KR20020010100A - 자기 베어링 장치 - Google Patents

자기 베어링 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20020010100A
KR20020010100A KR1020010045406A KR20010045406A KR20020010100A KR 20020010100 A KR20020010100 A KR 20020010100A KR 1020010045406 A KR1020010045406 A KR 1020010045406A KR 20010045406 A KR20010045406 A KR 20010045406A KR 20020010100 A KR20020010100 A KR 20020010100A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic flux
power amplifier
sensor
magnetic
electromagnet
Prior art date
Application number
KR1020010045406A
Other languages
English (en)
Inventor
시노자키히로유키
Original Assignee
마에다 시게루
가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마에다 시게루, 가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼 filed Critical 마에다 시게루
Publication of KR20020010100A publication Critical patent/KR20020010100A/ko

Links

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
    • 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
    • F16C32/0457—Details of the power supply to 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
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps
    • F16C2360/45—Turbo-molecular pumps

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 지지 전자석 부근에 자속 센서를 제공할 필요가 없고, 케이블내 신호선의 수를 증가시킬 필요가 없으며, 제어기에 있어서 종래의 자속 피드백형 전력 증폭기와 유사한 이점을 달성할 수 있는 자기 베어링 장치를 제공한다. 접촉없이 자기력에 의하여 지지된 부재를 지지하는 자기 베어링 장치는, 전력 증폭기(7)로부터 제어 전류 출력을 검출하는 전류 센서(11)와 지지된 부재(1)의 변위를 검출하는 변위 센서(10)를 포함한다. 전류 센서(11)의 제어 전류 검출 신호(Si)와 변위 센서(10)의 변위 검출 신호(Sg)는, 전자석(4)의 표면과 지지된 부재(1)상의 전자기 타겟(3) 사이에 생성된 자속 또는 자속 밀도를 추정하는 추정기(20)로 공급된다. 상기 추정값은 상기 추정기(20)로부터 제어 전류(i)를 전자기 코일(6)에 공급하는 전력 증폭기(7)로 피드백된다.

Description

자기 베어링 장치{MAGNETIC BEARING APPARATUS}
본 발명은 대상물을 접촉없이 자기력으로 지지하는 자기 베어링 장치에 관한 것으로, 특히 고속 회전장치(예를 들면, 터보-분자 펌프 및 원심 압축기), 저속으로 회전하지만 대상물을 접촉없이 지지하는 이점이 있는 반도체 디바이스 제조장치를 위한 회전장치, 가스 순환 팬 등에 사용하기에 적합한 자기 베어링 장치에 관한 것이다.
여기서는 일본 특허 출원 No. 2000-227608(2000년 7월 27일 출원)에 개시된 명세서, 청구항, 도면 및 요약서를 포함하는 모든 내용은 본 명세서에서 그 전체적인 참고자료로서 채용되고 있다.
제어형 자기 베어링 장치는 지지된 대상물에 대한 상대 변위를 검출하는 변위 센서를 포함한다. 상대 변위를 기초로 하여, 소정의 제어 규칙을 이용하여 제어 전류를 계산하고, 상기 계산의 결과값을 전류를 지지 전자석의 코일에 공급하여 전자석을 구동하는 전력 증폭기로 공급한다. 이러한 전력 증폭기의 부하는 전자석 코일이기 때문에, 그 부하 특성들은 지연 특성으로 가정될 수 있다. 상기 지연 특성으로 인하여, 주파수가 높을 수록, 전력 증폭기 입력 신호에 대한 제어 전류와의 관계에서 발생된 지연이 더 커진다.
상기 지연 특성을 개선하기 위하여, 국부 피드백 보상이 오랜동안 실시되어 왔고, 국부 피드백 보상 방법으로는 3 가지가 알려져 있다. 제1방법에서는, 전자석 코일 전류가 검출되어, 전력 증폭기("전류 피드백형 전력 증폭기"라 함)의 입력으로 피드백된다. 제2방법에서는, 전자석 코일에 인가된 코일 전압이 검출되어, 전력 증폭기("전압 피드백형 전력 증폭기"라 함)의 입력으로 피드백된다. 제3방법에서는, 전자석과 지지되는 대상물간의 갭에서 발생된 자속이 검출되어, 전력 증폭기("자속 피드백형 전력 증폭기"라 함)의 입력으로 피드백된다.
도 1은 전류 피드백형 전력 증폭기를 채택하는 자기 베어링 장치의 구조적 예시를 나타내는 다이어그램이다. 도 1은 상기 베어링 장치의 한 축선 부분을 나타낸다. 도 1에서, 참조부호 1은 센서 타겟(2) 및 전자석 타겟(3)이 제공된 지지된 대상물을 가리킨다. 지지 부재(도시되지 않음)상에는 상기 센서 타겟(2)과 전자석 타겟(3)에 각각 대응하는 변위 센서(10)와 전자석(4)이 제공된다. 변위 센서(10)는 상기 변위 센서(10)와 센서 타겟(2) 사이의 갭 길이(g)를 가리키는 변위 검출 신호(Sg)를 출력하는 변위 센서 증폭기(9)에 접속된다.
변위 검출 신호(Sg) 및 목표 명령 신호(θo)로부터, 지지된 대상물(1)의 타겟 위치가 얻어진다. 보상기(8)는 상기 지지된 대상물을 타겟 위치에 어떠한 접촉없이 위치설정하는 제어 규칙이 제공되고, 상기 보상기(8)의 출력은 제어 명령 신호(S1)이다. 상기 제어 명령 신호(S1)는 전력 증폭기(7)로 입력되고, 상기 제어 명령 신호(S1)에 따른 제어 전류(i)가 전자석(4)의 전자석 코일(6)에 공급된다. 이 때, 전자석(4)의 코일 부하는 지연 부하이므로, 전자석(4)은 입력 신호를 따라갈 수 없다. 지연 특성을 개선하기 위하여, 전자석 코일(6)의 제어 전류(i)가 전류 센서(11)에 의해 검출되어 국부 피드백을 수행한다. 즉, 전류 센서(11)에 의해 검출된 제어 전류 검출 신호(Si)는 레귤레이터(12)를 거쳐 전력 증폭기(7)의 입력으로 피드백(네거티브 피드백)된다.
도 2는 전압 피드백형 전력 증폭기를 사용하는 자기 베어링 장치의 구조적 예시를 나타내는 다이어그램이다. 도면에서, 도 1의 구성 요소와 동일하거나 등가인 구성 요소들은 동일한 참조부호로 나타나 있다. 이것은 또한 다른 도면에도 적용된다. 이 자기 베어링 장치는 전자석(4)의 전자석 코일(6)에 가해진 코일 전압을 검출하는 전압 센서(13)가 제공되고, 상기 전압 센서(13)에 의해 검출된 검출 전압 신호(Sv)는 레귤레이터(12)를 거쳐 전력 증폭기(7)의 입력으로 피드백(네거티브 피드백)된다. 도 1의 자기 베어링 장치에서와 같이, 본 구성은 지연 부하 특성을 개선하는데 도움을 준다.
도 3은 자속 피드백형 전력 증폭기를 사용하는 자기 베어링의 구조적 예시를 도시한 다이어그램이다. 이 자기 베어링 장치에서, 자속(φ)을 검출하는 홀 소자(Hall element) 등으로 구성되는 자속 센서(14)는 전자석 타겟(3)에 대향하는 전자석(4)의 전자기 요크(5)의 표면상에 제공된다. 자속 센서(14)의 검출된 자속신호(Sφ)는 레귤레이터(12)를 거쳐 전력 증폭기(7)의 입력으로 네거티브 피드백된다. 이 자속 피드백형 전력 증폭기 시스템은 자속(제어력과 등가임)에서의 위상 지연 개선을 위하여 제안되었고, 전자석 코일(6)의 코일 부하 뿐만 아니라, 전자석 코일(6)에 공급된 제어 전류(i) 및 발생된 자속(φ)의 전달 특성을 고려하였는데, 이는 전자석 타겟(3) 및 전자석(4)의 전자기 요크(5)를 형성하는 자성 재료의 특성에 의존한다. 이러한 효과는 "Collection(Part 1) of the Japan Society of Mechanical Engineers, vol. 36, No. 284 (1970, 4월), 578쪽"에 개시되어 있다.
현재의 산업에서는 전류 피드백형 전력 증폭기를 사용하는 자기 베어링 장치들이 광범위하게 사용된다. 이것은 전자기 코일의 코일 전류가 자기 베어링 장치에서의 안정성 확보에 필요한 검출 파라미터이기 때문이고, 피드백 시스템이 제어기내에 편리하게 폐쇄되기 때문이다. 그러나, 전자기 코일 전류와 이로 인해 생성될 자속은 전자기 요크 및 전자기 타겟의 자기 및 전기 특성(히스테리시스 손실 및 와류 손실)의 영향으로 인한 지연 특성을 나타낸다. 이것은 전류 피드백형 전력 증폭기에 의하여 개선될 수 없다.
상술한 바와 같이, 고속 회전장치, 비록 저속으로 회전하지만 대상물을 접촉없이 지지하는 이점이 있는 반도체 디바이스 제조장치를 위한 회전장치 또는 가스 순환 팬의 경우에서와 같이, 특정 환경하에서 사용될 자기 베어링 장치에서는, 전자기 요크 및 전자기 타겟이 통 구조체(solid structure)일 필요가 있다. 이러한 자기 베어링 장치에서는, 전력 증폭기 입력 명령 신호와 실제적으로 발생된 자속간의 지연이 심각한 문제가 된다. 또한, 자기 베어링 장치의 고성능 제어를 실현하기위해서는, 이러한 지연 특성을 개선할 필요가 있다.
자기 베어링 장치의 성능 관점에서 보면, 도 3에 도시된 바와 같이 구성된 자속 피드백형 전력 증폭기가 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 제어기 내부가 아닌, 긴 케이블로 연결된 자기 베어링 장치의 전자석 주변에 장착되어야 하는, 자속 센서를 부가적으로 제공하는 것이 필요하고, 케이블내 신호선의 수가 증가하는 단점을 초래한다. 예를 들면, 자기 베어링 장치가 진공 분위기에서 사용된다면, 상기 신호선들을 밀봉된 커넥터를 통해 외부로 빼낼 필요가 있다. 가능한 한 적은 수의 커넥터 핀이 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 요구는 케이블내 신호선 수의 증가와 모순된다. 또한, 자속 센서에서 얇은 홀 소자를 사용하는 것은 상기 센서가 파손되기 쉽고 2차 코일을 장착할 공간이 없다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 관점에서 행해졌으며, 본 발명의 목적은 지지 전자석 주변에 자속 센서를 제공할 필요가 없고, 케이블내 신호선의 수를 증가시킬 필요가 없으며, 제어기내의 자속 피드백형 전력 증폭기와 유사한 장점을 얻을 수 있는 자기 베어링 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 전류 피드백형 전력 증폭기를 채택하는 자기 베어링 장치의 구조적 예시를 도시한 다이어그램.
도 2는 종래의 전압 피드백형 전력 증폭기를 채택하는 자기 베어링 장치의 구조적 예시를 도시한 다이어그램.
도 3은 종래의 자속 피드백형 전력 증폭기를 채택하는 자기 베어링 장치의 구조적 예시를 도시한 다이어그램.
도 4는 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 구조적 예시를 도시한 다이어그램.
도 5는 자기 회로의 각 파라미터들과 자속 밀도간의 관계를 도시한 그래프.
도 6은 발생된 자속 또는 자속 밀도 및 코일 전류의 일반적인 전달 특성을 도시한 그래프.
도 7(a) 및 도 7(b)는 도 6에 도시된 지연 특성을 모의 실험하는 방법을 도시한 예시적인 다이어그램.
도 8은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치에 사용된 자속 또는 자속 밀도를 추정하는 추정기의 구조적 예시를 도시한 다이어그램.
도 9는 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 다른 구조적 예시를 도시한 다이어그램.
도 10은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 또 다른 구조적 예시를 도시한 다이어그램.
도 11은 일반적인 자기 베어링 장치가 채택되는 장치의 구조체를 도시한 다이어그램.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 자기력에 의해 지지된 부재를 지지하기 위하여 전력 증폭기로부터 지지 전자석의 코일로 제어 전류를 공급함으로써 발생된 자기력을 발생시킬 수 있는 지지 전자석을 구비한 제어형 자기 베어링 장치를 제공한다. 상기 자기 베어링 장치는 전력 증폭기로부터 제어 전류 출력을 검출하는 전류 센서와, 지지된 부재의 변위를 검출하는 변위 센서를 포함한다. 자속 또는 자속 밀도 추정 수단은 적어도 전류 센서의 제어 전류 검출 신호 및 변위 센서의 변위 검출 신호를 입력 신호로서 수용하는데 제공된다. 상기 추정 수단은 전자석의 표면과 지지된 부재상의 전자기 타겟 사이에 발생된 자속 또는 자속 밀도를 추정한다. 자속 또는 자속 추정 수단의 추정값은, 지지 전자석의 코일에 제어 전류를 공급하는 전력 증폭기로 피드백된다.
상술한 바와 같이, 자속 또는 자속 밀도 추정 수단이 제공되고, 전자석의 표면과 지지된 부재상의 전자기 타겟 사이에 발생된 자속 또는 자속 밀도는 전류 센서의 제어 전류 검출 신호와 변위 센서의 변위 검출 신호를 기초로 하여 추정된다. 상기 추정값은 전력 증폭기로 피드백된다. 그 결과, 전자석 코일의 코일 부하 뿐만 아니라, 전자석 및 전자기 타겟의 전자기 요크를 형성하는 자성 재료의 특성으로 인하여 생성되는 자속 및 전자기 코일을 통해 흐르는 전류의 전달 특성을 고려하면, 자속 피드백 전력 증폭기에서와 같이 개선될 수 있다. 또한, 자속 밀도 추정 수단이 제어기내에 배치되기 때문에, 케이블내 신호선의 수가 증가되지 않는다.
바람직하게는, 전류 센서의 제어 전류 검출 신호가 전력 증폭기로 피드백된다. 이것은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치에, 전류 센서의 제어 전류 검출 신호가 전력 증폭기로 피드백되는 종래의 전류 피드백형 전력 증폭기 시스템의 추가를 초래한다. 그 결과, 산업상 신뢰성이 개선될 수 있다.
바람직하게는, 지지 전자석의 코일 전압을 검출하는 전압 센서가 제공되고, 상기 전압 센서의 코일 전압 검출 신호는 전력 증폭기로 피드백된다. 이것은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치에, 전압 센서의 코일 전압 검출 신호가 전력 증폭기로 피드백되는 종래의 전류 피드백형 전력 증폭기 시스템의 추가를 초래한다. 그 결과, 산업상 신뢰성이 개선될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 구조적 예시를 도시한 다이어그램이다. 도 4에 도시된 자기 베어링 장치에 있어서, 변위 센서(10) 및 전자석(4)은 각각 지지된 부재(1)의 센서 타겟(2)과 전자기 타겟(3)을 향하여 배치된다. 변위 센서(10)는 변위 센서 증폭기(9)에 연결되어, 변위 센서(10)와 센서 타겟(2)간의 갭 길이(g)를 나타내는 변위 검출 신호(Sg)를 출력한다. 지지된 부재(1)의 타겟 위치는 변위 검출 신호(Sg)와 목표 명령 신호(Eo)에 기초하여 주어진다. 제어 명령 신호(S1)는 보상기(8)로부터 전력 증폭기(7)로 출력된다.
추정기(20)는 지지 부재상의 전자기 요크(5)의 표면과 지지된 부재(1)상의 전자기 타겟(3) 사이에 발생되는 자속 또는 자속 밀도를 추정하도록 동작한다. 전류 센서(11)에 의해 검출된 제어 전류 검출 신호(Si) 및 변위 센서(10)에 의해 검출된 변위 검출 신호(Sg)는 추정기(20)로 입력된다. 상기 추정기(20)는 입력 신호로서 제어 전류 검출 신호(Si)와 변위 검출 신호(Sg)를 수용하여, 전자기 요크(5)의 표면과 전자기 타겟(3) 사이에 생성된 자속(Φ) 또는 자속 밀도(B)를 추정하고, 상기 추정값은 전력 증폭기(7)의 입력으로 피드백된다. 또한, 예를 들어 이득의 조정도 추정기(20)에 영향을 준다.
도 5는 전자석의 자기 회로를 설명하는 다이어그램이다. 이 도면은 누설 자속을 무시할 수 있는 자기 회로의 예시를 나타낸다. 상기 도면에 있어서, 점선(L)은 평균 자기 경로를 가리킨다. 누설 자속이 없다면, 자속 밀도(B)는 다음과 같이 표현된다.
만일,
이면,
이고,
여기서, N 은 전자기 코일의 권수; A 는 전자기 요크의 단면적; I 는 전자기 코일(6)의 전류; g 는 전자기 요크의 끝단면과 전자기 타겟 사이의 갭; lm은 전자기 요크측의 평균 자기 경로 길이; ln은 전자기 타겟측의 평균 자기 경로 길이; B 는 자속 밀도; φ는 자속(Φ=BㆍA); μ0은 전자기 요크상의 진공 투자율(대기에서와 동일); μs1은 전자기 요크상의 비투자율; 및 μs2은 전자기 타겟상의 비투자율을 가리킨다.
단면적(A)을 갖는 전자기 요크(5)내에는 누설 자속이 존재하지 않기 때문에, 전자기 요크(5)의 끝단면과 전자기 타겟(3)의 표면 사이의 갭(g)에서의 자속(φ)은 자속 밀도(B)와 단면적(A)의 곱과 같다. 상기 수학식 1은 자속 밀도와 다른 파라미터들간의 관계를 나타낸다. 전자기 요크의 비투자율(μs1)과 전자기 타겟의 투자율(μs2)은 자속 밀도 또는 자기장의 세기(H) 및 그것의 주파수의 변수들이다. 관습적으로는, 다양한 적용예에서 그러한 값들이 상수로 고려되어도 충분하였다. 만일 이들 값들이 무시될 수 없다면, 도 3에 도시된 바와 같이 구성된 자기 피드백형 전력 증폭기가 채택되었다.
도 6은 전자석의 코일 전류 및 생성된 자속 또는 자속 밀도의 일반적인 전달 특성을 도시한 그래프이다. 이 도면에서, 이득은 생략되고, 위상 특성이 나타나 있다. 도 6에서, 곡선(1)은 전자기 요크 및 전자기 타겟을 위하여 규소 강판의 적층 구조체가 사용되는 경우; 곡선(2)는 구동 전압이 높고, 규소 강판의 적층 구조체가 사용되는 경우(만일 구동 전압이 철손의 증가로 인하여 높다면, 상기 규소 강판의 적층 구조체의 위상 특성은 곡선(1)에 비해 저하됨); 및 곡선(3)은 전자기 요크 및 전자기 타겟을 위하여 통 자성 재료(solid magnetic material)가 사용되는 경우를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 코일 전류 및 생성된 자속 또는 자속 밀도의 전달 특성은 지연 특성이다. 상기 지연 특성은 전자기 요크 및 전자기 타겟을 구성하는 자성 재료 및 구조에 따라 다르다. 특별한 목적을 위한 자기 베어링 장치의 전달 특성은 도 6의 화살표(C)로 나타낸 저하된 위상 특성을 보여주기 쉽다.
전자기 코일의 코일 전류와 자속(φ) 및 자속 밀도(B)의 위상 지연 전달 함수는 도 7(a) 및 도 7(b)에 도시된 저역 필터의 전달 함수 방정식으로 표현될 수있다. 이러한 전달 함수는 실제 데이터를 커브-핏팅(curve-fitting)하고, 수학식을 계산함으로써 얻어질 수 있고, 또는 간단한 아날로그 회로에 의하여 모의 실험할 수 있다. 도 7(a)는 수동 소자를 사용하는 저역 필터의 구조를 나타내고, 도 7(b)는 연산 증폭기를 사용하는 저역 필터의 구조를 나타낸다.
도 8은 추정기(20)의 구조적 예시를 도시한 다이어그램이다. 다음의 수학식은 상기 수학식 1 및 수학식 3의 관계로부터 얻을 수 있다.
B = K(i/g)f
Φ= BA
여기서, K 는 전자기 코일(6)의 권수, 조정 이득 등에 의해 정의되는 이득 상수; f 는 도 6에 도시된 방법에 의한 지연 특성을 모의 실험하는 시뮬레이터의 특성이다. 적어도 코일 전류(i)(전류 센서(11)의 제어 전류 검출 신호(Si)) 및 전자기 요크(5)의 끝단면과 전자기 타겟(3) 사이의 갭(g)(변위 센서(10)의 변위 검출 신호(Sg))이 상기 시뮬레이터로 입력되면, 자속 밀도(B)에 대응하는 신호를 얻는 것이 가능하다. 또한, 자속(φ) 및 자속 밀도(B)는 수학식 5로 나타낸 관계를 보여주기 때문에, 단면적(A)이 이득 상수(K)에 포함된다면, 자속(φ)에 대응하는 신호를 얻을 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 자속 또는 자속 밀도를 추정하는 추정기(20)를 사용함으로써, 자속(φ)을 검출하지도 않고 케이블 신호선의 수를 증가시키지 않고도자속에 대응하는 신호를 제어기내에서 얻을 수 있으며, 전력 증폭기(7)로 피드백된다. 추정기(20)에 필요한 입력 신호는 변위 센서(10)의 변위 검출 신호(Sg)와 전류 센서(11)의 제어 전류 검출 신호(Si)이고, 이 신호들은 종래의 자기 베어링 장치에서 발생된다.
도 9는 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 다른 구조적 예시를 도시한 다이어그램이다. 도 9에 도시된 자기 베어링 장치는 조정기(12)가 배치되어 전류 센서(11)에 의해 검출된 제어 전류 검출 신호(Si)가 상기 조정기(12)를 거쳐 전력 증폭기(7)로 피드백된다는 점에서 도 4에 도시된 것과 다르다. 즉, 도 9에 도시된 자기 베어링 장치는 도 1에 도시된 종래의 전류 피드백형 전력 증폭기와 함께, 자속 또는 자속 밀도를 추정하는 추정기(20)를 사용한다.
도 10은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치의 또 다른 구조적 예시를 도시한 다이어그램이다. 도 10에 도시된 자기 베어링 장치는 조정기(12) 및 전자기 코일(6)에 인가된 코일 전압을 검출하는 전압 센서(13)가 제공된다는 점에서 도 4에 도시된 자기 베어링 장치와 다르다. 전압 센서(13)에 의해 검출된 상기 검출된 전압 신호(Sv)는 조정기(12)를 거쳐 전력 증폭기(7)로 피드백된다. 즉, 도 10에 도시된 자기 베어링 장치는 도 2에 도시된 종래의 전압 피드백형 전력 증폭기와 함께, 자속 또는 자속 밀도를 추정하는 추정기(20)를 사용한다.
도 11은 일반적인 자기 베어링 장치를 채택하는 장치의 구조를 도시한 다이어그램이다. 자기 베어링 제어기(100)는 비교적 긴(예를 들면, 약 20m) 케이블(102)에 의해 자기 베어링 장치가 대상물을 접촉없이 지지하는데 활용되는회전식 기계(101)에 연결된다. 변위 센서(10)의 변위 검출 신호(Sg), 전류 센서(11)에 의해 검출된 제어 전류 검출 신호(Si) 및 전압 센서(13)에 의해 검출된 검출 전압 신호(Sv)는 케이블(102)을 거쳐 회전식 기계(101)의 자기 베어링 장치로부터 자기 베어링 제어기(100)로 전달된다. 제어 전류(i)는 케이블(102)을 거쳐 자기 베어링 제어기(100)의 전력 증폭기(7)로부터 회전식 기계(101)로 공급된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 다양한 장점들을 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 지지하는 측의 전자석의 표면과 지지된 부재의 전자기 타겟 사이에 발생된 자속 또는 자속 밀도를 추정하기 위하여 자속 밀도 추정 수단이 제공된다. 상기 추정값은 전력 증폭기로 피드백된다. 그 결과, 전자석 코일의 코일 부하 뿐만 아니라, 전자석 및 전자기 타겟의 전자기 요크를 형성하는 자성 재료의 특성으로 인하여 생성된 자속 및 전자기 코일을 통해 흐르는 전류의 전달 특성을 고려하면, 자속 피드백 전력 증폭기에서와 같은 개선이 이루어질 수 있다. 또한, 자속 밀도 추정 수단은 제어기내에 배치되기 때문에, 케이블내 신호선의 수가 증가되지 않는다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 자기 베어링 장치에, 전류 센서의 코일 전류 검출 신호가 전력 증폭기로 피드백되는 종래의 전류 피드백형 전력 증폭기 시스템을 추가함으로써 산업상의 신뢰성을 개선할 수 있다는 점에서 장점이 있다. 산업상 신뢰성은 또한 본 발명에 따른 자기 베어링 장치에, 전압 센서의 코일 전압 검출 신호가 전력 증폭기로 피드백되는 종래의 전압 피드백형 전력 증폭기 시스템을 추가함으로써 개선될 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하였는데, 이는 실례 및 설명의 목적으로 표현하였다. 본 발명은 포괄적이거나 상세하게 개시된 형태에 국한되지 않으며, 상기 기술에 비추어 또는 본 발명의 실시로부터 수정 및 변형들을 얻을 수 있다. 본 발명의 범위는 이하 첨부된 청구범위 및 그것과 등가인 것들로 나타내어진다.

Claims (3)

  1. 전력 증폭기로부터 전자석의 코일로 제어 전류를 공급하여 발생된 자기력에 의하여, 지지된 부재를 접촉하지 않고 지지하도록 자기력을 발생시킬 수 있는 지지 전자석을 구비한 제어형의 자기 베어링 장치로서,
    상기 장치는,
    상기 전력 증폭기로부터 제어 전류 출력을 검출하는 전류 센서;
    상기 지지 부재의 변위를 검출하는 변위 센서; 및
    상기 전자석의 표면과 상기 지지된 부재상의 전자기 타겟 사이에 생성된 자속 또는 자속 밀도를 추정하기 위하여 적어도 상기 전류 센서의 제어 전류 검출 신호 및 상기 변위 센서의 변위 검출 신호를 수용하는 자속 또는 자속 밀도 추정 수단을 포함하고, 여기서 상기 추정 수단으로부터 추정된 값은 상기 전력 증폭기로 피드백되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 센서의 제어 전류 검출 신호는 상기 전력 증폭기로 피드백되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 전자석의 코일 전압을 검출하는 전압 센서를 더 포함하고, 상기전압 센서의 코일 전압 검출 신호는 상기 전력 증폭기로 피드백되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링 장치.
KR1020010045406A 2000-07-27 2001-07-27 자기 베어링 장치 KR20020010100A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2000-00227608 2000-07-27
JP2000227608A JP2002039178A (ja) 2000-07-27 2000-07-27 磁気軸受装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20020010100A true KR20020010100A (ko) 2002-02-02

Family

ID=18721027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010045406A KR20020010100A (ko) 2000-07-27 2001-07-27 자기 베어링 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20020011754A1 (ko)
EP (1) EP1176325A3 (ko)
JP (1) JP2002039178A (ko)
KR (1) KR20020010100A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019135635A1 (ko) * 2018-01-05 2019-07-11 엘지전자 주식회사 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2817088B1 (fr) * 2000-11-17 2003-02-21 Mecanique Magnetique Sa Machine tournante a butee axiale magnetique integrant une generatrice de courant
US7107163B1 (en) * 2003-05-06 2006-09-12 Lockheed Martin Corporation Magnetic levitation force control
JP2005140190A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Koyo Seiko Co Ltd 電力増幅装置および磁気軸受
JP5236571B2 (ja) * 2009-05-13 2013-07-17 国立大学法人埼玉大学 磁気浮上装置
JP5279890B2 (ja) * 2011-12-29 2013-09-04 株式会社大阪真空機器製作所 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

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5003211A (en) * 1989-09-11 1991-03-26 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Permanent magnet flux-biased magnetic actuator with flux feedback
US5036236A (en) * 1990-05-07 1991-07-30 Hughes Aircraft Company Air gap matching proximity sensor for magnetic bearings
NL9001909A (nl) * 1990-08-30 1992-03-16 Philips Nv Elektromagnetische ondersteuning met enkelzijdige regelstromen.
AU6443994A (en) * 1993-03-08 1994-09-26 Noise Cancellation Technologies, Inc. Methods and apparatus for closed-loop control of magnetic bearings
JP3680363B2 (ja) * 1995-07-12 2005-08-10 石川島播磨重工業株式会社 磁気軸受制御装置
JP4005654B2 (ja) * 1996-12-26 2007-11-07 Ｎｔｎ株式会社 磁気浮上型遠心式ポンプ装置
US6091215A (en) * 1998-06-02 2000-07-18 Switched Reluctance Drives Limited Trajectory controller

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019135635A1 (ko) * 2018-01-05 2019-07-11 엘지전자 주식회사 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법
US11401970B2 (en) 2018-01-05 2022-08-02 Lg Electronics Inc. Magnetic bearing control device and control method

Also Published As

Publication number Publication date
US20020011754A1 (en) 2002-01-31
JP2002039178A (ja) 2002-02-06
EP1176325A2 (en) 2002-01-30
EP1176325A3 (en) 2004-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101647315B1 (ko) 입력 신호를 출력 신호로 변환하고 입력 신호와 출력 신호 사이에서 기설정된 전달 반응을 생성하는 장치 및 방법
JP6351400B2 (ja) 改良された能動型磁気軸受制御システム
JPH06288431A (ja) 除振装置
US20040263011A1 (en) Magnetic bearing apparatus
KR20020010100A (ko) 자기 베어링 장치
US5115192A (en) Magnetic displacement transducer with saturation compensation
Matsuda et al. Self-sensing active suppression of vibration of flexible steel sheet
EP0949744B1 (en) Electromagnetic actuator with function detecting position of driven member
US6848308B2 (en) Circuit arrangement for evaluating an acceleration sensor using the Ferraris principle
US20070080594A1 (en) Power amplification device and magnetic bearing
JP2009071930A (ja) 電流駆動型アクチュエータ駆動制御装置
JP2004173493A (ja) 電気力学的なアクチュエータ
JP3448734B2 (ja) 磁気浮上システムに用いられる制御装置
JP3292505B2 (ja) アクティブ振動絶縁装置
Koyama et al. Precise External Force Estimation of Helical Motors using Magnetic-attractive-force Error Compensation
JP2005520320A (ja) 位置に依存しない力によるソレノイド・アクチュエータ
JP2005049218A (ja) 材料試験機
JP3311394B2 (ja) 電磁石制御装置
JP3258149B2 (ja) 磁気軸受装置
Ghosh et al. Nonlinear control of a benchmark beam balance experiment using variable hyperbolic bias
JPH07139546A (ja) 磁気軸受装置
JPH0816498B2 (ja) 除振装置
JPH08296643A (ja) 磁気軸受の制御装置
Chen et al. Robust stabilization and experimentation of a voltage-controlled three-pole active magnetic bearing system
JPH1187136A (ja) 磁気浮上方式

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid