JPH0925934A - 磁気軸受制御装置 - Google Patents
磁気軸受制御装置Info
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- JPH0925934A JPH0925934A JP17630395A JP17630395A JPH0925934A JP H0925934 A JPH0925934 A JP H0925934A JP 17630395 A JP17630395 A JP 17630395A JP 17630395 A JP17630395 A JP 17630395A JP H0925934 A JPH0925934 A JP H0925934A
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- iron core
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- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転軸の安定制御が容易で、負ばねが発生せ
ず、発熱の少ない磁気軸受制御装置を提供する。 【解決手段】 回転軸の周りに電磁石１を配し、この電
磁石１の巻線３に増幅器６を接続し、この増幅器６に上
記回転軸の変位を検出した信号を入力し、この入力信号
に比例した電流が上記巻線３に流れるようにした磁気軸
受制御装置において、上記電磁石１の鉄心２中に磁束を
検出するホール素子１１を埋め込み、このホール素子１
１が検出した信号を上記増幅器６に帰還する。
ず、発熱の少ない磁気軸受制御装置を提供する。 【解決手段】 回転軸の周りに電磁石１を配し、この電
磁石１の巻線３に増幅器６を接続し、この増幅器６に上
記回転軸の変位を検出した信号を入力し、この入力信号
に比例した電流が上記巻線３に流れるようにした磁気軸
受制御装置において、上記電磁石１の鉄心２中に磁束を
検出するホール素子１１を埋め込み、このホール素子１
１が検出した信号を上記増幅器６に帰還する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸を磁束で軸
承する磁気軸受に係り、特に、回転軸の安定制御が容易
で、負ばねが発生せず、発熱の少ない磁気軸受制御装置
に関するものである。
承する磁気軸受に係り、特に、回転軸の安定制御が容易
で、負ばねが発生せず、発熱の少ない磁気軸受制御装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ラジアル軸受等に用いられる磁気軸受
は、回転軸を磁束で軸承するものであり、このために、
図４に示されるように、回転軸４１の周りに電磁石４２
を配してなる。回転軸と電磁石との間にはエアギャップ
４３が形成される。図５に示されるように、電磁石の巻
線５１には、コントローラ５２及びパワーアンプ５３か
らなる増幅器５４が接続される。この増幅器５４には、
エアギャップ４３が適正である位置からの回転軸４１の
変位を検出した信号を入力し、この入力信号に比例した
電流が巻線５１に流れるようになっている。電磁石４２
が回転軸４１に及ぼす電磁力により、回転軸４１が適正
位置に安定するように制御される。
は、回転軸を磁束で軸承するものであり、このために、
図４に示されるように、回転軸４１の周りに電磁石４２
を配してなる。回転軸と電磁石との間にはエアギャップ
４３が形成される。図５に示されるように、電磁石の巻
線５１には、コントローラ５２及びパワーアンプ５３か
らなる増幅器５４が接続される。この増幅器５４には、
エアギャップ４３が適正である位置からの回転軸４１の
変位を検出した信号を入力し、この入力信号に比例した
電流が巻線５１に流れるようになっている。電磁石４２
が回転軸４１に及ぼす電磁力により、回転軸４１が適正
位置に安定するように制御される。
【０００３】上記磁気軸受制御にはサーボ制御が用いら
れる。即ち、巻線に電流検出器を接続し、実際に巻線に
流れる電流を検出して増幅器に帰還する。または、電磁
石の鉄心に磁束検出用の補助コイルを付加し、この補助
コイルの起電力を検出して増幅器に帰還する。前者は、
帰還量が巻線電流であるから電流フィードバックと呼
び、後者は帰還量が磁束を表す量であるから磁束フィー
ドバックと呼ぶ。特公昭６１−３７６４３号のように、
低周波では電流フィードバック、高周波では磁束フィー
ドバックとしたものもある。
れる。即ち、巻線に電流検出器を接続し、実際に巻線に
流れる電流を検出して増幅器に帰還する。または、電磁
石の鉄心に磁束検出用の補助コイルを付加し、この補助
コイルの起電力を検出して増幅器に帰還する。前者は、
帰還量が巻線電流であるから電流フィードバックと呼
び、後者は帰還量が磁束を表す量であるから磁束フィー
ドバックと呼ぶ。特公昭６１−３７６４３号のように、
低周波では電流フィードバック、高周波では磁束フィー
ドバックとしたものもある。
【０００４】磁気軸受の電磁石は、例えば図４に示され
るように、４つの電磁石４２のそれぞれの磁極が回転軸
４１の周囲を取り巻くように配置される。そして、各電
磁石の巻線に印加される駆動電流は、増幅器のパワーア
ンプをＡ級動作させるか、Ｂ級動作させるかにより、図
８または図９のようになる。Ａ級動作の場合、図８に示
されるように、直流バイアス６１に制御成分を重畳した
ものである（信号６２）。回転軸を挟んで対向する電磁
石の巻線には同じ直流バイアス６１に逆相の制御成分を
重畳したものが印加される（信号６３）。Ａ級動作を用
いることにより、印加される駆動電流と発生する磁気力
との間の線形化が可能となり、このことは精密制御に向
いている。この例では、信号６２で示される正相電流の
振幅が信号６３で示される逆相直流の振幅に比べて大き
いので、正相電流が流れている電磁石４２の方向へ回転
軸４１を動かそうとする動作が生じる。バイアス６１と
しては、例えば、入力信号が正弦波であるとき、その正
弦波信号が負となる位相でも駆動電流がマイナスになら
ないように設定される。これは、磁気軸受が電磁石の吸
引力を利用しており、電磁石の性質から駆動電流がマイ
ナスであっても吸引力が働いてしまうので、駆動電流が
マイナスになると回転軸を適正位置に精密に安定させら
れないからである。Ｂ級動作の場合、図９に示されるよ
うに、直流バイアス６１はゼロであり、信号６２，６３
はそれぞれプラスのみである。磁気力は駆動電流の自乗
特性の影響を受け非線形となる。この場合、精度が落ち
るものの回転軸４１を中立位置に保つ機能は得られる。
るように、４つの電磁石４２のそれぞれの磁極が回転軸
４１の周囲を取り巻くように配置される。そして、各電
磁石の巻線に印加される駆動電流は、増幅器のパワーア
ンプをＡ級動作させるか、Ｂ級動作させるかにより、図
８または図９のようになる。Ａ級動作の場合、図８に示
されるように、直流バイアス６１に制御成分を重畳した
ものである（信号６２）。回転軸を挟んで対向する電磁
石の巻線には同じ直流バイアス６１に逆相の制御成分を
重畳したものが印加される（信号６３）。Ａ級動作を用
いることにより、印加される駆動電流と発生する磁気力
との間の線形化が可能となり、このことは精密制御に向
いている。この例では、信号６２で示される正相電流の
振幅が信号６３で示される逆相直流の振幅に比べて大き
いので、正相電流が流れている電磁石４２の方向へ回転
軸４１を動かそうとする動作が生じる。バイアス６１と
しては、例えば、入力信号が正弦波であるとき、その正
弦波信号が負となる位相でも駆動電流がマイナスになら
ないように設定される。これは、磁気軸受が電磁石の吸
引力を利用しており、電磁石の性質から駆動電流がマイ
ナスであっても吸引力が働いてしまうので、駆動電流が
マイナスになると回転軸を適正位置に精密に安定させら
れないからである。Ｂ級動作の場合、図９に示されるよ
うに、直流バイアス６１はゼロであり、信号６２，６３
はそれぞれプラスのみである。磁気力は駆動電流の自乗
特性の影響を受け非線形となる。この場合、精度が落ち
るものの回転軸４１を中立位置に保つ機能は得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】磁気軸受において、電
磁石が発生する電磁力は、巻線電流の自乗に比例し、か
つエアギャップの自乗に反比例する。この反比例特性は
負バネを生む。即ち、変位がちょっと大きくなると電磁
力が著しく小さくなり、変位を小さくするための力がま
すます得られなくなる。従って、従来の電流フィードバ
ックを用いたものは、回転軸の安定制御が非常に困難で
ある。
磁石が発生する電磁力は、巻線電流の自乗に比例し、か
つエアギャップの自乗に反比例する。この反比例特性は
負バネを生む。即ち、変位がちょっと大きくなると電磁
力が著しく小さくなり、変位を小さくするための力がま
すます得られなくなる。従って、従来の電流フィードバ
ックを用いたものは、回転軸の安定制御が非常に困難で
ある。
【０００６】磁束フィードバックを併用したものでも、
低周波では電流フィードバックであるから負バネ発生が
避けられない。
低周波では電流フィードバックであるから負バネ発生が
避けられない。
【０００７】また、電磁石の磁界により回転軸には渦電
流が流れ、回転軸は発熱する。従来の磁気軸受は、Ａ級
動作の場合、各巻線に直流バイアスが印加されているた
め、いつも渦電流が流れる可能性があり、発熱が激しい
という問題がある。かといってＢ級動作では精度が落ち
るという問題がある。
流が流れ、回転軸は発熱する。従来の磁気軸受は、Ａ級
動作の場合、各巻線に直流バイアスが印加されているた
め、いつも渦電流が流れる可能性があり、発熱が激しい
という問題がある。かといってＢ級動作では精度が落ち
るという問題がある。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、回転軸の安定制御が容易で、負ばねが発生せず、発
熱の少ない磁気軸受制御装置を提供することにある。
し、回転軸の安定制御が容易で、負ばねが発生せず、発
熱の少ない磁気軸受制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、回転軸の周りに電磁石を配し、この電磁石
の巻線に増幅器を接続し、この増幅器に上記回転軸の変
位を検出した信号を入力し、この入力信号に比例した電
流が上記巻線に流れるようにした磁気軸受制御装置にお
いて、上記電磁石の鉄心中に磁束を検出するホール素子
を埋め込み、このホール素子が検出した信号を上記増幅
器に帰還するものである。
に本発明は、回転軸の周りに電磁石を配し、この電磁石
の巻線に増幅器を接続し、この増幅器に上記回転軸の変
位を検出した信号を入力し、この入力信号に比例した電
流が上記巻線に流れるようにした磁気軸受制御装置にお
いて、上記電磁石の鉄心中に磁束を検出するホール素子
を埋め込み、このホール素子が検出した信号を上記増幅
器に帰還するものである。
【００１０】上記ホール素子は上記電磁石の鉄心を一部
切り欠いて形成した溝に埋め込み、予めこの溝への漏れ
磁束と鉄心全体の磁束との関係を求めておき、この関係
を用い、上記ホール素子で検出した漏れ磁束から鉄心全
体の磁束を推定してもよい。
切り欠いて形成した溝に埋め込み、予めこの溝への漏れ
磁束と鉄心全体の磁束との関係を求めておき、この関係
を用い、上記ホール素子で検出した漏れ磁束から鉄心全
体の磁束を推定してもよい。
【００１１】上記ホール素子は上記電磁石の鉄心の内部
に設けた空隙に埋め込み、予めこの空隙への漏れ磁束と
鉄心全体の磁束との関係を求めておき、この関係を用
い、上記ホール素子で検出した漏れ磁束から鉄心全体の
磁束を推定してもよい。
に設けた空隙に埋め込み、予めこの空隙への漏れ磁束と
鉄心全体の磁束との関係を求めておき、この関係を用
い、上記ホール素子で検出した漏れ磁束から鉄心全体の
磁束を推定してもよい。
【００１２】上記電磁石は上記回転軸を挟んで対向させ
て配置され、該対向する電磁石に埋め込まれたホール素
子によりブリッジが組まれ、上記増幅器はこのブリッジ
の出力信号の正負に応じ、該出力信号が正の位相のとき
片方の巻線のみに電流を流し、該出力信号が負の位相の
とき反対の巻線のみに電流を流してもよい。
て配置され、該対向する電磁石に埋め込まれたホール素
子によりブリッジが組まれ、上記増幅器はこのブリッジ
の出力信号の正負に応じ、該出力信号が正の位相のとき
片方の巻線のみに電流を流し、該出力信号が負の位相の
とき反対の巻線のみに電流を流してもよい。
【００１３】上記ホール素子の代わりに磁気抵抗素子を
用いてもよい。
用いてもよい。
【００１４】電磁石が発生する電磁力は磁束の自乗に比
例するから、磁束フィードバックを用いれば負バネは発
生しない。しかし、補助コイルの起電力によって磁束を
検出すると、低周波、とりわけ直流の検出が困難であ
る。このため従来は低周波での電流フィードバックの併
用が必要であった。磁束の検出にホール素子等を用い磁
束フィードバックを行えば理想的であることが前記公知
例に記載されているが、ホール素子をエアギャップ内に
置くことには破損等の問題があり実現不可能とされてい
た。
例するから、磁束フィードバックを用いれば負バネは発
生しない。しかし、補助コイルの起電力によって磁束を
検出すると、低周波、とりわけ直流の検出が困難であ
る。このため従来は低周波での電流フィードバックの併
用が必要であった。磁束の検出にホール素子等を用い磁
束フィードバックを行えば理想的であることが前記公知
例に記載されているが、ホール素子をエアギャップ内に
置くことには破損等の問題があり実現不可能とされてい
た。
【００１５】上記本発明の構成により、電磁石の鉄心中
にホール素子を埋め込んだので、直流を含む全周波数域
での磁束フィードバックが可能となった。即ち、ホール
素子は直流から交流まで、全周波数域に亘って磁束の検
出が可能である。よってホール素子が検出した信号を増
幅器に帰還することで、入力信号に応じた電流を流すの
ではなく、入力信号に応じた磁束を生じるような機能が
得られる。また、ホール素子は鉄心で保護され、回転軸
の変位に拘らず破損から免れる。
にホール素子を埋め込んだので、直流を含む全周波数域
での磁束フィードバックが可能となった。即ち、ホール
素子は直流から交流まで、全周波数域に亘って磁束の検
出が可能である。よってホール素子が検出した信号を増
幅器に帰還することで、入力信号に応じた電流を流すの
ではなく、入力信号に応じた磁束を生じるような機能が
得られる。また、ホール素子は鉄心で保護され、回転軸
の変位に拘らず破損から免れる。
【００１６】鉄心は大きく切り欠くと損失が生じるの
で、ほんの一部を切り欠く。その溝への漏れ磁束をホー
ル素子で検出する。予め漏れ磁束と鉄心全体の磁束との
関係を求めておけば、この関係には再現性があるので、
ホール素子で検出した漏れ磁束から鉄心全体の磁束を推
定することができる。
で、ほんの一部を切り欠く。その溝への漏れ磁束をホー
ル素子で検出する。予め漏れ磁束と鉄心全体の磁束との
関係を求めておけば、この関係には再現性があるので、
ホール素子で検出した漏れ磁束から鉄心全体の磁束を推
定することができる。
【００１７】ホール素子を空隙に埋め込む場合も溝に埋
め込む場合と同様の作用がある。
め込む場合と同様の作用がある。
【００１８】ブリッジの出力信号の正負に応じ、どちら
か一方の巻線のみに電流を流すので、直流バイアスが不
要となり、かつマイナスの駆動電流が発生しない。
か一方の巻線のみに電流を流すので、直流バイアスが不
要となり、かつマイナスの駆動電流が発生しない。
【００１９】ホール素子の代わりに磁気抵抗素子を用い
ても同様の作用がある。
ても同様の作用がある。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を添付図
面に基づいて詳述する。
面に基づいて詳述する。
【００２１】図１に示されるように、磁気軸受制御装置
のサーボ制御回路は、電磁石１の鉄心２に巻かれた巻線
３と、パワーアンプ４の後段にＦＥＴ５を配した増幅器
６と、巻線電流検出器７を用いた電流帰還路８と、巻線
電流検出器７及び補助コイル９を併用した電流・磁束混
合帰還路１０と、ホール素子１１を用いた磁束帰還路１
２とからなる。
のサーボ制御回路は、電磁石１の鉄心２に巻かれた巻線
３と、パワーアンプ４の後段にＦＥＴ５を配した増幅器
６と、巻線電流検出器７を用いた電流帰還路８と、巻線
電流検出器７及び補助コイル９を併用した電流・磁束混
合帰還路１０と、ホール素子１１を用いた磁束帰還路１
２とからなる。
【００２２】電磁石１は、双方の磁極が負荷（回転軸）
１３に臨んでそれぞれエアギャップを形成するように鉄
心２を曲げてある。その鉄心２にホール素子１１が埋め
込まれている。この実施の形態では、鉄心２がコ字状に
形成され、その鉄心２の中間部の一部を切り欠いて溝１
４が形成されている。その溝１４にホール素子１１が埋
め込まれている。鉄心２には、磁束を発生させる巻線３
のほかに磁束φを検出するための補助コイル９が巻かれ
ている。補助コイル９は起電力ｅ＝ｄφ／ｄｔを生じる
ものである。
１３に臨んでそれぞれエアギャップを形成するように鉄
心２を曲げてある。その鉄心２にホール素子１１が埋め
込まれている。この実施の形態では、鉄心２がコ字状に
形成され、その鉄心２の中間部の一部を切り欠いて溝１
４が形成されている。その溝１４にホール素子１１が埋
め込まれている。鉄心２には、磁束を発生させる巻線３
のほかに磁束φを検出するための補助コイル９が巻かれ
ている。補助コイル９は起電力ｅ＝ｄφ／ｄｔを生じる
ものである。
【００２３】パワーアンプ４は、入力信号Ｓが入力され
る負入力端子と、３つの帰還信号が入力される正入力端
子とを有し、出力端子が所定の直列インピーダンス１５
を介してＦＥＴ５のゲートに接続されている。ＦＥＴ５
のソースは電磁石１の巻線３に接続され、その巻線３は
直流電源１６に接続されている。ＦＥＴ５のドレンは抵
抗器１７に接続され、抵抗器１７の反対側は接地されて
いる。この抵抗器１７は巻線電流検出器７を構成してい
る。
る負入力端子と、３つの帰還信号が入力される正入力端
子とを有し、出力端子が所定の直列インピーダンス１５
を介してＦＥＴ５のゲートに接続されている。ＦＥＴ５
のソースは電磁石１の巻線３に接続され、その巻線３は
直流電源１６に接続されている。ＦＥＴ５のドレンは抵
抗器１７に接続され、抵抗器１７の反対側は接地されて
いる。この抵抗器１７は巻線電流検出器７を構成してい
る。
【００２４】上記抵抗器１７のＦＥＴ５側からパワーア
ンプの正入力端子に電流帰還路８が構成されている。
ンプの正入力端子に電流帰還路８が構成されている。
【００２５】電流・磁束混合帰還路１０は、抵抗器１７
のＦＥＴ５側に接続された低域通過瀘波器（ＬＰＦ）１
８と、補助コイル９に積分回路１９を介して接続された
高域通過瀘波器（ＨＰＦ）２０と、両瀘波器１８，２０
の出力を混合する加算器２１とからなり、その加算器２
１の出力端子がパワーアンプ４の正入力端子に接続され
ている。
のＦＥＴ５側に接続された低域通過瀘波器（ＬＰＦ）１
８と、補助コイル９に積分回路１９を介して接続された
高域通過瀘波器（ＨＰＦ）２０と、両瀘波器１８，２０
の出力を混合する加算器２１とからなり、その加算器２
１の出力端子がパワーアンプ４の正入力端子に接続され
ている。
【００２６】磁束帰還路１２は、ホール素子１１をパワ
ーアンプ４の正入力端子に接続したものである。ホール
素子１１は溝１４への漏れ磁束を検出するようになって
いるので、予め溝１４への漏れ磁束と鉄心２全体の磁束
との関係を求めてある。例えば、比が１：１００であれ
ば、この比に基づき、ホール素子１１で検出した漏れ磁
束から鉄心２全体の磁束を推定することができる。
ーアンプ４の正入力端子に接続したものである。ホール
素子１１は溝１４への漏れ磁束を検出するようになって
いるので、予め溝１４への漏れ磁束と鉄心２全体の磁束
との関係を求めてある。例えば、比が１：１００であれ
ば、この比に基づき、ホール素子１１で検出した漏れ磁
束から鉄心２全体の磁束を推定することができる。
【００２７】電流帰還路８は電流帰還を行うもの、電流
・磁束混合帰還路１０は直流電流帰還と交流磁束帰還と
を混合して行うもので、いずれも公知である。直流から
交流まで全周波数域に亘って磁束帰還を行う磁束帰還路
１２が本発明の実施の形態である。
・磁束混合帰還路１０は直流電流帰還と交流磁束帰還と
を混合して行うもので、いずれも公知である。直流から
交流まで全周波数域に亘って磁束帰還を行う磁束帰還路
１２が本発明の実施の形態である。
【００２８】本実施の形態では、図４に示されるよう
に、４つの電磁石が用いられ、それぞれの磁極が回転軸
の周囲を取り巻くように配置される。従って、図１のサ
ーボ制御回路も４つ用いられる。各サーボ制御回路に、
エアギャップが適正である位置からの回転軸の変位に比
例した入力信号が入力されるようになっている。増幅器
６にＦＥＴ５が組み込まれているので、回転軸の変位が
ある位相（これを正の位相とする）のとき当該巻線３に
電流が流れ、負の位相のときには電流が流れないように
なっている。ただし、回転軸を挟んで対向させて配置さ
れた電磁石にとって変位は逆位相となる。従って、片方
の電磁石において正の位相であるため巻線３に電流が流
れているときには、反対の電磁石では巻線３に電流が流
れず、逆に、片方の電磁石において負の位相であるため
巻線３に電流が流れていないとき、反対の電磁石では巻
線３に電流が流れるようになっている。
に、４つの電磁石が用いられ、それぞれの磁極が回転軸
の周囲を取り巻くように配置される。従って、図１のサ
ーボ制御回路も４つ用いられる。各サーボ制御回路に、
エアギャップが適正である位置からの回転軸の変位に比
例した入力信号が入力されるようになっている。増幅器
６にＦＥＴ５が組み込まれているので、回転軸の変位が
ある位相（これを正の位相とする）のとき当該巻線３に
電流が流れ、負の位相のときには電流が流れないように
なっている。ただし、回転軸を挟んで対向させて配置さ
れた電磁石にとって変位は逆位相となる。従って、片方
の電磁石において正の位相であるため巻線３に電流が流
れているときには、反対の電磁石では巻線３に電流が流
れず、逆に、片方の電磁石において負の位相であるため
巻線３に電流が流れていないとき、反対の電磁石では巻
線３に電流が流れるようになっている。
【００２９】次に実施の形態の作用を述べる。
【００３０】図示されない変位検出器によって回転軸の
変位が検出され、これに比例した入力信号が増幅器６に
入力される。増幅器６は入力信号に比例させて電磁石を
駆動する。このとき電流帰還路８、電流・磁束混合帰還
路１０、磁束帰還路１２よりそれぞれの帰還量が増幅器
６に帰還される。
変位が検出され、これに比例した入力信号が増幅器６に
入力される。増幅器６は入力信号に比例させて電磁石を
駆動する。このとき電流帰還路８、電流・磁束混合帰還
路１０、磁束帰還路１２よりそれぞれの帰還量が増幅器
６に帰還される。
【００３１】電流帰還路８及び電流・磁束混合帰還路１
０の動作については従来より知られているので説明を省
略する。
０の動作については従来より知られているので説明を省
略する。
【００３２】磁束帰還路１２にあっては、ホール素子１
１で検出された磁束φに比例する電圧が帰還される。こ
の磁束φには直流も交流も含まれている。電磁石が発生
する電磁力は磁束φの自乗に比例するから、磁束フィー
ドバックを用いたことにより、変位を小さくするための
正しい電磁力が得られる。即ち、エアギャップが大きい
ときには大きい電流、エアギャップが小さいときには小
さい電流が流れるように自動的に補償される。従って、
負バネは発生せず、回転軸の軸受中心保持性能が向上
し、制御が安定になる。加えて、残留磁気の悪影響も自
動的に補償され、チューニングがしやすくなる。
１で検出された磁束φに比例する電圧が帰還される。こ
の磁束φには直流も交流も含まれている。電磁石が発生
する電磁力は磁束φの自乗に比例するから、磁束フィー
ドバックを用いたことにより、変位を小さくするための
正しい電磁力が得られる。即ち、エアギャップが大きい
ときには大きい電流、エアギャップが小さいときには小
さい電流が流れるように自動的に補償される。従って、
負バネは発生せず、回転軸の軸受中心保持性能が向上
し、制御が安定になる。加えて、残留磁気の悪影響も自
動的に補償され、チューニングがしやすくなる。
【００３３】また、電磁石１の鉄心２中にホール素子１
１を埋め込んだので、直流を含む全周波数域での磁束フ
ィードバックが可能となった。ホール素子１１は鉄心２
で保護され、回転軸の変位に拘らず破損から免れる。
１を埋め込んだので、直流を含む全周波数域での磁束フ
ィードバックが可能となった。ホール素子１１は鉄心２
で保護され、回転軸の変位に拘らず破損から免れる。
【００３４】図３に、互いに回転軸の反対にある電磁石
１の巻線３の電流波形３１，３２を示す。図示されるよ
うに、巻線３の一方にのみ電流が流れる。このように、
増幅器６が回転軸の変位の符号によって巻線３に電流を
流すか流さないので、直流バイアスがなくとも、マイナ
スの駆動電流は流れない。このため回転軸の安定制御を
阻む要因であるマイナスの駆動電流による電磁力が発生
しない。従って、回転軸の安定制御が容易となり、かつ
増幅器６のパワーアンプ４がＡ級動作する場合でも、直
流バイアスに由来する発熱がなくなる。また、増幅器６
のパワーアンプ４がＢ級動作する場合でも、入力信号に
応じた磁束を生じるようになるので、負ばねは生じず、
回転軸の軸受中心保持性能が向上する。
１の巻線３の電流波形３１，３２を示す。図示されるよ
うに、巻線３の一方にのみ電流が流れる。このように、
増幅器６が回転軸の変位の符号によって巻線３に電流を
流すか流さないので、直流バイアスがなくとも、マイナ
スの駆動電流は流れない。このため回転軸の安定制御を
阻む要因であるマイナスの駆動電流による電磁力が発生
しない。従って、回転軸の安定制御が容易となり、かつ
増幅器６のパワーアンプ４がＡ級動作する場合でも、直
流バイアスに由来する発熱がなくなる。また、増幅器６
のパワーアンプ４がＢ級動作する場合でも、入力信号に
応じた磁束を生じるようになるので、負ばねは生じず、
回転軸の軸受中心保持性能が向上する。
【００３５】本発明の他の実施の形態を説明する。
【００３６】図２に示されるように、互いに回転軸の反
対にある電磁石１のホール素子１１にあっては、負荷１
３の変位に対し磁束の増減がちょうど反対になる。そこ
で、これらのホール素子１１を用いてブリッジを構成す
る。これにより磁束の変化を大きく捕らえることができ
る。増幅器はこのブリッジの出力信号の正負に応じ、出
力信号が正の位相のとき片方の巻線のみに電流を流し、
出力信号が負の位相のとき反対の巻線のみに電流を流す
ようにする。
対にある電磁石１のホール素子１１にあっては、負荷１
３の変位に対し磁束の増減がちょうど反対になる。そこ
で、これらのホール素子１１を用いてブリッジを構成す
る。これにより磁束の変化を大きく捕らえることができ
る。増幅器はこのブリッジの出力信号の正負に応じ、出
力信号が正の位相のとき片方の巻線のみに電流を流し、
出力信号が負の位相のとき反対の巻線のみに電流を流す
ようにする。
【００３７】図１及び図２の実施の形態では、鉄心２の
外周に溝１４を形成してホール素子１１が埋め込んだ
が、鉄心２の内部にホール素子１１を埋め込んで磁気回
路の中心にホール素子１１が位置するようにしてもよ
い。図６に示されるように、鉄心２は回転軸１３の周り
を囲んで環状に形成され、この鉄心２の内周を８等分す
る各箇所に回転軸１３に向けて突き出されたポールが設
けられ、各々のポールにより回転軸１３とのエアギャッ
プが形成されている。ホール素子１１は鉄心２の内部に
空隙を設け、その空隙内に埋め込まれている。ホール素
子１１を埋める位置は、ポールの基端部、環状部分の外
周、内周、中央などがある。ポールの基端部に埋める場
合、ホール素子１１の向きは径方向又は周方向にするこ
とができる。図６から判るように、磁気回路は複数のポ
ールと鉄心２の環状部分と回転軸１３とを経由するの
で、ホール素子１１を埋める位置により、磁気回路の中
心にホール素子１１が位置するようにできる。
外周に溝１４を形成してホール素子１１が埋め込んだ
が、鉄心２の内部にホール素子１１を埋め込んで磁気回
路の中心にホール素子１１が位置するようにしてもよ
い。図６に示されるように、鉄心２は回転軸１３の周り
を囲んで環状に形成され、この鉄心２の内周を８等分す
る各箇所に回転軸１３に向けて突き出されたポールが設
けられ、各々のポールにより回転軸１３とのエアギャッ
プが形成されている。ホール素子１１は鉄心２の内部に
空隙を設け、その空隙内に埋め込まれている。ホール素
子１１を埋める位置は、ポールの基端部、環状部分の外
周、内周、中央などがある。ポールの基端部に埋める場
合、ホール素子１１の向きは径方向又は周方向にするこ
とができる。図６から判るように、磁気回路は複数のポ
ールと鉄心２の環状部分と回転軸１３とを経由するの
で、ホール素子１１を埋める位置により、磁気回路の中
心にホール素子１１が位置するようにできる。
【００３８】ここまでの実施の形態では、磁束の検出に
ホール素子を用いたが、磁束密度に比例して抵抗が変化
する磁気抵抗素子（以下、ＭＲ素子という）を用いるこ
とができる。ＭＲ素子によっても、直流から交流まで、
全周波数域に亘って磁束の検出が可能である。図７
（ａ）に示されるように、ホール素子の場合、鉄心２を
通る磁場Ｂに比例する電圧が得られる。ＭＲ素子の場
合、図７（ｂ）に示されるように、ＭＲ素子１１ａと既
知抵抗７１とを直列接続し、定電圧を印加することによ
り、鉄心２を通る磁場Ｂに比例する降下電圧が得られ
る。
ホール素子を用いたが、磁束密度に比例して抵抗が変化
する磁気抵抗素子（以下、ＭＲ素子という）を用いるこ
とができる。ＭＲ素子によっても、直流から交流まで、
全周波数域に亘って磁束の検出が可能である。図７
（ａ）に示されるように、ホール素子の場合、鉄心２を
通る磁場Ｂに比例する電圧が得られる。ＭＲ素子の場
合、図７（ｂ）に示されるように、ＭＲ素子１１ａと既
知抵抗７１とを直列接続し、定電圧を印加することによ
り、鉄心２を通る磁場Ｂに比例する降下電圧が得られ
る。
【００３９】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
る。
【００４０】（１）電磁石の鉄心中にホール素子を埋め
込んだので、直流を含む全周波数域での磁束フィードバ
ックが可能となり、回転軸の安定制御が容易となる。ま
た、ホール素子は鉄心で保護される。
込んだので、直流を含む全周波数域での磁束フィードバ
ックが可能となり、回転軸の安定制御が容易となる。ま
た、ホール素子は鉄心で保護される。
【００４１】（２）直流バイアスを用いるＡ級動作でも
発熱が抑えられる。また、直流バイアスを用いないＢ級
動作でも安定制御ができる。
発熱が抑えられる。また、直流バイアスを用いないＢ級
動作でも安定制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す磁気軸受制御装置の
サーボ制御回路の回路図である。
サーボ制御回路の回路図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す電磁石の組み合
わせ図である。
わせ図である。
【図３】本発明の巻線の電流波形を示す図である。
【図４】磁気軸受の電磁石の配置図である。
【図５】電磁石の駆動回路の回路図である。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す磁気軸受の断面
図である。
図である。
【図７】本発明による磁束検出回路の回路図である。
【図８】従来の巻線の電流波形を示す図である。
【図９】従来の巻線の電流波形を示す図である。
１ 電磁石 ２ 鉄心 ３ 巻線 ６ 増幅器 １１ ホール素子
Claims (5)
- 【請求項１】 回転軸の周りに電磁石を配し、この電磁
石の巻線に増幅器を接続し、この増幅器に上記回転軸の
変位を検出した信号を入力し、この入力信号に比例した
電流が上記巻線に流れるようにした磁気軸受制御装置に
おいて、上記電磁石の鉄心中に磁束を検出するホール素
子を埋め込み、このホール素子が検出した信号を上記増
幅器に帰還することを特徴とする磁気軸受制御装置。 - 【請求項２】 上記ホール素子は上記電磁石の鉄心を一
部切り欠いて形成した溝に埋め込み、予めこの溝への漏
れ磁束と鉄心全体の磁束との関係を求めておき、この関
係を用い、上記ホール素子で検出した漏れ磁束から鉄心
全体の磁束を推定することを特徴とする請求項１記載の
磁気軸受制御装置。 - 【請求項３】 上記ホール素子は上記電磁石の鉄心の内
部に設けた空隙に埋め込み、予めこの空隙への漏れ磁束
と鉄心全体の磁束との関係を求めておき、この関係を用
い、上記ホール素子で検出した漏れ磁束から鉄心全体の
磁束を推定することを特徴とする請求項１記載の磁気軸
受制御装置。 - 【請求項４】 上記電磁石は上記回転軸を挟んで対向さ
せて配置され、該対向する電磁石に埋め込まれたホール
素子によりブリッジが組まれ、上記増幅器はこのブリッ
ジの出力信号の正負に応じ、該出力信号が正の位相のと
き片方の巻線のみに電流を流し、該出力信号が負の位相
のとき反対の巻線のみに電流を流すことを特徴とする請
求項１〜３いずれか記載の磁気軸受制御装置。 - 【請求項５】 上記ホール素子の代わりに磁気抵抗素子
を用いたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の
磁気軸受制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17630395A JP3680363B2 (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 磁気軸受制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17630395A JP3680363B2 (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 磁気軸受制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0925934A true JPH0925934A (ja) | 1997-01-28 |
| JP3680363B2 JP3680363B2 (ja) | 2005-08-10 |
Family
ID=16011235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17630395A Expired - Fee Related JP3680363B2 (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | 磁気軸受制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3680363B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1176325A2 (en) * | 2000-07-27 | 2002-01-30 | Ebara Corporation | Magnetic bearing apparatus |
| CN109780985A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-21 | 苏州赛得尔智能科技有限公司 | 一种磁悬浮轴承用微位移检测装置 |
-
1995
- 1995-07-12 JP JP17630395A patent/JP3680363B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1176325A2 (en) * | 2000-07-27 | 2002-01-30 | Ebara Corporation | Magnetic bearing apparatus |
| EP1176325A3 (en) * | 2000-07-27 | 2004-05-12 | Ebara Corporation | Magnetic bearing apparatus |
| CN109780985A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-21 | 苏州赛得尔智能科技有限公司 | 一种磁悬浮轴承用微位移检测装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3680363B2 (ja) | 2005-08-10 |
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