JPH0642531A - 磁気軸受装置及びその制御方法 - Google Patents
磁気軸受装置及びその制御方法Info
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- JPH0642531A JPH0642531A JP4217150A JP21715092A JPH0642531A JP H0642531 A JPH0642531 A JP H0642531A JP 4217150 A JP4217150 A JP 4217150A JP 21715092 A JP21715092 A JP 21715092A JP H0642531 A JPH0642531 A JP H0642531A
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- stator
- permanent magnet
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/0408—Passive magnetic bearings
- F16C32/0423—Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other
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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
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0476—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings
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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
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- F16C2360/44—Centrifugal pumps
- F16C2360/45—Turbo-molecular pumps
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型化が可能な小型回転機械用の磁気軸受装
置及びその制御方法を提供する。 【構成】 永久磁石２９，３１，３６，３７の吸引力及
び反発力を利用して、回転体３２の半径方向の運動を受
動的に安定化させて上記回転体３２を非接触で固定子３
３に支持する磁気軸受装置であって、上記固定子３３に
取付けられた上記永久磁石３６を圧電素子により軸線方
向に可動とし、上記回転体３２の軸線方向の変位を示す
変位信号に基づいて上記圧電素子を駆動することによ
り、上記回転体３２と上記固定子３３との間に働く上記
永久磁石３６，３７の軸線方向の上記吸引力及び上記反
発力を調整し、上記回転体３２の軸線方向の運動を制御
している。
置及びその制御方法を提供する。 【構成】 永久磁石２９，３１，３６，３７の吸引力及
び反発力を利用して、回転体３２の半径方向の運動を受
動的に安定化させて上記回転体３２を非接触で固定子３
３に支持する磁気軸受装置であって、上記固定子３３に
取付けられた上記永久磁石３６を圧電素子により軸線方
向に可動とし、上記回転体３２の軸線方向の変位を示す
変位信号に基づいて上記圧電素子を駆動することによ
り、上記回転体３２と上記固定子３３との間に働く上記
永久磁石３６，３７の軸線方向の上記吸引力及び上記反
発力を調整し、上記回転体３２の軸線方向の運動を制御
している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、小型の回転機械の回転
軸を支持する磁気軸受装置とその制御方法に関する
軸を支持する磁気軸受装置とその制御方法に関する
【０００２】
【従来の技術】ターボ分子ポンプやＨＤＤ（ハードディ
スクドライブ）用回転機械等の小型の回転機械は、コン
パクト化や低価格化が要求されており、そのためこれに
使用されている磁気軸受装置も小型化することが望まれ
ている。
スクドライブ）用回転機械等の小型の回転機械は、コン
パクト化や低価格化が要求されており、そのためこれに
使用されている磁気軸受装置も小型化することが望まれ
ている。
【０００３】図７は、従来の磁気軸受装置の断面図であ
り、図示するようにケーシング１の中心位置には回転軸
２が配設され、この回転軸２は、永久磁石を有する上下
一対のラジアル磁気軸受３により半径方向に非接触状態
で回転自在に支持されている。ケーシング１に設けられ
たモータステータ４が、回転軸２に取付けられたモータ
ロータ５を駆動することにより、回転軸２は回転駆動さ
れる。
り、図示するようにケーシング１の中心位置には回転軸
２が配設され、この回転軸２は、永久磁石を有する上下
一対のラジアル磁気軸受３により半径方向に非接触状態
で回転自在に支持されている。ケーシング１に設けられ
たモータステータ４が、回転軸２に取付けられたモータ
ロータ５を駆動することにより、回転軸２は回転駆動さ
れる。
【０００４】回転軸２の下部には円板状のスラスト磁気
軸受スラストディスク６が固定されており、このスラス
トディスク６を挟んで上下に配設されて電磁石を有する
一対のスラスト磁気軸受ステータ７がケーシング１にそ
れぞれ取付けられている。スラストディスク６とステー
タ７を有するこのスラスト磁気軸受８により、回転軸２
は軸線方向に対しても非接触状態に支持されている。
軸受スラストディスク６が固定されており、このスラス
トディスク６を挟んで上下に配設されて電磁石を有する
一対のスラスト磁気軸受ステータ７がケーシング１にそ
れぞれ取付けられている。スラストディスク６とステー
タ７を有するこのスラスト磁気軸受８により、回転軸２
は軸線方向に対しても非接触状態に支持されている。
【０００５】回転軸２の下端に対向してスラスト変位セ
ンサ９がケーシング１に取付けられている。このセンサ
９により回転軸２の軸線方向の変位を検出し、その検出
信号は、センサアンプ１０を介して制御回路１１に導出
される。制御回路１１では、前記検出信号と基準となる
目標値信号との偏差に基づいて、制御信号を電力増幅器
１２に出力する。この各電力増幅器１２は、スラスト磁
気軸受８の各コイルに電流を流してスラスト磁気軸受ス
テータ７の磁気吸引力を制御する。これにより、ステー
タ７間に微小間隙を介して保持されているスラスト磁気
軸受のスラストディスク６が軸線方向に移動し、回転軸
２は軸線方向に関して適正位置に保持されることとな
る。
ンサ９がケーシング１に取付けられている。このセンサ
９により回転軸２の軸線方向の変位を検出し、その検出
信号は、センサアンプ１０を介して制御回路１１に導出
される。制御回路１１では、前記検出信号と基準となる
目標値信号との偏差に基づいて、制御信号を電力増幅器
１２に出力する。この各電力増幅器１２は、スラスト磁
気軸受８の各コイルに電流を流してスラスト磁気軸受ス
テータ７の磁気吸引力を制御する。これにより、ステー
タ７間に微小間隙を介して保持されているスラスト磁気
軸受のスラストディスク６が軸線方向に移動し、回転軸
２は軸線方向に関して適正位置に保持されることとな
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような従来の磁気軸受装置においては、スラスト磁気軸
受８のスラストディスク６の上下に、電磁石を有するス
テータ７をそれぞれ配設しているので、磁気軸受装置全
体として上下方向に大きなスペースが必要であり、小型
化が難しいという課題があった。
ような従来の磁気軸受装置においては、スラスト磁気軸
受８のスラストディスク６の上下に、電磁石を有するス
テータ７をそれぞれ配設しているので、磁気軸受装置全
体として上下方向に大きなスペースが必要であり、小型
化が難しいという課題があった。
【０００７】また、回転軸２をケーシング１から引き抜
く場合には、まず下側のステータ７をケーシング１から
取外し、次いで回転軸２からスラストディスク６を下方
に取外さなければ回転軸２を上方に引き抜くことができ
ず、一方、回転軸２をケーシング１に組込む場合にはこ
れとは逆の手順が必要であり、組立分解作業が極めて煩
雑であった。
く場合には、まず下側のステータ７をケーシング１から
取外し、次いで回転軸２からスラストディスク６を下方
に取外さなければ回転軸２を上方に引き抜くことができ
ず、一方、回転軸２をケーシング１に組込む場合にはこ
れとは逆の手順が必要であり、組立分解作業が極めて煩
雑であった。
【０００８】さらに、回転軸等の振動を起こす危険速度
の通過を安全に行うために、磁気軸受装置は機械式や電
磁式の減衰機構を一般的に備えているが、この減衰機構
が設置されているために磁気軸受装置の小型化が一層困
難であった。
の通過を安全に行うために、磁気軸受装置は機械式や電
磁式の減衰機構を一般的に備えているが、この減衰機構
が設置されているために磁気軸受装置の小型化が一層困
難であった。
【０００９】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、小型化及び低価格化が可能な小型回転機
械用の磁気軸受装置及びその制御方法を提供することを
目的とする。
されたもので、小型化及び低価格化が可能な小型回転機
械用の磁気軸受装置及びその制御方法を提供することを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気軸受装
置は、永久磁石の吸引力及び反発力を利用して、回転体
の半径方向の運動を受動的に安定化させて前記回転体を
非接触で固定子に支持する磁気軸受装置であって、前記
固定子に取付けられた前記永久磁石を圧電素子により軸
線方向に可動とし、前記回転体の軸線方向の変位を示す
変位信号に基づいて前記圧電素子を駆動することによ
り、前記回転体と前記固定子との間に働く前記永久磁石
の軸線方向の前記吸引力及び前記反発力を調整し、前記
回転体の軸線方向の運動を制御するものである。
置は、永久磁石の吸引力及び反発力を利用して、回転体
の半径方向の運動を受動的に安定化させて前記回転体を
非接触で固定子に支持する磁気軸受装置であって、前記
固定子に取付けられた前記永久磁石を圧電素子により軸
線方向に可動とし、前記回転体の軸線方向の変位を示す
変位信号に基づいて前記圧電素子を駆動することによ
り、前記回転体と前記固定子との間に働く前記永久磁石
の軸線方向の前記吸引力及び前記反発力を調整し、前記
回転体の軸線方向の運動を制御するものである。
【００１１】また、本発明の別の磁気軸受装置は、永久
磁石の吸引力及び反発力を利用して、回転体の半径方向
の運動を受動的に安定化させて前記回転体を非接触で固
定子に支持する磁気軸受装置であって、前記固定子に取
付けられた前記永久磁石を圧電素子により軸線方向に可
動とし、前記回転体の軸線方向の速度を示す速度信号及
び加速度を示す加速度信号のいずれかに基づいて前記圧
電素子を駆動することにより、前記回転体と前記固定子
との間に働く前記永久磁石の軸線方向の前記吸引力及び
前記反発力を調整し、前記回転体の軸線方向の運動を制
御するものである。
磁石の吸引力及び反発力を利用して、回転体の半径方向
の運動を受動的に安定化させて前記回転体を非接触で固
定子に支持する磁気軸受装置であって、前記固定子に取
付けられた前記永久磁石を圧電素子により軸線方向に可
動とし、前記回転体の軸線方向の速度を示す速度信号及
び加速度を示す加速度信号のいずれかに基づいて前記圧
電素子を駆動することにより、前記回転体と前記固定子
との間に働く前記永久磁石の軸線方向の前記吸引力及び
前記反発力を調整し、前記回転体の軸線方向の運動を制
御するものである。
【００１２】また、予め設定された前記回転体の回転数
のときに、前記永久磁石の軸線方向の位置を前記圧電素
子により変化させることにより磁気軸受のラジアル剛性
を変化させるものである。
のときに、前記永久磁石の軸線方向の位置を前記圧電素
子により変化させることにより磁気軸受のラジアル剛性
を変化させるものである。
【００１３】さらに、前記回転体の前記半径方向の振動
を検出するラジアル変位センサを設け、このラジアル変
位センサからの検出信号に基づいて、半径方向の振動が
大きくなった場合に前記圧電素子により軸線方向の前記
永久磁石の位置を変化させることにより磁気軸受のラジ
アル剛性を変化させるものである。
を検出するラジアル変位センサを設け、このラジアル変
位センサからの検出信号に基づいて、半径方向の振動が
大きくなった場合に前記圧電素子により軸線方向の前記
永久磁石の位置を変化させることにより磁気軸受のラジ
アル剛性を変化させるものである。
【００１４】
【作用】本発明においては、永久磁石の吸引力及び反発
力を利用して回転体の半径方向の運動を受動的に安定化
させて、回転体を固定子に非接触状態で支持しているの
で、回転体は永久磁石により半径方向に支持される。ま
た、固定子側に取付けられた永久磁石を、圧電素子を制
御することにより軸線方向に移動させれば、この永久磁
石の反発力により回転体の軸線方向の運動を制御するこ
とができる。
力を利用して回転体の半径方向の運動を受動的に安定化
させて、回転体を固定子に非接触状態で支持しているの
で、回転体は永久磁石により半径方向に支持される。ま
た、固定子側に取付けられた永久磁石を、圧電素子を制
御することにより軸線方向に移動させれば、この永久磁
石の反発力により回転体の軸線方向の運動を制御するこ
とができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本実施例に係る磁気軸受装置の断面図、
図２は本発明の原理を示す模式図、図３は、回転体側と
固定子側の永久磁石のずれ量ΔＺと、発生するスラスト
方向の力ＦZ との関係を示すグラフである。
明する。図１は本実施例に係る磁気軸受装置の断面図、
図２は本発明の原理を示す模式図、図３は、回転体側と
固定子側の永久磁石のずれ量ΔＺと、発生するスラスト
方向の力ＦZ との関係を示すグラフである。
【００１６】図１に示すように、ケーシング２１の中心
位置には回転軸２２が配設されており、この回転軸２２
の上部は図７に示したものと同様な磁気軸受としてのラ
ジアル磁気軸受２３により、また下部は磁気軸受２４に
より、それぞれ非接触状態で回転自在に支持されてい
る。回転軸２２を回転駆動するためのモータ２５は、回
転軸２２に取付けられたモータロータ２６と、このモー
タロータ２６の外周面に対向配置されてモータロータ２
６を回転させるべくケーシング２１に取付けられたモー
タステータ２７とを備えており、モータステータ２７の
励磁コイルに電流を流すことによりモータロータ２６と
ともに回転軸２２を回転駆動するようになっている。
位置には回転軸２２が配設されており、この回転軸２２
の上部は図７に示したものと同様な磁気軸受としてのラ
ジアル磁気軸受２３により、また下部は磁気軸受２４に
より、それぞれ非接触状態で回転自在に支持されてい
る。回転軸２２を回転駆動するためのモータ２５は、回
転軸２２に取付けられたモータロータ２６と、このモー
タロータ２６の外周面に対向配置されてモータロータ２
６を回転させるべくケーシング２１に取付けられたモー
タステータ２７とを備えており、モータステータ２７の
励磁コイルに電流を流すことによりモータロータ２６と
ともに回転軸２２を回転駆動するようになっている。
【００１７】ラジアル磁気軸受２３においては、回転軸
２２に固定されたラジアル磁気軸受ターゲット２８には
永久磁石２９を埋設し、一方、ケーシング２１に固定さ
れたラジアル磁気軸受ステータ３０には永久磁石３１
を、前記永久磁石２９に対向する位置に埋設している。
両永久磁石２９，３１間に作用する反発力を利用するこ
とにより、ロータ２８とステータ３０との間に微小間隙
を保持させて、回転軸２２を含む回転体３２を非接触状
態で半径方向に支持している。
２２に固定されたラジアル磁気軸受ターゲット２８には
永久磁石２９を埋設し、一方、ケーシング２１に固定さ
れたラジアル磁気軸受ステータ３０には永久磁石３１
を、前記永久磁石２９に対向する位置に埋設している。
両永久磁石２９，３１間に作用する反発力を利用するこ
とにより、ロータ２８とステータ３０との間に微小間隙
を保持させて、回転軸２２を含む回転体３２を非接触状
態で半径方向に支持している。
【００１８】次に、磁気軸受２４について説明する。こ
の磁気軸受２４は、永久磁石の反発力を利用して、回転
体３２の半径方向の運動を受動的に安定化させて回転体
３２を非接触で固定子３３に支持している。
の磁気軸受２４は、永久磁石の反発力を利用して、回転
体３２の半径方向の運動を受動的に安定化させて回転体
３２を非接触で固定子３３に支持している。
【００１９】即ち、環状をなすこの固定子３３は、ケー
シング２１の底部３４に立設された圧電アクチュエータ
３５により軸線方向に可動になっており、その内周面に
は永久磁石３６が埋設されている。圧電アクチュエータ
３５は、電流を流すと軸線方向に伸縮する圧電素子によ
り構成されている。一方、回転軸２２には、前記固定子
３３の永久磁石３６に対向する所定の位置に永久磁石３
７が埋設されたターゲット３８が固定されている。上述
の両永久磁石３６，３７間に作用する反発力により、回
転体３２は固定子３３に対して微小間隙を介して半径方
向のほか軸線方向に対しても支持される受動軸受をなし
ている。
シング２１の底部３４に立設された圧電アクチュエータ
３５により軸線方向に可動になっており、その内周面に
は永久磁石３６が埋設されている。圧電アクチュエータ
３５は、電流を流すと軸線方向に伸縮する圧電素子によ
り構成されている。一方、回転軸２２には、前記固定子
３３の永久磁石３６に対向する所定の位置に永久磁石３
７が埋設されたターゲット３８が固定されている。上述
の両永久磁石３６，３７間に作用する反発力により、回
転体３２は固定子３３に対して微小間隙を介して半径方
向のほか軸線方向に対しても支持される受動軸受をなし
ている。
【００２０】また、回転軸２２の下方端面にはセンサタ
ーゲット４１が取付けられ、このセンサターゲット４１
に対向して、回転体３２の軸線方向の変位を検出するス
ラスト変位センサ４２が、ケーシング２１の底部４３に
取付けられている。本実施例においては、スラスト変位
センサ４２により検出された回転体３２の軸線方向の変
位を示す変位信号に基づいて圧電アクチュエータ３５の
圧電素子を駆動することにより、回転体３２と固定子３
３との間に働く永久磁石３６，３７の軸線方向の吸引力
及び反発力を調整し、回転体３２の軸線方向の運動を制
御している。
ーゲット４１が取付けられ、このセンサターゲット４１
に対向して、回転体３２の軸線方向の変位を検出するス
ラスト変位センサ４２が、ケーシング２１の底部４３に
取付けられている。本実施例においては、スラスト変位
センサ４２により検出された回転体３２の軸線方向の変
位を示す変位信号に基づいて圧電アクチュエータ３５の
圧電素子を駆動することにより、回転体３２と固定子３
３との間に働く永久磁石３６，３７の軸線方向の吸引力
及び反発力を調整し、回転体３２の軸線方向の運動を制
御している。
【００２１】即ち、スラスト変位センサ４２でセンサタ
ーゲット４１の位置の変化を測定することにより、回転
体３２の軸線方向の変位を測定している。この測定結果
の変位信号は、センサアンプ４４に送られてここで増幅
されたのち、制御回路（補償回路）４５に入力される。
この制御回路４５では基準となる所定の目標値信号と前
記変位信号とが比較され、両者間の偏差に基づいて回転
体３２の軸線方向の制御信号を電力増幅器４６に出力す
る。制御信号を受けた電力増幅器４６は、圧電アクチュ
エータ３５の圧電素子に電流を流して駆動制御する。こ
れにより、圧電アクチュエータ３５が伸縮して固定子３
３とともに永久磁石３６を軸線方向に移動させる。固定
子３３側の永久磁石３６と回転体３２側の永久磁石３７
との間には、両磁石３６，３７の相対的位置によって、
吸引力及び反発力が作用しているが、固定子側の永久磁
石３６が軸線方向に移動することにより、前記吸引力及
び反発力が調整され、その結果として回転体側の永久磁
石３７もスラスト方向の力を受け、回転体３２の軸線方
向の運動が制御されることとなる。図２に示すように、
各永久磁石３６，３７の軸線方向の寸法をＬとした場
合、固定子側の永久磁石３６と回転体側の永久磁石３７
の間のずれ量ΔＺと、回転体３２に作用するスラスト方
向の力ＦZ との関係は、図３に示されている。図示する
ように、ΔＺ＝±Ｌ／２の時にスラスト方向の力ＦZ は
最大値となり、符号Ｄの範囲ではスラスト方向の力ＦZ
はほぼリニアに変化している。
ーゲット４１の位置の変化を測定することにより、回転
体３２の軸線方向の変位を測定している。この測定結果
の変位信号は、センサアンプ４４に送られてここで増幅
されたのち、制御回路（補償回路）４５に入力される。
この制御回路４５では基準となる所定の目標値信号と前
記変位信号とが比較され、両者間の偏差に基づいて回転
体３２の軸線方向の制御信号を電力増幅器４６に出力す
る。制御信号を受けた電力増幅器４６は、圧電アクチュ
エータ３５の圧電素子に電流を流して駆動制御する。こ
れにより、圧電アクチュエータ３５が伸縮して固定子３
３とともに永久磁石３６を軸線方向に移動させる。固定
子３３側の永久磁石３６と回転体３２側の永久磁石３７
との間には、両磁石３６，３７の相対的位置によって、
吸引力及び反発力が作用しているが、固定子側の永久磁
石３６が軸線方向に移動することにより、前記吸引力及
び反発力が調整され、その結果として回転体側の永久磁
石３７もスラスト方向の力を受け、回転体３２の軸線方
向の運動が制御されることとなる。図２に示すように、
各永久磁石３６，３７の軸線方向の寸法をＬとした場
合、固定子側の永久磁石３６と回転体側の永久磁石３７
の間のずれ量ΔＺと、回転体３２に作用するスラスト方
向の力ＦZ との関係は、図３に示されている。図示する
ように、ΔＺ＝±Ｌ／２の時にスラスト方向の力ＦZ は
最大値となり、符号Ｄの範囲ではスラスト方向の力ＦZ
はほぼリニアに変化している。
【００２２】なお、前記実施例では変位信号に基づいて
制御する場合を説明したが、回転体３２の軸線方向の速
度を示す速度信号及び加速度を示す加速度信号のいずれ
かに基づいて圧電素子を駆動する場合には、スラスト方
向の回転軸２２の振動を抑制する等の制御を行うことが
できる。
制御する場合を説明したが、回転体３２の軸線方向の速
度を示す速度信号及び加速度を示す加速度信号のいずれ
かに基づいて圧電素子を駆動する場合には、スラスト方
向の回転軸２２の振動を抑制する等の制御を行うことが
できる。
【００２３】図４は本発明の他の実施例を示す磁気軸受
装置の断面図、図５はその制御方法を示すフローチャー
トである。各図は、軸の共振現象（危険速度）を回避す
るための磁気軸受装置の制御方法を示している。即ち、
本実施例装置は、モータ２５に接続されてこのモータ２
５の回転数の信号が入力され、予め設定された所定の回
転数ω1 ，ω2 か否かを判断する制御回路５１を備えて
いる。この設定回転数ω1 は共振を起こす恐れのある回
転数、設定回転数ω2 は共振の心配のない回転数であ
る。制御回路５１から出力される信号は、制御回路４５
からの出力信号に加算されて電力増幅器４６に出力され
る。これにより、予め設定された設定回転数ω1 ，ω2
のときに、制御回路５１から電力増幅器４６に制御信号
が出力されて圧電アクチュエータ３５の圧電素子を駆動
し、固定子側の永久磁石３６は軸線方向の位置を変化さ
せる。これにより磁気軸受２４のラジアル剛性が変化す
ることとなり、共振現象が回避できる。
装置の断面図、図５はその制御方法を示すフローチャー
トである。各図は、軸の共振現象（危険速度）を回避す
るための磁気軸受装置の制御方法を示している。即ち、
本実施例装置は、モータ２５に接続されてこのモータ２
５の回転数の信号が入力され、予め設定された所定の回
転数ω1 ，ω2 か否かを判断する制御回路５１を備えて
いる。この設定回転数ω1 は共振を起こす恐れのある回
転数、設定回転数ω2 は共振の心配のない回転数であ
る。制御回路５１から出力される信号は、制御回路４５
からの出力信号に加算されて電力増幅器４６に出力され
る。これにより、予め設定された設定回転数ω1 ，ω2
のときに、制御回路５１から電力増幅器４６に制御信号
が出力されて圧電アクチュエータ３５の圧電素子を駆動
し、固定子側の永久磁石３６は軸線方向の位置を変化さ
せる。これにより磁気軸受２４のラジアル剛性が変化す
ることとなり、共振現象が回避できる。
【００２４】これを図５に基づいて説明すると、回転体
３２が回転運動を開始し、この時の両永久磁石３６，３
７間のシフト量（ずれ量）がΔＺ1 の場合（ステップＳ
１）、制御回路５１は回転体３２の回転数が予め設定さ
れた回転数ω1 にまで上昇したか否かを判断し（ステッ
プＳ２）、共振を起こす恐れのある回転数に近い設定回
転数ω1 にまで回転数が上昇した場合には、制御回路５
１はシフト量をΔＺ2とするような制御信号を電力増幅
器４６に出力する（ステップＳ３）。すると電力増幅器
４６は、圧電アクチュエータ３５の圧電素子を駆動して
固定子３３を軸線方向に移動させ、両永久磁石３６，３
７間のシフト量をΔＺ1 からΔＺ2 に変化させる。これ
により磁気軸受２４のラジアル剛性が変化することとな
り、回転体３２は共振を起こさない。次いでさらに回転
体３２の回転数が上昇して共振の恐れがなくなる設定回
転数ω2 に達したか否かを判断し（ステップＳ４）、Ｙ
ＥＳであれば、制御回路５１はシフト量をΔＺ2 から元
のΔＺ1 に戻すような制御信号を電力増幅器４６に出力
し（ステップＳ５）、これにより圧電アクチュエータ３
５の圧電素子が駆動されて両永久磁石３６，３７間のシ
フト量はΔＺ1 に戻り、以降回転体３２は共振すること
なく危険速度を通過し、安全に回転運動を継続する。
３２が回転運動を開始し、この時の両永久磁石３６，３
７間のシフト量（ずれ量）がΔＺ1 の場合（ステップＳ
１）、制御回路５１は回転体３２の回転数が予め設定さ
れた回転数ω1 にまで上昇したか否かを判断し（ステッ
プＳ２）、共振を起こす恐れのある回転数に近い設定回
転数ω1 にまで回転数が上昇した場合には、制御回路５
１はシフト量をΔＺ2とするような制御信号を電力増幅
器４６に出力する（ステップＳ３）。すると電力増幅器
４６は、圧電アクチュエータ３５の圧電素子を駆動して
固定子３３を軸線方向に移動させ、両永久磁石３６，３
７間のシフト量をΔＺ1 からΔＺ2 に変化させる。これ
により磁気軸受２４のラジアル剛性が変化することとな
り、回転体３２は共振を起こさない。次いでさらに回転
体３２の回転数が上昇して共振の恐れがなくなる設定回
転数ω2 に達したか否かを判断し（ステップＳ４）、Ｙ
ＥＳであれば、制御回路５１はシフト量をΔＺ2 から元
のΔＺ1 に戻すような制御信号を電力増幅器４６に出力
し（ステップＳ５）、これにより圧電アクチュエータ３
５の圧電素子が駆動されて両永久磁石３６，３７間のシ
フト量はΔＺ1 に戻り、以降回転体３２は共振すること
なく危険速度を通過し、安全に回転運動を継続する。
【００２５】また、本実施例においては、回転軸２２に
センサターゲット５２が取付けられ、このセンサターゲ
ット５２をケーシング２１に取付けられたラジアル変位
センサ５３で検出することにより、回転体３２の半径方
向の振動による変位を検出している。このラジアル変位
センサ５３からの検出信号は、制御回路５１に出力され
る。回転体３２の半径方向の振動が大きくなった場合
に、制御回路５１は電力増幅器４６に制御信号を出力
し、これにより圧電素子が駆動されて固定子３３ととも
に固定子側の永久磁石３６の位置を軸線方向に変化さ
せ、磁気軸受のラジアル剛性を変化させている。したが
って、回転体３２の共振現象を更に効果的に回避するこ
とができる。
センサターゲット５２が取付けられ、このセンサターゲ
ット５２をケーシング２１に取付けられたラジアル変位
センサ５３で検出することにより、回転体３２の半径方
向の振動による変位を検出している。このラジアル変位
センサ５３からの検出信号は、制御回路５１に出力され
る。回転体３２の半径方向の振動が大きくなった場合
に、制御回路５１は電力増幅器４６に制御信号を出力
し、これにより圧電素子が駆動されて固定子３３ととも
に固定子側の永久磁石３６の位置を軸線方向に変化さ
せ、磁気軸受のラジアル剛性を変化させている。したが
って、回転体３２の共振現象を更に効果的に回避するこ
とができる。
【００２６】図６は、本発明のさらに他の実施例を示す
磁気軸受装置の断面図である。この実施例はラジアル磁
気軸受が吸引タイプの場合であり、各永久磁石２９ａ，
３１ａ，３６ａ，３７ａは軸線方向に並んで対向配置さ
れている。また円板状の固定子３３ａは、ケーシング１
ａに設けられた圧電アクチュエータ３５ａにより吊下げ
られている。回転体３２ａ側の永久磁石２９ａ，３７ａ
は、回転軸２２に取付けられた円板状のロータ２８ａ，
３８ａにそれぞれ取付けられ、固定子側の永久磁石３１
ａ，３６ａは、ケーシング１ａに取付けられたステータ
３０ａと固定子３３ａにそれぞれ取付けられている。ま
た、スラスト変位センサ４２ａを含む制御装置は図１に
示す実施例のものと同様である。
磁気軸受装置の断面図である。この実施例はラジアル磁
気軸受が吸引タイプの場合であり、各永久磁石２９ａ，
３１ａ，３６ａ，３７ａは軸線方向に並んで対向配置さ
れている。また円板状の固定子３３ａは、ケーシング１
ａに設けられた圧電アクチュエータ３５ａにより吊下げ
られている。回転体３２ａ側の永久磁石２９ａ，３７ａ
は、回転軸２２に取付けられた円板状のロータ２８ａ，
３８ａにそれぞれ取付けられ、固定子側の永久磁石３１
ａ，３６ａは、ケーシング１ａに取付けられたステータ
３０ａと固定子３３ａにそれぞれ取付けられている。ま
た、スラスト変位センサ４２ａを含む制御装置は図１に
示す実施例のものと同様である。
【００２７】上述のように、本発明によれば、圧電アク
チュエータにより永久磁石の軸線方向の位置を直接制御
することにより、従来のスラスト磁気軸受が不要になる
ので、磁気軸受装置全体が小さくなり、また回転体の組
立分解が非常に容易になる。更に、回転体側と固定子側
の永久磁石の相対位置を変えてラジアル剛性を変化させ
て共振現象を回避することができるので、機械式又は電
磁式の減衰機構が不要になり、装置全体をコンパクトに
することができる。
チュエータにより永久磁石の軸線方向の位置を直接制御
することにより、従来のスラスト磁気軸受が不要になる
ので、磁気軸受装置全体が小さくなり、また回転体の組
立分解が非常に容易になる。更に、回転体側と固定子側
の永久磁石の相対位置を変えてラジアル剛性を変化させ
て共振現象を回避することができるので、機械式又は電
磁式の減衰機構が不要になり、装置全体をコンパクトに
することができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明に係る磁気軸受装置は前記のよう
に構成したので、従来必要であったスラスト磁気軸受が
不要となり、軸線方向の寸法が大幅に小さくなって装置
全体を小型化でき、また回転体の分解組立も容易にな
る。
に構成したので、従来必要であったスラスト磁気軸受が
不要となり、軸線方向の寸法が大幅に小さくなって装置
全体を小型化でき、また回転体の分解組立も容易にな
る。
【００２９】また、本発明に係る磁気軸受装置の制御方
法は前記のように構成したので、共振現象を起こす恐れ
のある状態のときに磁気軸受のラジアル剛性が変化して
共振現象が回避できることとなり、従来使用されていた
減衰機構が不要となり磁気軸受装置をさらに小型化でき
る。
法は前記のように構成したので、共振現象を起こす恐れ
のある状態のときに磁気軸受のラジアル剛性が変化して
共振現象が回避できることとなり、従来使用されていた
減衰機構が不要となり磁気軸受装置をさらに小型化でき
る。
【図１】図１乃至図３は本発明の一実施例を示す図で、
図１は本実施例に係る磁気軸受装置の断面図である。
図１は本実施例に係る磁気軸受装置の断面図である。
【図２】本発明の原理を示す模式図である。
【図３】回転体側と固定子側の永久磁石のずれ量ΔＺ
と、発生するスラスト力ＦZ との関係を示すグラフであ
る。
と、発生するスラスト力ＦZ との関係を示すグラフであ
る。
【図４】本発明の他の実施例に係る磁気軸受装置の断面
図である。
図である。
【図５】図４に示す磁気軸受装置の制御方法を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図６】本発明のさらに他の実施例に係る磁気軸受装置
の断面図である。
の断面図である。
【図７】従来の磁気軸受装置の断面図である。
２９，３１，３６，３７ 永久磁石 ２９ａ，３１ａ，３６ａ，３７ａ 永久磁石 ３２，３２ａ 回転体 ３３，３３ａ 固定子 ３５，３５ａ 圧電アクチュエータ ５３ ラジアル変位センサ ω1 ，ω2 設定回転数
Claims (4)
- 【請求項１】 永久磁石の吸引力及び反発力を利用し
て、回転体の半径方向の運動を受動的に安定化させて前
記回転体を非接触で固定子に支持する磁気軸受装置であ
って、 前記固定子に取付けられた前記永久磁石を圧電素子によ
り軸線方向に可動とし、前記回転体の軸線方向の変位を
示す変位信号に基づいて前記圧電素子を駆動することに
より、前記回転体と前記固定子との間に働く前記永久磁
石の軸線方向の前記吸引力及び前記反発力を調整し、前
記回転体の軸線方向の運動を制御することを特徴とする
磁気軸受装置。 - 【請求項２】 永久磁石の吸引力及び反発力を利用し
て、回転体の半径方向の運動を受動的に安定化させて前
記回転体を非接触で固定子に支持する磁気軸受装置であ
って、 前記固定子に取付けられた前記永久磁石を圧電素子によ
り軸線方向に可動とし、前記回転体の軸線方向の速度を
示す速度信号及び加速度を示す加速度信号のいずれかに
基づいて前記圧電素子を駆動することにより、前記回転
体と前記固定子との間に働く前記永久磁石の軸線方向の
前記吸引力及び前記反発力を調整し、前記回転体の軸線
方向の運動を制御することを特徴とする磁気軸受装置。 - 【請求項３】 予め設定された前記回転体の回転数のと
きに、前記永久磁石の軸線方向の位置を前記圧電素子に
より変化させることにより磁気軸受のラジアル剛性を変
化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気
軸受装置の制御方法。 - 【請求項４】 前記回転体の前記半径方向の振動を検出
するラジアル変位センサを設け、このラジアル変位セン
サからの検出信号に基づいて、半径方向の振動が大きく
なった場合に前記圧電素子により軸線方向の前記永久磁
石の位置を変化させることにより磁気軸受のラジアル剛
性を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載
の磁気軸受装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4217150A JPH0642531A (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 磁気軸受装置及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4217150A JPH0642531A (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 磁気軸受装置及びその制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0642531A true JPH0642531A (ja) | 1994-02-15 |
Family
ID=16699643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4217150A Pending JPH0642531A (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 磁気軸受装置及びその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642531A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004510108A (ja) * | 2000-09-02 | 2004-04-02 | フォルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲーエムベーハー | 磁気軸受装置 |
| JP2008275102A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Jtekt Corp | 軸受装置 |
| WO2009104376A1 (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | モーターソリューション株式会社 | スラスト力発生装置及び該スラスト力発生装置を適用した電磁機械 |
| WO2011000249A1 (zh) * | 2009-07-03 | 2011-01-06 | Lin Haishan | 组合马达 |
| CN102062148A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-05-18 | 北京前沿科学研究所 | 一种锥形磁悬浮轴承 |
| DE102012009635A1 (de) * | 2012-05-14 | 2013-11-14 | Herbert Weh | "Magnetisches Tragen mit Permanentmagneten" |
| CN104019130A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-09-03 | 山东大学 | 一种可调刚度径向永磁轴承 |
| JP2015113981A (ja) * | 2013-12-13 | 2015-06-22 | プファイファー・ヴァキューム・ゲーエムベーハー | 回転システム |
| CN106321633A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-01-11 | 湘潭大学 | 一种新型混合磁悬浮轴承 |
| WO2017121696A1 (de) * | 2016-01-11 | 2017-07-20 | Leybold Gmbh | Vakuumpumpe mit axial verschiebbarer lagerung mit permanentmagneten |
| WO2018001811A1 (de) * | 2016-06-29 | 2018-01-04 | Leybold Gmbh | Vakuumpumpe |
-
1992
- 1992-07-23 JP JP4217150A patent/JPH0642531A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004510108A (ja) * | 2000-09-02 | 2004-04-02 | フォルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲーエムベーハー | 磁気軸受装置 |
| JP2008275102A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Jtekt Corp | 軸受装置 |
| WO2009104376A1 (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | モーターソリューション株式会社 | スラスト力発生装置及び該スラスト力発生装置を適用した電磁機械 |
| WO2011000249A1 (zh) * | 2009-07-03 | 2011-01-06 | Lin Haishan | 组合马达 |
| CN102062148A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-05-18 | 北京前沿科学研究所 | 一种锥形磁悬浮轴承 |
| DE102012009635A1 (de) * | 2012-05-14 | 2013-11-14 | Herbert Weh | "Magnetisches Tragen mit Permanentmagneten" |
| JP2015113981A (ja) * | 2013-12-13 | 2015-06-22 | プファイファー・ヴァキューム・ゲーエムベーハー | 回転システム |
| CN104019130A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-09-03 | 山东大学 | 一种可调刚度径向永磁轴承 |
| WO2017121696A1 (de) * | 2016-01-11 | 2017-07-20 | Leybold Gmbh | Vakuumpumpe mit axial verschiebbarer lagerung mit permanentmagneten |
| WO2018001811A1 (de) * | 2016-06-29 | 2018-01-04 | Leybold Gmbh | Vakuumpumpe |
| CN106321633A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-01-11 | 湘潭大学 | 一种新型混合磁悬浮轴承 |
| CN106321633B (zh) * | 2016-11-07 | 2018-06-05 | 湘潭大学 | 一种新型混合磁悬浮轴承 |
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