JP2000097235A - Magnetic bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は磁気軸受装置に係わ
り、特に外部との配線を全く無くすか極力制限し、一体
として交換を可能にした磁気軸受装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic bearing device, and more particularly to a magnetic bearing device in which wiring to the outside is eliminated or restricted as much as possible, and the magnetic bearing device is made integrally replaceable.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、磁気力を能動的に制御する磁気軸
受が知られている。また、高速回転時に電力供給が絶た
れた場合には回転エネルギーを回生し、磁気軸受に電力
を供給するような技術が存在する。2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic bearing for actively controlling a magnetic force has been known. In addition, there is a technique for regenerating rotational energy and supplying power to a magnetic bearing when power supply is cut off during high-speed rotation.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の能動
型磁気軸受は、磁気軸受とコントローラが別置きで、電
源や信号線など、多くのケーブル類を必要としていた。
このため、磁気軸受をユニット単位で交換するのは、玉
軸受や滑り軸受のように簡単にはいかなかった。また、
回生エネルギーの利用については、停電を感知した場合
に、磁気軸受へのバックアップ電源としてのみ考案され
ており、積極的なエネルギー回生は考案されていない。In the conventional active magnetic bearing, the magnetic bearing and the controller are separately provided, and many cables such as a power supply and signal lines are required.
For this reason, it has not been easy to replace magnetic bearings in unit units as in ball bearings and plain bearings. Also,
The use of regenerative energy is devised only as a backup power supply to the magnetic bearing when a power failure is detected, and no active energy regeneration is devised.
【０００４】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、外部との配線を全く無くすか極力制限
し、一体のユニットとして交換可能にした磁気軸受装置
を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to provide a magnetic bearing device which eliminates or restricts wiring to the outside as much as possible and which can be replaced as an integrated unit. I do.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】このため本発明は、固定
子に巻回した複数極の発電機巻線を有すると共に、該発
電機巻線と独立した半径方向位置制御巻線及び前記発電
機巻線と独立した軸方向位置制御巻線のいずれか少なく
とも一つの位置制御巻線を有する磁気軸受装置におい
て、前記発電機巻線から得た交流電力を直流電力に変換
する電力変換手段と、該電力変換手段で変換した直流電
力を前記発電機巻線、半径方向位置制御巻線及び軸方向
位置制御巻線のいずれか少なくとも一つの巻線に対する
駆動及び／又は制御用電力として供給する電力供給手段
を備えて構成した。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention comprises a generator winding having a plurality of poles wound on a stator, a radial position control winding independent of the generator winding, and the generator. In a magnetic bearing device having at least one position control winding of an axial position control winding independent of a winding, power conversion means for converting AC power obtained from the generator winding to DC power, Power supply means for supplying DC power converted by the power conversion means as drive and / or control power for at least one of the generator winding, the radial position control winding, and the axial position control winding It was comprised.
【０００６】発電機巻線と半径方向位置制御巻線又は発
電機巻線と軸方向位置制御巻線は、それぞれ独立して巻
回する。発電機巻線と位置制御巻線は、共に同一の鉄心
に構成してもよいし、別個の鉄心に構成してもよい。但
し、発電機巻線と位置制御巻線は、同一の鉄心に巻回す
れば、省スペースに構成出来る。[0006] The generator winding and the radial position control winding or the generator winding and the axial position control winding are wound independently. The generator winding and the position control winding may be formed on the same iron core, or may be formed on separate iron cores. However, if the generator winding and the position control winding are wound around the same iron core, the space can be saved.
【０００７】電力変換手段では、発電機巻線から得た交
流電力を直流電力に変換する。電力供給手段では、電力
変換手段で変換した直流電力を発電機巻線、半径方向位
置制御巻線及び軸方向位置制御巻線のいずれか少なくと
も一つの巻線に対する駆動及び／又は制御用電力として
供給する。[0007] The power conversion means converts AC power obtained from the generator winding into DC power. The power supply means supplies the DC power converted by the power conversion means as drive and / or control power for at least one of the generator winding, the radial position control winding, and the axial position control winding. I do.
【０００８】以上により、磁気軸受装置内で必要な駆動
用及び／又は制御用電力を回生電力で賄うことができ
る。このため、外部からの電力線はなくすか又は極力減
らすことができる。また、信号線も一部のセンサからの
信号を除き、なくすことができる。但し、これらのセン
サ自体を磁気軸受装置内に配設すれば信号線もなくすこ
とができる。As described above, the driving and / or control power required in the magnetic bearing device can be covered by the regenerative power. Therefore, external power lines can be eliminated or reduced as much as possible. In addition, signal lines can be eliminated except for signals from some sensors. However, if these sensors are arranged in the magnetic bearing device, the signal lines can be eliminated.
【０００９】また、前記固定子、前記発電機巻線、前記
位置制御巻線、前記電力変換手段及び前記電力供給手段
の内のいずれか少なくとも一つは、一つ又は複数個のユ
ニットとして一体的に組込むことによって、回転子に対
して、配線のない又は極めて少ないユニットとして一体
的に着脱することができる。固定子、発電機巻線、位置
制御巻線、電力変換手段及び電力供給手段は、一つのユ
ニットとして一体的に組込めるようにする。Further, at least one of the stator, the generator winding, the position control winding, the power conversion means and the power supply means is integrally formed as one or a plurality of units. , The unit can be integrally attached to and detached from the rotor as a unit having no or very few wires. The stator, the generator winding, the position control winding, the power conversion means, and the power supply means can be integrated as one unit.
【００１０】なお、ユニットは、固定子、発電機巻線、
位置制御巻線等を縦方向に分割する等して回転子を挟ん
で、組み込み易くしてもよい。また、例えば電力変換手
段及び電力供給手段は、別のユニットで構成し、ユニッ
ト同士を組み合わせる等してもよい。The unit includes a stator, a generator winding,
The position control windings and the like may be divided in the vertical direction or the like so as to sandwich the rotor to facilitate the assembly. Further, for example, the power conversion unit and the power supply unit may be configured as separate units, and the units may be combined.
【００１１】更に、このユニットには、回転子を回転駆
動させるモータの電動機巻線を、位置制御巻線と独立か
つ重複させて異なる極数で巻回するようにしてもよい。
このことにより、玉軸受や滑り軸受と同様、ユニット単
位で交換可能な機械要素とすることができ、回転子への
着脱や運搬、保管等の取扱が容易になる。Further, in this unit, a motor winding of a motor for rotatingly driving the rotor may be wound with a different number of poles independently and overlapping with the position control winding.
As a result, like the ball bearings and the slide bearings, it is possible to provide a mechanical element that can be replaced in units, and handling such as attachment / detachment to the rotor, transportation and storage becomes easy.
【００１２】前記回転子として永久磁石又は界磁発生の
ための界磁発生巻線を含む界磁発生手段を備えたものを
用い、該界磁発生手段の回転に伴って前記発電機巻線か
ら電力を発生するように構成すると、全体の構成を簡素
化できる利点がある。As the rotor, a permanent magnet or a rotor having a field generating means including a field generating winding for generating a field is used, and the rotor is rotated from the generator winding by the rotation of the field generating means. When configured to generate power, there is an advantage that the entire configuration can be simplified.
【００１３】即ち、界磁発生手段を用い電機子反作用が
生じていない場合には、電力変換手段の構成は、受動素
子のみで整流を行い、電力の回生を行うことが可能であ
り、また回生のための位相角の制御を行う必要もないた
め、構成が簡素となる。In other words, when the armature reaction does not occur using the field generating means, the power conversion means can perform rectification by using only passive elements to regenerate electric power. There is no need to control the phase angle for this, and the configuration is simplified.
【００１４】また、回転子として電機子巻線を備えたも
のを用い、該電機子巻線の回転に伴って前記発電機巻線
から電力を発生するように構成してもよい。即ち、誘導
型で電機子反作用を生じている場合には、電力変換手段
の構成は、インバータ等を用い位相角の制御を行う必要
がある。Further, a rotor having an armature winding may be used as the rotor, and power may be generated from the generator winding as the armature winding rotates. In other words, when the armature reaction occurs in the induction type, the configuration of the power conversion means needs to control the phase angle using an inverter or the like.
【００１５】更に、この磁気軸受装置には、前記電力変
換手段で変換した直流電力を蓄積する蓄電池、該蓄電池
への充電又は放電を切替え制御する充放電制御手段を備
えることも可能である。Further, the magnetic bearing device may include a storage battery for storing the DC power converted by the power conversion means, and a charge / discharge control means for switching between charging and discharging of the storage battery.
【００１６】蓄電池は、電力変換手段で変換した一部の
直流電力を蓄積する。そして、充放電制御手段では、こ
の蓄電池への充電又は放電を切替え制御する。例えば、
起動時等の低速回転時には蓄電池より放電させて回転子
を磁気浮上させるのを助ける。The storage battery stores a part of the DC power converted by the power conversion means. Then, the charge / discharge control means controls switching of charging or discharging of the storage battery. For example,
At the time of low-speed rotation at the time of starting or the like, the battery is discharged from the storage battery to help magnetically levitate the rotor.
【００１７】また、高速回転時には半径方向及び／又は
軸方向位置制御を行うための駆動用及び／又は制御用電
力として使うと同時に蓄電池を充電する。充放電制御手
段の切替えは、予め設定したしきい値電圧と比較するこ
とで行ってもよいし、回転子の回転速度を基に行っても
よい。Further, at the time of high-speed rotation, the storage battery is charged at the same time as the driving and / or control power for performing the radial and / or axial position control. Switching of the charge / discharge control means may be performed by comparing with a preset threshold voltage, or may be performed based on the rotation speed of the rotor.
【００１８】また、外部より充放電切替えのための信号
を与えるようにしてもよい。特に、外部からの信号によ
って放電動作を禁止しうるようにすることにより、無駄
な放電をなくせ、蓄電池の過放電を防止できる。以上に
より、ユニット内で必要な駆動用及び／又は制御用電力
を安定して供給できる。A signal for switching between charging and discharging may be externally provided. In particular, by enabling the discharge operation to be inhibited by an external signal, unnecessary discharge can be eliminated and overdischarge of the storage battery can be prevented. As described above, the driving and / or control power required in the unit can be stably supplied.
【００１９】前記回転子の起動時及び／又は減速時な
ど、前記電力変換手段から十分な電力が得られないとき
に補助的に電力を供給する補助電源を更に備えることに
よって、確実に起動でき、減速時にも回転子の位置制御
を保持できる。電力供給手段からは、ユニット内部のみ
ならず外部に対しても電力の供給を可能とする。[0019] By further providing an auxiliary power supply for supplementarily supplying electric power when sufficient electric power is not obtained from the electric power conversion means, for example, at the time of starting and / or decelerating the rotor, the electric motor can be reliably started. The position control of the rotor can be maintained even during deceleration. The power supply means can supply power not only to the inside of the unit but also to the outside.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。ベアリングレスモータ等の磁気浮上
電動機の回転子を外部より強制回転させると、通常の電
動機と同様、発電機として機能する。この性質を利用し
て、磁気軸受として機能し、かつ回転子を外部より強制
回転させて発電を行なうものを発電機能付磁気軸受と呼
ぶことにする。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. When a rotor of a magnetic levitation motor such as a bearingless motor is forcibly rotated from the outside, it functions as a generator, like a normal motor. Utilizing this property, a magnetic bearing that functions as a magnetic bearing and generates power by forcibly rotating the rotor from the outside will be referred to as a magnetic bearing with a power generation function.
【００２１】図１に本発明の第１実施形態の回路構成図
を示す。図１において、発電機能付磁気軸受１には、発
電機巻線と独立、かつ重複させて半径方向位置制御巻線
が巻回されている。この構成については、従来のベアリ
ングレスモータの電動機巻線と半径方向位置制御巻線の
構成と同じである。そして、半径方向位置制御巻線に流
す電流を制御することにより、回転子５９の半径方向に
作用する力が発生するようになっている。FIG. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a radial position control winding is wound on a magnetic bearing 1 with a power generation function independently of and overlapping with a generator winding. This configuration is the same as the configuration of the motor winding and the radial position control winding of the conventional bearingless motor. By controlling the current flowing through the radial position control winding, a force acting in the radial direction of the rotor 59 is generated.
【００２２】変位センサ３Ａ、３Ｂは発電機能付磁気軸
受１の固定子鉄心の中心に直交する座標軸α軸、β軸上
に固定されている。変位センサ３Ａ、３Ｂから検出され
たギャップ長α、βは、ギャップ長指令値α＊、β＊と
回転子位置比較器５Ａ、５Ｂで比較され、偏差が求めら
れるようになっている。ＰＩＤ補償器７Ａ、７Ｂは、回
転子位置比較器５Ａ、５Ｂからの偏差に基づき、回転子
５９に作用する半径方向力指令値Ｆ＊α、Ｆ＊βを演算
するようになっている。The displacement sensors 3A and 3B are fixed on coordinate axes α and β orthogonal to the center of the stator core of the magnetic bearing 1 with a power generation function. The gap lengths α and β detected by the displacement sensors 3A and 3B are compared with the gap length command values α * and β * by the rotor position comparators 5A and 5B, and a deviation is obtained. The PID compensators 7A and 7B calculate radial force command values F * α and F * β acting on the rotor 59 based on the deviation from the rotor position comparators 5A and 5B.
【００２３】非干渉化部９は、ＰＩＤ補償器７Ａ、７Ｂ
で求めた半径方向力指令値Ｆ＊α、Ｆ＊βに対し、発電
機能付磁気軸受１の電流の大きさ及び電流の位相角φに
応じて干渉項を予め消去し、半径方向力指令値と回転子
５９に作用する半径方向力とが一致する様に電流指令値
ｉα＊、ｉβ＊を算出するようになっている。The decoupling unit 9 includes PID compensators 7A and 7B
With respect to the radial force command values F * α and F * β obtained in the above, the interference term is previously eliminated according to the magnitude of the current of the magnetic bearing 1 with a power generation function and the phase angle φ of the current, and the radial force command value The current command values iα * and iβ * are calculated so that the current and the radial force acting on the rotor 59 coincide with each other.
【００２４】２相３相変換器１１は、非干渉化部９で求
めた電流指令値ｉα＊、ｉβ＊に基づき、半径方向位置
制御巻線の電流指令値ｉ＊Ｕ２、ｉ＊Ｖ２、ｉ＊Ｗ２を
算出するようになっている。電流制御器１３は、２相３
相変換器１１で算出された電流指令値ｉ＊Ｕ２、ｉ＊Ｖ
２、ｉ＊Ｗ２に基づき、電流を増幅制御する様に構成さ
れている。Based on the current command values iα * and iβ * obtained by the decoupling unit 9, the two-phase / three-phase converter 11 outputs current command values i * U2, i * V2, i of the radial position control winding. * W2 is calculated. The current controller 13 has two phases 3
Current command values i * U2, i * V calculated by phase converter 11
2. The current is amplified and controlled based on i * W2.
【００２５】次に、本発明の第１実施形態の作用につい
て説明する。図１において、発電機能付磁気軸受１は、
永久磁石型である。即ち、回転子５９には永久磁石が組
み込まれている。回転子５９は外部動力により回転され
ている（図示略）。このとき、発電機巻線のフィーダー
２５には３相電流が流れる。Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, a magnetic bearing 1 with a power generation function
It is a permanent magnet type. That is, a permanent magnet is incorporated in the rotor 59. The rotor 59 is rotated by external power (not shown). At this time, a three-phase current flows through the feeder 25 of the generator winding.
【００２６】非能動素子であるダイオードのみで構成可
能な整流器２７を用いて回生された電力は、脈流である
ため、発電／電力供給部２９で安定化する。そして、安
定化された直流電力は、半径方向力制御回路２３に供給
する。従って、半径方向力制御回路２３内で必要な駆動
用及び制御用電力を回生電力で賄うことが出来る。この
ため、外部からの電力線は無くすことが出来る。The electric power regenerated using the rectifier 27 which can be constituted only by the diode which is the inactive element is stabilized by the power generation / power supply unit 29 because it is a pulsating flow. Then, the stabilized DC power is supplied to the radial force control circuit 23. Therefore, the driving and control power required in the radial force control circuit 23 can be covered by the regenerative power. Therefore, an external power line can be eliminated.
【００２７】また、信号線は回転角φの検出などを除け
ば不要である。外部と接続するための電力線や信号線の
殆どが不要なため、発電機能付磁気軸受１（回転子は含
まない。）及び半径方向力制御回路２３は一体のユニッ
トとして構成できる。このとき、このユニットは玉軸受
や滑り軸受と同様、回転子に対して単体毎に交換可能な
機械要素部品とすることが出来る。The signal line is unnecessary except for detecting the rotation angle φ. Since most of the power lines and signal lines for connection to the outside are unnecessary, the magnetic bearing with power generation function 1 (not including the rotor) and the radial force control circuit 23 can be configured as an integrated unit. At this time, this unit can be a mechanical element component that can be replaced for each rotor with respect to the rotor, similarly to a ball bearing or a slide bearing.
【００２８】また、センサ３Ａ、３Ｂ、整流器２７及び
発電／電力供給部２９をも含め、発電機能付磁気軸受１
及び半径方向力制御回路２３を一体のユニットとして構
成することも可能である。このときには、外線との接続
が全く必要ない半径方向磁気軸受として構成できるた
め、回転子に対する取付け、取外し作業が一層容易で、
運搬や保管などの取扱が容易なユニットとすることが出
来る。The magnetic bearing 1 with a power generation function, including the sensors 3A and 3B, the rectifier 27, and the power generation / power supply unit 29.
The radial force control circuit 23 may be configured as an integrated unit. At this time, since it can be configured as a radial magnetic bearing that does not require any connection with an external line, attachment and detachment work with the rotor is easier,
It is possible to make the unit easy to handle such as transportation and storage.
【００２９】この場合、回転子の軸方向軸受について
は、従来の軸方向位置制御巻線及び軸方向位置センサを
用いて構成する。これらの電源としては、上記回生電力
を用いてもよいし、別電源を用いてもよい。In this case, the axial bearing of the rotor is formed using a conventional axial position control winding and an axial position sensor. As these power sources, the regenerative power described above may be used, or another power source may be used.
【００３０】なお、上記の例では発電機能付磁気軸受１
は、発電機巻線と半径方向位置制御巻線を半径方向に独
立、かつ重複させて巻回した発電機能付磁気軸受を考慮
しているが、図２に示すようなアキシャルギャップ型の
発電機能付磁気軸受等をも含んで考える。このアキシャ
ルギャップ型の発電機能付磁気軸受の構成は、たとえば
次のようである。In the above example, the magnetic bearing 1 with a power generation function is used.
Considers a magnetic bearing with a power generation function in which a generator winding and a radial position control winding are wound independently and overlapping in the radial direction, but an axial gap type power generation function as shown in FIG. It also includes magnetic bearings and the like. The configuration of this axial gap type magnetic bearing with a power generation function is, for example, as follows.
【００３１】図２において、回転子４１は、ディスク型
であり、永久磁石４３が回転子４１の表面及び裏面に取
り付けられている。発電機能付磁気軸受を構成する上側
固定子４５、下側固定子４７には、発電機巻線と独立か
つ重複させて軸方向位置制御巻線が巻回されている。In FIG. 2, the rotor 41 is of a disk type, and permanent magnets 43 are attached to the front and back surfaces of the rotor 41. Axial position control windings are wound around the upper stator 45 and the lower stator 47 constituting the magnetic bearing with a power generation function independently of and overlapping with the generator windings.
【００３２】かかる構成において、上側固定子４５、下
側固定子４７に巻回された発電機巻線より電力を回生
し、軸方向位置制御巻線及び軸方向位置センサ（図示せ
ず。）の駆動及び／又は制御用電源として用いることが
可能である。なお、本発明の第１実施形態を概念として
ブロック図化したのが図３である。In such a configuration, electric power is regenerated from the generator winding wound around the upper stator 45 and the lower stator 47, and the power is supplied to the axial position control winding and the axial position sensor (not shown). It can be used as a drive and / or control power supply. FIG. 3 is a block diagram conceptually illustrating the first embodiment of the present invention.
【００３３】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。図４に本発明の第２実施形態のブロック図を示
す。尚、図３と同一要素のものについては同一符号を付
して説明は省略する。図４において、整流器２７の出力
は、充放電制御回路３１を介して蓄電池３３に接続され
ている。Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows a block diagram of the second embodiment of the present invention. The same elements as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 4, the output of the rectifier 27 is connected to a storage battery 33 via a charge / discharge control circuit 31.
【００３４】次に、本発明の第２実施形態の作用につい
て説明する。発電機能付磁気軸受１で発電され、整流器
２７で整流された直流電力は、蓄電池３３に充放電され
る。充放電制御回路３１は、発電／電力供給部２９の入
力側の電圧を予め設定したしきい値と比較する。Next, the operation of the second embodiment of the present invention will be described. DC power generated by the magnetic bearing 1 with a power generation function and rectified by the rectifier 27 is charged and discharged to the storage battery 33. The charge / discharge control circuit 31 compares the voltage on the input side of the power generation / power supply unit 29 with a preset threshold value.
【００３５】そして、このしきい値との比較結果に基づ
き、充電制御又は放電制御に切り換える。例えば、発電
機能付磁気軸受１の立ち上げ時等の際には、磁気浮上に
必要な電力は蓄電池３３より供給する。このとき、発電
／電力供給部２９の入力側の電圧はしきい値より小さい
ことから、放電制御に切り換える。その後は、発電機能
付磁気軸受１で発電され、整流器２７で整流された直流
電力により回転子の磁気浮上を維持する。Then, based on the result of comparison with the threshold value, the control is switched to the charge control or the discharge control. For example, when starting up the magnetic bearing 1 with a power generation function, the electric power required for magnetic levitation is supplied from the storage battery 33. At this time, since the voltage on the input side of the power generation / power supply unit 29 is smaller than the threshold, the mode is switched to discharge control. After that, the magnetic bearing 1 with the power generation function generates electric power, and the DC power rectified by the rectifier 27 maintains the magnetic levitation of the rotor.
【００３６】そして、発電／電力供給部２９の入力側の
電圧がしきい値より大きくなったときには、余剰の電力
を回生するため充電制御に切り換える。このことによ
り、外部からの電力供給を全く必要とせずにユニットを
構成することが可能となる。When the voltage on the input side of the power generation / power supply unit 29 becomes larger than the threshold value, the control is switched to the charge control to regenerate the surplus power. This makes it possible to configure the unit without requiring any external power supply.
【００３７】この場合、図５に示すように蓄電池の過放
電を禁止するための信号として、外部より充放電制御指
令信号を充放電制御回路３１に与え得るよう構成する
と、不動作時における蓄電池３３の無駄な放電を防止で
き、蓄電池３３が過放電することを回避できる。In this case, as shown in FIG. 5, if the charge / discharge control command signal is externally supplied to the charge / discharge control circuit 31 as a signal for inhibiting the overdischarge of the storage battery, Wasteful discharge can be prevented, and overdischarge of the storage battery 33 can be avoided.
【００３８】次に、本発明の第３実施形態について説明
する。図６に本発明の第３実施形態のブロック図を示
す。尚、図３〜図５と同一要素のものについては同一符
号を付して説明は省略する。図６において、ユニットの
内部又は外部に、補助電源Ｂが発電／電力供給部２９と
整流器２７の間に配設されている。Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a block diagram of the third embodiment of the present invention. The same elements as those in FIGS. 3 to 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 6, an auxiliary power supply B is provided between the power generation / power supply unit 29 and the rectifier 27 inside or outside the unit.
【００３９】補助電源Ｂを設けることで、非回転時や低
速回転時等、十分な発電が行えない状況においても磁気
浮上を行うことが可能となる。この場合にも補助電源Ｂ
を浪費しないよう、この補助電源Ｂを接続又は遮断する
ための電気的又は機械的なスイッチＳを設けることが望
ましい。Ｄは逆流防止用のダイオードである。By providing the auxiliary power supply B, magnetic levitation can be performed even in a situation where sufficient power generation cannot be performed, such as during non-rotation or low-speed rotation. Also in this case, the auxiliary power source B
It is desirable to provide an electric or mechanical switch S for connecting or disconnecting the auxiliary power supply B so as not to waste the power. D is a diode for backflow prevention.
【００４０】次に、本発明の第４実施形態について説明
する。図７に本発明の第４実施形態の回路構成図を示
す。尚、図１と同一要素のものについては同一符号を付
して説明は省略する。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 shows a circuit configuration diagram of the fourth embodiment of the present invention. The same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【００４１】図７において、発電機能付磁気軸受１の発
電機巻線を駆動するため、要求発電電流値Ｉ２＊及び発
電機能付磁気軸受１から検出された回転角速度ωに基づ
き、発電電流演算部１５で３相の要求電流ｉｕ２＊、ｉ
ｖ２＊、ｉｗ２＊が演算されるようになっている。電流
制御インバータ１７では、発電機巻線を流れる電流がこ
の要求電流ｉｕ２＊、ｉｖ２＊、ｉｗ２＊となるよう位
相角制御されるようになっている。図９に電流制御イン
バータ１７の構成例を示す。In FIG. 7, in order to drive the generator winding of the magnetic bearing 1 with a power generation function, a generated current calculation unit is generated based on the required generated current value I2 * and the rotational angular velocity ω detected from the magnetic bearing 1 with the power generation function. 15 and the three-phase required currents iu2 *, i
v2 * and iw2 * are calculated. In the current control inverter 17, the phase angle is controlled so that the current flowing through the generator winding becomes the required currents iu2 *, iv2 *, iw2 *. FIG. 9 shows a configuration example of the current control inverter 17.
【００４２】そして、この位相角制御により回生された
電力は、発電／電力供給部１９で安定化されるようにな
っている。発電／電力供給部１９で安定化された電力
は、発電機制御回路２１及び半径方向力制御回路２３に
供給されるようになっている。また、発電機能付磁気軸
受１の立ち上げ時等の際には、磁気浮上に必要な電力は
蓄電池３３より充放電制御回路３１を介して供給される
ようになっている。The power regenerated by the phase angle control is stabilized by the power generation / power supply unit 19. The power stabilized by the power generation / power supply unit 19 is supplied to the generator control circuit 21 and the radial force control circuit 23. In addition, when the magnetic bearing with power generation function 1 is started, the electric power required for magnetic levitation is supplied from the storage battery 33 via the charge / discharge control circuit 31.
【００４３】次に、本発明の第４実施形態の作用につい
て説明する。図８に本発明の第４実施形態のブロック図
を示す。図７及び図８において、発電機能付磁気軸受１
は、誘導型である。すなわち、回転子側に電機子巻線が
備えられ、この電機子巻線の回転に伴って発電機巻線か
ら電力が発生するものである。従って、図９に示すイン
バータなどを用いて点弧角を制御する必要がある。ま
た、点弧角の制御等を行うための発電機制御回路２１も
必要である。Next, the operation of the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows a block diagram of the fourth embodiment of the present invention. 7 and 8, the magnetic bearing 1 with a power generation function
Is inductive. That is, an armature winding is provided on the rotor side, and power is generated from the generator winding as the armature winding rotates. Therefore, it is necessary to control the firing angle using the inverter shown in FIG. Further, a generator control circuit 21 for controlling the firing angle and the like is also required.
【００４４】更に、発電を行うためには、それに先んじ
て発電機制御回路２１及び電流制御インバータ１７に対
して、第２実施形態に示したような蓄電池を用いるなど
して電力を供給する必要がある。電流制御インバータ１
７により回生された電力は、発電／電力供給部１９で安
定化される。発電／電力供給部１９で安定化された電力
は、発電機制御回路２１及び半径方向力制御回路２３に
供給される。Further, in order to perform power generation, it is necessary to supply power to the generator control circuit 21 and the current control inverter 17 using a storage battery as described in the second embodiment, etc., prior to the power generation. is there. Current control inverter 1
The power regenerated by 7 is stabilized by the power generation / power supply unit 19. The power stabilized by the power generation / power supply unit 19 is supplied to the generator control circuit 21 and the radial force control circuit 23.
【００４５】このことにより、回生した電力は、発電機
制御回路２１及び半径方向力制御回路２３内での半径方
向位置制御巻線の駆動用電力や制御用電力に用いること
が出来る。As a result, the regenerated power can be used as drive power and control power for the radial position control winding in the generator control circuit 21 and the radial force control circuit 23.
【００４６】次に、本発明の第５実施形態について説明
する。図１０に本発明の第５実施形態の構成図を示す。
本発明の第５実施形態は、上述した第１実施形態〜第４
実施形態までの一体として組込んだユニットを５軸支持
の回転体制御に適用した応用例を示す。Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 shows a configuration diagram of the fifth embodiment of the present invention.
The fifth embodiment of the present invention includes the first to fourth embodiments described above.
An application example in which a unit integrated as an embodiment up to the embodiment is applied to control of a rotating body supporting five axes will be described.
【００４７】図１０において、フロント側の回転子５９
に直交する２軸には例えば、第１実施形態のユニット１
０が配設されている。このユニットは、図１における構
成の全て（回転子は含まない。）を１つの枠体の中に組
込んだもので、回転子５９に対して着脱可能に取り付け
られている。In FIG. 10, the rotor 59 on the front side is shown.
For example, the unit 1 of the first embodiment
0 is provided. This unit incorporates all of the configuration in FIG. 1 (not including the rotor) in a single frame, and is detachably attached to the rotor 59.
【００４８】ユニット１０は、例えば、貫通穴を有し、
この貫通穴内に回転子５９を嵌挿し、両者が所望の位置
関係となるように取り付けられる。また、リア側の回転
子５９に直交する２軸には従来の半径方向磁気軸受装置
５０が配設されている。The unit 10 has, for example, a through hole,
The rotor 59 is inserted into the through hole, and is attached so that the two have a desired positional relationship. A conventional radial magnetic bearing device 50 is disposed on two axes orthogonal to the rotor 59 on the rear side.
【００４９】さらに、回転子５９に固定された金属ディ
スク５１を挟んで、軸方向の位置を制御するための軸方
向磁気軸受装置５３Ａ、５３Ｂが設けられている。そし
て、回転子５９を回転駆動するためモータ５５が配設さ
れている。回転子５９の緊急避難用にボールベアリング
５７Ａ、５７Ｂが設けられている。Further, axial magnetic bearing devices 53A and 53B for controlling the axial position are provided with the metal disk 51 fixed to the rotor 59 interposed therebetween. In addition, a motor 55 is provided to rotationally drive the rotor 59. Ball bearings 57A and 57B are provided for emergency evacuation of the rotor 59.
【００５０】発電／電力供給部２９から供給された電力
の一部は、半径方向磁気軸受装置５０、軸方向磁気軸受
装置５３Ａ、５３Ｂの駆動用及び制御用の電力として供
給されるようになっている。この時ユニット１０側に
は、外部への電力供給用のコネクタを備え、このコネク
タに外部配線のプラグを差し込んで、半径方向磁気軸受
装置５０、軸方向磁気軸受装置５３Ａ、５３Ｂの駆動用
及び制御用のコントローラに対して電力供給を行う。こ
れにより、ユニット１０からは何の配線も導出する必要
がなくなる。A part of the power supplied from the power generation / power supply unit 29 is supplied as power for driving and controlling the radial magnetic bearing device 50 and the axial magnetic bearing devices 53A and 53B. I have. At this time, a connector for supplying power to the outside is provided on the unit 10 side, and a plug of external wiring is inserted into this connector to drive and control the radial magnetic bearing device 50 and the axial magnetic bearing devices 53A and 53B. Supply power to the controller for This eliminates the need to derive any wiring from the unit 10.
【００５１】次に、本発明の第５実施形態の作用につい
て説明する。ユニット１０の発電／電力供給部２９より
磁気軸受装置５０及び軸方向磁気軸受装置５３Ａ、５３
Ｂに対し電力を供給する。従って、回転子５９の位置を
制御するために外部より駆動用及び制御用の電力は不要
である。このため、外線との接続が一部のセンサに限定
されて極めて少ないか、あるいは全く無くすことが可能
なため、維持管理がし易くなる。Next, the operation of the fifth embodiment of the present invention will be described. The magnetic bearing device 50 and the axial magnetic bearing devices 53A and 53 are provided by the power generation / power supply unit 29 of the unit 10.
Supply power to B. Therefore, no external driving and control power is required to control the position of the rotor 59. For this reason, the connection with the outside line is limited to some sensors and can be extremely small or can be eliminated altogether, so that the maintenance and management become easy.
【００５２】ユニット１０を交換する場合には、電力供
給用のコネクタからプラグを抜取った後、ユニット１０
を回転子５９から抜き出し、新しいユニットを回転子５
９に挿入し、位置決めして固定すればよい。このときユ
ニットからは何ら配線が引出されていないので、取り付
けが極めて簡単に行える。この取り付け終了後に、新し
いユニットの電力供給用のコネクタに電力供給用配線の
プラグを差し込んで交換が完了する。When replacing the unit 10, after removing the plug from the power supply connector,
From the rotor 59, and a new unit is
9 and positioned and fixed. At this time, since no wiring is drawn out from the unit, mounting can be performed very easily. After the installation is completed, the plug of the power supply wiring is inserted into the power supply connector of the new unit, and the replacement is completed.
【００５３】なお、本発明の第５実施形態では、フロン
ト側のみにユニット１０を配設したが、リア側の磁気軸
受５０も同様の構成のユニットとしてもよい。また、軸
方向の軸受にも発電機能付磁気軸受を適用して、上記の
ように構成したユニットを配設してもよい。In the fifth embodiment of the present invention, the unit 10 is provided only on the front side. However, the magnetic bearing 50 on the rear side may have the same configuration. Further, the unit configured as described above may be provided by applying a magnetic bearing with a power generation function to the axial bearing.
【００５４】なお、上記の各実施例においては、発電機
巻線と半径方向位置制御巻線又は軸方向位置制御巻線と
を独立、かつ重複して巻回した、いわゆるベアリングレ
スモータと同様の構成を用いたため、構成的に小型化す
ることが可能となるが、本発明はこれに限るものではな
く、発電機巻線と半径方向位置制御巻線又は軸方向位置
制御巻線を重複せずに位置をずらして巻回するようにし
てもよい。In each of the above embodiments, a generator winding and a radial position control winding or an axial position control winding are wound independently and in an overlapping manner. Since the configuration is used, it is possible to reduce the size of the configuration, but the present invention is not limited to this, and the generator winding and the radial position control winding or the axial position control winding are not overlapped. The position may be shifted and wound.
【００５５】[0055]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
気軸受装置内で必要な駆動用及び／又は制御用電力を回
生電力で賄うことができる。このため、外部からの電線
を削減又は無くすことができる。また、かかる磁気軸受
装置はユニットとして一体化し易く、一体化した場合に
は、ユニット単位で交換、運搬、保管等が行え、取扱が
容易になる。As described above, according to the present invention, the driving and / or control power required in the magnetic bearing device can be covered by the regenerative power. For this reason, the number of electric wires from the outside can be reduced or eliminated. Further, such a magnetic bearing device can be easily integrated as a unit. When integrated, the magnetic bearing device can be replaced, transported, stored, etc. in units, and handling becomes easy.
【００５６】[0056]
【図１】本発明の第１実施形態の回路構成図FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
【図２】アキシャルギャップ型の発電機能付磁気軸受の
構成図FIG. 2 is a configuration diagram of an axial gap type magnetic bearing with a power generation function.
【図３】本発明の第１実施形態の概念を示すブロック図FIG. 3 is a block diagram showing the concept of the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第２実施形態の概念を示すブロック図FIG. 4 is a block diagram showing the concept of a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２実施形態の一部変更例の概念を示
すブロック図FIG. 5 is a block diagram showing the concept of a partially modified example of the second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第３実権形態の概念を示すブロック図FIG. 6 is a block diagram showing the concept of the third real form of the present invention.
【図７】本発明の第４実施形態の回路構成図FIG. 7 is a circuit configuration diagram according to a fourth embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第４実施形態の概念を示すブロック図FIG. 8 is a block diagram showing the concept of a fourth embodiment of the present invention.
【図９】電流制御インバータの一構成例を示す回路構成
図FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of a current control inverter.
【図１０】本発明の第５実施形態の構成図FIG. 10 is a configuration diagram of a fifth embodiment of the present invention.
１ 発電機能付磁気軸受 ３Ａ、３Ｂ 変位センサ ５Ａ、５Ｂ 回転子位置比較器 ７Ａ、７Ｂ ＰＩＤ補償器 ９ 非干渉部 １０ ユニット １１ ２相３相変換器 １３ 電流制御器 １５ 駆動電流演算部 １７ 電流制御インバータ １９、２９ 発電／電力供給部 ２１ 発電機制御回路 ２３ 半径方向力制御回路 ３１ 充放電制御回路 ３３ 蓄電池 ４１、５９ 回転子 ４３ 永久磁石 ４５ 上側固定子 ４７ 下側固定子 ５３Ａ、５３Ｂ 軸方向磁気軸受装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic bearing with power generation function 3A, 3B Displacement sensor 5A, 5B Rotor position comparator 7A, 7B PID compensator 9 Non-interference part 10 Unit 11 Two-phase three-phase converter 13 Current controller 15 Drive current calculation part 17 Current control Inverters 19, 29 Power generation / power supply unit 21 Generator control circuit 23 Radial force control circuit 31 Charge / discharge control circuit 33 Storage battery 41, 59 Rotor 43 Permanent magnet 45 Upper stator 47 Lower stator 53A, 53B Axial magnetism Bearing device
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１１年１２月２０日（１９９９．１２．
２０）[Submission date] December 20, 1999 (1999.12.
20)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項１[Correction target item name] Claim 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００５[Correction target item name] 0005
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】このため本発明は、固定
子に巻回した複数極の発電機巻線を有すると共に、該発
電機巻線と独立した半径方向位置制御巻線及び前記発電
機巻線と独立した軸方向位置制御巻線のいずれか少なく
とも一つの位置制御巻線を有する磁気軸受装置におい
て、該磁気軸受装置とは別に配設された回転駆動手段に
よる回転子の回転駆動力を基に前記発電機巻線から得た
交流電力を直流電力に変換する電力変換手段と、該電力
変換手段で変換した直流電力を前記発電機巻線、半径方
向位置制御巻線及び軸方向位置制御巻線のいずれか少な
くとも一つの巻線に対する駆動及び／又は制御用電力と
して供給する電力供給手段を備えて構成したことを特徴
とする。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention comprises a generator winding having a plurality of poles wound on a stator, a radial position control winding independent of the generator winding, and the generator. In a magnetic bearing device having at least one position control winding of any of the axial position control windings independent of the winding, a rotation driving means provided separately from the magnetic bearing device is provided.
Power conversion means for converting AC power obtained from the generator winding into DC power based on the rotational driving force of the rotor by the rotor, and converting the DC power converted by the power conversion means into the generator winding, radial position Power supply means for supplying power for driving and / or controlling at least one of the control winding and the axial position control winding is provided.
【手続補正３】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００７[Correction target item name] 0007
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００７】回転駆動手段は、回転子を回転駆動する。
そして、この回転駆動手段は磁気軸受装置とは別に配設
されている。電力変換手段では、回転駆動手段による回
転子の回転駆動力を基に発電機巻線から得た交流電力を
直流電力に変換する。電力供給手段では、電力変換手段
で変換した直流電力を発電機巻線、半径方向位置制御巻
線及び軸方向位置制御巻線のいずれか少なくとも一つの
巻線に対する駆動及び／又は制御用電力として供給す
る。[0007] The rotation driving means rotationally drives the rotor.
And this rotation drive means is provided separately from the magnetic bearing device.
Have been. In the electric power conversion means, the rotation
The AC power obtained from the generator winding is converted into DC power based on the rotational driving force of the trochanter . The power supply means supplies the DC power converted by the power conversion means as drive and / or control power for at least one of the generator winding, the radial position control winding, and the axial position control winding. I do.
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J102 AA01 BA03 BA19 CA19 DA00 DA02 DA03 DA09 DB05 DB37 5H019 AA00 BB01 BB02 BB12 CC02 CC03 FF03 5H607 AA00 AA08 BB01 BB02 BB07 BB09 BB13 BB14 BB25 BB26 CC01 CC09 GG21 HH01 HH03Continued on the front page F-term (reference) 3J102 AA01 BA03 BA19 CA19 DA00 DA02 DA03 DA09 DB05 DB37 5H019 AA00 BB01 BB02 BB12 CC02 CC03 FF03 5H607 AA00 AA08 BB01 BB02 BB07 BB09 BB13 BB14 BB25 BB26 H01H
Claims (9)
有すると共に、該発電機巻線と独立した半径方向位置制
御巻線及び前記発電機巻線と独立した軸方向位置制御巻
線のいずれか少なくとも一つの位置制御巻線を有する磁
気軸受装置において、前記発電機巻線から得た交流電力
を直流電力に変換する電力変換手段と、該電力変換手段
で変換した直流電力を前記発電機巻線、半径方向位置制
御巻線及び軸方向位置制御巻線のいずれか少なくとも一
つの巻線に対する駆動及び／又は制御用電力として供給
する電力供給手段を備えて構成したことを特徴とする磁
気軸受装置。1. A generator having a multi-pole generator winding wound on a stator and having a radial position control winding independent of the generator winding and an axial position control winding independent of the generator winding. In a magnetic bearing device having at least one position control winding of a wire, power conversion means for converting AC power obtained from the generator winding to DC power, and DC power converted by the power conversion means. Power supply means for supplying power for driving and / or controlling at least one of the generator winding, the radial position control winding, and the axial position control winding is provided. Magnetic bearing device.
制御巻線、前記電力変換手段及び前記電力供給手段の内
のいずれか少なくとも一つは、一つ又は複数個のユニッ
トとして一体的に組込んであることを特徴とする請求項
１記載の磁気軸受装置。2. At least one of said stator, said generator winding, said position control winding, said power conversion means and said power supply means is integrated as one or more units. The magnetic bearing device according to claim 1, wherein the magnetic bearing device is incorporated in the magnetic bearing device.
方向位置に着脱可能に配設されていることを特徴とする
請求項２記載の磁気軸受装置。3. The magnetic bearing device according to claim 2, wherein the unit is detachably disposed at a predetermined axial position on the outer periphery of the rotor.
ための界磁発生巻線を含む界磁発生手段を備え、該界磁
発生手段の回転に伴って前記発電機巻線から電力が発生
するものであることを特徴とする請求項３記載の磁気軸
受装置。4. The rotor has a field generating means including a permanent magnet or a field generating winding for generating a field, and the electric power is generated from the generator winding with the rotation of the field generating means. 4. The magnetic bearing device according to claim 3, wherein the magnetic force is generated.
機子巻線の回転に伴って前記発電機巻線から電力が発生
するものであることを特徴とする請求項３記載の磁気軸
受装置。5. The rotor according to claim 3, wherein the rotor has an armature winding, and electric power is generated from the generator winding with rotation of the armature winding. Magnetic bearing device.
蓄積する蓄電池、該蓄電池への充電又は放電を切替え制
御する充放電制御手段を更に備えたことを特徴とする請
求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気軸受装置。6. The storage battery according to claim 1, further comprising: a storage battery for storing the DC power converted by said power conversion means; and a charge / discharge control means for switching and controlling charging or discharging of said storage battery. The magnetic bearing device according to claim 1.
によって放電動作を禁止するものであることを特徴とす
る請求項６記載の磁気軸受装置。7. The magnetic bearing device according to claim 6, wherein said charging / discharging control means inhibits a discharging operation by an external signal.
時で、前記電力変換手段から十分な電力が得られないと
きに補助的に電力を供給する補助電源を更に備えたこと
を特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の磁気
軸受装置。8. An auxiliary power supply for supplementarily supplying electric power when sufficient electric power cannot be obtained from the electric power conversion means at the time of starting the rotor and / or at the time of low-speed rotation. The magnetic bearing device according to any one of claims 3 to 7, wherein:
の回路構成に対しても電力を供給することを特徴とする
請求項２〜７のいずれか１項に記載の磁気軸受装置。9. The magnetic bearing device according to claim 2, wherein the power supply unit also supplies power to a circuit configuration outside the unit.
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|---|---|---|---|
| JP26864898A JP3074286B2 (en) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | Magnetic bearing device |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011114912A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-22 | 学校法人東京理科大学 | Bearingless motor |
| CN114738385A (en) * | 2022-04-28 | 2022-07-12 | 珠海格力电器股份有限公司 | Magnetic suspension bearing system, control method and device thereof and storage medium |
-
1998
- 1998-09-22 JP JP26864898A patent/JP3074286B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114738385A (en) * | 2022-04-28 | 2022-07-12 | 珠海格力电器股份有限公司 | Magnetic suspension bearing system, control method and device thereof and storage medium |
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