JPH08200364A - 磁気軸受の制御方法とその装置 - Google Patents
磁気軸受の制御方法とその装置Info
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- JPH08200364A JPH08200364A JP743095A JP743095A JPH08200364A JP H08200364 A JPH08200364 A JP H08200364A JP 743095 A JP743095 A JP 743095A JP 743095 A JP743095 A JP 743095A JP H08200364 A JPH08200364 A JP H08200364A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ロータの後ろ向きモードの固有振動による不
安定化を防止する。 【構成】 外力補正回路９を設け、ロータの変位ｘに応
じてロータを浮上させるのに必要な静的電磁力を算出
し、これを安定化補償回路５Ａの出力結果に加算する。
そして安定化補償回路５Ａは積分機能を持たないように
設計する。 【効果】 積分要素を除去することで低周波領域の位相
遅れがなくなり、回転数とともロータの後ろ向き固有振
動数が低下しても、そのモードの不安定化が起こらな
い。
安定化を防止する。 【構成】 外力補正回路９を設け、ロータの変位ｘに応
じてロータを浮上させるのに必要な静的電磁力を算出
し、これを安定化補償回路５Ａの出力結果に加算する。
そして安定化補償回路５Ａは積分機能を持たないように
設計する。 【効果】 積分要素を除去することで低周波領域の位相
遅れがなくなり、回転数とともロータの後ろ向き固有振
動数が低下しても、そのモードの不安定化が起こらな
い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受の制御方法と
その装置に係り、特にロータの後ろ向き振動モードによ
る不安定化を効果的に防止するのに好適な磁気軸受の制
御方法とその装置に関する。
その装置に係り、特にロータの後ろ向き振動モードによ
る不安定化を効果的に防止するのに好適な磁気軸受の制
御方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気軸受は、ロータを電磁力により空中
に回転支持するもので、図３はその制御装置の従来構成
を示すブロック図である。これはラジアル磁気軸受であ
って、電磁石３ａ、３ｂは互いに対向する方向に吸引力
を発生し、ロータ１に力を及ぼす。ラジアルセンサ２
ａ、２ｂはロータ１の径方向の変位を測定するもので、
その出力の差がセンサ回路４により求められ、ロータ１
の変位信号ｘとして出力される。安定化補償回路５は、
変位信号ｘに応じてロータ１を安定に浮上させるために
必要なラジアル軸受３ａ、３ｂの電流値を計算し、その
値に応じた電流指令値Ｉを出力する。正負判別器６は電
流指令値Ｉの符号に応じてパワーアンプ７ａ、７ｂへの
指令値を求め、このパワーアンプ７ａ、７ｂ出力電流に
より電磁石３ａ、３ｂの発生する磁束が調整されて、ロ
ータ１が２つの電磁石３ａ、３ｂの中間（ｘ＝０）に位
置するように制御される。
に回転支持するもので、図３はその制御装置の従来構成
を示すブロック図である。これはラジアル磁気軸受であ
って、電磁石３ａ、３ｂは互いに対向する方向に吸引力
を発生し、ロータ１に力を及ぼす。ラジアルセンサ２
ａ、２ｂはロータ１の径方向の変位を測定するもので、
その出力の差がセンサ回路４により求められ、ロータ１
の変位信号ｘとして出力される。安定化補償回路５は、
変位信号ｘに応じてロータ１を安定に浮上させるために
必要なラジアル軸受３ａ、３ｂの電流値を計算し、その
値に応じた電流指令値Ｉを出力する。正負判別器６は電
流指令値Ｉの符号に応じてパワーアンプ７ａ、７ｂへの
指令値を求め、このパワーアンプ７ａ、７ｂ出力電流に
より電磁石３ａ、３ｂの発生する磁束が調整されて、ロ
ータ１が２つの電磁石３ａ、３ｂの中間（ｘ＝０）に位
置するように制御される。
【０００３】なお、以上の説明はロータ１の変位及びそ
の位置制御があたかも図面の上下方向のみについて生じ
るものとしているが、これは説明を簡略化するためで、
実際は図面の紙面上下方向及び垂直方向の二次元的な変
位とその制御であることはいうまでもない。また、バイ
アス電流Ｉbは、電磁石３ａ、３ｂをプリマグネタイズ
しておくことにより、電磁石が発生する吸引力特性を線
形化するもので、実際の装置ではしばしば用いられてい
る技術である。
の位置制御があたかも図面の上下方向のみについて生じ
るものとしているが、これは説明を簡略化するためで、
実際は図面の紙面上下方向及び垂直方向の二次元的な変
位とその制御であることはいうまでもない。また、バイ
アス電流Ｉbは、電磁石３ａ、３ｂをプリマグネタイズ
しておくことにより、電磁石が発生する吸引力特性を線
形化するもので、実際の装置ではしばしば用いられてい
る技術である。
【０００４】一般にロータ１には電磁力を有効利用する
ために積層鋼板がはめられており（図示は省略）電磁石
３ａ、３ｂの積層コアとともに磁気ループが形成される
ようになっている。また、安定化補償回路５には、一般
に ＰＩＤ制御（比例−積分−微分制御）が使われてい
る。比例制御（Ｐ）は磁気軸受の軸受剛性を生みだし、
微分制御（Ｄ）は位相進みによって減衰を生み出すもの
である。また、積分制御（Ｉ）は時間的にゆっくりと変
化する外力に対して、それを打ち消すように働き、ロー
タ変位の定常偏差を零にする効果がある。なお、この種
の磁気軸受の基本技術に関連するものとしては、「磁気
浮上と磁気軸受（コロナ社 １９９３年６月３０日発
行）」が詳しい。
ために積層鋼板がはめられており（図示は省略）電磁石
３ａ、３ｂの積層コアとともに磁気ループが形成される
ようになっている。また、安定化補償回路５には、一般
に ＰＩＤ制御（比例−積分−微分制御）が使われてい
る。比例制御（Ｐ）は磁気軸受の軸受剛性を生みだし、
微分制御（Ｄ）は位相進みによって減衰を生み出すもの
である。また、積分制御（Ｉ）は時間的にゆっくりと変
化する外力に対して、それを打ち消すように働き、ロー
タ変位の定常偏差を零にする効果がある。なお、この種
の磁気軸受の基本技術に関連するものとしては、「磁気
浮上と磁気軸受（コロナ社 １９９３年６月３０日発
行）」が詳しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ロータは完全な剛体で
はないから、軸方向のロータ中心線の回りの本来の回転
に伴って、中心線そのものが直線状でなくなり、中心線
上の一点で見るとその点も回転振動を生じる。このよう
な回転振動には、ロータ中心線に沿っていくつの振動の
節が生じるかにより１次モード、２次モード、……と区
別され、またそのそれぞれのモードについて、ロータ中
心線の回転振幅の向きが本来のロータ回転の方向と同じ
とき前向きモード、反対のとき後ろ向きモードとなる。
図４は、このようなロータ中心線の回転振動の固有振動
数νの、ロータの本来の回転数Ｎに対する特性例を示し
たもので、後向きモードでは回転数Ｎの増大と共に固有
振動数νが低下し、前向きモードでは逆に増大する傾向
が読み取れる。
はないから、軸方向のロータ中心線の回りの本来の回転
に伴って、中心線そのものが直線状でなくなり、中心線
上の一点で見るとその点も回転振動を生じる。このよう
な回転振動には、ロータ中心線に沿っていくつの振動の
節が生じるかにより１次モード、２次モード、……と区
別され、またそのそれぞれのモードについて、ロータ中
心線の回転振幅の向きが本来のロータ回転の方向と同じ
とき前向きモード、反対のとき後ろ向きモードとなる。
図４は、このようなロータ中心線の回転振動の固有振動
数νの、ロータの本来の回転数Ｎに対する特性例を示し
たもので、後向きモードでは回転数Ｎの増大と共に固有
振動数νが低下し、前向きモードでは逆に増大する傾向
が読み取れる。
【０００６】一方、図３の安定化補償回路５のボード線
図は図５のようなることがよく知られている。特に積分
制御を行っていると、低周波領域でゲインが増大し、且
つ位相遅れが生じる。積分制御はこの特性によって前述
の変位誤差の定常特性に対し優れた効果を発揮する。と
ころが、例えば図４で説明した後向き２次モードの場
合、ロータ回転数Ｎが増大するにつれその固有振動数ν
が低下していくが、この回転振動成分も変位ｘに含まれ
て安定化補償回路５へ入力され、図５に示した位相回転
を受ける。即ち固有振動数νの低下に伴い、図５で示し
た積分制御特性のためにその成分に対する位相遅れが次
第に大きくなり、この振動モードに対する減衰定数は次
第に０に近づき、やがて負になって、不安定になる場合
がある。図６にはこのような場合の様子を示したもの
で、固有振動数νが一番小さい後向き１次モードが回転
数Ｎｃ以上で不安定となっている場合を示している。
図は図５のようなることがよく知られている。特に積分
制御を行っていると、低周波領域でゲインが増大し、且
つ位相遅れが生じる。積分制御はこの特性によって前述
の変位誤差の定常特性に対し優れた効果を発揮する。と
ころが、例えば図４で説明した後向き２次モードの場
合、ロータ回転数Ｎが増大するにつれその固有振動数ν
が低下していくが、この回転振動成分も変位ｘに含まれ
て安定化補償回路５へ入力され、図５に示した位相回転
を受ける。即ち固有振動数νの低下に伴い、図５で示し
た積分制御特性のためにその成分に対する位相遅れが次
第に大きくなり、この振動モードに対する減衰定数は次
第に０に近づき、やがて負になって、不安定になる場合
がある。図６にはこのような場合の様子を示したもの
で、固有振動数νが一番小さい後向き１次モードが回転
数Ｎｃ以上で不安定となっている場合を示している。
【０００７】本発明の目的は、ロータ中心線の回転振動
に対してこれを安定に制御できるようにした磁気軸受の
制御方法とその装置を提供するにある。
に対してこれを安定に制御できるようにした磁気軸受の
制御方法とその装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本実施例は、電磁石によ
りロータを空中に支持する磁気軸受を、ロータの径方向
の変位量に応じて制御するようにした磁気軸受の制御方
法において、ロータに作用する静的外力により生じる変
位量を零とするための第１の電流指令値と、ロータを安
定に支持するための比例及び微分演算の一方又は双方を
行って第２の電流指令値とを算出し、上記第１及び第２
の電流指令値の和により電磁石のコイル電流を制御する
ことを特徴とする磁気軸受の制御方法を開示する。
りロータを空中に支持する磁気軸受を、ロータの径方向
の変位量に応じて制御するようにした磁気軸受の制御方
法において、ロータに作用する静的外力により生じる変
位量を零とするための第１の電流指令値と、ロータを安
定に支持するための比例及び微分演算の一方又は双方を
行って第２の電流指令値とを算出し、上記第１及び第２
の電流指令値の和により電磁石のコイル電流を制御する
ことを特徴とする磁気軸受の制御方法を開示する。
【０００９】更に本発明は、電磁石によりロータを空中
に支持する磁気軸受を、ロータの径方向の変位量に応じ
て制御するようにした磁気軸受の制御方法において、比
例及び微分演算の一方又は双方を行ってロータを安定に
支持するための第３の電流指令値を算出し、さらに該第
３の電流指令値の低周波成分からロータに作用する静的
外力により生じる変位量を零とする第５の電流指令値を
算出し、該第５の電流指令値と上記第３の電流指令値の
高周波成分との和により電磁石のコイル電流を制御する
ことを特徴とする磁気軸受の制御方法を開示する。
に支持する磁気軸受を、ロータの径方向の変位量に応じ
て制御するようにした磁気軸受の制御方法において、比
例及び微分演算の一方又は双方を行ってロータを安定に
支持するための第３の電流指令値を算出し、さらに該第
３の電流指令値の低周波成分からロータに作用する静的
外力により生じる変位量を零とする第５の電流指令値を
算出し、該第５の電流指令値と上記第３の電流指令値の
高周波成分との和により電磁石のコイル電流を制御する
ことを特徴とする磁気軸受の制御方法を開示する。
【００１０】
【作用】制御要素から積分要素を除去したことで、低周
波領域に位相遅れが生じない。このため、高速回転時の
ロータの後ろ向き固有振動の不安定化を防止できる。ま
た静的外力に対する補正を、その外力を打消すための指
令値を算出して行っているから、従来の積分制御よりも
高速な応答が可能となり、制御性能が向上する。
波領域に位相遅れが生じない。このため、高速回転時の
ロータの後ろ向き固有振動の不安定化を防止できる。ま
た静的外力に対する補正を、その外力を打消すための指
令値を算出して行っているから、従来の積分制御よりも
高速な応答が可能となり、制御性能が向上する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を一実施例により詳細に説明す
る。図１は本発明の制御装置の一実施例を示すブロック
図である。本実施例は、ラジアル磁気軸受の場合を示
し、その基本的構成は図３の従来例と同様であるが、安
定化補償回路５に代わって、ＰＤ（比例、微分）制御を
行う安定化補償回路５Ａと、外力補正回路９及びローパ
スフィルタ１０とから成る補償回路を構成し、またパワ
ーアンプ７ａ、７ｂにローパスフィルタ８ａ、８ｂを経
由するフィードバックを設けた点が異なっている。な
お、この実施例も図３と同様、簡単のために紙面上下方
向のみの構成を示しているが、実際はロータ周辺のラジ
アル方向に二次元的に拡がった構成と動作であることは
いうまでもない。
る。図１は本発明の制御装置の一実施例を示すブロック
図である。本実施例は、ラジアル磁気軸受の場合を示
し、その基本的構成は図３の従来例と同様であるが、安
定化補償回路５に代わって、ＰＤ（比例、微分）制御を
行う安定化補償回路５Ａと、外力補正回路９及びローパ
スフィルタ１０とから成る補償回路を構成し、またパワ
ーアンプ７ａ、７ｂにローパスフィルタ８ａ、８ｂを経
由するフィードバックを設けた点が異なっている。な
お、この実施例も図３と同様、簡単のために紙面上下方
向のみの構成を示しているが、実際はロータ周辺のラジ
アル方向に二次元的に拡がった構成と動作であることは
いうまでもない。
【００１２】本実施例では、安定化補償回路５Ａを比例
・微分制御のみの要素で構成し、積分制御をはずすこと
により低周波領域の位相遅れによる不安定化を防止して
いる。しかし、積分制御をはずすことにより、積分制御
が行っていたところの、ロータに働く静加重、例えばロ
ータ重量に対する制御と、ネガティブスティフネスのＤ
Ｃ成分の抑制制御が必要となる。前述の本実施例の構成
はこれらの機能を備えており、以下に詳しく説明する。
・微分制御のみの要素で構成し、積分制御をはずすこと
により低周波領域の位相遅れによる不安定化を防止して
いる。しかし、積分制御をはずすことにより、積分制御
が行っていたところの、ロータに働く静加重、例えばロ
ータ重量に対する制御と、ネガティブスティフネスのＤ
Ｃ成分の抑制制御が必要となる。前述の本実施例の構成
はこれらの機能を備えており、以下に詳しく説明する。
【００１３】まず、ネガティブスティフネスというの
は、バイアス電流Ｉbあるいはロータ重力補償のための
定常電流によって引き起こされる。即ち、電磁石が発生
する力はその軸受ギャップによって変化するので、定常
電流を流していると軸受のギャップが狭くなるとき、吸
引力は増加し、ギャップが広がれば力は減少する。これ
が、ネガティブスティフネスである。これを抑止するた
めに、本実施例では特公昭61−37643号に記載されてい
る技術を用いている。即ち、電磁石３ａ、３ｂに磁束変
化ｄΦ／ｄｔを測定する手段を組み込んでおき、その出
力をローパスフィルタ８ａ、８ｂでそれぞれ積分して、
磁束Φを求め、フィードバックする構成をとっている。
このようにしてギャップを通る磁束Φを一定に保つ制御
を行うと、ギャップ長が変化しても吸引力は変化しな
い。これは吸引力Ｆが純粋に磁束の２乗に比例するから
で、もはやギャップ長の影響は受けなくなる。ただし、
磁束変化ｄΦ／ｄｔから磁束の低周波成分を求めること
はできないので、低周波領域では磁束Φの代わりにパワ
ーアンプ７ａ、７ｂの出力電流Ｉをフィードバックす
る。ローパスフィルタ８は、磁束を求める積分器として
の役目の他に、磁束と電流のフィードバックを高周波領
域と低周波領域にそれぞれ割り当てるという役目を同時
に担っている。
は、バイアス電流Ｉbあるいはロータ重力補償のための
定常電流によって引き起こされる。即ち、電磁石が発生
する力はその軸受ギャップによって変化するので、定常
電流を流していると軸受のギャップが狭くなるとき、吸
引力は増加し、ギャップが広がれば力は減少する。これ
が、ネガティブスティフネスである。これを抑止するた
めに、本実施例では特公昭61−37643号に記載されてい
る技術を用いている。即ち、電磁石３ａ、３ｂに磁束変
化ｄΦ／ｄｔを測定する手段を組み込んでおき、その出
力をローパスフィルタ８ａ、８ｂでそれぞれ積分して、
磁束Φを求め、フィードバックする構成をとっている。
このようにしてギャップを通る磁束Φを一定に保つ制御
を行うと、ギャップ長が変化しても吸引力は変化しな
い。これは吸引力Ｆが純粋に磁束の２乗に比例するから
で、もはやギャップ長の影響は受けなくなる。ただし、
磁束変化ｄΦ／ｄｔから磁束の低周波成分を求めること
はできないので、低周波領域では磁束Φの代わりにパワ
ーアンプ７ａ、７ｂの出力電流Ｉをフィードバックす
る。ローパスフィルタ８は、磁束を求める積分器として
の役目の他に、磁束と電流のフィードバックを高周波領
域と低周波領域にそれぞれ割り当てるという役目を同時
に担っている。
【００１４】積分制御のもう１つの機能、即ちロータに
働く重力と釣り合う吸引力を自動的に算出する機能を実
現するのは外力補正回路９である。この回路は重力と釣
り合う吸引力を前もって計算しておき、開ループ制御の
手法で重力補償を行うもので、以下のように動作する。
まず電磁石の吸引力Ｆは電流Ｉとギャップ長εの関数に
なっており、磁束の飽和、漏れが無視できるとき、その
関係は次式で表される。
働く重力と釣り合う吸引力を自動的に算出する機能を実
現するのは外力補正回路９である。この回路は重力と釣
り合う吸引力を前もって計算しておき、開ループ制御の
手法で重力補償を行うもので、以下のように動作する。
まず電磁石の吸引力Ｆは電流Ｉとギャップ長εの関数に
なっており、磁束の飽和、漏れが無視できるとき、その
関係は次式で表される。
【数１】Ｆ＝ｋ・Ｉ2 ／ε2 ここで、ｋは比例定数であり、バイアス電流Ｉbは簡単
のため０としている。ロータがギャップの中心にあると
きの、ギャップ長をε0、重力と釣り合うための吸引力
をFo、その吸引力を発生する電流をＩ0とすると、
のため０としている。ロータがギャップの中心にあると
きの、ギャップ長をε0、重力と釣り合うための吸引力
をFo、その吸引力を発生する電流をＩ0とすると、
【数２】Ｆ0＝ｋ・Ｉ0 2 ／ε0 2 ギャップ長に無関係に吸引力が一定であるためには（数
１）、（数２）の力が等しくなければならないから、
１）、（数２）の力が等しくなければならないから、
【数３】Ｉ／ε＝Ｉ0 ／ε0 が成立する必要がある。パワーアンプ７ａ、７ｂのゲイ
ンをＧ、外力補正回路９出力をＣと書くと、
ンをＧ、外力補正回路９出力をＣと書くと、
【数４】Ｉ＝Ｇ・Ｃ、Ｉ0＝Ｇ・Ｃ0 である。但しＣ0はロータがギャップ中心にあるときの
外力補正回路９の出力である。またセンサ回路４から出
力されるロータの径方向変位ｘとギャップ長との間に
は、
外力補正回路９の出力である。またセンサ回路４から出
力されるロータの径方向変位ｘとギャップ長との間に
は、
【数５】ε＝ε0−ｘ の関係がある。従って（数３）〜（数５）から、ギャッ
プ長が変化しても吸引力が一定となるためには、外力補
正回路９は変位ｘを入力として、
プ長が変化しても吸引力が一定となるためには、外力補
正回路９は変位ｘを入力として、
【数６】Ｃ＝（ε0−ｘ）Ｃ0／ε０ を出力すればよい。
【００１５】次に、電磁石３ａ、３ｂにバイアス電流Ｉ
ｂを流し、プリマグネタイズする場合は、外力補正回路
９の動作は異なってくる。この場合、対向する電磁石対
によって発生する電磁力Ｆは、
ｂを流し、プリマグネタイズする場合は、外力補正回路
９の動作は異なってくる。この場合、対向する電磁石対
によって発生する電磁力Ｆは、
【数７】Ｆ＝Ｋ・（Ｉb＋Ｉ）2／ε2−Ｋ・（Ｉb＋Ｉ）
2／ε2＝４Ｋ・Ｉb・Ｉ／ε2 となりＩ／ε2に比例する。従ってギャップ長に関係な
く吸引力が一定になる条件は（数３）に代わって、
2／ε2＝４Ｋ・Ｉb・Ｉ／ε2 となりＩ／ε2に比例する。従ってギャップ長に関係な
く吸引力が一定になる条件は（数３）に代わって、
【数８】Ｉ／ε2＝Ｉ0／ε0 2 である。従ってこの場合の外力補正回路９の出力Ｃは、
変位ｘを入力として、（数８）、（数４）、（数５）か
ら、
変位ｘを入力として、（数８）、（数４）、（数５）か
ら、
【数９】Ｃ＝（ε−ｘ）2・Ｃ0／ε0 2 とすればよいことが容易に求められる。なお、演算回路
の能力に余裕がある場合は、磁束の飽和、漏れ等を考慮
した式を有限要素法で解析するか、あるいは実験で求め
たものをテーブル化することにより、より高精度な補正
を行うことができる。
の能力に余裕がある場合は、磁束の飽和、漏れ等を考慮
した式を有限要素法で解析するか、あるいは実験で求め
たものをテーブル化することにより、より高精度な補正
を行うことができる。
【００１６】更に図１の実施例において、外力補正回路
９出力はローパスフィルタ１０へ入力され、低周波成分
のみが出力されている。この理由は、変位センサ２ａ、
２ｂと電磁石３ａ、３ｂの設置位置は完全には同一でな
いので、ロータの高次振動モードに対しては、力の作用
点におけるロータの変位を正しく測定できず、高周波領
域で望ましくないフィードバックループを働かせること
になるからである。磁束フィードバックのマイナールー
プによって高周波のネガティブスティフネスは抑制され
ているので、この観点からも重力補償ループを高周波領
域で働かせる必要はない。さらに、外力補正回路９を用
いたフィードフォワード制御は、（数３）又は（数８）
の条件から吸引力が変位ｘに無関係となるようにしてい
るから、ネガティブスティフネスのＤＣ成分も補償して
いる。
９出力はローパスフィルタ１０へ入力され、低周波成分
のみが出力されている。この理由は、変位センサ２ａ、
２ｂと電磁石３ａ、３ｂの設置位置は完全には同一でな
いので、ロータの高次振動モードに対しては、力の作用
点におけるロータの変位を正しく測定できず、高周波領
域で望ましくないフィードバックループを働かせること
になるからである。磁束フィードバックのマイナールー
プによって高周波のネガティブスティフネスは抑制され
ているので、この観点からも重力補償ループを高周波領
域で働かせる必要はない。さらに、外力補正回路９を用
いたフィードフォワード制御は、（数３）又は（数８）
の条件から吸引力が変位ｘに無関係となるようにしてい
るから、ネガティブスティフネスのＤＣ成分も補償して
いる。
【００１７】本実施例によると、積分制御を用いなくて
もネガティブスティフネスの問題を全周波数で克服した
上で、重力補償が行えるので、ロータを安定化するため
の比例・微分制御を行う安定化補償回路５Ａを組み込め
ば、ロータの回転振動に対する不安定動作を確実に制御
することができる。
もネガティブスティフネスの問題を全周波数で克服した
上で、重力補償が行えるので、ロータを安定化するため
の比例・微分制御を行う安定化補償回路５Ａを組み込め
ば、ロータの回転振動に対する不安定動作を確実に制御
することができる。
【００１８】図２は、本発明の制御装置の別の実施例を
示すブロック図で、図１の実施例の外力補正回路９及び
ローパスフィルタ１０に代わって、ハイパスフィルタ１
１、ローパスフィルタ１２及び低周波補正回路１３を設
けたものである。本実施例では、まず図１の外力補正回
路９のロータ変位ｘ＝０のときの出力Ｃ0と等しい値を
安定補化償回路５Ａの出力に加算して信号Ｕとする。但
し、安定化補償回路５Ａは図１と同じく比例・微分要素
のみからなり、積分制御は行わないものである。
示すブロック図で、図１の実施例の外力補正回路９及び
ローパスフィルタ１０に代わって、ハイパスフィルタ１
１、ローパスフィルタ１２及び低周波補正回路１３を設
けたものである。本実施例では、まず図１の外力補正回
路９のロータ変位ｘ＝０のときの出力Ｃ0と等しい値を
安定補化償回路５Ａの出力に加算して信号Ｕとする。但
し、安定化補償回路５Ａは図１と同じく比例・微分要素
のみからなり、積分制御は行わないものである。
【００１９】次にこの信号Ｕの高周波成分をハイパスフ
ィルタ１１を介してそのままパワーアンプへ出力し、信
号Ｕの低周波成分をローパスフィルタ１２を介して低周
波補償回路１３へ信号ＵＬとして入力する。この低周波
補償回路１３では、入力信号ＵＬに対して図１の場合の
（数６）又は（数９）と同等の（数１０）又は（数１
１）の演算を行い、その出力ＵLOをパワーアンプへ出力
する。
ィルタ１１を介してそのままパワーアンプへ出力し、信
号Ｕの低周波成分をローパスフィルタ１２を介して低周
波補償回路１３へ信号ＵＬとして入力する。この低周波
補償回路１３では、入力信号ＵＬに対して図１の場合の
（数６）又は（数９）と同等の（数１０）又は（数１
１）の演算を行い、その出力ＵLOをパワーアンプへ出力
する。
【数１０】ＵLO＝（ε0−ｘ）ＵL／ε0 （バイアス電
流Ｉb＝０のとき）
流Ｉb＝０のとき）
【数１１】ＵLO＝（ε0−ｘ）2ＵL／ε0 2 （バイアス
電流Ｉb≠０のとき）
電流Ｉb≠０のとき）
【００２０】この動作は次のようにして積分制御と同様
な効果をもつ。図５で説明したように、積分要素をもた
ない補償回路５Ａでは低周波に於る利得が小さい。従っ
て高周波成分は補償回路５Ａ出力をそのままパワーアン
プへ送り、低周波成分のみ図１と同等な演算を（数１
０）又は（数１１）に従って低周波補償回路１３で行え
ば図１と等価な結果が得られる。
な効果をもつ。図５で説明したように、積分要素をもた
ない補償回路５Ａでは低周波に於る利得が小さい。従っ
て高周波成分は補償回路５Ａ出力をそのままパワーアン
プへ送り、低周波成分のみ図１と同等な演算を（数１
０）又は（数１１）に従って低周波補償回路１３で行え
ば図１と等価な結果が得られる。
【００２１】なお、以上の説明ではすべてラジアル磁気
軸受を例に説明したが、本発明はスラスト磁気軸受の場
合も適用可能であることはいうまでもない。
軸受を例に説明したが、本発明はスラスト磁気軸受の場
合も適用可能であることはいうまでもない。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、積分制御を用いずに重
力補正とネガティブスティフネス抑制を行っているの
で、低周波領域に位相遅れがなく、回転数とともにロー
タの後ろ向き固有振動数が低下しても、そのモードの不
安定化が起こらない。また、積分制御では初期状態から
定常偏差を零にするための電磁力を算出するまで、ある
一定の時間を要するが、外力補正回路は瞬時に電磁力を
算出するので、応答性が良いという効果もある。
力補正とネガティブスティフネス抑制を行っているの
で、低周波領域に位相遅れがなく、回転数とともにロー
タの後ろ向き固有振動数が低下しても、そのモードの不
安定化が起こらない。また、積分制御では初期状態から
定常偏差を零にするための電磁力を算出するまで、ある
一定の時間を要するが、外力補正回路は瞬時に電磁力を
算出するので、応答性が良いという効果もある。
【図１】本発明の制御装置の一実施例を示すブロック図
である。
である。
【図２】本発明の別の実施例を示すブロック図である。
【図３】従来のラジアル磁気軸受制御装置のブロック図
である。
である。
【図４】ロータの固有振動数と回転数の関係を表す図で
ある。
ある。
【図５】安定化補償回路のボード線図である。
【図６】ロータのモード減衰定数と回転数の関係を表す
図である。
図である。
１ ロータ ２ａ、２ｂ 変位センサ ３ａ、３ｂ 電磁石 ４ センサ回路 ５Ａ 補償回路 ７ａ、７ｂ パワーアンプ ８ ローパスフィルタ ９ 外力補正回路 １０ ローパスフィルタ １１ ハイパスフィルタ １２ ローパスフィルタ １３ 低周波補償回路
Claims (12)
- 【請求項１】 電磁石により空中に支持されるロータの
径方向の変位量を入力として該変位量を零とするための
電流指令値を算出するための指令値算出手段と、該手段
により算出された電流指令値を増幅して電磁石のコイル
に供給するためのパワーアンプとを備えた磁気軸受の制
御装置において、 上記指令値算出手段を、 ロータに作用する静的外力により生じる変位量を零とす
るための第１の電流指令値を算出する第１の演算手段
と、 ロータを安定に支持するための比例及び微分演算の一方
又は双方を行って第２の電流指令値を算出する第２の演
算手段と、 上記第１及び第２の電流指令値の和を算出して上記電磁
石への電流指令値を算出する第３の演算手段と、 から構成したことを特徴とする磁気軸受の制御装置。 - 【請求項２】 前記第１の演算手段は、該手段の出力す
る前記第１の電流指令値に対応した電流が電磁石に流れ
たときに発生するところのロータに対する吸引力が、前
記変位量の値に関係なく一定となるような電流指令値を
出力することを特徴とする請求項１記載の磁気軸受の制
御装置。 - 【請求項３】 前記第１の演算手段は、前記指令値演算
手段の出力する電流指令値以外のバイアス電流指令値が
与えられていない場合に、電磁石とロータの間のギャッ
プ長に比例した値を前記第１の指令値として出力するこ
とを特徴とする請求項２記載の磁気軸受の制御装置。 - 【請求項４】 前記第１の演算手段は、前記指令値演算
手段の出力する電流指令値以外のバイアス電流指令値が
与えられている場合に、電磁石とロータの間のギャップ
長の２乗に比例した値に乗じて前記第１の指令値として
出力することを特徴とする請求項２記載の磁気軸受の制
御装置。 - 【請求項５】 前記第１の演算手段の出力側にローパス
フイルタを設置し、該フイルタの出力を前記第１の電流
指令値とすることを特徴とする請求項１〜４の内の１つ
に記載の磁気軸受の制御装置。 - 【請求項６】 電磁石により空中に支持されるロータの
径方向の変位量を入力として該変位量を零とするための
電流指令値を算出するための指令値算出手段と、該手段
により算出された電流指令値を増幅して電磁石のコイル
に供給するためのパワーアンプとを備えた磁気軸受の制
御装置において、 ロータを安定に支持するための比例及び微分演算の一方
又は双方を行って第３の電流指令値を算出する第３の演
算手段と、 上記第３の電流指令値に予め定めた一定値を加算するた
めの第４の演算手段と、 該手段の出力をその入力としたハイパスフイルタと、 上記第４の演算手段の出力をその入力としたローパスフ
イルタと、 該ローパスフイルタの出力を入力とし、ロータに作用す
る静的外力により生じる変位量を零とする第５の電流指
令値を算出するための第５の演算手段と、 上記第５の電流指令値と上記ハイパスフイルタの出力と
を加算して上記電磁石への電流指令値を算出する第６の
演算手段と、 から構成したことを特徴とする磁気軸受の制御装置。 - 【請求項７】 前記第５の演算手段は、該手段の出力す
る前記第５の電流指令値に対応した電流が電磁石に流れ
たときに発生するところのロータに対する吸引力が、前
記変位量の値に関係なく一定となるような電流指令値を
出力することを特徴とする請求項６記載の磁気軸受の制
御装置。 - 【請求項８】 前記第５の演算手段は、前記指令値演算
手段の出力する電流指令値以外のバイアス電流指令値が
与えられていない場合に、電磁石とロータの間のギャッ
プ長に比例した値をその入力に乗じて前記第５の指令値
として出力することを特徴とする請求項７記載の磁気軸
受の制御装置。 - 【請求項９】 前記第５の演算手段は、前記指令値演算
手段の出力する電流指令値以外のバイアス電流指令値が
与えられてる場合に、電磁石とロータの間のギャップ長
の２乗に比例した値をその入力に乗じて前記第５の指令
値として出力することを特徴とする請求項７記載の磁気
軸受の制御装置。 - 【請求項１０】 電磁石の磁束の時間変化率を検出する
検出手段と、 該手段の出力と前記パワーアンプの出力とを加算する加
算手段と、 該手段の出力から低周波成分をとり出すローパスフイル
タと、 該ローパスフイルタの出力を上記パワーアンプの入力値
から差引く減算手段と、 を付加したことを特徴とする請求項１〜９の内の１つに
記載の磁気軸受の制御装置。 - 【請求項１１】 電磁石によりロータを空中に支持する
磁気軸受を、ロータの径方向の変位量に応じて制御する
ようにした磁気軸受の制御方法において、 ロータに作用する静的外力により生じる変位量を零とす
るための第１の電流指令値と、ロータを安定に支持する
ための比例及び微分演算の一方又は双方を行って第２の
電流指令値とを算出し、上記第１及び第２の電流指令値
の和により電磁石のコイル電流を制御することを特徴と
する磁気軸受の制御方法。 - 【請求項１２】 電磁石によりロータを空中に支持する
磁気軸受を、ロータの径方向の変位量に応じて制御する
ようにした磁気軸受の制御方法において、 比例及び微分演算の一方又は双方を行ってロータを安定
に支持するための第３の電流指令値を算出し、さらに該
第３の電流指令値の低周波成分からロータに作用する静
的外力により生じる変位量を零とする第５の電流指令値
を算出し、該第５の電流指令値と上記第３の電流指令値
の高周波成分との和により電磁石のコイル電流を制御す
ることを特徴とする磁気軸受の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP743095A JPH08200364A (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 磁気軸受の制御方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP743095A JPH08200364A (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 磁気軸受の制御方法とその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08200364A true JPH08200364A (ja) | 1996-08-06 |
Family
ID=11665657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP743095A Pending JPH08200364A (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 磁気軸受の制御方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08200364A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11201165A (ja) * | 1998-01-09 | 1999-07-27 | Koyo Seiko Co Ltd | 制御型磁気軸受装置 |
| CN102829082A (zh) * | 2012-09-05 | 2012-12-19 | 清华大学 | 减小磁力轴承系统中转子起浮过程冲击的方法 |
| CN102840236A (zh) * | 2012-09-05 | 2012-12-26 | 清华大学 | 减小磁力轴承系统中转子下落过程冲击的方法 |
-
1995
- 1995-01-20 JP JP743095A patent/JPH08200364A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11201165A (ja) * | 1998-01-09 | 1999-07-27 | Koyo Seiko Co Ltd | 制御型磁気軸受装置 |
| CN102829082A (zh) * | 2012-09-05 | 2012-12-19 | 清华大学 | 减小磁力轴承系统中转子起浮过程冲击的方法 |
| CN102840236A (zh) * | 2012-09-05 | 2012-12-26 | 清华大学 | 减小磁力轴承系统中转子下落过程冲击的方法 |
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