JPS61201921A

JPS61201921A - 磁気軸受制御装置

Info

Publication number: JPS61201921A
Application number: JP4260785A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Noda; 野田　耕介; Nobuo Tsumaki; 妻木　伸夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-03-06
Filing date: 1985-03-06
Publication date: 1986-09-06

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】法用の利用分野〕本発明は、磁気軸受制御装置に係り、特に高温るいは低
温にさらされる高速回転機械の回転軸支承に好適な制御
形磁気軸受の磁気軸受制御装）こ関するものである。

法用の背景〕音速回転機械等の回転軸の支承に用いられる制杉磁気軸
受の制御方式としては、従来、特開昭−４３８４１号公
報、特開昭５０−８９７４０号公報記載支術が開示され
ている。

を者は、複数個の磁気軸受を選択制御するもの、絆は、
回転軸の位置偏差信号から高周波成分を帷抽出し、この
高周波成分は振巾制限器を通し乃ち制御増巾器に入力す
るものである。これら、いずれもある一定温度のもとで
回転軸の位置上をすることが考慮されているもので、温
度が［ヒする場合の回転軸の位置設定については考慮れ
ていなかった。

回転軸および固定部には熱膨張あるいは熱収縮が生じる
。また、位置検出器は一般に温度特性を有する。これら
の影響のために、回転軸位置は温度変化にともない、当
初の設定位置から変位することになる。また、位置検出
器は温度により感度も変化するので、結果として軸受特
性が温度により変化する。

そこで、従来の一般的な制御形磁気軸受の構成とその問
題点について第４図ないし第６図を参照して説明する。

ここに第４図は、従来の制御形磁気軸受の制御装置のブ
ロック図、第５図は、温度変化が与えられた場合の位置
検出器出力の変化を示す線図、第６図は、温度変化が与
えられた場合の軸受ギャップの変化を示す説明図である
。

第４図において、１は高速回転機械の回転軸で、磁気軸
受の回転子を固着している。２はラジアル磁気軸受で、
固定子と回転子からなる。固定子は、回転軸１の軸線に
ほぼ直交するＸ軸、Ｙ軸上に設けられ１回転子は、回転
軸１が讃定位置にあるときは、各固定子とほぼ等距離に
なるように配置されている。３は固定子励磁コイルであ
る。

４は、回転軸１の設定位置を検出する位置検出器、６は
、位置検出器４から構成される各位置信号と位置設定信
号５の信号とを比較した偏差信号を入力して演算処理す
る制御回路、７は、その制御回路６の出力に応じて磁気
軸受の固定子励磁コイル３に加える電力を制御する電力
増幅回路であり、これら位置検出器４．制御回路６．電
力増幅回路７等でラジアル磁気軸受２の制御装置を構成
している。

前記位置検出器４は、Ｘ軸とＹ軸上に各１個配置されて
おり、回転軸１の位置に対応する位置信号を発生する。

すなわち、位置検出器４の検出部先端とそれに対向する
回転軸１の面とのギャップＧに対して、一般的に位置検
出器４の出力りは温度ｔ０の場合、第５図にＥ　（ｔｏ
　”）で示す実線のようになる。この場合、ギャップＧ
を第６図に示すように００に設定しようとすると、第５
図に示されるようにギャップＧ０に対応して位置検出器
はｖｌｌなる出力りを示す。そこで、位置設定信号５を
Ｖ、に対応し偏差が零になるように設定すれば、回転軸
１とのギャップＧはＧｏに設定されることになる。

ここで従来の制御磁気軸受で、ギャップＧを００に設定
したときの温度ｔ、から、使用状態で温度がｔｌに変化
した場合を考える。

まず、温度変化にともない回転軸１および固定部に熱膨
張もしくは熱収縮、すなわち熱変形が生じる。ラジアル
磁気軸受２部では１回転軸１、固定部の熱変形が相対的
に軸受全ギャップの変化となる。つまり、第６図で示す
ように、回転軸１を温度ｔ、で軸受中１５になるよう設
定したとき、位置検出器４とのギャップＧがＧ、であれ
ば、軸受全ギャップは２Ｇ、であり、温度がｔ□に変化
すれば熱変形のために軸受全ギャップが２Ｇ、より変化
する。

また、位置検出器４は温度特性をもっているので、温度
がｔｏからｔｌへ変化すると、一般的に第５図Ｅ（ｔよ
）で示す破線のように、Ｄｌで示すドリフト（出力変化
）と感度つまり傾きの変化を生じる。

これらの結果として次のようになる。

位置設定信号５は、位置検出器４の出力ｖ０　に対応し
て設定しであるので、温度がｔｌとなり位置検出器４の
出力特性がＥ（ｔｌ）のようになると、ギャップはＧｏ
からＧ１へと変化する。

また、熱変形の影響も含めて回転軸１の軸心が設定位ｉ
！　ｃ　ｏ　から０１へと絶対位置が変化する。

さらに、位置検出器の感度が変化するので、軸受特性も
変化することになるという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決するた
めになされたもので、高速回転機械に温度変化が与えら
れても、あるいは温度変化が生じても、温度変化による
回転軸の絶対位置の制御を安定化し、軸受特性も一定に
することの可能な磁気軸受制御装置の提供を、その目的
としている。

〔発明の概要〕

本発明に係る磁気軸受制御装置の構成は、磁気回転子を
固着した回転軸の設定位置を検出　　　一定の軸受特性
を装置検出器と、この位置検出器から出力され　　　〔
発明の実施例〕信号と位置設定信号とを比較し、その偏
差　　　　以下、本発明の一人力して演算処理する制御
回路と、この制　　　を参照して説明するの出力に応じ
て磁気軸受の固定子励磁コイ　　　　ここに第１図は、
える電力を制御する電力増幅回路とを備え　　　形磁気
軸受の制御装輔受制御装置において、上記位置検出器を
　　　第１図の装置で温度に対して対向配置し、この対
向して配置し　　　ギャップ変化の説明吹出器から構成
される各位置信号を入力し　　　出塁の出力変化の鰭的
に増幅する差動増幅器と、前記位置検出　　　４図と同
一符号のも置部の温度を測定する温度測定器と、この　
　　あるから、その説明定器が測定した温度に応じて、
前記差動増　　　　第１図において。

出力信号の大きさを調整するゲイン調整器　　　し対向
位置に配置しえ、ゲイン調整器の出力信号を上記位置数
　　　前記位置検出器４１と比較するようにしたもので
ある。　　　　　　するための温度検沈寸記すると１本
発明は、位置検出器を対向　　　ある。

、その出力を差動的に増幅することにより　　　　１０
は、対向した（こ示したような１位置検出器のドリフト
を　　　４２から出力される、かつ熱変形を吸収し、軸
受近傍の温度を　　　に増幅する差動増幅、それにより
制御装置のゲインを調整して　　　１０の出力信号の大
るようにしたものである。

実施例を第１図ないし第３図本発明の一実施例に係る制御置のブロック図、第２図は、変化が与えられた場合の軸受図、第３図は、同じく位置検明図であり、図において、第のは、従来技術の同等部分でを省略する。

４１．４２は、回転軸１に対た位置検出器である。８は１．４２り設置部の温度を測定部を示し、９は温度測定器で配置した位置検出器４１゜各位置信号を入力して差動的器、１１は、前記差動増幅器きさを調整するゲイン調整器？ある。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　Ｖａ、＝＝Ｖ、がここで、第２図に示すように位置
検出器４１．　　　をｖｏ　に対応１２を回転軸１に対
して対向位置に配置し、温度　　　ば、それぞれし。で
位置検出器４１と回転軸１とのギャップＧ　　　　次に
、温度？　ａａｘ　を位置検出器４２と回転軸１とのギ
ャップ　　　える。

ゴをＧａ２に設定したとする。工作精度や組立精度　　
　　位置検出器ワ面から、一般に００１≠００．である
、このときの　　　は、それぞれｌ買出出塁の出力り特
性を第３図を参照して説明　　　Ｅ＋ｘ（ｔｌ）ｒる・
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　接続し
た結果位置検出器４１の温度ｔ０での出力特性はＥ＊１
　　　（ｔ□）で示（ｔｏ　）のようになる０位置検出
器４２の出力時　　　　このＥ４、（ｔは同様に−Ｅａ
ａ（ｊｏ）のようになる、第３図　　　の特性Ｅ４１（
！は、位置検出器の出力を差動的に接続すること　　　
と、傾きすなＣ意識して、位置検出器４２の出力特性を
反転し　　　温度ｔ１を、：図示している。　　　　　
　　　　　　　　　　　　　で測定し、Ｅ出力を差動的
に接続した結果の特性は、一点鎖　　　一致するよう麹
で示すＥ４ｔ　（ｆ−ａ　）　　Ｅ＊＊　（ｔａ　）と
なる１位　　　（ｔｚ　）　−Ｅｔ検出器４１のギャッ
プ０．１での出力はＶａｔであ　　　（１）でＩ１位置
検出器４２のギャップＧ。２での出力は　　　　　Ｋ（
ｔ）（得られる。そこで１位置設定信号５して偏差が零になるように設定すれのギャップＧ０１．　Ｇ、、が設定できる。

がｔ、からｔｌへ変化した場合を考４１．４２の温度ｔ工での出力特性第３図に破線で示すＥ４１（ｔＬ）− であられされる、それらを差動的には、二点鎖線のＥ＊１（ｔユ）−Ｅ＊＊される。

ｔｌ）　　Ｅ４４　（１−ｔ　）と温度ｔ６でｔｏ　）
　’　Ｅ４１　（ｔｌ＋　）とを比較するわち感度が異
なっている。そこで、温度検出器８を有する温度測定器９、ｔ　（ｔａ　）　　Ｅ＊＊　（ｔａ　）の感度とに、
ゲイン調整器１１により、Ｅ４１．２（ｔｌ）の感度を温度ｔの関数ＫＥ４１（ｔ、）−Ｅ。（ｔｌ））となるように調整する。

次に、第２図で示すように温度ｔ０で設定した軸心Ｃ０
と軸心が一致するように湿度Ｌ□での熱変形が生じたと
する。

位置検出器４１と破線で示す回転軸とのギャップが０８
０９位置検位置検出器出力軸とのギャップが０１２とな
り、出力はそれぞれＶ□、−ｖ１□となる。

その結果は、Ｋ　（ｔｚ　）　　（ＶｚｌＶｚｉ）　＝
Ｖｏ　トなり、温度ｔ。で設定した位置設定信号５との
間に偏差は生じない。

仮に、温度ｔ１で熱変形のためにギャップが、それぞれ
ａ　ｌ　ｔ　＋　Ｊ　Ｇ　−Ｇ　Ｌｓ−Ａａとなったと
すると、位置検出器４１．４２の出力はそれぞれＶ□。

＋ＡＶ、−Ｖ１２＋ＡＶとなり、結果トシテ。

Ｋ　（ｔｘ　）　　（Ｖｚｔ　　Ｖｔ１２ΔＶ）＞Ｖ、
となる。

つまり１位置設定信号との間に偏差が生じ、制御回路の
動作により結局軸心はＣＩ、に一致する。

すなわち、温度が変化しても回転軸１の絶対位置の変化
は生じない。

本実施例によれば、温度変化があっても軸受特性９回転
軸の絶対位置を一定に保つことができるので、高速回転
機械を広い温度範囲で安定に回転させるのに効果がある
。

また、位置検出器のドリフトの影響が排除できるので、
温度補償のされていない廉価な位置検出器を採用するこ
とができる。

さらに、熱変形の影響も吸収することができるので１回
転軸、固定部に使用する材質を独立に選定することがで
きる。

なお、前述の実施例では、ラジアル磁気軸受の制御装置
について説明したが、本発明はラジアル磁気軸受のみに
限らず、スラスト磁気軸受にも適用できることはいうま
でもない。

また、温度測定器は、熱電温度計、サーミスタ温度計な
どの接触形温度計でも、赤外線放射温度計などの非接触
形温度計でも構わない。

さらに温度変化により、固定子励磁コイル３の抵抗が変
化するので、ゲイン調整器１１で補正することもできる
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、高速回転機械に温
度変化が与えられても、あるいは温度変化が生じても、
温度変化による回転軸の絶対位置の制御を安定化し、軸
受特性も一定にすることの可能な磁気軸受制御装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る制御形磁気軸受の制
御装置のブロック図、第２図は、第１図の装置で温度変
化が与えられた場合の軸受ギャップ変化の説明図、第３
図は、同じく位置検出器の出力変化の説明図、第４図は
、従来の制御形磁気軸受の制御装置のブロック図、第５
図は、温度変化が与えられた場合の位置検出器出力の変
化を示す線図、第６図は、温度変化が与えられた場合の
軸受ギャップの変化を示す説明図である。１・・・回転軸、２・・・ラジアル磁気軸受、３・・・
回転子励磁コイル、５・・・位置設定信号、６・・・制
御回路、７・・・電力増幅回路、９・・・温度測定器、
１０・・・差動増幅器、１１・・・ゲイン調整器、４１
．４２・・・位置検出器。Ｚ　Ｚ　図 ■　３　図第　４　図万　５　図

Claims

【特許請求の範囲】

１、磁気軸受の回転子を固着した回転軸の設定位置を検
出する位置検出器と、この位置検出器から出力される位
置信号と位置設定信号とを比較し、その偏差信号を入力
して演算処理する制御回路と、この制御回路の出力に応
じて磁気軸受の固定子励磁コイルに加える電力を制御す
る電力増幅回路とを備えた磁気軸受制御装置において、
上記位置検出器を回転軸に対して対向配置し、この対向
して配置した位置検出器から出力される各位置信号を入
力して差動的に増幅する差動増幅器と、前記位置検出器
の設置部の温度を測定する温度測定器と、この温度測定
器が測定した温度に応じて、前記差動増幅器の出力信号
の大きさを調整するゲイン調整器とを備え、ゲイン調整
器の出力信号を上記位置設定信号と比較するように構成
したことを特徴とする磁気軸受制御装置。