JP2001165164A - 能動制御電磁吸引式磁気軸受け - Google Patents
能動制御電磁吸引式磁気軸受けInfo
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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
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
Abstract
動に対する抵抗を低減することが可能な能動制御電磁吸
引式磁気軸受けを提供する。 【解決手段】 本発明の能動制御電磁吸引式磁気軸受け
は、浮上体1を挟んで互いに対向する一対の電磁石6、
7に浮上体1の中立位置Oからの変位を相殺する方向に
電流i1、i2を流して浮上体1を中立位置Oに維持す
る制御方式として、2入力非線形制御方式が用いられて
いる。
Description
いに対向する一対の電磁石に浮上体の中立位置に対する
変位を相殺する方向に電流を流して浮上体を中立位置に
維持する能動制御電磁吸引式磁気軸受けに関するもので
ある。
けには、浮上体を挟んで互いに対向する一対のアクチュ
エータとしての電磁石を備え、浮上体の中立位置からの
変位を相殺する方向に電流を流して浮上体を中立位置に
維持する構成のものが知られている。
アス電流を常時流して電磁石の吸引力を線形近似して浮
上体の空間位置制御を行うという線形制御理論に基づ
き、浮上体が中立位置からずれたときにその浮上体の中
立位置からの変位が相殺される方向に両方の電磁石に流
れる電流を増減させて、浮上体を中立位置に維持させる
ように制御するという1入力線形制御方式によって制御
している。
来の能動制御電磁吸引式磁気軸受けは、浮上体が中立位
置(平衡点位置)に存在して、電磁石による吸引を全く
必要としない場合にもバイアス電流を流し続けており、
無用のパワーロスを生じると共に電磁石が発熱し、更
に、浮上体の回転運動に対する抵抗となるという不都合
がある。
りに、永久磁石を用いてバイアスを与える1入力線形制
御方式も考えられているが、電磁石と永久磁石とによっ
てアクチュエータを構成しなければならないために、ア
クチュエータの構成が複雑化し、元々高価な能動制御電
磁吸引式磁気軸受けが更に一層高価となるという問題が
ある。
ので、その目的とするところは、パワーロス、電磁石の
発熱、浮上体の回転運動に対する抵抗を低減することが
可能な能動制御電磁吸引式磁気軸受けを提供することに
ある。
御電磁吸引式磁気軸受けは、浮上体を挟んで互いに対向
する一対の電磁石に前記浮上体の中立位置からの変位を
相殺する方向に電流を流して前記浮上体を前記中立位置
に維持する制御方式として、2入力非線形制御方式が用
いられていることを特徴とする。
軸受けは、前記浮上体が非接触回転体であり、前記非接
触回転体が5軸制御されることを特徴とする。
軸受けは、前記浮上体の前記中立位置からの変位を検出
する変位検出センサーと、該変位検出センサーの検出出
力に基づき前記浮上体の変位の方向と前記一対の電磁石
に流す電流の大きさとを判断して前記浮上体が前記中立
位置からずれたときに前記一対の電磁石のいずれか一方
のみに電流が流れるように制御する判断制御手段とを備
えていることを特徴とする。
れば、浮上体が中立位置からずれたときに一対の電磁石
のいずれか一方のみに電流を流して浮上体を中立位置に
戻すという2入力非線形制御方式によって制御すること
にしたので、パワーロス、電磁石の発熱、浮上体の回転
運動に対する抵抗を低減することができる。
磁吸引式磁気軸受けの2入力制御の原理を説明するため
の説明図であって、その図1、図2において、1は浮上
体である。その浮上体1の下部には支持アーム2が設け
られ、支持アーム2はブラケット3に設置の回動軸4を
支点にして矢印A−A方向に回動可能で、支持アーム
2、ブラケット3、浮上体1によって倒立振り子系が構
成されている。そのブラケット3は固定部5に固定され
ている。
がこの浮上体1を挟んで対向されている。その電磁石
6、7は固定部8、9に固定されている。その電磁石
6、7は鉄心6A、7Aとコイル6B、7Bとから大略
構成されている。
変位検出センサー(例えば、近接センサー)10と制御
回路11とが設けられている。その変位検出センサー1
0はここでは浮上体1と電磁石7との間の安定ギャップ
長Gからの変位、すなわち、中立位置Oからの変位を検
出する機能を果たす。
タサンプリングプロセッサ13、D/A変換器14、パ
ワーアンプリファイアー装置15を有する。データサン
プリングプロセッサ13はデジタルアウトプット(D
O)端子16を有する。パワーアンプリファイアー装置
15は増幅器(図示を略す)、切り換えスイッチ17を
有する。コイル6Bの両端末は接続端子15Aと共通端
子15Cとに接続され、コイル7Bの両端末は接続端子
15Bと共通端子15Cとに接続されている。
D変換器12によってアナログ・デジタル変換され、そ
のデジタル変換信号がデータサンプリングプロセッサ1
3に入力される。データサンプリングプロセッサ13
は、変位検出センサー10の検出出力に基づいて、中立
位置Oからの変位の方向と変位量とを判断し、浮上体1
が中立位置Oに戻るように一対の電磁石6、7のいずれ
か一方のみに電流が流れるように切り換えスイッチ17
を制御する切り換え信号を出力すると共に、コイル6
B、7Bに流すべき電流i1、i2の大きさを指示する
指示信号を出力する。その切り換え信号はデジタルアウ
トプット(DO)端子16を介して切り換えスイッチ1
7に入力され、その指示信号はD/A変換器14を介し
て増幅器に入力される。
例えば、浮上体1が破線1aで示すように中立位置Oか
ら左に振れたときには、切り換えスイッチ17が接続端
子15Aに接続されるように切り換え信号を出力し、浮
上体1が破線1bで示すように中立位置Oから右に振れ
たときには、切り換えスイッチ17が接続端子15Bに
接続されるように切り換え信号を出力すると共に、その
浮上体1の変位量Dに応じて、この変位量Dを相殺する
電流i1、i2がコイル6B、7Bに流れるように増幅
器を制御する。
2(b)、図2(c)に示すように、コイル6B、7B
には電流i2、i1は流れておらず、浮上体1が図1に
破線1aに示すように左に変位し、その変位量Dが図2
(a)に符号D1で示すものであるときには、電流i1
がコイル7bにのみ流れるように切り換えスイッチ17
が切り換えられ、その結果、浮上体1は電磁石7による
吸引力によって中立位置に戻される方向に変位される。
また、例えば、浮上体1が磁石7に吸引されて右に振れ
過ぎて、浮上体1が図1に破線1bに示すように右に変
位し、その変位量が図2(a)に符号D2で示すものと
なったときには、この変位量D2を相殺するために、電
流i2がコイル6bにのみ流れるように切り換えスイッ
チ17が切り換えられ、その結果、浮上体1は電磁石6
による吸引によって中立位置Oに戻る方向に変位され
る。
浮上体1が中立位置Oからずれたときに一対の電磁石
6、7のいずれか一方のみに電流を流して浮上体1を中
立位置Oに戻すという2入力非線形制御方式によって制
御され、制御回路11は、変位検出センサー10の検出
出力に基づき浮上体1の変位Dの方向と一対の電磁石
6、7に流す電流i1、i2の大きさとを判断して浮上
体1が中立位置Oからずれたときに一対の電磁石6、7
のいずれか一方のみに電流が流れるように制御する判断
制御手段として機能する。
磁石6、7への通電制御を示し、浮上体1が中立位置O
にあるときにも、図3(b)、図3(c)に示すよう
に、コイル6B、7Bにバイアス電流Bi2、Bi1が
流れている。浮上体1が図1に破線1aに示すように左
に変位し、その変位量Dが図3(a)に符号D1で示す
ものであるときには、これを相殺するために、電流i1
がコイル7Bに通電されると共に、コイル6Bに電流i
2’が通電され、浮上体1が図1に破線1bに示すよう
に右に変位し過ぎて、その変位量Dが図3(a)に符号
D2で示すものとなったときには、この変位量D2を相
殺するために電流i2がコイル6Bに流されると共に、
コイル7Bに電流i1’が流され、両方の電磁石6、7
には常時バイアス電流Bi1、Bi2が流れている。そ
のバイアス電流Bi1の大きさは例えば0.2Aであ
り、バイアス電流Bi2の大きさは例えば約0.2A弱
である。
よる制御の場合、浮上体1が中立位置Oに存在して、電
磁石6、7による吸引を全く必要としない場合にもバイ
アス電流Bi1、Bi2を流し続けており、無用のパワ
ーロスを生じると共に電磁石6、7が発熱し、更に、浮
上体1の回転運動に対する抵抗となるという不都合があ
るのに対して、この発明の実施の形態では、浮上体1が
中立位置Oに存在して、電磁石6、7による吸引を全く
必要としない場合には、電磁石6、7への通電を必要と
しないから、パワーロス、電磁石の発熱、浮上体の回転
運動に対する抵抗を低減することができる。
のグラフであり、符号Q1は従来の1入力線形制御方式
によるパワーロスを示し、符号Q2は本発明の実施の形
態に係わる2入力非線形制御方式によるパワーロスを示
しており、この図4から、2入力非線形制御方式による
パワーロスの方が従来の1入力線形制御方式によるパワ
ーロスよりも小さいこと明らかである。
説明図であったので、浮上体1を支持アーム2に支持さ
せる構成として説明したが、例えば、浮上体1は非接触
の円柱状回転体であり、図5に示すように、ラジアル軸
受け18、19、アキシシアル軸受け20によって磁気
的に支持されて空中に浮上され、そのラジアル軸受け1
8、19は図6に示すように、X方向ラジアル軸受け2
1AとY方向ラジアル軸受け21Bとから構成され、5
軸制御の能動制御電磁吸引式磁気軸受けで支持されてお
り、図1はX方向ラジアル軸受け21Aのみを概念的に
示したものに相当する。
発熱、浮上体の回転運動に対する抵抗を低減することが
可能である。
けの概念図である。
浮上体の変位と電磁石に流すべき電流との関係を説明す
るための図であって、(a)は浮上体1の中立位置から
の変位量を示すグラフであり、(b)はその浮上体1の
変位量に応じて電磁石7に流すべき電流を示し、(c)
はその浮上体1の変位量に応じて電磁石6に流すべき電
流を示している。
位と電磁石に流すべき電流との関係を説明するための図
であって、(a)は浮上体1の中立位置からの変位量を
示すグラフであり、(b)はその浮上体1の変位量に応
じて電磁石7に流すべき電流を示し、(c)はその浮上
体1の変位量に応じて電磁石6に流すべき電流を示して
いる。
と本発明の2入力非線形制御方式によるパワーロスとを
比較説明するためのグラフ図である。
の縦断面図である。
の水平断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 浮上体を挟んで互いに対向する一対の電
磁石に前記浮上体の中立位置からの変位を相殺する方向
に電流を流して前記浮上体を前記中立位置に維持する制
御方式として、2入力非線形制御方式が用いられている
ことを特徴とする能動制御電磁吸引式磁気軸受け。 - 【請求項2】 前記浮上体が非接触回転体であり、前記
非接触回転体が5軸制御されることを特徴とする請求項
1に記載の能動制御電磁吸引式磁気軸受け。 - 【請求項3】 前記浮上体の前記中立位置からの変位を
検出する変位検出センサーと、該変位検出センサーの検
出出力に基づき前記浮上体の変位の方向と前記一対の電
磁石に流す電流の大きさとを判断して前記浮上体が前記
中立位置からずれたときに前記一対の電磁石のいずれか
一方のみに電流が流れるように制御する判断制御手段と
を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に
記載の能動制御電磁吸引式磁気軸受け。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35405299A JP2001165164A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 能動制御電磁吸引式磁気軸受け |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35405299A JP2001165164A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 能動制御電磁吸引式磁気軸受け |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001165164A true JP2001165164A (ja) | 2001-06-19 |
Family
ID=18434981
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35405299A Pending JP2001165164A (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | 能動制御電磁吸引式磁気軸受け |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001165164A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006145011A (ja) * | 2004-11-24 | 2006-06-08 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 磁気軸受装置及び回転機械並びに制御方法 |
JP2008249011A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Ihi Corp | 電磁吸引式磁気軸受とその制御方法 |
US7830056B2 (en) | 2005-07-05 | 2010-11-09 | Ebara Corporation | Magnetic bearing device and method |
-
1999
- 1999-12-14 JP JP35405299A patent/JP2001165164A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006145011A (ja) * | 2004-11-24 | 2006-06-08 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 磁気軸受装置及び回転機械並びに制御方法 |
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US7977839B2 (en) | 2005-07-05 | 2011-07-12 | Ebara Corporation | Magnetic bearing device and method |
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WO2008126462A1 (ja) | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Ihi Corporation | 電磁吸引式磁気軸受とその制御方法 |
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KR101184689B1 (ko) | 2007-03-30 | 2012-09-20 | 가부시키가이샤 아이에이치아이 | 전자 흡인식 자기 베어링과 그 제어 방법 |
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