JPH0559282B2 - - Google Patents
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- JPH0559282B2 JPH0559282B2 JP62270352A JP27035287A JPH0559282B2 JP H0559282 B2 JPH0559282 B2 JP H0559282B2 JP 62270352 A JP62270352 A JP 62270352A JP 27035287 A JP27035287 A JP 27035287A JP H0559282 B2 JPH0559282 B2 JP H0559282B2
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- JP
- Japan
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- rotating body
- control
- whirling
- signals
- axis
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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
-
- 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
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0487—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of four degrees of freedom
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は磁気軸受に関し、より詳細には電子回
路で磁気力を制御する能動形磁気軸受に関する。
路で磁気力を制御する能動形磁気軸受に関する。
［従来技術］
磁気軸受は、磁気力を用いて物体を完全非接触
で支承することが可能なため、様々な特徴をもつ
ている。まず、機械的接触がないため次のような
利点がある。
で支承することが可能なため、様々な特徴をもつ
ている。まず、機械的接触がないため次のような
利点がある。
(1) 摩耗がなく寿命が半永久的。
(2) 摩擦がなく低振動、低騒音。
(3) 回転ドラグ（回転に伴う損失）が少なく高速
回転が可能。
回転が可能。
(4) 真空、高温、低温、放射線雰囲気中などの特
種環境で使用可能。
種環境で使用可能。
(5) 潤滑剤が不要なため完全オイルフリーシステ
ムが可能。
ムが可能。
さらに、磁気力を制御する制御形磁気軸受で
は、次のような利点がある。
は、次のような利点がある。
(1) 軸受の剛性、減衰特性を自由に設定可能。
(2) 軸受すきまを広くとれるので、ロータの姿勢
を微少移動可能。
を微少移動可能。
(3) 変位センサを内蔵するので運転監視が容易。
電子回路で磁気力を制御して回転体の半径方向
位置を制御する従来の能動形磁気軸受装置におい
ては、回転体の回転数が増加するにつれて回転体
の不安定性が強くなる。そして低い周波数の範囲
内における剛性および減衰の小さい範囲では振れ
回りの方向が回転方向と逆方向となるコニカルモ
ードの振れ回り（不安定振動）が生じることがあ
る。又、高い周波数の範囲においても、内部減衰
あるいは他の原因で減衰力が減少した場合に振れ
回りの方向が回転方向と同方向となるコニカルモ
ードの振れ回りが生じることがある。これらの不
安定振動は、磁気軸受の固定子を装着したステー
タを介してケーシングに伝わり構造物と共振する
場合があり、その結果、磁気軸受の制御電流が増
大して発熱を引き起こす。更に、この不安定振動
が急激に発散して、制御不可能な状態に陥ること
がある。
位置を制御する従来の能動形磁気軸受装置におい
ては、回転体の回転数が増加するにつれて回転体
の不安定性が強くなる。そして低い周波数の範囲
内における剛性および減衰の小さい範囲では振れ
回りの方向が回転方向と逆方向となるコニカルモ
ードの振れ回り（不安定振動）が生じることがあ
る。又、高い周波数の範囲においても、内部減衰
あるいは他の原因で減衰力が減少した場合に振れ
回りの方向が回転方向と同方向となるコニカルモ
ードの振れ回りが生じることがある。これらの不
安定振動は、磁気軸受の固定子を装着したステー
タを介してケーシングに伝わり構造物と共振する
場合があり、その結果、磁気軸受の制御電流が増
大して発熱を引き起こす。更に、この不安定振動
が急激に発散して、制御不可能な状態に陥ること
がある。
このような不安定振動は、制御系のゲインを上
げて軸受の剛性を増加し且つ減衰を増加すること
により防止できる。しかし、ゲインを上げるため
には制御回路の容量を上げなければならず、そし
て制御回路の容量を上げると回転中の振動が増大
したり構造物との共振を励起すると言う問題が生
ずる。
げて軸受の剛性を増加し且つ減衰を増加すること
により防止できる。しかし、ゲインを上げるため
には制御回路の容量を上げなければならず、そし
て制御回路の容量を上げると回転中の振動が増大
したり構造物との共振を励起すると言う問題が生
ずる。
また、上記の不安定振動は、ロータの自励振動
であることに基づき、設計に際して不安定となる
固有振動数を適当な範囲に設定すれば、その不安
定振動を回避出来る。しかし、回転体等の構造に
おいて各種制約がある場合には、上記固有振動数
を任意に設定することは不可能であることが多
い。
であることに基づき、設計に際して不安定となる
固有振動数を適当な範囲に設定すれば、その不安
定振動を回避出来る。しかし、回転体等の構造に
おいて各種制約がある場合には、上記固有振動数
を任意に設定することは不可能であることが多
い。
その他の従来技術として、特開昭62−177314号
公報には歳差運動に対して減衰を与える制御を行
う技術が示されており、特開昭60−168915号公報
には軸方向位置が異なる２つの位置センサの信号
により傾きを検出し、不安定振動を防止する様に
制御した技術が示されており、特開昭60−245443
号公報にはＸ、Ｙ方向制御回路にもう一方向のセ
ンサ出力を回転速度に応じて段階的に入力する技
術が開示されている。しかし、これ等の技術はい
ずれも、発生した不安定振動がパラレルモードで
あるのか或いはコニカルモードであるのかを考慮
せずに制御を行つており、また、コニカルモード
の場合には前回り（章動運動）か後回り（歳差運
動）かを考慮せずに制御を行つているので、不安
定振動の減衰が好適に行われないという問題が存
在する。
公報には歳差運動に対して減衰を与える制御を行
う技術が示されており、特開昭60−168915号公報
には軸方向位置が異なる２つの位置センサの信号
により傾きを検出し、不安定振動を防止する様に
制御した技術が示されており、特開昭60−245443
号公報にはＸ、Ｙ方向制御回路にもう一方向のセ
ンサ出力を回転速度に応じて段階的に入力する技
術が開示されている。しかし、これ等の技術はい
ずれも、発生した不安定振動がパラレルモードで
あるのか或いはコニカルモードであるのかを考慮
せずに制御を行つており、また、コニカルモード
の場合には前回り（章動運動）か後回り（歳差運
動）かを考慮せずに制御を行つているので、不安
定振動の減衰が好適に行われないという問題が存
在する。
［発明の目的］
本発明は上記した従来技術の欠点に鑑み提案さ
れたもので、回転体の不安定振動がパラレルモー
ドであるのか或いはコニカルモードであるのかを
考慮して好適な振動減衰制御を行い、また、コニ
カルモードである場合には前回り（章動運動）か
後回り（歳差運動）かを考慮して振動減衰制御を
行い、以て該不安定振動を効果的に減衰し或いは
防止することができる回転体の不安定振動減衰装
置を提供することを目的としている。
れたもので、回転体の不安定振動がパラレルモー
ドであるのか或いはコニカルモードであるのかを
考慮して好適な振動減衰制御を行い、また、コニ
カルモードである場合には前回り（章動運動）か
後回り（歳差運動）かを考慮して振動減衰制御を
行い、以て該不安定振動を効果的に減衰し或いは
防止することができる回転体の不安定振動減衰装
置を提供することを目的としている。
［発明の原理］
発明者等は種々検討の結果、回転軸の不安定振
動（前回り章動運動、後回り歳差運動）に対して
大きな減衰を与えるには、不安定振動のモードを
判別し、不安定振動の振れ回り方向に関して90°
進んだ位置の信号、即ち回転軸の不安定振動の変
位に対して位相が90°進んだ信号を基本制御回路
に印加して加算すれば良いことを見出した。不安
定振動変位に対して90°位相が進んだ信号は速度
に比例した信号に相当するので、この信号に比例
する制御力は減衰力となり、結果的に、位相が
90°進んだ信号を制御回路に印加して加算すれば
振れ回りに対する減衰が増加したことになるので
ある。
動（前回り章動運動、後回り歳差運動）に対して
大きな減衰を与えるには、不安定振動のモードを
判別し、不安定振動の振れ回り方向に関して90°
進んだ位置の信号、即ち回転軸の不安定振動の変
位に対して位相が90°進んだ信号を基本制御回路
に印加して加算すれば良いことを見出した。不安
定振動変位に対して90°位相が進んだ信号は速度
に比例した信号に相当するので、この信号に比例
する制御力は減衰力となり、結果的に、位相が
90°進んだ信号を制御回路に印加して加算すれば
振れ回りに対する減衰が増加したことになるので
ある。
［発明の構成］
本発明によれば、回転体の回転軸１に垂直な平
面の２つの制御軸Ｘ，Ｙのそれぞれに設けた変位
センサ２，３，１３，１４と、該変位センサの信
号をフイードバツク入力とする制御回路１１８
と、アクチユエータとして機能する電磁石１１
２，１１３とを備え、回転軸１の半径方向位置の
制御を行う能動形磁気軸受において、変位センサ
２，３，１３，１４の信号を制御回路１１８に入
力して回転軸１の回転中に発生した不安定振動に
対する減衰力を回転軸１に対して付与し、且つ回
転軸方向における位置が異なる２点の変位センサ
の信号から回転体の傾き角を検出する第１および
第２の検出回路，と、該検出回路，から
出力される信号に基づき回転体の不安定振動の振
れ回り方向が回転体の回転方向と同方向かあるい
は逆方向かを判定する第１および第２の判定回路
，、とを含み、前記２つの制御軸Ｘ，Ｙの方
向の変位を検出する変位センサの出力を第１およ
び第２の判定回路，に入力し且つ第１および
第２の判定回路，からの出力信号を不安定振
動の振れ回り方向について90°位相の進んだ信号
として他方の制御軸に設けた制御回路へ加算する
加算回路２７，３０を有し、かつ前記第１および
第２の判定回路，は、それぞれ第１および第
２の検出回路，からの傾き角の信号を低周波
帯域とに分離するフイルタ６，７，１７，１８を
有している。
面の２つの制御軸Ｘ，Ｙのそれぞれに設けた変位
センサ２，３，１３，１４と、該変位センサの信
号をフイードバツク入力とする制御回路１１８
と、アクチユエータとして機能する電磁石１１
２，１１３とを備え、回転軸１の半径方向位置の
制御を行う能動形磁気軸受において、変位センサ
２，３，１３，１４の信号を制御回路１１８に入
力して回転軸１の回転中に発生した不安定振動に
対する減衰力を回転軸１に対して付与し、且つ回
転軸方向における位置が異なる２点の変位センサ
の信号から回転体の傾き角を検出する第１および
第２の検出回路，と、該検出回路，から
出力される信号に基づき回転体の不安定振動の振
れ回り方向が回転体の回転方向と同方向かあるい
は逆方向かを判定する第１および第２の判定回路
，、とを含み、前記２つの制御軸Ｘ，Ｙの方
向の変位を検出する変位センサの出力を第１およ
び第２の判定回路，に入力し且つ第１および
第２の判定回路，からの出力信号を不安定振
動の振れ回り方向について90°位相の進んだ信号
として他方の制御軸に設けた制御回路へ加算する
加算回路２７，３０を有し、かつ前記第１および
第２の判定回路，は、それぞれ第１および第
２の検出回路，からの傾き角の信号を低周波
帯域とに分離するフイルタ６，７，１７，１８を
有している。
［発明の作用］
本発明の能動系磁気軸受によれば、回転体の回
転中に振れ回り、即ち不安定振動が発生した場合
に、先ず、回転軸の方向で異なつた位置に設けら
れた２つの変位センサの出力から回転体の振れ回
りの傾き角を検出し、発生した不安定振動がパラ
レルモードであるか或いはコニカルモードである
かを判断することが出来る。ここで、発生した不
安定振動がパラレルモードであれば振れ回りの傾
き角は0°であり、傾き角を検出する検出回路の出
力もゼロとなることにより、上記判断がなされ
る。
転中に振れ回り、即ち不安定振動が発生した場合
に、先ず、回転軸の方向で異なつた位置に設けら
れた２つの変位センサの出力から回転体の振れ回
りの傾き角を検出し、発生した不安定振動がパラ
レルモードであるか或いはコニカルモードである
かを判断することが出来る。ここで、発生した不
安定振動がパラレルモードであれば振れ回りの傾
き角は0°であり、傾き角を検出する検出回路の出
力もゼロとなることにより、上記判断がなされ
る。
前記検出回路の出力信号がゼロでなければ（振
れ回りがコニカルモートである場合）、その出力
信号をローパスフイルタおよびバンドパスフイル
タに通して、不安定振動の振れ回りの方向が回転
体の回転方向と同一方向（前回り：章動運動）で
あるか或いは逆方向（後回り：歳差運動）である
かが判定される。前記検出回路の出力信号のう
ち、高周波帯域には回転体の回転方向と同一方向
（前回り：章動運動）の振れ回りの振動数が包含
され、また低周波帯域には逆方向（後回り：歳差
運動）の振れ回りの振動数が包含されることによ
り、上記判定が行われるのである。そして、上記
判定により、不安定振動が前回りのコニカルモー
ドの振れ回り（章動運動）であるか、或いは後回
りのコニカルモードの振れ回り（歳差運動）であ
るかが分かるのである。
れ回りがコニカルモートである場合）、その出力
信号をローパスフイルタおよびバンドパスフイル
タに通して、不安定振動の振れ回りの方向が回転
体の回転方向と同一方向（前回り：章動運動）で
あるか或いは逆方向（後回り：歳差運動）である
かが判定される。前記検出回路の出力信号のう
ち、高周波帯域には回転体の回転方向と同一方向
（前回り：章動運動）の振れ回りの振動数が包含
され、また低周波帯域には逆方向（後回り：歳差
運動）の振れ回りの振動数が包含されることによ
り、上記判定が行われるのである。そして、上記
判定により、不安定振動が前回りのコニカルモー
ドの振れ回り（章動運動）であるか、或いは後回
りのコニカルモードの振れ回り（歳差運動）であ
るかが分かるのである。
次に、振れ回り判定を行う回路の出力信号を、
振れ回り方向に対して90°進行した位置の信号、
即ち軸の振動変位に対して位相が90°進んだ信号
として、一方の制御軸の制御回路に印加して加算
する。これによつて変位に対して90°位相の進ん
だ速度に比例する力を加算増加したことになるの
で、振れ回りに対する減衰力が増大するのであ
る。
振れ回り方向に対して90°進行した位置の信号、
即ち軸の振動変位に対して位相が90°進んだ信号
として、一方の制御軸の制御回路に印加して加算
する。これによつて変位に対して90°位相の進ん
だ速度に比例する力を加算増加したことになるの
で、振れ回りに対する減衰力が増大するのであ
る。
また、回転体の回転数の増減に伴い不安定性も
増減するので、本発明においては回転数の増減に
応答して制御回路へ印加して加算される信号が調
節器で適当に増減される。これにより、回転数の
変化に対応して最適な制御が可能となる。
増減するので、本発明においては回転数の増減に
応答して制御回路へ印加して加算される信号が調
節器で適当に増減される。これにより、回転数の
変化に対応して最適な制御が可能となる。
［実施例］
以下、本発明の実施例を第１図、第２図、第３
図によつて説明する。
図によつて説明する。
第１図は本願発明の磁気軸受の構成全体を示す
図である。モータ等の回転体１を軸方向の２箇所
に設けた磁気軸受１１２，１１３が支持してお
り、この磁気軸受１１２，１１３の上方或いは下
方に非接触センサ１１４，１１５が設けられてい
る。ここで、符号１１６は発振器を示し、符号
２，３，１３，１４は変位センサを示し、符号１
０，１２，２１，２３は電磁石を示し、符号１１
８は制御回路を示している。
図である。モータ等の回転体１を軸方向の２箇所
に設けた磁気軸受１１２，１１３が支持してお
り、この磁気軸受１１２，１１３の上方或いは下
方に非接触センサ１１４，１１５が設けられてい
る。ここで、符号１１６は発振器を示し、符号
２，３，１３，１４は変位センサを示し、符号１
０，１２，２１，２３は電磁石を示し、符号１１
８は制御回路を示している。
制御回路１１８は変位センサ２，３，１３，１
４の出力信号をフイードバツクして静的および動
的安定性を得るためのものであり、第１図におい
てその出力は回転体１の上部Ｘ軸方向に制御力を
加えるための電磁石１０へ供給される。電磁石１
０は永久磁石と組合わされており、永久磁石から
バイアス磁束を得ることができる。図示の磁気軸
受１１２，１１３の場合、上記のバイアス磁束を
利用して回転体１の軸方向復元力を得ることがで
きるので、回転体１の回転軸Ｚ方向は無制限とな
つている。
４の出力信号をフイードバツクして静的および動
的安定性を得るためのものであり、第１図におい
てその出力は回転体１の上部Ｘ軸方向に制御力を
加えるための電磁石１０へ供給される。電磁石１
０は永久磁石と組合わされており、永久磁石から
バイアス磁束を得ることができる。図示の磁気軸
受１１２，１１３の場合、上記のバイアス磁束を
利用して回転体１の軸方向復元力を得ることがで
きるので、回転体１の回転軸Ｚ方向は無制限とな
つている。
第１図の磁気軸受１１２，１１３の回転体１の
不安定振動による振れ回りを簡略化して示すのが
第２図である。回転体１は回転軸Ｚに垂直な２つ
のXY平面上にそれぞれ直交したＸ１，Ｙ１およ
びＸ２，Ｙ２の計４本の制御軸を持ち、その制御
軸上には第１図で示す変位センサ２，３，１３，
１４と磁気軸受１１２，１１３が配置されてい
る。そして回転体１は、モータによつて回転角速
度ωで矢印Ａの方向へ回転している。第２図中、
符号ωnf，ωnbは回転体１の不安定により生ずる
振れ回りの回転角速度を示し、ωnfは前回り、即
ち回転体の回転方向（矢印Ａ）と同一方向の振れ
回りを示し、ωnbは後回り、即ち回転方向Ａと逆
方向の振れ回りを示す。
不安定振動による振れ回りを簡略化して示すのが
第２図である。回転体１は回転軸Ｚに垂直な２つ
のXY平面上にそれぞれ直交したＸ１，Ｙ１およ
びＸ２，Ｙ２の計４本の制御軸を持ち、その制御
軸上には第１図で示す変位センサ２，３，１３，
１４と磁気軸受１１２，１１３が配置されてい
る。そして回転体１は、モータによつて回転角速
度ωで矢印Ａの方向へ回転している。第２図中、
符号ωnf，ωnbは回転体１の不安定により生ずる
振れ回りの回転角速度を示し、ωnfは前回り、即
ち回転体の回転方向（矢印Ａ）と同一方向の振れ
回りを示し、ωnbは後回り、即ち回転方向Ａと逆
方向の振れ回りを示す。
第３図は、本発明の磁気軸受に備えた制御回路
１１８のブロツク図を示している。この第３図を
参照しつつ、以下において、回転中に不安定振動
が発生した際に制御を行う態様について説明す
る。
１１８のブロツク図を示している。この第３図を
参照しつつ、以下において、回転中に不安定振動
が発生した際に制御を行う態様について説明す
る。
最初に、制御軸のうちＹ軸について制御を行う
場合を考える。
場合を考える。
先ず、第３図中符号で示す傾き角検出回路に
おいて、Ｙ軸と90°位置の異なるＸ軸の変位セン
サ２，３の差動信号から検出回路によつて回転
軸の傾き角（θ：第２図参照）を検出する。ここ
で、振れ回りのモードがパラレルモードであれば
傾き角θ＝0°であり、検出回路の出力もゼロで
ある。従つて回路からの検出信号がゼロでなけ
れば、振れ回りがコニカルモードであることが分
る。次に検出回路の出力を、符号で示す判定
回路において、ローパスフイルタ７およびバンド
パスフイルタ６を使つて低周波成分帯域（後回り
の振れ回りを示す信号の周波数が含まれている帯
域）と高周波成分帯域（前回りの振れ回りを示す
信号の周波数が含まれている帯域）に分離する。
これにより振れ回りの方向が回転体の回転方向
（Ａ：第２図）と同方向の前回りか、あるいは逆
方向の後回りかを判定する。そして判定回路の
出力信号を回転体の回転速度に応じて処理するた
めに、回転計２４で回転数を検出しＦ／Ｖコンバ
ータ２５で回転数を電圧に変換して回転数検出器
２６に入力し、その回転数検出器２６からの出力
信号をゲイン調節器８へ送出しゲインを調節す
る。そして、領域においてゲイン調節器８から
の出力信号、即ち回転速度に応じて調節された信
号を、加算器３０，２７でＹ１軸，Ｙ２軸の位相
補償回路１５，１６からの信号に加算する。加算
器３０，２７の出力信号はそれぞれＹ軸方向電力
増幅器２０，２２において増幅された後、Ｙ軸方
向制御のためにＹ１軸およびＹ２軸の電磁石２
１，２３にそれぞれ送出される。即ち電磁石２
１，２３に加えられる信号は、軸の変動変位に対
して90°位相が進んだ信号をＹ軸方向制御回路に
おいて加算したものであり、これによつて振れ回
りに対する減衰が増加するのである。
おいて、Ｙ軸と90°位置の異なるＸ軸の変位セン
サ２，３の差動信号から検出回路によつて回転
軸の傾き角（θ：第２図参照）を検出する。ここ
で、振れ回りのモードがパラレルモードであれば
傾き角θ＝0°であり、検出回路の出力もゼロで
ある。従つて回路からの検出信号がゼロでなけ
れば、振れ回りがコニカルモードであることが分
る。次に検出回路の出力を、符号で示す判定
回路において、ローパスフイルタ７およびバンド
パスフイルタ６を使つて低周波成分帯域（後回り
の振れ回りを示す信号の周波数が含まれている帯
域）と高周波成分帯域（前回りの振れ回りを示す
信号の周波数が含まれている帯域）に分離する。
これにより振れ回りの方向が回転体の回転方向
（Ａ：第２図）と同方向の前回りか、あるいは逆
方向の後回りかを判定する。そして判定回路の
出力信号を回転体の回転速度に応じて処理するた
めに、回転計２４で回転数を検出しＦ／Ｖコンバ
ータ２５で回転数を電圧に変換して回転数検出器
２６に入力し、その回転数検出器２６からの出力
信号をゲイン調節器８へ送出しゲインを調節す
る。そして、領域においてゲイン調節器８から
の出力信号、即ち回転速度に応じて調節された信
号を、加算器３０，２７でＹ１軸，Ｙ２軸の位相
補償回路１５，１６からの信号に加算する。加算
器３０，２７の出力信号はそれぞれＹ軸方向電力
増幅器２０，２２において増幅された後、Ｙ軸方
向制御のためにＹ１軸およびＹ２軸の電磁石２
１，２３にそれぞれ送出される。即ち電磁石２
１，２３に加えられる信号は、軸の変動変位に対
して90°位相が進んだ信号をＹ軸方向制御回路に
おいて加算したものであり、これによつて振れ回
りに対する減衰が増加するのである。
なお、後回りの振れ回りに関しては、位相反転
器２８によつて信号の符号を反転させて90°位相
の進んだ信号に変換し、位相補償回路１５，１６
からの信号に加算するようになつている。
器２８によつて信号の符号を反転させて90°位相
の進んだ信号に変換し、位相補償回路１５，１６
からの信号に加算するようになつている。
次にＸ軸に関して制御を行う場合について説明
する。Ｘ軸についての制御とＹ軸についての制御
は原理的には同一である。
する。Ｘ軸についての制御とＹ軸についての制御
は原理的には同一である。
Ｘ軸と位置が90°異なるＹ軸の変位センサ１３，
１４の差動信号から、傾き角検出回路によつ
て、回転体の回転軸の傾き角θを検出する。そし
て検出回路の出力信号を判定回路のバンドパ
スフイルタ１７およびローパスフイルタ１８に送
出し、前回りの振れ回りを示す信号成分を含む高
周波成分帯域と、後回りの振れ回りを示す信号成
分を含む低周波成分帯域として分離する。なお、
ローパスフイルタ１８と位相反転器２９とを直列
に設置し、後回り振れ回りに関する信号を反転す
る。そして回路において振れ回りの回転方向が
前回りか或いは後回りかを判定した後、その出力
信号をゲイン調節器１９へ送出する。ゲイン調節
器１９には回転数検出器２６からの出力信号が送
出され、回転体の回転数に対応して判定回路の
出力信号のゲインが調節される。ゲイン調節器１
９からの出力信号は、加算器３１，３２によつ
て、Ｘ１軸，Ｘ２軸の位相補償回路４，５からの
信号に加算され、そしてＸ軸方向増幅器９，１１
で増幅されてＸ１軸方向電磁石１０およびＸ２軸
方向電磁石１２に印加される。これによりＸ軸方
向の制御に必要な減衰力が負荷されるのである。
１４の差動信号から、傾き角検出回路によつ
て、回転体の回転軸の傾き角θを検出する。そし
て検出回路の出力信号を判定回路のバンドパ
スフイルタ１７およびローパスフイルタ１８に送
出し、前回りの振れ回りを示す信号成分を含む高
周波成分帯域と、後回りの振れ回りを示す信号成
分を含む低周波成分帯域として分離する。なお、
ローパスフイルタ１８と位相反転器２９とを直列
に設置し、後回り振れ回りに関する信号を反転す
る。そして回路において振れ回りの回転方向が
前回りか或いは後回りかを判定した後、その出力
信号をゲイン調節器１９へ送出する。ゲイン調節
器１９には回転数検出器２６からの出力信号が送
出され、回転体の回転数に対応して判定回路の
出力信号のゲインが調節される。ゲイン調節器１
９からの出力信号は、加算器３１，３２によつ
て、Ｘ１軸，Ｘ２軸の位相補償回路４，５からの
信号に加算され、そしてＸ軸方向増幅器９，１１
で増幅されてＸ１軸方向電磁石１０およびＸ２軸
方向電磁石１２に印加される。これによりＸ軸方
向の制御に必要な減衰力が負荷されるのである。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明の能動計磁気軸受
によれば、制御回路の容量を上げたり或いは剛性
を高めた場合に発生する回転中の振動増加や、構
造物との共振を起こすことなく、振れ回りのモー
ドを検出して効果的に不安定振動を減衰させ防止
することができるのである。
によれば、制御回路の容量を上げたり或いは剛性
を高めた場合に発生する回転中の振動増加や、構
造物との共振を起こすことなく、振れ回りのモー
ドを検出して効果的に不安定振動を減衰させ防止
することができるのである。
そして、変位センサの出力から回転体の振れ回
りの傾き角を検出し、発生した不安定振動がパラ
レルモードであるか或いはコニカルモードである
かを判断することが出来、さらに、コニカルモー
ドの場合には章動運動であるのか歳差運動である
のかが判断されるので、不安定振動の態様に応じ
て適切に減衰を行うことが出来るのである。
りの傾き角を検出し、発生した不安定振動がパラ
レルモードであるか或いはコニカルモードである
かを判断することが出来、さらに、コニカルモー
ドの場合には章動運動であるのか歳差運動である
のかが判断されるので、不安定振動の態様に応じ
て適切に減衰を行うことが出来るのである。
第１図は本発明の能動形磁気軸受の全体構造を
示す斜視図、第２図は回転体の不安定振動によつ
て生ずる振れ回りを示す斜視図、第３図は本発明
の能動形磁気軸受に用いられる制御回路のブロツ
ク図である。 １……回転体、２，３……Ｘ軸の変位センサ、
４，５……Ｘ軸の位相補償回路、６，１７……バ
ンドパスフイルタ、７，１８……ローパスフイル
タ、８，１９……ゲイン調節用器、９，１１……
Ｘ軸の電力増幅器、１０，１２……Ｘ軸の電磁
石、１３，１４……Ｙ軸の変位センサ、１５，１
６……Ｙ軸の位相補償回路、２０，２２……Ｙ軸
の電力増幅器、２１，２３……Ｙ軸の電磁石、２
４……回転計、２５……Ｆ／Ｖコンバータ、２６
……回転数検出器、１１８……制御回路、，
……傾き角検出回路、，……判定回路。
示す斜視図、第２図は回転体の不安定振動によつ
て生ずる振れ回りを示す斜視図、第３図は本発明
の能動形磁気軸受に用いられる制御回路のブロツ
ク図である。 １……回転体、２，３……Ｘ軸の変位センサ、
４，５……Ｘ軸の位相補償回路、６，１７……バ
ンドパスフイルタ、７，１８……ローパスフイル
タ、８，１９……ゲイン調節用器、９，１１……
Ｘ軸の電力増幅器、１０，１２……Ｘ軸の電磁
石、１３，１４……Ｙ軸の変位センサ、１５，１
６……Ｙ軸の位相補償回路、２０，２２……Ｙ軸
の電力増幅器、２１，２３……Ｙ軸の電磁石、２
４……回転計、２５……Ｆ／Ｖコンバータ、２６
……回転数検出器、１１８……制御回路、，
……傾き角検出回路、，……判定回路。
Claims (1)
- １ 回転体の回転軸１に垂直な平面の２つの制御
軸Ｘ，Ｙのそれぞれに設けた変位センサ２，３，
１３，１４と、該変位センサの信号をフイードバ
ツク入力とする制御回路１１８と、アクチユエー
タとして機能する電磁石１１２，１１３とを備
え、回転軸１の半径方向位置の制御を行う能動形
磁気軸受において、変位センサ２，３，１３，１
４の信号を制御回路１１８に入力して回転軸１の
回転中に発生した不安定振動に対する減衰力を回
転軸１に対して付与し、且つ回転軸方向における
位置が異なる２点の変位センサの信号から回転体
の傾き角を検出する第１および第２の検出回路
，と、該検出回路，から出力される信号
に基づき回転体の不安定振動の振れ回り方向が回
転体の回転方向と同方向かあるいは逆方向かを判
定する第１および第２の判定回路，、とを含
み、前記２つの制御軸Ｘ，Ｙの方向の変位を検出
する変位センサの出力を第１および第２の判定回
路，に入力し且つ第１および第２の判定回路
，からの出力信号を不安定振動の振れ回り方
向について90°位相の進んだ信号として他方の制
御軸に設けた制御回路へ加算する加算回路２７，
３０を有し、かつ前記第１および第２の判定回路
，は、それぞれ第１および第２の検出回路
，からの傾き角の信号を低周波帯域と高周波
帯域とに分離するフイルタ６，７，１７，１８を
有していることを特徴とする能動形磁気軸受。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62270352A JPH01116318A (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 能動形磁気軸受 |
| DE8888109384T DE3875057T2 (de) | 1987-10-28 | 1988-06-13 | Apparat zur verhinderung von instabilen schwingungen eines magnetischen lagersystems. |
| EP88109384A EP0313727B1 (en) | 1987-10-28 | 1988-06-13 | Unstable vibration prevention apparatus for magnetic bearing system |
| US07/206,464 US4885491A (en) | 1987-10-28 | 1988-06-14 | Unstable vibration prevention apparatus for magnetic bearing system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62270352A JPH01116318A (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 能動形磁気軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01116318A JPH01116318A (ja) | 1989-05-09 |
| JPH0559282B2 true JPH0559282B2 (ja) | 1993-08-30 |
Family
ID=17485067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62270352A Granted JPH01116318A (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 能動形磁気軸受 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4885491A (ja) |
| EP (1) | EP0313727B1 (ja) |
| JP (1) | JPH01116318A (ja) |
| DE (1) | DE3875057T2 (ja) |
Cited By (1)
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| JP2008508476A (ja) * | 2004-07-30 | 2008-03-21 | メコス トラックスラー アクチェンゲゼルシャフト | 磁気軸受装置を制御する方法および装置 |
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- 1988-06-14 US US07/206,464 patent/US4885491A/en not_active Expired - Lifetime
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