JP3187982B2 - 磁気浮上装置 - Google Patents

磁気浮上装置

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JP3187982B2 JP29640492A JP29640492A JP3187982B2 JP 3187982 B2 JP3187982 B2 JP 3187982B2 JP 29640492 A JP29640492 A JP 29640492A JP 29640492 A JP29640492 A JP 29640492A JP 3187982 B2 JP3187982 B2 JP 3187982B2
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和英 渡辺
将 大沢
英史 丸井
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁気浮上装置に係り、特
に非接触で磁性体継鉄の固定された支持対象物を浮上支
持する、磁気軸受装置、磁気浮上式搬送装置、磁気浮上
による免振装置等の制御用電磁石の制御に関する。
【0002】
【従来の技術】非接触で磁性体継鉄の固定された支持対
象物を浮上支持する制御用電磁石を用いた磁気浮上装置
の一例として、磁気軸受の例を図5に示す。
【0003】磁性体継鉄2が固定された支持対象物であ
る回転軸1は、対向する一対の制御用電磁石3の磁気吸
引力により浮上支持される。制御用電磁石3と、支持対
象物である回転軸1に固定された磁性体継鉄2との空隙
は、変位センサ9が回転軸1の表面との変位を測定する
ことにより相対的に検出される。変位センサ9の出力
は、補償回路6、電力増幅器7等を含むコントローラに
入力され、制御用電磁石3のコイル5に励磁電流を供給
することにより、磁気吸引力が制御され、回転軸1は目
標位置に浮上支持される。
【0004】このような磁気浮上装置の制御用電磁石3
は、その対向する磁性体継鉄2に及ぼす磁気吸引力がコ
イル5に流れる励磁電流の2乗に比例する。そして、一
定の目標位置に支持対象物を浮上支持するような場合に
は、ベースとなるバイアス電流I0 に、変化分を補償す
る制御電流IC を重畳して励磁電流としてコイル5に流
し、磁気吸引力の制御を行っている。
【0005】即ち、直線検波回路8の入力段で、バイア
ス信号VB と、変位センサ9からの信号を補償回路6に
よって位相、ゲインが調整された、変化分を補償する制
御信号とが加算される。この重畳された信号は、直線検
波回路8で検波され、低周波成分が電力増幅器7で増幅
され、励磁電流が制御用電磁石3のコイル5に印加され
る。従って、励磁電流はバイアス信号VB に対応するベ
ースとなるバイアス電流IO と、変位センサ9からの変
化分を補償する制御信号に対応する制御電流IC とが重
畳されたものとなっている。
【0006】また、上記の例は一対の電磁石3により回
転軸1を挟み込むように線形制御しているが、このよう
な対向した一対の電磁石で吸引するのではなく、例えば
上側電磁石のみで支持対象物を磁気吸引力により浮上支
持する場合にも、バイアス電流IO に制御電流をIC
畳して励磁電流の制御が行われる。このような場合に
は、支持対象物の重力を支えるための定常電流がバイア
ス電流IO として流れ、そこに変化分を補償する制御電
流IC を重畳することにより目標位置に浮上支持する制
御を行うことができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなバイアス電流IO に制御電流IC を重畳して制御用
電磁石の磁気吸引力を制御する場合においては、制御電
流IC の大きさがバイアス電流IO の大きさ以下では入
力信号どおりに励磁電流が流れ、問題は生じない。しか
しながら、制御電流IC の大きさがバイアス電流IO
上になる場合には、一方向電流、片電圧の1象限作動の
パワーアンプでは、正確な制御電流を流すことができ
ず、磁気浮上装置が正常に動作しなくなるという問題が
生じる。
【0008】即ち、コイル5のインピーダンスをZとす
るとコイルの両端の電圧Eは、 E=Z(I0 ±IC ) (1) 式(1)は、I0 は直流分のみなので、 E=RI0 ±ZIC (2) したがって、バイアス電圧IO に対応するバイアス電圧
O、制御電圧IC に対応する制御電圧VCは、 V0 =RI0 , VC =ZIC , E=V0 ±VC となる。このような場合には、図6に示すようにV0
C1である場合はよいが、V0<VC2のようにVC がV0
よりも大きくなると、電圧Eがマイナスとなってしま
い、実際には制御電流を流すことができなくなり、制御
を安定に行うことができなくなる。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気浮上装置
は、非接触で磁性体継鉄の固定された支持対象物を浮上
支持する制御用電磁石と、該制御用電磁石と該支持対象
物に固定された磁性体継鉄との空隙を検出する変位セン
サと、補償回路と一方向電流、片電圧の1象限作動のパ
ワーアンプからなるコントローラを備え、前記制御用電
磁石のコイルにバイアス電流I0 に制御電流Ic を重畳
して流すことにより浮上支持制御を行う磁気浮上装置に
おいて、前記制御用電磁石のコイルには直列に補償抵抗
R′を備え、制御周波数範囲内において、前記電磁石コ
イルの抵抗分Rと補償抵抗R′の和にバイアス電流I0
を乗じたものの絶対値は、前記電磁石コイルのインピー
ダンスZに制御電流Icを乗じたものの絶対値よりも等
しいか大きいことを特徴とする。
【0010】
【作用】前記制御用電磁石のコイルには直列に補償抵抗
R′を備え、制御周波数範囲内において、前記電磁石コ
イルの抵抗分Rと補償抵抗R′の和にバイアス電流I0
を乗じたものの絶対値は、前記電磁石コイルのインピー
ダンスZに制御電流ICを乗じたものの絶対値よりも等
しいか大きくするので、補償抵抗R’にバイアス電流I
O を乗じた積に相当する分だけ、直流的なバイアス電圧
O'が大きくなる。
【0011】即ち、前記電磁石コイルZの抵抗分Rと補
償抵抗R′の和にバイアス電流I0を乗じたものは直流
的なバイアス電圧V0'に相当する。そして電磁石コイル
のインピーダンスZに制御電流IC を乗じたものの絶対
値は、制御電圧Vc に相当する。従って、コイル5のイ
ンピーダンスZに制御電流IC を乗じた制御電圧を、そ
の分大きくとることができる。それ故、大振幅の動作が
制御可能となり、又コイル5のインピーダンスZ(R+
jωL)は主としてインダクタンスであるので、制御周
波数領域を拡大することができ、磁気浮上装置を安定
に、より広い周波数帯域で制御することが可能となる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の磁気浮上装置の
説明図である。本実施例においては、制御用電磁石3の
コイル5に直列に補償抵抗R′が備えられている。その
他の構成要素は図5に示すものと同一であり、同一の符
号を付してその説明を省略する。
【0013】そして、制御周波数範囲内において、前記
電磁石コイルの抵抗分Rと補償抵抗R′の和にバイアス
電流I0 を乗じたものの絶対値は、前記電磁石コイルの
インピーダンスZに制御電流Ic を乗じたものの絶対値
よりも等しいか大きく構成されている。即ち、 |(R+R’)IO |≧|ZIC | の条件を満たしている。
【0014】前述の発明が解決しようとする課題の問題
点を改善するためには、補償抵抗R’を設け、常にバイ
アス電圧VO は制御電圧VC よりも大きくなるようにす
ればよい。即ち、 |V0|≧|VC| となるようにする。
【0015】補償抵抗R′を設けることにより前述の式
(2)は、 E=RI0 ±ZIC +R′I0 (3) となる。これを変形すると、 E=(R+R′)I0 ±ZIC (4) となる。ここで、 VO =(R+R′)I0C =ZIC であるので、|V0|≧|VC|とするには、 |(R+R′)I0|≧|ZIC| (5) となる。
【0016】以上のように、電磁石コイルの抵抗分Rと
補償抵抗R′の和にバイアス電流I0 を乗じたものの絶
対値が、電磁石コイルのインピーダンスZに制御電流I
C を乗じたものの絶対値よりもイコールまたは大きい場
合には、一方向電流、片電圧の1象限作動の電力増幅器
の出力電圧がマイナスとなるという問題が避けられ、最
大制御周波数の範囲内で電磁石のコイルに制御電流を安
定に供給することができる。
【0017】図2,3,4は、係る構成における制御用
電磁石3のコイル5に直列に接続された補償抵抗R′の
動作を説明するものである。
【0018】図2はコイルZと補償抵抗R’に係る電圧
分担を説明するものである。電力増幅器7よりバイアス
電流I0 に制御電流IC が重畳した励磁電流I0 ±IC
がコイル5と直列に接続された補償抵抗R’に印加され
る。そして、式(3)に示すように、補償抵抗R′の両
端のバイアス電圧VO'として生じる電圧分担はR′I0
となる。そして、コイルのインピーダンスZの電圧分担
はRI0 ±ZIC となる。そしてこれらの和が両端の電
圧Eとなる。
【0019】図3は、補償抵抗R’によってバイアス電
圧がVO からVO'に上昇したことを示している、即ち、 VO'=(R+R′)I であり、補償抵抗R’による電圧上昇分R'IOだけバイ
アス電圧VO'が上昇する。これによって、図6に示す従
来制御不能であった、大きな制御電圧VC2を図示するよ
うに制御可能にすることができる。
【0020】図4は、制御用電磁石のコイル5及び補償
抵抗R’に流れる制御電圧VC2に対応する励磁電流Iを
示すものであり、励磁電流Iは図示するようにマイナス
となることがなく、従来の技術で不可能であった制御電
圧VC2に対応する制御信号に従った励磁電流を供給でき
る。
【0021】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明は制御用
電磁石のコイルに直列に補償抵抗を備え、補償抵抗によ
って生じる電圧によってバイアス電圧を上昇するように
したものである。したがって、係る条件を満たせば電力
増幅器は、常にプラスの範囲内で励磁電流を制御信号に
従って供給することができる。それゆえ大振幅の動作、
或いは高周波の動作において、制御用電磁石の安定な制
御が可能となり、特に電磁石の制御領域の周波数範囲の
拡大に顕著な効果を生じるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の磁気浮上装置の説明図。
【図2】制御用電磁石のコイルZと補償抵抗R′に係る
電圧分担の説明図。
【図3】電力増幅器の出力電圧の説明図。
【図4】電力増幅器の出力電流の説明図。
【図5】従来の磁気浮上装置の説明図。
【図6】従来の電力増幅器の出力電圧の説明図。
【符号の説明】
1 回転軸 2 磁性体継鉄 3 電磁石 5 コイル 6 補償回路 7 電力増幅器 8 直線検波回路 9 変位センサ R コイルの抵抗分 R’ 補償抵抗 Z コイルのインピーダンス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸井 英史 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株式会社 荏原総合研究所内 (72)発明者 中口 郁雄 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株式会社 荏原総合研究所内 (56)参考文献 実開 平1−146014(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 7/09 F16C 32/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非接触で磁性体継鉄の固定された支持対
    象物を浮上支持する制御用電磁石と、該制御用電磁石と
    該支持対象物に固定された磁性体継鉄との空隙を検出す
    る変位センサと、補償回路と一方向電流、片電圧の1象
    限作動のパワーアンプからなるコントローラを備え、前
    記制御用電磁石のコイルにバイアス電流I0 に制御電流
    c を重畳して流すことにより浮上支持制御を行う磁気
    浮上装置において、 前記制御用電磁石のコイルには直列に補償抵抗R′を備
    え、制御周波数範囲内において、前記電磁石コイルの抵
    抗分Rと補償抵抗R′の和にバイアス電流I0を乗じた
    ものの絶対値は、前記電磁石コイルのインピーダンスZ
    に制御電流Icを乗じたものの絶対値よりも等しいか大
    きいことを特徴とする磁気浮上装置。
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US5859113A (en) 1997-07-17 1999-01-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Pigment dispersions containing hydroxylated AB-block polymer dispersant
KR101158812B1 (ko) * 2010-03-02 2012-06-26 주식회사 디엔엠 테크놀로지 변위 센서 및 이를 이용한 자기 베어링 시스템
CN116255395B (zh) * 2022-12-30 2024-01-05 淮阴工学院 一种恒流源励磁六极主动电磁轴承及设计方法

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