JPS6311536B2 - - Google Patents
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- JPS6311536B2 JPS6311536B2 JP58182545A JP18254583A JPS6311536B2 JP S6311536 B2 JPS6311536 B2 JP S6311536B2 JP 58182545 A JP58182545 A JP 58182545A JP 18254583 A JP18254583 A JP 18254583A JP S6311536 B2 JPS6311536 B2 JP S6311536B2
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- JP
- Japan
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- control
- coil
- electromagnet
- circuit
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Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
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- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/048—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of two degrees of freedom, e.g. radial magnetic bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
- F16C2322/39—General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
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。
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は半径方向に位置が位置センサ３により検
出される。位置センサ３は回転軸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。
３図に基づいて説明すると、磁気軸受装置１の回
転軸２は半径方向に位置が位置センサ３により検
出される。位置センサ３は回転軸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。
以上電磁石６は、第２図に示すように、回転軸
２に対して対称な位置に配置されている。両電磁
石６は、通常共通の制御回路によつて制御される
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、位置センサ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に電流をフイードバツクしており、電
力増幅器５の入力電圧とコントロールコイル８，
８′のコイル電流とは比例関係にある。
２に対して対称な位置に配置されている。両電磁
石６は、通常共通の制御回路によつて制御される
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、位置センサ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に電流をフイードバツクしており、電
力増幅器５の入力電圧とコントロールコイル８，
８′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、 F1＝K1・i2 （K1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iB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に作用する力（両方
の電磁石の吸引力を合成した力）F2は、一次近
似して、 F2＝K2・iB・iC （K2は定数） と表わされる。従つて、バイアス電流iBを一定と
することにより、力F2はコントロールコイル８
に流れるコントロール電流iCと比例関係が成立す
るから、力F2とコントロール電流iCと線形化して
回転軸２の位置制御を行なつている。
F1との関係は、 F1＝K1・i2 （K1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iB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に作用する力（両方
の電磁石の吸引力を合成した力）F2は、一次近
似して、 F2＝K2・iB・iC （K2は定数） と表わされる。従つて、バイアス電流iBを一定と
することにより、力F2はコントロールコイル８
に流れるコントロール電流iCと比例関係が成立す
るから、力F2とコントロール電流iCと線形化して
回転軸２の位置制御を行なつている。
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iBによつて与
えられるバイアス磁束からコントロール電流iCに
よつて生じるコントロール磁束を演算した磁束に
よつて制御され、コントロール磁束がバイアス磁
束よりも大きくなつても、電磁力が増加せず、こ
れ以上の負荷に耐えることができない。従つて、
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、回転軸のヒステ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iBの増加は固定子
の温度上昇となり、スピンドル（主軸）の用途に
よつては大きな欠点となる場合もある。
の吸引力（電磁力）はバイアス電流iBによつて与
えられるバイアス磁束からコントロール電流iCに
よつて生じるコントロール磁束を演算した磁束に
よつて制御され、コントロール磁束がバイアス磁
束よりも大きくなつても、電磁力が増加せず、こ
れ以上の負荷に耐えることができない。従つて、
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、回転軸のヒステ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iBの増加は固定子
の温度上昇となり、スピンドル（主軸）の用途に
よつては大きな欠点となる場合もある。
また、電磁石に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
構造においては制約されるという問題がある。
コイルの２個のコイルを設けることは、電磁石の
構造においては制約されるという問題がある。
(ハ) 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。
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。
(ニ) 問題点を解決するための手段
上記目的を達成するために、この発明は、回転
軸に対して対向位置に設けられ、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方の電
磁石のコントロールコイルを励磁する第２電力増
幅器とからなることを特徴とするものである。
軸に対して対向位置に設けられ、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方の電
磁石のコントロールコイルを励磁する第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１０のみであり、位置
センサ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
位置センサ３からの検出信号は、位置補償回路等
を有する制御回路４によつて位相補償された変位
信号Vcに変換される。
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１０のみであり、位置
センサ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
位置センサ３からの検出信号は、位置補償回路等
を有する制御回路４によつて位相補償された変位
信号Vcに変換される。
変位信号Vcは、第１と第２加算回路１１ａと
１１ｂによつて正と負のバイアス信号△Vcが加
算され、加算信号Vc＋△Vcを入力とする第１整
流回路１２ａは加算信号Vc＋△Vcが正であれば
通過させ、加算信号Vc−△Vc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。従つて、電磁石９ａのコントロー
ルコイル１０には第１電力増幅器１３ａを介して
加算信号Vc＋△Vcに対応するコントロール電流
iC＋△iCが、電磁石９ｂのコントロールコイル１
０には第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−△iC
が流れる。ただし、電流iC＋△iCは負であれば零
となり、電流iC−△iCは正となれべ零となり、電
流△iCがバイアス電流の働きをする。
１１ｂによつて正と負のバイアス信号△Vcが加
算され、加算信号Vc＋△Vcを入力とする第１整
流回路１２ａは加算信号Vc＋△Vcが正であれば
通過させ、加算信号Vc−△Vc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。従つて、電磁石９ａのコントロー
ルコイル１０には第１電力増幅器１３ａを介して
加算信号Vc＋△Vcに対応するコントロール電流
iC＋△iCが、電磁石９ｂのコントロールコイル１
０には第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−△iC
が流れる。ただし、電流iC＋△iCは負であれば零
となり、電流iC−△iCは正となれべ零となり、電
流△iCが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＋△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＝０ iC≧−△iCであれば、 Fa＝Ｋ（iC＋△iC）2 （Ｋは定数） となり、第５図の一点鎖線で示される。一方、電
磁石９ｂに生ずる電磁力Fbは、iC≦△iCであれ
ば、 Fb＝−Ｋ（iC−△iC）2 iC≧△iCであれば、 Fb＝０ となり、第５図の二点鎖線で示される。従つて、
電磁石９ａ，９ｂの合力Ｆ（＝Fa＋Fb）、即ち、
回転軸２に作用する力は、 iC≦−△iCであれば、 Ｆ＝−Ｋ（iC−△iC）2 −△iC≦iC≦△iCであれば、 Ｆ＝Ｋ（iC＋△iC）2−Ｋ（iC−△iC）2 ＝4K・iC・△iC iC≧△iCであれば、 Ｆ＝Ｋ（iC＋△iC）2 となり、第４図の実線で示される。その結果、回
転軸２は上記のような力Ｆによつて制御され、−
△iC≦iC≦△iC以外でも制御可能となる。
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＋△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＝０ iC≧−△iCであれば、 Fa＝Ｋ（iC＋△iC）2 （Ｋは定数） となり、第５図の一点鎖線で示される。一方、電
磁石９ｂに生ずる電磁力Fbは、iC≦△iCであれ
ば、 Fb＝−Ｋ（iC−△iC）2 iC≧△iCであれば、 Fb＝０ となり、第５図の二点鎖線で示される。従つて、
電磁石９ａ，９ｂの合力Ｆ（＝Fa＋Fb）、即ち、
回転軸２に作用する力は、 iC≦−△iCであれば、 Ｆ＝−Ｋ（iC−△iC）2 −△iC≦iC≦△iCであれば、 Ｆ＝Ｋ（iC＋△iC）2−Ｋ（iC−△iC）2 ＝4K・iC・△iC iC≧△iCであれば、 Ｆ＝Ｋ（iC＋△iC）2 となり、第４図の実線で示される。その結果、回
転軸２は上記のような力Ｆによつて制御され、−
△iC≦iC≦△iC以外でも制御可能となる。
(ヘ) 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にしたから、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−△iC≦iC≦△iCの範囲以外であ
つても回転軸に作用する力Ｆは一定とならずに増
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△iC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△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つている鉄損
による発熱の点は解消される。
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にしたから、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−△iC≦iC≦△iCの範囲以外であ
つても回転軸に作用する力Ｆは一定とならずに増
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△iC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△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つている鉄損
による発熱の点は解消される。
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。
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。
第１図は従来の磁気軸受装置を説明するブロツ
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ブロツク
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……位置センサ、４……制御
回路、９ａ，９ｂ……電磁石、１０……コントロ
ールコイル、１１ａ，１１ｂ……加算回路、１２
ａ，１２ｂ……整流回路、１３ａ，１３ｂ……電
力増幅器。
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ブロツク
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……位置センサ、４……制御
回路、９ａ，９ｂ……電磁石、１０……コントロ
ールコイル、１１ａ，１１ｂ……加算回路、１２
ａ，１２ｂ……整流回路、１３ａ，１３ｂ……電
力増幅器。
Claims (1)
- １ 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
方の電磁石のコントロールコイルを励磁する第２
電力増幅器とからなる磁気軸受の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18254583A JPS6091020A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 磁気軸受の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18254583A JPS6091020A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 磁気軸受の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6091020A JPS6091020A (ja) | 1985-05-22 |
| JPS6311536B2 true JPS6311536B2 (ja) | 1988-03-15 |
Family
ID=16120157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18254583A Granted JPS6091020A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 磁気軸受の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6091020A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6244059A (ja) * | 1985-08-22 | 1987-02-26 | Matsushita Electric Works Ltd | 磁気浮上形リニアモ−タ |
| JPS62258222A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 磁気軸受の制御方式 |
| JPH0680328B2 (ja) * | 1986-06-16 | 1994-10-12 | 三菱重工業株式会社 | 磁気軸受制御装置 |
| JPS62258219A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 磁気軸受の制御方式 |
| JPH0730790B2 (ja) * | 1987-01-31 | 1995-04-10 | 三菱重工業株式会社 | 磁気軸受制御装置 |
| JPH0198708A (ja) * | 1987-10-07 | 1989-04-17 | Ebara Res Co Ltd | ラジアル磁気軸受装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3702208A (en) * | 1970-06-17 | 1972-11-07 | Helmut Habermann | Magnetic bearings |
| JPS5022648A (ja) * | 1973-06-27 | 1975-03-11 | ||
| JPS56150616A (en) * | 1980-04-21 | 1981-11-21 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Control circuit for magnetic bearing |
| JPS5745616A (en) * | 1980-09-02 | 1982-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electromagnet driving controller in magnetic supporting device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57165822U (ja) * | 1981-04-14 | 1982-10-19 |
-
1983
- 1983-09-30 JP JP18254583A patent/JPS6091020A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3702208A (en) * | 1970-06-17 | 1972-11-07 | Helmut Habermann | Magnetic bearings |
| JPS5022648A (ja) * | 1973-06-27 | 1975-03-11 | ||
| JPS56150616A (en) * | 1980-04-21 | 1981-11-21 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Control circuit for magnetic bearing |
| JPS5745616A (en) * | 1980-09-02 | 1982-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electromagnet driving controller in magnetic supporting device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6091020A (ja) | 1985-05-22 |
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