JP3187513B2 - 磁気軸受の制御装置および方法 - Google Patents

磁気軸受の制御装置および方法

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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電磁石を持つ吸引制
御形磁気軸受の制御装置および制御方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来の吸引制御形磁気軸受を図3、図4
を用いて説明する。図3は磁気軸受の構成を示す図、図
4は図3の上下方向の浮上制御をする従来の制御装置の
構成を示すブロック図であり、水平方向も同じものが用
いられる。ロータ2の片側軸端近傍には、円周方向に電
磁石4が4個、上下左右に一定のエアギャップを介して
固定されており、ロータ2に垂直方向、水平方向の力を
作用させることができるようになっている。その電磁石
の近傍には、ロー夕2の浮上位置を検出する変位センサ
5が設けられており、また、電磁石とロータ間のエ
アギャッブのおよそ半分のエアギャッブを持つころがり
軸受から成る補助軸受6が設けられている。変位センサ
5の信号xは比較器3により浮上指令値xsと比較さ
れ、偏差信号が磁気軸受コントローラ1に導かれる。位
相制御器11と電力増幅器12から成る磁気軸受コント
ローラは、この偏差信号に基づき、固定側の電磁石4
に電流を供給し、電磁石4によりロータ2に力を作用さ
せて目標位置にロータを浮上させる。このことは水平方
向、垂直方向のほか他の制御軸についても行われ、非接
触浮上されるのである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような制御系をも
つ磁気軸受を起動する際は次のように動作する。浮上す
る前は図3においてロータ2が下方に位置しており、補
助軸受6の下側内輪に当って静止している。この状態で
起動すると、電力増幅器12と電磁石4に過大電流が流
れ、ロータ2が電磁石4あるいは補助軸受6の中央まで
一気に浮上するので、機械的にもショックが生じる。次
に、静止浮上中に磁気軸受を停止すると、ロータ2が電
磁石4あるいは補助軸受6の中央に浮上しているときに
浮上制御解除されるので、ロータ2が自由落下して
ータ2と補助軸受6が衝突する。その時大きな衝撃を伴
うので、補助軸受6に与える影響は大きく、場合によっ
てはレース面にくぼみを生じたり、ロータの他の部位に
与える影響も大きくトラブルのもととなるなどの問題が
あった。本発明は、起動停止時に流れる過大電流を抑え
て機械的ショックをなくし、機械的な衝撃のないスムー
ズな起動停止ができる磁気軸受制御装置および方法を提
供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るため、本発明は、ロータと、このロータを磁気吸引力
支持する電磁石と、前記ロータの浮上位置を規制して
前記ロータが前記電磁石に接触しないよう保護する補助
軸受と、ロータの浮上位置を検出する変位センサと、
上位置指令を受けて前記ロータがその浮上位置指令に対
応する位置に浮上するよう制御して前記電磁石に電流を
供給する磁気軸受コントローラとを備えた磁気軸受制御
装置において、前記ロータの浮上前の位置を記憶する
ともに記憶した位置データを出力するメモリーと、ステ
ップ入力に対して出力が2次遅れ状またはランプ状に変
化する遅れフィルタと、中央位置指令と前記メモリーの
出力の何れかを選択して前記遅れフィルタの入力とする
リレーと、位相制御器と電力増幅器を備え、前記遅れフ
ィルタの出力と前記変位センサの出力の偏差信号を入力
すると電力を増幅して電流を出力し、前記電磁石の磁気
吸引力を制御する磁気軸受コントローラと、起動停止指
令を受けると前記リレーと前記メモリーと前記磁気軸受
コントローラを制御する起動停止コントローラとを備
え、その起動停止コントローラが外部から起動指令を受
けたときは、前記位相制御器の出力をオフにしたまま前
記磁気軸受コントローラの電源を投入し、同時に浮上前
の前記ロータの位置を前記メモリーに記憶させるととも
にそのデータを出力させ、同時に前記メモリーの出力だ
けを前記フィルタに入力し、その後、前記位相制御器の
出力をオンにし、その後、前記中央位置指令だけを前記
フィルタに入力し、前記起動停止コントローラが外部か
ら停止指令を受けたときは、まず初めに前記メモリーの
出力だけを前記フィルタに入力することを特徴としてい
る。
【0005】
【作用】このようにすることにより、起動時は浮上前の
位置から徐々に、中央へ浮上位置指令が変えられていく
ので、それにつれてロータが徐々に浮上していき、ショ
ックが生じないのである。また、停止時も、中央から
前の位置へ徐々に浮上位置指令が変えられていくの
で、それについてロータが徐々に下降していき、起動前
の位置に戻って停止が完了するので、やはりショックが
生じないのである。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を図において説明す
る。図1は本発明の制御ブロック図であり、図2はロー
タ浮上位置の時間変化を示す図である。9は、A/Dコ
ンバータ91とメモリー素子92とD/Aコンバータ9
3から成るメモリーであり、ロータ浮上位置信号xを入
力とし、起動停止コントローラ7の指令によりxの値を
A/Dコンバータを介して記憶したり、記憶したxの値
をD/Aコンバータを介して出力したりする。101は
ロータ2中央に浮上させ浮上位置指令sをフィル夕
8に伝えるリレーであり、102はメモリー9の信号を
フィルタ8に伝えるリレーであり、起動停止コントロー
ラ7によりいずれかが選択されてオンされる。フィルタ
8は、入力がxsからメモリー9の出力信号x s0 に変わ
るか、又はメモリー9の出力信号x s0 から浮上位置指令
s に変わる時、出力が2次遅れ状または、ランプ状に
変化するよう機能をするフィルタである。起動停止コン
トローラ7は外部から起動停止指令を受けると動作す
る。そして、リレー101、102とメモリー9及び磁
気軸受コントローラ1に指令を送って前記の動作を生じ
させるほか、磁気軸受コントローラ1内の位相制御器の
出力をオンオフさせることができる。このような構成の
もとで、起動時は次のように動作する。まず、外部から
起動コントローラ7に起動指令が与えられると起動停
止コントローラは、位相制御器11の出力だけをオフ
にしたまま磁気軸受コントローラ1の他の部分をオンに
して起動待機状態にする。同時にメモリー9に指令を与
え、ロータの浮上前の変位信号をA/Dコンバータ91
を介して取り込んで記憶してxs0とし、同時にD/Aコ
ンバータ93を介して出力する。また同時にリレー10
1をオフ、102をオンにし、フィルタ8の入力がxs0
となるようにする。この状態となった後、起動停止コン
トローラ7は磁気軸受コントローラ1に指令を与え、位
相制御器11の出力をオンに、磁気軸受の制御ループ
が生きるようにる。この時、浮上前のロータの位置が
浮上位置指令として磁気軸受コントローラ1に与えられ
ているので磁気軸受のフィードバック制御系が生きても
何ら変化はない。その後、起動停止コントローラ7がリ
レー101をオンにすると同時にリレー102をオフに
する。するとフィルタ8の入力がxs0からxsにステッ
プ状態に変化、フィルタ8の出力はその機能によって
図2の左半分のようにランプ状に変化する。このように
緩やかに増加する浮上指令が比較器3の入力として与え
られるので、この指令に応じてロータは中央位置まで
ムーズに浮上するのである。停止時は、次のように動作
する。停止指令が起動停止コントローラ7に与えられる
と、起動停止コントローラ7はリレー101をオフに
し、リレー102をオンにする。すると、フィルタ8の
入力はx s からx s0 にステップ状に変化し、前述と同様
にフィルタ8が働いてその出力は図2の右半分のように
変化する。このように緩やかに減少する浮上指令が比較
器3の入力として与えられるので、ロータ2はxsに相
当する中央位置からxs0に相当する起動前の元の位置
でスムーズに降下し、元の位置に戻ると停止が完了する
のである。このように、起動時と停止時にロータの浮上
位置指令を、浮上前の位置と軸受の中央位置との間で緩
やかに変化させるので、ロータが緩やかに移動して機械
的ショックを生じさせることなく起動停止をすることが
できるのである。
【0007】
【発明の効果】以上のように、起動時は、起動前の位置
から徐々に中央位置に浮上し、停止時は中央位置から起
動前の元の位置に徐々に下降して停止するので、機械的
衝撃がなくスムーズな起動停止ができ、適用される回転
機械のトラブル発生を回避する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制御ブロック図。
【図2】ロータ浮上位置の時間変化を示す図。
【図3】磁気軸受の構成を示す図。
【図4】従来の制御ブロック図を示す図。
【符号の説明】
1 磁気軸受コントローラ 2 ロータ 3 比較器 4 電磁石 5 センサ 6 補助軸受 7 起動停止コントローラ 8 フィルタ 9 メモリー 11 位相制御器 12 電力増幅器 101、102 リレー 91 A/Dコンバータ 92 メモリー素子 93 D/Aコンバータ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ロータと、このロータを磁気吸引力で支持
    する電磁石と、前記ロータの浮上位置を規制して前記ロ
    ータが前記電磁石に接触しないよう保護する補助軸受
    と、ロータの浮上位置を検出する変位センサと、浮上位
    置指令を受けて前記ロータがその浮上位置指令に対応す
    る位置に浮上するよう制御して前記電磁石に電流を供給
    する磁気軸受コントローラとを備えた磁気軸受制御装置
    において、 前記ロータの浮上前の位置を記憶するとともに記憶した
    位置データを出力するメモリーと、ステップ入力に対して出力が2次遅れ状またはランプ状
    に変化する 遅れフィルタと、中央位置指令と前記メモリーの出力の何れかを選択して
    前記遅れフィルタの入力とするリレーと、 位相制御器と電力増幅器を備え、 前記遅れフィルタの出
    力と前記変位センサの出力の偏差信号を入力すると電力
    を増幅して電流を出力し、前記電磁石の磁気吸引力を制
    御する磁気軸受コントローラと、起動停止指令を受けると前記リレーと前記メモリーと前
    記磁気軸受コントローラを制御する 起動停止コントロー
    ラとを備え、その起動停止コントローラが外部から起動指令を受けた
    ときは、 前記位相制御器の出力をオフにしたまま前記磁気軸受コ
    ントローラの電源を投入し、同時に浮上前の前記ロータ
    の位置を前記メモリーに記憶させるとともにそのデータ
    を出力させ、同時に前記メモリーの出力だけを前記フィ
    ルタに入力し、 その後、前記位相制御器の出力をオンにし、 その後、前記中央位置指令だけを前記フィルタに入力
    し、 前記起動停止コントローラが外部から停止指令を受けた
    ときは、 まず初めに前記メモリーの出力だけを前記フィルタに入
    力する ことを特徴とする磁気軸受制御装置。
  2. 【請求項2】ロータと、このロータを磁気吸引力で支持
    する電磁石と、前記ロータの浮上位 置を規制して前記ロ
    ータが前記電磁石に接触しないよう保護する補助軸受
    と、ロータの浮上位置を検出する変位センサと、浮上位
    置指令を受けて前記ロータがその浮上位置指令に対応す
    る位置に浮上するよう制御して前記電磁石に電流を供給
    する磁気軸受コントローラとを備えた磁気軸受制御装置
    において、 起動時には、浮上位置指令を、前記メモリーに記憶した
    浮上前の位置に対応する指令から前記電磁石の中央位置
    に対応する指令まで徐々に変化させて起動し、 停止時には、浮上位置指令を、前記電磁石の中央位置に
    対応する指令から前記メモリーに記憶された浮上前の位
    置に対応する指令まで徐々に変化させて 停止することを
    特徴とする磁気軸受制御方法。
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JP2012167699A (ja) * 2011-02-10 2012-09-06 Daikin Industries Ltd 軸受機構、電動機、圧縮機及び冷凍装置
JP2017172770A (ja) * 2016-03-25 2017-09-28 三菱重工業株式会社 回転機械の停止方法及び回転機械の制御装置

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