JPH04116014U - 磁気軸受の制御装置 - Google Patents

磁気軸受の制御装置

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JPH04116014U
JPH04116014U JP1991020080U JP2008091U JPH04116014U JP H04116014 U JPH04116014 U JP H04116014U JP 1991020080 U JP1991020080 U JP 1991020080U JP 2008091 U JP2008091 U JP 2008091U JP H04116014 U JPH04116014 U JP H04116014U
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electromagnets
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JP1991020080U
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English (en)
Inventor
和明 大保方
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セイコー精機株式会社
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C39/00—Relieving load on bearings
    • F16C39/06—Relieving load on bearings using magnetic means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C32/0408—Passive magnetic bearings
    • F16C32/0423—Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other
    • F16C32/0427—Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other for axial load mainly
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C32/0489—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
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Abstract

(57)【要約】 【目的】共振点時のロータの振れ回りを容易に抑制する
ことができ、騒音低減化や精度向上などを図ることがで
きる３軸制御型磁気軸受として好適な制御装置の提供を
目的とする。 【構成】ロータ１を半径方向に浮上保持する電磁石２ａ
と軸線方向に浮上保持する電磁石３ａとの間もしくは２
ｂと３ｂとの間に、ロータ１の振れ量を検出するセンサ
１１ｂを有するとともに、励磁電流の通電によってロー
タ１の振れ回りを抑制する電磁石１１ａを有するロータ
振れ制動手段１１を設け、かつ上記センサ１１ｂからの
ロータ１の振れ量の検出信号とロータ回転数信号に基づ
いてロータ振れ量が設定値以上であってロータ振れ制動
を行う必要があるか否かを判断し、この判断結果に基づ
く指令信号により上記電磁石１１ａへの励磁電流を通電
調整するロータ制御手段１２を設けるように構成する。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この考案は、特に共振点時のロータの振れ回りを容易に抑制することが可能な 磁気軸受の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３軸制御型の磁気軸受はロータの半径（ラジアル）方向を電磁石の磁力 により浮上保持するとともに、その軸線（アキシャル）方向を永久磁石の吸引力 または反発力およびこれらの力を調節する電磁石の磁力とで浮上保持するように 構成されている。
【０００３】 そして、上記ロータにおける浮上位置の制御は、ロータのラジアル方向および アキシャル方向の浮上位置をそれぞれの位置センサにより検出し、この位置セン サからの検出信号をブリッジ回路その他の処理回路で処理し、上記各電磁石への 励磁電流の調整を行うフィードバック制御によりロータを目標位置に浮上保持す るように構成されている。
【０００４】
【考案が解決しようとする課題】
しかし、この種の磁気軸受はロータという回転体を有している関係上、所定の 回転数で磁気軸受本体が共振し、いわゆる共振点時にロータが振れ回り現象を呈 するという不具合があった。
【０００５】 この共振点での振れ回りは、ロータや永久磁石等のバラツキによっても異なる が、いずれにせよ振れ回りが大きすぎる場合には共振点でロータの回転数が上昇 しなくなることがある。
【０００６】 特に、３軸制御型の磁気軸受では永久磁石のラジアル方向の力、すなわち制御 力が弱いため、磁気軸受の共振点でロータが振れ回り易く、例えば磁気軸受が電 子顕微鏡の真空装置であるターボ分子ポンプ等に用いられる場合には、この共振 により電子顕微鏡の解析能力を低下させたりあるいは騒音により作業環境を悪化 させるおそれがあった。
【０００７】 また、磁気軸受が工作機械のスピンドル等に用いられる場合には、上記した場 合と同様に騒音が発生し作業環境を悪化させるばかりでなく、その共振により工 作精度を低下させるという問題がある。
【０００８】 この考案は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とする ところは、共振点時のロータの振れ回りを容易に抑制することが可能であり、騒 音低減化の精度向上などを図ることができる３軸制御型磁気軸受として好適な制 御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この考案は、上記のような目的を達成するために、ロータを半径方向に電磁石 により浮上保持するとともに、ロータを軸線方向に電磁石と永久磁石により浮上 保持し、かつロータの半径方向および軸線方向における浮上位置の検出信号とロ ータ回転数信号に基づいて上記各電磁石への励磁電流を調整し、これによりロー タを所定の目標位置に浮上保持させるように調整する磁気軸受の制御装置におい て、 上記ロータを半径方向に浮上保持する電磁石と軸線方向に浮上保持する電磁石 との間に配置され、ロータの振れ量を検出するセンサと、励磁電流の通電によっ てロータの振れ回りを抑制する電磁石とよりなるロータ振れ制動手段と、 上記ロータ振れ制動手段におけるセンサからの信号とロータ回転数信号とに基 づいて、ロータ振れ量が設定値以上であってロータ振れ制動を行う必要があるか 否かを判断し、この判断結果に基づく指令信号によりロータ振れ制動手段を構成 する電磁石への励磁電流を通電調整するロータ制御手段と、 を有することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
この考案によれば、ロータを半径方向に浮上保持する電磁石、および軸線方向 に浮上保持する電磁石との間に設けられているロータ振れ制動手段のセンサによ り、ロータの振れ量が検出され、かつこの振れ量の検出信号とロータ回転数信号 に基づいて、ロータ振れ量が設定値以上であってロータ振れ制動を行う必要があ るか否かが判断され、この判断結果に基づく指令信号によりロータ制御手段から ロータ振れ制動手段を構成する電磁石への励磁電流が通電調整され、これにより ロータの振れ回りを抑制する。
【００１１】
【実施例】
以下、この考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】 図１に示す３軸制御型の磁気軸受本体ａにおいて、ロータ１はラジアル方向に ラジアル電磁石２ａ，２ｂにより浮上保持されるとともに、アキシャル方向にア キシャル電磁石３ａ，３ｂおよびアーマチャディスク４，永久磁石部５とにより 浮上保持されている。
【００１３】 すなわち、アキシャル方向の軸受は、ロータ１の下部に固定して設けられかつ 強磁性部材６，６…の埋め込まれたアーマチャディスク４と、このアーマチャデ ィスク４の強磁性部材６，６…に対抗して永久磁石７，７…を有する永久磁石部 ５との間に吸引力を発生させてロータ１をアキシャル方向（図では下方）へ吸引 させるとともに、アーマチャディスク４を挟んで永久磁石部５と反対側に設けら れているアキシャル電磁石３ａ，３ｂの励磁電流を調整して吸引力を調節し、こ れによりロータ１を所定位置に浮上保持させる。
【００１４】 ラジアル電磁石２ａ，２ｂの近傍にはロータ１のラジアル方向位置を検出する ためのラジアル位置センサ８ａ，８ｂが設けられており、このラジアル軸受に関 する制御手段は図示しないが、周知のようにラジアル位置センサ８ａ，８ｂの検 出信号をもとにラジアル電磁石２ａ，２ｂへの励磁電流が調整され、ロータ１の ラジアル方向位置を所定の目標位置へ浮上保持されるようにフィードバック制御 が行われる。
【００１５】 ロータ１の上端面近傍にはロータ１のアキシャル方向位置を検出するためのア キシャル位置センサ９が設けられ、このアキシャル軸受に関する制御手段も図示 しないが、周知のようにアキシャル位置センサ９の検出信号をもとにアキシャル 電磁石３ａ，３ｂへの励磁電流が調整され、ロータ１のアキシャル方向位置を所 定の目標位置へ浮上保持されるようにフィードバック制御が行われる。
【００１６】 ロータ１の上端面近傍にはアキシャル位置センサ９と所定間隔を保って回転数 センサ１０が設けられ、このセンサ１０からの検出信号に基づいてロータ１の回 転数が検出される。
【００１７】 ロータ振れ制動手段１１はその磁力によりロータ１をラジアル方向に制御する 電磁石（ＥＭ）１１ａと、この電磁石１１ａの近傍に配置されロータ１の振れ量 を検出するセンサ１１ｂとにより構成されており、具体的にはラジアル電磁石２ ａとアキシャル電磁石３ａとの間、あるいはラジアル電磁石２ｂとアキシャル電 磁石３ｂとの間のいずれか一方においてアキシャル電磁石３ａあるいはアキシャ ル電磁石３ｂの近傍に配置される。
【００１８】 上記ロータ振れ制動手段１１と電気的に接続されるロータ制御手段１２は、少 なくともセンサ１１ｂからの検出信号に基づきロータ１の回転時の振れ量が設定 値以上であるかどうかの検出を行う振れ量検出回路１３，回転数センサ１０から の検出信号に基づきロータ１の回転数が予め設定されている下限値以上でしかも 上限値以下の範囲にあるかを判断する回転範囲比較回路１４，振れ量検出回路１ ３および回転範囲比較回路１４からの入力信号に基づきロータ１の振れ制動用の 指令信号を出力するロータ振れ制動指令回路１５，振れ制動用の指令信号に基づ いて電磁石１１ａに励磁電流をインパルス的に通電するロータ振れ制動用ＥＭ駆 動回路１６，励磁電流の通電後一定時間をカウントしかつそのカウント後に振れ 量検出回路１３を再動作させるタイマ回路１７から構成されている。
【００１９】 なお、上記回転範囲比較回路１４でロータ１の回転数が下限値以上上限値以下 の範囲であるかの判断を行う目的は、この考案に係る装置はあくまでも共振点時 のロータ１の振れ回りを抑制しつつ共振点領域を通過させるためのものであるか らで、したがって下限値ｒ1 と上限値ｒ2 および共振点ｒ0 との関係は図３に示 す如く、 ｒ1 ＜ｒ0 ＜ｒ2 の関係にある場合のみロータ１の制動を行う。
【００２０】 ロータ１の高速回転時にロータ１に対して磁力を加えると、ロータ１の変位が 急激に大きくなりその制御が不能となることがあるが、この制御装置にあっては これを防止することができる。
【００２１】 次に、図４のフローチャートに基づき上記装置の動作を説明する。
【００２２】 まず、装置がスタート状態にある場合にはステップ１００でロータ１が加速さ れ回転されているか否かが判断される。
【００２３】 そして、ロータ１が加速されていると判断された場合にはステップ１０１に進 み、ロータ１の振れ量が設定値以上であるか否かが判断され、ロータ１の振れ量 が設定値以上である場合にはステップ１０２およびステップ１０３でロータ１の 回転数が予め設定されている下限値以上でありまた上限値以下であるかが判断さ れる。
【００２４】 ステップ１０２およびステップ１０３での判断結果がいずれも“ＹＥＳ”であ る場合には、さらにステップ１０４に進んで電磁石１１ａへの通電がインパルス 的に行われロータ振れ制動が行われる。
【００２５】 次いで、ステップ１０５では電磁石１１ａへの通電終了後一定時間タイマーカ ウント動作が行われ、しかる後再びステップ１０１に戻りロータ振れ制動後の回 転ロータ１がいまだ設定値以上の振れ量にあるか否かが判断される。
【００２６】 以降は上記と同様なフローに従ってスキャンが行われ、これによりロータ１の 振れを抑制するようになっている。
【００２７】 一方、ステップ１０１〜ステップ１０４における判断結果がそれぞれ“ＮＯ” である場合には、ロータ振れ制動は必要ないため上記一連の動作は行われず、ロ ータ１の回転動作がそのまま継続される。
【００２８】 以上のように、この考案に係る磁気軸受の制御装置にあっては、ロータ１を半 径方向に浮上保持するラベル電磁石２ａと軸線方向に浮上保持するアキシャル電 磁石３ａとの間もしくはラジアル電磁石２ｂとアキシャル電磁石３ｂとの間に、 ロータ１の振れ量を検出するセンサ１１ｂを有するとともに、励磁電流の通電に よってロータ１の振れ回りを抑制する電磁石１１ａを有するロータ振れ制動手段 １１と、上記センサ１１ｂからのロータ１の振れ量の検出信号とロータ回転数信 号とに基づいてロータの振れ量が設定値以上であってロータ振れ制動を行う必要 があるか否かを判断し、この判断結果に基づく指令信号により上記ロータ振れ制 動手段１１を構成する電磁石１１ａへの励磁電流を通電調整するロータ制御手段 １２とが設けられている。
【００２９】 したがって、共振点時のロータ１の振れ回りを容易に抑制することができ、騒 音低減化や精度向上などを図ることが可能となり、例えば電子顕微鏡の真空装置 であるターボ分子ポンプや工作機械のスピンドルなどに用いられる３軸制御型磁 気軸受として好適な磁気軸受の制御装置を提供することができる。
【００３０】
【考案の効果】
以上説明したように、この考案によれば、ロータを半径方向に浮上保持する電 磁石および軸線方向を浮上保持する電磁石との間に、ロータの振れ量を検出する センサを有するとともに、励磁電流の通電によってロータの振れ回りを抑制する 電磁石を有するロータ振れ制動手段と、上記センサからのロータ振れ量の検出信 号とロータ回転数信号とに基づいて、ロータ振れ量が設定値以上であってロータ 振れ制動を行う必要があるか否かを判断し、この判断結果に基づく指令信号によ り上記電磁石への励磁電流を通電調整するロータ制御手段とが設けられているの で、共振点時のロータの振れ回りを容易に抑制することができ、騒音低減化や精 度向上などを図ることができる３軸制御型磁気軸受として好適な制御装置を提供 することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この考案に係る磁気軸受の制御装置を示す概略
構成図。
【図２】ロータ制御手段を示すブロック図。
【図３】磁気軸受の共振点とロータ回転数との関係を示
すグラフ。
【図４】この考案に係る装置の動作を示すフローチャー
ト。
【符号の説明】
１ ロータ ２ａ，２ｂ ラジアル電磁石 ３ａ，３ｂ アキシャル電磁石 ８ａ，８ｂ ラジアル位置センサ ９ アキシャル位置センサ １０ 回転数センサ １１ ロータ振れ制動手段 １２ ロータ制御手段

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】ロータを半径方向に電磁石により浮上保持
    するとともに、ロータを軸線方向に電磁石と永久磁石に
    より浮上保持し、かつロータの半径方向および軸線方向
    における浮上位置の検出信号とロータ回転数信号に基づ
    いて上記各電磁石への励磁電流を調整し、これによりロ
    ータを所定の目標位置に浮上保持させるように調整する
    磁気軸受の制御装置において、上記ロータを半径方向に
    浮上保持する電磁石と軸線方向に浮上保持する電磁石と
    の間に配置され、ロータの振れ量を検出するセンサと、
    励磁電流の通電によってロータの振れ回りを抑制する電
    磁石とよりなるロータ振れ制動手段と、上記ロータ振れ
    制動手段におけるセンサからの信号とロータ回転数信号
    とに基づいて、ロータ振れ量が設定値以上であってロー
    タ振れ制動を行う必要があるか否かを判断し、この判断
    結果に基づく指令信号によりロータ振れ制動手段を構成
    する電磁石への励磁電流を通電調整するロータ制御手段
    と、を有することを特徴とする磁気軸受の制御装置。
JP1991020080U 1991-03-29 1991-03-29 磁気軸受の制御装置 Withdrawn JPH04116014U (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006153037A (ja) * 2004-11-25 2006-06-15 Kobe Univ 磁気軸受装置
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