CN108368881A - 磁轴承装置及压缩机 - Google Patents

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Abstract

磁轴承(20)利用第一电磁铁(51)及第二电磁铁(52)的合成电磁力(F)非接触地支承被支承体。当将流向第一电磁铁(51)的第一电流(i1)设为i1、将流向第二电磁铁(52)的第二电流(i2)设为i2、将控制电流(id)设为id、将偏置电流(ib)设为ib、将基准间隙长度(g0)设为g0、将被支承体相对于中央位置的位移量(x)设为x、并将预先规定好的补正系数(a)设为a时，控制器(40)控制第一电流(i1)及第二电流(i2)，以便使： 上述式子1及式子2成立。

Description

磁轴承装置及压缩机
技术领域
本公开涉及一种磁轴承及包括该磁轴承的压缩机。
背景技术
迄今为止，能够利用多个电磁铁的合成电磁力非接触地支承被支承体(例如，转轴)的磁轴承已为人所知。例如，在专利文献1的图3中，示出了包括第一及第二电磁铁和电流控制部的磁轴承，其中，所述第一及第二电磁铁以在两者之间夹着转子的方式相向而设，所述电流控制部对流向第一及第二电磁铁的电流进行控制。就该磁轴承而言，根据施加在转子(被支承体)上的负载而变化的推挽(push-pull)电流(控制电流)、与用以让第一及第二电磁铁在线性区域中工作的固定电流(偏置电流)合成，从而生成了流向第一及第二电磁铁的线圈的电流。
专利文献1：日本公开专利公报特开平10－141373号公报
发明内容
－发明所要解决的技术问题－
就上述磁轴承而言，电磁铁的电磁力(吸引力)具有与电磁铁和被支承体之间的间隙长度的平方成反比的倾向。也就是说，被支承体离电磁铁越近，作用在被支承体上的电磁铁的电磁力(吸引力)就越大。因此，若位于两个电磁铁之间的被支承体从两个电磁铁之间的中央位置(基准位置)产生位移，则在益发使其位移的方向上产生的不平衡吸引力就会作用到被支承体上。
具体而言，就上述磁轴承而言，在与被支承体的悬浮控制相关的运动方程式(具体而言，加速度项及位移项位于左边且加速度项的系数为正值的运动方程式)中，与被支承体的位移量相关的位移项的系数(即，与根据被支承体的位移量作用到被支承体上的力相关的项的系数)为负值。这意味着利用上述磁轴承对被支承体进行的悬浮控制具有负弹簧特性(即，益发使被支承体从中央位置产生位移的特性)。
如上所述，就上述磁轴承而言，因为不平衡吸引力作用到被支承体上而益发使被支承体从中央位置产生位移，所以很难使被支承体的悬浮控制实现稳定。
于是，本公开的目的在于：提供一种能够抑制因不平衡吸引力而导致悬浮控制不稳定化的磁轴承装置。
－用以解决技术问题的技术方案－
本公开的第一方面的发明所涉及的磁轴承装置包括磁轴承20和控制器40。所述磁轴承20具有夹着被支承体彼此相向的第一电磁铁51及第二电磁铁52，并利用该第一电磁铁51及该第二电磁铁52的合成电磁力F非接触地支承该被支承体。所述控制器40构成为：当将流向所述第一电磁铁51的第一电流i1设为i1、将流向所述第二电磁铁52的第二电流i2设为i2、将相当于根据所述被支承体在该第一电磁铁51及该第二电磁铁52的相向方向上的位移而产生变化的电流分量的控制电流id设为id、将相当于表示预先规定好的电流值的电流分量的偏置电流ib设为ib、将相当于该被支承***于该第一电磁铁51及该第二电磁铁52之间的中央位置时该被支承体与该第一电磁铁51及该第二电磁铁52之间的间隙长度的基准间隙长度g0设为g0、将该被支承体相对于在该第一电磁铁51及该第二电磁铁52的相向方向上的该中央位置的位移量x设为x、并将预先规定好的补正系数a设为a时，所述控制器40控制该第一电流i1及该第二电流i2，以便使：
上述式子1及上述式子2成立。
在上述第一方面的发明中，第一电磁铁51及第二电磁铁52的合成电磁力F可以像下面的式子3那样表示。
若对所述式子3进行泰勒展开取一阶近似，就能够得到下面的式子4。
根据上述式子4，与利用磁轴承装置对被支承体进行的悬浮控制相关的运动方程式(磁悬浮控制***的运动方程式)可以像下面的式子5那样表示。
如上述式子5所示，在磁悬浮控制***的运动方程式(具体而言，加速度项及位移项位于左边且加速度项的系数为正值的运动方程式)中，与位移量x相关的位移项的系数(即，与根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力相关的项的系数)取决于补正系数a。为此，通过调节补正系数a，而能够调节磁悬浮控制***的运动方程式中与位移量x相关的位移项的系数，其结果是，能够调节根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力(具体而言，为不平衡吸引力)。
本公开的第二方面的发明所涉及的磁轴承装置是在所述第一方面的发明所涉及的磁轴承装置的基础上，所述补正系数a被设定成比1大的值。
在所述第二方面的发明中，通过将补正系数a设定成比1大的值，从而能够使磁悬浮控制***的运动方程式中与位移量x相关的位移项的系数成为正值。由此，能够使利用磁轴承装置10对被支承体进行的悬浮控制的特性成为正弹簧特性(即，阻碍被支承体从中央位置产生位移的特性)。
本公开的第三方面的发明所涉及的磁轴承装置是在所述第一或第二方面的发明所涉及的磁轴承装置的基础上，所述补正系数a为变量值。
在所述第三方面的发明中，通过将补正系数a设定成变量值，从而能够任意调节磁悬浮控制***的运动方程式中与位移量x相关的位移项的系数。由此，能够任意调节根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力(具体而言，为不平衡吸引力)。
本公开的第四方面的发明所涉及的磁轴承装置是在所述第一至第三方面中任一方面的发明所涉及的磁轴承装置的基础上，所述控制器40进行悬浮控制动作和补正系数设定动作，在所述悬浮控制动作下，根据与所述位移量x和预先规定好的位置指令值x*之间的差值相对应的位置偏差值e求出所述控制电流id，然后再利用该控制电流id对所述第一电流i1及所述第二电流i2进行控制，以便使所述式子1及所述式子2成立，在所述补正系数设定动作下，对所述悬浮控制动作的所述补正系数a进行设定，使得将所述控制电流id作为输入并将所述位移量x作为输出的传递函数P(s)在预先规定好的目标频带内呈现增益峰值。
在上述第四方面的发明中，当利用磁轴承装置对被支承体进行的悬浮控制的特性为正弹簧特性时，将控制电流id作为输入并将位移量x作为输出的传递函数(下文中记作“被控对象传递函数(plant transfer function)P(s)”)倾向于在规定频带内呈现增益峰值。因此，通过设定悬浮控制动作中所使用的补正系数a，使得被控对象传递函数P(s)在目标频带内呈现增益峰值，而能够使利用磁轴承装置对被支承体进行的悬浮控制的特性成为正弹簧特性。
本公开的第五方面的发明所涉及的压缩机包括所述权利要求1至4中任一项所述的磁轴承装置、压缩机构3、电动机4及将所述压缩机构3和所述电动机4连结起来的转轴5，所述磁轴承装置构成为：所述磁轴承20的第一电磁铁51及第二电磁铁52夹着所述转轴5的被支承部彼此相向。
在上述第五方面的发明中，能够抑制磁轴承装置因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化。
－发明的效果－
根据本公开的第一方面的发明，因为通过调节补正系数a而能够调节根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力(具体而言，为不平衡吸引力)，所以能够抑制因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化。
根据本公开的第二方面的发明，因为通过将补正系数a设定成比1大的值，而能够使利用磁轴承装置10对被支承体进行的悬浮控制的特性成为正弹簧特性，所以能够防止因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化。
根据本公开的第三方面的发明，因为能够任意调节根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力(具体而言，为不平衡吸引力)，所以能够适当抑制因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化。
根据本公开的第四方面的发明，通过设定悬浮控制动作的补正系数a，使得被控对象传递函数P(s)在目标频带内呈现增益峰值，从而能够使利用磁轴承装置对被支承体进行的悬浮控制的特性成为正弹簧特性，因此能够防止因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化。
根据本公开的第五方面的发明，能够抑制磁轴承装置因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化，所以能够提高压缩机的运转效率。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的压缩机的结构示例的纵向剖视图。
图2是示出径向磁轴承的结构示例的横向剖视图。
图3是示出径向磁轴承的结构示例的纵向剖视图。
图4是示出推力磁轴承的结构示例的俯视图。
图5是示出推力磁轴承的结构示例的纵向剖视图。
图6是示出控制器的结构示例的方框图。
图7是用以说明悬浮控制的动刚度的曲线图。
图8是用以说明悬浮控制的传递函数的曲线图。
图9是用以说明补正系数设定动作的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式进行详细的说明。需要说明的是，对于附图中的相同或相应的部分标注同一符号并不对其做重复说明。
(压缩机)
图1示出了实施方式所涉及的压缩机1的结构示例。压缩机1包括机壳2、压缩机构3、电动机4、转轴5、径向保护轴承(Touch Down Bearing)6、推力保护轴承7及磁轴承装置10。
〔机壳〕
机壳2形成为两端封闭的圆筒状，并被布置成圆筒轴线呈水平的状态。机壳2内的空间被壁部2a隔开，比壁部2a靠右侧的空间构成收纳压缩机构3的压缩机构室S1，比壁部2a靠左侧的空间构成收纳电动机4的电动机室S2。并且，在机壳2内沿轴向延伸的转轴5将压缩机构3和电动机4连结起来。
〔压缩机构〕
压缩机构3构成为对流体进行压缩。在该示例中，压缩机构3由叶轮3a构成。叶轮3a具有多个叶片，使得其外形形成为近似圆锥形状，并且该叶轮3a被固定在转轴5的一端上。
〔电动机〕
电动机4构成为驱动转轴5旋转。在该示例中，电动机4具有定子4a和转子4b。定子4a形成为圆筒状，并被固定在机壳1内。转子4b形成为圆柱状，并可旋转地被***到定子4a的内周。此外，在转子4b的中心部形成有轴孔，转轴5被***并固定在该轴孔中。
〔保护轴承〕
径向保护轴承6及推力保护轴承7构成为：当磁轴承装置10未通电时(即，转轴5没有悬浮时)支承转轴5。
〔磁轴承装置〕
磁轴承装置10包括一个或多个(在该示例中，为三个)磁轴承20、一个或多个(在该示例中，为五个)间隙传感器30、及控制器40。
〈磁轴承〉
磁轴承20具有夹着被支承体(在该示例中，为转轴5的被支承部)彼此相向的电磁铁对(例如，第一电磁铁51及第二电磁铁52)，并且构成为利用电磁铁对的合成电磁力F非接触地支承被支承体。就磁轴承20而言，通过控制流向电磁铁对的电流对(例如，分别流向第一电磁铁51及第二电磁铁52的第一电流i1及第二电流i2)，从而能够控制该电磁铁对的合成电磁力F并能够控制被支承体在该电磁铁对的相向方向上的位置。
在该示例中，两个径向磁轴承21和一个推力磁轴承22构成三个磁轴承20。需要说明的是，在下文中，将两个径向磁轴承21中的一个记作“第一径向磁轴承21”，并将另一个记作“第二径向磁轴承21”。
《径向磁轴承》
如图2及图3所示，径向磁轴承21具有第一～第四电磁铁51～54，并构成异极型径向磁轴承。第一电磁铁51及第二电磁铁52夹着转轴5的被支承部(轴部)彼此相向，并利用第一电磁铁51及第二电磁铁52的合成电磁力F非接触地支承转轴5的被支承部。第三电磁铁53及第四电磁铁54夹着转轴5的被支承部(轴部)彼此相向，并利用第三电磁铁53及第四电磁铁54的合成电磁力F非接触地支承转轴5的被支承部。需要说明的是，第三电磁铁53及第四电磁铁54的相向方向(在图2中，为左升右降的倾斜向下的方向)在俯视图中与第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向(在图2中，为右升左降的倾斜向上的方向)正交。
具体而言，在该示例中，径向磁轴承21具有磁轴承铁芯61和八个线圈65。磁轴承铁芯61是例如由多块电磁钢板叠层而成的，并且具有背轭62和八个齿63。背轭62形成为圆筒状。八个齿63沿着背轭62的内周面以规定间隔(在该示例中，为45°间隔)排列在圆周方向上，各个齿63从背轭62的内周面朝着径向内侧突出，并且各个齿63的内周面(突端面)与转轴5的被支承部的外周面之间保持规定间隙且彼此相向。
八个线圈65分别绕在磁轴承铁芯61的八个齿63上。由此，在该示例中，构成了八个电磁铁部(第一～第八电磁铁部71～78)。具体而言，在图2中按照顺时针方向依次排列有第一电磁铁部71、第二电磁铁部72、第七电磁铁部77、第八电磁铁部78、第三电磁铁部73、第四电磁铁部74、第五电磁铁部75及第六电磁铁部76。
第一电磁铁部71及第二电磁铁部72各自的线圈65串联，从而第一电磁铁部71及第二电磁铁部72构成了第一电磁铁51。第三电磁铁部73及第四电磁铁部74各自的线圈65串联，从而第三电磁铁部73及第四电磁铁部74构成了第二电磁铁52。第一电流i1被供向第一电磁铁51的线圈(即，第一电磁铁部71及第二电磁铁部72的线圈65)，第二电流i2被供向第二电磁铁52的线圈(即，第三电磁铁部73及第四电磁铁部74的线圈65)。并且，通过控制流向第一电磁铁51及第二电磁铁52的第一电流i1及第二电流i2，从而能够控制第一电磁铁51及第二电磁铁52的合成电磁力F并能够控制转轴5的被支承部(轴部)在第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向(即，径向，在图2中为右升左降的倾斜向上的方向)上的位置。
第五电磁铁部75及第六电磁铁部76各自的线圈65串联，从而第五电磁铁部75及第六电磁铁部76构成了第三电磁铁53。第七电磁铁部77及第八电磁铁部78各自的线圈65串联，从而第七电磁铁部77及第八电磁铁部78构成了第四电磁铁54。第三电流i3被供向第三电磁铁53的线圈(即，第五电磁铁部75及第六电磁铁部76的线圈65)，第四电流i4被供向第四电磁铁54的线圈(即，第七电磁铁部77及第八电磁铁部78的线圈65)。并且，通过控制流向第三电磁铁53及第四电磁铁54的第三电流i3及第四电流i4，从而能够控制第三电磁铁53及第四电磁铁54的合成电磁力F并能够控制转轴5的被支承部(轴部)在第三电磁铁53及第四电磁铁54的相向方向(即，与第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向正交的径向，在图2中为左升右降的倾斜向下的方向)上的位置。
需要说明的是，线圈65的缠绕方向及流向线圈65的电流的方向被设定成：保证第一～第四电磁铁51～54中的每一个电磁铁都产生吸引力(即，在使转轴5的被支承部(轴部)靠近的方向上所作用的电磁力)。具体而言，线圈65的缠绕方向及流向线圈65的电流的方向被设定成：保证在图2所示的箭头的方向上产生磁通。
《推力磁轴承》
如图4及图5所示，推力磁轴承22具有第一电磁铁51及第二电磁铁52。需要说明的是，在该示例中，转轴5形成为：其另一端部(与固定住叶轮3a的一端部相反一侧的端部)朝径向外侧突出的圆盘状。并且，第一电磁铁51及第二电磁铁52夹着转轴5的被支承部(圆盘部)彼此相向，并利用第一电磁铁51及第二电磁铁52的合成电磁力F非接触地支承转轴5的被支承部。
具体而言，在该示例中，推力磁轴承22具有两个磁轴承铁芯61和两个线圈65。两个磁轴承铁芯61分别形成为圆环状，两个磁轴承铁芯61保持规定间隙地布置在转轴5的被支承部(圆盘部)的轴向两侧。此外，在磁轴承铁芯61的彼此相向的面上，沿着整个一周形成有圆周槽。两个线圈65被分别收纳到两个磁轴承铁芯61的圆周槽中。由此，在该示例中，就构成了两个电磁铁(第一电磁铁51和第二电磁铁52)。第一电流i1被供向第一电磁铁51的线圈65，第二电流i2被供向第二电磁铁52的线圈65。并且，通过控制流向第一电磁铁51及第二电磁铁52的第一电流i1及第二电流i2，从而能够控制第一电磁铁51及第二电磁铁52的合成电磁力F并能够控制转轴5的被支承部(圆盘部)在第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向(即，轴向，在图5中为左右方向)上的位置。
需要说明的是，线圈65的缠绕方向及流向线圈65的电流的方向被设定成：保证第一电磁铁51及第二电磁铁52分别产生吸引力(即，作用在使转轴5的被支承部(圆盘部)靠近的方向上的电磁力)。具体而言，线圈65的缠绕方向及流向线圈65的电流的方向被设定成：保证在图5所示的箭头方向上产生磁通。
〈间隙传感器〉
如图1所示，间隙传感器30与夹着被支承体(在该示例中，为转轴5的被支承部)彼此相向的电磁铁对(例如，第一及第二电磁铁51、52组)相对应，并且间隙传感器30构成为：对被支承体相对于该电磁铁对的相向方向上的中央位置(基准位置，例如，第一电磁铁51及第二电磁铁52之间的中央位置)的位移量x进行检测。在该示例中，四个径向间隙传感器31和一个推力间隙传感器32构成五个间隙传感器30。
《径向间隙传感器》
四个径向间隙传感器31由与第一径向磁轴承21的第一及第二电磁铁51、52组相对应的径向间隙传感器(以下记作“第一径向间隙传感器31”)、与第一径向磁轴承21的第三及第四电磁铁53、54组相对应的径向间隙传感器(以下记作“第二径向间隙传感器31”)、与第二径向磁轴承21的第一及第二电磁铁51、52组相对应的径向间隙传感器(以下记作“第三径向间隙传感器31”)、以及与第二径向磁轴承21的第三及第四电磁铁53、54组相对应的径向间隙传感器(以下记作“第四径向间隙传感器31”)构成。
第一及第三径向间隙传感器31构成为：对转轴5的被支承部相对于第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向(即，径向，在图2中为右升左降的倾斜向上的方向)上的中央位置的位移量x进行检测。需要说明的是，当转轴5的被支承部(轴部)位于第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向上的中央位置时，第一电磁铁51和转轴5的被支承部之间的间隙长度与第二电磁铁52和转轴5的被支承部之间的间隙长度相等。
第二及第四径向间隙传感器31构成为：对转轴5的被支承部(轴部)相对于第三电磁铁53及第四电磁铁54的相向方向(即，与第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向正交的径向，在图2中为左升右降的倾斜向下的方向)上的中央位置的位移量x进行检测。需要说明的是，当转轴5的被支承部(轴部)位于第三电磁铁53及第四电磁铁54的相向方向上的中央位置时，第三电磁铁53和转轴5的被支承部之间的间隙长度与第四电磁铁54和转轴5的被支承部之间的间隙长度相等。
《推力间隙传感器》
推力间隙传感器32与推力磁轴承22的第一及第二电磁铁51、52组相对应，并且推力间隙传感器32构成为：对转轴5的被支承部相对于第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向(即，轴向，在图5中为左右方向)上的中央位置的位移量x进行检测。需要说明的是，当转轴5的被支承部(圆盘部)位于第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向上的中央位置时，第一电磁铁51和转轴5的被支承部之间的间隙长度与第二电磁铁52和转轴5的被支承部之间的间隙长度相等。
〈控制器〉
控制器40对一个或多个磁轴承20进行控制，以便非接触地支承住被支承体(在该示例中，为转轴5的被支承部)。具体而言，控制器40对一个或多个磁轴承20的电磁铁对(在该示例中，为五对电磁铁对)中的每一对电磁铁对进行悬浮控制动作。在悬浮控制动作下，控制器40根据由与电磁铁对相对应的间隙传感器30检测到的位移量x，对在该电磁铁对中流动的电流对进行控制。具体而言，当将电磁铁对中的一个电磁铁设为“第一电磁铁51”并将另一个电磁铁设为“第二电磁铁52”时，控制器40对分别流向第一电磁铁51及第二电磁铁52的第一电流i1及第二电流i2进行控制，以便使下述式子1及式子2成立。
需要说明的是，“i1”相当于流向第一电磁铁51的第一电流i1。“i2”相当于流向第二电磁铁52的第二电流i2。“id”相当于根据被支承体(在该示例中，为转轴5的被支承部)在第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向上的位移而产生变化的电流分量(以下，记作控制电流id)。“ib”相当于表示预先规定好的电流值的电流分量(以下，记作偏置电流ib)。
此外，“g0”相当于被支承***于第一电磁铁51及第二电磁铁52之间的中央位置(即，基准位置)时被支承体与第一电磁铁51及第二电磁铁52之间的间隙长度(以下，记作基准间隙长度g0)。“x”相当于被支承体相对于第一电磁铁51及第二电磁铁52的相向方向上的中央位置的位移量x。“a”相当于预先规定好的补正系数a。
〈控制器的结构〉
在该示例中，控制器40包括四个径向控制部41和一个推力控制部42。四个径向控制部41由与第一径向磁轴承21的第一及第二电磁铁51、52组相对应的径向控制部(以下记作“第一径向控制部41”)、与第一径向磁轴承21的第三及第四电磁铁53、54组相对应的径向控制部(以下记作“第二径向控制部41”)、与第二径向磁轴承21的第一及第二电磁铁51、52组相对应的径向控制部(以下记作“第三径向控制部41”)、以及与第二径向磁轴承21的第三及第四电磁铁53、54组相对应的径向控制部(以下记作“第四径向控制部41”)构成。
《第一径向控制部》
第一径向控制部41根据由第一径向间隙传感器31检测到的位移量x，对第一径向磁轴承21的第一电磁铁51及第二电磁铁52进行悬浮控制动作。具体而言，第一径向控制部41对分别流向第一径向磁轴承21的第一电磁铁51及第二电磁铁52的第一电流i1及第二电流i2进行控制，以便使所述式子1及式子2成立。
《第二径向控制部》
第二径向控制部41根据由第二径向间隙传感器31检测到的位移量x，对第一径向磁轴承21的第三电磁铁53及第四电磁铁54进行悬浮控制动作。具体而言，第二径向控制部41对分别流向第一径向磁轴承21的第三电磁铁53及第四电磁铁54的第三电流i3及第四电流i4进行控制，以便使与所述式子1及式子2相同的两个式子(即，将式子1及式子2中的第一电流i1、第二电流i2、第一电磁铁51及第二电磁铁52分别置换成第三电流i3、第四电流i4、第三电磁铁53及第四电磁铁54后得到的两个式子)成立。
《第三径向控制部》
第三径向控制部41根据由第三径向间隙传感器31检测到的位移量x，对第二径向磁轴承21的第一电磁铁51及第二电磁铁52进行悬浮控制动作。具体而言，与第一径向控制部41相同，第三径向控制部41对分别流向第二径向磁轴承21的第一电磁铁51及第二电磁铁52的第一电流i1及第二电流i2进行控制，以便使上述式子1及式子2成立。
《第四径向控制部》
第四径向控制部41根据由第四径向间隙传感器31检测到的位移量x，对第二径向磁轴承21的第三电磁铁53及第四电磁铁54进行悬浮控制动作。具体而言，与第二径向控制部41相同，第四径向控制部41对分别流向第二径向磁轴承21的第三电磁铁53及第四电磁铁54的第三电流i3及第四电流i4进行控制，以便使与上述式子1及式子2相同的两个式子成立。
《推力控制部》
推力控制部42根据由推力间隙传感器32检测到的位移量x，对推力磁轴承22的第一电磁铁51及第二电磁铁52进行悬浮控制动作。具体而言，推力控制部42对分别流向推力磁轴承22的第一电磁铁51及第二电磁铁52的第一电流i1及第二电流i2进行控制，以便使上述式子1及式子2成立。
〈控制器的详细情况〉
下面，参照图6，对控制器40进行详细的说明。控制器40具有与一个或多个磁轴承20的电磁铁对(在该示例中，为五对电磁铁对)分别对应的一个或多个控制部(在该示例中，为四个径向控制部41和一个推力控制部42)，该控制部具有图6所示的结构。在此，以径向控制部41的结构为例进行说明。
在悬浮控制动作下，径向控制部41根据与由间隙传感器30检测到的位移量x和预先规定好的位置指令值x*之间的差值相对应的位置偏差值e求出控制电流id，然后利用控制电流id对第一电流i1及第二电流i2进行控制，以便使所述式子1及式子2成立。具体而言，径向控制部41包括补正系数设定部81、位置偏差运算部82、位置控制部83、电流运算部84、第一电流控制部85及第二电流控制部86。
《补正系数设定部》
补正系数设定部81对补正系数a进行设定。需要说明的是，补正系数a为变量值。例如，补正系数设定部81构成为：响应来自外部的控制对补正系数a加以改变。此外，补正系数a优选设定为比1大的值。在下文中对补正系数a进行详细的说明。
《位置偏差运算部和位置控制部》
位置偏差运算部82求出与间隙传感器30检测到的位移量x和位置指令值x*之间的差值相对应的位置偏差值e。具体而言，位置偏差运算部82通过用位置指令值x*减去位移量x来求出位置偏差值e。位置控制部83根据位置偏差运算部82求出的位置偏差值e求出控制电流id。具体而言，位置控制部83决定控制电流id，使得位置偏差值e越大，控制电流id就越大。
《电流运算部》
电流运算部84根据由补正系数设定部81设定好的补正系数a、由位置控制部83求出的控制电流id、由间隙传感器30检测到的位移量x、预先规定好的偏置电流ib、以及预先规定好的基准间隙长度g0，来求出第一电流指令值i1*和第二电流指令值i2*。具体而言，电流运算部84通过将这些参数值id、ib、x、g0、a代入图6所示的算式中，来求出第一电流指令值i1*和第二电流指令值i2*。
《电流控制部》
第一电流控制部85控制施加在第一电磁铁51的线圈65上的第一电压V1，使得流向第一电磁铁51的线圈65的第一电流i1达到由电流运算部84求出的第一电流指令值i1*。具体而言，第一电流控制部85控制第一电压V1，使得由电流检测器(省略图示)检测到的第一电流i1成为第一电流指令值i1*。
第二电流控制部86控制施加在第二电磁铁52的线圈65上的第二电压V2，使得流向第二电磁铁52的线圈65的第二电流i2成为由电流运算部84求出的第二电流指令值i2*。具体而言，第二电流控制部86控制第二电压V2，使得由电流检测器(省略图示)检测到的第二电流i2成为第二电流指令值i2*。
〈悬浮控制的特性〉
下面，参照图6及算式，来说明利用磁轴承装置10对被支承体进行的悬浮控制(即，用以非接触地支承被支承体的控制)的特性。
需要说明的是，下述算式中的各个符号的定义如下所述。
i1：第一电流i1
i2：第二电流i2
ib：偏置电流ib
id：控制电流id
F1：第一电磁铁51的电磁力F1
F2：第二电磁铁52的电磁力F2
F：合成电磁力F
m：被支承体的质量
x：被支承体的位移量x
x(两点)：被支承体的加速度(位移量x的二阶微分)
k：磁引力系数(比例系数)
g0：基准间隙长度g0
P(s)：被控对象传递函数P(s)
X(s)：与位移量x相关的拉普拉斯变换值
Id(s)：与控制电流id相关的拉普拉斯变换值
此外，在以下说明中，将第一电磁铁51及第二电磁铁52的中央位置(基准位置)设定为被支承体的位移量x的原点(即，位移量x为零的位置)，并将从第二电磁铁52朝向第一电磁铁51的方向设为正方向。
《磁悬浮控制***》
与被支承体(在该示例中，为转轴5的被支承部)的悬浮控制相关的运动方程式(即，磁悬浮控制***的运动方程式)可以如下面的式子11那样表示。
此外，第一电磁铁51及第二电磁铁52的合成电磁力F可以用第一电磁铁51的电磁力F1和第二电磁铁52的电磁力F2如下面的式子12那样表示。
F＝F1-F2…(12)
需要说明的是，第一电磁铁51的电磁力F1有与流向第一电磁铁51的第一电流i1的平方成正比，且与第一电磁铁51和被支承体之间的间隙长度g0-x的平方成反比的倾向。与之相同，第二电磁铁52的电磁力F2有与流向第二电磁铁52的第二电流i2的平方成正比，且与第二电磁铁52和被支承体之间的间隙长度g0+x的平方成反比的倾向。因此，可以利用第一电流i1、第二电流i2、基准间隙长度g0及位移量x，将式子12改写成下面的式子13那样。
《磁轴承的比较例》
在此，对磁轴承装置10的比较例进行说明。在一般的磁轴承装置中，为了确保第一电磁铁51及第二电磁铁52的合成电磁力F和控制电流id之间的线性关系，大多根据偏置电流ib和控制电流id生成第一电流i1及第二电流i2，以便使下面的式子14及式子15成立。
i1＝ib+id…(14)
i2＝ib-id…(15)
若将式子14及式子15代入式子13，就可以得到下面的式子16。
若对式子16进行泰勒展开取一阶近似，就能够得到下面的式子17。
若将式子17代入式子11后进行整理，就能够得到下面的式子18那样的运动方程式。
此外，若对式子18进行拉普拉斯变换后加以整理，就能够得到下面的式子19那样的被控对象传递函数P(s)。需要说明的是，被控对象传递函数P(s)相当于将控制电流id作为输入并将位移量x作为输出的传递函数。
在式子18所示的运动方程式(具体而言，加速度项及位移项位于左边且加速度项的系数为正值的运动方程式)中，与位移量x相关的位移项的系数(即，与根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力相关的项的系数)为负值。这意味着利用磁轴承装置10的比较例(使式子14及式子15成立的磁轴承装置)对被支承体进行的悬浮控制具有负弹簧特性(即，益发使被支承体从中央位置产生位移的特性)。也就是说，就磁轴承装置10的比较例而言，因为不平衡吸引力作用到被支承体上而益发使被支承体从中央位置产生位移，所以很难使被支承体的悬浮控制实现稳定。需要说明的是，可以认为：运动方程式中与位移量x相关的位移项的系数表示的是被支承体的位移量x与根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力之间的相关关系。也就是说，可以认为：当位移项的系数为负值时，在被支承体的位移量x与根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力之间存在负相关关系(当一者增加时另一者减少的相关关系)；当位移项的系数为正值时，在被支承体的位移量x与根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力之间存在正相关关系(当一者增加时另一者也增加的相关关系)。
《实施方式的磁轴承》
另一方面，就本实施方式所涉及的磁轴承装置10而言，根据偏置电流ib、控制电流id、基准间隙长度g0、位移量x及补正系数a来生成第一电流i1及第二电流i2，以便使下面的式子20及式子21成立。
若将式子20及式子21代入式子13，就可以得到下面的式子22。
若对式子22进行泰勒展开取一阶近似，就能够得到下面的式子23。
若将式子23代入式子11后进行整理，就能够得到下面的式子24那样的运动方程式。
此外，若对式子24进行拉普拉斯变换后加以整理，就能够得到下面的式子25那样的被控对象传递函数P(s)。
在式子24所示的运动方程式(具体而言，加速度项及位移项位于左边且加速度项的系数为正值的运动方程式)中，与位移量x相关的位移项的系数(即，与根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力相关的项的系数)取决于补正系数a。具体而言，当补正系数a为比1小的值时位移项的系数为负值；当补正系数a为1时位移项的系数为零；当补正系数a为比1大的值时位移项的系数为正值。
需要说明的是，当磁悬浮控制***的运动方程式中的位移项的系数(与位移量x相关的项的系数)为负值时(即，当补正系数a为比1小的值时)，不平衡吸引力就会作用到被支承体上。不过，即使补正系数a为比1小的值，也能够通过使补正系数a接近1，来减小磁悬浮控制***的运动方程式中位移项的系数的绝对值，其结果是，能够减小作用到被支承体上的不平衡吸引力。
此外，当磁悬浮控制***的运动方程式中的位移项的系数(与位移量x相关的项的系数)为零时(即，当补正系数a为1时)，根据被支承体的位移量x作用于被支承体上的力(具体而言，为不平衡吸引力)从表面上来看就不会作用到被支承体上。
此外，当磁悬浮控制***的运动方程式中的位移项的系数(与位移量x相关的项的系数)为比1大的值时(即，当补正系数a为比1大的值时)，若被支承体欲从中央位置产生位移，则在阻碍其位移的方向上产生的力就会作用到被支承体上。在这种情况下，利用磁轴承装置10对被支承体进行的悬浮控制就会具有正弹簧特性(即，阻碍被支承体从中央位置产生位移的特性)。
〈动刚度〉
下面，参照图7，来说明利用磁轴承装置10对被支承体进行的悬浮控制的动刚度。需要说明的是，悬浮控制的动刚度是表示在悬浮控制下被支承体难以从中央位置产生位移的程度的指标，动刚度的增益越高，被支承体就越难以从中央位置产生位移。此外，在图7中，虚线表示当补正系数a为比1小的值时的动刚度的频率特性，细实线表示当补正系数a为1时的动刚度的频率特性，粗实线表示当补正系数a为比1大的值时的动刚度的频率特性。
如图7所示，随着补正系数a从比1小的值而接近1，悬浮控制的动刚度的增益不断增高。这是由于磁悬浮控制***的运动方程式中位移项的系数(与位移量x相关的项的系数)的绝对值逐渐减小，其结果使得不平衡吸引力逐渐减小之故。并且，随着补正系数a从1接近比1大的值，悬浮控制的动刚度的增益进一步增高。这是由于磁悬浮控制***的运动方程式中位移项的系数(与位移量x相关的项的系数)为正值，且表示该正值的位移项的系数逐渐增大，其结果是，若被支承体欲从中央位置产生位移，则在阻碍其位移的方向上产生的力就会逐渐增大之故。
〈被控对象传递函数〉
下面，参照图8，来说明利用磁轴承装置10对被支承体进行的悬浮控制的被控对象传递函数。需要说明的是，在图8中，虚线表示当补正系数a为比1小的值时的被控对象传递函数的频率特性，细实线表示当补正系数a为1时的被控对象传递函数的频率特性，粗实线表示当补正系数a为比1大的值时的被控对象传递函数的频率特性。
如图8所示，当补正系数a为比1小的值时和补正系数a为1时，被控对象传递函数P(s)没有呈现增益峰值(即，Q值)。另一方面，当补正系数a为比1大的值时，被控对象传递函数P(s)则在规定的频带内呈现增益峰值(即，Q值)。这是由于磁悬浮控制***的运动方程式中位移项的系数(与位移量x相关的项的系数)为正值，其结果是，利用磁轴承装置10对被支承体进行的悬浮控制的特性具有正弹簧特性(即，阻碍被支承体从中央位置产生位移的特性)之故。
〔实施方式的效果〕
如上所述，通过调节补正系数a，而能够调节磁悬浮控制***的运动方程式中与位移量x相关的位移项的系数。由此，因为能够调节根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力(具体而言，为不平衡吸引力)，所以能够抑制因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化。
此外，通过将补正系数a设定成比1大的值，从而能够使磁悬浮控制***的运动方程式中与位移量x相关的位移项的系数成为正值。由此，因为能够使利用磁轴承装置10对被支承体进行的悬浮控制的特性成为正弹簧特性(即，阻碍被支承体从中央位置产生位移的特性)，所以能够防止因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化。
此外，通过将补正系数a设定成变量值(即，使控制器40构成为能够改变补正系数a)，从而能够任意调节磁悬浮控制***的运动方程式中与位移量x相关的位移项的系数。由此，因为能够任意调节根据被支承体的位移量x作用到被支承体上的力(具体而言，为不平衡吸引力)，所以能够适当抑制因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化。需要说明的是，补正系数a也可以为固定值。
如上所述，能够抑制磁轴承装置10因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化，所以能够提高压缩机1的运转效率。
(控制器的变形例)
需要说明的是，控制器40可以构成为：进行悬浮控制动作和补正系数设定动作。在补正系数设定动作下，控制器40对悬浮控制动作的补正系数(即，在悬浮控制动作中所使用的补正系数a)进行设定，使得将控制电流id作为输入并将位移量x作为输出的被控对象传递函数P(s)在预先规定好的目标频带内呈现增益峰值(即，Q值)。在该示例中，控制器40进行与五个悬浮控制动作相对应的五个补正系数设定动作。具体而言，四个径向控制部41及一个推力控制部42分别进行悬浮控制动作和补正系数设定动作。
〔补正系数设定动作〕
下面，参照图9，来说明控制器40进行的补正系数设定动作。具体而言，补正系数设定部81进行下述那样的处理。
〈步骤ST11〉
首先，补正系数设定部81设定目标频带。目标频带被设定成包含预先规定好的目标频率(例如，50Hz)在内的规定范围的频带(例如，10Hz～100Hz)。
〈步骤ST12〉
接着，补正系数设定部81将补正系数a设定成初始值。需要说明的是，补正系数a的初始值被设定成预先规定好的搜索下限值(最小值)。
〈步骤ST13〉
接着，补正系数设定部81将调制频率设定成初始值。需要说明的是，调制频率的初始值被设定成预先规定好的搜索下限值(最小值)。
〈步骤ST14〉
接着，补正系数设定部81根据现在的调制频率(即，在步骤ST12或者步骤ST17中设定好的调制频率)和预先规定好的位置指令值x*，取得位置指令值x*的调制波形。具体而言，补正系数设定部81通过使用具有与调制频率相同的频率的正弦波来调制位置指令值x*(例如，将正弦波叠加在位置指令值x*上)，从而来取得位置指令值x*的调制波形。
〈步骤ST15〉
接着，补正系数设定部81取得位移量x的脉动波形(fluctuating waveform)。具体而言，补正系数设定部81用在步骤ST14中取得的位置指令值x*的调制波形代替位置指令值x*，将该调制波形供向位置偏差运算部82，并且将现在的补正系数(即，在步骤ST12或者步骤ST20中设定好的补正系数a)供向电流运算部84。由此，根据位置指令值x*的调制波形和现在的补正系数a对第一电流i1及第二电流i2进行控制(即，悬浮控制动作)。然后，补正系数设定部81根据间隙传感器30检测到的位移量x，取得位移量x的脉动波形(即，表示位移量x变动的波形)。
〈步骤ST16〉
接着，补正系数设定部81取得将控制电流id作为输入并将位移量x作为输出的被控对象传递函数P(s)。然后，补正系数设定部81将该被控对象传递函数P(s)的增益值与现在的调制频率之间建立对应关系地存储起来。具体而言，补正系数设定部81进行下述那样的处理。
首先，补正系数设定部81通过使用现在的调制频率，对在步骤ST14中取得的位置指令值x*的调制波形进行傅里叶变换，从而取得位置指令值x*的调制波形的傅里叶变换值。此外，补正系数设定部81通过使用现在的调制频率对在步骤ST15中取得的位移量x的脉动波形进行傅里叶变换，从而取得位移量x的脉动波形的傅里叶变换值。
接着，补正系数设定部81通过用位移量x的脉动波形的傅里叶变换值除以位置指令值x*的调制波形的傅里叶变换值，从而取得将位置指令值x*作为输入并将位移量x作为输出的闭环传递函数，然后把该闭环传递函数变换成将位置偏差值e作为输入并将位移量x作为输出的开环传递函数。接着，补正系数设定部81通过从开环传递函数中去除位置控制部83的传递函数，从而取得将控制电流id作为输入并将位移量x作为输出的被控对象传递函数P(s)。然后，补正系数设定部81将该被控对象传递函数P(s)的增益值与现在的调制频率之间建立对应关系地存储起来。
〈步骤ST17、ST18〉
接着，补正系数设定部81使现在的调制频率增加预先规定好的规定量(步骤ST17)。然后，补正系数设定部81对现在的调制频率(即，已在步骤ST17中增大了的调制频率)是否超过预先规定好的搜索上限值(最大值)进行判断(步骤ST18)。当现在的调制频率超过搜索上限值时就进入步骤ST19，反之则进入步骤ST14。
如上所述，反复进行步骤ST14～ST17的处理，直到现在的调制频率超过搜索上限值为止。其结果是，多个调制频率与多个增益值(被控对象传递函数P(s)的增益值)以一一对应的关系被补正系数设定部81存储起来。
〈步骤ST19〉
接着，补正系数设定部81从多个调制频率中检测出与被控对象传递函数P(s)的增益峰值(即，Q值)相对应的调制频率(在下文中记作“增益峰值频率”)。然后，补正系数设定部81将该增益峰值频率与现在的补正系数a之间建立对应关系地存储起来。需要说明的是，当在多个调制频率中不包含与增益峰值相对应的调制频率时(即，当被控对象传递函数P(s)不显示Q值时)，补正系数设定部81就不存储现在的补正系数a。
〈步骤ST20、ST21〉
接着，补正系数设定部81使现在的补正系数a增加规定量(步骤ST20)。然后，补正系数设定部81对现在的补正系数(即，已在步骤ST20中增大了的补正系数a)是否超过预先规定好的搜索上限值(最大值)进行判断(步骤ST21)。当现在的补正系数a超过搜索上限值时就进入步骤ST22，反之则进入步骤ST13。
如上所述，反复进行步骤ST13～ST20的处理，直到现在的补正系数a超过搜索上限值为止。其结果是，多个补正系数a与多个增益峰值频率以一一对应的关系被补正系数设定部81存储起来。
〈步骤ST22〉
接着，补正系数设定部81从多个目标系数a中检测出与在步骤ST11中设定好的目标频带内所包含的增益峰值频率相对应的补正系数a。具体而言，补正系数设定部81构成为：当在目标频带内仅包含一个增益峰值频率时，就对与该增益峰值频率相对应的补正系数a进行检测；当在目标频带内包含两个以上的增益峰值频率时，就对与两个以上的增益峰值频率中和目标频带内所包含的目标频率最接近的一个增益峰值频率相对应的补正系数a进行检测。
〈步骤ST23〉
接着，补正系数设定部81根据步骤ST22中的补正系数a的检测结果，来决定悬浮控制动作(在该示例中，为电流运算部84进行的运算)的补正系数a。具体而言，补正系数设定部81将在步骤ST22中检测到的补正系数(即，与在目标频带内所包含的增益峰值频率相对应的补正系数a)设为悬浮控制动作的补正系数a。
〔控制器的变形例的效果〕
如上所述，通过进行步骤ST11～ST23的处理，而能够设定悬浮控制动作的补正系数a，使得被控对象传递函数P(s)在目标频带内呈现增益峰值。需要说明的是，当利用磁轴承装置10对被支承体进行的悬浮控制的特性为正弹簧特性(即，阻碍被支承体从中央位置产生位移的特性)时，被控对象传递函数P(s)就倾向于在规定频带内呈现增益峰值(即，Q值)(参照图8)。因此，通过设定悬浮控制动作的补正系数a，使得被控对象传递函数P(s)在目标频带内呈现增益峰值，而能够使利用磁轴承装置10对被支承体进行的悬浮控制的特性成为正弹簧特性。由此，能够防止因不平衡吸引力引起的悬浮控制的不稳定化。
(其它实施方式)
需要说明的是，上述算式(具体而言，式子1～式子5、式子20～式子25)中所使用的位移量x及补正系数a与被支承体相对于中央位置的位移量的真值相对应。为此，当间隙传感器30检测到的被支承体的位移量包含误差时，则即使控制器40的电流运算部84所使用的补正系数a为小于或者等于1的值，磁悬浮控制***的运动方程式中的位移项的系数(与位移量x相关的项的系数)有时也会为正值。
此外，控制器40能够用CPU等运算电路、存储器构成。需要说明的是，控制器40的构成要素可以集中设置在一个运算电路中，也可以分散设置在多个运算电路中。
此外，以径向磁轴承21构成异极型径向磁轴承的情况为例进行了说明，不过径向磁轴承21也可以构成同极型径向磁轴承。
此外，以上实施方式是本质上优选的示例，并没有意图对本公开、其应用对象、或其用途的范围加以限制。
－产业实用性－
综上所述，上述磁轴承装置作为非接触地支承转轴等被支承体的装置是很有用的。
－符号说明－
1 压缩机
2 机壳
3 压缩机构
3a 叶轮
4 电动机
5 转轴
10 磁轴承装置
20 磁轴承
21 径向磁轴承
22 推力磁轴承
30 间隙传感器
31 径向间隙传感器
32 推力间隙传感器
40 控制器
41 径向控制部
42 推力控制部
51 第一电磁铁
52 第二电磁铁
81 补正系数设定部
82 位置偏差运算部
83 位置控制部
84 电流运算部
85 第一电流控制部
86 第二电流控制部
i1 第一电流
i2 第二电流

Claims (5)

1.一种磁轴承装置，其特征在于：
所述磁轴承装置包括：
磁轴承(20)，其具有夹着被支承体彼此相向的第一电磁铁(51)及第二电磁铁(52)，并利用该第一电磁铁(51)及该第二电磁铁(52)的合成电磁力(F)非接触地支承该被支承体；以及
控制器(40)，其构成为：当将流向所述第一电磁铁(51)的第一电流(i1)设为i1、将流向所述第二电磁铁(52)的第二电流(i2)设为i2、将相当于根据所述被支承体在该第一电磁铁(51)及该第二电磁铁(52)的相向方向上的位移而产生变化的电流分量的控制电流(id)设为id、将相当于表示预先规定好的电流值的电流分量的偏置电流(ib)设为ib、将相当于该被支承***于该第一电磁铁(51)及该第二电磁铁(52)之间的中央位置时该被支承体与该第一电磁铁(51)及该第二电磁铁(52)之间的间隙长度的基准间隙长度(g0)设为g0、将该被支承体相对于在该第一电磁铁(51)及该第二电磁铁(52)的相向方向上的该中央位置的位移量(x)设为x、并将预先规定好的补正系数(a)设为a时，所述控制器(40)控制该第一电流(i1)及该第二电流(i2)，以便使：
上述式子1及上述式子2成立。
2.根据权利要求1所述的磁轴承装置，其特征在于：
所述补正系数(a)被设定成比1大的值。
3.根据权利要求1或2所述的磁轴承装置，其特征在于：
所述补正系数(a)为变量值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁轴承装置，其特征在于：
所述控制器(40)进行悬浮控制动作和补正系数设定动作，
在所述悬浮控制动作下，根据与所述位移量(x)和预先规定好的位置指令值(x*)之间的差值相对应的位置偏差值(e)求出所述控制电流(id)，然后再利用该控制电流(id)对所述第一电流(i1)及所述第二电流(i2)进行控制，以便使所述式子1及所述式子2成立，
在所述补正系数设定动作下，对所述悬浮控制动作的所述补正系数(a)进行设定，使得将所述控制电流(id)作为输入并将所述位移量(x)作为输出的传递函数(P(s))在预先规定好的目标频带内呈现增益峰值。
5.一种压缩机，其特征在于：
所述压缩机包括：
权利要求1至4中任一项所述的磁轴承装置；
压缩机构(3)；
电动机(4)；以及
将所述压缩机构(3)和所述电动机(4)连结起来的转轴(5)，
所述磁轴承装置构成为：所述磁轴承(20)的第一电磁铁(51)及第二电磁铁(52)夹着所述转轴(5)的被支承部彼此相向。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230120677A (ko) * 2017-03-24 2023-08-17 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니 자기 베어링 모터 압축기
CN109630545B (zh) * 2018-12-17 2020-01-31 燕山大学 一种单自由度磁液双悬浮轴承双闭环控制***及方法
JP2020128745A (ja) * 2019-02-01 2020-08-27 ホワイト ナイト フルイド ハンドリング インコーポレーテッドＷｈｉｔｅ Ｋｎｉｇｈｔ Ｆｌｕｉｄ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｉｎｃ． ロータを支承し、当該ロータを磁気的に軸線方向に位置決めするための磁石を有するポンプ、及びこれに関連する方法
JP6828762B2 (ja) * 2019-03-15 2021-02-10 ダイキン工業株式会社 機械学習装置、及び、磁気軸受装置
US11018552B2 (en) * 2019-04-18 2021-05-25 Wisconsin Alumni Research Foundation High-force density three pole magnetic bearing

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63308215A (ja) * 1987-06-06 1988-12-15 Yaskawa Electric Mfg Co Ltd 磁気軸受の制御方式
JP2002147454A (ja) * 2000-11-15 2002-05-22 Seiko Instruments Inc 磁気軸受装置を備える回転機械
JP2010164185A (ja) * 2009-01-19 2010-07-29 Ihi Corp 磁気軸受制御装置と方法
CN101915269A (zh) * 2010-06-09 2010-12-15 北京航空航天大学 一种永磁偏置混合磁轴承电流刚度和位移刚度确定方法
CN101931371A (zh) * 2010-08-06 2010-12-29 中国人民解放军国防科学技术大学 磁悬浮轴承控制功放一体化***
JP2015132340A (ja) * 2014-01-14 2015-07-23 株式会社島津製作所 磁気軸受装置および真空ポンプ

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10141373A (ja) 1996-11-13 1998-05-26 Shinko Electric Co Ltd 磁気軸受
US6353273B1 (en) * 1997-09-15 2002-03-05 Mohawk Innovative Technology, Inc. Hybrid foil-magnetic bearing
WO2002016792A1 (en) * 2000-08-21 2002-02-28 Michigan State University Adaptive compensation of sensor run-out and mass unbalance in magnetic bearing systems without changing rotor speed
JP5764141B2 (ja) * 2010-11-24 2015-08-12 エドワーズ株式会社 磁気軸受の制御装置と該装置を備えた排気ポンプ
JP5240336B2 (ja) * 2011-09-26 2013-07-17 ダイキン工業株式会社 磁気軸受及びそれを用いた圧縮機
JP5218636B1 (ja) * 2011-12-28 2013-06-26 ダイキン工業株式会社 磁気軸受装置および圧縮機
JP6321949B2 (ja) * 2013-11-29 2018-05-09 エドワーズ株式会社 磁気軸受装置、及び真空ポンプ
FI127524B (en) * 2014-06-06 2018-08-15 Lappeenrannan Teknillinen Yliopisto Control device and method for controlling a magnetic levitation system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63308215A (ja) * 1987-06-06 1988-12-15 Yaskawa Electric Mfg Co Ltd 磁気軸受の制御方式
JP2002147454A (ja) * 2000-11-15 2002-05-22 Seiko Instruments Inc 磁気軸受装置を備える回転機械
JP2010164185A (ja) * 2009-01-19 2010-07-29 Ihi Corp 磁気軸受制御装置と方法
CN101915269A (zh) * 2010-06-09 2010-12-15 北京航空航天大学 一种永磁偏置混合磁轴承电流刚度和位移刚度确定方法
CN101931371A (zh) * 2010-08-06 2010-12-29 中国人民解放军国防科学技术大学 磁悬浮轴承控制功放一体化***
JP2015132340A (ja) * 2014-01-14 2015-07-23 株式会社島津製作所 磁気軸受装置および真空ポンプ

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