JPH109266A - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- JPH109266A JPH109266A JP8169040A JP16904096A JPH109266A JP H109266 A JPH109266 A JP H109266A JP 8169040 A JP8169040 A JP 8169040A JP 16904096 A JP16904096 A JP 16904096A JP H109266 A JPH109266 A JP H109266A
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C32/044—Active magnetic bearings
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- 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
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- F16C32/0442—Active magnetic bearings with devices affected by abnormal, undesired or non-standard conditions such as shock-load, power outage, start-up or touchdown
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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
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- F16C2360/44—Centrifugal pumps
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気軸受装置の制御系の異常による電磁石へ
の過大電流の供給を防止する。 【解決手段】 被支持体２０を磁気浮上させる電磁石６
と、被支持体の変位を検出する変位センサ２と、変位セ
ンサからの変位信号に基づいて電磁石への供給電流を制
御する磁気軸受制御回路４を含んでループを形成する制
御系を構成し、制御系中の異常を検出する異常検出回路
７と、異常検出回路の信号に基づいてループを遮断する
遮断回路８とを備える。異常検出回路７は、制御系中に
異常を検出すると異常検出信号を遮断回路８に送信し、
遮断回路は制御系を構成するループの一部を遮断して電
磁石電流を止め、磁気軸受装置の制御系の異常による電
磁石への過大電流の供給を防止する。被支持体および補
助ベアリングは電磁石電流による過大な押圧力を受ける
ことはなく、破損や接触面での焼き付きをさけることが
できる。
の過大電流の供給を防止する。 【解決手段】 被支持体２０を磁気浮上させる電磁石６
と、被支持体の変位を検出する変位センサ２と、変位セ
ンサからの変位信号に基づいて電磁石への供給電流を制
御する磁気軸受制御回路４を含んでループを形成する制
御系を構成し、制御系中の異常を検出する異常検出回路
７と、異常検出回路の信号に基づいてループを遮断する
遮断回路８とを備える。異常検出回路７は、制御系中に
異常を検出すると異常検出信号を遮断回路８に送信し、
遮断回路は制御系を構成するループの一部を遮断して電
磁石電流を止め、磁気軸受装置の制御系の異常による電
磁石への過大電流の供給を防止する。被支持体および補
助ベアリングは電磁石電流による過大な押圧力を受ける
ことはなく、破損や接触面での焼き付きをさけることが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気軸受装置に関
し、特にターボ分子ポンプや工作機械等に使用する高速
回転機器に用いる磁気軸受装置に関する。
し、特にターボ分子ポンプや工作機械等に使用する高速
回転機器に用いる磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ターボ分子ポンプをはじめとする真空ポ
ンプ等の高速回転機器では、良好な真空を得るためにオ
イルフリーであることが要求される。また、工作機械等
における高速回転機器では、接触による減速や摩擦熱が
少ないことが要求される。このような要求から、従来の
油潤滑を利用した軸受に代えて磁気軸受装置が開発され
ている。磁気軸受装置は回転軸等の被支持体を真空空間
に完全に非接触で磁気浮上させて回転させるため、高速
回転機器に適した軸受とすることができる。
ンプ等の高速回転機器では、良好な真空を得るためにオ
イルフリーであることが要求される。また、工作機械等
における高速回転機器では、接触による減速や摩擦熱が
少ないことが要求される。このような要求から、従来の
油潤滑を利用した軸受に代えて磁気軸受装置が開発され
ている。磁気軸受装置は回転軸等の被支持体を真空空間
に完全に非接触で磁気浮上させて回転させるため、高速
回転機器に適した軸受とすることができる。
【０００３】通常、磁気軸受装置は回転体である被支持
体のラジアル方向を支持するラジアル磁気軸受と、軸方
向を支持するアキシャル磁気軸受を備えている。各磁気
軸受は被支持体を磁気浮上させるための電磁石と、被支
持体の位置を検出するための変位センサを備え、変位セ
ンサの位置信号を帰還させてフィードバック制御系を構
成し、各電磁石に流れる電流を調節して電磁石の吸引力
を調節し、被支持体が中心位置となるよう制御を行って
いる。
体のラジアル方向を支持するラジアル磁気軸受と、軸方
向を支持するアキシャル磁気軸受を備えている。各磁気
軸受は被支持体を磁気浮上させるための電磁石と、被支
持体の位置を検出するための変位センサを備え、変位セ
ンサの位置信号を帰還させてフィードバック制御系を構
成し、各電磁石に流れる電流を調節して電磁石の吸引力
を調節し、被支持体が中心位置となるよう制御を行って
いる。
【０００４】図８は従来の磁気軸受装置を説明するため
の概略ブロック図である。図８において、被支持体２０
は電磁石６ａ，６ｂによって磁気浮上されて支持され、
図示していない駆動部によって回転される。被支持体２
０の位置制御を行うフィードバック制御系は、被支持体
２０の位置を検出する変位センサ２，センサ回路３と、
被支持体の支持目標値Ａと変位出力Ｂとの偏差に基づい
て電磁石の電流を制御する制御信号を出力する磁気軸受
制御回路４と、制御信号に基づいて電磁石６ａ，６ｂに
駆動電流を供給する電磁石電流アンプ５ａ，５ｂと、被
支持体２０に吸引力を付与する電磁石６ａ，６ｂを備え
ている。なお、図８は、アキシャル磁気軸受を省略して
示し、さらに複数のラジアル磁気軸受の一部のみを示し
ている。
の概略ブロック図である。図８において、被支持体２０
は電磁石６ａ，６ｂによって磁気浮上されて支持され、
図示していない駆動部によって回転される。被支持体２
０の位置制御を行うフィードバック制御系は、被支持体
２０の位置を検出する変位センサ２，センサ回路３と、
被支持体の支持目標値Ａと変位出力Ｂとの偏差に基づい
て電磁石の電流を制御する制御信号を出力する磁気軸受
制御回路４と、制御信号に基づいて電磁石６ａ，６ｂに
駆動電流を供給する電磁石電流アンプ５ａ，５ｂと、被
支持体２０に吸引力を付与する電磁石６ａ，６ｂを備え
ている。なお、図８は、アキシャル磁気軸受を省略して
示し、さらに複数のラジアル磁気軸受の一部のみを示し
ている。
【０００５】前記フィードバック制御系は、被支持体が
支持目標値Ａとなるように、変位センサ２が検出した変
位出力Ｂを帰還させながら電磁石６ａ，６ｂの吸引力の
調節を行う。
支持目標値Ａとなるように、変位センサ２が検出した変
位出力Ｂを帰還させながら電磁石６ａ，６ｂの吸引力の
調節を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】被支持体の高速回転中
に、磁気軸受装置の制御系に異常が発生すると、電磁石
に過大な電磁石電流が流れる場合がある。磁気軸受装置
の制御系に発生する異常としては、例えば変位センサの
故障，変位センサ信号線の断線，支持目標値とフィード
バック信号との偏差を求める加算器の故障等がある。例
えば、変位センサ信号線が断線すると、磁気軸受制御回
路４は被支持体２０が所定位置にないと判断し、電磁石
に供給する電磁石電流を増大させる。電磁石に過大な電
磁石電流が流れると、被支持体２０は高速回転しながら
補助ベアリング２１に強く押しつけられ、補助ベアリン
グ２１が破損したり、被支持体２０が補助ベアリング２
１との接触面で焼き付くという問題が発生する。また、
被支持体が停止中の場合に電磁石に過大な電磁石電流が
流れると、電磁石の発熱によって電磁石が破損するとい
う問題が発生する。そこで、本発明は前記した従来の磁
気軸受装置の問題点を解決し、磁気軸受装置の制御系の
異常による電磁石への過大電流の供給を防止することを
目的とする。
に、磁気軸受装置の制御系に異常が発生すると、電磁石
に過大な電磁石電流が流れる場合がある。磁気軸受装置
の制御系に発生する異常としては、例えば変位センサの
故障，変位センサ信号線の断線，支持目標値とフィード
バック信号との偏差を求める加算器の故障等がある。例
えば、変位センサ信号線が断線すると、磁気軸受制御回
路４は被支持体２０が所定位置にないと判断し、電磁石
に供給する電磁石電流を増大させる。電磁石に過大な電
磁石電流が流れると、被支持体２０は高速回転しながら
補助ベアリング２１に強く押しつけられ、補助ベアリン
グ２１が破損したり、被支持体２０が補助ベアリング２
１との接触面で焼き付くという問題が発生する。また、
被支持体が停止中の場合に電磁石に過大な電磁石電流が
流れると、電磁石の発熱によって電磁石が破損するとい
う問題が発生する。そこで、本発明は前記した従来の磁
気軸受装置の問題点を解決し、磁気軸受装置の制御系の
異常による電磁石への過大電流の供給を防止することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受装置
は、被支持体を磁気浮上させる電磁石と、被支持体の変
位を検出する変位センサと、変位センサからの変位信号
に基づいて電磁石への供給電流を制御する磁気軸受制御
回路を含んでループを形成する制御系を構成し、制御系
中の異常を検出する異常検出回路と、異常検出回路の信
号に基づいて前記ループを遮断する遮断回路とを備える
ことによって、磁気軸受装置の制御系の異常による電磁
石への過大電流の供給を防止する。
は、被支持体を磁気浮上させる電磁石と、被支持体の変
位を検出する変位センサと、変位センサからの変位信号
に基づいて電磁石への供給電流を制御する磁気軸受制御
回路を含んでループを形成する制御系を構成し、制御系
中の異常を検出する異常検出回路と、異常検出回路の信
号に基づいて前記ループを遮断する遮断回路とを備える
ことによって、磁気軸受装置の制御系の異常による電磁
石への過大電流の供給を防止する。
【０００８】本発明の磁気軸受装置において、前記した
構成の制御系は、変位センサによって検出した被支持体
の変位量と目標値との偏差を求め、磁気軸受制御回路は
この偏差量にもとづいて電磁石電流アンプに制御信号を
送り、電磁石の吸引力を調節する。本発明の異常検出回
路は、この制御系中を監視し、例えば制御系中の各部の
信号値を基準値との比較によって異常検出を行う。異常
検出回路は、制御系中に異常を検出すると異常検出信号
を遮断回路に送信する。遮断回路は制御系を構成するル
ープの一部を遮断する回路であり、異常検出信号を受け
て信号の遮断を行う。遮断回路は、例えば磁気軸受制御
回路と電磁石電流アンプとの間に設置して電磁石電流ア
ンプへの制御電流の導通を制御して、制御系中の異常発
生時に電磁石への電磁石電流の供給を停止する。遮断回
路によって電磁石への電磁石電流の供給が停止すると、
被支持体は磁気浮上を継続することができなくなり、補
助ベアリングによって支持される。このとき補助ベアリ
ングが受ける圧力は、被支持体の重さのみによるもので
あって、電磁石電流による過大な押圧力を受けることは
なく、補助ベアリングの破損や接触面での焼き付きをさ
けることができる。
構成の制御系は、変位センサによって検出した被支持体
の変位量と目標値との偏差を求め、磁気軸受制御回路は
この偏差量にもとづいて電磁石電流アンプに制御信号を
送り、電磁石の吸引力を調節する。本発明の異常検出回
路は、この制御系中を監視し、例えば制御系中の各部の
信号値を基準値との比較によって異常検出を行う。異常
検出回路は、制御系中に異常を検出すると異常検出信号
を遮断回路に送信する。遮断回路は制御系を構成するル
ープの一部を遮断する回路であり、異常検出信号を受け
て信号の遮断を行う。遮断回路は、例えば磁気軸受制御
回路と電磁石電流アンプとの間に設置して電磁石電流ア
ンプへの制御電流の導通を制御して、制御系中の異常発
生時に電磁石への電磁石電流の供給を停止する。遮断回
路によって電磁石への電磁石電流の供給が停止すると、
被支持体は磁気浮上を継続することができなくなり、補
助ベアリングによって支持される。このとき補助ベアリ
ングが受ける圧力は、被支持体の重さのみによるもので
あって、電磁石電流による過大な押圧力を受けることは
なく、補助ベアリングの破損や接触面での焼き付きをさ
けることができる。
【０００９】本発明の第１の実施態様は、異常検出回路
は磁気軸受制御回路の出力を入力し、電磁石電流アンプ
への制御信号の異常を検出するものであり、これによっ
て、変位センサの異常や制御系中の突出ノイズや制御系
中の断線や電磁石の異常等を検出することができる。本
発明の第２の実施態様は、異常検出回路は変位センサの
変位出力の異常を検出するものであり、これによって、
変位センサの異常や制御系中の突出ノイズや制御系中の
断線等を検出することができる。本発明の第３の実施態
様は、異常検出回路は変位センサの変位出力と支持目標
値との偏差の異常を検出するものであり、これによっ
て、変位センサの変位出力と支持目標値との偏差を求め
る加算器の異常や変位センサの異常や制御系中の突出ノ
イズや制御系中の断線等を検出することができる。ま
た、本発明の第４の実施態様は、異常検出回路は第２の
実施態様と第３の実施態様とを組み合わせた構成であ
り、これによって、変位センサの異常と加算器の異常と
を区別することができる。
は磁気軸受制御回路の出力を入力し、電磁石電流アンプ
への制御信号の異常を検出するものであり、これによっ
て、変位センサの異常や制御系中の突出ノイズや制御系
中の断線や電磁石の異常等を検出することができる。本
発明の第２の実施態様は、異常検出回路は変位センサの
変位出力の異常を検出するものであり、これによって、
変位センサの異常や制御系中の突出ノイズや制御系中の
断線等を検出することができる。本発明の第３の実施態
様は、異常検出回路は変位センサの変位出力と支持目標
値との偏差の異常を検出するものであり、これによっ
て、変位センサの変位出力と支持目標値との偏差を求め
る加算器の異常や変位センサの異常や制御系中の突出ノ
イズや制御系中の断線等を検出することができる。ま
た、本発明の第４の実施態様は、異常検出回路は第２の
実施態様と第３の実施態様とを組み合わせた構成であ
り、これによって、変位センサの異常と加算器の異常と
を区別することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図１の本発明の磁気軸受装置の一実施形
態を説明する概略ブロック図を用いて説明する。図１に
示す磁気軸受装置中の制御系は、磁気軸受装置において
被支持体２０を磁気浮上させる一ラジアル磁気軸受につ
いてのみ概略的に示しており、他のラジアル磁気軸受お
よびアキシャル磁気軸受についても同様に制御系を構成
することができる。
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図１の本発明の磁気軸受装置の一実施形
態を説明する概略ブロック図を用いて説明する。図１に
示す磁気軸受装置中の制御系は、磁気軸受装置において
被支持体２０を磁気浮上させる一ラジアル磁気軸受につ
いてのみ概略的に示しており、他のラジアル磁気軸受お
よびアキシャル磁気軸受についても同様に制御系を構成
することができる。
【００１１】図１において、被支持体２０は電磁石６
ａ，６ｂによって磁気浮上されて支持され、図示してい
ない駆動部によって回転される。被支持体２０の位置制
御を行うフィードバック制御系は、被支持体２０の位置
を検出する変位センサ２と、該変位センサ２の信号を受
けて変位出力を出力するセンサ回路３と、被支持体２０
の支持目標値Ａと変位出力Ｂとの偏差に基づいて電磁石
６の電流を制御する制御信号を出力する磁気軸受制御回
路４と、該制御信号に基づいて電磁石６ａ，６ｂに駆動
電流を供給する電磁石電流アンプ５ａ，５ｂと、被支持
体２０に吸引力を付与する電磁石６ａ，６ｂを備え、さ
らに、前記電磁石と、変位センサと、磁気軸受制御回路
を含んでループを形成する制御系中の異常を検出する異
常検出回路７ａと、該異常検出回路７ａの異常検出信号
に基づいてループを遮断する遮断回路８とを備えてい
る。
ａ，６ｂによって磁気浮上されて支持され、図示してい
ない駆動部によって回転される。被支持体２０の位置制
御を行うフィードバック制御系は、被支持体２０の位置
を検出する変位センサ２と、該変位センサ２の信号を受
けて変位出力を出力するセンサ回路３と、被支持体２０
の支持目標値Ａと変位出力Ｂとの偏差に基づいて電磁石
６の電流を制御する制御信号を出力する磁気軸受制御回
路４と、該制御信号に基づいて電磁石６ａ，６ｂに駆動
電流を供給する電磁石電流アンプ５ａ，５ｂと、被支持
体２０に吸引力を付与する電磁石６ａ，６ｂを備え、さ
らに、前記電磁石と、変位センサと、磁気軸受制御回路
を含んでループを形成する制御系中の異常を検出する異
常検出回路７ａと、該異常検出回路７ａの異常検出信号
に基づいてループを遮断する遮断回路８とを備えてい
る。
【００１２】なお、図１中に示す電磁石６ａ，６ｂは磁
気軸受装置が備える電磁石の一例であり、被支持体２０
を挟んで対向して配置し、電磁石電流アンプ５ｂの前に
配置した反転器によって電磁石６ａと電磁石６ｂとの吸
引力の方向を逆方向として互いに被支持体２０を吸引す
る磁力を発生する一対の電磁石を示しておいる。この電
磁石は、被支持体２０に対して他の位置のラジアル方向
に変位センサおよび電磁石の対を配置し、また、軸方向
について変位センサおよび電磁石を配置することもでき
る。なお、図１に示す構成例では、遮断回路８を磁気軸
受制御回路４と電磁石電流アンプ５ａの間に設け、異常
検出回路７ａは磁気軸受制御回路４の出力を入力する構
成とし、磁気軸受制御回路４の制御信号を監視すること
によって制御系の異常検出を行い、電磁石電流アンプ５
ａ，５ｂへの制御信号を停止することによって電磁石６
ａ，６ｂによる被支持体２０の磁気浮上を停止する。
気軸受装置が備える電磁石の一例であり、被支持体２０
を挟んで対向して配置し、電磁石電流アンプ５ｂの前に
配置した反転器によって電磁石６ａと電磁石６ｂとの吸
引力の方向を逆方向として互いに被支持体２０を吸引す
る磁力を発生する一対の電磁石を示しておいる。この電
磁石は、被支持体２０に対して他の位置のラジアル方向
に変位センサおよび電磁石の対を配置し、また、軸方向
について変位センサおよび電磁石を配置することもでき
る。なお、図１に示す構成例では、遮断回路８を磁気軸
受制御回路４と電磁石電流アンプ５ａの間に設け、異常
検出回路７ａは磁気軸受制御回路４の出力を入力する構
成とし、磁気軸受制御回路４の制御信号を監視すること
によって制御系の異常検出を行い、電磁石電流アンプ５
ａ，５ｂへの制御信号を停止することによって電磁石６
ａ，６ｂによる被支持体２０の磁気浮上を停止する。
【００１３】次に、図１の構成例の磁気軸受装置の動作
について、図５，６を用いて説明する。図５（ａ）は磁
気軸受装置の制御系が正常に動作しているときのセンサ
出力（ａ１）、偏差信号（ａ２）、磁気軸受制御回路出
力（ａ３）、異常検出回路の出力（ａ４）、および電磁
石電流（ａ５）であり、同様に図５（ｂ）は制御系中の
出力が突出した場合の異常動作の各部の出力を示し、図
５（ｃ）は制御系中で断線した場合の異常動作の各部の
出力を示し、図６（ａ），（ｂ）は電磁石に異常が発生
した場合の各部の出力を示している。図５（ａ）におい
て、制御系が正常な場合には、変位センサ２は被支持体
２０の位置を非接触で検出し、被支持体２０との距離に
対応した信号に変換し、センサ回路３を介して変位出力
Ｂ（図５（ａ１））を出力する。制御系中の加算器は、
変位出力Ｂと支持目標値Ａとの偏差（Ａ−Ｂ）を求める
（図５（ａ２））。磁気軸受制御回路４は偏差に基づい
て被支持体２０が所定位置からのずれを減少させるに必
要な制御信号（図５（ａ３））を演算し、電磁石電流ア
ンプ５を介して電磁石６によって被支持体２０を磁気浮
上させ、図中のＣで示す可動範囲内となるよう位置制御
を行う。可動範囲Ｃは被支持体２０が補助ベアリング２
１に接触するまでの一方の側での許容範囲である。
について、図５，６を用いて説明する。図５（ａ）は磁
気軸受装置の制御系が正常に動作しているときのセンサ
出力（ａ１）、偏差信号（ａ２）、磁気軸受制御回路出
力（ａ３）、異常検出回路の出力（ａ４）、および電磁
石電流（ａ５）であり、同様に図５（ｂ）は制御系中の
出力が突出した場合の異常動作の各部の出力を示し、図
５（ｃ）は制御系中で断線した場合の異常動作の各部の
出力を示し、図６（ａ），（ｂ）は電磁石に異常が発生
した場合の各部の出力を示している。図５（ａ）におい
て、制御系が正常な場合には、変位センサ２は被支持体
２０の位置を非接触で検出し、被支持体２０との距離に
対応した信号に変換し、センサ回路３を介して変位出力
Ｂ（図５（ａ１））を出力する。制御系中の加算器は、
変位出力Ｂと支持目標値Ａとの偏差（Ａ−Ｂ）を求める
（図５（ａ２））。磁気軸受制御回路４は偏差に基づい
て被支持体２０が所定位置からのずれを減少させるに必
要な制御信号（図５（ａ３））を演算し、電磁石電流ア
ンプ５を介して電磁石６によって被支持体２０を磁気浮
上させ、図中のＣで示す可動範囲内となるよう位置制御
を行う。可動範囲Ｃは被支持体２０が補助ベアリング２
１に接触するまでの一方の側での許容範囲である。
【００１４】異常検出回路７ａは磁気軸受制御回路の出
力（図５（ａ３））を所定の値（図中の二点鎖線）と比
較し、所定値を超えた場合には制御系中に異常が発生し
たと判定し、遮断回路８を駆動して制御系のループを遮
断する。図５（ｂ）に示すように、制御系内で変位セン
サ等の出力が突出する異常動作が発生した場合には、変
位出力Ｂ（図５（ｂ１））および偏差信号（図５（ｂ
２））は大きく変動する。通常、磁気軸受制御回路４は
ＰＩＤ制御を行っており、この変動に対して微分制御を
行う。異常検出回路７ａは、磁気軸受制御回路４の出力
（図５（ｂ３））を監視し、図中の二点鎖線で示す所定
値と比較し、所定値を継続して所定時間Ｔ１以上超えて
いる場合には制御系中に異常が発生したと判定し（図５
（ｂ４））、遮断回路８を駆動して制御系のループを遮
断する（図５（ｂ５））。
力（図５（ａ３））を所定の値（図中の二点鎖線）と比
較し、所定値を超えた場合には制御系中に異常が発生し
たと判定し、遮断回路８を駆動して制御系のループを遮
断する。図５（ｂ）に示すように、制御系内で変位セン
サ等の出力が突出する異常動作が発生した場合には、変
位出力Ｂ（図５（ｂ１））および偏差信号（図５（ｂ
２））は大きく変動する。通常、磁気軸受制御回路４は
ＰＩＤ制御を行っており、この変動に対して微分制御を
行う。異常検出回路７ａは、磁気軸受制御回路４の出力
（図５（ｂ３））を監視し、図中の二点鎖線で示す所定
値と比較し、所定値を継続して所定時間Ｔ１以上超えて
いる場合には制御系中に異常が発生したと判定し（図５
（ｂ４））、遮断回路８を駆動して制御系のループを遮
断する（図５（ｂ５））。
【００１５】なお、異常検出回路７ａおよび遮断回路８
による異常時の制御系の遮断を行わない場合には、電磁
石６には図５の（ｂ５）中の破線で示す電磁石電流が流
れ、被支持体２０と補助ベアリング２１とが強く接触す
ることになる。また、図５（ｃ）に示すように、制御系
内で断線が発生した場合には、変位出力Ｂ（図５（ｃ
１））は無くなり、偏差信号（図５（ｃ２））は大きく
目標値に急変する。通常、磁気軸受制御回路４のＰＩＤ
制御は、変動を微分制御した後に積分制御を行って制御
信号（図５（ｃ３））を出力する。異常検出回路７ａ
は、磁気軸受制御回路４の出力（図５（ｃ３））を監視
し、図中の二点鎖線で示す所定値と比較し、所定値を超
えたことよって制御系中に異常が発生したと判定し（図
５（ｃ４））、遮断回路８を駆動して制御系のループを
遮断する（図５（ｃ５））。なお、異常検出回路７ａお
よび遮断回路８による異常時の制御系の遮断を行わない
場合には、電磁石６には図５（ｃ５）中の破線で示す電
磁石電流が流れ、被支持体２０と補助ベアリング２１と
が強く接触することになる。
による異常時の制御系の遮断を行わない場合には、電磁
石６には図５の（ｂ５）中の破線で示す電磁石電流が流
れ、被支持体２０と補助ベアリング２１とが強く接触す
ることになる。また、図５（ｃ）に示すように、制御系
内で断線が発生した場合には、変位出力Ｂ（図５（ｃ
１））は無くなり、偏差信号（図５（ｃ２））は大きく
目標値に急変する。通常、磁気軸受制御回路４のＰＩＤ
制御は、変動を微分制御した後に積分制御を行って制御
信号（図５（ｃ３））を出力する。異常検出回路７ａ
は、磁気軸受制御回路４の出力（図５（ｃ３））を監視
し、図中の二点鎖線で示す所定値と比較し、所定値を超
えたことよって制御系中に異常が発生したと判定し（図
５（ｃ４））、遮断回路８を駆動して制御系のループを
遮断する（図５（ｃ５））。なお、異常検出回路７ａお
よび遮断回路８による異常時の制御系の遮断を行わない
場合には、電磁石６には図５（ｃ５）中の破線で示す電
磁石電流が流れ、被支持体２０と補助ベアリング２１と
が強く接触することになる。
【００１６】次に、電磁石に異常が発生した場合につい
て図６を用いて説明する。電磁石６ａあるいは電磁石６
ｂに異常が発生し、被支持体２０が補助ベアリング２１
の片側に接触した状態となり、変位センサ２は一定出力
を維持することになる。図６（ａ）と図６（ｂ）は被支
持体２０の偏りの方向が逆の場合を示しており、制御系
は同様の動作を行うため、以下では図６（ａ）のみにつ
いて説明する。変位センサ２の出力が一定出力（ａ１）
を出し続けると、目標値を一定とすると偏差信号も一定
出力（図６（ａ２））を出し続ける。磁気軸受制御回路
４の制御信号（図６（ａ３））は積分制御によって徐々
に増加する。異常検出回路７ａは、制御信号（図６（ａ
３））が図中の二点鎖線で示す比較値を超え、超えた状
態が所定時間Ｔ２以上となることを判定する。異常検出
回路７ａは、異常が発生したと判定すると（図６（ａ
４））、遮断回路８を駆動して制御系のループを遮断す
る（図６（ａ５））。なお、異常検出回路７ａおよび遮
断回路８による異常時の制御系の遮断を行わない場合に
は、電磁石６には図６（ａ５）中の破線で示す電磁石電
流が流れ、被支持体２０と補助ベアリング２１とが強く
接触することになる。従って、図１に示す実施の形態に
よれば、変位センサの異常や制御系中の突出ノイズや制
御系中の断線や電磁石の異常等を検出することができ
る。
て図６を用いて説明する。電磁石６ａあるいは電磁石６
ｂに異常が発生し、被支持体２０が補助ベアリング２１
の片側に接触した状態となり、変位センサ２は一定出力
を維持することになる。図６（ａ）と図６（ｂ）は被支
持体２０の偏りの方向が逆の場合を示しており、制御系
は同様の動作を行うため、以下では図６（ａ）のみにつ
いて説明する。変位センサ２の出力が一定出力（ａ１）
を出し続けると、目標値を一定とすると偏差信号も一定
出力（図６（ａ２））を出し続ける。磁気軸受制御回路
４の制御信号（図６（ａ３））は積分制御によって徐々
に増加する。異常検出回路７ａは、制御信号（図６（ａ
３））が図中の二点鎖線で示す比較値を超え、超えた状
態が所定時間Ｔ２以上となることを判定する。異常検出
回路７ａは、異常が発生したと判定すると（図６（ａ
４））、遮断回路８を駆動して制御系のループを遮断す
る（図６（ａ５））。なお、異常検出回路７ａおよび遮
断回路８による異常時の制御系の遮断を行わない場合に
は、電磁石６には図６（ａ５）中の破線で示す電磁石電
流が流れ、被支持体２０と補助ベアリング２１とが強く
接触することになる。従って、図１に示す実施の形態に
よれば、変位センサの異常や制御系中の突出ノイズや制
御系中の断線や電磁石の異常等を検出することができ
る。
【００１７】次に、図２により本発明の磁気軸受装置の
他の実施形態を説明する。図２に示す磁気軸受装置は図
１に示す磁気軸受装置とほぼ同様の構成であり、異常検
出回路７ｂに接続の点で相違している。図２の構成で
は、異常検出回路７ｂはセンサ回路３の出力を入力する
構成とし、センサ回路３の変位出力Ｂを監視することに
よって制御系の異常検出を行い、電磁石電流アンプ５
ａ，５ｂへの制御信号を停止することによって電磁石６
ａ，６ｂによる被支持体２０の磁気浮上を停止する。図
２の構成例の磁気軸受装置の動作について、図７を用い
て説明する。図７（ａ）は磁気軸受装置の制御系が正常
に動作しているときのセンサ出力（ａ１）、偏差信号
（ａ２）、磁気軸受制御回路出力（ａ３）、異常検出回
路の出力（ａ４）、および電磁石電流（ａ５）であり、
同様に図７（ｂ）は制御系中の出力が突出した場合の異
常動作の各部の出力を示し、図７（ｃ）は制御系中で断
線した場合の異常動作の各部の出力を示している。
他の実施形態を説明する。図２に示す磁気軸受装置は図
１に示す磁気軸受装置とほぼ同様の構成であり、異常検
出回路７ｂに接続の点で相違している。図２の構成で
は、異常検出回路７ｂはセンサ回路３の出力を入力する
構成とし、センサ回路３の変位出力Ｂを監視することに
よって制御系の異常検出を行い、電磁石電流アンプ５
ａ，５ｂへの制御信号を停止することによって電磁石６
ａ，６ｂによる被支持体２０の磁気浮上を停止する。図
２の構成例の磁気軸受装置の動作について、図７を用い
て説明する。図７（ａ）は磁気軸受装置の制御系が正常
に動作しているときのセンサ出力（ａ１）、偏差信号
（ａ２）、磁気軸受制御回路出力（ａ３）、異常検出回
路の出力（ａ４）、および電磁石電流（ａ５）であり、
同様に図７（ｂ）は制御系中の出力が突出した場合の異
常動作の各部の出力を示し、図７（ｃ）は制御系中で断
線した場合の異常動作の各部の出力を示している。
【００１８】制御系が正常な場合の各出力（図７
（ａ））は前記図５（ａ）とほぼ同様である。図２の構
成例では、異常検出回路７ｂはセンサ回路３の出力（図
７（ａ１））を所定の値と比較し、所定値を継続して所
定時間Ｔ３以上超えている場合には制御系中に異常が発
生したと判定し、遮断回路８を駆動して制御系のループ
を遮断する。図７（ｂ）に示すように、制御系内で変位
センサ等の出力が突出する異常動作が発生した場合に
は、変位出力Ｂ（図７（ｂ１））は大きく変動する。異
常検出回路７ｂは、センサ回路３の出力（図７（ｂ
１））を監視し、図中の二点鎖線で示す所定値と比較
し、所定値を超えた状態が所定時間Ｔ３を超えている場
合に制御系中に異常が発生したと判定し（図７（ｂ
４））、遮断回路８を駆動して制御系のループを遮断す
る（図７（ｂ５））。なお、異常検出回路７ａおよび遮
断回路８による異常時の制御系の遮断を行わない場合に
は、電磁石６には図７（ｂ５）中の破線で示す電磁石電
流が流れ、被支持体２０と補助ベアリング２１とが強く
接触することになる。
（ａ））は前記図５（ａ）とほぼ同様である。図２の構
成例では、異常検出回路７ｂはセンサ回路３の出力（図
７（ａ１））を所定の値と比較し、所定値を継続して所
定時間Ｔ３以上超えている場合には制御系中に異常が発
生したと判定し、遮断回路８を駆動して制御系のループ
を遮断する。図７（ｂ）に示すように、制御系内で変位
センサ等の出力が突出する異常動作が発生した場合に
は、変位出力Ｂ（図７（ｂ１））は大きく変動する。異
常検出回路７ｂは、センサ回路３の出力（図７（ｂ
１））を監視し、図中の二点鎖線で示す所定値と比較
し、所定値を超えた状態が所定時間Ｔ３を超えている場
合に制御系中に異常が発生したと判定し（図７（ｂ
４））、遮断回路８を駆動して制御系のループを遮断す
る（図７（ｂ５））。なお、異常検出回路７ａおよび遮
断回路８による異常時の制御系の遮断を行わない場合に
は、電磁石６には図７（ｂ５）中の破線で示す電磁石電
流が流れ、被支持体２０と補助ベアリング２１とが強く
接触することになる。
【００１９】また、図７（ｃ）に示すように、制御系内
で断線が発生した場合には、変位出力Ｂ（図７（ｃ
１））は図中の二点鎖線で示す所定値を超えて減少し、
制御系中に異常が発生したと判定し（図７（ｃ４））、
遮断回路８を駆動して制御系のループを遮断する（図７
（ｃ５））。なお、異常検出回路７ａおよび遮断回路８
による異常時の制御系の遮断を行わない場合には、磁気
軸受制御回路４の積分制御によって制御出力（図７（ｃ
３））および電磁石電流（図７（ｃ５））は増加し、被
支持体２０と補助ベアリング２１とが強く接触すること
になる。従って、図２に示す実施の形態によれば、変位
センサの異常や制御系中の突出ノイズや制御系中の断線
の異常等を検出することができる。
で断線が発生した場合には、変位出力Ｂ（図７（ｃ
１））は図中の二点鎖線で示す所定値を超えて減少し、
制御系中に異常が発生したと判定し（図７（ｃ４））、
遮断回路８を駆動して制御系のループを遮断する（図７
（ｃ５））。なお、異常検出回路７ａおよび遮断回路８
による異常時の制御系の遮断を行わない場合には、磁気
軸受制御回路４の積分制御によって制御出力（図７（ｃ
３））および電磁石電流（図７（ｃ５））は増加し、被
支持体２０と補助ベアリング２１とが強く接触すること
になる。従って、図２に示す実施の形態によれば、変位
センサの異常や制御系中の突出ノイズや制御系中の断線
の異常等を検出することができる。
【００２０】次に、図３により本発明の磁気軸受装置の
別の実施形態を説明する。図３に示す磁気軸受装置は図
１，図２に示す磁気軸受装置とほぼ同様の構成であり、
異常検出回路７ｃに接続の点で相違している。図３の構
成では、異常検出回路７ｃは変位出力Ｂと目標値Ａとの
偏差を求める加算器の出力を入力する構成とし、偏差
（Ａ−Ｂ）を監視することによって制御系の異常検出を
行い、電磁石電流アンプ５ａ，５ｂへの制御信号を停止
することによって電磁石６ａ，６ｂによる被支持体２０
の磁気浮上を停止する。図３に示す構成例の動作は、前
記図２のセンサ回路３の出力を監視する構成例とほぼ同
様であるため、詳細な説明は省略する。図３に示す構成
例は、図３に示す構成例が検出する制御系の異常検出に
加えて、加算器の異常についても検出することができ
る。また、図４により本発明の磁気軸受装置のさらに別
の実施形態は、図２および図３に示す磁気軸受装置を組
み合わせた構成であり、異常検出回路７ｄに対してセン
サ回路３の出力と加算器の出力とを入力する構成とし、
これによって、センサ回路３の異常と加算器の異常とを
区別して判定することができる。
別の実施形態を説明する。図３に示す磁気軸受装置は図
１，図２に示す磁気軸受装置とほぼ同様の構成であり、
異常検出回路７ｃに接続の点で相違している。図３の構
成では、異常検出回路７ｃは変位出力Ｂと目標値Ａとの
偏差を求める加算器の出力を入力する構成とし、偏差
（Ａ−Ｂ）を監視することによって制御系の異常検出を
行い、電磁石電流アンプ５ａ，５ｂへの制御信号を停止
することによって電磁石６ａ，６ｂによる被支持体２０
の磁気浮上を停止する。図３に示す構成例の動作は、前
記図２のセンサ回路３の出力を監視する構成例とほぼ同
様であるため、詳細な説明は省略する。図３に示す構成
例は、図３に示す構成例が検出する制御系の異常検出に
加えて、加算器の異常についても検出することができ
る。また、図４により本発明の磁気軸受装置のさらに別
の実施形態は、図２および図３に示す磁気軸受装置を組
み合わせた構成であり、異常検出回路７ｄに対してセン
サ回路３の出力と加算器の出力とを入力する構成とし、
これによって、センサ回路３の異常と加算器の異常とを
区別して判定することができる。
【００２１】本発明の実施の形態によれば、磁気軸受装
置の制御系中に異常が発生した場合においても、過大な
電磁石電流による電磁石の大きな吸引力の発生を防止す
ることができるため、被支持体は電磁石で補助ベアリン
グに強く押しつけられることはなく、被支持体および補
助ベアリングへの損傷を防止することができる。また、
電磁石に過大な電流を流し続けることもないので、発熱
等による電磁石の損傷を防止し、磁気軸受装置の安全性
を向上させることができる。
置の制御系中に異常が発生した場合においても、過大な
電磁石電流による電磁石の大きな吸引力の発生を防止す
ることができるため、被支持体は電磁石で補助ベアリン
グに強く押しつけられることはなく、被支持体および補
助ベアリングへの損傷を防止することができる。また、
電磁石に過大な電流を流し続けることもないので、発熱
等による電磁石の損傷を防止し、磁気軸受装置の安全性
を向上させることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、磁気軸受装置の制
御系の異常による電磁石への過大電流の供給を防止する
ことができる。
御系の異常による電磁石への過大電流の供給を防止する
ことができる。
【図１】本発明の磁気軸受装置の一実施形態を説明する
概略ブロック図である。
概略ブロック図である。
【図２】本発明の磁気軸受装置の他の実施形態を説明す
る概略ブロック図である。
る概略ブロック図である。
【図３】本発明の磁気軸受装置の他の実施形態を説明す
る概略ブロック図である。
る概略ブロック図である。
【図４】本発明の磁気軸受装置の他の実施形態を説明す
る概略ブロック図である。
る概略ブロック図である。
【図５】本発明の磁気軸受装置の動作を説明するための
図である。
図である。
【図６】本発明の磁気軸受装置の動作を説明するための
図である。
図である。
【図７】本発明の磁気軸受装置の動作を説明するための
図である。
図である。
【図８】従来の磁気軸受装置を説明するための概略ブロ
ック図である。
ック図である。
１…磁気軸受装置、２…変位センサ、３…センサ回路、
４…磁気軸受制御回路、５…電磁石電流アンプ、６…電
磁石、７…異常検出回路、８…遮断回路、２０…被支持
体、２１…補助ベアリング。
４…磁気軸受制御回路、５…電磁石電流アンプ、６…電
磁石、７…異常検出回路、８…遮断回路、２０…被支持
体、２１…補助ベアリング。
Claims (1)
- 【請求項１】 被支持体を磁気浮上させる電磁石と、被
支持体の変位を検出する変位センサと、変位センサから
の変位信号に基づいて電磁石への供給電流を制御する磁
気軸受制御回路を含んでループを形成する制御系を備え
た磁気軸受装置であって、前記制御系中の異常を検出す
る異常検出回路と、該異常検出回路の信号に基づいて前
記ループを遮断する遮断回路とを備えたことを特徴とす
る磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16904096A JP3717013B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16904096A JP3717013B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 磁気軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH109266A true JPH109266A (ja) | 1998-01-13 |
| JP3717013B2 JP3717013B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=15879209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16904096A Expired - Fee Related JP3717013B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3717013B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11287246A (ja) * | 1998-04-03 | 1999-10-19 | Koyo Seiko Co Ltd | 制御型磁気軸受装置 |
| JP2000283160A (ja) * | 1999-03-29 | 2000-10-13 | Seiko Seiki Co Ltd | 磁気軸受保護装置及びターボ分子ポンプ |
| KR20190045724A (ko) * | 2017-10-24 | 2019-05-03 | 엘지전자 주식회사 | 자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터 |
| CN111442029A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-07-24 | 南京邮电大学 | 主动径向磁轴承用位移传感器容错控制系统及控制方法 |
-
1996
- 1996-06-28 JP JP16904096A patent/JP3717013B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11287246A (ja) * | 1998-04-03 | 1999-10-19 | Koyo Seiko Co Ltd | 制御型磁気軸受装置 |
| JP2000283160A (ja) * | 1999-03-29 | 2000-10-13 | Seiko Seiki Co Ltd | 磁気軸受保護装置及びターボ分子ポンプ |
| US6422837B1 (en) | 1999-03-29 | 2002-07-23 | Seiko Instruments Inc. | Magnetic bearing protection device |
| US6604918B2 (en) | 1999-03-29 | 2003-08-12 | Seiko Instruments Inc. | Turbomolecular pump |
| KR20190045724A (ko) * | 2017-10-24 | 2019-05-03 | 엘지전자 주식회사 | 자기 베어링 제어장치, 제어방법 및 이를 이용한 고속회전용 모터 |
| US11306777B2 (en) | 2017-10-24 | 2022-04-19 | Lg Electronics Inc. | Magnetic bearing control apparatus, control method and high speed rotating motor using the same |
| CN111442029A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-07-24 | 南京邮电大学 | 主动径向磁轴承用位移传感器容错控制系统及控制方法 |
| CN111442029B (zh) * | 2020-05-07 | 2021-11-16 | 南京邮电大学 | 主动径向磁轴承用位移传感器容错控制系统及控制方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3717013B2 (ja) | 2005-11-16 |
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