JP2000257633A - 磁気軸受制御装置 - Google Patents
磁気軸受制御装置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
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
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- F16C32/044—Active magnetic bearings
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- F16C32/0406—Magnetic bearings
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-
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- F16C2322/39—General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速回転させたときのスラスト円盤に発生す
る渦電流を低減し、回転体の発熱を低減させることがで
きる磁気軸受制御装置を提供する。 【解決手段】 回転体を所定の位置に支持する電磁石
と、前記回転体の位置を検出するセンサと、前記センサ
のセンサ信号により前記電磁石に流す電流を制御する回
路を含み、高速で回転する回転体を高剛性に非接触支持
するスラスト磁気軸受の制御装置であって、前記センサ
信号から回転体５０の固有振動数成分を減衰させるノッ
チフィルタ回路２と、ノッチフィルタ回路２の出力から
回転周波数の成分を減衰させる回転周波数信号減衰回路
３と、回転周波数信号減衰回路３の出力と回転体５０の
位置基準信号の差を演算する偏差回路４と、偏差回路４
よりの偏差信号を位相補償する位相補償回路５を備え、
回転体５０を支持する電磁石５３及び５４に流す電流を
前記位相補償された偏差信号に基づき制御するようにし
たものである。
る渦電流を低減し、回転体の発熱を低減させることがで
きる磁気軸受制御装置を提供する。 【解決手段】 回転体を所定の位置に支持する電磁石
と、前記回転体の位置を検出するセンサと、前記センサ
のセンサ信号により前記電磁石に流す電流を制御する回
路を含み、高速で回転する回転体を高剛性に非接触支持
するスラスト磁気軸受の制御装置であって、前記センサ
信号から回転体５０の固有振動数成分を減衰させるノッ
チフィルタ回路２と、ノッチフィルタ回路２の出力から
回転周波数の成分を減衰させる回転周波数信号減衰回路
３と、回転周波数信号減衰回路３の出力と回転体５０の
位置基準信号の差を演算する偏差回路４と、偏差回路４
よりの偏差信号を位相補償する位相補償回路５を備え、
回転体５０を支持する電磁石５３及び５４に流す電流を
前記位相補償された偏差信号に基づき制御するようにし
たものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気軸受制御装置、
特に、スラスト磁気軸受を構成する電磁石に流す電流を
制御して回転体を所定位置に支持する磁気軸受制御装置
に関するものである。
特に、スラスト磁気軸受を構成する電磁石に流す電流を
制御して回転体を所定位置に支持する磁気軸受制御装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】以下図面を参照しながら従来の磁気軸受
制御装置の一例について説明する。図５は従来の磁気軸
受制御装置の回路構成を示すブロック図で、スラスト磁
気軸受の制御装置を示している。図６は一般的なスラス
ト磁気軸受の構成を示す断面図である。
制御装置の一例について説明する。図５は従来の磁気軸
受制御装置の回路構成を示すブロック図で、スラスト磁
気軸受の制御装置を示している。図６は一般的なスラス
ト磁気軸受の構成を示す断面図である。
【０００３】図５に示す磁気軸受制御装置は、センサ回
路３１、ノッチフィルタ回路３２、偏差回路３３、位相
補償回路３４、パワー増幅回路３５及び制御対象３６で
構成されており、図６に示すような磁気軸受に適用され
るものである。すなわち、図６に示すように回転体５０
は電磁石５３及び５４により支持され、これら電磁石５
３及び５４は回転体５０を取り巻くリング状に形成され
て、回転体５０のフランジ５０Ａに近接して配置されて
いる。これら電磁石５３及び５４は制御対象３６に相当
するものであり、スラスト磁気軸受の制御回路５５（図
５に示すセンサ回路３１、ノッチフィルタ回路３２、偏
差回路３３、位相補償回路３４、パワー増幅回路３５）
により制御される。
路３１、ノッチフィルタ回路３２、偏差回路３３、位相
補償回路３４、パワー増幅回路３５及び制御対象３６で
構成されており、図６に示すような磁気軸受に適用され
るものである。すなわち、図６に示すように回転体５０
は電磁石５３及び５４により支持され、これら電磁石５
３及び５４は回転体５０を取り巻くリング状に形成され
て、回転体５０のフランジ５０Ａに近接して配置されて
いる。これら電磁石５３及び５４は制御対象３６に相当
するものであり、スラスト磁気軸受の制御回路５５（図
５に示すセンサ回路３１、ノッチフィルタ回路３２、偏
差回路３３、位相補償回路３４、パワー増幅回路３５）
により制御される。
【０００４】一方、回転体の軸方向の変位は、センサ５
１及び５２により検出される。これらセンサ５１及び５
２としては、よく知られた渦電流センサ,静電容量セン
サ,光センサなとが用いられる。センサ５１及び５２に
接続されているセンサ回路３１の出力信号はノッチフィ
ルタ回路３２により回転体５０の固有振動の周波数成分
を減衰させ、偏差回路３３にフィードバックされ、偏差
回路３３は回転体５０の位置基準信号と前記ノッチフィ
ルタ回路３２の出力信号の差を演算し、その偏差信号を
位相補償回路３４に出力して位相補償を施す。位相補償
を施された信号はパワー増幅回路３５に出力され、パワ
ー増幅回路３５は制御対象３６内の電磁石５３及び５４
に電流を供給して磁気軸受けの制御が行われる。
１及び５２により検出される。これらセンサ５１及び５
２としては、よく知られた渦電流センサ,静電容量セン
サ,光センサなとが用いられる。センサ５１及び５２に
接続されているセンサ回路３１の出力信号はノッチフィ
ルタ回路３２により回転体５０の固有振動の周波数成分
を減衰させ、偏差回路３３にフィードバックされ、偏差
回路３３は回転体５０の位置基準信号と前記ノッチフィ
ルタ回路３２の出力信号の差を演算し、その偏差信号を
位相補償回路３４に出力して位相補償を施す。位相補償
を施された信号はパワー増幅回路３５に出力され、パワ
ー増幅回路３５は制御対象３６内の電磁石５３及び５４
に電流を供給して磁気軸受けの制御が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な構成では、高剛性な磁気軸受スピンドルにおいては、
これを高速回転させたときに、回転体のバランス状態に
より、重心回りの回転モードで振れまわりが発生した
り、または、スラストセンサターゲットの加工精度によ
っても振れまわりが発生するので、この振れまわりを抑
えるために制御電流を変化させているが、このように制
御電流を変化させると磁束密度が変化して、スラスト円
盤に渦電流が発生し、渦電流損が生じて回転体が発熱す
るという問題点があり、また、工作機械用の高速磁気軸
受スピンドルに適用したとき、上述の振れまわりによ
り、スラスト方向に微振動が発生して、加工面性状の劣
化をきたす等の問題点があった。
な構成では、高剛性な磁気軸受スピンドルにおいては、
これを高速回転させたときに、回転体のバランス状態に
より、重心回りの回転モードで振れまわりが発生した
り、または、スラストセンサターゲットの加工精度によ
っても振れまわりが発生するので、この振れまわりを抑
えるために制御電流を変化させているが、このように制
御電流を変化させると磁束密度が変化して、スラスト円
盤に渦電流が発生し、渦電流損が生じて回転体が発熱す
るという問題点があり、また、工作機械用の高速磁気軸
受スピンドルに適用したとき、上述の振れまわりによ
り、スラスト方向に微振動が発生して、加工面性状の劣
化をきたす等の問題点があった。
【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
であり、高速回転させたときのスラスト円盤に発生する
渦電流を低減し、回転体の発熱を低減させることができ
る磁気軸受制御装置を提供することを目的とする。
であり、高速回転させたときのスラスト円盤に発生する
渦電流を低減し、回転体の発熱を低減させることができ
る磁気軸受制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段 】本発明の磁気軸受制御
装置は、回転体を所定の位置に支持する電磁石と、前記
回転体の位置を検出するセンサと、前記センサのセンサ
信号により前記電磁石に流す電流を制御する回路を含
み、高速で回転する回転体を高剛性に非接触支持するス
ラスト磁気軸受の制御装置であって、前記センサ信号か
ら回転体の固有振動数成分を減衰させるノッチフィルタ
回路と、前記ノッチフィルタ回路の出力から回転周波数
の成分を減衰させる演算回路と、前記演算回路の出力と
回転体の位置基準信号の差を演算する偏差回路と、前記
偏差回路よりの偏差信号を位相補償する位相補償回路を
備え、回転体を支持する電磁石に流す電流を前記位相補
償された偏差信号に基づきを制御するようにしたもので
ある。
装置は、回転体を所定の位置に支持する電磁石と、前記
回転体の位置を検出するセンサと、前記センサのセンサ
信号により前記電磁石に流す電流を制御する回路を含
み、高速で回転する回転体を高剛性に非接触支持するス
ラスト磁気軸受の制御装置であって、前記センサ信号か
ら回転体の固有振動数成分を減衰させるノッチフィルタ
回路と、前記ノッチフィルタ回路の出力から回転周波数
の成分を減衰させる演算回路と、前記演算回路の出力と
回転体の位置基準信号の差を演算する偏差回路と、前記
偏差回路よりの偏差信号を位相補償する位相補償回路を
備え、回転体を支持する電磁石に流す電流を前記位相補
償された偏差信号に基づきを制御するようにしたもので
ある。
【０００８】この発明によれば、回転周波数の成分を位
相補償回路通過前に減衰させると共に、スラスト電磁石
の制御電流の回転周波数成分を減衰させることにより、
スラスト電磁石の制御電流の変化による磁束密度の変化
が抑制されて回転体の発熱を抑制することができ、さら
に、工作機械用の高速磁気軸受スピンドルに適用したと
き、スラスト電磁石の制御電流の回転周波数成分を減衰
することにより、スラスト方向に発生する微振動が抑制
され、加工面性状の劣化を低減することが可能となる。
相補償回路通過前に減衰させると共に、スラスト電磁石
の制御電流の回転周波数成分を減衰させることにより、
スラスト電磁石の制御電流の変化による磁束密度の変化
が抑制されて回転体の発熱を抑制することができ、さら
に、工作機械用の高速磁気軸受スピンドルに適用したと
き、スラスト電磁石の制御電流の回転周波数成分を減衰
することにより、スラスト方向に発生する微振動が抑制
され、加工面性状の劣化を低減することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【００１０】図1は本発明の磁気軸受制御装置の一実施
の形態における回路構成を示すブロック図、図２は本発
明の磁気軸受制御装置の一実施の形態における回転周波
数信号減衰回路の一例を示すブロック図、図３は図２に
示す回転周波数信号減衰回路に用いられる電圧同調バン
ドパスフィルタの特性を示すゲイン線図、図４は図２に
示す回転周波数信号減衰回路の特性を示すゲイン線図で
ある。
の形態における回路構成を示すブロック図、図２は本発
明の磁気軸受制御装置の一実施の形態における回転周波
数信号減衰回路の一例を示すブロック図、図３は図２に
示す回転周波数信号減衰回路に用いられる電圧同調バン
ドパスフィルタの特性を示すゲイン線図、図４は図２に
示す回転周波数信号減衰回路の特性を示すゲイン線図で
ある。
【００１１】図１に示すように、この磁気軸受制御装置
は、センサ回路１、ノッチフィルタ回路２、回転周波数
信号減衰回路３、偏差回路４、位相補償回路５、パワー
増幅回路６、及び制御対象７で構成されており、これに
より制御されるスラスト磁気軸受としては例えば図６に
示したものを用いるものとする。
は、センサ回路１、ノッチフィルタ回路２、回転周波数
信号減衰回路３、偏差回路４、位相補償回路５、パワー
増幅回路６、及び制御対象７で構成されており、これに
より制御されるスラスト磁気軸受としては例えば図６に
示したものを用いるものとする。
【００１２】次にその動作を説明する。まず、制御の主
体である回転体５０（図６）の位置を検出するセンサ回
路１の出力信号をノッチフィルタ回路２により、回転体
５０の固有振動の周波数成分を減衰させ、回転周波数信
号減衰回路３に出力する。この回転周波数信号減衰回路
３は回転周波数の成分のみを減衰させる構成となってお
り、例えば図２のように構成されている。図２に示すよ
うに、回転周波数信号滅衰回路３は、回転周波数信号を
電圧値に変換するＦ／Ｖコンバータ１１、比較器１２、
電圧同調バンドパスフィルタ１３、スイッチ１４、減算
回路１５により構成される。上記回転周波数信号の1つ
の例としてはモータの回転数を検出するエンコーダ信号
があげられる。電圧同調バンドパスフィルタ１３はＦ／
Ｖコンバータ１１の出力とノッチフィルタ回路２の出力
を入力し、回転周波数成分のみを通過させスイッチ１４
に出力する。スイッチ１４はＦ／Ｖコンバータ１１の出
力（回転数信号）と回転数の基準である回転数基準信号
とを比較する比較器１２の出力により制御される。
体である回転体５０（図６）の位置を検出するセンサ回
路１の出力信号をノッチフィルタ回路２により、回転体
５０の固有振動の周波数成分を減衰させ、回転周波数信
号減衰回路３に出力する。この回転周波数信号減衰回路
３は回転周波数の成分のみを減衰させる構成となってお
り、例えば図２のように構成されている。図２に示すよ
うに、回転周波数信号滅衰回路３は、回転周波数信号を
電圧値に変換するＦ／Ｖコンバータ１１、比較器１２、
電圧同調バンドパスフィルタ１３、スイッチ１４、減算
回路１５により構成される。上記回転周波数信号の1つ
の例としてはモータの回転数を検出するエンコーダ信号
があげられる。電圧同調バンドパスフィルタ１３はＦ／
Ｖコンバータ１１の出力とノッチフィルタ回路２の出力
を入力し、回転周波数成分のみを通過させスイッチ１４
に出力する。スイッチ１４はＦ／Ｖコンバータ１１の出
力（回転数信号）と回転数の基準である回転数基準信号
とを比較する比較器１２の出力により制御される。
【００１３】回転数基準信号はスラスト磁気軸受の制御
領域内でスラスト磁気軸受の剛性が零とならない周波数
領域に設定されており、比較器１２において、回転数信
号と比較される。回転数が基準回転数以下で、その結果
回転数ｈ信号が回転数基準信号以下の場合は、比較器１
２は減算回路１５の入力が零レベルとなるようにスイッ
チ１４を制御する。逆に回転数が基準回転数より大き
く、その結果回転数信号が回転数基準信号より大きい場
合は、比較器１２は、例えば、図３に示すようなゲイン
特性を有する電圧同調バンドパスフィルタ１３の出力が
減算回路１５への入力となるようにスイッチ１４を制御
する。この場合、減算回路１５はノッチフィルタ回路２
の出力信号からスイッチ１４を経て入力される電圧同調
バンドパスフィルタ１３の出力信号を減算し、減算結果
を偏差回路４にフィードバックする。この結果、回転周
波数減衰回路３の特性としては図４に示すようになる。
なお、図３及び図４中のｆωは回転周波数を示す。偏差
回路４は回転体５０の位置基準信号と回転周波数信号減
衰回路３の出力信号の差を演算し、その偏差信号を位相
補償回路５に出力し、位相補償を施し、位相補償を施さ
れた信号はパワー増幅回路６に入力され、パワー増幅回
路６は制御対象７内の電磁石５３及び５４（図６）に電
流を供給することにより制御が行われる。
領域内でスラスト磁気軸受の剛性が零とならない周波数
領域に設定されており、比較器１２において、回転数信
号と比較される。回転数が基準回転数以下で、その結果
回転数ｈ信号が回転数基準信号以下の場合は、比較器１
２は減算回路１５の入力が零レベルとなるようにスイッ
チ１４を制御する。逆に回転数が基準回転数より大き
く、その結果回転数信号が回転数基準信号より大きい場
合は、比較器１２は、例えば、図３に示すようなゲイン
特性を有する電圧同調バンドパスフィルタ１３の出力が
減算回路１５への入力となるようにスイッチ１４を制御
する。この場合、減算回路１５はノッチフィルタ回路２
の出力信号からスイッチ１４を経て入力される電圧同調
バンドパスフィルタ１３の出力信号を減算し、減算結果
を偏差回路４にフィードバックする。この結果、回転周
波数減衰回路３の特性としては図４に示すようになる。
なお、図３及び図４中のｆωは回転周波数を示す。偏差
回路４は回転体５０の位置基準信号と回転周波数信号減
衰回路３の出力信号の差を演算し、その偏差信号を位相
補償回路５に出力し、位相補償を施し、位相補償を施さ
れた信号はパワー増幅回路６に入力され、パワー増幅回
路６は制御対象７内の電磁石５３及び５４（図６）に電
流を供給することにより制御が行われる。
【００１４】以上のように、本実施の形態によれば、磁
気軸受スピンドルを高速回転させたときに、回転体のバ
ランス状態によって発生する重心回りの回転モードの振
れまわりや、スラストセンサターゲットの加工精度によ
って発生する振れまわりを抑えるための制御電流の変化
に起因する磁束密度の変化が抑制され、その結果、スラ
スト円盤に発生する渦電流が減少し、回転体の発熱を抑
制した磁気軸受を得ることができる。
気軸受スピンドルを高速回転させたときに、回転体のバ
ランス状態によって発生する重心回りの回転モードの振
れまわりや、スラストセンサターゲットの加工精度によ
って発生する振れまわりを抑えるための制御電流の変化
に起因する磁束密度の変化が抑制され、その結果、スラ
スト円盤に発生する渦電流が減少し、回転体の発熱を抑
制した磁気軸受を得ることができる。
【００１５】また、工作機械用の高速磁気軸受スピンド
ルに適用したときの、上述振れまわりによるスラスト方
向の微振動が抑制され、良好な加工面性状を得ることが
できる。
ルに適用したときの、上述振れまわりによるスラスト方
向の微振動が抑制され、良好な加工面性状を得ることが
できる。
【００１６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高速回
転させたときのスラスト円盤に発生する渦電流を低減
し、回転体の発熱を低減させることができるという有利
な効果が得られる。
転させたときのスラスト円盤に発生する渦電流を低減
し、回転体の発熱を低減させることができるという有利
な効果が得られる。
【００１７】
【図１】本発明の磁気軸受制御装置の一実施の形態にお
ける回路構成を示すブロック図
ける回路構成を示すブロック図
【００１８】
【図２】本発明の磁気軸受制御装置の一実施の形態にお
ける回転周波数信号減衰回路の一例を示すブロック図
ける回転周波数信号減衰回路の一例を示すブロック図
【００１９】
【図３】図２に示す回転周波数信号減衰回路に用いられ
る電圧同調バンドパスフィルタの特性を示すゲイン線図
る電圧同調バンドパスフィルタの特性を示すゲイン線図
【００２０】
【図４】図２に示す回転周波数信号減衰回路の特性を示
すゲイン線図
すゲイン線図
【００２１】
【図５】従来の磁気軸受制御装置の回路構成を示すブロ
ック図
ック図
【００２２】
【図６】一般的なスラスト磁気軸受の構成を示す断面図
１ センサ回路 ２ ノッチフィル夕回路 ３ 回転周波数信号減衰回路 ４ 偏差回路 ５ 位相補償回路 ６ パワー増幅回路 ７ 制御対象 １１ Ｆ／Ｖコンバータ １２ 比較器 １３ 電圧同調バンドパスフィルタ １４ スイッチ １５ 減算回路 ３１ センサ回路 ３２ ノッチフィルタ回路 ３３ 偏差回路 ３４ 位相補償回路 ３５ パワー増幅回路 ３６ 制御対象 ５０ 回転体 ５１ センサ ５２ センサ ５３ 電磁石 ５４ 電磁石 ５５ スラスト磁気軸受の制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 広之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3J102 AA01 BA03 BA18 CA29 DA02 DA09 DB05 DB11 DB25 DB27 DB32 DB37 GA07
Claims (1)
- 【請求項１】 回転体を所定の位置に支持する電磁石
と、前記回転体の位置を検出するセンサと、前記センサ
のセンサ信号により前記電磁石に流す電流を制御する回
路を含み、高速で回転する回転体を高剛性に非接触支持
するスラスト磁気軸受の制御装置であって、前記センサ
信号から回転体の固有振動数成分を減衰させるノッチフ
ィルタ回路と、前記ノッチフィルタ回路の出力から回転
周波数の成分を減衰させる演算回路と、前記演算回路の
出力と回転体の位置基準信号の差を演算する偏差回路
と、前記偏差回路よりの偏差信号を位相補償する位相補
償回路を備え、回転体を支持する電磁石に流す電流を前
記位相補償された偏差信号に基づき制御することを特徴
とする磁気軸受制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11063327A JP2000257633A (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 磁気軸受制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11063327A JP2000257633A (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 磁気軸受制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000257633A true JP2000257633A (ja) | 2000-09-19 |
Family
ID=13226061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11063327A Pending JP2000257633A (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 磁気軸受制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000257633A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007278381A (ja) * | 2006-04-06 | 2007-10-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気軸受装置 |
| CN102829081A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-12-19 | 清华大学 | 减小磁力轴承系统中转子旋转时同频振动幅度的方法 |
| CN102829116A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-12-19 | 清华大学 | 减小磁力轴承系统中基座振动的方法 |
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1999
- 1999-03-10 JP JP11063327A patent/JP2000257633A/ja active Pending
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