JP3223921B2 - 磁気軸受ドライブ回路 - Google Patents
磁気軸受ドライブ回路Info
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- JP3223921B2 JP3223921B2 JP4077791A JP4077791A JP3223921B2 JP 3223921 B2 JP3223921 B2 JP 3223921B2 JP 4077791 A JP4077791 A JP 4077791A JP 4077791 A JP4077791 A JP 4077791A JP 3223921 B2 JP3223921 B2 JP 3223921B2
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- electromagnet
- current
- electromagnet coil
- switch element
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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
- F16C32/0457—Details of the power supply to the electromagnets
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電磁石の磁気吸引力を
用いて物体を非接触支持する磁気軸受のドライブ回路に
関する。
用いて物体を非接触支持する磁気軸受のドライブ回路に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の、磁気軸受のドライブ回路は、プ
ッシュプルタイプのリニヤアンプを用いて電磁石に電流
を供給し、応答性を上げるため電源電圧を大きくしてい
たが、電磁石の印加電圧は小さく、ほとんどがアンプの
ロスとなり効率が極めて悪かった。
ッシュプルタイプのリニヤアンプを用いて電磁石に電流
を供給し、応答性を上げるため電源電圧を大きくしてい
たが、電磁石の印加電圧は小さく、ほとんどがアンプの
ロスとなり効率が極めて悪かった。
【０００３】そこで、図２に示すような、スイッチング
素子を用いたパワーアンプが用いられている（特開昭63
-199506 号）。図において、主回路は２つのスイッチ素
子１，２と、２つのダイオード３，４と、電流検出手段
６と、電磁石コイル５から成っている。スイッチ素子１
は一端が（＋）の直流電源に接続され、他端がダイオー
ド４を介して（−）の直流電源に接続されている。ダイ
オード３は一端が（＋）の直流電源に接続され、他端が
スイッチ素子２を介して（−）の直流電源に接続されて
いる。電磁石５は一端がスイッチ素子１とダイオード４
の接続点に接続され、他端がダイオード３とスイッチ素
子２の接続点に接続されている。電磁石コイル５の電流
は、ダイオード４およびスイッチ素子２と（−）の電源
の間に設けられた電流検出手段６により間接的に検出さ
れる。電流の検出信号 If は減算器１０によって電流指
令信号 Is と比較され、その差が制御器９に導びかれ
る。ＰＩＤ制御器から成る制御器９の信号は方形波発生
器８に導びかれ、基準となる三角波信号と比較されて方
形波信号に変換される。この時、ＰＷＭ方式が用いられ
るので、信号の大きさに応じてパルス幅変調される。こ
のパルス信号に応じてゲートドライバ７が２つのスイッ
チ素子１，２をオン／オフする。
素子を用いたパワーアンプが用いられている（特開昭63
-199506 号）。図において、主回路は２つのスイッチ素
子１，２と、２つのダイオード３，４と、電流検出手段
６と、電磁石コイル５から成っている。スイッチ素子１
は一端が（＋）の直流電源に接続され、他端がダイオー
ド４を介して（−）の直流電源に接続されている。ダイ
オード３は一端が（＋）の直流電源に接続され、他端が
スイッチ素子２を介して（−）の直流電源に接続されて
いる。電磁石５は一端がスイッチ素子１とダイオード４
の接続点に接続され、他端がダイオード３とスイッチ素
子２の接続点に接続されている。電磁石コイル５の電流
は、ダイオード４およびスイッチ素子２と（−）の電源
の間に設けられた電流検出手段６により間接的に検出さ
れる。電流の検出信号 If は減算器１０によって電流指
令信号 Is と比較され、その差が制御器９に導びかれ
る。ＰＩＤ制御器から成る制御器９の信号は方形波発生
器８に導びかれ、基準となる三角波信号と比較されて方
形波信号に変換される。この時、ＰＷＭ方式が用いられ
るので、信号の大きさに応じてパルス幅変調される。こ
のパルス信号に応じてゲートドライバ７が２つのスイッ
チ素子１，２をオン／オフする。
【０００４】このような構成において、電流指令 IS に
対し電流検出手段６の検出電流 If が小さければ制御器
９が働いて指令を大きくし、ゲートドライバ７によるパ
ルスのオフ時間に対するオン時間の比を大きくして、電
磁石コイル５の電流が増加する。電流指令 IS に対し電
流検出手段６の検出電流 If が大きければ制御器９が働
いて指令を小さくし、ゲートドライバ７によるパルスの
オフ時間に対するオン時間の比を小さくしていき、電磁
石コイル５の電流が減る。この結果として、電流指令 I
S と電流検出信号 If が等しくなり、電磁石コイル５が
電流制御される。
対し電流検出手段６の検出電流 If が小さければ制御器
９が働いて指令を大きくし、ゲートドライバ７によるパ
ルスのオフ時間に対するオン時間の比を大きくして、電
磁石コイル５の電流が増加する。電流指令 IS に対し電
流検出手段６の検出電流 If が大きければ制御器９が働
いて指令を小さくし、ゲートドライバ７によるパルスの
オフ時間に対するオン時間の比を小さくしていき、電磁
石コイル５の電流が減る。この結果として、電流指令 I
S と電流検出信号 If が等しくなり、電磁石コイル５が
電流制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の磁気軸
受ドライブ回路は、２つのスイッチ素子を用いて電磁石
コイルの印加電圧をオン／オフし、電流制御するので、
両ゲート信号相互間に高い電圧が印加されるばかりでな
く充分に同期されなければならず、電流リップルを小さ
くするためキャリア周波数を大きくする程それが厳しく
なるという欠点があり、またダイオード、スイッチ素子
とも２個用いているため、信頼性が低く、素子が発生す
るロスも大きいという欠点があった。
受ドライブ回路は、２つのスイッチ素子を用いて電磁石
コイルの印加電圧をオン／オフし、電流制御するので、
両ゲート信号相互間に高い電圧が印加されるばかりでな
く充分に同期されなければならず、電流リップルを小さ
くするためキャリア周波数を大きくする程それが厳しく
なるという欠点があり、またダイオード、スイッチ素子
とも２個用いているため、信頼性が低く、素子が発生す
るロスも大きいという欠点があった。
【０００６】本発明の目的は、スイッチ素子のゲート信
号の同期をとる必要がなく、また信頼性が向上した磁気
軸受ドライブ回路を提供することである。
号の同期をとる必要がなく、また信頼性が向上した磁気
軸受ドライブ回路を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受ドライ
ブ回路は、スイッチ素子とダイオードを有し、１つの電
磁石に第１および第２の２つの電磁石コイルが巻かれ、
第１の電磁石コイルの一端は負の電源に接続され、第１
の電磁石コイルの他端は前記スイッチ素子を介して正の
電源に接続され、第２の電磁石コイルの一端は負の電源
に接続され、第２の電磁石コイルの他端は前記ダイオー
ドを介して正の電源に接続され、第１および第２の電磁
石コイルが電磁石に巻かれる方向は、前記スイッチ素子
から第１の電磁石コイルを通って負の電源に電流が流れ
る時に生じる磁束の方向と、負の電源から第２の電磁石
コイルと前記ダイオードを通って正の電源に電流が流れ
る時に生じる磁束の方向が同じになる方向であり、前記
ダイオードは第２の電磁石コイルを逆向きに電流が流れ
るのを阻止するように接続されており、第１および第２
の電磁石コイルに流れる電流の和を検出する電流検出手
段と、電流指令と、前記電流検出手段から出力された電
流検出信号を比較し、その差信号を出力する減算器と、
前記差信号を位相制御する制御器と、前記制御器の出力
信号を基準となる三角波信号と比較して方形波信号を発
生する方形波発生器と、前記方形波信号に基づいて前記
スイッチ素子をオン／オフするゲートドライバを有す
る。
ブ回路は、スイッチ素子とダイオードを有し、１つの電
磁石に第１および第２の２つの電磁石コイルが巻かれ、
第１の電磁石コイルの一端は負の電源に接続され、第１
の電磁石コイルの他端は前記スイッチ素子を介して正の
電源に接続され、第２の電磁石コイルの一端は負の電源
に接続され、第２の電磁石コイルの他端は前記ダイオー
ドを介して正の電源に接続され、第１および第２の電磁
石コイルが電磁石に巻かれる方向は、前記スイッチ素子
から第１の電磁石コイルを通って負の電源に電流が流れ
る時に生じる磁束の方向と、負の電源から第２の電磁石
コイルと前記ダイオードを通って正の電源に電流が流れ
る時に生じる磁束の方向が同じになる方向であり、前記
ダイオードは第２の電磁石コイルを逆向きに電流が流れ
るのを阻止するように接続されており、第１および第２
の電磁石コイルに流れる電流の和を検出する電流検出手
段と、電流指令と、前記電流検出手段から出力された電
流検出信号を比較し、その差信号を出力する減算器と、
前記差信号を位相制御する制御器と、前記制御器の出力
信号を基準となる三角波信号と比較して方形波信号を発
生する方形波発生器と、前記方形波信号に基づいて前記
スイッチ素子をオン／オフするゲートドライバを有す
る。
【０００８】
【作用】本発明は、電磁石に２つの電磁石コイルを巻
き、一方の電磁石コイルは一端を（−）の直流電源に接
続し、他端はスイッチ素子を介して（＋）の直流電源に
接続し、他方の電磁石コイルは一端を（−）の直流電源
に接続し、他端をダイオードを介して（＋）の直流電源
に接続し、第１の電磁石コイルの電流のフライホイール
電流を第２の電磁石コイルに流すため１つのスイッチ素
子と１つのダイオードを用いたものである。したがっ
て、ゲートドライバは１つでよく、ゲート信号の同期を
とる必要が無くなり、同時に信頼性が向上する。
き、一方の電磁石コイルは一端を（−）の直流電源に接
続し、他端はスイッチ素子を介して（＋）の直流電源に
接続し、他方の電磁石コイルは一端を（−）の直流電源
に接続し、他端をダイオードを介して（＋）の直流電源
に接続し、第１の電磁石コイルの電流のフライホイール
電流を第２の電磁石コイルに流すため１つのスイッチ素
子と１つのダイオードを用いたものである。したがっ
て、ゲートドライバは１つでよく、ゲート信号の同期を
とる必要が無くなり、同時に信頼性が向上する。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例につて図面を参照して
説明する。
説明する。
【００１０】図１は本発明の一実施例を示す磁気軸受ド
ライブ回路の回路図、図３は図１の各部の動作波形図で
ある。
ライブ回路の回路図、図３は図１の各部の動作波形図で
ある。
【００１１】図において軸受部の電磁石は第１の電磁石
コイル１１と第２の電磁石コイル１２が巻かれており、
第１の電磁石コイル１１の一端は（−）の直流電源に接
続され、他端はスイッチ素子１を介して（＋）の電源に
接続されている。第２の電磁石コイル１２の一端は
（−）の直流電源に接続され、他端はダイオード３を介
して（＋）の直流電源に接続されている。２つの電磁石
コイル１１，１２の巻く方向は、スイッチ素子１から第
１の電磁石コイル１１を通って（−）の電源に電流が流
れる時に生じる磁束の方向と、（−）の電源から第２の
電磁石コイル１２を通り、ダイオード３を通って（＋）
の電源に電流が流れる時に生じる磁束の方向が同じにな
る方向であり、その逆向き流れを阻止するようダイオー
ド３が接続されている。電磁石と（−）の電源間の２本
の線上に電流検出手段６が設けられ、２つの電磁石コイ
ル１１，１２に流れる電流の和が検出される。電流の検
出信号If は、減算器１０により指令値 IS と比較さ
れ、その差信号を受けた制御器９は方形波発生器８に指
令信号を送る。方形波発生器８は方形波信号を発生し、
ゲートドライバ７を介してスイッチ素子１をオン／オフ
する。
コイル１１と第２の電磁石コイル１２が巻かれており、
第１の電磁石コイル１１の一端は（−）の直流電源に接
続され、他端はスイッチ素子１を介して（＋）の電源に
接続されている。第２の電磁石コイル１２の一端は
（−）の直流電源に接続され、他端はダイオード３を介
して（＋）の直流電源に接続されている。２つの電磁石
コイル１１，１２の巻く方向は、スイッチ素子１から第
１の電磁石コイル１１を通って（−）の電源に電流が流
れる時に生じる磁束の方向と、（−）の電源から第２の
電磁石コイル１２を通り、ダイオード３を通って（＋）
の電源に電流が流れる時に生じる磁束の方向が同じにな
る方向であり、その逆向き流れを阻止するようダイオー
ド３が接続されている。電磁石と（−）の電源間の２本
の線上に電流検出手段６が設けられ、２つの電磁石コイ
ル１１，１２に流れる電流の和が検出される。電流の検
出信号If は、減算器１０により指令値 IS と比較さ
れ、その差信号を受けた制御器９は方形波発生器８に指
令信号を送る。方形波発生器８は方形波信号を発生し、
ゲートドライバ７を介してスイッチ素子１をオン／オフ
する。
【００１２】次に、本実施例の動作を図３の動作波形図
により説明する。
により説明する。
【００１３】図３（３）に示す波形のゲート電圧がスイ
ッチ素子１に印加され、スイッチ素子１がオンすると、
電流は（＋）電源からスイッチ素子１、第１の電磁石コ
イル１１、電流検出手段６の順に通って（−）の電源に
流れ込み、図３（２）に示すように、インダクタンスの
大きさに応じて電流が時間とともに増加する。この時、
第２の電磁石コイル１２には電流が流れない。スイッチ
素子１がオフすると、第１の電磁石コイル１１に流れる
電流は強制的にゼロとされるが、第１の電磁石コイル１
１と第２の電磁石コイル１２の相互インダクタンスによ
りフライホイール電流が第２の電磁石コイル１２に流れ
る。この電流は、（−）電源から第２の電磁石コイル１
２、ダイオード３を通り（＋）電源へ流れ、図３（３）
に示すように、時間とともに減少する。さらに、スイッ
チ素子１がオンすると、（＋）電源からスイッチ素子１
を介して第１の電磁石コイル１１に電流が流れるが、コ
イルの相互インダクタンスのため第２の電磁石コイル１
２の電流はゼロとなり、第１の電磁石コイル１１の電流
が再度時間とともに増加する。こうして、電磁石の起磁
力は２つの電磁石コイル１１，１２の和となるため、従
来の電磁石コイル５に生じた三角波の電流波形と同等の
効果がある。起磁力は三角波状となるが、スイッチング
周波数を高くするとそのリップルは小さくなっていき、
見かけ上は直流電流が流れていることになる。これを検
出した電流検出手段６の検出信号 If は指令値 IS と減
算器１０によって比較され、その差の信号が少なくなる
ように制御器９が働く。そして方形波発生器８、ゲート
ドライバ７を介してスイッチ素子１をオン／オフする。
電流指令 IS より検出信号 If の方が大きい時は、パル
ス列はオンの確率が高くなり、２つの電磁石コイル１
１，１２の電流は増加する。電流指令 IS より検出信号
If の方が小さい時は、逆にパルス列のオンの確率が低
くなり、２つの電磁石コイル１１，１２の電流は低下す
る。こうして電流指令 IS に応じた電流が２つの電磁石
コイル１１，１２に流れ電流制御される。
ッチ素子１に印加され、スイッチ素子１がオンすると、
電流は（＋）電源からスイッチ素子１、第１の電磁石コ
イル１１、電流検出手段６の順に通って（−）の電源に
流れ込み、図３（２）に示すように、インダクタンスの
大きさに応じて電流が時間とともに増加する。この時、
第２の電磁石コイル１２には電流が流れない。スイッチ
素子１がオフすると、第１の電磁石コイル１１に流れる
電流は強制的にゼロとされるが、第１の電磁石コイル１
１と第２の電磁石コイル１２の相互インダクタンスによ
りフライホイール電流が第２の電磁石コイル１２に流れ
る。この電流は、（−）電源から第２の電磁石コイル１
２、ダイオード３を通り（＋）電源へ流れ、図３（３）
に示すように、時間とともに減少する。さらに、スイッ
チ素子１がオンすると、（＋）電源からスイッチ素子１
を介して第１の電磁石コイル１１に電流が流れるが、コ
イルの相互インダクタンスのため第２の電磁石コイル１
２の電流はゼロとなり、第１の電磁石コイル１１の電流
が再度時間とともに増加する。こうして、電磁石の起磁
力は２つの電磁石コイル１１，１２の和となるため、従
来の電磁石コイル５に生じた三角波の電流波形と同等の
効果がある。起磁力は三角波状となるが、スイッチング
周波数を高くするとそのリップルは小さくなっていき、
見かけ上は直流電流が流れていることになる。これを検
出した電流検出手段６の検出信号 If は指令値 IS と減
算器１０によって比較され、その差の信号が少なくなる
ように制御器９が働く。そして方形波発生器８、ゲート
ドライバ７を介してスイッチ素子１をオン／オフする。
電流指令 IS より検出信号 If の方が大きい時は、パル
ス列はオンの確率が高くなり、２つの電磁石コイル１
１，１２の電流は増加する。電流指令 IS より検出信号
If の方が小さい時は、逆にパルス列のオンの確率が低
くなり、２つの電磁石コイル１１，１２の電流は低下す
る。こうして電流指令 IS に応じた電流が２つの電磁石
コイル１１，１２に流れ電流制御される。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、電磁石に
２つのコイルを巻き、一方には１つのスイッチ素子を接
続し、他方に１つのダイオードを接続することにより、
ゲートドライバでオン／オフするスイッチ素子は１つと
なり、キャリア周波数を高めてもゲート信号の同期をと
る必要が無くなり、また素子が少なくなるため回路の信
頼性が向上する効果がある。
２つのコイルを巻き、一方には１つのスイッチ素子を接
続し、他方に１つのダイオードを接続することにより、
ゲートドライバでオン／オフするスイッチ素子は１つと
なり、キャリア周波数を高めてもゲート信号の同期をと
る必要が無くなり、また素子が少なくなるため回路の信
頼性が向上する効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す磁気軸受ドライブ回路
の回路図である。
の回路図である。
【図２】従来例の磁気軸受ドライブ回路の回路図であ
る。
る。
【図３】図１の各部の動作波形図である。
１ スイッチ素子 ２ スイッチ素子 ３ ダイオード ４ ダイオード ５ 電磁石コイル ６ 電流検出手段 ７ ゲートドライバ ８ 方形波発生器 ９ 制御器 １０ 減算器 １１ 第１の電磁石コイル １２ 第２の電磁石コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田嶋 栄二朗 福岡県北九州市八幡西区大字藤田2346番 地 株式会社安川電機製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−200605（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−199506（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−55838（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 32/04
Claims (1)
- 【請求項１】 電磁石の磁気吸引力を用いて物体を非接
触支持する磁気軸受のドライブ回路であって、スイッチ
素子とダイオードを有し、１つの電磁石に第１および第
２の２つの電磁石コイルが巻かれ、第１の電磁石コイル
の一端は負の電源に接続され、第１の電磁石コイルの他
端は前記スイッチ素子を介して正の電源に接続され、第
２の電磁石コイルの一端は負の電源に接続され、第２の
電磁石コイルの他端は前記ダイオードを介して正の電源
に接続され、第１および第２の電磁石コイルが電磁石に
巻かれる方向は、前記スイッチ素子から第１の電磁石コ
イルを通って負の電源に電流が流れる時に生じる磁束の
方向と、負の電源から第２の電磁石コイルと前記ダイオ
ードを通って正の電源に電流が流れる時に生じる磁束の
方向が同じになる方向であり、前記ダイオードは第２の
電磁石コイルを逆向きに電流が流れるのを阻止するよう
に接続されており、第１および第２の電磁石コイルに流
れる電流の和を検出する電流検出手段と、電流指令と、
前記電流検出手段から出力された電流検出信号を比較
し、その差信号を出力する減算器と、前記差信号を位相
制御する制御器と、前記制御器の出力信号を基準となる
三角波信号と比較して方形波信号を発生する方形波発生
器と、前記方形波信号に基づいて前記スイッチ素子をオ
ン／オフするゲートドライバを有する磁気軸受ドライブ
回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4077791A JP3223921B2 (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 磁気軸受ドライブ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4077791A JP3223921B2 (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 磁気軸受ドライブ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04262117A JPH04262117A (ja) | 1992-09-17 |
| JP3223921B2 true JP3223921B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=12590062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4077791A Expired - Fee Related JP3223921B2 (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 磁気軸受ドライブ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3223921B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4532783B2 (ja) * | 2001-06-28 | 2010-08-25 | エドワーズ株式会社 | 磁気軸受励磁回路及びターボ分子ポンプ装置 |
| US7830056B2 (en) * | 2005-07-05 | 2010-11-09 | Ebara Corporation | Magnetic bearing device and method |
-
1991
- 1991-02-14 JP JP4077791A patent/JP3223921B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04262117A (ja) | 1992-09-17 |
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