JP3068834B2 - 大きい半径を有する回転子をラジアル及びアキシヤル軸受する軸受 - Google Patents

大きい半径を有する回転子をラジアル及びアキシヤル軸受する軸受

Info

Publication number
JP3068834B2
JP3068834B2 JP1500338A JP50033888A JP3068834B2 JP 3068834 B2 JP3068834 B2 JP 3068834B2 JP 1500338 A JP1500338 A JP 1500338A JP 50033888 A JP50033888 A JP 50033888A JP 3068834 B2 JP3068834 B2 JP 3068834B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
bearing
adjuster
coil
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1500338A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH03504997A (ja
Inventor
イエルク ビヒラー，ウド
Original Assignee
テルデイクス ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE3819205A external-priority patent/DE3819205C2/de
Application filed by テルデイクス ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング filed Critical テルデイクス ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング
Publication of JPH03504997A publication Critical patent/JPH03504997A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3068834B2 publication Critical patent/JP3068834B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
    • F16C32/0453—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control for controlling two axes, i.e. combined control of x-axis and y-axis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２つの傾き軸に対応して配置される傾き角
を検出するセンサと該センサに後置接続される比例微分
調整器（PD調整器）とを具備し、該PD調整器は、固定子
に設けられ前記傾き軸に対応して配置されるコイルのた
めの制御電流を発生し、該コイルは回転子の磁石と共働
して該回転子にモーメントを作用させて前記傾き角を制
御し、前記調整器は相互結合装置を有し、該相互結合装
置はこま効果により生ずる前記傾き軸の結合をキャンセ
ルする、回転子の傾き軸を中心として該回転子を安定化
する固定子に設けられた大きい半径を有する前記回転子
をラジアル及びアキシャル軸受する軸受に関する。
ドイツ特許出願公開第3243641号公報から、大きな半
径を有する回転子のために機械的軸受を用いることもで
きるが、しかし電気力学的マグネット軸受を用いること
もできることが公知である。
同様にこの文献から、大きな半径を有する回転子にお
いて、一方では障害トルク及び固有振動に有効に対抗す
るために、他方ではこまトルクの形で装置の旋回を惹起
する特定のモーメントを発生させるために回転子の傾き
軸を調整することが公知である。
ドイツ特許出願公開第3240809号公報から、空隙直径
が軸受のアキシャル方向の長さに比べて大きいマグネッ
ト軸受が公知である。回転子は永久磁石によって少なく
とも回転子側においてラジアル（radial）に受動的（pa
ssiv）に軸受され、これに対して、回転子のアキシャル
（axial）位置は調整装置により能動的（aktiv）に調整
される。回転子のアキシャル位置を決めるために多数の
センサ装置及び自動利得制御増幅器、及び回転子に力を
作用するための巻線が用いられる。４つのセンサ装置
は、互いに垂直でかつ回転軸に垂直な複数の軸上に、回
転軸を中心とする直径の両端に対で配置されている。３
つの自動利得制御増幅器が設けられており、そのうちの
第１及び第２の自動利得制御増幅器にはそれぞれ、直径
の両端に対向配置されているセンサ装置のセンサ信号の
差信号が供給され、第３の自動利得制御増幅器にはすべ
てのセンサ信号の和信号が供給される。第１及び第２の
増幅器を制御する場合、所属のセンサ装置が配置されて
いる軸に対して垂直な軸の周りの戻しトルクが回転子に
作用し、また第３の増幅器を制御する場合にはアキシャ
ル方向戻し力が回転子に作用するように、自動利得制御
増幅器の出力側が巻線と接続されて巻線が配置されてい
る。
更にこの文献から、第１及び第２の自動利得制御増幅
器の入力信号が交差結合されている、すなわち一方の増
幅器の入力信号の一部が他方の入力信号に重畳されてい
ることが公知である。
ドイツ特許出願公開第3241507号公報から、交差結合
を有する磁気軸受装置のための制御装置が公知である。
この交差結合の目的は、歳差振動及び章動振動を制動す
ることにある。
本発明の課題は、広い回転数領域において動作し、い
わゆる“micro−g"環境の中で問題なく用いることがで
きる、大きな半径を有する回転子をラジアル及びアキシ
ャル軸受するための調整方法及びマグネット軸受を提供
することにある。
上記課題は、相互結合装置を有するPD調整器の出力信
号はデカップリング装置に供給され、このデカップリン
グ装置においてPD調整器の出力信号は、積分されて、時
定数Tnで回転数に反比例して追従制御され、交互の順方
向結合により互いに結合され、ただしこの場合Tn＝Te/2
πｎであり、Teはデカップリング装置の積分時定数であ
り、この積分時定数は回転子のアキシヤル慣性モーメン
トの傾き慣性モーメントに対する比に比例し、デカップ
リング装置の出力信号をPD調整器の出力信号に加算乃至
はこれらの出力信号から減算すること、及び、相互結合
装置を有するPD調整器の出力信号はデカップリング装置
に供給され、このデカップリング装置においてPD調整器
の出力信号は、積分されて、時定数Tnで回転数に反比例
して追従制御され、交互の逆方向結合により互いに結合
され、ただしこの場合Tn＝Te/2πｎであり、Teはデカッ
プリング装置の積分時定数であり、この積分時定数は回
転子のアキシヤル慣性モーメントの傾き慣性モーメント
に対する比に比例し、PD調整器の増幅率Vrが回転子の回
転数ｎの自乗に比例し、PD調整器の時定数Trが回転子の
回転数ｎに反比例して変化され、PD調整器は、所定の最
小回転数までは一定の増幅率Vo及び一定の時定数Toを有
し、この最小回転数を上回ると初めて回転数に依存する
ことによって解決される。
本発明の利点は、調整原理により、コストをかけず
に、回転軸と能動的に旋回される傾き軸とに垂直な第２
の傾き軸において回転トルクを発生するために複数の傾
き軸を能動的に旋回させることができることならびに高
さの低い回転子にこの軸受を用いることができることに
ある。
別の利点はその他の請求項及び発明の詳細な説明に記
載されている。例えば請求項６〜９及び24から、これら
を請求項１〜５に記載の調整方法と組合わせると、軸受
の特に好適な実施例から得られるが、しかし軸受は本発
明の調整方法とは無関係にその他の調整原理を用いて使
用することもできる。請求項17及び18から、間隔センサ
が故障した場合又は調整コイルが故障した場合に監視回
路による切換えを行うことができる、従って軸受の機能
性は前記の故障が発生しても維持される。
請求項23に記載の本発明の１つの特に有利な実施例の
利点は、能動形中央軸受のための調整動作が切換可能で
ある点である。例えばスペースミサイルの操作中に発生
するような強い半径方向の障害が予測される場合には、
“ハード”な調整が用いられる。
これに対して“micrc−g"環境の中で軸受が作動され
る場合には“ソフト”な調整が優先される。
次に本発明を実施例に基づき図を用いて詳しく説明す
る。
第１図は調整及び制御装置を有する軸受の垂直断面
図、第２図は第１図の軸受の左側部分を詳細に示す垂直
断面図、第３図は４つの調整コイルの配置を示す原理
図、第４図は傾き調整器パラメータが回転数に依存して
変化しない調整原理を詳細に示すブロック回路図、第５
図は傾き調整器パラメータが回転数に依存して変化する
調整原理の１つの実施例を詳細に示すブロック回路図、
第６図は制動コイルの展開図、第７図は能動形中央軸受
を有する第１図の軸受の１つの実施例のブロック回路
図、第８図は第７図の能動形中央軸受の水平断面図、第
９図は能動形ラジアル中央軸受の軸の調整原理を示すブ
ロック回路図である。
実施例 第１図において、１により固定子、10により回転子、
26により制御及び調整ユニットが示されている。
固定子１は、軟磁性で高透磁率の材料から成るリング
状ヨークプレート6,7を有し中心軸に平行に配置され軸
方向に磁化されているそれぞれ２つの永久磁石リング２
〜５を備えている。回転子10には、永久磁石リング２〜
５に対応配置された、同様に軟磁性高透磁率の材料から
成るヨークリング8,9か設けられている。永久磁石リン
グ２〜５はヨークプレート6,7及びヨーク部材8,9と共働
して、軸方向（Ｚ方向）に不安定で、半径方向（Ｘ方向
及びＹ方向）に安定な受動形マグネット軸受を形成して
いる。永久磁石リング２〜５の直径と空隙（エアギャッ
プ）間隔の比を適切に選択することにより受動的な傾き
特性が零に調整される。
回転子10の外周には２つのリング状空隙14,16が設け
られている。
外側の回転子空隙16は、軸方向（Ｚ方向）の力及び
（α及びβ回転方向の）回転トルクを発生させるのに用
いられる。ただし、以後α及びβは回転子10の傾き角度
であり、Ｘ軸方向への傾きをα、Ｙ軸方向への傾きをβ
とする（図３及び８参照）。この目的のために回転子空
隙16の外側半径には、半径方向で互いに反対に磁化され
ている２つの永久磁石リング21が設けられ、これらの永
久磁石リング21は磁束φＲ（第２図参照）を図示されて
いるように発生する。固定子１には４つの調整コイル17
〜20（第３図も参照）が配置されており、これら調整コ
イル17〜20が永久磁石リング21の磁界の中にほぼ入るよ
うに、これら調整コイル17〜20は外側の回転子空隙16の
中に配置されている。調整コイル17〜20はそれぞれ回転
子空隙の平均外周の90゜にわたって延在している。
内側の回転子空隙14は、（Ｚ軸の周りの）アキシヤル
回転トルクと、（Ｘ方向及びＹ方向の）半径方向の力を
発生させるのに用いられる。このために内側の回転子空
隙14の外側半径に、周囲方向から見て交互に半径方向に
磁化されている永久磁石リング15が設けられている。固
定子１には制動コイル11及び電動機コイル12が設けら
れ、制動コイル11及び電動機コイル12は、Ｚ方向に延在
するコイル部分のみが永久磁石リング15の磁界の中にあ
るように内側の回転子空隙14の中に入り込んでいる。コ
イル11,12は、この回転子空隙の平均内周全域にわたり
延在している。永久磁石リング15と共働してコイル12
は、鉄を使用していない電子的に整流する直流電動機を
構成している。
制動コイル11は短絡されており、回転子10がＺ軸の周
りを回転する際に制動トルクが発生しないように接続さ
れているが、しかしこの回転子10がＸ方向又はＹ方向に
並進運動をする際には、永久磁石15の磁界によってその
都度の運動方向に抗して作用する電流ひいては力が発生
するようにこの制動コイル11に電圧が誘起されるように
接続されている。従って制動コイル11は永久磁石リング
15と共働して受動的なラジアル制動装置を構成してい
る。
Ｚ方向での回転子10の軸方向のずれは４つの無接触形
間隔センサ22〜25により検出され、これら無接触形間隔
センサ22〜25は固定子１のＸ軸及びＹ軸の上にそれぞれ
90゜の間隔で配置されている。
加算装置28で４つの間隔センサ22〜25の信号を適当に
結合することによって回転子10の軸方向のずれｚと２つ
の傾き角α及びβとが冗長性をもって得られる。適応及
び監視ユニット27でのこれら４つの間隔センサ信号のリ
ーズナブルテストにより発生する切換信号UMによって、
４つの間隔センサ22〜25のうちの１つの間隔センサが故
障して場合にはその都度残っている他の３つの間隔セン
サによる実際値検出に切換えられて、調整器29,30のた
めの同一の入力信号α，β,zが発生されなければならな
い。
アキシヤル実際値ｚは、重畳された零パワー調整を行
う比例微分調整器30に供給され、調整器30はラジアル実
際値ｚからアキシヤル調整信号zrを発生する。
２つの傾き角実際値α，βはそれぞれの目標値αs,β
ｓと結合されて比例微分傾き調整器29に供給され、調整
器29はこれらの信号から信号αｒ及びβｒを形成する。
傾き調整器29の出力信号αｒ及びβｒは、デカップリ
ング装置31で信号αrep及びβrepへと処理される。この
デカップリング装置31において傾き調整器29の出力信号
は、積分されて、時定数Tnで回転数に反比例して追従制
御され、交互の順方向結合又は逆方向結合により互いに
結合される。ただしこの場合Tn＝Te/2πｎであり、Teは
このデカップリング装置31の積分時定数であり、この積
分時定数は回転子10のアキシヤル慣性モーメントの傾き
慣性モーメントに対する比に比例する。
このデカップリングは２つの異なる方法で行うことが
できる。１つの方法では、傾き調整器29のパラメータが
回転子10の回転数ｎと無関係であることを必要とする。
他方の方法では傾き調整器29のパラメータが回転子10の
回転数ｎに依存して変化する。（第１図及び第７図にこ
れら２つの方法が分岐点ｎから傾き調整器29への破線に
より示されている。） 加算ユニット32で適当に結合することにより３つの信
号Zr,αrep及びβrepから、回転子10の周縁でＺ方向に
作用する互いに90゜ずつずれた４つの力のための目標値
が冗長性をもって計算される。
次いでこれらの目標値は、調整コイル17〜20の中に電
流を発生させる電流制御形電力増幅器33〜36によって力
に変換され、この結果所望のアキシヤル力及び傾きモー
メントが発生する。適応及び監視ユニット27での４つの
コイル電流のリーズナブルテストにより発生する切換信
号USによって、４つの電力増幅器33〜36のうちの１つの
電力増幅器が故障した場合又は４つの調整コイル17〜20
のうちの１つの調整コイルが故障した場合には、所属の
調整コイルを有するその他の３つの機能する電力増幅器
による電流制御に切り換えられ、この切り換え後の電流
は同一の傾きモーメント又は同一のアキシヤル力が回転
子10に作用するように制御されなければならない。適合
及び監視のためにこの適合及び監視ユニット27に調整コ
イル17〜20の信号と間隔センサ22〜25の信号と目標値α
s,βｓとが供給される。
第２図には、第１図の軸受の垂直断面図における左側
部分にある軸受の一部が示されている。14及び16により
２つのリング状の回転子空隙が示されている。内側の回
転子空隙14の中には、固定子１に固定されている制動コ
イル11と固定子１に固定されている電動機コイル12が突
出して入り込んでいる。内側のリング状の回転子空隙14
の外側半径には、周囲方向に交互に半径方向に磁化され
ている永久磁石リング15が設けられ、この永久磁石リン
グ15の磁束は制動コイル11と電動機コイル12とによって
使用される。
外側のリング状の回転子空隙16の中には調整コイル17
〜20が設けられている。外側の回転子空隙16の外側半径
には上下に２つの互いに逆方向に磁化されている永久磁
石リング21が設けられ、これら永久磁石リング21は磁束
φＲを発生し、この磁束φＲは調整コイル17〜20を貫通
している。
第３図は４つの調整コイル17〜20を示し、これら調整
コイル17〜20はそれぞれ外側の回転子空隙16の平均周縁
の90゜にわたって延在し、調整コイル17〜20は、調整コ
イル17及び19が互いに180゜ずれて軸受のＸ軸の上に位
置し（第１図も参照）、調整コイル18及び20が互いに18
0゜ずれて軸受のＹ軸の上に位置する（第１図も参照）
ように固定子１に固定されている。
第４図は、傾き調整器パラメータが回転数に依存して
変化しない場合の調整原理の詳細なブロック回路図を示
す。間隔センサ22〜25の信号は加算されて軸方向のずれ
ｚを形成する。間隔センサ24の信号から間隔センサ22の
信号を減算すると負の傾き角（加算点ｂ）が得られ、間
隔センサ23の信号から間隔センサ25の信号を減算すると
負の傾き角β（加算点ｃ）が得られる。
間隔センサ22〜25の信号は加算され（加算点ａ）、軸
方向のずれｚとして付加的な零パワー調整を有する比例
微分調整器30で出力信号Zrへと処理され、この出力信号
Zrは同時に４つの電力調整器33〜36のすべてに供給され
る。α旋回及びβ旋回の調整偏差は、パラメータVr（全
調整器の増幅率）及びTr（全調整器の時定数）を有する
比例微分調整器29によって信号αｒ及びβｒへと処理さ
れる。
傾き調整器29の出力信号αｒ及びβｒは、デカップリ
ング装置31において、積分されて、時定数Tnで回転数に
反比例して追従制御され、交互の順方向結合により互い
に結合される。ただしこの場合Tn＝Te/2πｎであり、Te
はこのデカップリング装置31の積分時定数であり、この
積分時定数は回転子10のアキシヤル慣性モーメントの傾
き慣性モーメントに対する比に比例する。中央軸受（１
〜10）の中に受動形傾き制動装置が設けられている場合
には、これは係数Ｄを乗算することにより考慮される。
中央軸受（１〜10）の受動的傾きモーメントが存在す
る場合、この傾きモーメントは、傾きのずれから相応の
逆方向モーメントを導出する係数Kpにより相殺される。
これにより歳差振動が妨止される。非線形傾きモーメン
ト特性は、逆特性曲線（inverse charasteristic）Kp＝
ｆ（α）乃至はKp＝ｆ（β）によって補償することがで
きる。
加算点d,f及びe,gを介して信号αrep及びβrepは、相
応する電力増幅器34,35;33,36及び調整コイル17,19;18,
20に供給される。
第５図は、傾き調整器パラメータが回転数に依存して
変化する１つの実施例の詳細な調整原理を示すブロック
回路図である。第５図の調整原理は第４図の調整原理と
調整器29及びデカップリング装置31の領域においてのみ
異なり、従ってここでは第４図に対する相違のみを説明
する。
α旋回及びβ旋回の調整偏差は適応形比例微分調整器
29により信号αｒ及びβｒへと処理される。これらの傾
き調整器の増幅率Vr＝Vo・n2は回転数ｎの自乗に比例し
て変化する。傾き調整器29の時定数Tr＝To/nは回転数ｎ
に反比例して追従制御される。この結果、今や傾き調整
器29は、逆方向−デカップリングされた傾き調整区間の
回転数ｎとともに変化する特性に整合される。
傾き調整器の適応は最小回転数UBより下では中断され
る。パラメータはこの最小回転数UBより下の領域におい
ては一定のままである。すなわちVr＝Vo,Tr＝To。
傾き調整器29の出力信号αｒ及びβｒは、デカップリ
ング装置31において、積分されて、時定数Tnで回転数に
反比例して追従制御され、交互の逆方向結合により互い
に結合される。ただしこの場合Tn＝Te/2πｎであり、Te
はこのデカップリング装置31の積分時定数であり、この
積分時定数は回転子10のアキシヤル慣性モーメントの傾
き慣性モーメントに対する比に比例する。中央軸受（１
〜10）の中に受動形傾き制動装置が設けられている場
合、これを係数Ｄを乗算することにより考慮することが
できる。しかし係数Ｄは僅かな値であっても、デカップ
リング装置の中の持続的振動を回避するために常に設け
る必要がある。
第６図には360゜にわたり延在する制動コイル11の１
つの実施例が示されている。この例においては37及び38
によって２つの互いに無関係なミアンダ状導線が示され
ている。制動コイル11は、他の偶数個の導線からも形成
されうる。
ミアンダ状導線の立上り部分及び立下り部分40,39は
回転子軸に平行に配向されており、実質的に永久磁石リ
ング15の交互に替わる永久磁石に向かい合って配置され
ている。ミアンダ状動態において立上り部分及び立下り
部分40,39に垂直な部分41は永久磁石の外部に軸方向に
ずれて延在する。ミアンダ状導線の幅42は永久磁石リン
グ15の磁石の磁極幅に相応する。
制動コイル11の360゜の周縁の上に２つの導線37,38に
おいてそれぞれ２つの互いに180゜ずれた２倍の幅のミ
アンダ状導線43、44が設けられ、さらにこれら２倍の幅
のミアンダ状導線43、44は導線37から導線38へ90゜のず
れを有する。これにより、導線37においては０゜〜180
゜まで及び180゜〜360゜までのミアンダ状導線が、そし
て導線38においては90゜〜270゜まで及び270゜〜90゜ま
でのミアンダ状導線が、異なる磁極に対向して位置する
ことが実現される。これにより、調整コイル11は回転子
10が回転している場合には制動トルクを発生せず、しか
し回転子10が並進運動している場合には制動力を発生す
るようになる。
第７図は、能動形中央軸受を有する第１図の軸受の１
つの実施例を示している。
固定子は１により、回転子は10により、制御及び調整
ユニットは26により示されている。
固定子１は中央に能動形ラジアル軸受1,10,45〜52を
備え、これら能動形ラジアル軸受1,10,45〜52は、回転
子10に固定された磁気ヨークとしての軟磁性材料から形
成されている球対称の樽状体52の中に設けられている。
樽状体52は回転子10の重心45を中心点として有する。
固定子１の外周には、回転子10のヨーク部材52に対向
して４つの電極46a〜46dがＸ軸及びＹ軸上にそれぞれ90
゜ずれて配置され、電極46a〜46dは回転子10及びヨーク
鉄心47〜50と共働して容量形間隔センサを構成してい
る。この場合にヨーク鉄心47〜50は送信電極として、回
転子10は反射電極として電極46a〜46dは受信電極として
用いられる。
同様にＸ軸の上及びＹ軸上には４つのコイル51a〜51d
がそれぞれ90゜ずれて配置されている。ヨーク鉄心47〜
50、コイル51a〜51d及び球対称形樽状体52は、90゜だけ
ずれて磁気的に分離されている４つの電磁石セグメント
を形成し、これらの電磁石セグメントは対となって対向
配向されており、互いに無関係に作動させることができ
る。この磁気的分離は例えば、電磁石セグメントを空隙
55（第８図）によって互いに分離し、軸受心軸56（第８
図）を低透磁率材料から形成することにより実現するこ
とができる。
Ｘ軸及び／又はＹ軸に沿って固定子１に対して行う回
転子10の半径方向運動は容量センサ10,46a〜46d,47〜50
により検出され、電磁石セグメント47〜50,51a〜51d,52
によりリセットされる。当然、誘導形センサ、光学セン
サ、その他の測定原理に基づくセンサを使用することも
可能である。
第８図は、能動形ラジアル中央軸受の水平断面図を示
している。固定子１に取付けられている中央軸受の静止
部分は、コイル51a〜51dを有するヨーク鉄心47〜50から
形成された例えば空隙55により磁気的に互いに分離され
互いに90゜ずれている４つの電磁石セグメントと磁気ヨ
ークとしての軟磁性材料から形成された回転子10の中央
に位置する樽状体52（第７図）とから成る。電磁石セグ
メント47,51a,52;49,52c,52;48,51b,52;50,51d,52は、
電極46a〜46dと同様に対称的にＸ軸及びＹ軸に配置さ
れ、重心45は中心点を形成している。軸受心軸56は、磁
気的分離のために例えばアルミニウム等の低透磁率材料
から形成されている。
第９図は能動形ラジアル軸受の軸の調整原理を示して
いる。ヨーク鉄心47,49は発振器57により励磁される。
容量センサ46a,46c,47,49,52は、固定子１に対する回転
子10の半径方向の位置変化を容量変化として検出し、こ
の容量変化をセンサー評価電子装置70に供給する。
センサ対46a,46cの位置実際値58としてセンサー評価
電子装置70の出力信号は比例微分調整器69の入力回路C,
R1,3R1,S1に供給される。比例微分調整器69の調整器パ
ラメータは、上位の監視及び制御ユニット60により“ソ
フトな調整”と“ハードな調整”との間で切り換えられ
る。強い半径方向障害が予測される場合“ハード”な調
整特性が好適である。固定子に伝達されるアンバランス
障害をできるだけ小さくしなければならない場合には
“ソフト”な調整特性が好適である。“ハード”な調整
特性は、スイッチS1を閉じスイッチS2を開くことにより
実現する。“ソフト”な調整特性は、スイッチS1を開き
スイッチS2を閉じることにより実現する。比例微分調整
器69の出力信号は電流制御形電力増幅器64,65を介して
選択的にコイル51aか又は51cかのいずれかにおいて回転
子10に対するラジアル力に変換される。

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２つの傾き軸に対応して配置される傾き角
    を検出するセンサと該センサに後置接続される比例微分
    調整器（PD調整器）とを具備し、 該PD調整器は、固定子に設けられ前記傾き軸に対応して
    配置されるコイルのための制御電流を発生し、 該コイルは回転子の磁石と共働して該回転子にモーメン
    トを作用させて前記傾き角を制御し、 前記調整器は相互結合装置を有する、回転子の傾き軸を
    中心として該回転子を安定化する固定子に設けられた大
    きい半径を有する前記回転子をラジアル及びアキシャル
    軸受する軸受において、 前記相互結合装置を有する前記PD調整器（29）の出力信
    号はデカップリング装置（31）に供給され、該デカップ
    リング装置（31）において前記PD調整器（29）の出力信
    号は、積分されて、時定数Tnで回転数に反比例して追従
    制御され、交互の順方向結合により互いに結合され、た
    だしこの場合Tn＝Te/2πｎであり、Teは前記デカップリ
    ング装置（31）の積分時定数であり、該積分時定数は回
    転子（10）のアキシヤル慣性モーメントの傾き慣性モー
    メントに対する比に比例し、 前記デカップリング装置（31）の出力信号を前記PD調整
    器（29）の出力信号（αr,βｒ）に加算乃至はこれらの
    出力信号（αr,βｒ）から減算することを特徴とする大
    きい半径を有する回転子をラジアルおよびアキシャル軸
    受する軸受。
  2. 【請求項２】２つの傾き軸に対応して配置される傾き角
    を検出するセンサと該センサに後置接続される比例微分
    調整器（PD調整器）とを具備し、 該PD調整器は、固定子に設けられ前記傾き軸に対応して
    配置されるコイルのための制御電流を発生し、 該コイルは回転子上の磁石と共働して回転子にモーメン
    トを作用させて前記傾き角を制御し、 前記調整器は相互結合装置を有する、回転子の傾き軸を
    中心として該回転子を安定化する固定子に設けられた大
    きい半径を有する前記回転子をラジアル及びアキシャル
    軸受する軸受において、 前記相互結合装置を有する前記PD調整器（29）の出力信
    号はデカップリング装置（31）に供給され、該デカップ
    リング装置（31）において前記PD調整器（29）の出力信
    号は、積分されて、時定数Tnで回転数に反比例して追従
    制御され、交互の逆方向結合により互いに結合され、た
    だしこの場合Tn＝Te/2πｎであり、Teは前記デカップリ
    ング装置（31）の積分時定数であり、該積分時定数は回
    転子（10）のアキシヤル慣性モーメントの傾き慣性モー
    メントに対する比に比例し、 前記PD調整器（29）の増幅率Vrが前記回転子（10）の回
    転数ｎの自乗に比例し、前記PD調整器（29）の時定数Tr
    が前記回転子（10）の回転数ｎに反比例して変化され、 前記PD調整器（29）は、所定の最小回転数までは一定の
    増幅率Vo及び一定の時定数Toを有し、この最小回転数を
    上回ると初めて回転数に依存することを特徴とする大き
    い半径を有する回転子をラジアル及びアキシャル軸受す
    る軸受。
  3. 【請求項３】固定子（１）の２つの互いに逆に接続され
    ている間隔センサ（22,24;23,25）を各傾き軸X,Yに対応
    させて配置することを特徴とする請求項１又は２記載の
    軸受。
  4. 【請求項４】固定子（１）の２つの調整コイル（17,19;
    18,20）を各傾き軸X,Yに対応させて配置することを特徴
    とする請求項１〜３のいずれか１項記載の軸受。
  5. 【請求項５】回転子（10）に回転軸（Ｚ）に平行に（リ
    ング15の中に）多数の永久磁石を設け、（リング15の）
    それぞれ隣同士の永久磁石は異なる極性を有し、 （リング15の）これらの永久磁石に対向させて少なくと
    も２相の電動機コイル（12）を固定子（１）に設けるこ
    とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の軸
    受。
  6. 【請求項６】電動機コイル（12）の各相巻線をミアンダ
    状に形成された導線（37,38）により形成し、 ミアンダ状導線の立上り部分及び立下り部分（39,40）
    を回転子軸（Ｚ）に平行に配向し、かつ（リング15の）
    永久磁石に実質的に対向して配置し、 前記立上り部分及び立下り部分（39,40）に垂直な部分
    （13）は（リング15の）永久磁石の外部に軸方向にずれ
    て延在し、 前記ミアンダ状導線の幅が磁極幅に相応することを特徴
    とする請求項５記載の軸受。
  7. 【請求項７】回転子（10）に回転軸（Ｚ）に平行に多数
    の永久磁石（リング15の中）を設け、（リング15の）そ
    れぞれ隣同士の永久磁石は異なる極性を有し、 （リング15の）永久磁石に対向して少なくとも１つの制
    動コイル（11）を設け、該制動コイル（11）を少なくと
    も２つの互いに無関係にミアンダ状に形成されている導
    線（37,38）により形成し、 ミアンダ状導線の立上り部分及び立下り部分を回転子軸
    （Ｚ）に平行に配向し、 前記立上り部分及び立下り部分に垂直な部分（13）は
    （リング15の）永久磁石の外部に軸方向にずれて延在
    し、 前記ミアンダ状導線の幅は磁極幅に相応し、 回転子（10）の回転は前記立上り部分及び立下り部分に
    垂直な部分（13）において制動トルクを発生させない
    が、しかし並進運動の場合にはこの並進運動に対する制
    動力が発生するように前記部分（13）を部分的にずらし
    て配置することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１
    項記載の軸受。
  8. 【請求項８】電動機コイル（12）及び制動コイル（11）
    が、共通に使用される（リング15の）永久磁石に対向し
    て位置することを特徴とする請求項６又は７記載の軸
    受。
  9. 【請求項９】ラジアル軸受を少なくとも１つの磁石軸受
    により形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれ
    か１項記載の大きい半径を有する回転子をラジアル及び
    アキシャル軸受する軸受。
  10. 【請求項１０】ラジアル軸受を受動形磁石軸受により実
    現することを特徴とする請求項９記載の軸受。
  11. 【請求項１１】センサにより検出された回転子（10）の
    軸方向のずれをPD調整器（30）を介して傾き調整のため
    に設けられている調整コイル（17〜20）に同時に供給す
    ることを特徴とする請求項９又は10記載の軸受。
  12. 【請求項１２】傾き軸X,Yに対応して配置され傾き角を
    検出する一対の間隔センサ（22,24;23,25）を用いる場
    合に、該間隔センサ（22,24;23,25）を軸方向調整用セ
    ンサとしても用いることを特徴とする請求項11記載の軸
    受。
  13. 【請求項１３】傾き軸X,Yに対応する結合されたセンサ
    信号に係数Kpを乗算し、次いでこのようにして形成され
    た信号を相応の調整コイル（17,19;18,20）に供給され
    る信号（αre,βre）に重畳することを特徴とする請求
    項９記載の軸受。
  14. 【請求項１４】回転子（10）の回転数ｎと無関係な積分
    相互結合信号を係数Ｄと乗算してから前記積分相互結合
    信号の入力側に帰還することを特徴とする請求項９又は
    13記載の軸受。
  15. 【請求項１５】調整コイル（17〜20）及び永久磁石リン
    グ（21）を、傾きモーメントを発生させるために外周に
    設けることを特徴とする請求項１〜14のいずれか１項記
    載の軸受。
  16. 【請求項１６】４つの間隔センサ（22〜25）のうちの１
    つの間隔センサが故障した場合、適応及び監視ユニット
    （27）によって検出される残りの３つの機能する間隔セ
    ンサにより３つの調整器（29,30）に対して同一の入力
    信号を形成するように、前記４つの間隔センサ信号の結
    合の構成を前記適応及び監視ユニット（27）によって切
    り換えることができることを特徴とする請求項１〜15の
    いずれか１項記載の軸受。
  17. 【請求項１７】４つの電力増幅器（33〜36）及び／又は
    調整コイル（17〜20）のうちのいずれか１つの増幅器が
    故障した場合、適応及び監視ユニット（27）により検出
    される所属の調整コイルを有する残りの３つの機能する
    電力増幅器によって同一のアキシャル力及び同一のモー
    メントを回転子（10）に作用させるように、センサ信号
    から得られた調整信号（αrep,βrep,Zr）の結合の（32
    の中での）構成を前記適応及び監視ユニット（27）によ
    って切り換えることができることを特徴とする請求項１
    〜16のいずれか１項記載の軸受。
  18. 【請求項１８】回転子（10）を固定子（１）に能動形中
    央軸受（1,10,45〜52）により軸受し、Ｘ軸及びＹ軸に
    対応して配置されるヨーク鉄心（47〜50）とヨーク部材
    （52）と電極（46）とから構成された少なくとも２つの
    センサが回転子（10）の半径方向の位置を検出し、 軸受の中央から半径方向にずれている回転子位置を調整
    するために、前記センサの出力信号を電力増幅器（64〜
    67）を介してその都度各軸に配置されたただ１つの磁界
    形成用コイル（51）に供給することを特徴とする請求項
    ９記載の軸受。
  19. 【請求項１９】回転子（10）のヨーク部材（52）を樽状
    に形成することを特徴とする請求項18記載の軸受。
  20. 【請求項２０】コイル（51a〜51d）を磁気的に互いに分
    離された90゜セクタの中に設けることを特徴とする請求
    項18記載の軸受。
  21. 【請求項２１】センサ（46〜50,52）が容量形あるいは
    誘導形センサであることを特徴とする請求項１又は２記
    載の軸受。
  22. 【請求項２２】調整器（69）のパラメータである増幅率
    及び時定数が切換可能であることを特徴とする請求項１
    又は２記載の軸受。
  23. 【請求項２３】軸方向で互いにずれて位置し極性が異な
    る２つの永久磁石リング（21）を回転子（10）に設け、 周縁部に亘って均一に分散配置され固定子（１）と接続
    されている４つの調整コイル（17〜20）が永久磁石リン
    グ（21）に対向して位置し、 前記調整コイル（17〜20）のうちそれぞれ対向配置され
    る該調整コイル（17,19;18,20）を傾き調整器（29）の
    うちの１つの調整器と接続し、傾斜が発生する際には前
    記調整コイル（17,19;18,20）が前記回転子（10）に対
    して戻しトルクを作用させることを特徴とする請求項１
    〜４のいずれか１項記載の軸受。
JP1500338A 1988-06-06 1988-12-14 大きい半径を有する回転子をラジアル及びアキシヤル軸受する軸受 Expired - Lifetime JP3068834B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3819205.5 1988-06-06
DE3819205A DE3819205C2 (de) 1987-12-12 1988-06-06 Lagerung eines Rotors mit großer radialer Ausdehnung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03504997A JPH03504997A (ja) 1991-10-31
JP3068834B2 true JP3068834B2 (ja) 2000-07-24

Family

ID=6355964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1500338A Expired - Lifetime JP3068834B2 (ja) 1988-06-06 1988-12-14 大きい半径を有する回転子をラジアル及びアキシヤル軸受する軸受

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5155402A (ja)
EP (1) EP0419476B1 (ja)
JP (1) JP3068834B2 (ja)
WO (1) WO1989012178A1 (ja)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5095237A (en) * 1990-03-20 1992-03-10 Nova Corporation Of Alberta Sectoral core for magnetic bearing
JPH0510326A (ja) * 1991-06-27 1993-01-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気軸受の制御装置
US5627421A (en) * 1994-10-28 1997-05-06 Barber-Colman Company High efficiency drive circuit for an active magnetic bearing system
DE19529038A1 (de) * 1995-08-08 1997-02-13 Pfeiffer Vacuum Gmbh Magnetlager für einen Rotor
US5984005A (en) * 1995-09-22 1999-11-16 Weatherford/Lamb, Inc. Wellbore milling inserts and mills
US5731645A (en) * 1996-02-05 1998-03-24 Magnetic Bearing Technologies, Inc. Integrated motor/generator/flywheel utilizing a solid steel rotor
US5925957A (en) * 1997-05-30 1999-07-20 Electric Boat Corporation Fault-tolerant magnetic bearing control system architecture
DE59914974D1 (de) 1998-09-24 2009-04-23 Levitronix Llc Permanentmagnetisch erregter elektrischer Drehantrieb
EP0989656B1 (de) 1998-09-24 2009-03-11 Levitronix LLC Permanentmagnetisch erregter elektrischer Drehantrieb
EP0989315B1 (de) * 1998-09-24 2004-10-06 Lust Antriebstechnik GmbH Magnetische Lagervorrichtung
US6057620A (en) * 1999-04-28 2000-05-02 Precision Instrument Development Center Geometrical structure configuration of maglev forces in a maglev rotational bearing apparatus
US6361752B1 (en) 1999-05-19 2002-03-26 S. C. Johnson & Son, Inc. Apparatus for volatilizing and dispensing a chemical into a room environment
US6232685B1 (en) 1999-05-19 2001-05-15 Johnson Outdoors Inc. Nutational motor
FR2797477B1 (fr) * 1999-08-09 2001-10-12 Cit Alcatel Palier magnetique du type rotule pour corps basculant
FR2797478B1 (fr) * 1999-08-09 2001-10-12 Cit Alcatel Palier magnetique de centrage a commande en basculement de grande amplitude
US6717312B1 (en) * 2001-01-03 2004-04-06 Dana Corporation Defense vehicle aiming ordinance platform having variable reluctance motor
US7078838B2 (en) * 2001-09-05 2006-07-18 The Regents Of The University Of California Passive magnetic bearing for a motor-generator
US6734650B2 (en) * 2002-01-30 2004-05-11 Honeywell International, Inc. System and method for controlling an active magnetic bearing using continuous variable compensation
JP4033334B2 (ja) * 2002-02-27 2008-01-16 大同メタル工業株式会社 油膜厚さ測定装置付き軸受
US20060055259A1 (en) * 2004-09-14 2006-03-16 Casey Hanlon Fault-tolerant magnetic bearing position sensing and control system
US9127508B2 (en) 2012-01-10 2015-09-08 Baker Hughes Incorporated Apparatus and methods utilizing progressive cavity motors and pumps with independent stages
AT513498B1 (de) * 2013-01-22 2014-05-15 Tech Universität Wien Vorrichtung und Verfahren zur magnetischen Axiallagerung eines Rotors
US9538963B2 (en) * 2013-03-15 2017-01-10 Aktiebolaget Skf Diagnostic scanning apparatus
CZ304680B6 (cs) * 2013-03-22 2014-08-27 Rieter Cz S.R.O. Způsob zjišťování změn polohy bezhřídelového spřádacího rotoru rotorového dopřádacího stroje v dutině aktivního magnetického ložiska a spřádací jednotka rotorového dopřádacího stroje s aktivním magnetickým ložiskem pro uložení bezhřídelového spřádacího rotoru
EP3255760B1 (de) * 2016-06-06 2021-12-29 Linz Center of Mechatronics GmbH Elektrische maschine
KR102565966B1 (ko) * 2021-12-14 2023-08-10 정영철 오축 제로 포인트 공작물 고정장치

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2149644A5 (ja) * 1971-08-18 1973-03-30 France Etat
US3955858A (en) * 1974-01-03 1976-05-11 Societe Nationale Industrielle Aerospatiale Satellite momentum wheel
JPS5185412A (en) * 1975-01-20 1976-07-27 Hitachi Ltd Kaitenkino hensokuseigyohoshiki
FR2336602A1 (fr) * 1975-12-24 1977-07-22 Europ Propulsion Dispositif de compensation des perturbations synchrones dans une suspension magnetique d'un rotor
GB1521228A (en) * 1976-11-15 1978-08-16 Marconi Co Ltd Stabilised platforms
US4167296A (en) * 1977-12-30 1979-09-11 Sperry Rand Corporation Protective control system for magnetic suspension and magnetically suspended devices
DE2847930A1 (de) * 1978-11-04 1980-05-14 Teldix Gmbh Magnetische lagereinrichtung
FR2501314A1 (fr) * 1981-03-09 1982-09-10 Europ Propulsion Palier electromagnetique actif redondant
JPS5842308A (ja) * 1981-09-04 1983-03-11 Kinseki Kk 超音波固体遅延子
JPS5881217A (ja) * 1981-11-11 1983-05-16 Seiko Instr & Electronics Ltd ５自由度制御形磁気軸受装置
JPS5989821A (ja) * 1982-11-11 1984-05-24 Seiko Instr & Electronics Ltd 制御形磁気軸受装置
JPS60245443A (ja) * 1984-05-18 1985-12-05 Ntn Toyo Bearing Co Ltd 制御式ラジアル磁気軸受装置
FR2572141A1 (fr) * 1984-10-23 1986-04-25 Europ Propulsion Dispositif de decrassage automatique d'un organe tournant
JPS61173179A (ja) * 1985-01-28 1986-08-04 Fujitsu Ltd 実装ｉｃ試験装置
JPS61262225A (ja) * 1985-05-13 1986-11-20 Hitachi Ltd 電磁軸受制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO1989012178A1 (en) 1989-12-14
US5155402A (en) 1992-10-13
JPH03504997A (ja) 1991-10-31
EP0419476A1 (de) 1991-04-03
EP0419476B1 (de) 1992-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3068834B2 (ja) 大きい半径を有する回転子をラジアル及びアキシヤル軸受する軸受
US4090745A (en) Magnetic suspension with magnetic stiffness augmentation
US5936370A (en) Electromagnectic rotating machine
US3565495A (en) Magnetic suspension apparatus
US6114788A (en) Motor/active magnetic bearing combination structure
US5237229A (en) Magnetic bearing device with a rotating magnetic field
EP0920109A2 (en) Bearingless rotary machine
US5142177A (en) Magnetically controlled bearing unit
EP1197670A2 (en) Magnetic bearing apparatus
JP6351400B2 (ja) 改良された能動型磁気軸受制御システム
JPS59131028A (ja) 半径方向には受動的で軸方向には能動的な磁気懸垂装置を備えた回転体のロ−タ軸を配向させる方法
US4285552A (en) Torquer apparatus for magnetically suspended members
JPS6014929B2 (ja) 磁気懸垂方式ロ−タ−に於ける同期妨害補償装置
US3473852A (en) Magnetic suspension apparatus
JPS645161B2 (ja)
EP0839291B1 (en) Electromagnetic bearing
US3929390A (en) Damper system for suspension systems
JPS58148296A (ja) タ−ボ分子ポンプ
JPH0155806B2 (ja)
US7078839B2 (en) Self-bearing step motor and its control method
JPS5943220A (ja) ジンバリング制御が可能な磁気軸受
JP3350109B2 (ja) 磁気浮上モータ
JPS60256620A (ja) 剛性可変機構を有する磁気軸受
JPH076541B2 (ja) 磁気軸受装置
JPH08320020A (ja) 磁気軸受装置