JPH08296643A - 磁気軸受の制御装置 - Google Patents
磁気軸受の制御装置Info
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- JPH08296643A JPH08296643A JP9923995A JP9923995A JPH08296643A JP H08296643 A JPH08296643 A JP H08296643A JP 9923995 A JP9923995 A JP 9923995A JP 9923995 A JP9923995 A JP 9923995A JP H08296643 A JPH08296643 A JP H08296643A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- displacement
- magnetic flux
- gap length
- electromagnets
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】電磁石のギャップ間の磁束変化量からギャップ
長を推定する回路を設け、軸受点の変位が測定できるよ
うにする。また、変位センサから得られる変位信号のＤ
Ｃ成分とギャップ長推定器から得られるＡＣ成分を加算
し、安定化補償回路用の変位信号とする。 【効果】コロケーションが全てのモードに対して成り立
つのでノッチフィルタ等のオプション機能無しのＰＩＤ
制御によって、ロータの安定浮上を実現することが出来
る。これにより、ノッチフィルタの調整などにかかって
いた時間を零にでき、制御回路の調整時間の大幅短縮が
図れる。
長を推定する回路を設け、軸受点の変位が測定できるよ
うにする。また、変位センサから得られる変位信号のＤ
Ｃ成分とギャップ長推定器から得られるＡＣ成分を加算
し、安定化補償回路用の変位信号とする。 【効果】コロケーションが全てのモードに対して成り立
つのでノッチフィルタ等のオプション機能無しのＰＩＤ
制御によって、ロータの安定浮上を実現することが出来
る。これにより、ノッチフィルタの調整などにかかって
いた時間を零にでき、制御回路の調整時間の大幅短縮が
図れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気軸受で支持された磁
気浮上形ロータの制御装置に係り、特に、高次の固有値
の不安定化を効果的に防止するのに好適な磁気軸受制御
装置に関する。
気浮上形ロータの制御装置に係り、特に、高次の固有値
の不安定化を効果的に防止するのに好適な磁気軸受制御
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の吸引形電磁石を用いたラジアル磁
気軸受では互いに対向して電磁石を配置し、これによっ
てロータを吸引し、ロータを非接触に支持している。
気軸受では互いに対向して電磁石を配置し、これによっ
てロータを吸引し、ロータを非接触に支持している。
【０００３】ロータを安定に支持するためには変位セン
サを用いて常にロータの位置を監視し、その出力信号に
基づいて、ロータが安定に支持されるように電磁力を制
御する必要がある。このような磁気軸受の補償回路には
一般にＰＩＤ制御と呼ばれる制御方法が用いられてい
る。ＰＩＤ制御ではロータを安定に支持するために微分
回路によって位相進みを作りだし、ロータの振動に対し
て減衰を与えている。
サを用いて常にロータの位置を監視し、その出力信号に
基づいて、ロータが安定に支持されるように電磁力を制
御する必要がある。このような磁気軸受の補償回路には
一般にＰＩＤ制御と呼ばれる制御方法が用いられてい
る。ＰＩＤ制御ではロータを安定に支持するために微分
回路によって位相進みを作りだし、ロータの振動に対し
て減衰を与えている。
【０００４】なお、この種の磁気軸受の基本技術は「磁
気浮上と磁気軸受（コロナ社 1993年６月３０日発
行）」に記載されている。
気浮上と磁気軸受（コロナ社 1993年６月３０日発
行）」に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、位相進みが
減衰作用として働くためにはロータの固有モードの節が
ペアとなる変位センサと軸受中心との間に存在しないこ
とが条件となる（コロケーション）。例えば、図２のよ
うに曲げ２次モードの節を挟んで変位センサと軸受が配
置されているとし、ロータが下方向に変位したとする。
このとき、コロケーションが成り立っているならば、上
方向が振動を抑える方向になる。しかし、図の例では節
がセンサと軸受の間にあるので振動を抑えるためには下
方向に力を向けなければならない。すなわち、ここでは
位相遅れが減衰作用になる。
減衰作用として働くためにはロータの固有モードの節が
ペアとなる変位センサと軸受中心との間に存在しないこ
とが条件となる（コロケーション）。例えば、図２のよ
うに曲げ２次モードの節を挟んで変位センサと軸受が配
置されているとし、ロータが下方向に変位したとする。
このとき、コロケーションが成り立っているならば、上
方向が振動を抑える方向になる。しかし、図の例では節
がセンサと軸受の間にあるので振動を抑えるためには下
方向に力を向けなければならない。すなわち、ここでは
位相遅れが減衰作用になる。
【０００６】このようなモードを制御することはＰＩＤ
制御の範疇外であり、実際にはノッチフィルタやローパ
スフィルタを組み込むなどして回避している。
制御の範疇外であり、実際にはノッチフィルタやローパ
スフィルタを組み込むなどして回避している。
【０００７】変位センサと軸受が同置されていないハー
ド構成においてはモードの次数が高くなるにつれ、かな
りの確率でコロケーションの条件が成立しなくなる。
ド構成においてはモードの次数が高くなるにつれ、かな
りの確率でコロケーションの条件が成立しなくなる。
【０００８】本発明は軸受電磁石の磁束量を情報として
ロータの変位量を演算し、全てのモードに対してコロケ
ーションとなる磁気軸受の制御システムを構築する事を
目的とする。
ロータの変位量を演算し、全てのモードに対してコロケ
ーションとなる磁気軸受の制御システムを構築する事を
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】目的を達成するために本
発明では、軸受電磁石の磁束量と電流量からロータの軸
受点の変位量を演算する回路を設け、全てのモードに対
してコロケーションを成り立たせるようにする。
発明では、軸受電磁石の磁束量と電流量からロータの軸
受点の変位量を演算する回路を設け、全てのモードに対
してコロケーションを成り立たせるようにする。
【００１０】
【作用】本発明ではコロケーションが全てのモードに対
して成り立つのでノッチフィルタ等のオプション機能無
しのＰＩＤ制御によって、ロータの安定浮上を実現する
ことが出来る。
して成り立つのでノッチフィルタ等のオプション機能無
しのＰＩＤ制御によって、ロータの安定浮上を実現する
ことが出来る。
【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。
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。
【００１２】本実施例はラジアル軸受に関するものであ
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あ
り、ペアとなる電磁石に軸方向位置がなるべく近づくよ
うに配置される。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
令置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の出力電流によりロータが電
磁石３ａ，３ｂの中間に位置するように制御される。
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あ
り、ペアとなる電磁石に軸方向位置がなるべく近づくよ
うに配置される。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
令置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の出力電流によりロータが電
磁石３ａ，３ｂの中間に位置するように制御される。
【００１３】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２次元的な変
位とその制御である。
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２次元的な変
位とその制御である。
【００１４】ラジアル軸受の制御装置の説明になってい
る。
る。
【００１５】また、バイアス電流Ｉｂは電磁石３ａ，３
ｂ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。
ｂ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。
【００１６】ローパスフィルタ８ａ，８ｂを含むパワー
アンプ回路は特公昭61−37643 号公報に記載されている
技術で、電磁石３ａ，３ｂに磁束変化ｄΦ／ｄｔを測定
するための別巻きのコイルを組み込んでおき、その出力
をローパスフィルタ８ａ，８ｂで積分して、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。ただし、
磁束変化ｄΦ／ｄｔの積分から磁束のＤＣ成分を求める
ことは出来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役目を同時に担って
いる。
アンプ回路は特公昭61−37643 号公報に記載されている
技術で、電磁石３ａ，３ｂに磁束変化ｄΦ／ｄｔを測定
するための別巻きのコイルを組み込んでおき、その出力
をローパスフィルタ８ａ，８ｂで積分して、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。ただし、
磁束変化ｄΦ／ｄｔの積分から磁束のＤＣ成分を求める
ことは出来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役目を同時に担って
いる。
【００１７】ギャップ長推定器９ａ，９ｂは電磁石３
ａ，３ｂに流れる電流Ｉと軸受電磁石のギャップの磁束
Φからのギャップ長を推定する回路である。電磁石にお
いてギャップ長εと電流Ｉ，磁束Φの関係は
ａ，３ｂに流れる電流Ｉと軸受電磁石のギャップの磁束
Φからのギャップ長を推定する回路である。電磁石にお
いてギャップ長εと電流Ｉ，磁束Φの関係は
【００１８】
【数１】
【００１９】である。ここで、ｋは比例定数。したがっ
て、ギャップ長推定器では図３に示すように、ハイパス
フィルタ１２を通した電流信号をｄΦ／ｄｔを積分した
もので除算することでギャップ長を推定している。図３
では上式中のＩ，Φが次式となる。
て、ギャップ長推定器では図３に示すように、ハイパス
フィルタ１２を通した電流信号をｄΦ／ｄｔを積分した
もので除算することでギャップ長を推定している。図３
では上式中のＩ，Φが次式となる。
【００２０】
【数２】
【００２１】
【数３】
【００２２】ここで、ｓはラプラス演算子、ωｆはハイ
パスフィルタ１２及びローパスフィルタ１３のカットオ
フ周波数、Φｏは静的にロータを浮上させるために必要
な磁束量で、計算あるいは実測によって求める固定値で
ある。
パスフィルタ１２及びローパスフィルタ１３のカットオ
フ周波数、Φｏは静的にロータを浮上させるために必要
な磁束量で、計算あるいは実測によって求める固定値で
ある。
【００２３】このようにして構成したギャップ長推定器
を対向する電磁石のペア３ａ，３ｂに対応して設置し、
それぞれの回路の出力の差を演算することにより、ロー
タの変位を推定することが出来る。推定される変位は電
磁石のギャップ間の磁束量に基づいて算出しているので
電磁石のギャップ部の変位となり、コロケーションの条
件を満たすことになる。
を対向する電磁石のペア３ａ，３ｂに対応して設置し、
それぞれの回路の出力の差を演算することにより、ロー
タの変位を推定することが出来る。推定される変位は電
磁石のギャップ間の磁束量に基づいて算出しているので
電磁石のギャップ部の変位となり、コロケーションの条
件を満たすことになる。
【００２４】ここで、推定出来る変位量はＡＣ成分のみ
に限られ、ＤＣ成分は無意味な値となる。したがって、
安定化補償回路５の入力となる変位信号ｘとしては、図
４に示すようにωｏを境にして、低周波領域では変位セ
ンサ２ａ，２ｂが検出した変位信号を用い、高周波領域
ではギャップ長推定器９ａ，９ｂが推定した変位信号を
用いる。ωｏについてはコロケーションが成り立たなく
なるようなモードの固有振動数よりも低く設定する。こ
うすることで低周波から高周波まで全てのモードに対し
てコロケーションが成り立つような変位信号を得ること
が出来る。ωｆについては、図５に示すようにωｏ＞ω
ｆとなるように設定する。
に限られ、ＤＣ成分は無意味な値となる。したがって、
安定化補償回路５の入力となる変位信号ｘとしては、図
４に示すようにωｏを境にして、低周波領域では変位セ
ンサ２ａ，２ｂが検出した変位信号を用い、高周波領域
ではギャップ長推定器９ａ，９ｂが推定した変位信号を
用いる。ωｏについてはコロケーションが成り立たなく
なるようなモードの固有振動数よりも低く設定する。こ
うすることで低周波から高周波まで全てのモードに対し
てコロケーションが成り立つような変位信号を得ること
が出来る。ωｆについては、図５に示すようにωｏ＞ω
ｆとなるように設定する。
【００２５】
【発明の効果】本発明ではコロケーションが全てのモー
ドに対して成り立つのでノッチフィルタ等のオプション
機能無しのＰＩＤ制御によって、ロータの安定浮上を実
現することが出来る。これにより、ノッチフィルタの調
整などにかかっていた時間を零にでき、制御回路の調整
時間の大幅短縮が図れる。
ドに対して成り立つのでノッチフィルタ等のオプション
機能無しのＰＩＤ制御によって、ロータの安定浮上を実
現することが出来る。これにより、ノッチフィルタの調
整などにかかっていた時間を零にでき、制御回路の調整
時間の大幅短縮が図れる。
【図１】本発明の一例を示すブロック図。
【図２】ノンコロケーションの例を説明するロータの固
有モードの説明図。
有モードの説明図。
【図３】ギャップ長推定器を説明するブロック図。
【図４】変位センサとギャップ長推定器の周波数上の使
い分けの説明図。
い分けの説明図。
【図５】各フィルタの周波数特性図。
１…ロータ、２…変位センサ、３ａ，３ｂ…電磁石、４
…減算器、５…補償回路、６…正負選別器、７ａ，７ｂ
…パワーアンプ、８，１０，１３…ローパスフィルタ、
９…ギャップ長推定器、１１，１２…ハイパスフィル
タ。
…減算器、５…補償回路、６…正負選別器、７ａ，７ｂ
…パワーアンプ、８，１０，１３…ローパスフィルタ、
９…ギャップ長推定器、１１，１２…ハイパスフィル
タ。
Claims (1)
- 【請求項１】ロータの径方向変位の検出手段から出力さ
れる変位量を入力として、前記ロータに配置した磁気軸
受を駆動する電力信号を出力する能動型磁気軸受の制御
装置において、 磁気軸受の電磁石のギャップ間の磁束変化量と電磁石コ
イルに流れる電流値から軸受ギャップ長を推定し、前記
ギャップ長から得られる前記ロータの径方向変位量のＡ
Ｃ成分と前記検出手段から出力される変位量のＤＣ成分
を加算し、前記加算値を、前記ロータを安定に浮上させ
るために必要な電力増幅装置の命令値を算出する安定化
補償回路の入力信号としたことを特徴とする磁気軸受の
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9923995A JPH08296643A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 磁気軸受の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9923995A JPH08296643A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 磁気軸受の制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08296643A true JPH08296643A (ja) | 1996-11-12 |
Family
ID=14242148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9923995A Pending JPH08296643A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 磁気軸受の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08296643A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007056892A (ja) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Iwaki Co Ltd | 磁気軸受 |
| CN113804094A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-12-17 | 本元智慧科技有限公司 | 一种磁悬浮电机转子伸长量估算装置及方法 |
-
1995
- 1995-04-25 JP JP9923995A patent/JPH08296643A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007056892A (ja) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Iwaki Co Ltd | 磁気軸受 |
| JP4616122B2 (ja) * | 2005-08-22 | 2011-01-19 | 株式会社イワキ | 磁気軸受 |
| CN113804094A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-12-17 | 本元智慧科技有限公司 | 一种磁悬浮电机转子伸长量估算装置及方法 |
| CN113804094B (zh) * | 2021-09-22 | 2022-08-09 | 本元智慧科技有限公司 | 一种磁悬浮电机转子伸长量估算装置及方法 |
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