JPH05296243A - 磁気軸受制御装置 - Google Patents
磁気軸受制御装置Info
- Publication number
- JPH05296243A JPH05296243A JP9515692A JP9515692A JPH05296243A JP H05296243 A JPH05296243 A JP H05296243A JP 9515692 A JP9515692 A JP 9515692A JP 9515692 A JP9515692 A JP 9515692A JP H05296243 A JPH05296243 A JP H05296243A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power amplifier
- rotor
- rotation
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- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】ロータ１の径方向位置を検出する手段と検出す
る手段から出る変位信号に感応して、あらかじめ設定し
た径方向位置にロータ１を保持するように制御する磁気
軸受制御装置において、回転同期の前向き三角波によっ
てロータ１を加振するような制御系を付加し、ロータ１
の不釣り合い振動を打ち消すようにした磁気軸受制御装
置。 【効果】共振点通過時の前向き振動に対する相殺力を向
上できるので、小さい不釣り合い振動で共振点を通過で
きる。また、ロータのバランス精度が多少悪くても共振
点通過が可能となるので、バランス作業が簡略化され
る。
る手段から出る変位信号に感応して、あらかじめ設定し
た径方向位置にロータ１を保持するように制御する磁気
軸受制御装置において、回転同期の前向き三角波によっ
てロータ１を加振するような制御系を付加し、ロータ１
の不釣り合い振動を打ち消すようにした磁気軸受制御装
置。 【効果】共振点通過時の前向き振動に対する相殺力を向
上できるので、小さい不釣り合い振動で共振点を通過で
きる。また、ロータのバランス精度が多少悪くても共振
点通過が可能となるので、バランス作業が簡略化され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受で支持された
磁気浮上形ロータの制御装置に係り、特にロータの不釣
り合い振動に対して共振振動振幅を低減する磁気軸受制
御装置に関する。
磁気浮上形ロータの制御装置に係り、特にロータの不釣
り合い振動に対して共振振動振幅を低減する磁気軸受制
御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸引形電磁石を軸受とした磁気軸受で支
えられた回転機械の構成の概略は図６のようになってお
り、ロータ１に対して電磁石のコイル２は左右，上下に
配置される。この状態でロータ１が右へ変位すると左側
の電磁石コイル２に制御電流ｉが流れ、ロータ１は左側
に変位するように吸引力が作用する。反対にロータ１が
左側に変位すると右側の電磁石コイル２に制御電流ｉが
流れ、吸引力が作用する。上下方向についても同様の動
作が作用する。このようにロータ１の上下左右の変位に
応じて、反対側の電磁石コイル２に制御電流ｉを流し、
その吸引力によって、ロータ１が中心位置になるように
サーボ制御する。
えられた回転機械の構成の概略は図６のようになってお
り、ロータ１に対して電磁石のコイル２は左右，上下に
配置される。この状態でロータ１が右へ変位すると左側
の電磁石コイル２に制御電流ｉが流れ、ロータ１は左側
に変位するように吸引力が作用する。反対にロータ１が
左側に変位すると右側の電磁石コイル２に制御電流ｉが
流れ、吸引力が作用する。上下方向についても同様の動
作が作用する。このようにロータ１の上下左右の変位に
応じて、反対側の電磁石コイル２に制御電流ｉを流し、
その吸引力によって、ロータ１が中心位置になるように
サーボ制御する。
【０００３】変位センサ３によって検出された変位信号
ｘは制御回路６に入力され、ロータ１の中心位置からの
左右のずれに応じて制御電圧Ｖを決定し、左右の電磁石
コイル用パワーアンプ７に入力され、それに応じた制御
電流ｉが電磁石コイル２に流れる。左右，上下のパワー
アンプ７への制御電圧Ｖの流し方は、電磁石の吸引力に
よってロータの求心作用が生じるようになされる。この
ように、ロータ１の位置制御のためサーボ回路の構成で
は、Ｘ方向に対して、変位センサ１が１個，左右の電磁
石コイル２とパワーアンプ７が２個，制御回路６が１個
の構成となる。一般には図６に示すように、ロータ１の
磁気軸受による位置制御のためには、Ｘ方向とＹ方向の
２次元の位置制御となる。よって、サーボ回路は同じ仕
様のものがＸ方向用とＹ方向用の２系列並ぶことにな
る。
ｘは制御回路６に入力され、ロータ１の中心位置からの
左右のずれに応じて制御電圧Ｖを決定し、左右の電磁石
コイル用パワーアンプ７に入力され、それに応じた制御
電流ｉが電磁石コイル２に流れる。左右，上下のパワー
アンプ７への制御電圧Ｖの流し方は、電磁石の吸引力に
よってロータの求心作用が生じるようになされる。この
ように、ロータ１の位置制御のためサーボ回路の構成で
は、Ｘ方向に対して、変位センサ１が１個，左右の電磁
石コイル２とパワーアンプ７が２個，制御回路６が１個
の構成となる。一般には図６に示すように、ロータ１の
磁気軸受による位置制御のためには、Ｘ方向とＹ方向の
２次元の位置制御となる。よって、サーボ回路は同じ仕
様のものがＸ方向用とＹ方向用の２系列並ぶことにな
る。
【０００４】不釣り合い振動応答曲線の一例を図７に示
す。回転数の低い方の二つの振動振幅のピークがロータ
剛体モードの共振点である。３番目の振動振幅のピーク
がロータの曲げモードの共振点である。通常の磁気軸受
支持ロータにおいて、サーボ制御回路の比例動作，微分
動作，積分動作の調整によって、低速の剛体モードの共
振点の振幅を小さく押さえて通過することが可能であ
る。しかし、高速回転の曲げモードの共振点では、減衰
力不足のため、鋭くかつ大振幅で通過せざるを得ない。
むしろサーボ回路の調整を巧みに行うことにより、剛体
モードの共振振幅を小さく抑え得ても、曲げモードの共
振振幅を抑え得ず、曲げモードの共振点の回転速度を越
えて運転するのが難しいのが普通である。
す。回転数の低い方の二つの振動振幅のピークがロータ
剛体モードの共振点である。３番目の振動振幅のピーク
がロータの曲げモードの共振点である。通常の磁気軸受
支持ロータにおいて、サーボ制御回路の比例動作，微分
動作，積分動作の調整によって、低速の剛体モードの共
振点の振幅を小さく押さえて通過することが可能であ
る。しかし、高速回転の曲げモードの共振点では、減衰
力不足のため、鋭くかつ大振幅で通過せざるを得ない。
むしろサーボ回路の調整を巧みに行うことにより、剛体
モードの共振振幅を小さく抑え得ても、曲げモードの共
振振幅を抑え得ず、曲げモードの共振点の回転速度を越
えて運転するのが難しいのが普通である。
【０００５】曲げモードの共振点における不釣り合い振
動を抑える技術として「ＤＳＰによる回転軸のリアルタ
イムバランシング」（日本機械学会（Ｎo.９１０−４
２）講習会教材）では回転数に同期した正弦波信号を不
釣り合い外乱を消去するように、ロータを浮上するため
の信号に加算し、パワーアンプに入力している。回転同
期信号をフィードフォワードすることにより、不釣り合
い外乱による振動を制振することを試みている。
動を抑える技術として「ＤＳＰによる回転軸のリアルタ
イムバランシング」（日本機械学会（Ｎo.９１０−４
２）講習会教材）では回転数に同期した正弦波信号を不
釣り合い外乱を消去するように、ロータを浮上するため
の信号に加算し、パワーアンプに入力している。回転同
期信号をフィードフォワードすることにより、不釣り合
い外乱による振動を制振することを試みている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】不釣り合い力が大きい
場合や周波数が高い場合、上記従来の不釣り合い振動制
御ではパワーアンプの飽和が避けられない。
場合や周波数が高い場合、上記従来の不釣り合い振動制
御ではパワーアンプの飽和が避けられない。
【０００７】本発明の目的は、磁気軸受の制御能力を向
上させる磁気軸受の制御装置を提供することにある。
上させ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】上記目的を達成するため
に、本発明は不釣り合い力を打ち消すように位相を合わ
せた回転同期の前向き信号を本来のサーボ回路に加算入
力して不釣り合い振動を打ち消す振動制御系において、
回転同期の前向き信号の波形を三角波とする。
に、本発明は不釣り合い力を打ち消すように位相を合わ
せた回転同期の前向き信号を本来のサーボ回路に加算入
力して不釣り合い振動を打ち消す振動制御系において、
回転同期の前向き信号の波形を三角波とする。
【０００９】
【作用】不釣り合い力を打ち消すように位相を合わせた
回転同期の三角波前向き信号を本来のサーボ回路に加算
入力することにより、パワーアンプは不釣り合い力の方
向とは逆の方向にロータを吸引するように電流を流す。
その結果、ロータの不釣り合い振動は小さくなる。ここ
で、パワーアンプはコイルのインダクタンスによって決
まる飽和特性を持っているが、三角波電流は正弦波電流
よりも飽和点が高いので従来よりも大きな不釣り合い力
を打ち消すことができる。
回転同期の三角波前向き信号を本来のサーボ回路に加算
入力することにより、パワーアンプは不釣り合い力の方
向とは逆の方向にロータを吸引するように電流を流す。
その結果、ロータの不釣り合い振動は小さくなる。ここ
で、パワーアンプはコイルのインダクタンスによって決
まる飽和特性を持っているが、三角波電流は正弦波電流
よりも飽和点が高いので従来よりも大きな不釣り合い力
を打ち消すことができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。ロータの左右の変位信号は制御器４に入力され、そ
の演算結果により制御電流が左右の電磁石コイル２に流
れる。このような構成がｘ，ｙの２方向あり、図６に示
したように、磁気軸受によるサーボ制御方式の基本構成
となっている。さらに発振器５より出力される回転に同
期した三角波の前向き信号を制御器４に入力する。
る。ロータの左右の変位信号は制御器４に入力され、そ
の演算結果により制御電流が左右の電磁石コイル２に流
れる。このような構成がｘ，ｙの２方向あり、図６に示
したように、磁気軸受によるサーボ制御方式の基本構成
となっている。さらに発振器５より出力される回転に同
期した三角波の前向き信号を制御器４に入力する。
【００１１】図２に制御器４の詳細を示す。制御器４で
は本来のサーボ回路６の出力と同期２相三角波発振器５
の出力を加算し、パワーアンプ７の入力とする。
は本来のサーボ回路６の出力と同期２相三角波発振器５
の出力を加算し、パワーアンプ７の入力とする。
【００１２】図３にパワーアンプ７の詳細を示す。パワ
ーアンプ７は指令電圧に比例する電流を軸受コイルに供
給する。抵抗器１１は軸受コイルに流れる電流を電圧と
して検出するもので、この電圧がオペアンプ８にフィー
ドバックされる。オペアンプ８は指令電圧と抵抗器１１
の電圧を比較し、トランジスタ９に流れるコレクタ電流
を制御する。
ーアンプ７は指令電圧に比例する電流を軸受コイルに供
給する。抵抗器１１は軸受コイルに流れる電流を電圧と
して検出するもので、この電圧がオペアンプ８にフィー
ドバックされる。オペアンプ８は指令電圧と抵抗器１１
の電圧を比較し、トランジスタ９に流れるコレクタ電流
を制御する。
【００１３】パワーアンプ７ではトランジスタのスペッ
クによって供給できる電流の最大値が制限され、さらに
軸受コイルのインダクタンスＬによって電流の変化率も
制限される。軸受コイルによる起電力Ｌ・ｄｉ／ｄｔは
パワーアンプ７の電源電圧Ｖを越えることができないの
で電流の変化率はＶ／Ｌを越えることはできない。よっ
て、この電流変化率を越える指令電圧が与えられるとパ
ワーアンプ７は飽和し、正しい動作ができなくなる。
クによって供給できる電流の最大値が制限され、さらに
軸受コイルのインダクタンスＬによって電流の変化率も
制限される。軸受コイルによる起電力Ｌ・ｄｉ／ｄｔは
パワーアンプ７の電源電圧Ｖを越えることができないの
で電流の変化率はＶ／Ｌを越えることはできない。よっ
て、この電流変化率を越える指令電圧が与えられるとパ
ワーアンプ７は飽和し、正しい動作ができなくなる。
【００１４】パワーアンプ７の指令電圧として正弦波が
与えられた場合、この制限により、 Ｖ／（ＬΩ）・ＳＩＮΩｔ よりも変化率が大きい電流は正しく流れない。指令電圧
が三角波であるときは、Ｖ／Ｌよりも電流変化率を大き
くすることは出来ないが、図４に示すように波高値は正
弦波よりもπ／２倍だけ大きくできる。波高値がπＶ／
（２ＬΩ）の三角波をフーリエ級数に展開するとその基
本成分は ４Ｖ／（πＬΩ）・ＳＩＮΩｔ であるので、三角波の指令電圧は正弦波の指令電圧より
も４／π倍大きい（２７％増の）電流を流すことができ
ることになる。
与えられた場合、この制限により、 Ｖ／（ＬΩ）・ＳＩＮΩｔ よりも変化率が大きい電流は正しく流れない。指令電圧
が三角波であるときは、Ｖ／Ｌよりも電流変化率を大き
くすることは出来ないが、図４に示すように波高値は正
弦波よりもπ／２倍だけ大きくできる。波高値がπＶ／
（２ＬΩ）の三角波をフーリエ級数に展開するとその基
本成分は ４Ｖ／（πＬΩ）・ＳＩＮΩｔ であるので、三角波の指令電圧は正弦波の指令電圧より
も４／π倍大きい（２７％増の）電流を流すことができ
ることになる。
【００１５】そこで、本発明では不釣り合い力を打ち消
すための回転同期信号の波形を三角波とすることで軸受
が発生する加振力の増大を図っている。
すための回転同期信号の波形を三角波とすることで軸受
が発生する加振力の増大を図っている。
【００１６】図５は本発明の他の実施例を示す。前述の
実施例では回転同期信号の波形を三角波とした。図５で
は従来の同期２相発振器の正弦波出力を増幅し、リミッ
タを通した後、積分した信号を不釣り合い制御に使用す
る。このようにして得た信号はその微分値が制限されて
いるので、前述の三角波加振の場合と同様にパワーアン
プ７の最大の特性を引き出すことができる。
実施例では回転同期信号の波形を三角波とした。図５で
は従来の同期２相発振器の正弦波出力を増幅し、リミッ
タを通した後、積分した信号を不釣り合い制御に使用す
る。このようにして得た信号はその微分値が制限されて
いるので、前述の三角波加振の場合と同様にパワーアン
プ７の最大の特性を引き出すことができる。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、共振点通過時の前向き
振動に対する相殺力を向上できるので、小さい不釣り合
い振動で共振点を通過できる。また、ロータのバランス
精度が多少悪くても共振点通過が可能となるので、バラ
ンス作業が簡略化される。
振動に対する相殺力を向上できるので、小さい不釣り合
い振動で共振点を通過できる。また、ロータのバランス
精度が多少悪くても共振点通過が可能となるので、バラ
ンス作業が簡略化される。
【図１】本発明の不釣り合い制御系のブロック図。
【図２】制御器のブロック図。
【図３】パワーアンプの回路図。
【図４】発振波形の比較説明図。
【図５】本発明の他の実施例のブロック図。
【図６】磁気軸受支持ロータのサーボ回路図。
【図７】不釣り合い応答曲線図。
１…ロータ、２…電磁石、３…変位検出器、４…制御
器、５…同期２相三角波発振器。
器、５…同期２相三角波発振器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米山 光穂 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 広島 実 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 坂梨 尚文 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内
Claims (1)
- 【請求項１】あらかじめ設定した径方向位置にロータを
保持するように、前記ロータの径方向位置を検出する手
段から出る変位信号に感応して電磁石コイルの供給電流
を制御するサーボ回路を構成し、前記ロータの回転に同
期した前向き制御信号を発生する発振回路の出力を前記
サーボ回路に加算することにより前記ロータの不釣り合
い振動を打ち消す手段をもつ能動形磁気軸受の制御装置
において、前記発振回路の出力波形を三角波としたこと
を特徴とする磁気軸受制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9515692A JPH05296243A (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 磁気軸受制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9515692A JPH05296243A (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 磁気軸受制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05296243A true JPH05296243A (ja) | 1993-11-09 |
Family
ID=14129929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9515692A Pending JPH05296243A (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 磁気軸受制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05296243A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010164186A (ja) * | 2009-01-19 | 2010-07-29 | Ihi Corp | 磁気軸受制御装置と方法 |
| CN104421335A (zh) * | 2013-09-05 | 2015-03-18 | 佛山格尼斯磁悬浮技术有限公司 | 用于提高旋转精密度的磁轴承控制装置及控制方法 |
| CN112462227A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-03-09 | 珠海格力电器股份有限公司 | 电路故障检测装置、检测方法、轴承控制器及磁悬浮轴承 |
| CN116696946A (zh) * | 2023-08-02 | 2023-09-05 | 山东华东风机有限公司 | 一种磁悬浮轴承控制装置及控制方法 |
-
1992
- 1992-04-15 JP JP9515692A patent/JPH05296243A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010164186A (ja) * | 2009-01-19 | 2010-07-29 | Ihi Corp | 磁気軸受制御装置と方法 |
| CN104421335A (zh) * | 2013-09-05 | 2015-03-18 | 佛山格尼斯磁悬浮技术有限公司 | 用于提高旋转精密度的磁轴承控制装置及控制方法 |
| KR101525808B1 (ko) * | 2013-09-05 | 2015-06-03 | 주식회사 디엔엠 테크놀로지 | 회전 정밀도를 높이기 위한 마그네틱 베어링 제어 장치 및 제어 방법 |
| CN112462227A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-03-09 | 珠海格力电器股份有限公司 | 电路故障检测装置、检测方法、轴承控制器及磁悬浮轴承 |
| CN116696946A (zh) * | 2023-08-02 | 2023-09-05 | 山东华东风机有限公司 | 一种磁悬浮轴承控制装置及控制方法 |
| CN116696946B (zh) * | 2023-08-02 | 2023-10-20 | 山东华东风机有限公司 | 一种磁悬浮轴承控制装置及控制方法 |
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