JPH05118329A - Magnetic bearing device - Google Patents
Magnetic bearing deviceInfo
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- JPH05118329A JPH05118329A JP19249791A JP19249791A JPH05118329A JP H05118329 A JPH05118329 A JP H05118329A JP 19249791 A JP19249791 A JP 19249791A JP 19249791 A JP19249791 A JP 19249791A JP H05118329 A JPH05118329 A JP H05118329A
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- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0446—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
- F16C32/0448—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors by using the electromagnet itself as sensor, e.g. sensorless magnetic bearings
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受装置に係り、
特に磁気力により被支持体を非接触状態で支持する磁気
軸受装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic bearing device,
In particular, the present invention relates to a magnetic bearing device that supports a supported body in a non-contact state by a magnetic force.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３は従来の磁気軸受装置の説明図であ
る。一般に磁気軸受装置は、磁力により支持力を発揮す
る電磁石１１と、被支持体１３の移動量を検出する位置
センサ１５と、センサアンプ１７により検出された信号
に基づき、制御信号を発する制御回路１９と、その制御
信号に基づき電磁石コイル１２に電流を供給するパワー
アンプ１８とから構成されている。2. Description of the Related Art FIG. 3 is an explanatory view of a conventional magnetic bearing device. Generally, a magnetic bearing device includes an electromagnet 11 that exerts a supporting force by a magnetic force, a position sensor 15 that detects a movement amount of a supported body 13, and a control circuit 19 that issues a control signal based on a signal detected by a sensor amplifier 17. And a power amplifier 18 which supplies a current to the electromagnet coil 12 based on the control signal.
【０００３】電磁石１１のコイル１２による磁界によっ
てヨーク部１４は被支持体１３を吸引する。この吸引力
を制御し、任意の位置で安定支持するために、位置セン
サ１５を備えている。このようにして、磁気軸受におい
ては、位置センサ１５は被支持体１３の位置制御に必要
不可欠のものである。The yoke portion 14 attracts the supported body 13 by the magnetic field generated by the coil 12 of the electromagnet 11. A position sensor 15 is provided to control this suction force and stably support it at an arbitrary position. Thus, in the magnetic bearing, the position sensor 15 is indispensable for controlling the position of the supported body 13.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この被支持体の位置を
検出するために、従来位置検出のためのセンサを備えて
いた。この位置検出のためのセンサは、例えば、インダ
クタンスの変化による電磁誘導型センサでは、支持力を
与える電磁石の近傍に、特別の検出用のコイルを設け
て、検出用の信号を印加する等、専用の測定系により測
定を行っていた。そのために電磁石の吸引力の作用点で
ある被支持体の部位と、位置センサの位置検出点である
被支持体の部位とを一致させることは構造上困難であっ
た。また、専用のコイル、測定系などが必要であり構造
が複雑となる欠点があった。In order to detect the position of the supported body, a sensor for position detection has been conventionally provided. The sensor for detecting the position is, for example, an electromagnetic induction type sensor based on a change in inductance, in which a special detecting coil is provided in the vicinity of an electromagnet that gives a supporting force to apply a detecting signal. The measurement system was used. Therefore, it is structurally difficult to match the portion of the supported body, which is the point of action of the attraction force of the electromagnet, with the portion of the supported body, which is the position detection point of the position sensor. In addition, there is a drawback that the structure is complicated because a dedicated coil and a measuring system are required.
【０００５】本発明は、上述の事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、制御用電磁石の作用点で
被支持体の位置検出を可能ならしめ、かつ位置検出用コ
イルを不用とし、磁気浮上された被支持体の移動量を簡
単な構造で検出できる磁気軸受装置を提供することにあ
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to make it possible to detect the position of a supported body at the point of action of a control electromagnet and to eliminate the need for a position detection coil. An object of the present invention is to provide a magnetic bearing device capable of detecting the amount of movement of a magnetically levitated supported body with a simple structure.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受装置
は、磁界発生用コイルとヨーク部からなる電磁石及び被
支持体を備えた磁気軸受装置において、前記磁界発生用
コイルを前記被支持体の移動量検出のためのコイルとし
て共用し、パルス幅変調（ＰＷＭ）型の軸受電源よりの
スイッチングリップル電流から移動量を検出し、この検
出された信号によって被支持体を所定位置に支承するよ
うに構成される。According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic bearing device comprising a magnetic field generating coil, an electromagnet including a yoke portion, and a supported body, wherein the magnetic field generating coil is connected to the supported body. The coil is also used as a coil for detecting the movement amount, the movement amount is detected from the switching ripple current from the pulse width modulation (PWM) type bearing power supply, and the supported body is supported at a predetermined position by the detected signal. Composed.
【０００７】[0007]
【作用】本発明に於いては、被支持体が移動する時に、
この移動を磁界発生用コイルのインダクタンスの変化と
して捉える。パルス幅変調（ＰＷＭ）型の軸受電源を用
いることにより、ＰＷＭスイッチング用キャリア信号
（２０ｋHz〜１２０ｋHz程度）をパルス幅変調されたス
イッチングリップル電流が磁界発生用コイルに供給され
ている。このスイッチングリップル電流を測定すること
により、インダクタンスの変化、即ち被支持体の位置の
検出が、電磁石の作用点において可能となる。In the present invention, when the supported body moves,
This movement is regarded as a change in the inductance of the magnetic field generating coil. By using a pulse width modulation (PWM) type bearing power supply, a switching ripple current in which a PWM switching carrier signal (about 20 kHz to 120 kHz) is pulse width modulated is supplied to the magnetic field generating coil. By measuring this switching ripple current, the change in inductance, that is, the position of the supported body can be detected at the point of action of the electromagnet.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、本発明に係る磁気軸受装置の実施例を
図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例の
磁気軸受装置のブロック図であり、本発明の磁気軸受装
置の構成について説明する。電磁石１１のコイル１２に
通電すると、ヨーク部１４が励磁され被支持体１３を所
定位置で支承する制御磁界が発生する。本発明の磁気軸
受装置においては、従来技術の位置センサー１５を有し
ていない。何らかの原因で被支持体１３が移動したとす
ると、被支持体１３とヨーク部１４との間隔Ｘが変化す
る。本発明では被支持体１３がコイル１１の磁界中を移
動する時に、ヨーク部１４と被支持体１３が作る磁気回
路のインダクタンスが変化することを利用して被支持体
１３のヨーク部１４に対する位置を検出するものであ
る。Embodiments of the magnetic bearing device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention, and the configuration of the magnetic bearing device of the present invention will be described. When the coil 12 of the electromagnet 11 is energized, the yoke portion 14 is excited and a control magnetic field for supporting the supported body 13 at a predetermined position is generated. The magnetic bearing device of the present invention does not have the position sensor 15 of the prior art. If the supported body 13 moves for some reason, the distance X between the supported body 13 and the yoke portion 14 changes. In the present invention, when the supported body 13 moves in the magnetic field of the coil 11, the position of the supported body 13 with respect to the yoke section 14 is utilized by utilizing the fact that the inductance of the magnetic circuit formed by the yoke section 14 and the supported body 13 changes. Is to detect.
【０００９】即ち、コイル１２は磁界発生により被支持
体１３を支承するために用いるものと、被支持体の位置
を検出するためのセンス用コイルとしての両方の役割を
果たしている。 パルス幅変調（ＰＷＭ）軸受電源２１
は被支持体１３を支承する励磁電流をパルス幅変調（Ｐ
ＷＭ）により供給するものであり、電流検出器２３はパ
ルス幅変調されたスイッチングリップル電流を低抵抗な
どにより検出するものである。That is, the coil 12 serves both as a coil used for supporting the supported body 13 by generating a magnetic field and as a sensing coil for detecting the position of the supported body. Pulse width modulation (PWM) bearing power supply 21
Is a pulse width modulation (P) of the exciting current that supports the supported body 13.
WM), and the current detector 23 detects the pulse-width modulated switching ripple current with a low resistance or the like.
【００１０】パルス幅変調（ＰＷＭ）型軸受電源２１
は、パルス幅を変調することによって電流を制御する軸
受電源であり、その出力はパルス幅変調されたスイッチ
ングリップル電流がコイル１２に印加される。コイル１
２に印加されたスイッチングリップル電流は電流検出器
２３によって検出される。そしてその出力はパルス幅変
調（ＰＷＭ）型軸受電源２１にフィードバックされると
ともに、バンドパスフィルタ２４、整流回路２５、ロー
パスフィルタ２６に入る。バンドパスフィルタ２４はパ
ルス変調されたスイッチングリップル電流の基本周波数
を通す帯域フィルタでありこの基本周波数としては、２
０〜１２０ｋHz程度が用いられている。スイッチングリ
ップル電流の基本周波数成分は整流回路２５で検波整流
される。ローパスフィルタ２６は検波整流されたスイッ
チングリップル電流の基本周波数成分に相当する大きさ
の低周波成分のみを通過させるフィルタである。即ち、
被支持体１３とヨーク部１４とで構成される磁気回路
が、被支持体１３の位置によってそのコイル１２より見
たインダクタンスが変化する。インダクタンスの変化は
スイッチングリップル電流の基本周波数の大きさの変化
として捉えられ、整流回路２５によって検波整流された
信号はインダクタンスの大きさの変化に対応した信号と
なる。従ってその高調波成分を除去する低域フィルタ、
ローパスフィルタ２６の出力信号はインダクタンスの変
化、即ち、被支持体１３とヨーク部１４との位置間隔Ｘ
に対応した量の信号となる。このようにして被支持体位
置Ｘが検出されると、その信号は制御回路２７にフィー
ドバックされて所定の計算をされて被支持体のあるべき
位置に軸を支承するような信号が再びパルス幅変調（Ｐ
ＷＭ）型軸受電源２１にフィードバックされる。これに
より被支持対１３を所定位置に支承する。Pulse width modulation (PWM) type bearing power supply 21
Is a bearing power supply that controls the current by modulating the pulse width, the output of which is applied pulse width modulated switching ripple current to the coil 12. Coil 1
The switching ripple current applied to 2 is detected by the current detector 23. The output is fed back to the pulse width modulation (PWM) type bearing power supply 21, and also enters the band pass filter 24, the rectifier circuit 25, and the low pass filter 26. The bandpass filter 24 is a bandpass filter that passes the fundamental frequency of the pulse-modulated switching ripple current, and the fundamental frequency is 2
About 0 to 120 kHz is used. The fundamental frequency component of the switching ripple current is detected and rectified by the rectifier circuit 25. The low-pass filter 26 is a filter that passes only a low-frequency component having a magnitude corresponding to the fundamental frequency component of the detected and rectified switching ripple current. That is,
In the magnetic circuit including the supported body 13 and the yoke portion 14, the inductance seen from the coil 12 changes depending on the position of the supported body 13. The change in the inductance is captured as a change in the magnitude of the fundamental frequency of the switching ripple current, and the signal detected and rectified by the rectifying circuit 25 becomes a signal corresponding to the change in the magnitude of the inductance. Therefore, a low-pass filter that removes its harmonic components,
The output signal of the low-pass filter 26 changes in inductance, that is, the positional interval X between the supported body 13 and the yoke portion 14.
The amount of signal corresponds to. When the position X of the supported body is detected in this manner, the signal is fed back to the control circuit 27 to perform a predetermined calculation so that the signal for supporting the shaft at the desired position of the supported body is again pulse width. Modulation (P
It is fed back to the WM type bearing power supply 21. Thereby, the supported pair 13 is supported at a predetermined position.
【００１１】従来技術の位置センサを用いる場合には、
位置センサのキャリア信号と、ＰＷＭスイッチング用キ
ャリア信号との干渉問題が生じていた。そのため相互の
キャリア周波数を離して設定する等の方策を必要として
いた。本発明の磁気軸受け装置においては、キャリア信
号は単一のためかかる問題を生じない。When using the prior art position sensor,
There has been a problem of interference between the carrier signal of the position sensor and the PWM switching carrier signal. Therefore, it is necessary to take measures such as setting carrier frequencies apart from each other. In the magnetic bearing device of the present invention, such a problem does not occur because the carrier signal is single.
【００１２】図２は、本発明の第２の実施例の磁気軸受
装置のブロック図である。この図は、軸受位置制御２系
統分の構成を示すもので、被支持体の両側に対応する二
個の電磁石を制御するものである。ここでパルス幅変調
（ＰＷＭ）回路３１は、所定のパルス幅、所定の大きさ
のパルスを形成する回路である。スイッチング回路３２
は、キャリア信号からスイッチングリップル電流を形成
し、コイル１２に印加する。コイル１２に流れるスイッ
チングリップル電流は、電流検出器２３により検出され
て、ローパスフィルタ３４を介してパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）回路３１にフィードバックされる。また電流検出器
２３の出力はバンドパスフィルタ２４によりスイッチン
グリップル電流の基本周波数成分のみが取り出され、整
流回路２５によってその直流成分すなわち大きさが検出
される。ローパスフィルタ２６によって高調波分が除去
されたスイッチングリップル電流の基本周波数成分は作
動増幅器４１を介して制御回路４１に入る。この点の構
成は図１のものと同じである。FIG. 2 is a block diagram of a magnetic bearing device according to a second embodiment of the present invention. This figure shows a configuration for two systems of bearing position control, and controls two electromagnets corresponding to both sides of the supported body. Here, the pulse width modulation (PWM) circuit 31 is a circuit that forms a pulse having a predetermined pulse width and a predetermined magnitude. Switching circuit 32
Forms a switching ripple current from the carrier signal and applies it to the coil 12. The switching ripple current flowing through the coil 12 is detected by the current detector 23 and is pulse width modulated (PW) via the low pass filter 34.
M) It is fed back to the circuit 31. Further, as for the output of the current detector 23, only the fundamental frequency component of the switching ripple current is taken out by the bandpass filter 24, and the DC component, that is, the magnitude thereof is detected by the rectifier circuit 25. The fundamental frequency component of the switching ripple current from which harmonic components have been removed by the low-pass filter 26 enters the control circuit 41 via the operational amplifier 41. The configuration at this point is the same as that of FIG.
【００１３】図１の第一の実施例の構成と異なる点は、
被支持体１３の相対向する両側の電磁石のコイル１２に
それぞれ図１に対応する制御装置が具備されていること
である。制御回路４１の出力は一方ではそのままパルス
幅変調（ＰＷＭ）回路３１に印加され、他方の側では反
転回路３５を通して逆位相とされて他方のパルス幅変調
（ＰＷＭ）回路３１に印加される。このようにして被支
持体の相対向する両方の側から被支持体の位置を制御す
ることによって線形的な制御範囲が広がるという利点が
得られる。The difference from the configuration of the first embodiment of FIG. 1 is that
That is, the coils 12 of the electromagnets on both sides of the supported body 13 facing each other are provided with the control devices corresponding to FIG. 1, respectively. The output of the control circuit 41 is applied to the pulse width modulation (PWM) circuit 31 on the one hand as it is, and on the other side, it is applied to the other pulse width modulation (PWM) circuit 31 with the opposite phase through the inverting circuit 35. In this way, by controlling the position of the supported body from both sides of the supported body facing each other, there is an advantage that the linear control range is expanded.
【００１４】[0014]
【発明の効果】本発明は、磁気軸受の磁界発生用コイル
を、移動量検出センサのコイルとして共用し、パルス幅
変調（ＰＷＭ）軸受電源のスイッチングリップル電流を
測定用信号として用いることで、磁気軸受装置の構造が
コンパクトになり、被支持体の位置検出点と作用点とを
一致させることができる。さらに、従来の誘導型位置セ
ンサのように、独立した発振回路をもつ必要がなくなる
ので、位置センサの発振回路とパルス幅変調（ＰＷＭ）
軸受電源のスイッチングリップル電流との干渉によるノ
イズ発生の問題を解決できる。According to the present invention, the magnetic field generating coil of the magnetic bearing is also used as the coil of the movement amount detecting sensor, and the switching ripple current of the pulse width modulation (PWM) bearing power supply is used as the measuring signal. The structure of the bearing device becomes compact, and the position detection point and the action point of the supported body can be matched. Further, unlike the conventional inductive position sensor, it is not necessary to have an independent oscillation circuit, so the oscillation circuit of the position sensor and pulse width modulation (PWM)
The problem of noise generation due to interference with the switching ripple current of the bearing power supply can be solved.
【図１】本発明の第一の実施例の磁気軸受装置のブロッ
ク図である。FIG. 1 is a block diagram of a magnetic bearing device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第二の実施例の磁気軸受装置のブロッ
ク図である。FIG. 2 is a block diagram of a magnetic bearing device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】従来の磁気軸受装置の制御系のブロック図であ
る。FIG. 3 is a block diagram of a control system of a conventional magnetic bearing device.
１１ 電磁石 １２ コイル １３ 被支持体 １４ ヨーク部 １５ 位置センサ １７ センサーアンプ １８ パワーアンプ １９ 制御回路 ２１ パルス幅変調（ＰＷＭ）軸受電源 ２３ 電流検出器 ２４ バンドパスフィルタ ２５ 整流回路 ２６ ローパスフィルタ ２７ 制御回路 ３１ パルス幅変調（ＰＷＭ）回路 ３２ スイッチング回路 ３４ ローパスフィルタ ３５ 反転回路 ４０ 差動増幅器 ４１ 制御回路 11 Electromagnet 12 Coil 13 Supported Object 14 Yoke 15 Position Sensor 17 Sensor Amplifier 18 Power Amplifier 19 Control Circuit 21 Pulse Width Modulation (PWM) Bearing Power Supply 23 Current Detector 24 Bandpass Filter 25 Rectifier Circuit 26 Lowpass Filter 27 Control Circuit 31 Pulse width modulation (PWM) circuit 32 Switching circuit 34 Low pass filter 35 Inversion circuit 40 Differential amplifier 41 Control circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中沢 敏治 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 飯島 直樹 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshiharu Nakazawa 11-1 Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Inside the EBARA CORPORATION (72) Inventor Naoki Iijima 11-11 Haneda-Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Inside the EBARA CORPORATION
Claims (3)
え、磁気力により非接触に支持する磁気軸受装置におい
て、パルス幅変調（ＰＷＭ）型の軸受電源を有し、その
スイッチングリップル電流を測定し、被支持体の移動量
情報を検出する手段を具備することを特徴とする磁気軸
受装置。1. A magnetic bearing device, which comprises a device for detecting the amount of movement of a supported body and which is supported by a magnetic force in a non-contact manner, has a pulse width modulation (PWM) type bearing power supply, and its switching ripple current is A magnetic bearing device comprising a means for measuring and detecting movement amount information of a supported body.
し、被支持体の移動量情報を検出する手段は、前記スイ
ッチングリップル電流のキャリア信号成分を検出するバ
ンドパスフィルタと、該キャリア信号成分を整流検波し
て移動量情報に相当する低周波成分を取り出す整流回路
及びローパスフィルタとからなることを特徴とする請求
項１記載の磁気軸受装置。2. The means for measuring the switching ripple current and detecting the movement amount information of the supported body includes a bandpass filter for detecting a carrier signal component of the switching ripple current, and rectifying and detecting the carrier signal component. The magnetic bearing device according to claim 1, comprising a rectifier circuit and a low-pass filter for extracting a low-frequency component corresponding to the movement amount information.
は、制御回路を介して、相対向する二個の磁界発生用コ
イルのパルス幅変調（ＰＷＭ）型の軸受電源に、一方は
そのまま、他方は反転してフィードバック印加されるこ
とを特徴とする請求項２記載の磁気軸受装置。3. An output signal of the moving amount information of the supported body is transmitted through a control circuit to a pulse width modulation (PWM) type bearing power supply of two magnetic field generating coils facing each other, and one of the two is unchanged. The magnetic bearing device according to claim 2, wherein the other is inverted and feedback is applied.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19249791A JPH0676809B2 (en) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | Magnetic bearing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19249791A JPH0676809B2 (en) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | Magnetic bearing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05118329A true JPH05118329A (en) | 1993-05-14 |
| JPH0676809B2 JPH0676809B2 (en) | 1994-09-28 |
Family
ID=16292293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19249791A Expired - Lifetime JPH0676809B2 (en) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | Magnetic bearing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JPH0676809B2 (en) | 1994-09-28 |
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Legal Events
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