JPH056419Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は磁気軸受装置の異常検出回路に関
し、特に、ラジアル方向に対しては永久磁石のよ
うな受動型の磁気軸受を用い、スラスト方向に対
しては制御型の能動型の磁気軸受を用いて１軸制
御のみを行なうような磁気軸受装置において、異
常振動などを検出するような異常検出回路に関す
る。[Detailed description of the invention] [Industrial field of application] This invention relates to an abnormality detection circuit for a magnetic bearing device. In particular, it uses a passive magnetic bearing such as a permanent magnet in the radial direction, and a passive magnetic bearing such as a permanent magnet in the thrust direction. The present invention relates to an abnormality detection circuit that detects abnormal vibrations in a magnetic bearing device that performs only one-axis control using a controlled active magnetic bearing.

［従来の技術および考案が解決しようとする課
題］ 磁気軸受装置に何らかの異常が生じた場合、速
やかにモータを停止させ、破損の拡大を防止する
必要がある。[Problems to be solved by conventional techniques and inventions] When any abnormality occurs in the magnetic bearing device, it is necessary to promptly stop the motor to prevent the damage from spreading.

一方、最近では、製造コストを低減するため
に、外乱の少ない用途への磁気軸受装置は、５軸
制御よりも制御軸数の少ない３軸制御、１軸制御
が用いられようとしている。ところが、５軸制御
型、３軸制御型、１軸制御型にかかわらず、異常
が生じたときのロータの振動はすべての方向に生
ずる。５軸制御の場合には、各方向に位置検出器
が設けられているため、それぞれの位置検出器に
より全方向におけるロータの振動の検出が可能で
ある。しかしながら、１軸制御の場合、位置検出
器によつて検出されるのは軸方向のみであり、軸
方向に生ずる異常は検出できても、他の運動方向
に生ずる異常の検出をすることができない。この
ため、通常軸方向の位置検出器以外に他の方向の
ロータの運動を検出するために、位置検出器を追
加したり、装置全体の振動を検出するための振動
センサを用いる必要があつた。 On the other hand, recently, in order to reduce manufacturing costs, three-axis control and one-axis control, which have a smaller number of control axes than five-axis control, are being used in magnetic bearing devices for applications with less disturbance. However, regardless of whether it is a 5-axis control type, a 3-axis control type, or a 1-axis control type, when an abnormality occurs, the rotor vibrates in all directions. In the case of five-axis control, since position detectors are provided in each direction, it is possible to detect vibrations of the rotor in all directions using each position detector. However, in the case of single-axis control, the position detector detects only the axial direction, and although it can detect abnormalities that occur in the axial direction, it cannot detect abnormalities that occur in other movement directions. . Therefore, in addition to the normal axial position detector, it was necessary to add a position detector to detect rotor motion in other directions, or to use a vibration sensor to detect vibrations of the entire device. .

それゆえに、この考案の主たる目的は、軸方向
の位置を検出する位置検出器の出力に基づいて、
ロータの軸方向の変位のみならずラジアル方向の
振動も検出し得て、異常を検出し得る磁気軸受装
置の異常検出回路を提供することである。 Therefore, the main purpose of this invention is to detect the axial position based on the output of the position detector.
It is an object of the present invention to provide an abnormality detection circuit for a magnetic bearing device that can detect not only axial displacement of a rotor but also radial vibration and detect abnormalities.

［課題を解決するための手段］ この考案は非制御なラジアル磁気軸受と、ロー
タと制御用ステータを含んで第２の非制御なラジ
アル磁気軸受の機能を有し、軸方向磁気力と釣合
うように前記制御用ステータが制御される制御式
磁気軸受と、軸方向の位置を検出する位置検出器
と、軸がラジアル方向に変位を生じたとき、制御
用ステータとロータの対向面間の〓間を小さくす
る方向に、制御用磁気軸受が制御されるように、
少なくともその中心と周縁の高さが異なるような
形状に形成され、位置検出器に対向するように軸
の一端に取付けられる位置センサターゲツトとを
含む１軸制御型の磁気軸受装置において、位置検
出器の出力に現われるロータの軸方向位置とラジ
アル方向の振動をそれぞれ判別し、ラジアル方向
および軸方向の振動振幅がそれぞれの方向の振動
許容値を予め定める時間以上越えたとき、異常で
あることを判別する異常判別手段を備えて構成さ
れる。[Means for Solving the Problems] This invention has the functions of an uncontrolled radial magnetic bearing and a second uncontrolled radial magnetic bearing including a rotor and a controlling stator to balance the axial magnetic force. A control type magnetic bearing for controlling the control stator, a position detector for detecting the position in the axial direction, and a position detector for detecting the position of the control stator in the radial direction. so that the control magnetic bearing is controlled in the direction of reducing the gap between
In a single-axis control type magnetic bearing device including a position sensor target formed in a shape with at least a center and a peripheral edge having different heights and mounted on one end of the shaft so as to face the position sensor, the position sensor The rotor's axial position and radial vibration that appear in the output are determined separately, and an abnormality is determined when the vibration amplitude in the radial and axial directions exceeds the vibration tolerance in each direction for a predetermined period of time or more. The system is configured to include an abnormality determination means.

［作用］ この考案にかかる磁気軸受装置の異常検出回路
は、位置検出器のターゲツト形状をテーパ状ある
いは曲面形状にすることにより、その出力にはロ
ータの軸方位変位のみならずラジアル方向の振動
も含まれており、ラジアル方向および軸方向の振
動振幅がそれぞれの振動許容値を予め定める時間
以上越えたとき、異常であることを判別する。[Function] The abnormality detection circuit for the magnetic bearing device according to this invention has a tapered or curved target shape for the position detector, so that its output includes not only the axial displacement of the rotor but also the radial vibration. When the vibration amplitudes in the radial direction and the axial direction exceed their respective vibration tolerance values for a predetermined period of time or more, it is determined that there is an abnormality.

［考案の実施例］ 第１図はこの考案の一実施例の概略ブロツク図
であり、第２図はこの考案の一実施例が適用され
る磁気軸受装置の断面図である。[Embodiment of the invention] Fig. 1 is a schematic block diagram of an embodiment of this invention, and Fig. 2 is a sectional view of a magnetic bearing device to which an embodiment of this invention is applied.

まず、第２図を参照して、磁気軸受装置の構成
について説明する。ハウジング１内には、その中
心に位置するように回転軸２が設けられる。回転
軸２の一端側には非制御なラジアル磁気軸受３が
設けられる。すなわち、ラジアル磁気軸受３はハ
ウジング１の内部に取付けられた固定側の磁極４
と永久磁石５と回転軸２に取付けられた磁極６と
から構成される。磁極４と６のそれぞれの対向す
る面には同心円状の溝７，８が形成されている。
そして、永久磁石５による磁束によつて磁極４と
６が軸方向に吸引される。 First, the configuration of the magnetic bearing device will be explained with reference to FIG. A rotating shaft 2 is provided within the housing 1 so as to be located at the center thereof. An uncontrolled radial magnetic bearing 3 is provided at one end of the rotating shaft 2 . That is, the radial magnetic bearing 3 has a fixed side magnetic pole 4 installed inside the housing 1.
, a permanent magnet 5, and a magnetic pole 6 attached to the rotating shaft 2. Concentric grooves 7 and 8 are formed on opposing surfaces of the magnetic poles 4 and 6, respectively.
The magnetic flux generated by the permanent magnet 5 attracts the magnetic poles 4 and 6 in the axial direction.

回転軸２のほぼ中央にはモータ９が設けられ、
このモータ９の回転駆動力によつて回転軸２が回
転する。回転軸２の他端側には制御式のスラスト
磁気軸受１０が設けられる。すなわち、回転軸２
の他端には、回転側の磁極１１が設けられ、ハウ
ジング１の底部側には固定側の磁極１２が設けら
れる。磁極１２には励磁巻線１５が巻回されてい
る。磁極１１，１２の対向する面には同心円状の
溝１３，１４が形成されている。そして、非制御
なラジアル磁気軸受３の軸方向への吸引力に釣合
うように励磁巻線１５が励磁される。 A motor 9 is provided approximately at the center of the rotating shaft 2,
The rotating shaft 2 is rotated by the rotational driving force of the motor 9. A control type thrust magnetic bearing 10 is provided on the other end side of the rotating shaft 2. That is, the rotating shaft 2
A rotating magnetic pole 11 is provided at the other end, and a stationary magnetic pole 12 is provided at the bottom of the housing 1 . An excitation winding 15 is wound around the magnetic pole 12 . Concentric grooves 13 and 14 are formed on opposing surfaces of the magnetic poles 11 and 12. Then, the excitation winding 15 is excited so as to balance the axial attraction force of the uncontrolled radial magnetic bearing 3.

回転軸２の他端には中心から周縁に向かつてテ
ーパ状となるように形成された位置センサターゲ
ツト１６が取付けられている。なお、位置センサ
ターゲツト１６は曲面となるように形成してもよ
い。この位置センサターゲツト１６に対向するよ
うに、ハウジング１の底部には位置検出センサ１
７が取付けられ、この位置検出センサ１７の出力
は制御回路２０に与えられる。制御回路２０は位
置検出センサ１７の検出出力に基づいて励磁巻線
１５を励磁するものである。 A position sensor target 16 is attached to the other end of the rotating shaft 2 and is tapered from the center toward the periphery. Note that the position sensor target 16 may be formed to have a curved surface. A position detection sensor 1 is provided at the bottom of the housing 1 so as to face the position sensor target 16.
7 is attached, and the output of this position detection sensor 17 is given to a control circuit 20. The control circuit 20 excites the excitation winding 15 based on the detection output of the position detection sensor 17.

ところで、第２図に示した磁気軸受装置は、位
置センサターゲツト１６側における軸受内径と回
転軸２の外径の間にタツチダウン〓間と呼ばれる
0.3mm程度の〓間があり、正常に動作している場
合にはこの部分には接触を生じていない。 By the way, in the magnetic bearing device shown in FIG.
There is a gap of about 0.3mm, and when operating normally, there is no contact at this part.

ところが、制御が異常の場合あるいは非制御状
態においては、回転軸２はタツチダウン〓間内で
移動可能である。位置センサターゲツト１６は先
端がテーパ状に形成されており、この角度により
タツチダウン〓間内の最大移動が生じたときの位
置検出センサ１７の出力は、スラスト方向に±最
大の場合と、ラジアル方向に±最大の場合とでそ
れぞれの値が異なる。また、ラジアル方向のみが
不安定となり振動が生じたときには、回転軸２の
回転に同期して位置検出センサ１７の出力が生じ
るため、交流成分しか発生しない。すなわち、回
転軸２の軸方向の制御異常が生じた場合、位置検
出センサ１７の出力は軸方向にタツチダウン〓間
内の移動可能な両極大値の値を示すかあるいは高
周波振動を伴なう。また、軸方向には正常であつ
ても、ラジアル方向に異常が生ずると、高周波振
動の出力を発生する。 However, when the control is abnormal or in a non-controlled state, the rotating shaft 2 can move within the touch-down range. The tip of the position sensor target 16 is formed into a tapered shape, and the output of the position detection sensor 17 when the maximum movement within the touch-down period occurs due to this angle is the ± maximum in the thrust direction and the output in the radial direction. Each value is different depending on the ±maximum case. Further, when only the radial direction becomes unstable and vibration occurs, the output of the position detection sensor 17 is generated in synchronization with the rotation of the rotary shaft 2, so that only an alternating current component is generated. That is, when a control abnormality occurs in the axial direction of the rotating shaft 2, the output of the position detection sensor 17 exhibits a movable maximum value within the touch-down range in the axial direction, or is accompanied by high-frequency vibration. Further, even if the shaft is normal in the axial direction, if an abnormality occurs in the radial direction, a high frequency vibration output is generated.

そこで、この考案の一実施例では、位置検出セ
ンサ１７の出力に基づいて、軸方向の移動がタツ
チダウン〓間の上下許容値を越えたときあるいは
ラジアル方向の振動振幅許容値を越えたと判断し
たとき異常であると判別する。このため、異常検
出回路は第１図に示すように構成される。すなわ
ち、第２図に示した位置検出センサ１７の出力信
号はコンパレータ２１，２２にそれぞれ入力され
るとともに、ハイパスフイルタ２３を介してコン
パレータ２４に与えられる。 Therefore, in one embodiment of this invention, when it is determined based on the output of the position detection sensor 17 that the movement in the axial direction exceeds the vertical tolerance between touch-downs or exceeds the vibration amplitude tolerance in the radial direction. It is determined that there is an abnormality. For this reason, the abnormality detection circuit is configured as shown in FIG. That is, the output signal of the position detection sensor 17 shown in FIG.

コンパレータ２１は軸方向の移動がタツチダウ
ン〓間の上側許容値を越えたと判断するためのも
のであり、タツチダウン〓間の上側の許容値に対
応した基準信号が図示しない基準入力端に与えら
れている。また、コンパレータ２２は軸方向の移
動をタツチダウン〓間の下側許容値を越えたこと
を判断するものであつて、下側許容値に相当する
基準信号が与えられている。さらに、コンパレー
タ２４はラジアル方向の振動振幅許容値を越えた
ことを判断するためのものであり、ラジアル方向
の振動振幅許容値に対応した基準信号が与えられ
ている。これらのコンパレータ２１，２２および
２４の出力はORゲート２５を介してローパスフ
イルタ２６に与えられる。ローパスフイルタ２６
はコンパレータ２１，２２および２４のいずれか
の出力を積分するものである。すなわち、コンパ
レータ２１，２２および２４のいずれかが異常で
あることを判別すると、ローパスフイルタ２６の
出力が大きくなる。ローパスフイルタ２６の出力
はコンパレータ２７に与えられる。コンパレータ
２７はローパスフイルタ２６の出力に基づいて、
異常の発生している時間を判別する。すなわち、
コンパレータ２７は各方向に生じた異常状態が定
められた時間以上継続しているときに異常信号を
出力する。 The comparator 21 is for determining that the movement in the axial direction exceeds the upper tolerance value between touch-downs, and a reference signal corresponding to the upper tolerance value between touch-downs is applied to a reference input terminal (not shown). . The comparator 22 determines whether the axial movement has exceeded the lower allowable value between touch-downs, and is supplied with a reference signal corresponding to the lower allowable value. Furthermore, the comparator 24 is for determining whether the radial direction vibration amplitude tolerance has been exceeded, and is provided with a reference signal corresponding to the radial direction vibration amplitude tolerance. The outputs of these comparators 21, 22 and 24 are applied to a low pass filter 26 via an OR gate 25. low pass filter 26
integrates the output of one of the comparators 21, 22 and 24. That is, when it is determined that one of the comparators 21, 22, and 24 is abnormal, the output of the low-pass filter 26 increases. The output of the low pass filter 26 is given to a comparator 27. Based on the output of the low-pass filter 26, the comparator 27
Determine the time when the abnormality occurs. That is,
The comparator 27 outputs an abnormality signal when an abnormal state occurring in each direction continues for a predetermined period of time or more.

［考案の効果］ 以上のように、この考案によれば、位置検出器
の出力に現われるロータの軸方向位置とラジアル
方向の振動をそれぞれ判別し、ラジアル方向およ
び軸方向の振動がそれぞれの振動許容値を予め定
める時間以上生じたとき、異常であることを判別
するようにしたので、１つの位置検出器を設ける
だけで磁気軸受装置の異常を検出することができ
る。[Effects of the invention] As described above, according to this invention, the axial position and radial vibration of the rotor appearing in the output of the position detector are respectively determined, and the radial and axial vibrations are determined according to their respective vibration tolerances. Since it is determined that there is an abnormality when the value occurs for a predetermined time or longer, it is possible to detect an abnormality in the magnetic bearing device by simply providing one position detector.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図はこの考案の一実施例の概略ブロツク図
である。第２図はこの考案が適用される磁気軸受
装置の断面図である。 図において、１はハウジング、２は回転軸、３
は非制御のラジアル磁気軸受、４，６，１１，１
２は磁極、５は永久磁石、９はモータ、１０は制
御式のスラスト磁気軸受、１５は励磁巻線、１６
は位置センサターゲツト、１７は位置検出セン
サ、２０は制御回路、２１，２２，２４，２７は
コンパレータ、２３はハイパスフイルタ、２５は
ORゲート、２６はローパスフイルタを示す。 FIG. 1 is a schematic block diagram of an embodiment of this invention. FIG. 2 is a sectional view of a magnetic bearing device to which this invention is applied. In the figure, 1 is a housing, 2 is a rotating shaft, and 3 is a housing.
is an uncontrolled radial magnetic bearing, 4,6,11,1
2 is a magnetic pole, 5 is a permanent magnet, 9 is a motor, 10 is a controlled thrust magnetic bearing, 15 is an excitation winding, 16
is a position sensor target, 17 is a position detection sensor, 20 is a control circuit, 21, 22, 24, 27 are comparators, 23 is a high pass filter, 25 is a
OR gate 26 indicates a low pass filter.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 非制御なラジアル磁気軸受と、ロータと制御用
ステータを含んで第２の非制御なラジアル磁気軸
受の機能を有し、軸方向磁気力と釣合うように前
記制御用ステータが制御される制御式磁気軸受
と、 軸方向の位置を検出する位置検出器と、 前記軸がラジアル方向に変位を生じたとき、前
記制御用ステータと前記ロータの対向面間の〓間
を小さくする方向に、前記制御用磁気軸受が制御
されるように、少なくともその中心と周縁の高さ
が異なるような形状に形成され、前記位置検出器
に対向するように前記軸の一端に取付けられる位
置センサターゲツトとを含む１軸制御型の磁気軸
受装置の異常検出回路であつて、 前記位置検出器の出力に現われる前記ロータの
軸方向位置とラジアル方向の振動をそれぞれ判別
し、前記ラジアル方向および軸方向の振動振幅が
それぞれの方向の振動許容値を予め定める時間以
上越えたとき、異常であることを判別する異常判
別手段を備えた、磁気軸受装置の異常検出回路。[Claims for Utility Model Registration] It has the functions of an uncontrolled radial magnetic bearing and a second uncontrolled radial magnetic bearing including a rotor and a controlling stator, and has the function of a second uncontrolled radial magnetic bearing including a rotor and a controlling stator, and has the function of a second uncontrolled radial magnetic bearing, which is controlled so as to balance the axial magnetic force. a controlled magnetic bearing for controlling a stator for control; a position detector for detecting a position in an axial direction; and a position detector for detecting a position in an axial direction; In order to control the control magnetic bearing in the direction of decreasing An abnormality detection circuit for a single-axis control type magnetic bearing device including a position sensor target, which determines the axial position and radial vibration of the rotor appearing in the output of the position detector, and detects the radial direction. and an abnormality detection circuit for a magnetic bearing device, comprising an abnormality determining means for determining an abnormality when the vibration amplitude in the axial direction exceeds a vibration tolerance value in each direction for a predetermined time period or more.