JPH0316531B2 - - Google Patents

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JPH0316531B2
JPH0316531B2 JP58025807A JP2580783A JPH0316531B2 JP H0316531 B2 JPH0316531 B2 JP H0316531B2 JP 58025807 A JP58025807 A JP 58025807A JP 2580783 A JP2580783 A JP 2580783A JP H0316531 B2 JPH0316531 B2 JP H0316531B2
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JP
Japan
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displacement
coefficient
rotating shaft
electromagnet
output
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JP58025807A
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English (en)
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JPS59151619A (ja
Inventor
Kyoshi Ishida
Yoshinori Kamya
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2580783A priority Critical patent/JPS59151619A/ja
Publication of JPS59151619A publication Critical patent/JPS59151619A/ja
Publication of JPH0316531B2 publication Critical patent/JPH0316531B2/ja
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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
    • F16C32/0444Details 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

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は磁気軸受において、不平衡質量を有す
る回転体を支持する場合の振動を防止するように
した制御装置に関るものである。
[従来の技術] 従来の磁気軸受装置とその制御装置は第1図お
よび第2図に示すように、回転軸1を支承する各
支持点にそれぞれ回転軸外周面を囲んで磁極面を
前記外周面に所定の空隙で対向させた複数個たと
えば2対の電磁石2a,2b,2c,2dを設
け、その1対の電磁石2a,2bを回転軸心に直
角なX軸上に対称的に配置し、他の1対の電磁石
2c,2dを前記X軸と90゜異なるY軸上に同様
に配置するとともに、前記電磁石の各対ごとに電
磁石に近接させた位置に設け、中心をそれぞれX
軸とY軸に合致させた空隙検出器3x,3yをそ
なえており、この2個の空隙検出器の検出量a,
a′をそれぞれ基準空隙設定器4の基準空隙値Sと
比較器5,5′で比較し、その出力値b・b′を位
相制御器6,6′に変位修正指令値として与え、
励磁装置7,7′を介して、前記各対の電磁石2
a,2b,2c,2dのコイルを各対ごとに一方
の励磁を強め、他方を弱めて空隙検出器a,a′が
基準空隙値Sと等しくなるように励磁させてい
る。
しかるに、回転軸1は完全な剛体ではなく、両
側の支持点間で撓みを生じる。たとえば、第3図
のように回転軸1に不平衡質量mがあれば、遠心
力によつて支持点A・Bに反力を生じて撓み、回
転数に同期した振れ回りを生じる。この支持点
A・Bにおける動的荷重は、次式で表わされる。
PA+PB=ω2∫(r+ε)dm ただし、PA:A点での支持反力(ベクトル) PB:B点での支持反力(ベクトル) ω:回転角速度 r:軸の撓み(ベクトル) ε:偏重心(ベクトル) dm:不平衡質量の微分値 したがつて、支持点A・Bにおける反力PA
PBを零にするためには、回転軸1のダイナミツ
クバランスをとり不平衡質量mの微分値dmを零
にすればよいが、ダイナミツクバランスを完全に
とることは困難であるから、支持点における撓み
を除去することができず、支持点A・Bにおける
軸心が反力によつて不平衡質量mの反対方向に変
位δを生じ、この変位δにより前述のように対向
する電磁石の一方の励磁を弱め、他方の励磁を反
力に対抗して強めるように補正される。高速回転
になると励磁装置7・7′から出力される出力の
うち前記変位δによる成分が増大し、電磁石の励
磁電流の変動が大きく、励磁装置の容量を大きく
する必要があり、励磁電流の周囲的変動によて継
鉄の鉄損を増大させ、磁気軸受の効率低下をまね
くとともに、加振力により大きな振動を生じる欠
点がある。
また、磁気軸受の制御装置において、回転軸の
半径方向変位に含まれる振れ廻り成分を、回転軸
の回転数検出信号で除去する振れ廻り成分除去回
路を設けるようにしたものが、特開昭57−97916
号公報で提案されている。
[本発明が解決しようとする課題] ところで、前記の振れ廻り成分を除去する手段
として、第6図に示すように、回転軸1の半径方
向変位を検出する変位検出器3と基準変位設定器
4から基準変位量とを比較器5で比較し、その出
力信号を補償回路61を経て振れ廻り除去回路6
2の帯域フイルタ63に印加させ、検出回転数を
変換器64で電圧に変換しカツトオフ周波数設定
信号として前記帯域フイルタ63に印加してお
り、この帯域フイルタ63は変換器64からのカ
ツトオフ周波数設定信号領域で通過帯域となり、
振れ廻り成分として補償回路61の出力から減算
回路65で減算されて電力増幅器66を介して電
磁石2を励磁するようにしている。
このように補正信号を帯域フイルタを求めるた
め、高周波成分に対する問題があつた。
[課題を解決するための手段] このため、回転軸の回転角位置を検出する位置
検出器と、前記位置検出器の出力信号に応じて各
電磁石位置における振れ回りの変位量に対する係
数を設置する係数設定回路を設け、この係数Kと
回転数ω2との積Kω2を前記変位検出器の検出値
Gに加えて基準空隙値と比較し、この比較値によ
つて電磁石を制御するようにしている。
[作用] したがつて本発明は、帯域フイルタを用いるこ
となく、支持点において反力による回転軸の変位
δを修正しないで軸の振れ廻りを許容し、励磁電
流の変化を小さくするともに、不平衡質量による
加振力を少なくして磁気軸受の電磁石を制御す
る。
[実施例] 以下、本発明を第4図に示す実施例について説
明する。
回転軸1は支持点A・Bでそれぞれ複数個の電
磁石からなる磁気軸受で支承される。2a,2
b,2cおよび図示されていない2dはA点の磁
気軸受を構成する電磁石で、この電磁石に近接し
て変位検出器3a,3b,3c,3dをそなえて
いる。4は基準空隙値設定器5a,5b,5c,
5dは比較器、6a,6b,6c,6dは位相制
御器、7a,7b,7c,7dは電磁石2a,2
b,2c,2dの励磁装置、8は軸1の回転位置
を検出する位置検出器、9は位置検出器8の出力
により原点角位置からの位置を電圧レベルに変換
するF/V変換器、10は回転速度演算回路、1
1はホールド素子、12は微分器、13は乗算
器、20は係数設定回路、21はデイストリビユ
ータ、22a,22b,22c、22dはそれぞ
れの変位検出器3a,3b,3c,3dの位置に
対応して後述する係数Kを与えられている係数設
定器、30a,30b,30c,30dは乗算
器、40a,40b,40c,40dは加算器で
ある。なお、B点における電磁石の制御はA点の
電磁石と同様であるから、説明を簡単にするため
に図および説明を省略してある。
不平衡質量mを有する回転軸1の回転により支
持点A・Bに生じる振れ廻わりの変位δと回転数
ω2との関係は、個有の軸については回転中に諸
元や物性の変化がないから、 δ=Kω2 で表わされる。
係数Kは、位相制御器6のゲインを下限まで下
げて制御系の応答をにぶくし、機械系の要因によ
る影響を分離しやすくし、回転数ω2を変えたと
きのそれぞれの変位δからすればよい。なお、こ
のデータには軸の加工精度などの要因が混在して
いるため、できるだけ多点をとつて直線近似によ
り求めることが望ましい。この係数Kはそれぞれ
の係数設定器22a,22b,22c,22dに
与えられる。
回転軸1が回転すると、位置検出器8から回転
位置に応じたパルス列がF/V変換器9に送ら
れ、原点位置からの位置信号を電圧レベルに変換
してホールド素子11とデイストリビユータ21
に出力する。
回転速度演算回路10はホールド素子11を介
して与えられる位置信号を微分器12で微分し、
乗算器13から回転数ω2を出力する。
また、係数発生回路20は、係数設定器22
a,22b,22c,22dに与えられた係数K
を、F/V変換器9による原点位置からの角位置
検出信号に応じてデイストリビユータ21から出
される位置信号により、角位置に応じた値に変換
し出力させる。第5図は出力係数の関係を示すも
ので、電磁石2aの位置を原点位置としイ図のよ
うに振れ廻わりを生じる場合、原点位置の振れが
最大値δのときの各角位置における係数をロ図に
示してある(軸は真円とする)。すなわちイ図の
状態では曲線aにより係数設定器22aからは係
数Kが出力され、原点位置から回転角180゜ずらせ
た係数設定器22bの出力係数は−K、90゜およ
び270゜ずらせた係数設定器22c,22dの出力
係数は0である。また、回転軸1が30゜回転する
と、各係数設定器の出力係数は曲線bの値にな
る。
係数設定器22a,22bの出力は、それぞれ
乗算器30a,30bで回転速度演算回路10の
出力ω2と掛算し、この値gを加算器40a,4
0bで変位検出器3a,3bの検出値Gに加算し
て比較器5a,5bで基準空隙値設定器4の設定
値と比較され、その差が0になるように位相制御
器6a,6bを介して励磁装置7a,7bを制御
する。
したがつて、比較器5a,5bの出力は振れ廻
り成分を含んでおらず、励磁装置7a,7bの出
力変化が少なく、容量も小さくてよい。
係数設定器22c,22dも同様に出力係数を
回転速度演算回路10の出力と乗算し、変位検出
器3c,3dの出力と加算して基準空隙値設定器
の設定値と比較される。
[本発明の効果] このように本発明は、回転軸の不平衡質量によ
る振れ廻りの変位を演算し、実際の空隙を示す変
位検出値に加えて基準空隙値と比較するようにし
てあるから、不平衡質量による支持点の変位を磁
気的に修正せず、振れ廻りのままで支持させ、外
力による回転軸心の偏よりだけを補償するように
励磁が行なわれる。したがつて、回転軸の加振力
が支持点の反力で軽減されるとともに、この反力
に対抗するための励磁電流の増加が不要になり、
励磁装置を小容量にし、電流変動による鉄損を小
さくし効率を向上させうるなどの効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は電磁石の配置例を示す図、第2図は従
来の制御装置を示すブロツク図、第3図は軸の不
平衡質量による撓みを示す説明図、第4図は本発
明の制御装置の実施例を示すブロツク図、第5図
は出力係数と回転角位置の関係を示す説明図、第
6図は従来の例を示すブロツク図である。 1は回転軸、2a,2b,2c,2dは電磁
石、3a,3b,3c,3dは変位検出器、4は
基準空隙値設定器、5a,5b,5c,5dは比
較器、7a,7b,7c,7dは励磁装置、8は
位置検出器、9はF/V変換器、10は回転速度
演算回路、11はホールド素子、12は微分器、
13は乗算器、20は係数発生回路、21はデイ
ストリビユータ、22a,22b,22c,22
dは係数設定器、30a,30b,30c,30
dは乗算器、40a,40b,40c,40dは
加算器、A,Bは支持点、mは不平衡質量、Zは
回転中心である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 回転軸を支承する磁気軸受の電磁石に近接し
    て回転軸の変位を検出する変位検出器を設け、こ
    の変位検出器の検出値Gと基準空隙値を比較して
    電磁石の励磁電流を制御し軸の回転中心を維持す
    る磁気軸受の制御装置において、回転軸の回転角
    位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器の
    出力信号に応じて各電磁石位置における振れ回り
    の変位量に対する係数Kを設置する係数設定回路
    をそなえ、この係数Kと回転数ω2との積Kω2
    前記変位検出器の検出値Gに加えて基準空隙値と
    比較することを特微とする磁気軸受の制御装置。
JP2580783A 1983-02-16 1983-02-16 磁気軸受の制御装置 Granted JPS59151619A (ja)

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JP2580783A JPS59151619A (ja) 1983-02-16 1983-02-16 磁気軸受の制御装置

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JPS59151619A JPS59151619A (ja) 1984-08-30
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0830496B2 (ja) * 1986-02-07 1996-03-27 株式会社日立製作所 磁気軸受
US6323614B1 (en) * 1998-09-04 2001-11-27 The Texas A&M University System System and method for controlling suspension using a magnetic field

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57167517A (en) * 1981-04-09 1982-10-15 Toshiba Corp Magnetic bearing device of flywheel

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