JP3779105B2 - 磁気軸受の停電補償システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気軸受装置の電源が停電したとき磁気浮上状態を一定時間維持する磁気軸受の停電補償システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば特開平9−19177号公報に記載された従来の磁気軸受装置では、停電時に、慣性で回転する回転体によりモータが発電機となって発電し、その電力により磁気浮上状態を維持しつつ回転数を徐々に低下させる。その後、回転数が低下した回転体を、タッチダウン軸受により受け止めて、回転体を停止させる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現実には、発電した電力が磁気軸受装置以外の周辺装置でも消費されるため、回転数がまだ十分に低下しないうちに、磁気軸受装置に供給できる電力が低下する場合が多い。この場合、磁気浮上力が維持できなくなり、回転体は、まだ高速回転のままタッチダウン軸受に「着地」する。高速回転の回転体を受け止める際、タッチダウン軸受は強い衝撃荷重を受けるため、損傷を受ける。従って、タッチダウン軸受の寿命が短くなる。
【0004】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、停電時に、回転体が十分に減速するまで磁気浮上状態を維持することのできる磁気軸受の停電補償システムを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気軸受の停電補償システムは、回転体を電磁石によって非接触支持する磁気軸受装置と、前記磁気軸受装置の保有する情報を表示する表示装置と、前記回転体を回転させるとともに、前記回転体の回転により発電可能なモータと、前記磁気軸受装置、表示装置及びモータに給電する常用電源の停電を検出する停電検出回路と、停電検出によって、前記磁気軸受装置の電源を、前記常用電源から前記モータの発電による電源に切り換える切換手段と、停電検出によって、前記表示装置を含む、前記電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷を、前記モータの発電による電源から遮断する負荷遮断手段とを備えたものである(請求項1)。
上記のように構成された磁気軸受の停電補償システムにおいては、停電検出によって、切換手段が、磁気軸受装置の電源を常用電源からモータの発電による電源に切り換えるとともに、負荷遮断手段が電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷を、モータの発電による電源から遮断する。従って、回転体の発電電力は磁気浮上にのみ用いられるので、磁気浮上状態を長時間安定して維持することができ、その間に回転体は十分に減速される。回転体が十分に減速されてからタッチダウン軸受に受け止められることにより、その衝撃荷重は小さい。従って、タッチダウン軸受の損傷が低減され、タッチダウン軸受の寿命が延びる。
【0006】
また、上記停電補償システムにおいて、負荷遮断手段は、電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷への信号出力を停止することにより実質的に当該負荷を遮断するものであってもよい(請求項2)。
この場合、信号出力の停止により、当該負荷における電力消費が抑制される。従って、遮断接点等の強制的な負荷遮断手段を別途設けなくてもよい。
【0007】
【発明の実施の形態】
図3は、本発明の磁気軸受の停電補償システムを適用する制御型磁気軸受装置の機械本体1を示す縦断面図である。
この機械本体1は、円筒状のケーシング2の内側で、鉛直軸状の回転体3が回転する縦型のものである。
横械本体1は、上記ケーシング2及び回転体3の他、アキシャル磁気軸受4A、ラジアル磁気軸受4R、アキシャル変位センサ5A、ラジアル変位センサ5R、モータ6、及びタッチダウン軸受7を備えている。
【0008】
アキシャル磁気軸受4Aは、回転体3のフランジ部3aを挟んで上下に配置され、回転体3を軸方向に非接触支持する。ラジアル磁気軸受4Rは、軸方向上の2箇所においてそれぞれ、回転体3の周囲に90度間隔で4個配置されている。また、ラジアル変位センサ5Rは、ラジアル磁気軸受4Rと周方向における同じ位置に、かつ、軸方向上で近接して、4個2組で配置されている。アキシャル変位センサ5Aは、回転体3の軸方向端部3bに対向して配置されている。モータ6は、ケーシング2の内壁に取り付けられたステータ部6aと、回転体3に設けられたロータ部6bとによって、回転体3を高速回転させる。このモータ6は、誘導電動機又はDCブラシレスモータであり、停電時には発電機となる。タッチダウン軸受7は一対設けられ、回転体3の軸方向および径方向の可動範囲を規制するとともに、回転体3の磁気的な非接触支持ができなくなったときなどに、回転体3を接触支持する。
【0009】
図1は、上記機械本体1と接続される本発明の第1の実施形態による磁気軸受の停電補償システムを構成する電源回路及び制御回路を示すブロック図である。図中、太線は電源回路を示し、それ以外は制御回路を示している。電源回路は、交流電源10を常用電源としており、この交流電源10からインバータ12を経て周波数可変の交流電圧がモータ6に供給される。また、交流電源10には、電源電圧が所定値より低くなったとき、これを停電として検出する停電検出回路14、及び、交流電圧を所定の直流電圧に変換する直流電源回路15が接続されている。
【0010】
直流電源回路15の出力する直流電圧は、半導体スイッチ等からなる切換スイッチ16を介して、DSPボード17の電源端子17aに供給される。DSPボード17には、DSP(ディジタルシグナルプロセッサ)18、A/D変換器19及びD/A変換器20が搭載されており、これらは上記直流電圧を受けて動作する。変位センサ(アキシャル変位センサ5A及びラジアル変位センサ5Rの総称)5は、A/D変換器19を介してDSP18に接続されている。また、DSP18は、D/A変換器20及び増幅器21を介して、電磁石4(アキシャル磁気軸受4A及びラジアル磁気軸受4Rの総称)に接続されている。上記変位センサ5、A/D変換器19、DSP18、D/A変換器20、増幅器21及び電磁石4は、磁気軸受装置を構成している。
【0011】
上記直流電圧は、増幅器21及び変位センサ5にも供給される。さらに、上記直流電圧は、停電検出回路14の出力接点(交流電源10が正常のとき閉)である負荷遮断手段としての遮断接点14aを介して、インターフェース回路22及び表示装置23にも供給されている。インターフェース回路22は例えばシリアル通信ボードである。また、表示装置23はDSP18の保有する情報を表示するための液晶表示部やLED等を備えている。なお、DSP18は、インバータ12に対して、回転速度に関する制御信号を与える。
【0012】
上記切換スイッチ16の接点は、交流電源10の電圧が正常であるときはN側に接続されており、従って、切換スイッチ16の2次側電路LDCには、直流電源装置15の出力する電圧が供給されている。一方、切換スイッチ16のE側にはコンバータ13が接続されている。コンバータ13は、停電検出回路14から指令信号を受けて電路LACに接続される。モータ6が発電機として動作するときは、モータ6の発電する交流電圧がコンバータ13により所定の直流電圧に変換される。インバータ12及びコンバータ13は、モータ6に対する双方向変換装置11を構成している。双方向変換装置11及び切換スイッチ16は、停電検出によって電源を、交流電源10からモータ6の発電による電源に切り換える切換手段を構成している。
【0013】
上記のように構成された電源回路及び制御回路において、回転体3は、電磁石4により非接触支持された状態で、モータ6によって駆動され、高速回転する。回転体3の変位は、変位センサ5によって検出される。変位センサ5から出力されたアナログ変位信号は、A/D変換器19によってディジタル変位信号に変換され、DSP18に入力される。DSP18は、入力されたディジタル変位信号に基づき、電磁石制御のためのディジタル制御信号を出力する。D/A変換器20はこれをアナログ電流指令信号に変換し、増幅器21に与える。増幅器21はこれを増幅して得た制御電流を、電磁石4に与える。電磁石4はこれを受けて、回転体3の位置制御を行う。また、回転体3の回転数制御は、DSP18からインバータ12に制御信号を与えることによって行われる。
【0014】
回転体3が所定位置に磁気浮上して高速回転している状態において交流電源10が停電すると、停電検出回路14がこれを検出し、切換スイッチ16をE側に切り換えるとともに、遮断接点14aを開く。また、停電検出回路14から双方向変換装置11に指令信号が送られ、コンバータ13が電路LACに接続される。慣性によって高速回転を続ける回転体3により、モータ6は発電機となって発電する。発電された電圧はコンバータ13によって所定の直流電圧に変換され、この直流電圧は、切換スイッチ16を介して電路LDCに供給される。従って、DSP18、A/D変換器19、D/A変換器20、増幅器21、電磁石4及び変位センサ5は停電前と変わりなく動作して、回転体3の磁気浮上状態が維持される。
【0015】
一方、遮断接点14aが開いたことにより、インターフェース回路22及び表示装置23は電源電圧を絶たれる。従って、これらは電力を消費しない。表示装置23の液晶表示部及びLED等はとりわけ消費電力が大きいため、ここでの電力消費が排除されることの節電効果は大きい。この結果、回転体3の発電電力は磁気浮上にのみ用いられる。従って、磁気浮上状態を長時間安定して維持することができ、その間に回転体3は十分に減速される。回転体3が減速して発電電力が低下すると、磁気浮上状態を維持できなくなり、回転体3はタッチダウン軸受7に「着地」して、その後停止する。「着地」の時点で回転体3は十分に減速されているため、衝撃荷重は小さい。従って、タッチダウン軸受7の損傷を低減することができる。この結果、タッチダウン軸受7の寿命が延びる。
【0016】
図2は、本発明の第2の実施形態による磁気軸受の停電補償システムを構成する電源回路及び制御回路を示すブロック図である。第1の実施形態との違いは、第1の実施形態における遮断接点14a(図1)がないこと、及び、停電検出回路14からDSP18に停電検出の信号が送られていることである。
図2において、DSP18は、停電検出回路14から停電検出の信号を受けると、表示装置23に対する信号出力をすべて停止する。これにより、表示装置23における消費電力が低下する。前述のように表示装置23は消費電力が大きいため、表示をオフにすることによる節電効果が大きい。このように、本実施形態ではDSP18が、負荷遮断手段としての機能を有している。
その他の動作は第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【0017】
上記第2の実施形態においても、停電後、回転体3の発電電力のほとんどは、磁気浮上に用いられる。そのため、磁気浮上状態を長時間安定して維持することができ、その間に回転体3は十分に減速される。従って、「着地」の時点で回転体3は十分に減速されているため、衝撃荷重は小さく、タッチダウン軸受7の損傷を低減することができる。この結果、タッチダウン軸受7の寿命が延びる。また、第1の実施形態のような遮断接点14aを別途設けなくてもよい点で構成が簡素である。
【0018】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項1の磁気軸受の停電補償システムによれば、停電検出によって、電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷がモータの発電による電源から遮断されるので、回転体の発電電力は磁気浮上にのみ用いられる。従って、磁気浮上状態を長時間安定して維持することができ、その間に回転体を十分に減速させることができる。回転体が十分に減速されてからタッチダウン軸受に受け止められることにより、その衝撃荷重が小さくなるので、タッチダウン軸受の損傷が低減され、タッチダウン軸受の寿命が延びる。
【0019】
請求項2の磁気軸受の停電補償システムによれば、信号出力の停止により、電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷における電力消費が抑制されるので、回転体の発電電力は実質的に磁気浮上にのみ用いられる。従って、磁気浮上状態を長時間安定して維持することができ、その間に回転体を十分に減速させることができる。また、遮断接点等の強制的な負荷遮断手段を別途設けなくてもよい点で、構成が簡素である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による磁気軸受の停電補償システムを構成する電源回路及び制御回路を示すブロック図である。
【図2】本発明の第2の実施形態による磁気軸受の停電補償システムを構成する電源回路及び制御回路を示すブロック図である。
【図3】本発明の磁気軸受の停電補償システムを適用する制御型磁気軸受装置の機械本体を示す縦断面図である。
【符号の説明】
3 回転体
4 電磁石
5 変位センサ
6 モータ
10 交流電源
14 停電検出回路
14a 遮断接点
16 切換スイッチ
18 DSP
19 A/D変換器
20 D/A変換器
21 増幅器
22 インターフェース回路
23 表示装置
Claims (2)
- 回転体を電磁石によって非接触支持する磁気軸受装置と、
前記磁気軸受装置の保有する情報を表示する表示装置と、
前記回転体を回転させるとともに、前記回転体の回転により発電可能なモータと、
前記磁気軸受装置、表示装置及びモータに給電する常用電源の停電を検出する停電検出回路と、
停電検出によって、前記磁気軸受装置の電源を、前記常用電源から前記モータの発電による電源に切り換える切換手段と、
停電検出によって、前記表示装置を含む、前記電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷を、前記モータの発電による電源から遮断する負荷遮断手段と
を備えたことを特徴とする磁気軸受の停電補償システム。 - 前記負荷遮断手段は、前記電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷への信号出力を停止することにより実質的に当該負荷を遮断することを特徴とする請求項1記載の磁気軸受の停電補償システム。
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