JP5280190B2 - 磁気軸受制御装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明の第1の実施形態に係る磁気軸受コントローラ102を備えた回転装置の構成を示すブロック図であり、図2は図1のラジアル磁気軸受111の構成を示す正面図であり、図3は図1のスラスト磁気軸受113の構成を示す断面図である。なお、図1〜図3の各構成は以下の各実施形態及び変形例に適用される。
電流制御回路1−1は、電磁石M1,M2に設けられ、コイルL1に流れる電流を制御するPWM方式の電流制御サブ回路61と、コイルL2に流れる電流を制御するPWM方式の電流制御サブ回路62とを備える。ここで、フィルタキャパシタFCに流れるリップル電流Idcのうち、電流制御サブ回路61によって発生される直流部電流を電流I1といい、電流制御サブ回路62によって発生される直流部電流を電流I2という。
電流制御回路1−2は、電磁石M3,M4に設けられ、電流制御サブ回路61と同様に構成されコイルL3に流れる電流を制御する電流制御サブ回路63(図示せず。)と、電流制御サブ回路62と同様に構成されコイルL4に流れる電流を制御する電流制御サブ回路64(図示せず。)とを備える。ここで、フィルタキャパシタFCに流れるリップル電流Idcのうち、電流制御サブ回路63によって発生される直流部電流を電流I3といい、電流制御サブ回路64によって発生される直流部電流を電流I4という。
電流制御回路1−3は、電磁石M5,M6に設けられ、電流制御サブ回路61と同様に構成されコイルL5に流れる電流を制御する電流制御サブ回路65(図示せず。)と、電流制御サブ回路62と同様に構成されコイルL6に流れる電流を制御する電流制御サブ回路66(図示せず。)とを備える。ここで、フィルタキャパシタFCに流れるリップル電流Idcのうち、電流制御サブ回路65によって発生される直流部電流を電流I5といい、電流制御サブ回路66によって発生される直流部電流を電流I6という。
電流制御回路1−4は、電磁石M7,M8に設けられ、電流制御サブ回路61と同様に構成されコイルL7に流れる電流を制御する電流制御サブ回路67(図示せず。)と、電流制御サブ回路62と同様に構成されコイルL8に流れる電流を制御する電流制御サブ回路68(図示せず。)とを備える。ここで、フィルタキャパシタFCに流れるリップル電流Idcのうち、電流制御サブ回路67によって発生される直流部電流を電流I7といい、電流制御サブ回路68によって発生される直流部電流を電流I8という。
電流制御回路1−5は、電磁石M9,M10に設けられ、電流制御サブ回路61と同様に構成されコイルL5に流れる電流を制御する電流制御サブ回路69(図示せず。)と、電流制御サブ回路62と同様に構成されコイルL6に流れる電流を制御する電流制御サブ回路70(図示せず。)とを備える。ここで、フィルタキャパシタFCに流れるリップル電流Idcのうち、電流制御サブ回路69によって発生される直流部電流を電流I9といい、電流制御サブ回路70によって発生される直流部電流を電流I10という。
図12は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る磁気軸受コントローラ102Aの構成を示す回路図である。磁気軸受コントローラ102Aは、第1の実施形態に係る磁気軸受コントローラ102に比較して、1つの同期信号発生回路20−1によって発生された同期信号S20aを各電流制御サブ回路61,63,…,69の各のこぎり波発生回路33に出力し、上記1つの同期信号発生回路20−1によって発生された同期信号S20bを各電流制御サブ回路62,64,…,70の各のこぎり波発生回路43に出力するように構成したことを特徴としている。
図13は、本発明の第2の実施形態に係る磁気軸受コントローラ102Bの構成を示す回路図であり、図14は、図13の磁気軸受コントローラ102Bの動作を示すタイミングチャートである。本実施形態に係る磁気軸受コントローラ102Bは、第1の実施形態に係る磁気軸受コントローラ102に比較して、同期信号発生回路20−1〜20−5は、互いに72度だけ異なる位相をそれぞれ有する基準方形波信号S11〜S15に基づいて、同期信号S20a及びS20bをそれぞれ発生することを特徴としている。
図15は、本発明の第3の実施形態に係る磁気軸受コントローラ102Cの構成を示す回路図であり、図16は、図15の基準方形波発生回路80Aによって発生される基準方形波信号S11,S16,S17を示すタイミングチャートである。本実施形態に係る磁気軸受コントローラ102Cは、第1の実施形態に係る磁気軸受コントローラ102に比較して以下の点が異なる。
(2)同期信号発生回路20−1,20−2は基準方形波発生信号S11に基づいて同期信号S20a及びS20bをそれぞれ発生し、同期信号発生回路20−3,20−4は基準方形波発生信号S16に基づいて同期信号S20a及びS20bをそれぞれ発生し、同期信号発生回路20−5は基準方形波発生信号S17に基づいて同期信号S20a及びS20bを発生し、基準方形波信号S11,S16,S17は互いに120度だけ異なる位相をそれぞれ有すること。
図17は、本発明の第4の実施形態に係る磁気軸受コントローラ102Dの構成を示す回路図であり、図18は、図17の基準方形波発生回路80Bによって発生される基準方形波信号S11,S18を示すタイミングチャートである。本実施形態に係る磁気軸受コントローラ102Dは、第1の実施形態に係る磁気軸受コントローラ102に比較して以下の点が異なる。
(2)同期信号発生回路20−1〜20−4は基準方形波発生信号S11に基づいて同期信号S20a及びS20bをそれぞれ発生し、同期信号発生回路20−5は基準方形波発生信号S18に基づいて同期信号S20a及びS20bそれぞれ発生し、基準方形波信号S11,S18は互いに180度だけ異なる位相をそれぞれ有すること。
図19は、本発明の第4の実施形態の変形例に係る基準方形波信号S11,S18Aを示すタイミングチャートである。本変形例は、第4の実施形態に比較して、図17の移相器18において基準方形波信号S11の位相を90度だけ移相させて基準方形波信号S18Aを発生し、同期信号発生回路20−5に出力するように構成したことを特徴としている。
図20は、本発明の第5の実施形態に係る磁気軸受コントローラ102Eの、基準方形波信号S11が喪失した状態での構成を示す回路図である。本実施形態に係る磁気軸受コントローラ102Eは、第1の実施形態の変形例に係る磁気軸受コントローラ102(図4参照。)に比較して、同期信号S20a及びS20bが発生されなくなったことを検出したときに、フリーランで自律的にのこぎり波信号S33,S43を発生するのこぎり波発生回路33a,43aを備えたことを特徴としている。
10…直流電源、
11…基準方形波発生器、
11〜18…移相器、
20−1〜20−5…同期信号発生回路、
31,41…減算器、
32,42…誤差増幅器、
33,43…のこぎり波発生回路、
34,44…比較器、
35,45…ゲート駆動回路、
50…電流指令値信号発生回路、
61〜70…電流制御サブ回路、
80,80A,80B…基準方形波発生回路、
100…電源装置、
101…電力変換装置、
102,102A〜102E…磁気軸受けコントローラ、
103…ロータ、
104…モータロータ、
105…モータステータ、
106…回転ディスク、
111,112…ラジアル磁気軸受、
113…スラスト磁気軸受、
121〜124…ラジアル変位センサ、
125…スラスト変位センサ、
CS1〜CS10…電流センサ、
FC…フィルタキャパシタ、
L1〜L10…コイル、
M1〜M10…電磁石、
S20a,S20b…同期信号、
S33,S43…のこぎり波信号。
Claims (5)
- 2個のコイルをそれぞれ有しかつ回転体を挟んで対向するように設けられた複数N組の電磁石対を備えた磁気軸受を制御する磁気軸受制御装置において、
上記回転体の変位を示す変位検出信号に基づいて、上記回転体を所定の位置に非接触で支持するように、上記2個のコイルに供給される各電流の電流指令値をそれぞれ示す2個の電流指令値信号を発生する第1の信号発生手段と、
所定の繰り返し周期をそれぞれ有しかつ互いに180度の位相差を有する2個の同期信号を発生する第1の同期信号発生手段と、
上記各電磁石対に設けられた複数N個の電流制御手段とを備え、
上記各電流制御手段は、上記2個のコイル、上記2個の同期信号及び上記2個の電流指令値信号にそれぞれ対応して設けられた2個の電流制御サブ回路を備え、
上記各電流制御サブ回路は、
上記コイルに流れる電流を増減させるように設けられた2個のトランジスタと、
上記同期信号に同期し、かつ互いに異なる立ち上がり時間と立ち下がり時間とを有するのこぎり波信号を発生する第2の信号発生手段と、
上記のこぎり波信号に同期しかつ、上記電流指令値信号の電流指令値と、上記コイルに流れる電流の検出値との差がゼロになるように、上記2個のトランジスタをオン/オフ制御する帰還制御手段とを備えたことを特徴とする磁気軸受制御装置。 - 上記第1の同期信号発生手段は、上記繰り返し周期を有しかつ上記繰り返し周期の半分のパルス幅を有する第1の基準方形波信号に基づいて、上記2個の同期信号を発生することを特徴とする請求項1記載の磁気軸受制御装置。
- 上記N個の電流制御手段は、少なくとも1つの電流制御手段をそれぞれ含む複数M(Mは2以上N以下の整数値である。)個のグループにグループ分けされており、
上記磁気軸受制御装置は、
上記繰り返し周期を有しかつ上記繰り返し周期の半分のパルス幅をそれぞれ有する第2乃至第Mの基準方形波信号に基づいて、互いに180度の位相差を有する2個の同期信号をそれぞれ発生する第2乃至第Mの同期信号発生手段をさらに備え、
上記第1乃至第Mの基準方形波信号の各位相が互いに異なるように設定され、
第m(m=1,2,…,M)のグループに含まれる上記各電流制御手段の各第2の信号発生手段は、上記第mの同期信号発生手段からの2個の同期信号に従ってそれぞれ2個ののこぎり波信号を発生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。 - 上記第1乃至第Mの基準方形波信号は、互いに360/M度だけ異なる位相をそれぞれ有するように設定されることを特徴とする請求項3記載の磁気軸受制御装置。
- 上記各電流制御手段の第2の信号発生手段は、上記基準方形波信号が入力されなくなったことを検出したときに、自律的に上記のこぎり波信号を発生することを特徴とする請求項2乃至4のうちのいずれか1つに記載の磁気軸受制御装置。
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