JPH0155803B2 - - Google Patents

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JPH0155803B2
JPH0155803B2 JP3194684A JP3194684A JPH0155803B2 JP H0155803 B2 JPH0155803 B2 JP H0155803B2 JP 3194684 A JP3194684 A JP 3194684A JP 3194684 A JP3194684 A JP 3194684A JP H0155803 B2 JPH0155803 B2 JP H0155803B2
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JP
Japan
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windings
electromagnets
winding
sensors
sensor
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JP3194684A
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JPS60175823A (ja
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Masaharu Miki
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Seiko Seiki KK
Original Assignee
Seiko Seiki KK
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0459Details of the magnetic circuit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、回転軸の2つの軸受部周縁に、
90゜間隔で軸受用の電磁石を配置し、かつ各電磁
石の近傍に回転軸の径方向変位を検出するセンサ
を配置し、センサの検出出力に応じて電磁石を励
磁制御することにより回転軸を軸心位置に保持す
る磁気軸受に関する。
《従来技術》 この種の磁気軸受としては、例えば第1図に示
すものが知られている。同図において、ハウジン
グ1は中空円筒状のもので、その両開口端には蓋
2,3が固定されている。蓋2の中央孔および蓋
3の中央凹部には保護用のベアリング4,5が設
けられ、これらベアリング4,5はハウジング1
の軸心位置に配置されたロータ6の両端側周面に
摺接している。ロータ6は一端が蓋2の中央孔か
ら出力軸として外部に取り出されるようになつて
いる。
そして、ハウジング1の内周には、両端開口側
にロータ6の軸受となる電磁石7,8が、内奥の
中間部にロータ6を回転駆動する電磁石9がそれ
ぞれ設けられている。また、ハウジング1の内奥
の電磁石8の近傍および電磁石7近傍の蓋2には
センサ10,11が設けられている。
電磁石9は、高周波電流で励磁されてロータ6
を回転駆動する高周波モータを構成している。
また、電磁石7,8およびセンサ10,11
は、第2図に示すように、ハウジング1の内周を
4等分割する位置に配置されている。すなわち、
ロータ6の両軸受部における支持点である軸心に
直交する座標軸X1,Y1およびX2,Y2の前記軸心
を中心とする座標位置X11,X12,Y11,Y12およ
びX21,X22,Y21,Y22に、ロータ6の外周から
適宜間隔離間して、電磁石A1,A2,A3,A4およ
びセンサB1,B2,B3,B4がそれぞれ配置されて
いる。
センサ10,11は対向するもの同士B1,B2
B3,B4がそれぞれ組をなして、ロータ6の径方
向変位をインダクタンスの変化を利用して検出す
るものである。つまり、ロータ6が軸心位置から
径方向に平行移動変位(これを以下並進変位とい
う)をし、また回転駆動点を中心に径方向に回転
変位したとき、各センサの磁極面とロータ6の周
面との間〓の変化に従つて磁気回路の磁気抵抗が
変化し、この磁気抵抗の変化に対応したインダク
タンスの変化が各センサの検出出力として図示し
ない制御回路に与えられる。
制御回路は、各センサの検出出力に基づいて、
後述するような演算処理をし、電磁石7,8に所
定の励磁電流を供給する。
電磁石7,8は、対向するもの同士A1,A2
A3,A4がそれぞれ組をなして、制御回路により
励磁制御され、ロータ6を軸心位置に回転自在に
保持する磁気軸受を構成している。
次に、この発明が対象とする回転軸の径方向変
位の制御動作について説明する。第3図は、ロー
タ6の両軸受部におけるX1,X11,X12方向およ
びX2,X21,X22方向でのセンサの検出態様を示
す。なお、電磁石については図示省略した。
第3図において、ロータ6は軸心位置Zから距
離x1だけ並進変位し、かつこの並進変位した状態
からさらに距離x2だけ回転変位したとする。この
ときの各センサの巻線に生ずるインダクタンス変
化はX11がL1,X12がL2,X21がL3およびX22がL4
であつたとする。すると、制御回路では、これら
のインダクタンス変化を受けて、並進変位距離
X1と回転変位距離x2とに対応した制御量を求め、
次いで対応する電磁石を励磁制御する励磁電流を
求めるのである。
まず、並進変位距離X1と回転変位距離x2に対
応した制御量は次のようにして求められる。最初
に、各組X11,X12,X21,X22のセンサのインダ
クタンス変化値L1,L2,L2,L3の差をそれぞれ
求める。インダクタンス変化値L1,L2の差から
はx1+x2に比例した信号Saが求められ、またイ
ンダクタンス変化値L3,L4の差からはx1−x2
比例した信号Sbが求められる。
次に、信号Saと信号Sbの和と差を求める演算
を行ない、並進変位距離x1に比例した信号S1(Sa
+Sbに対応する)と回転変位距離x2に比例した
信号S2(Sa−Sbに対応する)を求める。
次いで、信号S1と信号S2から電磁石の励磁電流
を求める。まず、信号S1,S2に対し、適宜な位相
補償やゲイン補償を行ない、S1φ1,S2φ2なる信
号を得る。そして、信号S1φ1とS2φ2の和を求め、
これに比例した電流をX11,X12の電磁石に対す
る励磁電流とする。また信号S1φ1と信号S2φ2
差を求め、これに比例した電流をX21,X22の電
磁石に対する励磁電流とするのである。勿論、和
信号S1φ1+S2φ2や差信号S1φ1−S2φ2の極性に応
じて、X11,X12の電磁石の何れを励磁するか、
あるいはX21,X22の電磁石の何れを励磁するか
が区別される。
なお、以上の動作はY方向についても同様に行
なわれる。その結果、X11,X12,Y11,Y12およ
びX21,X22,Y21,Y22の組の各電磁石はそれぞ
れ対をなしてロータ6を軸心位置に保持する磁気
軸受となるのである。
このように、従来の磁気軸受では、制御回路に
おいて、センサの出力に基づいて各種の和と差を
求める演算処理を繰り返すことによつて、所定の
励磁電流を得るように構成されていた。そのため
に、制御回路の回路構成が複雑化し、部品点数の
増大を招き、信頼性の確保の点で問題があつた。
《発明の目的》 この発明は、制御回路の構成の単純化を図り、
信頼性の向上を図ることを目的とする。
《発明の構成》 上記目的を達成するために、この発明は、各座
標位置X11,X12,Y11,Y12およびX21,X22
Y21,Y22に配置される軸受用の電磁石および径
方向変位を検出するセンサは、さらに2分割して
第1、第2の電磁石および第1,第2のセンサを
構成し、前記第1の電磁石および第1のセンサ
は、X11,X22,X12,X21,Y11,Y22,Y12,Y21
のの各組のリード線をそれぞれ接続し、前記第2
の電磁石および第2のセンサは、X11,X21
X12,X22,Y11,Y21,Y12,Y22の各組のリード
線をそれぞれ接続したことを特徴とする。
《実施例の説明》 第4図は、この発明の一実施例に係る磁気軸受
の要部を示す。
この磁気軸受は、ロータ6の両軸受部における
各座標位置X11,X12,Y11,Y12およびX21,X22
Y21,Y22に、2つの電磁石41および42と2
つのセンサ43および44をそれぞれ配置するよ
うにしたものである。
2つの電磁石41,42は、同一の磁極45に
2つの巻線46,47を巻回したものからなる。
2つのセンサ43,44は、同一の磁極48に
2つの巻線49,50を巻回したものからなる。
そして、各電磁石および各センサの接続態様は
第5図および第6図に示すようになつている。第
5図および第6図はX方向における接続態様を示
すもので、Y方向は同様であるので図示省略し
た。
第5図は電磁石の接続態様を示す。図におい
て、X11側の巻線47aはX21側の巻線47bに
接続し、X12側の巻線47aはX22側の巻線47
bに接続し、X11,X21側の巻線47a,47b
およびX12,X22側の巻線47a,47bは対を
なして並進制御用の巻線として作用するようにな
つている。そして、X11側の巻線46aはX22
の巻線46bに接続し、X12側の巻線46aは
X21側の巻線46bに接続し、X11,X22側の巻線
46a,46bおよびX12,X21側の巻線46a,
46bは対をなして回転制御用の巻線として作用
するようになつている。
また、第6図はセンサの接続態様を示す。図に
おいて、X11側の巻線50aはX21側の巻線50
bに接続し、X12側の巻線50aはX22側の巻線
50bに接続し、X11,X21側の巻線50a,5
0bおよびX12,X22側の巻線50a,50bは
対をなして並進変位検出用巻線として作用するよ
うになつている。そして、X11側の巻線49aは
X22側の巻線49bに接続し、X12側の巻線49
aはX21側の巻線49bに接続し、X11,X22側の
巻線49a,49bおよびX12,X21側の巻線4
9a,49bは対をなして回転変位検出用の巻線
として作用するようになつている。
次に、第5図および第6図に従つて動作を説明
する。なお、第3図と同様に、x1は並進変位距
離、x2は回転変位距離である。
第6図において、X11,X21側の巻線50a,
50bに生ずる合成インダクタンス変化値をLa,
X12,X22側の巻線50a,50bに生ずる合成
インダクタンス変化値をLb,X11,X22側の巻線
49a,49bに生ずる合成インダクタンス変化
値をLcおよびX12,X21側の巻線49a,49b
に生ずる合成インダクタンス変化値Ldとする。
これらの合成インダクタンス変化値La,Lb,Lc
およびLdがそれぞれ制御回路に出力される。
ここで注目すべきことは、インダクタンス変化
値La,LbおよびLc,LdはそれぞれLa:X1
Lb:−X1,Lc:X2,Ld:−X2に対応したもの
であるということである。
従つて、制御回路では、LaとLbの差を求める
ことによつて、直ちに並進変位距離x1に比例した
信号S1が求められる。これにより、X11,X21
X12,X22側の巻線50a,50bは並進変位検
出用の巻線として作用していることになる。ま
た、LcとLdの差を求めることにより、直ちに回
転変位距離x2に比例した信号S2を求めることがで
きる。これにより、X11,X22,X12,X21側の巻
線49a,49bは回転変位検出用の巻線として
作用していることになる。
つまり、このような構成としたので、並進変位
距離x1や回転変位距離x2に比例した信号S1,S2
求めるために、従来必要であつた演算回路が大幅
に削減されるのである。
以後は、従来と同様に、信号S1,S2に対し適宜
な位相補償、ゲイン補償を行ない、信号S1φ1
S2φ2を得るのである。
そして、第5図において、X11,X21,X12
X22側の巻線47a,47bに信号S1φ1を与え、
ロータ6の並進変位を制御する。これにより、巻
線47a,47bは並進制御用の巻線として作用
していることになる。そして、X11,X22,X12
X21の巻線46a,46bに信号S2φ2を与え、ロ
ータ6の回転変位を制御する。これにより、この
巻線46a,46bは回転変位制御用の巻線とし
て作用していることになる。
つまり、電磁石もセンサと同様な構成としたの
で、信号S1φ1,S2φ2の和と差を求めるような従
来の演算回路が省略できるのである。
なお、上述した実施例では、電磁石およびセン
サは、同一の磁極に巻回した2つの巻線でもつて
構成したが、この発明はこれに限定されるもので
はなく、互いに独立した2つの電磁石および2つ
のセンサでもつて構成しても良い。
また、センサは、インダクタンス変化を利用し
たものを用いたが、例えば静電容量型の近接スイ
ツチを用いても同様の効果が得られることは勿論
である。
《発明の効果》 この発明は、以上のように構成したので、セン
サの出力から並進変位に比例した信号S1と回転変
位に比例した信号S2を直ちに求めることができ、
かつ信号S1,S2に対し適宜な位相補償、ゲイン補
償を行なうだけで済むので、制御回路は大幅に単
純化することができ、信頼性の向上を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の軸受の構造を示す断面図、第2
図は従来の電磁石およびセンサの配置態様を示す
概念図、第3図は従来装置の作用を説明する概略
図、第4図はこの発明の一実施例に係る磁気軸受
を示す要部概念図、第5図は電磁石の接続態様を
示すとともに、作用を説明する概略図、第6図は
センサの接続態様を示すとともに、作用を説明す
る概略図である。 6……ロータ、41,42……第1、第2の電
磁石、43,44……第1、第2のセンサ、4
5,45a,45b……磁極、46,46a,4
6b,47,47a,47b……電磁石の巻線、
48……磁極、49,49a,49b,50,5
0a,50b……センサの巻線、x1……並進変位
距離、x2……回転変位距離、Z……軸心位置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 回転軸を2点で支持する磁気軸受であつて、
    この磁気軸受の各支持点である軸心に直交する各
    座標軸X1,Y1およびX2,Y2の前記軸心を中心と
    する座標位置X11,X12,Y11,Y12およびX21
    X22,Y21,Y22に、軸受用の電磁石および回転軸
    の径方向変位を検出するためのセンサを対向配置
    してなり、かつ各座標位置に配置される電磁石お
    よびセンサをさらに2分割してそれぞれ2つの独
    立した第1、第2の電磁石およびセンサを設け、
    前記第1の電磁石および第1のセンサは、各支持
    点間でたすきがけとなるように、X11,X22
    X12,X21,Y11,Y22,Y12,Y21の各組のリード
    線をそれぞれ接続し、 前記第2の電磁石および第2のセンサは、各支
    持点間で平行がけとなるように、X11,X21
    X12,X22,Y11,Y21,Y12,Y22の各組のリード
    線をそれぞれ接続したことを特徴とする磁気軸
    受。 2 前記第1、第2の電磁石および第1、第2の
    センサは、それぞれ同一磁極に巻回した2つの巻
    線でもつて構成され、かつこの2つの巻線の電流
    を増加したときに磁束が加算され増加するように
    同一磁極に上記2つの巻線が巻回されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の磁気軸
    受。
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