JP4251683B2 - Electromagnet drive device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は2個の電磁石により対象物の位置制御を行う装置の電磁石駆動装置に関するもので、高速回転体の磁気軸受や各種搬送装置の磁気浮上に使用して効果がある。
【0002】
【従来の技術】
図4は磁気軸受等の用途に従来用いられている装置の構成を示すものである。同図において1は第1の鉄心61と共に第1の電磁石を構成する第1の駆動コイル、2は第2の鉄心62と共に第2の電磁石を構成する第2の駆動コイル、31、41はそれぞれ第1、第2の駆動コイル1、2を駆動する第1、第2の可変電流電源、7は制御の対象物となる回転軸、81は第1の駆動コイルバイアス電流Ib1と制御電流iを加算し、その出力にて第1の可変電流電源31出力電流を(Ib1+i)に制御する加算器、82は第2の駆動コイルバイアス電流Ib2から制御電流iを減算し、その出力にて第2の可変電流電源41出力電流を(Ib2−i)に制御する減算器である。
【0003】
2個の電磁石により対象物を制御する場合、このように片方の吸引力を+iにより増加させ、もう一方の吸引力を−iにより減少させるプッシュプル的な駆動にするのが一般的である。バイアス電流Ib1、Ib2は回転軸7の自重などによる荷重を支えるために必要となる。9は制御電流iを出力する制御増幅器で各種構成のものが使用されるが、例えばその入力91は回転軸7と第1の鉄心61とのギャップを検出するギャップセンサ出力を受け、ギャップ長が一定になるようPID制御(図示せず)を行うなどの構成がとられる。
【0004】
図5は図4の従来装置コイル1、2を駆動する回路を示すもので、それぞれのコイル1、2に可変電流電源31、41を並列に接続し、それぞれの出力電流を(Ib1+i)、(Ib2−i)にセットする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上で説明したように2個のコイル1、2に個別に可変電流電源31、41が使用される。バイアス電流Ib1、Ib2は一定の直流値であるが、制御電流iはギャップ長が回転軸7の振動などの外乱を受けて変動するため、かなりの高周波成分を含み、可変電流電源31、41としてはかなり高速の応答が要求される。また、一般にコイル1、2の駆動には低圧でよいが大電流が必要である。従って高精度、高速特性の制御を実現するためには、可変電流電源31、41として電流容量が大きく応答の速いものが要求されるが、このような装置は市販されているものも少なく、あったとしても、または製作するとしても大変高価なものとなってしまう。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような点に鑑み、可変電流電源を1台とし、かつ電流容量も減らし、安価な装置にて同様の効果を得んとするものである。具体的には、2個の電磁石にて対象物の位置制御を行う制御系において、2個の電磁石の駆動コイルと可変電流電源を全て直列に接続して閉回路を構成し、それぞれの電磁石の駆動コイルと並列に定電流電源を接続して構成する。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図によって説明する。図1は本発明による第1の駆動コイル1と第2の駆動コイル2の駆動回路を示すもので、3は第1の駆動コイル1を駆動する定電流電源で、バイアス電流Ib1を出力する。4は第2の駆動コイル2を駆動する定電流電源で、バイアス電流Ib2を出力する。5が制御電流iを出力する可変電流電源で、第1の駆動コイル1を正方向に、第2の駆動コイル2を負方向に駆動する。可変電流電源5は図4の制御増幅器9と同様の装置によりその出力電流をコントロールされる。このような構成にてもコイル1、2は図4、5の従来装置と同様にそれぞれ電流(Ib1+i)、(Ib2−i)にて駆動されることは明らかである。
【0008】
【作用】
図5に示す従来の電磁石駆動装置と、図1の本発明による電磁石駆動装置とを比べると、可変電流電源は31、41の2台から5の1台となり、また5はバイアス電流Ib1やIb2を供給せずに制御電流iのみを出力すればよいためごく小容量のものでよく、従来の装置に比べて大変安価な装置となる。
【0009】
【実施例】
図2は第1の駆動コイル1にバイアス電流Ib1を供給する定電流電源の実施例であり、5は制御電流iを供給する可変電流電源である。第2の駆動コイルについても同様であるが、ここでは省略する。32は定電圧電源、33、34、35は抵抗器、36は演算増幅器、37はpnp型トランジスタである。衆知の如く、飽和しておらずに活性状態にある演算増幅器36の正負入力電圧はほぼ等しくなる。よって定電圧電源32の電圧をE、演算増幅器36の正側入力端子の電圧をE+、トランジスタ37のエミッタ電流をIe、抵抗器35の抵抗値をRとすると、
E+=E−R×Ie (1)
が成立する。トランジスタ37のコレクタ電流Icはほぼエミッタ電流Ieに等しいから、駆動コイル1は(1)式のIeにより定電流駆動される。電流値は抵抗器33、34により演算増幅器36の正側入力端子電圧E+を変えることにより調整することができ、Ieがバイアス電流Ib1となるようにセットする。駆動コイル1にはIb1に加え、可変電流電源5より制御電流iが重畳されることは明らかである。
【0010】
図3は制御電流iを供給する可変電流電源の実施例であり、51〜57は抵抗器、58、59は演算増幅器、101はnpn型トランジスタ、102はpnp型トランジスタである。抵抗器51には図4の制御増幅器9出力である制御電流iに相当した電圧Eiが入力される。トランジスタ101、102は演算増幅器58の出力インピーダンスを下げて負荷である駆動コイル1、2に十分な電流を供給するためのもので、それぞれのコレクタ端子は正電源、負電源に接続される。抵抗器55、56は出力短絡などの過電流からトランジスタ101、102を保護するためのものである。演算増幅器59は出力電圧のバッファ装置として動作する。抵抗器57の抵抗値をRo、抵抗器57を通して出力される電流値をIoとすると、図5の場合とほぼ同様の解析によりIo=Ei/Roとなり、Eiにより出力電流を調整することができる。
【0011】
抵抗器55と56の接続点電圧をEoとすると、演算増幅器59の正側入力端子電圧は(Eo−Io×Ro)となり、演算増幅器59はバッファ装置として動作する故この電圧はそのまま演算増幅器59の出力電圧となる。抵抗器51と52の抵抗値は等しく選定されており、演算増幅器58の正側入力端子電圧は(Ei+Eo−Io×Ro)/2となる。抵抗器53と54の抵抗値も等しく選ばれているため、演算増幅器58の負側入力電圧はEo/2となり、これが正側入力電圧と等しくなることからIo=Ei/Roが導かれ、制御電流iに比例した電流Ioが取り出される。
【0012】
図2、図3の実施例はいずれも日本電気(株)のオペアンプに関する技術資料IEB554、IEA519を参考にした。
【0013】
【発明の効果】
本発明によれば、安価な電流電源により磁気軸受や磁気浮上に使用される2個の電磁石を駆動することが可能となり、産業上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回路構成を示す図である。
【図2】本発明による定電流電源の実施例を示す図である。
【図3】本発明による可変電流電源の実施例を示す図である。
【図4】本発明が適用される磁気軸受け装置の構成を示す図である。
【図5】従来装置の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
1、2 駆動コイル
3、4 定電流電源
5 可変電流電源
7 回転軸
9 制御増幅器
31、41 可変電流電源
32 定電圧電源
33、34、35、51〜57 抵抗器
36、58、59 演算増幅器
37、102 pnp型トランジスタ
61、62 鉄心
81 加算器
82 減算器
91 制御増幅器入力端子
101 npn型トランジスタ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an electromagnet driving device for a device that controls the position of an object with two electromagnets, and is effective when used for magnetic levitation of a magnetic bearing of a high-speed rotating body and various conveying devices.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows the structure of an apparatus conventionally used for applications such as magnetic bearings. In the figure, 1 is a first drive coil that constitutes a first electromagnet together with a first iron core 61, 2 is a second drive coil that constitutes a second electromagnet together with a
[0003]
When an object is controlled by two electromagnets, it is common to use push-pull driving in which the suction force on one side is increased by + i and the other suction force is reduced by -i. The bias currents Ib1 and Ib2 are necessary to support a load due to the weight of the rotating shaft 7 or the like. 9 is a control amplifier that outputs a control current i and has various configurations. For example, its input 91 receives a gap sensor output for detecting a gap between the rotating shaft 7 and the first iron core 61, and the gap length is A configuration such as PID control (not shown) is performed so as to be constant.
[0004]
FIG. 5 shows a circuit for driving the conventional apparatus coils 1 and 2 of FIG. 4. The variable
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the variable
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In view of such a point, the present invention uses a single variable current power source, reduces the current capacity, and achieves the same effect with an inexpensive apparatus. Specifically, in a control system that controls the position of an object with two electromagnets, the drive coils of the two electromagnets and the variable current power supply are all connected in series to form a closed circuit. A constant current power supply is connected in parallel with the drive coil.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the details of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a drive circuit for a first drive coil 1 and a second drive coil 2 according to the present invention.
[0008]
[Action]
When the conventional electromagnet driving device shown in FIG. 5 is compared with the electromagnet driving device according to the present invention shown in FIG. 1, the variable current power source is changed from two
[0009]
【Example】
FIG. 2 shows an embodiment of a constant current power source that supplies a bias current Ib1 to the
E + = E−R × Ie (1)
Is established. Since the collector current Ic of the
[0010]
FIG. 3 shows an embodiment of a variable current power source for supplying a control current i. Reference numerals 51 to 57 denote resistors, 58 and 59 denote operational amplifiers, 101 denotes an npn transistor, and 102 denotes a pnp transistor. A voltage Ei corresponding to the control current i, which is the output of the control amplifier 9 in FIG. The transistors 101 and 102 are for lowering the output impedance of the operational amplifier 58 and supplying a sufficient current to the drive coils 1 and 2 that are loads, and their collector terminals are connected to a positive power source and a negative power source. Resistors 55 and 56 are for protecting the transistors 101 and 102 from an overcurrent such as an output short circuit. The operational amplifier 59 operates as an output voltage buffer device. Assuming that the resistance value of the resistor 57 is Ro and the current value output through the resistor 57 is Io, Io = Ei / Ro is obtained by almost the same analysis as in FIG. 5, and the output current can be adjusted by Ei. .
[0011]
Assuming that the connection voltage of the resistors 55 and 56 is Eo, the positive side input terminal voltage of the operational amplifier 59 is (Eo−Io × Ro), and the operational amplifier 59 operates as a buffer device. Output voltage. The resistance values of the
[0012]
2 and 3 are based on technical documents IEB554 and IEA519 concerning operational amplifiers of NEC Corporation.
[0013]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to drive two electromagnets used for magnetic bearings and magnetic levitation by an inexpensive current power source, and the industrial effect is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a constant current power source according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a variable current power supply according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a magnetic bearing device to which the present invention is applied.
FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional device.
[Explanation of symbols]
1, 2
Claims (1)
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