JPS6091020A

JPS6091020A - 磁気軸受の制御装置

Info

Publication number: JPS6091020A
Application number: JP18254583A
Authority: JP
Inventors: Koichi Okada; 浩一岡田; Manabu Okada; 学岡田; Shoji Nanami; 名波　昌治
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1985-05-22
Also published as: JPS6311536B2

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】（イ）　産業上の利用分野この発明は、工作機械主軸等に使用する磁気軸受の制御
装置に関するものである。

（（ロ）　従来技術従来の制御装置式磁気軸受装置の一例を第１〜３図に基
づいて説明すると、磁気軸受装置１の回転軸２＃−を半
径方向の位置が位置センナ３により検出される。位置セ
ンナ３け回転軸２の設定位置からのずれ量を検出してお
り、ずれ量は積分回路、位相補償回路等を有する制御回
路４により位相補償された変位信号となる。この変位信
号が電力増幅器５を経て電磁石６に入力され、回転軸２
を設定位置になるように制御している。

上記電磁石６は、第２図に示すように、回転軸２Ｉこ対
して対称な位置に配置されている。両型磁石６は、通常
恭通の制御回路によって制御されると共に、一定のバイ
アス磁束を与えるバイアスコイル７と、位置センナ３か
らの検出信号に対応して磁束を制御するコントロールコ
イル８．８とからなる励磁コイルを有している。このコ
ントロールコイル８．８は、第３図に示すように、電力
増幅器５に電流をフィードバックしており、電力増幅器
５の入力電圧とコントロールコイル８．目のコイル電流
とは比例関係にある。

通常、コイルに流れる電流と電磁石の吸引力Ｆ１との関
係は、Ｆにに１・ｒ　（Ｋｌは定数）と表わされるが、バイアスコイル７に予めバイアス電流
ｉｎ　を流し、回転軸２に対して対称位置にある両方の
電磁石６が回転軸２を互いに吸引し合う状態にしておけ
ば、回転軸２に作用するカ（両方の電磁石の吸引力を合
成したカ）　Ｆ２は、−次近似して、Ｆ２＝に２・１ｎ−ｉｃ　（Ｋ２ｉ定数）と表わされる
。従って、バイアス電流ｉＢを一定とするととｌこより
、力Ｆ２［コントロールコイル８Ｉこ流へるコントロー
ル電流ｉｃ吉比例関係が成立するから、力Ｆ２とコン１
−ロール電流ｉｃとを線形化して回転軸２の位置制御を
行なっている。

以上のような磁気軸受の制御において、電磁石の吸引力
（電磁力）はバイアス電流ｉＢ１こよって与えられるバ
イアス磁束からコン１−ｏ−ルミ流ｉｃによって生じる
コントロール磁束を演算した磁束によって制御さ八、コ
ントロール磁束がバイアス磁束よりも大きくなっても、
電磁力が増加せず、これａ上の負荷に耐えることができ
ない。従って、最大容量を大きくするにはバイアス磁束
を大きくする必要があるが、バイアス磁束を増加すると
、回転軸のヒスｆリシス損及び渦電流損が増加し、小荷
重負荷時においても鉄損が大きくなり、駆動モータの容
量の増大、回転体の発熱の増大を誘発する。また、バイ
アス電流ｉｎの増加は固定子の湯度上昇となり、スピン
ドル（主軸）の用途ｌこよっては大きな欠点となる場合
もある。

ｔた。！磁石１こコントロールコイルとバイアスコイル
の２個のコイルを設けることは、電磁石の構造において
制約されるという問題がある。

Ｉ／→　発明が解決しようとする問題点この発明は、以
上の事情に鑑みなされたもので、電磁石の構成を簡単と
すると共に、励磁コイルによる悪影響をできるだけ小さ
くすることを目的とするものである。

に）　問題点を解決するための手段トロールコイルのみとした２個の電磁石と、回転軸の半
径方向の位置を検出する位置センナからの出力信号を位
相補償した変位信号に変換する制御回路と、この変位信
号に正、負のバイアス信号を加算する第１．第２加算回
路と、第１加算回路の出力が正であれば通過させる第ｌ
整流回路と、第２加算回路の出力が負であれば通過させ
る第２整流回路と、第ｌ整流ＩＥ！Ｊ絡の出力により一
方の電磁−ルコイルを励磁ｊる第２電力増幅器とからな
ることを特徴とするものである。

（ホ）実施例第４図に示すように、回転軸２に対して対称位置に設け
られる２個の電磁石９ａ、９ｂは励磁コイルがコントロ
ールコイル１ｏのみであり、位置センナ３は回転軸２の
半径方向且つ電磁石９ａ。

９ｂを結び線と平行方向の位置を検出する。この位置セ
ンナ３からの検出信号は、位相補償回路等を有する制御
回路４によって位相補償された変位信号ＶＣに変換され
る。

変位信号Ｖｃけ、第１と第２加算回路１１ａと１１ｂ１
こよって正と負のバイアス信号△’Ｊｃが加算され、加
算信号ＶＣ十△Ｖｃを入力とする第１整流回路１２ａけ
加算信号ＶＣ十△Ｖｃが正であれば通過させ、加算信号
Ｖｃ−△Ｖ（を入力とする第２整流回路１２ｂは加算信
号Ｖｃ−△Ｖｃが負であれば通過させる。従って、電磁
石９ａのコントロールコイル１０には第１電力増幅器１
３ａを介して加算信号Ｖｃ＋へｖＣＩこ対応するコント
ロール電流ｉＣ＋へｌＣ力、電磁石９ｂのコントロール
コイル１０１こは第２電力増幅器１３ｂを介して加算信
号Ｖｃ−△Ｖｃに対応するコントロール電流ｉｃ−△ｉ
Ｃが流れる。ただし、電流ｉ（Ｈ＋△ｉｃけ角であれば
零となり、電流ｉｃ−△ｉｃは正となれば零となり、電
流△ｉｃかバイアス電流の働きをする。

以上のように構成されるこの発明装置において、電磁石
９ａに生じる電磁力Ｆａは、第１加算回路１１ａの加算
出力ＶＣ十△Ｖｃが負のときは第１整流回路１２ａの出
力は零となることより、ｉＣ≦−△ｉｃであれば、Ｆａ＝１１ｉＣ≧−△ｉｃであれば、Ｆａ＝Ｋ（ｉ（Ｈ＋△＋ｃ）　（Ｋは定数）となり、第
５図の一点鎖線で示される。二方、電磁石９ｂに生ずる
電磁力Ｆｂけ、ｉＣ６”であれば、Ｆ　ｂ　＝　−Ｋ　
（ｉ　ｃ−△＋Ｃ）ｉＣ≧△ｉＣであれば、Ｆ　１）＝Ｑとなり、第５図の二点銅線で示される。従って、電磁石
９ａ、９ｂの合力Ｆ（＝Ｆａ−１−Ｆｂ　）　、即ち、
回転軸２Ｉこ作用する力は、ｉｃ≦−△ｉＣであれば、ＦニーＫ（ｉＣ−△＋ｃ）一△ｉｃ≦ｉＣ畠ｉｃであれば、Ｆ＝Ｋ（ｉｃ＋へ＋ｃ）　−Ｋ（ｉｅ−△ｔｃ）＝４に
−ｉｃ・△１Ｃｉｃ払ｉ（Ｈであれば。

Ｆ＝Ｋ（ｉｃ＋△＋ｃ）となり、第４図の実線で示される。その結果、回転軸２
は上２、のような力Ｆｌこよって制御され、−△ｉＣ≦
ｉｃ≦△ｉｃ以外でも制御可能となる。

（へ）効果この発明は、以上のとおり、電磁石の励磁コイルをコン
トロールコイルのみとし、且つ変位信号にバイアス信号
を加減算し、それら信号に基づいて２個の電磁石を制御
するようｌこしたから、変位信号に基づく電流ｉｃと、
バイアス信号に基づく電流△ｉｃとの関係が−へｉｃ≦
’ｃ息’Ｃの範囲以外であっても回転軸に作用する力Ｆ
は一定とならず１こ増加し、制御不能とならないことよ
り、バイアス電流に相当する電流△ｉ（Ｈを小さくでき
ると共に、最大負荷容量は十分に大きくすることができ
る。上記電流へｉＣを従来のバイアス電流に比し十分小
さくできるから、回転軸の鉄損が小さくなり、工作機械
用磁気軸受のスピンドル、真空ポンプ用磁気軸受のスピ
ンドル等で重大問題となっている鉄押による発熱の点は
解決される。

また、励磁コイルはコントロールコイルのみからなり、
従来のようなバイアスコイルが不要となるため、固定子
の巻線用スペースに余裕が生じ、コントロールコイルの
巻数を増加できること、コア断面積を増加できることな
どで、優れた電磁石となるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気軸受装置を説明するブロック図、第
２図は第１図の回転軸及び電磁石を示す略図、第３図は
第１図の電力増幅器の要部を示す回路図、第４図はこの
発明の一例を示すグロック図、第５図は第４図を説明す
るためのグラフである。２・・・回転軸、３・・・位置センナ、４・・・制御回
路、９ａ、９ｂ・・・電磁石、１０・・コントロールコ
イル。１１ａ＋１１１）・・・加算回路、１２ａ、１２ｂ・４
流回路、ｉａａ、１３ｂ・・・電力増幅器。第４図１１ｂ　１２ｂ　１３ｂ第５図電

Claims

【特許請求の範囲】

回転軸に対して対称位置に設けられ、励磁コイルをコン
トロールコイルのみとした２個の電磁石と、回転軸の半
径方向の位置を検出する位置センサからの出力信号を位
相補償した変位信号に変換する制御回路と、この変位信
号に正、負のバイアス信号を加算する第１．第２加算回
路と、第１加算回路の出力が正であれば、通過させる第
１整流回路と、第２加算回路の出力が負であれば通過さ
せる第２整流回路と、第１整流回路の出力により一方の
電磁石のコントロールコイルを励磁する第１電力増幅器
と、第２整流回路の出力により他力の電磁石のコントロ
ールコイルを励磁する第２電力増＃ｈ器とからなる磁気
軸受の制御装置。