JPS626124B2 - - Google Patents
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- JPS626124B2 JPS626124B2 JP58085471A JP8547183A JPS626124B2 JP S626124 B2 JPS626124 B2 JP S626124B2 JP 58085471 A JP58085471 A JP 58085471A JP 8547183 A JP8547183 A JP 8547183A JP S626124 B2 JPS626124 B2 JP S626124B2
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- JP
- Japan
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- rotating shaft
- circuit
- frequency
- phase
- sensor
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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
- F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
- F16C2322/39—General buildup of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、磁気軸受の制御装置に関するもの
である。
である。
磁気軸受には、第１図に示すように、回転軸１
と関係して回転軸１の半径方向の位置を検出する
センサ２を設けると共に、センサ２と磁気軸受の
巻線３間にサーボ回路を設け、回転軸１が予め設
定した位置からずれたことをセンサ２が検出する
と、サーボ回路が回転軸を設定位置に戻すような
誤差信号をバイアス磁束用コイル４に発生し、回
転軸２を予め設定した半径方向位置に保持させて
いる。
と関係して回転軸１の半径方向の位置を検出する
センサ２を設けると共に、センサ２と磁気軸受の
巻線３間にサーボ回路を設け、回転軸１が予め設
定した位置からずれたことをセンサ２が検出する
と、サーボ回路が回転軸を設定位置に戻すような
誤差信号をバイアス磁束用コイル４に発生し、回
転軸２を予め設定した半径方向位置に保持させて
いる。
この磁気軸受は、回転軸が完全に非接触式であ
ることにより、高速回転に使用されている。
ることにより、高速回転に使用されている。
しかし、この回転軸を固有振動数と等しい周波
数即ち、軸の危険速度で回転させると、軸受は制
御不能に陥いる。また、回転軸を切削主軸等とし
て用いると、機械系固有振動数における剛性が極
度に低下し、切削時の外乱により刃物か機械系固
有振動数で振動し、磁気軸受が制御不能となる。
数即ち、軸の危険速度で回転させると、軸受は制
御不能に陥いる。また、回転軸を切削主軸等とし
て用いると、機械系固有振動数における剛性が極
度に低下し、切削時の外乱により刃物か機械系固
有振動数で振動し、磁気軸受が制御不能となる。
この対策として、固有振動数に対応した帯域を
フイルタによつて除去することが考えられる。こ
れによると、回転軸の自励発振を防止できるが、
機械系固有振動数帯域における剛性の増加はわず
かで切削等に用いる場合切削力の向上は、わずか
しか望めない。
フイルタによつて除去することが考えられる。こ
れによると、回転軸の自励発振を防止できるが、
機械系固有振動数帯域における剛性の増加はわず
かで切削等に用いる場合切削力の向上は、わずか
しか望めない。
この発明は、以上の問題を解消するもので、回
転軸の固有振動数に関係なく、適当な軸受の剛性
を得ることができる磁気軸受の制御装置を提供す
ることを目的とするものである。
転軸の固有振動数に関係なく、適当な軸受の剛性
を得ることができる磁気軸受の制御装置を提供す
ることを目的とするものである。
即ち、この発明は、回転軸の半径方向の位置を
検出する位置センサと、回転軸の位置を決定する
電磁石を設けた磁気軸受において、回転軸を剛体
として取り扱う場合に、磁気軸受としてこれを支
持するために必要な位置補償回路で、且つセンサ
出力からの回転軸の固有振動数を含む所定範囲の
周波数を除いて伝達する第１の演算部と、回転軸
の固有振動数での振動に減衰を与えるためにセン
サ出力から上記所定範囲の周波数を取り出し、そ
の位相を進相させると共に、ゲインをも増加させ
て伝達する第２の演算部と、上記第１の演算部と
第２演算部からの出力を加算して上記電磁石を電
流を供給する加算回路をパワー増幅部とからなる
ことを特徴とするものである。
検出する位置センサと、回転軸の位置を決定する
電磁石を設けた磁気軸受において、回転軸を剛体
として取り扱う場合に、磁気軸受としてこれを支
持するために必要な位置補償回路で、且つセンサ
出力からの回転軸の固有振動数を含む所定範囲の
周波数を除いて伝達する第１の演算部と、回転軸
の固有振動数での振動に減衰を与えるためにセン
サ出力から上記所定範囲の周波数を取り出し、そ
の位相を進相させると共に、ゲインをも増加させ
て伝達する第２の演算部と、上記第１の演算部と
第２演算部からの出力を加算して上記電磁石を電
流を供給する加算回路をパワー増幅部とからなる
ことを特徴とするものである。
以下、この発明を添付図面に示す実施例に基づ
いて説明する。
いて説明する。
第２図に示すように、筒状のケーシング１１の
内周壁には回転子１２を回動させる駆動モータ１
３が固定され、回転子１２の回転軸１４は両端が
ラジアル軸受１５，１６により支持されている。
内周壁には回転子１２を回動させる駆動モータ１
３が固定され、回転子１２の回転軸１４は両端が
ラジアル軸受１５，１６により支持されている。
ラジアル軸受１５，１６は、回転軸１４に固定
されるロータ１５ａ，１６ａと、これに対向して
ケーシング１１の内周壁に固定され電磁石となる
ステータ１５ｂ，１６ｂとから構成されている。
また、回転軸１４の中央部付近にはスラスト軸受
１７のロータ１７ａが取り付けられ、このロータ
１７ａを挾んで電磁石となるステータ１７ｂ，１
７ｂがケーシング１１に固定されている。
されるロータ１５ａ，１６ａと、これに対向して
ケーシング１１の内周壁に固定され電磁石となる
ステータ１５ｂ，１６ｂとから構成されている。
また、回転軸１４の中央部付近にはスラスト軸受
１７のロータ１７ａが取り付けられ、このロータ
１７ａを挾んで電磁石となるステータ１７ｂ，１
７ｂがケーシング１１に固定されている。
また、ケーシング１１には回転軸１４の軸方向
の位置を検出するスラストセンサ１８と、ラジア
ル軸受１５，１６側のそれぞれ半径方向の位置を
検出する第１、第２のラジアルセンサ１９，１
９′，２０，２０′が任意位置に設けられている。
なお、センサ１９，２０とセンサ１９′，２０′と
は対称位置に設けられている。
の位置を検出するスラストセンサ１８と、ラジア
ル軸受１５，１６側のそれぞれ半径方向の位置を
検出する第１、第２のラジアルセンサ１９，１
９′，２０，２０′が任意位置に設けられている。
なお、センサ１９，２０とセンサ１９′，２０′と
は対称位置に設けられている。
以上のように構成される磁気軸受における制御
装置を次に説明すると、第３図に示すように、ラ
ジアルセンサ１９からの出力信号は、位相補償回
路２１によつて位相補償された後、帯域消去フイ
ルタ２２によつて回転軸１４の固有振動数ｆを含
む所定範囲の周波数を除去して伝達される。この
帯域消去フイルタ２２の伝達関数は、第４図に示
すような特性となり、回転軸１４の固有振動数を
含む所定範囲の周波数を帯域のゲインがほとんど
零または小さい値となつている。
装置を次に説明すると、第３図に示すように、ラ
ジアルセンサ１９からの出力信号は、位相補償回
路２１によつて位相補償された後、帯域消去フイ
ルタ２２によつて回転軸１４の固有振動数ｆを含
む所定範囲の周波数を除去して伝達される。この
帯域消去フイルタ２２の伝達関数は、第４図に示
すような特性となり、回転軸１４の固有振動数を
含む所定範囲の周波数を帯域のゲインがほとんど
零または小さい値となつている。
また、上記センサ１９の出力信号を入力とする
バンドパスフイルタ２３は上記帯域消去フイルタ
２２と逆に、上記所定範囲の周波数を通過させる
もので、その伝達関数は第５図に示される。この
バンドパスフイルタ２３の伝達関数とゲイン調整
器２４を経たセンサ出力とは第１の加算回路２５
によつて加算される。従つてバンドパスフイルタ
２３、ゲイン調整器２４、加算回路２５によつて
構成される伝達関数を、ゲイン・位相図で表わす
と第６図のようになる。
バンドパスフイルタ２３は上記帯域消去フイルタ
２２と逆に、上記所定範囲の周波数を通過させる
もので、その伝達関数は第５図に示される。この
バンドパスフイルタ２３の伝達関数とゲイン調整
器２４を経たセンサ出力とは第１の加算回路２５
によつて加算される。従つてバンドパスフイルタ
２３、ゲイン調整器２４、加算回路２５によつて
構成される伝達関数を、ゲイン・位相図で表わす
と第６図のようになる。
この加算回路２５からの出力は、位相進み回路
２６によつて少なくとも上記所定の帯域におい
て、完全に進相するようにその位相を進相させる
が、位相を進相させると、そのゲインも少なから
ず影響を受け、バンドパスフイルタ２３、ゲイン
調整器２４、加算回路２５、位相進み回路２６で
構成される要素は、第７図に示すような伝達関数
となる。より適したゲイン・位相特性を得るため
に、ノツチフイルタ２７を位相進み回路２６に加
えることにより、第８図に示す伝達特性を得る。
この位相進み回路２６及びノツチフイルタ２７で
構成される回路は位相のみを進相できる回路であ
ればその位相のみを進相させるものであつてもよ
い。そのような回路は簡単な位相進相回路では得
にくいので上記回路を用いたが、ゲインに少なか
らず影響を与えても実際上は問題はない。
２６によつて少なくとも上記所定の帯域におい
て、完全に進相するようにその位相を進相させる
が、位相を進相させると、そのゲインも少なから
ず影響を受け、バンドパスフイルタ２３、ゲイン
調整器２４、加算回路２５、位相進み回路２６で
構成される要素は、第７図に示すような伝達関数
となる。より適したゲイン・位相特性を得るため
に、ノツチフイルタ２７を位相進み回路２６に加
えることにより、第８図に示す伝達特性を得る。
この位相進み回路２６及びノツチフイルタ２７で
構成される回路は位相のみを進相できる回路であ
ればその位相のみを進相させるものであつてもよ
い。そのような回路は簡単な位相進相回路では得
にくいので上記回路を用いたが、ゲインに少なか
らず影響を与えても実際上は問題はない。
上記位相補償回路２１、帯域消去フイルタ２２
とで構成される磁気軸受制御のための第１の演算
部と、回転軸の固有振動数での振動に減衰を与え
るための第２演算部とを加算する第２加算回路２
８が設けられている。この加算回路２８の出力が
パワー増幅回路２９により増幅されてラジアル軸
受１５が制御されるから、回転軸１４は予め設定
された位置になるよう制御される。
とで構成される磁気軸受制御のための第１の演算
部と、回転軸の固有振動数での振動に減衰を与え
るための第２演算部とを加算する第２加算回路２
８が設けられている。この加算回路２８の出力が
パワー増幅回路２９により増幅されてラジアル軸
受１５が制御されるから、回転軸１４は予め設定
された位置になるよう制御される。
以上は、この発明の制御回路を実際に電子回路
によつて構成されたものにおいて、実測した結果
を説明してあるが、この発明はこれに限定される
ものではなく、第２の演算部は回転軸の固有振動
数に対応する周波数の位相の進相又は進相ゲイン
の選択的な増加を行なうためのものであればよ
い。
によつて構成されたものにおいて、実測した結果
を説明してあるが、この発明はこれに限定される
ものではなく、第２の演算部は回転軸の固有振動
数に対応する周波数の位相の進相又は進相ゲイン
の選択的な増加を行なうためのものであればよ
い。
以上の実施例において、一方のラジアル軸受１
５のみの制御を説明したが、他方のラジアル軸受
１６についても同様に制御する。また、スラスト
軸受は、スラストセンサによつてのみ制御される
もので、その制御は通常のサーボ回路又はフイー
ドバツク制御によつて制御すればよい。この場
合、スラスト軸受においては、センサからの信号
とそのフイードバツク信号によつて発振等を行な
わないように伝達関数が決定されるものとする。
なお、第２図に示すように、回転軸１４の先端に
は、ケーシング１１から突出する切削具２８等の
工具が固定されている。
５のみの制御を説明したが、他方のラジアル軸受
１６についても同様に制御する。また、スラスト
軸受は、スラストセンサによつてのみ制御される
もので、その制御は通常のサーボ回路又はフイー
ドバツク制御によつて制御すればよい。この場
合、スラスト軸受においては、センサからの信号
とそのフイードバツク信号によつて発振等を行な
わないように伝達関数が決定されるものとする。
なお、第２図に示すように、回転軸１４の先端に
は、ケーシング１１から突出する切削具２８等の
工具が固定されている。
この発明は、以上のとおり、磁気軸受において
工作機械等への適用に大きな問題であつた回転軸
の固有振動数に等しい周波数帯域における剛性増
加のため伝達関数の位相の進相又は進相ゲインの
選択的な増加により、回転軸の固有振動数に等し
い周波数での剛性の増加をはかるものであり、工
作機械にも適用できるという利点がある。
工作機械等への適用に大きな問題であつた回転軸
の固有振動数に等しい周波数帯域における剛性増
加のため伝達関数の位相の進相又は進相ゲインの
選択的な増加により、回転軸の固有振動数に等し
い周波数での剛性の増加をはかるものであり、工
作機械にも適用できるという利点がある。
第１図は磁気軸受の原理を示す略図、第２図は
磁気軸受の縦断面図、第３図はこの発明の一例を
示すブロツク図、第４図は帯域消去フイルタの出
力の伝達関数の一例を示すグラフ、第５図はセン
サからバンドパスフイルタ出力までの伝達関数を
示すグラフ、第６図はセンサから第１の加算回路
出力までの伝達関数を示すグラフ、第７図は位相
進み回路の伝達関数を示すグラフ、第８図はセン
サから第２の加算回路入力までの第２演算部の伝
達関数を示すグラフである。 １１…ケーシング、１２…回転子、１３…駆動
モータ、１４…回転軸、１５，１６…ラジアル軸
受、１７…スラスト軸受、１５ａ，１６ａ，１７
ａ…ロータ、１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ…ステー
タ、１８…スラストセンサ、１９，１９′，２
０，２０′…ラジアルセンサ、２１…位相補償回
路、２２…帯域消去フイルタ、２３…バンドパス
フイルタ、２４…ゲイン調整器、２５，２８…加
算回路、２６…位相進み回路、２７ノツチフイル
タ、２９…パワー増幅回路。
磁気軸受の縦断面図、第３図はこの発明の一例を
示すブロツク図、第４図は帯域消去フイルタの出
力の伝達関数の一例を示すグラフ、第５図はセン
サからバンドパスフイルタ出力までの伝達関数を
示すグラフ、第６図はセンサから第１の加算回路
出力までの伝達関数を示すグラフ、第７図は位相
進み回路の伝達関数を示すグラフ、第８図はセン
サから第２の加算回路入力までの第２演算部の伝
達関数を示すグラフである。 １１…ケーシング、１２…回転子、１３…駆動
モータ、１４…回転軸、１５，１６…ラジアル軸
受、１７…スラスト軸受、１５ａ，１６ａ，１７
ａ…ロータ、１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ…ステー
タ、１８…スラストセンサ、１９，１９′，２
０，２０′…ラジアルセンサ、２１…位相補償回
路、２２…帯域消去フイルタ、２３…バンドパス
フイルタ、２４…ゲイン調整器、２５，２８…加
算回路、２６…位相進み回路、２７ノツチフイル
タ、２９…パワー増幅回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 回転軸の半径方向の位置を検出する位置セン
サと、回転軸の位置を決定する電磁石を設けた磁
気軸受において、センサ出力から回転軸の固有振
動数を含む所定範囲の周波数を除いて伝達する位
相補償回路からなる第１の演算部と、センサ出力
から上記所定範囲の周波数を取り出し、その位相
を進相させて伝達する第２の演算部と、上記第１
の演算部と第２演算部からの出力を加算して上記
電磁石を制御するパワー部とからなる磁気軸受の
制御装置。 ２ 上記第２演算部は、センサの出力から上記所
定範囲の周波数を取り出すフイルタ回路と、セン
サ出力とフイルタ回路の出力を加算して上記所定
範囲の周波数における伝達関数の位相を進相させ
る進相回路とからな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。 ３ 上記第１の演算部は上記所定範囲の周波数を
消去する帯域フイルタを含む位相補償回路である
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 |
|---|---|---|---|
| JP8547183A JPS59212519A (ja) | 1983-05-14 | 1983-05-14 | 磁気軸受の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8547183A JPS59212519A (ja) | 1983-05-14 | 1983-05-14 | 磁気軸受の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59212519A JPS59212519A (ja) | 1984-12-01 |
| JPS626124B2 true JPS626124B2 (ja) | 1987-02-09 |
Family
ID=13859809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8547183A Granted JPS59212519A (ja) | 1983-05-14 | 1983-05-14 | 磁気軸受の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59212519A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0297713A (ja) * | 1988-10-03 | 1990-04-10 | Ebara Corp | ５軸制御磁気軸受を使用した回転機械 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60164014A (ja) * | 1984-02-03 | 1985-08-27 | Toshiba Corp | 磁気軸受 |
| JPS61244937A (ja) * | 1985-04-24 | 1986-10-31 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 電気機械における機械系の固有振動抑制方式 |
| JPS61286609A (ja) * | 1985-06-11 | 1986-12-17 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | 制御式ラジアル磁気軸受の制御装置 |
| JPS62258222A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 磁気軸受の制御方式 |
| JPH0680328B2 (ja) * | 1986-06-16 | 1994-10-12 | 三菱重工業株式会社 | 磁気軸受制御装置 |
| JPS62258219A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 磁気軸受の制御方式 |
| US4795927A (en) * | 1986-05-02 | 1989-01-03 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Control system for a magnetic type bearing |
| JPH0730790B2 (ja) * | 1987-01-31 | 1995-04-10 | 三菱重工業株式会社 | 磁気軸受制御装置 |
| JPH0254920U (ja) * | 1988-10-14 | 1990-04-20 | ||
| JPH0730791B2 (ja) * | 1989-02-13 | 1995-04-10 | 株式会社荏原製作所 | 磁気軸受制御装置 |
| JP3463218B2 (ja) * | 1993-12-24 | 2003-11-05 | 光洋精工株式会社 | 磁気軸受装置 |
| JP3591111B2 (ja) * | 1996-02-29 | 2004-11-17 | 松下電器産業株式会社 | 磁気軸受制御装置 |
| 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 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3787100A (en) * | 1972-12-11 | 1974-01-22 | Armement Direction Tech Engins | Devices including rotating members supported by magnetic bearings |
| FR2336602A1 (fr) * | 1975-12-24 | 1977-07-22 | Europ Propulsion | Dispositif de compensation des perturbations synchrones dans une suspension magnetique d'un rotor |
| FR2336603A1 (fr) * | 1975-12-24 | 1977-07-22 | Europ Propulsion | Dispositif d'amortissement des frequences critiques d'un rotor suspendu magnetiquement |
-
1983
- 1983-05-14 JP JP8547183A patent/JPS59212519A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0297713A (ja) * | 1988-10-03 | 1990-04-10 | Ebara Corp | ５軸制御磁気軸受を使用した回転機械 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59212519A (ja) | 1984-12-01 |
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