JPH02107814A

JPH02107814A - 磁気軸受装置

Info

Publication number: JPH02107814A
Application number: JP26017988A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ishida; 石田　精
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1990-04-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は回転体を非接触で支持する磁気軸受装置に関し
、とくに高速回転時の安定化に関するものである。

［従来の技術］回転体を両端付近で磁気軸受により支持する場合、第２
図（ａ）に示す回転体ｌの曲げ１次固有振動モード（以
下、１次モードという）Ｋの節ｐの軸方向位置の外側ま
たは内側に、第２図（ｂ）に示すように電磁石２Ｌ、２
Ｒおよび変位センサー３Ｌ、３Ｒを振り分けて配置し、
制御器４Ｌ。

４Ｒにより変位センサー３Ｌ、３Ｒで得られた信号を電
磁石２Ｌ、２Ｒにそれぞれフィードバックして回転体ｌ
の電磁石２からの位置を制御している（例えば特開昭６
３−２３０２４号公報）。この磁気軸受制御系をブロッ
ク図で示したのが第６図である。ここで、５は減算器、
６は補償器、Ｘ。

は変位指令値、Ｘは変位、ΔＸは変位偏差、Ｘ、は変位
検出値、■は電流、Ｆは力である。

第６図における回転体ｌの伝達特性Ｇ、はＧｆｆｉ＝　
Ｘ／Ｆ　＝　Ｘ／Ｆ　−１／Ｓ’である。イナータンス
Ｘ／ＦのゲインＧは第８図に示すボード線図となる。こ
こで、Ｇはゲイン、Φは位相、ＴＭは電磁石２の時定数
、Ｔ、、　　ｔは制御器４の時定数、Ｓはラプラス演算
子である。ゲインＧは回転体１の固有振動数ｆ、（曲げ
１次モードの固有振動数）にピークをもち、この左側に
谷ｆ２をもつ。ｆｌは共振点、ｆ２は反共振点と言われ
ている。したがって、第６図の制御ループの開ループ伝
達関数は第９図に示すようになる。第９図から共振点ｆ
、の共振ピークＡおよびＢに着目すれば不安定であるこ
とが分かる。なお、この理由は本出願人の特許出願（特
願昭６３−２１９４５６号）からも明らかである。

この周波数域の安定性を確保するためには、第７図に示
すように、補償器６の前段に、第１０図に示すような特
性をもつノツチフィルタを制御器４に持たせる方法があ
る。これによって第７図に示す制御ループの開ループ伝
達関数は第１１図に示すようになり、第９図に示した共
振ピークＡ。

Ｂのところの周波数域が安定化されている。

［発明が解決しようとする課題］ところが、回転体ｌが高速回転するとジャイロ作用によ
って１次モードの固有振動数が前回り成分と後ろ回り成
分とに分かれて変化する。すなわち、前回り成分は回転
数が上昇するにつれて固有振動数が増加し、後回り成分
は減少することが広く知られている。

そこで、定格回転数において回転体ｌのイナータンス５
Ｃ／Ｆは第１２図に示すように、共振点ｆ１より低周波
側のジャイロ作用によって生ずる固有振動数ｆ−１と、
共振点ｆ１より高周波側のジャイロ作用によって生ずる
固有振動数ｆｔとにピークを持っている。第７図に示す
制御ループの開ループ伝達特性は第１３図のようになり
、ピークＣおよびＤの所から分かるように不安定系とな
る。すなわち、従来の磁気軸受は１次モードの周波数に
中心周波数をもつノツチフィルタを用いて安定化してい
たが、高速回転させるとジャイロ作用によって不安定に
なるという問題があった。

本発明は上記回転体が高速回転時に不安定になる欠点を
解消するものである。

［課題を解決するための手段］共振点ｆ１の低周波側と高周波側に中心周波数をもつ二
つのノツチフィルタを制御ループに用いることによって
高速回転中でも安定化を保つように構成したものである
。

［作用］上記のように１次モードの固有振動数にたいして二つの
ノツチフィルタを用いるので、高速回転時の磁気軸受制
御ループの安定化を損なうことなく、共振点の低周波側
と高周波側の両方に出る共振ピークを吸収して、安定性
を保持して高速回転させることができるのである。

［実施例］以下、本発明を図に示す実施例について説明する。なお
、従来例と共通する要素については同一符号を付し、説
明は省略する。

本発明は、先に説明した第２図に示したものと同様の構
成を備え、第１図は本発明の方法を示す制御ループのブ
ロック図であり、従来技術で説明した第７図の制御ルー
プのノツチフィルタ７の代りに共振点ｆ１の低周波側と
高周波側に中心周波数をもつ二つのノツチフィルタ７１
および７２を減算器５と補償器６の間に設けである。

第３図はノツチフィルタ７１．７２の伝達特性を合成し
た特性を示すものであり、第４図は回転体ｌが定格回転
数で回転しているときの開ループ伝達特性を示し、第５
図は回転体ｌの回転停止中の開ループ伝達特性を示すも
のである。

定格回転数で回転しているとき、１次モードの固有振動
数は、後ろ回りが振動数ｆｉ１前回りが振動数ｆ１とな
るのでノツチフィルタ７１．７２の作用によって第１図
に示す制御ループの開ループ伝達特性は第４図に示すよ
うにゲインＧのピークがＯｄＢより下の方しか現われず
、明らかに安定系であることかわかる。

これにたいし、回転停止中は、１次モードの固有振動数
はｆ、になり、ノツチフィルタ７１．７２を除いた残り
の制御ループの開ループ伝達特性は第６図に示した制御
ループと同じで、第９図に示すようになる。したがって
、ノツチフィルタ７１゜７２の伝達特性を合成した第３
図と第９図を合成すると回転体ｌの回転停止中の伝達特
性が第５図に示すように得られる。

ここで、１次モードの固有振動数ｆ、では、イナータン
スはピークをもつが、ノツチフィルタ７１７２の中心周
波数に挟まれているので、これらの働きで固有振動数ｆ
１の周波数でのゲインが下がり、第５図ではＯｄＢを下
回るようにすることができる。

したがって、定格回転数で回転中の伝達特性を示す第４
図はど十分に安定ではないが、実用上差し支えない程度
に安定化される。

このように、定格回転数の１次モードの固有振動数ｆ；
Ｓｆ＋１に中心周波数をもつノツチフィルタを用いるこ
とにより、回転停止中も定格回転中も安定浮上させるこ
とができる。

以上、固有振動数ｆ−１とｆ；が定格回転数では固有振
動数ｆ、から少ししか離れていない例で説明したが、ジ
ャイロ作用が大きい場合、すなわち回転体が円盤のよう
に直径が相対的に大きい場合は、固有振動数ｆ−１とｆ
；が固有振動数ｆ、から離れていく比率が大きい。この
ような場合は、固有振動数ｆ１とｆ；とｆｌとに中心周
波数をもつ３つのノツチフィルタを設けるか、固有振動
数ｆ−１とｆ；の間を等分割して中心周波数を配置した
多重のノツチフィルタを設けてもよい。

２次以上の曲げモードにたいしても多重のノツチフィル
タを設けることにより効果を発揮することができる。

また、電磁石と変位センサの配置は節ｐに対して任意の
位置で構わない。これは本出願人の特許出願（特願昭６
３−２１９４５６号）からも明らかである。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明によれば、磁気
軸受により非接触で支持された回転体が高速回転し、ジ
ャイロ作用により１次モードの周波数が変化しても磁気
軸受が不安定にならないので、回転体の高速回転を高い
実用性をもって極めて安定した状態を維持させる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御ループを示すブロック図、第２図
は本発明の一実施例としての配置図、第３図、第４図、
第５図はボード線図、第６図、第７図は従来例のブロッ
ク図、第８図、第９図、第１０図、第１１図、第１２図
、第１３図は従来例のボード線図である。ｌ・・・回転体、２Ｌ、２Ｒ・・・電磁石、３Ｌ、３Ｒ
・・・変位センサ　４Ｌ、４Ｒ・・・制御器、７１．　
７２・・・ノツチフィルタ第１図第２区特許出願人　株式会社　安川電機製作所第３図第４図第６図第５図ｆ２を第８図第９図第１０図第１１図第１２図第１３図ず、ｆ

Claims

【特許請求の範囲】１、回転体の両端付近を電磁石と変位センサと制御器と
を構成要素とする磁気軸受により支持する磁気軸受装置
において、複数のノッチフィルタを直列接続させて制御
器内の減算器と補償器との間に設けたことを特徴とする
磁気軸受装置。２、前記ノッチフィルタが回転体の定格回転数における
後ろ回りの固有振動数ｆ＾−＿１と前回りの固有振動数
ｆ＾＋＿１に中心周波数をもつ二つのノッチフィルタで
ある請求項１記載の磁気軸受装置。３、前記ノッチフィルタが固有振動数ｆ＾−＿１とｆ＾
＋＿１との間に分布する中心周波数をもつ３つ以上のノ
ッチフィルタである請求項１記載の磁気軸受装置。４、２次以上の曲げモードに対して多重フィルタを設け
た請求項１記載の磁気軸受装置。