JP2808816B2 - Magnetic non-contact bearing device - Google Patents
Magnetic non-contact bearing deviceInfo
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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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気力で非接触支承する装置、たとえば磁
気軸受に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for non-contact bearing by magnetic force, for example, a magnetic bearing.
従来の磁気軸受は、第２図のラジアル軸受に示すよう
に、回転させるロータ１と一定ギャップを介して対向す
るように２つの電磁石2,3が図示しない固定側に固定さ
れ、それぞれにコイル12,13を巻回して、対応する電力
増幅器4,5により電流が供給されている。In a conventional magnetic bearing, as shown in a radial bearing of FIG. 2, two electromagnets 2 and 3 are fixed to a fixed side (not shown) so as to face a rotor 1 to be rotated through a fixed gap, and a coil 12 , 13 are wound and are supplied with current by the corresponding power amplifiers 4,5.
ロータ１の浮上位置は固定側電磁石の近傍に設けたセ
ンサヘッド11と変位検出器10とで構成される変位センサ
によって検出される。その検出信号xfは浮上位置指令xs
との差が比較器９によって求められ、これを受けて制御
器８が働いて前記２つの電力増幅器4,5に指令を与えて
いる。The floating position of the rotor 1 is detected by a displacement sensor including a sensor head 11 and a displacement detector 10 provided near the fixed electromagnet. The detection signal xf is the floating position command xs
The difference between the two power amplifiers 4 and 5 is determined by the comparator 9 and the controller 8 operates to give commands to the two power amplifiers 4 and 5.
このような構成において、ロータ１の浮上位置が変位
センサによって検出されると、比較器９と制御器８とが
働いて２つの電力増幅器4,5に指令IS1,IS2を与え、これ
に応じてコイル12,13に電流I1,I2が供給される。この電
流により電磁石2,3とロータ１との間に磁気吸引力F1,F2
が作用し、合力Ｆ＝F1−F2がロータを上に引き上げる力
として作用する。In such a configuration, when the flying position of the rotor 1 is detected by the displacement sensor, the comparator 9 and the controller 8 work to give the commands I S1 and I S2 to the two power amplifiers 4 and 5, respectively. In response, currents I 1 and I 2 are supplied to coils 12 and 13. This current causes magnetic attraction forces F 1 , F 2 between the electromagnets 2 and 3 and the rotor 1.
Acts, and the resultant force F = F 1 −F 2 acts as a force for lifting the rotor upward.
ロータ１が指定位置より下に位置する時はI1がI2より
大きくなるように、またロータ１が指定位置より上に位
置する時はI2がI1より大きくなるように制御器８が働
き、ロータ１は浮上指令位置xsに対応する浮上位置に保
持され、非接触支承されるのである。As I 1 is larger than I 2 when the rotor 1 is positioned below the specified position, and the control unit 8 so that I 2 is greater than I 1 when the rotor 1 is positioned above the position designated In operation, the rotor 1 is held at the floating position corresponding to the floating command position xs, and is supported in a non-contact manner.
図には、横方向は図示していないが、縦方向と同様に
構成されている。In the figure, the horizontal direction is not shown, but the configuration is the same as the vertical direction.
上記のように、磁気軸受は位置サーボ系を成して、定
位置制御されているが、変位が生じた際、ロータを指定
位置に戻そうとして電流値が変化させられる。その指令
に対する電流の立上がりによりロータ位置の復帰する速
さが左右され、立上がりが遅いとロータの復帰速さはゆ
るやかになり、立上がりが速いとすばやく復帰すること
ができる。As described above, the magnetic bearing forms a position servo system and is controlled at a fixed position. However, when a displacement occurs, the current value is changed to return the rotor to the specified position. The speed at which the rotor position returns depends on the rise of the current in response to the command. If the rise is slow, the return speed of the rotor is slow, and if the rise is fast, the rotor can return quickly.
ロータに生ずる振動に対して制振させることを考える
と、前記の電流の立上がりが遅ければ、振動に応じた指
令はあるものの、電流は指令に対する、応答が悪く、制
振能力が低下して、制振するのが困難となる場合があ
る。一方、電流の立上がりが速ければ、振動に応じた指
令に対して電流がよく応答し、制振能力が高くて、よく
制振される。このように電流の立上がりを良くする方が
軸受の性能として良くなる訳である。Considering that the rotor is damped against vibration, if the rise of the current is slow, there is a command corresponding to the vibration, but the current responds poorly to the command, and the damping ability is reduced. Damping may be difficult. On the other hand, if the rise of the current is fast, the current responds satisfactorily to the command corresponding to the vibration, and the vibration damping ability is high and the vibration is well damped. Thus, the better the rise of the current is, the better the performance of the bearing is.
コイルに印加される電圧Ｖと、コイルの抵抗Ｒ、イン
ダクタンスＬ、電流ｉの関係は、公知の如く で表され、ステップ応答におけるｔ＝０の電流の立上が
りはおよそ のようになる。一方、最大負荷能力はコイル巻数Ｎと最
大電流Imaxの積によって決まり、これを一定とおくと
（３）式のようになる。The relationship between the voltage V applied to the coil and the resistance R, inductance L, and current i of the coil is known as And the rise of the current at t = 0 in the step response is approximately become that way. On the other hand, the maximum load capacity is determined by the product of number of coil turns N and the maximum current I max, by placing this constant (3) it becomes as expression.
Ｎ・Imax＝K1 （３） また、インダクタンスＬは巻数Ｎの２乗に比例するの
で、これらのことから最大電流に対する電流の立上がり
の比を求めると（５）式のようになり、 Ｌ＝K2・N2 （４） 印加する電圧Ｖと、軸受の負荷容量を決める最大電流I
maxを大きくする程、大きくすることができる。この電
圧Ｖと電流Imaxは電力増幅器に用いるパワー素子によっ
て決まり、耐圧が高くて定格電流が大きいもの程良いこ
とになるが、実際上は、それに制限があるという問題が
あり、軸受の応答性にも制限が荷されることになるので
ある。N · I max = K 1 (3) Further, since the inductance L is proportional to the square of the number of turns N, the ratio of the rise of the current to the maximum current can be obtained from the equation (5). ＝ K 2・ N 2 （４） The applied voltage V and the maximum current I that determines the load capacity of the bearing
The larger the max , the larger it can be. The voltage V and current I max is determined by the power device used for the power amplifier, but would be better having a large rated current is high withstand voltage, in practice, there is a problem that it is limited, the response of the bearing Restrictions will also be imposed.
また、一方では近年電力交換器にスイッチングを行う
PWM方式を用いることが多くなっている。この方法で
は、電流リップルを減らすためにキャリア周波数を高く
する方法が用いられるが、耐圧が高くて定格電流が大き
いパワー素子ほど電流の立上がりが悪くてスイッチング
ロスが大きいので使用できるキャリア周波数は低くおさ
えられ高くすることができない。容量を下げなければキ
ャリア周波数を高くできないのである。On the other hand, in recent years switching to a power exchanger
The use of the PWM method is increasing. In this method, a method of increasing the carrier frequency is used to reduce current ripple.However, a power element having a higher withstand voltage and a larger rated current has a lower current rise and a larger switching loss, so that a usable carrier frequency is kept low. Can not be higher. Unless the capacity is reduced, the carrier frequency cannot be increased.
これらのことから軸受の応答性を向上させること、す
なわち最大電流に対する電流の立上がりを向上させるこ
とには、パワー素子の制約から、制限があることにな
り、軸受の性能を向上させる上で問題があった。From these facts, improving the response of the bearing, that is, improving the rise of the current with respect to the maximum current is limited due to the limitation of the power element, and there is a problem in improving the performance of the bearing. there were.
このような問題を解決するため、電磁石に少なくとも
２つのコイルを並列巻きにし、各々に電力増幅器を設け
て制御器から同一指令を与えるようにしたのである。In order to solve such a problem, at least two coils are wound around the electromagnet in parallel, and each of them is provided with a power amplifier so that the same command is given from the controller.
このような構成にすることにより、電力増幅器の負荷
であるコイルの巻数は半分以下になり、これによって電
流の立上がりが良くなった分、電圧を下げることができ
て、汎用のパワー素子を用いて高い性能の軸受を実現す
ることができるのである。With such a configuration, the number of turns of the coil, which is the load of the power amplifier, is reduced to less than half, thereby improving the rise of the current, thereby reducing the voltage, and using a general-purpose power element. High-performance bearings can be realized.
〔実施例〕 以下、本発明の具体的実施例を第１図に示して説明す
る。第２図の従来例と異なる点のみについて説明する。
２つの電磁石2,3にはそれぞれ２つのコイル12、13と1
4、15が巻回されており、各コイルには対応する電力増
幅器４、５、６、７が接続され、制御器８により、第１
の指令IS1が第１、第２の電力増幅器４、５に、第２の
指令IS2が第３、第４の電力増幅器６、７に与えられて
いる。Embodiment Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Only the differences from the conventional example of FIG. 2 will be described.
Two electromagnets 2 and 3 each have two coils 12, 13 and 1
4 and 15 are wound, and the corresponding power amplifiers 4, 5, 6, and 7 are connected to each coil.
Command I S1 is first, the second power amplifier 4 and 5, the second instruction I S2 is given to the third and fourth power amplifiers 6,7.
このような構成において、ロータ１が下方に変位する
と制御器８が働いて第１の指令Is1が大きくなり、これ
に応じて第１、第２の電力増幅器４、５が第１の電磁石
２のコイル12、13に与える電流I11、I12は大きくなる。
他方、ロータ１が上方に変位すると、同様にして、第
３、第４の電力増幅器６、７が第２の電磁石３のコイル
14、15に与える電流I21、I22は大きくなる。前者の場
合、第１、第２の電力増幅器４、５の特性を同一にし、
第１、第２のコイルの巻数を同一にすると２つの電流I
11、I12は同一となり、後者の場合、第３、第４の電力
増幅器６、７の特性を同一にし、第３、第４のコイルの
巻数を同一にすると２つの電流I21、I22は同一となる。In such a configuration, when the rotor 1 is displaced downward, the controller 8 operates to increase the first command Is1 , and accordingly, the first and second power amplifiers 4, 5 switch the first electromagnet 2 Currents I 11 and I 12 applied to the coils 12 and 13 of FIG.
On the other hand, when the rotor 1 is displaced upward, similarly, the third and fourth power amplifiers 6 and 7 change the coils of the second electromagnet 3
The currents I 21 and I 22 applied to 14 and 15 increase. In the former case, the characteristics of the first and second power amplifiers 4 and 5 are made the same,
If the number of turns of the first and second coils is the same, two currents I
11 and I 12 are the same. In the latter case, if the characteristics of the third and fourth power amplifiers 6 and 7 are made the same and the number of turns of the third and fourth coils is made the same, the two currents I 21 and I 22 Are the same.
コイルを２分割して巻回したため、例えば第１の電力
増幅器４が電流を供給する第１のコイル12の巻数は半分
となる。従って、インダクタンスは1/4となり（２）式
から同一の応答性を得るには、1/4の電圧を印加させれ
ばよいことになる。第２〜第４の電力増幅器についても
同様である。Since the coil is divided into two and wound, for example, the number of turns of the first coil 12 to which the first power amplifier 4 supplies current is reduced to half. Accordingly, the inductance is reduced to 1/4, and the same response can be obtained from equation (2) by applying a voltage of 1/4. The same applies to the second to fourth power amplifiers.
これらのことから電力増幅器に用いるパワー素子の耐
圧は1/4のものを用いることができるので、汎用の素子
を用いることができるだけでなく、低圧のものを用いる
ことによりスイッチングロスが低減でき、効率を上げる
ことができるのである。From these facts, the withstand voltage of the power element used in the power amplifier can be 1/4, so not only can a general-purpose element be used, but also the switching loss can be reduced by using a low-voltage element, and the efficiency can be reduced. Can be raised.
あるいは、さらにキャリア周波数を引上げて電流リッ
プルを減らし、加振力を減らして、他のトラブルの元と
なる振動問題を低減する効果もある。Alternatively, there is also an effect that the carrier frequency is further increased to reduce the current ripple and the exciting force is reduced, thereby reducing the vibration problem which causes other troubles.
以上、１つの電磁石に巻回するコイルを２コイルにす
る方法を示したが、さらに高性能の小容量のパワー素子
を用いてロスやリップルを低減するには３コイルや４コ
イルという具合に、コイル数と電力変換器を増やすこと
によって実現することができる。また、言い換えると多
重化することにより負荷能力を増加させることができる
効果もある。The method of winding two coils around one electromagnet has been described above. However, in order to reduce loss and ripple by using a high-performance small-capacity power element, three coils or four coils are used. This can be realized by increasing the number of coils and the power converter. In other words, there is also an effect that the load capacity can be increased by multiplexing.
適用対象として、回転機用のラジアル軸受やスラスト
軸受に用いられるのみならず、水平移動させる搬送装置
や磁気浮上列車にも用いることができるのも明らかであ
る。It is apparent that the present invention can be used not only for radial bearings and thrust bearings for rotating machines, but also for horizontal moving conveyors and magnetic levitation trains.
以上述べたように、本発明によれば、耐圧の低いパワ
ー素子を用いることができるので、ロスを少なくしたり
高周波にすることにより、リップルを減らし、リップル
によるトラブルを減らす効果がある。また、軸受の能力
を引上げる時、パワー素子の容量を越えた範囲のもので
も、本願により実現できるという効果もある。As described above, according to the present invention, a power element having a low withstand voltage can be used. Therefore, the loss is reduced or the frequency is increased, so that ripples are reduced and troubles due to ripples are reduced. In addition, when the performance of the bearing is increased, there is an effect that the present invention can be realized even in a range exceeding the capacity of the power element.
第１図は、本発明の具体的実施例、第２図は従来例であ
る。 ４……第１の電力増幅器 ５……第２の電力増幅器 ６……第３の電力増幅器 ７……第４の電力増幅器 12……第１のコイル 13……第２のコイル 14……第３のコイル 15……第４のコイルFIG. 1 shows a specific embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a conventional example. 4 First power amplifier 5 Second power amplifier 6 Third power amplifier 7 Fourth power amplifier 12 First coil 13 Second coil 14 Three coils 15 Fourth coil
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16C 32/04 G05D 3/00 H02N 15/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F16C 32/04 G05D 3/00 H02N 15/00
Claims (1)
電流を供給する電力増幅器と、該電力増幅器に指令を与
える制御器とを含む磁気非接触支承装置において、 電磁石にコイルを少なくとも２回路巻き、そのコイルの
各々に電流を供給する複数の電力増幅器を設け、前記制
御器から同一指令を前記複数の電力増幅器に与えて、前
記電磁石の複数のコイルの起磁力が加算されるようにし
たことを特徴とする磁気非接触支承装置。A magnetic non-contact bearing device comprising an electromagnet wound with a coil, a power amplifier for supplying a current to the electromagnet, and a controller for giving a command to the power amplifier, wherein the electromagnet is provided with at least two coils. Circuit winding, providing a plurality of power amplifiers for supplying current to each of its coils, giving the same command from the controller to the plurality of power amplifiers, so that the magnetomotive forces of the plurality of coils of the electromagnet are added. A magnetic non-contact bearing device characterized in that:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2105814A JP2808816B2 (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Magnetic non-contact bearing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2105814A JP2808816B2 (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Magnetic non-contact bearing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH044316A JPH044316A (en) | 1992-01-08 |
| JP2808816B2 true JP2808816B2 (en) | 1998-10-08 |
Family
ID=14417559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2105814A Expired - Fee Related JP2808816B2 (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Magnetic non-contact bearing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2808816B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4769064B2 (en) * | 2005-11-11 | 2011-09-07 | デルタ工業株式会社 | Automatic transmission operation input device |
-
1990
- 1990-04-20 JP JP2105814A patent/JP2808816B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH044316A (en) | 1992-01-08 |
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