JPH0587140A - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- JPH0587140A JPH0587140A JP15106291A JP15106291A JPH0587140A JP H0587140 A JPH0587140 A JP H0587140A JP 15106291 A JP15106291 A JP 15106291A JP 15106291 A JP15106291 A JP 15106291A JP H0587140 A JPH0587140 A JP H0587140A
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- magnetic field
- coil
- field generating
- magnetic
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- Pending
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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
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0446—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
- F16C32/0448—Determination 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
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 磁気軸受装置における浮動回転軸の位置の検
出を制御用電磁石の作用点で行い、且つ制御用電磁石周
辺の構造を簡素化する。 【構成】 回転軸を保持するための磁界を発生させる磁
界発生用コイル３と、この磁界発生用コイルに直流電流
を供給する電力増幅器２２と、高周波キャリア発振器２
７と、バンドパスフィルタ２４と、整流回路２５と、ロ
ーパスフィルタ２６と、オフセット・ゲイン回路３３と
を備え、前記磁界発生用コイル３を回転軸２を支承させ
るための制御用電磁石のコイル及び回転軸２の位置を検
出するコイルとして共用することを特徴とする。
出を制御用電磁石の作用点で行い、且つ制御用電磁石周
辺の構造を簡素化する。 【構成】 回転軸を保持するための磁界を発生させる磁
界発生用コイル３と、この磁界発生用コイルに直流電流
を供給する電力増幅器２２と、高周波キャリア発振器２
７と、バンドパスフィルタ２４と、整流回路２５と、ロ
ーパスフィルタ２６と、オフセット・ゲイン回路３３と
を備え、前記磁界発生用コイル３を回転軸２を支承させ
るための制御用電磁石のコイル及び回転軸２の位置を検
出するコイルとして共用することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気軸受装置に係り、特
に磁力により回転軸が軸受から浮上して非接触状態で回
転する磁気軸受装置であって、回転軸が所定位置で安定
に回転することができる軸受装置に関するものである。
に磁力により回転軸が軸受から浮上して非接触状態で回
転する磁気軸受装置であって、回転軸が所定位置で安定
に回転することができる軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、磁気軸受装置は、軸受の中心
軸上に置かれた回転軸と、この回転軸から所定の間隔を
置いて固定子上に取り付けられた永久磁石あるいは電磁
石とから構成される。この電磁石は磁気材料で出来たヨ
ークとその上に巻かれたコイルから構成される。このコ
イルによる磁界によってヨーク部は回転軸を吸引する。
この吸引を制御し、任意の位置で安定支持するために、
位置センサーを備えている。この様にして、磁気軸受に
おいては、位置センサは回転軸の位置制御に必要不可欠
のものである。
軸上に置かれた回転軸と、この回転軸から所定の間隔を
置いて固定子上に取り付けられた永久磁石あるいは電磁
石とから構成される。この電磁石は磁気材料で出来たヨ
ークとその上に巻かれたコイルから構成される。このコ
イルによる磁界によってヨーク部は回転軸を吸引する。
この吸引を制御し、任意の位置で安定支持するために、
位置センサーを備えている。この様にして、磁気軸受に
おいては、位置センサは回転軸の位置制御に必要不可欠
のものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この回転軸の位置を検
出するために、従来位置検出センサを備えていた。位置
検出センサは、例えば、インダクタンスの変化による電
磁誘導型センサでは、回転軸の近傍に、検出用のコイル
を設けて専用の測定系により測定を行っていた。そのた
めに電磁石の吸引力の作用点である回転軸の部位と、位
置センサの位置検出点である回転軸の部位とを一致させ
ることは構造上困難であった。また位置検出センサの取
付場所を制御用電磁石の周囲に設けねばならず、構成が
複雑となるという問題点があった。
出するために、従来位置検出センサを備えていた。位置
検出センサは、例えば、インダクタンスの変化による電
磁誘導型センサでは、回転軸の近傍に、検出用のコイル
を設けて専用の測定系により測定を行っていた。そのた
めに電磁石の吸引力の作用点である回転軸の部位と、位
置センサの位置検出点である回転軸の部位とを一致させ
ることは構造上困難であった。また位置検出センサの取
付場所を制御用電磁石の周囲に設けねばならず、構成が
複雑となるという問題点があった。
【０００４】本発明は、上述の事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、制御用電磁石の作用点で
の回転軸の位置検出を可能ならしめ、且つ位置検出用の
コイルを不要とし、磁気浮上された回転軸の移動量を簡
単な構造で検出できる磁気軸受装置を提供することにあ
る。
で、その目的とするところは、制御用電磁石の作用点で
の回転軸の位置検出を可能ならしめ、且つ位置検出用の
コイルを不要とし、磁気浮上された回転軸の移動量を簡
単な構造で検出できる磁気軸受装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受装置
は、磁界発生用コイルと磁性材料のヨーク部とからなる
電磁石及び被支持体を備えた磁気軸受装置において、前
記磁界発生用コイルを、前記被支持体の移動量検出のた
めのコイルとして共用することにより回転軸の移動量を
検出し、この検出された信号によって回転軸を所定位置
に固定するように構成される。
は、磁界発生用コイルと磁性材料のヨーク部とからなる
電磁石及び被支持体を備えた磁気軸受装置において、前
記磁界発生用コイルを、前記被支持体の移動量検出のた
めのコイルとして共用することにより回転軸の移動量を
検出し、この検出された信号によって回転軸を所定位置
に固定するように構成される。
【０００６】
【作用】本発明においては、回転軸が回転軸の中心軸か
ら移動するときに、この移動を磁界発生用コイル３のイ
ンダクタンスの変化としてとらえ、高周波キャリア信
号、ハイパスフィルター２４、整流回路２５、ローパス
フィルター２６等を用いて検出する。この検出された回
転軸の移動量に相当する信号は、制御回路２８にフィー
ドバックされる。フィードバックされた信号は制御回路
２８によって位相及びゲインが調整され電力増幅器２２
で増幅される。その増幅された電流を磁界発生用コイル
３にフィードバックして印加することによって、磁界発
生用コイル３により発生する磁界を調整し、回転軸を常
に軸受の中心で支承するように制御する。
ら移動するときに、この移動を磁界発生用コイル３のイ
ンダクタンスの変化としてとらえ、高周波キャリア信
号、ハイパスフィルター２４、整流回路２５、ローパス
フィルター２６等を用いて検出する。この検出された回
転軸の移動量に相当する信号は、制御回路２８にフィー
ドバックされる。フィードバックされた信号は制御回路
２８によって位相及びゲインが調整され電力増幅器２２
で増幅される。その増幅された電流を磁界発生用コイル
３にフィードバックして印加することによって、磁界発
生用コイル３により発生する磁界を調整し、回転軸を常
に軸受の中心で支承するように制御する。
【０００７】
【実施例】以下、本発明に係る磁気軸受装置の実施例を
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【０００８】図５は磁気軸受装置の説明図であり、磁気
軸受装置の固定子上に取り付けられたコイル３が巻かれ
たヨーク部１と、その軸受の中心に浮上して回転する回
転軸２との関係を説明する。
軸受装置の固定子上に取り付けられたコイル３が巻かれ
たヨーク部１と、その軸受の中心に浮上して回転する回
転軸２との関係を説明する。
【０００９】上述した様な構成を有する磁気軸受装置に
おいては、コイル３に通電すると、ヨーク部１が励磁さ
れ回転軸を常に軸受の中心で支承する制御磁界が発生す
る。
おいては、コイル３に通電すると、ヨーク部１が励磁さ
れ回転軸を常に軸受の中心で支承する制御磁界が発生す
る。
【００１０】何らかの原因で回転軸２が移動したとする
と、回転軸２とヨーク部１との間隔Ｌが変化する。本発
明では回転軸２が磁界発生用コイル３の磁界中を移動す
るときに、ヨーク部１が作る磁気回路のインダクタンス
が変化することを利用して回転軸２のヨーク部１に対す
る位置を検出するものである。
と、回転軸２とヨーク部１との間隔Ｌが変化する。本発
明では回転軸２が磁界発生用コイル３の磁界中を移動す
るときに、ヨーク部１が作る磁気回路のインダクタンス
が変化することを利用して回転軸２のヨーク部１に対す
る位置を検出するものである。
【００１１】図１に本発明の第１の実施例の磁界発生用
コイル３の位置検出のブロック図を示す。図１において
２２は電力増幅器、３は磁界発生用コイル、２４はバン
ドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２５は全波整流回路、２６
はローパスフィルタ（ＬＰＦ）、３３はオフセット・ゲ
イン調整回路である。ここで図１における磁界発生用コ
イル３は、図５における磁界発生用コイル３と同じもの
であり、回転軸２を所定の位置で保持し回転させるため
のものである。コイル３への励磁用電流は電力増幅器２
２が供給する。一方、キャリア発振器２７は、１〜100k
Hz 程度の高周波信号を発生し、この電圧は電力増幅器
２２によって高周波電流に変換され、磁界発生用コイル
３に供給される。磁界発生用コイル３の下端の電圧、す
なわち検出用抵抗３５（0.1〜0.3オーム程度の電流検出
用抵抗）の電圧はバンドパスフィルタを経由して全波整
流回路２５で整流される。バンドパスフィルタ２４はキ
ャリア周波数付近の周波数帯域のみを通すフィルタであ
る。整流回路２５で整流された電圧波形はローパスフィ
ルタ２６によって回転軸２の移動量に対応した低周波成
分のみが取り出される。オフセット・ゲイン調整回路３
３によりＤＣ成分の調整とゲインの調整を行う。 尚、
図２は上記実施例において、コイル３に流れる高周波電
流を、検出用抵抗３５の両端より、差動回路３７（差動
増幅器）を介して取りだしたものである。
コイル３の位置検出のブロック図を示す。図１において
２２は電力増幅器、３は磁界発生用コイル、２４はバン
ドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２５は全波整流回路、２６
はローパスフィルタ（ＬＰＦ）、３３はオフセット・ゲ
イン調整回路である。ここで図１における磁界発生用コ
イル３は、図５における磁界発生用コイル３と同じもの
であり、回転軸２を所定の位置で保持し回転させるため
のものである。コイル３への励磁用電流は電力増幅器２
２が供給する。一方、キャリア発振器２７は、１〜100k
Hz 程度の高周波信号を発生し、この電圧は電力増幅器
２２によって高周波電流に変換され、磁界発生用コイル
３に供給される。磁界発生用コイル３の下端の電圧、す
なわち検出用抵抗３５（0.1〜0.3オーム程度の電流検出
用抵抗）の電圧はバンドパスフィルタを経由して全波整
流回路２５で整流される。バンドパスフィルタ２４はキ
ャリア周波数付近の周波数帯域のみを通すフィルタであ
る。整流回路２５で整流された電圧波形はローパスフィ
ルタ２６によって回転軸２の移動量に対応した低周波成
分のみが取り出される。オフセット・ゲイン調整回路３
３によりＤＣ成分の調整とゲインの調整を行う。 尚、
図２は上記実施例において、コイル３に流れる高周波電
流を、検出用抵抗３５の両端より、差動回路３７（差動
増幅器）を介して取りだしたものである。
【００１２】図６において回転軸２がヨーク部１に近づ
いた時はヨーク部１と回転軸２で構成される磁気回路の
磁気抵抗が小さくなり、この磁気回路のインダクタンス
は大きくなる。そのために、コイル３に流れる高周波電
流は減少し、検出用抵抗３５の両端の電圧は小さくな
り、したがって、オフセット・ゲイン調整回路３３から
出力される整流電圧は小さくなる。即ち、オフセット・
ゲイン調整回路３３の電圧が小さくなったことによっ
て、回転軸２が図６のヨーク部１に近づいたことが検出
される。この場合、バンドパスフィルタ２４を通過する
電圧波形は回転軸２が磁界発生用コイル３と回転軸２と
の間の磁気回路が変動することによって形成される包絡
線を有するキャリア周波数の波形である。このようにし
て、回転軸２の移動量に相当する信号が検出される。
いた時はヨーク部１と回転軸２で構成される磁気回路の
磁気抵抗が小さくなり、この磁気回路のインダクタンス
は大きくなる。そのために、コイル３に流れる高周波電
流は減少し、検出用抵抗３５の両端の電圧は小さくな
り、したがって、オフセット・ゲイン調整回路３３から
出力される整流電圧は小さくなる。即ち、オフセット・
ゲイン調整回路３３の電圧が小さくなったことによっ
て、回転軸２が図６のヨーク部１に近づいたことが検出
される。この場合、バンドパスフィルタ２４を通過する
電圧波形は回転軸２が磁界発生用コイル３と回転軸２と
の間の磁気回路が変動することによって形成される包絡
線を有するキャリア周波数の波形である。このようにし
て、回転軸２の移動量に相当する信号が検出される。
【００１３】オフセット・ゲイン調整回路３３で検出さ
れた回転軸２の移動量を制御回路２８にフィードバック
して、位相が調整されたフィードバック信号を増幅し
て、磁界発生用コイル３を流れる直流電流に重畳印加す
ることによって、回転軸２を所定の位置で保持するため
の発生磁界をフィードバックにより調整することにより
回転軸２の移動をすみやかに復元することができる。
れた回転軸２の移動量を制御回路２８にフィードバック
して、位相が調整されたフィードバック信号を増幅し
て、磁界発生用コイル３を流れる直流電流に重畳印加す
ることによって、回転軸２を所定の位置で保持するため
の発生磁界をフィードバックにより調整することにより
回転軸２の移動をすみやかに復元することができる。
【００１４】オフセット・ゲイン調整回路３３で検出さ
れた回転軸２の移動量の信号を制御回路２８にフィード
バックして、その位相を進め、又は遅らせゲイン・オフ
セットを調整する補償回路により適性なフイード・バッ
クにより、微妙な制御が可能であり、これにより最適に
回転軸２の移動を復元することができる。
れた回転軸２の移動量の信号を制御回路２８にフィード
バックして、その位相を進め、又は遅らせゲイン・オフ
セットを調整する補償回路により適性なフイード・バッ
クにより、微妙な制御が可能であり、これにより最適に
回転軸２の移動を復元することができる。
【００１５】図３は本発明の第２の実施例の磁界発生用
コイルの位置検出のブロック図を示す。この実施例にお
いては、制御回路２８の出力を電力増幅器２２ａによっ
て増幅した信号と、キャリア発振器２７の出力を電力増
幅器２２ｂで増幅した信号とを重畳して磁界発生用コイ
ル３に印加している。この構成では、キャリア発振器は
専用の電力増幅器を持つことから大電流を扱う電力増幅
器２２ａの周波数特性の制限を受けない等の利点を生じ
る。
コイルの位置検出のブロック図を示す。この実施例にお
いては、制御回路２８の出力を電力増幅器２２ａによっ
て増幅した信号と、キャリア発振器２７の出力を電力増
幅器２２ｂで増幅した信号とを重畳して磁界発生用コイ
ル３に印加している。この構成では、キャリア発振器は
専用の電力増幅器を持つことから大電流を扱う電力増幅
器２２ａの周波数特性の制限を受けない等の利点を生じ
る。
【００１６】図４は本発明の第３の実施例のラジアル軸
受の位置制御のブロック図である。この実施例において
は、回転軸２の上下に２つののヨーク部１を備え、各ヨ
ーク部１にそれぞれの電力増幅器２２ｃ、２２ｄから電
流を供給し、回転軸２の移動量を回転軸２の両側で検出
し、このヨーク部１と回転軸２との間隔を制御する磁気
軸受装置である。このような構成によって、より正確な
回転軸２の位置制御ができる。
受の位置制御のブロック図である。この実施例において
は、回転軸２の上下に２つののヨーク部１を備え、各ヨ
ーク部１にそれぞれの電力増幅器２２ｃ、２２ｄから電
流を供給し、回転軸２の移動量を回転軸２の両側で検出
し、このヨーク部１と回転軸２との間隔を制御する磁気
軸受装置である。このような構成によって、より正確な
回転軸２の位置制御ができる。
【００１７】図５は本発明の上記実施例において、磁界
発生用コイル３の一部を、電流検出用の抵抗３５の代わ
りに、磁界発生用コイルの一部が用いられる構成を示
す。このような構成によれば電流検出用の抵抗３５を省
略することが出来、回路構成が簡単になる。
発生用コイル３の一部を、電流検出用の抵抗３５の代わ
りに、磁界発生用コイルの一部が用いられる構成を示
す。このような構成によれば電流検出用の抵抗３５を省
略することが出来、回路構成が簡単になる。
【００１８】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、回転軸が所定の位置で回転している際に、何等かの
原因で回転軸が移動するときに、吸引力を制御する磁界
発生用コイル３を検出器として共用することによって、
回転軸の移動量を制御用電磁石の吸引力の作用点で検出
することができる。又、位置検出用のコイルを不要と
し、磁気軸受の構造を簡素化することができる。従っ
て、磁気受装置全体の制御精度の向上、小型化、コンパ
クト化に寄与するものである。
ば、回転軸が所定の位置で回転している際に、何等かの
原因で回転軸が移動するときに、吸引力を制御する磁界
発生用コイル３を検出器として共用することによって、
回転軸の移動量を制御用電磁石の吸引力の作用点で検出
することができる。又、位置検出用のコイルを不要と
し、磁気軸受の構造を簡素化することができる。従っ
て、磁気受装置全体の制御精度の向上、小型化、コンパ
クト化に寄与するものである。
【図１】本発明の第１の実施例の磁界発生用コイルの位
置検出のブロック図である。
置検出のブロック図である。
【図２】上記実施例において、高周波電流を検出用抵抗
の両端より差動増幅回路を介して取りだした磁界発生用
コイルの位置検出のブロック図である。
の両端より差動増幅回路を介して取りだした磁界発生用
コイルの位置検出のブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施例の磁界発生用コイルの位
置検出のブロック図である。
置検出のブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施例のラジアル軸受の位置制
御のブロック図である。
御のブロック図である。
【図５】本発明の実施例における磁界発生用コイルの一
部を、位置検出の電流検出に使用する回路の説明図であ
る。
部を、位置検出の電流検出に使用する回路の説明図であ
る。
【図６】磁気軸受装置におけるヨーク部と回転軸との位
置関係を示す説明図である。
置関係を示す説明図である。
１ ヨーク部 ２ 回転軸 ３ 磁界発生用コイル ２２ 電力増幅器 ２４ バンドパスフィルタ ２５ 全波整流回路 ２６ ローパスフィルタ ２７ 高周波キャリア発振器 ２８ 制御回路 ３３ オフセット・ゲイン調整回路 ３５ 検出用抵抗
Claims (2)
- 【請求項１】 磁界発生用コイルと磁性材料のヨーク部
とからなる電磁石及び被支持体を備えた磁気軸受装置に
おいて、前記磁界発生用コイルを、前記被支持体の移動
量検出のためのコイルとして共用することを特徴とする
磁気軸受装置。 - 【請求項２】 前記磁界発生用コイルに重畳する高周波
キャリヤ信号を発生するキャリヤ発生手段と、磁界発生
用コイルに流れる電流のキャリア信号周波数付近成分の
みを検出する検出手段と、その検出されたキャリア信号
周波数付近成分の信号を整流する整流手段と、この整流
された信号の低周波成分を検出する検出手段とを備える
ことにより、被支持体の移動量を検出することを特徴と
する請求項１記載の磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15106291A JPH0587140A (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15106291A JPH0587140A (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 磁気軸受装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587140A true JPH0587140A (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=15510472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15106291A Pending JPH0587140A (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0587140A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007004656A1 (ja) * | 2005-07-05 | 2007-01-11 | Ebara Corporation | 磁気軸受装置および磁気軸受方法 |
| JP2013139870A (ja) * | 2011-12-08 | 2013-07-18 | Shimadzu Corp | 磁気浮上式真空ポンプおよび磁気浮上装置 |
| US9222299B2 (en) | 2007-12-18 | 2015-12-29 | 3M Innovative Properties Company | Window film attachment article |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61153014A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-11 | Hitachi Ltd | 電磁軸受装置 |
| JPS61248916A (ja) * | 1985-04-26 | 1986-11-06 | Hitachi Ltd | 電磁軸受装置 |
-
1991
- 1991-05-27 JP JP15106291A patent/JPH0587140A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61153014A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-11 | Hitachi Ltd | 電磁軸受装置 |
| JPS61248916A (ja) * | 1985-04-26 | 1986-11-06 | Hitachi Ltd | 電磁軸受装置 |
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| US7830056B2 (en) | 2005-07-05 | 2010-11-09 | Ebara Corporation | Magnetic bearing device and method |
| US7977839B2 (en) | 2005-07-05 | 2011-07-12 | Ebara Corporation | Magnetic bearing device and method |
| JP4746619B2 (ja) * | 2005-07-05 | 2011-08-10 | 株式会社荏原製作所 | 磁気軸受装置および磁気軸受方法 |
| US9222299B2 (en) | 2007-12-18 | 2015-12-29 | 3M Innovative Properties Company | Window film attachment article |
| JP2013139870A (ja) * | 2011-12-08 | 2013-07-18 | Shimadzu Corp | 磁気浮上式真空ポンプおよび磁気浮上装置 |
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