JPH07238928A - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- JPH07238928A JPH07238928A JP2841194A JP2841194A JPH07238928A JP H07238928 A JPH07238928 A JP H07238928A JP 2841194 A JP2841194 A JP 2841194A JP 2841194 A JP2841194 A JP 2841194A JP H07238928 A JPH07238928 A JP H07238928A
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- 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
- F16C32/0446—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
-
- 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
- F16C32/048—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of two degrees of freedom, e.g. radial magnetic bearings
- F16C32/0482—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of two degrees of freedom, e.g. radial magnetic bearings with three electromagnets to control the two degrees of freedom
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転軸のどのようなモードの振動でも磁気吸
引力を制御することによって安定に支持することができ
る磁気軸受装置を提供すること。 【構成】 回転軸１を磁気吸引力により非接触かつ安定
的に支持する複数の磁気吸引力発生手段２、３と、回転
軸のラジアル方向の変位を検出する変位検出手段４と、
この変位検出手段４の出力信号によって前記磁気吸引力
発生手段２、３の磁気吸引力を制御する制御手段とを有
する能動制御型ラジアル磁気軸受装置において、前記磁
気吸引力発生手段２、３と前記変位検出手段４を複数対
設け、かつこれら磁気吸引力発生手段２、３と変位検出
手段４を回転軸のラジアル方向の同一平面上で回転軸を
挟んで対向する位置に配設すること。
引力を制御することによって安定に支持することができ
る磁気軸受装置を提供すること。 【構成】 回転軸１を磁気吸引力により非接触かつ安定
的に支持する複数の磁気吸引力発生手段２、３と、回転
軸のラジアル方向の変位を検出する変位検出手段４と、
この変位検出手段４の出力信号によって前記磁気吸引力
発生手段２、３の磁気吸引力を制御する制御手段とを有
する能動制御型ラジアル磁気軸受装置において、前記磁
気吸引力発生手段２、３と前記変位検出手段４を複数対
設け、かつこれら磁気吸引力発生手段２、３と変位検出
手段４を回転軸のラジアル方向の同一平面上で回転軸を
挟んで対向する位置に配設すること。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受装置に係り、
特に回転軸をラジアル方向に非接触で安定的に支持する
能動型ラジアル磁気軸受装置に関する。
特に回転軸をラジアル方向に非接触で安定的に支持する
能動型ラジアル磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、モータなどの回転軸の軸受とし
て磁気軸受が用いられる。この磁気軸受装置は、複数の
磁石を回転軸の回りに配設するとともに回転軸の変位を
センサなどの検出手段によって検出して、磁石の磁気吸
引力を制御することによって回転軸を非接触の状態に支
持する。
て磁気軸受が用いられる。この磁気軸受装置は、複数の
磁石を回転軸の回りに配設するとともに回転軸の変位を
センサなどの検出手段によって検出して、磁石の磁気吸
引力を制御することによって回転軸を非接触の状態に支
持する。
【０００３】従来の磁気軸受装置の一例を図５および図
６に示す。図５は、磁気軸受装置のラジアル方向断面図
であり、図６は、図５のＢ−Ｂ´断面図である。図５お
よび図６において、符号１は回転軸であり、この回転軸
１のまわりに電磁石２が配設されており、この電磁石２
には電磁石コイル３が巻設されている。電磁石２は、回
転軸１の周囲に軸と直角方向の同心円上に回転軸１を取
り巻くように非接触の状態で４個２ａ〜２ｄが設けられ
ている。図５の回転軸１を紙面に垂直方向にみて電磁石
２の手前側に変位検出手段であるセンサ４が設置されて
おり、回転軸１のラジアル方向変位を検出する。この変
位センサ４は回転軸１の軸方向変位を除く、２方向のラ
ジアル方向変位を検出するように回転軸１の軸中心を中
心として、互いに直角に交わる線上に配置される。図５
に示す例では、電磁石２ａと電磁石２ｂの手前に変位セ
ンサ４ａと４ｂが設置されている。
６に示す。図５は、磁気軸受装置のラジアル方向断面図
であり、図６は、図５のＢ−Ｂ´断面図である。図５お
よび図６において、符号１は回転軸であり、この回転軸
１のまわりに電磁石２が配設されており、この電磁石２
には電磁石コイル３が巻設されている。電磁石２は、回
転軸１の周囲に軸と直角方向の同心円上に回転軸１を取
り巻くように非接触の状態で４個２ａ〜２ｄが設けられ
ている。図５の回転軸１を紙面に垂直方向にみて電磁石
２の手前側に変位検出手段であるセンサ４が設置されて
おり、回転軸１のラジアル方向変位を検出する。この変
位センサ４は回転軸１の軸方向変位を除く、２方向のラ
ジアル方向変位を検出するように回転軸１の軸中心を中
心として、互いに直角に交わる線上に配置される。図５
に示す例では、電磁石２ａと電磁石２ｂの手前に変位セ
ンサ４ａと４ｂが設置されている。
【０００４】このような構成の従来の磁気軸受装置の動
作・作用について説明する。回転軸１の鉛直方向変位
は、変位センサ４ａにより検出され、電気信号に変換さ
れる。変換された電気信号は、制御装置によって回転軸
１を安定的に支持する信号へ変換され、なおかつ電力増
幅されて、電流信号として電磁石２ａおよび電磁石２ｃ
のコイル３ａおよび３ｃに供給される。従って、電磁石
２ａおよび電磁石２ｃは、それぞれのコイル３ａおよび
３ｃに流れる電流に相当する磁気吸引力で回転軸１を吸
引する。このとき、電磁石コイル３ａおよび電磁石コイ
ル３ｃに流れる電流の直流成分は、電磁石コイル３ａの
場合は回転軸１の重力による変位を防止する分と予め設
定された磁気軸受の静的磁気吸引力に相当する分であ
り、電磁石コイル３ｃの場合は予め設定された磁気軸受
の静的磁気吸引力に相当する分であって、回転軸１に加
わる磁気吸引力は静的にバランスしている。また、電磁
石コイル３ａおよび電磁石コイル３ｃに流れる電流の変
動成分は互いに位相が１８０°異なり、電磁石コイル３
ａに流れる電流の変化分は変位センサ４ａと回転軸１の
ギャップが増加した場合に増加するように、電磁石コイ
ル３ｃ流れる電流の変化分は変位センサ４ａと回転軸１
のギャップが減少した場合に増加するように制御される
ので、回転軸１の鉛直方向は固定され非接触な状態で支
持される。
作・作用について説明する。回転軸１の鉛直方向変位
は、変位センサ４ａにより検出され、電気信号に変換さ
れる。変換された電気信号は、制御装置によって回転軸
１を安定的に支持する信号へ変換され、なおかつ電力増
幅されて、電流信号として電磁石２ａおよび電磁石２ｃ
のコイル３ａおよび３ｃに供給される。従って、電磁石
２ａおよび電磁石２ｃは、それぞれのコイル３ａおよび
３ｃに流れる電流に相当する磁気吸引力で回転軸１を吸
引する。このとき、電磁石コイル３ａおよび電磁石コイ
ル３ｃに流れる電流の直流成分は、電磁石コイル３ａの
場合は回転軸１の重力による変位を防止する分と予め設
定された磁気軸受の静的磁気吸引力に相当する分であ
り、電磁石コイル３ｃの場合は予め設定された磁気軸受
の静的磁気吸引力に相当する分であって、回転軸１に加
わる磁気吸引力は静的にバランスしている。また、電磁
石コイル３ａおよび電磁石コイル３ｃに流れる電流の変
動成分は互いに位相が１８０°異なり、電磁石コイル３
ａに流れる電流の変化分は変位センサ４ａと回転軸１の
ギャップが増加した場合に増加するように、電磁石コイ
ル３ｃ流れる電流の変化分は変位センサ４ａと回転軸１
のギャップが減少した場合に増加するように制御される
ので、回転軸１の鉛直方向は固定され非接触な状態で支
持される。
【０００５】回転軸１の水平方向変位は、変位センサ４
ｂにより検出され、同様の制御が行われるが、このと
き、電磁石コイル３ｂおよび電磁石コイル３ｄに流れる
電流の直流成分は、回転軸１の重力による影響はないの
で予め設定された磁気軸受の静的磁気吸引力に相当する
分が流れる。また、電磁石コイル３ｂおよび電磁石コイ
ル３ｄに流れる電流の変動成分は、鉛直方向変位の場合
と同様に電磁石コイル３ｂに流れる電流の変化分は変位
センサ４ｂと回転軸１のギャップが増加した場合に増加
するように、電磁石コイル３ｄに流れる電流の変化分は
変位センサ４ｂと回転軸１のギャップが減少した場合に
増加するように制御されるようになっており、回転軸１
は水平方向にも固定され非接触な状態で支持される。
ｂにより検出され、同様の制御が行われるが、このと
き、電磁石コイル３ｂおよび電磁石コイル３ｄに流れる
電流の直流成分は、回転軸１の重力による影響はないの
で予め設定された磁気軸受の静的磁気吸引力に相当する
分が流れる。また、電磁石コイル３ｂおよび電磁石コイ
ル３ｄに流れる電流の変動成分は、鉛直方向変位の場合
と同様に電磁石コイル３ｂに流れる電流の変化分は変位
センサ４ｂと回転軸１のギャップが増加した場合に増加
するように、電磁石コイル３ｄに流れる電流の変化分は
変位センサ４ｂと回転軸１のギャップが減少した場合に
増加するように制御されるようになっており、回転軸１
は水平方向にも固定され非接触な状態で支持される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の磁気軸受装置では、つぎのような問題がある。
即ち、電磁石２ａと電磁石２ｃおよび変位センサ４ａ並
びに電磁石２ｂと電磁石２ｄおよび変位センサ４ｂは、
回転軸１の軸中心を中心として互いに直角に交わる線上
になければならないが、実際には変位センサ４と電磁石
２は図６に示すように軸方向にずらして設置しなければ
ならない。従って、回転軸１が回転軸１の軸中心線と磁
気軸受の中心線とが平行とならないような振動を生じた
場合、変位センサ４が検出する軸変位と電磁石２の部分
での軸変位が異なり理想的な制御ができないばかりか、
回転軸１と軸中心線の傾きが大きく、変位センサ４が検
出する軸変位と電磁石２の部分での軸変位が異なる場合
が生じた時には、磁気軸受と軸系つまり制御系が発振し
てしまい、回転軸１の安定支持ができないという不具合
がある。
この種の磁気軸受装置では、つぎのような問題がある。
即ち、電磁石２ａと電磁石２ｃおよび変位センサ４ａ並
びに電磁石２ｂと電磁石２ｄおよび変位センサ４ｂは、
回転軸１の軸中心を中心として互いに直角に交わる線上
になければならないが、実際には変位センサ４と電磁石
２は図６に示すように軸方向にずらして設置しなければ
ならない。従って、回転軸１が回転軸１の軸中心線と磁
気軸受の中心線とが平行とならないような振動を生じた
場合、変位センサ４が検出する軸変位と電磁石２の部分
での軸変位が異なり理想的な制御ができないばかりか、
回転軸１と軸中心線の傾きが大きく、変位センサ４が検
出する軸変位と電磁石２の部分での軸変位が異なる場合
が生じた時には、磁気軸受と軸系つまり制御系が発振し
てしまい、回転軸１の安定支持ができないという不具合
がある。
【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、回転軸のどのようなモードの振動や
変位でも磁気吸引力を制御することによって安定に支持
することができる磁気軸受装置を提供することにある。
あり、その目的は、回転軸のどのようなモードの振動や
変位でも磁気吸引力を制御することによって安定に支持
することができる磁気軸受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】上記の目的を達成するた
めに本発明の磁気軸受装置は、回転軸を磁気吸引力によ
り非接触かつ安定的に支持する複数の磁気吸引力発生手
段と、回転軸のラジアル方向の変位を検出する変位検出
手段と、この変位検出手段の出力信号によって前記磁気
吸引力発生手段の磁気吸引力を制御する制御手段とを有
する能動制御型ラジアル磁気軸受装置において、前記磁
気吸引力発生手段と前記変位検出手段を複数対設け、か
つこれら磁気吸引力発生手段と変位検出手段を回転軸の
ラジアル方向の同一平面上で回転軸を挟んで対向する位
置に配設することを要旨とするものである。
めに本発明の磁気軸受装置は、回転軸を磁気吸引力によ
り非接触かつ安定的に支持する複数の磁気吸引力発生手
段と、回転軸のラジアル方向の変位を検出する変位検出
手段と、この変位検出手段の出力信号によって前記磁気
吸引力発生手段の磁気吸引力を制御する制御手段とを有
する能動制御型ラジアル磁気軸受装置において、前記磁
気吸引力発生手段と前記変位検出手段を複数対設け、か
つこれら磁気吸引力発生手段と変位検出手段を回転軸の
ラジアル方向の同一平面上で回転軸を挟んで対向する位
置に配設することを要旨とするものである。
【０００９】
【作用】上記構成によれば、磁気吸引力発生手段とラジ
アル方向変位検出手段を回転軸の軸方向において、回転
軸と直角な平面上即ちラジアル方向の同一平面上に回転
軸を挟んで対向する位置に設置できるので、回転軸が回
転軸の軸中心線と磁気軸受の中心線とが平行にならない
ような振動を生じた場合にも、変位検出手段が検出する
軸変位と磁気吸引力発生手段の部分での軸変位は等しく
なり、理想的な制御ができ制御系が発振することもなく
なり、回転軸を安定に支持することができる。
アル方向変位検出手段を回転軸の軸方向において、回転
軸と直角な平面上即ちラジアル方向の同一平面上に回転
軸を挟んで対向する位置に設置できるので、回転軸が回
転軸の軸中心線と磁気軸受の中心線とが平行にならない
ような振動を生じた場合にも、変位検出手段が検出する
軸変位と磁気吸引力発生手段の部分での軸変位は等しく
なり、理想的な制御ができ制御系が発振することもなく
なり、回転軸を安定に支持することができる。
【００１０】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。なお、従来技術で説明したものと同一の構成要
素には同じ符号を付してある。図１は、本発明の磁気軸
受装置の一実施例のラジアル方向断面図であり、図２
は、そのＡ−Ａ´断面図である。図１および図２におい
て、回転軸１のまわりに磁気吸引力発生手段である電磁
石２が配設されており、この電磁石２には電磁石コイル
３が巻設されている。電磁石２は、回転軸１の周囲に軸
と直角方向の同心円上に回転軸１を取り巻くように３個
２ａ、２ｂ、および２ｃが配設されている。また、回転
軸１のラジアル方向の変位検出手段である変位センサ４
は、これと同一の同心円上に回転軸１を挟んで各電磁石
２ａ、２ｂ、および２ｃに対向する位置にそれぞれ４
ａ、４ｂ、および４ｃが設置されている。変位センサ４
としてフォトセンサを使用し、このフォトセンサ４によ
り回転軸１との距離を検出して回転軸１の変位状態を検
出する。また、この実施例では電磁石２ａは鉛直方向に
回転軸１の上側に設置され、電磁石２ｂおよび２ｃは図
１に示すように電磁石２ａと正三角形をなすような位置
に設置されている。このように磁気軸受を水平方向に分
割してみたとき、重量物である電磁石２を下側部分に多
く配置することにより、構成上装置が安定化しバランス
もよくなる。
明する。なお、従来技術で説明したものと同一の構成要
素には同じ符号を付してある。図１は、本発明の磁気軸
受装置の一実施例のラジアル方向断面図であり、図２
は、そのＡ−Ａ´断面図である。図１および図２におい
て、回転軸１のまわりに磁気吸引力発生手段である電磁
石２が配設されており、この電磁石２には電磁石コイル
３が巻設されている。電磁石２は、回転軸１の周囲に軸
と直角方向の同心円上に回転軸１を取り巻くように３個
２ａ、２ｂ、および２ｃが配設されている。また、回転
軸１のラジアル方向の変位検出手段である変位センサ４
は、これと同一の同心円上に回転軸１を挟んで各電磁石
２ａ、２ｂ、および２ｃに対向する位置にそれぞれ４
ａ、４ｂ、および４ｃが設置されている。変位センサ４
としてフォトセンサを使用し、このフォトセンサ４によ
り回転軸１との距離を検出して回転軸１の変位状態を検
出する。また、この実施例では電磁石２ａは鉛直方向に
回転軸１の上側に設置され、電磁石２ｂおよび２ｃは図
１に示すように電磁石２ａと正三角形をなすような位置
に設置されている。このように磁気軸受を水平方向に分
割してみたとき、重量物である電磁石２を下側部分に多
く配置することにより、構成上装置が安定化しバランス
もよくなる。
【００１１】次に、本実施例の動作・作用の概略につい
て説明する。電磁石２ａとフォトセンサ４ａ方向の回転
軸１の軸変位は、このフォトセンサ４ａが検出し電気信
号に変換される。この変換された電気信号は、後述する
加減算部を介して制御部によって回転軸１を安定に支持
するための信号に変換され、さらに電力増幅器により電
力増幅されるとともに電流信号として電磁石２ａの電磁
石コイル３ａに供給され、電磁石２ａは電磁石コイル３
ａに流れる電流に相当する磁気吸引力で回転軸１を吸引
する。このとき、電磁石コイル３ａに流れる電流の直流
成分は、回転軸１の重力による変位を防止する分と予め
設定された磁気軸受の静的磁気吸引力に相当する分であ
り、また変動成分は回転軸１の電磁石２ａとフォトセン
サ４ａの方向の軸変位を妨げる方向に磁気吸引力を生ず
るように流れる。
て説明する。電磁石２ａとフォトセンサ４ａ方向の回転
軸１の軸変位は、このフォトセンサ４ａが検出し電気信
号に変換される。この変換された電気信号は、後述する
加減算部を介して制御部によって回転軸１を安定に支持
するための信号に変換され、さらに電力増幅器により電
力増幅されるとともに電流信号として電磁石２ａの電磁
石コイル３ａに供給され、電磁石２ａは電磁石コイル３
ａに流れる電流に相当する磁気吸引力で回転軸１を吸引
する。このとき、電磁石コイル３ａに流れる電流の直流
成分は、回転軸１の重力による変位を防止する分と予め
設定された磁気軸受の静的磁気吸引力に相当する分であ
り、また変動成分は回転軸１の電磁石２ａとフォトセン
サ４ａの方向の軸変位を妨げる方向に磁気吸引力を生ず
るように流れる。
【００１２】また、電磁石２ｂとフォトセンサ４ｂ方向
の回転軸１の軸変位は、このフォトセンサ４ｂが検出し
電気信号に変換される。この変換された電気信号は、後
述する加減算部を介して制御部によって回転軸１を安定
に支持するための信号に変換され、さらに電力増幅器に
より電力増幅されるとともに電流信号として電磁石２ｂ
の電磁石コイル３ｂに供給され、電磁石２ｂは電磁石コ
イル３ｂに流れる電流に相当する磁気吸引力で回転軸１
を吸引する。このとき、電磁石コイル３ｂに流れる電流
の直流成分は、予め設定された磁気軸受の静的磁気吸引
力に相当する分であり、また変動成分は回転軸１の電磁
石２ｂとフォトセンサ４ｂの方向の軸変位を妨げる方向
に磁気吸引力を生ずるように流れる。
の回転軸１の軸変位は、このフォトセンサ４ｂが検出し
電気信号に変換される。この変換された電気信号は、後
述する加減算部を介して制御部によって回転軸１を安定
に支持するための信号に変換され、さらに電力増幅器に
より電力増幅されるとともに電流信号として電磁石２ｂ
の電磁石コイル３ｂに供給され、電磁石２ｂは電磁石コ
イル３ｂに流れる電流に相当する磁気吸引力で回転軸１
を吸引する。このとき、電磁石コイル３ｂに流れる電流
の直流成分は、予め設定された磁気軸受の静的磁気吸引
力に相当する分であり、また変動成分は回転軸１の電磁
石２ｂとフォトセンサ４ｂの方向の軸変位を妨げる方向
に磁気吸引力を生ずるように流れる。
【００１３】さらに、電磁石２ｃとフォトセンサ４ｃ方
向の回転軸１の軸変位は、このフォトセンサ４ｃが検出
し電気信号に変換される。そして、電磁石２ｂとフォト
センサ４ｂの場合と同様にして、電磁石コイル３ｃに流
れる電流の直流成分は予め設定された磁気軸受の静的磁
気吸引力に相当する分、また変動成分は回転軸１の電磁
石２ｃとフォトセンサ４ｃの方向の軸変位を妨げる方向
に磁気吸引力を生ずるように流れる。
向の回転軸１の軸変位は、このフォトセンサ４ｃが検出
し電気信号に変換される。そして、電磁石２ｂとフォト
センサ４ｂの場合と同様にして、電磁石コイル３ｃに流
れる電流の直流成分は予め設定された磁気軸受の静的磁
気吸引力に相当する分、また変動成分は回転軸１の電磁
石２ｃとフォトセンサ４ｃの方向の軸変位を妨げる方向
に磁気吸引力を生ずるように流れる。
【００１４】従って、３つの電磁石２ａ、２ｂ、および
２ｃが回転軸１に生じる磁気吸引力と回転軸１の重力の
ベクトル和はバランスしている。また、各電磁石２ａ、
２ｂ、および２ｃの電磁石コイル３ａ、３ｂ、および３
ｃに流れる電流の変動成分は制御部によって各電磁石２
ａ、２ｂ、および２ｃの磁気吸引力のベクトル和と回転
軸１に加えられた外力とがバランスするように制御され
るので、回転軸１のラジアル方向変位は固定され回転軸
１は非接触状態で安定支持される。
２ｃが回転軸１に生じる磁気吸引力と回転軸１の重力の
ベクトル和はバランスしている。また、各電磁石２ａ、
２ｂ、および２ｃの電磁石コイル３ａ、３ｂ、および３
ｃに流れる電流の変動成分は制御部によって各電磁石２
ａ、２ｂ、および２ｃの磁気吸引力のベクトル和と回転
軸１に加えられた外力とがバランスするように制御され
るので、回転軸１のラジアル方向変位は固定され回転軸
１は非接触状態で安定支持される。
【００１５】このような状態で、回転軸１が回転軸１の
軸中心線と磁気軸受の中心線とが平行とならないような
振動を生じた場合でも、フォトセンサ４が検出する軸変
位と電磁石２の部分での軸変位は等しくなるので、理想
的な制御ができ磁気軸受と軸系つまり制御系が発振する
ことなく回転軸１を安定支持することができる。
軸中心線と磁気軸受の中心線とが平行とならないような
振動を生じた場合でも、フォトセンサ４が検出する軸変
位と電磁石２の部分での軸変位は等しくなるので、理想
的な制御ができ磁気軸受と軸系つまり制御系が発振する
ことなく回転軸１を安定支持することができる。
【００１６】図３は、本発明の磁気軸受装置の一実施例
の信号処理系のブロック図を示す。図３において、各変
位センサ４ａ、４ｂ、および４ｃの出力信号Ｘ1a、Ｘ1
b、およびＸ1cは加減算部５にて演算処理され、その結
果を出力信号Ｘ2a、Ｘ2b、およびＸ2cとして出力する。
フォトセンサ４は回転軸１との距離を光学的に検出して
出力信号Ｘ1 を電圧値として出力するものであり、また
加減算部５の出力信号Ｘ2 も電圧値として出力する。加
減算部５からの出力信号Ｘ2 は制御部６によって、回転
軸１を安定に支持するための信号Ｘ3 に変換される。こ
の制御部６による制御信号Ｘ3 は、さらに電力増幅器７
により電力増幅され、また電流値信号Ｉに変換されて各
電磁石コイル３に供給される。
の信号処理系のブロック図を示す。図３において、各変
位センサ４ａ、４ｂ、および４ｃの出力信号Ｘ1a、Ｘ1
b、およびＸ1cは加減算部５にて演算処理され、その結
果を出力信号Ｘ2a、Ｘ2b、およびＸ2cとして出力する。
フォトセンサ４は回転軸１との距離を光学的に検出して
出力信号Ｘ1 を電圧値として出力するものであり、また
加減算部５の出力信号Ｘ2 も電圧値として出力する。加
減算部５からの出力信号Ｘ2 は制御部６によって、回転
軸１を安定に支持するための信号Ｘ3 に変換される。こ
の制御部６による制御信号Ｘ3 は、さらに電力増幅器７
により電力増幅され、また電流値信号Ｉに変換されて各
電磁石コイル３に供給される。
【００１７】いま、回転軸１が傾き、フォトセンサ４の
うちの１つのみが回転軸１の変位を検出した場合、その
出力信号は加減算部５にて加減算処理されることなく制
御部６によって、回転軸１を安定に支持するための制御
信号を出力する。この制御信号は電力増幅器７により電
力増幅され、また電流値信号に変換されて対応する電磁
石コイル３に供給される。
うちの１つのみが回転軸１の変位を検出した場合、その
出力信号は加減算部５にて加減算処理されることなく制
御部６によって、回転軸１を安定に支持するための制御
信号を出力する。この制御信号は電力増幅器７により電
力増幅され、また電流値信号に変換されて対応する電磁
石コイル３に供給される。
【００１８】つぎに回転軸１が傾き、これを２つのフォ
トセンサ４ａおよび４ｂが回転軸１の変位として検出し
た場合、その出力信号Ｘ1aおよびＸ1bは加減算部５にて
加減算処理され、その結果を出力信号Ｘ2aおよびＸ2bと
して出力する。この加減算部５からの出力信号Ｘ2aおよ
びＸ2bは制御部６によって、回転軸１を安定に支持する
ための信号Ｘ3aおよびＸ3bに変換される。この制御信号
Ｘ3aおよびＸ3bは、さらに電力増幅器７により電力増幅
され、また電流値信号Ｉa およびＩb に変換されて各電
磁石コイル３ａおよび３ｂに供給される。
トセンサ４ａおよび４ｂが回転軸１の変位として検出し
た場合、その出力信号Ｘ1aおよびＸ1bは加減算部５にて
加減算処理され、その結果を出力信号Ｘ2aおよびＸ2bと
して出力する。この加減算部５からの出力信号Ｘ2aおよ
びＸ2bは制御部６によって、回転軸１を安定に支持する
ための信号Ｘ3aおよびＸ3bに変換される。この制御信号
Ｘ3aおよびＸ3bは、さらに電力増幅器７により電力増幅
され、また電流値信号Ｉa およびＩb に変換されて各電
磁石コイル３ａおよび３ｂに供給される。
【００１９】さらに、回転軸１の傾きをフォトセンサセ
ンサ４が軸変位として検出した場合、全てのフォトセン
サ４の出力を加減算部５により合成し、制御部６により
重力方向成分および水平方向成分の変位信号を抽出し、
それぞれの電磁石２を各方向成分のベクトル和によって
総合的に制御するようにしてもよい。この場合、各フォ
トセンサ４ａ、４ｂ、および４ｃの出力信号をＸ1a、Ｘ
1b、およびＸ1cとし、加減算部５の出力信号をＸ2a、Ｘ
2b、およびＸ2cとすると、加減算部５にて以下の演算処
理を行う。
ンサ４が軸変位として検出した場合、全てのフォトセン
サ４の出力を加減算部５により合成し、制御部６により
重力方向成分および水平方向成分の変位信号を抽出し、
それぞれの電磁石２を各方向成分のベクトル和によって
総合的に制御するようにしてもよい。この場合、各フォ
トセンサ４ａ、４ｂ、および４ｃの出力信号をＸ1a、Ｘ
1b、およびＸ1cとし、加減算部５の出力信号をＸ2a、Ｘ
2b、およびＸ2cとすると、加減算部５にて以下の演算処
理を行う。
【数１】 従って、加減算部５の演算処理により回転軸１の各方向
の軸変位のみを抽出でき、制御部６により各方向成分の
ベクトル和によって総合的に制御し、この制御信号を電
力増幅器７により電力増幅し、また電流値信号Ｉa 、Ｉ
b 、およびＩcに変換して各電磁石コイル３ａ、３ｂ、
および３ｃに供給する。こうすることによって、各電磁
石２の磁気吸引力を制御できるので、回転軸１を非接触
状態で安定に支持することができる。
の軸変位のみを抽出でき、制御部６により各方向成分の
ベクトル和によって総合的に制御し、この制御信号を電
力増幅器７により電力増幅し、また電流値信号Ｉa 、Ｉ
b 、およびＩcに変換して各電磁石コイル３ａ、３ｂ、
および３ｃに供給する。こうすることによって、各電磁
石２の磁気吸引力を制御できるので、回転軸１を非接触
状態で安定に支持することができる。
【００２０】図４は、本発明の磁気軸受装置の他の実施
例のラジアル方向断面図である。図４において、この実
施例は、回転軸１のラジアル方向の変位検出手段である
変位センサ１０として磁気抵抗型変位センサを使用し、
この磁気抵抗型変位センサ１０と磁気吸引力発生手段で
ある電磁石８とを一体的に電磁石鉄心１２に設けたもの
である。この電磁石鉄心１２は電磁鉄板を複数枚積層し
たものであり、鉄心１２Ａおよび１２Ｂに電磁石コイル
９ａを巻設して電磁石８ａを構成している。また、鉄心
１２Ｃおよび１２Ｄにコイル１１ａを巻設して磁気抵抗
型変位センサ１０ａを形成している。同様に電磁石８ｂ
並びに８ｃも鉄心１２Ｅおよび１２Ｆ、鉄心１２Ｉおよ
び１２Ｊに電磁石コイル９ｂおよび９ｃを巻設して設け
られている。また、磁気抵抗型変位センサ１０ｂ並びに
１０ｃも鉄心１２Ｇおよび１２Ｈ、鉄心１２Ｋおよび１
２Ｌにコイル１１ｂおよび１１ｃを巻設して設けられて
いる。電磁石８ａおよび磁気抵抗型変位センサ１０ａ、
電磁石８ｂおよび磁気抵抗型変位センサ１０ｂ、並びに
電磁石８ｃおよび磁気抵抗型変位センサ１０ｃは、回転
軸１の周囲に軸と直角方向の同心円上に回転軸１を取り
巻くように配設されており、それぞれの電磁石８および
磁気抵抗型変位センサ１０は回転軸１を挟んで対向する
位置関係に設けられている。従って、磁気抵抗型変位セ
ンサ１０は回転軸１との距離をインダクタンスの変化を
検出することにより電流値信号として出力する。この出
力信号は制御部により回転軸１を安定に支持するための
信号に変換され、対向する電磁石８の電磁石コイル９に
流す電流が制御される。また、この実施例でも、図１に
示す実施例と同様に電磁石８ａは鉛直方向に回転軸１の
上側に設置され、電磁石８ｂおよび８ｃは図４に示すよ
うに電磁石８ａと正三角形をなすような位置に設置され
ている。通常、電磁石８の方が磁気抵抗型変位センサ１
０よりも重いので、このように電磁石８を下側部分に多
く配置する構成とすることにより、装置が安定化しバラ
ンスもよくなる。
例のラジアル方向断面図である。図４において、この実
施例は、回転軸１のラジアル方向の変位検出手段である
変位センサ１０として磁気抵抗型変位センサを使用し、
この磁気抵抗型変位センサ１０と磁気吸引力発生手段で
ある電磁石８とを一体的に電磁石鉄心１２に設けたもの
である。この電磁石鉄心１２は電磁鉄板を複数枚積層し
たものであり、鉄心１２Ａおよび１２Ｂに電磁石コイル
９ａを巻設して電磁石８ａを構成している。また、鉄心
１２Ｃおよび１２Ｄにコイル１１ａを巻設して磁気抵抗
型変位センサ１０ａを形成している。同様に電磁石８ｂ
並びに８ｃも鉄心１２Ｅおよび１２Ｆ、鉄心１２Ｉおよ
び１２Ｊに電磁石コイル９ｂおよび９ｃを巻設して設け
られている。また、磁気抵抗型変位センサ１０ｂ並びに
１０ｃも鉄心１２Ｇおよび１２Ｈ、鉄心１２Ｋおよび１
２Ｌにコイル１１ｂおよび１１ｃを巻設して設けられて
いる。電磁石８ａおよび磁気抵抗型変位センサ１０ａ、
電磁石８ｂおよび磁気抵抗型変位センサ１０ｂ、並びに
電磁石８ｃおよび磁気抵抗型変位センサ１０ｃは、回転
軸１の周囲に軸と直角方向の同心円上に回転軸１を取り
巻くように配設されており、それぞれの電磁石８および
磁気抵抗型変位センサ１０は回転軸１を挟んで対向する
位置関係に設けられている。従って、磁気抵抗型変位セ
ンサ１０は回転軸１との距離をインダクタンスの変化を
検出することにより電流値信号として出力する。この出
力信号は制御部により回転軸１を安定に支持するための
信号に変換され、対向する電磁石８の電磁石コイル９に
流す電流が制御される。また、この実施例でも、図１に
示す実施例と同様に電磁石８ａは鉛直方向に回転軸１の
上側に設置され、電磁石８ｂおよび８ｃは図４に示すよ
うに電磁石８ａと正三角形をなすような位置に設置され
ている。通常、電磁石８の方が磁気抵抗型変位センサ１
０よりも重いので、このように電磁石８を下側部分に多
く配置する構成とすることにより、装置が安定化しバラ
ンスもよくなる。
【００２１】本実施例の動作・作用については、回転軸
１の変位の検出をインダクタンスの変化として検出する
こと以外は図１および図２に示す実施例と同様なので省
略する。ただ、磁気抵抗型変位センサ１０が回転軸１の
変位の検出をインダクタンスの変化即ち電流値として検
出するので、加減算部５に入力する前に電圧値に変換す
る手段を設ける必要がある。
１の変位の検出をインダクタンスの変化として検出する
こと以外は図１および図２に示す実施例と同様なので省
略する。ただ、磁気抵抗型変位センサ１０が回転軸１の
変位の検出をインダクタンスの変化即ち電流値として検
出するので、加減算部５に入力する前に電圧値に変換す
る手段を設ける必要がある。
【００２２】なお、上記実施例では、いずれも磁気吸引
力発生手段である電磁石と回転軸のラジアル方向の変位
検出手段である変位センサの対を３個即ち奇数個設けた
例で説明したが、これに限定されるものではなく、複数
個であればよく偶数個（例えば４個）でもよく、さらに
多く設けてもよい。偶数個例えば４個設けた場合には、
加減算部５に入力する変位センサ４からの出力信号は４
個となり、これらに対応して制御部６および電力増幅器
７も４個設けられる。そして、加減算部５では、上記実
施例の場合と同様に複数の変位センサ４から軸変位の検
出信号が入ってくると加減算し制御部６に出力する。ま
た軸変位を検出した場合、全てのフォトセンサ４の出力
を加減算部５により合成し、制御部６により重力方向成
分および水平方向成分の変位信号を抽出し、それぞれの
電磁石２を各方向成分のベクトル和によって総合的に制
御するようにしてもよい。ただし、奇数個設けた方が磁
気軸受装置を水平方向に分割してみたとき、下側の部分
に存在する電磁石の数が上側の部分より常に多くなるよ
うに電磁石設置することができ、磁気軸受装置の構成上
安定化しバランスがよくなるという利点がある。また、
上記実施例では、磁気吸引力発生手段の例として電磁石
のみを示したが、予め設定された磁気軸受の静的磁気吸
引力に相当する分などを永久磁石として変動分を電磁石
に流す電流により制御するようにしてもよい。さらに、
上記実施例では、変位検出手段としてフォトセンサおよ
び磁気抵抗型変位センサの例を示したが、この他にも渦
電流型変位センサなどを使用することもできる。
力発生手段である電磁石と回転軸のラジアル方向の変位
検出手段である変位センサの対を３個即ち奇数個設けた
例で説明したが、これに限定されるものではなく、複数
個であればよく偶数個（例えば４個）でもよく、さらに
多く設けてもよい。偶数個例えば４個設けた場合には、
加減算部５に入力する変位センサ４からの出力信号は４
個となり、これらに対応して制御部６および電力増幅器
７も４個設けられる。そして、加減算部５では、上記実
施例の場合と同様に複数の変位センサ４から軸変位の検
出信号が入ってくると加減算し制御部６に出力する。ま
た軸変位を検出した場合、全てのフォトセンサ４の出力
を加減算部５により合成し、制御部６により重力方向成
分および水平方向成分の変位信号を抽出し、それぞれの
電磁石２を各方向成分のベクトル和によって総合的に制
御するようにしてもよい。ただし、奇数個設けた方が磁
気軸受装置を水平方向に分割してみたとき、下側の部分
に存在する電磁石の数が上側の部分より常に多くなるよ
うに電磁石設置することができ、磁気軸受装置の構成上
安定化しバランスがよくなるという利点がある。また、
上記実施例では、磁気吸引力発生手段の例として電磁石
のみを示したが、予め設定された磁気軸受の静的磁気吸
引力に相当する分などを永久磁石として変動分を電磁石
に流す電流により制御するようにしてもよい。さらに、
上記実施例では、変位検出手段としてフォトセンサおよ
び磁気抵抗型変位センサの例を示したが、この他にも渦
電流型変位センサなどを使用することもできる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転軸のラジアル方向の変位検出手段により検出される軸
変位と磁気吸引力発生手段の部分での軸変位が等しくな
るので、変位検出手段により軸変位を検出して対応する
磁気吸引力発生手段の磁気吸引力を制御すればよく、制
御し易くなる。従って、回転軸の軸中心線と磁気軸受の
中心線とが軸方向において交わるような、いかなるモー
ドの軸振動が生じても磁気軸受や軸系などの制御系が発
振することがなく、回転軸を非接触の状態で安定に支持
することが可能となる。
転軸のラジアル方向の変位検出手段により検出される軸
変位と磁気吸引力発生手段の部分での軸変位が等しくな
るので、変位検出手段により軸変位を検出して対応する
磁気吸引力発生手段の磁気吸引力を制御すればよく、制
御し易くなる。従って、回転軸の軸中心線と磁気軸受の
中心線とが軸方向において交わるような、いかなるモー
ドの軸振動が生じても磁気軸受や軸系などの制御系が発
振することがなく、回転軸を非接触の状態で安定に支持
することが可能となる。
【図１】本発明の磁気軸受装置の一実施例のラジアル方
向断面図である。
向断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ´断面図である。
【図３】本発明の磁気軸受装置の一実施例の信号処理系
のブロック図を示す。
のブロック図を示す。
【図４】本発明の磁気軸受装置の他の実施例のラジアル
方向断面図である。
方向断面図である。
【図５】従来の磁気軸受装置の実施例のラジアル方向断
面図である。
面図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ´断面図である。
１ 回転軸 ２ 磁気吸引力発生手段である電磁石 ３ 電磁石コイル ４ 回転軸のラジアル方向の変位検出手段である変位セ
ンサ ５ 加減算部 ６ 制御部 ７ 電力増幅器 ８ 磁気吸引力発生手段である電磁石 ９ 電磁石コイル １０ 回転軸のラジアル方向の変位検出手段である変位
センサ １１ コイル １２ 電磁石鉄心
ンサ ５ 加減算部 ６ 制御部 ７ 電力増幅器 ８ 磁気吸引力発生手段である電磁石 ９ 電磁石コイル １０ 回転軸のラジアル方向の変位検出手段である変位
センサ １１ コイル １２ 電磁石鉄心
Claims (5)
- 【請求項１】 回転軸を磁気吸引力により非接触かつ安
定的に支持する複数の磁気吸引力発生手段と、回転軸の
ラジアル方向の変位を検出する変位検出手段と、この変
位検出手段の出力信号によって前記磁気吸引力発生手段
の磁気吸引力を制御する制御手段とを有する能動制御型
ラジアル磁気軸受装置において、前記磁気吸引力発生手
段と前記変位検出手段を複数対設け、かつこれら磁気吸
引力発生手段と変位検出手段を回転軸のラジアル方向の
同一平面上で回転軸を挟んで対向する位置に配設するこ
とを特徴とする磁気軸受装置。 - 【請求項２】 前記複数の変位検出手段の出力信号を加
減算する手段を備え、この加減算手段の結果に基づい
て、制御すべき磁気吸引力発生手段の方向成分の変位を
前記制御手段により抽出することにより当該制御すべき
磁気吸引力発生手段の磁気吸引力を制御することを特徴
とする請求項１に記載の磁気軸受装置。 - 【請求項３】 前記全ての変位検出手段の出力を前記加
減算手段により合成し、前記制御手段により重力方向成
分および水平方向成分の変位信号を抽出し、それそれの
磁気吸引力発生手段を各方向成分のベクトル和によって
制御することを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受装
置。 - 【請求項４】 前記磁気吸引力発生手段が電磁石であ
り、かつ変位検出手段が磁気抵抗式のものとし、これら
を電磁石鉄心に一体的に設けたことを特徴とする請求項
１乃至３のいずれかに記載の磁気軸受装置。 - 【請求項５】 前記磁気吸引力発生手段と前記変位検出
手段の対を奇数個設け、磁気軸受装置を水平方向に分割
してみたとき、下側の部分に存在する磁気吸引力発生手
段の数が上側の部分より常に多くなるように磁気吸引力
発生手段を設置することを特徴とする請求項１乃至４の
いずれかに記載の磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2841194A JPH07238928A (ja) | 1994-02-25 | 1994-02-25 | 磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2841194A JPH07238928A (ja) | 1994-02-25 | 1994-02-25 | 磁気軸受装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07238928A true JPH07238928A (ja) | 1995-09-12 |
Family
ID=12247922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2841194A Pending JPH07238928A (ja) | 1994-02-25 | 1994-02-25 | 磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07238928A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0982836A2 (de) * | 1998-08-24 | 2000-03-01 | Sulzer Electronics AG | Verfahren und Sensoranordnung zum Bestimmen der radialen Position eienes permanentmagnetischen Rotors |
| US6249067B1 (en) | 1998-08-24 | 2001-06-19 | Sulzer Electronics Ag | Method and sensor arrangement for the determination of the radial position of a permanent magnetic rotor |
| FR2808872A1 (fr) * | 2000-05-15 | 2001-11-16 | Cit Alcatel | Capteurs inductifs en etoile pour la detection de la position radiale d'un rotor dans un stator |
| DE102005032675A1 (de) * | 2005-07-13 | 2007-01-25 | Renk Ag | Aktives Magnetlager mit integrierter Wegsensorik |
| JP2008309151A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Pfeiffer Vacuum Gmbh | 真空ポンプを備えた装置の運転方法および真空ポンプを備えた装置 |
| WO2018030064A1 (ja) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | 電動モータシステム |
| EP3321528A4 (en) * | 2015-07-07 | 2019-03-13 | Edwards Japan Limited | ELECTRO-MAGNET UNIT, MAGNETIC BEARING DEVICE AND VACUUM PUMP |
| CN114810826A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-29 | 清华大学 | 磁轴承的零偏置控制方法、装置及磁轴承 |
| CN114810825A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-29 | 清华大学 | 磁轴承、控制方法及装置 |
-
1994
- 1994-02-25 JP JP2841194A patent/JPH07238928A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0982836A2 (de) * | 1998-08-24 | 2000-03-01 | Sulzer Electronics AG | Verfahren und Sensoranordnung zum Bestimmen der radialen Position eienes permanentmagnetischen Rotors |
| EP0982836A3 (de) * | 1998-08-24 | 2000-06-07 | Sulzer Electronics AG | Verfahren und Sensoranordnung zum Bestimmen der radialen Position eienes permanentmagnetischen Rotors |
| US6249067B1 (en) | 1998-08-24 | 2001-06-19 | Sulzer Electronics Ag | Method and sensor arrangement for the determination of the radial position of a permanent magnetic rotor |
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| WO2001088466A1 (fr) * | 2000-05-15 | 2001-11-22 | Alcatel | Capteurs en etoile |
| DE102005032675A1 (de) * | 2005-07-13 | 2007-01-25 | Renk Ag | Aktives Magnetlager mit integrierter Wegsensorik |
| JP2008309151A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Pfeiffer Vacuum Gmbh | 真空ポンプを備えた装置の運転方法および真空ポンプを備えた装置 |
| EP3321528A4 (en) * | 2015-07-07 | 2019-03-13 | Edwards Japan Limited | ELECTRO-MAGNET UNIT, MAGNETIC BEARING DEVICE AND VACUUM PUMP |
| US11028853B2 (en) | 2015-07-07 | 2021-06-08 | Edwards Japan Limited | Electromagnetic unit, magnetic bearing device, and vacuum pump |
| WO2018030064A1 (ja) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | 電動モータシステム |
| JPWO2018030064A1 (ja) * | 2016-08-12 | 2018-12-13 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | 電動モータシステム |
| CN114810826A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-29 | 清华大学 | 磁轴承的零偏置控制方法、装置及磁轴承 |
| CN114810825A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-29 | 清华大学 | 磁轴承、控制方法及装置 |
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