JPH0510822U - 磁気軸受の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＶＺＰ帰還路を備えた磁気軸受の制御装置に
おいて、ＶＺＰ動作時の信号系切換動作を不要にするこ
とで、その構成を簡素化し、かつその作動状態を確実な
ものにする。 【構成】 永久磁石と電磁石とを用いた磁気軸受の制御
装置において、指令値が入力されると共に、制御対象３
に対して指令信号を出力する補償回路１に対して、負荷
信号の入力される積分器５を備えたＶＺＰ帰還路４から
の帰還信号と変位信号８とを負帰還させるべく構成し、
さらに上記ＶＺＰ帰還路４には、帰還利得の設定手段７
と、帰還量の制限値を設定する手段６とを設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は磁気軸受の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

永久磁石と電磁石とで構成された磁気軸受の制御方式において、軸受に作用す る負荷と永久磁石の吸引力が釣り合った位置に制御対象を支持し、電磁石のコイ ルには電流を流さないように制御するＶＺＰ（Ｖｉｒｔｕａｌｌｙ Ｚｅｒｏ Ｐｏｗｅｒ）方式は、例えばアメリカ特許第３８６０３００号にも記載されてい るように公知である。

【０００３】 この方式においては、図６に示すように、変位信号成分５１と、速度信号成分 ５２と、補償回路５３と、電力増幅回路５４とによって制御回路を構成し、制御 対象５５を定位置に制御するようにした装置において、負荷を電気的に検出し、 その信号を積分器５６を通して速度信号成分５２に加算し負帰還をかけるＶＺＰ 帰還路５７を付加してＶＺＰ方式を構成する。

【０００４】 使用に際しては、起動時にはスイッチＳＷ_１の開成によってＶＺＰ帰還路５７ を切離しておき、変位信号成分５１と速度信号成分５２とを同時に用いて定位置 に安定浮上させ、その後スイッチＳＷ_１を閉成してＶＺＰ帰還路５７を接続する 一方、スイッチＳＷ_２を開成して変位信号成分５１を切離してＶＺＰ動作をさせ るのである。すなわち負荷によって発生した電流信号が積分器５６に入力される と、積分器５６からはその積分値が出力される。この値の大きさを調整して補償 回路５３に入力すると、負荷電流を零にする方向、すなわち永久磁石の力と負荷 がバランスする位置に制御対象を移動させる。この結果、負荷電流信号は零にな り、積分器５６への入力信号は零となる。しかし積分器５６の出力は前に出力し た値をそのまま保持しており、制御対象をその位置に保持し続ける（制御電流は 零）ように制御するのである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで上記磁気軸受の制御装置においては、ＶＺＰ帰還路５７を動作させた まま起動すると、起動時の動きを負荷として検出してしまい、積分器５６を通し てその負荷信号を零にするように帰還がかかるため、本来の定位置制御に対して 逆の動作をすることになって安定浮上が行えないことから、スイッチＳＷ_１、Ｓ Ｗ_２を用いた信号系の切換動作が不可欠であり、そのため構成が複雑になるとい う欠点がある。

【０００６】 またＶＺＰ動作中に、負荷が一定方向に変化し続けると、常に永久磁石の吸引 力と負荷とがバランスする位置に制御対象を支持しようとするため、制御対象を 負荷の方向とは反対の方向に限りなく変位させることになり、ついには衝突等の 事故を招くこともある。

【０００７】 この考案は上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的 は、簡素な構成でもって、確実な作動状態の得られる磁気軸受の制御装置を提供 することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

そこでこの考案の磁気軸受の制御装置は、永久磁石と電磁石とを用いた磁気軸 受の制御装置において、指令値が入力されると共に、制御対象に対して指令信号 を出力する補償回路に対して、負荷信号の入力される積分器を備えたＶＺＰ帰還 路からの帰還信号と変位信号とを負帰還させるべく構成し、さらに上記ＶＺＰ帰 還路には、帰還利得の設定手段と、帰還量の制限値を設定する手段とを設けたこ とを特徴としている。

【０００９】

【作用】

上記磁気軸受の制御装置においては、負荷の小さい状態においてはＶＺＰ動作 領域に入って安定する一方、負荷がＶＺＰ動作範囲を越えて変化しても、設定範 囲を越えた位置で定位置制御状態となる。

【００１０】

【実施例】

まず回路構成を図１に示すが、同図において、１は補償回路、２は電力増幅回 路、３は制御対象、４はＶＺＰ帰還路をそれぞれ示している。ＶＺＰ帰還路４は 、積分器５を有するもので、この積分器５には、負荷信号として制御対象３に流 す制御電流が入力される。そしてＶＺＰ帰還路４は、さらに振幅制限回路６と利 得設定回路７とを備えている。振幅制限回路６は、入力電圧が一定電圧以上にな ると一定の出力電圧を出力する機能を有するもので、通常リミッタと称されてい るものである。また利得設定回路７は、その出力電圧を変位信号８の大きさと比 べて最適な値となるように設定する機能を有するものである。なお上記振幅制限 回路６内に利得設定回路７を組込んで実施することも可能である。そして上記Ｖ ＺＰ帰還路４の帰還信号と変位信号８とが、補償回路１に負帰還されている。

【００１１】 図２には、負荷Ｌと上記ＶＺＰ帰還路４からの帰還信号Ｇとの関係を示してい るが、同図のように、制御対象３の負荷の小さい範囲（Ｌ＜｜Ｌ_０｜）では、積 分器５が、負荷信号を積分してＶＺＰ帰還路４を通して補償回路１に負帰還する ことにより、負荷信号を零にするように、永久磁石と負荷とが釣り合う位置に制 御対象３を移動させてＶＺＰ動作を行う一方、負荷が設定値を越える範囲（Ｌ＞ ｜Ｌ_０｜）では、補償回路１に負帰還される帰還量が一定値となるのである。そ して図３に示すように、この一定の帰還量が変位信号８に加算され、結果的には 指令値に、この値を加算した位置を基準値として定位置制御をし、ＶＺＰ動作状 態では電磁石に流れる電流がほとんど零であったものが、電磁石に電流が流れは じめることになる。上記において定位置制御とＶＺＰ動作とが切換わる位置Ｄ_０ は、振幅制限回路６の出力レベルと、利得設定値とによって定めることができる 。

【００１２】 上記装置においては、ＶＺＰ帰還路４を動作させたまま起動しても、定位置制 御範囲があるため、一旦定位置制御状態となって定位置で安定する。そして次の 瞬間には、負荷が小さい状態であれば、ＶＺＰ動作領域に入り安定する。したが って起動時にスイッチによる制御系の切換えを行わなくても安定に制御対象を制 御できる。またＶＺＰ動作範囲を越えて負荷が変化しても、設定範囲を越えた位 置で定位置制御状態となるため、従来のものではＶＺＰ動作中には負荷の方向と 反対の方向に制御対象が変位していたが、この実施例においては、永久磁石と電 磁石の力で負荷の方向に変位するように制御するので、衝突などの事故を起こし にくくすることができる。

【００１３】 図４には上記装置の変更例を示している。これは上記装置において振幅制限回 路６を省略すると共に、その機能を積分器５に持たせたものである。なお他の部 分の構成は、図１と同様であるため、同一部分に同一の符号を付してその説明を 省略する。図５に示すように、永久磁石による力は、永久磁石と制御対象との距 離の２乗に反比例するので、負荷Ｌによる変位Ｄに対しても直線的ではなく、Ｌ ＞｜Ｌ_０｜ではＶＺＰ帰還路による制御力よりも大きくなる。このとき負荷信号 として制御対象に流す電流を用い積分器５に入力すると、図３に示すように、Ｌ ＜｜Ｌ_０｜の範囲では負荷の変化に応じて積分器５の出力は変化するのでＶＺＰ 動作をするが、Ｌ＞｜Ｌ_０｜では永久磁石の力が制御力を上回るため、負荷信号 に偏差が生じ、それを積分するための積分器５がたちどころに飽和し、一定電圧 の出力になり定位置制御状態になる。このとき帰還利得の設定値によりＬ_０の値 を自由に設定することができ、結果的にＶＺＰ動作と定位置制御が切換わる位置 Ｄ_０を自由に設定できるのである。

【００１４】 なお図１及び図４において、負荷信号の取出しは、負荷の変化を表すものであ ればＡ点からと同様にＢ点からでも可能である。

【００１５】 以上のように上記各実施例の装置によれば、通常使用時には軽負荷で、少ない 機会ではあるが重負荷になる装置に使用すれば、軽負荷時にはＶＺＰ動作状態と なって消費電力がほとんど零で使用でき、重負荷時には通常の定位置制御し制御 対象を支持できる。また起動時にスイッチを切換えて使用するための制御も不要 になる。さらに従来のＶＺＰ動作だけでは可動限界で衝突するという危険を上記 各実施例では少なくすることができ、より安全性の高い装置を構成できる。

【００１６】

【考案の効果】

この考案の磁気軸受の制御装置によれば、定位置制御領域とＶＺＰ制御領域と を自由に設定できると共に、その切換えが自動的になされるので、従来のような スイッチが不要になって、その構成を簡素化することができ、しかも衝突等を防 止した確実な作動状態が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の磁気軸受の制御装置の回路構成の一
例を示すブロック図である。

【図２】上記装置における負荷とＶＺＰ帰還量との関係
を示すグラフである。

【図３】上記装置における負荷と電流、変位との関係を
示すグラフである。

【図４】この考案の磁気軸受の制御装置の回路構成の変
更例を示すブロック図である。

【図５】上記装置における負荷と力との関係を示すグラ
フである。

【図６】従来の磁気軸受の制御装置の回路構成のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 補償回路 ３ 制御対象 ４ ＶＺＰ帰還路 ５ 積分器 ６ 振幅制限回路 ７ 利得設定回路 ８ 変位信号

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 永久磁石と電磁石とを用いた磁気軸受の
   制御装置において、指令値が入力されると共に、制御対
   象に対して指令信号を出力する補償回路に対して、負荷
   信号の入力される積分器を備えたＶＺＰ帰還路からの帰
   還信号と変位信号とを負帰還させるべく構成し、さらに
   上記ＶＺＰ帰還路には、帰還利得の設定手段と、帰還量
   の制限値を設定する手段とを設けたことを特徴とする磁
   気軸受の制御装置。