JP2961117B2 - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- JP2961117B2 JP2961117B2 JP63254621A JP25462188A JP2961117B2 JP 2961117 B2 JP2961117 B2 JP 2961117B2 JP 63254621 A JP63254621 A JP 63254621A JP 25462188 A JP25462188 A JP 25462188A JP 2961117 B2 JP2961117 B2 JP 2961117B2
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- magnetic
- armature disk
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- F16C32/0476—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、磁気軸受装置に関するものである。
磁気軸受装置は、例えば特開昭63−145818号公報に開
示されているように、軸に取着されたスラストベアリン
グディスクの軸方向両側に一対の磁気軸受本体を配置し
て構成される。一対の磁気軸受本体にはそれぞれ制御コ
イルが配置されると共に、上記軸の変位を検出する位置
検出器が配置される。位置検出器からの検出信号は軸受
制御装置に入力され、軸受制御装置は軸が正常位置に戻
るように一対の制御コイルを制御する。位置検出器とし
ては、磁気の影響を受けない静電容量型の位置検出器が
使用されている。
示されているように、軸に取着されたスラストベアリン
グディスクの軸方向両側に一対の磁気軸受本体を配置し
て構成される。一対の磁気軸受本体にはそれぞれ制御コ
イルが配置されると共に、上記軸の変位を検出する位置
検出器が配置される。位置検出器からの検出信号は軸受
制御装置に入力され、軸受制御装置は軸が正常位置に戻
るように一対の制御コイルを制御する。位置検出器とし
ては、磁気の影響を受けない静電容量型の位置検出器が
使用されている。
また、磁気軸受装置と同じ原理を利用している磁気浮
上制御装置が、例えば特開昭55−66203号公報に開示さ
れている。磁気浮上制御装置は、磁気浮上列車等に用い
られているものであり、レール等の強磁性体に直流電磁
石を対向して配置し、直流電磁石を励磁して強磁性体に
対して吸引力を発生させ、この吸引力と直流電磁石の自
重との平衡によって強磁性体との間に所定の間隔を保っ
て直流電磁石を浮上させている。上記間隔の長さは変位
計によって検出されて、直流電磁石の吸引力のフィード
バック制御に使用される。さらに、変位のみに基づくフ
ィードバック制御だけでは、変位に対する追従応答性が
悪いため、加速度計を配置して直流電磁石の加速度を検
出し、この加速度情報も使用して変位の安定した制御を
行うようにしている。
上制御装置が、例えば特開昭55−66203号公報に開示さ
れている。磁気浮上制御装置は、磁気浮上列車等に用い
られているものであり、レール等の強磁性体に直流電磁
石を対向して配置し、直流電磁石を励磁して強磁性体に
対して吸引力を発生させ、この吸引力と直流電磁石の自
重との平衡によって強磁性体との間に所定の間隔を保っ
て直流電磁石を浮上させている。上記間隔の長さは変位
計によって検出されて、直流電磁石の吸引力のフィード
バック制御に使用される。さらに、変位のみに基づくフ
ィードバック制御だけでは、変位に対する追従応答性が
悪いため、加速度計を配置して直流電磁石の加速度を検
出し、この加速度情報も使用して変位の安定した制御を
行うようにしている。
しかし、上述した磁気軸受装置では、磁気軸受本体に
制御コイルと静電容量型位置検出器とを個別に配置して
いるため、設置スペースを確保する必要から、構成が大
型化するという問題がある。
制御コイルと静電容量型位置検出器とを個別に配置して
いるため、設置スペースを確保する必要から、構成が大
型化するという問題がある。
また、上述した磁気浮上制御装置では、構成の小型化
を考慮してコアに励磁コイルを巻装して直流電磁石を構
成すると共に、加速度計としてのコイルを上記コアに巻
装して構成している。しかし、変位計は単に直流電磁石
に取付けられるものであり、上記磁気軸受装置と同様
に、構成が大型化するという問題がある。
を考慮してコアに励磁コイルを巻装して直流電磁石を構
成すると共に、加速度計としてのコイルを上記コアに巻
装して構成している。しかし、変位計は単に直流電磁石
に取付けられるものであり、上記磁気軸受装置と同様
に、構成が大型化するという問題がある。
この発明は上記従来の欠点を解決するためになされた
ものであって、その目的は、コンパクトに構成可能であ
ると共に、リニアーな変位出力の得られる磁気軸受装置
を提供することにある。
ものであって、その目的は、コンパクトに構成可能であ
ると共に、リニアーな変位出力の得られる磁気軸受装置
を提供することにある。
そこで第１請求項の磁気軸受装置は、回転主軸に取着
されたアーマチャーディスクの軸方向両側に一対の軸受
要素を配置して成り、上記各軸受要素は、一対の磁極片
を備えた制御コイルより成り、上記各磁極片の先端側を
上記アーマチャーディスクに近接して配置し、さらに上
記制御コイルよりも先端側の位置において、上記磁極片
に位置検出用のセンサーコイルを装着して成ることを特
徴としている。
されたアーマチャーディスクの軸方向両側に一対の軸受
要素を配置して成り、上記各軸受要素は、一対の磁極片
を備えた制御コイルより成り、上記各磁極片の先端側を
上記アーマチャーディスクに近接して配置し、さらに上
記制御コイルよりも先端側の位置において、上記磁極片
に位置検出用のセンサーコイルを装着して成ることを特
徴としている。
上記第１請求項の磁気軸受装置では、位置検出用のセ
ンサーコイルの磁路を、制御コイルの磁路と共通にした
ので、省スペース化を図ることができる。
ンサーコイルの磁路を、制御コイルの磁路と共通にした
ので、省スペース化を図ることができる。
また第２請求項の磁気軸受装置は、主軸変位を、上記
アーマチャーディスクの軸方向両側に位置する一対の位
置検出用のセンサーコイルのインダクタンスの差分とし
て検出することを特徴としている。
アーマチャーディスクの軸方向両側に位置する一対の位
置検出用のセンサーコイルのインダクタンスの差分とし
て検出することを特徴としている。
上記第２請求項の磁気軸受装置では、差動検出機構を
採用しているので、変位に対してリニアーなセンサー出
力を得ることが可能となる。
採用しているので、変位に対してリニアーなセンサー出
力を得ることが可能となる。
以下にこの発明の磁気軸受装置の具体的な実施例につ
いて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
いて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
第１図において、１は回転主軸であって、この回転主
軸１にはアーマチャーディスク２が、一体回転可能に取
着されている。このアーマチャーディスク２を挟んで、
軸方向の両側の位置には、一対の軸受要素３、３が配置
されている。各軸受要素３は、永久磁石４の両磁極面に
一対の磁極片５、６を取着した構造のもので、各磁極片
５、６はアーマチャーディスク２と平行に延びる部分
と、この部分からアーマチャーディスク２に近接する位
置まで延びる先端部分とを有している。そして上記一対
の磁極片５、６間の位置において、上記永久磁石４より
も先端側に制御コイル７が配置され、この制御コイル７
よりもさらに先端側にセンサーコイル８が配置されてい
る。なおこのセンサーコイル８は、上記制御コイル７と
同方向に巻かれているものとする。
軸１にはアーマチャーディスク２が、一体回転可能に取
着されている。このアーマチャーディスク２を挟んで、
軸方向の両側の位置には、一対の軸受要素３、３が配置
されている。各軸受要素３は、永久磁石４の両磁極面に
一対の磁極片５、６を取着した構造のもので、各磁極片
５、６はアーマチャーディスク２と平行に延びる部分
と、この部分からアーマチャーディスク２に近接する位
置まで延びる先端部分とを有している。そして上記一対
の磁極片５、６間の位置において、上記永久磁石４より
も先端側に制御コイル７が配置され、この制御コイル７
よりもさらに先端側にセンサーコイル８が配置されてい
る。なおこのセンサーコイル８は、上記制御コイル７と
同方向に巻かれているものとする。
上記磁気軸受装置においては、磁極片５、６の先端側
に第１及び第２空隙11、12が、また磁極片５、６の基端
側に漏れ磁路13がそれぞれ形成されることになるが、そ
の等価回路を第２図に示す。同図において、E0は永久磁
石４の起磁力、R0は永久磁石４の内部磁気抵抗、RLは漏
れ磁束用磁気抵抗、R1は第１空隙11用磁気抵抗、R2は第
２空隙用磁気抵抗王をそれぞれ示している。
に第１及び第２空隙11、12が、また磁極片５、６の基端
側に漏れ磁路13がそれぞれ形成されることになるが、そ
の等価回路を第２図に示す。同図において、E0は永久磁
石４の起磁力、R0は永久磁石４の内部磁気抵抗、RLは漏
れ磁束用磁気抵抗、R1は第１空隙11用磁気抵抗、R2は第
２空隙用磁気抵抗王をそれぞれ示している。
上記においてアーマチャーディスク２の変位による不
平衡バネ定数は、 1/［１＋｛R0/（１＋R0/R1）（R1＋R2）｝］ に比例する。
平衡バネ定数は、 1/［１＋｛R0/（１＋R0/R1）（R1＋R2）｝］ に比例する。
また制御力は、 E0・NI/R Ｒ＝（R1＋R2）２（１＋R0/RL）＋2R0（R1＋R2） ＋R02/（１＋R2/RL） に比例する。したがって RL＝R0（R1＋R2）／〔R0−（R1＋R2）〕 ＝R0/（ａ−１） 〔ただし、R0＝ａ（R1＋R2）〕 の時に最大となる。
以上のように、永久磁石４のNS極面間隔を長くして、
内部磁気抵抗R0を大きくし（例えば、上記磁極片５、６
を軟磁性体にて構成する）、制御コイル７の磁路を磁気
抵抗を、永久磁石４の漏れ磁路を作ることによって最適
化し、また永久磁石４よりも先端側に制御コイル７を配
置することによって、制御電流による制御特性を向上し
得ると共に、アーマチャーディスクの変位による不平衡
バネ定数を小さくでき、しかもその構成を簡素化するこ
とが可能となる。
内部磁気抵抗R0を大きくし（例えば、上記磁極片５、６
を軟磁性体にて構成する）、制御コイル７の磁路を磁気
抵抗を、永久磁石４の漏れ磁路を作ることによって最適
化し、また永久磁石４よりも先端側に制御コイル７を配
置することによって、制御電流による制御特性を向上し
得ると共に、アーマチャーディスクの変位による不平衡
バネ定数を小さくでき、しかもその構成を簡素化するこ
とが可能となる。
第３図には変位検出センサーの変位検出原理図を示
す。この場合の変位検出センサーは、センサーコイル８
とアーマチャーディスク２（磁性体）とで構成されてお
り、コイル８には高周波（略50KHz）電流を流してあ
る。コイル８とアーマチャーディスク２との距離が変化
すると、コイル８のインダクタンスが変化し、コイル８
に印加してある高周波が振幅変調されることになるた
め、この変調分を変位として検出するのである。検出回
路は２個のインピーダンスZ0、Z0と、２個のセンサーコ
イルL1、L2でブリッジを構成して変化分を差動検出した
後、検波回路で変位信号を取り出すようにしている。
す。この場合の変位検出センサーは、センサーコイル８
とアーマチャーディスク２（磁性体）とで構成されてお
り、コイル８には高周波（略50KHz）電流を流してあ
る。コイル８とアーマチャーディスク２との距離が変化
すると、コイル８のインダクタンスが変化し、コイル８
に印加してある高周波が振幅変調されることになるた
め、この変調分を変位として検出するのである。検出回
路は２個のインピーダンスZ0、Z0と、２個のセンサーコ
イルL1、L2でブリッジを構成して変化分を差動検出した
後、検波回路で変位信号を取り出すようにしている。
制御コイル７とセンサーコイル８とを複合させたとき
のノイズに関しては、吸引力を強める方の制御コイル７
は強い磁界を発生させるが、センサーコイル８とアーマ
チャーディスク２との距離が離れているため、サンサー
コイル８のインダクタンスの変化分はある値とはなるも
のの、極端には大きくならない。一方、吸引力を弱める
側の制御コイル７は、発生する磁界は弱いが、センサー
コイル８とアーマチャーディスク２との距離が短く、サ
ンサーコイル８のインダクタンスの変化分は上記の「あ
る値」と略同じ値になる。したがって、このように差動
検出方式を採用すれば、上記変化分は互いにキャンセル
され、変位成分としては検出されず、精度の良い変位検
出をなし得ることになる。
のノイズに関しては、吸引力を強める方の制御コイル７
は強い磁界を発生させるが、センサーコイル８とアーマ
チャーディスク２との距離が離れているため、サンサー
コイル８のインダクタンスの変化分はある値とはなるも
のの、極端には大きくならない。一方、吸引力を弱める
側の制御コイル７は、発生する磁界は弱いが、センサー
コイル８とアーマチャーディスク２との距離が短く、サ
ンサーコイル８のインダクタンスの変化分は上記の「あ
る値」と略同じ値になる。したがって、このように差動
検出方式を採用すれば、上記変化分は互いにキャンセル
され、変位成分としては検出されず、精度の良い変位検
出をなし得ることになる。
いまここで、 L1、L2:センサコイルのインダクタンス Z0:ブリッジの基準インピーダンス μ：空隙の透磁率 S:磁心の断面積 N:コイルの巻数 x0:平衡点でのセンサターゲットの距離 x:x0からの変位 w:コイル印加電圧V0の角周波数 とそれぞれすると、ブリッジの出力電圧Ｖは、 Ｖ＝V0（jwL2−jwL1）/2（jwL1＋jwL2） ＝V0（L2−L1）/2（L1＋L2） となる。
そこで L1＝μSN2/2（x0−ｘ） ＝a/（x0−ｘ） L2＝μSN2/2（x0＋ｘ） ＝a/（x0＋ｘ） と仮定すると、 Ｖ＝−V0・x/2x0 となり、したがって変位に比例した電気信号を得ること
が可能となる。なおＶは、数10KHzの高周波電圧であ
り、その振幅が変位に比例することから、検波によって
高周波成分を除去することにより変位信号の出力が可能
となる。
が可能となる。なおＶは、数10KHzの高周波電圧であ
り、その振幅が変位に比例することから、検波によって
高周波成分を除去することにより変位信号の出力が可能
となる。
特に、第１図に示す構成では、アーマチャーディスク
２が取着されている回転主軸１は、磁気軸受（上部側は
図示されていない。）によってラジアル方向に案内され
ている。この回転主軸１は、制御コイル７によってアー
マチャーディスク２を吸引すると、軸方向（第１図では
上下方向）に浮上する。このとき、中心位置（平衡点）
ではアーマチャーディスク２と磁気軸受（磁極片５、
６）との距離（浮上ギャップ）はX0であり、上下均等で
ある。この中央位置を基準として、回転主軸１の上下変
位量を一対のセンサーコイル８、８のインダクタンスの
変化で検出する。
２が取着されている回転主軸１は、磁気軸受（上部側は
図示されていない。）によってラジアル方向に案内され
ている。この回転主軸１は、制御コイル７によってアー
マチャーディスク２を吸引すると、軸方向（第１図では
上下方向）に浮上する。このとき、中心位置（平衡点）
ではアーマチャーディスク２と磁気軸受（磁極片５、
６）との距離（浮上ギャップ）はX0であり、上下均等で
ある。この中央位置を基準として、回転主軸１の上下変
位量を一対のセンサーコイル８、８のインダクタンスの
変化で検出する。
一対のセンサーコイル８、８は、アーマチャーディス
ク２に関して上下対称に配置されるため、第３図の回路
図でセンサーコイル８、８の各インダクタンスがL1、L2
となるようにブリッジを構成すれば、出力電圧Ｖはイン
ダクタンスの差分（L2−L1）に比例する。この結果、出
力電圧Ｖはセンサーコイル１個の場合と比較して大きく
なり、また一対のセンサーコイルを互いに反対方向に巻
けば、同相のノイズを低減することができる。
ク２に関して上下対称に配置されるため、第３図の回路
図でセンサーコイル８、８の各インダクタンスがL1、L2
となるようにブリッジを構成すれば、出力電圧Ｖはイン
ダクタンスの差分（L2−L1）に比例する。この結果、出
力電圧Ｖはセンサーコイル１個の場合と比較して大きく
なり、また一対のセンサーコイルを互いに反対方向に巻
けば、同相のノイズを低減することができる。
以上のように上記した軸方向変位検出機構によれば、
センサーコイル８の磁路を、制御コイル７の磁路と共通
にしてあることから、省スペースを図ることが可能とな
る。また上記のような差動検出機構を採用すれば、アー
マチャーディスク２が両軸受要素３、３の中央に位置す
るときにセンサー出力が零となるため、個々の構造体に
よるバラツキを低減し得るし、また変位に対してリニア
ーなセンサー出力を得ることが可能となる。さらに、セ
ンサーコイル８、８の駆動周波数は約50KHzであり、渦
電流センサーと比べて低周波であるため、発振回路を安
価に構成できる。
センサーコイル８の磁路を、制御コイル７の磁路と共通
にしてあることから、省スペースを図ることが可能とな
る。また上記のような差動検出機構を採用すれば、アー
マチャーディスク２が両軸受要素３、３の中央に位置す
るときにセンサー出力が零となるため、個々の構造体に
よるバラツキを低減し得るし、また変位に対してリニア
ーなセンサー出力を得ることが可能となる。さらに、セ
ンサーコイル８、８の駆動周波数は約50KHzであり、渦
電流センサーと比べて低周波であるため、発振回路を安
価に構成できる。
なおセンサーコイル８は、第４図に示すような位置に
配置することも可能である。
配置することも可能である。
この発明の磁気軸受装置は上記のように構成されたも
のであり、そのためこの発明の磁気軸受装置において
は、センサーコイルの磁路を、制御コイルの磁路と共通
にしてあることから、省スペースを図ることが可能とな
る。また上記のような差動検出機構を採用してあるの
で、変位に対してリニアーなセンサー出力を得ることが
可能となる。
のであり、そのためこの発明の磁気軸受装置において
は、センサーコイルの磁路を、制御コイルの磁路と共通
にしてあることから、省スペースを図ることが可能とな
る。また上記のような差動検出機構を採用してあるの
で、変位に対してリニアーなセンサー出力を得ることが
可能となる。
第１図はこの発明の磁気軸受装置の一実施例を示す縦断
面図、第２図は上記装置の等価回路図、第３図は変位検
出センサーの作動原理図、第４図は他の実施例の縦断面
図である。 １……回転主軸、２……アーマチャーディスク、３……
軸受要素、４……永久磁石、５、６……磁極片、７……
制御コイル、８……センサーコイル。
面図、第２図は上記装置の等価回路図、第３図は変位検
出センサーの作動原理図、第４図は他の実施例の縦断面
図である。 １……回転主軸、２……アーマチャーディスク、３……
軸受要素、４……永久磁石、５、６……磁極片、７……
制御コイル、８……センサーコイル。
Claims (2)
- 【請求項１】回転主軸に取着されたアーマチャーディス
クの軸方向両側に一対の軸受要素を配置して成り、上記
各軸受要素は、一対の磁極片を備えた制御コイルより成
り、上記各磁極片の先端側を上記アーマチャーディスク
に近接して配置し、さらに上記制御コイルよりも先端側
の位置において、上記磁極片に位置検出用のセンサーコ
イルを装着して成る磁気軸受装置。 - 【請求項２】主軸変位を、上記アーマチャーディスクの
軸方向両側に位置する一対の位置検出用のセンサーコイ
ルのインダクタンスの差分として検出することを特徴と
する第１請求項記載の磁気軸受装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63254621A JP2961117B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 磁気軸受装置 |
| EP89118607A EP0362881B1 (en) | 1988-10-07 | 1989-10-06 | Magnetic bearing device |
| DE68912490T DE68912490T2 (de) | 1988-10-07 | 1989-10-06 | Magnetische Lager-Vorrichtung. |
| KR1019890014499A KR0153451B1 (ko) | 1988-10-07 | 1989-10-07 | 마그네틱 베어링 장치 |
| US07/560,460 US5073737A (en) | 1988-10-07 | 1990-07-27 | Magnetic bearing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63254621A JP2961117B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 磁気軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02102919A JPH02102919A (ja) | 1990-04-16 |
| JP2961117B2 true JP2961117B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=17267576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63254621A Expired - Lifetime JP2961117B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 磁気軸受装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5073737A (ja) |
| EP (1) | EP0362881B1 (ja) |
| JP (1) | JP2961117B2 (ja) |
| KR (1) | KR0153451B1 (ja) |
| DE (1) | DE68912490T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2269862B (en) * | 1992-08-22 | 1996-05-08 | Glacier Metal Co Ltd | Electromagnetic bearing arrangement |
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