JPH04119627U - 磁気軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ロータの回転半径方向の位置の、外的要因によ
る大きな変位を制御する。 【構成】演算器(６)によってロータ(１)の回転半径方向
の変位が検出され変位信号Δｇが出力される。フィード
バック回路(10)によって変位信号Δｇの利得の変化Ｋが
検出され、電流Ｉ₀＝Ｋ・Δｇが出力される。演算器(11
A)及び(11B)において、外部からのバイアス電流ｉ₀と電
流Ｉ₀とが加減算され、コイル電流に加えられる。コイ
ル電流によって電磁石(3A)及び(3B)は、ロータ(１)を回
転半径方向の所定の位置に保持する制御力を生じる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、磁気的制御力により回転体を非接触で支持する磁気軸受装置に関 するもので、特に、回転体の回転半径方向の変位を制御する磁気軸受装置に関す るものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来例を図について説明する。 図３は、例えば、人工衛星姿勢制御用フライホイール、工作機械、ターボ分子 ポンプ、遠心分離機及びターボ圧縮機などに利用されている従来の磁気軸受装置 を示す構成図である。 図３において、(１)はロータ、(２)はロータ(１)の回転軸である。(3A)及び(3 B)は、ロータ(１)の側面に対称的に配置された１対の電磁石、(4A)は電磁石(3A) のコイルであって、一端が接地されている。(4B)は電磁石(3B)のコイルであって 、一端が接地されている。(5A)及び(5B)はそれぞれ電磁石(3A)及び(3B)の下部に 配置された変位センサであって、例えば過電流センサである。(６)は演算器であ って、正の入力端子が変位センサ(5A)に接続され、負の入力端子が変位センサ(5 B)に接続されている。(７)は演算器(６)の出力端子に接続されている制御回路、 (８)は制御回路(７)に接続されている増幅器である。(9A)は演算器であって、一 方の正の入力端子がバイアス電流源（図示しない）に接続され、かつ他方の正の 入力端子が増幅器(８)に接続され、かつ出力端子が電磁石(3A)のコイル(4A)の他 端に接続されている。(9B)は演算器であって、正の入力端子がバイアス電流源及 び演算器(9A)の一方の正の入力端子に接続され、かつ負の入力端子が増幅器(８) 及び演算器(9A)の他方の正の入力端子に接続され、かつ出力端子が電磁石(3B)の コイル(4B)の他端に接続されている。

【０００３】 次に、上述した従来例の動作を図３及び図４を参照しながら説明する。 図４は、制御力＊Ｆ₀を示す特性図であり、横軸がコイル電流Ｉ、縦軸が磁気 力Ｆである。 ロータ(１)は、回転軸(２)を中心に図示しない駆動源によって回転させられ、 電磁石(3A)及び(3B)が生じる磁気力＊Ｆ_A及び＊Ｆ_Bによって回転半径方向に引っ 張られている。 ロータ(１)の回転半径方向の位置は、ロータ(１)の側面に設けられた変位セン サ(5A)及び(5B)によって検知されて演算器(６)に入力する。

【０００４】 演算器(６)は、変位センサ(5A)及び(5B)の出力の差をとり、ロータ(１)の回転 半径方向の変位を変位信号として制御回路(７)に出力する。 制御回路(７)は、変位信号に基づき、増幅器(８)を介して、ロータ(１)を設定 した位置にするための制御電流Δｉを出力する。 そして、演算器(9A)は、バイアス電流ｉ₀と制御電流Δｉから、コイル電流ｉ_A ＝ｉ₀＋Δｉをコイル(4A)に出力し、他方では、演算器(9B)は、コイル電流ｉ_B＝ ｉ₀−Δｉをコイル(4B)に出力する。

【０００５】 電磁石(3A)及び(3B)はコイル電流ｉ_A及びｉ_Bによって磁気力＊Ｆ_A及び＊Ｆ_Bを 発生し、これらの差である制御力＊Ｆ₀＝＊Ｆ_A−＊Ｆ_Bがロータ(１)を回転半径 方向の設定した位置に維持していた。 なお、＊Ｆ_Ａ、＊Ｆ_Ｂ及び＊Ｆ_０はベクトルを示す。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上述したような従来の磁気軸受装置では、ロータ(１)を回転半径方向の所定の 位置に保持するために必要な制御力＊Ｆ_０は、図４に示すように微小範囲で線形 であり、その微小範囲において安定した制御をするので、微小な変位しか制御で きなかった。そのため、回転軸のフライホイールのジンバリングなど外的な要因 によって変位が大きくなった場合には、例えば図５に示すように磁気力＊Ｆ_A及 び＊Ｆ_Bが変化し、制御力＊Ｆ₀がシフトして利得の変化が生じるために、制御系 が不安定になるという問題点があった。

【０００７】 この考案は、このような問題点を解決するためになされたものであり、制御範 囲を広くし、外部からの影響に対しても安定した制御ができる磁気軸受装置を得 ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この考案に係る磁気軸受装置は、次に掲げる手段を備えたものである。 [１] ロータの回転半径方向の変位を検出する変位検出手段。 [２] この変位検出手段に接続され、上記変位検出手段の出力の変化を検出す るフィードバック回路。 [３] 上記変位検出手段、上記フィードバック回路及び上記ロータの側面に配 置された電磁石に接続され、上記変位検出手段の出力、上記フィードバック回路 の出力及び外部からのバイアス電流とに基づいて、上記電磁石に上記ロータを回 転半径方向の所定の位置に保持する磁気力を生じさせる制御手段。

【０００９】

【作用】

この考案においては、変位検出手段によって、ロータの回転半径方向の変位が 検出される。 また、フィードバック回路によって、上記変位検出手段の出力の変化が検出さ れる。 そして、制御手段によって、上記変位検出手段の出力、上記フィードバック回 路の出力及び外部からのバイアス電流に基づき、上記電磁石に上記ロータを回転 半径方向の所定の位置に保持する磁気力が生じる。

【００１０】

【実施例】

この考案の一実施例の構成を図１を参照しながら説明する。 図１は、この考案の一実施例を示す概略図である。図１において、(１)、(２) 、(3A)、(3B)、(4A)、(4B)、(5A)、(5B)、(６)〜(８)、(9A)及び(9B)は従来例で 説明したものと同じである。(10)は入力側が演算器(６)の出力端子に接続されて いるフィードバック回路、(11A)は、一方の正の入力端子がフィードバック回路( 10)の出力側に接続され、かつ他方の正の入力端子がバイアス電流源(図示しない )に接続され、かつ出力端子が演算器(9A)の一方の正の入力端子に接続されてい る演算器、(11B)は負の入力端子がフィードバック回路(10)に接続され、かつ正 の入力端子がバイアス電流源に接続され、かつ出力端子が演算器(9B)の正の入力 端子に接続されている演算器である。

【００１１】 ところで、この考案の変位検出手段は、一実施例では変位センサ(5A)及び(5B) 並びに演算器(６)から構成され、制御手段は、制御回路(７)、増幅器(８)、演算 器(9A)及び(9B)並びに演算器(11A)及び(11B)から構成される。

【００１２】 次に、上述した一実施例の動作を図１及び図２を参照しながら説明する。 図２はこの考案の一実施例の制御力＊Ｆ₀を示す特性図であり、横軸がコイル 電流Ｉ、縦軸が磁気力Ｆである。 ロータ(１)の回転半径方向の変位が微小であれば、制御力＊Ｆ₀は図２に示す 曲線Ｅ-Ａ-Ｏ-Ｂ-Ｆで表される。 回転軸(２)のフライホイールのジンバリングなどの外的な要因のために、ロー タ(１)が回転軸(２)に対して回転半径方向に大きく変化した場合には、演算器( ６)から出力される変位信号Δｇの利得がＫだけ変化して制御力＊Ｆ₀は図２の曲 線Ｅ_P-Ａ_P-Ｏ_P-Ｂ_P-Ｆ_Pになる。 この場合に、フィードバック回路(10)は、演算器(６)から出力される変位信号 Δｇの利得の変化Ｋを検出して電流Ｉ₀＝Ｋ・Δｇを出力する。

【００１３】 演算器(11A)においてバイアス電流ｉ₀と電流Ｉ₀とが加算され、電流ｉ_OA＝ｉ₀ ＋Ｉ₀≧０がコイル電流に加えられ、演算器(11B)においては減算されて電流ｉ_OB ＝ｉ₀−Ｉ₀≧０がコイル電流に加えられる。したがって、|ｉ₀|≧|Ｉ₀|を満たす Δｇの範囲内において、安定な制御が可能になる。 このようにして、図２の制御力＊Ｆ₀の特性は曲線Ｅ_P-Ａ_P-Ｏ_P-Ｂ_P-Ｆ_Pから曲 線Ｅ-Ａ-Ｏ-Ｂ-Ｆにシフトされ、適切な制御力＊Ｆ₀がロータ(１)に与えられる 。

【００１４】

【考案の効果】

この考案は、以上説明したとおり、ロータの回転半径方向の変位を検出する変 位検出手段と、この変位検出手段に接続され、上記変位検出手段の出力の変化を 検出するフィードバック回路と、上記変位検出手段、上記フィードバック回路及 び上記ロータの側面に配置された電磁石に接続され、上記変位検出手段の出力、 上記フィードバック回路の出力及び外部からのバイアス電流に基づいて、上記電 磁石に上記ロータを回転半径方向の所定の位置に保持する磁気力を生じさせる制 御手段とを備えたことによって、制御可能なロータの回転半径方向の変位の範囲 が広くなり、外部からの影響に対しても安定した制御をすることができるという 効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を示す構成図である。

【図２】この考案の一実施例を説明する特性図である。

【図３】従来の磁気軸受装置を示す構成図である。

【図４】従来の磁気軸受装置を説明する特性図である。

【図５】従来の磁気軸受装置を説明する特性図である。

【符号の説明】

(１) ロータ (3A)、(3B) 電磁石 (5A)、(5B) 変位センサ (６) 演算器 (７) 制御回路 (9A)、(9B) 演算器 (10) フィードバック回路 (11A)、(11B) 演算器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータの回転半径方向の変位を検出する
   変位検出手段、この変位検出手段に接続され、上記変位
   検出手段の出力の変化を検出するフィードバック回路、
   並びに上記変位検出手段、上記フィードバック回路及び
   上記ロータの側面に配置された電磁石に接続され、上記
   変位検出手段の出力、上記フィードバック回路の出力及
   び外部からのバイアス電流に基づいて、上記電磁石に上
   記ロータを回転半径方向の所定の位置に保持する磁気力
   を生じさせる制御手段を備えたことを特徴とする磁気軸
   受装置。