JPS59159418A - 磁気軸受装置の制御方法 - Google Patents

磁気軸受装置の制御方法

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JPS59159418A
JPS59159418A JP3280283A JP3280283A JPS59159418A JP S59159418 A JPS59159418 A JP S59159418A JP 3280283 A JP3280283 A JP 3280283A JP 3280283 A JP3280283 A JP 3280283A JP S59159418 A JPS59159418 A JP S59159418A
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Kiyoshi Ishida
石田 精
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets

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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気軸受装置の制御方法に関するものである。
磁気軸受は磁気力により回転体を全く無接触で空中支持
するため、潤滑の問題がないこと、特殊な環境の中でも
使用可能であること、捷だ摩擦、摩耗、騒音の問題が全
くないか、極めて小さいので、超高速運転が可能である
などの特長があるため、その実用化に向って磁気1抽受
装置の研究が盛X7に行なわれている。
本出願人は、先に回転軸の両端部を磁気軸受によって空
中支持した磁気軸受装置に卦いで、前記回転軸の両端部
に作用する磁気吸引力の相互干渉が生じないようにした
磁気軸受装置の制御方法を提案しているが(特願昭57
−217082)、本発明は、前記発明をさらに高性能
化するものである。
第1図は公知の横軸形磁気軸受装置を概念的に示した斜
視図、第2図はその制御ブロック図である。
第1図は、回転軸1の両端部に垂直方向の空中支持を行
なう対向する電磁石2,3及び4゜5と、水平方向の空
中支持を行なう対向する電磁石6,7及び8,9と、軸
方向の空中支持を行なう対向する電磁石10.11との
合計10個の電磁石を備えた例であり、回転軸1はそれ
ぞれの対向する電磁石の合力によって、前記対向するi
i磁石間の中間位置に空中支持されるものである。とこ
ろが従来の制御方法は、第2図に示すごとく、両端部電
磁石を夫々独立して制御する方法を採っているため、磁
気吸引力の相互干渉が発生し、安定した空中支持は、方
かなか得られなかった。
なお、第2図は、第1図に示した従来例の水平もしくは
垂直断面と、制御ブロック図を概念的に示したもので、
目標変位ZO1(電磁石20及び22と回転軸1とのす
き1)に変へr検出器12.13で検出した検出変位z
1.z2が一致するよう、zl及びx2を独立し−Cf
t1ll mlするようすを示しておシ、軸方向の電磁
石は、影響しないので省いである。図中、14.15は
一般的なPID調節計、16.17,18.19は電流
制御変換部である。、 こ\で相互干渉というのは、検出変位211を制御1し
たことによって、1灸出変1〜7□2が目標値からずれ
てしまうこと、又は、その逆のことを言うのであって、
多入力多出力の制伊1系ではさけかたい障害である。
とのような多入力多出力の1制徊1系を精度よく制御す
るためには、理論上は、いわゆる現代制御理論にもとづ
く手法を駆使すれば良すことは周知であり、磁気軸受に
適用した論文も発表されている(例えば「横軸形磁気軸
受の基本方程式と制御系設計」松利文夫氏他市気学会論
文誌56−019、昭和56年6月)。
しかしながら、現代制御理論による手法では、パラメー
タ決定の手順が繁雑で、しかも計算も相当複雑となるた
め、実用性に欠けるという問題があった。
前記特願昭57−217082で提案した発明は、上記
の問題点を解決することを目的と1〜でなされたもので
、現代制御理論によらない、実用的で相互干渉を除去で
きる磁気軸受装置の制御方法を提供するものであった。
以下、図面を用いて具体的に説明する。
寸ず、第3図に示す原理図により相互干渉について説明
する。
今、電磁石20と21の磁気吸引力の合力をF11電磁
石22と23の磁気吸引力の合力をF2、車ノラ0から
前記1・1の作用する地点までの長さを/4 、重心G
から前記F2の作用する地点までの長さを+2とすると
、重心(1回りの同転トルクTは次式にて衣わされる。
Tユt21.’2−t、ii”、          
  ・・・・・・(1)すなわち、Fl yF2が相互
に影響するふ・それがあることがわかる。
ところ−て、重心0回りの回転トルクTと重心GK働く
力Fに着目すれば、相互に干渉しない。
但し F−二F、+F2         ・・・・・
・(2)よ・つて(1) 、 (2)式よりt1十ノ、
2二1.とおりで、Fl +1)2を導ひけば、 となる。
また、回転軸1の重心GのF方向への* tta’i 
(立置からの変位をΔz、Flが作用するj也点の変位
をΔzl、F2が作用する地点の変位を△z2とすると
、次式が成立する。
(5’! (6)式より△2.θを導びくととなる。
そこで本発明は、T、Fが相互に干渉しないことと、上
述の(1)から(2)の関係式に基づいてT。
F制能Iループを構成したものである。
第4図にその具体的実施態様を示して説明する。
目標変位2゜と検出変r嶽xI+”2とのイ扁差1、△
ff1l 。
△グ2ば、係数器24.25.26.27によって前記
(7) (8)式に基づいて△2.θに変換される。
△X、θは、それぞれJ5I節計2B、29に入力され
、F指令、T指令を発する。
F指令、T指令は、係数器30,31゜32によって前
記(3) (43式に基づいてP’l+F2に変換され
、電流変換部16.17.18.19に入力される。
以上述べた構成とし7たことにより、回転軸1の重心G
に働く力Fと、重心回りのトルクTを制御できるので、
[−]転軸1の一端が外乱によって変位した場合でも他
輪に悪影響を匂えることなく所定位置に復帰でき、安定
性のある回転軸1の磁気力による空中支持が可能となっ
た。
以上述べたように、先に提案した発明では、互いに独立
なノぐラメータを制御量とするので、安定な運転を実現
できる方式であったが、そこでは重心67置を示す量t
l、t2 が既知である必要があった。
とこ・うで、この磁気軸受をモータにとりつけ、軸端に
刃物をつけこれをひんばんに取りかえようとする時、(
例えば工作機のように)その都度重心位置が移動し前記
AI + /、2の値がかわってくるので、互しに独立
なハ二ずのノξラメータ制御が干渉を及ぼすことになる
。そうなれば、安定な運転をすることができなくなり、
性能を低トさせて使うか、或いはその都度重心位置を正
しく求めて係数器の再設定をする必要がk・す、実用上
、難点があった。
そこで本発明は、前記難点を解消1〜るととを目的とし
て、重心に働く力Fにインパルス状外乱をjうえ、その
時の回転軸の動揺から、重心(S’l。
置によって定まるべき係数(以後、重心6r置係数と呼
ぶ)を逐次修正する動作をくり返すことによって、正し
い重心位置係数を設定する方法を提供するものである。
まず、水元+、+、11の主旨を図面を用いて説明する
第3図に示1〜だ状態で定常運転されてお抄、このとき
の重心位置係数4s(第4図のブロンする) 、 t2
s (同様に第4図のブロック24゜300にの分子の
値をこう呼ぶことにする)は■7 実際の値z11 A2と、それぞれ等しいものとする。
次に、この状態で回転@1の右端におもり33をLIX
lりつけた様子を第5図に示す。重心Gは、1、−もり
を取りつけたことによって、移動)、7た新だな重心G
Oに移動する。従ってそれにともなって、1−xB L
H’l/C、A2 t:J: 12c′ニ変化す、?、
 ?c 、l−K fx ル。
とこイ)が、このようにおもり33が取りつけら才1ノ
ことき、重心位1作係数11s 、 t2Sを修正しな
いでおくと、回転軸が動揺するl・ルクが発生してI−
まうことがある。
これを数式を用いで説明すると、例えば、重心に働く力
Fのみが生ずるよう指令F5  肴ニーlj、f−よう
とすれば、i’:I記(3) 、 (4)式に51.い
T=0.F=Fs  とおけに゛よいから、Fl、 F
21f、(9)、(1(1)式%式% ところが、う(際には、tl;づlI” + A2 &
:j: j−2゜に変化しているので、重心回pのト!
レク′1゛ンよ、(1)式のr−、とLl” 、 t2
忙12°に1べきかえた(1γ式(・ζ示すl・ルクが
生じる。
T−t2°F2− tloFl          ・
・・・・・(1)′前記(2) 、 (9)、 (to
) 、 (1)’式を整理すると、次の(11) 、 
(12)式が導ひかれる。
これは重心位置が移動すれば、(すなわちt15Nt1
0であれば)重心回沙のトルクTが発生し回転軸が重心
回9に振れてしまうことを示している。
これを防止するには、おもυ33が取りつけられた時点
で重心位置係数t(sをtlからtlOへ、t*5kt
zからt2°へ変更すれば良いのであるが、実用上、お
もり33は、不特定の形状・重擬であるから、41°、
t、′を求めることは非常に困難である。
そこで、わさと外乱を与えて、回転軸の振れを検出し、
前回設定した4s、tzsが適当かとうかを判断して、
適当でない場合は修正するという動作をくり返して、最
適値に収束させようとするのが本発明の主旨である。
すなわち、インパルス外乱を与えた直後のθが、θ〉O
のときは、4 s > AHoであるので、4sを小さ
くし、θ〈0のときは4 s (tloであるので、t
lsを大きくすれば良いのでちる。この処置をくり返す
ことにより4 s = 11°に収束する。上記方法を
実施する具体的構成例を第6図に示して説明する。
図において、36.37.38.39は乗算器であり、
2つの入力信号を莱算して1つの出力信号とする機能を
有するので、  tls””L+ +t2 s = t
 2に固定されていれば、第6図の回路は、第4図のそ
れに相当する部分と全く同一の機能を有することになる
本発明は、係数補正器34によって!’4 s 、 t
2 sを逐次修正することに特徴があり、そのアルゴリ
ズムのフローチャートは、第7図に示すものになる。
以下第7図を説明する。
今係数補正指令35が与えられると、このアルゴリズム
は、スタートする、 丑ず、初期運転か否かを判断し、初期運転であれば、 
 tls 、 72sを適当に設定し、θが安定すれば
、イン−ぐルス外乱F T)を与える。初期運転でなけ
れば、すぐにインパルス外乱F T)を力える。次に外
乱FDが印加されたih後のθが充分小さければ、tI
S+ノ、Sは適正であるので、係上補正動作は終了する
。θが充分小さくなければ、θ〉Oであれば、tlsを
少し小さく、12sを少し大きくシ、θくoであれば、
4sを少し太き(、tzsを少し小さくする。(但し、
  t2s=L −tlsの関係は満足するものとする
)これらの修正によってθが変動するので、θが安定し
たのち、再度インパルス外乱FDを与える。この処置を
くり返すことによってθは0に収束してゆき、充分小さ
くなった時点で係数補正動作は終了する。
以上述べたように、本発明によれば、軸端に荷重が加わ
った場合、人手を介さず軸受の重心位置係数を自動修正
できるので、相互干渉を発生させず安定運転を接続でき
るというすぐれた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、磁気軸受の一例を示す説明図、第2図は従来
の磁気軸受の制御方法を説明するブロック図、第3図は
、相互干渉を説明するだめの原理図、第4図は、本出願
人が先に提案した発明の具体的実施例のブロック図、第
5図は、本発明が対象とする磁気軸受装置における重心
位置のずれを説明する図、第6図は、本発明の実施例の
ブロック図、第7図は、本発明のアルゴリズムを示すフ
ローチャートである。 1・・・回転軸、2〜it、20〜23・・・電磁石、
12.13・・・変位検出器、14,15.28゜29
・・・PID調節計、16〜19・・・ili流変流部
換部4〜27.30〜32・・・係数器、3311.お
もり、34・・・係数補正器、35・・・係数補正指令
、36〜39・・・乗算器。 特許出願人 株式会社安川電機製作所 第155 第3囲 第4問 第5′■ 第C闘 第7圓 −

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 同転軸の両端部に電磁石を設け、その電磁石の磁気吸引
    力によって回転軸を空中支持する磁気軸受装置において
    、前記回転軸両端部の磁気吸引力作用点における回転軸
    の変位偏差から回転軸の重心の変位偏差と重心回シの振
    れ角を算出し、前記重心の変位偏差と重心回シの振れ角
    がOになるよう、重心に働く力と重心回りのトルクを制
    御するよう前記両端部に設けた電磁石を制御するもので
    あって、前記電磁石を制御するとき、前記重心に働く力
    にインパルス状外乱を与え、その際の回転軸の動揺から
    、あらかじめ設定した重心位置係数と、実除の重心位置
    係数との大小関係を判断し、その差が方く々るように、
    重心位置係数を設定しなおすことを特徴とする磁気軸受
    装置の制御方法。
JP3280283A 1983-03-02 1983-03-02 Jikijikukesochinoseigyohoho Expired - Lifetime JPH0245045B2 (ja)

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JP3280283A JPH0245045B2 (ja) 1983-03-02 1983-03-02 Jikijikukesochinoseigyohoho

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JPH0245045B2 JPH0245045B2 (ja) 1990-10-08

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0620376A1 (en) * 1993-04-14 1994-10-19 Koyo Seiko Co., Ltd. Magnetic bearing apparatus
US9750648B2 (en) 2012-01-31 2017-09-05 Attends Healthcare Products, Inc. Devices and methods for treating accidental bowel leakage

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US5530306A (en) * 1993-04-14 1996-06-25 Koyo Seiko Co., Ltd. Magnetic bearing apparatus
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US9907711B2 (en) 2012-01-31 2018-03-06 Attends Healthcare Products, Inc. Devices and methods for treating accidental bowel leakage

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JPH0245045B2 (ja) 1990-10-08

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