JP4103655B2 - 増幅装置及び磁気軸受制御装置 - Google Patents
増幅装置及び磁気軸受制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4103655B2 JP4103655B2 JP2003088620A JP2003088620A JP4103655B2 JP 4103655 B2 JP4103655 B2 JP 4103655B2 JP 2003088620 A JP2003088620 A JP 2003088620A JP 2003088620 A JP2003088620 A JP 2003088620A JP 4103655 B2 JP4103655 B2 JP 4103655B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- input
- output
- triangular wave
- adjustment circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス幅変調を行う増幅装置、及び、これを用いた磁気軸受制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
PWM(パルス幅変調)増幅器は高効率のアンプとして知られており、例えば磁気軸受制御装置において回転体を非接触支持する電磁石を励磁するためのアンプとして使用される(特許文献1参照。)。また、電磁クラッチ等の駆動アンプとしても使用されている(特許文献2参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平4−321812号公報(第2〜3頁、図1)
【特許文献2】
特開平4−321821号公報(第2〜4頁、図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなPWM増幅器は、入力信号と三角波信号とを比較してパルス幅変調を行うものであり、従って、比較の基準となる三角波信号の直線性が波形全体に確保されていることが重要である。しかしながら実際には、三角波信号の上限値近傍及び下限値近傍では直線性が低く、丸みを帯びた波形となる。従って、このような直線性の低い値域で入力信号との比較が行われると、パルス幅変調の精度が悪くなり、所望の出力が得られない。例えば、磁気軸受装置では、回転体に対向して配置された一対の電磁石の吸引により回転体の位置制御を行うため、各電磁石において電磁力を正確に発生させる必要がある。ところが、電磁石を制御するための入力信号が三角波信号の下限値近傍の微小信号である場合において、パルス幅変調の精度が悪いと、必要な電磁力が正確に発生せず、一対の電磁石間で電磁力のバランスが崩れる。その結果、回転体が振動し、制御が不安定になる。
【0005】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、三角波信号の直線性が低い値域でも正確なパルス幅変調を行うことができる増幅装置、及び、このような増幅装置を用いて安定した制御を実現する磁気軸受制御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】
本発明の増幅装置は、入力信号が、比較の基準となる三角波信号の直線性の高い値域にあるか否かを判定する比較回路と、前記比較回路の判定に基づいて、前記入力信号が直線性の高い値域にあるときはそのまま通過させ、前記入力信号が直線性の低い所定の値域にあるときはその信号レベルをX倍し、直線性の高い値域にシフトして出力する入力調整回路と、前記入力調整回路から出力される信号を前記三角波信号と比較してパルス幅変調信号を出力するPWM増幅器と、前記PWM増幅器の出力信号を、前記入力調整回路において前記入力信号をそのまま通過させた場合はそのまま出力し、信号レベルをX倍にした場合は1/X倍にして出力する出力調整回路とを備えたものである。
上記のように構成された増幅装置では、三角波信号の直線性の低い値域の入力信号をX倍して直線性の高い値域にシフトしてからパルス幅変調を行い、その後信号レベルを逆数倍して元の信号レベルに戻す。従って、直線性の低い値域の入力信号に対しても、正確なパルス幅変調を行うことができる。
【0007】
また、本発明は、電磁石により回転体を非接触支持する磁気軸受制御装置において、前記電磁石を励磁するための増幅装置は、前記回転体の位置制御のための入力信号が、比較の基準となる三角波信号の直線性の高い値域にあるか否かを判定する比較回路と、前記比較回路の判定に基づいて、前記入力信号が直線性の高い値域にあるときはそのまま通過させ、前記入力信号が前記三角波信号の下限値近傍における直線性の低い値域にあるときはその信号レベルをn倍に増大させ、直線性の高い値域にシフトして出力する入力調整回路と、前記入力調整回路から出力される信号を前記三角波信号と比較してパルス幅変調信号を出力するPWM増幅器と、前記PWM増幅器の出力信号を、前記入力調整回路において前記入力信号をそのまま通過させた場合はそのまま出力し、信号レベルをn倍にした場合は1/n倍に低減させて出力する出力調整回路とを備えたものである。
上記のように構成された磁気軸受制御装置における増幅装置では、三角波信号の下限値近傍における直線性の低い値域の入力信号をn倍に増大して直線性の高い値域にシフトしてからパルス幅変調を行い、その後信号レベルを1/n倍して元の信号レベルに戻す。従って、直線性の低い値域にある微小な入力信号に対しても、正確なパルス幅変調を行うことができ、これにより、電磁石の電磁力を弱く設定する場合でもその電磁力を正確に与えることができるので、安定した制御を実現することができる。
【0008】
また、上記磁気軸受制御装置において、入力調整回路は、入力信号が三角波信号の上限値近傍における直線性の低い値域にあるときはその信号レベルを1/n倍に低減させ、直線性の高い値域にシフトして出力し、その場合における出力調整回路は、PWM増幅器の出力信号をn倍に増大させて出力するものであってもよい。
この場合、三角波信号の下限値近傍及び上限値近傍において、直線性不良に起因する制御の不安定性を排除することができ、三角波信号の値域の0〜100%まで実質的に直線性を確保することができる。従って、電磁力の大小にかかわらず、常に安定した磁気軸受の制御を行うことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態による増幅装置を含む、磁気軸受制御装置の構成を示すブロック図である。図において、回転体1は、磁気軸受の電磁石2により非接触支持される。回転体1の変位(例えばラジアル方向の変位)は、変位センサ3によって検出される。なお、実際にはラジアル方向に複数対の電磁石2及び変位センサ3が設けられ、また、アキシャル方向にも電磁石及び変位センサが設けられるが、ここでは説明の簡略化のため、各一個の電磁石2及び変位センサ3のみを図示している。
【0010】
変位センサ3から出力されたアナログ変位信号は、A/D変換器4によってディジタル変位信号に変換され、DSP(Digital Signal Processor)5に入力される。DSP5は、入力されたディジタル変位信号に基づいて演算を行い、磁気軸受の電磁石制御のための制御信号を出力する。D/A変換器6はこれをアナログ信号に変換して、入力調整回路7及び比較回路8に与える。入力調整回路7の出力信号は、三角波(鋸歯状波)信号を出力する発振器91とコンパレータ92〜94とにより構成されるPWM増幅器9によってパルス幅変調され、さらにその出力は出力調整回路10に与えられる。電磁石2は、この出力調整回路10の出力信号に基づいて励磁され、回転体1の位置制御を行う。増幅装置は、上記入力調整回路7、比較回路8、PWM増幅器9及び出力調整回路10によって構成されている。
【0011】
上記入力調整回路7は、比較回路8の出力によって制御される切換回路71と、1/n倍増幅器72と、n倍増幅器73とによって構成されている。ここで、nの値は三角波信号の直線性によっても異なるが、例えば5〜10の範囲の実数である。比較回路8は、閾値を2つ持っており、PWM増幅器9における三角波信号の上限値を100%、下限値を0%としたとき、例えば10%を第1閾値VL、90%を第2閾値VHとする。ここで、三角波信号が優れた直線性を有しているのは10%〜90%の値域であり、10%未満及び90%を超える値域では直線性が劣る。D/A変換器6から切換回路71及び比較回路8への入力信号をVsとするとき、比較回路8は、
(1)Vs<VL
(2)VL≦Vs≦VH
(3)VH<Vs
の3つの場合に応じて切換回路71を制御し、切換動作を行わせる。具体的には切換回路71の出力は、(1)の場合にはn倍増幅器73に、(2)の場合にはそのままPWM増幅器9に、(3)の場合には1/n倍増幅器72に、それぞれ接続される。従って、PWM増幅器9へ入力される信号は、(1)の場合n・Vs、(2)の場合Vs、(3)の場合Vs/n、となる。
【0012】
また、同時に、比較回路8は出力調整回路10の切換回路101を制御して切換動作を行わせる。具体的にはPWM増幅器9の出力は、(1)の場合には1/n倍増幅器103に、(2)の場合にはそのまま電磁石2に、(3)の場合にはn倍増幅器102に、それぞれ接続される。従って、PWM増幅器9の増幅率をAとすると、電磁石2に対して出力される信号は、(1)の場合n・Vs・A・(1/n)=Vs・A、(2)の場合Vs・A、(3)の場合(Vs/n)・A・n=Vs・A、となる。すなわち、いずれの場合も、電磁石2に対して出力される信号は、D/A変換器6から切換回路71に入力される入力信号VsがPWM増幅器9でA倍に増幅されたものとなる。
【0013】
次に、上記のように入力信号Vsに応じてPWM増幅器9の前後で信号増幅処理(低減的増幅も含む。)を行うことの意義について説明する。図2の(a)は、上記(2)の場合の入力信号Vs及び三角波信号の波形を示す図である。なお、三角波信号は理想的な形で図示しているが、実際には、上限値近傍(90%超過〜100%)及び下限値近傍(0〜10%未満)の各値域で直線性が低下し、丸みを帯びた曲線的な形状となる。それ以外の値域(10%〜90%)では優れた直線性が得られる。
【0014】
上記(2)の場合、入力信号Vsは図1の切換回路71からPWM増幅器9内のコンパレータ93に送られ、ここで、三角波信号と比較される。そして、図2の(b)に示すように、入力信号Vsの方が三角波信号より高い値であるときHレベル、そうでないときLレベルとなるパルス列の出力が得られる。この場合の入力信号Vsは、三角波信号の直線性が優れている値域(10%〜90%)にあり、パルス幅変調は極めて正確に行われる。この出力は、そのまま図1の切換回路101を通って電磁石2に供給される。従って、図2の(b)に示すパルス列(PWM信号)のオン時間の幅と高さとにより、電磁石2の発生する電磁力が決定される。
【0015】
次に、図3の(a)は、上記(1)の場合の入力信号Vs(一定値とする。)及び三角波信号の波形を示す図である。この場合の入力信号Vsは三角波信号の下限値近傍(0〜10%未満)の直線性が低い値域にある微小信号であり、これを三角波信号と比較しても信頼性のあるパルス幅変調ができない。すなわち、仮に、理想的な三角波信号であれば(b)に示すパルス列(パルス幅W1)が得られるところであるが、実際にはこのようなパルス列が得られない。そこで、図1の入力調整回路7におけるn倍増幅器73により、入力信号Vsを例えば5倍(n=5)し、図3の(c)に示すように信号レベルを直線性の高い値域にシフトしてコンパレータ94(図1)に入力する。この結果、コンパレータ94の出力は(d)に示すパルス列となり、パルス幅W2は、W1の5倍となる。
【0016】
この(d)に示すパルス列は、図1の出力調整回路10における1/n倍増幅器103において1/5倍に増幅される。その結果、(e)に示すように、パルスの高さが1/5となり(パルス波形が若干崩れるがここでは簡略化して説明する。)、結局、(b)との比較において、パルス幅が5倍で、高さが1/5となるので、積分値は同じであり、電磁石2に流れる電流は(b)の場合と同じである。すなわち、理想的な三角波信号によって(b)のパルス列を得たのと等価な出力を得ることができる。このようにして、直線性の劣る三角波信号下限値近傍の値域の信号を直線性の良い値域に一旦シフトして三角波信号と比較し、比較後に元のレベルに戻す処理をすることにより、三角波信号下限値近傍の値域の入力信号Vsに対しても、正確なパルス幅変調を行うことができる。従って、三角波信号下限値近傍の直線性不良に起因する磁気軸受の制御の不安定性を排除することができる。とりわけ、上記(1)の場合には発生させる電磁力自体が弱く、ラジアル方向の一対の電磁石間で電磁力のバランスが失われ易いが、上記のようにして正確なパルス幅変調を行うことにより、安定した制御を行うことができる。
【0017】
次に、図4の(a)は、上記(3)の場合の入力信号Vs(一定値とする。)及び三角波信号の波形を示す図である。この場合の入力信号Vsは三角波信号の上限値近傍(90%超過〜100%)の直線性が低い値域にあり、三角波信号と比較しても信頼性のあるパルス幅変調ができない。すなわち、仮に、理想的な三角波信号であれば(b)に示すパルス列(パルス幅W3)が得られるところであるが、実際にはこのようなパルス列が得られない。そこで、図1の入力調整回路7における1/n倍増幅器72により、入力信号Vsを例えば1/5倍し、図4の(c)に示すように信号レベルを直線性の高い値域にシフトしてコンパレータ92(図1)に入力する。この結果、コンパレータ92の出力は(d)に示すパルス列となり、パルス幅W4は、W3の1/5となる。
【0018】
この(d)に示すパルス列は、図1の出力調整回路10におけるn倍増幅器102において5倍に増幅される。その結果、(e)に示すように、パルスの高さが5倍となり(パルス波形が若干崩れるがここでは簡略化して説明する。)、結局、(b)との比較において、パルス幅が1/5で、高さが5倍となるので、積分値は同じであり、電磁石2に流れる電流は(b)の場合と同じである。すなわち、理想的な三角波信号によって(b)のパルス列を得たのと等価な出力を得ることができる。このようにして、直線性の劣る三角波信号上限値近傍の値域の信号を直線性の良い値域に一旦シフトして三角波信号と比較し、比較後に元のレベルに戻す処理をすることにより、三角波信号上限値近傍の値域の入力信号Vsに対しても、正確なパルス幅変調を行うことができる。従って、三角波信号上限値近傍の直線性不良に起因する磁気軸受の制御の不安定性を排除することができる。
【0019】
このようにして、三角波信号の下限値近傍及び上限値近傍において、直線性不良に起因する制御の不安定性を排除することができ、三角波信号の値域の0〜100%まで実質的に直線性を確保することができる。従って、電磁力の大小にかかわらず、常に安定した磁気軸受の制御を行うことができる。
【0020】
なお、上記実施形態では、三角波信号の下限値近傍の値域及び上限値近傍の値域の双方においてPWM増幅器9の前後で信号レベルのX倍(n倍又は1/n倍)及びその逆数倍の処理を行う構成としたが、前述のように磁気軸受制御装置としては下限値近傍の値域における処理の方が重要であるので、上限値近傍の値域における処理は省略することも可能である。
【0021】
また、上記実施形態では、磁気軸受制御装置における増幅装置について説明したが、このようにして三角波信号の直線性の劣る値域の信号について直線性を確保する処理を行う増幅装置は、他にも、スイッチングレギュレータやインバータ等、各種目的におけるパルス幅変調式の増幅装置として使用することができる。
また、上記実施形態における直線性の良否の値域は一例であり、閾値VL,VHは、三角波信号の直線性に応じて適宜設定される。
【0022】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明の増幅装置によれば、三角波信号の直線性の低い値域の入力信号をX倍して直線性の高い値域にシフトしてからパルス幅変調を行い、その後信号レベルを逆数倍して元の信号レベルに戻すので、直線性の低い値域の入力信号に対しても、正確なパルス幅変調を行うことができる。
また、本発明の磁気軸受制御装置によれば、その増幅装置が、三角波信号の下限値近傍における直線性の低い値域の入力信号をn倍に増大して直線性の高い値域にシフトしてからパルス幅変調を行い、その後信号レベルを1/n倍して元の信号レベルに戻すので、直線性の低い値域にある微小な入力信号に対しても、正確なパルス幅変調を行うことができる。これにより、電磁石の電磁力を弱く設定する場合でもその電磁力を正確に与えることができるので、安定した制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による増幅装置を含む、磁気軸受制御装置の構成を示すブロック図である。
【図2】三角波信号の直線性の高い値域にある入力信号Vs及び当該三角波信号と、パルス幅変調によって得られた信号とを示す図である。
【図3】三角波信号の下限値近傍にある入力信号Vs及び当該三角波信号と、これに対してパルス幅変調の前後に信号増幅を含む処理を施して(e)の信号を得る過程とを示す図である。
【図4】三角波信号の上限値近傍にある入力信号Vs及び当該三角波信号と、これに対してパルス幅変調の前後に信号増幅を含む処理を施して(e)の信号を得る過程とを示す図である。
【符号の説明】
1 回転体
2 電磁石
7 入力調整回路
8 比較回路
9 PWM増幅器
10 出力調整回路
Claims (3)
- 入力信号が、比較の基準となる三角波信号の直線性の高い値域にあるか否かを判定する比較回路と、
前記比較回路の判定に基づいて、前記入力信号が直線性の高い値域にあるときはそのまま通過させ、前記入力信号が直線性の低い所定の値域にあるときはその信号レベルをX倍し、直線性の高い値域にシフトして出力する入力調整回路と、
前記入力調整回路から出力される信号を前記三角波信号と比較してパルス幅変調信号を出力するPWM増幅器と、
前記PWM増幅器の出力信号を、前記入力調整回路において前記入力信号をそのまま通過させた場合はそのまま出力し、信号レベルをX倍にした場合は1/X倍にして出力する出力調整回路と
を備えたことを特徴とする増幅装置。 - 電磁石により回転体を非接触支持する磁気軸受制御装置において、前記電磁石を励磁するための増幅装置は、
前記回転体の位置制御のための入力信号が、比較の基準となる三角波信号の直線性の高い値域にあるか否かを判定する比較回路と、
前記比較回路の判定に基づいて、前記入力信号が直線性の高い値域にあるときはそのまま通過させ、前記入力信号が前記三角波信号の下限値近傍における直線性の低い値域にあるときはその信号レベルをn倍に増大させ、直線性の高い値域にシフトして出力する入力調整回路と、
前記入力調整回路から出力される信号を前記三角波信号と比較してパルス幅変調信号を出力するPWM増幅器と、
前記PWM増幅器の出力信号を、前記入力調整回路において前記入力信号をそのまま通過させた場合はそのまま出力し、信号レベルをn倍にした場合は1/n倍に低減させて出力する出力調整回路と
を備えたことを特徴とする磁気軸受制御装置。 - 前記入力調整回路は、前記入力信号が前記三角波信号の上限値近傍における直線性の低い値域にあるときはその信号レベルを1/n倍に低減させ、直線性の高い値域にシフトして出力し、その場合における前記出力調整回路は、前記PWM増幅器の出力信号をn倍に増大させて出力することを特徴とする請求項2記載の磁気軸受制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003088620A JP4103655B2 (ja) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | 増幅装置及び磁気軸受制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003088620A JP4103655B2 (ja) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | 増幅装置及び磁気軸受制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004293703A JP2004293703A (ja) | 2004-10-21 |
JP4103655B2 true JP4103655B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=33402701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003088620A Expired - Fee Related JP4103655B2 (ja) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | 増幅装置及び磁気軸受制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4103655B2 (ja) |
-
2003
- 2003-03-27 JP JP2003088620A patent/JP4103655B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004293703A (ja) | 2004-10-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10270395B2 (en) | Envelope tracking current bias circuit with offset removal function and power amplifier | |
JP5272872B2 (ja) | 増幅回路、入力バイアス調整方法、及び電源電圧調整方法 | |
JP4746619B2 (ja) | 磁気軸受装置および磁気軸受方法 | |
US6614310B2 (en) | Zero-overhead class G amplifier with threshold detection | |
EP1480326A1 (en) | Motor control method and its apparatus | |
CN100334664C (zh) | 螺线管驱动电路 | |
WO2001020349A1 (fr) | Detecteur magnetique et detecteur de courant | |
JP4103655B2 (ja) | 増幅装置及び磁気軸受制御装置 | |
JP2019211450A5 (ja) | ||
TWI487271B (zh) | 放大器、音頻系統以及輸入信號的放大方法 | |
JP5266830B2 (ja) | 自励式d級増幅器 | |
JP2004020455A (ja) | 電流検出装置 | |
JP4218386B2 (ja) | D級アンプ出力回路及び磁気軸受制御装置 | |
JP4934814B2 (ja) | デッドタイム補償デジタルアンプ | |
JP5903994B2 (ja) | 増幅器 | |
JPH11223539A (ja) | 電磁流量計 | |
JP2005039325A (ja) | スピーカ装置およびその調整方法 | |
JP2000193729A (ja) | 磁気インピーダンス効果素子の駆動回路 | |
JP3324057B2 (ja) | 電磁流量計 | |
US7535267B2 (en) | Output circuit and operational amplifier | |
JP2015148472A (ja) | 酸素濃度センサの素子インピーダンス検出装置 | |
JP5251698B2 (ja) | 増幅回路、増幅方法及び電源電圧調整方法 | |
JP2004301774A (ja) | 磁気変位センサ | |
JPH08147052A (ja) | 磁場電源回路 | |
EP3506497A2 (en) | Load-adaptive class-g amplifier for low-power audio applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060215 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080304 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080317 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110404 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120404 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130404 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140404 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |