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JP3306893B2 - Magnetic bearing device - Google Patents

Magnetic bearing device

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Publication number
JP3306893B2
JP3306893B2 JP04316392A JP4316392A JP3306893B2 JP 3306893 B2 JP3306893 B2 JP 3306893B2 JP 04316392 A JP04316392 A JP 04316392A JP 4316392 A JP4316392 A JP 4316392A JP 3306893 B2 JP3306893 B2 JP 3306893B2
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JP
Japan
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current
bias
electromagnet
control
output
Prior art date
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成生 西村
均 山口
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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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
    • 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
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • F16C2360/45Turbo-molecular pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ターボ分子ポンプ、回
転陽極X線管、工作機械用スピンドル、遠心分離機、ロ
ボット等の回転軸や駆動軸等の被支持部材の支持及びス
テ−ジ、搬送装置等の可動部の支持に利用される磁気軸
受装置に関する。
The present invention relates to a turbo molecular pump, a rotary anode X-ray tube, a spindle for a machine tool, a centrifuge, a support and stage for a supported member such as a rotary shaft and a drive shaft of a robot, etc. The present invention relates to a magnetic bearing device used for supporting a movable portion such as a transfer device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の磁気軸受装置は、第4図に示すよ
うに制御軸方向に被支持体を挟んで対向する一対の電磁
石12、13と被支持体の変位量を検出する変位センサ
14とを設け、さらに、これら一対の電磁石の間の所定
位置に被支持体を保持するための軸受制御回路15を設
けている。変位センサ14は、変位基準点(通常は当該
一対の電磁石12、13の中心位置)を中心として被支
持体の制御軸方向の変位に比例した電圧信号を発生し、
この電圧信号は軸受制御回路15に入力される。そして
軸受制御回路15はPID制御回路16,反転回路18
と電流アンプ19、20からなり、入力された電圧信号
はPID制御回路16を経て所定の制御電圧となって、
電流アンプで電流変換されると共に一定のバイアス電流
が付加されて電磁石駆動電流として電磁石に供給され
る。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 4, a conventional magnetic bearing device has a pair of electromagnets 12 and 13 opposed to each other across a supported member in a control axis direction and a displacement sensor 14 for detecting a displacement amount of the supported member. And a bearing control circuit 15 for holding the supported member at a predetermined position between the pair of electromagnets. The displacement sensor 14 generates a voltage signal proportional to the displacement of the supported body in the control axis direction about a displacement reference point (usually the center position of the pair of electromagnets 12 and 13).
This voltage signal is input to the bearing control circuit 15. The bearing control circuit 15 includes a PID control circuit 16 and an inversion circuit 18.
And current amplifiers 19 and 20, and the input voltage signal passes through the PID control circuit 16 to become a predetermined control voltage.
The current is converted by the current amplifier, and a constant bias current is added to the current, and the current is supplied to the electromagnet as the electromagnet drive current.

【0003】ここで、軸受制御回路15の制御動作につ
いて説明する。第5図は、電磁石に供給される電磁石駆
動電流iと電磁石が被支持体に及ぼす電磁力fとの関係
を示すものである。同図に示されるように電磁力fは電
磁石駆動電流iの二乗に比例する関係にある。同図にお
いて制御電流iはPID制御回路16で出力された制
御電圧が電流アンプ19で電流変換されたものであり,
は電流アンプ19、20で付加される一定のバイア
ス電流を示し,i=i+iの関係が成立する。一方
は、制御電流iによる電磁力fの出力成分を,f
は、バイアス電流iによる電磁力fの出力成分をそ
れぞれ示し、f=f+fの関係が成立する。バイア
ス電流iは電流アンプ19、20をA級動作させるた
めに供給されるものである。従って、バイアス電流i
は、制御電流iの負の最大値であるmax との関係
においてimax ≧0でなければならい。i
max <0の場合には、第6図のようになりA級動作
を行うことができず電磁力が大きく歪むため、被支持体
の制御が不能となるからである。
Here, the control operation of the bearing control circuit 15 will be described. FIG. 5 shows the relationship between the electromagnet drive current i supplied to the electromagnet and the electromagnetic force f exerted on the supported body by the electromagnet. As shown in the figure, the electromagnetic force f has a relationship proportional to the square of the electromagnet drive current i. In the figure, the control current ic is obtained by converting the control voltage output from the PID control circuit 16 into a current by the current amplifier 19.
i B indicates a constant bias current added by the current amplifiers 19 and 20, and a relationship of i = i B + ic is established. Meanwhile f c is the output magnitude of the electromagnetic force f by the control current i c, f
B represents the outputs component of the electromagnetic force f by the bias current i B, the relationship of f = f B + f c is satisfied. Bias current i B is intended to be supplied with current amplifier 19 and 20 to operate a class A. Therefore, the bias current i B
Is, i B + n i max ≧ 0 if not copying in relation to the n i max is the maximum negative value of the control current i c. i B +
When ni max <0, as shown in FIG. 6, the class A operation cannot be performed, and the electromagnetic force is greatly distorted, so that control of the supported member becomes impossible.

【0004】次に反転回路18は、入力電圧の正負を反
転させる機能を有している。PID制御回路16で出力
された制御電圧は反転回路18で正負が反転され電流ア
ンプ20に入力されることとなる。第5図の点線で示さ
れるic'は電流アンプ20によって電磁石13に供給さ
れる制御電流を示し、同図の点線で示されるfc'は当該
制御電流による電磁石13の電磁力を表す。電磁石1
2、13に対し、電磁石駆動電流をそれぞれ第5図に示
すように実線及び点線のように供給することによって被
支持体が変位基準点から外れた場合、被支持体が近付い
た方の電磁石の電磁力はバイアス電磁力fを中心とし
て小さくまた、被支持体が遠ざかった方の電磁石の電磁
力をバイアス電磁力fを中心として大きくすることが
でき被支持体を変位基準点に保持することが可能とな
る。
Next, the inversion circuit 18 has a function of inverting the sign of the input voltage. The control voltage output from the PID control circuit 16 is inverted by the inverting circuit 18 and is input to the current amplifier 20. I c indicated by a dotted line in FIG. 5 'represents a control current supplied to the electromagnet 13 by a current amplifier 20, f c indicated by dotted lines in the figure' represents the electromagnetic force of the electromagnet 13 by the control current. Electromagnet 1
When the supported body deviates from the displacement reference point by supplying the electromagnet drive currents to the lines 2 and 13 as shown by a solid line and a dotted line, respectively, as shown in FIG. electromagnetic force also small around the bias electromagnetic force f B, hold the deflection reference point can be the supported body to increase the electromagnetic force of the electromagnet towards which the support moves away around the bias electromagnetic force f B It becomes possible.

【0005】このように磁気軸受装置は被支持体の変位
基準点からのずれを変位センサで検出し、その電圧出力
に応じて制御電流iを変化させることによって電磁石
の電磁力fを調節して被支持体を変位基準点に保持する
ものであるが、従来の磁気軸受装置では、上述のように
A級動作を行う必要から、常に一定の大きなバイアス電
流iを電磁石に供給していた。
As described above, the magnetic bearing device detects the deviation of the supported member from the displacement reference point by the displacement sensor, and adjusts the electromagnetic force f of the electromagnet by changing the control current ic according to the voltage output. is intended for holding the support deflection reference point Te, but the conventional magnetic bearing device, the need to perform a class-a operation, as described above, was always supplying a constant large bias current i B to the electromagnet .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、被支持体
が、変位基準点からずれることなく安定支持されている
状態においては変位センサから取り出される電圧信号は
ほぼ零であり、従って電磁石に入力される制御電流i
もほとんど零となる。このような場合には、小さなバイ
アス電流でもA級動作が可能であり磁気軸受装置の安定
な駆動が可能となるのであるが、従来装置ではかかる場
合にも大きなバイアス電流iを電磁石に対して供給す
ることとなるため、消費電力が非常に大きくなるという
欠点があった。
However, when the supported member is stably supported without shifting from the displacement reference point, the voltage signal extracted from the displacement sensor is almost zero, and is therefore input to the electromagnet. Control current ic
Is also almost zero. In such a case, although a small bias current is also become possible to stable driving of the magnetic bearing device is capable of Class A operation, a large bias current i B even if such a conventional apparatus with respect to the electromagnet Since the power is supplied, there is a disadvantage that the power consumption becomes very large.

【0007】本発明は、かかる欠点を有効に解消するた
め創案されたもので被支持体の支持状態の安定度、即ち
被支持体の変位基準点からのずれに応じてバイアス電流
の大きさを制御することによって低消費電力の磁気
軸受装置を提供することを目的とする。
[0007] The present invention, stability of the support state of the support in what has been made to effectively solve the above drawbacks, i.e. the magnitude of the bias current i B in accordance with the deviation from the deflection reference point of the support An object of the present invention is to provide a magnetic bearing device with low power consumption by controlling the magnetic bearing device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の磁気軸受装置は、制御軸方向に、被支持体を
挟んで対向する一対の電磁石と、同方向への被支持体の
変位量を検出する変位センサと、該変位センサの出力に
応じて被支持体を上記電磁石間の所定位置に保持するた
めに上記電磁石に供給する制御電流を調整する軸受制御
回路とを有し、上記軸受制御回路に上記変位センサの出
力信号より直流成分を除去し、直流成分の除去された変
位センサの出力信号に応じてバイアス電流を調整すると
共に、バイアス電流が一定値以上にならないように制限
するバイアス電流調整範囲制限機能を有するバイアス調
整回路を設け、該バイアス調整回路の出力バイアス電流
と上記制御電流との加算電流を電磁石駆動電流として上
記電磁石に供給するようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a magnetic bearing device according to the present invention comprises a pair of electromagnets opposed to each other across a supported member in a control axis direction, and a pair of electromagnets in the same direction. A displacement sensor that detects the amount of displacement, and a bearing control circuit that adjusts a control current supplied to the electromagnet in order to hold the supported body at a predetermined position between the electromagnets in accordance with an output of the displacement sensor, The bearing control circuit removes the DC component from the output signal of the displacement sensor, adjusts the bias current according to the output signal of the displacement sensor from which the DC component has been removed, and limits the bias current so that the bias current does not exceed a certain value. A bias adjustment circuit having a function of limiting a bias current adjustment range is provided, and an addition current of an output bias current of the bias adjustment circuit and the control current is supplied to the electromagnet as an electromagnet drive current. Characterized in that way the.

【0009】[0009]

【作用】この発明の磁気軸受装置は上記のように構成さ
れていて、直流成分の除去された変位センサの出力信号
でバイアス電流を調整するので、外乱により被支持体の
変位基準点からのずれに対してバイアス電流が素早く応
答し、被支持体の変位基準点に安定支持でき、この際、
バイアス電流は、被支持体が変位基準点の付近で安定し
て支持されている状態では電磁石に供給すべきバイアス
電流を小さく、また被支持体が変位基準点から外れて不
安定な状態で支持されている場合は当該バイアス電流を
大きくすることが可能となる。また、バイアス電流が一
定値以上にならないように制限されるので、電磁石、電
子回路等の飽和が防止でき、さらに、電磁石には制御電
流とバイアス電流との加算電流がそれの駆動電流として
供給されるので、バイアスコイルは不要で電磁石の構成
が簡単となり、磁気軸受装置の小型化が図れる。
The magnetic bearing device according to the present invention is constructed as described above, and the bias current is adjusted by the output signal of the displacement sensor from which the DC component has been removed. The bias current responds quickly to and can stably support the displacement reference point of the supported body.
The bias current is small when the supported object is stably supported near the displacement reference point, and the bias current to be supplied to the electromagnet is small. In this case, the bias current can be increased. In addition, since the bias current is limited so as not to exceed a certain value, saturation of the electromagnet, the electronic circuit, and the like can be prevented, and the electromagnet is supplied with an added current of the control current and the bias current as its drive current. Therefore, no bias coil is required, the configuration of the electromagnet is simplified, and the size of the magnetic bearing device can be reduced.

【0010】[0010]

【実施例】本発明の磁気軸受装置の一実施例を第1図を
用いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the magnetic bearing device of the present invention will be described with reference to FIG.

【0011】第1図において、1は被支持体、2、3は
回転体を挟んで対向して配置された電磁石、4は電磁石
2、3に近接して配置された変位センサ、5は被支持体
を変位基準点に保持し、かつバイアス電流を制御する軸
受制御回路である。軸受制御回路5において、6はPI
D(比例積分微分)制御回路、7は変位センサの電圧信
号に応じて所定のバイアス電圧を出力するバイアス調整
回路、8は入力電圧を反転させる反転回路、9、10は
制御入力ポ−トとバイアス調整入力ポ−トを持つ電流ア
ンプである。当該電流アンプは、制御入力ポ−トに入力
された電圧信号をそれに比例した電流、即ち制御電流に
変換する機能と、バイアス調整入力ポ−トに入力された
電圧信号をそれにに比例する電流、即ちバイアス調整電
流に変換する機能を有し、さらに前記バイアス調整電流
に定常バイアス電流を付加してこれをバイアス電流と
し、これに前記制御電流を加えて電磁石駆動電流として
出力する機能を合せ持つ。ここで定常バイアス電流とは
バイアス調整入力ポ−トの入力が零の場合にバイアス電
流として電磁石に供給される電流で、その値は予め定め
てある。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a supported member, reference numerals 2 and 3 denote electromagnets opposed to each other with a rotating body interposed therebetween, reference numeral 4 denotes a displacement sensor disposed in proximity to the electromagnets 2 and 3, and reference numeral 5 denotes an electromagnet. This is a bearing control circuit that holds the support at the displacement reference point and controls the bias current. In the bearing control circuit 5, 6 is PI
D (proportional-integral-differential) control circuit, 7 is a bias adjusting circuit for outputting a predetermined bias voltage according to the voltage signal of the displacement sensor, 8 is an inverting circuit for inverting the input voltage, 9 and 10 are control input ports. This is a current amplifier having a bias adjustment input port. The current amplifier has a function of converting a voltage signal input to the control input port into a current proportional to the current signal, that is, a control current, a function of converting the voltage signal input to the bias adjustment input port into a current proportional thereto, That is, it has a function of converting to a bias adjustment current, and further has a function of adding a steady-state bias current to the bias adjustment current to make it a bias current, adding the control current thereto, and outputting it as an electromagnet drive current. Here, the steady bias current is a current supplied to the electromagnet as a bias current when the input of the bias adjustment input port is zero, and its value is predetermined.

【0012】次に、このように構成された磁気軸受装置
において、被支持体が外力を受けて振動した場合の電磁
石へ供給されるバイアス電流の制御動作について説明す
る。被支持体1は、外力が作用しない状態では対向する
電磁石2、3の中心、即ち変位基準点を中心として浮上
支持されている。ここで、第2図に示すように時刻0〜
t3 における磁気軸受装置による制御動作を考え、同図
中時刻t1 〜t2 においてのみ被支持体1が外力を受け
変位基準点を中心に制御軸方向に振動したものとする。
かかる場合、変位センサの出力する電圧信号は第2図
(a) のようになる。
Next, the operation of controlling the bias current supplied to the electromagnet when the supported body vibrates under the external force in the magnetic bearing device thus configured will be described. When no external force is applied, the supported member 1 is levitated and supported about the center of the electromagnets 2 and 3 facing each other, that is, the displacement reference point. Here, as shown in FIG.
Considering the control operation by the magnetic bearing device at t3, it is assumed that the supported body 1 receives an external force and vibrates in the control axis direction about the displacement reference point only from time t1 to t2 in FIG.
In such a case, the voltage signal output from the displacement sensor is shown in FIG.
(a).

【0013】次に当該変位センサの出力に基づくバイア
ス調整回路の動作について説明する。第3図は、バイア
ス調整回路の一実施例である。同図においてバイアス調
整回路に入力された電圧はコンデンサCdによって直流
成分が取り除かれ振動成分のみがダイオ−ド30によっ
て負方向に半端整流さる。そしてコンデンサCbに電荷
が蓄えられた後、反転積分回路31を通りバイアス調整
回路の出力となる。ここで、反転積分回路31はオペア
ンプの入出力間にまたがる抵抗Raによって不完全積分
回路を形成しているため、変位センサの電圧信号の振動
振幅の増加によって徐々に出力を増加させると共に、当
該振動が減衰した場合徐々にその出力を低下させる機能
を有する。また抵抗Raと並列に接続されたツェナダイ
オ−ド32によってオペアンプの出力が制限されため、
バイアス調整回路の出力は一定値以上になることはな
い。
Next, the operation of the bias adjustment circuit based on the output of the displacement sensor will be described. FIG. 3 shows an embodiment of the bias adjustment circuit. In the figure, the DC component of the voltage input to the bias adjustment circuit is removed by the capacitor Cd, and only the vibration component is partially rectified in the negative direction by the diode 30. Then, after the charge is stored in the capacitor Cb, the charge passes through the inverting and integrating circuit 31 and becomes the output of the bias adjustment circuit. Here, since the inverting and integrating circuit 31 forms an incomplete integrating circuit by the resistance Ra across the input and output of the operational amplifier, the output gradually increases due to the increase in the vibration amplitude of the voltage signal of the displacement sensor, and Has the function of gradually lowering its output when is attenuated. Also, the output of the operational amplifier is limited by the Zener diode 32 connected in parallel with the resistor Ra.
The output of the bias adjustment circuit does not exceed a certain value.

【0014】第2図(b) は、第2図(a) に示す変位セン
サの電圧信号がバイアス調整回路に入力された場合の出
力電圧の変化を示すものである。時刻0〜t1 において
は、変位センサの出力が零であるため、バイアス調整回
路の出力も零である。つぎに時刻t1 において変位セン
サ出力の振動が発生し、時刻t2 まで徐々に減衰しなが
ら振動したとする。なお、このような振動は被支持体に
外乱が加わった場合に一般的に生じる現象である。この
とき第2図(a) に示す変位センサ出力の負電圧に相当す
る部分の反転値の積分値がバイアス調整回路の出力電圧
となり、その出力は徐々に増大する。しかし、振幅が減
衰するにつれてその増加率が減少し第2図(b) に示すよ
うな変化を示す。時刻t2 〜t3 では変位センサの出力
が零であるため、バイアス調整回路の出力も零に漸近
し、時刻t3 において完全に零となる。なお振動が減衰
せずに継続する場合はバイアス調整回路の出力が増大す
るがツェナダイオ−ド32の作用により予め定められた
値以上になることはない。
FIG. 2 (b) shows a change in the output voltage when the voltage signal of the displacement sensor shown in FIG. 2 (a) is input to the bias adjustment circuit. From time 0 to time t1, the output of the displacement sensor is zero, so the output of the bias adjustment circuit is also zero. Next, it is assumed that the displacement sensor output vibrates at time t1 and gradually attenuates until time t2. Note that such vibration is a phenomenon that generally occurs when disturbance is applied to the supported member. At this time, the integrated value of the inverted value of the portion corresponding to the negative voltage of the displacement sensor output shown in FIG. 2A becomes the output voltage of the bias adjustment circuit, and the output gradually increases. However, as the amplitude decreases, the rate of increase decreases and changes as shown in FIG. 2 (b). Since the output of the displacement sensor is zero between times t2 and t3, the output of the bias adjustment circuit also approaches zero and becomes completely zero at time t3. If the vibration continues without attenuating, the output of the bias adjustment circuit increases, but does not exceed a predetermined value due to the action of the Zener diode 32.

【0015】そして、これらの出力は、電流アンプ9,
10のバイアス調整入力ポ−トに供給される。電流アン
プ9は,制御入力ポ−トヘ供給されたPID制御回路の
出力である制御電圧に比例した制御電流と、バイアス調
整入力ポ−トに供給された電圧に比例したバイアス調整
電流を定常バイアス電流に上乗せした電流であるバイア
ス電流を加算して電磁石駆動電流として電磁石2に供給
する。また電流アンプ10はPID制御回路の出力であ
る制御電圧の反転値に比例した電流である制御電流と、
電流アンプ9と同じ手順で供給されるバイアス電流を加
算して電磁石駆動電流として電磁石3に供給する。かか
る場合の電流アンプ9、10の出力を第2図(C) に示
す。
These outputs are connected to the current amplifier 9,
Supplied to 10 bias adjustment input ports. The current amplifier 9 converts a control current proportional to the control voltage output from the PID control circuit supplied to the control input port and a bias adjustment current proportional to the voltage supplied to the bias adjustment input port into a steady bias current. And a bias current, which is a current added to the current, is supplied to the electromagnet 2 as an electromagnet drive current. Further, the current amplifier 10 has a control current which is a current proportional to an inverted value of the control voltage which is an output of the PID control circuit;
A bias current supplied in the same procedure as that of the current amplifier 9 is added and supplied to the electromagnet 3 as an electromagnet drive current. FIG. 2C shows the outputs of the current amplifiers 9 and 10 in such a case.

【0016】このようにして、本実施例の磁気軸受装置
によれば、被支持体が変位基準点から外れることなく安
定して支持されている状態では電磁石に供給すべきバイ
アス電流を小さく、即ち電流アンプ9、10の定常バイ
アス電流となり、また、被支持体が変位基準点から外れ
て支持された場合は当該バイアス電流を大きくすること
ができる。従って、従来の磁気軸受装置と同様、A級動
作による電磁駆動を可能とするとともに消費電力を従来
装置に比べて低く押さえることが可能となる。
As described above, according to the magnetic bearing device of this embodiment, when the supported member is stably supported without deviating from the displacement reference point, the bias current to be supplied to the electromagnet is small. The bias current becomes a steady-state bias current for the current amplifiers 9 and 10, and when the supported body is supported out of the displacement reference point, the bias current can be increased. Therefore, similarly to the conventional magnetic bearing device, it becomes possible to perform the electromagnetic drive by the class A operation and to suppress the power consumption lower than that of the conventional device.

【0017】尚、上記実施例では、変位センサの出力に
基ずく制御手段としてPID制御を用いたが、PD制御
や位相進み遅れ制御、現代制御理論に基ずく制御なども
可能である。また全体をディジタル化しマイクロコンピ
ュ−タ等を用いて制御を行うことも可能である。
In the above embodiment, PID control is used as control means based on the output of the displacement sensor. However, PD control, phase advance / delay control, control based on modern control theory, and the like are also possible. It is also possible to perform the control by using a microcomputer or the like after digitizing the whole.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明の磁気軸受装置は次のような効果
を有する。外乱により被支持体の変位基準点からのずれ
に対してバイアス電流が素早く応答し、被支持体の変位
基準点に安定支持でき、被支持体が変位基準点から外れ
ることなく安定して支持されている状態では電磁石に供
給すべきバイアス電流を小さく、また、被支持体が変位
基準点から外れて回転する場合当該バイアス電流を大き
くすることができる。これにより、A級動作による電磁
石駆動が可能となるとともに消費電力を従来装置に比し
低く押さえることが可能となり、従来の磁気軸受装置と
同様の性能を有しかつ従来装置に比べて低消費電力の磁
気軸受装置の供給が可能となる。また、バイアス電流
は、バイアス調整回路のバイアス電流調整範囲制限機能
で一定値以上にはならないので、電磁石、電子回路等の
飽和等を防止でき、さらに、電磁石には制御信号とバイ
アス電流との加算電流が駆動電流として供給されるの
で、バイアスコイルが不要でバイアスコイルを必要とせ
ず、磁気軸受装置を小型化できる。
The magnetic bearing device of the present invention has the following effects. The bias current quickly responds to deviation from the displacement reference point of the supported body due to disturbance, and can be stably supported at the displacement reference point of the supported body, and the supported body is stably supported without deviating from the displacement reference point In this state, the bias current to be supplied to the electromagnet can be reduced, and when the supported member rotates out of the displacement reference point, the bias current can be increased. As a result, it becomes possible to drive the electromagnet by the class-A operation and to reduce the power consumption lower than that of the conventional device, and have the same performance as the conventional magnetic bearing device and lower power consumption compared to the conventional device. Supply of the magnetic bearing device. Also, since the bias current does not exceed a certain value due to the bias current adjustment range limiting function of the bias adjustment circuit, it is possible to prevent saturation of the electromagnet, the electronic circuit, and the like, and to add the control signal and the bias current to the electromagnet. Since the current is supplied as the drive current, no bias coil is required, no bias coil is required, and the size of the magnetic bearing device can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の磁気軸受装置の一実施例の制御ブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a control block diagram of an embodiment of a magnetic bearing device according to the present invention.

【図2】磁気軸受装置の各部の出力信号の時間的変化を
表すタイムチャ−トである。
FIG. 2 is a time chart showing a temporal change of an output signal of each part of the magnetic bearing device.

【図3】バイアス調整回路の一実施例としての積分回路
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an integration circuit as an example of a bias adjustment circuit.

【図4】従来の磁気軸受装置の動作原理を表すモデル図
である。
FIG. 4 is a model diagram illustrating an operation principle of a conventional magnetic bearing device.

【図5】電磁石に供給される制御電流と電磁石が被支持
体に及ぼす電磁力の関係を示す図である
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a control current supplied to an electromagnet and an electromagnetic force exerted on a supported body by the electromagnet.

【図6】バイアス電流が小さいため、A級動作が行われ
ておらず、電磁石駆動電流に対して電磁力が大きく歪ん
でいる状態を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a state in which the class A operation is not performed because the bias current is small, and the electromagnetic force is greatly distorted with respect to the electromagnet drive current.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11:回転体 2、3、12,13 :電磁石 4、14:変位センサ 5,15:軸受制御回路 6、16:PID制御回路 7:バイアス調整回路 8,18:反転回路 9,10,19,20:電流アンプ 1, 11: rotating body 2, 3, 12, 13: electromagnet 4, 14: displacement sensor 5, 15: bearing control circuit 6, 16: PID control circuit 7, bias adjustment circuit 8, 18, inversion circuit 9, 10, 19, 20: Current amplifier

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16C 32/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F16C 32/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 制御軸方向に、被支持体を挟んで対向す
る一対の電磁石と、同方向への被支持体の変位量を検出
する変位センサと、該変位センサの出力に応じて被支持
体を上記電磁石間の所定位置に保持するために上記電磁
石に供給する制御電流を調整する軸受制御回路とを備え
た磁気軸受装置において、上記軸受制御回路に上記変位
センサの出力信号より直流成分を除去し、直流成分の除
去された変位センサの出力信号に応じてバイアス電流を
調整すると共に、バイアス電流が一定値以上にならない
ように制限するバイアス電流調整範囲制限機能を有する
バイアス調整回路を設け、該バイアス調整回路の出力バ
イアス電流と上記制御電流との加算電流を電磁石駆動電
流として上記電磁石に供給するようにしたことを特徴と
する磁気軸受装置。
1. A pair of electromagnets opposed to each other across a supported member in a control axis direction, a displacement sensor for detecting a displacement amount of the supported member in the same direction, and a supported sensor in accordance with an output of the displacement sensor. A bearing control circuit that adjusts a control current supplied to the electromagnet in order to hold a body at a predetermined position between the electromagnets, wherein the bearing control circuit converts a direct current component from an output signal of the displacement sensor to the bearing control circuit. A bias adjustment circuit having a bias current adjustment range limiting function that removes and adjusts the bias current according to the output signal of the displacement sensor from which the DC component has been removed, and limits the bias current so that the bias current does not exceed a predetermined value, A magnetic bearing device wherein an added current of an output bias current of the bias adjustment circuit and the control current is supplied to the electromagnet as an electromagnet drive current.
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