JPH05288219A - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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JPH05288219A
JPH05288219A JP11701192A JP11701192A JPH05288219A JP H05288219 A JPH05288219 A JP H05288219A JP 11701192 A JP11701192 A JP 11701192A JP 11701192 A JP11701192 A JP 11701192A JP H05288219 A JPH05288219 A JP H05288219A
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rotation
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displacement
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Susumu Osawa
將 大沢
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陽一 金光
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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
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    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転軸に取付けた回転子ヨークを電磁石によ
り、磁気吸引力で支承する磁気軸受装置において、高速
回転時に回転軸を慣性中心に回転でき、回転ふりまわり
成分を小さくすることのできる磁気軸受装置を提供す
る。 【構成】 回転軸系の伝達関数に基づき、疑似信号を発
生し、回転センサ(9)の信号により回転同期成分信号
を出力するシステム同定回路(10)を具備し、回転同
期成分の疑似信号を変位センサ(6)の信号に減算し
て、この減算された信号をもとに補償回路(7)と電力
増幅器(8)とにより磁気吸引力を制御することを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はターボ機械や工作機械の
軸受装置に係り、より詳細には、回転軸に磁性材料製の
回転子ヨークを取付け、ケーシングにコイルを巻いた電
磁石固定子を取付け、この回転子ヨークと電磁石固定子
との間隙を微小となるようにし、回転軸とケーシング間
の相対変位を測定する変位センサを設け、その変位セン
サからの出力信号に基づいてコイルに電流を流し、回転
子と電磁石固定子間に磁気吸引力を作用させ、回転軸を
固定子中心に支承する磁気軸受装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の磁気軸受装置の制御系のブ
ロック図を示すものである。図3において、符号1はケ
ーシングであり、このケーシング1には励磁コイル3を
備えた電磁石固定子2が固定されている。一方、回転軸
4には回転子ヨーク5が固着されている。そして、回転
軸4に隣接して変位センサ6が配設されており、補償回
路7と電力増幅器8によって変位センサ6からの出力信
号に基づいてコイル3に電流を流し、回転子ヨーク5と
電磁石固定子2間に磁気吸引力を作用させるように構成
されている。
【0003】次にこの構成における磁気軸受装置の動作
について説明する。変位センサ6によって回転軸4の変
位を検出し、回転軸4の位置目標値と変位センサ6で検
出された変位信号との偏差をもとに補償回路7で補償信
号を生成する。その生成された信号によって電力増幅器
8を駆動し、ケーシング1に固定された電磁石固定子2
のコイル3に、電流を流し回転子ヨーク5と電磁石固定
子2間に磁気吸引力を作用させ、回転軸4を固定子の中
心付近に支承する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高速回
転機においては、回転軸(ロータ)は危険速度を乗り越
えたあとは、回転軸自身の慣性中心を中心に回転しよう
とする。本来、回転中心の回りで回転すれば、回転軸の
回転成分の振れ回りは小さくなる。しかし、磁気軸受で
はセンサ中心は、慣性中心とは必ずしも一致しないため
に、磁気軸受で制御しようとすると、かえって回転軸を
加振してしまい、回転成分は大きくなってしまう。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸に取り
付けた回転子ヨークと、この回転子ヨークから微小間隔
の距離を置いてケーシングに取り付けられた電磁石固定
子と、前記回転軸とケーシング間の相対変位を測定する
変位センサと、この変位センサからの出力信号をもとに
前記回転子ヨークと前記電磁石固定子間に作用する磁気
吸引力を制御する補償回路と電力増幅器とを有する磁気
軸受装置において、適応ディジタルフィルタ、回転セン
サ等よりなるシステム同定回路を持ち、このシステム同
定回路より出力される回転同期信号成分と、上記変位セ
ンサ信号とを減算した信号に基づき、前記磁気吸引力を
制御する補償回路と電力増幅器とを有する磁気軸受装置
にある。
【0006】
【作用】本発明によって、パルス発生器と変位センサか
らの信号等によって回転軸系の伝達関数を求め、この伝
達関数を適応ディジタルフィルタで模擬し、これに補償
回路又は電力増幅器の出力信号を加えることにより、擬
似信号を発生させ、回転センサの情報より回転同期成分
のみバンドパスフィルタで取り出した信号を、変位セン
サ信号より減算し、この減算信号をもとに、補償回路と
電力増幅器とによって励磁電流を制御するものである。
【0007】従って、従来の変位センサ信号に比べて、
回転軸系の伝達関数を模擬した擬似信号から回転に同期
した周波数のみ局部的にゲインが低減されるので、曲げ
危険速度を通過後の高速回転時に回転軸(ロータ)を慣
性中心の回りに回転でき、回転ふりまわり成分を小さく
することができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明に係る磁気軸受装置の制御系の
実施例を添付図面を参照して説明する。図1は本発明の
第1の実施例を示し、図1において、符号1はケーシン
グであり、このケーシング1には励磁コイル3を備えた
電磁石固定子2が固定されている。一方、回転軸4には
回転子ヨーク5が固着されている。そして、回転軸4に
隣接して変位センサ6が配設されており、回転軸4の変
位を変位センサ6で測定するようになっている。同様
に、回転軸4に隣接して回転センサ9が配設されてお
り、回転軸4の回転数を測定するようになっている。磁
気軸受装置はシステム同定回路10を備え、このシステ
ム同定回路10は伝達関数設定部11と擬似信号発生部
14とから構成されている。そして、変位センサ6から
の検出信号は伝達関数設定部の伝達関数測定器12に入
力されるとともに減算器21に入力されるようになって
いる。また、伝達関数設定部11はパルス発生器13を
備え、パルス発生器13からのパルスは加算器23に入
力されて電力増幅器8に入力される。
【0009】一方、擬似信号発生部14は適応ディジタ
ルフィルタ15とバンドパス回路16とを備え、前記伝
達関数測定器12で測定された伝達関数は適応ディジタ
ルフィルタ15に入力され、この適応ディジタルフィル
タ15は、この伝達関数を模擬する。この適応ディジタ
ルフィルタ15には、補償回路7又は図示しないが電力
増幅器8の出力信号が入力されて、回転軸の固有の伝達
関数に従った擬似信号が発生される。この擬似信号は回
転センサ9の信号によって、バンドパス回路16によ
り、回転軸の回転同期成分信号を出力する。
【0010】ここで、バンドパス回路16は、回転軸の
回転周波数成分のみが通される周波数可変のバンドパス
フィルタである。従って、減算器21では、変位センサ
の変位信号に、補償回路7又は電力増幅器8の出力信号
を入力することにより、擬似信号発生部14で作られた
回転軸の回転同期成分信号が入力され、減算される。
【0011】次に、前述のように構成された磁気軸受装
置の動作を説明する。伝達関数設定部11中のパルス発
生器13で発生したパルスは第3の加算器23に入力さ
れ、電力増幅器8を経由してケーシング1に固定された
電磁石固定子2に巻かれたコイル3に電流を流し、電磁
石固定子2から回転軸4に電磁力による外乱を与え、そ
の時の回転軸4の変位を変位センサ6で測定する。そし
て、ここで、パルス発生器13によって発生されるパル
スは、システム同定用のパルス又は、ホワイトノイズあ
るいはチャープ信号であり、回転軸系の伝達関数の測定
のためのものである。変位センサ6の出力は伝達関数測
定器12に入力され、回転軸系の伝達関数が伝達関数測
定器12によって測定され、その測定された伝達関数は
適応ディジタルフィルタ15に入力される。適応ディジ
タルフィルタ15は伝達関数測定器12よりの回転軸系
の伝達関数に基づいて、擬似信号を発生する。擬似信号
は、回転軸系の回転数同期成分を模擬する信号である。
バンドパス回路16は、回転センサ9の信号を利用して
擬似信号から、回転同期成分信号を取り出し、システム
同定回路10の出力とする。この出力信号は、減算器2
1により変位信号に減算される。この減算したあとの信
号は同定誤差検出回路17に入力され、これによって変
位信号と擬似信号との誤差が小さくなるように、適応デ
ィジタルフィルタ15が逐次修正される。また、減算器
21で減算された誤差信号は加算器22に入力され、こ
こで回転軸4の位置目標値から減算され、この減算され
た信号が補償回路7に入力され、この補償回路7からの
出力によって電力増幅器8が動作し、コイル3に電流を
流し、電磁石固定子2と回転子ヨーク5間に生じる磁気
吸引力によって回転軸4の位置を制御する。
【0012】このようにして、変位センサ6の変位信号
がシステム同定回路10の回転同期成分信号によって減
算された後の信号は、回転同期周波数に落ちこみを持
ち、局部的にゲインが低減される。この信号をもとに磁
気軸受を制御することにより、回転軸(ロータ)を高速
回転時に慣性中心の回りに回転させることができ、振動
を小さくすることができる。図1において、図中のS−
1は、変位センサ6で検出した変位信号のスペクトルを
示し、S−2は疑似信号のスペクトルを示している。S
−1のピークNは、回転同期周波数による極であり、高
周波側のピークは、その他の曲げ固有モードによる極で
ある。S−2は、回転同期周波数の極が適応ディジタル
フィルタ15の疑似信号として形成されていることを示
す。S−3は、これらが減算されたスペクトルであり、
回転同期周波数において、補償回路7及び電力増幅器8
に低いゲインが局部的に加えられることを示している。
【0013】図2は、本発明の第2の実施例の制御系の
ブロック図を示す。この実施例においては、システム同
定回路10の伝達関数設定部11は極値設定部18から
なり、擬似信号発生部14は適応ディジタルフィルタ1
5からなる。伝達関数設定部11及び擬似信号発生部1
4以外の構成は、図1に示す本発明の第1の実施例と同
じであり、その説明を省略する。
【0014】回転軸系の伝達関数に基づき、擬似信号を
出力するシステム同定回路10は、以下のように動作す
る。即ち、回転センサ9より極値設定部18は、回転周
波数を判定し、判定された回転周波数に基づき、適応デ
ィジタルフィルタ15の極値を設定する。擬似信号発生
部である適応ディジタルフィルタ15には、変位センサ
6の信号が入力され、設定された伝達関数に基づき、図
中Sー2に示す擬似信号が出力され、減算器21に渡さ
れる。
【0015】減算器21の出力信号は、図中S−3に示
すように、変位センサ6の信号に、適応ディジタルフィ
ルタ15で作られた擬似信号が減算されたものである。
従って、以降の動作は本発明の第1の実施例と同じであ
り、減算器21で擬似信号の減算された信号に基づき、
磁気軸受を制御することにより、回転軸を高速回転時に
慣性中心の回りに回転させることができ、振動を小さく
することができる。尚、同定誤差検出回路17によっ
て、適応ディジタルフィルタ15の伝達関数を修正する
動作も、本発明の第1の実施例と同様である。
【0016】本第2の実施例によれば、第1の実施例が
パルス発生器13及び伝達関数測定器12を備え、制御
系にパルス等を印加して伝達関数を求めていたのに対し
て、回転センサ9の信号から適応ディジタルフィルタ1
5の伝達関数の極値を直接設定するものである。従っ
て、第1の実施例のパルス発生器13及び伝達関数測定
器12が不要となり、大幅に制御系が簡略化される
【0017】
【発明の効果】本発明は、システム同定回路より出力さ
れる回転同期信号成分と、変位センサの信号とを減算し
た信号に基づき磁気吸引力を制御する磁気軸受装置にあ
る。従って、回転軸(ロータ)を高速回転時に慣性中心
の回りに回転させることができ、振動を小さくすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の磁気軸受装置の制御系
のブロック図である。
【図2】本発明の第2の実施例の磁気軸受装置の制御系
のブロック図である。
【図3】従来の磁気軸受装置の制御系のブロック図であ
る。
【符号の説明】
3 コイル 4 回転軸 5 回転子ヨーク 6 変位センサ 7 補償回路 8 電力増幅器 9 回転センサ 10 システム同定回路 11 伝達関数設定部 12 伝達関数測定器 13 パルス発生器 14 擬似信号発生部 15 適応ディジタルフィルタ 16 バンドパス回路 17 同定誤差検出回路 18 極値設定部 21 減算器 22,23 加算器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転軸に取り付けた回転子ヨークと、この
    回転子ヨークから微小間隔の距離を置いてケーシングに
    取り付けられた電磁石固定子と、前記回転軸とケーシン
    グ間の相対変位を測定する変位センサと、この変位セン
    サからの変位信号をもとに前記回転子ヨークと前記電磁
    石固定子間に作用する磁気吸引力を制御する補償回路と
    電力増幅器とを有する磁気軸受装置において、回転セン
    サと、前記回転軸系の伝達関数に基づき、擬似信号を発
    生し、前記回転センサの信号より回転同期成分信号を出
    力するシステム同定回路と、該回転同期成分信号を前記
    変位センサの変位信号に減算する手段と、該減算した信
    号に基づき、前記磁気吸引力を制御する補償回路と電力
    増幅器とを有する磁気軸受装置。
  2. 【請求項2】前記システム同定回路は、パルス発生器
    と、該パルスにより前記回転軸系の伝達関数を測定する
    伝達関数測定器と、該測定された伝達関数に基づき擬似
    信号を発生する適応ディジタルフィルタと、前記回転セ
    ンサにより回転同期信号成分を取出すバンドパス回路と
    からなることを特徴とする請求項1の磁気軸受装置。
  3. 【請求項3】前記システム同定回路は、前記回転センサ
    の信号によって前記適応ディジタルフィルタの極値を設
    定する極値設定部と、該設定された極値の伝達関数に基
    づき擬似信号を発生する適応ディジタルフィルタとから
    なることを特徴とする請求項1の磁気軸受装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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