JPS6134004B2 - - Google Patents

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JPS6134004B2
JPS6134004B2 JP55146321A JP14632180A JPS6134004B2 JP S6134004 B2 JPS6134004 B2 JP S6134004B2 JP 55146321 A JP55146321 A JP 55146321A JP 14632180 A JP14632180 A JP 14632180A JP S6134004 B2 JPS6134004 B2 JP S6134004B2
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JP
Japan
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electromagnets
electromagnet
rotating body
deviation
circuit
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JP55146321A
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English (en)
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JPS5773223A (en
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Kazutoshi Miura
Shigeru Tanaka
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS5773223A publication Critical patent/JPS5773223A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0485Active magnetic bearings for rotary movement with active support of three degrees of freedom
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0489Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/55Flywheel systems

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転体を無接触で浮上及び案内支持す
るフライホイールの磁気軸装置に関するものであ
る。
従来同心円上に等間隔に配置された直流電磁石
3個で回転体を浮上支持する場合は第1図に示す
ように直流電磁石1a,1b,1cを配置してい
た。第2図は電磁石の断面を示している。また第
3図は上記のように直流電磁石1a,1b,1c
を配置した場合の回転方向に対する各直流電磁石
の磁束φa,φb,φcの分布を示す。この場合
は外極側(図においてN極)を示し、その大きさ
はφa=φb=φcである。
このような磁束分布で回転体を浮上支持し、回
転すると直流電磁石1a,1b,1cの磁束φ
a,φb,φcは第3図に示すように磁束の変化
分△φが表され、直流電磁石1a,1b,1cに
対向して回転体に設けた二次鉄心内に誘導起動力
e=−dφ/dtが生じ、うず電流が流れてうず電
流損が発生する。
このうず電流損は回転体の回転体の損失すなわ
ち制動力として回転体に作用する。このために回
転体を駆動する装置(電動機)の容量が上記制動
力に相当する容量だけ増大する。また上記うず電
流損は上式より、磁束の変化分と回転数に比例す
ることがわかる。従つて高速回転するフライホイ
ールの磁気軸受としては好ましくない。
本発明は上記の欠点を軽減するためになされた
もので、浮上用直流電磁石3個を同心円上に等間
隔及び同極配置し、直流電磁石3個の鉄心端の内
極間及び外極間を磁性体のリング板で短絡するこ
とによつてうず電流損を軽減できる合理的なフラ
イホイールの磁気軸受装置を提供するものであ
る。
第4図に本発明における浮上用直流電磁石の基
本的構成を示す。第5図はその断面図である。
第4図において直流電磁石1a,1b,1cは
同心円上に等間隔で同極配置され、鉄心端のN極
側、S極側を磁性体のリング板3a,3bで短絡
している。
第6図は第4図の直流電磁石1a,1b,1c
の回転方向に対する磁束分布を示すものである。
この磁速分布は外極側(N極)を示し、磁束φの
大きさはφa=φb=φcとする。
この場合磁束分布は回転方向に対して各直流電
磁石間(1a−1b間、1b−1c間、1c−1
a間)の中点を最小磁束となるような磁束分布を
示し、磁束変化分△φは磁束φa,φb,φc
より小さくなる。
従つて直流電磁石1a,1b,1cの鉄心端を
リング板3a,3bで短絡することによつて第6
図のように回転方向に対する磁束分布の変化分△
φを小さくし、これによつて回転力の損失とな
る回転体の二次鉄心に発生するうず電流損を軽減
することができる。
第7図は本発明を適用したフライホイール装置
の概略構成を示す。第7図において13は架台で
この架台13の上部に同心円上に等間隔及び同極
性に3個の直流電磁石1a,1b,1cを配置す
る。これらの直流電磁石は夫々独立して回転体6
に対して電磁吸引力を発生する。この場合直流電
磁石1a,1b,1cは回転体6に対向する磁極
面の内極間及外極間をリング板3a,3bで短絡
している。
また上記直流電磁石1a,1b,1cに対応し
て回転体6と直流電磁石1a,1b,1cの空隙
長を検出する変位計7a,7b,7cを設ける。
上記回転体6は外周部が厚部を形成し上記直流電
磁石1a,1b,1cに対向する面には二次鉄心
を設け、フライホイールの役目をする。この回転
体6の下部には案内用の二次鉄心14を設け、こ
の二次鉄心14の周囲に等間隔に案内用直流電磁
石8a,8b,8c,8dを配置する。
ここで案内用直流電磁石8a,8b,8c及び
二次鉄心14と案内用直流電磁石8の空隙長を検
出する変位計9の配置の一例を第8図に示す。
第8図において12は軸でその周囲は二次鉄心
14である。この二次鉄心14の周囲に案内用直
流磁石8a,8b,8c,8dを等間隔に配置す
る。この場合変位計9は直流電磁石8a,8b,
8c,8dの中の2個に対応し、かつ90度の位相
差を持ち位置に配置する。第8図では直流電磁石
8a,8bに対応して配置している。
また第7図において、回転体6の上部には軸1
2を介して回転子10を設け、その周囲には電機
子巻線11を設け、回転体6に回転駆動を与える
無接触電動機を形成する。この電動機は回転体6
に回転駆動を与えると供に、フライホイールの役
目を行なう回転体6の回転エネルギを電気エネル
ギに変換するときは発電機として使用される。
次に浮上用直流電磁石1a,1b,1cの空隙
長制御回路の一例を第9図に示す。第9図は説明
の便宜上直流電磁石1aに対応する空隙長制御回
路のみを示していた。
第9図において、変位計7aと空隙長設定器1
6の各出力は比較器30に接続されている。この
比較器30は両者の出力の比較し、偏差εを発
生し、これを並列補償回路17の出力とともに比
較器31に接続する。この場合、並列補償回路1
7は変位計7aの変位の1次微分(速度)及び2
次微分(加速度)の回路からなつており、制御系
を安定にする働きをする。
比較器31は上記偏差εに並列補償回路17
の出力を加えた偏差εを発生し、直列補償回路
18を介して比較器32に接続する。この直列補
償回路18は制御ループゲインを増加する働きを
し、定常偏差を小さくするものである。(定常偏
差を零にするために積分制御が行なわれることが
ある。)比較器32は直列補償回路18を通つた
偏差εを零を最大とした負の波形出力を発生す
る鋸歯状波発振器19の出力の加え偏差εを加
えたとき正方向に持ち上げられた波形分を出力ε
として発生し、シユミツト回路20を介して電
力変換器列えばチヨツパ回路22aに入力する。
このチヨツパ回路に直流電磁石1aを直列に接
続し、さらにホイーリングダイオード23aを直
流電磁石1aに並列に接続している。出力ε
上記偏差εで持ち上げられた期間だけチヨツパ
回路22aをオンし、オン期間に応じた電流が直
流電磁石1aに供給する。これによつて電磁石1
aは電流に比例した吸引力を回転体6の浮上力と
して発生する。
上記のような構成で直流電磁石1aの電流を制
御することにより、直流電磁石1aと回転体6の
空隙長を一定に制御することができる。他の直流
電磁石1b,1cについても同様である。
次に案内直流電磁石8の空隙長制御回路の一例
を第10図に示す。第10図は説明の便宜上直流
電磁石8a,8cに対応する案内支持の空隙長制
御回路のみについて示している。第10図におい
て、直流電磁石8aの制御回路は第9図で説明し
た浮上支持空隙長制御回路と全つたく同じなので
その説明は省略し、直流電磁績8aと対称の位置
に設けた直流電磁石8cについて説明する。
第10図において24は直列補償回路18を介
した偏差εを反転する反転回路で、その出力は
比較器30で鋸歯状波発振器19の出力と加算さ
れる。この比較器36は鋸歯状波振器19の出力
を正方向に持ち上げられた波形分をεとして出
力し、シユミツト回路25を介して電力変換器例
えばチヨツパ回路26cに入力する。このチヨツ
パ回路26aには直流電磁石8cを直列に接続
し、さらにホイーリングダイオード28cを直流
電磁石8cに並列に接続している。
次に以上のような構成で案内支持制御を行つた
場合の制御動作を第8図と第10図を参照して説
明する。
(1) 空隙長xa=xcで回転体6が中心の位置にあ
る場合。
変位計9aの出力x0と空隙長設定器16の出
力xrは等しいので、偏差ε=0となる。この
ためチヨツパ回路26a,26cはオフ状態で
直流電磁石8a,8cに電流は流れない。
(2) 空隙長xa>xcの場合。
比較器30は偏差ε=xr−(−x0)となつて
正の偏差を出力する。この出力偏差εは並列
補償回路17からの出力加算され、偏差とな
り直列補償回路18に入る。この場合直列補償
回路18は単なる増幅器とし、その増幅率をK
とすると、偏差εは、ε×Kとなり、比較
器32によつて発振器19の鋸歯状波形に加算
される。従つて鋸歯状波形はε=ε×Kだ
け正の方向に持ち上げられ、シユミツト回路2
0は持ち上げられた期間でけチヨツパ回路26
aをオンにする。これによつて直流電磁石8a
に電流が流れ、二次鉄心14に吸引力が働き、
直流電磁石8aの方向に引きつけられる。一方
直流電磁石8cの制御は直列補償回路18の出
力ε×Kは反転回路を通るためにε×Kは
負となる。従つて比較器36は発振器19の鋸
歯状波形を−(ε×K)だけ下げるためにε
=0になりチヨツパ26cはオフ状態とな
る。
(3) 空隙長xa<xcの場合。
比較器30は偏差ε=xr−x0てなり負の偏差
を出力し、前記xa>xcの場合と反対の動作す
る。この場合比較器32の入力ε×Kは負、
比較器36の入力ε×Kは正となり、チヨツ
パ回路26aはオフ状態でチヨツパ回路26c
はオン状態になる。よつて直流電磁石8cへ電
流が流れ、二次鉄心14に吸引力が働き、電流
電磁石8cの方向に引きつけられる。
このように対称に配置さた直流電磁石8a,8
cの空隙長xa,xcを上記のように制御すると回
転体6は常に中心位置に保持することができる。
また上記制御回路の説明では鋸歯状波発振器19
の波形レベルの最大を零として行なつたが、この
方式では空隙長xa≠xcで空隙長の大きい方に直
流電磁石のみに電流を流すためにダンピング特性
が悪い。この場合は発振器19の波形レベルの最
大を零より大きくし、前記xa=xcの場合にも直
流電磁石8a,8cに等しい電流を供給するよう
にすれば上記ダンピング特性を改善することがで
きる。
さらに第11図に本発明の他の実施例を示す。
第11図において1a,1b,1cは等間隔及び
同極性に配置した浮上用直流電磁石3個を示す。
直流電磁石1a,1b,1cの鉄心は一体に加工
され、外極(N極)のみ3分割されたコの字形鉄
心を形成している。従つて電磁石の巻線は外極の
鉄心のに巻装し、各直流電磁石1a,1b,1c
の鉄心端の短絡するリング板は3a1個ですむ。上
記のような構成にするこによつて前記第4図と同
じ効果が得られるとともに、浮上用直流電磁石の
構成が簡単で堅牢にすることができる。
以上説明したように本発明によれば浮上用直流
電流電磁石の各鉄心端をリング板で短絡すること
によつて、回転にともなつて二次鉄心に発生する
うず電流損を軽減する合理的なフライホトールの
磁気軸受装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の直流電磁石の配置を示す図、第
2図はその断面図、第3図はその磁束分布を示す
図、第4図は本発明における直流電磁石の配置を
示す図、第5図はその断面図、第6図はその磁束
分布を示す図、第7図は本発明を適用したフライ
ホイール装置の一例を示す断面図、第8図は本発
明における案内用直流電磁石と変位計の配置を示
す図、第9図および第10図はそれぞれ浮上支持
及び案内支持の空隙長制御回路を示す図、第11
図は本発明の他の実施例における浮上用直流電磁
石の配置を示す図、第12図はその断面図であ
る。 1,1a,1b,1c……浮上用直流電磁石、
3a,3b……リング板、6……回転体、7,9
……変位計、8……案内用直流電磁石、10……
回転子、11……電機子巻線、12……回転軸。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 フライホイールを複数の浮上用電磁石と案内
    用電磁石とによつて回転軸を中心に浮上支持する
    フライホイールの磁気軸受装置において、複数の
    浮上用電磁石をN極とS極がそれぞれ同心円上に
    あるように配置すると共に、N極、S極の少くと
    も一方を極性体のリング板で結合したことを特徴
    とするフライホイールの磁気軸受装置。
JP55146321A 1980-10-21 1980-10-21 Magnetic bearing device of fly-wheel Granted JPS5773223A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP55146321A JPS5773223A (en) 1980-10-21 1980-10-21 Magnetic bearing device of fly-wheel

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JP55146321A JPS5773223A (en) 1980-10-21 1980-10-21 Magnetic bearing device of fly-wheel

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JPS5773223A JPS5773223A (en) 1982-05-07
JPS6134004B2 true JPS6134004B2 (ja) 1986-08-05

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ID=15405020

Family Applications (1)

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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4668885A (en) * 1984-02-06 1987-05-26 Scheller Wilhelm G Flywheel energy storage device
JPH0738542B2 (ja) * 1987-02-14 1995-04-26 株式会社安川電機 磁気吸引力発生用パワ−アンプ
JPH0783221B2 (ja) * 1987-02-16 1995-09-06 株式会社安川電機 磁気吸引力発生用パワ−アンプ
US4874346A (en) * 1988-01-06 1989-10-17 How Wachspress Free flying magnetic levitator
AT513498B1 (de) * 2013-01-22 2014-05-15 Tech Universität Wien Vorrichtung und Verfahren zur magnetischen Axiallagerung eines Rotors

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JPS5773223A (en) 1982-05-07

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