JP3454529B2 - 磁気軸受装置用電力増幅器 - Google Patents
磁気軸受装置用電力増幅器Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受装置の電磁石
を駆動するために用いられる電力増幅器に関する。ここ
で磁気軸受装置とは、回転軸に磁性材料性の回転子ヨー
クを取付け、ケーシングにコイルを巻いた電磁石固定子
を取付け、この回転子ヨークと電磁石固定子との間隔を
微少となるようにし、回転軸とケーシング間の相対変位
を測定する変位センサを設け、その変位センサからの出
力信号に基づいてコイルに電流を流し、回転子と電磁石
固子間に磁気吸引力を作用させ、回転軸を固定子中心に
支承するものである。 【０００２】 【従来の技術】図５は従来の磁気軸受装置の制御系のブ
ロック図である。電磁石２の磁気吸引力により浮上支持
される回転体１と、回転体１と電磁石２の相対変位を測
定する変位センサ３と、変位センサの信号を増幅するセ
ンサアンプ５と、変位センサからの信号をもとに回転体
１と電磁石２間に作用する磁気吸引力を制御する補償回
路６と電力増幅器７とから磁気軸受装置の制御系が構成
されている。ここで補償回路６は変位センサ３からの信
号を、回転体１を安定に浮上支持するように位相等を調
整するためのものであり、電力増幅器７は、電磁石２を
励磁する励磁電流をコイルに供給することによって、電
磁石２の磁気吸引力を形成せしめるものである。 【０００３】係る電力増幅器７は、入力信号と基準信号
を比較し、入力信号電圧の大きさによって出力パルス幅
を可変にして、入力電圧に応じた電流を負荷に流すパル
ス幅変調（Pulse Width Modulation）型電力増幅器が用
いられている。そして従来のパルス幅変調型電力増幅器
７は、基準信号を発生する三角波発振部１２と入力部１
１の入力信号とを、ＰＷＭ信号発生部１３で比較して、
出力部１４でこの信号を増幅し、電磁石２のコイルとイ
ンピーダンスの整合をとって、電磁石２のコイルに励磁
電流を供給する。 【０００４】図４は、係る電力増幅器の基準信号に三角
波を用いたパルス幅変調の説明図である。パルス幅変調
型電力増幅器は、基準信号に図示するような周期Ｔの三
角波を用いており、入力信号の大きさに比例したパルス
幅に変調された出力パルス電流を電磁石コイルに供給す
るものである。即ち、図示するように周期Ｔで基準信号
９の三角波が繰り返し印加されており、例えば入力信号
ＶINが図中実線で示されるように直線的に時間２０Ｔの
間に最大値迄上昇するものであるならば、各周期Ｔ毎に
図中点線で示されるような、基準信号と入力信号の交点
の時間幅に順次パルス幅変調された出力パルスａが形成
される。従って、図５に示す電力増幅器７においては、
出力されるパルス幅は、入力信号の大きさに対して直線
的に比例した関係にある。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気軸
受装置においては、電磁石２と回転体１の間に作用する
磁気吸引力は、電磁石２のコイルに流れる励磁電流の２
乗に比例したものとなる。従って、図４、図５に示す構
成の従来のパルス幅変調型電力増幅器７の入力と出力で
ある磁気吸引力との関係は直線的な関係、即ち線形でな
くなる。 【０００６】磁気軸受装置の制御系としては、全体とし
て線形な系であることが好ましい。電力増幅器７の特性
を線形化するために、回転体１を挟んで対称な位置にあ
る一対の電磁石２のそれぞれのコイルに、図５に示すよ
うなバイアス電流設定部８によりバイアス電流を流して
バイアス励磁し、さらに、補償回路６の出力の制御電流
を重畳させて制御している。 【０００７】ところが、電磁石２に定常的なバイアス電
流を流すことによって、例えば回転体１の中心がずれて
片方の電磁石２に寄った場合に、その電磁石の方により
大きな磁気吸引力が働き、回転体が一方の電磁石に吸着
されてしまうという不安定力が発生することとなる。こ
のようなバイアス電流を印加しなければ不安定力は発生
しなくなるが、制御系の線形性が失われてしまう。 【０００８】図６は、上記の問題点を解決するための従
来の磁気軸受装置の制御系のブロック図である。この図
６に示す制御系においては、補償回路６の出力と電力増
幅器７の入力の間に平方根演算回路９を設けている。従
って、電力増幅器７の入力信号は、変位センサ３からの
信号を平方根演算されたものとなる。従って、電力増幅
器７の励磁電流による磁気吸引力は前述のような２乗特
性を有しているので、制御系を全体として線形化するこ
とができる。 【０００９】しかしながら、平方根演算回路９を実現す
るためには、回路構成が複雑となり、平方根演算回路を
構成する集積回路（ＩＣ）は、比較的高価なものとなっ
てしまうという問題がある。更にトランジスタ等のディ
スクリート素子を用いて平方根演算回路９を構成するこ
ともできるが、部品価格が高価なものとなり、且つ回路
の安定性が悪くなる等の問題が生じる。更に一般に、電
力増幅器７は演算回路部分を含み、全体としての回路の
制御系が複雑なものになるという問題がある。 【００１０】以上に述べたように、従来の入出力特性が
線形なパルス幅変調型電力増幅器を磁気軸受装置に用い
た場合には、電力増幅器の出力と磁気吸引力の関係が線
形でないため、制御系全体としての線形性が失われてし
まうという問題がある。そして電磁石コイルにバイアス
電流を流して励磁し、制御電流を重畳させる回路構成で
は、バイアス電流を流すことによって不安定力が発生す
るという問題が生じる。また制御系の線形性を確保する
ために、電力増幅器７の前段に平方根演算回路９を挿入
する回路構成では、平方根演算回路の回路構成が複雑で
ある故に、部品価格が高価なものとなり、さらに回路の
安定性に問題が生じる。 【００１１】本発明は係る従来技術の問題点に鑑み、制
御系全体としての線形性を保ちつつ、不安定力の発生し
ない、且つ回路構成が簡素なものとなり、複雑で高価な
部品を要しない磁気軸受装置用電力増幅器を提供するも
のである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受装置用
電力増幅器は、入力信号と基準信号を比較し、入力信号
電圧の大きさによって、出力パルス幅を可変して、入力
電圧に応じた電流を負荷に流すパルス幅変調型電力増幅
器において、基準信号に三角波を２乗した信号を用いる
ことを特徴とするものである。 【００１３】 【作用】パルス幅変調型電力増幅器において、基準信号
に三角波を２乗した信号を用いることによって、出力さ
れるパルス幅信号は、入力信号の平方根に比例したもの
となる。電力増幅器の出力である電磁石の励磁電流と、
電磁石が回転体に作用する磁気吸引力との関係は電磁石
の励磁電流の２乗に比例したものとなる。それ故、本発
明のパルス幅変調型電力増幅器では、変位センサの入力
信号に対して、線形な関係の磁気吸引力が得られるの
で、制御系全体としての線形性が確保される。 【００１４】従って、従来の技術の問題点であった、バ
イアス電流を流すことによる不安定力の発生の問題がな
くなり、又、補償回路と電力増幅器の間に複雑な回路構
成の、高価な平方根演算回路を挿入する必要がなくな
る。 【００１５】 【実施例】図１は本発明の一実施例の磁気軸受装置の制
御系のブロック図である。電磁石２の磁気吸引力により
浮上支持される回転体１と、電磁石２と回転体１の間の
相対変位を測定する変位センサ３と、変位センサ３から
の信号を基に回転体１と電磁石２間に作用する磁気吸引
力を制御する補償回路６と電力増幅器４とからなる制御
系全体の構成は従来の技術と同様である。 【００１６】電力増幅器４は、入力信号と基準信号を比
較し、入力信号電圧の大きさによって出力パルス幅を可
変にして、入力電圧に応じた電流を負荷に流すパルス幅
変調型電力増幅器であることも、従来の技術と同様であ
る。しかしながら、本発明の電力増幅器４は、基準信号
に三角波を２乗した信号を用いている。即ち、従来の電
力増幅器７が、三角波発振部１２の出力を基準信号とし
て入力信号とＰＷＭ信号発生部１３で比較して、パルス
幅変調を行うのに対して、本発明の電力増幅器４は、三
角波発振部１２の後に２乗演算部１５を挿入し、三角波
を２乗した出力を供給し、ＰＷＭ信号発生部１３で入力
部１１の入力信号と比較することによりパルス幅変調さ
れた信号が出力される。 【００１７】図２は基準信号に三角波の２乗値を用いた
パルス幅変調の説明図である。基準信号ｂは図示するよ
うに２乗演算部により三角波の２乗された周期Ｔの波形
である。係る基準信号ｂによれば、入力信号ＶINが実線
で示すように時間２０Ｔで最大値迄直線的に上昇してい
くと、各周期Ｔ毎に入力信号の平方根に比例したパルス
幅の出力パルスｂが点線で図示するように形成される。 【００１８】図３（Ａ）は三角波の２乗値を基準信号と
して用いたパルス幅変調の原理を示す説明図であり、符
号ａは三角波を、符号ｂは三角波の２乗値を示す。出力
パルス幅は基準信号と入力信号の交点によって定められ
る。（Ｂ）は入力信号ＶIN2が０．１の場合での基準信
号ａ，ｂによるパルス幅変調の出力信号ａ１，ｂ１を示
し、（Ｃ）は入力信号ＶIN2 が０．５の場合での基準信
号ａ，ｂによるパルス幅変調の出力信号ａ２，ｂ２を示
す。 【００１９】例えば入力信号電圧がＶIN1 が０．１であ
る時に、基準信号ａ及び基準信号ｂとの交点１１，１２
がそれぞれのパルス幅変調された出力パルスの立ち上が
り及び立ち下がりのタイミングとなる。即ち、基準信号
がａである場合には交点１１と１２の幅の出力パルスが
得られ、図３（Ｂ）の点線で図示する出力パルスａ１と
なる。そして基準信号ｂの場合には、入力信号ＶIN1 と
の交点は、２１及び２２となり、この交点が出力パルス
の幅となり、図３（Ｂ）において実線の出力パルスｂ１
として示される。 【００２０】入力信号ＶIN2 が０.５の場合は、基準信
号ａの場合には、その交点は１４と１５であり、基準信
号ｂの場合には、その交点は２４と２５となる。従って
出力パルスは図３（Ｃ）に示すように点線で示すものは
三角波の基準信号ａを基とした出力パルスａ２であり、
実線で示す出力パルスは、三角波の２乗値の基準信号ｂ
を基として形成された出力パルスｂ２である。 【００２１】以下に基準信号を三角波ａとした場合に入
力信号の大きさに比例した出力パルス幅が得られるとい
うことを定量的に説明する。簡単のために入力信号の最
大値を１として説明をする。今、ＶIN1 ＝０.１，ＶIN2
＝０.５とすると、ＶIN1 と基準信号ａとの交点１０
は、Ｖ＝１／０．５Ｔ×ｔ＝２Ｔ×ｔで表される直線上
にあるので、ＶIN1 ＝０.１＝２Ｔ×ｔとなるため、ｔ
10＝０.０５Ｔとなる。交点１１から交点１２が出力パ
ルス幅で２×ｔ10よりｔ＝０.１Ｔとなる。さらに、Ｖ
IN2 の場合は、交点１３がｔ13＝０.２５Ｔより、交点
１４から交点１５が出力パルス幅で２×ｔ13よりｔ＝
０.５Ｔとなる。よって、入力電圧をＶIN1 ＝０.１とす
ると出力パルス幅ｔ＝０.１Ｔ、入力電圧をＶIN1 ＝０.
５とすると出力パルス幅ｔ＝０.５Ｔとなって、入力電
圧と出力パルス幅は比例していることが判る。 【００２２】次に基準信号を三角波の２乗値とした基準
信号ｂを考える。０から０．５Ｔの区間で基準信号ｂ
は、Ｖ＝（２Ｔ×ｔ）2 で表される。ＶIN1 との交点
は、ｔ20≒０．１５８Ｔとなる。交点２１から交点２２
の出力パルス幅は、２×ｔ20よりｔ≒０．３１６Ｔとな
る。さらに、ＶIN2 との交点は、ｔ23≒０．３５３Ｔと
なる。交点２４から交点２５の出力パルス幅は、２×ｔ
23よりｔ＝０．７０７Ｔとなる。よって、入力電圧をＶ
IN1 ＝０.１とすると出力パルス幅ｔ＝０.３１６Ｔ、入
力電圧をＶIN1 ＝０.５とすると出力パルス幅ｔ＝０.７
０７Ｔとなって、入力電圧の平方根に出力パルス幅が比
例していることが判る。よって三角波の２乗値の波形を
基準信号に用いることによって、入力信号の平方根に比
例する出力パルス幅を得ることができる。 【００２３】従って、図１に示す磁気軸受装置の制御系
は、次のように動作する。即ち、回転体１の変位信号は
変位センサ３で計測され、センサアンプ５で増幅された
後、補償回路６で、位相等が調整され、電力増幅器４に
入力される。ここ迄は、変位センサ３の入力信号と補償
回路６の出力信号とは線形な関係にある。次にパルス幅
変調型電力増幅器４は基準信号として三角波の２乗値を
用いているので、前述のように入力信号を平方根演算し
た出力信号が得られ、電磁石２に励磁電流として印加す
る。そして、電磁石２の励磁電流の２乗値に比例した磁
気吸引力が回転体１に作用するので、電力増幅器４の入
力信号と回転体１に作用する磁気吸引力とは線形な関係
になる。従って、変位信号に比例した磁気吸引力が得ら
れ制御系全体として線形性が保たれる。 【００２４】そして、このパルス変調型電力増幅器４
は、三角波発振部１２の後段に、簡単なアナログ回路で
ある２乗演算部１５を付加することにより、平方根演算
を行うことができる。それ故、複雑で高価な、又、動作
上不安定になり易い、従来制御系の線形化のために使用
していた平方根演算回路等を削除することが可能とな
る。 【００２５】 【発明の効果】以上に説明したように、本発明はパルス
幅変調型の磁気軸受装置用電力増幅器において、基準信
号に三角波を２乗した信号を用いたものである。従っ
て、パルス幅変調型電力増幅器の出力パルス幅は、入力
信号の平方根に比例した信号が得られる。そして磁気軸
受装置においては電力増幅器の出力電流の２乗に比例し
た磁気吸引力が電磁石によって発生するため、電力増幅
器を平方根に比例した演算特性を持たせることにより制
御形全体を線形化することができる。 【００２６】それ故、従来バイアス電流を流すことによ
って磁気軸受装置を線形制御することが試みられてきた
が、バイアス電流を流すことによって不安定力が発生す
るという問題が解消される。またバイアス電流を流すこ
となく磁気軸受装置を線形制御するためには、補償回路
と電力増幅器の間に平方根演算回路を挿入する必要が従
来あった。係る従来の平方根演算回路は必要がなくなる
ので、従来必要であった複雑な平方根演算回路の高価な
コストを削減することができ、且つ複雑な回路構成によ
り生じる回路の不安定性の問題を解消することができる
ので、本発明のパルス幅変調型電力増幅器によれば、低
コストで安定な磁気軸受装置の線形制御を達成すること
が可能となる。
を駆動するために用いられる電力増幅器に関する。ここ
で磁気軸受装置とは、回転軸に磁性材料性の回転子ヨー
クを取付け、ケーシングにコイルを巻いた電磁石固定子
を取付け、この回転子ヨークと電磁石固定子との間隔を
微少となるようにし、回転軸とケーシング間の相対変位
を測定する変位センサを設け、その変位センサからの出
力信号に基づいてコイルに電流を流し、回転子と電磁石
固子間に磁気吸引力を作用させ、回転軸を固定子中心に
支承するものである。 【０００２】 【従来の技術】図５は従来の磁気軸受装置の制御系のブ
ロック図である。電磁石２の磁気吸引力により浮上支持
される回転体１と、回転体１と電磁石２の相対変位を測
定する変位センサ３と、変位センサの信号を増幅するセ
ンサアンプ５と、変位センサからの信号をもとに回転体
１と電磁石２間に作用する磁気吸引力を制御する補償回
路６と電力増幅器７とから磁気軸受装置の制御系が構成
されている。ここで補償回路６は変位センサ３からの信
号を、回転体１を安定に浮上支持するように位相等を調
整するためのものであり、電力増幅器７は、電磁石２を
励磁する励磁電流をコイルに供給することによって、電
磁石２の磁気吸引力を形成せしめるものである。 【０００３】係る電力増幅器７は、入力信号と基準信号
を比較し、入力信号電圧の大きさによって出力パルス幅
を可変にして、入力電圧に応じた電流を負荷に流すパル
ス幅変調（Pulse Width Modulation）型電力増幅器が用
いられている。そして従来のパルス幅変調型電力増幅器
７は、基準信号を発生する三角波発振部１２と入力部１
１の入力信号とを、ＰＷＭ信号発生部１３で比較して、
出力部１４でこの信号を増幅し、電磁石２のコイルとイ
ンピーダンスの整合をとって、電磁石２のコイルに励磁
電流を供給する。 【０００４】図４は、係る電力増幅器の基準信号に三角
波を用いたパルス幅変調の説明図である。パルス幅変調
型電力増幅器は、基準信号に図示するような周期Ｔの三
角波を用いており、入力信号の大きさに比例したパルス
幅に変調された出力パルス電流を電磁石コイルに供給す
るものである。即ち、図示するように周期Ｔで基準信号
９の三角波が繰り返し印加されており、例えば入力信号
ＶINが図中実線で示されるように直線的に時間２０Ｔの
間に最大値迄上昇するものであるならば、各周期Ｔ毎に
図中点線で示されるような、基準信号と入力信号の交点
の時間幅に順次パルス幅変調された出力パルスａが形成
される。従って、図５に示す電力増幅器７においては、
出力されるパルス幅は、入力信号の大きさに対して直線
的に比例した関係にある。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気軸
受装置においては、電磁石２と回転体１の間に作用する
磁気吸引力は、電磁石２のコイルに流れる励磁電流の２
乗に比例したものとなる。従って、図４、図５に示す構
成の従来のパルス幅変調型電力増幅器７の入力と出力で
ある磁気吸引力との関係は直線的な関係、即ち線形でな
くなる。 【０００６】磁気軸受装置の制御系としては、全体とし
て線形な系であることが好ましい。電力増幅器７の特性
を線形化するために、回転体１を挟んで対称な位置にあ
る一対の電磁石２のそれぞれのコイルに、図５に示すよ
うなバイアス電流設定部８によりバイアス電流を流して
バイアス励磁し、さらに、補償回路６の出力の制御電流
を重畳させて制御している。 【０００７】ところが、電磁石２に定常的なバイアス電
流を流すことによって、例えば回転体１の中心がずれて
片方の電磁石２に寄った場合に、その電磁石の方により
大きな磁気吸引力が働き、回転体が一方の電磁石に吸着
されてしまうという不安定力が発生することとなる。こ
のようなバイアス電流を印加しなければ不安定力は発生
しなくなるが、制御系の線形性が失われてしまう。 【０００８】図６は、上記の問題点を解決するための従
来の磁気軸受装置の制御系のブロック図である。この図
６に示す制御系においては、補償回路６の出力と電力増
幅器７の入力の間に平方根演算回路９を設けている。従
って、電力増幅器７の入力信号は、変位センサ３からの
信号を平方根演算されたものとなる。従って、電力増幅
器７の励磁電流による磁気吸引力は前述のような２乗特
性を有しているので、制御系を全体として線形化するこ
とができる。 【０００９】しかしながら、平方根演算回路９を実現す
るためには、回路構成が複雑となり、平方根演算回路を
構成する集積回路（ＩＣ）は、比較的高価なものとなっ
てしまうという問題がある。更にトランジスタ等のディ
スクリート素子を用いて平方根演算回路９を構成するこ
ともできるが、部品価格が高価なものとなり、且つ回路
の安定性が悪くなる等の問題が生じる。更に一般に、電
力増幅器７は演算回路部分を含み、全体としての回路の
制御系が複雑なものになるという問題がある。 【００１０】以上に述べたように、従来の入出力特性が
線形なパルス幅変調型電力増幅器を磁気軸受装置に用い
た場合には、電力増幅器の出力と磁気吸引力の関係が線
形でないため、制御系全体としての線形性が失われてし
まうという問題がある。そして電磁石コイルにバイアス
電流を流して励磁し、制御電流を重畳させる回路構成で
は、バイアス電流を流すことによって不安定力が発生す
るという問題が生じる。また制御系の線形性を確保する
ために、電力増幅器７の前段に平方根演算回路９を挿入
する回路構成では、平方根演算回路の回路構成が複雑で
ある故に、部品価格が高価なものとなり、さらに回路の
安定性に問題が生じる。 【００１１】本発明は係る従来技術の問題点に鑑み、制
御系全体としての線形性を保ちつつ、不安定力の発生し
ない、且つ回路構成が簡素なものとなり、複雑で高価な
部品を要しない磁気軸受装置用電力増幅器を提供するも
のである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受装置用
電力増幅器は、入力信号と基準信号を比較し、入力信号
電圧の大きさによって、出力パルス幅を可変して、入力
電圧に応じた電流を負荷に流すパルス幅変調型電力増幅
器において、基準信号に三角波を２乗した信号を用いる
ことを特徴とするものである。 【００１３】 【作用】パルス幅変調型電力増幅器において、基準信号
に三角波を２乗した信号を用いることによって、出力さ
れるパルス幅信号は、入力信号の平方根に比例したもの
となる。電力増幅器の出力である電磁石の励磁電流と、
電磁石が回転体に作用する磁気吸引力との関係は電磁石
の励磁電流の２乗に比例したものとなる。それ故、本発
明のパルス幅変調型電力増幅器では、変位センサの入力
信号に対して、線形な関係の磁気吸引力が得られるの
で、制御系全体としての線形性が確保される。 【００１４】従って、従来の技術の問題点であった、バ
イアス電流を流すことによる不安定力の発生の問題がな
くなり、又、補償回路と電力増幅器の間に複雑な回路構
成の、高価な平方根演算回路を挿入する必要がなくな
る。 【００１５】 【実施例】図１は本発明の一実施例の磁気軸受装置の制
御系のブロック図である。電磁石２の磁気吸引力により
浮上支持される回転体１と、電磁石２と回転体１の間の
相対変位を測定する変位センサ３と、変位センサ３から
の信号を基に回転体１と電磁石２間に作用する磁気吸引
力を制御する補償回路６と電力増幅器４とからなる制御
系全体の構成は従来の技術と同様である。 【００１６】電力増幅器４は、入力信号と基準信号を比
較し、入力信号電圧の大きさによって出力パルス幅を可
変にして、入力電圧に応じた電流を負荷に流すパルス幅
変調型電力増幅器であることも、従来の技術と同様であ
る。しかしながら、本発明の電力増幅器４は、基準信号
に三角波を２乗した信号を用いている。即ち、従来の電
力増幅器７が、三角波発振部１２の出力を基準信号とし
て入力信号とＰＷＭ信号発生部１３で比較して、パルス
幅変調を行うのに対して、本発明の電力増幅器４は、三
角波発振部１２の後に２乗演算部１５を挿入し、三角波
を２乗した出力を供給し、ＰＷＭ信号発生部１３で入力
部１１の入力信号と比較することによりパルス幅変調さ
れた信号が出力される。 【００１７】図２は基準信号に三角波の２乗値を用いた
パルス幅変調の説明図である。基準信号ｂは図示するよ
うに２乗演算部により三角波の２乗された周期Ｔの波形
である。係る基準信号ｂによれば、入力信号ＶINが実線
で示すように時間２０Ｔで最大値迄直線的に上昇してい
くと、各周期Ｔ毎に入力信号の平方根に比例したパルス
幅の出力パルスｂが点線で図示するように形成される。 【００１８】図３（Ａ）は三角波の２乗値を基準信号と
して用いたパルス幅変調の原理を示す説明図であり、符
号ａは三角波を、符号ｂは三角波の２乗値を示す。出力
パルス幅は基準信号と入力信号の交点によって定められ
る。（Ｂ）は入力信号ＶIN2が０．１の場合での基準信
号ａ，ｂによるパルス幅変調の出力信号ａ１，ｂ１を示
し、（Ｃ）は入力信号ＶIN2 が０．５の場合での基準信
号ａ，ｂによるパルス幅変調の出力信号ａ２，ｂ２を示
す。 【００１９】例えば入力信号電圧がＶIN1 が０．１であ
る時に、基準信号ａ及び基準信号ｂとの交点１１，１２
がそれぞれのパルス幅変調された出力パルスの立ち上が
り及び立ち下がりのタイミングとなる。即ち、基準信号
がａである場合には交点１１と１２の幅の出力パルスが
得られ、図３（Ｂ）の点線で図示する出力パルスａ１と
なる。そして基準信号ｂの場合には、入力信号ＶIN1 と
の交点は、２１及び２２となり、この交点が出力パルス
の幅となり、図３（Ｂ）において実線の出力パルスｂ１
として示される。 【００２０】入力信号ＶIN2 が０.５の場合は、基準信
号ａの場合には、その交点は１４と１５であり、基準信
号ｂの場合には、その交点は２４と２５となる。従って
出力パルスは図３（Ｃ）に示すように点線で示すものは
三角波の基準信号ａを基とした出力パルスａ２であり、
実線で示す出力パルスは、三角波の２乗値の基準信号ｂ
を基として形成された出力パルスｂ２である。 【００２１】以下に基準信号を三角波ａとした場合に入
力信号の大きさに比例した出力パルス幅が得られるとい
うことを定量的に説明する。簡単のために入力信号の最
大値を１として説明をする。今、ＶIN1 ＝０.１，ＶIN2
＝０.５とすると、ＶIN1 と基準信号ａとの交点１０
は、Ｖ＝１／０．５Ｔ×ｔ＝２Ｔ×ｔで表される直線上
にあるので、ＶIN1 ＝０.１＝２Ｔ×ｔとなるため、ｔ
10＝０.０５Ｔとなる。交点１１から交点１２が出力パ
ルス幅で２×ｔ10よりｔ＝０.１Ｔとなる。さらに、Ｖ
IN2 の場合は、交点１３がｔ13＝０.２５Ｔより、交点
１４から交点１５が出力パルス幅で２×ｔ13よりｔ＝
０.５Ｔとなる。よって、入力電圧をＶIN1 ＝０.１とす
ると出力パルス幅ｔ＝０.１Ｔ、入力電圧をＶIN1 ＝０.
５とすると出力パルス幅ｔ＝０.５Ｔとなって、入力電
圧と出力パルス幅は比例していることが判る。 【００２２】次に基準信号を三角波の２乗値とした基準
信号ｂを考える。０から０．５Ｔの区間で基準信号ｂ
は、Ｖ＝（２Ｔ×ｔ）2 で表される。ＶIN1 との交点
は、ｔ20≒０．１５８Ｔとなる。交点２１から交点２２
の出力パルス幅は、２×ｔ20よりｔ≒０．３１６Ｔとな
る。さらに、ＶIN2 との交点は、ｔ23≒０．３５３Ｔと
なる。交点２４から交点２５の出力パルス幅は、２×ｔ
23よりｔ＝０．７０７Ｔとなる。よって、入力電圧をＶ
IN1 ＝０.１とすると出力パルス幅ｔ＝０.３１６Ｔ、入
力電圧をＶIN1 ＝０.５とすると出力パルス幅ｔ＝０.７
０７Ｔとなって、入力電圧の平方根に出力パルス幅が比
例していることが判る。よって三角波の２乗値の波形を
基準信号に用いることによって、入力信号の平方根に比
例する出力パルス幅を得ることができる。 【００２３】従って、図１に示す磁気軸受装置の制御系
は、次のように動作する。即ち、回転体１の変位信号は
変位センサ３で計測され、センサアンプ５で増幅された
後、補償回路６で、位相等が調整され、電力増幅器４に
入力される。ここ迄は、変位センサ３の入力信号と補償
回路６の出力信号とは線形な関係にある。次にパルス幅
変調型電力増幅器４は基準信号として三角波の２乗値を
用いているので、前述のように入力信号を平方根演算し
た出力信号が得られ、電磁石２に励磁電流として印加す
る。そして、電磁石２の励磁電流の２乗値に比例した磁
気吸引力が回転体１に作用するので、電力増幅器４の入
力信号と回転体１に作用する磁気吸引力とは線形な関係
になる。従って、変位信号に比例した磁気吸引力が得ら
れ制御系全体として線形性が保たれる。 【００２４】そして、このパルス変調型電力増幅器４
は、三角波発振部１２の後段に、簡単なアナログ回路で
ある２乗演算部１５を付加することにより、平方根演算
を行うことができる。それ故、複雑で高価な、又、動作
上不安定になり易い、従来制御系の線形化のために使用
していた平方根演算回路等を削除することが可能とな
る。 【００２５】 【発明の効果】以上に説明したように、本発明はパルス
幅変調型の磁気軸受装置用電力増幅器において、基準信
号に三角波を２乗した信号を用いたものである。従っ
て、パルス幅変調型電力増幅器の出力パルス幅は、入力
信号の平方根に比例した信号が得られる。そして磁気軸
受装置においては電力増幅器の出力電流の２乗に比例し
た磁気吸引力が電磁石によって発生するため、電力増幅
器を平方根に比例した演算特性を持たせることにより制
御形全体を線形化することができる。 【００２６】それ故、従来バイアス電流を流すことによ
って磁気軸受装置を線形制御することが試みられてきた
が、バイアス電流を流すことによって不安定力が発生す
るという問題が解消される。またバイアス電流を流すこ
となく磁気軸受装置を線形制御するためには、補償回路
と電力増幅器の間に平方根演算回路を挿入する必要が従
来あった。係る従来の平方根演算回路は必要がなくなる
ので、従来必要であった複雑な平方根演算回路の高価な
コストを削減することができ、且つ複雑な回路構成によ
り生じる回路の不安定性の問題を解消することができる
ので、本発明のパルス幅変調型電力増幅器によれば、低
コストで安定な磁気軸受装置の線形制御を達成すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の磁気軸受装置の制御系のブ
ロック図。 【図２】基準信号に三角波の２乗値を用いたパルス幅変
調の説明図。 【図３】基準信号に三角波の２乗値を用いたパルス幅変
調の原理を示す説明図。 【図４】基準信号に三角波を用いたパルス幅変調の説明
図。 【図５】従来の磁気軸受装置の制御系のブロック図。 【図６】従来の磁気軸受装置の制御系のブロック図。 【符号の説明】 １ 回転体 ２ 電磁石 ３ 変位センサ ４，７ パルス幅変調（ＰＷＭ）型電力増幅器 ５ センサアンプ ６ 補償回路 ８ バイアス電流設定部 １２ 三角波発振部 １３ ＰＷＭ信号発生部 １５ ２乗演算部
ロック図。 【図２】基準信号に三角波の２乗値を用いたパルス幅変
調の説明図。 【図３】基準信号に三角波の２乗値を用いたパルス幅変
調の原理を示す説明図。 【図４】基準信号に三角波を用いたパルス幅変調の説明
図。 【図５】従来の磁気軸受装置の制御系のブロック図。 【図６】従来の磁気軸受装置の制御系のブロック図。 【符号の説明】 １ 回転体 ２ 電磁石 ３ 変位センサ ４，７ パルス幅変調（ＰＷＭ）型電力増幅器 ５ センサアンプ ６ 補償回路 ８ バイアス電流設定部 １２ 三角波発振部 １３ ＰＷＭ信号発生部 １５ ２乗演算部
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 入力信号と基準信号を比較し、入力信号
電圧の大きさによって、出力パルス幅を可変して、入力
電圧に応じた電流を負荷に流すパルス幅変調型磁気軸受
装置用電力増幅器において、基準信号に三角波を２乗し
た信号を用いることを特徴とする磁気軸受装置用電力増
幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25059292A JP3454529B2 (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 磁気軸受装置用電力増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25059292A JP3454529B2 (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 磁気軸受装置用電力増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0674236A JPH0674236A (ja) | 1994-03-15 |
| JP3454529B2 true JP3454529B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=17210186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25059292A Expired - Fee Related JP3454529B2 (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 磁気軸受装置用電力増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3454529B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE1020693A3 (nl) * | 2012-05-16 | 2014-03-04 | Atlas Copco Aipower Nv | Magnetisch lager en werkwijze voor het monteren van een ferromagnetische structuur rond een kern van een magnetisch lager. |
-
1992
- 1992-08-26 JP JP25059292A patent/JP3454529B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0674236A (ja) | 1994-03-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |