JPS6166540A - 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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- JPS6166540A JPS6166540A JP18874584A JP18874584A JPS6166540A JP S6166540 A JPS6166540 A JP S6166540A JP 18874584 A JP18874584 A JP 18874584A JP 18874584 A JP18874584 A JP 18874584A JP S6166540 A JPS6166540 A JP S6166540A
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- shaft
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- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
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- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 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
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
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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】
〔産業上の利用分！［！Ｆ ）
〔従来の技術〕
最近、制御された電磁力によって回転軸体をその半径方
向の一定位置に保持するようにした制御式ラジアル磁気
軸受が、非接触式で機械的摩擦かないことから、ミリン
グスピンドル等、軽負荷高回転速度の工作機械用軸受と
してしだいに多く用いられるようになってきた。この種
の制御式ラジアル磁気軸受は、一般番こ、一定電流の通
電によって磁気軸受の主磁束を発生するバイアスコイル
と制御コイルよりなる電磁石を回転軸体の外周沿いに適
宜配置し、回転軸体の半径方向の位置を検出するための
位置センサと上記制御コイルの間にサーボ回路を設け、
回転軸体が所定位置からすれたことを位置センサが検知
すると、サーボ回路によって回転軸体をその所定位置に
戻すような偏差信号が制御コイルに供給され、これによ
って回転軸体を半径方向所定の位置に保持するようにな
っている。
向の一定位置に保持するようにした制御式ラジアル磁気
軸受が、非接触式で機械的摩擦かないことから、ミリン
グスピンドル等、軽負荷高回転速度の工作機械用軸受と
してしだいに多く用いられるようになってきた。この種
の制御式ラジアル磁気軸受は、一般番こ、一定電流の通
電によって磁気軸受の主磁束を発生するバイアスコイル
と制御コイルよりなる電磁石を回転軸体の外周沿いに適
宜配置し、回転軸体の半径方向の位置を検出するための
位置センサと上記制御コイルの間にサーボ回路を設け、
回転軸体が所定位置からすれたことを位置センサが検知
すると、サーボ回路によって回転軸体をその所定位置に
戻すような偏差信号が制御コイルに供給され、これによ
って回転軸体を半径方向所定の位置に保持するようにな
っている。
しかしながら、上記のようなラジアル磁気軸受を用いた
工作機械主軸においては、切削時におけるカッターから
の外乱によって、主軸の固有振動数付近の周波数（１秒
当りの回転数）で主軸が振動し、十分な切削力が得られ
ないという問題があったので、これを解決するために、
たとえば主軸の固有振動数に対応した周波数帯域で制御
回路にゲイン増加と位相進みを与えることにより、この
周波数帯での外乱の作用を減衰させる等の対策が堤案さ
れ、従前のものに比して切削能力が数倍と、飛躍的に増
加する等の成果が達成されている。
工作機械主軸においては、切削時におけるカッターから
の外乱によって、主軸の固有振動数付近の周波数（１秒
当りの回転数）で主軸が振動し、十分な切削力が得られ
ないという問題があったので、これを解決するために、
たとえば主軸の固有振動数に対応した周波数帯域で制御
回路にゲイン増加と位相進みを与えることにより、この
周波数帯での外乱の作用を減衰させる等の対策が堤案さ
れ、従前のものに比して切削能力が数倍と、飛躍的に増
加する等の成果が達成されている。
しかしながら、上記のように改善された制御式ラジアル
磁気軸受は、これにより軸受支持される下２作機械主軸
等の回転軸体の固有振動周波数帯域での回転における外
乱の作用を効果的に減衰させることができるものの、切
削深さ等が大きい高負荷切削時に主軸回転数の２倍、４
倍等の整数倍の外乱周波数で主軸か振動するのを電磁力
で押えようとする結果、制御電力出力部の電圧飽和を引
き起こして制御不能に陥るというような問題があった。
磁気軸受は、これにより軸受支持される下２作機械主軸
等の回転軸体の固有振動周波数帯域での回転における外
乱の作用を効果的に減衰させることができるものの、切
削深さ等が大きい高負荷切削時に主軸回転数の２倍、４
倍等の整数倍の外乱周波数で主軸か振動するのを電磁力
で押えようとする結果、制御電力出力部の電圧飽和を引
き起こして制御不能に陥るというような問題があった。
この発明は上記のような事情に鑑みなされたもので、そ
の目的は、高負荷時において上記主軸振動に対して無理
な制御をすることを避け、このような周波数に対しては
軸の慣性力によって得られる剛性のみとし、このような
周波数による制御系の電圧飽和を起こさぬことにより、
主にこれより低い他の周波数に対する制御機能る保持す
ること〔問題点を解決するための手段〕上 記の問題点を解決するために、この発明は、回転軸体の
外周に〆０って適宜の間隔で配置された電磁力によって
回転軸体を半径方向に軸受支持するための電磁石と、回
転軸体の半径方向の位置を検出するための位置センサと
、この位置センサの出力に応動して回転軸体を半径方向
所定の位置に回転軸体の回転数の２倍の周波数あるいは
２倍および４倍の周波数を中心周波数とする帯域消去フ
ある。
の目的は、高負荷時において上記主軸振動に対して無理
な制御をすることを避け、このような周波数に対しては
軸の慣性力によって得られる剛性のみとし、このような
周波数による制御系の電圧飽和を起こさぬことにより、
主にこれより低い他の周波数に対する制御機能る保持す
ること〔問題点を解決するための手段〕上 記の問題点を解決するために、この発明は、回転軸体の
外周に〆０って適宜の間隔で配置された電磁力によって
回転軸体を半径方向に軸受支持するための電磁石と、回
転軸体の半径方向の位置を検出するための位置センサと
、この位置センサの出力に応動して回転軸体を半径方向
所定の位置に回転軸体の回転数の２倍の周波数あるいは
２倍および４倍の周波数を中心周波数とする帯域消去フ
ある。
軸受；こよって支持された工作機械主軸等の回転軸体が
高負荷時に回転数の２倍および４倍の周波数で振動し始
め、その振動が位置センサにより検出された時、制御回
路においてこれらの振動に起因する周波数成分を除去し
、電磁石への制御電力出力部の電圧飽和を防ぐ。このよ
うな帯域消去フィルタを有しない従来の制御式ラジアル
磁気軸受を用いた工作機械主軸は、無負荷回転時には第
２図（ａｌに示すように回転数に等しい周波数ｆｎの振
動を起こし、また切削等による高負荷回転時には、第２
図（ｂ）に示すように、回転数の２倍の周波数ｆ２ｎお
よび４倍の周波数［４ｎの振動成分を含む振動を起こす
ことが位置センサ出力の周波数分析によって知られ、こ
れらの周波数により制御系の電圧飽和を起こしがちであ
るが、この発明によれは、制御回路に周波数「２１１ま
たはｆ２ｎと［４ｎを中心周波数とする帯域消去フィル
タを備えることによってこれらの周波数成分による制御
電力出力部の電圧飽和が防止される。なお、周波数ｆｎ
の振動成分も認められるが、ピーク値の変化が他の周波
数の振動に較べて小さく、また制御回路の制御電力出力
部の電圧のゲインも低いため、切削時等にこの周波数出
力で電圧飽和を引き起こすことはない。
高負荷時に回転数の２倍および４倍の周波数で振動し始
め、その振動が位置センサにより検出された時、制御回
路においてこれらの振動に起因する周波数成分を除去し
、電磁石への制御電力出力部の電圧飽和を防ぐ。このよ
うな帯域消去フィルタを有しない従来の制御式ラジアル
磁気軸受を用いた工作機械主軸は、無負荷回転時には第
２図（ａｌに示すように回転数に等しい周波数ｆｎの振
動を起こし、また切削等による高負荷回転時には、第２
図（ｂ）に示すように、回転数の２倍の周波数ｆ２ｎお
よび４倍の周波数［４ｎの振動成分を含む振動を起こす
ことが位置センサ出力の周波数分析によって知られ、こ
れらの周波数により制御系の電圧飽和を起こしがちであ
るが、この発明によれは、制御回路に周波数「２１１ま
たはｆ２ｎと［４ｎを中心周波数とする帯域消去フィル
タを備えることによってこれらの周波数成分による制御
電力出力部の電圧飽和が防止される。なお、周波数ｆｎ
の振動成分も認められるが、ピーク値の変化が他の周波
数の振動に較べて小さく、また制御回路の制御電力出力
部の電圧のゲインも低いため、切削時等にこの周波数出
力で電圧飽和を引き起こすことはない。
第１図において、工作機械主軸等の回転軸体１はその軸
線に直角なＸＹ平面内に互いに９０度の角を隔てて配置
されたＸ軸用電磁石２ＸおよびＹ軸用電磁石２Ｙを有す
るラジアル磁気軸受２によって半径方向に軸受けされ、
モータ３によって矢印■３の方向に回転する。図中、符
号４は回転軸体１の軸方向（Ｚ方向）の変位を阻止する
ためのスラスト磁気軸受である。なお、ラジアル磁気軸
受２は、通常、軸体１の端部近傍等、軸方向適宜の位置
ｆこ２つ以上用いられる。
線に直角なＸＹ平面内に互いに９０度の角を隔てて配置
されたＸ軸用電磁石２ＸおよびＹ軸用電磁石２Ｙを有す
るラジアル磁気軸受２によって半径方向に軸受けされ、
モータ３によって矢印■３の方向に回転する。図中、符
号４は回転軸体１の軸方向（Ｚ方向）の変位を阻止する
ためのスラスト磁気軸受である。なお、ラジアル磁気軸
受２は、通常、軸体１の端部近傍等、軸方向適宜の位置
ｆこ２つ以上用いられる。
上記磁気軸受２が配置された平面のｘｉｈおよびＹ軸上
には、回転軸体１の基準位置に対するＸ軸方向およびＹ
軸方向の変位を検出し、変位量に応じた出力を発生する
Ｘ軸周位置センサ５ＸおよびＹ軸側位置センサ５Ｙがそ
れぞれ配置されている。上記Ｘ軸用電磁石２ＸおよびＹ
軸周電磁石２Ｙはそれぞれ電磁力を加減するための制御
巻線６Ｘおよび６Ｙを有し、これらの制御巻線の励磁電
流はそれぞれＸ他用制御回路７ＸおよびＹ軸用制御卸回
路７Ｙによって制御される。なお、これらのＸ軸周制御
回路、Ｙ軸用制ｉ１１！］回路は回転軸木１の下端部の
ラジアル磁気軸受にも全く同様に備えられている。
には、回転軸体１の基準位置に対するＸ軸方向およびＹ
軸方向の変位を検出し、変位量に応じた出力を発生する
Ｘ軸周位置センサ５ＸおよびＹ軸側位置センサ５Ｙがそ
れぞれ配置されている。上記Ｘ軸用電磁石２ＸおよびＹ
軸周電磁石２Ｙはそれぞれ電磁力を加減するための制御
巻線６Ｘおよび６Ｙを有し、これらの制御巻線の励磁電
流はそれぞれＸ他用制御回路７ＸおよびＹ軸用制御卸回
路７Ｙによって制御される。なお、これらのＸ軸周制御
回路、Ｙ軸用制ｉ１１！］回路は回転軸木１の下端部の
ラジアル磁気軸受にも全く同様に備えられている。
上記Ｘ軸周制御回路７Ｘは、回転軸体１のＸ軸方向の基
準位置を示す一定の基準電圧ＶｏｘとＸ軸周位置センサ
５Ｘの出力との差を表わす偏差信号へ〜ｌを増幅する偏
差信号増幅器８、偏差信号増幅器８の出力を人力し、１
ｌｉｉ ！ａｌｌ系の位相進みまたは遅れを１１１償す
るための位相補償回路９よりなり、可変帯域消去フィル
タ１０は、回転軸体１の回転数に応じた出力を発生する
回転数検出手段１２の出力に従って位相補償回路９の出
力信号より回転数の２倍および４倍の周波数の成分を除
去し、電力増幅器１１に供給するため、これらの周波数
成分による電力増幅器１１の電圧飽和は阻Ｉトされる。
準位置を示す一定の基準電圧ＶｏｘとＸ軸周位置センサ
５Ｘの出力との差を表わす偏差信号へ〜ｌを増幅する偏
差信号増幅器８、偏差信号増幅器８の出力を人力し、１
ｌｉｉ ！ａｌｌ系の位相進みまたは遅れを１１１償す
るための位相補償回路９よりなり、可変帯域消去フィル
タ１０は、回転軸体１の回転数に応じた出力を発生する
回転数検出手段１２の出力に従って位相補償回路９の出
力信号より回転数の２倍および４倍の周波数の成分を除
去し、電力増幅器１１に供給するため、これらの周波数
成分による電力増幅器１１の電圧飽和は阻Ｉトされる。
なお、Ｙ軸用制御回：烙７ＹはＸ他用制御回路７Ｘと全
く同様であるのでその説明は省略する。
く同様であるのでその説明は省略する。
さらに、この可変帯域消去フィルタ１０は回転軸木１の
所定の負荷時最高回転速度の約０．７倍の回転速度ｎ□
（回転７秒）から作動させ、それ以下の回転数では中
心周波数か２ｎｏに固定されるようにすることか望まし
い。その理由は、可変帯域消去フィルタへ１０をｎＱ
以下の回販数で作動させると、固有眼動成分に対する減
資効果が減殺されるためである。
所定の負荷時最高回転速度の約０．７倍の回転速度ｎ□
（回転７秒）から作動させ、それ以下の回転数では中
心周波数か２ｎｏに固定されるようにすることか望まし
い。その理由は、可変帯域消去フィルタへ１０をｎＱ
以下の回販数で作動させると、固有眼動成分に対する減
資効果が減殺されるためである。
負荷回転時においても制御電力出力部の電圧飽和を生じ
ることかなく、比較的低い電源電圧を用いることができ
るとともに、安定な制御特性を確保することができる。
ることかなく、比較的低い電源電圧を用いることができ
るとともに、安定な制御特性を確保することができる。
置の一実施例の構成を示すブロック図、第２図（ａｌお
よびｆｂｌは従来の磁気（１＋受の半径方向の周期性変
位の周波数分析語用の一例を示す波形図である。
よびｆｂｌは従来の磁気（１＋受の半径方向の周期性変
位の周波数分析語用の一例を示す波形図である。
１・・・回転軸体、２・・・ラジアル磁気軸受、２Ｘ・
・・Ｘ軸用電磁石、２Ｙ・・・Ｙ軸用電磁石、５Ｘ・・
・Ｘ軸出位置センサ、５Ｙ・・・Ｙ軸用位置センサ、７
ｘ・・・Ｘ軸周制御回路、７Ｙ・・・Ｙ軸用制ｉ卸回路
、１０・・・可変帯域消去フィルタ、１２・・・回転数
検出手段。
・・Ｘ軸用電磁石、２Ｙ・・・Ｙ軸用電磁石、５Ｘ・・
・Ｘ軸出位置センサ、５Ｙ・・・Ｙ軸用位置センサ、７
ｘ・・・Ｘ軸周制御回路、７Ｙ・・・Ｙ軸用制ｉ卸回路
、１０・・・可変帯域消去フィルタ、１２・・・回転数
検出手段。
特許出願人 エヌ・チー・エヌ
東洋ベアリング株式会社
Claims (2)
- （１）回転軸体の外周に沿つて適宜の間隔で配置された
電磁力によつて回転軸体を半径方向に軸受支持するため
の電磁石と、回転軸体の半径方向の位置を検出するため
の位置センサと、この位置センサの出力に応動して回転
軸体を半径方向所定の位置に保つよう上記電磁石を制御
するための制御回路とよりなる制御式ラジアル磁気軸受
の制御装置において、回転軸体の回転数の２倍の周波数
あるいは２倍および４倍の周波数を中心周波数とする帯
域消去フィルタを上記制御回路に挿入したことを特徴と
する制御式ラジアル磁気軸受の制御装置。 - （２）回転軸体の回転数を検出するための回転数検出手
段を備え、かつ上記帯域消去フィルタが上記回転数検出
手段の出力に応動して中心周波数が変化する可変帯域消
去フィルタであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の制御式ラジアル磁気軸受の制御装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18874584A JPS6166540A (ja) | 1984-09-08 | 1984-09-08 | 磁気軸受の制御装置 |
| EP19850901587 EP0193609A4 (en) | 1984-09-08 | 1985-04-02 | RADIAL CONTROL OF A MAGNET BEARING DEVICE. |
| GB08610407A GB2176317A (en) | 1984-09-08 | 1985-04-02 | Controlled radial magnetic bearing device |
| PCT/JP1985/000159 WO1986001862A1 (fr) | 1984-09-08 | 1985-04-02 | Dispositif magnetique commande d'appui radial |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18874584A JPS6166540A (ja) | 1984-09-08 | 1984-09-08 | 磁気軸受の制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6166540A true JPS6166540A (ja) | 1986-04-05 |
Family
ID=16229027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18874584A Pending JPS6166540A (ja) | 1984-09-08 | 1984-09-08 | 磁気軸受の制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0193609A4 (ja) |
| JP (1) | JPS6166540A (ja) |
| GB (1) | GB2176317A (ja) |
| WO (1) | WO1986001862A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6326712B1 (en) | 1999-08-25 | 2001-12-04 | Ebara Corporation | Magnetic bearing device |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0637895B2 (ja) * | 1986-09-12 | 1994-05-18 | 株式会社日立製作所 | 電磁軸受制御装置 |
| FR2606694B1 (fr) * | 1986-11-13 | 1989-03-24 | Europ Propulsion | Procede et dispositif d'usinage ultra-precis applique a l'execution de surfaces atypiques de revolution et aux usinages asservis |
| JPH01116318A (ja) * | 1987-10-28 | 1989-05-09 | Natl Aerospace Lab | 能動形磁気軸受 |
| JPH0787681B2 (ja) * | 1988-07-21 | 1995-09-20 | セイコー電子工業株式会社 | 磁気軸受の制御装置 |
| US5144549A (en) * | 1990-06-29 | 1992-09-01 | Massachusetts Institute Of Technology | Time delay controlled processes |
| DE4022523A1 (de) * | 1990-07-16 | 1992-01-23 | Pfeiffer Vakuumtechnik | Einrichtung zum fluten von schnell rotierenden vakuumpumpen |
| DE69208558T2 (de) * | 1991-08-06 | 1996-09-19 | Koyo Seiko Co | Lagervorrichtung |
| JP3083242B2 (ja) * | 1995-04-27 | 2000-09-04 | 核燃料サイクル開発機構 | 回転体の静止場での振動評価方法 |
| JPH1082420A (ja) * | 1996-09-09 | 1998-03-31 | Ntn Corp | 磁気軸受スピンドルのディジタル制御方法および制御装置 |
| JP3701115B2 (ja) | 1998-02-12 | 2005-09-28 | 株式会社荏原製作所 | 磁気軸受制御装置 |
| JP4036567B2 (ja) | 1999-01-27 | 2008-01-23 | 株式会社荏原製作所 | 制御形磁気軸受装置 |
| RU2246644C1 (ru) * | 2003-07-14 | 2005-02-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | Подшипник системы энергонезависимого активного магнитного подвеса ротора |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2417797A1 (fr) * | 1978-02-20 | 1979-09-14 | Europ Propulsion | Dispositif de compensation du grain d'un circuit asservi par contre-reaction en courant |
| DE3148944A1 (de) * | 1981-12-10 | 1983-08-04 | Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg | Vorrichtung zur magnetischen lagerung eines koerpers |
| JPH05293853A (ja) * | 1992-04-23 | 1993-11-09 | Fujitsu Ltd | インモールドガス注入ノズル |
-
1984
- 1984-09-08 JP JP18874584A patent/JPS6166540A/ja active Pending
-
1985
- 1985-04-02 GB GB08610407A patent/GB2176317A/en not_active Withdrawn
- 1985-04-02 EP EP19850901587 patent/EP0193609A4/en not_active Withdrawn
- 1985-04-02 WO PCT/JP1985/000159 patent/WO1986001862A1/ja not_active Ceased
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6326712B1 (en) | 1999-08-25 | 2001-12-04 | Ebara Corporation | Magnetic bearing device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1986001862A1 (fr) | 1986-03-27 |
| GB8610407D0 (en) | 1986-06-04 |
| GB2176317A (en) | 1986-12-17 |
| EP0193609A4 (en) | 1988-05-10 |
| EP0193609A1 (en) | 1986-09-10 |
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