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KR0157969B1 - 마그네틱 베어링 장치 - Google Patents

마그네틱 베어링 장치 Download PDF

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KR0157969B1
KR0157969B1 KR1019890010709A KR890010709A KR0157969B1 KR 0157969 B1 KR0157969 B1 KR 0157969B1 KR 1019890010709 A KR1019890010709 A KR 1019890010709A KR 890010709 A KR890010709 A KR 890010709A KR 0157969 B1 KR0157969 B1 KR 0157969B1
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KR1019890010709A
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아끼라 야마무라
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아끼라 야마무라
닛뽄 페로프루이딕스 가부시키가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

마그네틱 베어링 장치
제1(a) 및 제1(b) 도는 본 발명에 따른 실시예로서 마그네틱 베어링 장치의 제어 특성의 한 실시예를 각각 나타내는 설명도.
제2도는 상기 실시예에서 사용되는 소프트 리미터를 삽입하는 타이밍을 나타내는 설명도.
제3도는 상기 실시예에 사용된 제어 회로의 실시예의 블럭도.
제4도는 실시예에서 획득된 주파수와 게인 사이의 관계를 나타내는 설명도.
제5도는 마그네틱 베어링 장치 구성의 한 실시예의 단면도.
제6도는 제어 특성을 나타내는 모형의 설명도.
제7(a)도 및 7(b)도는 종래 기술에서의 제어 특성을 나타내는 설명도.
제8도 및 제9도는 다른 실시예들의 블록도.
제10도는 다른 실시예의 회로도.
제11도는 제10도에 도시된 회로의 주파수 특성 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 회전자 2 : 전기자 디스크
3 : 베어링 소자 4 : 영구 자석
5,6 : 극편 7 : 제어 코일
8 : 센서 코일 11 : 센서 코일 출력 회로
12 : 보상 회로 13 : 소프트 리미터
14 : 저주파 통과 필터 15 : 가산기
16 : 제어 코일 구동 회로
본 발명은 마그네틱 베어링 장치에 관한 것이다.
제5도는 종래에 사용된 공지된 마그네틱 베어링 장치의 한 실시예를 나타내고 있고, 이 도면에서 참조번호 1은 전기자 디스크(2)가 회전가능하게 부착된 회전자를 나타낸다. 한쌍의 베어링 소자(3,3)는 그들 사이에 전기자 디스크(2)가 놓인 축방향으로 서로 마주보는 위치에 배치된다. 베어링 소자(3,3) 각각은 영구자석(4)의 두 개 자극면에 부착되는 한쌍의 극편(5,6)으로 이루어진다. 극편(5,6) 각각은 전자기 디스크(2)로 평행하게 확장되는 부분 및 상기 부분으로부터 전자기 디스크(2)에 인접한 위치까지 확장되는 상단부로 이루어진다. 제어 코일(7)은 상기 한쌍의 극편(5,6) 사이의 영구자석(4)보다 상단부에 더 가까운 위치에 배치된다. 센서 코일(8)은 제어 코일(7)보다 상단부에 더 가까운 위치에 배치된다. 센서 코일(8)은 상기 제어 코일(7)과 동일한 방향으로 감겨지고, 따라서 코일(8)과 전자기 디스크(2) 사이의 간격의 변화를 구별하여 출력하도록 브릿지가 한쌍의 윗쪽 및 아래쪽 센서 코일(8,8) 사이에 형성된다.
상기한 구성의 공지된 마그네틱 베어링 장치는 제어 코일(7)의 제어 전류에 의해 다음의 방법으로 제어된다. 제6도에 도시된 바와 같이 간단한 제어를 수행하기 위하여, 제어 전류는 I, 전기자 디스크(2)의 변위는 x, 회전자(1)의 무게는 mg라고 가정하면, 전기자 디스크(2)에 작용하는 힘은 다음과 같이 나타내어진다:
Figure kpo00002
(이때, a는 비례 상수이다.)
따라서, F=mg가 되는 조건으로 다음과 같이 나타내어진다:
Figure kpo00003
이것은 제어 코일(7)에 요구되는 전류(I)가 제어 코일(7)의 자기 흡인력과 회전자(1)의 무게가 균형을 이루는 위치(x)에 따라 변화한다는 것을 의미한다.
따라서, 종래 기술에서 제어 전류(I)는 I=k·x가 되도록 제어되고, 이 수학식을 다시 쓰면 x=I/k가 되며, 이 수학식을 상기 수학식 (2)의 x에 대입하는 경우 다음의 수학식(3)이 얻어진다:
Figure kpo00004
상기 수학식(3)으로부터 회전자(1)는 게인(k)을 더 크게 할 때 더 적은 전류에 의해 자기적으로 지지될 수 있다는 것을 명백히 이해할 수 있다.
따라서, 제어 전류(I)를 발생시키기 위한 게인(k)은 가능한한 크게 하는 것이 바람직하다.
그러나, 게인(k)을 가능한한 크게 하는 경우, 게인(k)이 증가됨에 따라 회전자 (1)의 안정 영역이 좁아진다는 심각한 문제점이 발생한다. 특히, 제어 전류(I)로서 전원 장치의 최대 허용 전류를 발생시키는 경우, 제어 코일(7)의 자기 흡인력은 제7(a)도 및 제7(b)도에 나타낸 바와 같이 xIo/k의 영역에서 줄어들어 자기적 지지를 불안정하게 한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 불안정한 영역이 확장되는 문제점을 방지하면서 적은 양의 전류로 제어될 수 있는 마그네틱 베어링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적들은 후술되는 실시예를 기술하는 동안 명백해질 것이다.
상기한 목적을 실현하기 위해, 본 발명의 특허청구범위 제1항에 따른 마그네틱 베어링 장치는: 회전자를 수직으로 지지하는 제어 코일; 및 제어 코일과 회전자 사이의 간격이 증가함에 따라 제어 전류를 증가시키는 전류 제어 수단으로 이루어지고, 상기 전류 제어 수단은 제어 코일과 회전자 사이의 간격이 어떤 특정거리보다 클 때보다는 제어 코일과 회전자 사이의 간격이 어떤 특정 거리보다 짧을 때 보다 큰 게인으로 제어 전류를 제어하는 게인 제어 수단으로 이루어진다.
특허청구범위 제2항에 따른 마그네틱 베어링 장치에서, 상기 전류 제어 수단은 제어가능한 간격의 전체 범위에서 거의 일정한 게인으로 제어 전류를 제어하지만, 회전자의 고주파 영역에서는 상기 게인 제어 수단으로 제어하는 것을 중단하는 주파수 응답 수단으로 이루어진다.
지금부터 첨부한 도면을 참조하여 예의 방법으로 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
마그네틱 베어링 장치는 제1(a)도 및 제1(b) 도에 나타낸 바와 같이, 변위(X)-제어 전류(I) 특성 및 변위(X)-자기 흡인력(F) 특성(일정 불변 특성)을 성취하기 위해 제어 시스템을 사용한다. 즉, 본 실시예에서 X1는 mg/a·k2x1을 만족하고; 이때 게인(k)을 크게 하며; 제어 전류는 회전자(1)의 무게와 제어 코일(7)의 자기 흡인력이 균형을 이룰 때 0XX1의 범위에서 작은 값이 되고; 반면 게인(k)은 0XX2인 안정 영역을 확장시키기 위해 X1XX2의 영역에서 정상적인 작은 값으로 반환된다. 이러한 특성을 성취시키기 위해, 소프트 리미터가 제어회로에 삽입된다.
상기한 제어 시스템을 사용하는 경우, 게인(k)이 크고 따라서 0XX1인 포인트 제로 근방에서 정상적 안정성이 얻어지더라도 발진이 쉽게 발생되는 문제점이 생긴다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 제3도에 도시된 바와 같은 제어 회로가 사용된다. 도면에서, 참조번호 11은 센서 코일(8)의 출력 회로, 번호 12는 보상 회로, 번호 13은 소프트 리미터(게인 제어 수단), 번호 14는 저주파 통과 필터(주파수 응답 제어 수단), 번호 15는 가산기, 및 번호 16은 제어 코일 구동 회로를 각각 나타낸다.
이와 같은 구성의 결과로, 상기한 바와 같이 저주파 영역에서는 전술한 게인(k)의 제어를 수행하지만 고주파 영역에서는 0XX2의 전영역에서 게인(k) 값을 작은 값으로 유지한다(제4도 참조).
본 발명은 제5도 또는 다른 도면에 도시된 것중의 하나를 포함하는 구성을 갖는 마그네틱 베어링 장치에 바람직하게 적용될 수 있다.
제8도 및 제9도에 도시된 바와 같은 스위칭 회로 또는 게인 판별 회로가 제3도에 도시된 회로이외에서 사용되는 것도 바람직하다. 제10도는 이러한 회로의 더욱 상세한 실시예를 나타내고, 그 주파수 특성은 제11도에 도시된 바와 같다.
본 발명은 상기한 실시예에 제한되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 첨부된 특허청구범위의 범주 및 개념의 벗어남이 없이 본 발명의 변경 및 수정이 가능할 것이다.
본 발명의 마그네틱 베어링 장치에서, 상기한 구성의 결과로서, 종래 기술의 고유한 불안정한 영역의 확장 문제를 해결하면서 더욱 작은 전류로 제어될 수 있고, 결과적으로 효율적인 자기 지지가 초래된다.

Claims (2)

  1. 회전자를 수직으로 지지하는 제어 코일; 및 제어 코일과 회전자 사이의 간격이 증가함에 따라 제어 전류를 증가시키는 전류 제어 수단으로 이루어지고, 상기 전류 제어 수단은 제어 코일과 회전자 사이의 간격이 어떤 특정 거리보다 클때 보다는 제어 코일과 회전자 사이의 간격이 어떤 특정 거리보다 짧을 때 보다 큰 게인으로 제어 전류를 제어하는 게인 제어 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전류 제어 수단은 제어가능한 간격의 전체 범위에서 거의 일정한 게인으로 제어 전류를 제어하지만, 회전자의 고주파 영역에서는 상기 게인 제어 수단으로 제어하는 것을 중단하는 주파수 응답 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 베어링 장치.
KR1019890010709A 1988-07-29 1989-07-28 마그네틱 베어링 장치 KR0157969B1 (ko)

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