JPH0685138B2 - 磁気浮上装置 - Google Patents

磁気浮上装置

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JPH0685138B2
JPH0685138B2 JP18186685A JP18186685A JPH0685138B2 JP H0685138 B2 JPH0685138 B2 JP H0685138B2 JP 18186685 A JP18186685 A JP 18186685A JP 18186685 A JP18186685 A JP 18186685A JP H0685138 B2 JPH0685138 B2 JP H0685138B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は2つのコイルを備えた電磁石の磁気吸引力に
より非接触浮上する吸引制御型磁気浮上装置に関するも
のである。
〔従来の技術とその問題点〕
周知のように、吸引制御型磁気軸受又は磁気吸引浮上装
置は、固定側電磁石と、磁気吸引される継鉄などで構成
される被制御体と、この間のギャップを非接触検出する
非接触変位計と、電磁石に電力を供給する電力変換器と
前記ギャップ信号に応じてこれを一定ならしめるように
電力変換器に信号を送る制御回路とから構成されている
が、吸引電磁石を対向させて2つ用いる場合は、電流指
令と2つの電磁石の合力を比例関係にすることと、剛性
向上のためにバイアス電流を流す方法が用いられてき
た。
ところが、この方法によると、例えば5軸制御を行なう
など複数の軸を制御する場合、その数だけの最大電流に
応じた電力変換器が必要であり、経済的でないという欠
点があった。
そこでこれを改良するため、各コイルを2個づつにし、
そのうち1つを制御用コイルとし、もう一方を定電流用
とし、他の磁石の定電流用コイルを全て直列接続すると
いう方法が考えられた。(特開昭58−54220号公報参
照) この方法は電力変換器として定電流用のものが1つ増え
ることになるが、全ての電力変換器が前記の方法の半分
の容量で済むので経済性が高く、装置の小型化を実現す
るという利点があった。
しかしながら、この方法によれば、電流指令と2つの電
磁石の合力は、磁気吸引される継鉄などで構成される被
制御体が2つの電磁石のちょうど中間位置にある時を除
いて、比例関係にないという欠点を備えていた。
即ち、中間位置以外では、被制御体の位置や電流の大き
さに応じて、電流指令に対する2つの磁石の合力の増加
率が大きくなったり小さくなったりして、磁気軸受(又
は浮上)制御閉ループのループゲインが変わり、不安定
領域に入ることもあるという欠点があった。
言いかえれば、中間位置にある時は設計通り安定な閉ル
ープ系となってうまく浮上していても、外乱によりその
位置が一旦大きく変位すると、不安定系となって乱調
し、振動が生じて、静しゅくに不浄できない場合がある
という欠点がある。
以上の従来例は、1軸で2個の電磁石をもつ場合である
が、1軸で1個の電磁石しか持たない簡単な構成の軸浮
上装置においても、バイアス電流の初期荷重(又は平均
荷重)に対して設けるという見方をすれば、全く同様の
ことが当てはめられるということは言うまでもない。
上記の問題点を解決する方法として、本願発明者は先に
制御電流用電力変換器と変位検出手段の2つの信号を入
力とする関数発生器を設け、電磁石によって被制御体に
作用する磁気吸引力と磁気浮上制御回路の出力信号の大
きさを比例関係にするという方法を開発した。(特願昭
59−234183) ところが、その方法は、その方法を用いない従来の方法
とくらべるとはるかに性能のよい方法であったが、それ
でもなおいくつかの欠点をもっていた。
その第1は、電磁石に2つのコイルを巻き、それらを定
電流用と制御電流用としているが、後者は機能上電流値
が状態に応じて変化するので、これに応じて定電流用の
コイルの電流も影響を受けて、少なからず電流変化を生
じる点である。このため変化分だけ線形性がくずれるこ
とになる。また2コイルにした理由としてローコスト化
があったが、その理由ゆえに外乱に対して弱いというの
が宿命であった。
欠点の第2は、関数発生器に入れるROMのデータの作成
することに手間どるという欠点である。これは計算式を
もとに、データを計算するプログラムを作成してパソコ
ンにでも入れておけば容易に計算できるものであるが、
初期設定値が途中で変われば、それに応じてROMのデー
タもその都度計算し直さねばならないからである。
そこでこの発明は、2つのコイルを備えた電磁石をもつ
磁気浮上装置における上記欠点を克服し、動的状態でも
初期の安定状態を維持し、高い剛性と速応性を備えた磁
気浮上装置を提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は上記の目的を達成するためになされたもの
で、第1の発明は、2つの電磁石を用いた場合の発明
で、2つのコイルを持つ2つの電磁石と、該2つの電磁
石の間にあって磁気吸引される継鉄などで構成される被
制御体と、その間の変位を検出する変位検出手段と、該
2つの電磁石の1方のコイルに定電流を与える定電流用
電力変換器と、該2つの電磁石のもう1方のコイルに制
御電流を与える制御電流用電力変換器と、前記変位検出
手段の信号に応じて前記制御電流用電力変換器に信号を
送り、前記変位を一定ならしめるよう働らく磁気浮上制
御回路とより成る磁気浮上装置において、前記2つの電
磁石に巻回された前記2つのコイルの電流を検出する電
流検出手段と、前記変位検出手段の信号に基づき前記2
つの電磁石と前記被制御体との間のギャップを算出する
ギャップ演算手段と、該ギャップ演算手段の信号と前記
電流検出手段の信号とにより前記2つの電磁石が被制御
体に及ぼす磁気吸引力を算出する磁気吸引力算出手段
と、前記磁気浮上制御回路の出力信号と該磁気吸引力算
出手段の出力信号の差を求める減算器と、該減算器の信
号に基づいて前記制御電流用電力変換器に電流指令を与
える磁気吸引力制御回路とを設け、前記磁気浮上制御回
路の出力信号と前記2つの電磁石が前記被制御体に及ぼ
す磁気吸引力とが等しくなるよう前記、変位検出手段、
ギャップ算出手段、磁気吸引力算出手段及び減算器でマ
イナー制御ループを構成したことを特徴とする磁気浮上
装置である。
また、第2の発明は1つの電磁石を使用した場合の発明
で、2つのコイルを持つ電磁石と、該電磁石に磁気吸引
される継鉄などで構成される被制御体と、その間の変位
を検出する変位検出手段と、該電磁石の1方のコイルに
定電流を与える定電流用電力変換器と、該電磁石のもう
1方のコイルに制御電流を与える制御電流用電力変換器
と、該変位検出手段の信号に応じて該制御電流用電力変
換器を信号に送り、前記変位を一定ならしめるよう働ら
く磁気浮上制御回路とより成る磁気浮上装置において、
前記電磁石に巻回された各コイルの電流を検出する電流
検出手段と、前記変位検出手段の信号に基づき前記電磁
石と被制御体との間のギャップを算出するギャップ演算
手段と、該ギャップ演算手段の信号と前記電流検出手段
の信号とから前記電磁石が被制御体に及ぼす磁気吸引力
を算出する磁気吸引力算出手段と、前記磁気浮上制御回
路の出力信号と該磁気吸引力算出手段の出力信号の差を
求める減算器と、該減算器の信号に基づいて前記制御電
流用電力変換器に電流指令を与える磁気吸引力制御回路
とを設け、前記磁気浮上制御回路の出力信号と前記電磁
石が前記被制御体に及ぼす磁気吸引力とが等しくなるよ
う前記変位検出手段、ギャップ算出手段、磁気吸引力算
出手段及び減算器でマイナー制御ループを構成したこと
を特徴とする磁気浮上装置である。
〔実施例〕
第1図は第1の発明の実施例を示すもので、従来装置と
異なる点はX部を追加すると共に、I,I0の検出信号を磁
気吸引力算出手段5にとり入れマイナー制御ループを構
成した点である。
この例では2つ電磁石9、9を用いて双方向から吸引す
るものを示している。各電磁石9,9には、それぞれ2つ
のコイルを巻いてあり、1方が制御電流用電力変換器3
に、他方が定電流用電流変換器4に直列接続されてあ
る。電流の方向は、1方(上)のコイルは同方向となる
ように、もう1方(下)のコイルは逆方向となるように
巻かれてある。2つの電磁石の間にある継鉄などででき
た被制御体10の変位が変位検出手段8で検出される。
1は磁気浮上制御回路であり、xの指令信号xsとxの検
出信号xfとの差に基づいて、信号を処理し、xfがxsとな
るように動作する。即ち、磁気浮上制御回路1は、入力
信号のxsとxfの偏差信号を増幅したり、積分したりして
指令信号を出力し、それによって磁気浮上装置全体を制
御して、磁気浮上制御回路1の入力信号、すなわち差の
信号を限りなく小さくする。なお11は減算器である。
磁気吸引力算出手段5は第2図に示す構成をしており、
ギャップ演算手段6は、第3図に示す構成をしており、
変位検出手段8,ギャップ演算手段6,磁気吸引力算出手段
5及び減算器12とでマイナー制御ループを構成してい
る。
このような構成において、電流I,I0と変位xに対してI
o,I0o,x1o,x2oの検出信号が得られ、磁気吸引力Fに比
例する信号Foは磁気級引力算出手段5によって F0=〔(I0+I0 0)/x1 0−〔(I0−I0 0)/x1 0
…(1) のように演算される。ここで ただし I1o(I2o):上側(下側)電磁石の電流信号の和 KI,(KP):電流(変位)検出係数 Kf:定数 であるから(1),(2)より となり、被制御体10に働らく力Fに比例する信号Foが得
られることがわかる。
以上のように変位のフィードバック制御ループの内側に
電磁石が被制御体10に与える力を演算算出する力のフィ
ードバック制御ループ即ちマイナー制御ループを構成し
ているので磁気浮上制御回路の出力信号が浮上力に比例
することになり自動制御の線形理論に基づいてパラメー
タ設計をすることができ、安定な制御を実現することが
できるのである。
〔異なる実施例〕
第4図は電磁石が1個の場合の第2の発明の実施例を示
すもので、磁気吸引力算出手段5′は第5図に示すよう
に、また、ギャップ算出手段6′は第6図に示すように
構成したもので、フィードバック制御ループの内側に、
変位検出手段8,ギャップ演算手段6′,磁気吸引力算出
手段5′及び減算器12とで構成されるマイナー制御ルー
プを構成している。
この実施例によれば第1図に示した実施例と同様の効果
が得られる。
〔発明の効果〕
従来の2コイル形では動作点近傍でしか線形性がなかっ
たが、本発明によれば全範囲に亘って線形化できただけ
でなく、変位のフィードバックループの内側に作用する
力のフィードバックループ即ち、マイナー制御ループを
持たせているので速応性のある安定した制御が可能とな
った。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例のブロック図、第2図は第1
図における磁気吸引力算出手段の詳細図、第3図は第1
図におけるギャップ演算手段の詳細図、第4図は異なる
実施例のブロック図、第5図は第4図における磁気吸引
力算出手段の詳細図、第6図は第4図におけるギャップ
演算手段の詳細図である。 1……磁気浮上制御回路 2……磁気吸引力制御回路 3……制御電流用電力変換器 4……定電流用電力変換器 5……磁気吸引力算出手段 6……ギャップ演算手段 7……電流検出手段 8……変位検出手段 9……電磁石 10……被制御体 11,12……減算器 x……磁石間中央位置からの被制御体の変位 x1……上側磁石と被制御体間のギャップ x2……下側磁石と被制御体間のギャップ x0……xの最大値 xs……xの指令値(=0) xf……xの検出値 x1 0,x2 0……x1とx1からの演算値 I0……定電流値 I……制御電流値 I0 0・I0……I0,Iの検出値 Is……Iの指令値 Fo……被制御体に働らく全磁気吸引力の推定値

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2つのコイルを持つ2つの電磁石と、該2
    つの電磁石の間にあって磁気吸引される継鉄などで構成
    される被制御体と、その間の変位を検出する変位検出手
    段と、該2つの電磁石の1方のコイルに定電流を与える
    定電流用電力変換器と、該2つの電磁石のもう1方のコ
    イルに制御電流を与える制御電流用電力変換器と、前記
    変位検出手段の信号に応じて前記制御電流用電力変換器
    に信号を送り、前記変位を一定ならしめるよう働く磁気
    浮上制御回路とより成る磁気浮上装置において、前記2
    つの電磁石に巻回された前記2つのコイルの電流を検出
    する電流検出手段と、前記変位検出手段の信号に基づき
    前記2つの電磁石と前記被制御体との間のギャップを算
    出するギャップ演算手段と、該ギャップ演算手段の信号
    と前記電流検出手段の信号とから前記2つの電磁石から
    被制御体に及ぼす磁気吸引力を算出する磁気吸引力算出
    手段と、前記磁気浮上制御回路の出力信号と該磁気吸引
    力算出手段の出力信号の差を求める減算器と、該減算器
    の信号に基づいて前記制御電流用電力変換器に電流指令
    を与える磁気吸引力制御回路とを設け、前記磁気浮上制
    御回路の出力信号と前記2つの電磁石が前記被制御体に
    及ぼす磁気吸引力とが等しくなるよう前記変位検出手
    段、ギャップ算出手段、磁気吸引力算出手段及び減算器
    でマイナー制御ループを構成したことを特徴とする磁気
    浮上装置。
  2. 【請求項2】前記磁気吸引力算出手段として、前記2つ
    の電磁石のそれぞれについて制御電流と定電流の検出信
    号の和をとり、前記2つの電磁石と前記被制御体のそれ
    ぞれのギャップ信号で除算し、さらに2乗したものの差
    をとって磁気吸引力を求めるようにしたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の磁気浮上装置。
  3. 【請求項3】2つのコイルを持つ電磁石と、該電磁石に
    磁気吸引される継鉄などで構成される被制御体と、その
    間の変位を検出する変位検出手段と、該電磁石の1方の
    コイルに定電流を与える定電流用電力変換器と、該電磁
    石のもう1方のコイルに制御電流を与える制御電流用電
    力変換器と、該変位検出手段の信号に応じて該制御電流
    用電力変換器に信号を送り、前記変位を一定ならしめる
    よう働らく磁気浮上制御回路とより成る磁気浮上装置に
    おいて、前記電磁石に巻回された各コイルの電流を検出
    する電流検出手段と、前記変位検出手段の信号に基づき
    前記電磁石と被制御体との間のギャップを算出するギャ
    ップ演算手段と、該ギャップ演算手段の信号と前記電流
    検出手段の信号とから前記電磁石が被制御体に及ぼす磁
    気吸引力を算出する磁気吸引力算出手段と、前記磁気浮
    上制御回路の出力信号と該磁気吸引力算出手段の出力信
    号の差を求める減算器と、該減算器の信号に基づいて前
    記制御電流用電力変換器に電流指令を与える磁気吸引力
    制御回路とを設け、前記磁気浮上制御回路の出力信号と
    前記電磁石が前記被制御体に及ぼす磁気吸引力とが等し
    くなるよう前記変位検出手段、ギャップ算出手段、磁気
    吸引力算出手段及び減算器でマイナー制御ループを構成
    したことを特徴とする磁気浮上装置。
JP18186685A 1985-08-21 1985-08-21 磁気浮上装置 Expired - Lifetime JPH0685138B2 (ja)

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