JP7327243B2 - Displacement sensor for bearing - Google Patents

Displacement sensor for bearing Download PDF

Info

Publication number
JP7327243B2
JP7327243B2 JP2020059923A JP2020059923A JP7327243B2 JP 7327243 B2 JP7327243 B2 JP 7327243B2 JP 2020059923 A JP2020059923 A JP 2020059923A JP 2020059923 A JP2020059923 A JP 2020059923A JP 7327243 B2 JP7327243 B2 JP 7327243B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spring
core
temperature
displacement sensor
variable
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.)
Active
Application number
JP2020059923A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021156417A (en
Inventor
拓也 下津
朋浩 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2020059923A priority Critical patent/JP7327243B2/en
Publication of JP2021156417A publication Critical patent/JP2021156417A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7327243B2 publication Critical patent/JP7327243B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Description

本発明は、軸受用変位センサに関する。 The present invention relates to a displacement sensor for bearings.

特許文献1は、磁気軸受を開示する。磁気軸受は、磁力によって回転軸を浮上させることにより、非接触で回転可能に回転軸を支持する。磁気軸受は、磁力を発生させるアクチュエータを有する。アクチュエータは、コアに巻き回されたコイルに提供される電流を制御することによって回転軸に提供する磁力を制御する。さらに、磁気軸受は、回転軸の位置に関する情報を得るための軸受用変位センサを有する。軸受用変位センサは、コイルが巻き回されたコアから回転軸までの距離に応じるインダクタンスの変化を、コイルから出力される電圧の変化として取得する。 Patent Literature 1 discloses a magnetic bearing. A magnetic bearing rotatably supports a rotating shaft in a non-contact manner by floating the rotating shaft by magnetic force. A magnetic bearing has an actuator that generates a magnetic force. The actuator controls the magnetic force provided to the rotating shaft by controlling the current provided to the coil wound around the core. In addition, the magnetic bearing has a bearing displacement sensor for obtaining information about the position of the axis of rotation. The bearing displacement sensor acquires a change in inductance according to the distance from the core around which the coil is wound to the rotating shaft as a change in voltage output from the coil.

特許第6244734号Patent No. 6244734

磁気軸受を用いた回転機械の高出力化が望まれている。高出力化のためには、回転軸の回転数をさらに高める必要がある。回転数を高めるためには、回転に伴う回転軸の位置の変動を抑制する必要がある。従って、回転軸の位置の検出精度をさらに高める必要があった。 It is desired to increase the output of rotary machines using magnetic bearings. In order to increase the output, it is necessary to further increase the rotational speed of the rotating shaft. In order to increase the number of rotations, it is necessary to suppress the positional fluctuation of the rotating shaft that accompanies the rotation. Therefore, it was necessary to further improve the detection accuracy of the position of the rotating shaft.

そこで、本発明は、回転軸の位置の検出精度を高めることが可能な軸受用変位センサを提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a bearing displacement sensor capable of enhancing the detection accuracy of the position of a rotating shaft.

本発明の一形態は、回転軸の位置を得る軸受用変位センサである。軸受用変位センサは、磁性材料により形成されたコアと、コアに巻き回されるコイルと、温度に基づいて回転軸に対してコアを移動させることによって、回転軸からコアまでの距離を制御するコア位置制御部と、を備える。 One aspect of the present invention is a bearing displacement sensor that obtains the position of a rotating shaft. The bearing displacement sensor controls the distance from the rotating shaft to the core by moving the core with respect to the rotating shaft based on a core made of a magnetic material, a coil wound around the core, and temperature. and a core position control unit.

軸受用変位センサは、回転軸の位置の変化量を、コアに生じるインダクタンスの変化量として得る。インダクタンスの変化量は、コアから回転軸までの距離の変化量に加えて、変位センサの温度変化に起因する変化量を含むことがある。そこで、コア位置制御部は、温度変化に起因するインダクタンスの変化量を打ち消すように、コアから回転軸までの距離を制御する。従って、温度変化に起因する影響を排除することが可能になる。その結果、回転軸の位置の検出精度を高めることができる。 The bearing displacement sensor obtains the amount of change in the position of the rotating shaft as the amount of change in the inductance generated in the core. The amount of change in inductance may include the amount of change due to the temperature change of the displacement sensor in addition to the amount of change in the distance from the core to the rotation axis. Therefore, the core position control unit controls the distance from the core to the rotating shaft so as to cancel the amount of change in inductance caused by temperature change. Therefore, it is possible to eliminate the influence caused by temperature change. As a result, it is possible to improve the detection accuracy of the position of the rotating shaft.

一形態において、コア位置制御部は、温度の上昇に伴ってコアから回転軸までの距離を縮小し、温度の低下に伴ってコアから回転軸までの距離を拡大してもよい。温度が上昇するとコアのインダクタンスが減少する。そこで、インダクタンスの減少分を相殺するように、コアを回転軸に近づける。一方、温度が低下するとコアのインダクタンスが増加する。そこで、インダクタンスの増加分を相殺するように、コアを回転軸から遠ざける。従って、温度の変化に起因するインダクタンス変動の影響を好適に排除することができる。 In one form, the core position control unit may reduce the distance from the core to the rotation axis as the temperature rises and expand the distance from the core to the rotation axis as the temperature drops. As the temperature increases, the inductance of the core decreases. Therefore, the core is moved closer to the rotating shaft so as to offset the decrease in inductance. On the other hand, as the temperature decreases, the inductance of the core increases. Therefore, the core is moved away from the rotating shaft so as to offset the increase in inductance. Therefore, it is possible to preferably eliminate the influence of inductance fluctuations caused by temperature changes.

一形態において、コア位置制御部は、回転軸の径方向に沿った第1付勢力を生じる第1バネと、回転軸の径方向に沿った第2付勢力を生じ、第1バネに対して直列に配置された第2バネと、を有し、第1バネのバネ定数と温度との関係を示す第1バネ温度係数は、第2バネのバネ定数と温度との関係を示す第2バネ温度係数と異なってもよい。この構成によれば、温度が上昇するとコアを回転軸に近づけるような付勢力をコアに提供することができる。さらに、温度が低下するとコアを回転軸から遠ざけるような付勢力をコアに提供することができる。 In one aspect, the core position control unit generates a first spring that generates a first biasing force along the radial direction of the rotating shaft and a second biasing force that extends along the radial direction of the rotating shaft. and a second spring arranged in series, wherein the first spring temperature coefficient indicating the relationship between the spring constant of the first spring and temperature is the second spring indicating the relationship between the spring constant of the second spring and temperature. It may be different from the temperature coefficient. According to this configuration, it is possible to provide the core with an urging force that brings the core closer to the rotating shaft when the temperature rises. Additionally, a biasing force can be provided to the core that moves the core away from the axis of rotation as the temperature drops.

一形態の軸受用変位センサは、回転軸を囲むように配置されるハウジングをさらに備え、第1バネは、コアと第2バネとの間に配置されており、第2バネは、第1バネとハウジングとの間に配置されてもよい。この構成によれば、簡易な構成によって、温度に応じてコアの位置を制御する付勢力を生じさせることができる。 One form of the bearing displacement sensor further comprises a housing arranged to surround the rotating shaft, the first spring being arranged between the core and the second spring, the second spring and the housing. According to this configuration, it is possible to generate an urging force for controlling the position of the core according to the temperature with a simple configuration.

一形態において、第1バネ温度係数は、第2バネ温度係数よりも小さくてもよい。この構成によれば、温度が上昇するとコアを回転軸に近づけ、温度が低下するとコアを回転軸から離間させるような付勢力を好適にコアに提供することができる。 In one form, the first spring temperature coefficient may be less than the second spring temperature coefficient. According to this configuration, it is possible to suitably provide the core with an urging force that brings the core closer to the rotating shaft when the temperature rises and separates the core from the rotating shaft when the temperature drops.

本発明によれば、回転軸の位置の検出精度を高めることが可能な軸受用変位センサが提供される。 According to the present invention, there is provided a bearing displacement sensor capable of increasing the detection accuracy of the position of the rotating shaft.

図1は、実施形態の軸受用変位センサを備える磁気軸受を採用した回転機械の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a rotating machine that employs a magnetic bearing having a bearing displacement sensor according to an embodiment. 図2は、磁気軸受の構成を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the magnetic bearing. 図3は、軸受用変位センサの配置を示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing the arrangement of the bearing displacement sensor. 図4は、室温時における軸受用変位センサの動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the operation of the bearing displacement sensor at room temperature. 図5は、可変バネ定数の温度特性と固定バネ定数の温度特性とを概念的に示すグラフである。FIG. 5 is a graph conceptually showing temperature characteristics of a variable spring constant and temperature characteristics of a fixed spring constant. 図6は、動作温度時における軸受用変位センサの動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the operation of the bearing displacement sensor at the operating temperature. 図7(a)は室温時における可変バネの変位と固定バネの変位とを説明するための模式図である。図7(b)は動作温度における可変バネの変位と固定バネの変位とを説明するための模式図である。FIG. 7A is a schematic diagram for explaining the displacement of the variable spring and the displacement of the fixed spring at room temperature. FIG. 7(b) is a schematic diagram for explaining the displacement of the variable spring and the displacement of the fixed spring at the operating temperature. 図8(a)は変形例1に係る軸受用変位センサが備えるバネの温度特性を示すグラフである。図8(b)は変形例2に係る軸受用変位センサが備えるバネの温度特性を示すグラフである。FIG. 8A is a graph showing temperature characteristics of a spring included in the bearing displacement sensor according to Modification 1. FIG. FIG. 8(b) is a graph showing temperature characteristics of a spring included in the bearing displacement sensor according to Modification 2. FIG. 図9は、比較例に係る軸受用変位センサを示す正面図である。FIG. 9 is a front view showing a bearing displacement sensor according to a comparative example.

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.

図1に示すように、磁気軸受1は、モータ100に用いられる。モータ100は、圧縮機といった回転機械200に用いられる。回転機械200は、例えば、図示しないインペラを備えており、当該インペラはモータ100の回転軸であるモータ軸101の端部に固定されている。モータ100は、モータ軸101に固定された回転子102と、回転子102を囲む固定子103と、を有する。このモータ100は、大容量且つ高速回転が可能である。磁気軸受1は、このような大容量且つ高速回転のモータ100に好適に利用できる。 As shown in FIG. 1, magnetic bearing 1 is used in motor 100 . A motor 100 is used in a rotary machine 200 such as a compressor. The rotary machine 200 includes, for example, an impeller (not shown), and the impeller is fixed to the end of a motor shaft 101 that is the rotating shaft of the motor 100 . A motor 100 has a rotor 102 fixed to a motor shaft 101 and a stator 103 surrounding the rotor 102 . This motor 100 has a large capacity and can rotate at high speed. The magnetic bearing 1 can be suitably used for such a large-capacity, high-speed motor 100 .

モータ軸101は、一対の磁気軸受1によって回転可能且つ非接触で支持されている。磁気軸受1は、モータ100を挟むように配置されている。換言すると、磁気軸受1は、モータ100とインペラとの間に配置されている。なお、モータ100とインペラとの間には、玉軸受104が配置されてもよい。この玉軸受104は、磁気軸受1によるモータ軸101の支持に不備が生じたときにモータ軸101を回転可能に支持する。 A motor shaft 101 is rotatably supported by a pair of magnetic bearings 1 in a non-contact manner. The magnetic bearings 1 are arranged so as to sandwich the motor 100 . In other words, the magnetic bearing 1 is arranged between the motor 100 and the impeller. A ball bearing 104 may be arranged between the motor 100 and the impeller. The ball bearing 104 rotatably supports the motor shaft 101 when the magnetic bearing 1 fails to support the motor shaft 101 .

磁気軸受1は、モータ軸101を非接触且つ回転可能に支持する。さらに、磁気軸受1は、モータ軸101の位置が所定の位置に止まるように制御する。この制御は、モータ軸101を囲むように互いに異なる複数の方向から磁力をモータ軸101に作用させることによりなされる。磁気軸受1は、コントローラ10(図2参照)と、磁力を生じさせるアクチュエータ20と、モータ軸101の位置に関する情報を得る軸受用変位センサ(以下「変位センサ30」と称する)と、を有する。なお、図1では、アクチュエータ20と変位センサ30とは、単なる直方体として簡易に図示している。 The magnetic bearing 1 noncontactly and rotatably supports the motor shaft 101 . Furthermore, the magnetic bearing 1 controls the position of the motor shaft 101 to stop at a predetermined position. This control is performed by applying magnetic forces to the motor shaft 101 from a plurality of different directions so as to surround the motor shaft 101 . The magnetic bearing 1 has a controller 10 (see FIG. 2), an actuator 20 that generates magnetic force, and a bearing displacement sensor (hereinafter referred to as "displacement sensor 30") that obtains information on the position of the motor shaft 101. In addition, in FIG. 1, the actuator 20 and the displacement sensor 30 are illustrated simply as a simple rectangular parallelepiped.

アクチュエータ20は、磁性部材に巻き回された導線に電流を提供することにより磁力を発生させる。また、変位センサ30は、モータ軸101と変位センサ30との間の距離の変化に応じるインダクタンスの変化を利用して、モータ軸101の位置に関する情報を得る。 Actuator 20 generates a magnetic force by providing current to a wire wound around a magnetic member. Further, the displacement sensor 30 obtains information regarding the position of the motor shaft 101 by using changes in inductance according to changes in the distance between the motor shaft 101 and the displacement sensor 30 .

磁気軸受1は、アクチュエータ20及び変位センサ30に加えて、さらにハウジング2を有する。ハウジング2は、モータ軸101を囲む円環形状の部材である。ハウジング2は、磁性材料により形成されていてもよい。ハウジング2は、アクチュエータ20及び変位センサ30をそれぞれ所定の位置に保持する。アクチュエータ20はモータ軸101の周りに90度ごとに配置されている。変位センサ30もモータ軸101の周りに90度ごとに配置されている。 The magnetic bearing 1 further has a housing 2 in addition to the actuator 20 and the displacement sensor 30 . The housing 2 is an annular member surrounding the motor shaft 101 . The housing 2 may be made of a magnetic material. The housing 2 holds the actuator 20 and the displacement sensor 30 in place. The actuators 20 are arranged around the motor shaft 101 at every 90 degrees. The displacement sensors 30 are also arranged around the motor shaft 101 at every 90 degrees.

図2に示すように、磁気軸受1は、コントローラ10を有する。コントローラ10は、変位センサ30から得られる電圧を用いてモータ軸101の位置に関する情報を得る。この情報を用いて、コントローラ10は、アクチュエータ20を制御する。 As shown in FIG. 2, the magnetic bearing 1 has a controller 10. As shown in FIG. The controller 10 uses the voltage obtained from the displacement sensor 30 to obtain information regarding the position of the motor shaft 101 . Using this information, controller 10 controls actuator 20 .

より詳細には、磁気軸受1は、4個の変位センサ30A、30B、30C、30Dを有する。以下の説明では、4個の変位センサをそれぞれ区別する必要がある場合には、「変位センサ30A、30B、30C、30D」の参照番号を付す。4個の変位センサをそれぞれ区別する必要がない場合には、単に「変位センサ30」との参照番号を付す。 More specifically, the magnetic bearing 1 has four displacement sensors 30A, 30B, 30C and 30D. In the following description, when the four displacement sensors need to be distinguished from each other, reference numerals "displacement sensors 30A, 30B, 30C, and 30D" are attached. When it is not necessary to distinguish between the four displacement sensors, they are simply referred to as "displacement sensor 30".

変位センサ30A、30Bは、X軸方向に沿ったモータ軸101の変位を得るための電圧をコントローラ10に出力する。そして、コントローラ10は、X軸方向の保持力を発生するアクチュエータ20Aに電流を提供する。磁気軸受1は、Y軸方向についても、同様の構成を有する。つまり、変位センサ30C、30Dは、Y軸方向に沿ったモータ軸101の変位を得るための電圧をコントローラ10に出力する。そして、コントローラ10は、Y軸方向の保持力を発生するアクチュエータ20Bに電流を提供する。 The displacement sensors 30A and 30B output voltages to the controller 10 for obtaining the displacement of the motor shaft 101 along the X-axis direction. The controller 10 then provides current to the actuator 20A that generates the holding force in the X-axis direction. The magnetic bearing 1 also has a similar configuration in the Y-axis direction. That is, the displacement sensors 30C and 30D output voltages to the controller 10 for obtaining the displacement of the motor shaft 101 along the Y-axis direction. The controller 10 then provides current to the actuator 20B that generates the holding force in the Y-axis direction.

コントローラ10は、差動アンプ11A、11Bと、PID制御器12A、12Bと、パワーアンプ13A、13Bと、を有する。差動アンプ11A、PID制御器12A、及びパワーアンプ13Aは、X軸方向の制御に用いる。差動アンプ11B、PID制御器12B、及びパワーアンプ13Bは、Y軸方向の制御に用いる。 The controller 10 has differential amplifiers 11A and 11B, PID controllers 12A and 12B, and power amplifiers 13A and 13B. A differential amplifier 11A, a PID controller 12A, and a power amplifier 13A are used for control in the X-axis direction. A differential amplifier 11B, a PID controller 12B, and a power amplifier 13B are used for control in the Y-axis direction.

差動アンプ11Aは、変位センサ30A、30Bから電圧を受け、電圧の差分を出力する。例えば、差動アンプ11Aの出力では、出力信号の符号の正負が反転されていてもよい。差動アンプ11Aの出力は、目標位置を示す信号が加算された後に、PID制御器12Aに入力される。PID制御器12Aは、入力値に応じて制御信号を生成する。PID制御器12Aは、制御信号をパワーアンプ13Aに出力する。パワーアンプ13Aは、制御信号に応じた電流をアクチュエータ20Aに出力する。 The differential amplifier 11A receives voltages from the displacement sensors 30A and 30B and outputs a voltage difference. For example, in the output of the differential amplifier 11A, the sign of the output signal may be inverted. The output of the differential amplifier 11A is added to the signal indicating the target position and then input to the PID controller 12A. 12 A of PID controllers generate|occur|produce a control signal according to an input value. The PID controller 12A outputs a control signal to the power amplifier 13A. The power amplifier 13A outputs current corresponding to the control signal to the actuator 20A.

なお、Y軸方向の制御のための差動アンプ11B、PID制御器12B及びパワーアンプ13Bは、制御対象とする方向が異なるだけであるので、詳細な説明は省略する。 The differential amplifier 11B, the PID controller 12B, and the power amplifier 13B for controlling in the Y-axis direction differ only in the direction to be controlled, so detailed description thereof will be omitted.

図3を参照しながら変位センサ30について、詳細に説明する。変位センサ30は、コアユニット40と、コア位置制御ユニット50(コア位置制御部)と、を有する。コアユニット40は、コアユニット40からモータ軸101までの距離に応じた電圧を得る。コア位置制御ユニット50は、コアユニット40からモータ軸101までの距離を温度に応じて制御する。 The displacement sensor 30 will be described in detail with reference to FIG. The displacement sensor 30 has a core unit 40 and a core position control unit 50 (core position control section). Core unit 40 obtains a voltage corresponding to the distance from core unit 40 to motor shaft 101 . The core position control unit 50 controls the distance from the core unit 40 to the motor shaft 101 according to temperature.

コア位置制御ユニット50の基端は、ハウジング2の内周面2aに固定されている。コア位置制御ユニット50は、ハウジング2と一体化されていてもよい。また、コア位置制御ユニット50は、ハウジング2とは別体であってもよい。図3では、コア位置制御ユニット50は、ハウジング2と一体化されたものとして図示している。コア位置制御ユニット50の先端側には、コアユニット40が配置されている。つまり、コアユニット40は、コア位置制御ユニット50とモータ軸101との間に配置されている。コア位置制御ユニット50は、コアユニット40を移動可能に保持する。具体的には、コアユニット40は、回転軸線RLと直交する方向にコア位置制御ユニット50に対して移動することができる。換言すると、コアユニット40は、モータ軸101に近づくように移動できるし、モータ軸101から離れるように移動することができる。 A proximal end of the core position control unit 50 is fixed to the inner peripheral surface 2 a of the housing 2 . Core position control unit 50 may be integrated with housing 2 . Also, the core position control unit 50 may be separate from the housing 2 . In FIG. 3 , the core position control unit 50 is illustrated as being integrated with the housing 2 . A core unit 40 is arranged on the distal end side of the core position control unit 50 . That is, the core unit 40 is arranged between the core position control unit 50 and the motor shaft 101 . The core position control unit 50 movably holds the core unit 40 . Specifically, the core unit 40 can move relative to the core position control unit 50 in a direction perpendicular to the rotation axis RL. In other words, the core unit 40 can move toward the motor shaft 101 and move away from the motor shaft 101 .

図4は、図3に図示された変位センサ30を拡大して示す。 FIG. 4 shows an enlarged view of the displacement sensor 30 shown in FIG.

コアユニット40は、コア41と、コイル42と、を有する。コア41は、コイル42に流れる電流に起因して生じる磁路の向きを規定する。コア41は、一体の部品であり、コア本体41aと、コイル巻付部41bと、を含む。コア本体41aは、モータ軸101を中心とする仮想円の接線方向に延びており、その両端にコイル巻付部41bがそれぞれ設けられている。また、コア本体41aの中央にはコア位置制御ユニット50が連結されている。コイル巻付部41bには、導線が巻き付けられており、巻き付けられた導線がコイル42を形成する。つまり、コイル巻付部41b及びコイル42は、巻線部43を構成する。この構成によれば、一方の巻線部43からコア本体41aを介して他方の巻線部43に到る磁路が形成される。 The core unit 40 has a core 41 and a coil 42 . The core 41 defines the orientation of the magnetic path caused by the current flowing through the coil 42 . The core 41 is an integral part and includes a core body 41a and a coil winding portion 41b. The core body 41a extends in a tangential direction of an imaginary circle centered on the motor shaft 101, and coil winding portions 41b are provided at both ends thereof. A core position control unit 50 is connected to the center of the core body 41a. A conductor wire is wound around the coil winding portion 41 b , and the wound conductor wire forms the coil 42 . That is, the coil winding portion 41 b and the coil 42 constitute the winding portion 43 . According to this configuration, a magnetic path is formed from one winding portion 43 to the other winding portion 43 via the core body 41a.

コア位置制御ユニット50は、ケース51と、軸体52と、可変バネ53(第1バネ)と、固定バネ54(第2バネ)と、を有する。ここでいう「可変」とは、バネ定数が温度によって変化することを意味する。また、「固定」とは、バネ定数が温度によらず一定であることを意味する。 The core position control unit 50 has a case 51, a shaft 52, a variable spring 53 (first spring), and a fixed spring 54 (second spring). The term "variable" as used herein means that the spring constant varies with temperature. Also, "fixed" means that the spring constant is constant regardless of temperature.

ケース51は、軸体52、可変バネ53及び固定バネ54を収容する。ケース51の基端は、ハウジング2の内周面2aに固定されている。ケース51は、ハウジング2からモータ軸101に向かって延びている。換言すると、ケース51は、ハウジング2の内周面2aからハウジング2の中心に向かって延びている。ケース51の内部には、隔離壁51aが設けられており、この隔離壁51aによって外側室51Sと、内側室51Tと、が形成されている。外側室51Sには、軸体52の基端が配置される。内側室51Tには、軸体52の一部、可変バネ53及び固定バネ54が収容される。隔離壁51a及びケース51の先端壁51bには、同軸の貫通穴が設けられている。この貫通穴には、軸体52が配置される。 Case 51 accommodates shaft 52 , variable spring 53 and fixed spring 54 . A proximal end of the case 51 is fixed to the inner peripheral surface 2 a of the housing 2 . Case 51 extends from housing 2 toward motor shaft 101 . In other words, the case 51 extends from the inner peripheral surface 2 a of the housing 2 toward the center of the housing 2 . An isolation wall 51a is provided inside the case 51, and the isolation wall 51a forms an outer chamber 51S and an inner chamber 51T. A proximal end of the shaft 52 is arranged in the outer chamber 51S. A portion of the shaft body 52, the variable spring 53 and the fixed spring 54 are accommodated in the inner chamber 51T. The isolation wall 51a and the tip wall 51b of the case 51 are provided with coaxial through holes. A shaft 52 is arranged in this through hole.

軸体52は、ケース51の先端壁51bから突出する軸先端と、ケース51の外側室51Sに配置された軸基端と、軸先端及び軸基端の間であって内側室51Tに配置された軸間部と、を含む。 The shaft body 52 is disposed in the inner chamber 51T between the shaft distal end projecting from the distal end wall 51b of the case 51, the shaft base end disposed in the outer chamber 51S of the case 51, and the shaft distal end and the shaft base end. and an axial portion.

軸先端には、コアユニット40が連結されている。具体的には、軸先端は、コアユニット40のコア本体41aに連結されている。軸基端は、外側室51Sに配置されており、より詳細には軸基端の端部は、ケース51の底面から離間している。 A core unit 40 is connected to the tip of the shaft. Specifically, the tip of the shaft is connected to the core body 41 a of the core unit 40 . The shaft base end is arranged in the outer chamber 51</b>S, and more specifically, the end of the shaft base end is separated from the bottom surface of the case 51 .

軸間部には、フランジ56が固定されている。つまり、フランジ56は、内側室51Tに配置されている。フランジ56は、内側室51Tを可変バネ領域51Ta及び固定バネ領域51Tbに区切っている。可変バネ領域51Taは、隔離壁51aとフランジ56との間である。この可変バネ領域51Taには、可変バネ53が配置される。一方、固定バネ領域51Tbは、フランジ56と先端壁51bとの間である。この固定バネ領域51Tbには、固定バネ54が配置される。 A flange 56 is fixed to the shaft-to-shaft portion. That is, the flange 56 is arranged in the inner chamber 51T. The flange 56 divides the inner chamber 51T into a variable spring region 51Ta and a fixed spring region 51Tb. A variable spring region 51Ta is between the isolation wall 51a and the flange 56 . A variable spring 53 is arranged in the variable spring region 51Ta. On the other hand, the fixed spring region 51Tb is between the flange 56 and the tip wall 51b. A fixed spring 54 is arranged in the fixed spring region 51Tb.

可変バネ53は、隔離壁51aからフランジ56を離間させる向きの可変付勢力(第1付勢力)を発生させる。この可変付勢力Faは、フックの法則によれば、可変バネ53の可変バネ定数kaと可変バネ53の自然長Laからの変位xaとによって決まる。 The variable spring 53 generates a variable biasing force (first biasing force) in a direction that separates the flange 56 from the isolation wall 51a. This variable biasing force Fa is determined by the variable spring constant ka of the variable spring 53 and the displacement xa of the variable spring 53 from the natural length La according to Hooke's law.

固定バネ54は、先端壁51bからフランジ56を離間させる向きの固定付勢力Fm(第2付勢力)を発生させる。この固定付勢力Fmは、フックの法則によれば、固定バネ54の固定バネ定数kmと固定バネ54の自然長Lmからの変位xmとによって決まる。 The fixed spring 54 generates a fixed urging force Fm (second urging force) directed to move the flange 56 away from the tip wall 51b. This fixing biasing force Fm is determined by the fixing spring constant km of the fixing spring 54 and the displacement xm from the natural length Lm of the fixing spring 54 according to Hooke's law.

隔離壁51aと先端壁51bとは、ケース51の一部である。従って、隔離壁51aから先端壁51bまでの距離は、不変である。一方、フランジ56は、軸体52に固定されている。そして、軸体52は、ケース51に対して移動可能である。つまり、隔離壁51aからケース51までの距離及び先端壁51bからケース51までの距離は、可変である。 The isolation wall 51 a and the tip wall 51 b are part of the case 51 . Therefore, the distance from the isolation wall 51a to the tip wall 51b remains unchanged. On the other hand, the flange 56 is fixed to the shaft 52 . The shaft 52 is movable with respect to the case 51 . That is, the distance from the isolation wall 51a to the case 51 and the distance from the tip wall 51b to the case 51 are variable.

以下、図4~図7を適宜参照しながら、コア位置制御ユニット50の動作について詳細に説明する。 The operation of the core position control unit 50 will be described in detail below with reference to FIGS. 4 to 7 as appropriate.

図7(a)に示すように、フランジ56の位置は、可変バネ定数kaと固定バネ定数kmとの関係によって決まる。フランジ56が静止しているとき、可変付勢力Fa1と固定付勢力Fm1とは釣り合っている。このとき、可変バネ53の変位xa1は、可変付勢力Fa1と、可変バネ定数ka1とによって決まる。可変バネ53の変位xa1が決まると、可変バネ53の長さLa1が決まる。その結果、可変バネ53の長さLa1と等価である隔離壁51aからフランジ56までの距離が決まる。 As shown in FIG. 7(a), the position of the flange 56 is determined by the relationship between the variable spring constant ka and the fixed spring constant km. When the flange 56 is stationary, the variable biasing force Fa1 and the fixed biasing force Fm1 are balanced. At this time, the displacement xa1 of the variable spring 53 is determined by the variable biasing force Fa1 and the variable spring constant ka1. When the displacement xa1 of the variable spring 53 is determined, the length La1 of the variable spring 53 is determined. As a result, the distance from the isolation wall 51a to the flange 56, which is equivalent to the length La1 of the variable spring 53, is determined.

同様に、固定バネ54の変位xm1は、固定付勢力Fm1と、固定バネ定数km1とによって決まる。固定バネ54の変位xm1が決まると、固定バネ54の長さLm1が決まる。その結果、固定バネ54の長さLm1と等価であるフランジ56から先端壁51bまでの距離が決まる。 Similarly, the displacement xm1 of the fixed spring 54 is determined by the fixed biasing force Fm1 and the fixed spring constant km1. Once the displacement xm1 of the fixed spring 54 is determined, the length Lm1 of the fixed spring 54 is determined. As a result, the distance from the flange 56 to the tip wall 51b, which is equivalent to the length Lm1 of the fixed spring 54, is determined.

そうすると、可変バネ定数kaと固定バネ定数kmとの大小関係が調整可能であれば、フランジ56の位置を制御できる。つまり、フランジ56が固定された軸体52の位置が制御できる。その結果、ケース51からの軸体52の突出長さが制御できるので、軸体52の先端に固定されたコアユニット40の位置が制御できる。つまり、コアユニット40からモータ軸101までの距離L1が制御できる。 Then, if the magnitude relationship between the variable spring constant ka and the fixed spring constant km can be adjusted, the position of the flange 56 can be controlled. That is, the position of the shaft 52 to which the flange 56 is fixed can be controlled. As a result, since the length of projection of the shaft 52 from the case 51 can be controlled, the position of the core unit 40 fixed to the tip of the shaft 52 can be controlled. That is, the distance L1 from the core unit 40 to the motor shaft 101 can be controlled.

本実施形態では、可変バネ定数kaと固定バネ定数kmとの大小関係は、温度に基づいて決まる。つまり、可変バネ定数kaと固定バネ定数kmの少なくとも一方は、温度の関数であり、温度変化に応じてバネ定数が変化する。この温度とは、可変バネ53の温度である。以下の説明では、可変バネ定数kaは温度変化に応じて変化するものとする。一方、固定バネ定数kmは温度変化に応じて不変(一定)であるとする。 In this embodiment, the magnitude relationship between the variable spring constant ka and the fixed spring constant km is determined based on the temperature. That is, at least one of the variable spring constant ka and the fixed spring constant km is a function of temperature, and the spring constant changes as the temperature changes. This temperature is the temperature of the variable spring 53 . In the following description, it is assumed that the variable spring constant ka changes according to temperature changes. On the other hand, it is assumed that the fixed spring constant km is unchanged (constant) according to temperature changes.

図5は、可変バネ定数kaと固定バネ定数kmとの関係の一例を示す。横軸は、温度を示す。縦軸は、バネ定数を示す。グラフG5aは、可変バネ定数kaを示し、グラフG5bは、固定バネ定数kmを示す。グラフG5a、G5bは、本実施形態のコア位置制御ユニット50の動作を説明するためのものであり、グラフG5a、G5bが示す傾向は例示である。 FIG. 5 shows an example of the relationship between the variable spring constant ka and the fixed spring constant km. The horizontal axis indicates temperature. The vertical axis indicates the spring constant. Graph G5a shows the variable spring constant ka and graph G5b shows the fixed spring constant km. Graphs G5a and G5b are for explaining the operation of the core position control unit 50 of the present embodiment, and the tendencies shown by the graphs G5a and G5b are examples.

可変バネ定数kaを示すグラフG5aは、温度が上昇するにしたがって、バネ定数の大きさが上昇することを示している。このような特性を有する可変バネ53として、例えば形状記憶合金を用いたバネが挙げられる。一方、固定バネ定数kmを示すグラフG5bは、温度によらず、バネ定数が一定であることを示している。このような特性を有する可変バネ53として、例えば一般的なバネ材料であるピアノ線、バネ用ステンレス鋼線などを用いたバネが挙げられる。 A graph G5a showing the variable spring constant ka shows that the magnitude of the spring constant increases as the temperature rises. As the variable spring 53 having such characteristics, for example, a spring using a shape memory alloy can be used. On the other hand, the graph G5b showing the fixed spring constant km indicates that the spring constant is constant regardless of the temperature. Examples of the variable spring 53 having such characteristics include springs using general spring materials such as piano wire and stainless steel wire for springs.

<室温時>
まず、室温T1に注目する。この室温時とは、モータ100が動作していない状態であるともいえる。図5のグラフG5a、G5bに示されるように、室温T1であるとき可変バネ定数ka1は、固定バネ定数km1よりも小さい。
<At room temperature>
First, attention is paid to the room temperature T1. It can be said that the room temperature is a state in which the motor 100 is not operating. As shown in the graphs G5a and G5b of FIG. 5, the variable spring constant ka1 is smaller than the fixed spring constant km1 at room temperature T1.

この状態では、図7(a)に図示するように、圧縮バネである可変バネ53は、自然長Laから変位xa1だけ縮んだ状態である。つまり、可変バネ53は、自然長Laから大きい変位xa1を生じている。一方、固定バネ54は、ほぼ自然長Lmの状態である。つまり、固定バネ54は、自然長Lmからの変位xm1はわずかであり、実質的な変位xm1はゼロとしてもよい。その結果、可変バネ53は、比較的大きい変位xa1と比較的小さい可変バネ定数ka1とに基づく可変付勢力Fa1を生じる。一方、固定バネ54は、比較的小さい変位xm1と可変バネ定数ka1よりも大きい固定バネ定数km1とにより固定付勢力Fm1を生じる。可変付勢力Fa1は、固定付勢力Fm1と釣り合っている。この状態では、フランジ56は、ハウジング2側に寄っているので、コア41からモータ軸101までの間隔は、所定の距離L1に保たれている。 In this state, as shown in FIG. 7A, the variable spring 53, which is a compression spring, is in a state of being compressed by a displacement xa1 from its natural length La. That is, the variable spring 53 produces a large displacement xa1 from its natural length La. On the other hand, the fixed spring 54 is in a state of substantially the natural length Lm. That is, the fixed spring 54 may have a slight displacement xm1 from the natural length Lm, and may have a substantial displacement xm1 of zero. As a result, the variable spring 53 produces a variable biasing force Fa1 based on a relatively large displacement xa1 and a relatively small variable spring constant ka1. On the other hand, the fixed spring 54 generates a fixed biasing force Fm1 due to a relatively small displacement xm1 and a fixed spring constant km1 larger than the variable spring constant ka1. The variable biasing force Fa1 is balanced with the fixed biasing force Fm1. In this state, since the flange 56 is closer to the housing 2 side, the distance from the core 41 to the motor shaft 101 is kept at the predetermined distance L1.

例えば、可変バネ53が変位xa1だけ縮んだとすると、この可変バネ53が発生する可変付勢力Fa1はフックの法則によれば、下記式により示される。
Fa1=ka1×xa1…(1)
この可変付勢力Fa1が固定バネ54に作用する。固定バネ54の変位xm1は、下記式により示される。
xm1=Fa1/km1=xa1×(ka1/km1)…(2)
上記式(2)において、ka1がkm1より極めて小さいとすれば(ka1<<km1)、ka1/km1はほぼ0となることがわかる。その結果、固定バネ54は実質的に伸縮せず、自然長Lmを維持する。つまり、コアユニット40からモータ軸101までの距離L1は初期状態から変化しない。そして、室温T1では、温度変化によるインダクタンスの変化はほぼ無視できる。したがって、コアユニット40の位置は元の位置を維持する必要がある。本実施形態のコア位置制御ユニット50は、その要件を満たすことができる。
For example, if the variable spring 53 is compressed by a displacement xa1, the variable biasing force Fa1 generated by the variable spring 53 is expressed by the following equation according to Hooke's law.
Fa1=ka1×xa1 (1)
This variable biasing force Fa1 acts on the fixed spring 54 . The displacement xm1 of the fixing spring 54 is represented by the following formula.
xm1=Fa1/km1=xa1×(ka1/km1) (2)
In the above equation (2), if ka1 is much smaller than km1 (ka1<<km1), it can be seen that ka1/km1 is almost zero. As a result, the fixed spring 54 does not substantially expand and contract, and maintains its natural length Lm. That is, the distance L1 from the core unit 40 to the motor shaft 101 does not change from the initial state. At the room temperature T1, changes in inductance due to temperature changes are almost negligible. Therefore, the original position of the core unit 40 should be maintained. The core position control unit 50 of this embodiment can meet that requirement.

<動作温度時>
次に、動作温度T2に注目する。この動作温度T2とは、モータ100が運転中であるときの状態であるといえる。図5のグラフG5bに示すように、動作温度T2は、室温T1よりも高い。動作温度T2であるとき、可変バネ定数ka2は、固定バネ定数km2よりも大きい。つまり、室温T1と動作温度T2との間で、可変バネ定数kaと固定バネ定数kmとの大小関係が逆転する温度が存在する。
<At operating temperature>
Next, attention is paid to the operating temperature T2. It can be said that this operating temperature T2 is the state when the motor 100 is in operation. As shown in graph G5b of FIG. 5, operating temperature T2 is higher than room temperature T1. At the operating temperature T2, the variable spring constant ka2 is greater than the fixed spring constant km2. That is, there exists a temperature between the room temperature T1 and the operating temperature T2 at which the magnitude relationship between the variable spring constant ka and the fixed spring constant km is reversed.

このような関係は、可変バネ定数kaの可変バネ温度係数(第1バネ温度係数)と、固定バネ定数kmの固定バネ温度係数(第2バネ温度係数)と、の関係によって定義してよい。これらのバネ温度係数は、バネ定数と温度との関係を示す。バネ定数と温度との関係は、図5のグラフG5aに示すように、一次関数であってもよいし、さらに高次の関数であってもよい。本実施形態では、バネ定数と温度との関係は、一次関数によって示すこととする。この場合には、バネ温度係数は、グラフG5a、G5bの傾きである。 Such a relationship may be defined by the relationship between the variable spring temperature coefficient (first spring temperature coefficient) of the variable spring constant ka and the fixed spring temperature coefficient (second spring temperature coefficient) of the fixed spring constant km. These spring temperature coefficients show the relationship between spring constant and temperature. The relationship between the spring constant and temperature may be a linear function or a higher-order function, as shown in the graph G5a of FIG. In this embodiment, the relationship between spring constant and temperature is represented by a linear function. In this case, the spring temperature coefficient is the slope of the graphs G5a and G5b.

上述したように固定バネ定数kmは、温度によらず一定であるとした。従って、固定バネ定数kmは、室温T1から動作温度T2に亘って略一定の値を維持する。この場合には、グラフG5bの傾きである固定バネ温度係数は、1である。一方、可変バネ定数kaは、温度の関数であるとした。そして、可変バネ53は、温度の上昇に伴って可変バネ定数kaが上昇する。この場合には、グラフG5aの傾きである可変バネ温度係数は、1より大きい正の値である。 As described above, the fixed spring constant km is assumed to be constant regardless of the temperature. Therefore, the fixed spring constant km maintains a substantially constant value from the room temperature T1 to the operating temperature T2. In this case, the fixed spring temperature coefficient, which is the slope of the graph G5b, is one. On the other hand, the variable spring constant ka was assumed to be a function of temperature. The variable spring 53 has a variable spring constant ka that increases as the temperature rises. In this case, the variable spring temperature coefficient, which is the slope of the graph G5a, is a positive value larger than one.

図6及び図7(b)に示すように、動作温度T2のとき、可変バネ53は、ほぼ自然長Laの状態である。つまり、可変バネ53は、自然長Laからわずかな変位xa2を生じている。一方、固定バネ54は、自然長Lmから変位xm2だけ縮んだ状態である。つまり、固定バネ54は、自然長Lmからの大きい変位xm2を生じている。その結果、可変バネ53は、比較的小さい変位xa2と比較的大きい可変バネ定数ka2とにより可変付勢力Fa2を生じる。一方、固定バネ54は、比較的大きい変位xm2と可変バネ定数ka2よりも小さい固定バネ定数km2とにより固定付勢力Fm2を生じる。可変付勢力Fa2は、固定付勢力Fm2と釣り合っている。この状態では、フランジ56は、モータ軸101側に寄っているので、コア41からモータ軸101までの間隔は、所定の距離L1よりも短い距離L2に保たれている。つまり、温度上昇に伴って、コアユニット40からモータ軸101までの距離が縮まる。 As shown in FIGS. 6 and 7B, at the operating temperature T2, the variable spring 53 has a substantially natural length La. That is, the variable spring 53 is slightly displaced xa2 from its natural length La. On the other hand, the fixed spring 54 is in a state of being compressed by a displacement xm2 from its natural length Lm. That is, the fixed spring 54 has a large displacement xm2 from its natural length Lm. As a result, the variable spring 53 generates a variable biasing force Fa2 with a relatively small displacement xa2 and a relatively large variable spring constant ka2. On the other hand, the fixed spring 54 generates a fixed biasing force Fm2 due to a relatively large displacement xm2 and a fixed spring constant km2 smaller than the variable spring constant ka2. Variable biasing force Fa2 is balanced with fixed biasing force Fm2. In this state, the flange 56 is closer to the motor shaft 101 side, so the distance from the core 41 to the motor shaft 101 is kept at a distance L2 shorter than the predetermined distance L1. That is, as the temperature rises, the distance from the core unit 40 to the motor shaft 101 decreases.

式(1)及び式(2)は、動作温度時において成立する。動作温度T2の時には、可変バネ53の可変バネ定数ka2が固定バネ定数km2よりも大きくなる。その結果、式(1)によれば、固定バネ54が縮む。このとき、互いに一体である軸体52とフランジ56はモータ軸101に近づく。変位センサ30のコアユニット40もモータ軸101に近づく。一般的には、温度の上昇により、コアユニット40の磁気特性が変化する。より詳細には、インダクタンスが減少する。コア位置制御ユニット50は、温度上昇時にモータ軸101とコアユニット40と間の間隔が短くなる。その結果、インダクタンスは増加する。すなわち、温度変化に起因するインダクタンスの変化を打ち消すことができる。 Equations (1) and (2) hold at the operating temperature. At the operating temperature T2, the variable spring constant ka2 of the variable spring 53 becomes larger than the fixed spring constant km2. As a result, according to equation (1), the fixing spring 54 contracts. At this time, the shaft body 52 and the flange 56 that are integral with each other come close to the motor shaft 101 . The core unit 40 of the displacement sensor 30 also approaches the motor shaft 101 . Generally, the magnetic properties of the core unit 40 change as the temperature rises. More specifically, inductance is reduced. The core position control unit 50 shortens the distance between the motor shaft 101 and the core unit 40 when the temperature rises. As a result, the inductance increases. That is, changes in inductance caused by temperature changes can be canceled out.

ところで、コア位置制御ユニット50による補正の対象は、コア41の温度変化に起因するインダクタンスの変化である。従って、コアユニット40の位置制御は、厳密には、コア41の温度に基づくことが望ましい。これに対して、本実施形態では、コアユニット40の位置制御は、温度を利用するものであるが、その温度は、可変バネ53の温度に基づいている。つまり、本実施形態では、可変バネ53の温度をコア41の温度とみなして、コアユニット40の位置制御を行う。例えば、コア41の温度変動幅は、可変バネ53の温度変動幅と等価であるとみなしてよい。従って、コア41の温度変化を直接的に利用することなしに、コア41の温度変化に起因するインダクタンスの変化を打ち消す制御を行うことができる。 By the way, the correction target by the core position control unit 50 is the change in the inductance caused by the temperature change of the core 41 . Therefore, strictly speaking, it is desirable that the position control of the core unit 40 is based on the temperature of the core 41 . On the other hand, in this embodiment, the position control of the core unit 40 utilizes the temperature, which is based on the temperature of the variable spring 53 . That is, in the present embodiment, the temperature of the variable spring 53 is regarded as the temperature of the core 41 and the position of the core unit 40 is controlled. For example, the temperature fluctuation width of the core 41 may be considered equivalent to the temperature fluctuation width of the variable spring 53 . Therefore, without directly using the temperature change of the core 41, control can be performed to cancel out the change in inductance caused by the temperature change of the core 41. FIG.

<作用効果>
モータ軸101の位置を得る変位センサ30は、磁性材料により形成されたコア41と、コア41に巻き回されるコイル42と、温度に基づいてモータ軸101に対してコア41を移動させることによって、モータ軸101からコア41までの距離を制御するコア位置制御ユニット50と、を備える。
<Effect>
A displacement sensor 30 for obtaining the position of the motor shaft 101 includes a core 41 made of a magnetic material, a coil 42 wound around the core 41, and moving the core 41 relative to the motor shaft 101 based on temperature. , and a core position control unit 50 that controls the distance from the motor shaft 101 to the core 41 .

例えば、図9に示す比較例の変位センサ300は、コイル342が巻き回されたコア341がハウジング302に対して固定されている。つまり、コア341は、モータ軸101に対して移動することができない。この構成では、コア341から出力される電圧には、コア341からモータ軸101までの距離に基づくインダクタンスの影響に加えて、コア341の温度が変化したときに生じるインダクタンスの影響が含まれてしまう。コア341の温度変化に起因するインダクタンスの影響は、ノイズ成分となる。 For example, in a displacement sensor 300 of a comparative example shown in FIG. 9, a core 341 around which a coil 342 is wound is fixed to a housing 302 . That is, core 341 cannot move with respect to motor shaft 101 . In this configuration, the voltage output from the core 341 includes the influence of the inductance that occurs when the temperature of the core 341 changes, in addition to the influence of the inductance based on the distance from the core 341 to the motor shaft 101. . The influence of the inductance caused by the temperature change of the core 341 becomes a noise component.

変位センサ30は、モータ軸101の位置の変化量を、コア41に生じるインダクタンスの変化量として得る。インダクタンスの変化は、コア41からモータ軸101までの距離の変化量に加えて、変位センサ30の温度変化に起因するインダクタンスの変化量を含むことがある。そこで、変位センサ30のコア位置制御ユニット50は、温度変化に起因するインダクタンスの変化を打ち消すように、コアユニット40からモータ軸101までの距離を調整する。従って、コアユニット40からモータ軸101までの距離の変化から、温度変化に起因する影響を排除することが可能になる。その結果、モータ軸101の位置の検出精度を高めることができる。 The displacement sensor 30 obtains the amount of change in the position of the motor shaft 101 as the amount of change in the inductance generated in the core 41 . The change in inductance may include the change in inductance caused by the temperature change of the displacement sensor 30 in addition to the change in the distance from the core 41 to the motor shaft 101 . Therefore, the core position control unit 50 of the displacement sensor 30 adjusts the distance from the core unit 40 to the motor shaft 101 so as to cancel the change in inductance caused by the temperature change. Therefore, it is possible to eliminate the influence due to the temperature change from the change in the distance from the core unit 40 to the motor shaft 101 . As a result, the detection accuracy of the position of the motor shaft 101 can be improved.

つまり、変位センサ30は、コアユニット40の温度変化によって磁気特性が変化した場合であっても、コア位置制御ユニット50によって磁気特性の変化を打ち消すように、コアユニット40が移動する。その結果、変位センサ30を備える磁気軸受1は、広い温度範囲において、安定した軸受機能を発揮することができる。 That is, even if the magnetic characteristics of the displacement sensor 30 change due to temperature changes of the core unit 40 , the core position control unit 50 moves the core unit 40 so as to cancel out the change in the magnetic characteristics. As a result, the magnetic bearing 1 including the displacement sensor 30 can exhibit stable bearing functions in a wide temperature range.

コア位置制御ユニット50は、温度の上昇に伴ってコアユニット40とモータ軸101との距離を縮小し、温度の低下に伴ってコアユニット40とモータ軸101との距離を拡大する。温度が上昇するとインダクタンスが減少する。そこで、インダクタンスの減少分を相殺するように、コアユニット40をモータ軸101に近づける。一方、温度が低下するとインダクタンスが増加する。そこで、インダクタンスの増加分を相殺するように、コアユニット40をモータ軸101から遠ざける。従って、温度の変化に起因するインダクタンス変動の影響を好適に排除することができる。 The core position control unit 50 reduces the distance between the core unit 40 and the motor shaft 101 as the temperature rises, and expands the distance between the core unit 40 and the motor shaft 101 as the temperature drops. Inductance decreases as temperature increases. Therefore, the core unit 40 is moved closer to the motor shaft 101 so as to offset the decrease in inductance. On the other hand, the inductance increases as the temperature decreases. Therefore, the core unit 40 is moved away from the motor shaft 101 so as to offset the increase in inductance. Therefore, it is possible to preferably eliminate the influence of inductance fluctuations caused by temperature changes.

コア位置制御ユニット50は、モータ軸101の径方向に沿った可変付勢力Faを生じる可変バネ53と、モータ軸101の径方向に沿った固定付勢力Fmを生じ、可変バネ53に対して直列に配置された固定バネ54と、を有する。可変バネ定数kaと可変バネ53の温度との関係を示す可変バネ温度係数は、固定バネ定数kmと固定バネ54の温度との関係を示す固定バネ温度係数と異なる。この構成によれば、温度が上昇するとコアユニット40をモータ軸101に近づけるような付勢力をコアユニット40に提供することができる。さらに、温度が低下するとコアユニット40をモータ軸101から遠ざけるような付勢力をコアユニット40に提供することができる。 The core position control unit 50 generates a variable spring 53 that generates a variable biasing force Fa along the radial direction of the motor shaft 101 and a fixed biasing force Fm along the radial direction of the motor shaft 101 . and a fixed spring 54 positioned at the . The variable spring temperature coefficient indicating the relationship between the variable spring constant ka and the temperature of the variable spring 53 is different from the fixed spring temperature coefficient indicating the relationship between the fixed spring constant km and the temperature of the fixed spring 54 . According to this configuration, it is possible to provide the core unit 40 with an urging force that brings the core unit 40 closer to the motor shaft 101 when the temperature rises. Further, it is possible to provide the core unit 40 with a biasing force that moves the core unit 40 away from the motor shaft 101 when the temperature drops.

変位センサ30は、モータ軸101を囲むように配置されるハウジング2をさらに備える。可変バネ53は、コアユニット40と固定バネ54との間に配置されている。固定バネ54は、可変バネ53とハウジング2との間に配置されている。この構成によれば、簡易な構成によって、温度に応じてコアユニット40の位置を制御する付勢力を生じさせることができる。 Displacement sensor 30 further includes a housing 2 arranged to surround motor shaft 101 . The variable spring 53 is arranged between the core unit 40 and the fixed spring 54 . The fixed spring 54 is arranged between the variable spring 53 and the housing 2 . According to this configuration, it is possible to generate an urging force for controlling the position of the core unit 40 according to the temperature with a simple configuration.

可変バネ温度係数は、固定バネ温度係数よりも小さい。この構成によれば、温度が上昇するとコアユニット40をモータ軸101に近づけるような付勢力をコアユニット40に提供することができる。また、温度が低下するとコアユニット40をモータ軸101から遠ざけるような付勢力をコアユニット40に提供することができる。 The variable spring temperature coefficient is less than the fixed spring temperature coefficient. According to this configuration, it is possible to provide the core unit 40 with an urging force that brings the core unit 40 closer to the motor shaft 101 when the temperature rises. In addition, it is possible to provide the core unit 40 with an urging force that moves the core unit 40 away from the motor shaft 101 when the temperature drops.

<変形例>
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
<Modification>
The present invention has been described in detail based on its embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications are possible for the present invention without departing from the gist thereof.

コア位置制御ユニット50の動作においては、室温時の可変バネ定数kaが固定バネ定数kmより小さく、動作温度時の固定バネ定数kmが固定バネ定数kmより大きければよい。従って、このような関係が実現できるバネ定数の温度特性であれば特に制限はない。 In the operation of the core position control unit 50, the variable spring constant ka at room temperature should be smaller than the fixed spring constant km, and the fixed spring constant km at the operating temperature should be larger than the fixed spring constant km. Therefore, there is no particular limitation as long as the temperature characteristic of the spring constant can realize such a relationship.

例えば、図8(a)のグラフG8aに示す第1バネの第1可変バネ定数kaは、符号が正であって所定値の傾きを示す。グラフG8bに示す第2バネの第2可変バネ定数kmも、符号が正であって所定値の傾きを示す。この場合において、第1可変バネ温度係数は、第2バネ温度係数よりも大きい。このような温度特性であっても、室温T1のときに第1可変バネ定数ka1が第2バネ定数km1より小さく、動作温度T2のときに第1可変バネ定数ka2が第2可変バネ定数km2より大きいという条件が満たされている。 For example, the first variable spring constant ka of the first spring shown in the graph G8a of FIG. 8A has a positive sign and a slope of a predetermined value. The second variable spring constant km of the second spring shown in graph G8b also has a positive sign and a slope of a predetermined value. In this case, the first variable spring temperature coefficient is greater than the second spring temperature coefficient. Even with such temperature characteristics, the first variable spring constant ka1 is smaller than the second spring constant km1 at the room temperature T1, and the first variable spring constant ka2 is smaller than the second variable spring constant km2 at the operating temperature T2. The condition of being large is satisfied.

例えば、図8(b)のグラフG8cに示す第1バネの第1可変バネ温度係数は、符号が正であって所定値の傾きを示す。また、グラフG8dに示す第2バネの第2可変バネ温度係数は、符号が負であって所定値の傾きを示す。このような温度特性であっても、室温T1のときに第1可変バネ定数ka1が第2バネ定数km1より小さく、動作温度T2のときに第1可変バネ定数ka2が第2可変バネ定数km2より大きいという条件が満たされている。 For example, the first variable spring temperature coefficient of the first spring shown in graph G8c of FIG. 8B has a positive sign and a slope of a predetermined value. The second variable spring temperature coefficient of the second spring shown in graph G8d has a negative sign and a slope of a predetermined value. Even with such temperature characteristics, the first variable spring constant ka1 is smaller than the second spring constant km1 at the room temperature T1, and the first variable spring constant ka2 is smaller than the second variable spring constant km2 at the operating temperature T2. The condition of being large is satisfied.

1 磁気軸受
2 ハウジング
10 コントローラ
11A,11B 差動アンプ
12A,12B PID制御器
13A,13B パワーアンプ
20,20A,20B アクチュエータ
30,30A,30B,30C,30D 変位センサ(軸受用変位センサ)
40 コアユニット
41 コア
41b コイル巻付部
42 コイル
43 巻線部
50 コア位置制御ユニット(コア位置制御部)
51 ケース
52 軸体
53 可変バネ(第1バネ)
54 固定バネ(第2バネ)
56 フランジ
100 モータ
101 モータ軸
102 回転子
103 固定子
104 玉軸受
200 回転機械
1 magnetic bearing 2 housing 10 controller 11A, 11B differential amplifier 12A, 12B PID controller 13A, 13B power amplifier 20, 20A, 20B actuator 30, 30A, 30B, 30C, 30D displacement sensor (displacement sensor for bearing)
40 core unit 41 core 41b coil winding section 42 coil 43 winding section 50 core position control unit (core position control section)
51 case 52 shaft 53 variable spring (first spring)
54 fixed spring (second spring)
56 flange 100 motor 101 motor shaft 102 rotor 103 stator 104 ball bearing 200 rotary machine

Claims (5)

回転軸の位置を得る軸受用変位センサであって、
磁性材料により形成されたコアと、
前記コアに巻き回されるコイルと、
温度に基づいて前記回転軸に対して前記コアを移動させることによって、前記回転軸から前記コアまでの距離を制御するコア位置制御部と、を備える、軸受用変位センサ。
A bearing displacement sensor for obtaining the position of a rotating shaft,
a core made of a magnetic material;
a coil wound around the core;
A displacement sensor for bearings, comprising: a core position control section that controls a distance from the rotating shaft to the core by moving the core with respect to the rotating shaft based on temperature.
前記コア位置制御部は、
前記温度の上昇に伴って前記コアから前記回転軸までの距離を縮小し、
前記温度の低下に伴って前記コアから前記回転軸までの距離を拡大する、請求項1に記載の軸受用変位センサ。
The core position control unit is
reducing the distance from the core to the rotating shaft as the temperature rises;
2. The displacement sensor for a bearing according to claim 1, wherein the distance from said core to said rotating shaft is increased as said temperature decreases.
前記コア位置制御部は、
前記回転軸の径方向に沿った第1付勢力を生じる第1バネと、
前記回転軸の径方向に沿った第2付勢力を生じ、前記第1バネに対して直列に配置された第2バネと、を有し、
第1バネのバネ定数と温度との関係を示す第1バネ温度係数は、前記第2バネのバネ定数と温度との関係を示す第2バネ温度係数と異なる、請求項1又は2に記載の軸受用変位センサ。
The core position control unit is
a first spring that produces a first biasing force along the radial direction of the rotating shaft;
a second spring that generates a second biasing force along the radial direction of the rotating shaft and is arranged in series with the first spring;
3. The method according to claim 1, wherein a first spring temperature coefficient indicating the relationship between the spring constant and temperature of the first spring is different from a second spring temperature coefficient indicating the relationship between the spring constant and temperature of the second spring. Displacement sensor for bearings.
前記回転軸を囲むように配置されるハウジングをさらに備え、
前記第1バネは、前記コアと前記第2バネとの間に配置されており、
前記第2バネは、前記第1バネとハウジングとの間に配置されている、請求項3に記載の軸受用変位センサ。
further comprising a housing arranged to surround the rotating shaft;
The first spring is arranged between the core and the second spring,
4. The bearing displacement sensor according to claim 3, wherein the second spring is arranged between the first spring and the housing.
前記第1バネ温度係数は、前記第2バネ温度係数よりも小さい、請求項3又は4に記載の軸受用変位センサ。
5. The bearing displacement sensor according to claim 3, wherein said first spring temperature coefficient is smaller than said second spring temperature coefficient.
JP2020059923A 2020-03-30 2020-03-30 Displacement sensor for bearing Active JP7327243B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020059923A JP7327243B2 (en) 2020-03-30 2020-03-30 Displacement sensor for bearing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020059923A JP7327243B2 (en) 2020-03-30 2020-03-30 Displacement sensor for bearing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021156417A JP2021156417A (en) 2021-10-07
JP7327243B2 true JP7327243B2 (en) 2023-08-16

Family

ID=77917726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020059923A Active JP7327243B2 (en) 2020-03-30 2020-03-30 Displacement sensor for bearing

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7327243B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002242931A (en) 2001-02-14 2002-08-28 Nsk Ltd Magnetic bearing apparatus
US20120175985A1 (en) 2011-01-06 2012-07-12 Post Richard F Passive magnetic bearing system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002242931A (en) 2001-02-14 2002-08-28 Nsk Ltd Magnetic bearing apparatus
US20120175985A1 (en) 2011-01-06 2012-07-12 Post Richard F Passive magnetic bearing system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021156417A (en) 2021-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5289318A (en) Optical apparatus provided with a driving unit for moving a lens
US5783885A (en) Self-adjusting magnetic bearing systems
EP1369854A2 (en) Objective lens drive apparatus, optical pickup device, and optical disk drive
JP6010312B2 (en) Vertical actuator with gravity compensation
JPH1169717A (en) Brushless dc motor
JP7327243B2 (en) Displacement sensor for bearing
CN110301018B (en) Reluctance actuator
US11137026B2 (en) Control device for magnetic bearing and control method
US20120268055A1 (en) Drive device
JP4994047B2 (en) Magnetic bearing device
JPH0642531A (en) Magnetic bearing device and control thereof
KR101314497B1 (en) pre-load device for spindle bearing
JP2009189077A (en) Drive device, and method of controlling the same
CN116507959A (en) Electromagnetic actuator
JP7477722B2 (en) Adjustment device, adjustment system, and computer program
KR101133257B1 (en) Air foil-Electromagnetic Hybrid Bearing
JP5201713B2 (en) Magnetic bearing device
KR100284767B1 (en) Actuator for Magnetic Bearings
EP1475791A2 (en) Optical pickup lens driving apparatus
KR20120066875A (en) Pre-load device for spindle bearing using active magnetic actuator
JP3495392B2 (en) Objective lens drive
KIMURA et al. Reduction in rolling tilt of objective lens actuators for optical disc drives
JP2002319166A (en) Objective lens driving mechanism for optical disk device
JP2713827B2 (en) Objective lens drive
JP4659276B2 (en) Optical deflection scanning device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221108

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230630

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230704

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230717

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7327243

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151