JPH087050B2 - 回転体の位置検出装置 - Google Patents
回転体の位置検出装置Info
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- JPH087050B2 JPH087050B2 JP10936587A JP10936587A JPH087050B2 JP H087050 B2 JPH087050 B2 JP H087050B2 JP 10936587 A JP10936587 A JP 10936587A JP 10936587 A JP10936587 A JP 10936587A JP H087050 B2 JPH087050 B2 JP H087050B2
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- axis
- rotor shaft
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、回転体の位置検出装置、さらに詳しく
は、たとえば磁気軸受装置のロータ軸または筒状のロー
タなどの回転体の互いに直交する２つの半径方向（Ｘ軸
およびＹ軸方向）の位置および軸方向（Ｚ軸方向）の位
置を検出するための装置に関する。
は、たとえば磁気軸受装置のロータ軸または筒状のロー
タなどの回転体の互いに直交する２つの半径方向（Ｘ軸
およびＹ軸方向）の位置および軸方向（Ｚ軸方向）の位
置を検出するための装置に関する。
従来の技術とその問題点 磁気軸受装置として、一般に、ロータ軸の軸方向に隔
った２箇所においてそれぞれＸ軸およびＹ軸方向の位置
を制御する合計４組のラジアル軸受とロータ軸の軸方向
の位置を制御する１組のアキシャル軸受を備えた５軸制
御型のものが知られている。
った２箇所においてそれぞれＸ軸およびＹ軸方向の位置
を制御する合計４組のラジアル軸受とロータ軸の軸方向
の位置を制御する１組のアキシャル軸受を備えた５軸制
御型のものが知られている。
このような従来の５軸制御型磁気軸受装置では、Ｘ軸
およびＹ軸については、１軸につき２個のラジアル位置
センサーを対向状に配置して、温度ドリフトを打消すよ
うにしている。したがって、ロータ軸の２箇所において
それぞれＸ軸およびＹ軸方向の位置を検出するために、
ラジアル位置センサーは８個必要である。Ｚ軸について
は、スペースの関係でアキシャル位置センサーを１個だ
け使用することが多いが、これでは温度ドリフトが生じ
やすい。温度ドリフトを打消そうとすれば、Ｚ軸につい
ても２個のアキシャル位置センサーを対向状に配置すれ
ばよいが、このようにすれば、その分だけロータ軸が長
くなり、ロータ軸の曲げ固有振動数が低下するという不
具合がある。通常、ロータ軸の最高回転速度は固有振動
数の70〜80％とされるが、固有振動数が低下することに
より最高回転速度が低く抑えられるため、高速回転が不
可能になる。また、従来の５軸制御型磁気軸受装置で
は、上記の説明により明らかなように、位置センサーが
少なくとも９個必要であり、Ｚ軸についても温度ドリフ
トを打消そうとすれば10個必要になる。
およびＹ軸については、１軸につき２個のラジアル位置
センサーを対向状に配置して、温度ドリフトを打消すよ
うにしている。したがって、ロータ軸の２箇所において
それぞれＸ軸およびＹ軸方向の位置を検出するために、
ラジアル位置センサーは８個必要である。Ｚ軸について
は、スペースの関係でアキシャル位置センサーを１個だ
け使用することが多いが、これでは温度ドリフトが生じ
やすい。温度ドリフトを打消そうとすれば、Ｚ軸につい
ても２個のアキシャル位置センサーを対向状に配置すれ
ばよいが、このようにすれば、その分だけロータ軸が長
くなり、ロータ軸の曲げ固有振動数が低下するという不
具合がある。通常、ロータ軸の最高回転速度は固有振動
数の70〜80％とされるが、固有振動数が低下することに
より最高回転速度が低く抑えられるため、高速回転が不
可能になる。また、従来の５軸制御型磁気軸受装置で
は、上記の説明により明らかなように、位置センサーが
少なくとも９個必要であり、Ｚ軸についても温度ドリフ
トを打消そうとすれば10個必要になる。
この発明の目的は、上記の問題を解決し、温度ドリフ
トを打消すとともに回転体を短くして固有振動数を高め
ることができ、しかも位置センサーが少なくてすむ回転
体の位置検出装置を提供することにある。
トを打消すとともに回転体を短くして固有振動数を高め
ることができ、しかも位置センサーが少なくてすむ回転
体の位置検出装置を提供することにある。
問題点を解決するための手段 この発明による回転体の位置検出装置は、 回転体の互いに直交する２つの半径方向の位置および
軸方向の位置を検出するための位置検出装置であって、 回転体の軸方向に隔った２箇所に軸方向に関して反対
側を向くテーパ状の被検出面が形成され、各被検出面に
対して、１つの半径方向対称位置において被検出面に対
向する１対の位置センサーと、これと直交する半径方向
対称位置において被検出面に対向する１対の位置センサ
ーとがそれぞれ設けられているものである。
軸方向の位置を検出するための位置検出装置であって、 回転体の軸方向に隔った２箇所に軸方向に関して反対
側を向くテーパ状の被検出面が形成され、各被検出面に
対して、１つの半径方向対称位置において被検出面に対
向する１対の位置センサーと、これと直交する半径方向
対称位置において被検出面に対向する１対の位置センサ
ーとがそれぞれ設けられているものである。
作用 ４対の位置センサーの出力を従来の４対のラジアル位
置センサーの場合と同様に処理することにより、回転体
の軸方向に隔った２箇所における互いに直交する２つの
半径方向の変位すなわち４軸の変位が求められる。ま
た、一方の被検出面に対応する４個の位置センサーの出
力を加えたものと他方の被検出面に対応する４個の位置
センサーの出力を加えたものとの差をとることにより、
回転体の軸方向の変位が求められる。
置センサーの場合と同様に処理することにより、回転体
の軸方向に隔った２箇所における互いに直交する２つの
半径方向の変位すなわち４軸の変位が求められる。ま
た、一方の被検出面に対応する４個の位置センサーの出
力を加えたものと他方の被検出面に対応する４個の位置
センサーの出力を加えたものとの差をとることにより、
回転体の軸方向の変位が求められる。
実 施 例 第１図は、円筒状の固定ケース（10）の内側をロータ
軸（11）が回転する形式の５軸制御型磁気軸受装置の縦
断面を示す。第２図および第３図はこの装置のロータ軸
（11）の軸方向に隔った２箇所の横断面を示す。なお、
以下の説明において、ロータ軸（11）の互いに直交する
２つの半径方向のうち、第２図および第３図の左右方向
をＸ軸方向、同図の上下方向をＹ軸方向とし、ロータ軸
（11）の軸方向すなわち第１図の左右方向をＺ軸方向と
する。また、Ｚ軸方向について、第１図の左右を左右と
する。
軸（11）が回転する形式の５軸制御型磁気軸受装置の縦
断面を示す。第２図および第３図はこの装置のロータ軸
（11）の軸方向に隔った２箇所の横断面を示す。なお、
以下の説明において、ロータ軸（11）の互いに直交する
２つの半径方向のうち、第２図および第３図の左右方向
をＸ軸方向、同図の上下方向をＹ軸方向とし、ロータ軸
（11）の軸方向すなわち第１図の左右方向をＺ軸方向と
する。また、Ｚ軸方向について、第１図の左右を左右と
する。
磁気軸受装置の固定ケース（10）には、次のように、
合計５組の磁気軸受が設けられている。すなわち、ロー
タ軸（11）の左端寄りの１箇所に、ロータ軸（11）のＸ
軸方向の位置を制御する１組のラジアル磁気軸受（図示
略）とＹ軸方向の位置を制御する１組のラジアル磁気軸
受（12a）（12b）が設けられており、これよりＺ軸方向
の右側に隔った箇所にも、ロータ軸（11）のＸ軸方向の
位置を制御する１組のラジアル磁気軸受（図示略）とＹ
軸方向の位置を制御する１組のラジアル磁気軸受（13
a）（13b）が設けられている。ロータ軸（11）の右端寄
りの部分にディスク（14）が一体状に設けられており、
このディスク（14）の左右両側にロータ軸（11）のＺ軸
方向の位置を制御する１組のアキシャル磁気軸受（15
a）（15b）が設けられている。また、左右のラジアル磁
気軸受（12a）（12b）（13a）（13b）の間に、高周波モ
ータ（16）が設けられている。そして、ロータ軸（11）
は、磁気軸受（12a）（12b）（13a）（13b）（15a）（1
5b）で非接触状態に支持されて高速で回転する。
合計５組の磁気軸受が設けられている。すなわち、ロー
タ軸（11）の左端寄りの１箇所に、ロータ軸（11）のＸ
軸方向の位置を制御する１組のラジアル磁気軸受（図示
略）とＹ軸方向の位置を制御する１組のラジアル磁気軸
受（12a）（12b）が設けられており、これよりＺ軸方向
の右側に隔った箇所にも、ロータ軸（11）のＸ軸方向の
位置を制御する１組のラジアル磁気軸受（図示略）とＹ
軸方向の位置を制御する１組のラジアル磁気軸受（13
a）（13b）が設けられている。ロータ軸（11）の右端寄
りの部分にディスク（14）が一体状に設けられており、
このディスク（14）の左右両側にロータ軸（11）のＺ軸
方向の位置を制御する１組のアキシャル磁気軸受（15
a）（15b）が設けられている。また、左右のラジアル磁
気軸受（12a）（12b）（13a）（13b）の間に、高周波モ
ータ（16）が設けられている。そして、ロータ軸（11）
は、磁気軸受（12a）（12b）（13a）（13b）（15a）（1
5b）で非接触状態に支持されて高速で回転する。
上記の磁気軸受装置のロータ軸（11）の位置検出装置
は、次のように構成されている。
は、次のように構成されている。
左側のラジアル磁気軸受（12a）（12b）のすぐ左のロ
ータ軸（11）の外周に左側を向いたテーパ状の第１の被
検出面（17）が形成され、右側のラジアル軸軸受（13
a）（13b）のすぐ右のロータ軸（11）の外周に右側を向
いたテーパ状の第２の被検出面（18）が形成されてい
る。なお、これらの被検出面（17）（18）の傾きはたと
えば45度である。第１の被検出面（17）に対して、第２
図に示すように、Ｘ軸方向対称位置において被検出面
（17）に対向する１対の位置センサー（X1a）（X1b）
（以下第1X軸センサーという）とＹ軸方向対称位置にお
いて被検出面（17）に対向する１対の位置センサー（Y1
a）（Y1b）（以下第1Y軸という）が設けられている。な
お、ロータ軸（11）の第１の被検出面（17）が設けられ
ている箇所を第１箇所ということにする。第２の被検出
面（18）に対して、第３図に示すように、Ｘ軸方向対称
位置において被検出面（18）に対向する１対の位置セン
サー（X2a）（X2b）（以下第2X軸センサーという）とＹ
軸方向対称位置において被検出面（18）に対向する１対
の位置センサー（Y2a）（Y2b）（以下第2Y軸という）が
設けられている。なお、ロータ軸（11）の第２の被検出
面（18）が設けられている箇所を第２箇所ということに
する。なお、各位置センサーはインダクタンス検知式非
接触位置センサーであり、被検出面との距離が変化した
ときのインダクタンスの変化を電気量として取出し、こ
れにより同距離を検出する。
ータ軸（11）の外周に左側を向いたテーパ状の第１の被
検出面（17）が形成され、右側のラジアル軸軸受（13
a）（13b）のすぐ右のロータ軸（11）の外周に右側を向
いたテーパ状の第２の被検出面（18）が形成されてい
る。なお、これらの被検出面（17）（18）の傾きはたと
えば45度である。第１の被検出面（17）に対して、第２
図に示すように、Ｘ軸方向対称位置において被検出面
（17）に対向する１対の位置センサー（X1a）（X1b）
（以下第1X軸センサーという）とＹ軸方向対称位置にお
いて被検出面（17）に対向する１対の位置センサー（Y1
a）（Y1b）（以下第1Y軸という）が設けられている。な
お、ロータ軸（11）の第１の被検出面（17）が設けられ
ている箇所を第１箇所ということにする。第２の被検出
面（18）に対して、第３図に示すように、Ｘ軸方向対称
位置において被検出面（18）に対向する１対の位置セン
サー（X2a）（X2b）（以下第2X軸センサーという）とＹ
軸方向対称位置において被検出面（18）に対向する１対
の位置センサー（Y2a）（Y2b）（以下第2Y軸という）が
設けられている。なお、ロータ軸（11）の第２の被検出
面（18）が設けられている箇所を第２箇所ということに
する。なお、各位置センサーはインダクタンス検知式非
接触位置センサーであり、被検出面との距離が変化した
ときのインダクタンスの変化を電気量として取出し、こ
れにより同距離を検出する。
第４図は、上記の位置検出装置の電気的構成の一部を
示す。
示す。
１対の第1X軸センサー（X1a）（X1b）の出力信号は差
動増幅器（19）に、１対の第1Y軸センサー（Y1a）（Y1
b）の出力信号は差動増幅器（20）に、１対の第2X軸セ
ンサー（X2a）（X2b）の出力信号は差動増幅器（21）
に、１対の第2Y軸センサー（Y2a）（Y2b）の出力信号は
差動増幅器（22）にそれぞれ入力し、各差動増幅器（1
9）（20）（21）（22）は２つの入力信号の差を出力す
る。そして、差動増幅器（19）の出力信号（Sx1）はロ
ータ軸（11）の第１箇所のＸ軸方向の変位に、差動増幅
器（20）の出力信号（Sy1）は第１箇所のＹ軸方向の変
位に、差動増幅器（21）の出力信号（Sx2）は第２箇所
のＸ軸方向の変位に、差動増幅器（22）の出力信号（Sy
2）は第２箇所のＹ軸方向の変位にそれぞれ比例してお
り、これらによりロータ軸（11）の２箇所におけるＸ軸
およびＹ軸方向（合計４軸方向）つまりラジアル方向の
変位が求められる。なお、これらの信号（Sx1）（Sy1）
（Sx2）（Sy2）を求めるための回路は、従来の位置検出
装置において４対のラジアル位置センサーの出力信号か
ら上記４軸方向の変位を求めるためのものと同様であ
る。そして、１軸につき１対の位置センサーが対向状に
配置されているので、温度ドリフトを打消すことができ
る一方、第1X軸センサー（X1a）（X1b）と第1Y軸センサ
ー（Y1a）（Y1b）の出力信号は電流増幅器（26）（27）
（28）（29）を介したのち第１の加算器（23）に入力
し、第2X軸センサー（X2a）（X2b）と第2Y軸センサー
（Y2a）（Y2b）の出力信号は電流増幅器（30）（31）
（32）（33）を介したのち第２の加算器（24）に入力す
る。そして、第１の加算器（23）の出力信号（Sz1）と
第２の加算器（24）の出力信号（Sz2）が差動増幅器（2
5）に入力する。第１の加算器（23）の出力信号（Sz1）
は第１箇所の４個のセンサー（X1a）（X1b）（Y1a）（Y
1b）の出力信号を加えたものであり、これらの平均値に
比例している。第２の加算器（24）の出力信号（Sz2）
は第２箇所の４個のセンサー（X2a）（X2b）（Y2a）（Y
2b）の出力信号を加えたものであり、これらの平均値に
比例している。したがって、これらの出力信号（Sz1）
（Sz2）の差である差動増幅器（25）の出力信号（Sz）
はロータ軸（11）のＺ軸方向つまりラジアル方向の変位
に比例しており、これにより同変位を求めることができ
る。そして、Ｚ軸方向に関して対向状に配置された２組
のセンサーの出力信号よりＺ軸方向の変位を求めるの
で、温度ドリフトを打消すことができる。
動増幅器（19）に、１対の第1Y軸センサー（Y1a）（Y1
b）の出力信号は差動増幅器（20）に、１対の第2X軸セ
ンサー（X2a）（X2b）の出力信号は差動増幅器（21）
に、１対の第2Y軸センサー（Y2a）（Y2b）の出力信号は
差動増幅器（22）にそれぞれ入力し、各差動増幅器（1
9）（20）（21）（22）は２つの入力信号の差を出力す
る。そして、差動増幅器（19）の出力信号（Sx1）はロ
ータ軸（11）の第１箇所のＸ軸方向の変位に、差動増幅
器（20）の出力信号（Sy1）は第１箇所のＹ軸方向の変
位に、差動増幅器（21）の出力信号（Sx2）は第２箇所
のＸ軸方向の変位に、差動増幅器（22）の出力信号（Sy
2）は第２箇所のＹ軸方向の変位にそれぞれ比例してお
り、これらによりロータ軸（11）の２箇所におけるＸ軸
およびＹ軸方向（合計４軸方向）つまりラジアル方向の
変位が求められる。なお、これらの信号（Sx1）（Sy1）
（Sx2）（Sy2）を求めるための回路は、従来の位置検出
装置において４対のラジアル位置センサーの出力信号か
ら上記４軸方向の変位を求めるためのものと同様であ
る。そして、１軸につき１対の位置センサーが対向状に
配置されているので、温度ドリフトを打消すことができ
る一方、第1X軸センサー（X1a）（X1b）と第1Y軸センサ
ー（Y1a）（Y1b）の出力信号は電流増幅器（26）（27）
（28）（29）を介したのち第１の加算器（23）に入力
し、第2X軸センサー（X2a）（X2b）と第2Y軸センサー
（Y2a）（Y2b）の出力信号は電流増幅器（30）（31）
（32）（33）を介したのち第２の加算器（24）に入力す
る。そして、第１の加算器（23）の出力信号（Sz1）と
第２の加算器（24）の出力信号（Sz2）が差動増幅器（2
5）に入力する。第１の加算器（23）の出力信号（Sz1）
は第１箇所の４個のセンサー（X1a）（X1b）（Y1a）（Y
1b）の出力信号を加えたものであり、これらの平均値に
比例している。第２の加算器（24）の出力信号（Sz2）
は第２箇所の４個のセンサー（X2a）（X2b）（Y2a）（Y
2b）の出力信号を加えたものであり、これらの平均値に
比例している。したがって、これらの出力信号（Sz1）
（Sz2）の差である差動増幅器（25）の出力信号（Sz）
はロータ軸（11）のＺ軸方向つまりラジアル方向の変位
に比例しており、これにより同変位を求めることができ
る。そして、Ｚ軸方向に関して対向状に配置された２組
のセンサーの出力信号よりＺ軸方向の変位を求めるの
で、温度ドリフトを打消すことができる。
このように、上記の位置検出装置では、ロータ軸（1
1）の２箇所におけるＸ軸およびＹ軸方向の変位とＺ軸
方向の変位の合計５軸方向の変位を８個のセンサーで検
出することができ、しかも、５軸全てについて温度ドリ
フトを打消すことができる。また、８個のセンサーは従
来のラジアル位置センサーとほぼ同様に配置されたもの
であり、従来のアキシャル位置センサーに相当するもの
が不要になるから、ロータ軸（11）はその分だけ短くて
すみ、ロータ軸（11）の固有振動数が大きくなる。した
がって、ロータ軸（11）の最高回転速度を高めることが
でき、高速回転が可能になる。
1）の２箇所におけるＸ軸およびＹ軸方向の変位とＺ軸
方向の変位の合計５軸方向の変位を８個のセンサーで検
出することができ、しかも、５軸全てについて温度ドリ
フトを打消すことができる。また、８個のセンサーは従
来のラジアル位置センサーとほぼ同様に配置されたもの
であり、従来のアキシャル位置センサーに相当するもの
が不要になるから、ロータ軸（11）はその分だけ短くて
すみ、ロータ軸（11）の固有振動数が大きくなる。した
がって、ロータ軸（11）の最高回転速度を高めることが
でき、高速回転が可能になる。
この発明は、固定軸の周囲を筒状のロータが回転する
形式の磁気軸受装置にも適用できる。この場合、被検出
面はロータの内周面に形成されてもよいし、外周面に形
成されてもよい。また、この発明は、磁気軸受装置以外
の回転体にも適用できる。
形式の磁気軸受装置にも適用できる。この場合、被検出
面はロータの内周面に形成されてもよいし、外周面に形
成されてもよい。また、この発明は、磁気軸受装置以外
の回転体にも適用できる。
発明の効果 この発明の位置検出装置によれば、回転体の５軸方向
の変位を８個の位置センサーで検出することができ、従
来のものより位置センサーの数が少なくてすむ。また、
回転体の半径方向はもちろん軸方向についても温度ドリ
フトを打消すことができ、しかも従来のアキシャル位置
センサーに相当するものが不要になるため、回転体を短
くして、その曲げ固有振動数を高めることができる。
の変位を８個の位置センサーで検出することができ、従
来のものより位置センサーの数が少なくてすむ。また、
回転体の半径方向はもちろん軸方向についても温度ドリ
フトを打消すことができ、しかも従来のアキシャル位置
センサーに相当するものが不要になるため、回転体を短
くして、その曲げ固有振動数を高めることができる。
第１図はこの発明の実施例を示す磁気軸受装置の縦断面
図、第２図は第１図II−II線の断面図、第３図は第１図
III−III線の断面図、第４図は位置検出装置の電気的構
成を示すブロック図である。 （11）……ロータ軸、（17）（18）……被検出面、（X1
a）（X1b）（Y1a）（Y1b）（X2a）（X2b）（Y2a）（Y2
b）……位置センサー。
図、第２図は第１図II−II線の断面図、第３図は第１図
III−III線の断面図、第４図は位置検出装置の電気的構
成を示すブロック図である。 （11）……ロータ軸、（17）（18）……被検出面、（X1
a）（X1b）（Y1a）（Y1b）（X2a）（X2b）（Y2a）（Y2
b）……位置センサー。
Claims (1)
- 【請求項１】回転体の互いに直交する２つの半径方向の
位置および軸方向の位置を検出するための位置検出装置
であって、 回転体の軸方向に隔った２箇所に軸方向に関して反対側
を向くテーパ状の被検出面が形成され、各被検出面に対
して、１つの半径方向対称位置において被検出面に対向
する１対の位置センサーと、これと直交する半径方向対
称位置において被検出面に対向する１対の位置センサー
とがそれぞれ設けられている回転体の位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10936587A JPH087050B2 (ja) | 1987-05-01 | 1987-05-01 | 回転体の位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10936587A JPH087050B2 (ja) | 1987-05-01 | 1987-05-01 | 回転体の位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63274810A JPS63274810A (ja) | 1988-11-11 |
| JPH087050B2 true JPH087050B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=14508383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10936587A Expired - Fee Related JPH087050B2 (ja) | 1987-05-01 | 1987-05-01 | 回転体の位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087050B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0389020A (ja) * | 1989-06-23 | 1991-04-15 | Nippon Thompson Co Ltd | 磁性流体軸受 |
| JP2557480Y2 (ja) * | 1990-11-29 | 1997-12-10 | 光洋精工株式会社 | 磁気軸受装置 |
| JP2006214528A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Jtekt Corp | 磁気軸受装置の変位検出装置 |
| JP5180394B1 (ja) * | 2012-06-21 | 2013-04-10 | 仁 望月 | 丸鋸用腰入ロール装置 |
-
1987
- 1987-05-01 JP JP10936587A patent/JPH087050B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63274810A (ja) | 1988-11-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |