の磁
気軸受では軸受の制御のために、既述のように付加部材
、即ち位置検出器が設けられなければならないので、こ
の検出器に対しても所定のスペースが必要である。本発
明の課題は、冒頭に述べた形式の電磁装置を、上記の欠
点が生じないように、即ち極めて僅かな製造コストでも
つて、回転部分を迅速でかつ確実に安定化できるように
改良することである。

この課題は本発明によれば、特許請求の範囲第１項記載
の特徴事項によつて解決される。制御装置が、検出装置
により検出される回転部分の半径方向の位置に基づいて
電磁コイル又は電磁コイルの少なくとも一部分の個別巻
線に付加電流を供給して回転部分を正規の位置に制御し
、更に所要位置制御力の不所望な作用を補償する。

駆動用回転磁界と制御電流による制御磁界とが同時に発
生すれば、所要・所望の制御力以外に更に例えば障害力
（例えば楕円軌道を描いて旋回する力）も生ずる。これ
らの障害力は付加制御動作により対抗しなければならな
いが、相互作用は作用する制御力と回転磁界の瞬時状態
により決まり、従つて相互作用を算出することができる
。回転部分の位置の制御および付加制御を、所望の制御
特性および付加制御特性に従つて充分な精度で行うこと
は容易である。本発明によれば、一方において回転部分
の位置の検出ないし個々のセンサとの距離の検出に、既
存の電磁コイルを使用できかつこれとの関連において付
加的に回転部分における制御力の作用面で検出を行える
ようになる。

この場合、少なくとも一部分の電磁コイルに駆動電流お
よび制御電流以外に更に検出用電流が供給される。この
検出用電流の周波数は、駆動用電流および制御電流の占
有する周波数領域外に設定される。従つて濾波により検
出用電流の持つ情報を、１駆動電流および制御電流より
区別することができる。検出用電流により生ずる磁力が
回転部分に顕著な影響を及ぼさないように、検出用電流
の振幅は小さく設定される。濾波後検出用電流から取り
出される情報に基づいて、インダクタンスの瞬時値が検
出され、これにより検出個所でその都度形成される空隙
の大きさが検出される。検出装置に付随する濾波装置お
よび評価装置は容易に構成される。これにより、回転部
分の極めて障害の少ない、確実な制御、ひいては迅速な
減衰を僅かな部材の使用によつて保証できるようになる
。

本発明の実施例によれば、検出装置の励振および制御力
の発生に共通の電流が使用される。

この場合、唯一の電流系により位置制御および検出の双
方が行われるので、１つの電流系が不要となる。通常検
出装置には常時検出用電流を供給しなければならない。
他方制御装置には常時電流を供給する必要がない。対称
の位置にある電磁コイルの組（例えば互いに１２０゜だ
けずれた位置にある電磁コイルの組）に等しい大きさの
検出用電流を流して検出すれば、回転部分が基準位置に
ある際、個個の検出電流により生ずる力は相殺される。
制御力を作用するのには、相応の検出用電流が増加され
る。個々の検出個所における検出電圧と検出電流との比
が一定でなければ、検出信号が発生される。本発明の実
施例によれば、給電がストツプする際、発電機としての
運転により生ずる電流が切換装置により自動的に制御装
置に供給される。

切換装置としては例えば無電流動作リレーが使用される
。能動的に支承するだけでは、例えば高速回転子等の敏
感な部分を給電の停止後も引き続いて支承することはで
きない。そこで通常は、能動的な支承装置にも機械的な
非常用支承装置が設けられる。他方前記実施例では、回
転部分が充分大きい速度で回転を続ける限り、支承に必
要な電流が支承装置に供給される。従つて停電しても又
は修理のため主電源を遮断しても、回転部分が離脱する
ことはない。また回転部分を慎重に制動する必要もない
。次に本発明を実施例について図面により詳細に説明す
る。

第１図は本発明の駆動装置を示す。

コア１の３つの磁極片はリング状の継鉄を介して連結さ
れる。回転部分２はコア１により囲まれる。３つの磁極
片のうち２つの磁極片にはコイル３，４が設けられる。

コイル３，４は互いに位相差を有する電流により励磁さ
れ、駆動が行われる。コイル３，４の励磁電流に付加電
流を重畳すれば、回転部分２の位置を制御することがで
きる。第２図は周に沿つて分布して配置された磁極片を
示す。

コア１０は２４の磁極片を有する。磁極片はリング状の
継鉄を介して互いに連結される。回転部分２はコア１０
により囲まれる。コイル３，４はそれぞれ１８『の角度
領域にわたり設けられる。更に磁極片間のコイル３，４
の巻回数は正弦関数に従つて設定されている。コイル３
の形成する磁力線を５で示す。コイル３とコイル４は１
つのコイル対を形成する。第３図は第２図の実施例の略
図である。

第３図ではコイル対３：４以外に更に２つのコイル対が
図示されている。これらの２つのコイル対は互いに１２
００だけずれた位置に配置される。個々のコイルは１８
『の角度領域にわたり配置され、６個のコイルが設けら
れるから個々のコイルと隣のコイルとは１２『だけ重り
合う。第３図は略図であるので注意を要する。個々のコ
イルの作用領域を破線６により区別する。第４図ではコ
イル３，７のみ路線的に図示されている。

コイル３，７は、１駆動用回転磁界を発生する互いに位
相差を有する電流以外に更に、互いに逆方向かつ大きさ
の等しい制御電流１ｓにより励磁される。制御電流１ｓ
により、最大の磁界強度が個所８において得られ、他方
最小の磁界強度が個所９において得られる。従つて個所
８と個所９とを結ぶ破線に沿う合成の制御力が生ずる。
但し第４図では、駆動用回転磁界および制御磁界と駆動
用回転磁界との相互作用は無視されている。第５図は、
コア１０の２４個の磁極片のうちの１つの磁極片１１を
示す。磁極片１１の先端には、周方向に沿つて溝１２が
設けられる。溝１２には誘導検出ループ１３が設けられ
る。検出ループ１３の２つの端子１４はコア１０の外側
に位置する。制御時および駆動時の磁極片における磁力
線は、検出ループ１３の面素の法線に垂直である。つま
り第５図には検出センサとして構成された、コイルの巻
線およびその配置が示されている。コイルは複数の巻線
から成り、これら巻線は必要に応じて部分的に同形式に
湾曲されかつ部分的に別の形状を有することができる。
即ち第２図によれば、ヨークのまわりに巻付けられてい
る線材を、それが２つの磁極片の間においてヨークのま
わりに巻付けられかつ次の中間室への移行の際磁極片の
内側で、第５図に図示のような切込みを介して案内され
ているものと、見做すことができる。本発明の誘導検出
センサは、電磁誘導原理に基いている。電流回路（セン
サ）が、変化する磁界中に配置されていると、磁力線に
よつて誘導検出センサ内に電流乃至電流変化が誘導され
る。本発明において磁界の変化は、誘導検出センサと回
転部分との間の距離の変化によつて生ずる。回転部分と
センサとの間の距離の変化に基いて、磁界の変化、従つ
てセンサに流れる電流の変化が生じる。この電流変化が
、距離変化に対する基準として評価される。最後に第６
図に基いて、上記の過程について説明する。

本発明におけるセンサ乃至検出ループは、電磁駆動およ
び支承装置１５に対する電磁コイル３の巻線の一部３！
を用いて形成されている。

既述のように本発明によればセンサとして使用される電
磁コイルには、駆動電流１Ｆおよび制御電流１ｓのほか
に検出用電流１Ｍも検出用電流発生器１８から供給され
る。センサとして作用する電磁コイルの巻線の一部ｙを
流れる駆動゛電流１Ｆおよび制御電流１ｓならびに検出
用電流１Ｍの重畳電流から、ろ波器１９を介して検出用
電流のみを取出し評価回路２０にて評価してインダクタ
ンスの瞬時値、ひいては検出個所でその都度形成される
空隙の大きさを検出する。評価装置２０の評価に基いて
制御電流１８を制御装置１６にて発生し制御電流Ｉｓに
応じて調整素子１７を介して駆動用電流ＩＦを制御する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の断面略図、第２図は本発明の
他の実施例の平面略図、第３図および第４図は第２図の
実施例の説明に供する略図、第５図は本発明の更に他の
実施例の部分斜視図、第６図は本発明の電磁装置がどの
ように制御されるかを説明する電気系のプロツク図であ
る。 １，１０・・・・・・コア、２・・・・・・回転部分、
３，４，７・・・・・・コイル、５−・・・・・磁力線
、１１・・・・・・磁極片、１３・・・・・・誘導検出
ループ、１５・・・・・・電磁駆動および支承装置、１
６・・・・・・制御装置、１７・・・・・・調整素子、
１８・・・・・・検出用電流発生器、１９・・・・・・
濾波装置、２０・・・・・・評価装置、Ｉｓ・・・・・
・制御電流、ＩＦ・・・・・駆動電流、ＩＭ・・・・・
・検出用電流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁化可能な材料を備えかつ垂直な回転軸を有する回
   転部分を駆動しかつセンタリングして支承する電磁装置
   であつて、回転部分の駆動のために設けられている電磁
   コイルないし電磁コイルの巻線の一部が同時に、制御装
   置によつて励磁され、該制御装置が回転部分の半径方向
   の位置を検出するための検出装置に接続されている形式
   のものにおいて、前記制御装置が誘導検出センサ１３を
   備えており、該誘導検出センサの少なくとも一部は、前
   記電磁コイル３、４、７または該電磁コイルの巻線の部
   分によつて形成されており、その際前記検出装置は検出
   用電流発生器１８を有しており、該電流発生器は、駆動
   用電流Ｉ＿Ｆおよび制御電流Ｉ＿Ｓの占有する周波数領
   域外に設定されている周波数の検出用電流Ｉ＿Ｍを供給
   することを特徴とする回転部分を駆動しかつセンタリン
   グして支承する電磁装置。 ２ 制御装置の検出センサを制御する電流と位置制御力
   を得る電流とが全く同一のものである特許請求の範囲第
   １項記載の電磁装置。 ３ 主電源の給電がストップする際、発電機としての運
   転により生じる電流が、切換装置によつて自動的に、支
   承制御のために制御装置に供給される特許請求の範囲第
   １項記載の電磁装置。