JPH0726649B2 - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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JPH0726649B2
JPH0726649B2 JP2246629A JP24662990A JPH0726649B2 JP H0726649 B2 JPH0726649 B2 JP H0726649B2 JP 2246629 A JP2246629 A JP 2246629A JP 24662990 A JP24662990 A JP 24662990A JP H0726649 B2 JPH0726649 B2 JP H0726649B2
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exciting
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桂 友瀧
秀樹 大森
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セイコー精機株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明の回転軸を支持する磁気軸受装置に関し、特に
研削抵抗あるいは切削抵抗等の負荷が回転軸に加わった
状態で、その回転軸の支持位置を移動せしめる場合にお
いて、上記負荷を励磁電流から検出するものである。
《従来の技術》 従来、この種の磁気軸受装置は電磁石および位置セン
サ、並びに磁気軸受制御回路を備えており、電磁石およ
び位置センサはロータ軸の周辺に配設され、電磁石は励
磁電流の供給によりロータ軸を磁力で支持し、位置セン
サはロータ軸の位置を検出し、また磁気軸受制御回路は
位置センサからの検出値(ロータ軸の現在位置)を基
に、この現在位置が予め設定された目標位置と等しくな
るよう電磁石の励磁電流を調整する。
このような構成の磁気軸受装置ではロータ軸に例えば研
削抵抗等の負荷が加わり、その結果ロータ軸の現在位置
が目標位置よりずれると、そのずれた現在位置を目標位
置に等しくするように励磁電流が調整されて変化するの
で、この励磁電流の変化は上記のような負荷の変化に等
しくなる。
そのため、この種の磁気軸受装置にあっては、一般的に
上記のような励磁電流の変化から、ロータ軸に加わる負
荷を検出するように構成されている。
一方、上記の如き構成の磁気軸受装置においては、ロー
タ軸の目標位置を段階的に新たな目標位置に変更すれ
ば、同時に励磁電流が変化してロータ軸が移動するの
で、この移動を利用してロータ軸に取り付けた砥石等で
ワークに切り込んだり、ワークから離したりすることが
提案されている。
《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、このような従来の磁気軸受装置にあって
は、ロータ軸を移動させ、これによりロータ軸に取り付
けた砥石等でワークに切り込んだり、ワークから離した
りすることが提案されてはいるものの、ロータ軸に加わ
る研削抵抗等の負荷は単に励磁電流の変化から検出する
のみであるため、正確に検出することができなかった。
すなわち、上記のような励磁電流はロータ軸を移動させ
ると同時に変化するので、このようなロータ軸の移動に
よる励磁電流の変化が、負荷の変動による励磁電流の変
化に重合し、その結果負荷のみを励磁電流の変化から検
出することは不可能になる。
このため、従来はロータ軸を移動せしめる際、検出した
負荷を基に負荷の一定制御を行うことができず、ワーク
の加工精度ならびに加工能率等を向上させることが困難
であった。
この発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところはロータ軸に加えられる負荷を正確に検
出することが可能な磁気軸受装置を提供することにあ
る。
《課題を解決するための手段》 上記目的を達成するために、この発明は励磁電流の供給
によりロータ軸を磁力で支持する電磁石と、上記ロータ
軸の位置を検出する位置センサと、上記位置センサから
の検出値と上記ロータ軸の目標位置とが等しくなるよう
に上記電磁石の励磁電流を調節する磁気軸受制御手段と
を備える磁気軸受装置において、上記電磁石の励磁電流
を読み込む励磁電流読込手段と、上記ロータ軸を無負荷
の状態で移動させた場合におけるロータ軸の移動量およ
び上記励磁電流読込手段を介して読み込まれる励磁電流
に基づき、無負荷のロータ軸が移動する際の励磁電流変
化率を求める第1の演算手段と、上記励磁電流変化率お
よびロータ軸の切込移動量に基づき、無負荷のロータ軸
を切込移動量だけ移動させるのに必要な基準の励磁電流
を演算する第2の演算手段と、上記ロータ軸が研削抵抗
等の負荷を受けながら上記切込移動量だけ移動したとき
に、上記励磁電流読込手段を介して読み込まれる現在の
励磁電流から上記基準の励磁電流を減算し、この減算結
果から負荷を求める第3の演算手段とを設けたことを特
徴とする。
《作用》 この発明では、負荷変動による励磁電流の変化からロー
タ軸移動による余分な励磁電流の変化を取り除き、その
残り、すなわち負荷変動のみによる励磁電流の変化から
直接負荷が求められる。
《実施例》 以下、この発明に係る磁気軸受装置を内面研削盤に適用
した一実施例について第1図および第2図を用いて詳細
に説明する。
なお、内面研削盤はY方向へ移動可能なテーブル1上に
載置されたスピンドルユニット2を具備し、スピンドル
ユニット2はロータ軸3を備えており、ロータ軸3の先
端には砥石4が取り付けられている。また、砥石4側に
はX方向へ移動可能な主軸台5上にワークWが配設され
ており、このワークWは図示しないワーク保持機構で回
転可能に支持されているとともに、上記砥石4で内面が
研削されるように構成されている。
この発明に係る磁気軸受装置は上記ロータ軸3の左右両
端側に配設されたラジアル方向用の電磁石5a,5a,…、お
よびロータ軸3の中央付近にディスク6を介して配設さ
れたアキシャル方向用の電磁石7a,7a,…を備える。
ロータ軸3の左右両端側にはラジアル方向用の電磁石5
a,5a,…と同様にラジアル方向用の位置センサ8a,8a,…
が設けられ、またロータ軸3の一端側にはアキシャル方
向用の位置センサ9が配設されており、このような位置
センサ8a,8a,…および9で検出される検出値は後述する
電気回路部10へそれぞれ出力されるように構成されてい
る(なお図中は同番号どうし結線されている)。
電気回路部10は磁気軸受制御回路11を備え、磁気軸受制
御回路部11は位置検出回路12,処理回路13,電磁石ライバ
14を有する。
位置検出回路12は上記各位置センサ8a,8a,…および9か
ら出力される検出値を基にロータ軸3の現在位置aを検
出し、その検出結果の現在位置aを処理回路13へ出力す
る。
処理回路13においては予めロータ軸の目標位置が設定さ
れており、この目標位置と上記の如く出力される現在位
置aとを比較して、その現在位置aが目標位置に等しく
なるように励磁電流の調整量bを求め、この調整量bを
電磁石ドライバ14へ出力する。
電磁石ドライバ14は上記の如く出力される調整量bに基
づき上記各電磁石5a,5a,…および7a,7a,…へ励磁電流を
供給するとともに、このように各電磁石へ供給する励磁
電流をIn,It演算器15へ出力する(なお図中は
同番号どうし結線されている)。
In,It演算器15は上記の如く出力される各電磁石の励磁
電流から法線方向の励磁電流In,および接線方向の励磁
電流Itを求めるとともに、その各方向の励磁電流In,It
を負荷検出処理部16へ出力される。
負荷検出処理部16はマイクロコンピュータ等から構成さ
れ、第2図(a)(b)に示すようなフローチャートの
処理を実行する。以下そのフローチャートの処理手順に
ついて説明する。
負荷検出処理部16では、まず第2図(a)に示すように
初期処理としてロータ軸3を無負荷の状態にしておき、
この状態でモータドライバ17を介して高周波モータ18を
起動してロータ軸1を回転せしめ(ステップ100)、そ
の回転が安定するまで所定時間待ち(ステップ102)、
その後、In,It演算器15から出力される現在の励磁電流I
n,Itを読み込み、これを励磁電流In0,It0とする(ステ
ップ104)。
次に、研削盤NC部19から出力される目標位置変更指令c
により処理回路13の目標位置を変更し、これによりロー
タ軸3をXμm移動させた後(ステップ106)、もう1
度上記ステップ104と同様に、In,It演算器15から出力さ
れる励磁電流In,Itを読み込み、これを励磁電流Inx,I
txとする(ステップ108)。
その後、下記(1)(2)に示すように、ステップ104
を読み込んだ励磁電流In0,It0、ステップ108で読み込
んだ励磁電流Inx,Itx、およびロータ軸3の移動量(X
μm)に基づき励磁電流変化率ΔIn,ΔItを演算した後
(ステップ110)、ロータ軸3を元の位置に移動せしめ
て初期処理を終了する(ステップ112)。
ΔIn=(Inx−In0)/X …(1) ΔIt=(Itx−It0)/X …(2) そして、上記のような初期処理で求めた励磁電流変化率
ΔIn,ΔItを用いて第2図(b)に示すような処理を行
なう。
この処理は、まず砥石4がワークWを研削中であるか否
かを判断し(ステップ114)、研削中でない場合(NO)
はこの補正処理を終了する一方、研削中である場合、す
なわちロータ軸3が負荷(研削抵抗)を受けている場合
は、研削盤NC部19から出力される目標位置変更指令cに
より処理回路13の目標位置を変更し、これによりロータ
軸3を切込移動量としてAμm移動させた後(ステップ
116)、In,It演算器15から出力される励磁電流In,Itを
読み込み、これを現在の励磁電流InA,ItAとする(ステ
ップ118)。
その後、初期処理で求めた変化率ΔIn,ΔItにAμm
(ロータ軸3の切込移動量)を乗算し、これによりロー
タ軸3を無負荷の状態でAμm移動させるのに必要な基
準の励磁電流ΔInA,ΔItAを算出する(ステップ120)。
次に、下記式(3)(4)に示すように、ステップ118
において読み込んだ現在の励磁電流InA,ItAからステッ
プ120において算出した基準の励磁電流ΔInA,ΔItAを減
算し、その減算結果をIn,Itとする(ステップ122)。
In=InA−ΔInA …(3) In=ItA−ΔItA …(4) このような減算結果In,Itは負荷(研削抵抗)の変化に
よる励磁電流の変化のみを示すものとなるので、この減
算結果In,Itから負荷Fn,Ftを検出し、さらに、その負荷
Fn,Ftを研削盤NC部19へ出力し(ステップ124)、その後
ステップ114に戻り、再度上記と同様にステップ114ない
しステップ124の処理を行なう。
以上のように負荷検出処理部16は、電磁石の励磁電流を
読み込む励磁電流読込手段、無負荷のロータ軸3が移動
する際の励磁電流変化率ΔIn,ΔItを求める第1の演算
手段、無負荷のロータ軸3を切込移動量(Aμm)だけ
移動させるのに必要な基準の励磁電流ΔInA,ΔItAを演
算する第2の演算手段、および現在の励磁電流InA,ItA
から基準の励磁電流ΔInA,ΔItAを減算し、その減算結
果から負荷を求める第3の演算手段等を構成する。
ところで、研削盤NC部19では上記のように目標位置変更
指令を補正演算部16へ出力する他、サーボモータドライ
バ20を介してサーボモータ21,22を駆動して主軸台5お
よびテーブル1を移動させるようにも構成されており、
また研削盤NC部19は上記補正演算部16から出力される負
荷(研削抵抗)Fn,Ftを基に例えば負荷の一定制御を行
うように構成すると良い。
したがって、上記実施例の磁気軸受装置によれば、現在
の励磁電流と基準の励磁電流の差分(減算結果)から負
荷を求めるため、負荷変動による励磁電流の変化からロ
ータ軸移動による余分な励磁電流の変化を取り除き、そ
の残り、すなわち負荷変動のみによる励磁電流の変化か
ら直接負荷が求められるので、ロータ軸が研削抵抗等の
負荷を受けながら移動した場合でも、その負荷を正確に
検出することができる。
また、上記実施例にあっては、ロータ軸を移動させた場
合でも、上記の如く検出される負荷を基に負荷の一定制
御を行うことが可能であり、これによりワークの加工精
度ならびに加工能率等を向上せしめることができる。
なお、上記実施例では、この発明に係る磁気軸受装置を
内面研削盤に適用したが、これに代えて円筒研削盤、あ
るいはフライス盤等の切削加工機に適用しても良く、ま
た旋盤等の主軸部にこの磁気軸受装置を適用すれば、切
削抵抗を検出することも可能である。
更に、上記実施例はラジアル方向の例を示すものである
が、同様な構成を取ることにより、アキシャル方向での
利用も可能である。
《発明の方向》 この発明に係る磁気軸受装置にあっては、上記のように
現在の励磁電流と基準の励磁電流との差分(減算結果)
から負荷を求めるように構成したものであるため、負荷
変動による励磁電流の変化からロータ軸移動による余分
な励磁電流の変化を取り除き、その残り、すなわち負荷
変動のみによる励磁電流の変化から直接負荷が求められ
るので、ロータ軸が研削抵抗等の負荷を受けながら移動
した場合でも、その負荷を正確に検出することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る磁気軸受装置のブロック図、第
2図(a)(b)は負荷検出処理部で実行されるフロー
チャートである。 3……ロータ軸 5a,7a……電磁石 8a,9……位置センサ 11……磁気軸受制御回路 16……負荷検出処理部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】励磁電流の供給によりロータ軸を磁力で支
    持する電磁石と、 上記ロータ軸の位置を検出する位置センサと、 上記位置センサからの検出値と上記ロータ軸の目標位置
    とが等しくなるように上記電磁石の励磁電流を調節する
    磁気軸受制御手段と、 を備える磁気軸受装置において、 上記電磁石の励磁電流を読み込む励磁電流読込手段と、 上記ロータ軸を無負荷の状態で移動させた場合における
    ロータ軸の移動量および上記励磁電流読込手段を介して
    読み込まれる励磁電流に基づき、無負荷のロータ軸が移
    動する際の励磁電流変化率を求める第1の演算手段と、 上記励磁電流変化率およびロータ軸の切込移動量に基づ
    き、無負荷のロータ軸を切込移動量だけ移動させるのに
    必要な基準の励磁電流を演算する第2の演算手段と、 上記ロータ軸が研削抵抗等の負荷を受けながら上記切込
    移動量だけ移動したときに、上記励磁電流読込手段を介
    して読み込まれる現在の励磁電流から上記基準の励磁電
    流を減算し、この減算結果から負荷を求める第3の演算
    手段と、 を設けたことを特徴とする磁気軸受装置。
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JP2008256084A (ja) * 2007-04-04 2008-10-23 Jtekt Corp 磁気軸受装置及び磁気軸受スピンドル装置

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JPH0785638B2 (ja) * 1985-02-13 1995-09-13 株式会社日立製作所 磁気軸受を有する回転電機

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