JP2002031134A - Sensorless magnetic levitation device - Google Patents

Sensorless magnetic levitation device

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JP2002031134A JP2001046697A JP2001046697A JP2002031134A JP 2002031134 A JP2002031134 A JP 2002031134A JP 2001046697 A JP2001046697 A JP 2001046697A JP 2001046697 A JP2001046697 A JP 2001046697A JP 2002031134 A JP2002031134 A JP 2002031134A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a magnetic levitation device used in a magnetic bearing, etc., simple and inexpensive and to provide the magnetic levitation device by having a versatility in a control circuit part and separately designing a control circuit and a magnetic circuit. SOLUTION: An object to be levitated is disposed between a pair of electromagnets and an electric power is fed to a bridge circuit constituted of respective coils 9, 10 of these electromagnets and two 2-terminal circuit networks 11, 12 by an inverter circuit X. A potential difference (or a short circuit current) between bd is detected by a signal detector 13, is passed through a synchronization amplifier 16 synchronous to a switching action of the inverter circuit X and is returned to a control input 2 of the inverter circuit X through a controller 15. Thus, the object to be levitated is retained between the electromagnets.

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、センサレス磁気浮
上装置に関する。
The present invention relates to a sensorless magnetic levitation device.

【0002】[0002]

【従来の技術】高速回転する回転機などにおいては、軸
受けの摩擦を避けるため、磁気軸受け装置(磁気浮上装
置)が用いられることがある。ここでいう磁気浮上装置
とは、磁性体である浮上対象物を、電磁石の吸引力また
は反発力を利用して、他の物体に接触しないようにして
保持するものであり、通常、電磁石の電流または電圧を
制御してこれを実現する。この際、電磁石と浮上対象物
の距離の情報の取得が必要となる。しかしながら、この
情報を取得するためのセンサ装置を用いると、装置が大
形化し、コストが増大する。このため、このセンサを用
いない、いわゆるセンサレス磁気浮上方式がいくつか提
案され、装置の簡単化が図られている。
2. Description of the Related Art In a rotating machine rotating at a high speed, a magnetic bearing device (magnetic levitation device) is sometimes used in order to avoid friction of a bearing. The magnetic levitation device referred to here is a device that holds a levitation target, which is a magnetic material, using an attractive force or a repulsive force of an electromagnet so as not to contact another object. Alternatively, this is achieved by controlling the voltage. At this time, it is necessary to obtain information on the distance between the electromagnet and the floating object. However, using a sensor device for acquiring this information increases the size of the device and increases the cost. For this reason, several so-called sensorless magnetic levitation systems that do not use this sensor have been proposed, and the apparatus has been simplified.

【0003】例えば公開特許公報「特開平6−2294
19」にあるように、電流ヒステリシス制御PWM(P
ulsewidth Modulation)インバー
タ回路の負荷のインダクタンスが変化すると、そのスイ
ッチング周波数が変化することを利用した制御が提案さ
れている。このインバータ回路2台を一対の電磁石それ
ぞれの電源として用いると、一対の電磁石の間に置かれ
た浮上対象物の位置により両電磁石の巻線のインダクタ
ンス値が変化するため、両インバータ回路のスイッチン
グ周波数が変化する。この両インバータ回路のスイッチ
ング周波数を一致またはある比率となるようにPLL
(Phase−Locked Loop)制御でインバ
ータ回路の出力電流または電圧を制御すれば、一対の電
磁石間に浮上対象物を保持することができる。
[0003] For example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 6-2294
19 ”, the current hysteresis control PWM (P
There has been proposed a control that utilizes the fact that when the inductance of the load of an inverter circuit changes, the switching frequency changes. When the two inverter circuits are used as power sources for the pair of electromagnets, the inductance value of the windings of the two electromagnets changes depending on the position of the floating object placed between the pair of electromagnets. Changes. The PLL so that the switching frequencies of the two inverter circuits match or have a certain ratio.
If the output current or voltage of the inverter circuit is controlled by (Phase-Locked Loop) control, a floating object can be held between the pair of electromagnets.

【0004】また、日本機械学会論文集(C編)63巻
609号(1997−5)掲載の論文「差動トランス方
式セルフセンシング磁気軸受の研究」のように差動トラ
ンス方式を用いたセンサレス磁気浮上も提案されてい
る。この方式も上述した一対の電磁石巻線のインダクタ
ンス値の変化を利用した方式である。すなわち、両電磁
石の巻線に、浮上対象物を浮上させるために必要な電流
の他に、交流電流(または交流電圧)を重畳させ、その
交流電流(または交流電圧)に対する2つの巻線の逆起
電力の差(または電流の差)を検出することで、浮上対
象物の位置を検出しようとするものである。本方式で
は、重畳させた交流電流(または交流電圧)と同じ周波
数成分の信号のみを通過させる帯域通過フィルタを用
い、電磁石の巻線両端の逆起電力(または巻線に流れる
電流)から、重畳した交流電流(または交流電圧)に対
する逆起電力(または巻線に流れる電流)の信号を抽出
している。このとき、電磁石の電源としてPWMインバ
ータ回路を使用した場合、インバータ回路が発生する高
調波電流(または高調波電圧)の周波数が一定であれ
ば、この電流(または電圧)を上述の交流電流(または
交流電圧)として置き換えることができる。例えば特許
出願公開公報「特開2000−060169」では、巻
線の交流電圧に応じて変動する電流成分を帯域通過フィ
ルタで抽出している。こうして得られた2つの巻線の逆
起電力信号(または電流信号)の差を求め、乗算器を用
いて重畳した交流電流(または電圧)の信号と掛け合わ
せることで、浮上対象物の位置情報を得る。これに応じ
て電磁石巻線の電流なり電圧なりを制御すれば、一対の
電磁石間に浮上対象物を保持できる。
[0004] In addition, a sensorless magnetism using a differential transformer method as in the paper "Study on a differential transformer type self-sensing magnetic bearing" published in Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C), Vol. 63, No. 609 (1997-5). Ascent has also been proposed. This method is also a method utilizing the change in the inductance value of the pair of electromagnet windings described above. That is, in addition to the current necessary to levitate the object to be levitated, the alternating current (or AC voltage) is superimposed on the windings of both electromagnets, and the reverse of the two windings to the AC current (or AC voltage) is performed. By detecting a difference in electromotive force (or a difference in current), the position of a floating object is to be detected. This method uses a band-pass filter that passes only signals of the same frequency component as the superimposed AC current (or AC voltage), and superimposes the back electromotive force (or current flowing through the winding) on both ends of the winding of the electromagnet. A signal of a back electromotive force (or a current flowing through the winding) with respect to the generated AC current (or AC voltage) is extracted. At this time, when a PWM inverter circuit is used as a power source for the electromagnet, if the frequency of the harmonic current (or harmonic voltage) generated by the inverter circuit is constant, this current (or voltage) is converted to the above-described AC current (or AC voltage). For example, in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2000-060169, a current component that fluctuates according to an AC voltage of a winding is extracted by a band-pass filter. The difference between the back electromotive force signals (or current signals) of the two windings obtained in this way is obtained and multiplied by the superposed alternating current (or voltage) signal using a multiplier to obtain the position information of the floating object. Get. If the current or voltage of the electromagnet winding is controlled in accordance with this, the floating object can be held between the pair of electromagnets.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したPLL制御に
よる方式では、電力制御を行うインバータ回路を複数台
必要とすることから、依然、十分な装置の簡単化、低価
格化がなされたとは言い難い。さらに、電流ヒステリシ
ス制御PWMインバータ回路の特性、特にスイッチング
周波数は、負荷のインダクタンス値や抵抗値等の変化に
よっても大きく変わるため、インバータ回路の特性は、
電磁石の電気的特性や、浮上対象物の材質、形状等にも
影響を受ける。したがって、装置を設計する際には、制
御回路、電磁石、浮上対象物の全てを考慮して設計しな
ければならず、他の磁気浮上装置の制御回路や電磁石の
流用、浮上対象物の交換等は難しい場合が多い。
In the above-described system based on PLL control, a plurality of inverter circuits for performing power control are required. Therefore, it cannot be said that sufficient simplification of the apparatus and reduction in cost have been achieved. . Furthermore, the characteristics of the current hysteresis control PWM inverter circuit, particularly the switching frequency, vary greatly depending on changes in the inductance value and resistance value of the load.
It is also affected by the electrical characteristics of the electromagnet and the material and shape of the floating object. Therefore, when designing the device, it is necessary to consider all of the control circuit, the electromagnet, and the object to be levitated, and to divert the control circuit and electromagnet of other magnetic levitation devices, exchange the object to be levitated, etc. Is often difficult.

【0006】一方、上述の差動トランス方式では、位置
情報となる逆起電力の検出に帯域通過フィルタを用いて
いるため、中心周波数を正確に調整する必要があり、ま
た、温度変化等で中心周波数が変化してしまう場合には
大きな問題となる。また、重畳させる交流電流の周波数
が変動する場合や、スイッチング周波数が一定でないP
WMインバータ回路を使用した場合には、本方式の適用
が困難となる。さらに、乗算器を用いるため、制御回路
の低価格化が難しいという欠点を持っている。本方式は
基本的に、差動トランスが平衡状態になるように制御す
るため、電磁石間における浮上対象物の安定点を任意に
変更するためには、他の機構を付加する必要がある。安
定点の変更は、例えば磁気軸受を使用する回転機構にお
いて、軸受取り付けの工作精度の悪さを補正するために
有用である。しかし、制御回路に機構を付加して安定点
を変更できるようにしたとしても、その安定点が差動ト
ランスの平衡点となっているわけではないので、浮上位
置が電圧・電流検出器の感度等の影響を受けやすくなる
欠点がある。
On the other hand, in the above-described differential transformer system, since a band-pass filter is used for detecting a back electromotive force as position information, it is necessary to accurately adjust the center frequency. When the frequency changes, it becomes a big problem. Further, when the frequency of the AC current to be superimposed fluctuates, or when the switching frequency is not constant, P
When a WM inverter circuit is used, it is difficult to apply this method. Furthermore, since the multiplier is used, there is a disadvantage that it is difficult to reduce the cost of the control circuit. This method basically controls the differential transformer to be in an equilibrium state, so that it is necessary to add another mechanism to arbitrarily change the stable point of the floating object between the electromagnets. The change of the stable point is useful, for example, in a rotating mechanism using a magnetic bearing, to correct poor machining accuracy in mounting the bearing. However, even if a mechanism can be added to the control circuit to change the stable point, the stable point is not the equilibrium point of the differential transformer. There is a disadvantage that it is easily affected by

【0007】よって、本発明の目的は、上述の欠点を伴
わない新規のセンサレス磁気浮上装置を提案するもので
ある。
Accordingly, an object of the present invention is to propose a novel sensorless magnetic levitation device which does not have the above-mentioned disadvantages.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による第1の課題
解決の手段は、一対の電磁石の吸引力または反発力を利
用して、磁性体をこの一対の電磁石の間に非接触で保持
する装置において、前記一対の電磁石のそれぞれの巻線
を直列に接続した直列回路と2端子回路網を直列に接続
した直列回路とを並列に接続したブリッジ回路と、この
ブリッジ回路に給電するインバータ回路と、前記2つの
直列回路の接続点間に接続された電流または電圧を検出
する検出器と、この検出器からの検出出力に基づいて前
記磁性体の位置を検出する位置検出手段と、この位置検
出手段による検出結果からインバータ回路を制御して前
記磁性体を所要の位置に制御する制御手段とを有するこ
とで構成される。
According to a first aspect of the present invention, a magnetic material is held in a non-contact manner between a pair of electromagnets by utilizing the attraction or repulsion of the pair of electromagnets. In the device, a bridge circuit in which a series circuit in which respective windings of the pair of electromagnets are connected in series and a series circuit in which a two-terminal network is connected in series are connected in parallel, and an inverter circuit that supplies power to the bridge circuit. A detector for detecting a current or a voltage connected between the connection points of the two series circuits; a position detecting means for detecting a position of the magnetic body based on a detection output from the detector; Control means for controlling the inverter to a required position by controlling an inverter circuit based on the detection result of the means.

【0009】第2の課題解決の手段としては、一対の電
磁石の間に磁性体を配し、電磁石の巻線の電流またはそ
の巻線に加える電圧を制御することで、上記磁性体を上
記一対の電磁石に触れさせることなく配することができ
る装置において、この一対の電磁石のそれぞれの巻線を
直列接続した直列回路と2つの2端子回路網を直列接続
した直列回路とを並列接続することでブリッジ回路を構
成し、この並列回路の両端にこのブリッジ回路の電源と
してのインバータ回路の出力端子を接続し、上記の2つ
の直列回路の中点間に電流または電圧を検出する検出器
の入力を接続し、この検出器の出力を上記インバータ回
路のスイッチング動作に同期して同期整流を行う同期整
流器の入力に接続し、この同期整流器の出力を入力とす
る制御器の出力を上記インバータ回路の電圧または電流
制御入力端子に入力することで構成される。
As a means for solving the second problem, a magnetic material is arranged between a pair of electromagnets, and the current of the windings of the electromagnets or the voltage applied to the windings is controlled so that the magnetic materials are connected to the pair of electromagnets. In a device that can be arranged without touching the electromagnet, a series circuit in which the windings of the pair of electromagnets are connected in series and a series circuit in which two two-terminal circuit networks are connected in series are connected in parallel. A bridge circuit is formed, and an output terminal of an inverter circuit as a power supply of the bridge circuit is connected to both ends of the parallel circuit, and an input of a detector for detecting a current or a voltage is provided between the middle points of the two series circuits. And the output of this detector is connected to the input of a synchronous rectifier that performs synchronous rectification in synchronization with the switching operation of the inverter circuit. Constructed by inputting the voltage or current control input terminal of the serial inverter circuit.

【0010】第3の課題解決手段としては、上記の構成
において、同期整流器の出力と、インバータ回路の電圧
または電流制御入力端子を、低域通過フィルタを介して
接続するように変更した構成とする。
[0010] As a third means for solving the problem, in the above configuration, the output of the synchronous rectifier and the voltage or current control input terminal of the inverter circuit are modified to be connected via a low-pass filter. .

【0011】第4の課題解決手段としては、同期整流器
に替えて、インバータ回路のスイッチング動作に同期し
てサンプリングを行うサンプルホールド回路を用い、こ
のサンプルホールド回路の入力を検出器の出力とし、こ
のサンプルホールド回路の出力を制御器の入力とした構
成とする。
As a fourth means for solving the problem, instead of the synchronous rectifier, a sample-and-hold circuit that performs sampling in synchronization with the switching operation of the inverter circuit is used, and the input of the sample-and-hold circuit is used as the output of the detector. The output of the sample and hold circuit is used as the input of the controller.

【0012】第5の課題解決手段としては、上記の第1
から4の課題解決手段において、一対の電磁石のそれぞ
れの巻線に電流源回路を並列接続した構成である。
The fifth means for solving the problem is the above first method.
In the means for solving problems 4 to 5, a current source circuit is connected in parallel to each winding of a pair of electromagnets.

【0013】第6の課題解決手段としては、上記の第1
から4の課題解決手段において、一対の電磁石にそれぞ
れ第2の巻線を施し、この第2の巻線に、個別にまたは
共通に電源回路を接続した構成である。
As a sixth means for solving the problems, the above-mentioned first method is used.
The fourth aspect of the present invention is a configuration in which a second winding is applied to each of a pair of electromagnets, and a power supply circuit is individually or commonly connected to the second winding.

【0014】第7の課題解決手段としては、上記の第1
から6の課題解決手段において、電磁石の鉄心として永
久磁石を用いるか、または磁路の一部を永久磁石とした
構成である。
[0014] As a seventh means for solving the problem, the above-mentioned first method is used.
In the means for solving the problems of (1) to (6), a permanent magnet is used as the iron core of the electromagnet, or a part of the magnetic path is a permanent magnet.

【0015】第8の課題解決手段としては、上記の課題
解決手段において、前記検出器は、2つの直列回路の接
続点間に接続された1次側巻線と検出器の出力となるこ
の1次側巻線に対する2次側巻線とを具備する変圧器で
ある構成とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the above aspect, the detector is a primary winding connected between a connection point of two series circuits and an output of the detector. The transformer has a secondary winding and a secondary winding.

【0016】第9の課題解決手段としては、上記の課題
解決手段において、前記2端子回路網の一方または両方
は、インピーダンスが可変である構成とする。
According to a ninth problem solving means, in the above problem solving device, one or both of the two-terminal network has a variable impedance.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態1】本発明の第1の実施例について
図1,2,3,4,5,6を使って説明する。
First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0018】図1において、一対の電磁石の巻線9,1
0と2つの二端子回路11,12でブリッジ回路を構成
し、インバータ回路Xをそのブリッジ回路の電源として
いる。2つの二端子回路11,12の一例として、ここ
では互いに等しい抵抗とするが、抵抗、インダクタン
ス、コンデンサ等の組み合わせから成る回路網も利用で
きる。インバータ回路Xは、例えば逆導通ダイオードを
備えたバイポーラトランジスタ、MOS−FET,IG
BT等のスイッチング素子4a,4bと直流電源5a,
5b(共に同電圧)で構成されている。スイッチング素
子への導通または非導通の指令信号は、否定回路7によ
り4aと4bで互いに逆の関係を持ち、インバータ回路
制御入力端子2の信号と三角波発振器8の出力とを入力
とするコンパレータ6より与えられている。ブリッジ回
路内には、bd間の電位差もしくはbdを流れる電流を
検出する検出器13が配されており、この出力は、検出
される電圧または電流に応じた信号、例えばそれらに比
例した電圧が得られるものである。これには、絶縁増幅
器や差動増幅器等が利用できる。この出力は、インバー
タ回路Xのスイッチングに同期して増幅度の符号が切り
替わる同期整流器16に導かれる。同期整流器として
は、例えば図2のように、演算増幅器B1、アナログス
イッチB2、抵抗Ra,Rb,Rc(抵抗値は同値)で
構成できることが知られている。この場合、入力はB
3、同期入力はB4、出力はB5となる。同期整流器の
同期には、インバータ回路出力端子1a,1bの端子間
電圧を参照しても良いが、本実施例では、コンパレータ
6の出力を参照している。同期整流器16の出力B5は
制御器15に導かれ、その出力が上述のインバータ回路
制御入力端子2へ帰還される。制御器15は、比例、比
例積分、比例微分、比例積分微分等の良く知られている
ものとする。電磁石と浮上対象物の関係は図3のように
なっている。すなわち、巻線9,10を含む電磁石M
a,Mbの間に、その間隔よりも小さい着磁された浮上
対象物14が配されており、両電磁石の磁極と浮上対象
物の磁極が対面するように置かれている。なお、浮上対
象物の動きについては、図中の矢印方向のみに自由度が
あるものとする。
In FIG. 1, windings 9 and 1 of a pair of electromagnets are shown.
0 and two two-terminal circuits 11 and 12 constitute a bridge circuit, and the inverter circuit X is used as a power supply for the bridge circuit. As an example of the two two-terminal circuits 11 and 12, resistors having the same resistance are used here, but a network composed of a combination of resistors, inductances, capacitors, and the like can also be used. The inverter circuit X includes, for example, a bipolar transistor having a reverse conducting diode, a MOS-FET, an IG
Switching elements 4a and 4b such as BT and DC power supplies 5a and
5b (both have the same voltage). The conduction or non-conduction command signal to the switching element has an opposite relationship between the inverter circuit control input terminal 2 and the output of the triangular wave oscillator 8 by the negating circuit 7. Has been given. A detector 13 for detecting a potential difference between bd or a current flowing through bd is provided in the bridge circuit, and an output of the detector 13 is a signal corresponding to a detected voltage or a current, for example, a voltage proportional to them. It is something that can be done. For this purpose, an insulating amplifier, a differential amplifier or the like can be used. This output is guided to a synchronous rectifier 16 in which the sign of the amplification degree switches in synchronization with the switching of the inverter circuit X. It is known that a synchronous rectifier can be constituted by, for example, an operational amplifier B1, an analog switch B2, and resistors Ra, Rb, and Rc (the same resistance value) as shown in FIG. In this case, the input is B
3. The synchronization input is B4 and the output is B5. For the synchronization of the synchronous rectifier, the voltage between the terminals of the inverter circuit output terminals 1a and 1b may be referred to, but in this embodiment, the output of the comparator 6 is referred to. The output B5 of the synchronous rectifier 16 is guided to the controller 15, and the output is fed back to the inverter circuit control input terminal 2 described above. It is assumed that the controller 15 is well known such as proportional, proportional integral, proportional derivative, proportional integral derivative, and the like. The relationship between the electromagnet and the object to be levitated is as shown in FIG. That is, the electromagnet M including the windings 9 and 10
A magnetized levitation object 14 smaller than the interval is arranged between a and Mb, and the magnetic poles of both electromagnets and the levitation object are placed so as to face each other. It is assumed that the movement of the flying object has a degree of freedom only in the direction of the arrow in the figure.

【0019】以下に、上記第1の実施例の動作を簡単に
説明する。なお、ここでは図3において、巻線9,10
をそれぞれ含む一対の電磁石Ma,Mbが同一であると
する。電磁石Maと浮上対象物14との空隙と、電磁石
Mbと浮上対象物14との空隙が等しくなるように浮上
対象物14が置かれた場合、巻線9,10の端子間のイ
ンダクタンス値は同値となる。この浮上対象物14の位
置を中心点とする。通常、空隙の透磁率よりも、電磁石
の鉄心や浮上対象物の透磁率は数百倍から数千倍あるの
で、浮上対象物14が電磁石Ma側に近づくと、巻線9
両端のインダクタンスが巻線10両端のそれよりも大き
くなり、逆に電磁石Mb側に近づくと、巻線10両端の
インダクタンスの方が大きくなる。したがって、浮上対
象物14が中心点にある時には、この巻線9,10を含
む図1のブリッジ回路は平衡状態となり、v2=0また
はi2=0となる。なお、ここでいうv2およびi2
は、それぞれbd間開放電圧およびbd間短絡電流を意
味するものとする。また、浮上対象物14がこの位置よ
りも電磁石Ma側に近づいた場合、ブリッジ入力の電圧
v1がv1>0の時はv2<0かつi2<0、v1<0
の時はv2>0かつi2>0となる。逆に電磁石Mb側
に近づいた場合、v1>0の時はv2>0かつi2>
0、v1<0の時はv2<0かつi2<0となる。図1
のコンパレータ6の二値出力は、インバータ回路Xの出
力電圧の極性、すなわちv1の符号を表しているので、
v2またはi2に比例する信号を検出する検出器13の
出力を、この二値出力に同期して同期整流をする同期整
流器16に入力すると、その出力信号fは、 浮上対象物が電磁石Ma側に偏った場合 f>0 浮上対象物が電磁石Mb側に偏った場合 f<0 浮上対象物が中心点にある場合 f=0 とすることができる。また、fの絶対値は、中心点から
ずれるほど大きくなる。したがって、この信号から浮上
対象物の位置を知り得ることは明らかである。また、こ
の検出信号fは、原理的に、インバータ回路のスイッチ
ングの影響を受けないので、スイッチング周波数が変化
する場合においても、浮上対象物の位置の情報を与え
る。一方、図3の巻線に対しaからcに向かって電流を
流すと、浮上対象物は電磁石Maに吸引され、かつ電磁
石Mbに反発され、電磁石Maの方向に力を受ける。逆
にcからaに向かって電流を流すと、浮上対象物は電磁
石Mbの方向に力を受ける。これより、上記信号fを、
制御器15を介してインバータ回路の出力電圧を制御す
るインバータ回路制御入力端子2に帰還すれば、巻線
9,10の電流が操作され、浮上対象物を中心点に保持
するように制御が可能なことは明らかである。
The operation of the first embodiment will be briefly described below. Here, in FIG.
Are assumed to be the same. When the object to be levitated 14 is placed so that the gap between the electromagnet Ma and the object to be levitated 14 is equal to the space between the electromagnet Mb and the object to be levitated 14, the inductance value between the terminals of the windings 9 and 10 is the same. Becomes The position of the flying object 14 is defined as a center point. Normally, the magnetic permeability of the iron core of the electromagnet and the object to be levitated is several hundred to several thousand times larger than the magnetic permeability of the air gap. Therefore, when the object to be levitated approaches the electromagnet Ma side, the winding 9
The inductance at both ends becomes larger than that at both ends of the winding 10, and conversely, as it approaches the electromagnet Mb side, the inductance at both ends of the winding 10 becomes larger. Therefore, when the flying object 14 is at the center point, the bridge circuit of FIG. 1 including the windings 9 and 10 is in a balanced state, and v2 = 0 or i2 = 0. Here, v2 and i2
Means a bd open circuit voltage and a bd short circuit current, respectively. Also, when the flying object 14 is closer to the electromagnet Ma side than this position, when the bridge input voltage v1 is v1> 0, v2 <0 and i2 <0, v1 <0.
, V2> 0 and i2> 0. Conversely, when approaching the electromagnet Mb side, when v1> 0, v2> 0 and i2>
When 0 and v1 <0, v2 <0 and i2 <0. Figure 1
Since the binary output of the comparator 6 represents the polarity of the output voltage of the inverter circuit X, that is, the sign of v1,
When the output of the detector 13 that detects a signal proportional to v2 or i2 is input to the synchronous rectifier 16 that performs synchronous rectification in synchronization with the binary output, the output signal f is output from the floating object to the electromagnet Ma side. In case of deviation f> 0 When the object to be levitated is shifted toward the electromagnet Mb f <0 When the object to be levitated is at the center point, f = 0 can be set. Further, the absolute value of f increases as the distance from the center point increases. Therefore, it is clear that the position of the flying object can be known from this signal. In addition, since the detection signal f is not affected by the switching of the inverter circuit in principle, even when the switching frequency changes, information on the position of the flying object is given. On the other hand, when a current flows from a to c in the winding of FIG. 3, the floating object is attracted to the electromagnet Ma and repelled by the electromagnet Mb, and receives a force in the direction of the electromagnet Ma. Conversely, when a current flows from c to a, the levitating object receives a force in the direction of the electromagnet Mb. Thus, the signal f is
If the feedback is made to the inverter circuit control input terminal 2 for controlling the output voltage of the inverter circuit via the controller 15, the current of the windings 9 and 10 is operated, and control can be performed so that the object to be levitated is held at the center point. That is clear.

【0020】また、図4のように、電流検出器C1、誤
差増幅器C2、比例積分微分制御器等の制御器C3を用
いた電流制御系を持つインバータ回路を図1のインバー
タ回路Xと置き換えて使用した場合、二端子回路網1
1,12のインピーダンスを巻線9,10のインピーダ
ンスに比べて十分大きく(例えばスイッチング周波数で
の巻線のリアクタンスの10倍以上)設定しておけば、
二端子回路網の電流は無視でき、制御器15からの指令
により直接的に巻線の電流が制御でき、上述の場合と同
様、浮上対象物を中心点に保持するように制御が可能な
ことは明らかである。さらに、図5のようにスイッチン
グ素子4c,4dの導通、非導通をそれぞれ4a,4b
と逆の関係とし、4a,4bの中点および4c,4dの
中点を出力とするインバータ回路を図1のXと置き換え
た場合でも同様の効果が期待できる。加えて図6のよう
に、図4同様、電流検出器C1、誤差増幅器C2、比例
積分微分制御器等の制御器C3を用いた電流制御系を持
つインバータ回路としても同様な効果が期待できること
は明らかである。
Also, as shown in FIG. 4, an inverter circuit having a current control system using a controller C3 such as a current detector C1, an error amplifier C2, and a proportional-integral-differential controller is replaced with the inverter circuit X shown in FIG. If used, two-terminal network 1
If the impedances of the windings 1 and 12 are set sufficiently larger than the impedances of the windings 9 and 10 (for example, 10 times or more of the winding reactance at the switching frequency),
The current of the two-terminal network can be neglected, the current of the winding can be directly controlled by a command from the controller 15, and control can be performed so as to maintain the levitating object at the center point as in the above-described case. Is clear. Further, as shown in FIG. 5, the conduction and non-conduction of the switching elements 4c and 4d are respectively set to 4a and 4b.
The same effect can be expected when the inverter circuit that outputs the midpoint of 4a and 4b and the midpoint of 4c and 4d is replaced with X in FIG. In addition, as in FIG. 6, similarly to FIG. 4, the same effect can be expected even with an inverter circuit having a current control system using a controller C3 such as a current detector C1, an error amplifier C2, and a proportional-integral-differential controller. it is obvious.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態2】次に本発明の第2の実施例につ
いて、図1を使って説明する。本実施例の制御回路は、
図1の同期整流器の出力端子B5と制御器15の入力と
の間を低域通過フィルタL1を介して接続したものであ
り、他の構成は第1の実施例と同じである。
Embodiment 2 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The control circuit of the present embodiment includes:
The output terminal B5 of the synchronous rectifier of FIG. 1 and the input of the controller 15 are connected via a low-pass filter L1, and other configurations are the same as those of the first embodiment.

【0022】通常、インバータ回路等に用いる半導体ス
イッチング素子の導通、非導通の切替えには、若干の時
間を要することが知られている。この時間遅れにより、
第1の実施例に示した図1の同期整流器16の出力は、
浮上対象物の位置情報を与えるものの、4a,4bの導
通、非導通の切替え時に符号が変化してしまう。この時
間遅れが顕著なスイッチング素子を使用した場合、この
符号変化がノイズとなって制御器15に入力される可能
性があり、場合によっては制御性悪化や制御不能とな
る。この符号変化は、インバータ回路Xのスイッチング
素子の状態が変化するたびに発生することから、上記低
域通過フィルタの通過域をインバータ回路Xのスイッチ
ング周波数(すなわち三角波発生回路8の発振周波数)
以下としておけば、このノイズの除去が期待でき、この
ようなスイッチング素子を使っても、浮上対象物を中心
点に保持するように制御が可能となる。
It is generally known that switching between conduction and non-conduction of a semiconductor switching element used in an inverter circuit or the like requires some time. Due to this time delay,
The output of the synchronous rectifier 16 of FIG. 1 shown in the first embodiment is
Although the position information of the object to be levitated is given, the sign changes when the conduction or non-conduction of 4a and 4b is switched. When a switching element having a noticeable time delay is used, the sign change may be input to the controller 15 as noise, and in some cases, the controllability is deteriorated or the control becomes impossible. Since this sign change occurs every time the state of the switching element of the inverter circuit X changes, the pass band of the low-pass filter is changed to the switching frequency of the inverter circuit X (that is, the oscillation frequency of the triangular wave generation circuit 8).
In the following, removal of this noise can be expected, and even if such a switching element is used, control can be performed so that the flying object is held at the center point.

【0023】また、図面には示さないが、スイッチング
の同期信号出力端子3と同期整流器の同期信号入力端子
B4との間に遅延回路を挿入すると、同期整流器16と
スイッチング素子4a,4bのスイッチングは、同期は
しているものの時間的なずれが生ずる。このため、同期
整流の出力信号は、スイッチング素子の動作に時間遅れ
がないとしても、スイッチング素子4a,4bの導通、
非導通の切り替わりの際に、符号の変化が起こる。この
信号を低域通過フィルタに通すと、従来から知られてい
る同期整流器による時間微分が行われたことになり、浮
上対象物の位置の時間微分の要素が含まれた信号が得ら
れる。この構成では、制御器15に微分器を用いなくて
も、微分制御を施した効果が期待できる。
Although not shown in the drawing, when a delay circuit is inserted between the synchronous signal output terminal 3 for switching and the synchronous signal input terminal B4 of the synchronous rectifier, the switching between the synchronous rectifier 16 and the switching elements 4a and 4b is performed. However, although synchronized, a time lag occurs. For this reason, the output signal of the synchronous rectification indicates that the conduction of the switching elements 4a and 4b and
A sign change occurs at the time of non-conductivity switching. When this signal is passed through a low-pass filter, time differentiation by a conventionally known synchronous rectifier is performed, and a signal including an element of time differentiation of the position of the flying object is obtained. With this configuration, the effect of performing the differential control can be expected without using a differentiator for the controller 15.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態3】次に本発明の第3の実施例につ
いて図7を使って説明する。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0025】第1の実施例では同期整流器を用い、その
出力信号により、浮上対象物の中心点からの片寄りを検
出し、浮上対象物の制御に用いていたが、本実施例で
は、図7のように、インバータ回路Xのスイッチング動
作に同期してサンプリングを行うサンプルホールド回路
16aを用い、この入力を検出器13からの検出信号と
し、出力を制御器15の入力とする。この変更点以外
は、第1の実施例の構成と同じである。なお、サンプリ
ングのタイミングは、インバータ回路のスイッチングの
同期信号出力端子3から得ており、例えばその二値出力
が「1」と「0」であるとすれば、「1」のときサンプ
リングして、「0」のときサンプリングしたデータを保
持するといった動作をするものとする。
In the first embodiment, a synchronous rectifier is used, and a deviation from the center point of the object to be levitated is detected based on an output signal of the synchronous rectifier to control the object to be levitated. As shown in FIG. 7, a sample-and-hold circuit 16a that performs sampling in synchronization with the switching operation of the inverter circuit X is used. This input is used as a detection signal from the detector 13, and the output is used as an input to the controller 15. Except for this change, the configuration is the same as that of the first embodiment. The sampling timing is obtained from the switching synchronizing signal output terminal 3 of the inverter circuit. For example, if the binary output is “1” and “0”, sampling is performed at “1”. When the value is "0", an operation of holding the sampled data is performed.

【0026】第1の実施例で、述べたように、図3の浮
上対象物14が中心点にある時には、巻線9,10を含
む図7のブリッジ回路は平衡状態となり、v2=0また
はi2=0となる。(v2およびi2は、それぞれbd
間開放電圧およびbd間短絡電流)また、浮上対象物1
4がこの位置よりも電磁石Ma側に近づいた場合、ブリ
ッジ入力の電圧v1がv1>0の時はv2<0かつi2
<0、v1<0の時はv2>0かつi2>0となる。逆
に電磁石Mb側に近づいた場合、v1>0の時はv2>
0かつi2>0、v1<0の時はv2<0かつi2<0
となる。すなわち、v1>0もしくはv1<0のどちら
かの時のみ、検出器13からの出力をサンプリングすれ
ば、浮上対象物の中心点からの方向も含めた偏差情報を
得ることができる。よって、詳細な説明は割愛するが、
この構成により、浮上対象物を中心点に保持するように
制御が可能なことは明らかである。なお、ディジタル制
御器を用いて本制御回路を構築した場合、ディジタル制
御器が備えているサンプルホールド回路をこのサンプル
ホールド回路16aとして見立て、そのサンプリング
を、インバータ回路のスイッチングに同期させ、v1>
0もしくはv1<0のどちらか一方の時に行えばよい。
As described in the first embodiment, when the object to be levitated 14 in FIG. 3 is at the center point, the bridge circuit in FIG. 7 including the windings 9 and 10 is in a balanced state, and v2 = 0 or i2 = 0. (V2 and i2 are bd
Open-circuit voltage and short-circuit current between bd)
4 is closer to the electromagnet Ma side than this position, when the bridge input voltage v1 is v1> 0, v2 <0 and i2
When <0 and v1 <0, v2> 0 and i2> 0. Conversely, when approaching the electromagnet Mb side, when v1> 0, v2>
0 and i2> 0 and v2 <0 when v1 <0
Becomes That is, if the output from the detector 13 is sampled only when either v1> 0 or v1 <0, deviation information including the direction from the center point of the flying object can be obtained. Therefore, detailed explanation is omitted,
Obviously, with this configuration, control can be performed so that the flying object is held at the center point. When the present control circuit is constructed using a digital controller, the sample and hold circuit provided in the digital controller is regarded as the sample and hold circuit 16a, and the sampling is synchronized with the switching of the inverter circuit, and v1>
It may be performed when either 0 or v1 <0.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態4】次に本発明の第4の実施例につ
いて図1、図3、図8を使って説明する。
Embodiment 4 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 8. FIG.

【0028】第4の実施例においては、図1の巻線9お
よび10として、図8の回路を用いたものとなる。すな
わち、第1の実施例では、図3の電磁石および浮上対象
物を用いたが、本実施例では図8とした以外は何ら変わ
らない。A1,A2は電流源回路であり、共に直流電流
Icを供給している。また、浮上対象物14aは着磁さ
れていない磁性体とし、その機械的な自由度は矢印方向
のみとする。ここで、二端子回路網のインピーダンスが
巻線9,10のインピーダンスよりも十分大きい(例え
ばインバータ回路のスイッチング周波数での巻線のリア
クタンスの10倍以上)として二端子回路網の電流を無
視できると考える。図1のインバータ回路Xが、ブリッ
ジ回路に電流Iを供給していたとすると、巻線9,10
の電流Im1,Im2はそれぞれ、 Im1=Ic+I Im2=Ic−I となる。さらに、Iの絶対値がIc以下の範囲では、I
m1,Im2は非負で、両電流はIの変化に対し差動的
となる。したがって、電流Iを操作すれば、電磁石M
a,Mbの吸引力の差を調節できるので、浮上対象物に
加わる力を双方向で制御できることになる。この制御性
は、第1の実施例で説明した図3と同等となる。ゆえ
に、詳細な説明は割愛するが、浮上対象物が着磁されて
いない磁性体を電磁石間の中心点に保持するように制御
できることが明らかである。
In the fourth embodiment, the windings 9 and 10 of FIG. 1 use the circuit of FIG. That is, in the first embodiment, the electromagnet and the object to be levitated in FIG. 3 are used, but in this embodiment, there is no difference except for the configuration shown in FIG. A1 and A2 are current source circuits, both supplying a DC current Ic. The flying object 14a is a magnetic material that is not magnetized, and its mechanical degree of freedom is limited to the direction of the arrow. Here, assuming that the impedance of the two-terminal network is sufficiently larger than the impedance of the windings 9 and 10 (for example, at least 10 times the reactance of the winding at the switching frequency of the inverter circuit), the current of the two-terminal network can be ignored. Think. If the inverter circuit X of FIG. 1 supplies a current I to the bridge circuit, the windings 9 and 10
Respectively, Im1 = Ic + I Im2 = Ic-I. Further, when the absolute value of I is equal to or less than Ic, I
m1 and Im2 are non-negative and both currents are differential with respect to changes in I. Therefore, by manipulating the current I, the electromagnet M
Since the difference between the suction forces a and Mb can be adjusted, the force applied to the flying object can be controlled in both directions. This controllability is equivalent to FIG. 3 described in the first embodiment. Therefore, although detailed description is omitted, it is apparent that control can be performed so that the magnetic body on which the floating object is not magnetized is held at the center point between the electromagnets.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態5】次に本発明の第5の実施例につ
いて図1、図3、図9を使って説明する。
Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 9. FIG.

【0030】第5の実施例においては、図1の巻線9お
よび10として、図9の回路を用いたものとなる。すな
わち、第1の実施例では、図3の電磁石および浮上対象
物を用いたが、本実施例では図9とした以外は何ら変わ
らない。A3,A4は、巻線9,10とそれぞれ磁路を
共有し、それぞれ和動的および差動的となるように巻か
れた互いに同じ巻数のバイアス磁束用巻線であり、A5
はその電源回路である。浮上対象物14aは着磁されて
いない磁性体とし、その機械的な自由度は矢印方向のみ
とする。電源A5より一定電流を供給すれば、巻線9お
よび巻線A3で発生する起磁力は鉄心で加算され、巻線
10および巻線A4で発生する起磁力は減算されるの
で、Iの変化に対しそれぞれの鉄心に加わる起磁力は差
動的に変化する。よって、巻線A4が発生する起磁力の
大きさが、巻線10のそれよりも常に大きくなるよう
に、巻線A4の電流を設定しておけば、それぞれの電磁
石の吸引力の変化は、第4の実施例の場合と同様とな
り、やはり、電流Iを操作すれば、電磁石Ma,Mbの
吸引力の差を調節できるので、浮上対象物に加わる力を
双方向で制御できることになる。ゆえに、詳細な説明は
割愛するが、浮上対象物が着磁されていない磁性体を、
第4の実施例と同様、電磁石間の中心点に保持するよう
に制御できることが明らかである。なお、本実施例で
は、2つのバイアス磁束用巻線を直列接続して共通の電
源より電流を供給したが、並列として共通の電源から電
流を供給した場合や、個別の電源を使用した場合につい
ても同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the fifth embodiment, the circuits shown in FIG. 9 are used as the windings 9 and 10 in FIG. That is, in the first embodiment, the electromagnet and the object to be levitated in FIG. 3 are used, but in this embodiment, there is no difference except for the configuration shown in FIG. A3 and A4 are bias magnetic flux windings having the same number of turns and sharing the same magnetic path as the windings 9 and 10, respectively, and being wound so as to be harmonic and differential, respectively.
Is the power supply circuit. The flying object 14a is a magnetic material that is not magnetized, and its mechanical degree of freedom is limited to the direction of the arrow. When a constant current is supplied from the power supply A5, the magnetomotive force generated in the winding 9 and the winding A3 is added by the iron core, and the magnetomotive force generated in the winding 10 and the winding A4 is subtracted. On the other hand, the magnetomotive force applied to each iron core changes differentially. Therefore, if the current of the winding A4 is set so that the magnitude of the magnetomotive force generated by the winding A4 is always larger than that of the winding 10, the change in the attraction force of each electromagnet becomes Similarly to the case of the fourth embodiment, if the current I is manipulated, the difference between the attraction forces of the electromagnets Ma and Mb can be adjusted, so that the force applied to the floating object can be controlled in both directions. Therefore, a detailed description is omitted, but a magnetic body in which the object to be levitated is not magnetized,
As in the fourth embodiment, it is apparent that control can be performed so as to maintain the center point between the electromagnets. In the present embodiment, two bias magnetic flux windings are connected in series to supply current from a common power supply. However, in the case where current is supplied from a common power supply in parallel, or when individual power supplies are used. Needless to say, the same effect can be obtained.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態6】次に本発明の第6の実施例につ
いて図1、図3、図10を使って説明する。第6の実施
例においては、図1の巻線9および10として、図10
の回路を挿入したものとなる。すなわち、第1の実施例
では、図3の電磁石および浮上対象物を用いたが、本実
施例では図10とした以外は何ら変わらない。それぞれ
の電磁石に永久磁石A6およびA7が取り付けられてお
り、永久磁石の磁力と一対の電磁石が発生する磁力がそ
れぞれ加算、減算されるようになっている。浮上対象物
14aは着磁されていない磁性体とし、その機械的な自
由度は矢印方向のみとする。このようにすると、この永
久磁石は、上記の第5の実施例のバイアス磁束用巻線と
同じ働きをする。ここで、電磁石が発生する磁力よりも
永久磁石の磁力の方が常に大きくなるように永久磁石を
選ぶか、あるいは電磁石の電流の動作範囲を制限すれ
ば、詳細な説明は割愛するが、動作上は第5の実施例と
等価となり、浮上対象物が着磁されていない磁性体を電
磁石間の中心点に保持するように制御できることが明ら
かである。また、電磁石の磁路自体を永久磁石としても
同様な結果が得られることは言うまでもない。
Embodiment 6 Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the sixth embodiment, the windings 9 and 10 of FIG.
Is inserted. That is, in the first embodiment, the electromagnet and the object to be levitated in FIG. 3 are used, but in this embodiment, there is no difference except for the configuration shown in FIG. Permanent magnets A6 and A7 are attached to each electromagnet, and the magnetic force of the permanent magnet and the magnetic force generated by the pair of electromagnets are added and subtracted, respectively. The flying object 14a is a magnetic material that is not magnetized, and its mechanical degree of freedom is limited to the direction of the arrow. In this case, the permanent magnet functions in the same manner as the bias magnetic flux winding of the fifth embodiment. Here, if a permanent magnet is selected so that the magnetic force of the permanent magnet is always larger than the magnetic force generated by the electromagnet, or if the operating range of the current of the electromagnet is limited, detailed description is omitted, Is equivalent to that of the fifth embodiment, and it is apparent that control can be performed so that the magnetic body on which the object to be levitated is not magnetized is held at the center point between the electromagnets. Needless to say, the same result can be obtained even when the magnetic path itself of the electromagnet is a permanent magnet.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態7】次に本発明の第7の実施例につ
いて図1、図11を使って説明する。
Seventh Embodiment Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0033】図11は、本発明の第7の実施例を示した
ものであり、図1における検出器13として絶縁変圧器
13aを用いたものである。ブリッジ回路のbd間に絶
縁変圧器13aの一次側巻線が接続され、二次側巻線の
一端を基準として、他端を検出信号出力端子としてい
る。検出器13は、ブリッジ回路が平衡状態であるか否
かを計測することを目的としているが、その情報を得る
には、ブリッジ回路のbd間の電圧または電流の交流成
分のみが検出されればよい。したがって、検出器として
絶縁変圧器を用いることは可能である。また、本実施例
の回路では、装置が動作中である間、インバータ回路は
常にスイッチング動作をしているため、ブリッジ回路に
は常に交流電圧成分が入力されていることになる。よっ
て、ブリッジ回路の状態は常に絶縁変圧器13aを介し
て知ることができる。したがって、詳細な説明は割愛す
るが、他の実施例と同様、本実施例の構成によっても浮
上対象物の位置制御が可能であることは明らかである。
FIG. 11 shows a seventh embodiment of the present invention, in which an insulating transformer 13a is used as the detector 13 in FIG. The primary winding of the insulating transformer 13a is connected between bd of the bridge circuit, and one end of the secondary winding is used as a reference and the other end is used as a detection signal output terminal. The detector 13 aims at measuring whether or not the bridge circuit is in an equilibrium state. To obtain the information, if only the AC component of the voltage or current between the bd and the bd of the bridge circuit is detected. Good. Therefore, it is possible to use an insulating transformer as a detector. In the circuit of the present embodiment, the inverter circuit always performs a switching operation while the device is operating, so that the AC voltage component is always input to the bridge circuit. Therefore, the state of the bridge circuit can always be known via the insulating transformer 13a. Therefore, although detailed description is omitted, it is clear that the position of the flying object can be controlled by the configuration of the present embodiment as in the other embodiments.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態8】次に本発明の第8の実施例につ
いて図1、図3、図12を使って説明する。
[Eighth Embodiment] Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0035】図12は、本発明の第8の実施例を示した
ものであり、図1における二端子回路網11,12を可
変抵抗R1,R2としたものである。第1の実施例で
は、2つの二端子回路網を同一抵抗値の抵抗としたが、
本実施例では、これらの抵抗値を変化させることで、ブ
リッジ回路の平衡点を変更し、浮上対象物の浮上位置を
変更できるようにした構成を示している。図3におい
て、浮上対象物14を電磁石Maに接触させた時の巻線
9および10の両端間のインダクタンスをそれぞれLa
1,Lb1とし、浮上対象物14を電磁石Mbに接触さ
せた時の巻線9および10の両端間のインダクタンスを
それぞれLa2,Lb2とした時、 La1÷Lb1>R1÷R2>La2÷Lb2 の範囲で抵抗値を選べば、一対の電磁石間で任意の位置
に浮上対象物を配置させることができる。なお、本実施
例では、二端子回路網11,12を可変抵抗としたが、
可変インダクタンスや可変キャパシタンスも使用できる
ことは言うまでもない。また、これらの素子にトランジ
スタ等の外部信号によりインピーダンスが操作できる素
子を用いても同様な効果が得られる。
FIG. 12 shows an eighth embodiment of the present invention, in which the two-terminal circuit networks 11, 12 in FIG. 1 are replaced by variable resistors R1, R2. In the first embodiment, two two-terminal networks are resistors having the same resistance value.
In the present embodiment, a configuration is shown in which by changing these resistance values, the equilibrium point of the bridge circuit can be changed and the floating position of the floating object can be changed. In FIG. 3, the inductance between both ends of the windings 9 and 10 when the flying object 14 is brought into contact with the electromagnet Ma is represented by La, respectively.
1, Lb1, and when the inductance between both ends of the windings 9 and 10 when the object to be levitated 14 is brought into contact with the electromagnet Mb is La2 and Lb2, respectively, a range of La1 @ Lb1> R1. If the resistance value is selected, the object to be levitated can be arranged at an arbitrary position between the pair of electromagnets. In this embodiment, the two-terminal networks 11 and 12 are variable resistors.
It goes without saying that variable inductance and variable capacitance can also be used. Similar effects can be obtained by using an element whose impedance can be controlled by an external signal, such as a transistor, as these elements.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明による磁気浮上装置では、従来の
技術として例に挙げたPLL制御によるセンサレス磁気
浮上装置が持つ問題、すなわちインバータ回路を複数台
使用しているため、十分な簡単化ができていないという
問題点や、電流ヒステリシス制御PWMインバータ回路
を使用することの欠点でもある、制御回路、電磁石、浮
上対象物の全てを考慮しての設計が必要という問題点を
解決している。これにより、低価格化はもちろんのこ
と、制御回路に汎用性を持たせることができるので、制
御回路と磁気回路を別個に設計し、別個に提供すること
ができるようになった。また、浮上対象物の位置検出に
帯域通過フィルタを用いていないので、差動トランス方
式を用いたセンサレス磁気浮上が持っている、帯域通過
フィルタの中心周波数設定の難しさや、中心周波数の変
動に関する問題は解消される。本発明の実施において
は、同期整流器を用いるかサンプルホールド回路を用い
るかの選択ができるが、前者を選択した場合、差動トラ
ンス方式で用いられていた乗算器を用いることなく安価
に制御回路を構成できる。また、同期整流器の出力に低
域通過フィルタを用いることで、スイッチング素子の時
間遅れに起因する、同期整流器出力におけるノイズの除
去や、遅延回路との併用で浮上対象物の位置の時間微分
演算も可能となり、微分器を用いなくとも微分制御を含
めることが可能となる。ディジタル制御器を用いて本制
御回路を構築した場合、ディジタル制御器が備えている
サンプルホールド回路をそのまま利用できる後者の方式
が有用となる。
According to the magnetic levitation device of the present invention, the problem of the sensorless magnetic levitation device based on the PLL control exemplified as the prior art, that is, since a plurality of inverter circuits are used, the simplification can be sufficiently performed. And the disadvantage of using the current hysteresis control PWM inverter circuit, that is, the problem that it is necessary to design in consideration of all of the control circuit, the electromagnet, and the floating object. As a result, not only can the price be reduced, but also the versatility can be imparted to the control circuit, so that the control circuit and the magnetic circuit can be separately designed and provided separately. In addition, since a band-pass filter is not used to detect the position of the object to be levitated, it is difficult to set the center frequency of the band-pass filter and problems related to fluctuations in the center frequency, which are present in sensorless magnetic levitation using the differential transformer method. Is eliminated. In the embodiment of the present invention, it is possible to select whether to use a synchronous rectifier or a sample and hold circuit.However, if the former is selected, the control circuit can be inexpensively used without using the multiplier used in the differential transformer method. Can be configured. In addition, by using a low-pass filter at the output of the synchronous rectifier, noise in the output of the synchronous rectifier due to the time delay of the switching element can be removed, and the time differential operation of the position of the floating object can be performed together with the delay circuit. This makes it possible to include differential control without using a differentiator. When the present control circuit is constructed using a digital controller, the latter method in which the sample and hold circuit provided in the digital controller can be used as it is becomes useful.

【0037】さらに、電磁石の巻線に電流源回路を付け
加えることで、着磁されていない磁性体の制御も可能と
なる。同じ効果が、電磁石に第2の巻線を施し、この2
つの巻線に、個別にまたは共通に電源回路を接続するこ
とでも可能となる。また、電磁石の鉄心として永久磁石
を用いるか、または磁路の一部を永久磁石とすることで
も同様の結果が得られる。この場合は電源の追加が不要
という利点もある。
Further, by adding a current source circuit to the winding of the electromagnet, it is possible to control a non-magnetized magnetic body. The same effect applies a second winding to the electromagnet,
It is also possible to connect a power supply circuit individually or commonly to one winding. Similar results can be obtained by using a permanent magnet as the core of the electromagnet or by using a permanent magnet as a part of the magnetic path. In this case, there is an advantage that an additional power supply is unnecessary.

【0038】一方、1次側巻線を入力、2次側巻線を出
力とした変圧器を本装置内部のブリッジ回路の状態を検
出する検出器として使用した場合、絶縁増幅器や差動増
幅器等の回路を用いた場合に比べ、制御回路を安価に構
築できるメリットをもたらす。また、ブリッジ回路内の
二端子回路網の一方もしくは両方を可変インピーダンス
とすることで、浮上対象物の位置をも制御することがで
きる。このことは、浮上対象物を駆動する一種のアクチ
ュエータとしても利用できることを意味する。また、電
磁石の設置に際し、その設置の機械的精度が悪い場合に
は、浮上位置を変更することで設置の精度を補正するこ
とができる利点がある。
On the other hand, when a transformer having a primary winding as an input and a secondary winding as an output is used as a detector for detecting the state of a bridge circuit inside the device, an insulation amplifier, a differential amplifier, etc. This has the advantage that the control circuit can be constructed at a lower cost as compared with the case where the above circuit is used. Further, by setting one or both of the two-terminal network in the bridge circuit to have a variable impedance, the position of the flying object can be controlled. This means that it can also be used as a kind of actuator for driving a floating object. In addition, when installing the electromagnet, if the mechanical accuracy of the installation is poor, there is an advantage that the accuracy of the installation can be corrected by changing the floating position.

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

【図1】本発明によるセンサレス磁気浮上装置の第1か
ら第8までの実施の形態における基本となる制御回路の
回路図を示したものである。
FIG. 1 is a circuit diagram of a basic control circuit in first to eighth embodiments of a sensorless magnetic levitation device according to the present invention.

【図2】同期整流器の回路例を示した回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit example of a synchronous rectifier.

【図3】本発明によるセンサレス磁気浮上装置の第1の
実施形態に用いる電磁石部分と浮上対象物を示した接続
図である。
FIG. 3 is a connection diagram showing an electromagnet part and a levitation object used in the first embodiment of the sensorless magnetic levitation apparatus according to the present invention.

【図4】図1において使用しているインバータ回路Xに
替えて使用されうる電流制御系を持つインバータ回路の
回路図を示したものである。
FIG. 4 is a circuit diagram of an inverter circuit having a current control system that can be used in place of the inverter circuit X used in FIG.

【図5】図1において使用しているインバータ回路Xに
替えて使用されうるインバータ回路の回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram of an inverter circuit that can be used in place of the inverter circuit X used in FIG.

【図6】図1において使用しているインバータ回路Xに
替えて使用されうる電流制御系を持つインバータ回路の
回路図を示したものである。
6 is a circuit diagram of an inverter circuit having a current control system that can be used in place of the inverter circuit X used in FIG.

【図7】本発明によるセンサレス磁気浮上装置の第3の
実施形態の制御回路部分の回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram of a control circuit portion of a sensorless magnetic levitation device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明によるセンサレス磁気浮上装置の第4の
実施形態に用いる電磁石部分と浮上対象物を示した接続
図である。
FIG. 8 is a connection diagram showing an electromagnet portion and a levitation object used in a fourth embodiment of the sensorless magnetic levitation device according to the present invention.

【図9】本発明によるセンサレス磁気浮上装置の第5の
実施形態に用いる電磁石部分と浮上対象物を示した接続
図である。
FIG. 9 is a connection diagram showing an electromagnet portion and a levitating object used in a sensorless magnetic levitation apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明によるセンサレス磁気浮上装置の第6
の実施形態に用いる電磁石部分と浮上対象物を示した接
続図である。
FIG. 10 shows a sixth embodiment of the sensorless magnetic levitation apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a connection diagram showing an electromagnet part and a floating object used in the embodiment.

【図11】本発明によるセンサレス磁気浮上装置の第7
の実施形態の制御回路部分であり、ブリッジ回路の状態
検出に絶縁変圧器を用いた場合の回路図である。
FIG. 11 is a seventh view of the sensorless magnetic levitation device according to the present invention;
FIG. 9 is a circuit diagram of the control circuit portion of the embodiment according to the present invention, in which an insulating transformer is used for detecting the state of the bridge circuit.

【図12】本発明によるセンサレス磁気浮上装置の第8
の実施形態の制御回路部分であり、ブリッジ回路の二端
子回路網として可変抵抗を適用した場合の回路図であ
る。
FIG. 12 is an eighth view of the sensorless magnetic levitation device according to the present invention;
FIG. 9 is a circuit diagram of a control circuit portion of the embodiment of FIG. 7 when a variable resistor is applied as a two-terminal network of a bridge circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b インバータ回路出力端子 2 インバータ回路制御入力端子 3 スイッチングの同期信号出力端子 4a,4b,4c,4d スイッチング素子 5,5a,5b 直流電源 6 コンパレータ 7 否定回路 8 三角波発生回路 9,10 電磁石の巻線 11,12 二端子回路網 13 電圧(電流)の検出器 13a 絶縁変圧器 14 着磁されている浮上対象物 14a 着磁されていない浮上対象物 15 制御器 16 同期整流器 16a サンプルホールド回路 B1 演算増幅器 B2 アナログスイッチ B3 同期整流器の信号入力端子 B4 同期整流器の同期信号入力端子 B5 整流信号出力端子 Ra,Rb,Rc 抵抗(抵抗値は全て同値) Ma,Mb 電磁石 C1 電流検出器 C2 誤差増幅器 C3 電流制御用の制御器 L1 低域通過フィルタ A1,A2 電流源回路 A3,A4 バイアス磁束用巻線 A5 バイアス磁束用巻線の電源回路 A6,A7 永久磁石 R1,R2 二端子回路網としての抵抗およびその抵抗
1a, 1b Inverter circuit output terminal 2 Inverter circuit control input terminal 3 Switching synchronization signal output terminal 4a, 4b, 4c, 4d Switching element 5, 5a, 5b DC power supply 6 Comparator 7 Negation circuit 8 Triangular wave generation circuit 9, 10 Electromagnet Winding 11, 12 Two-terminal network 13 Voltage (current) detector 13a Insulation transformer 14 Magnetized floating object 14a Non-magnetized floating object 15 Controller 16 Synchronous rectifier 16a Sample hold circuit B1 Operational amplifier B2 Analog switch B3 Signal input terminal of synchronous rectifier B4 Synchronous signal input terminal of synchronous rectifier B5 Rectified signal output terminal Ra, Rb, Rc Resistance (resistance values are all the same) Ma, Mb Electromagnet C1 Current detector C2 Error amplifier C3 Controller for current control L1 Low-pass filter A1 A2 current source circuit A3, A4 bias flux winding A5 bias flux winding of the power supply circuit A6, A7 permanent magnets R1, R2 two-terminal resistor and the resistance value of the network

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の電磁石の吸引力または反発力を利
用して、磁性体をこの一対の電磁石の間に非接触で保持
する装置において、前記一対の電磁石のそれぞれの巻線
を直列に接続した直列回路と2端子回路網を直列に接続
した直列回路とを並列に接続したブリッジ回路と、この
ブリッジ回路に給電するインバータ回路と、前記2つの
直列回路の接続点間に接続された電流または電圧を検出
する検出器と、この検出器からの検出出力に基づいて前
記磁性体の位置を検出する位置検出手段と、この位置検
出手段による検出結果からインバータ回路を制御して前
記磁性体を所要の位置に制御する制御手段とを有するこ
とを特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
1. An apparatus for holding a magnetic body in a non-contact manner between a pair of electromagnets by utilizing attraction or repulsion of the pair of electromagnets, wherein respective windings of the pair of electromagnets are connected in series. A bridge circuit in which a series circuit and a series circuit in which a two-terminal network is connected in series are connected in parallel, an inverter circuit that feeds the bridge circuit, and a current or a current connected between the connection points of the two series circuits. A detector for detecting a voltage, a position detecting means for detecting a position of the magnetic body based on a detection output from the detector, and controlling the inverter circuit based on a detection result by the position detecting means to obtain the magnetic body. And a control means for controlling the position of the sensorless magnetic levitation.
【請求項2】 一対の電磁石の間に磁性体を配し、電磁
石の巻線の電流またはその巻線に加える電圧を制御する
ことで、上記磁性体を上記一対の電磁石に触れさせるこ
となく配することができる装置において、この一対の電
磁石のそれぞれの巻線を直列接続した直列回路と2つの
2端子回路網を直列接続した直列回路とを並列接続する
ことでブリッジ回路を構成し、この並列回路の両端にこ
のブリッジ回路の電源としてのインバータ回路の出力端
子を接続し、上記の2つの直列回路の中点間に電流また
は電圧を検出する検出器の入力を接続し、この検出器の
出力を上記インバータ回路のスイッチング動作に同期し
て同期整流を行う同期整流器の入力に接続し、この同期
整流器の出力を入力とする制御器の出力を上記インバー
タ回路の電圧または電流制御入力端子に入力することを
特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
2. A magnetic body is disposed between a pair of electromagnets, and a current of a winding of the electromagnet or a voltage applied to the winding is controlled to distribute the magnetic body without touching the pair of electromagnets. In this device, a bridge circuit is formed by connecting in series a series circuit in which respective windings of the pair of electromagnets are connected in series and a series circuit in which two two-terminal networks are connected in series. An output terminal of an inverter circuit as a power supply of this bridge circuit is connected to both ends of the circuit, an input of a detector for detecting a current or a voltage is connected between the middle points of the two series circuits, and an output of the detector is provided. Is connected to the input of a synchronous rectifier that performs synchronous rectification in synchronization with the switching operation of the inverter circuit, and the output of a controller having the output of the synchronous rectifier as an input is the voltage of the inverter circuit or A sensorless magnetic levitation device characterized by inputting to a current control input terminal.
【請求項3】 請求項2記載のセンサレス磁気浮上装置
において、同期整流器の出力と、インバータ回路の電圧
または電流制御入力端子を、低域通過フィルタを介して
接続したことを特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
3. The sensorless magnetic levitation device according to claim 2, wherein the output of the synchronous rectifier and the voltage or current control input terminal of the inverter circuit are connected via a low-pass filter. apparatus.
【請求項4】 請求項2記載のセンサレス磁気浮上装置
において、同期整流器に替えて、インバータ回路のスイ
ッチング動作に同期してサンプリングを行うサンプルホ
ールド回路を用い、このサンプルホールド回路の入力を
検出器の出力とし、このサンプルホールド回路の出力を
制御器の入力としたことを特徴とするセンサレス磁気浮
上装置。
4. The sensorless magnetic levitation device according to claim 2, wherein a sample-and-hold circuit that performs sampling in synchronization with a switching operation of the inverter circuit is used instead of the synchronous rectifier, and an input of the sample-and-hold circuit is used as a detector. A sensorless magnetic levitation device, wherein the output is used as an output, and the output of the sample and hold circuit is used as an input of a controller.
【請求項5】 請求項1乃至4記載のいずれかのセンサ
レス磁気浮上装置において、一対の電磁石のそれぞれの
巻線に電流源回路を並列接続したことを特徴とするセン
サレス磁気浮上装置。
5. The sensorless magnetic levitation device according to claim 1, wherein a current source circuit is connected in parallel to each winding of the pair of electromagnets.
【請求項6】 請求項1乃至4記載のいずれかのセンサ
レス磁気浮上装置において、一対の電磁石にそれぞれ第
2の巻線を施し、この第2の巻線に、個別にまたは共通
に電源回路を接続したことを特徴とするセンサレス磁気
浮上装置。
6. The sensorless magnetic levitation device according to claim 1, wherein a second winding is applied to each of the pair of electromagnets, and a power supply circuit is individually or commonly applied to the second winding. A sensorless magnetic levitation device, which is connected.
【請求項7】 電磁石の鉄心として永久磁石を用いる
か、または磁路の一部を永久磁石としたことを特徴とす
る請求項1乃至6のいずれかに記載のセンサレス磁気浮
上装置。
7. The sensorless magnetic levitation apparatus according to claim 1, wherein a permanent magnet is used as an iron core of the electromagnet, or a part of the magnetic path is a permanent magnet.
【請求項8】 請求項1乃至7のいずれかに記載のセン
サレス磁気浮上装置において、前記検出器は、2つの直
列回路の接続点間に接続された1次側巻線と検出器の出
力となるこの1次側巻線に対する2次側巻線とを具備す
る変圧器であることを特徴とするセンサレス磁気浮上装
置。
8. The sensorless magnetic levitation device according to claim 1, wherein the detector includes a primary winding connected between a connection point of two series circuits and an output of the detector. A sensorless magnetic levitation device, characterized in that the transformer is provided with a primary winding and a secondary winding.
【請求項9】 請求項1乃至8のいずれかに記載のセン
サレス磁気浮上装置において、前記2端子回路網の一方
または両方は、インピーダンスが可変であることを特徴
とするセンサレス磁気浮上装置。
9. The sensorless magnetic levitation device according to claim 1, wherein one or both of the two-terminal network has a variable impedance.
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