JPH048911A - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- JPH048911A JPH048911A JP11041490A JP11041490A JPH048911A JP H048911 A JPH048911 A JP H048911A JP 11041490 A JP11041490 A JP 11041490A JP 11041490 A JP11041490 A JP 11041490A JP H048911 A JPH048911 A JP H048911A
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- Japan
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- rotating shaft
- signal
- circuit
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- electromagnet
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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
-
- 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
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- Electromagnetism (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は回転軸を非接触状態で保持する磁気軸受装置に
関する。
関する。
(従来の技術)
従来、この種の磁気軸受装置としては、例えば第4図に
示すようなものが供されている。即ち、1は回転軸であ
り、2a、、3a及び2b、3bはこの回転軸1を図示
の基準位置に非接触状態で保持するための電磁石である
。この場合、回転軸1の回転中心0で直交するX軸及び
Y軸を想定したとき、電磁石2g、3aはX軸上で回転
軸1を狭んで対向するように配置され、電磁石2b、3
bはY軸上で回転軸1を狭んで対向するように配置され
ている。4a、4bは変位センサであり、これらは夫々
X l1ll Y軸上に配置され、回転軸1の夫々の軸
方向の変位を検出するものである。5aはX軸方向の制
御を行う制御回路であり、これは次のように構成されて
いる。即ち、6aは回転軸1の基準位置を設定する位置
設定器であり、7aはこの位置設定器6a及び変位セン
サ4aから信号が与えられる位置偏差演算回路であり、
これらの信号に基づいて回転軸1の基準位置からの偏差
に相当する偏差信号を出力するものである。8aは位相
補償回路であり、これは位置偏差演算回路7aからの偏
差信号に基づいてP、I、D制御等の処理により位相補
償を行ない、これを、制御信号として電力増幅W9a、
10aを夫々介して電磁石2a、3gの励磁コイルII
JL、12aに与えるようになっている。なお、5bは
Y軸方向の制御を行う制御回路であり制御回路5aと全
く同様の構成となっており、変位センサ4bから出力さ
れる信号に基づいて制御信号を出力し、電磁石2b、3
bの励磁コイルllb、12bに与えるようになってい
る。
示すようなものが供されている。即ち、1は回転軸であ
り、2a、、3a及び2b、3bはこの回転軸1を図示
の基準位置に非接触状態で保持するための電磁石である
。この場合、回転軸1の回転中心0で直交するX軸及び
Y軸を想定したとき、電磁石2g、3aはX軸上で回転
軸1を狭んで対向するように配置され、電磁石2b、3
bはY軸上で回転軸1を狭んで対向するように配置され
ている。4a、4bは変位センサであり、これらは夫々
X l1ll Y軸上に配置され、回転軸1の夫々の軸
方向の変位を検出するものである。5aはX軸方向の制
御を行う制御回路であり、これは次のように構成されて
いる。即ち、6aは回転軸1の基準位置を設定する位置
設定器であり、7aはこの位置設定器6a及び変位セン
サ4aから信号が与えられる位置偏差演算回路であり、
これらの信号に基づいて回転軸1の基準位置からの偏差
に相当する偏差信号を出力するものである。8aは位相
補償回路であり、これは位置偏差演算回路7aからの偏
差信号に基づいてP、I、D制御等の処理により位相補
償を行ない、これを、制御信号として電力増幅W9a、
10aを夫々介して電磁石2a、3gの励磁コイルII
JL、12aに与えるようになっている。なお、5bは
Y軸方向の制御を行う制御回路であり制御回路5aと全
く同様の構成となっており、変位センサ4bから出力さ
れる信号に基づいて制御信号を出力し、電磁石2b、3
bの励磁コイルllb、12bに与えるようになってい
る。
このような構成により、回転軸1のX方向、Y方向の変
位に対して、変位センサ4a、4b及び制御回路5a、
5bは回転軸1を基準位置に修正すべく制御信号を電磁
石2a、3g、2b、3bの励磁コイルlla、12a
、llb、12bに与えるようになる。この結果、回転
軸1は非接触状態で基準位置に保持されるものである。
位に対して、変位センサ4a、4b及び制御回路5a、
5bは回転軸1を基準位置に修正すべく制御信号を電磁
石2a、3g、2b、3bの励磁コイルlla、12a
、llb、12bに与えるようになる。この結果、回転
軸1は非接触状態で基準位置に保持されるものである。
ところで、システムが動作していないときや回転軸に過
大な負荷が加わったときは、回転子は落下する。
大な負荷が加わったときは、回転子は落下する。
このとき回転子と固定子が直接接触して破損しないよう
に補助軸受を設定している。この補助軸受部分のギャッ
プを磁気軸受部分のギャップの約1/2に設定すること
により、落下時には補助軸受が先に接触するようにして
いる。
に補助軸受を設定している。この補助軸受部分のギャッ
プを磁気軸受部分のギャップの約1/2に設定すること
により、落下時には補助軸受が先に接触するようにして
いる。
高速回転中に回転子が落下すると大きな力が加わるので
、特殊な転がり軸受や滑り軸受が使用されている。
、特殊な転がり軸受や滑り軸受が使用されている。
(発明が解決しようとする課題)
このような構成の磁気軸受装置においては、高速回転中
に回転軸に過大な負荷が加わり、その大きさが制御可能
範囲を超えるときには、第3図(a)に示すように回転
軸1は補助軸受に落下し、補助軸受内周を振れ回りその
衝撃で軸受に損傷を与え、回転軸1は機械的バランスを
失う。さらに回転中に振動を発生させる原因となってし
まうという問題点があった。
に回転軸に過大な負荷が加わり、その大きさが制御可能
範囲を超えるときには、第3図(a)に示すように回転
軸1は補助軸受に落下し、補助軸受内周を振れ回りその
衝撃で軸受に損傷を与え、回転軸1は機械的バランスを
失う。さらに回転中に振動を発生させる原因となってし
まうという問題点があった。
この問題を解決するために、第5図に示すように過大な
負荷や地震などの外力により回転軸に異常振動が発生し
た際に、変位センサの出力に基づき電磁石への通電を停
止し、回転軸1に設けられたスラストディスク16が永
久磁石17により下方に吸収される。さらにこの吸引力
と重力により、回転軸1は下方に移動し、回転軸のデー
パ面18が対応する補助軸受のテーバ面19に圧接する
。
負荷や地震などの外力により回転軸に異常振動が発生し
た際に、変位センサの出力に基づき電磁石への通電を停
止し、回転軸1に設けられたスラストディスク16が永
久磁石17により下方に吸収される。さらにこの吸引力
と重力により、回転軸1は下方に移動し、回転軸のデー
パ面18が対応する補助軸受のテーバ面19に圧接する
。
これにより回転軸1と補助軸受20との間の隙間がなく
なり、回転軸1は補助軸受20に支持されて振れ回りを
発生することなく回転することができる(特開昭63−
190930号公報)。
なり、回転軸1は補助軸受20に支持されて振れ回りを
発生することなく回転することができる(特開昭63−
190930号公報)。
ところが、この手段では電磁石を停止した際にスラスト
ディスクを吸引する永久磁石や内輪にテーバ面を有する
転がり軸受、これに対応したテーバ面を有する回転軸が
必要となるという条件があった。
ディスクを吸引する永久磁石や内輪にテーバ面を有する
転がり軸受、これに対応したテーバ面を有する回転軸が
必要となるという条件があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その
目的は、わずかな制御回路の変更で高速回転中に回転軸
に過大な負荷が加わり異常振動が発生した際には、安定
した状態で補助軸受で支持する磁気軸受装置を提供する
にある。
目的は、わずかな制御回路の変更で高速回転中に回転軸
に過大な負荷が加わり異常振動が発生した際には、安定
した状態で補助軸受で支持する磁気軸受装置を提供する
にある。
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
本発明の磁気軸受装置は、回転軸を非接触状態で保持す
べく配置された一対の電磁石を備えたものにおいて、前
記回転軸の位置を検出する変位センサを設け、この変位
センサからの出力信号と前記回転軸の基準位置を設定す
る位置設定器の出力信号の偏差を検出する位置偏差演算
回路を設け、この位置偏差信号と設定値信号とを比較し
、運転中に過大な負荷が加わりこれによって制御不可能
になる前に回転軸を吸引するのに十分な直流信号をその
偏差に対応して出力する比較回路を設け、この直流信号
により電磁石を直流励磁し、制御不可能になり回転軸が
補助軸受に接触する前に片方の電磁石へ回転軸を吸引し
、補助軸受の一点で支持することにより回転軸の振れ回
りを防ぐように電磁石を制御する制御回路を設けて構成
したところに特徴を有する。
べく配置された一対の電磁石を備えたものにおいて、前
記回転軸の位置を検出する変位センサを設け、この変位
センサからの出力信号と前記回転軸の基準位置を設定す
る位置設定器の出力信号の偏差を検出する位置偏差演算
回路を設け、この位置偏差信号と設定値信号とを比較し
、運転中に過大な負荷が加わりこれによって制御不可能
になる前に回転軸を吸引するのに十分な直流信号をその
偏差に対応して出力する比較回路を設け、この直流信号
により電磁石を直流励磁し、制御不可能になり回転軸が
補助軸受に接触する前に片方の電磁石へ回転軸を吸引し
、補助軸受の一点で支持することにより回転軸の振れ回
りを防ぐように電磁石を制御する制御回路を設けて構成
したところに特徴を有する。
(作用)
本発明の磁気軸受装置によれば、高速運転中に過大な負
荷が加わったり地震などの外力により回転軸に異常振動
が発生した際に、回転軸の現在位置と基準位置との差に
対応した直流信号を出力し、この直流信号により電磁石
を直流励磁して回転軸を吸引する。これにより、回転軸
は補助軸受の一点で支持され、振れ回りを発生すること
なく安定して回転するようになる。
荷が加わったり地震などの外力により回転軸に異常振動
が発生した際に、回転軸の現在位置と基準位置との差に
対応した直流信号を出力し、この直流信号により電磁石
を直流励磁して回転軸を吸引する。これにより、回転軸
は補助軸受の一点で支持され、振れ回りを発生すること
なく安定して回転するようになる。
(実施例)
以下本発明をラジアル磁気軸受に適用した一実施例につ
いて第1図乃至第H←3図を参照しながら説明する。尚
、構造的構成については、第4図に示す従来例と同様で
ある。
いて第1図乃至第H←3図を参照しながら説明する。尚
、構造的構成については、第4図に示す従来例と同様で
ある。
図に於いて1はモータ等の回転軸であり、これは停止中
には図示しない補助軸受に支持されている。2g、3a
、2b、3bはこの回転軸1を図示した基準位置に非接
触状態で保持するための電磁石である。
には図示しない補助軸受に支持されている。2g、3a
、2b、3bはこの回転軸1を図示した基準位置に非接
触状態で保持するための電磁石である。
この場合、回転軸1の回転中心0で直交するX軸、Y軸
を想定したとき、電磁石’la、EatiX軸上で回転
軸lを挟んで対抗するように配置され、電磁石2b、3
bはY軸上で回転軸1を挟んで対向するように配置され
ている。4a、4bは変位センサであり、これらは、夫
々X軸、Y軸上に配置され、回転軸1の夫々のX軸、Y
軸方向への変位を検出し出力するものである。
を想定したとき、電磁石’la、EatiX軸上で回転
軸lを挟んで対抗するように配置され、電磁石2b、3
bはY軸上で回転軸1を挟んで対向するように配置され
ている。4a、4bは変位センサであり、これらは、夫
々X軸、Y軸上に配置され、回転軸1の夫々のX軸、Y
軸方向への変位を検出し出力するものである。
さて、次に、電気的構成について述べる。5J!。
5bは制御回路である。これらは夫々X軸、Y軸方向の
制御を行なうものであり、夫々同様の構成となっている
もので、以下、X軸、Y軸方向の制御系統について詳述
する。
制御を行なうものであり、夫々同様の構成となっている
もので、以下、X軸、Y軸方向の制御系統について詳述
する。
6aは回転軸1の基準位置を設定する位置設定器であり
基準位置信号Srを出力する。7aはこの位置設定器6
a及び変位センサ4aから信号が与えられる位置偏差演
算回路であり、基準位置信号Srと変位センサ出力信号
Sxに基づいて回転軸1の基準位置からの偏差に相当す
る偏差信号5r−5xを出力する。8aは位相補償回路
であり、位置偏差演算回路7aからの偏差記号5r−S
xに基づいてP、1.D制御等の処理により位相補償を
行う。13aは比較回路であり、位置偏差演算回路7a
の出力、即ち、基準位置信号S「と変位センサ出力信号
Sxの偏差の大きさが基準設定器14aから与えられる
設定値信号S、を超えたときに所定レベルLの直流信号
SDを出力する。
基準位置信号Srを出力する。7aはこの位置設定器6
a及び変位センサ4aから信号が与えられる位置偏差演
算回路であり、基準位置信号Srと変位センサ出力信号
Sxに基づいて回転軸1の基準位置からの偏差に相当す
る偏差信号5r−5xを出力する。8aは位相補償回路
であり、位置偏差演算回路7aからの偏差記号5r−S
xに基づいてP、1.D制御等の処理により位相補償を
行う。13aは比較回路であり、位置偏差演算回路7a
の出力、即ち、基準位置信号S「と変位センサ出力信号
Sxの偏差の大きさが基準設定器14aから与えられる
設定値信号S、を超えたときに所定レベルLの直流信号
SDを出力する。
9aは電力増幅器であり、変位センサ4a側の電磁石2
aの励磁コイルllaに、位相補償回路8aの出力信号
SPと比較回路13aの出力信号8つを加算したものを
増幅して与える。10aもまた電力増幅器ではあるが、
これは位相補償回路8aの出力信号SP’を増幅し、電
磁石3aの励磁コイル12aに与える。このとき、SP
とSPの絶対値は常に等しい。
aの励磁コイルllaに、位相補償回路8aの出力信号
SPと比較回路13aの出力信号8つを加算したものを
増幅して与える。10aもまた電力増幅器ではあるが、
これは位相補償回路8aの出力信号SP’を増幅し、電
磁石3aの励磁コイル12aに与える。このとき、SP
とSPの絶対値は常に等しい。
そして、Y軸方向の制御についても同様に、変位センサ
4bから与えられる信号に基づいて制御信号を出力し、
電磁石2b、3bの励磁コイル11b、12bに与える
ようになっている。
4bから与えられる信号に基づいて制御信号を出力し、
電磁石2b、3bの励磁コイル11b、12bに与える
ようになっている。
次に、本実施例の作用について第2図と第3図をも参照
しながら述べる。なお、作用についてもX軸方向及びY
軸方向の制御系統は全く同様に行なわれるので、以下、
X軸方向の制御系統のみについて述べる。
しながら述べる。なお、作用についてもX軸方向及びY
軸方向の制御系統は全く同様に行なわれるので、以下、
X軸方向の制御系統のみについて述べる。
第2図に示すように、定常状態では位置偏差演算回路7
aからの偏差信号5r−5xはほぼ零に等しく、比較回
路13aの出力信号SDは零となる。これにより、電力
増幅器9aとIC1gに与えられる信号5A−SP+S
Dとs、゛の絶対値は等しくなり、回転軸1は安定して
保持される。ところが高速回転中に過大な負荷が加わり
回転軸に異状振動が発生した際には、位置偏差演算回路
7aからの偏差信号5r−3xは増大する。このとき、
比較回路13gにおいては、第2図に示すように偏差信
号5r−Sxが設定値信号SLを超えると、回転軸を吸
引するのに十分なレベルLの直流信号SDを出力するよ
うになり、この信号sDは位相補償回路8aに加算され
るようになる。これにより、電力幅増器9a、10!l
に与えられる信号5A−SP+SDとSP’は前述の場
合とは異なり、電磁石2aに発生する吸引力は、比較回
路13aの出力信号SD分だけ加算されたものとなるの
で、回転軸1は第3図(b)に示すように電磁石2a側
へ吸引されるように制御される。このように、本実施例
では比較回路13gを設け、基準位置信号Srと変位セ
ンサ出力信号Sxの偏差の大きさが基準設定器14aか
らの設定値信号SLによる設定値を超えたときには、変
異センサ側の電磁石2aの励磁コイルllaへ与えられ
る信号は、位相補償回路8aの出力信号Spに所定レベ
ルLの信号SDを加算するようにした。これにより、回
転軸1を一方向に吸引させるべく大きな吸引力が与えら
れるようになり、従って、回転軸は振れ回りを発生する
ことなく安定して回転することができる。
aからの偏差信号5r−5xはほぼ零に等しく、比較回
路13aの出力信号SDは零となる。これにより、電力
増幅器9aとIC1gに与えられる信号5A−SP+S
Dとs、゛の絶対値は等しくなり、回転軸1は安定して
保持される。ところが高速回転中に過大な負荷が加わり
回転軸に異状振動が発生した際には、位置偏差演算回路
7aからの偏差信号5r−3xは増大する。このとき、
比較回路13gにおいては、第2図に示すように偏差信
号5r−Sxが設定値信号SLを超えると、回転軸を吸
引するのに十分なレベルLの直流信号SDを出力するよ
うになり、この信号sDは位相補償回路8aに加算され
るようになる。これにより、電力幅増器9a、10!l
に与えられる信号5A−SP+SDとSP’は前述の場
合とは異なり、電磁石2aに発生する吸引力は、比較回
路13aの出力信号SD分だけ加算されたものとなるの
で、回転軸1は第3図(b)に示すように電磁石2a側
へ吸引されるように制御される。このように、本実施例
では比較回路13gを設け、基準位置信号Srと変位セ
ンサ出力信号Sxの偏差の大きさが基準設定器14aか
らの設定値信号SLによる設定値を超えたときには、変
異センサ側の電磁石2aの励磁コイルllaへ与えられ
る信号は、位相補償回路8aの出力信号Spに所定レベ
ルLの信号SDを加算するようにした。これにより、回
転軸1を一方向に吸引させるべく大きな吸引力が与えら
れるようになり、従って、回転軸は振れ回りを発生する
ことなく安定して回転することができる。
なお、上記実施例はラジアル磁気軸受に適用しことは勿
論である。
論である。
[発明の効果]
本発明の磁気軸受装置によれば、次のような効果が得ら
れる。即ち、比較回路を設けて、これにより、回転軸が
大きく変位して変位センサの出力信号が設定値を超えた
場合には所定レベルの信号を出力し、これを位相補償回
路と片方の電力増幅器との間で加算するように与えて回
転軸を一方向へ吸引するようにした。これにより、従来
と異なり、わずかな回路の変更で回転軸に異常振動が発
生した際には、安定した状態で補助軸受で支持できるも
のである。
れる。即ち、比較回路を設けて、これにより、回転軸が
大きく変位して変位センサの出力信号が設定値を超えた
場合には所定レベルの信号を出力し、これを位相補償回
路と片方の電力増幅器との間で加算するように与えて回
転軸を一方向へ吸引するようにした。これにより、従来
と異なり、わずかな回路の変更で回転軸に異常振動が発
生した際には、安定した状態で補助軸受で支持できるも
のである。
第1図は本発明による磁気軸受装置の一実施例を示す全
体構造図、第2図、第3図は作用説明図であり、第4図
は従来例を示す第1図相当図であり、第5図は従来例を
示す構造図である。 1・・・回転軸。 2 a 、 2 b 、 3 a 、 3 b−−
−電磁石。 4a、4b・・・変位センサ。 5a、5b・・・制御回路。 7a・・・位置偏差演算回路。 13a・・・比較回路、 20・・・補助軸受。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 第71 第2図
体構造図、第2図、第3図は作用説明図であり、第4図
は従来例を示す第1図相当図であり、第5図は従来例を
示す構造図である。 1・・・回転軸。 2 a 、 2 b 、 3 a 、 3 b−−
−電磁石。 4a、4b・・・変位センサ。 5a、5b・・・制御回路。 7a・・・位置偏差演算回路。 13a・・・比較回路、 20・・・補助軸受。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 第71 第2図
Claims (1)
- 回転軸を非接触状態で保持すべく配置された一対の電磁
石を備えたものにおいて、前記回転軸の位置を検出する
変位センサと、この変位センサからの出力信号と前記回
転軸の基準位置を設定する位置設定器の出力信号との差
を検出する位置偏差演算回路と、この位置偏差信号と設
定値信号とを比較し運転中に過大な負荷が加わり、これ
により制御不可能になる前に制御信号をしゃ断する大き
さの直流信号をその偏差に対応して出力する比較回路と
、この直流信号により電磁石を直流励磁し制御不可能に
なり回転軸が補助軸受に接触する前に片方の電磁石へ回
転軸を吸引し補助軸受の一点で支持することにより回転
軸の振れ回りを防ぐように電磁石を制御する制御回路と
を具備してなる磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11041490A JPH048911A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11041490A JPH048911A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 磁気軸受装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH048911A true JPH048911A (ja) | 1992-01-13 |
Family
ID=14535177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11041490A Pending JPH048911A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 磁気軸受装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH048911A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5491396A (en) * | 1993-05-18 | 1996-02-13 | Hitachi, Ltd. | Magnetic bearing apparatus and rotating machine having such an apparatus |
EP0982836A2 (de) * | 1998-08-24 | 2000-03-01 | Sulzer Electronics AG | Verfahren und Sensoranordnung zum Bestimmen der radialen Position eienes permanentmagnetischen Rotors |
US6249067B1 (en) | 1998-08-24 | 2001-06-19 | Sulzer Electronics Ag | Method and sensor arrangement for the determination of the radial position of a permanent magnetic rotor |
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