JPS6246016A - 制御式ラジアル磁気軸受の制御装置 - Google Patents

制御式ラジアル磁気軸受の制御装置

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Publication number
JPS6246016A
JPS6246016A JP18446685A JP18446685A JPS6246016A JP S6246016 A JPS6246016 A JP S6246016A JP 18446685 A JP18446685 A JP 18446685A JP 18446685 A JP18446685 A JP 18446685A JP S6246016 A JPS6246016 A JP S6246016A
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JP
Japan
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axis direction
control circuit
signal
position sensor
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP18446685A
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English (en)
Inventor
Tsuguto Nakaseki
嗣人 中関
Saburo Ooshima
三郎 大嶋
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Publication date
Application filed by NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Publication of JPS6246016A publication Critical patent/JPS6246016A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、回転軸の半径方向の位置を位置センサによ
り検出し、その信号をフィードバック信号として制御回
路に入力して電磁石の電磁力を制御し、軸の半径方向位
置を定位置に保持する制御式ラジアル磁気軸受の制御装
置に関する。
〔従来の技術〕
磁気吸引力又は反発力を利用して非接触式に回転軸を支
える上記形式の制御回路を有する制御式ラジアル磁気軸
受は既に公知であり、一般に工作機械、ターボファン等
の高速回転を必要とする主軸に採用されている。
か\る磁気軸受装置の制御回路は、一般に回転軸に垂直
な同一平面内で回転中心に対して互いに直交する2つの
軸方向の各々の制御方向に対して独立に、回転軸の半径
方向の位置を検出する位置センサと、その検出信号の回
転軸基糸位置信号からの偏差信号を増幅してその出力信
号の位相を補償するPID 調節器と、このPID 調
節器の出力信号により電磁石への電流を制御する電力増
幅器とを設けて成る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このような従来の磁気軸受装置に於いて、回転体に残存
するアンバランスに依り、1回転に1回の振れまわりを
防止する為には、その回転数番こ於ける支持剛性を」二
げなりればならない。この手段として、制御系のゲイン
を上げる事が考えられるが、電磁石電流を効率良(利用
していない為、電磁石コイル印加用電源装置或いはパワ
ーアンプが大がかりとなる。
この発明は、」1記現状に鑑みてなされたもので、回転
精度の良い磁気軸受スピンドルの制御装置を提供するこ
とにある。
〔問題点を解決するための手段〕
」二記問題点を解決するための手段として、この発明で
は回転#4hζこ垂直な同一面内で回転中心に対して互
いに直交するX軸方向及びY軸方向における同軸方向の
電磁石に対してそれぞれ制御回路を設け、各制御回路が
位置センサと、その出力信号の設定位置信号からの偏差
信号を増幅し、位相補償してこれをもう一方の制御回路
からの入力信号と加算した後その合出力を増幅する回路
と、前記位置センサの偏差増幅信号を回転軸の回転数あ
るいはそれよりも中心周波数がわずかに高く設定された
可変帯域通過フィルタを介して出力する回路とから成り
、さらに前記可変帯域通過フィルタζこ対して回転軸の
回転数を与える回転数検出器とを備え、一方の制御回路
の上記位置センサの検知信号を前記可変帯域通過フィル
タを有する回路を介して各電磁石の同軸方向に対して回
転方向に90゜位相の進んだ位置にあるもう一方の制御
回路に加算し、このもう一方の制御回路の位置センサの
検知信号を前記一方の制御回路に同様に加算するという
構成を採用したのである。
〔作用〕
上記構成の制御装置では、軸の回転数が任意の回転数に
あるときに、回転数検出器により検出されたその回転数
を表わす信号が前記X軸及びY軸方向の制御回路の可変
帯域通過フィルタに送られ、これら両フィルタではその
回転数あるいはそれよりもわずかに高い周波数に中心周
波数が設定される。従って、この中心周波数は回転軸の
回転数の変化につれて変化する。そして一方の制御回路
の位置センサにより検知された信号の偏差増幅信号はそ
の制御回路の軸方向から軸の回転方向に見て90”位相
の進んだもう一方の制御回路の位置センサの偏差増幅信
号がその可変帯域通過フィルタを介して加算され、その
合出力によって電磁石は励磁される。この加算によって
励磁出力は回転軸の振動成分を減殺せしめるように重ね
合され、その結果一方の制御出力にとってはiWJ記回
転回転数いて微分回路が並列に加わったのと類似の効果
、即ちダンピング効果を現わし、振動減衰力が十分確保
され、しかも広範囲の回転数に亘って振動減衰力が得ら
れる。
〔実施例〕
以下この発明の実施例について添付図を参照して説明す
る。
第1図はこの実施例による制御式ラジアル磁気軸受の制
御装置の全体回路図をブロック線図で示す図である。
図において、1は回転軸、2x、2yはX軸方向、Y軸
方向の位置センサ、3x 、3yはX軸方向、Y軸方向
の位置設定部、4,4′は加算器、5は偏差増幅器、6
は位相補償回路、7は電力増幅器、8は電磁石、9はコ
イル、10は可変帯域通過フィルタ、11は反転回路、
12は回転数検出器である。
X軸方向及びY軸方向位置センサ2X 、2Yは、回転
軸1の軸線と直角な平面内で互いに直交するX軸及びY
軸方向で軸1の半径方向への変位を検出するように回転
軸1と電磁石8の間の所定位置にそれぞれ配設されてい
る。以下の説明でX軸方向の制御回路はY軸方向の制御
回路と一部を除きその構成ははゾ同じであるから、主と
してY軸方向の制御回路について説明する。
図示の回路図から明らかなように、Y軸方向の制御回路
は、Y軸方向の電磁石8の励磁力を制御するため前記Y
軸方向の位置センサ2Yと、この位置センサからのフィ
ードバック入力とY方向位置設定部3Yからの信号の減
算をする加算器4と、この加算器による偏差信号を増幅
する偏差増幅器5と、増幅された偏差信号の位相を補償
する位相補償回路と、位相補償された前記信号を、X軸
方向制御回路の可変帯域通過フィルタ10からの入力信
号と加算するもう1つの加算器41と、この加算器4′
の信号によりY軸方向の電磁石8の界磁電流を制御する
電力増幅器7とを備え、さらに偏差増幅器5で増幅され
た信号を所定周波数帯域について通過させてこれをX軸
方向の制御回路に対してその回路中の位相を調整するた
めに送る(周波数)可変帯域通過フィルタ10とを備え
ている。そして上記Y軸方向の制御回路と、これとはソ
′同様な構成を有するX軸方向の制御回路との両方の制
御回路の前記(周波数)可変帯域通過フィルタ10に対
して回転軸の回転数検出器12が接続されている。この
(周波数)可変帯域通過フィルタ10は、その中心周波
数が前記検出器12によって検出された軸の変化する任
意の回転数におけるその回転数、或いはそれよりわずか
に高い周波数に可変式に設定自在に構成する。
X軸方向の制御回路は、Y軸方向の制御回路とはゾ同じ
であるが、Y軸方向の制御回路に対する可変帯域通過フ
ィルタ10の回路にその信号の位相を反転させるための
反転回路11が設けられている点だけが異なっている。
上記のように構成したこの実施例による磁気軸受の制御
装置の作用について以下説明する。
第1図の回転軸1についてその直交するX、Y軸の方向
を図示のようにX −X/ 、 Y−Y/とする。
図において、任意の回転数で軸1を回転させた場合、軸
の振動は軸のふれまわりとして各位置センサ2X、2Y
に現われる。このふれまわりはX軸方向の位置センサ2
Xに対してはYの位置において90位相が進んだ変位と
して検出される。
X軸方向の制御回路に対してはX軸方向の位置センサ2
X出力のX方向位置設定信号からの偏差分が偏差増幅器
5において増幅されるが、同時に90°位相の進んだY
軸方向位置センサ2Yの偏差増幅信号がY軸方向の制御
回路の可変帯域通過フィルタ10を介してX軸方向制御
回路の加算器4′においてX軸方向の出力に加算され、
その合出力が電力増幅器7において電力増幅されてX軸
方向の電磁石8を励磁する。
前述したように、可変帯域通過フィルタ10は軸の任意
の回転数におけるその回転数、或いはそれよりわずかに
高い周波数に可変式に設定されており、その任意の回転
数における位相−ゲイン特性を第2図に示す。
」−述のような中心周波数及び特性を有する可変帯域通
過フィルタ1oを備えた制御回路では、軸の固有振動数
付近の回転数において、Y軸方向の変位出力の偏差成分
はこの可変帯域通過フィルタ10を経ることにより変位
の位相が多少進んだ形で出力される。即ち、Y軸方向位
置センサ2Yで検出されたふれまわりは位相が多少進ん
だ状態で前記フィルタ10から出力される。この変位出
力がY軸方向に対して90°位相の遅れているX軸制御
回路を経た出力に加算され、その合出力が電力増幅され
てX軸方向電磁石8を励磁する。その結果、X軸方向の
制御出力にとっては同上周波数において微分回路が並列
に加わった場合と類似の効果、即ちダンピング効果を表
わすことになる。こうして回転数の変化に対応して可変
帯域通過フィルタ10の中心周波数を回転軸のその度毎
の回転数或はそれよりわずかに高い周波数に合せること
によって、回転軸1の広範囲に亘る回転数に対して有効
にダンピング効果を得ることができる。
Y軸方向の制御回路についてもほり同じ構成、作用をと
るが、Y軸に対してX軸方向位置センサ2Xは90位相
が遅れているため、可変帯域通過フィルタ10を出たX
軸方向位置センサ2Xの出力は反転回路を通し、位相を
180 ずらせておく必要がある。
〔効果〕
以上説明した通り、この発明による制御式ラジアル磁気
軸受の制御装置では、回転軸の変化する任意の回転数に
おいて、その回転数に対応するふれ回り成分のみを通過
させる可変帯域通過フィルタを介してX軸及びY軸方向
の制御回路に互いに90°位相の進んだ位置センサの信
号を重ね合せることによって任意の回転数付近における
制御力の位相を進めて位相余有を得ると共に回転軸の振
れまわりを有効に押えることができ、しかも任意の回転
数は特定の周波数に限定されないから広範囲な周波数に
亘って−4−記抑制効果を有効に得ることができるとい
う極めて顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例である制御式ラジアル磁気軸
受の制御装置の全体回路図をブロック線図で表わした図
、第2図は可変帯域通過フィルタの伝達関数を表わす図
、第3図は上記制御装置の一方の制御回路出力効果を、
類似の効果を持つ一巡伝達関数のボード線図で置き代え
た図である。 1・・・回転軸、2X、2Y・・・位置センサ、3・・
・位置設定部、4,41・・・加算器、5・・・偏差増
幅器、6・・・位相補償回路、7・・・電力増幅器、1
0・・・可変帯域通過フィルタ、11・・・反転回路、
12・・・回転数検出器 同代理人  鎌  1) 文  ニ 箋Yぺ匡 ℃ 制覇糟飼  U♀隨構

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回転軸の半径方向の位置を位置センサにより検出
    し、その信号をフィードバック信号として制御回路に入
    力して電磁石の電磁力を制御し、軸の半径方向位置を定
    位置に保持する制御式ラジアル磁気軸受の制御装置にお
    いて、回転軸に垂直な同一面内で回転中心に対して互い
    に直交するX軸方向及びY軸方向における同軸方向の電
    磁石に対してそれぞれ制御回路を設け、各制御回路が位
    置センサと、その出力信号の設定位置信号からの偏差信
    号を増幅し、位相補償してこれをもう一方の制御回路か
    らの入力信号と加算した後その合出力を増幅する回路と
    、前記位置センサの偏差増幅信号を回転軸の回転数ある
    いはそれよりも中心周波数がわずかに高く設定された可
    変帯域通過フィルタを介して出力する回路とから成り、
    さらに前記可変帯域通過フィルタに対して回転軸の回転
    数を与える回転数検出器とを備え、一方の制御回路の上
    記位置センサの検知信号を前記可変帯域通過フィルタを
    有する回路を介して各電磁石の同軸方向に対して回転方
    向に90°位相の進んだ位置にあるもう一方の制御回路
    に加算し、このもう一方の制御回路の位置センサの検知
    信号を前記一方の制御回路に同様に加算することを特徴
    とする制御式ラジアル磁気軸受の制御装置。
  2. (2)各電磁石の同軸方向に対して回転方向に90°位
    相の進んだ位置にある前記もう一方の制御回路の帯域通
    過フィルタを有する回路にその出力を反転する反転回路
    を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
    の制御式ラジアル磁気軸受の制御装置。
JP18446685A 1985-08-20 1985-08-20 制御式ラジアル磁気軸受の制御装置 Pending JPS6246016A (ja)

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JP (1) JPS6246016A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63181992U (ja) * 1987-05-15 1988-11-24
JPS63297815A (ja) * 1987-05-28 1988-12-05 Koyo Seiko Co Ltd ラジアル磁気軸受の制御装置
JPS63318314A (ja) * 1987-06-22 1988-12-27 Shinko Electric Co Ltd 磁気軸受の制御装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63181992U (ja) * 1987-05-15 1988-11-24
JPS63297815A (ja) * 1987-05-28 1988-12-05 Koyo Seiko Co Ltd ラジアル磁気軸受の制御装置
JPS63318314A (ja) * 1987-06-22 1988-12-27 Shinko Electric Co Ltd 磁気軸受の制御装置

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