JP2001074049A - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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JP2001074049A
JP2001074049A JP25318499A JP25318499A JP2001074049A JP 2001074049 A JP2001074049 A JP 2001074049A JP 25318499 A JP25318499 A JP 25318499A JP 25318499 A JP25318499 A JP 25318499A JP 2001074049 A JP2001074049 A JP 2001074049A
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敏光 茨田
Atsushi Oyama
敦 大山
Toshiharu Nakazawa
敏治 中澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 浮上支持体の浮上制御位置の設定値を調整す
ることが容易で、且つ浮上支持体に対する補助支持具の
変形、摩耗を容易に検出できる磁気軸受装置を提供する
こと。 【解決手段】 対向する電磁石１と２及び３と４間の任
意の位置に浮上支持体９を浮上支持制御する磁気軸受装
置において、対向する電磁石１と２及び３と４を順次励
磁することで、浮上支持体９を該一対の電磁石１と２及
び３と４間で機械的に最大領域を移動させ、位置変位セ
ンサ５、６、７、８で検出される位置変位検出信号の最
大最小値を検出し、該最大最小値の中心値がオフセット
補正手段を通過後、該浮上支持体９を浮上支持したい位
置を示すよう、該オフセット補正手段へ調整指令値を出
力し、該浮上支持体が機械的に移動可能な最大領域に対
する位置変位検出信号の中心値が該一対の電磁石１と２
及び３と４間で該浮上支持体９を支持したい位置を示す
ようオフセット補正部手段の出力を調整する出力調整部
を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御対象となる浮
上支持体を電磁石により発生する磁力の磁気吸引力或い
は磁気反発力を利用して、任意の位置に非接触で浮上支
持体を浮上制御する磁気軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１は従来の磁気軸受装置の構成例を示
す図である。図示するように、制御対象となる磁化可能
な浮上支持体１０５と、該浮上支持体１０５を浮上支持
するため必要な磁力を発生する電磁石１０１、１０２
と、浮上支持体１０５の位置変位を検出するための位置
変位センサ１０３、１０４を具備し、浮上支持体１０５
は電磁石１０１及び位置変位センサ１０３と電磁石１０
２及び位置変位センサ１０４の間にある。
【０００３】浮上支持体１０５は、電磁石１０１、１０
２から発する電磁力により磁気吸引力或いは磁気反発力
の作用を受け、更に電磁石１０１、１０２から発する電
磁力は位置変位センサ１０３、１０４で検出された位置
変位検出信号と制御回路部１１１にて補償制御され、電
磁石１０１、１０２には浮上支持体１０５を浮上支持す
る電磁力を発生する。制御回路部１１１はセンサ回路１
１０、補償回路１０８及びドライバ１０９から構成さ
れ、センサ回路１１０はオフセット補正部１０６及びセ
ンサゲイン調整部１０７から構成される。
【０００４】位置変位センサ１０３、１０４で検出され
た浮上支持体１０５の位置変位検出信号は、浮上支持体
１０５が電磁石１０１、１０２間で所定の位置に浮上支
持されるようセンサ回路１１０の中で予め設定された閾
値に対する位置変位検出信号の差動出力を該センサ回路
１１０、補償回路１０８、ドライバ１０９により構成さ
れる制御回路部１１１で補償され電磁石１０１、１０２
に出力される。
【０００５】上記閾値は、通常浮上支持体１０５が上記
一対の電磁石１０１、１０２の間で浮上可能な範囲の中
心に位置したときに、位置変位センサ１０３、１０４が
出力する位置変位検出信号と概略一致するように設定す
ることで、該閾値と位置変位検出信号との差動出力が最
小になるように一対の電磁石１０１、１０２によって制
御対象である浮上支持体１０５を浮上制御する。
【０００６】上記従来の技術では、上記閾値を設定する
ために浮上支持体１０５を一対の電磁石１０１、１０２
の間で人手で、若しくは電磁石１０１、１０２の力で機
械的に移動可能な最大領域を移動させ、このとき得られ
る位置変位センサ１０３、１０４の位置変位検出信号の
最大・最小値からオフセット補正部１０６にて位置変位
検出信号の中心値を算出し、この値を閾値、つまりゼロ
点として設定していた。
【０００７】上記のように浮上支持体１０５を機械的に
移動可能な最大領域を移動させたい場合、例えば非常に
大型の磁気軸受装置や非常に長尺の磁気軸受装置や制御
対象物である場合に浮上支持体に接触できない場合な
ど、人手による浮上支持体の移動作業は事実上不可能で
ある。
【０００８】また、電磁石１０１、１０２の磁気力で浮
上位置の調整を行うときでも、機械的寸法誤差や位置変
位センサ個別のばらつきにより、製品個々の制御対象物
の浮上位置を検知する位置変位センサの出力特性に再現
性がない場合や、該磁気軸受装置のメンテナンス時等、
磁気軸受機構部と磁気軸受制御部のいずれかを交換する
ような事由が発生した場合など、磁気軸受機構部内の浮
上支持体１０５の浮上位置を新たな組み合わせで使用す
る磁気軸受制御部内の制御回路によってその都度調整す
る必要があった。
【０００９】更に、浮上支持体１０５が浮上停止中、若
しくは浮上制御に異常が発生した場合に接触支持する補
助支持具について、補助支持具に変形、摩耗などが発生
し補助支持具（補助ベアリング）自体の機能を果たすこ
とができない故障を、磁気軸受機構部が組み立てられた
ままの状態では検知できなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、浮上支持体の浮上制御位置の設定
値を調整することが容易で、且つ浮上支持体に対する補
助支持具の変形、摩耗を容易に検出できる磁気軸受装置
を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、相対向する一対の電磁石と、
該対向する電磁石間に位置する制御対象となる磁化可能
な浮上支持体と、該浮上支持体の位置変位を位置変位セ
ンサと、オフセット補正手段と位置補償手段及び電磁石
に電流を流すドライバを有する制御回路を具備し、位置
変位センサで検出した位置変位検出信号を該制御回路に
入力し得られる制御電流出力をもって、該対向する電磁
石の磁気吸引力或いは磁気反発力を制御することによ
り、該対向する電磁石間に在る該浮上支持体を該対向す
る一対の電磁石間の任意の位置に非接触で浮上支持制御
する磁気軸受装置において、対向する電磁石を順次励磁
することで、浮上支持体を該一対の電磁石間で機械的に
移動可能な最大領域を移動させ、位置変位センサで検出
される位置変位検出信号の最大最小値を検出し、該最大
最小値の中心値が前記オフセット補正手段を通過後、該
浮上支持体を浮上支持したい位置を示すよう、該オフセ
ット補正手段へ調整指令値を出力し、該浮上支持体が機
械的に移動可能な最大領域に対する位置変位検出信号の
中心値が該一対の電磁石間で該浮上支持体を支持したい
位置を示すようオフセット補正部手段の出力を調整する
出力調整部を備えたことを特徴とする。
【００１２】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の磁気軸受装置において、対向する電磁石を順次
励磁し、浮上支持体を該電磁石間で機械的に移動可能な
最大範囲に移動させ、位置変位検出信号の最大最小値を
検出し、オフセット補正手段に対する出力調整の決定、
出力調整部の出力開始までに至る一連の補正動作を、人
の作業による手動操作手段と、自動制御により実施する
自動操作手段のいずれも選択可能なことを特徴とする。
【００１３】また、請求項３に記載の発明は請求項１に
記載の磁気軸受装置において、対向する電磁石を順次励
磁し、浮上支持体を該電磁石間で機械的に移動可能な最
大範囲に移動させた場合、位置変位検出信号の最大最小
の変化量を監視することで、該浮上支持体の移動範囲を
規制している補助支持具の変形、摩耗を検知する手段を
設けたことを特徴とする。
【００１４】上記のように相対向する電磁石を順次個別
に励磁することで、該浮上支持体を該一対の電磁石間で
機械的に移動可能な最大領域で移動させ、位置変位セン
サで検出される位置変位検出信号の最大最小値を検出
し、中心値を算出し、該位置変位検出信号の中心値と、
浮上支持体の浮上位置を決定する閾値とを比較し、位置
変位検出信号の中心値と閾値の差動出力が概ね“０”に
なるようにオフセット補正手段に対して調整信号を加減
入力し調整するという方法を用いれば、非常に大型の磁
気軸受装置や非常に長尺の磁気軸受装置や制御対象物で
ある浮上支持体に接触できない等の場合でも、所定の位
置に浮上支持することが可能となる。
【００１５】また、機械的寸法誤差や位置変位センサの
個別のばらつきにより、製品個々で制御対象物の浮上位
置と位置変位センサの出力特性に再現性がない場合や、
一度位置変位センサの調整を行った浮上支持体を有する
機械的構造物と浮上支持体を浮上制御する制御回路を有
する磁気軸受制御部において、個々の部品を交換する必
要があった場合に、再び初期調整が必要であっても、本
発明によれば、センサ調整に必要な時間を短縮でき、作
業者の負担を減らすことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図２は本発明に係る磁気軸受装
置の構成例を示す図であり、図２（ａ）は全体構成を、
図２（ｂ）は磁気軸受を構成するＸ軸方向とＹ軸方向の
電磁石の配置の状態を示す図である。また、図３は図２
のセンサ回路の詳細を示す図で、図４は電磁石吸引力に
よる浮上支持体にかかるベクトルを示す図である。な
お、図３では説明の簡略化のため、位置変位検出信号Ｓ
ｓ１のみについて示す。
【００１７】図２に示す構成の磁気軸受装置は、制御対
象物である浮上支持体９を浮上支持するための電磁石
１、２、３、４と、浮上支持体９の位置を検出する位置
変位センサ５、６、７、８と、電磁石１、２、３、４で
浮上制御していないときの補助支持手段である補助支持
具（補助ベアリング）１０、１１で構成されている。位
置変位センサ５、６の位置変位検出信号Ｓｓ１或いは位
置変位センサ７、８の位置変位検出信号Ｓｓ２はセンサ
回路１２のオフセット補正部１９、センサゲイン調整部
２０により補正された変位センサ出力Ｓｇを出力し、補
償回路１３で補償され信号Ｓｐをドライバ１４に入力す
ることで電磁石１、２及び電磁石３、４に相応の電流を
流し、該電磁石１、２及び電磁石３、４の吸引力で浮上
支持体９を安定浮上させるフィードバック制御が行われ
る。
【００１８】上記構成の磁気軸受装置において、浮上位
置調整作業は、浮上支持体９を浮上制御しない状態で、
補償回路１３とドライバ１４は切替器ＳＷによって遮断
され、更にドライバ１４に発振回路１６が接続された状
態で実施する。この切り替え作業の後、浮上支持体９が
補助支持具１０、１１に接触するのに十分な大きさの電
磁力を電磁石１、２、３、４に発生させるため、ドライ
バ１４に発振回路１６によって疑似信号を入力する。
【００１９】上記ドライバ１４に疑似信号が入力された
とき、例えば、図２（ｂ）に示すＸ軸上に配置された電
磁石１Ｘ、３Ｘ、２Ｘ、４Ｘに正弦波信号を、Ｙ軸上に
配置された電磁石１Ｙ、３Ｙ、２Ｙ、４Ｙにこの正弦波
信号から９０度位相が進んだ、又は遅れた信号を入力し
た場合、制御対象である浮上支持体９にかかる電磁石吸
引力のベクトルｆは一定の周期、つまりこの正弦波信号
の周波数に相応する周期で磁気軸受機構内を回転し、浮
上支持体９は、補助支持具１０、１１に沿って動く。
【００２０】この間オフセット補正部１９のオフセット
補正出力Ｓ0を自動調整制御回路１５にて検出し、最大
値、最小値の絶対値が等しくなるようにオフセット調整
指令値Ｃ１をオフセット補正部１９に出力することで、
補助支持具１０、１１の中心と浮上支持体９の浮上目標
値を一致させることができる。この作業をオフセット補
正と呼ぶことにする。
【００２１】次に、センサゲイン調整部２０のゲイン調
整出力Ｓｇを自動調整制御回路１５に取り込み、このゲ
イン調整出力Ｓｇの絶対値があらかじめ設定された大き
さになるようにゲイン調整指令Ｃ２をセンサゲイン調整
部２０に出力し調整することで、設定されたセンサ感度
を得る。この作業をセンサゲイン調整と呼ぶことにす
る。
【００２２】上記オフセット補正及びセンサゲイン調整
の後、オフセット調整指令値Ｃ１に任意の値を加算又は
減算し、オフセット補正部１９に出力することにより、
任意浮上目標値で浮上制御できる。この一連の作業を浮
上位置調整と呼ぶことにする。
【００２３】上記浮上位置調整の一連の流れを自動化す
るため、センサ調整スタート信号Ｓstを出力する調整ス
タートボタン１８を設け、ラッチ回路１７によりセンサ
調整スタート信号Ｓstを保持し、該センサ調整スタート
信号Ｓstを切替器ＳＷに出力することにより、接点ａと
接点ｃを閉じ、それと同時にドライバ１４に正弦波信号
と該正弦波信号から９０度進むか又は遅れた信号を出力
し、自動調整制御回路１５に調整をスタートさせる。
【００２４】図５は自動調整制御回路１５の自動調整制
御手順のフローを示す図である。図示するように、セン
サ調整スタート信号ＳstがＯＮになったら先ず上記オフ
セット補正を行い（ステップＳＴ１）、次にセンサゲイ
ン調整を行い（ステップＳＴ２）、続いて浮上位置調整
を行い（ステップＳＴ３）、センサ調整スタート信号Ｓ
stをＯＦＦとする（ステップＳＴ４）。
【００２５】また、上記センサゲイン調整が終了する
と、自動調整制御回路１５はセンサゲイン調整を停止
し、ラッチ回路１７にセンサ調整ストップ信号Ｓoffを
出力し、センサ調整スタート信号Ｓstをオフさせ、発振
回路１６の発振を停止し、切替器ＳＷ１の接点ａと接点
ｂを閉じることにより浮上制御を開始する。
【００２６】更に、この浮上位置調整を行う工程で得ら
れる浮上支持体９の移動可能範囲は、磁気軸受装置内の
補助支持具１０、１１の内側寸法に規制されているた
め、一連の計測によって測定される位置変位検出信号の
最大変位量は該補助支持具１０、１１の内側寸法を示す
ことになる。
【００２７】今、磁気浮上制御停止中に浮上支持体を支
持する補助支持具１０、１１が破損又は摩耗した場合、
補助支持具１０、１１が正規の状態に得られる位置変位
センサ５、６、７、８の位置変位検出信号の最大値と比
較すると、位置変位検出信号が変化するため、この変化
量を予め任意の範囲で設定し、この設定値を越えて変化
量が発生した場合に警報を出すことが可能となる。
【００２８】上記のように浮上支持体９を電磁石１、
２、３、４によって移動可能な範囲を機械的に移動さ
せ、この時得られる位置変位センサ５、６、７、８の最
大最小信号値をもとに、浮上支持体９の浮上目標位置を
決定する一連の作業を自動若しくは手動による設定動作
指令に基づき実行させることで、磁気軸受装置の初期設
定を自動で行うことが可能となる。また、この一連の設
定作業中に得られる位置変位検出信号の最大変化量によ
って磁気軸受装置を構成する補助支持具１０、１１の変
形・摩耗を検出することが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【００３０】（１）浮上支持体を電磁石によって移動可
能な範囲に機械的に移動させ、この時得られる位置変位
センサの最大最小信号値をもとに、浮上支持体の浮上目
標位置を決定する一連の作業を自動若しくは手動による
設定動作指令に基づき実行させることで、磁気軸受装置
の初期設定を自動で行うことが可能となる。
【００３１】（２）請求項３に記載の発明によれば、上
記（１）の効果に加え、この一連の設定作業中に得られ
る位置変位検出信号の最大変化量によって磁気軸受装置
を構成する補助支持具の変形・摩耗を検出することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の磁気軸受装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る磁気軸受装置の構成例を示す図
で、図２（ａ）は全体構成を、図２（ｂ）は磁気軸受を
構成するＸ軸方向とＹ軸方向の電磁石の配置の状態を示
す図である。
【図３】図２のセンサ回路の詳細を示す図である。
【図４】電磁石吸引力による浮上支持体にかかるベクト
ルを示す図である。
【図５】自動調整制御回路の自動調整制御手順のフロー
を示す図である。
【符号の説明】
１ 電磁石 ２ 電磁石 ３ 電磁石 ４ 電磁石 ５ 位置変位センサ ６ 位置変位センサ ７ 位置変位センサ ８ 位置変位センサ ９ 浮上支持体 １０ 補助支持具 １１ 補助支持具 １２ センサ回路 １３ 補償回路 １４ ドライバ １５ 自動調整制御回路 １６ 発振回路 １７ ラッチ回路 １８ 調整スタートボタン １９ オフセット補正部 ２０ センサゲイン調整部
フロントページの続き (72)発明者 大山 敦 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原電産内 (72)発明者 中澤 敏治 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原電産内 Ｆターム(参考） 3J102 AA01 BA03 BA17 CA14 DA03 DA09 DB05 DB10 DB37

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相対向する一対の電磁石と、該対向する
    電磁石間に位置する制御対象となる磁化可能な浮上支持
    体と、該浮上支持体の位置変位を位置変位センサと、オ
    フセット補正手段と位置補償手段及び前記電磁石に電流
    を流すドライバを有する制御回路を具備し、前記位置変
    位センサで検出した位置変位検出信号を該制御回路に入
    力し得られる制御電流出力をもって、該対向する電磁石
    の磁気吸引力或いは磁気反発力を制御することにより、
    該対向する電磁石間に在る該浮上支持体を該対向する一
    対の電磁石間の任意の位置に非接触で浮上支持制御する
    磁気軸受装置において、 前記対向する電磁石を順次励磁することで、前記浮上支
    持体を該一対の電磁石間で機械的に移動可能な最大領域
    を移動させ、前記位置変位センサで検出される位置変位
    検出信号の最大最小値を検出し、該最大最小値の中心値
    が前記オフセット補正手段を通過後、該浮上支持体を浮
    上支持したい位置を示すよう、該オフセット補正手段へ
    調整指令値を出力し、該浮上支持体が機械的に移動可能
    な最大領域に対する位置変位検出信号の中心値が該一対
    の電磁石間で該浮上支持体を支持したい位置を示すよう
    前記オフセット補正部手段の出力を調整する出力調整部
    を備えたことを特徴とする磁気軸受装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁気軸受装置におい
    て、 前記対向する電磁石を順次励磁し、前記浮上支持体を該
    電磁石間で機械的に移動可能な最大範囲に移動させ、前
    記位置変位検出信号の最大最小値を検出し、前記オフセ
    ット補正手段に対する出力調整の決定、前記出力調整部
    の出力開始までに至る一連の補正動作を、人の作業によ
    る手動操作手段と、自動制御により実施する自動操作手
    段のいずれも選択可能としたことを特徴とする磁気軸受
    装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の磁気軸受装置におい
    て、 前記対向する電磁石を順次励磁し、前記浮上支持体を該
    電磁石間で機械的に移動可能な最大範囲に移動させた場
    合、前記位置変位検出信号の最大最小の変化量を監視す
    ることで、該浮上支持体の移動範囲を規制している補助
    支持具の変形、摩耗を検知する手段を設けたことを特徴
    とする磁気軸受装置。
JP25318499A 1999-09-07 1999-09-07 磁気軸受装置 Pending JP2001074049A (ja)

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