JP3136621B2 - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- JP3136621B2 JP3136621B2 JP03033257A JP3325791A JP3136621B2 JP 3136621 B2 JP3136621 B2 JP 3136621B2 JP 03033257 A JP03033257 A JP 03033257A JP 3325791 A JP3325791 A JP 3325791A JP 3136621 B2 JP3136621 B2 JP 3136621B2
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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
- 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
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
-
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- 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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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ターボ分子ポンプや回
転陽極Ｘ線管、工作機械用スピンドル、遠心分離機、ロ
ボット等の回転軸や駆動軸等の被支持部材の支持に利用
される磁気軸受装置に関する。
転陽極Ｘ線管、工作機械用スピンドル、遠心分離機、ロ
ボット等の回転軸や駆動軸等の被支持部材の支持に利用
される磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の磁気軸受装置は、被支持部材の変
位基準点を設定する場合、磁極に近接する変位検出手段
の出力値を基準にして被支持部材の変位基準点を決定し
ている。具体的には、二つの変位検出手段を対向させて
設置した場合、その出力値の差が零となる時の被支持部
材の位置を変位基準点とし、変位検出手段を単独に設置
した場合、その出力値が理論的に対向する磁極の磁極間
距離の半分に相当する時の被支持部材の位置を変位基準
点としている。
位基準点を設定する場合、磁極に近接する変位検出手段
の出力値を基準にして被支持部材の変位基準点を決定し
ている。具体的には、二つの変位検出手段を対向させて
設置した場合、その出力値の差が零となる時の被支持部
材の位置を変位基準点とし、変位検出手段を単独に設置
した場合、その出力値が理論的に対向する磁極の磁極間
距離の半分に相当する時の被支持部材の位置を変位基準
点としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の磁気軸受装置で
は、変位検出手段と磁極との相対位置関係にずれがある
場合、対向する磁極の中心と変位基準点とが一致しなか
った。例えば第２図に示すように対向する磁極20，21の
中心と対向する変位センサ22，23の中心がずれている場
合、被支持部材24の変位基準点は対向する変位センサ2
2，23の中心と一致し、対向する磁極20，21の中心より
磁極21側にずれた位置となる。
は、変位検出手段と磁極との相対位置関係にずれがある
場合、対向する磁極の中心と変位基準点とが一致しなか
った。例えば第２図に示すように対向する磁極20，21の
中心と対向する変位センサ22，23の中心がずれている場
合、被支持部材24の変位基準点は対向する変位センサ2
2，23の中心と一致し、対向する磁極20，21の中心より
磁極21側にずれた位置となる。
【０００４】一方、磁極の有する被支持部材の吸引力Ｆ
と制御電流ｉ、磁極と被支持部材との距離ｄの間には一
般的に次の関係が成立している。 Ｆ＝ｋｉ2 ／ｄ2 （ｋは定数） したがって、被支持部材の変位基準点と対向する磁極の
中心とがずれると、第３図(a) ,(b)に示すように磁極20
と磁極21ではその動作点が大きく異なり、系の非線形性
が大きくなり、正確な制御がしにくくなるという問題が
ある。また、動作点での電流値が大きくなっている磁極
20は大入力時に磁気飽和を起こしやすくなるという問題
点もある。
と制御電流ｉ、磁極と被支持部材との距離ｄの間には一
般的に次の関係が成立している。 Ｆ＝ｋｉ2 ／ｄ2 （ｋは定数） したがって、被支持部材の変位基準点と対向する磁極の
中心とがずれると、第３図(a) ,(b)に示すように磁極20
と磁極21ではその動作点が大きく異なり、系の非線形性
が大きくなり、正確な制御がしにくくなるという問題が
ある。また、動作点での電流値が大きくなっている磁極
20は大入力時に磁気飽和を起こしやすくなるという問題
点もある。
【０００５】これらの問題は変位検出手段と対向する磁
極との取り付け精度を高めることにより解決することが
できるが、このようにすると加工，組立のコストが高く
なるという問題が生じる。本発明はこれらの問題点を解
決し、正確な制御ができ、磁気飽和が起こりにくく、か
つ、加工，組立コストを低減することができる磁気軸受
装置を提供することを目的とする。
極との取り付け精度を高めることにより解決することが
できるが、このようにすると加工，組立のコストが高く
なるという問題が生じる。本発明はこれらの問題点を解
決し、正確な制御ができ、磁気飽和が起こりにくく、か
つ、加工，組立コストを低減することができる磁気軸受
装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の磁気軸受装置は、被支持部材の周囲に配置さ
れた複数個の磁極と、この磁極に巻回されたコイルと、
前記被支持部材の周囲に配置された変位センサと、前記
変位センサの出力により前記コイルに流れる電流を制御
する制御回路とを有するとともに、前記変位センサ出力
にオフセットを付加する回路を備えている。
に本発明の磁気軸受装置は、被支持部材の周囲に配置さ
れた複数個の磁極と、この磁極に巻回されたコイルと、
前記被支持部材の周囲に配置された変位センサと、前記
変位センサの出力により前記コイルに流れる電流を制御
する制御回路とを有するとともに、前記変位センサ出力
にオフセットを付加する回路を備えている。
【０００７】
【作用】本発明の磁気軸受装置は上記のように構成され
ており、変位センサの出力に基づいて被支持部材の周囲
に配置された複数個の磁極に巻回されたコイルに流れる
電流を制御回路によって制御している状態で、各磁極に
流れる電流を検出して各磁極に流れる電流が等しくなる
ようにオフセット量を調整する。これにより、被支持部
材の変位基準点と複数の磁極の中心とが一致し、各磁極
の動作点を等しくすることができるので、正確な制御を
行うことができる。
ており、変位センサの出力に基づいて被支持部材の周囲
に配置された複数個の磁極に巻回されたコイルに流れる
電流を制御回路によって制御している状態で、各磁極に
流れる電流を検出して各磁極に流れる電流が等しくなる
ようにオフセット量を調整する。これにより、被支持部
材の変位基準点と複数の磁極の中心とが一致し、各磁極
の動作点を等しくすることができるので、正確な制御を
行うことができる。
【０００８】
【実施例】本発明の磁気軸受装置の一実施例を第１図を
用いて説明する。第１図において、１は被支持部材とし
ての回転体、２、３は回転体を挟んで対向に配置された
磁極、４、５は磁極に巻回されたコイル、６、７は磁極
２、３に近接して対向に配置された変位センサ、８、９
はコイル４、５に流れる電流を検出する電流計、10は電
流計８、９の出力が入力されるＣＰＵ（中央処理部）、
11はオフセット調整回路、12、13は差動増幅器、14はＰ
ＩＤ制御回路、15、16は電流増幅器、17、18は正負の電
位を発生するバイアス発生回路である。
用いて説明する。第１図において、１は被支持部材とし
ての回転体、２、３は回転体を挟んで対向に配置された
磁極、４、５は磁極に巻回されたコイル、６、７は磁極
２、３に近接して対向に配置された変位センサ、８、９
はコイル４、５に流れる電流を検出する電流計、10は電
流計８、９の出力が入力されるＣＰＵ（中央処理部）、
11はオフセット調整回路、12、13は差動増幅器、14はＰ
ＩＤ制御回路、15、16は電流増幅器、17、18は正負の電
位を発生するバイアス発生回路である。
【０００９】まず、この磁気軸受装置の回転動作時の動
作を説明すると、変位センサ６、７の出力を差動増幅器
12に入力することによって、回転体１の変位量に相当す
る値を得る。この差を差動増幅器13を介してＰＩＤ制御
回路14に入力し、ここで回転体１の変位を抑えるために
必要な制御量を得る。電流増幅器15，16はバイアス発生
回路17，18によって各々逆電位にバイアスされている。
このため電流増幅器15，16に前記制御量を入力すると、
コイル４、５には絶対値で見た場合各々逆相の電流が流
れる。すなわち、磁極２、３からは回転体１の変位を抑
える方向に差動的に電磁力が発生し、回転体１を空中に
安定に支持する。なお、オフセット調整回路11の出力値
によって差動増幅器13の出力にオフセットが加わり、回
転体１の支持位置が変化する。
作を説明すると、変位センサ６、７の出力を差動増幅器
12に入力することによって、回転体１の変位量に相当す
る値を得る。この差を差動増幅器13を介してＰＩＤ制御
回路14に入力し、ここで回転体１の変位を抑えるために
必要な制御量を得る。電流増幅器15，16はバイアス発生
回路17，18によって各々逆電位にバイアスされている。
このため電流増幅器15，16に前記制御量を入力すると、
コイル４、５には絶対値で見た場合各々逆相の電流が流
れる。すなわち、磁極２、３からは回転体１の変位を抑
える方向に差動的に電磁力が発生し、回転体１を空中に
安定に支持する。なお、オフセット調整回路11の出力値
によって差動増幅器13の出力にオフセットが加わり、回
転体１の支持位置が変化する。
【００１０】次に、第１図の磁気軸受装置を用いて、回
転体１の変位基準点と各磁極の中心を一致させる方法を
説明する。まず、オフセット調整回路11から適当なオフ
セット量を発生させ、この状態で回転体１を空中に支持
する。この時点では、変位センサ６、７の中心と磁極
２、３の中心が一致していないため、磁極２、３の中心
点（真の基準点）に回転体１は支持されていない。この
状態でＣＰＵ10が電流計８、９の出力より各磁極２、３
のコイル４、５に流れる電流値を検出し、二つの電流値
が等しくなるようにオフセット調整回路を調整する。こ
の結果、回転体１の中心は二つの磁極の中心、すなわ
ち、真の基準点に移動する。したがって、各磁極の動作
点が等しい状態で制御を行うことができるので、正確な
制御を行うことができる。
転体１の変位基準点と各磁極の中心を一致させる方法を
説明する。まず、オフセット調整回路11から適当なオフ
セット量を発生させ、この状態で回転体１を空中に支持
する。この時点では、変位センサ６、７の中心と磁極
２、３の中心が一致していないため、磁極２、３の中心
点（真の基準点）に回転体１は支持されていない。この
状態でＣＰＵ10が電流計８、９の出力より各磁極２、３
のコイル４、５に流れる電流値を検出し、二つの電流値
が等しくなるようにオフセット調整回路を調整する。こ
の結果、回転体１の中心は二つの磁極の中心、すなわ
ち、真の基準点に移動する。したがって、各磁極の動作
点が等しい状態で制御を行うことができるので、正確な
制御を行うことができる。
【００１１】なお、上記実施例では、磁気軸受の一軸に
ついて説明したが、多軸の場合についても各軸ごとに同
様な構成とすることができる。なお、磁気軸受の構造と
しては、上記の実施例に限らず、例えば回転体を磁気浮
上させるための軸受コイルと、前記回転体を円周方向に
付勢するためのモータコイルとを共通のステータ磁極に
巻装した構造のものも可能であり、さらに、上記実施例
では被支持部材として回転体を用いた例について説明し
たが、被支持部材としてはロボットのア−ムなどの回転
しない軸でも良い。
ついて説明したが、多軸の場合についても各軸ごとに同
様な構成とすることができる。なお、磁気軸受の構造と
しては、上記の実施例に限らず、例えば回転体を磁気浮
上させるための軸受コイルと、前記回転体を円周方向に
付勢するためのモータコイルとを共通のステータ磁極に
巻装した構造のものも可能であり、さらに、上記実施例
では被支持部材として回転体を用いた例について説明し
たが、被支持部材としてはロボットのア−ムなどの回転
しない軸でも良い。
【００１２】また、上記実施例では磁気軸受の制御回路
に電流計およびＣＰＵを挿入してオフセット量を調整す
る例について説明したが、これらを挿入せず、磁気軸受
の調整時のみ外部から接続し、電気的またはロボット等
の機械的手段を用いてオフセット量を調整してもよい。
さらに、コイルを流れる電流値の読み取りおよびこれに
基づくオフセット量の調整を手動で行うこともできる。
に電流計およびＣＰＵを挿入してオフセット量を調整す
る例について説明したが、これらを挿入せず、磁気軸受
の調整時のみ外部から接続し、電気的またはロボット等
の機械的手段を用いてオフセット量を調整してもよい。
さらに、コイルを流れる電流値の読み取りおよびこれに
基づくオフセット量の調整を手動で行うこともできる。
【００１３】また、変位センサは、対向して設置せず、
各制御軸につき１つずつでも可能であり、制御方法もＰ
ＩＤ制御に限らず、ＰＤ制御や位相進み遅れ制御、現代
制御理論にもとづくデジタル制御等が可能である。
各制御軸につき１つずつでも可能であり、制御方法もＰ
ＩＤ制御に限らず、ＰＤ制御や位相進み遅れ制御、現代
制御理論にもとづくデジタル制御等が可能である。
【００１４】
【発明の効果】本発明の磁気軸受装置は次のような効果
を有する。すなわち、変位基準点が対向する磁極の中心
と一致するので、対向する磁極の制御の動作点が一致す
る結果、系の非線形性が最小におさえられ、正確な制御
ができるようになる。また、被支持部材が対向する磁極
の中心にある点を変位基準点としているので、系の非線
形性をおさえると共に制御時に磁極に大電流が流れるこ
とが少なくなり、磁気飽和が起こりにくくなる。また、
変位検出手段と磁極との相対位置精度を高くする必要が
ないので、加工，組立，調整のコストが下がり、安価な
磁気軸受を提供することができる。
を有する。すなわち、変位基準点が対向する磁極の中心
と一致するので、対向する磁極の制御の動作点が一致す
る結果、系の非線形性が最小におさえられ、正確な制御
ができるようになる。また、被支持部材が対向する磁極
の中心にある点を変位基準点としているので、系の非線
形性をおさえると共に制御時に磁極に大電流が流れるこ
とが少なくなり、磁気飽和が起こりにくくなる。また、
変位検出手段と磁極との相対位置精度を高くする必要が
ないので、加工，組立，調整のコストが下がり、安価な
磁気軸受を提供することができる。
【図１】本発明の磁気軸受装置の一実施例の制御ブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】従来の磁気軸受装置のモデル図である。
【図３】従来の磁気軸受装置の制御動作点の説明図であ
り、（ａ）はコイルに流す電流値と吸引力との関係から
対向する磁極の制御動作点の違いを示す図、（ｂ）は磁
極と被支持部材間の距離と吸引力との関係から対向する
磁極の制御動作点の違いを示す図である。
り、（ａ）はコイルに流す電流値と吸引力との関係から
対向する磁極の制御動作点の違いを示す図、（ｂ）は磁
極と被支持部材間の距離と吸引力との関係から対向する
磁極の制御動作点の違いを示す図である。
１：回転体 ３：磁極 ４，５：コイル ６，７：変位センサ 11：オフセット調整回路 13：差動増幅器 14：ＰＩＤ制御回路
Claims (1)
- 【請求項１】 被支持部材の周囲に配置された複数個の
磁極と、この磁極に巻回されたコイルと、前記被支持部
材の周囲に配置された変位センサと、前記変位センサの
出力により前記コイルに流れる電流を制御する制御回路
とを有する磁気軸受装置において、前記変位センサ出力
にオフセットを付加する回路を備え、前記オフセット量
を調整することにより前記複数個の磁極に流れる電流値
を等しくすることを特徴とする磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03033257A JP3136621B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03033257A JP3136621B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 磁気軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04272506A JPH04272506A (ja) | 1992-09-29 |
| JP3136621B2 true JP3136621B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=12381457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03033257A Expired - Fee Related JP3136621B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3136621B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1605177A1 (en) * | 2004-06-08 | 2005-12-14 | Mecos Traxler AG | Magnetic bearing device with simplified wiring |
| US20140145534A1 (en) * | 2012-11-29 | 2014-05-29 | General Electric Company | Magnetic bearing systems and methods of controlling the same |
-
1991
- 1991-02-28 JP JP03033257A patent/JP3136621B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04272506A (ja) | 1992-09-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |