JPH04125312A

JPH04125312A - 磁気軸受装置

Info

Publication number: JPH04125312A
Application number: JP24662990A
Authority: JP
Inventors: Katsura Tomotaki; 桂友瀧; Hideki Omori; 秀樹大森
Original assignee: Seiko Seiki KK
Current assignee: Seiko Seiki KK
Priority date: 1990-09-17
Filing date: 1990-09-17
Publication date: 1992-04-24
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH0726649B2

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）この発明は、回転軸を支持する磁気軸受装置に関し、特
に研削抵抗あるいは切削抵抗等の負荷が回転軸に加わっ
た状態で、その回転軸の支持位置を移動せしめる場合に
おいて、上記負荷を励磁電流から検出するものである。

（従来の技術）従来、この種の磁気軸受装置は、ロータ軸の周辺に電磁
石および位置センサが配設されている一方、磁気軸受制
御回路を備えており、その磁気軸受制御回路によれば上
記位置センサで検出される検出値、すなわちロータ軸の
現在位置を基に、この現在位置が予め設定された目標位
置と等しくなるよう電磁石の励磁電流を調整し、これに
よりロータ軸を目標位置で支持するように構成されてい
る。

したがって、上記のような磁気軸受装置にあっては、ロ
ータ軸に例えば研削抵抗等の負荷が加わり、その結果ロ
ータ軸の現在位置が目標位置よりずれると、そのずれた
現在位置を目標位置に等しくするように励磁電流か調整
されて変化するので、このような励磁電流の変化は上記
のような負荷の変化に等しくなる。

そのため、この種の磁気軸受装置にあっては、一般的に
上記のような励磁電流の変化から、ロータ軸に加わる負
荷を検出するように構成されている。

一方、上記のように構成される磁気軸受装置にあっては
、ロータ軸の目標位置を段階的に新たな目標位置に変更
すれば、同時に励磁電流が変化してロータ軸が移動する
ので、この移動を利用して、ロータ軸に取り付けた砥石
等でワークに切り込んだり、ワークから離したりするこ
とが提案されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の磁気軸受装置にあって
は、ロータ軸を移動せしめて、そのロータ軸に取り付け
た砥石等でワークに切り込んだり、ワークから離したり
することが提案されているものの、ロータ軸に加わる研
削抵抗等の負荷は、上記のごとく単に励磁電流の変化か
ら検出するのみであるため、正確に検出することができ
なかった。

すなわち、上記のような励磁電流にあっては、ロータ軸
を移動せしめると同時に変化するので、このようなロー
タ軸の移動による励磁電流の変化が、上記負荷の変動に
よる励磁電流の変化に重合し、その結果負荷のみを励磁
電流の変化から検出することは不可能になる。

そのため、従来は上記のようにロータ軸を移動せしめる
際、検出した負荷を基にして負荷の一定制御を行うこと
ができず、ワークの加工精度ならびに加工能率等を向上
せしめることが困難であった。

（課題を解決するための手段）この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、ロータ軸の姿勢状態に関係なく、
ロータ軸に加えられる負荷を正確に検出することが可能
な磁気軸受装置を提供することにあり、上記目的を達成
するために、この発明はロータ軸の周辺に配設される電
磁石および位置センサと、上記位置センサで検出される
検出値を基に電磁石の励磁電流を調整することにより、
ロータ軸を支持する磁気軸受制御手段とを備える磁気軸
受装置において、上記ロータ軸を無負荷の状態で所定の位置へ移動せしめ
るのに必要な基準の励磁電流を求める演算手段と、上記ロータ軸に負荷を加えた状態で上記所定の位置へ移
動せしめるのに必要な励磁電流から、上記演算手段で求
めた基準の励磁電流を減算する減算手段とを具備したこ
とを特徴とする。

（作用）この発明によれば演算手段が、ロータ軸を無負荷の状態
で移動せしめるのに必要な基準の励磁電流を求める一方
、減算手段が負荷を加えたロータ軸を移動せしめるのに
必要な励磁電流から上記基準の励磁電流を減算するので
、その減算結果は負荷による励磁電流の変化分のみとな
るように作用する。

（実施例）以下、この発明に係る磁気軸受装置を内面研削盤に適用
した一実施例について、第１図および第２図を用いて詳
細に説明する。

この内面研削盤は、Ｚ軸方向へ移動可能なテーブル１上
に載置されたスピンドルユニット２を備えており、その
スピンドルユニット２によればロータ軸３を有し、この
ロータ軸３先端には砥石４が取り付けられている。

一方、上記砥石４側には、Ｘ軸方向へ移動可能な主軸台
５上に、ワークＷが配設されており、このワークＷによ
れば、図示しないワーク保持機’ｒ：ｉで回転可能に支
持されているとともに、上記砥石４で内面が研削される
ように構成されている。

次に、上記ロータ軸３を支持する磁気軸受装置について
説明する。

この磁気軸受装置は、ロータ軸３の左右両端側にラジア
ル方向用の電磁石５ａ、　　５ａ、・・・を備える一方
、ロータｌｌｌ１３の中央付近には、ディスク６を介し
てアキシャル方向用の電磁石７ａ、　　７ａ。

・・・が配設されている。

また、上記ロータ軸３の左右両端側には、上記ラジアル
方向用の電磁石と同様にラジアル方向用の位置センサ８
　ａ　ｒ　８　ａ　＋　・・・が設けられているととも
に、ロータ軸３の一端側には、アキシャル方向用の位置
センサ９が配設されており、このような各位置センサ８
ａ、　３ａ、・・・および９で検出される検出値は、後
述する電気回路部１０へそれぞれ出力されるように構成
されている（なお、図中■■■は同番号どうし結線され
ている）。

次いで、電気回路部１０について説明する。

この電気回路部１０は磁気軸受制御回路部１１を備えて
おり、この磁気軸受制御回路部１１は位置検出回路１２
．処理回路１３．電磁石ドライバ１４を有するもので、
その位置検出回路１２によれば、上記のように各位置セ
ンサｇａ、　８ａ、・・・および９から出力される検出
値を基に、ロータ軸３の現在位置ａを検出し、その検出
した現在位置ａを処理回路１３へ出力するように構成さ
れている。

一方、上記処理回路１３によれば、予めロータ軸３の目
標位置が設定されており、この目標位置と上記の如く出
力される現在位置ａとを比較して、その現在位置ａが目
標位置に等しくなるような励磁電流の調整口すを求め、
この調整量すが電磁石ドライバ１４へ出力されるように
構成されている。

また、上記電磁石ドライバ１４によれば、上記の如く出
力される調整量に基づき、上記各電磁石５ａ、　　５ａ
、・・・および７ａ、７ａ、・・・へ励磁電流を供給す
るとともに、その各電磁石へ供給する励磁電流をＩｎ、
Ｉｔ演算器１５へ出力するように構成されている（なお
、図中■■■■は同番号どうし結線されている）。

さらに、Ｉｎ、　Ｉｔ演算器１５は、上記の如く出力さ
れる各電磁石の励磁電流から法線方向の励磁電流Ｉｎ、
および接線方向の励磁電流Ｉｔを求め、その各方向の励
磁電流Ｉｎ、Ｉｔを補正演算部１６へ出力するように構
成されている。

また、補正演算部１６はマイクロコンピュータ等から構
成され、第２図（ａ）（ｂ）に示すようなフローチャー
トを実行するもので、以下そのフローチャートの処理手
順について説明する。

このフローチャートによれば、まず第２図（ａ）に示す
如く、初期処理としてロータ軸３を無負荷の状態にして
おき、その状態でモータドライバ１７を介して高周波モ
ータ１８を起動して、ロータ軸１を回転せしめ（ステッ
プ１００）、回転が安定するまで所定時間待った後（ス
テップ１０２）、Ｉｎ、Ｉｔ演算器１５から出力される
現在の励磁電流Ｉｎ、Ｉｔを読み込み、これを励磁電流
　Ｉｎｏ。

■よ。とする（ステップ１０４）。

次に、研削盤ＮＣ部１９から出力される目標位置変更指
令Ｃにより、処理回路１３の目標位置を変更して、ロー
タ軸３をＸμｍ移動させた後（ステップ１０６）、もう
１度上記と同様にＩｎ、　Ｉｔ演算器１５から出力され
る現在の励磁電流　Ｉｎ。

Ｉｔを読み込み、これを励磁電流Ｉｎｘ、Ｉｔｘとする
（ステップ１０８）。

その後、上記ステップ１０４における励磁電流Ｉ０゜”
ｔｏ及び上記ステップ１０８における励磁電流Ｉｎｘ、
Ｉｔｘから式（１）（２）に示す如く、励磁電流の変化
率ΔＩｎ、ΔＩｔを演算した後（ステップ１１０）ロー
タ軸３を元の位置に移動せしめて初期処理が終了する（
ステップ１１２）。

ΔＩｎ＝（Ｉｎｘ−■ｏｏ）／Ｘ　　・・・（１）ΔＩ
　ｔ＝　（Ｉｔｘ−１，ｏ）　／Ｘ　　・・・（２）そ
して、上記のような初期処理で求めた変化率Δ、Ｉｎ、
　ΔＩｔを用いて、第２図（ｂ）に示すような補正処理
を行なう。

この補正処理によれば、まず砥石４かワークＷを研削中
であるか否かを判断しくステップ１１４）、研削中でな
い場合（ＮＯ）にあっては、この補正処理を終了し、一
方研削中である場合、すなわちロータ軸３に負荷（研削
抵抗）が加わった状態で、研削盤ＮＣ部１９から出力さ
れる目標位置変更指令Ｃにより、処理回路１３の目標位
置を変更して、ロータ軸３をＡμｍ移動させた後（ステ
ップ１１６）、Ｉｎ、　Ｉｔ演算器１５から出力される
現在の励磁電流Ｉｎ、Ｉｔを読み込み、これらを励磁電
流Ｉ。Ａ”を八とする（ステップ１１８）。

その後、上記初期処理で求めた変化率ΔＩｎ。

ΔＩｔにそれぞれＡμｍを乗算した結果、ロータ軸３を
無負荷の状態でＡμｍ移動せしめるのに必要な基準の励
磁電流ΔＩｎＡ、ΔＩｔＡを算出した後（ステップ１２
０）、式（３）（４）に示す如く、ステップ１１８で求
めたＩｎＡ、ＩｔＡから上記ステップ１２０で算出した
基準の励磁電流ΔＩｎＡ、　　ΔＩｔＡをそれぞれ減算
して、その減算結果をＩｎ、Ｉｔとする（ステップ１２
２）。

Ｉ　ｎ　＝Ｉ　ｎＡ−ΔＩｎＡ　　−（３）Ｉｎ−臂Ａ
−ΔＩｔＡ　　・＝（４）したかって、上記減算結果Ｉｎ、Ｉｔは負荷（研削抵抗
）の変化による励磁電流の変化のみを示すものとなるの
で、その減算結果Ｉｎ、Ｉｔより負荷Ｆｎ、Ｆｔを検出
した後、その負荷ＦｎＦｔを研削盤ＮＣ部１９へ出力し
くステップ１２４）、その後ステップ１１４に戻り、再
度上記と同様にステップ１１４ないしステップ１２４の
処理を行なう。

ところで、上記研削盤ＮＣ部１９にあっては、上記のよ
うに回行位置変更指令を補正演算部１６へ出力する他、
サーボモータドライバ２０を介してサーボモータ２ユ、
２２を駆動して主軸台５およびテーブル１を移動せしめ
るように構成されている一方、その研削盤ＮＣ部１つは
上記補正演算部１６から出力される負荷（研削抵抗）　
　Ｆｎ。

Ｆｔを基にして、例えば負荷の一定制御を行うように構
成すると良い。

したがって、上記のような実施例によれば、補正演算部
でロータ軸を無負荷の状態で移動せしめるのに必要な基
準の励磁電流を求める一方、負荷を加えた状態のロータ
軸を移動せしめるのに必要な励磁電流から上記基準の励
磁電流を減算するように構成したため、その減算結果は
負荷による励磁電流の変化分のみとなるので、負荷を加
えた状態でロータ軸を移動せしめた場合であっても、上
記減算結果から負荷を検出することができる。

また、上記のような実施例にあっては、ロータ軸を移動
せしめた場合であっても、上記の如く検出される負荷を
基にして、負荷の一定制御を行うことが可能であるため
、これによりワークの加工精廟ならびに加工能宰等を向
上せしめることができる。

なお、上記実施例にあっては、この発明に係る磁気軸受
装置を内面研削盤に適用したが、これにかえて円筒研削
盤、あるいはフライス盤等の切削加工機に適用しても良
く、また旋盤等の主軸部にこの磁気軸受装置を適用すれ
ば、切削抵抗を検出することも可能である。

更に、上記実施例はラジアル方向の例を示すものである
か、同様な構成を取ることにより、アキンヤル方向での
利用も可能である。

（発明の効果）この発明に係る磁気軸受装置は、上記の如く演算手段か
ロータ軸を無負荷の状態で移動せしめるのに必要な基準
の励磁電流を求める一方、減算手段か負荷を加えた状態
のロータ軸を移動せしめるのに必要な励磁電流から上記
基準の励磁電流を減算するように構成したため、その減
算結果は負荷による励磁電流の変化分のみとなるので、
負荷を加えた状態のロータ軸を移動せしめた場合であっ
ても、上記減算結果から負荷を検出することがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る磁気軸受装置のブロック図、第
２図（ａ）（ｂ）は補正演算部で実行されるフローチャ
ートである。３・・・ロータ軸５ａ、７ａ・・・電磁石８ａ、９・・・位置センサ１１・・・磁気軸受制御回路１６・・・補正演算部特　許　出　願　人　セイコー精機株式会社代　　　理
　　　人　弁理士　和田成則２図実行されるフローチャート手続補正書平成２年１０月２３日特願平２−２４６６２９弓２゜発明の名称磁気軸受装置３゜補正をする者事件との関係

Claims

【特許請求の範囲】１、ロータ軸の周辺に配設される電磁石および位置セン
サと、上記位置センサで検出される検出値を基に電磁石
の励磁電流を調整することにより、ロータ軸を支持する
磁気軸受制御手段とを備える磁気軸受装置において、上記ロータ軸を無負荷の状態で所定の位置へ移動せしめ
るのに必要な基準の励磁電流を求める演算手段と、上記ロータ軸に負荷を加えた状態で上記所定の位置へ移
動せしめるのに必要な励磁電流から、上記演算手段で求
めた基準の励磁電流を減算する減算手段とを具備し、こ
れによりローラ軸に加えられる負荷を正確に検出するこ
とを特徴とする磁気軸受装置。