JP2001124076A - Thrust magnetic bearing device - Google Patents

Thrust magnetic bearing device

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JP2001124076A
JP2001124076A JP29998499A JP29998499A JP2001124076A JP 2001124076 A JP2001124076 A JP 2001124076A JP 29998499 A JP29998499 A JP 29998499A JP 29998499 A JP29998499 A JP 29998499A JP 2001124076 A JP2001124076 A JP 2001124076A
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thrust
electromagnet
magnetic bearing
bearing device
filter circuit
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Japanese (ja)
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Yutaka Hashiba
豊 橋場
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Toshiba Corp
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0451Details 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

PROBLEM TO BE SOLVED: To save the electric power of a thrust magnetic bearing device, and to reduce the capacity and the size of a power amplifier. SOLUTION: Filter circuits 15-a, 15-b for removing PWM carrier frequency component are mounted on the output parts of PWM power amplifiers 14-a, 14-b, and the current is supplied to thrust electromagnets 3-a, 3-b through the filter circuits to reduce the carrier frequency component of a power amplifier included in the electric current flowing in the thrust electromagnets, and reduce the eddy current flowing to electromagnetic cores 4-a, 4-b. As a result, the power used in the device can be saved, the heat produced by the thrust electromagnets can be reduced, which simplifies a cooling mechanism, and reduces an amount of the electric current to be supplied to the electromagnet thereby reducing the capacity, the size and the cost of the power amplifier.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、本発明は、電磁石
の磁気吸引力により回転軸を軸方向に非接触に安定支持
するスラスト磁気軸受装置に関し、特に、PWMパワー
アンプを用いたスラスト磁気軸受装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thrust magnetic bearing device which stably supports a rotating shaft in a non-contact manner in the axial direction by magnetic attraction of an electromagnet, and more particularly to a thrust magnetic bearing using a PWM power amplifier. Related to the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のPWMパワーアンプを用いたスラ
スト磁気軸受装置を図5によって説明する。図5は、一
般的なスラスト磁気軸受装置の軸方向断面と制御回路を
示している。図5において、1は回転軸であり、その端
部には磁性材料から成るスラスト円盤2が固定されてい
る。このスラスト円盤2を軸方向に挟んで対向する位置
に所定の間隔を明けて電磁石3−a,3−bが設けられ
ている。これらの電磁石3−a,3−bは無垢の磁性材
料をそれぞれ鉄心4−a,4−bとして使用し、この電
磁石鉄心それぞれに円環状溝5を設け、この円環状の溝
5それぞれの中に同心状に巻いた電磁石コイル6−a,
6−bを挿入して構成されている。またこれらの電磁石
3−a,3−bはフレーム7に強固に固定されている。
8は変位センサであって、回転軸1の軸端部の軸方向変
位量を検出するためにフレーム7に取り付けられてい
る。
2. Description of the Related Art A conventional thrust magnetic bearing device using a PWM power amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an axial section and a control circuit of a general thrust magnetic bearing device. In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a rotating shaft, on the end of which a thrust disk 2 made of a magnetic material is fixed. Electromagnets 3-a and 3-b are provided at predetermined positions at positions facing each other with the thrust disk 2 sandwiched in the axial direction. These electromagnets 3-a and 3-b use solid magnetic materials as iron cores 4-a and 4-b, respectively, and have annular grooves 5 provided in the respective electromagnetic cores. Concentrically wound electromagnet coil 6-a,
6-b is inserted. The electromagnets 3-a and 3-b are firmly fixed to the frame 7.
Reference numeral 8 denotes a displacement sensor, which is attached to the frame 7 to detect the axial displacement of the shaft end of the rotating shaft 1.

【0003】9はボールベアリング、ローラベアリング
などから成るタッチ軸受であり、回転軸1に対して軸方
向及びラジアル方向共に磁気軸受装置のエアギャップよ
りも狭い間隔を明けてベアリングブラケット10を介し
てフレーム7に固定されている。11は変位センサ信号
の増幅器であり、変位センサ8により検出した回転軸1
の変位量を電気信号に変換する。12は制御装置であ
り、信号増幅器11の出力信号を入力し、回転軸1を安
定に支持するための制御信号を生成する。13は位相反
転器であり、制御装置12からの出力信号の位相を反転
する。14−a,14−bはPWM方式のパワーアンプ
であり、制御装置12の出力信号及び位相反転器13の
出力信号を電力増幅し、スラスト電磁石3−a,3−b
内の電磁石コイル6−a,6−bそれぞれに電流を供給
する。
Reference numeral 9 denotes a touch bearing composed of a ball bearing, a roller bearing, or the like. The touch bearing 9 is spaced from the rotary shaft 1 in the axial direction and the radial direction by a bearing bracket 10 with a smaller gap than the air gap of the magnetic bearing device. 7 is fixed. Reference numeral 11 denotes an amplifier for the displacement sensor signal, and the rotation axis 1 detected by the displacement sensor 8
Is converted into an electric signal. A control device 12 receives an output signal of the signal amplifier 11 and generates a control signal for stably supporting the rotating shaft 1. Reference numeral 13 denotes a phase inverter, which inverts the phase of the output signal from the control device 12. Reference numerals 14-a and 14-b denote PWM power amplifiers, which amplify the power of the output signal of the control device 12 and the output signal of the phase inverter 13, and output the thrust electromagnets 3-a and 3-b.
A current is supplied to each of the electromagnet coils 6-a and 6-b.

【0004】上記構成の従来のスラスト磁気軸受装置
は、次のように動作する。回転軸1の軸方向変位がスラ
スト変位センサ8によって検出され、信号増幅器11に
より電気信号に変換される。変換された軸方向変位の電
気信号は、制御装置12によって回転軸1を安定に支持
する制御信号に変換され、一方の制御信号はそのまま直
接に、もう一方の制御信号は位相反転器13を介して、
それぞれパワーアンプ14−a,14−bで電力増幅さ
れ、電流信号としてスラスト電磁石3−a,3−bの電
磁石コイル6−a,6−bそれぞれに供給される。スラ
スト電磁石3−a,スラスト電磁石3−bそれぞれは、
入力される制御電流に相当する磁気吸引力をスラスト円
盤2に対して発生し、回転軸1を回転可能に非接触で安
定に支持する。
[0004] The conventional thrust magnetic bearing device having the above configuration operates as follows. The axial displacement of the rotating shaft 1 is detected by a thrust displacement sensor 8 and converted into an electric signal by a signal amplifier 11. The converted electric signal of the axial displacement is converted into a control signal for stably supporting the rotating shaft 1 by the control device 12, and one control signal is directly transmitted as it is, and the other control signal is transmitted through the phase inverter 13. hand,
The power is amplified by the power amplifiers 14-a and 14-b, respectively, and supplied to the electromagnet coils 6-a and 6-b of the thrust electromagnets 3-a and 3-b as current signals. Each of the thrust electromagnet 3-a and the thrust electromagnet 3-b is
A magnetic attraction force corresponding to the input control current is generated on the thrust disk 2, and the rotating shaft 1 is rotatably stably supported in a non-contact manner.

【0005】こうして、パワーアンプ14−a,14−
bにPWM方式のものを採用することによって、パワー
アンプ14−a,14−bでの電力損失を最小限に抑
え、省エネルギー化を図りパワーアンプ14−a,14
−bのコンパクト化も図っているのである。
Thus, the power amplifiers 14-a, 14-
By adopting a PWM type as b, power loss in the power amplifiers 14-a and 14-b is minimized, energy saving is achieved, and the power amplifiers 14-a and 14-b are used.
-B is also made compact.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成の従来のスラスト磁気軸受装置では、パワーアンプ
14−a,14−bにPWM方式を採用し、かつスラス
ト電磁石3−a,3−bの電磁石鉄心4−a,4−bに
無垢の磁性材料を採用していることから、スラスト電磁
石3−a,3−bにおいてはパワーアンプ14−a及び
14−bのキャリア周波数成分の渦電流が流れ、電磁石
鉄心4−a及び4−bに渦電流損が発生し、スラスト電
磁石3−a,3−bの発熱の原因となり、また不必要な
電力消費の原因にもなっていた。
However, in the conventional thrust magnetic bearing device having the above-described structure, the power amplifiers 14-a and 14-b employ the PWM method, and the thrust electromagnets 3-a and 3-b are not used. Since solid magnetic materials are used for the electromagnet cores 4-a and 4-b, the eddy current of the carrier frequency components of the power amplifiers 14-a and 14-b in the thrust electromagnets 3-a and 3-b is reduced. The flow caused eddy current loss in the electromagnet cores 4-a and 4-b, causing the thrust electromagnets 3-a and 3-b to generate heat and unnecessary power consumption.

【0007】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、パワーアンプの出力にフィルタ回路を
設け、このフィルタ回路を介してスラスト電磁石に電流
を供給することにより、スラスト電磁石に流れる電流に
含まれるパワーアンプのキャリア周波数成分を小さく
し、電磁石鉄心に流れる渦電流を小さくし、その結果と
して装置の省電力化が図れ、またスラスト電磁石の発熱
も少なくできて冷却機構の簡素化が図れ、さらには電磁
石に供給する電流量も小さくできてパワーアンプの低容
量化、小形化、低コスト化が図れるスラスト磁気軸受装
置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a conventional problem. A filter circuit is provided at the output of a power amplifier, and a current is supplied to the thrust electromagnet through the filter circuit. The carrier frequency component of the power amplifier included in the flowing current is reduced, the eddy current flowing through the electromagnet core is reduced, and as a result, the power consumption of the device can be reduced, and the heat generated by the thrust electromagnet can be reduced, simplifying the cooling mechanism. It is another object of the present invention to provide a thrust magnetic bearing device capable of reducing the amount of current supplied to the electromagnet and reducing the capacity, size, and cost of the power amplifier.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、フレ
ームケーシングに取り付けられた鉄心に円環状の溝を設
け、前記溝の中に同心状に巻いたコイルを挿入してスラ
スト電磁石を形成し、当該スラスト電磁石とこれと同様
に形成されたもう一つのスラスト電磁石とを、それらの
間に回転軸に強固に固定されたスラスト円盤を軸方向に
挟んで対置させ、変位センサで検出した回転軸の軸方向
変位信号を制御装置で前記回転軸を安定支持する制御信
号に変換し、前記制御信号をPWMパワーアンプによっ
て電流に変換して前記スラスト電磁石のコイルに供給
し、前記回転軸に固定されたスラスト円盤を軸方向に安
定支持するスラスト磁気軸受装置において、前記PWM
パワーアンプとスラスト電磁石との間に電流中のキャリ
ア周波数成分を除去するフィルタ回路を設けたものであ
る。
According to a first aspect of the present invention, an annular groove is formed in an iron core attached to a frame casing, and a concentrically wound coil is inserted into the groove to form a thrust electromagnet. Then, the thrust electromagnet and another thrust electromagnet formed in the same manner are opposed to each other with a thrust disk firmly fixed to a rotating shaft between the thrust electromagnet and the thrust electromagnet sandwiched therebetween, and the rotation detected by the displacement sensor. The control unit converts the axial displacement signal of the shaft into a control signal for stably supporting the rotary shaft, converts the control signal into a current by a PWM power amplifier, supplies the current to the coil of the thrust electromagnet, and fixes the current to the rotary shaft. A thrust magnetic bearing device for stably supporting a thrust disk in the axial direction.
A filter circuit for removing a carrier frequency component in a current is provided between the power amplifier and the thrust electromagnet.

【0009】請求項1の発明のスラスト磁気軸受装置で
は、変位センサで回転軸の軸方向変位信号を検出し、こ
の変位信号を制御装置で回転軸を安定支持する制御信号
に変換し、この制御信号をPWMパワーアンプによって
電流に変換してスラスト電磁石のコイルに供給し、回転
軸に固定されたスラスト円盤を軸方向に安定支持する。
そしてPWMパワーアンプからの電流をフィルタ回路に
通すことにより、電流中に含まれているPWMキャリア
周波数成分を除去する。
In the thrust magnetic bearing device according to the first aspect of the present invention, a displacement sensor detects an axial displacement signal of the rotating shaft, and the control device converts the displacement signal into a control signal for stably supporting the rotating shaft. The signal is converted into a current by a PWM power amplifier and supplied to the coil of the thrust electromagnet, thereby stably supporting the thrust disk fixed to the rotating shaft in the axial direction.
Then, the current from the PWM power amplifier is passed through a filter circuit, thereby removing a PWM carrier frequency component contained in the current.

【0010】これにより、スラスト電磁石の電磁石鉄心
に流れる渦電流を小さくし、スラスト電磁石の発熱も少
なくする。
Thus, the eddy current flowing through the electromagnet core of the thrust electromagnet is reduced, and the heat generated by the thrust electromagnet is also reduced.

【0011】請求項2の発明は、請求項1のスラスト磁
気軸受装置において、前記フィルタ回路に、前記キャリ
ア周波数成分だけを除去するバンドエリミネーションフ
ィルタ回路を用いたものであり、このバンドエリミネー
ションフィルタ回路によりPWMパワーアンプからスラ
スト電磁石に供給される電流中からPWMキャリア周波
数成分を除去する。
According to a second aspect of the present invention, in the thrust magnetic bearing device of the first aspect, a band elimination filter circuit for removing only the carrier frequency component is used as the filter circuit. A circuit removes a PWM carrier frequency component from the current supplied from the PWM power amplifier to the thrust electromagnet.

【0012】請求項3の発明は、請求項1のスラスト磁
気軸受装置において、前記フィルタ回路に、高周波イン
ダクタンスフィルタ回路を用いたものであり、この高周
波インダクタンスフィルタ回路によりPWMパワーアン
プからスラスト電磁石に供給される電流中からPWMキ
ャリア周波数成分を少なくする。
According to a third aspect of the present invention, in the thrust magnetic bearing device of the first aspect, a high frequency inductance filter circuit is used for the filter circuit, and the high frequency inductance filter circuit supplies a thrust electromagnet from a PWM power amplifier. The PWM carrier frequency component is reduced from the current to be applied.

【0013】請求項4の発明は、請求項1〜3のスラス
ト磁気軸受装置において、加減速や負荷変動時などの過
渡状態では前記フィルタ回路をバイパスして前記PWM
パワーアンプの出力電流を直接前記スラスト電磁石に供
給し、安定回転時には前記フィルタ回路を介して前記P
WMパワーアンプの出力電流を前記スラスト電磁石に供
給するように切換えを行う切換えスイッチを設けたもの
であり、大電力を必要とする負荷状況ではPWMパワー
アンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、安定負
荷の状況ではPWMパワーアンプの出力をフィルタ回路
を介してスラスト電磁石に供給する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the thrust magnetic bearing device of the first to third aspects, the PWM circuit bypasses the filter circuit in a transient state such as acceleration or deceleration or a load change.
The output current of the power amplifier is directly supplied to the thrust electromagnet.
A changeover switch for switching the output current of the WM power amplifier to be supplied to the thrust electromagnet is provided. In a load situation requiring large power, the output of the PWM power amplifier is directly supplied to the thrust electromagnet, In a stable load situation, the output of the PWM power amplifier is supplied to the thrust electromagnet via the filter circuit.

【0014】請求項5の発明は、請求項4のスラスト磁
気軸受装置において、前記切換えスイッチが、前記変位
センサの出力信号の変動レベルによって切り替わるもの
であり、回転軸の軸方向変動が大きい状況ではPWMパ
ワーアンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、回
転軸の軸方向変動が小さい状況ではPWMパワーアンプ
の出力をフィルタ回路を介してスラスト電磁石に供給す
る。
According to a fifth aspect of the present invention, in the thrust magnetic bearing device of the fourth aspect, the changeover switch switches according to a fluctuation level of an output signal of the displacement sensor. The output of the PWM power amplifier is directly supplied to the thrust electromagnet, and the output of the PWM power amplifier is supplied to the thrust electromagnet via the filter circuit in a situation where the axial fluctuation of the rotating shaft is small.

【0015】請求項6の発明は、請求項4のスラスト磁
気軸受装置において、前記切換えスイッチが、前記制御
装置の出力信号の変動レベルによって切り替わるもので
あり、回転軸の軸方向変動が大きく、したがって制御装
置の出力信号の変動レベルが大きい状況ではPWMパワ
ーアンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、回転
軸の軸方向変動が小さく、したがって制御装置の出力信
号の変動レベルが小さい状況ではPWMパワーアンプの
出力をフィルタ回路を介してスラスト電磁石に供給す
る。
According to a sixth aspect of the present invention, in the thrust magnetic bearing device of the fourth aspect, the changeover switch is switched according to a fluctuation level of an output signal of the control device, and the axial fluctuation of the rotary shaft is large. In a situation where the fluctuation level of the output signal of the control device is large, the output of the PWM power amplifier is directly supplied to the thrust electromagnet, and in a situation where the fluctuation level of the rotation signal in the axial direction is small and the fluctuation level of the output signal of the control device is small, the PWM power The output of the amplifier is supplied to a thrust electromagnet via a filter circuit.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図1は本発明のスラスト磁気軸受を
受け装置の第1の実施の形態を示している。このスラス
ト磁気軸受装置において、符号1〜14については、図
5に示した従来例と共通の構成要素を示しており、それ
ぞれ同様に機能することにより、回転軸1を軸方向に安
定に回転支持する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of a receiving device for a thrust magnetic bearing according to the present invention. In this thrust magnetic bearing device, reference numerals 1 to 14 denote the same components as those of the conventional example shown in FIG. 5, and function in the same manner to stably support the rotary shaft 1 in the axial direction. I do.

【0017】第1の実施の形態の特徴は、符号15−
a,15−bに示すにフィルタ回路にある。このフィル
タ回路15−a,15−bは図2に示すフィルタ回路特
性を持つバンドエリミネーションフィルタ回路であり、
PWMパワーアンプ14−a,14−bの出力信号を入
力し、パワーアンプ14−a,14−bの電流出力に含
まれているPWMキャリア周波数(fc)成分だけを除
去し、スラスト電磁石3−a,3−bの電磁石コイル6
−a,6−bに供給する。
The features of the first embodiment are as follows:
a, 15-b. These filter circuits 15-a and 15-b are band elimination filter circuits having the filter circuit characteristics shown in FIG.
The output signals of the PWM power amplifiers 14-a and 14-b are input, and only the PWM carrier frequency (fc) component included in the current output of the power amplifiers 14-a and 14-b is removed. a, 3-b electromagnet coil 6
-A, 6-b.

【0018】この第1の実施の形態のスラスト磁気軸受
装置では、回転軸1やスラスト電磁石3−a,3−bの
構成、配置などの基本的な構造は従来例と同様であり、
スラスト磁気軸受装置としての本来の機能は従来技術と
同様に作用する。
In the thrust magnetic bearing device according to the first embodiment, the basic structure of the rotary shaft 1 and the thrust electromagnets 3-a and 3-b is basically the same as that of the conventional example.
The original function of the thrust magnetic bearing device works in the same manner as in the prior art.

【0019】そしてPWMパワーアンプ14−a,14
−bそれぞれの出力に設けたフィルタ回路15−a,1
5−bにより、パワーアンプの出力に含まれるPWMキ
ャリア周波数成分を除去し、電磁石コイル6−a,6−
bに高周波フリーの電流を供給させる。これにより、電
磁石コイル6−a,6−bに流れる電流には、パワーア
ンプ14−a,14−bのPWMキャリア周波数成分が
ほとんどなく、電磁石鉄心4−a,4−bに渦電流をほ
とんど発生しなくなり、渦電流による発熱を小さくする
ことができる。したがって、従来例のスラスト磁気軸受
装置に対して省電力化、冷却機構の簡素化が図れ、その
上スラスト電磁石3−a,3−bに含まれる電流が減少
するのでパワーアンプの低容量化、コンパクト化並びに
低コスト化が図れることになる。
Then, the PWM power amplifiers 14-a, 14
-B Filter circuits 15-a, 1 provided for each output
By 5-b, the PWM carrier frequency component included in the output of the power amplifier is removed, and the electromagnet coils 6-a and 6-b are removed.
b is supplied with a high-frequency free current. Thus, the current flowing through the electromagnet coils 6-a and 6-b has almost no PWM carrier frequency component of the power amplifiers 14-a and 14-b, and almost no eddy current flows through the electromagnet cores 4-a and 4-b. The heat generation due to eddy current can be reduced. Therefore, power saving and simplification of the cooling mechanism can be achieved with respect to the conventional thrust magnetic bearing device, and the current contained in the thrust electromagnets 3-a and 3-b is reduced. Compactness and cost reduction can be achieved.

【0020】なお、上記のフィルタ回路15−a,15
−bにはキャリア周波数(fc)成分の通過を抑止する
ことができる高周波数インダクタンスフィルタ回路を用
いても同様の作用効果を奏することができる。
The above filter circuits 15-a, 15-
The same operation and effect can be achieved by using a high frequency inductance filter circuit that can suppress the passage of the carrier frequency (fc) component for -b.

【0021】次に、この発明の第2の実施の形態のスラ
スト磁気軸受装置を図3に基づいて説明する。第2の実
施の形態の特徴は、図1に示した第1の実施の形態に対
して、電磁石コイル6−a,6−bに対する入力の接続
を、PWMパワーアンプ14−a,14−bの直接出力
とフィルタ回路15−a,15−bの出力との間で切り
換える切換えスイッチ17−a,17−bと、これらの
切換えスイッチ17−a,17−bの切換えを変位セン
サ8の出力信号の変動レベルに応じて行う切換え器16
とを付加した点にある。
Next, a thrust magnetic bearing device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is characterized in that the input connections to the electromagnet coils 6-a and 6-b are different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the PWM power amplifiers 14-a and 14-b Switches 17-a and 17-b for switching between the direct output of the filter circuit 15-a and the output of the filter circuits 15-a and 15-b, and the output of the displacement sensor 8 for switching these switches 17-a and 17-b. Switching device 16 which performs according to the fluctuation level of the signal
And the addition of

【0022】第2の実施の形態のスラスト磁気軸受装置
では、第1の実施の形態と同様、回転軸1やスラスト電
磁石3−a,3−bの構成、配置などの基本的な構造は
従来例と同様であり、スラスト磁気軸受装置としての本
来の機能は従来技術と同様に作用する。
In the thrust magnetic bearing device of the second embodiment, as in the first embodiment, the basic structure such as the configuration and arrangement of the rotating shaft 1 and the thrust electromagnets 3-a and 3-b is the same as that of the first embodiment. As in the example, the original function of the thrust magnetic bearing device operates in the same manner as in the related art.

【0023】そして切換え器16により、変位センサ8
が検出する回転軸1の変位量の変動レベルが大きいとき
には切換えスイッチ17−a,17−bをパワーアンプ
14−a,14−bの直接出力側に切り換え、変動レベ
ルがある程度小さいときには切換えスイッチ17−a,
17−bをフィルタ回路15−a,15−bの出力側に
切り換える。
Then, the displacement sensor 8 is switched by the switch 16.
Are switched to the direct output sides of the power amplifiers 14-a and 14-b when the fluctuation level of the displacement amount of the rotating shaft 1 detected by the switch is large, and when the fluctuation level is small to some extent, the changeover switch 17-a or 17-b is switched. −a,
17-b is switched to the output side of the filter circuits 15-a and 15-b.

【0024】これにより、回転軸1の回転の上昇及び下
降時や外乱力が加わって大きな制御力が必要な状況では
パワーアンプ14−a,14−bの出力が切換えスイッ
チ17−a,17−bにより電磁石コイル6−a,6−
bに直接供給されるので、制御系の周波数応答に影響を
与えることなく、高速応答制御が可能である。また高速
応答制御を必要としない比較的長時間の安定期には、切
換えスイッチ17−a,17−bが、フィルタ回路15
−a,15−bの出力が電磁石コイル6−a,6−bに
供給されるように切り換えられ、パワーアンプ14−
a,14−bの出力電流からPWMキャリア周波数成分
が減少もしくは除去された電流が電磁石コイル6−a,
6−bに供給されるようになり、電磁石鉄心4−a,4
−bの渦電流が減少する。これにより、渦電流損が減少
し、省電力化、冷却機構の簡素化が可能となり、その
上、高速応答制御が必要な時間は比較的短時間であるの
で、長時間となる安定制御期間に合わせてパワーアンプ
14−a,14−bの低容量化、小形化、低コスト化が
可能となる。
As a result, the outputs of the power amplifiers 14-a, 14-b are changed over by the changeover switches 17-a, 17-b when the rotation of the rotary shaft 1 rises and falls, or when a large control force is required due to a disturbance force. b, the electromagnetic coils 6-a, 6-
Since the voltage is directly supplied to b, high-speed response control is possible without affecting the frequency response of the control system. During a relatively long stable period in which high-speed response control is not required, the changeover switches 17-a and 17-b are connected to the filter circuit 15
-A and 15-b are switched so as to be supplied to the electromagnet coils 6-a and 6-b.
a, 14-b, the current in which the PWM carrier frequency component has been reduced or removed from the output current is the electromagnet coil 6-a,
6-b, and the electromagnet cores 4-a, 4
-B eddy current is reduced. As a result, eddy current loss is reduced, power saving and simplification of the cooling mechanism become possible, and the time required for high-speed response control is relatively short. In addition, the power amplifiers 14-a and 14-b can be reduced in capacity, size, and cost.

【0025】次に、本発明のスラスト磁気軸受装置の第
3の実施の形態を、図4に基づいて説明する。第3の実
施の形態の特徴は、図3に示した第2の実施の形態に対
して、切換え器16の切換え信号に制御装置12の出力
の変動レベルを利用するようにした点にある。その他の
構成要素はすべて、第2の実施の形態と共通である。
Next, a third embodiment of the thrust magnetic bearing device of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of the third embodiment lies in that the fluctuation level of the output of the control device 12 is used for the switching signal of the switch 16 as compared with the second embodiment shown in FIG. All other components are common to the second embodiment.

【0026】第3の実施の形態では、切換え器16が制
御装置12の出力信号の変動レベルに応じて切換えスイ
ッチ17−a,17−bの切換えを行うようにし、また
パワーアンプ14−a,14−bのPWMキャリア周波
数は制御に影響がない程度に他の軸受、例えば、ラジア
ル磁気軸受(図示せず)に比べて低くあるいは高く設定
する。
In the third embodiment, the switch 16 switches the switches 17-a and 17-b in accordance with the fluctuation level of the output signal of the control device 12, and the power amplifiers 14-a and The PWM carrier frequency of 14-b is set lower or higher than other bearings, for example, a radial magnetic bearing (not shown), so as not to affect the control.

【0027】これにより、第3の実施の形態のスラスト
磁気軸受装置では、第2の実施の形態と同様に、回転軸
1の回転の上昇及び下降時や外乱力が加わって大きな制
御力が必要な状況ではパワーアンプ14−a,14−b
の出力が切換えスイッチ17−a,17−bにより電磁
石コイル6−a,6−bに直接供給され、制御系の周波
数応答に影響を与えることなく高速応答制御が可能であ
る。また高速応答制御を必要としない比較的長時間の安
定期には、切換えスイッチ17−a,17−bが、フィ
ルタ回路15−a,15−bの出力が電磁石コイル6−
a,6−bに供給されるように切り換えられ、パワーア
ンプ14−a,14−bの出力電流からPWMキャリア
周波数成分が減少若しくは除去された電流が電磁石コイ
ル6−a,6−bに供給されるようになり、電磁石鉄心
4−a,4−bの渦電流が減少する。これに加えて、第
3の実施の形態の場合、パワーアンプ14−a,14−
bのPWMキャリア周波数を他の軸受に比べて低く設定
すれば、切換えスイッチ17−a,17−bをパワーア
ンプ14−a,14−bの直接出力に切換えても電磁石
コイル6−a,6−bに流れるPWMキャリア周波数成
分をより小さくすることができる。逆にPWMキャリア
周波数を他の軸受に比べて高く設定すれば、フィルタ回
路15−a,15−bの定数が小さくて済む。
Thus, in the thrust magnetic bearing device according to the third embodiment, a large control force is required when the rotation of the rotary shaft 1 rises and falls or when a disturbance force is applied, as in the second embodiment. Power amplifiers 14-a, 14-b
Are directly supplied to the electromagnet coils 6-a and 6-b by the changeover switches 17-a and 17-b, thereby enabling high-speed response control without affecting the frequency response of the control system. In a relatively long stable period in which high-speed response control is not required, the changeover switches 17-a and 17-b switch the output of the filter circuits 15-a and 15-b to the electromagnetic coil 6-a.
a, 6-b, and the current from which the PWM carrier frequency component is reduced or removed from the output current of the power amplifiers 14-a, 14-b is supplied to the electromagnet coils 6-a, 6-b. As a result, the eddy current of the electromagnet cores 4-a and 4-b decreases. In addition, in the case of the third embodiment, the power amplifiers 14-a, 14-
If the PWM carrier frequency of b is set lower than that of the other bearings, the electromagnet coils 6-a and 6-6 can be used even if the changeover switches 17-a and 17-b are switched to the direct outputs of the power amplifiers 14-a and 14-b. The PWM carrier frequency component flowing to -b can be made smaller. Conversely, if the PWM carrier frequency is set higher than other bearings, the constants of the filter circuits 15-a and 15-b can be small.

【0028】したがって、第3の実施の形態では、省電
力化、冷却機構の簡素化は第2の実施の形態と同様に達
成することができ、これに加えて、切換え器16が制御
装置12の出力信号の変動レベルに応じて切換えスイッ
チ17−a,17−bを切り換えることにより、パワー
アンプ14−a,14−b、フィルタ回路15−a,1
5−b、切換え器16及び切換えスイッチ17−a,1
7−bを1つのユニットで構成することができるように
なり、回路の簡素化、コンパクト化が図れる。
Accordingly, in the third embodiment, power saving and simplification of the cooling mechanism can be achieved in the same manner as in the second embodiment. The power amplifiers 14-a and 14-b and the filter circuits 15-a and 1
5-b, selector 16 and selector switch 17-a, 1
7-b can be constituted by one unit, and the circuit can be simplified and compact.

【0029】さらに、パワーアンプ14−a,14−b
のPWMキャリア周波数を他の軸受よりも低く設定する
ことにより、フィルタ回路15−a,15−bを介さな
くてもスラスト電磁石3−a,3−bに流れる渦電流を
小さくすることができ、省電力化、冷却機構の簡素化が
図れる。また逆にパワーアンプ14−a,14−bのP
WMキャリア周波数を他の軸受よりも高く設定すること
により、フィルタ回路15−a,15−bの定数が小さ
くて済み、省電力化、冷却機構の簡素化が図れ、その上
にフィルタ回路15−a,15−bのコンパクト化、低
コスト化が図れる。
Further, power amplifiers 14-a and 14-b
The eddy current flowing through the thrust electromagnets 3-a and 3-b can be reduced without passing through the filter circuits 15-a and 15-b by setting the PWM carrier frequency of the other bearings lower than that of the other bearings. Power saving and simplification of the cooling mechanism can be achieved. Conversely, P of the power amplifiers 14-a and 14-b
By setting the WM carrier frequency higher than that of the other bearings, the constants of the filter circuits 15-a and 15-b can be reduced, power saving and simplification of the cooling mechanism can be achieved. a, 15-b can be reduced in size and cost.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように請求項1〜3の発明によれ
ば、PWMパワーアンプからの電流をフィルタ回路に通
すことによって、電流中に含まれているPWMキャリア
周波数成分を除去し又は減少させることにより、スラス
ト電磁石の電磁石鉄心に流れる渦電流を小さくし、スラ
スト電磁石の発熱も少なくすることができ、省電力化、
冷却機構の簡素化が図れ、その上スラスト電磁石に含ま
れる電流が減少するのでパワーアンプの低容量化、コン
パクト化並びに低コスト化が図れる。
As described above, according to the first to third aspects of the present invention, the current from the PWM power amplifier is passed through the filter circuit to remove or reduce the frequency component of the PWM carrier contained in the current. By doing so, the eddy current flowing through the electromagnet core of the thrust electromagnet can be reduced, and the heat generated by the thrust electromagnet can be reduced.
The cooling mechanism can be simplified and the current contained in the thrust electromagnet can be reduced, so that the power amplifier can be reduced in capacity, size and cost.

【0031】請求項4〜6の発明によれば、請求項1〜
3の発明の効果に加えて、切換えスイッチの切換え動作
により、大電力を必要とする負荷状況ではPWMパワー
アンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、安定負
荷の状況ではPWMパワーアンプの出力をフィルタ回路
を介してスラスト電磁石に供給するようにしたので、回
転軸の回転の上昇及び下降時や外乱力が加わって大きな
制御力が必要な状況ではパワーアンプの出力が電磁石コ
イルに直接供給され、制御系の周波数応答に影響を与え
ることなく高速応答制御が可能であり、また高速応答制
御を必要としない比較的長時間の安定期には、フィルタ
回路の出力が電磁石コイルに供給され、パワーアンプの
出力電流からPWMキャリア周波数成分が減少された電
流が電磁石コイルに供給されるようになり、電磁石鉄心
の渦電流を減少させることができ、渦電流損が減少し、
省電力化、冷却機構の簡素化が可能であり、その上、高
速応答制御が必要な時間は比較的短時間であるので、長
時間となる安定制御期間に合わせてパワーアンプの低容
量化、小形化、低コスト化が可能である。
According to the invention of claims 4 to 6, claims 1 to 1
In addition to the effects of the third aspect, the switching operation of the changeover switch directly supplies the output of the PWM power amplifier to the thrust electromagnet in a load situation requiring large power, and outputs the output of the PWM power amplifier in a stable load situation. Since the thrust electromagnet is supplied via the filter circuit, the output of the power amplifier is directly supplied to the electromagnet coil when the rotation of the rotating shaft rises and falls and when a large control force is required due to disturbance force. High-speed response control is possible without affecting the frequency response of the control system, and during a relatively long stable period when high-speed response control is not required, the output of the filter circuit is supplied to the electromagnetic coil and the power amplifier The current in which the PWM carrier frequency component has been reduced from the output current is supplied to the electromagnet coil, and the eddy current of the electromagnet core is reduced. Rukoto can, eddy current loss is reduced,
Power saving and simplification of the cooling mechanism are possible, and the time required for high-speed response control is relatively short. Miniaturization and cost reduction are possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】上記の実施の形態で採用するフィルタ回路の特
性を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing characteristics of a filter circuit employed in the embodiment.

【図3】本発明の第2の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration according to a third embodiment of the present invention.

【図5】従来例の構成を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 回転軸 2 スラスト円盤 3−a,3−b スラスト電磁石 4−a,4−b 電磁石鉄心 5 円環状の溝 6−a,6−b 電磁石コイル 7 フレーム 8 変位センサ 11 信号増幅器 12 制御装置 13 位相反転器 14−a,14−b パワーアンプ 15−a,15−b フィルタ回路 16 切換え器 17−a,17−b 切換えスイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotation axis 2 Thrust disk 3-a, 3-b Thrust electromagnet 4-a, 4-b Electromagnet core 5 Annular groove 6-a, 6-b Electromagnet coil 7 Frame 8 Displacement sensor 11 Signal amplifier 12 Control device 13 Phase inverter 14-a, 14-b Power amplifier 15-a, 15-b Filter circuit 16 Switch 17-a, 17-b Switch

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フレームケーシングに取り付けられた鉄
心に円環状の溝を設け、前記溝の中に同心状に巻いたコ
イルを挿入してスラスト電磁石を形成し、当該スラスト
電磁石とこれと同様に形成されたもう一つのスラスト電
磁石とを、それらの間に回転軸に強固に固定されたスラ
スト円盤を軸方向に挟んで対置させ、変位センサで検出
した回転軸の軸方向変位信号を制御装置で前記回転軸を
安定支持する制御信号に変換し、前記制御信号をPWM
パワーアンプによって電流に変換して前記スラスト電磁
石のコイルに供給し、前記回転軸に固定されたスラスト
円盤を軸方向に安定支持するスラスト磁気軸受装置にお
いて、 前記PWMパワーアンプとスラスト電磁石との間に電流
中のキャリア周波数成分を除去するフィルタ回路を設け
たことを特徴とするスラスト磁気軸受装置。
An annular core is provided in an iron core attached to a frame casing, and a coil wound concentrically is inserted into the groove to form a thrust electromagnet. Another thrust electromagnet, and a thrust disk firmly fixed to the rotating shaft between them is opposed to each other with the thrust disk sandwiched in the axial direction, and the axial displacement signal of the rotating shaft detected by the displacement sensor is transmitted to the control device by the control device. The control signal is converted into a control signal for stably supporting the rotating shaft, and the control signal
In a thrust magnetic bearing device which converts the current into a current by a power amplifier and supplies the current to the coil of the thrust electromagnet, and stably supports a thrust disk fixed to the rotating shaft in the axial direction, between the PWM power amplifier and the thrust electromagnet A thrust magnetic bearing device comprising a filter circuit for removing a carrier frequency component in a current.
【請求項2】 前記フィルタ回路は、前記キャリア周波
数成分だけを除去するバンドエリミネーションフィルタ
回路であること特徴とする請求項1に記載のスラスト磁
気軸受装置。
2. The thrust magnetic bearing device according to claim 1, wherein the filter circuit is a band elimination filter circuit that removes only the carrier frequency component.
【請求項3】 前記フィルタ回路は高周波インダクタン
スフィルタ回路であることを特徴とする請求項1に記載
のスラスト磁気軸受装置。
3. The thrust magnetic bearing device according to claim 1, wherein the filter circuit is a high-frequency inductance filter circuit.
【請求項4】 加減速や負荷変動時などの過渡状態では
前記フィルタ回路をバイパスして前記PWMパワーアン
プの出力電流を直接前記スラスト電磁石に供給し、安定
回転時には前記フィルタ回路を介して前記PWMパワー
アンプの出力電流を前記スラスト電磁石に供給するよう
に切換える切換えスイッチを設けたことを特徴とする請
求項1〜3のいずれかに記載のスラスト磁気軸受装置。
4. In a transient state such as acceleration or deceleration or a load change, the output current of the PWM power amplifier is directly supplied to the thrust electromagnet by bypassing the filter circuit, and the PWM is supplied via the filter circuit during stable rotation. The thrust magnetic bearing device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a changeover switch for switching an output current of a power amplifier to be supplied to the thrust electromagnet.
【請求項5】 前記切換えスイッチは、前記変位センサ
の出力信号の変動レベルによって切り換えることを特徴
とする請求項4に記載のスラスト磁気軸受装置。
5. The thrust magnetic bearing device according to claim 4, wherein the changeover switch switches according to a fluctuation level of an output signal of the displacement sensor.
【請求項6】 前記切換えスイッチは、前記制御装置の
出力信号の変動レベルによって切り換えることを特徴と
する請求項4に記載のスラスト磁気軸受装置。
6. The thrust magnetic bearing device according to claim 4, wherein the changeover switch switches according to a fluctuation level of an output signal of the control device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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