JP2546997B2 - 非接触支持方法 - Google Patents
非接触支持方法Info
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- JP2546997B2 JP2546997B2 JP61284366A JP28436686A JP2546997B2 JP 2546997 B2 JP2546997 B2 JP 2546997B2 JP 61284366 A JP61284366 A JP 61284366A JP 28436686 A JP28436686 A JP 28436686A JP 2546997 B2 JP2546997 B2 JP 2546997B2
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、回転体を支持する方法のうち、磁気力を
用いた非接触支持方法に関するものである。
用いた非接触支持方法に関するものである。
回転体の駆動系において、軸受損失の低減を図るた
め、或いは特殊環境における使用に耐える方法として、
磁気力により非接触支持する磁気軸受が用いられるよう
になってきた。
め、或いは特殊環境における使用に耐える方法として、
磁気力により非接触支持する磁気軸受が用いられるよう
になってきた。
その構成方法の第１の方法として、回転部を２つの電
磁石で逆向きに吸引する方法がある。この場合、剛性を
上げるためバイアス電流を供給すれば、銅損及び鉄損に
より発熱が生じ、真空中で用いる場合は問題であった。
また、定常電流を与えるだけパワーアンプの電流容量を
大きくする必要があった。
磁石で逆向きに吸引する方法がある。この場合、剛性を
上げるためバイアス電流を供給すれば、銅損及び鉄損に
より発熱が生じ、真空中で用いる場合は問題であった。
また、定常電流を与えるだけパワーアンプの電流容量を
大きくする必要があった。
そこで、パワーアンプの容量を軽減させるために、電
磁石の巻線を、２分割するとともに、その内の１巻線を
他の電磁石の１巻線と直列接続して、１つのパワーアン
プにより定電流供給させるという方法（特開昭58−5422
0公報など）が提案されたが、銅損及び鉄損は同様に生
じるので、真空中の熱の問題が残ったままである。
磁石の巻線を、２分割するとともに、その内の１巻線を
他の電磁石の１巻線と直列接続して、１つのパワーアン
プにより定電流供給させるという方法（特開昭58−5422
0公報など）が提案されたが、銅損及び鉄損は同様に生
じるので、真空中の熱の問題が残ったままである。
一方、発熱を解決するために、例えば特開昭59−3732
3公報などにみられるように、電磁石の磁路中に永久磁
石を設け、電磁石のバイアス電流による磁束を永久磁石
の磁束で代替させる方法も提案されたが、電磁石に電流
が供給されていない時は、永久磁石の磁気吸引力により
回転部が引きつけられているので、起動する時には、こ
れに打ち勝つ吸引力を発生させるだけの電流を供給した
やらねばならず、それだけ容量の大きなパワーアンプが
必要であった。また、永久磁石の磁気吸引力はギャップ
の２乗に反比例するので非線形かつ不安定であり、これ
を補なうだけの能力が電磁石を用いた制御グループに要
求されるので、制御系の安定化が充分にとることができ
なかった。
3公報などにみられるように、電磁石の磁路中に永久磁
石を設け、電磁石のバイアス電流による磁束を永久磁石
の磁束で代替させる方法も提案されたが、電磁石に電流
が供給されていない時は、永久磁石の磁気吸引力により
回転部が引きつけられているので、起動する時には、こ
れに打ち勝つ吸引力を発生させるだけの電流を供給した
やらねばならず、それだけ容量の大きなパワーアンプが
必要であった。また、永久磁石の磁気吸引力はギャップ
の２乗に反比例するので非線形かつ不安定であり、これ
を補なうだけの能力が電磁石を用いた制御グループに要
求されるので、制御系の安定化が充分にとることができ
なかった。
そこでこの発明は、真空中での使用が可能となるよう
発熱の問題をなくし、パワーアンプの容量を軽減し、か
つ制御まわりの安定化をも可能ならしめる非接触支持方
法を提供しようとするものである。
発熱の問題をなくし、パワーアンプの容量を軽減し、か
つ制御まわりの安定化をも可能ならしめる非接触支持方
法を提供しようとするものである。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもの
で、一定ギャップを介し、固定側永久磁石と回転側永久
磁石、および、固定側電磁石と回転側継鉄をそれぞれ対
面させ、変位センサにより固定側電磁石の電流を制御し
て、回転側をラジアル方向に非接触支持する非接触支持
方法において、前記固定側永久磁石と回転側永久磁石の
対面する磁極を同極とし、前記電磁石の作る経路と前記
永久磁石の作る磁路が干渉しないよう並設し、且つ変位
一定制御ループの外側にゼロ電流制御ループを設け、電
磁石の電流がゼロとなる位置の変位指令を変位制御器に
与えて永久磁石により反発力と外力とがつり合うように
電磁石の電流を制御するようにしたものである。
で、一定ギャップを介し、固定側永久磁石と回転側永久
磁石、および、固定側電磁石と回転側継鉄をそれぞれ対
面させ、変位センサにより固定側電磁石の電流を制御し
て、回転側をラジアル方向に非接触支持する非接触支持
方法において、前記固定側永久磁石と回転側永久磁石の
対面する磁極を同極とし、前記電磁石の作る経路と前記
永久磁石の作る磁路が干渉しないよう並設し、且つ変位
一定制御ループの外側にゼロ電流制御ループを設け、電
磁石の電流がゼロとなる位置の変位指令を変位制御器に
与えて永久磁石により反発力と外力とがつり合うように
電磁石の電流を制御するようにしたものである。
上記の方法は、永久磁石だけをみると回転部を非接触
させようと作用するので、起動時にもわずかの電流で起
動することができ、外力により一方の磁極に偏心しても
永久磁石の反発力による復元力が働らくので、パワーア
ンプの容量を大きくとる必要がなくなる。また、ゼロ電
流制御ループを設けることにより、定常時の電流をゼロ
にし、銅損及び鉄損をゼロにして発熱をゼロにすること
ができるようになる。
させようと作用するので、起動時にもわずかの電流で起
動することができ、外力により一方の磁極に偏心しても
永久磁石の反発力による復元力が働らくので、パワーア
ンプの容量を大きくとる必要がなくなる。また、ゼロ電
流制御ループを設けることにより、定常時の電流をゼロ
にし、銅損及び鉄損をゼロにして発熱をゼロにすること
ができるようになる。
第１図はこの発明の実施例の構成を示すもので、１は
回転軸であり、２つのラジアル軸受21,22を軸方向の離
れた位置に設けてあり、回転可能となっている。軸方向
の動きを拘束するスラスト軸受及び回転軸１に回転力を
付与するモータは図示していない。
回転軸であり、２つのラジアル軸受21,22を軸方向の離
れた位置に設けてあり、回転可能となっている。軸方向
の動きを拘束するスラスト軸受及び回転軸１に回転力を
付与するモータは図示していない。
ラジアル軸受21（又は22）は鉄心と巻線とより成り、
図示しないフレームに固定されたステータ211（又は22
1）と、ステータ211（又は221）と微少ギャップを介し
て回転軸１に固着されたロータ212（又は222）と、該微
少ギャップを検出するステータ211（又は221）近傍に設
けられた図示しない変位センサと、該変合センサの信号
をうけてステータ211（又は221）に電流を供給する図示
しない軸受制御器とから成り、前記微少ギャップが一定
となるよう制御されている。
図示しないフレームに固定されたステータ211（又は22
1）と、ステータ211（又は221）と微少ギャップを介し
て回転軸１に固着されたロータ212（又は222）と、該微
少ギャップを検出するステータ211（又は221）近傍に設
けられた図示しない変位センサと、該変合センサの信号
をうけてステータ211（又は221）に電流を供給する図示
しない軸受制御器とから成り、前記微少ギャップが一定
となるよう制御されている。
一方、ラジアル軸受21（又は22）の近傍軸端側には、
永久磁石による反発形ラジアル軸受が設けられ、図示し
ないフレームに固定された固定側永久磁石311（又は32
1）と、該固定側永久磁石311（又は321）と微少ギャッ
プを介して回転軸に固定された回転側永久磁石312（又
は322）より成っている。
永久磁石による反発形ラジアル軸受が設けられ、図示し
ないフレームに固定された固定側永久磁石311（又は32
1）と、該固定側永久磁石311（又は321）と微少ギャッ
プを介して回転軸に固定された回転側永久磁石312（又
は322）より成っている。
固定側及び回転側永久磁石311（又は321）、312（又
は322）は半径方向に着磁されており、微少ギャップを
介して互いに対面している部分は同極となっており、永
久磁石軸受31（又は32）単独でも径方向の非接触支持が
可能となっている。
は322）は半径方向に着磁されており、微少ギャップを
介して互いに対面している部分は同極となっており、永
久磁石軸受31（又は32）単独でも径方向の非接触支持が
可能となっている。
なお、永久磁石31（又は32）の着磁方向を軸方向にNS
としても良い。
としても良い。
第２図は制御ブロック図を示すものでxs,xfは前記微
少ギャップの指令値、及び図示しない変位センサの出力
であり、前記微少ギャップの検出信号である。これらを
受けた比較器により差信号が得られ、変位制御用補償器
５の入力信号とされる。
少ギャップの指令値、及び図示しない変位センサの出力
であり、前記微少ギャップの検出信号である。これらを
受けた比較器により差信号が得られ、変位制御用補償器
５の入力信号とされる。
そしてパワーアンプ61,62へ指令を送り、ステータの
対向する電磁石対へ電流I1,I2を供給している。
対向する電磁石対へ電流I1,I2を供給している。
また電流I1,I2の検出信号i1,i2の差が比較器によって
ifとして得られ、その指令信号is（＝０）と比較されて
ゼロ電流制御用補償器４の入力とされている。そしてゼ
ロ電流制御用補償器によって変位指令xsが出力されてい
るのである。
ifとして得られ、その指令信号is（＝０）と比較されて
ゼロ電流制御用補償器４の入力とされている。そしてゼ
ロ電流制御用補償器によって変位指令xsが出力されてい
るのである。
このような構成において、変位指令xsに対して変位検
出信号xfが異なる値をもっていれば、その差信号を受け
た変位制御用位相補償器５は、パワーアンプ61,62に指
令を与えてステータに電流I1,I2を供給させ、磁気吸引
力により回転軸を変位させ、変位検出信号xfが変位指令
xsに等しくなるよう動作するという変位一定の制御ルー
プを構成している。
出信号xfが異なる値をもっていれば、その差信号を受け
た変位制御用位相補償器５は、パワーアンプ61,62に指
令を与えてステータに電流I1,I2を供給させ、磁気吸引
力により回転軸を変位させ、変位検出信号xfが変位指令
xsに等しくなるよう動作するという変位一定の制御ルー
プを構成している。
また、ゼロ電流指令信号is（＝０）に対し、電流の検
出信号irが異なった値をもっていれば、その差を受けた
ゼロ電流制御用位相補償器４は、前記変位一定制御ルー
プに変位指令xsを与え、ステータ電流がゼロとなるよう
働らき、ゼロ電流制御ループを構成している。
出信号irが異なった値をもっていれば、その差を受けた
ゼロ電流制御用位相補償器４は、前記変位一定制御ルー
プに変位指令xsを与え、ステータ電流がゼロとなるよう
働らき、ゼロ電流制御ループを構成している。
このような構成で、回転軸に径方向のステップ外力が
加えられた時の動作について説明する。
加えられた時の動作について説明する。
外力が加えられる直前は、永久磁石のみで力が平衡し
ており、その位置に対応する変位指令xsが変位制御ルー
プに与えられ、ステータの電流I1,I2がゼロとなってつ
り合っている。
ており、その位置に対応する変位指令xsが変位制御ルー
プに与えられ、ステータの電流I1,I2がゼロとなってつ
り合っている。
ステップ外力により、回転軸に径方向変位が生じる
と、永久磁石については、減衰が弱いものの復元力が働
らく。変位制御ループについては変位検出信号xfが指令
値xsと異なるので、変位制御用位相補償器５が働らき、
そこに含まれる微分器により減衰もよくきいて、回転軸
１の径方向変位が復帰し、変位検出信号xfが指令値xsに
等しくなる。
と、永久磁石については、減衰が弱いものの復元力が働
らく。変位制御ループについては変位検出信号xfが指令
値xsと異なるので、変位制御用位相補償器５が働らき、
そこに含まれる微分器により減衰もよくきいて、回転軸
１の径方向変位が復帰し、変位検出信号xfが指令値xsに
等しくなる。
ところが、この状態では、ステップ外力とつり合う電
流が電磁石に供給されているので、電流の検出信号ifは
ゼロでなくなり、ゼロ電流制御用位相補償器４が働らい
て変位指令xsが修正されるのである。そして、加えられ
ている外力と永久磁石の反発力がつり合う位置まで変位
指令xsが修正されると、もはや電磁石への供給電流がゼ
ロとなるのでゼロ電流制御用位相補償器４の入力はゼロ
となり、定常状態となるのである。
流が電磁石に供給されているので、電流の検出信号ifは
ゼロでなくなり、ゼロ電流制御用位相補償器４が働らい
て変位指令xsが修正されるのである。そして、加えられ
ている外力と永久磁石の反発力がつり合う位置まで変位
指令xsが修正されると、もはや電磁石への供給電流がゼ
ロとなるのでゼロ電流制御用位相補償器４の入力はゼロ
となり、定常状態となるのである。
次に起動時のことについて説明する。
第１図の永久磁石ラジアル軸受では、径方向に浮上す
るものの、スラスト方向の拘束もなくなるので、スラス
ト方向に変位し図示しない補償軸受に当って止まってい
る。
るものの、スラスト方向の拘束もなくなるので、スラス
ト方向に変位し図示しない補償軸受に当って止まってい
る。
スラスト方向に永久磁石を併用しそれも反発形にして
いる場合は、永久磁石のみで完全浮上すると考えられが
ちであるが、それはありえないということがEarnshawに
よって証明されている。従ってこの場合も、どこかが接
触して止まっていることになる。
いる場合は、永久磁石のみで完全浮上すると考えられが
ちであるが、それはありえないということがEarnshawに
よって証明されている。従ってこの場合も、どこかが接
触して止まっていることになる。
いずれにおいても、吸引形の永久磁石を用いた場合の
ように、ギャップが小さくなればなる程吸引力が大きく
なるというのではなく、反発されて離れた位置で止まっ
ているので、起動する時に回転軸を固定側の中心に復帰
させる力はわずかですみ、電磁石に供給する起動時電流
は少なくてすむのである。従ってパワーアンプは過大な
ものが不要ということになる。
ように、ギャップが小さくなればなる程吸引力が大きく
なるというのではなく、反発されて離れた位置で止まっ
ているので、起動する時に回転軸を固定側の中心に復帰
させる力はわずかですみ、電磁石に供給する起動時電流
は少なくてすむのである。従ってパワーアンプは過大な
ものが不要ということになる。
〔発明の効果〕 上記のように、定常外力が加えられていようと、そう
でなかろうと、定常外力と永久磁石の反発力がつり合う
位置に制御されるので、電磁石の電流が常にゼロとな
る。
でなかろうと、定常外力と永久磁石の反発力がつり合う
位置に制御されるので、電磁石の電流が常にゼロとな
る。
従って銅損及び鉄損がなく、発熱がないので、真空中
での使用を可能ならしめる効果がある。
での使用を可能ならしめる効果がある。
又、起動時電流が少なくてすみ、浮上中においても、
永久磁石のみで正の軸受剛性を持つので、パワーアンプ
の容量が小さくてすむという効果がある。
永久磁石のみで正の軸受剛性を持つので、パワーアンプ
の容量が小さくてすむという効果がある。
第１図はこの発明の実施例の構成図、第２図はその制御
ブロック図である。 １……回転軸 21……第１のラジアル軸受 211……ステータ 212……ロータ 22……第２のラジアル軸受 221……ステータ 222……ロータ 31……第１の永久磁石軸受 311……ステータ 312……ロータ 32……第２の永久磁石軸受 321……ステータ 322……ロータ ４……ゼロ電流制御用位相補償器 ５……変位制御用位相補償器 61……第１のパワーアンプ 62……第２のパワーアンプ I1……供給電流 I2……供給電流 i1……I1の検出信号 i2……I2の検出信号 is……ゼロ電流指令信号（通常ゼロ） xs……変位指令信号 xf……変位検出信号 if……電流の検出信号
ブロック図である。 １……回転軸 21……第１のラジアル軸受 211……ステータ 212……ロータ 22……第２のラジアル軸受 221……ステータ 222……ロータ 31……第１の永久磁石軸受 311……ステータ 312……ロータ 32……第２の永久磁石軸受 321……ステータ 322……ロータ ４……ゼロ電流制御用位相補償器 ５……変位制御用位相補償器 61……第１のパワーアンプ 62……第２のパワーアンプ I1……供給電流 I2……供給電流 i1……I1の検出信号 i2……I2の検出信号 is……ゼロ電流指令信号（通常ゼロ） xs……変位指令信号 xf……変位検出信号 if……電流の検出信号
Claims (2)
- 【請求項１】一定ギャップを介して固定側永久磁石と回
転側永久磁石、および固定側電磁石と回転側継鉄をそれ
ぞれ対面させ、変位センサにより固体側電磁石の電流を
制御して回転側をラジアル方向に非接触支持する非接触
支持方法において、前記固定側永久磁石と回転側永久磁
石の対面する磁極を同極とし、前記電磁石の作る磁路
と、前記永久磁石の作る磁路が干渉しないように並設
し、且つ変位一定制御ループの外側にゼロ電流制御ルー
プを設け、電磁石の電流がゼロとなる位置の変位指令を
変位制御器に与えて永久磁石による反発力と外力とがつ
り合うように電磁石の電流を制御することを特徴とする
非接触支持方法。 - 【請求項２】変位制御器に磁気吸引力の線形化手段が含
まれていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の非接触支持方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61284366A JP2546997B2 (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 非接触支持方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61284366A JP2546997B2 (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 非接触支持方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63138410A JPS63138410A (ja) | 1988-06-10 |
| JP2546997B2 true JP2546997B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=17677649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61284366A Expired - Lifetime JP2546997B2 (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 非接触支持方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2546997B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100639574B1 (ko) * | 2000-01-18 | 2006-10-31 | 삼성광주전자 주식회사 | 볼레스베어링 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4513458B2 (ja) * | 2004-08-06 | 2010-07-28 | 株式会社ジェイテクト | 磁気軸受装置及びそれを備えるフライホイールエネルギ貯蔵装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58114917U (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-05 | 株式会社日立製作所 | 磁気軸受装置 |
| DE3343186A1 (de) * | 1983-11-29 | 1985-06-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München | Magnetische rotorlagerung |
| JPS61154324U (ja) * | 1985-03-18 | 1986-09-25 |
-
1986
- 1986-12-01 JP JP61284366A patent/JP2546997B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100639574B1 (ko) * | 2000-01-18 | 2006-10-31 | 삼성광주전자 주식회사 | 볼레스베어링 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63138410A (ja) | 1988-06-10 |
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