JP2808486B2 - 磁気軸受制御装置 - Google Patents
磁気軸受制御装置Info
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- JP2808486B2 JP2808486B2 JP2287854A JP28785490A JP2808486B2 JP 2808486 B2 JP2808486 B2 JP 2808486B2 JP 2287854 A JP2287854 A JP 2287854A JP 28785490 A JP28785490 A JP 28785490A JP 2808486 B2 JP2808486 B2 JP 2808486B2
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- rotating body
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- magnetic
- bearing
- control
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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
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/44—Centrifugal pumps
- F16C2360/45—Turbo-molecular pumps
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はターボ分子ポンプ，コンプレッサ，タービ
ン，工作機械用スピンドル等の高速回転体に用いる磁気
軸受に適用される磁気軸受制御装置に関する。
ン，工作機械用スピンドル等の高速回転体に用いる磁気
軸受に適用される磁気軸受制御装置に関する。
［従来の技術］ 回転体を浮上保持する手段として、電磁石を用いた磁
気軸受がある。この磁気軸受は従来の流体潤滑軸受より
もロスが小さく、軸受のドライ化、雰囲気のクリーン化
がはかれ、特に真空状態では有用な軸受である。
気軸受がある。この磁気軸受は従来の流体潤滑軸受より
もロスが小さく、軸受のドライ化、雰囲気のクリーン化
がはかれ、特に真空状態では有用な軸受である。
第４図は、この磁気軸受の一例を示す図である。１は
回転体であり、2a,4a及び2b,4bは回転体１を指示するラ
ジアル軸受としての一対の磁気軸受であり、2a,2bは電
磁石固定子、4a,4bは電磁石回転子である。3,5は回転体
１を高速に回転又は減速させるための電動機であり、３
は固定子、５は回転子である。この磁気軸受2a,2bによ
り回転体１の浮上位置を設定する手段として、回転体１
の浮上位置を計測し、その計測信号に基いて磁気軸受2
a,2bの電磁石固定子に流す電流値を決め、磁気石固定子
から発生する磁力の大きさを定める手段がある。
回転体であり、2a,4a及び2b,4bは回転体１を指示するラ
ジアル軸受としての一対の磁気軸受であり、2a,2bは電
磁石固定子、4a,4bは電磁石回転子である。3,5は回転体
１を高速に回転又は減速させるための電動機であり、３
は固定子、５は回転子である。この磁気軸受2a,2bによ
り回転体１の浮上位置を設定する手段として、回転体１
の浮上位置を計測し、その計測信号に基いて磁気軸受2
a,2bの電磁石固定子に流す電流値を決め、磁気石固定子
から発生する磁力の大きさを定める手段がある。
第５図は、その手段を示す制御系のブロック図であ
る。同図中、６は位置センサ、７はフィードバックゲイ
ン、８は制御回路、９は電磁石駆動回路、10は電磁石で
ある。
る。同図中、６は位置センサ、７はフィードバックゲイ
ン、８は制御回路、９は電磁石駆動回路、10は電磁石で
ある。
また、電動機固定子３により回転体１を駆動および制
動（減速）させるための手段としてインバータを用い、
電動機固定子３に入力される電圧，電流及び周波数を制
御して、回転体１の速度制御を行う手段がある。回転体
１の速度制御のうち、制動制御には、回転体の回転エネ
ルギーを電動機の発電作用を通じて電気エネルギーに変
換し、これを抵抗器などで熱エネルギーとして消費させ
る又は、回生電力を電源として返還する回生制動方法
と、電動機固定子３の巻線に直流電流を流し、電動機回
転子４で渦電流を発生させて電力を消費させる直流制動
方法がある。これらの制動方法は回転体が高速の場合に
回生制動、低速の場合に直流制動とに使い分けている。
動（減速）させるための手段としてインバータを用い、
電動機固定子３に入力される電圧，電流及び周波数を制
御して、回転体１の速度制御を行う手段がある。回転体
１の速度制御のうち、制動制御には、回転体の回転エネ
ルギーを電動機の発電作用を通じて電気エネルギーに変
換し、これを抵抗器などで熱エネルギーとして消費させ
る又は、回生電力を電源として返還する回生制動方法
と、電動機固定子３の巻線に直流電流を流し、電動機回
転子４で渦電流を発生させて電力を消費させる直流制動
方法がある。これらの制動方法は回転体が高速の場合に
回生制動、低速の場合に直流制動とに使い分けている。
第６図は電動機15を制御するためのインバータ部の主
要回路の一例である。同図中11は出力電圧制御部、12は
出力平滑コンデンサ、13は出力周波数制御部であり、14
は回転体１の回転エネルギーにより、電動機15から回生
される電気エネルギーを制御又は消費させる回生制動制
御部であり、回転体を制動（減速）させる時に使用する
ものである。
要回路の一例である。同図中11は出力電圧制御部、12は
出力平滑コンデンサ、13は出力周波数制御部であり、14
は回転体１の回転エネルギーにより、電動機15から回生
される電気エネルギーを制御又は消費させる回生制動制
御部であり、回転体を制動（減速）させる時に使用する
ものである。
［発明が解決しようとする課題］ 回転体の速度制御は電動機に入力する電圧、電流及び
周波数を制御するインバータにより行っている。回転体
の速度制御のうち、高速回転体の場合の制動方法は回転
体の回転エネルギーを電動機の発電作用を通じて回生さ
れる電気エネルギーを消費する回生制動方法であるた
め、回転エネルギーの大きい回転体の制動には回生エネ
ルギー制御又は消費部分の機構が複雑かつ大容量（大
型）となり、また、エネルギー消費部分の冷却構造も大
型となるという問題がある。
周波数を制御するインバータにより行っている。回転体
の速度制御のうち、高速回転体の場合の制動方法は回転
体の回転エネルギーを電動機の発電作用を通じて回生さ
れる電気エネルギーを消費する回生制動方法であるた
め、回転エネルギーの大きい回転体の制動には回生エネ
ルギー制御又は消費部分の機構が複雑かつ大容量（大
型）となり、また、エネルギー消費部分の冷却構造も大
型となるという問題がある。
さらに、インバータ部又は電動機が正常に動作しなく
なった場合、この種の構成機器の速度制御では、回転体
の速度制御機能を全て停止させ、回転体をフリーランと
し、安全に停止するまで、自然降速させることが通説と
なっている。しかし、磁気浮上された回転体は静止体と
の接触部分がないため、回転エネルギーを消費させる手
段は気体との摩擦による風損だけとなり、自然降速によ
る回転体の停止時間は他の軸受支持されたものより極端
に長くなる。また、回転体が真空雰囲気にある場合、さ
らに停止時間は延びることとなる欠点があった。
なった場合、この種の構成機器の速度制御では、回転体
の速度制御機能を全て停止させ、回転体をフリーランと
し、安全に停止するまで、自然降速させることが通説と
なっている。しかし、磁気浮上された回転体は静止体と
の接触部分がないため、回転エネルギーを消費させる手
段は気体との摩擦による風損だけとなり、自然降速によ
る回転体の停止時間は他の軸受支持されたものより極端
に長くなる。また、回転体が真空雰囲気にある場合、さ
らに停止時間は延びることとなる欠点があった。
そこで本発明は、回転体の制動機能をインバータ部以
外に付加し、インバータ部の負荷軽減といかなる場合に
でも安全に早く回転体を停止させることができる磁気軸
受制御装置を提供することを目的とする。
外に付加し、インバータ部の負荷軽減といかなる場合に
でも安全に早く回転体を停止させることができる磁気軸
受制御装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、回転体からの位置情報等の信号をフィード
バックし、PID（比例、積分、微分）や位相補償等の制
御を行なうように構成されて、能動的に用いられる磁気
軸受を制御する装置において、磁気軸受制御回路系に回
転体の回転エネルギーを軸受電磁石で消費され、安全に
制動する回転制動制御回路を設けたものである。
バックし、PID（比例、積分、微分）や位相補償等の制
御を行なうように構成されて、能動的に用いられる磁気
軸受を制御する装置において、磁気軸受制御回路系に回
転体の回転エネルギーを軸受電磁石で消費され、安全に
制動する回転制動制御回路を設けたものである。
［作 用］ 上記のように回転体を制動させる機能を回転速度制御
部である電動機及びインバータ部以外の軸受電磁石及び
軸受制御回路に設けることにより、インバータ部の負荷
を軽減できることはもとより、インバータ部の異常時に
も安全に早く回転体を停止させることが可能となる。
部である電動機及びインバータ部以外の軸受電磁石及び
軸受制御回路に設けることにより、インバータ部の負荷
を軽減できることはもとより、インバータ部の異常時に
も安全に早く回転体を停止させることが可能となる。
［実施例］ 第１図は本発明の一実施例における軸受制御系の構成
を示すブロック線図である。なお、従来例の第５図と同
一機能を有する部分には同一符号を付して、詳細な説明
は省略する。16は軸受電磁石10に流す直流分の電流値
（バイアス電流値）を制御する回転制動制御回路であ
り、回転体を浮上させるための制御電流に対し、加算器
21を介して加算されるように組み込まれている。
を示すブロック線図である。なお、従来例の第５図と同
一機能を有する部分には同一符号を付して、詳細な説明
は省略する。16は軸受電磁石10に流す直流分の電流値
（バイアス電流値）を制御する回転制動制御回路であ
り、回転体を浮上させるための制御電流に対し、加算器
21を介して加算されるように組み込まれている。
第２図は本発明の回転制動制御回路16が付加された状
態での電磁石に流れる電流値を示す図である。第２図に
示すように、電磁石に流れる電流値は、回転体浮上制御
量Ａは変わらず、回転体を制動させる直流電流分Ｂだけ
増えた形となる。
態での電磁石に流れる電流値を示す図である。第２図に
示すように、電磁石に流れる電流値は、回転体浮上制御
量Ａは変わらず、回転体を制動させる直流電流分Ｂだけ
増えた形となる。
次に、このように構成された本実施例装置の作用を説
明する。
明する。
第３図はラジアル軸受電磁石の構造を示す図である。
17は電磁石固定子、18は電磁石回転子、19は磁極、20は
固定子巻線コイルである。
17は電磁石固定子、18は電磁石回転子、19は磁極、20は
固定子巻線コイルである。
このように構成された電磁石の固定子巻線コイル20に
電流を流すと一対の磁極19がＮ極とＳ極の電磁石とな
り、磁力が発生する。このときの電流ｉと磁力Ｆの関係
は次式で表わされる。
電流を流すと一対の磁極19がＮ極とＳ極の電磁石とな
り、磁力が発生する。このときの電流ｉと磁力Ｆの関係
は次式で表わされる。
Ｆ＝B2S …（１） ここで、Ｂは磁極19と電磁石回転子18の間隙での磁束
密度、Ｓは磁極面積、Ｋは電磁石のもつ比例定数、８は
間げき長である。
密度、Ｓは磁極面積、Ｋは電磁石のもつ比例定数、８は
間げき長である。
ラジアル軸受はこのように構成され電磁石が４個組み
込まれている。かくして、電磁石回転子18は回転体に取
付けられており、回転体が回転中は、電磁石回転子18の
１点に着目すれば、Ｎ極,S極の磁場を交互に通過するこ
ととなる、この磁束の交番により電磁石回転子18に渦電
流損とヒステリシス損が発生する。この２つの損失は、
磁気軸受の軸受損失である。この軸受損失Ｗと磁束密度
Ｂとの関係は一般に次式で表わされる。
込まれている。かくして、電磁石回転子18は回転体に取
付けられており、回転体が回転中は、電磁石回転子18の
１点に着目すれば、Ｎ極,S極の磁場を交互に通過するこ
ととなる、この磁束の交番により電磁石回転子18に渦電
流損とヒステリシス損が発生する。この２つの損失は、
磁気軸受の軸受損失である。この軸受損失Ｗと磁束密度
Ｂとの関係は一般に次式で表わされる。
Ｗ＝KeB2N2＋KhBN …（３） ここで、Keは渦電流損定数、Khはヒステリシス損定数
で電磁石固定子18の材質等で定まるものである。また、
Ｎは毎秒当りの磁束交番の回数である。
で電磁石固定子18の材質等で定まるものである。また、
Ｎは毎秒当りの磁束交番の回数である。
かくして、上記（２），（３）式より、磁気軸受の軸
受損失は電磁石電流の大小にかかわっており、電磁石電
流を増やせば軸受損失は増えることとなる。この軸受損
失は、回転体の回転エネルギーを電磁石回転子18で消費
することとなり、電磁石電流値を操作することにより、
回転体を制動させることができる。
受損失は電磁石電流の大小にかかわっており、電磁石電
流を増やせば軸受損失は増えることとなる。この軸受損
失は、回転体の回転エネルギーを電磁石回転子18で消費
することとなり、電磁石電流値を操作することにより、
回転体を制動させることができる。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
い。例えば前記実施例では磁気軸受制御回路に制動電流
を加算した場合を例示したが、ラジアル軸受電磁石に制
動用の巻線コイルとこの巻線コイルに流す制動電流を制
御する回路を別に設けるようにしてもよい。
い。例えば前記実施例では磁気軸受制御回路に制動電流
を加算した場合を例示したが、ラジアル軸受電磁石に制
動用の巻線コイルとこの巻線コイルに流す制動電流を制
御する回路を別に設けるようにしてもよい。
このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形
実施可能であるのは勿論である。
実施可能であるのは勿論である。
［発明の効果］ 本発明によれば、回転体からの位置情報等の信号をフ
ィードバックし、PID（比例、積分、微分）や位相補償
等の制御を行なうよう構成された能動的に用いられる磁
気軸受を制御する装置において、高速回転体の制動機能
を設けたので、回転体の速度制御を行う電動機及びイン
バータ部の負荷を軽減できることはもとより、インバー
タ部回生制動制御部を小型にでき、さらに電動機及びイ
ンバータ部の異常時にも安全に早く回転体を停止させる
ことができる。
ィードバックし、PID（比例、積分、微分）や位相補償
等の制御を行なうよう構成された能動的に用いられる磁
気軸受を制御する装置において、高速回転体の制動機能
を設けたので、回転体の速度制御を行う電動機及びイン
バータ部の負荷を軽減できることはもとより、インバー
タ部回生制動制御部を小型にでき、さらに電動機及びイ
ンバータ部の異常時にも安全に早く回転体を停止させる
ことができる。
第１図は本発明の一実施例としての回路構成を示すブロ
ック線図、第２図は同実施例の動作を説明するための
図、第３図はラジアル軸受電磁石の構造を示す図、第４
図ないし第６図は従来例を示すもので、第４図は磁気軸
受の説明図、第５図は制御装置のブロック図、第６図は
インバータ部の主要回路図である。 １……回転体、2a,2b……電磁石固定子、３……電動機
固定子、4a,4b……電磁石回転子、５……電動機固定
子、６……位置センサ、７……フィードバックゲイン、
８……制御回路、９……電磁石駆動回路、10……電磁
石、11……出力電圧制御部、12……出力平滑コンデン
サ、13……出力周波数制御部、14……回生制動制御部、
15……電動機、16……回転制動制御回路、17……電磁石
固定子、18……電磁石回転子、19……磁極、20……固定
子巻線、21……加算器。
ック線図、第２図は同実施例の動作を説明するための
図、第３図はラジアル軸受電磁石の構造を示す図、第４
図ないし第６図は従来例を示すもので、第４図は磁気軸
受の説明図、第５図は制御装置のブロック図、第６図は
インバータ部の主要回路図である。 １……回転体、2a,2b……電磁石固定子、３……電動機
固定子、4a,4b……電磁石回転子、５……電動機固定
子、６……位置センサ、７……フィードバックゲイン、
８……制御回路、９……電磁石駆動回路、10……電磁
石、11……出力電圧制御部、12……出力平滑コンデン
サ、13……出力周波数制御部、14……回生制動制御部、
15……電動機、16……回転制動制御回路、17……電磁石
固定子、18……電磁石回転子、19……磁極、20……固定
子巻線、21……加算器。
Claims (1)
- 【請求項１】浮上保持対象である回転体の浮上位置を検
出する位置センサからの信号をフィードバックして磁力
を制御し、同磁力を用いて前記浮上保持対象物を保持す
るようになされた磁気軸受制御装置において、浮上保持
制御とは別に、高速回転している浮上対象物を制動制御
させる回転制動制御回路を備えたことを特徴とする磁気
軸受制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2287854A JP2808486B2 (ja) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | 磁気軸受制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2287854A JP2808486B2 (ja) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | 磁気軸受制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04160223A JPH04160223A (ja) | 1992-06-03 |
| JP2808486B2 true JP2808486B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=17722634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2287854A Expired - Fee Related JP2808486B2 (ja) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | 磁気軸受制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2808486B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09247973A (ja) * | 1996-03-13 | 1997-09-19 | Ebara Corp | 磁気軸受を用いたモータの停止方法 |
| JPH1122729A (ja) * | 1997-07-01 | 1999-01-26 | Koyo Seiko Co Ltd | 磁気軸受装置 |
-
1990
- 1990-10-25 JP JP2287854A patent/JP2808486B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04160223A (ja) | 1992-06-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |