JPH0520896Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、磁気軸受装置に関する。

（考案の概要） 本考案は、回転体の固有回転周波数に基づいて
電磁石により回転体の位置を補償することによる
構造体の振動を防止するとともに、従来より簡単
な制御回路により、応答周波数の位相ずれを補正
してさらに有効に構造体の振動を防止しようとす
るものである。

（従来の技術） 従来の磁気軸受装置としては、たとえば、特開
昭59−212519号公報に係るものがある。この従来
の磁気軸受装置は、回転体の固有回転周波数に基
づいて電磁石により回転体の位置を補償すること
による構造体の振動を防止するとともに、応答周
波数の位相ずれを補正してさらに有効に構造体の
振動を防止するようになつている。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の磁気軸受装置
にあつては、応答周波数の位相のずれを補正する
ために、センサ出力から所定範囲の周波数を取り
出し、その位相を進相させて伝達する第２演算回
路、ノツチフイルタ等を用いており、非常に制御
回路が複雑でコストも高くなるという問題点があ
つた。

（問題点を解決するための手段） そこで本考案は前記問題点を解決するため、回
転体の半径XY方向のそれぞれの位置を検出する
Ｘ方向およびＹ方向位置センサと、回転体の半径
XY方向のそれぞれの位置を決定するＸ方向およ
びＹ方向電磁石と、Ｘ方向およびＹ方向位置セン
サから信号を入力してＸ方向およびＹ方向電磁石
に信号を出力するＸ方向およびＹ方向制御回路
と、を備えた磁気軸受装置において、制御回路
は、位置センサからの信号と基準値との偏差から
位置補償信号を出力するＸ方向およびＹ方向位置
補償回路と、位置補償信号から回転体の固有回転
周波数を含む所定範囲の周波数成分を除去するＸ
方向およびＹ方向ノツチフイルタを有し、Ｘ方向
あるいはＹ方向ノツチフイルタの入力には、Ｙ方
向あるいはＸ方向位置センサからの信号をハイパ
スフイルタを介して重畳する構成としたものであ
る。

（作用） このような構成の磁気軸受装置によれば、Ｘ方
向制御回路には、Ｙ方向位置センサからの信号を
も入力させ、Ｙ方向制御回路にはＸ方向センサか
らの信号をも入力させることにより、応答周波数
の位相のずれを補正するようにしたため、従来の
ように複雑な回路を用いる必要がなくコストも著
しく低減させることができる。

（実施例） 以下、本考案の実施例について図面に基づいて
説明する。第１〜３は本考案による磁気軸受装置
の一実施例を示す図である。

第１図において、１は回転体であり、この回転
体１の半径XY方向のそれぞれの近傍には、回転
体１の半径XY方向の位置を決定するよう磁力を
発生して回転体１を磁気的に回転支持する、磁気
軸受としてのＸ方向電磁石２およびＹ方向電磁石
３が図外の構造体に固定されて配置されている。
さらに回転体１の半径XY方向のそれぞれの近傍
には、回転体１との間の隙間を検出することによ
り回転体１の半径XY方向のそれぞれの位置を検
出する、Ｘ方向位置センサ５およびＹ方向位置セ
ンサ６が配置されている。

Ｘ方向電磁石２およびＸ方向位置センサ５はＸ
方向制御回路８に連結しており、このＸ方向制御
回路８はＸ方向位置センサ５から信号を入力して
Ｘ方向電磁石２に信号を出力することにより回転
体１の半径Ｘ方向の位置を適正位置に保つよう制
御するようになつている。また、Ｙ方向電磁石３
およびＹ方向位置センサ６はＹ方向制御回路９に
連結しており、このＹ方向制御回路９はＹ方向位
置センサ６から信号を入力してＹ方向電磁石３に
信号を出力することにより回転体１の半径Ｙ方向
の位置を適正に保つよう制御するようになつてい
る。

Ｘ方向制御回路８には、回転体１の半径Ｘ方向
の適正位置に相当する回転体１とＸ方向位置セン
サ５との間の隙間をＸ軸基準値として信号入力
し、さらにＸ方向位置センサ５が検出した実際の
隙間に相当する検出信号を入力してその差を演算
し、その差に相当する信号に基づいて位置補償回
路１１がその差を零にするよう補償して回転体１
のＸ方向位置を適正にするよう信号を出力する。
この信号はノツチフイルタ１２および増幅回路１
３を経て、Ｘ方向電磁石２に回転体１のＸ方向の
位置補償に必要な電流等の信号を出力する。

ところで、回転体１は形状寸法的な軸を中心に
回転するのではなく物理質量的な慣性主軸を中心
に回転するため、両軸が完全に一致している場合
は別として、多くの場合は両軸は多少ずれている
ので、回転体１の回転中はその固有回転周波数で
Ｘ方向位置センサ５との間の隙間が変化する。こ
のような性質の隙間の変化は回転体１の回転の安
定のためには何ら支障のないものであり、むしろ
この隙間変化をＸ方向位置センサ５が検出するこ
とによるＸ方向制御回路８の制御作用はかえつて
構造体に無用の振動を生じるだけで何の益もな
い。したがつてこの回転体１の固有回転周波数に
対応するＸ方向位置センサ５との隙間変化はＸ方
向位置センサ５により検出されない方がよく、検
出されてもＸ方向制御回路８は無視する方が好ま
しい。このためにＸ方向制御回路８内にはノツチ
フイルタ１２が設けられ、回転体１の固有回転周
波数を含む所定範囲の周波数の入力信号に対して
はＸ方向電磁石２に対する制御作用を行わないよ
うになつている。

ノツチフイルタ１２の具体的なゲイン特性曲線
は第２図に、位相特性曲線は第３図に示すごとく
である。

Ｙ方向制御回路９にもＸ方向制御回路８と同様
に位置補償回路１５、ノツチフイルタ１６、増幅
回路１７が設けられており、Ｘ方向制御回路８と
同様に機能して回転体１の半径Ｙ方向の位置を適
正に補償する。

さらに、Ｘ方向制御回路８およびＹ方向制御回
路９にあつては、その入力信号に対して出力信号
に位相遅れが固有回転周波数の直前で生じるた
め、そのままでは回転体１を起動、停止すると
き、固有回転周波数の直前で磁気軸受が不安定に
なる。そこで本考案はＸ方向制御回路８にはＹ方
向位置センサ６からの信号をも入力させて、その
出力信号の位相を90°進ませることにより上記位
相遅れを相殺して上記磁気軸受の不安定性を有効
に防止している。このとき、Ｙ方向位置センサ６
からの信号はハイパスフイルタ２０を通過させて
回転体１の固有回転周波数に至る直前の所定周波
数を越えた信号だけ通すようにして回転体１の低
周波での制御特性に支障を来さないようにしてい
る。

他方、Ｙ方向制御回路９にはＸ方向位置センサ
５からの信号をも入力させて上述と同じ機能を持
たせているが、この場合にはハイパスフイルタ２
１の他に反転回路２３を設け、実際には90°遅れ
ている位相を90°進んだ位相としてＹ方向制御回
路９に入力させている。

（考案の効果） 以上説明したように本考案によれば、磁気軸受
の回転体位置制御において、回転体の形状寸法的
な幾何学中心と、物理質量的な慣性中心のずれに
起因する位置センサ出力信号の変動に対して、回
転体の固有回転周波数付近での位置制御を敢えて
行わないようにすることにより、磁気軸受を含む
構造体に無用な振動が生じることを避けることが
できるとともに、固有回転周波数より低い周波数
の領域での制御特性に支障を来すことなく回転体
の固有回転周波数付近での振動を防止し、かつ応
答周波数の位相ずれを簡単な回路で補正できるた
め、制御回路を単純化できるとともに、コストも
著しく低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本考案による磁気軸受装置の一実
施例を示す図であり、第１図はその構成図と制御
ブロツク図、第２図は本考案によるＸ方向制御回
路８あるいはＹ方向制御回路９のゲイン特性曲線
図、第３図は同じく位相特性曲線図である。 １……回転体、２……Ｘ方向電磁石（磁気軸
受）、３……Ｙ方向電磁石（磁気軸受）、５……Ｘ
方向位置センサ、６……Ｙ方向位置センサ、８…
…Ｘ方向制御回路、９……Ｙ方向制御回路、１
１，１５……位置補償回路、１２，１６……ノツ
チフイルタ、１３，１７……増幅回路、２０，２
１……ハイパスフイルタ、２３……反転回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転体の半径XY方向のそれぞれの位置を検出
   するＸ方向およびＹ方向位置センサと、回転体の
   半径XY方向のそれぞれの位置を決定するＸ方向
   およびＹ方向電磁石と、前記Ｘ方向およびＹ方向
   位置センサから信号を入力して前記Ｘ方向および
   Ｙ方向電磁石に信号を出力するＸ方向およびＹ方
   向制御回路と、を備えた磁気軸受装置において、
   前記制御回路は、前記位置センサからの信号と基
   準値との偏差から位置補償信号を出力するＸ方向
   およびＹ方向位置補償回路と、前記位置補償信号
   から回転体の固有回転周波数を含む所定範囲の周
   波数成分を除去するＸ方向およびＹ方向ノツチフ
   イルタを有し、前記Ｘ方向ノツチフイルタの入力
   には前記Ｙ方向位置センサからの信号とＸ軸基準
   値との偏差信号をハイパスフイルタを介して重畳
   するとともに、前記Ｙ方向ノツチフイルタの入力
   には、前記Ｘ方向位置センサからの信号とＹ軸基
   準値との偏差信号をハイパスフイルタおよび反転
   回路を介して重畳する構成であることを特徴とす
   る磁気軸受装置。