JPS6070944A - 兼用式案内磁気軸受の制御装置 - Google Patents

兼用式案内磁気軸受の制御装置

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JPS6070944A
JPS6070944A JP58176482A JP17648283A JPS6070944A JP S6070944 A JPS6070944 A JP S6070944A JP 58176482 A JP58176482 A JP 58176482A JP 17648283 A JP17648283 A JP 17648283A JP S6070944 A JPS6070944 A JP S6070944A
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、案内軸受と誘導磁動発電機とを兼用するたて
軸形兼用式案内軸受の推力と吸引力とを独立して制御す
る兼用式案内軸受の制御装置(−関するもので必る。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
第1図(A) l二従来の兼用式案内磁気軸受の制御装
置を示す。第1図(B)は上記磁気軸受の構成断面図で
ある。
案内式磁気軸受は回転軸1に回転子2が設けられ、その
周囲(=4分割された電機子3a、3b。
3c、3dが固定子として所定のギャップ長をもって配
置されている。すなわち4個の片側式リニア誘導車動機
(SLIM )が円周上C二装置されているのと同じで
ある。
ギャップ長制御のために、対称配置された電機子3a、
3bと3c、3dに対応して、ギャップ長検出器4aと
4bが設けられている。
片側式リニア誘導電動機(SLIM )では固定側電機
子と回転子の二次鉄心二次導体を含む)との間に第2図
(二示すような推力F!と吸引力F、が働らく。
兼用式案内磁気軸受はすべり周波数ωSを±ω1以内以
内側制御これによって得られる正の吸引力Fyを利用し
ている。
次に第1図(A)(二示す従来の制御装置(二ついて説
明する。
tlil制御装置は対称f!i!、置された電機子3a
と3b及び3cと3dのギャップ長検出器4&と4bの
出力x、。
Xbが入力されるギャップ長制御回路B−1、B−2と
、各電機子31〜3d l二それぞれ一次電流11を供
給する周波数変換器C−1〜C−4と、速度制御回路A
で構成されている。
第1図(二おいて、各電機子3a〜ad (nそれぞれ
一次唯流I%eIYyIWを供給する周波数変換器C−
1〜C−4の磁流指令値Iu l Ill”@ I−は
次のような制御C二よってあたえられる。
以下電機子3a l二ついて説明する。
周波数変換器への電流指令Ium I Iva”* I
w−はすべ9周波数ω、と実速度ω、の和であたえられ
る周波数指令値ω、で定まる三相単位正弦波U、VWと
、ギャップ長制御回路B−1が出力する一次鑞流振幅指
令値I、A とを乗算して与えられ、磁流指令値I□+
 L + Iwa In基ずいた三相正弦波電流が、電
力増幅器24a(インバータなど)と照光検出器25B
 、 26a 、 27a及び比較器21a 、 22
a 、 23aで構成される周波数変換器C−1よit
機子3al二供給される。
また電機子3aと対称位置の電機子3bの制御は周波数
変換器C−2を介して3aと同じ制御回路(二よって行
なわれる。
電機子3aと3bの一次電流損幅指令値I、aとIlb
を出力するギャップ長制御回路B−1はギャップ長設定
器6、直列補償回路8、並列補償回路9、反転回路11
、バイアス電流指令器12及び加算器7゜10、13.
14で構成されている。
この場合出力I、aは加算器10の出力値ex lニバ
イアス電流指令器12の指令値B、を加算した値であシ
、Ilbは加算器10の出力値e8から反転回路11を
介して指令値B、を減算した値となっている。
出力eKは回転子2が中心の位置C:ある場合はほぼ零
で、l1ll とIlb はB、l二等しくなる。ギャ
ップ長X−、=’ Xbの場合は1.aと1.b はX
、とXbに比例した値となる。
電機子3cと3d l二ついても同様である。
以上のような従来の制御装置では推力F8の制御はtベ
シ周波数ω、で行い、吸引力鳥の制御は一次電流11の
大きさで行っている。
従って推力F、と吸引力F、のどちらかの一方を制御し
ようとすると、推力F、と吸引力F、は両方とも変化す
る。
その変化は速度制御回路及びギャップ長制御回路から見
ると外乱源とな9、制御系を不安定にする。
例えば第2図C二示す推力F、と吸引力F、の特性シニ
おいて、すべり周波数ω、をω、1からω、iへ制御す
ると、推力F8はFIElからFx!へ変化して増加す
るのC二対して、吸引力F、はF□からFlへ変化して
減少する。
一次電流工、の制御では破線で示すようC二推力F。
と吸引力F、が両方とも変化する。
〔発明の目的〕
本発明は、分割して配置された電機子のそれぞれの一次
電流11の励(a電流成分I。と二次″磁流成分1、と
を別々(二制御することによってそれぞれの推力F、と
吸引力馬とを独立して制御し、これによって全体として
の吸引力のバランスと推力の強さを安定(二制御できる
合理的な兼用式案内磁気軸受の制御装置を提供すること
を目的としている。
〔発明の概要〕
本発明は、回転子とこの回転子の周囲4二所定のギャッ
プ長を介して配置されそれぞれの周波数変換器から一次
電流が供給される4分割の固定電機子とで構成された兼
用式案内磁気軸受の制御装置(二おいて、回転子の同転
速度の偏差1:応じて二次電流成分指令値を出力する速
度制御回路と、対称幅−配置された一対の固定電機子の
ギャップ長の不平衡C御名じてそれぞれの励磁電流成分
指令値を出力する2組のギャップ長制御回路と、上記二
次電流成分および対応する励磁電流成分を互(二直交す
るベクトルとして算出した各電機子の一次電流振幅、相
対位相角およびすベシ位相角の指令値および実測(二よ
る回転子の回転位相角から各電機子の周波数変換器(二
対するそれぞれの三相電流基準を発生する4組の磁流基
準発生回路を備え、この電流基準C二基すいて各周波数
変換器の出力電流を制御し、これ(二よって兼用式案内
磁気軸受推力と吸引力とを独立して制御できるようにシ
たものである。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例を第5図i二示す。
以下先ず本発明の動作原理C二ついて説明する。
誘導電動機の電機子と回転子の間(二発生する推″′力
F、と吸引方塊は一般に下記(1)、(2)式で表わさ
れる。
F、−に、・Φo ・It −kx’ Io ・I2 
”” (1)F、 = k、−Φo” = ky’・I
o” ・曲、 (2)ここi: IOは励磁電流成分、
I2は二次電流成分、Φ。は主磁束であυ、kx r 
kx’ * ky + ky’ は比例定数である。
fl)、(21式より推力F、及び吸引力F、を独立C
′″−制御するため(=は、推力F、は二次電流成分I
2 と位相角θ(θ= tank” I5/I。)を制
御し、吸引力F、は励磁電流成分工。を制御すればよい
ことがわかる。
第3図は対称配置された片側式リニア誘導電動機(LS
IM) の電流ベクトルと、そのとき発生する推力F8
と吸引力F、のベクトルを示す。
第3図(A)(二おいて電流ベクトルは二次電流成分I
21 = Lb及び励磁電流成分工。、=I。bでちゃ
、各位相角は実回転位相角θ、、すべQ位相角θ8.相
対位相角θ、−次電流瞬時位相角θ1である。
この場合各位相角とその大きさは次式で表わされる。
θ、=fω、dt ・・・・・・ (4)ωa ”” 
K−(ω、−ω、) ・・・・・・ (5)01″θm
十〇$十〇 、、0.1.(6)11・=4 l011
”+ I21” ・・・・・・ (7)Isb−4Ig
b2+l2b2 ・川−(8)IO= IOa + I
Ob −1T+1噛 (9)11−i、、 +Izb 
・・・・・・C1(I11=JI♂十IX ・・・・・
・αη第3図CB)は第3図(A) l二おける電流ベ
クトルを推力F8と吸引力F、のベクトルで示したもの
である。
LS IMの推力Fxは推力F8.またはFxbと方向
は同じで、大きさは2倍となるが、吸引力F、は互(ユ
逆方向ζ二働らく。
次に第4図のベクトル図を用いて本発明の制御動作を説
明する。説明は便宜上対称配置された1組のLSIMに
ついて行う。
(1) 推力F。を一定として吸引力F、を可変制御し
たい場合。
第4図(A)において定常状態の励磁電流成分IOa 
* IObからIOIがIOm’へ変化すると、Iob
はIob’ l二変化させる。この場合変化値は1−△
1obl=1Δ1o11 とする。
二次電流成分IzaとI2bを一定に保つため域−は位
相角θ、の一次醒流I□′ (一点鎖線で示すベクトル
)及び位相角θbt”もつ−次鑞流Lb’ (破線で示
すベクトル)を流す必要があり、その和である一次11
EI、は定常状態のベクトル(実線で示すベクトル)を
保っている。
第4図(B)は第4図(A)の動作を力のベクトル図と
して表わしたもので、変化後の推力Flは元のFに等し
く吸引力F、のみ変化することを示している。
(2)吸引力F、を一定として推力F、 全可変制御し
たい場合。
第4図(C) t:おいて定常状態の二次電流成分■□
* IlbがIts’ * I!b’へ変化すると、全
体の二次電流成分工、はI、’ Eなる。この場合Xt
aとItbは同一信号で制御されるものとし、その変化
値を2・Δi、とする。
一次電流は位相角θのIIs * Ilk+から位相角
θ′のI1g’とIlb’に変化し、全体の一次電流工
1は工γとなる。
第4図(D)は第4図(C)の動作を力のベクトル図で
示したもので、吸引力F□とF、bは一定であり、推力
F、のみが可変制御されていることがわかる。
上記第4図の説明で述べたよう(二、二次電流成分I、
と励磁電流成分工。の変化1:応じて位相角θを制御す
れば、工2とI。を独立に制御できる。
第5図は上記説明で述べた制御を可能とする制御装置の
一冥施例全示すもので、第1図と同一番号、同一記号の
ものは第1図と同じである。また制御回路は2−組の同
一回路から構成されているので説明は電機子3aと3b
のみについて行う。
速度設定値ω、と実速度値ω、との偏差△ωを増幅器1
7で増幅して得られる二次電流成分指令値ニーと、ギャ
ップ長制御回路B−1の出力として得られる励磁電流成
分指令値■。8′とI。−は演算回路30a 、 31
a、 、 32aと30b 、 31b 、 32b 
i二人力される。
演算回路31111a 、 30bは(力、(8)式に
基すいて一次電流振幅指令値”” + Ilb”を演算
する回路、演算回路31a 、 31bは(3)式に基
すいて位相角θ8.θbを演算する回路、演算回路32
a 、 32bは(5)式に基すいてすベシ周波数ω、
を算出する回路であシ、上i己すベシ周波数ω、は積分
器18a 、 18b (二人力されてすベシ位相角θ
、1.θmbi二変換される。
回転検出器5で検出された回転子の位相角θ□と、上記
の演算によってめられた位相角θ8.θb薦θ1m +
θ、bは加算器19a 、 2fJa 、 19b 、
 20b (二よって加算され、(6)式(二基すいて
、−次電流振幅指令値I+1”w Ilb” の瞬時回
転位相角指令値θ、:、θl:がめられ、上HQ 11
a w Lbと集口正弦波発生器21a。
21bへ入力される。
正弦波発生器21a 、 21bは電力変換器26aお
よび26bの一次電流指令値In + Iya 、 工
waおよびIab tLb + Ivb を出力する。
この出力は瞬時回転位相角指令値θ、8.θ1b に比
例する周波数で、−次電流振幅指令値■□+ Ilb 
に比例する振幅値をもっ三相の正弦波である。
一次電流指令値InU + Iya l IN−とIu
b” l I:+IWL+は電力変換器26a 、 2
6bの指令値として与えられ、二次電流成分指令値I2
a * I2b と励電流成分指令値■。alI。bを
満足させるような一次電流IuaLm + IvaとI
ub + Ivb l Iwl+を電機子3aと3b 
i二供給する。
上記のような制御装置で各電機子3a 、 3b 、 
3c。
3dに流れる一次電流の二次電流成分I、と励磁電流成
分1.を制御することによって兼用式案内磁気軸受C;
必要な推力Fxと吸引力F、を独立(二制御することが
できる。
上記はすベシ位相角θ、を単なるすべ)周波数ωdJ求
めた場合C二ついて説明したが、下記α4式(:示すよ
う(二次電流成分I。を考慮した制御構成を用いてもよ
い。
工2 ω、−に、−川・・・ 04 O 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明(二よれば各電機子に供給さ
れる一次電流の二次電流成分と励磁電流成分を個々(二
制御すること(二よって案内磁気軸受の回転(−必要な
吸引力と推力を独立に制御できる兼用式案内磁気軸受の
制御装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は兼用式案内磁気軸受の従来の制御装置の一例を
示す系統図、第2図は兼用式案内磁気軸受の堆力と吸引
力の一般的な特性図、第3図は同じく電流および力の一
般的なベクトル図、第4図は本発明の制御動作を説明す
るための電流および力のベクトル図、第5図は本発明の
一実施例を示す系統図である。 1 回転軸 2 回転子 ’3a〜3d 電機子 4a、4b ギャップ長検出器 5 回転検出器 6 ギャップ長設定器 12 バイアス指令設定器 15 速度設定器 18 積分器 19 三相単位正弦波発生器 側 乗算器 拠 ′シカ変換器 28 F/V変換器 (9) ■、演算回路 31 θ演算回路 32 除算器 21 a”jl d 正弦波発生器 A 速度制御回路 B−1,B−2ギャップ長制御回路 C−1に一4周波数変換器 D−1〜D−4演算回路 (8733)代理人 弁理士 猪 股 祥 晃(ほか1
名)第2区 @3図 ’fj (fi) (β) 図 堕 //?2 t(j、) (D)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 回転子とこの回転子の周囲に所定のギャップ長を介して
    配置されぞれぞれの周波数変換器から一次電流が供給、
    される4分割の固定電機子とで構成された兼用式案内磁
    気軸受の制御装置において、回転子の回転速度の偏差1
    ′一応じて二次電流成分指令値を出力する速度制御回路
    と、対称配置された一対の固定電機子のギャップ長の不
    平衡(二応じてそれぞれの励磁電流成分指令値を出力す
    る2組のギャップ長制御回路と、上記二次電流成分およ
    び対応する励磁電流成分を互(′″−−直交ベクトルと
    して算出した各電機子の一次電流振幅、相対位相角およ
    びすべり位相角の指令値および実測1:よる回転子の回
    転位相角から各電機子の周波数変換器に対するそれぞれ
    の三相磁流基準を発生する4組の磁流基準発生回路を備
    え、上記電流基準(二基すいて各周波数変換器の出力電
    流を制御することを特徴とする兼用式案内磁気軸受の制
    御装置。
JP58176482A 1983-09-26 1983-09-26 兼用式案内磁気軸受の制御装置 Expired - Lifetime JPH0695818B2 (ja)

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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115264976A (zh) * 2022-07-13 2022-11-01 珠海格力电器股份有限公司 一种磁悬浮离心机及其控制方法、装置和存储介质

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CN115264976B (zh) * 2022-07-13 2023-09-29 珠海格力电器股份有限公司 一种磁悬浮离心机及其控制方法、装置和存储介质

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