JPS6014619A - 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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- JPS6014619A JPS6014619A JP12275383A JP12275383A JPS6014619A JP S6014619 A JPS6014619 A JP S6014619A JP 12275383 A JP12275383 A JP 12275383A JP 12275383 A JP12275383 A JP 12275383A JP S6014619 A JPS6014619 A JP S6014619A
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- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
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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
-
- 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
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- Electromagnetism (AREA)
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
この発明は、工作機械主軸等に使用する磁気軸受の制御
装置に関する。
装置に関する。
（ロ）従来技術及び発明が解決しようとする問題点
第１図には従来の磁気軸受装置が示されており、これは
、回転軸１の半径方向の位置を検出するセンサ２の検出
信号と、回転軸１の基準位置を設定した軸位置基準器３
の基準位置とによって、基準位置と実際の回転軸１との
ずれ量である偏差信号を加算器４から制御回路５に出力
している。この制御回路５は、偏差信号を増幅する偏差
増幅器６と、この増幅器６からの出力信号の位相等を制
御する二次位相進み遅れ回路７とからなり、制御回路５
から出力される偏差信号に対応した信号が電力増幅器８
を介して重石９のコイル１０に入力され、電磁石９を励
磁する。なお、このコイル１０の出力は、第２図に示す
ように、電力増幅器８に電流フィードバックされるため
、電力増幅器８の入力電圧はコイル１０の電流と比例関
係にある。
、回転軸１の半径方向の位置を検出するセンサ２の検出
信号と、回転軸１の基準位置を設定した軸位置基準器３
の基準位置とによって、基準位置と実際の回転軸１との
ずれ量である偏差信号を加算器４から制御回路５に出力
している。この制御回路５は、偏差信号を増幅する偏差
増幅器６と、この増幅器６からの出力信号の位相等を制
御する二次位相進み遅れ回路７とからなり、制御回路５
から出力される偏差信号に対応した信号が電力増幅器８
を介して重石９のコイル１０に入力され、電磁石９を励
磁する。なお、このコイル１０の出力は、第２図に示す
ように、電力増幅器８に電流フィードバックされるため
、電力増幅器８の入力電圧はコイル１０の電流と比例関
係にある。
以上の制御において、−巡伝達関数は第３図のようにな
り、センサ２の出力電圧から電力増幅器８の入力電圧（
制御回路５の出力電圧〕までの伝達関数は第４図のよう
になる。この−巡伝達関数におけるゲインｏｄＢ の周
波数即ちクロスオーバ周波数ω。における位相余裕は、
制御系の安定度等を考慮して磁気軸受の場合１５°〜５
０°である。また、クロスオーバ周波数ω。は、回転軸
の固有振動数ω１に対してかなり小さい値に設定される
。例えば、軸固有振動数ω１を８００Ｈｚ とすると、
クロスオーバ周波数ω。は８ｏ〜４’ＱＱＩ（ｚ程度に
設定される。
り、センサ２の出力電圧から電力増幅器８の入力電圧（
制御回路５の出力電圧〕までの伝達関数は第４図のよう
になる。この−巡伝達関数におけるゲインｏｄＢ の周
波数即ちクロスオーバ周波数ω。における位相余裕は、
制御系の安定度等を考慮して磁気軸受の場合１５°〜５
０°である。また、クロスオーバ周波数ω。は、回転軸
の固有振動数ω１に対してかなり小さい値に設定される
。例えば、軸固有振動数ω１を８００Ｈｚ とすると、
クロスオーバ周波数ω。は８ｏ〜４’ＱＱＩ（ｚ程度に
設定される。
このような制御回路を有する磁気軸受装置では、固有振
動数ω１における動剛性が小さくなり、回転軸が非回転
制御状態において自励発振することがある。このため、
従来は、固有振動数ω１に挿入して自励発振を押えてき
た。しかし、この方法は、固有振動数ω１付近での剛性
の改善に対してはほとんど寄与せず、このような磁気軸
受で支承されたスピンドルをミリリング加工等の主軸と
して使用すると、固有振動数ω１付近での回転軸の振動
が大きくなり、軸受が制御不能となり易く十分な切削力
が得られなかった。
動数ω１における動剛性が小さくなり、回転軸が非回転
制御状態において自励発振することがある。このため、
従来は、固有振動数ω１に挿入して自励発振を押えてき
た。しかし、この方法は、固有振動数ω１付近での剛性
の改善に対してはほとんど寄与せず、このような磁気軸
受で支承されたスピンドルをミリリング加工等の主軸と
して使用すると、固有振動数ω１付近での回転軸の振動
が大きくなり、軸受が制御不能となり易く十分な切削力
が得られなかった。
（ハ）問題を解決するための手段
この発明は、以上の事情に鑑みなされたもので、クロス
オーバ周波数ω。における位相余裕を１５°〜５０°の
範囲に維持し、且つ固有振動数ω１付近における制御系
のゲイン・位相特性を改良し、固有振動数ω１付近での
振動減衰力を大きくすることにより、回転軸の固有振動
数ω１における動剛性の低下を防止できる磁気軸受の制
御装置を提供することにある。
オーバ周波数ω。における位相余裕を１５°〜５０°の
範囲に維持し、且つ固有振動数ω１付近における制御系
のゲイン・位相特性を改良し、固有振動数ω１付近での
振動減衰力を大きくすることにより、回転軸の固有振動
数ω１における動剛性の低下を防止できる磁気軸受の制
御装置を提供することにある。
この発明は、回転軸の半径方向の位置を検出するセンサ
と、このセンサの出力信号により電磁石のコイルへの電
流を制御する制御回路とを備え、設定した回転軸の半径
方向の位置に回転軸を保持する磁気軸受において、上記
制御回路は、回転軸の固有振動数にほぼ等しい周波数を
中心周波数とする帯域通過フィルタと、この周波数より
小さい周波数を中心周波数とする帯域消去フィルタと、
これらフィルタによって生じる位相遅れを補償する位相
進み回路とを直列に接続し、この直列回路に並列に低周
波数域の剛性を付与する積分要素を設けて構成され、固
有振動数付近の周波数帯域における位相を局所的に進ま
せるようにしたものである。
と、このセンサの出力信号により電磁石のコイルへの電
流を制御する制御回路とを備え、設定した回転軸の半径
方向の位置に回転軸を保持する磁気軸受において、上記
制御回路は、回転軸の固有振動数にほぼ等しい周波数を
中心周波数とする帯域通過フィルタと、この周波数より
小さい周波数を中心周波数とする帯域消去フィルタと、
これらフィルタによって生じる位相遅れを補償する位相
進み回路とを直列に接続し、この直列回路に並列に低周
波数域の剛性を付与する積分要素を設けて構成され、固
有振動数付近の周波数帯域における位相を局所的に進ま
せるようにしたものである。
に）実施例
第５図に示すように、センサ２からの検出信号と、軸位
置基準器３からの基準位置とを合成する加算器４は、基
準位置から検出信号を減算して偏差信号を出力している
。この偏差信号は、帯域通過フィルタ１１．帯域消去フ
ィルタ１２及び位相進み回路１３からなる直列回路１４
を介して加算器１５に送信される。帯域通過フィルタ１
１は回転軸１の固有振動数ω１に等しい周波数付近を中
心周波数即ちピークとし、帯域消去フィルタ１２はこの
周波数より小さい周波数を中心周波数とし、位相進み回
路１３はフィルタ１１．１２によって生じる位相遅れを
補償する。なお、帯域消去フィルタ１２の中心周波数は
、帯域通過フィルタ１１の中心周波数（固有振動数ω１
）よりも小さければよく、例えば固有振動数ω１の一〜
又程度が望ましく、また、１０ ３ 固有振動数ω１より小さく、且つ回転軸１の最高回転速
度の際の周波数であってもよ“い。
置基準器３からの基準位置とを合成する加算器４は、基
準位置から検出信号を減算して偏差信号を出力している
。この偏差信号は、帯域通過フィルタ１１．帯域消去フ
ィルタ１２及び位相進み回路１３からなる直列回路１４
を介して加算器１５に送信される。帯域通過フィルタ１
１は回転軸１の固有振動数ω１に等しい周波数付近を中
心周波数即ちピークとし、帯域消去フィルタ１２はこの
周波数より小さい周波数を中心周波数とし、位相進み回
路１３はフィルタ１１．１２によって生じる位相遅れを
補償する。なお、帯域消去フィルタ１２の中心周波数は
、帯域通過フィルタ１１の中心周波数（固有振動数ω１
）よりも小さければよく、例えば固有振動数ω１の一〜
又程度が望ましく、また、１０ ３ 固有振動数ω１より小さく、且つ回転軸１の最高回転速
度の際の周波数であってもよ“い。
上記直列回路１４には、偏差信号を入力とする積分回路
１６が低周波域における剛性を伺与するために並列に設
けられている。積分回路１６は、位相が一９０°で一定
であり、ゲインが周波数の増加に対し’ｌ、 Ｑ ｄＢ
／ｄｅｃａｄｅ で減少する特性を有するから、直列回
路１４に並列に設けると、低周波では積分回路１６が制
御系を支配するが、周波数の増加に伴ないゲインが減少
して影響が小さくなり、上記周波数ω０．ω１付近では
ほとんど影響がなくなる。
１６が低周波域における剛性を伺与するために並列に設
けられている。積分回路１６は、位相が一９０°で一定
であり、ゲインが周波数の増加に対し’ｌ、 Ｑ ｄＢ
／ｄｅｃａｄｅ で減少する特性を有するから、直列回
路１４に並列に設けると、低周波では積分回路１６が制
御系を支配するが、周波数の増加に伴ないゲインが減少
して影響が小さくなり、上記周波数ω０．ω１付近では
ほとんど影響がなくなる。
上記加算器１５は、直列回路１４の出力信号から積分回
路１６の出力信号を減算した後、電力増幅器８を介して
電磁石９のコイル１０への電流を制御する。
路１６の出力信号を減算した後、電力増幅器８を介して
電磁石９のコイル１０への電流を制御する。
以上の制御系を伝達関数を示して説明する。
なお、回転軸１の固有振動数ω１は６７０Ｈ２に、クロ
スオーバ周波数ω。は２００Ｈｚ に設定した場合であ
る。
スオーバ周波数ω。は２００Ｈｚ に設定した場合であ
る。
帯域通過フィルタ１１は固有振動数ω１である６７０Ｈ
２に略等しい周波数７ＱＱＩ（Ｚ をピーク周波数（中
心周波数つとする２次要素フィルタであり、その伝達関
数は第６図に示されている。
２に略等しい周波数７ＱＱＩ（Ｚ をピーク周波数（中
心周波数つとする２次要素フィルタであり、その伝達関
数は第６図に示されている。
帯域消去フィルタ１２は中心周波数が５０３Ｈｚであり
、その伝達関数は第７図に示されている。
、その伝達関数は第７図に示されている。
第８図は、フィルタ１１．１２の位相補償回路と位相進
み回路１３を合成した伝達関数を示しており、この位相
進み回路１３は少なくとも周波数ω。〜ω１の範囲にお
いて進相させるもので、クロスオーバ周波数ω。で４０
°程度、固有振動数ω１で９０°程度の位相進みを与え
ている。また、第９図は、制御系全体の一巡伝達関数で
あり、周波数の低い領域では積分回路により制御され、
制御系の安定性及び回転軸の固有振動の減衰特性に関与
する周波数ω。、ω、においては、はとんど影響がない
。
み回路１３を合成した伝達関数を示しており、この位相
進み回路１３は少なくとも周波数ω。〜ω１の範囲にお
いて進相させるもので、クロスオーバ周波数ω。で４０
°程度、固有振動数ω１で９０°程度の位相進みを与え
ている。また、第９図は、制御系全体の一巡伝達関数で
あり、周波数の低い領域では積分回路により制御され、
制御系の安定性及び回転軸の固有振動の減衰特性に関与
する周波数ω。、ω、においては、はとんど影響がない
。
なお、以上の実施例において、上記積分回路１６に比例
回路を付加し、制御系の安定性を増加するようにしても
よい。
回路を付加し、制御系の安定性を増加するようにしても
よい。
（ホ）効果
この発明は、以上のとおり、回転軸の固有振動数にほぼ
等しい周波数を中心周波数とする帯域フィルタと、この
周波数より小さい周波数を中心周波数とする帯５域消去
フィルタと、これらフィルタによって生じる位相遅れを
補償する位相進み回路とを直列に接続した直列回路によ
って、クロスオーバ周波数ω。における位相余裕を１５
°〜５０°の範囲とし、且つ固有振動数ωｌ付近におけ
る制御系のゲイン・位相特性を改良しているから、固有
振動数ω１付近での振動減衰力が大きくなり、固有振動
数ω１付近における回転軸の動剛性も向上し、安定なス
ピンドルが得られる。また、低周波域においては直列回
路に並列に設けた積分回路によって補償するから、低周
波域においても良好な剛性が得られ、ミリリング加工等
の切削に用いても十分な切削力が得られる。
等しい周波数を中心周波数とする帯域フィルタと、この
周波数より小さい周波数を中心周波数とする帯５域消去
フィルタと、これらフィルタによって生じる位相遅れを
補償する位相進み回路とを直列に接続した直列回路によ
って、クロスオーバ周波数ω。における位相余裕を１５
°〜５０°の範囲とし、且つ固有振動数ωｌ付近におけ
る制御系のゲイン・位相特性を改良しているから、固有
振動数ω１付近での振動減衰力が大きくなり、固有振動
数ω１付近における回転軸の動剛性も向上し、安定なス
ピンドルが得られる。また、低周波域においては直列回
路に並列に設けた積分回路によって補償するから、低周
波域においても良好な剛性が得られ、ミリリング加工等
の切削に用いても十分な切削力が得られる。
、４、図面の簡単な説明
第１図は従来の磁気軸受装置の一例を示すブロック図、
第２図は第１図の要部拡大図、第３図は第１図における
一巡伝達関数を示す特性図、第４図は第１図における電
子制御回路の伝達関数を示す特性図、第５図はこの発明
の一例を示すブロック図、第６図は第５図における帯域
通過フィルタの伝達関数を示す特性図、第７図は第５図
における帯域消去フィルタの伝達関数を示す特性図、第
８図は第５図における帯域通過フィルタ、帯域消去フィ
ルタ及び位相進み回路を総合した伝達関数を示す特性図
、第９図は第５図における積分回路を含めた電子系全体
の伝達関数を示す特性図である。
第２図は第１図の要部拡大図、第３図は第１図における
一巡伝達関数を示す特性図、第４図は第１図における電
子制御回路の伝達関数を示す特性図、第５図はこの発明
の一例を示すブロック図、第６図は第５図における帯域
通過フィルタの伝達関数を示す特性図、第７図は第５図
における帯域消去フィルタの伝達関数を示す特性図、第
８図は第５図における帯域通過フィルタ、帯域消去フィ
ルタ及び位相進み回路を総合した伝達関数を示す特性図
、第９図は第５図における積分回路を含めた電子系全体
の伝達関数を示す特性図である。
１・・・回転軸、 ２・・・センサ
３・・・軸位置基準器、５，１５・・・加算器、８・・
・電力増幅器、 ９・・・電磁石、１０・・・コイル、
１１・・・帯域通過フィルタ、１２・・・帯域消去フィ
ルタ、１３・・・位相進み遅れ回路、１４・・・直列回
路、１６・・・積分回路１７・・・比例回路 同 代理人 鎌 ｌ」」 文 二
・電力増幅器、 ９・・・電磁石、１０・・・コイル、
１１・・・帯域通過フィルタ、１２・・・帯域消去フィ
ルタ、１３・・・位相進み遅れ回路、１４・・・直列回
路、１６・・・積分回路１７・・・比例回路 同 代理人 鎌 ｌ」」 文 二
Claims (2)
- （１）回転軸の半径方向の位置を検出するセンサと、と
のセンサの出力信号により電磁石のコイルへの電流を制
御する制御回路とを備え、設定した回転軸の半径方向の
位置に回転軸を保持する磁気軸受において、上記制御回
路は、回転軸の固有振動数にほぼ等しい周波数を中心周
波数とする帯域通過フィルタと、この周波数より小さい
周波数を中心周波数とする帯域消去フィルタと、これら
フィルタによって生じる位相遅れを補償する位相進み遅
れ回路とを直列に接続し、この直列回路に並列に低周波
数域の剛性を付与する積分要素を設けて構成され、固有
振動数付近の周波数帯域における位相を局所的に進ませ
、さらにゲインも大きくすることを特徴とする磁気軸受
の制御装置。 - （２）上記積分要素は比例要素を並列に設けていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気軸受の制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12275383A JPS6014619A (ja) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | 磁気軸受の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12275383A JPS6014619A (ja) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | 磁気軸受の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6014619A true JPS6014619A (ja) | 1985-01-25 |
| JPS6234966B2 JPS6234966B2 (ja) | 1987-07-30 |
Family
ID=14843751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12275383A Granted JPS6014619A (ja) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | 磁気軸受の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6014619A (ja) |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6234966B2 (ja) | 1987-07-30 |
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