JP5279890B2 - ラジアル方向制御器及び、それが適用された磁気軸受装置 - Google Patents
ラジアル方向制御器及び、それが適用された磁気軸受装置Info
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Description
図2は、第1の形態に係るラジアル方向制御器10Aの信号系統のブロック線図の一例を示す図である。図2に示すように、第1の形態に係るラジアル方向制御器10Aには、ラジアル制御回路11と、このラジアル制御回路11に並列に接続される不平衡消去回路12とが設けられている。そして、ラジアル制御回路11は、第1信号変換器21と、第2信号変換器22と、第1並進運動制御器23と、第2並進運動制御器24と、第1傾斜運動制御器25と、第2傾斜運動制御器26と、第1交差信号変換器27と、第2交差信号変換器28と、を備えている。
x1 :第1ラジアル位置センサ4bが検出する回転体2のX軸方向変位
y1 :第1ラジアル位置センサ4bが検出する回転体2のY軸方向変位
x2 :第2ラジアル位置センサ5bが検出する回転体2のX軸方向変位
y2 :第2ラジアル位置センサ5bが検出する回転体2のY軸方向変位
x :回転体2の重心のX軸方向変位
y :回転体2の重心のY軸方向変位
θy :Y軸まわりの回転体2の傾斜角
θx :X軸まわりの回転体2の傾斜角
fx :回転体2に作用するX軸方向の力
fy :回転体2に作用するY軸方向の力
τy :回転体2に作用するY軸まわりのトルク
τx :回転体2に作用するX軸まわりのトルク
fx1 :第1電磁石4aのX軸方向の力
fy1 :第1電磁石4aのY軸方向の力
fx2 :第2電磁石5aのX軸方向の力
fy2 :第2電磁石5aのY軸方向の力
を表す。なお、X軸、Y軸、Z軸は、図1のX軸、Y軸、Z軸に対応する。
KP :比例制御係数
KD :微分制御係数
とする。
Id :回転体2の重心を通る直径まわりの慣性モーメント
IP :軸線Axまわりの慣性モーメント
Ω :回転体2の回転角速度
とする。
μ0 :真空の透磁率
Si :磁極の断面積
Ni :コイルの巻き数
Ii :バイアス電流
δi :空隙長
とする。なお、Si、Ii等、iの符号が付されているものは、第1電磁石4a、及び、第2電磁石5aの両方を含むものである。
I0 :バイアス電流(両電磁石4a、5aの区別のないもの)
とする。
fM:定常負荷がない(idc=0)ときを基準にした場合の不平衡剛性の相対的変化
fE:定常負荷がない(idc=0)ときを基準にした場合の制御剛性の相対的変化
を、それぞれ表している。
次に、ラジアル方向制御器10の第2の形態について図4を参照して説明する。以下では、第1の形態と共通の構成には、図4に同一の符号を付して説明を省略する。図4は、第2の形態に係るラジアル方向制御器10Bの信号系統のブロック線図の一例を示す図である。図4に示すように、第2の形態に係るラジアル方向制御器10Bには、各演算器81、82、83、84と各乗算器55、56、57、58との間に、書き換え可能な記憶装置90Bが設けられている。
次に、ラジアル方向制御器10の第3の形態について図5を参照して説明する。以下では、第1の形態と共通の構成には、図5に同一の符号を付して説明を省略する。図5は、第3の形態に係るラジアル方向制御器10Cの信号系統のブロック線図の一例を示す図である。図5に示すように、第3の形態に係るラジアル方向制御器10Cには、各乗算器55、56、57、58で利用される係数を記憶する記憶装置90Cと、タイマー装置91と、イネーブル器92とが設けられている。
次に、ラジアル方向制御器10の第4の形態について図6〜図8を参照して説明する。以下では、第1の形態と共通の構成には、図6〜図8に共通の符号を付して説明を省略する。図6は、第4の形態に係るラジアル方向制御器10Dの信号系統のブロック線図の一例を示す図である。図6に示すように、第4の形態に係るラジアル方向制御器10Dには、比較手段としての比較器95と、係数区別手段及び基準値区別手段としての係数切換器96とが設けられている。
2 回転体
4 第1ラジアル磁気軸受
4a 第1電磁石
5 第2ラジアル磁気軸受
5a 第2電磁石
10A、10B、10C、10D ラジアル方向制御器
11 ラジアル制御回路
12 不平衡消去回路
90B、90C 記憶装置
91 タイマー装置(許可手段)
92 イネーブル器(許可手段)
95 比較器(比較手段)
96 係数切換器(係数区分手段、基準値区分手段)
96D 記憶装置(特定係数記憶手段、補正係数記憶手段、成分基準値記憶手段、特定基準値記憶手段)
61、62、63、64 変換器(電流値指示手段)
55、56、57、58 乗算器(係数乗算手段)
76、77、78、79 ローパスフィルタ(DC成分抽出手段)
81、82、83、84 演算器(補正係数算出手段)
Ax 軸線
Claims (10)
- 電磁石により浮上させて回転体を支持する磁気軸受装置に適用されるラジアル方向制御器であって、
前記回転体の軸線のラジアル方向の変位を制御するためのラジアル制御回路と、
前記ラジアル制御回路に並列に接続され、不平衡剛性に関する信号を出力する不平衡消去回路と、
前記ラジアル制御回路が出力する信号及び、前記不平衡消去回路が出力する不平衡剛性に関する信号に基づいて、前記電磁石を制御するための電流値を出力する電流値指示手段と、
前記電流値指示手段が出力する電流値からDC成分を抽出するDC成分抽出手段と、
前記DC成分抽出手段が抽出したDC成分と前記電磁石のバイアス電流とに基づいて補正係数を算出する補正係数算出手段と、
前記補正係数算出手段が算出した前記補正係数を前記不平衡消去回路が出力する信号に乗算する係数乗算手段と、を備えることを特徴とするラジアル方向制御器。 - 前記補正係数算出手段が算出した前記補正係数を記憶する記憶装置を更に備え、
前記係数乗算手段は、前記記憶装置に記憶された前記補正係数を利用して前記乗算を実行する請求項1又は2に記載のラジアル方向制御器。 - 前記記憶装置には、前記補正係数の初期値が記憶され、
前記係数乗算手段は、前記乗算に、前記回転体の浮上開始時には前記記憶装置に記憶された初期値を、前記回転体の浮上開始から所定の時間経過後は前記補正係数算出手段が算出した前記補正係数を、それぞれ利用する請求項3に記載のラジアル方向制御器。 - 前記DC成分抽出手段が実行する抽出及び、前記補正係数算出手段が実行する算出の少なくともいずれか一方の許可及び不許可を制御する許可手段を備え、
前記許可手段は、前記DC成分抽出手段が実行する抽出及び、前記補正係数算出手段が実行する算出を、前記回転体の浮上開始から所定の時間経過するまでは不許可し、前記所定の時間経過後は許可するように制御し、
前記係数乗算手段は、前記DC成分抽出手段が実行する抽出及び、前記補正係数算出手段が実行する算出が前記許可手段により許可されて以降は、前記補正係数算出手段が算出して前記記憶装置に記憶された補正係数を利用することにより、前記回転体の浮上開始から所定の時間経過後に前記補正係数算出手段が算出した前記補正係数の利用を実現する請求項4に記載のラジアル方向制御器。 - 電磁石により浮上させて回転体を支持する磁気軸受装置に適用されるラジアル方向制御器であって、
前記回転体の軸線のラジアル方向の変位を制御するためのラジアル制御回路と、
前記ラジアル制御回路に並列に接続され、不平衡剛性に関する信号を出力する不平衡消去回路と、
前記ラジアル制御回路が出力する信号及び、前記不平衡消去回路が出力する不平衡剛性に関する信号に基づいて、前記電磁石を制御するための電流値を出力する電流値指示手段と、
前記回転体の軸線の設置姿勢にそれぞれ応じた複数の補正係数を記憶する補正係数記憶手段と、
前記回転体の軸線の設置姿勢にそれぞれ対応する複数の補正係数のうちの特定の補正係数に他の補正係数と区別するための情報を付加する係数区別手段と、
前記特定の補正係数を記憶する特定係数記憶手段と、
前記特定係数記憶手段に記憶された前記特定の補正係数を前記不平衡消去回路が出力する信号に乗算する係数乗算手段と、を備えることを特徴とするラジアル方向制御器。 - 前記電流値指示手段が出力する電流値からDC成分を抽出するDC成分抽出手段と、
前記回転体の軸線の設置姿勢にそれぞれ対応する複数のDC成分の基準値を記憶する成分基準値記憶手段と、
前記複数の基準値のうちの特定の基準値に他の基準値と区別するための情報を付加する基準値区別手段と、
前記特定の基準値を記憶する特定基準値記憶手段と、
前記DC成分抽出手段が抽出したDC成分と前記特定基準値記憶手段に記憶された前記特定の基準値とを比較して、所定の条件を満たした場合に前記回転体を回転開始させないような制御信号を出力する比較手段と、を備えることを特徴とする請求項6に記載のラジアル方向制御器。 - 前記比較手段は、前記DC成分抽出手段が抽出したDC成分と前記特定の基準値とを比較した結果に、前記DC成分抽出手段が抽出したDC成分が前記特定の基準値を超えているという結果が含まれている場合に、前記所定の条件が満たされたとして前記制御信号を出力する請求項7に記載のラジアル方向制御器。
- 前記DC成分抽出手段として、カットオフ周波数が1Hz以下のローパスフィルタが利用されている請求項1〜8に記載のラジアル方向制御器。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のラジアル方向制御器を備えた磁気軸受装置。
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