JP2000060169A - 磁気浮上制御装置 - Google Patents
磁気浮上制御装置Info
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フィードバック制御装置の周波数応答特性を
劣化することなく、キャリア周波数の低域化を達成する
ことができる磁気浮上制御装置を提供する。 【解決手段】 電磁石１７ａ，１７ｂの磁気吸引力を利
用して、浮上体１の浮上位置を制御するデジタルコント
ローラ２１を備えた磁気浮上制御装置において、デジタ
ルコントローラ２１は、位置検出用センサに必要なキャ
リア信号を生成し、該信号をデジタル／アナログ変換器
１８にて送出し、且つ該センサの出力信号をアナログ／
デジタル変換器２０を介して再び、デジタル信号処理装
置（ＤＳＰ）１９に入力し、該処理装置がセンサ信号の
同期検波を行う。
劣化することなく、キャリア周波数の低域化を達成する
ことができる磁気浮上制御装置を提供する。 【解決手段】 電磁石１７ａ，１７ｂの磁気吸引力を利
用して、浮上体１の浮上位置を制御するデジタルコント
ローラ２１を備えた磁気浮上制御装置において、デジタ
ルコントローラ２１は、位置検出用センサに必要なキャ
リア信号を生成し、該信号をデジタル／アナログ変換器
１８にて送出し、且つ該センサの出力信号をアナログ／
デジタル変換器２０を介して再び、デジタル信号処理装
置（ＤＳＰ）１９に入力し、該処理装置がセンサ信号の
同期検波を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気軸受や磁気浮
上除振装置等の磁気浮上制御装置に係り、特に電磁石の
磁気吸引力を制御することにより磁性体を備えた浮上体
を非接触で安定に保持する制御装置に関するものであ
る。
上除振装置等の磁気浮上制御装置に係り、特に電磁石の
磁気吸引力を制御することにより磁性体を備えた浮上体
を非接触で安定に保持する制御装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】上述の磁気浮上制御装置は、浮上体を非
接触で安定に保持する機構として、一般に、浮上体の位
置検出部と、検出された位置情報に基づいて電磁石の磁
気吸引力を制御するフィードバック制御装置が必要不可
欠である。図１は、その構成の一例である。位置検出用
センサ２ａ，２ｂは磁気誘導方式と呼ばれているインダ
クタンスの変化により浮上体の位置を非接触で検出する
一般的なセンサであり、バランス用抵抗器３ａ，３ｂ及
び差動アンプ６と共にブリッジ回路を構成している。こ
のブリッジ回路には、発振器５及びバッファアンプ４に
より生成されるキャリア信号が加えられる。浮上体１の
基準位置からの変位に伴い、センサ２ａ，２ｂ間にイン
ダクタンスのアンバランスが生じると、差動アンプ６に
は変位にほぼ比例する振幅を有するセンサ信号が現れ
る。このセンサ信号には、センサと電磁石あるいはセン
サと他の電磁アクチュエータとの間の磁気的結合により
混入するノイズ信号が重畳されているので、キャリア信
号の周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタ７を設
けてこのノイズ成分を除去することが一般に行われてい
る。
接触で安定に保持する機構として、一般に、浮上体の位
置検出部と、検出された位置情報に基づいて電磁石の磁
気吸引力を制御するフィードバック制御装置が必要不可
欠である。図１は、その構成の一例である。位置検出用
センサ２ａ，２ｂは磁気誘導方式と呼ばれているインダ
クタンスの変化により浮上体の位置を非接触で検出する
一般的なセンサであり、バランス用抵抗器３ａ，３ｂ及
び差動アンプ６と共にブリッジ回路を構成している。こ
のブリッジ回路には、発振器５及びバッファアンプ４に
より生成されるキャリア信号が加えられる。浮上体１の
基準位置からの変位に伴い、センサ２ａ，２ｂ間にイン
ダクタンスのアンバランスが生じると、差動アンプ６に
は変位にほぼ比例する振幅を有するセンサ信号が現れ
る。このセンサ信号には、センサと電磁石あるいはセン
サと他の電磁アクチュエータとの間の磁気的結合により
混入するノイズ信号が重畳されているので、キャリア信
号の周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタ７を設
けてこのノイズ成分を除去することが一般に行われてい
る。
【０００３】図１において、帯域通過フィルタ７を通過
したセンサ信号は、そのキャリア周波数成分を除去して
振幅成分のみを抽出するために、検波回路８で処理さ
れ、変位信号としてコントローラ９へ送出される。一
方、電磁石１５ａ，１５ｂは、差動パワーアンプ１２
ａ，１２ｂと電流検出用抵抗器１４ａ，１４ｂから構成
される電圧制御形電流源により励磁される。一般に、電
磁石１５ａ，１５ｂには、加算器１０及び減算器１１を
用いて、直流電源１３の電圧に対応するバイアス電流
と、コントローラ９の制御信号に対応する制御電流を重
畳させて電流を供給する。その結果、電磁石１５ａ，１
５ｂ間に磁気吸引力の差が生じ、この差が浮上体１に作
用する外乱の力や重力を打ち消すことになり、所定の浮
上位置に制御体を保持する。
したセンサ信号は、そのキャリア周波数成分を除去して
振幅成分のみを抽出するために、検波回路８で処理さ
れ、変位信号としてコントローラ９へ送出される。一
方、電磁石１５ａ，１５ｂは、差動パワーアンプ１２
ａ，１２ｂと電流検出用抵抗器１４ａ，１４ｂから構成
される電圧制御形電流源により励磁される。一般に、電
磁石１５ａ，１５ｂには、加算器１０及び減算器１１を
用いて、直流電源１３の電圧に対応するバイアス電流
と、コントローラ９の制御信号に対応する制御電流を重
畳させて電流を供給する。その結果、電磁石１５ａ，１
５ｂ間に磁気吸引力の差が生じ、この差が浮上体１に作
用する外乱の力や重力を打ち消すことになり、所定の浮
上位置に制御体を保持する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のフィードバック
制御装置において、近年、制御系設計時の制御則をハー
ドウエア上で具体化する際の容易性や、制御則を変更す
る際の柔軟性という観点から、磁気浮上制御装置の分野
でもデジタルコントローラを構築する実例が数多く見受
けられる。しかし、デジタルコントローラはアナログコ
ントローラと比べ、変位信号を離散化する際のホールド
要素や演算時間に応じた無駄時間要素といった周波数応
答における余分な遅れ要素がフィードバック制御装置に
含まれるという欠点も有する。このため、磁気軸受や磁
気浮上除振装置等で速応性の優れたフィードバック制御
が要求される場合、浮上体の位置検出部や電磁石の吸引
力制御部では周波数特性の良好なハードウエアを構築す
る必要がある。
制御装置において、近年、制御系設計時の制御則をハー
ドウエア上で具体化する際の容易性や、制御則を変更す
る際の柔軟性という観点から、磁気浮上制御装置の分野
でもデジタルコントローラを構築する実例が数多く見受
けられる。しかし、デジタルコントローラはアナログコ
ントローラと比べ、変位信号を離散化する際のホールド
要素や演算時間に応じた無駄時間要素といった周波数応
答における余分な遅れ要素がフィードバック制御装置に
含まれるという欠点も有する。このため、磁気軸受や磁
気浮上除振装置等で速応性の優れたフィードバック制御
が要求される場合、浮上体の位置検出部や電磁石の吸引
力制御部では周波数特性の良好なハードウエアを構築す
る必要がある。
【０００５】ところで、最近の磁気浮上制御装置におい
ては、非接触支持の長所を活かした真空環境内での利用
や、装置全体の低コスト・小型化を目指したセンサレス
磁気浮上方式の適用が注目されつつある。このセンサレ
ス磁気浮上方式は、浮上体の位置検出に図１に示すセン
サ２ａ，２ｂを用いずに、電磁石１５ａ，１５ｂに直接
キャリア信号を供給し、このインダクタンスの変化から
浮上体の位置を検出するものである。
ては、非接触支持の長所を活かした真空環境内での利用
や、装置全体の低コスト・小型化を目指したセンサレス
磁気浮上方式の適用が注目されつつある。このセンサレ
ス磁気浮上方式は、浮上体の位置検出に図１に示すセン
サ２ａ，２ｂを用いずに、電磁石１５ａ，１５ｂに直接
キャリア信号を供給し、このインダクタンスの変化から
浮上体の位置を検出するものである。
【０００６】そして、このような磁気浮上方式において
は、特にキャリア信号の周波数の低下による位置検出部
の周波数特性の劣化が避けられない。即ち、真空環境内
の磁気浮上制御装置では、真空汚染の観点からセンサと
浮上体との間に薄い金属の圧力隔壁を設けることが望ま
しい。しかしながら、キャリア信号の周波数が高くなる
と、この部分での損失が大きくなるので、キャリア信号
の周波数はなるべく低いことが望ましい。このため、必
然的に低い周波数のキャリア信号を使わざるを得ない。
低い周波数のキャリア信号を用いると、浮上体の位置制
御の周波数帯域と干渉することになる。従って、デジタ
ルコントローラの長所を活かしながら、磁気浮上技術の
応用を更に発展させるためには、位置検出用センサのキ
ャリア周波数の低域化に伴うフィードバック制御装置の
周波数応答の劣化を防ぐ何等かの対策を講じる必要があ
る。
は、特にキャリア信号の周波数の低下による位置検出部
の周波数特性の劣化が避けられない。即ち、真空環境内
の磁気浮上制御装置では、真空汚染の観点からセンサと
浮上体との間に薄い金属の圧力隔壁を設けることが望ま
しい。しかしながら、キャリア信号の周波数が高くなる
と、この部分での損失が大きくなるので、キャリア信号
の周波数はなるべく低いことが望ましい。このため、必
然的に低い周波数のキャリア信号を使わざるを得ない。
低い周波数のキャリア信号を用いると、浮上体の位置制
御の周波数帯域と干渉することになる。従って、デジタ
ルコントローラの長所を活かしながら、磁気浮上技術の
応用を更に発展させるためには、位置検出用センサのキ
ャリア周波数の低域化に伴うフィードバック制御装置の
周波数応答の劣化を防ぐ何等かの対策を講じる必要があ
る。
【０００７】本発明は、上述した事情に鑑みて為された
もので、フィードバック制御装置の周波数応答特性を劣
化することなく、キャリア周波数の低域化を達成するこ
とができる磁気浮上制御装置を提供することを目的とす
る。
もので、フィードバック制御装置の周波数応答特性を劣
化することなく、キャリア周波数の低域化を達成するこ
とができる磁気浮上制御装置を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、浮上体の位置
検出をデジタルコントローラ内で自動的に行うことを特
徴としている。その具体的な方法は以下の通りである。
まず、キャリア信号は、デジタルシグナルプロセッサの
１サンプリング毎の符号反転データをデジタル／アナロ
グ変換器で出力することにより、サンプリング時間の２
倍の周期の方形波として生成される。この方形波信号の
周波数は、市販のデジタルシグナルプロセッサボードの
性能を考慮すると、一般に使用されている位置検出用セ
ンサのキャリア周波数より１桁低いものとなる。一方、
センサを含むブリッジ回路の出力信号は帯域通過フィル
タを通過後、センサ信号として直接アナログ／デジタル
変換器に取り込まれる。デジタル／アナログ変換動作と
アナログ／デジタル変換動作は同期しており、かつ両動
作の間の時間遅延は任意に設定できることから、常にセ
ンサ信号をそのピークの時刻でサンプリングできる。従
って、デジタルシグナルプロセッサが１サンプリング毎
に符号を反転して入力データを処理すれば、自動的に同
期検波を行うことになり、その結果、浮上体の変位のデ
ータが得られる。
検出をデジタルコントローラ内で自動的に行うことを特
徴としている。その具体的な方法は以下の通りである。
まず、キャリア信号は、デジタルシグナルプロセッサの
１サンプリング毎の符号反転データをデジタル／アナロ
グ変換器で出力することにより、サンプリング時間の２
倍の周期の方形波として生成される。この方形波信号の
周波数は、市販のデジタルシグナルプロセッサボードの
性能を考慮すると、一般に使用されている位置検出用セ
ンサのキャリア周波数より１桁低いものとなる。一方、
センサを含むブリッジ回路の出力信号は帯域通過フィル
タを通過後、センサ信号として直接アナログ／デジタル
変換器に取り込まれる。デジタル／アナログ変換動作と
アナログ／デジタル変換動作は同期しており、かつ両動
作の間の時間遅延は任意に設定できることから、常にセ
ンサ信号をそのピークの時刻でサンプリングできる。従
って、デジタルシグナルプロセッサが１サンプリング毎
に符号を反転して入力データを処理すれば、自動的に同
期検波を行うことになり、その結果、浮上体の変位のデ
ータが得られる。
【０００９】上述の同期検波動作における周波数特性
は、デジタルコントローラが本来有する遅れ要素でほぼ
決定される。従って、フィードバック制御システムの周
波数応答を劣化させることなくキャリア周波数の低域化
を実現できる。位置検出用センサを備えた通常の磁気浮
上制御装置では、得られた変位データをデジタル信号処
理装置内で適当な制御アルゴリズムに基づくフィードバ
ック補正データに変換し、もう１つのデジタル／アナロ
グ変換器により制御信号として送出する。また、電流検
出用センサを用いたセンサレス磁気浮上装置では、キャ
リア信号に制御信号を重畳させて１つのデジタル／アナ
ログ変換器で送出することが可能となる。この点で、本
発明は、デジタルコントローラの長所を最大限に活用す
ることきできる磁気浮上体制御システムであるといえ
る。尚、この同期検波方式は、アナログ回路を用いて構
成してもよい。
は、デジタルコントローラが本来有する遅れ要素でほぼ
決定される。従って、フィードバック制御システムの周
波数応答を劣化させることなくキャリア周波数の低域化
を実現できる。位置検出用センサを備えた通常の磁気浮
上制御装置では、得られた変位データをデジタル信号処
理装置内で適当な制御アルゴリズムに基づくフィードバ
ック補正データに変換し、もう１つのデジタル／アナロ
グ変換器により制御信号として送出する。また、電流検
出用センサを用いたセンサレス磁気浮上装置では、キャ
リア信号に制御信号を重畳させて１つのデジタル／アナ
ログ変換器で送出することが可能となる。この点で、本
発明は、デジタルコントローラの長所を最大限に活用す
ることきできる磁気浮上体制御システムであるといえ
る。尚、この同期検波方式は、アナログ回路を用いて構
成してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。
て、添付図面を参照しながら説明する。
【００１１】図２は、本発明の磁気浮上制御装置の一実
施形態の要部を示す。端子Ｔ1，Ｔ2及びＴ3は、図１の
各端子Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3に対応し、デジタルコントローラ
２１は図１において発振器５、検波回路８及びコントロ
ーラ９と置き換えられている。尚、デジタルコントロー
ラ２１以外の部分の磁気浮上制御装置の構成は、図１に
示したものと同様である。即ち、浮上体の位置検出を、
従来の発振器５及び検波回路８の機能をデジタル信号処
理装置の機能で置き換えたものである。又、従来のフィ
ードバック制御のためのアナログコントローラ９の機能
も、デジタル信号処理装置２１の動作に置き換えられて
いる。即ち、浮上体の位置検出をデジタルコントローラ
２１内で自動的に行うように、そのプログラムを設定し
ている。
施形態の要部を示す。端子Ｔ1，Ｔ2及びＴ3は、図１の
各端子Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3に対応し、デジタルコントローラ
２１は図１において発振器５、検波回路８及びコントロ
ーラ９と置き換えられている。尚、デジタルコントロー
ラ２１以外の部分の磁気浮上制御装置の構成は、図１に
示したものと同様である。即ち、浮上体の位置検出を、
従来の発振器５及び検波回路８の機能をデジタル信号処
理装置の機能で置き換えたものである。又、従来のフィ
ードバック制御のためのアナログコントローラ９の機能
も、デジタル信号処理装置２１の動作に置き換えられて
いる。即ち、浮上体の位置検出をデジタルコントローラ
２１内で自動的に行うように、そのプログラムを設定し
ている。
【００１２】図４は、各端子の信号波形と、デジタル信
号処理装置１９の同期検波動作の一例を示す。浮上体の
デジタル信号処理装置による位置検出の具体的な方法は
以下の通りである。まず、キャリア信号は、デジタル信
号処理装置の１サンプリング時間Δ毎の符号反転データ
を、デジタル／アナログ変換器で出力することにより、
サンプリング時間Δの２倍の周期２Δの方形波信号とし
て生成される。この方形波信号の周波数（１／２Δ）
は、市販のデジタルシグナルプロセッサボードの性能を
考慮すると、一般に使用されている位置検出用センサの
キャリア周波数より１桁低いものとなる。この方形波信
号はキャリア信号としてバッファアンプ４に与えられ
る。バッファアンプ４の方形波出力は、位置検出用セン
サ２ａ，２ｂの励磁コイルに供給され、浮上体１の変位
に伴うインダクタンスの変化がブリッジ回路３ａ，３ｂ
の出力電圧の変化として現れ、差動アンプ６に入力され
る。
号処理装置１９の同期検波動作の一例を示す。浮上体の
デジタル信号処理装置による位置検出の具体的な方法は
以下の通りである。まず、キャリア信号は、デジタル信
号処理装置の１サンプリング時間Δ毎の符号反転データ
を、デジタル／アナログ変換器で出力することにより、
サンプリング時間Δの２倍の周期２Δの方形波信号とし
て生成される。この方形波信号の周波数（１／２Δ）
は、市販のデジタルシグナルプロセッサボードの性能を
考慮すると、一般に使用されている位置検出用センサの
キャリア周波数より１桁低いものとなる。この方形波信
号はキャリア信号としてバッファアンプ４に与えられ
る。バッファアンプ４の方形波出力は、位置検出用セン
サ２ａ，２ｂの励磁コイルに供給され、浮上体１の変位
に伴うインダクタンスの変化がブリッジ回路３ａ，３ｂ
の出力電圧の変化として現れ、差動アンプ６に入力され
る。
【００１３】センサを含むブリッジ回路の出力信号は帯
域通過フィルタ７を通過後、センサ信号として直接アナ
ログ／デジタル変換器２０に取り込まれる。デジタル／
アナログ変換動作とアナログ／デジタル変換動作は同期
しており、かつ両動作の間の時間遅延は任意に設定でき
ることから、常にセンサ信号をそのピークの時刻でサン
プルできる。従って、デジタル信号処理装置が１サンプ
リング毎に符号を反転して入力データを処理すれば、自
動的に同期検波を行うことになり、その結果、浮上体の
変位のデータが得られる。
域通過フィルタ７を通過後、センサ信号として直接アナ
ログ／デジタル変換器２０に取り込まれる。デジタル／
アナログ変換動作とアナログ／デジタル変換動作は同期
しており、かつ両動作の間の時間遅延は任意に設定でき
ることから、常にセンサ信号をそのピークの時刻でサン
プルできる。従って、デジタル信号処理装置が１サンプ
リング毎に符号を反転して入力データを処理すれば、自
動的に同期検波を行うことになり、その結果、浮上体の
変位のデータが得られる。
【００１４】即ち、差動アンプ６の出力は、帯域通過フ
ィルタ７の高調波減衰の効果により、主に周波数が１／
２△の基本波成分からなるセンサ信号としてアナログ／
デジタル変換器２０に与えられる。図４（ｂ）の実線
は、外乱の力により浮上体１が基準位置より上にずれた
位置から下方に直線的に移動する際のセンサ信号を示し
ている。また、図４（ｂ）の点線はその振幅成分であ
り、浮上体の変位に対応する。
ィルタ７の高調波減衰の効果により、主に周波数が１／
２△の基本波成分からなるセンサ信号としてアナログ／
デジタル変換器２０に与えられる。図４（ｂ）の実線
は、外乱の力により浮上体１が基準位置より上にずれた
位置から下方に直線的に移動する際のセンサ信号を示し
ている。また、図４（ｂ）の点線はその振幅成分であ
り、浮上体の変位に対応する。
【００１５】この時、アナログ／デジタル変換動作とデ
ジタル／アナログ変換動作との間に△／２の時間遅延が
設定されていたとすると、図４（ｃ）の実線で示すよう
に、センサ信号はそのピークの時刻でサンプルされる。
このサンプルデータを１サンプリング毎に符号を反転し
て処理すると、図４（ｃ）の矢印と点線で示すように、
１つ置きにデータの符号が変る。結果として、図４
（ｂ）の振幅成分に対する同期検波が行われ、図４
（ｄ）に示すように浮上体１の変位に関するデータが得
られたことになる。
ジタル／アナログ変換動作との間に△／２の時間遅延が
設定されていたとすると、図４（ｃ）の実線で示すよう
に、センサ信号はそのピークの時刻でサンプルされる。
このサンプルデータを１サンプリング毎に符号を反転し
て処理すると、図４（ｃ）の矢印と点線で示すように、
１つ置きにデータの符号が変る。結果として、図４
（ｂ）の振幅成分に対する同期検波が行われ、図４
（ｄ）に示すように浮上体１の変位に関するデータが得
られたことになる。
【００１６】得られた変位データは適当な制御アルゴリ
ズムに従って、デジタル信号処理装置１９内で処理さ
れ、制御信号としてデジタル／アナログ変換器１８ｂに
より端子Ｔ3へ電磁石電流に対応する制御信号として送
出される。図４（ｄ）の実線は変位のデータを直接送出
した場合の制御信号の波形を示す。図４（ｄ）の点線が
示すように、階段状に制御信号の平均波形は図４（ｂ）
の点線で示した元の振幅成分の波形より時間的にサンプ
リング時間△だけ遅れている。この遅れはデジタルコン
トローラ２１が本来有するホールド要素と無駄時間要素
によるものであり、本方法ではセンサ信号の検波に伴う
他の遅れ要素は原理的に存在しない。
ズムに従って、デジタル信号処理装置１９内で処理さ
れ、制御信号としてデジタル／アナログ変換器１８ｂに
より端子Ｔ3へ電磁石電流に対応する制御信号として送
出される。図４（ｄ）の実線は変位のデータを直接送出
した場合の制御信号の波形を示す。図４（ｄ）の点線が
示すように、階段状に制御信号の平均波形は図４（ｂ）
の点線で示した元の振幅成分の波形より時間的にサンプ
リング時間△だけ遅れている。この遅れはデジタルコン
トローラ２１が本来有するホールド要素と無駄時間要素
によるものであり、本方法ではセンサ信号の検波に伴う
他の遅れ要素は原理的に存在しない。
【００１７】図３は、信号重畳方式のセンサレス磁気浮
上制御装置に適用する場合の実施形態を示す。電磁石１
７ａ，１７ｂは斜線部で示す永久磁石が組み込まれたハ
イブリッド型磁石と呼ばれているもので、永久磁石によ
り生成する磁束でバイアス電流を必要とせず、省エネル
ギー化が可能なため、その適用事例も多い。この構成で
は、電磁石１７ａ，１７ｂ間の磁気吸引力がパワーアン
プ２２を用いて電磁石１７ａ，１７ｂに制御電圧を印加
することにより生じることになる。
上制御装置に適用する場合の実施形態を示す。電磁石１
７ａ，１７ｂは斜線部で示す永久磁石が組み込まれたハ
イブリッド型磁石と呼ばれているもので、永久磁石によ
り生成する磁束でバイアス電流を必要とせず、省エネル
ギー化が可能なため、その適用事例も多い。この構成で
は、電磁石１７ａ，１７ｂ間の磁気吸引力がパワーアン
プ２２を用いて電磁石１７ａ，１７ｂに制御電圧を印加
することにより生じることになる。
【００１８】浮上体１には、両電磁石１７ａ，１７ｂの
磁気吸引力の差が作用する。デジタル／アナログ変換器
１８は、図４（ａ）のキャリア信号と図４（ｄ）の制御
信号を重畳させた信号をパワーアンプ１６に送出する。
その結果、各電磁石１７ａ，１７ｂの励磁電流には、制
御信号による大振幅低周波成分と、キャリア信号による
小振幅高周波成分が含まれる。前者の成分は、周波数が
低いため、浮上体１の運動に影響を与える。一方、後者
の成分は、周波数が高いため、浮上体１の運動には影響
を与えないが、逆に浮上体１の位置に応じた振幅の変化
という影響を前者の成分よりも敏感に受ける。従って、
電流検出用抵抗器１４ａ，１４ｂと差動アンプ６を設け
てブリッジ回路を構成し、その出力を帯域通過フィルタ
７に通すことにより、図４（ｂ）に示したようなセンサ
信号が同様に得られる。
磁気吸引力の差が作用する。デジタル／アナログ変換器
１８は、図４（ａ）のキャリア信号と図４（ｄ）の制御
信号を重畳させた信号をパワーアンプ１６に送出する。
その結果、各電磁石１７ａ，１７ｂの励磁電流には、制
御信号による大振幅低周波成分と、キャリア信号による
小振幅高周波成分が含まれる。前者の成分は、周波数が
低いため、浮上体１の運動に影響を与える。一方、後者
の成分は、周波数が高いため、浮上体１の運動には影響
を与えないが、逆に浮上体１の位置に応じた振幅の変化
という影響を前者の成分よりも敏感に受ける。従って、
電流検出用抵抗器１４ａ，１４ｂと差動アンプ６を設け
てブリッジ回路を構成し、その出力を帯域通過フィルタ
７に通すことにより、図４（ｂ）に示したようなセンサ
信号が同様に得られる。
【００１９】このような信号重畳方式のセンサレス磁気
浮上制御装置において、重要なことはキャリア信号の周
波数が高すぎると高周波電流が電磁石に流せなくなると
いう点である。電流検出における信号対雑音の比という
観点からも、キャリア周波数の低域化は必要であり、こ
の点でもデジタル信号処理装置１９を用いて信号処理す
ることは有用であるといえる。尚、上記実施形態で示し
たデジタルコントローラによる同期検波方式の制御装置
は、一対の電磁石を用いて説明してあるが、実際には二
対以上の電磁石が用いられることは言うまでもないこと
である。
浮上制御装置において、重要なことはキャリア信号の周
波数が高すぎると高周波電流が電磁石に流せなくなると
いう点である。電流検出における信号対雑音の比という
観点からも、キャリア周波数の低域化は必要であり、こ
の点でもデジタル信号処理装置１９を用いて信号処理す
ることは有用であるといえる。尚、上記実施形態で示し
たデジタルコントローラによる同期検波方式の制御装置
は、一対の電磁石を用いて説明してあるが、実際には二
対以上の電磁石が用いられることは言うまでもないこと
である。
【００２０】図５は、本発明の他の実施形態の同期検波
による浮上体の位置検出方式を示す。この方式において
は、コントローラはデジタルに限らず、アナログ方式で
もよい。位置検出用センサＬ1，Ｌ2は、外部抵抗Ｒ1，
Ｒ2とブリッジ回路２４に結線され、発振器２３より基
準周波数ｆ0の正弦波信号Ｖ0が供給される。ブリッジ回
路２４の出力は、増幅器２５により増幅され、帯域通過
フィルタ（ＢＰＦ）２６により基準周波数ｆ0成分が通
過する。発信器２３の周波数は、一例として１０ｋＨｚ
以下に設定され、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２６も、
これに合わせて設定される。帯域通過フィルタ（ＢＰ
Ｆ）２６を通過後の信号ＶFは、全波整流回路２７によ
り検波信号ＶRに変換され、その振幅がサンプルホール
ド回路３０により同期検波される。ここで、ブリッジ回
路２４の外部抵抗Ｒ1，Ｒ2を Ｒ1≠Ｒ2 とすることにより、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２６通
過後の信号ＶFの振幅はゼロとなることが無い。それ
故、この信号ＶFを移相器２８により、位相のシフトを
行い、パルス発生器２９でこれに同期してパルスを発生
し、サンプルホールド回路３０で全波整流された信号Ｖ
Rをサンプルホールドすることにより、同期検波信号ＶH
が得られる。図６に示すように、パルス発生器の出力パ
ルスＶTは、例え基準信号Ｖ0とセンサ出力ＶFとの間に
位相のズレがあっても、信号ＶRのピークで生成され
る。従って、サンプリング時間△毎に、浮上体の変位Ｘ
に対応した直線性の良好な同期検波が行える。
による浮上体の位置検出方式を示す。この方式において
は、コントローラはデジタルに限らず、アナログ方式で
もよい。位置検出用センサＬ1，Ｌ2は、外部抵抗Ｒ1，
Ｒ2とブリッジ回路２４に結線され、発振器２３より基
準周波数ｆ0の正弦波信号Ｖ0が供給される。ブリッジ回
路２４の出力は、増幅器２５により増幅され、帯域通過
フィルタ（ＢＰＦ）２６により基準周波数ｆ0成分が通
過する。発信器２３の周波数は、一例として１０ｋＨｚ
以下に設定され、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２６も、
これに合わせて設定される。帯域通過フィルタ（ＢＰ
Ｆ）２６を通過後の信号ＶFは、全波整流回路２７によ
り検波信号ＶRに変換され、その振幅がサンプルホール
ド回路３０により同期検波される。ここで、ブリッジ回
路２４の外部抵抗Ｒ1，Ｒ2を Ｒ1≠Ｒ2 とすることにより、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２６通
過後の信号ＶFの振幅はゼロとなることが無い。それ
故、この信号ＶFを移相器２８により、位相のシフトを
行い、パルス発生器２９でこれに同期してパルスを発生
し、サンプルホールド回路３０で全波整流された信号Ｖ
Rをサンプルホールドすることにより、同期検波信号ＶH
が得られる。図６に示すように、パルス発生器の出力パ
ルスＶTは、例え基準信号Ｖ0とセンサ出力ＶFとの間に
位相のズレがあっても、信号ＶRのピークで生成され
る。従って、サンプリング時間△毎に、浮上体の変位Ｘ
に対応した直線性の良好な同期検波が行える。
【００２１】尚、これらの制御回路例は、位置検出用セ
ンサを用いた通常の磁気浮上制御装置及びセンサレス磁
気浮上制御装置における一構成例を示すものであり、本
発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能
であることは勿論である。
ンサを用いた通常の磁気浮上制御装置及びセンサレス磁
気浮上制御装置における一構成例を示すものであり、本
発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能
であることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の磁気浮
上制御装置によれば、浮上体の位置検出におけるキャリ
ア周波数の低域化が、デジタルコントローラにキャリア
信号の生成と同期検波動作を行わせることで実現でき
る。このため、浮上体の位置検出動作と、浮上位置制御
動作との周波数帯が重複しても、両者を両立させること
ができ、磁気浮上制御装置の応用範囲の拡大がおおいに
期待できる。
上制御装置によれば、浮上体の位置検出におけるキャリ
ア周波数の低域化が、デジタルコントローラにキャリア
信号の生成と同期検波動作を行わせることで実現でき
る。このため、浮上体の位置検出動作と、浮上位置制御
動作との周波数帯が重複しても、両者を両立させること
ができ、磁気浮上制御装置の応用範囲の拡大がおおいに
期待できる。
【図１】磁気浮上制御装置の一般的な構成例を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】本発明の磁気浮上制御装置の一実施形態の要部
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図３】本発明のセンサレス磁気浮上制御装置の一実施
形態を示すブロック図である。
形態を示すブロック図である。
【図４】デジタルコントローラによる同期検波の動作を
説明するための波形図である。
説明するための波形図である。
【図５】本発明の磁気浮上制御装置の他の実施形態の要
部を示すブロック図である。
部を示すブロック図である。
【図６】図５に示す回路による同期検波の動作を説明す
るための波形図である。
るための波形図である。
【符号の説明】 １ 浮上体 ２ 位置検出用センサ ３ バランス用抵抗器 ４ バッファアンプ ５ 発振器 ６ 差動アンプ ７ 帯域通過フィルタ ８ 検波回路 ９ コントローラ １０ 加算器 １１ 減算器 １２ 差動パワーアンプ １３ 直流電源 １４ 電流検出用抵抗器 １５ 電磁石 １６ パワーアンプ １７ ハイブリッド電磁石 １８ デジタル／アナログ変換器 １９ デジタル信号処理装置（ＤＳＰ） ２０ アナログ／デジタル変換器 ２１ デジタルコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H303 AA30 BB01 CC02 DD12 FF04 GG06 HH04 LL02 QQ01
Claims (4)
- 【請求項１】 電磁石の磁気吸引力を利用して、浮上体
の浮上位置を制御するデジタルコントローラを備えた磁
気浮上制御装置において、前記デジタルコントローラ
は、位置検出用センサに必要なキャリア信号を生成し、
該信号をデジタル／アナログ変換器にて送出し、且つ該
センサの出力信号をアナログ／デジタル変換器を介して
再び、デジタル信号処理装置に入力し、該処理装置が前
記センサ信号の同期検波を行うことを特徴とする磁気浮
上制御装置。 - 【請求項２】 前記浮上体の位置検出は、サンプリング
時間Δ毎の符号反転データの方形波信号をデジタル信号
処理装置で発生し、該方形波に対応した浮上体のセンサ
信号を再びデジタル信号処理装置に取り込み、該センサ
信号のピークの時刻でサンプリングを行い、該サンプリ
ングデータを１サンプリング毎に符号を反転して処理す
ることにより、前記浮上体の位置データとすることを特
徴とする請求項１記載の磁気浮上制御装置。 - 【請求項３】 前記デジタルコントローラは、電磁石電
流制御信号とキャリア信号とを前記デジタル信号処理装
置で生成し、１つのデジタル／アナログ変換器にて電力
増幅器を介して電磁石に送出し、前記電磁石を位置検出
用センサとして利用して浮上体の位置検出と位置制御を
同時に行うことを特徴とする請求項１記載の磁気浮上制
御装置。 - 【請求項４】 電磁石の磁気吸引力を利用して、浮上体
の浮上位置を制御するコントローラを備えた磁気浮上制
御装置において、前記浮上体の位置検出は、位置検出セ
ンサに必要なキャリア信号を発信器で生成し、該センサ
の出力を帯域通過フィルタを通して全波整流し、その信
号ピークを検知するように帯域通過フィルタの出力信号
を移送器を通してパルス発生器に送り、生成されたパル
スのタイミングでサンプルホールドし、変位信号データ
をコントローラへ送ることを特徴とする磁気浮上制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23233798A JP3649595B2 (ja) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | 磁気浮上制御装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23233798A JP3649595B2 (ja) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | 磁気浮上制御装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000060169A true JP2000060169A (ja) | 2000-02-25 |
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| JP3649595B2 JP3649595B2 (ja) | 2005-05-18 |
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|---|---|---|---|
| JP23233798A Expired - Fee Related JP3649595B2 (ja) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | 磁気浮上制御装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3649595B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001086159A1 (fr) * | 2000-05-08 | 2001-11-15 | Tokyo Denki University | Dispositif de levitation magnetique sans capteur |
| JP2005061573A (ja) * | 2003-08-19 | 2005-03-10 | Shimadzu Corp | 磁気軸受制御装置および磁気浮上装置 |
| WO2006028317A1 (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Korea Institute Of Machinery And Materials | Levitation control apparatus for magnetic levitation train and method thereof |
| JP2012074972A (ja) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Ebara Corp | 電磁石制御装置 |
| JP2014152829A (ja) * | 2013-02-06 | 2014-08-25 | Shimadzu Corp | 磁気軸受装置および真空ポンプ |
| US9657774B2 (en) | 2013-08-14 | 2017-05-23 | Shimadzu Corporation | Magnetic bearing device and vacuum pump |
| CN109099062A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-28 | 西安交通大学 | 一种基于线圈纹波电流斜率估计的自传感电磁轴承 |
| CN109787515A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-21 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种功耗控制装置、磁悬浮系统及其功耗控制方法 |
| WO2022126872A1 (zh) * | 2020-12-18 | 2022-06-23 | 天津飞旋科技股份有限公司 | 磁悬浮轴承、磁悬浮轴承控制系统和控制方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102047876B1 (ko) | 2017-10-24 | 2019-12-02 | 엘지전자 주식회사 | 자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터 |
-
1998
- 1998-08-04 JP JP23233798A patent/JP3649595B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| WO2001086159A1 (fr) * | 2000-05-08 | 2001-11-15 | Tokyo Denki University | Dispositif de levitation magnetique sans capteur |
| JP2005061573A (ja) * | 2003-08-19 | 2005-03-10 | Shimadzu Corp | 磁気軸受制御装置および磁気浮上装置 |
| WO2006028317A1 (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Korea Institute Of Machinery And Materials | Levitation control apparatus for magnetic levitation train and method thereof |
| KR100626333B1 (ko) * | 2004-09-10 | 2006-09-20 | 한국기계연구원 | 자기부상열차의 부상제어 장치 및 방법 |
| JP2012074972A (ja) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Ebara Corp | 電磁石制御装置 |
| JP2014152829A (ja) * | 2013-02-06 | 2014-08-25 | Shimadzu Corp | 磁気軸受装置および真空ポンプ |
| US9347489B2 (en) | 2013-02-06 | 2016-05-24 | Shimadzu Corporation | Magnetic bearing device and vacuum pump |
| US9816514B2 (en) | 2013-08-14 | 2017-11-14 | Shimadzu Corporation | Magnetic bearing device and vacuum pump |
| US9657774B2 (en) | 2013-08-14 | 2017-05-23 | Shimadzu Corporation | Magnetic bearing device and vacuum pump |
| CN109099062A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-28 | 西安交通大学 | 一种基于线圈纹波电流斜率估计的自传感电磁轴承 |
| CN109099062B (zh) * | 2018-09-11 | 2020-02-11 | 西安交通大学 | 一种基于线圈纹波电流斜率估计的自传感电磁轴承 |
| CN109787515A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-21 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种功耗控制装置、磁悬浮系统及其功耗控制方法 |
| CN109787515B (zh) * | 2018-12-17 | 2020-03-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种功耗控制装置、磁悬浮系统及其功耗控制方法 |
| WO2020125077A1 (zh) * | 2018-12-17 | 2020-06-25 | 珠海格力电器股份有限公司 | 功耗控制装置、磁悬浮系统及功耗控制方法 |
| US11973400B2 (en) | 2018-12-17 | 2024-04-30 | Gree Electric Appliances, Inc. Of Zhuhai | Power consumption control device, magnetic levitation system, and power consumption control method |
| WO2022126872A1 (zh) * | 2020-12-18 | 2022-06-23 | 天津飞旋科技股份有限公司 | 磁悬浮轴承、磁悬浮轴承控制系统和控制方法 |
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