JP2556036B2 - 磁気軸受の制御装置 - Google Patents
磁気軸受の制御装置Info
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- JP2556036B2 JP2556036B2 JP62121189A JP12118987A JP2556036B2 JP 2556036 B2 JP2556036 B2 JP 2556036B2 JP 62121189 A JP62121189 A JP 62121189A JP 12118987 A JP12118987 A JP 12118987A JP 2556036 B2 JP2556036 B2 JP 2556036B2
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- Japan
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- signal
- electromagnet
- gap
- displacement sensor
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- Prior art date
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Classifications
-
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、磁気吸引力により被制御体を非接触浮上
させる制御形磁気軸受の制御装置のうち、磁気吸引力の
線形化補償を行うものの改良に関するものである。
させる制御形磁気軸受の制御装置のうち、磁気吸引力の
線形化補償を行うものの改良に関するものである。
制御形磁気軸受や磁気浮上装置には、回転体や被制御
体（以下単に被制御体という）を挟むように２個の電磁
石を対向して配置したものがあり、電磁石が被制御体に
及ぼす磁気吸引力によって被制御体を浮遊させ、空中に
支持する。この軸受は機械的摩擦がないので、寿命が長
いこと、潤滑油を必要としないこと等のすぐれた特色を
有する反面、安定した空中支持がむずかしいという問題
がある。
体（以下単に被制御体という）を挟むように２個の電磁
石を対向して配置したものがあり、電磁石が被制御体に
及ぼす磁気吸引力によって被制御体を浮遊させ、空中に
支持する。この軸受は機械的摩擦がないので、寿命が長
いこと、潤滑油を必要としないこと等のすぐれた特色を
有する反面、安定した空中支持がむずかしいという問題
がある。
この問題は、被制御体に及ぼす電磁石の磁気吸引力
が、およそ Ｆ∝（I/X）２ 但し、 F:磁気吸引力 I:電磁石の電流 X:エアギャップ の関係にあって、電磁石の電流に対して著しく非線形と
なっていることが原因であり、広く知られている。
が、およそ Ｆ∝（I/X）２ 但し、 F:磁気吸引力 I:電磁石の電流 X:エアギャップ の関係にあって、電磁石の電流に対して著しく非線形と
なっていることが原因であり、広く知られている。
この問題に対して、磁気吸引力特性の線形化補償をす
る方法として、特開昭59−113315号公報のように位相補
償器の出力信号にバイアスを加えてギャップ信号を乗算
する方法や、特開昭59−112605号公報のように位相補償
器の出力信号を 演算してギャップ信号を乗算する方法や、特開昭59−20
5026号公報のように、前記２つの方法における関数器を
合成したような関数器を備えて、該関数器を経た信号に
ギャップ信号を乗算する方法などが提案されている。こ
れらの方法によって、位相補償器の出力信号fsと２つの
電磁石の合力ＦとをＦ∝fsの関係にすることができ、軸
受の制御系全体は見かけ上線形化された形となる。
る方法として、特開昭59−113315号公報のように位相補
償器の出力信号にバイアスを加えてギャップ信号を乗算
する方法や、特開昭59−112605号公報のように位相補償
器の出力信号を 演算してギャップ信号を乗算する方法や、特開昭59−20
5026号公報のように、前記２つの方法における関数器を
合成したような関数器を備えて、該関数器を経た信号に
ギャップ信号を乗算する方法などが提案されている。こ
れらの方法によって、位相補償器の出力信号fsと２つの
電磁石の合力ＦとをＦ∝fsの関係にすることができ、軸
受の制御系全体は見かけ上線形化された形となる。
電磁石に電流を与えて生じる磁束密度Ｂは（１）式の
ように表すことができるが、 分母の第２項は第１項に比べて一般に小さいものの、無
視できるというものではない。ところが、前記３つの方
法ではこの第２項を無視した形で補償しているため、前
記の線形補償が必ずしも充分なものとなっておらず、電
流やエアギャップが大きく変動するときは軸受の制御系
の安定性が不足するという問題があった。
ように表すことができるが、 分母の第２項は第１項に比べて一般に小さいものの、無
視できるというものではない。ところが、前記３つの方
法ではこの第２項を無視した形で補償しているため、前
記の線形補償が必ずしも充分なものとなっておらず、電
流やエアギャップが大きく変動するときは軸受の制御系
の安定性が不足するという問題があった。
このような問題を解決するため、本発明では、互いに
対向する固定側の２つの電磁石と，該２つの電磁石の間
の被制御体と，該電磁石と該被制御体の間のギャップを
検出する変位センサと，浮上位置指令と該変位センサの
信号を比較する比較器と，該比較器の信号を受けて位相
補償する位相補償器と，該位相補償器の信号を２つの信
号に分割する分配器と，該分配器の信号を受けて電流増
幅し前記電磁石に電流を供給する電流増幅器とから成る
磁気軸受の制御装置であって，前記分配器が乗算器を備
え，該乗算器の一方の入力を前記変位センサのギャップ
信号として磁気吸引力の線形化補償をする磁気軸受の制
御装置において、電磁石と被制御体の鉄心の磁気抵抗の
エアギャップ相当量の信号を前記ギャップ検出信号に加
算する手段を付加したものである。
対向する固定側の２つの電磁石と，該２つの電磁石の間
の被制御体と，該電磁石と該被制御体の間のギャップを
検出する変位センサと，浮上位置指令と該変位センサの
信号を比較する比較器と，該比較器の信号を受けて位相
補償する位相補償器と，該位相補償器の信号を２つの信
号に分割する分配器と，該分配器の信号を受けて電流増
幅し前記電磁石に電流を供給する電流増幅器とから成る
磁気軸受の制御装置であって，前記分配器が乗算器を備
え，該乗算器の一方の入力を前記変位センサのギャップ
信号として磁気吸引力の線形化補償をする磁気軸受の制
御装置において、電磁石と被制御体の鉄心の磁気抵抗の
エアギャップ相当量の信号を前記ギャップ検出信号に加
算する手段を付加したものである。
このようにすることにより、軸受制御系の見かけ上の
線形化を完全なものとすることができるのである。
線形化を完全なものとすることができるのである。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図はこの発明の一実施を示す図で、13,14は固定
側に配置された互いに対向する電磁石、15は該２つの電
磁石13,14の間に設けられた被制御体、16は被制御体の
浮上位置Ｘを検出する変位センサである。
側に配置された互いに対向する電磁石、15は該２つの電
磁石13,14の間に設けられた被制御体、16は被制御体の
浮上位置Ｘを検出する変位センサである。
２は浮上指令信号xsから該変位センサの信号ｘを減算
する減算器、１は該減算器２の信号を受けて位相補償す
る位相補償器、３は該位相補償器１の信号fsにバイアス
foを加える加算器、４は該位相補償器１の信号からバイ
アスfoを差し引く減算器、７は平均ギャップに相当する
信号xoから前記変位センサ16の信号ｘを差し引いて前記
電磁石14と前記被制御体15間のエアギャップに相当する
信号xzを求める減算器、８は平均ギャップに相当する信
号xoに前記変位センサ16の信号ｘを加えて前記電磁石13
と前記被制御体15間のエアギャップに相当する信号x1を
求める加算器、５は該加算器８の信号にxooを加算する
加算器、６は前記減算器７の信号に信号xooを加算する
加算器、９は前記加算器３と前記加算器５の信号を乗算
する乗算器、10は前記減算器４と前記加算器６の信号を
乗算する乗算器、11,12は該乗算器9,10の信号IS1,IS2を
受けて電流を増幅しそれぞれ前記電磁石13,14に電流を
供給する電流増幅器である。そして信号xooは、前記電
磁石13（または14）と被制御体15が作る磁気回路内のエ
アギャップ部以外の磁気抵抗、すなわち電磁石13（また
は14）と被制御体15の鉄心の磁気抵抗をエアギャップに
換算した信号である。
する減算器、１は該減算器２の信号を受けて位相補償す
る位相補償器、３は該位相補償器１の信号fsにバイアス
foを加える加算器、４は該位相補償器１の信号からバイ
アスfoを差し引く減算器、７は平均ギャップに相当する
信号xoから前記変位センサ16の信号ｘを差し引いて前記
電磁石14と前記被制御体15間のエアギャップに相当する
信号xzを求める減算器、８は平均ギャップに相当する信
号xoに前記変位センサ16の信号ｘを加えて前記電磁石13
と前記被制御体15間のエアギャップに相当する信号x1を
求める加算器、５は該加算器８の信号にxooを加算する
加算器、６は前記減算器７の信号に信号xooを加算する
加算器、９は前記加算器３と前記加算器５の信号を乗算
する乗算器、10は前記減算器４と前記加算器６の信号を
乗算する乗算器、11,12は該乗算器9,10の信号IS1,IS2を
受けて電流を増幅しそれぞれ前記電磁石13,14に電流を
供給する電流増幅器である。そして信号xooは、前記電
磁石13（または14）と被制御体15が作る磁気回路内のエ
アギャップ部以外の磁気抵抗、すなわち電磁石13（また
は14）と被制御体15の鉄心の磁気抵抗をエアギャップに
換算した信号である。
このような構成において、それぞれの相互関係から位
相補償器１の信号fsと、２つの電磁石13,14と制御体15
間の合力Ｆの関係を導いていくと次のようになる。
相補償器１の信号fsと、２つの電磁石13,14と制御体15
間の合力Ｆの関係を導いていくと次のようになる。
まず初めに、２つの電磁石によって生じる磁束密度B
13,B14を式に表すと（２）式のようになる。なお、以下
でさI1,I2は電磁石13,14の電流,K1は電流増幅器11,12の
電流増幅率,kpは変位センサ16の変換比,X1,X2は電磁石1
3,14と被制御体15間のエアギャップ,Lは電磁石13（また
は14）と被制御体15の鉄心の磁路長,Xooは電磁石13（ま
たは14）と被制御体15の鉄心のエアギャップ換算量であ
り、Xoo＝Ｌμo/2μｏの関係がある。
13,B14を式に表すと（２）式のようになる。なお、以下
でさI1,I2は電磁石13,14の電流,K1は電流増幅器11,12の
電流増幅率,kpは変位センサ16の変換比,X1,X2は電磁石1
3,14と被制御体15間のエアギャップ,Lは電磁石13（また
は14）と被制御体15の鉄心の磁路長,Xooは電磁石13（ま
たは14）と被制御体15の鉄心のエアギャップ換算量であ
り、Xoo＝Ｌμo/2μｏの関係がある。
又、F1＝AB3 13/μog,F＝AB2 14/μog（Ａは磁極断面
積）の関係があるので、さらに（３）式のように書き換
えられる。
積）の関係があるので、さらに（３）式のように書き換
えられる。
ただし Ｋ＝μoAN2/4g また、第１図の構成から、（４）式の関係が成り立つ
ので ただし、x1＝kpX1,x2＝kpX2,xoo＝kpXoo である。
ので ただし、x1＝kpX1,x2＝kpX2,xoo＝kpXoo である。
（３），（４）式の関係から合力Ｆを求めると（５）
式のようになり 合力Ｆと位相補償器１の信号fsとが比例関係となる。こ
のように、電磁石13（または14）と被制御体15の鉄心の
磁気抵抗を考慮した式を用いて展開した結果として
（５）式が得られているので、従来方式に比べると正確
な線形化が達成できたことになるのである。
式のようになり 合力Ｆと位相補償器１の信号fsとが比例関係となる。こ
のように、電磁石13（または14）と被制御体15の鉄心の
磁気抵抗を考慮した式を用いて展開した結果として
（５）式が得られているので、従来方式に比べると正確
な線形化が達成できたことになるのである。
以上の実施例は、前述の特開昭59−113315号公報に示
されるタイプのものを改良したものであるが、前述の特
開昭59−112605号公報及び特開昭59−20502号公報に示
されるタイプのものに適用しても、同様に線形化を完全
なものとすることができる。
されるタイプのものを改良したものであるが、前述の特
開昭59−112605号公報及び特開昭59−20502号公報に示
されるタイプのものに適用しても、同様に線形化を完全
なものとすることができる。
上記のように、本願によると、電磁石の非線形性を補
償して軸受の制御系全体を、見かけ上、正確に線形化で
きるようになったので、軸受として安定性が向上して、
大きな外乱によって電流や浮上位置が大きく変動しても
安定性が損なわれることはなく、振動が少なくなり、剛
性も向上できて、精密位置決め用の軸受や高速軸受とし
て利用することが可能となったのである。
償して軸受の制御系全体を、見かけ上、正確に線形化で
きるようになったので、軸受として安定性が向上して、
大きな外乱によって電流や浮上位置が大きく変動しても
安定性が損なわれることはなく、振動が少なくなり、剛
性も向上できて、精密位置決め用の軸受や高速軸受とし
て利用することが可能となったのである。
第１図はこの発明の一実施例のブロック図である。 １……位相補償器 2,4,7……減算器 3,5,6,8……加算器 9,10……乗算器 11,12……電流増幅器 13,14……電磁石 15……被制御体 16……変位センサ
Claims (1)
- 【請求項１】互いに対向する固定側の２つの電磁石と、
該２つの電磁石の間の被制御体と、該電磁石と該被制御
体の間のギャップを検出する変位センサと、浮上位置指
令と該変位センサの信号を比較する比較器と、該比較器
の信号を受けて位相補償する位相補償器と、該位相補償
器の信号を２つの信号に分割する分配器と、該分配器の
信号を受けて電流増幅し前記電磁石に電流を供給する電
流増幅器とから成る磁気軸受の制御装置であって、前記
分配器が乗算器を備え、該乗算器の一方の入力を前記変
位センサのギャップ信号として磁気吸引力の線形化補償
をする磁気軸受の制御装置において、 前記電磁石と被制御体の鉄心の磁気抵抗のエアギャップ
相当量の信号を前記ギャップ検出信号に加算する手段を
付加したことを特徴とする磁気軸受の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62121189A JP2556036B2 (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 磁気軸受の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62121189A JP2556036B2 (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 磁気軸受の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63289316A JPS63289316A (ja) | 1988-11-25 |
| JP2556036B2 true JP2556036B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=14805060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62121189A Expired - Lifetime JP2556036B2 (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 磁気軸受の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2556036B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02164288A (ja) * | 1988-12-17 | 1990-06-25 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 非接触支持装置 |
-
1987
- 1987-05-20 JP JP62121189A patent/JP2556036B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63289316A (ja) | 1988-11-25 |
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