JPH0676809B2 - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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JPH0676809B2
JPH0676809B2 JP19249791A JP19249791A JPH0676809B2 JP H0676809 B2 JPH0676809 B2 JP H0676809B2 JP 19249791 A JP19249791 A JP 19249791A JP 19249791 A JP19249791 A JP 19249791A JP H0676809 B2 JPH0676809 B2 JP H0676809B2
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detecting
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JP19249791A
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弘行 篠崎
元保 佐藤
誠一 石原
敏治 中沢
直樹 飯島
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0446Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
    • F16C32/0448Determination 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

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  • Electromagnetism (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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】
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
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被支持体の移動量を検出する装置を備
    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。
  2. 【請求項2】 前記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。
  3. 【請求項3】 前記被支持体の移動量情報の出力信号
    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。
JP19249791A 1991-07-05 1991-07-05 磁気軸受装置 Expired - Lifetime JPH0676809B2 (ja)

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JP3701115B2 (ja) 1998-02-12 2005-09-28 株式会社荏原製作所 磁気軸受制御装置
JP3901897B2 (ja) * 1999-08-25 2007-04-04 株式会社荏原製作所 磁気軸受装置
EP1903228B1 (en) 2005-07-05 2015-11-04 Ebara Corporation Magnetic bearing device and magnetic bearing method
DE102008007512A1 (de) * 2007-07-30 2009-02-05 Schaeffler Kg Verfahren und Anordnung zum sensorlosen Betrieb von Magnetlagern
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DE102010013682B4 (de) 2010-04-01 2020-06-10 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Adaption eines Widerstandswertes eines Elektromagneten eines Magnetlagers und zur sensorlosen Positionsermittlung eines in einem magnetischen Lager gelagerten Objekts unter Berücksichtigung des adaptierten Widerstandswertes

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