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JPH03154108A - 磁気軸受の制御装置 - Google Patents

磁気軸受の制御装置

Info

Publication number
JPH03154108A
JPH03154108A JP29355589A JP29355589A JPH03154108A JP H03154108 A JPH03154108 A JP H03154108A JP 29355589 A JP29355589 A JP 29355589A JP 29355589 A JP29355589 A JP 29355589A JP H03154108 A JPH03154108 A JP H03154108A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotating shaft
coil
rotation axis
voltage
electromagnetic coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29355589A
Other languages
English (en)
Inventor
Toru Nakagawa
亨 中川
Masakazu Nakajima
正和 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP29355589A priority Critical patent/JPH03154108A/ja
Publication of JPH03154108A publication Critical patent/JPH03154108A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F16C32/0446Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
    • F16C32/0448Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors by using the electromagnet itself as sensor, e.g. sensorless magnetic bearings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (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 本発明は、能動制御型磁気軸受の制御装置に関するもの
である。
従来の技術 電磁石の磁気吸引力を利用して回転軸の空中支持を行う
磁気軸受装置においては、当然のことながら回転軸の位
置を検出し、所定の変位となるよう前記電磁吸引力を制
御する必要がある。
上述の従来の磁気軸受装置においては、第4図のような
構成をとっていた。回転軸1を、軸受ステータコア2と
軸受ステータコイル3とからなる電磁石によって支持す
るとともに、位置検出器4にて回転軸1の位置を検出す
る。この検出信号と軸位置基準器5に設定された回転軸
lの基準位置とによって、基準位置と回転軸1の実際の
位置のずれ量である偏差信号を比較器6から補償回路7
に出力している。この補償回路7は前記偏差信号にPI
D補償及び位相補償を施し、増幅器8で電力増幅し前記
軸受ステータコイル3に電圧印加し電磁石を励磁する。
磁気軸受の位置検出器4には、たびたび渦電流式変位検
出器が採用され、その動作は次のとおりである。高周波
発振器9の出力信号を検出コイル10に入力し、交流電
流を発生させる。交流電流が流れている検出コイル10
が導電体である回転軸1に接近すると、回転軸1に渦電
流が流れて交流磁界を生じ、これが検出コイル10に作
用して、検出コイル10のインピーダンスが変化する。
この渦電流効果は検出コイル10と回転軸1の距離が増
加すれば小さくなるので、両者の距離に応じて検出コイ
ル10のインピーダンスが決定されることになる。この
インピーダンス変化を同調増幅器11およびAM検波回
路12により電圧信号として取り出し、直流増幅器13
を介して、回転軸1の位置検出信号として前記比較器6
に出力する。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、検出コイルと電磁
石を回転軸スラスト方向に直列に配置する必要があり、
回転軸の長大化ひいては回転軸固有振動数の低下をきた
し、高速回転数での運転が困難となる(第一の課題)。
また、高い加工精度を要求される工作機械主軸において
は、位置検出器の精度・分解能回転軸の位置決め精度に
大きな影響を及ぼし、高精度の位置決めを行うにはそれ
に見合う高精度・高分解能な回転軸の位置検出器が必要
となる。磁気軸受の位置検出器としては、回転軸の可動
範囲をカバーする広い測定範囲の位置検出器が必要であ
るが、一般に測定範囲の広い位置検出器程分解能が低く
、高精度な位置決めが困難になる(第2の課題)。
そこで本発明は、上記のような課題を解決するための磁
気軸受の制御装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 第1発明は上記課題を解決するため、高周波発振器の出
力信号を制御電圧と重畳させて電磁石コイルに印加する
ことにより回転軸に渦電流が流れて発生する交流磁界に
よる前記電磁石コイルのインピーダンス変化を電圧に変
換させる検出回路によって、前記回転軸の位置検出を行
うように構成したことを特徴とするものである。
また、第2発明は、高周波発振器の出力信号を制御電圧
き重畳させて電磁石コイルに印加することにより回転軸
に渦電流が流れて発生する交流磁界による前記電磁石コ
イルのインピーダンス変化を電圧に変換させる検出回路
によって、回転軸の位置検出を広測定範囲で行う第一の
位置検出手段と、狭測定範囲で高分解能な第二の位置検
出手段とを備え、回転軸位置が第二の位置検出手段の測
定範囲内であれば、この出力信号をフィードバックし、
測定範囲外であれば第一の位置検出手段の出力信号をフ
ィードバックするよう第一・第二の位置検出手段を回転
軸位置によって切換えて用いるように構成したことを特
徴とするものである。
作   用 第1発明によれば、電磁石コイルが回転軸の位置検出コ
イルを兼ねるので、従来の検出コイルを省略することが
でき、回転軸の全長を短く抑えることができるので、回
転軸固有振動数を増加させ高速回転が可能となる。
また第2発明によれば、回転軸の位置検出を広測定範囲
で行う第一の位置検出手段において、電磁石コイルが回
転軸の位置検出コイルを兼ねるので、従来の検出コイル
の設置部に狭測定範囲で高分解能な第二の位置検出手段
を設けることができ、従来の回転軸の全長を増大させる
ことなく構成できる。さらに、2つの位置検出手段を切
換えて使用するので、高分解能な回転軸の位置検出が可
能であり、回転軸の高精度な位置決めが可能となる。
実施例 以下、本発明の第1実施例における磁気軸受の制御装置
について、第1図を参照しながら説明する。
第1図において、回転軸21を軸受ステータコア22と
軸受ステータコイル23とからなる回転軸吸引用電磁石
によって支持するとともに、位置検出器24にて回転軸
21の位置を検出する。この検出信号と軸位置基準器2
5に設定された回転軸21の基準位置とによって、基準
位置と回転軸1の実際の位置とのずれ量である偏差信号
を比較器26から補償回路27に出力する。この補償回
路27は前記偏差信号にPIDI償及び位相補償を施し
、加算器28に補償信号として出力する。
加算器28は前記補償信号と位置検出器24内に設けら
れた高周波発振器29の出力信号とを加算し、増幅器3
0を介して軸受ステータコイル23に電圧印加し電磁石
を励磁する。
また、位置検出器24の動作は次のとおりである。上述
のように制御電圧に重畳させて軸受ステータコイル23
に印加された高周波電圧は、交流電流を発生させる。交
流成分の電流も流れている軸受ステータコイル23が導
電体である回転軸21に接近すると、回転軸21に渦電
流が流れて交流磁界を生じ、これが軸受ステータカイル
23に作用して、軸受ステータコイル23のインピーダ
ンスが変化する。この渦電流効果は軸受ステータコイル
23と回転軸21の距離が増加すれば小さくなるので、
両者の距離に応じて軸受ステータコイル23のインピー
ダンスが決定されることになる。 このインピーダンス
変化を検出するために、軸受ステータコイル23に対す
る印加電圧を帯域通過フィルタ31に入力して高周波発
振器29の発振周波数成分のみを取り出し、軸受ステー
タコイル23のインピーダンス変化を同調増幅器32お
よびAM検波回路33により電圧信号として求め、直流
増幅器34を介して、回転軸21の位置検出信号として
前記比較器26に出力する。このとき磁気軸受の制御系
の応答周波数はIKHz未満であり、高周波発振器29
の出力信号周波数が制御系の応答に対して十分高くかつ
高周波発振器29の出力信号振幅が補償回路27の出力
信号に比して小さければ、回転軸1が振動する等の問題
は発生しない。
以上のように構成した磁気軸受の制御装置は従来の回転
軸位置の検出コイルを省略することができ、回転軸全長
を短(することが可能となる。
次に、本発明の第2実施例における磁気軸受の制御装置
について、第2図、第3図を参照しながら説明する。
第2図において、回転軸41を軸受ステータコア42と
軸受ステータコイル43とからなる回転軸吸引用電磁石
によって支持するとともに、広測定範囲の位置検出器4
4にて回転軸41の位置をその可動範囲全域にわたって
検出する。また、狭測定範囲の高分解能位置検出器45
は回転軸41の位置を回転軸41の可動範囲の中心部に
限って高精度に検出する。ウィンドウコンパレータ46
は、高分解能位置検出器45の出力VがvN<vくv、
の範囲にあるかどうかを判別する信号を出力する。切換
えスイッチ47は、ウィンドウコンパレータ46の出力
により、a−c間またはb−c間のどちらかを導通状態
とする。したがって、位置検出器44か高分解能位置検
出器45のいづれかによって検出された回転軸41の位
置信号が、切換えスイッチ47の出力となる。切換えス
イッチ47から出力される回転軸41の位置検出信号と
軸位置基準器48に設定された回転軸41の基準位置と
の偏差信号を比較器49が補償回路50に出力する。こ
の補償回路50は前記偏差信号にPID補償及び位相補
償を施し、加算器51に補償信号として出力する。加算
器51は前記補償信号と位置検出器44内に設けられた
高周波発振器52の出力信号とを加算し、増幅器53を
介して軸受ステータコイル43に電圧印加し電磁石を励
磁する。
この磁気軸受の制御装置について、まず位置検小器44
の動作について説明する。上述のように制御電圧に重畳
させて軸受ステータコイル43に印加された高周波電圧
は、交流電流を発生させる。交流成分の電流も流れてい
る軸受ステータコイル43が導電体である回転軸41に
接近すると、回転軸41に渦電流が流れて交流磁界を生
じ、これが軸受ステータコイル43に作用して、軸受ス
テータコイル43のインピーダンスが変化する。この渦
電流効果は軸受ステータコイル43と回転軸の距離が増
加すれば小さ(なるので、両者の距離に応じて軸受ステ
ータコイル43のインピーダンスが決定されることにな
る。
このインピーダンス変化を検出するために、軸受ステー
タコイル43に対する印加電圧を帯域通過フィルタ54
に入力して高周波発振器52の発振周波数成分のみを取
り出し、軸受ステータコイル43のインピーダンス変化
を同調増幅器55およびAM検波回路56により電圧信
号として求め、直流増幅器57を介して、回転軸41の
位置検出信号として切換えスイッチ47に出力する。
このとき磁気軸受の制御系の応答周波数はIKHz未満
であり、高周波発振器52の出力信号周波数が制御系の
応答に対して十分高くかつ高周波発振器52の出力振幅
が補償回路50の出力信号に比して小さければ、回転軸
41が撮動する等の問題は発生しない。
次に、位置検出器44と高分解能位置検出器45との切
換えについて説明する。第3図は高分解能検出器45の
出力と回転軸41の位置の関係を表す図である。回転軸
位置χが高分解能位置検出器45の測定範囲外にある場
合(χ〈χ、あるいはχ、くχ)に、ウィンドウコンパ
レータ46は切換えスイッチ47にb−c間が導通する
ように出力を出す。逆に、回転軸位置χが高分解能位置
検出器45の測定範囲内にある場合(χ、くχくχN)
に、ウィンドウコンパレータ46は切換えスイッチ47
にa−C間が導通するように出力を出す。したがって、
位置検出器44と高分解能位置検出器45を回転軸位置
によって切換えて用いることにより、回転軸位置を高精
度に検出できるわけである(χ、くχくχ、)。
発明の効果 第1発明は、電磁石コイルが回転軸の位置検出コイルを
兼ねるので、従来の検出コイルを省略することができ、
回転軸の全長を短く抑えることができるので、回転軸固
有振動数を増加させ高速回転が可能となる。
また第2発明は、回転軸の位置検出を広測定範囲で行う
第一の位置検出手段において、電磁石コイルが回転軸の
位置検出コイルを兼ねるので、従来の検出コイルの設置
部に狭定範囲ではあるが高分解能な第二の位置検出手段
を設けることができ、従来の回転軸の全長を増大させる
ことなく構成できる。さらに、2つの位置検出手段を切
換えて使用するので、高分解能な回転軸の位置検出が可
能であり、回転軸の高精度位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例における磁気軸受の制御装
置の構成図、第2図は本発明の第2実施例における磁気
軸受の制御装置のブロック図、第3図は同装置における
高分解能位置検出器の出力と回転軸の位置の関係を表す
図、第4図は従来の磁気軸受の制御装置のブロック図で
ある。 21.41・・・・・・回転軸、23.43・・・・・
・軸受ステータコイル、24.44・・・・・・位置検
出器、31゜54・・・・・・帯域通過フィルタ、32
.55・・・・・・同調増幅器、33.56・・・・・
・AM検波回路、34.57・・・・・・直流増幅器、
45・・・・・・高分解能位置検出器、46・・・・・
・ウィンドウコンパレータ、47・・・・・・切換えス
イッチ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回転軸の位置を検出し、この検出信号のフィード
    バックにより電磁石コイルに制御電圧を印加して電流制
    御する制御回路を備え、設定した位置に回転軸を保持す
    る磁気軸受において、高周波発振器の出力信号を前記制
    御電圧と重畳させて前記電磁石コイルに印加することに
    より、前記回転軸に渦電流が流れて発生する交流磁界に
    よる前記電磁石コイルのインピーダンス変化を電圧に変
    換させる検出回路によって、前記回転軸の位置検出を行
    うように構成したことを特徴とする磁気軸受の制御装置
  2. (2)回転軸の位置を検出し、この検出信号のフィード
    バックにより電磁石コイルに制御電圧を印加して電流制
    御する制御回路を備え、設定した位置に回転軸を保持す
    る磁気軸受において、高周波発振器の出力信号を前記制
    御電圧と重畳させて前記電磁石コイルに印加することに
    より前記回転軸に渦電流が流れて発生する交流磁界によ
    る前記電磁石コイルのインピーダンス変化を電圧に変換
    させる検出回路によって、前記回転軸の位置検出を広測
    定範囲で行う第一の位置検出手段と、狭測定範囲で高分
    解能な第二の位置検出手段とを備え、回転軸位置が第二
    の位置検出手段の測定範囲内であれば、この出力信号を
    フィードバックし、測定範囲外であれば第一の位置検出
    手段の出力信号をフィードバックするよう第一・第二の
    位置検出手段を回転軸位置によって切換えて用いるよう
    に構成したことを特徴とする磁気軸受の制御装置。
JP29355589A 1989-11-10 1989-11-10 磁気軸受の制御装置 Pending JPH03154108A (ja)

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JP29355589A JPH03154108A (ja) 1989-11-10 1989-11-10 磁気軸受の制御装置

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JPH03154108A true JPH03154108A (ja) 1991-07-02

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JP (1) JPH03154108A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995002270A1 (en) * 1993-07-06 1995-01-19 British Nuclear Fuels Plc Energy storage and conversion devices

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995002270A1 (en) * 1993-07-06 1995-01-19 British Nuclear Fuels Plc Energy storage and conversion devices

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