JP2001124076A - スラスト磁気軸受装置 - Google Patents
スラスト磁気軸受装置Info
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スラスト磁気軸受装置の省電力化、パワーア
ンプの低容量化、小形化を図る。 【解決手段】 ＰＷＭパワーアンプ14-a,14-bの出力に
ＰＷＭキャリア周波数成分を除去するフィルタ回路15-
a,15-bを設け、このフィルタ回路を介してスラスト電磁
石3-a,3-bに電流を供給することにより、スラスト電磁
石に流れる電流に含まれるパワーアンプのキャリア周波
数成分を小さくし、電磁石鉄心4-a,4-bに流れる渦電流
を小さくし、その結果として装置の省電力化を図り、ま
たスラスト電磁石の発熱も少なくして冷却機構の簡素化
を図り、さらには電磁石に供給する電流量も小さくでき
てパワーアンプの低容量化、小形化、低コスト化を図
る。
ンプの低容量化、小形化を図る。 【解決手段】 ＰＷＭパワーアンプ14-a,14-bの出力に
ＰＷＭキャリア周波数成分を除去するフィルタ回路15-
a,15-bを設け、このフィルタ回路を介してスラスト電磁
石3-a,3-bに電流を供給することにより、スラスト電磁
石に流れる電流に含まれるパワーアンプのキャリア周波
数成分を小さくし、電磁石鉄心4-a,4-bに流れる渦電流
を小さくし、その結果として装置の省電力化を図り、ま
たスラスト電磁石の発熱も少なくして冷却機構の簡素化
を図り、さらには電磁石に供給する電流量も小さくでき
てパワーアンプの低容量化、小形化、低コスト化を図
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、本発明は、電磁石
の磁気吸引力により回転軸を軸方向に非接触に安定支持
するスラスト磁気軸受装置に関し、特に、ＰＷＭパワー
アンプを用いたスラスト磁気軸受装置に関する。
の磁気吸引力により回転軸を軸方向に非接触に安定支持
するスラスト磁気軸受装置に関し、特に、ＰＷＭパワー
アンプを用いたスラスト磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＰＷＭパワーアンプを用いたスラ
スト磁気軸受装置を図５によって説明する。図５は、一
般的なスラスト磁気軸受装置の軸方向断面と制御回路を
示している。図５において、１は回転軸であり、その端
部には磁性材料から成るスラスト円盤２が固定されてい
る。このスラスト円盤２を軸方向に挟んで対向する位置
に所定の間隔を明けて電磁石３−ａ，３−ｂが設けられ
ている。これらの電磁石３−ａ，３−ｂは無垢の磁性材
料をそれぞれ鉄心４−ａ，４−ｂとして使用し、この電
磁石鉄心それぞれに円環状溝５を設け、この円環状の溝
５それぞれの中に同心状に巻いた電磁石コイル６−ａ，
６−ｂを挿入して構成されている。またこれらの電磁石
３−ａ，３−ｂはフレーム７に強固に固定されている。
８は変位センサであって、回転軸１の軸端部の軸方向変
位量を検出するためにフレーム７に取り付けられてい
る。
スト磁気軸受装置を図５によって説明する。図５は、一
般的なスラスト磁気軸受装置の軸方向断面と制御回路を
示している。図５において、１は回転軸であり、その端
部には磁性材料から成るスラスト円盤２が固定されてい
る。このスラスト円盤２を軸方向に挟んで対向する位置
に所定の間隔を明けて電磁石３−ａ，３−ｂが設けられ
ている。これらの電磁石３−ａ，３−ｂは無垢の磁性材
料をそれぞれ鉄心４−ａ，４−ｂとして使用し、この電
磁石鉄心それぞれに円環状溝５を設け、この円環状の溝
５それぞれの中に同心状に巻いた電磁石コイル６−ａ，
６−ｂを挿入して構成されている。またこれらの電磁石
３−ａ，３−ｂはフレーム７に強固に固定されている。
８は変位センサであって、回転軸１の軸端部の軸方向変
位量を検出するためにフレーム７に取り付けられてい
る。
【０００３】９はボールベアリング、ローラベアリング
などから成るタッチ軸受であり、回転軸１に対して軸方
向及びラジアル方向共に磁気軸受装置のエアギャップよ
りも狭い間隔を明けてベアリングブラケット１０を介し
てフレーム７に固定されている。１１は変位センサ信号
の増幅器であり、変位センサ８により検出した回転軸１
の変位量を電気信号に変換する。１２は制御装置であ
り、信号増幅器１１の出力信号を入力し、回転軸１を安
定に支持するための制御信号を生成する。１３は位相反
転器であり、制御装置１２からの出力信号の位相を反転
する。１４−ａ，１４−ｂはＰＷＭ方式のパワーアンプ
であり、制御装置１２の出力信号及び位相反転器１３の
出力信号を電力増幅し、スラスト電磁石３−ａ，３−ｂ
内の電磁石コイル６−ａ，６−ｂそれぞれに電流を供給
する。
などから成るタッチ軸受であり、回転軸１に対して軸方
向及びラジアル方向共に磁気軸受装置のエアギャップよ
りも狭い間隔を明けてベアリングブラケット１０を介し
てフレーム７に固定されている。１１は変位センサ信号
の増幅器であり、変位センサ８により検出した回転軸１
の変位量を電気信号に変換する。１２は制御装置であ
り、信号増幅器１１の出力信号を入力し、回転軸１を安
定に支持するための制御信号を生成する。１３は位相反
転器であり、制御装置１２からの出力信号の位相を反転
する。１４−ａ，１４−ｂはＰＷＭ方式のパワーアンプ
であり、制御装置１２の出力信号及び位相反転器１３の
出力信号を電力増幅し、スラスト電磁石３−ａ，３−ｂ
内の電磁石コイル６−ａ，６−ｂそれぞれに電流を供給
する。
【０００４】上記構成の従来のスラスト磁気軸受装置
は、次のように動作する。回転軸１の軸方向変位がスラ
スト変位センサ８によって検出され、信号増幅器１１に
より電気信号に変換される。変換された軸方向変位の電
気信号は、制御装置１２によって回転軸１を安定に支持
する制御信号に変換され、一方の制御信号はそのまま直
接に、もう一方の制御信号は位相反転器１３を介して、
それぞれパワーアンプ１４−ａ，１４−ｂで電力増幅さ
れ、電流信号としてスラスト電磁石３−ａ，３−ｂの電
磁石コイル６−ａ，６−ｂそれぞれに供給される。スラ
スト電磁石３−ａ，スラスト電磁石３−ｂそれぞれは、
入力される制御電流に相当する磁気吸引力をスラスト円
盤２に対して発生し、回転軸１を回転可能に非接触で安
定に支持する。
は、次のように動作する。回転軸１の軸方向変位がスラ
スト変位センサ８によって検出され、信号増幅器１１に
より電気信号に変換される。変換された軸方向変位の電
気信号は、制御装置１２によって回転軸１を安定に支持
する制御信号に変換され、一方の制御信号はそのまま直
接に、もう一方の制御信号は位相反転器１３を介して、
それぞれパワーアンプ１４−ａ，１４−ｂで電力増幅さ
れ、電流信号としてスラスト電磁石３−ａ，３−ｂの電
磁石コイル６−ａ，６−ｂそれぞれに供給される。スラ
スト電磁石３−ａ，スラスト電磁石３−ｂそれぞれは、
入力される制御電流に相当する磁気吸引力をスラスト円
盤２に対して発生し、回転軸１を回転可能に非接触で安
定に支持する。
【０００５】こうして、パワーアンプ１４−ａ，１４−
ｂにＰＷＭ方式のものを採用することによって、パワー
アンプ１４−ａ，１４−ｂでの電力損失を最小限に抑
え、省エネルギー化を図りパワーアンプ１４−ａ，１４
−ｂのコンパクト化も図っているのである。
ｂにＰＷＭ方式のものを採用することによって、パワー
アンプ１４−ａ，１４−ｂでの電力損失を最小限に抑
え、省エネルギー化を図りパワーアンプ１４−ａ，１４
−ｂのコンパクト化も図っているのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成の従来のスラスト磁気軸受装置では、パワーアンプ
１４−ａ，１４−ｂにＰＷＭ方式を採用し、かつスラス
ト電磁石３−ａ，３−ｂの電磁石鉄心４−ａ，４−ｂに
無垢の磁性材料を採用していることから、スラスト電磁
石３−ａ，３−ｂにおいてはパワーアンプ１４−ａ及び
１４−ｂのキャリア周波数成分の渦電流が流れ、電磁石
鉄心４−ａ及び４−ｂに渦電流損が発生し、スラスト電
磁石３−ａ，３−ｂの発熱の原因となり、また不必要な
電力消費の原因にもなっていた。
構成の従来のスラスト磁気軸受装置では、パワーアンプ
１４−ａ，１４−ｂにＰＷＭ方式を採用し、かつスラス
ト電磁石３−ａ，３−ｂの電磁石鉄心４−ａ，４−ｂに
無垢の磁性材料を採用していることから、スラスト電磁
石３−ａ，３−ｂにおいてはパワーアンプ１４−ａ及び
１４−ｂのキャリア周波数成分の渦電流が流れ、電磁石
鉄心４−ａ及び４−ｂに渦電流損が発生し、スラスト電
磁石３−ａ，３−ｂの発熱の原因となり、また不必要な
電力消費の原因にもなっていた。
【０００７】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、パワーアンプの出力にフィルタ回路を
設け、このフィルタ回路を介してスラスト電磁石に電流
を供給することにより、スラスト電磁石に流れる電流に
含まれるパワーアンプのキャリア周波数成分を小さく
し、電磁石鉄心に流れる渦電流を小さくし、その結果と
して装置の省電力化が図れ、またスラスト電磁石の発熱
も少なくできて冷却機構の簡素化が図れ、さらには電磁
石に供給する電流量も小さくできてパワーアンプの低容
量化、小形化、低コスト化が図れるスラスト磁気軸受装
置を提供することを目的とする。
なされたもので、パワーアンプの出力にフィルタ回路を
設け、このフィルタ回路を介してスラスト電磁石に電流
を供給することにより、スラスト電磁石に流れる電流に
含まれるパワーアンプのキャリア周波数成分を小さく
し、電磁石鉄心に流れる渦電流を小さくし、その結果と
して装置の省電力化が図れ、またスラスト電磁石の発熱
も少なくできて冷却機構の簡素化が図れ、さらには電磁
石に供給する電流量も小さくできてパワーアンプの低容
量化、小形化、低コスト化が図れるスラスト磁気軸受装
置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、フレ
ームケーシングに取り付けられた鉄心に円環状の溝を設
け、前記溝の中に同心状に巻いたコイルを挿入してスラ
スト電磁石を形成し、当該スラスト電磁石とこれと同様
に形成されたもう一つのスラスト電磁石とを、それらの
間に回転軸に強固に固定されたスラスト円盤を軸方向に
挟んで対置させ、変位センサで検出した回転軸の軸方向
変位信号を制御装置で前記回転軸を安定支持する制御信
号に変換し、前記制御信号をＰＷＭパワーアンプによっ
て電流に変換して前記スラスト電磁石のコイルに供給
し、前記回転軸に固定されたスラスト円盤を軸方向に安
定支持するスラスト磁気軸受装置において、前記ＰＷＭ
パワーアンプとスラスト電磁石との間に電流中のキャリ
ア周波数成分を除去するフィルタ回路を設けたものであ
る。
ームケーシングに取り付けられた鉄心に円環状の溝を設
け、前記溝の中に同心状に巻いたコイルを挿入してスラ
スト電磁石を形成し、当該スラスト電磁石とこれと同様
に形成されたもう一つのスラスト電磁石とを、それらの
間に回転軸に強固に固定されたスラスト円盤を軸方向に
挟んで対置させ、変位センサで検出した回転軸の軸方向
変位信号を制御装置で前記回転軸を安定支持する制御信
号に変換し、前記制御信号をＰＷＭパワーアンプによっ
て電流に変換して前記スラスト電磁石のコイルに供給
し、前記回転軸に固定されたスラスト円盤を軸方向に安
定支持するスラスト磁気軸受装置において、前記ＰＷＭ
パワーアンプとスラスト電磁石との間に電流中のキャリ
ア周波数成分を除去するフィルタ回路を設けたものであ
る。
【０００９】請求項１の発明のスラスト磁気軸受装置で
は、変位センサで回転軸の軸方向変位信号を検出し、こ
の変位信号を制御装置で回転軸を安定支持する制御信号
に変換し、この制御信号をＰＷＭパワーアンプによって
電流に変換してスラスト電磁石のコイルに供給し、回転
軸に固定されたスラスト円盤を軸方向に安定支持する。
そしてＰＷＭパワーアンプからの電流をフィルタ回路に
通すことにより、電流中に含まれているＰＷＭキャリア
周波数成分を除去する。
は、変位センサで回転軸の軸方向変位信号を検出し、こ
の変位信号を制御装置で回転軸を安定支持する制御信号
に変換し、この制御信号をＰＷＭパワーアンプによって
電流に変換してスラスト電磁石のコイルに供給し、回転
軸に固定されたスラスト円盤を軸方向に安定支持する。
そしてＰＷＭパワーアンプからの電流をフィルタ回路に
通すことにより、電流中に含まれているＰＷＭキャリア
周波数成分を除去する。
【００１０】これにより、スラスト電磁石の電磁石鉄心
に流れる渦電流を小さくし、スラスト電磁石の発熱も少
なくする。
に流れる渦電流を小さくし、スラスト電磁石の発熱も少
なくする。
【００１１】請求項２の発明は、請求項１のスラスト磁
気軸受装置において、前記フィルタ回路に、前記キャリ
ア周波数成分だけを除去するバンドエリミネーションフ
ィルタ回路を用いたものであり、このバンドエリミネー
ションフィルタ回路によりＰＷＭパワーアンプからスラ
スト電磁石に供給される電流中からＰＷＭキャリア周波
数成分を除去する。
気軸受装置において、前記フィルタ回路に、前記キャリ
ア周波数成分だけを除去するバンドエリミネーションフ
ィルタ回路を用いたものであり、このバンドエリミネー
ションフィルタ回路によりＰＷＭパワーアンプからスラ
スト電磁石に供給される電流中からＰＷＭキャリア周波
数成分を除去する。
【００１２】請求項３の発明は、請求項１のスラスト磁
気軸受装置において、前記フィルタ回路に、高周波イン
ダクタンスフィルタ回路を用いたものであり、この高周
波インダクタンスフィルタ回路によりＰＷＭパワーアン
プからスラスト電磁石に供給される電流中からＰＷＭキ
ャリア周波数成分を少なくする。
気軸受装置において、前記フィルタ回路に、高周波イン
ダクタンスフィルタ回路を用いたものであり、この高周
波インダクタンスフィルタ回路によりＰＷＭパワーアン
プからスラスト電磁石に供給される電流中からＰＷＭキ
ャリア周波数成分を少なくする。
【００１３】請求項４の発明は、請求項１〜３のスラス
ト磁気軸受装置において、加減速や負荷変動時などの過
渡状態では前記フィルタ回路をバイパスして前記ＰＷＭ
パワーアンプの出力電流を直接前記スラスト電磁石に供
給し、安定回転時には前記フィルタ回路を介して前記Ｐ
ＷＭパワーアンプの出力電流を前記スラスト電磁石に供
給するように切換えを行う切換えスイッチを設けたもの
であり、大電力を必要とする負荷状況ではＰＷＭパワー
アンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、安定負
荷の状況ではＰＷＭパワーアンプの出力をフィルタ回路
を介してスラスト電磁石に供給する。
ト磁気軸受装置において、加減速や負荷変動時などの過
渡状態では前記フィルタ回路をバイパスして前記ＰＷＭ
パワーアンプの出力電流を直接前記スラスト電磁石に供
給し、安定回転時には前記フィルタ回路を介して前記Ｐ
ＷＭパワーアンプの出力電流を前記スラスト電磁石に供
給するように切換えを行う切換えスイッチを設けたもの
であり、大電力を必要とする負荷状況ではＰＷＭパワー
アンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、安定負
荷の状況ではＰＷＭパワーアンプの出力をフィルタ回路
を介してスラスト電磁石に供給する。
【００１４】請求項５の発明は、請求項４のスラスト磁
気軸受装置において、前記切換えスイッチが、前記変位
センサの出力信号の変動レベルによって切り替わるもの
であり、回転軸の軸方向変動が大きい状況ではＰＷＭパ
ワーアンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、回
転軸の軸方向変動が小さい状況ではＰＷＭパワーアンプ
の出力をフィルタ回路を介してスラスト電磁石に供給す
る。
気軸受装置において、前記切換えスイッチが、前記変位
センサの出力信号の変動レベルによって切り替わるもの
であり、回転軸の軸方向変動が大きい状況ではＰＷＭパ
ワーアンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、回
転軸の軸方向変動が小さい状況ではＰＷＭパワーアンプ
の出力をフィルタ回路を介してスラスト電磁石に供給す
る。
【００１５】請求項６の発明は、請求項４のスラスト磁
気軸受装置において、前記切換えスイッチが、前記制御
装置の出力信号の変動レベルによって切り替わるもので
あり、回転軸の軸方向変動が大きく、したがって制御装
置の出力信号の変動レベルが大きい状況ではＰＷＭパワ
ーアンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、回転
軸の軸方向変動が小さく、したがって制御装置の出力信
号の変動レベルが小さい状況ではＰＷＭパワーアンプの
出力をフィルタ回路を介してスラスト電磁石に供給す
る。
気軸受装置において、前記切換えスイッチが、前記制御
装置の出力信号の変動レベルによって切り替わるもので
あり、回転軸の軸方向変動が大きく、したがって制御装
置の出力信号の変動レベルが大きい状況ではＰＷＭパワ
ーアンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、回転
軸の軸方向変動が小さく、したがって制御装置の出力信
号の変動レベルが小さい状況ではＰＷＭパワーアンプの
出力をフィルタ回路を介してスラスト電磁石に供給す
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明のスラスト磁気軸受を
受け装置の第１の実施の形態を示している。このスラス
ト磁気軸受装置において、符号１〜１４については、図
５に示した従来例と共通の構成要素を示しており、それ
ぞれ同様に機能することにより、回転軸１を軸方向に安
定に回転支持する。
基づいて詳説する。図１は本発明のスラスト磁気軸受を
受け装置の第１の実施の形態を示している。このスラス
ト磁気軸受装置において、符号１〜１４については、図
５に示した従来例と共通の構成要素を示しており、それ
ぞれ同様に機能することにより、回転軸１を軸方向に安
定に回転支持する。
【００１７】第１の実施の形態の特徴は、符号１５−
ａ，１５−ｂに示すにフィルタ回路にある。このフィル
タ回路１５−ａ，１５−ｂは図２に示すフィルタ回路特
性を持つバンドエリミネーションフィルタ回路であり、
ＰＷＭパワーアンプ１４−ａ，１４−ｂの出力信号を入
力し、パワーアンプ１４−ａ，１４−ｂの電流出力に含
まれているＰＷＭキャリア周波数（ｆｃ）成分だけを除
去し、スラスト電磁石３−ａ，３−ｂの電磁石コイル６
−ａ，６−ｂに供給する。
ａ，１５−ｂに示すにフィルタ回路にある。このフィル
タ回路１５−ａ，１５−ｂは図２に示すフィルタ回路特
性を持つバンドエリミネーションフィルタ回路であり、
ＰＷＭパワーアンプ１４−ａ，１４−ｂの出力信号を入
力し、パワーアンプ１４−ａ，１４−ｂの電流出力に含
まれているＰＷＭキャリア周波数（ｆｃ）成分だけを除
去し、スラスト電磁石３−ａ，３−ｂの電磁石コイル６
−ａ，６−ｂに供給する。
【００１８】この第１の実施の形態のスラスト磁気軸受
装置では、回転軸１やスラスト電磁石３−ａ，３−ｂの
構成、配置などの基本的な構造は従来例と同様であり、
スラスト磁気軸受装置としての本来の機能は従来技術と
同様に作用する。
装置では、回転軸１やスラスト電磁石３−ａ，３−ｂの
構成、配置などの基本的な構造は従来例と同様であり、
スラスト磁気軸受装置としての本来の機能は従来技術と
同様に作用する。
【００１９】そしてＰＷＭパワーアンプ１４−ａ，１４
−ｂそれぞれの出力に設けたフィルタ回路１５−ａ，１
５−ｂにより、パワーアンプの出力に含まれるＰＷＭキ
ャリア周波数成分を除去し、電磁石コイル６−ａ，６−
ｂに高周波フリーの電流を供給させる。これにより、電
磁石コイル６−ａ，６−ｂに流れる電流には、パワーア
ンプ１４−ａ，１４−ｂのＰＷＭキャリア周波数成分が
ほとんどなく、電磁石鉄心４−ａ，４−ｂに渦電流をほ
とんど発生しなくなり、渦電流による発熱を小さくする
ことができる。したがって、従来例のスラスト磁気軸受
装置に対して省電力化、冷却機構の簡素化が図れ、その
上スラスト電磁石３−ａ，３−ｂに含まれる電流が減少
するのでパワーアンプの低容量化、コンパクト化並びに
低コスト化が図れることになる。
−ｂそれぞれの出力に設けたフィルタ回路１５−ａ，１
５−ｂにより、パワーアンプの出力に含まれるＰＷＭキ
ャリア周波数成分を除去し、電磁石コイル６−ａ，６−
ｂに高周波フリーの電流を供給させる。これにより、電
磁石コイル６−ａ，６−ｂに流れる電流には、パワーア
ンプ１４−ａ，１４−ｂのＰＷＭキャリア周波数成分が
ほとんどなく、電磁石鉄心４−ａ，４−ｂに渦電流をほ
とんど発生しなくなり、渦電流による発熱を小さくする
ことができる。したがって、従来例のスラスト磁気軸受
装置に対して省電力化、冷却機構の簡素化が図れ、その
上スラスト電磁石３−ａ，３−ｂに含まれる電流が減少
するのでパワーアンプの低容量化、コンパクト化並びに
低コスト化が図れることになる。
【００２０】なお、上記のフィルタ回路１５−ａ，１５
−ｂにはキャリア周波数（ｆｃ）成分の通過を抑止する
ことができる高周波数インダクタンスフィルタ回路を用
いても同様の作用効果を奏することができる。
−ｂにはキャリア周波数（ｆｃ）成分の通過を抑止する
ことができる高周波数インダクタンスフィルタ回路を用
いても同様の作用効果を奏することができる。
【００２１】次に、この発明の第２の実施の形態のスラ
スト磁気軸受装置を図３に基づいて説明する。第２の実
施の形態の特徴は、図１に示した第１の実施の形態に対
して、電磁石コイル６−ａ，６−ｂに対する入力の接続
を、ＰＷＭパワーアンプ１４−ａ，１４−ｂの直接出力
とフィルタ回路１５−ａ，１５−ｂの出力との間で切り
換える切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂと、これらの
切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂの切換えを変位セン
サ８の出力信号の変動レベルに応じて行う切換え器１６
とを付加した点にある。
スト磁気軸受装置を図３に基づいて説明する。第２の実
施の形態の特徴は、図１に示した第１の実施の形態に対
して、電磁石コイル６−ａ，６−ｂに対する入力の接続
を、ＰＷＭパワーアンプ１４−ａ，１４−ｂの直接出力
とフィルタ回路１５−ａ，１５−ｂの出力との間で切り
換える切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂと、これらの
切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂの切換えを変位セン
サ８の出力信号の変動レベルに応じて行う切換え器１６
とを付加した点にある。
【００２２】第２の実施の形態のスラスト磁気軸受装置
では、第１の実施の形態と同様、回転軸１やスラスト電
磁石３−ａ，３−ｂの構成、配置などの基本的な構造は
従来例と同様であり、スラスト磁気軸受装置としての本
来の機能は従来技術と同様に作用する。
では、第１の実施の形態と同様、回転軸１やスラスト電
磁石３−ａ，３−ｂの構成、配置などの基本的な構造は
従来例と同様であり、スラスト磁気軸受装置としての本
来の機能は従来技術と同様に作用する。
【００２３】そして切換え器１６により、変位センサ８
が検出する回転軸１の変位量の変動レベルが大きいとき
には切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂをパワーアンプ
１４−ａ，１４−ｂの直接出力側に切り換え、変動レベ
ルがある程度小さいときには切換えスイッチ１７−ａ，
１７−ｂをフィルタ回路１５−ａ，１５−ｂの出力側に
切り換える。
が検出する回転軸１の変位量の変動レベルが大きいとき
には切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂをパワーアンプ
１４−ａ，１４−ｂの直接出力側に切り換え、変動レベ
ルがある程度小さいときには切換えスイッチ１７−ａ，
１７−ｂをフィルタ回路１５−ａ，１５−ｂの出力側に
切り換える。
【００２４】これにより、回転軸１の回転の上昇及び下
降時や外乱力が加わって大きな制御力が必要な状況では
パワーアンプ１４−ａ，１４−ｂの出力が切換えスイッ
チ１７−ａ，１７−ｂにより電磁石コイル６−ａ，６−
ｂに直接供給されるので、制御系の周波数応答に影響を
与えることなく、高速応答制御が可能である。また高速
応答制御を必要としない比較的長時間の安定期には、切
換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂが、フィルタ回路１５
−ａ，１５−ｂの出力が電磁石コイル６−ａ，６−ｂに
供給されるように切り換えられ、パワーアンプ１４−
ａ，１４−ｂの出力電流からＰＷＭキャリア周波数成分
が減少もしくは除去された電流が電磁石コイル６−ａ，
６−ｂに供給されるようになり、電磁石鉄心４−ａ，４
−ｂの渦電流が減少する。これにより、渦電流損が減少
し、省電力化、冷却機構の簡素化が可能となり、その
上、高速応答制御が必要な時間は比較的短時間であるの
で、長時間となる安定制御期間に合わせてパワーアンプ
１４−ａ，１４−ｂの低容量化、小形化、低コスト化が
可能となる。
降時や外乱力が加わって大きな制御力が必要な状況では
パワーアンプ１４−ａ，１４−ｂの出力が切換えスイッ
チ１７−ａ，１７−ｂにより電磁石コイル６−ａ，６−
ｂに直接供給されるので、制御系の周波数応答に影響を
与えることなく、高速応答制御が可能である。また高速
応答制御を必要としない比較的長時間の安定期には、切
換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂが、フィルタ回路１５
−ａ，１５−ｂの出力が電磁石コイル６−ａ，６−ｂに
供給されるように切り換えられ、パワーアンプ１４−
ａ，１４−ｂの出力電流からＰＷＭキャリア周波数成分
が減少もしくは除去された電流が電磁石コイル６−ａ，
６−ｂに供給されるようになり、電磁石鉄心４−ａ，４
−ｂの渦電流が減少する。これにより、渦電流損が減少
し、省電力化、冷却機構の簡素化が可能となり、その
上、高速応答制御が必要な時間は比較的短時間であるの
で、長時間となる安定制御期間に合わせてパワーアンプ
１４−ａ，１４−ｂの低容量化、小形化、低コスト化が
可能となる。
【００２５】次に、本発明のスラスト磁気軸受装置の第
３の実施の形態を、図４に基づいて説明する。第３の実
施の形態の特徴は、図３に示した第２の実施の形態に対
して、切換え器１６の切換え信号に制御装置１２の出力
の変動レベルを利用するようにした点にある。その他の
構成要素はすべて、第２の実施の形態と共通である。
３の実施の形態を、図４に基づいて説明する。第３の実
施の形態の特徴は、図３に示した第２の実施の形態に対
して、切換え器１６の切換え信号に制御装置１２の出力
の変動レベルを利用するようにした点にある。その他の
構成要素はすべて、第２の実施の形態と共通である。
【００２６】第３の実施の形態では、切換え器１６が制
御装置１２の出力信号の変動レベルに応じて切換えスイ
ッチ１７−ａ，１７−ｂの切換えを行うようにし、また
パワーアンプ１４−ａ，１４−ｂのＰＷＭキャリア周波
数は制御に影響がない程度に他の軸受、例えば、ラジア
ル磁気軸受（図示せず）に比べて低くあるいは高く設定
する。
御装置１２の出力信号の変動レベルに応じて切換えスイ
ッチ１７−ａ，１７−ｂの切換えを行うようにし、また
パワーアンプ１４−ａ，１４−ｂのＰＷＭキャリア周波
数は制御に影響がない程度に他の軸受、例えば、ラジア
ル磁気軸受（図示せず）に比べて低くあるいは高く設定
する。
【００２７】これにより、第３の実施の形態のスラスト
磁気軸受装置では、第２の実施の形態と同様に、回転軸
１の回転の上昇及び下降時や外乱力が加わって大きな制
御力が必要な状況ではパワーアンプ１４−ａ，１４−ｂ
の出力が切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂにより電磁
石コイル６−ａ，６−ｂに直接供給され、制御系の周波
数応答に影響を与えることなく高速応答制御が可能であ
る。また高速応答制御を必要としない比較的長時間の安
定期には、切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂが、フィ
ルタ回路１５−ａ，１５−ｂの出力が電磁石コイル６−
ａ，６−ｂに供給されるように切り換えられ、パワーア
ンプ１４−ａ，１４−ｂの出力電流からＰＷＭキャリア
周波数成分が減少若しくは除去された電流が電磁石コイ
ル６−ａ，６−ｂに供給されるようになり、電磁石鉄心
４−ａ，４−ｂの渦電流が減少する。これに加えて、第
３の実施の形態の場合、パワーアンプ１４−ａ，１４−
ｂのＰＷＭキャリア周波数を他の軸受に比べて低く設定
すれば、切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂをパワーア
ンプ１４−ａ，１４−ｂの直接出力に切換えても電磁石
コイル６−ａ，６−ｂに流れるＰＷＭキャリア周波数成
分をより小さくすることができる。逆にＰＷＭキャリア
周波数を他の軸受に比べて高く設定すれば、フィルタ回
路１５−ａ，１５−ｂの定数が小さくて済む。
磁気軸受装置では、第２の実施の形態と同様に、回転軸
１の回転の上昇及び下降時や外乱力が加わって大きな制
御力が必要な状況ではパワーアンプ１４−ａ，１４−ｂ
の出力が切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂにより電磁
石コイル６−ａ，６−ｂに直接供給され、制御系の周波
数応答に影響を与えることなく高速応答制御が可能であ
る。また高速応答制御を必要としない比較的長時間の安
定期には、切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂが、フィ
ルタ回路１５−ａ，１５−ｂの出力が電磁石コイル６−
ａ，６−ｂに供給されるように切り換えられ、パワーア
ンプ１４−ａ，１４−ｂの出力電流からＰＷＭキャリア
周波数成分が減少若しくは除去された電流が電磁石コイ
ル６−ａ，６−ｂに供給されるようになり、電磁石鉄心
４−ａ，４−ｂの渦電流が減少する。これに加えて、第
３の実施の形態の場合、パワーアンプ１４−ａ，１４−
ｂのＰＷＭキャリア周波数を他の軸受に比べて低く設定
すれば、切換えスイッチ１７−ａ，１７−ｂをパワーア
ンプ１４−ａ，１４−ｂの直接出力に切換えても電磁石
コイル６−ａ，６−ｂに流れるＰＷＭキャリア周波数成
分をより小さくすることができる。逆にＰＷＭキャリア
周波数を他の軸受に比べて高く設定すれば、フィルタ回
路１５−ａ，１５−ｂの定数が小さくて済む。
【００２８】したがって、第３の実施の形態では、省電
力化、冷却機構の簡素化は第２の実施の形態と同様に達
成することができ、これに加えて、切換え器１６が制御
装置１２の出力信号の変動レベルに応じて切換えスイッ
チ１７−ａ，１７−ｂを切り換えることにより、パワー
アンプ１４−ａ，１４−ｂ、フィルタ回路１５−ａ，１
５−ｂ、切換え器１６及び切換えスイッチ１７−ａ，１
７−ｂを１つのユニットで構成することができるように
なり、回路の簡素化、コンパクト化が図れる。
力化、冷却機構の簡素化は第２の実施の形態と同様に達
成することができ、これに加えて、切換え器１６が制御
装置１２の出力信号の変動レベルに応じて切換えスイッ
チ１７−ａ，１７−ｂを切り換えることにより、パワー
アンプ１４−ａ，１４−ｂ、フィルタ回路１５−ａ，１
５−ｂ、切換え器１６及び切換えスイッチ１７−ａ，１
７−ｂを１つのユニットで構成することができるように
なり、回路の簡素化、コンパクト化が図れる。
【００２９】さらに、パワーアンプ１４−ａ，１４−ｂ
のＰＷＭキャリア周波数を他の軸受よりも低く設定する
ことにより、フィルタ回路１５−ａ，１５−ｂを介さな
くてもスラスト電磁石３−ａ，３−ｂに流れる渦電流を
小さくすることができ、省電力化、冷却機構の簡素化が
図れる。また逆にパワーアンプ１４−ａ，１４−ｂのＰ
ＷＭキャリア周波数を他の軸受よりも高く設定すること
により、フィルタ回路１５−ａ，１５−ｂの定数が小さ
くて済み、省電力化、冷却機構の簡素化が図れ、その上
にフィルタ回路１５−ａ，１５−ｂのコンパクト化、低
コスト化が図れる。
のＰＷＭキャリア周波数を他の軸受よりも低く設定する
ことにより、フィルタ回路１５−ａ，１５−ｂを介さな
くてもスラスト電磁石３−ａ，３−ｂに流れる渦電流を
小さくすることができ、省電力化、冷却機構の簡素化が
図れる。また逆にパワーアンプ１４−ａ，１４−ｂのＰ
ＷＭキャリア周波数を他の軸受よりも高く設定すること
により、フィルタ回路１５−ａ，１５−ｂの定数が小さ
くて済み、省電力化、冷却機構の簡素化が図れ、その上
にフィルタ回路１５−ａ，１５−ｂのコンパクト化、低
コスト化が図れる。
【００３０】
【発明の効果】以上のように請求項１〜３の発明によれ
ば、ＰＷＭパワーアンプからの電流をフィルタ回路に通
すことによって、電流中に含まれているＰＷＭキャリア
周波数成分を除去し又は減少させることにより、スラス
ト電磁石の電磁石鉄心に流れる渦電流を小さくし、スラ
スト電磁石の発熱も少なくすることができ、省電力化、
冷却機構の簡素化が図れ、その上スラスト電磁石に含ま
れる電流が減少するのでパワーアンプの低容量化、コン
パクト化並びに低コスト化が図れる。
ば、ＰＷＭパワーアンプからの電流をフィルタ回路に通
すことによって、電流中に含まれているＰＷＭキャリア
周波数成分を除去し又は減少させることにより、スラス
ト電磁石の電磁石鉄心に流れる渦電流を小さくし、スラ
スト電磁石の発熱も少なくすることができ、省電力化、
冷却機構の簡素化が図れ、その上スラスト電磁石に含ま
れる電流が減少するのでパワーアンプの低容量化、コン
パクト化並びに低コスト化が図れる。
【００３１】請求項４〜６の発明によれば、請求項１〜
３の発明の効果に加えて、切換えスイッチの切換え動作
により、大電力を必要とする負荷状況ではＰＷＭパワー
アンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、安定負
荷の状況ではＰＷＭパワーアンプの出力をフィルタ回路
を介してスラスト電磁石に供給するようにしたので、回
転軸の回転の上昇及び下降時や外乱力が加わって大きな
制御力が必要な状況ではパワーアンプの出力が電磁石コ
イルに直接供給され、制御系の周波数応答に影響を与え
ることなく高速応答制御が可能であり、また高速応答制
御を必要としない比較的長時間の安定期には、フィルタ
回路の出力が電磁石コイルに供給され、パワーアンプの
出力電流からＰＷＭキャリア周波数成分が減少された電
流が電磁石コイルに供給されるようになり、電磁石鉄心
の渦電流を減少させることができ、渦電流損が減少し、
省電力化、冷却機構の簡素化が可能であり、その上、高
速応答制御が必要な時間は比較的短時間であるので、長
時間となる安定制御期間に合わせてパワーアンプの低容
量化、小形化、低コスト化が可能である。
３の発明の効果に加えて、切換えスイッチの切換え動作
により、大電力を必要とする負荷状況ではＰＷＭパワー
アンプの出力を直接にスラスト電磁石に供給し、安定負
荷の状況ではＰＷＭパワーアンプの出力をフィルタ回路
を介してスラスト電磁石に供給するようにしたので、回
転軸の回転の上昇及び下降時や外乱力が加わって大きな
制御力が必要な状況ではパワーアンプの出力が電磁石コ
イルに直接供給され、制御系の周波数応答に影響を与え
ることなく高速応答制御が可能であり、また高速応答制
御を必要としない比較的長時間の安定期には、フィルタ
回路の出力が電磁石コイルに供給され、パワーアンプの
出力電流からＰＷＭキャリア周波数成分が減少された電
流が電磁石コイルに供給されるようになり、電磁石鉄心
の渦電流を減少させることができ、渦電流損が減少し、
省電力化、冷却機構の簡素化が可能であり、その上、高
速応答制御が必要な時間は比較的短時間であるので、長
時間となる安定制御期間に合わせてパワーアンプの低容
量化、小形化、低コスト化が可能である。
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図２】上記の実施の形態で採用するフィルタ回路の特
性を示すグラフ。
性を示すグラフ。
【図３】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図５】従来例の構成を示すブロック図。
１ 回転軸 ２ スラスト円盤 ３−ａ，３−ｂ スラスト電磁石 ４−ａ，４−ｂ 電磁石鉄心 ５ 円環状の溝 ６−ａ，６−ｂ 電磁石コイル ７ フレーム ８ 変位センサ １１ 信号増幅器 １２ 制御装置 １３ 位相反転器 １４−ａ，１４−ｂ パワーアンプ １５−ａ，１５−ｂ フィルタ回路 １６ 切換え器 １７−ａ，１７−ｂ 切換えスイッチ
Claims (6)
- 【請求項１】 フレームケーシングに取り付けられた鉄
心に円環状の溝を設け、前記溝の中に同心状に巻いたコ
イルを挿入してスラスト電磁石を形成し、当該スラスト
電磁石とこれと同様に形成されたもう一つのスラスト電
磁石とを、それらの間に回転軸に強固に固定されたスラ
スト円盤を軸方向に挟んで対置させ、変位センサで検出
した回転軸の軸方向変位信号を制御装置で前記回転軸を
安定支持する制御信号に変換し、前記制御信号をＰＷＭ
パワーアンプによって電流に変換して前記スラスト電磁
石のコイルに供給し、前記回転軸に固定されたスラスト
円盤を軸方向に安定支持するスラスト磁気軸受装置にお
いて、 前記ＰＷＭパワーアンプとスラスト電磁石との間に電流
中のキャリア周波数成分を除去するフィルタ回路を設け
たことを特徴とするスラスト磁気軸受装置。 - 【請求項２】 前記フィルタ回路は、前記キャリア周波
数成分だけを除去するバンドエリミネーションフィルタ
回路であること特徴とする請求項１に記載のスラスト磁
気軸受装置。 - 【請求項３】 前記フィルタ回路は高周波インダクタン
スフィルタ回路であることを特徴とする請求項１に記載
のスラスト磁気軸受装置。 - 【請求項４】 加減速や負荷変動時などの過渡状態では
前記フィルタ回路をバイパスして前記ＰＷＭパワーアン
プの出力電流を直接前記スラスト電磁石に供給し、安定
回転時には前記フィルタ回路を介して前記ＰＷＭパワー
アンプの出力電流を前記スラスト電磁石に供給するよう
に切換える切換えスイッチを設けたことを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載のスラスト磁気軸受装置。 - 【請求項５】 前記切換えスイッチは、前記変位センサ
の出力信号の変動レベルによって切り換えることを特徴
とする請求項４に記載のスラスト磁気軸受装置。 - 【請求項６】 前記切換えスイッチは、前記制御装置の
出力信号の変動レベルによって切り換えることを特徴と
する請求項４に記載のスラスト磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29998499A JP2001124076A (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | スラスト磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29998499A JP2001124076A (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | スラスト磁気軸受装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001124076A true JP2001124076A (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=17879354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29998499A Pending JP2001124076A (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | スラスト磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001124076A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108869558A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-11-23 | 至玥腾风科技投资集团有限公司 | 一种轴承、转子系统及轴承的控制方法 |
| CN110017327A (zh) * | 2017-12-14 | 2019-07-16 | 斯凯孚磁性机械技术公司 | 磁性轴承组件 |
-
1999
- 1999-10-21 JP JP29998499A patent/JP2001124076A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110017327A (zh) * | 2017-12-14 | 2019-07-16 | 斯凯孚磁性机械技术公司 | 磁性轴承组件 |
| CN108869558A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-11-23 | 至玥腾风科技投资集团有限公司 | 一种轴承、转子系统及轴承的控制方法 |
| CN108869558B (zh) * | 2018-01-12 | 2024-04-02 | 刘慕华 | 一种轴承、转子系统及轴承的控制方法 |
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