KR20140028130A

KR20140028130A - 래디얼 방향 제어기 및 그것이 적용된 자기 축받이 장치

Info

Publication number: KR20140028130A
Application number: KR1020147002389A
Authority: KR
Inventors: 데쯔로 오바야시; 미쯔노리 와따나베
Original assignee: 가부시끼가이샤 오오사까 신꾸우기끼 세이사꾸쇼
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-03-07
Also published as: EP2799732A1; US8853905B2; KR101413790B1; CN103732931B; EP2799732B1; JP2013139844A; WO2013100104A1; JP5279890B2; EP2799732A4; US20140159526A1; CN103732931A

Abstract

부착 자세에 따른 불평형 강성의 변화에 대응 가능한 래디얼 방향 제어기를 제공한다. 각 전자석(4a, 5a)에 의해 회전체(2)를 부상시켜 지지하는 자기 축받이 장치(1)에 적용되는 래디얼 방향 제어기(10A)는, 회전체(2)의 축선(Ax)의 래디얼 방향의 변위를 제어하기 위한 래디얼 제어 회로(11)와, 이 회로(11)에 병렬로 접속되며, 불평형 강성에 관한 신호를 출력하는 불평형 소거 회로(12)와, 이들의 각 회로(11, 12)가 출력하는 신호에 기초하여 각 전자석(4a, 5a)을 제어하기 위한 전류값을 출력하는 각 변환기(61, 62, 63, 64)와, 전류값으로부터 DC 성분을 추출하는 각 필터(76, 77, 78, 79)와, 추출된 DC 성분과 각 전자석(4a, 5a)의 바이어스 전류(I₀)에 기초하여 보정 계수(C)를 산출하는 각 연산기(81, 82, 83, 84)와, 산출된 보정 계수(C)를 불평형 소거 회로(12)가 출력하는 신호에 승산하는 각 승산기(55, 56, 57, 58)를 구비하고 있다.

Description

래디얼 방향 제어기 및 그것이 적용된 자기 축받이 장치{RADIAL DIRECTION CONTROLLER AND MAGNETIC BEARING DEVICE UTILIZING SAME}

본 발명은, 회전체를 지지하기 위한 자기 축받이 장치에 적용되는 래디얼 방향 제어기 및 그 자기 축받이 장치에 관한 것이다.

대향하는 전자석의 흡인 작용에 의해 회전체를 부상시키도록 하여 지지하는 자기 축받이 장치에 적용되는 래디얼 방향 제어기가 알려져 있다. 이와 같은 래디얼 방향 제어기로서, 전자석과 회전체가 접근할수록 흡인력이 증가하는 부의 강성인 불평형 강성을 소거하기 위한 불평형 소거 회로가 설치된 래디얼 방향 제어기가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2009-63005호 공보

특허 문헌 1의 래디얼 방향 제어기는, 대형의 발전용 터빈의 로터와 같이 자세가(축이 수평으로 되도록) 고정되어 있는 경우 등, 래디얼 전자석의 정상 부하가 일정하여 래디얼 전자석의 불평형 강성이 일정한 경우에 유효하다. 그러나, 일반적으로 불평형 강성은, 전자석의 정상 부하의 상태에 따라서 변화한다. 그리고, 터보 분자 펌프와 같은 소형 기기의 부착 자세는, 사용자에 따라서 다양하다. 이 때문에, 부착 자세에 따라서는, 축이 수평으로 되도록 부착되는 경우도, 축이 수직으로 되도록 부착되는 경우도 있다. 그리고, 부착 자세에 따라서 전자석의 정상 부하가 상이하기 때문에, 부착 자세에 따라서 상이한 불평형 강성이 발생한다. 이 때문에, 특허 문헌 1과 같은 래디얼 방향 제어기에서는, 불평형 강성의 영향을 제거하기 위한 불평형 소거 회로는 부착 자세에 따라서 설정될 필요가 있다.

따라서, 본 발명은, 부착 자세에 따른 불평형 강성의 변화에 대응 가능한 래디얼 방향 제어기 및 그것이 적용된 자기 축받이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 래디얼 방향 제어기는, 전자석에 의해 부상시켜 회전체를 지지하는 자기 축받이 장치에 적용되는 래디얼 방향 제어기로서, 상기 회전체의 축선의 래디얼 방향의 변위를 제어하는 래디얼 제어 회로와, 상기 래디얼 제어 회로에 병렬로 접속되며, 불평형 강성에 관한 신호를 출력하는 불평형 소거 회로와, 상기 래디얼 제어 회로가 출력하는 신호 및 상기 불평형 소거 회로가 출력하는 불평형 강성에 관한 신호에 기초하여, 상기 전자석을 제어하기 위한 전류값을 출력하는 전류값 지시 수단과, 상기 전류값 지시 수단이 출력하는 전류값으로부터 DC 성분을 추출하는 DC 성분 추출 수단과, 상기 DC 성분 추출 수단이 추출한 DC 성분과 상기 전자석의 바이어스 전류에 기초하여 보정 계수를 산출하는 보정 계수 산출 수단과, 상기 보정 계수 산출 수단이 산출한 상기 보정 계수를 상기 불평형 소거 회로가 출력하는 신호에 승산하는 계수 승산 수단을 구비하고 있다.

본 발명의 제1 래디얼 방향 제어기에 의하면, 불평형 강성에 관한 신호에, DC 성분(직류 성분)에 따른 보정 계수가 승산되고, 승산 결과를 이용하여, 전자석을 제어하기 위한 전류값이 출력된다. 즉, DC 성분의 변화가 출력되는 전류값에 반영된다. 불평형 강성의 변화에 의해, 래디얼 제어 회로가 출력하는 전류값의 DC 성분이 변화되기 때문에, 전자석을 제어하기 위한 전류값에 불평형 강성의 변화를 반영할 수 있다. 이에 의해, 불평형 강성의 변화에 따라서 전자석을 제어할 수 있으므로, 다양한 부착 자세에 따른 불평형 강성의 변화에 대응하여 회전체를 지지할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 회전체의 축선이 수평 혹은 수직으로 되는 자세에 대응한 것이, 반대의 자세로 부착됨으로써 발생하는 부상 제어의 불안정 등을 억제할 수 있다.

본 발명의 제1 래디얼 방향 제어기의 일 형태에 있어서, 상기 보정 계수 산출 수단은, 상기 DC 성분을 i_dc, 상기 바이어스 전류를 I₀, 상기 보정 계수를 C로 한 경우에, 다음 수학식을 이용하여, 상기 보정 계수를 산출해도 된다. 이 경우, 보다 적절한 보정 계수를 산출할 수 있다.

보정 계수는 어떠한 형태로 승산에 이용되어도 된다. 예를 들면, 본 발명의 제1 래디얼 방향 제어기의 일 형태에 있어서, 상기 보정 계수 산출 수단이 산출한 상기 보정 계수를 기억하는 기억 장치를 더 구비하고, 상기 계수 승산 수단은, 상기 기억 장치에 기억된 상기 보정 계수를 이용하여 상기 승산을 실행해도 된다. 또한, 이 형태에 있어서, 상기 기억 장치에는, 상기 보정 계수의 초기값이 기억되고, 상기 계수 승산 수단은, 상기 승산에, 상기 회전체의 부상 개시 시에는 상기 기억 장치에 기억된 초기값을, 상기 회전체의 부상 개시로부터 소정 시간 경과 후는 상기 보정 계수 산출 수단이 산출한 상기 보정 계수를, 각각 이용해도 된다. 이 경우, 전자석의 제어에 대한 불평형 강성의 변화의 반영을 소정 시간 경과 후까지 연기할 수 있다. 이에 의해, 예를 들면 부상 개시 시의 불안정한 변화를 배제할 수 있다.

또한, 계수 승산 수단이 소정 시간 경과 후부터 기억 장치에 기억된 보정 계수를 이용하는 형태에 있어서, 상기 DC 성분 추출 수단이 실행하는 추출 및 상기 보정 계수 산출 수단이 실행하는 산출 중 적어도 어느 한쪽의 허가 및 불허가를 제어하는 허가 수단을 구비하고, 상기 허가 수단은, 상기 DC 성분 추출 수단이 실행하는 추출 및 상기 보정 계수 산출 수단이 실행하는 산출을, 상기 회전체의 부상 개시로부터 소정 시간 경과할 때까지는 불허가하고, 상기 소정 시간 경과 후는 허가하도록 제어하고, 상기 계수 승산 수단은, 상기 DC 성분 추출 수단이 실행하는 추출 및 상기 보정 계수 산출 수단이 실행하는 산출이 상기 허가 수단에 의해 허가된 이후는, 상기 보정 계수 산출 수단이 산출하여 상기 기억 장치에 기억된 보정 계수를 이용함으로써, 상기 회전체의 부상 개시로부터 소정 시간 경과 후에 상기 보정 계수 산출 수단이 산출한 상기 보정 계수의 이용을 실현해도 된다.

본 발명의 제2 래디얼 방향 제어기는, 전자석에 의해 부상시켜 회전체를 지지하는 자기 축받이 장치에 적용되는 래디얼 방향 제어기로서, 상기 회전체의 축선의 래디얼 방향의 변위를 제어하기 위한 래디얼 제어 회로와, 상기 래디얼 제어 회로에 병렬로 접속되며, 불평형 강성에 관한 신호를 출력하는 불평형 소거 회로와, 상기 래디얼 제어 회로가 출력하는 신호 및 상기 불평형 소거 회로가 출력하는 불평형 강성에 관한 신호에 기초하여, 상기 전자석을 제어하기 위한 전류값을 출력하는 전류값 지시 수단과, 상기 회전체의 축선의 설치 자세에 각각 따른 복수의 보정 계수를 기억하는 보정 계수 기억 수단과, 상기 회전체의 축선의 설치 자세에 각각 대응하는 복수의 보정 계수 중 특정한 보정 계수에 다른 보정 계수와 구별하기 위한 정보를 부가하는 계수 구별 수단과, 상기 특정한 보정 계수를 기억하는 특정 계수 기억 수단과, 상기 특정 계수 기억 수단에 기억된 상기 특정한 보정 계수를 상기 불평형 소거 회로가 출력하는 신호에 승산하는 계수 승산 수단을 구비하고 있다.

본 발명의 제2 래디얼 방향 제어기에 의하면, 설치 자세의 변화에 대응하는 불평형 강성의 변화가 미리 계수 기억 수단에 기억된 복수의 보정 계수를 이용하여 반영된다. 복수의 보정 계수는 설치 자세에 대응한 것이므로, 설치 자세에 대응한 적절한 보정 계수가 계수 승산 수단에 의해 사용됨으로써, 설치 자세에 따라서 불평형 강성의 변화를 보정할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 설치 자세의 후보가 한정되어 있는 경우에는, 그 한정된 자세에 대응하는 보정 계수를 사용함으로써, 보다 적절하게 불평형 강성의 변화를 반영할 수 있다.

본 발명의 제2 래디얼 방향 제어기의 일 형태에 있어서, 상기 전류값 지시 수단이 출력하는 전류값으로부터 DC 성분을 추출하는 DC 성분 추출 수단과, 상기 회전체의 축선의 설치 자세에 각각 대응하는 복수의 DC 성분의 기준값을 기억하는 성분 기준값 기억 수단과, 상기 복수의 기준값 중 특정한 기준값에 다른 기준값과 구별하기 위한 정보를 부가하는 기준값 구별 수단과, 상기 특정한 기준값을 기억하는 특정 기준값 기억 수단과, 상기 DC 성분 추출 수단이 추출한 DC 성분과 상기 특정 기준값 기억 수단에 기억된 상기 특정한 기준값을 비교하여, 소정의 조건을 만족시킨 경우에 상기 회전체를 회전 개시시키지 않는 제어 신호를 출력하는 비교 수단을 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 또한, 기준값을 이용하여, 소정의 조건이 만족된 경우에는 회전체를 회전 개시시키지 않는 제어 신호가 출력된다. 이 때문에, 기준값에 대하여 부적절한 DC 성분이 출력된 경우에는, 회전체가 회전 개시하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 예를 들면 승산 대상으로서 이용되는 보정 계수가 설치 자세와 대응하여 부적절한 것인 경우에 회전체가 회전을 개시하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제2 래디얼 방향 제어기의 일 형태에 있어서, 상기 비교 수단은, 상기 DC 성분 추출 수단이 추출한 DC 성분과 상기 특정한 기준값을 비교한 결과에, 상기 DC 성분 추출 수단이 추출한 DC 성분이 상기 특정한 기준값을 초과하고 있다고 하는 결과가 포함되어 있는 경우에, 상기 소정의 조건이 만족된 것으로 하여 상기 제어 신호를 출력해도 된다. 이 경우, 보다 확실하게 부적절한 DC 성분이 출력된 경우에 회전체가 회전 개시하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제1 래디얼 방향 제어기 및 제2 래디얼 방향 제어기에 있어서, 상기 DC 성분 추출 수단으로서, 어떠한 것이 이용되어도 된다. 예를 들면, 본 발명의 제1 래디얼 방향 제어기 및 제2 래디얼 방향 제어기의 일 형태에 있어서, 상기 DC 성분 추출 수단으로서, 컷오프 주파수가 1㎐ 이하인 로우 패스 필터가 이용되어도 된다.

본 발명의 자기 축받이 장치는, 상술한 래디얼 방향 제어기를 구비하고 있다. 이 경우, 부착 자세에 따른 불평형 강성의 변화에 대응 가능한 자기 축받이 장치를 실현할 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, DC 성분의 변화가, 출력되는 전류값에 반영된다. 불평형 강성의 변화에 의해, 래디얼 제어 회로가 출력하는 전류값의 DC 성분은 변화되기 때문에, 전자석을 제어하기 위한 전류값에 불평형 강성의 변화를 반영할 수 있다. 이에 의해, 불평형 강성의 변화에 따라서 전자석을 제어할 수 있으므로, 다양한 부착 자세에 따른 불평형 강성의 변화에 대응하여 회전체를 지지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 자기 축받이 장치의 주요부의 개략도.
도 2는 제1 형태에 따른 래디얼 방향 제어기의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 불평형 강성의 변화, 제어 강성의 변화 및 불평형 소거 회로에 곱하는 보정 계수와의 관계를 도시하는 도면.
도 4는 제2 형태에 따른 래디얼 방향 제어기의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면.
도 5는 제3 형태에 따른 래디얼 방향 제어기의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면.
도 6은 제4 형태에 따른 래디얼 방향 제어기의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면.
도 7a는 계수 절환기의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면으로서, 보정 계수의 절환에 관한 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면.
도 7b는 계수 절환기의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면으로서, 전류값의 DC 성분의 기준값에 관한 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 비교기의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 형태에 따른 자기 축받이 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 자기 축받이 장치(1)의 주요부의 개략도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 자기 축받이 장치(1)는, 축선 Ax를 중심으로 회전하는 회전체(2)와, 회전체(2)를 회전 구동시키는 모터(3)와, 회전체(2)의 일단측을 지지하는 제1 래디얼 자기 축받이(4) 및 타단측을 지지하는 제2 래디얼 자기 축받이(5)와, 액시얼 방향으로 회전체(2)를 지지하는 액시얼 자기 축받이(6)를 구비하고 있다. 또한, 도 1에 있어서, 축선 Ax와 평행하는 방향을 Z축, 종단하도록 축선 Ax와 직교하는 방향을 X축, 이들의 Z축 및 X축과 직교하는 방향을 Y축으로 하여, 각각 나타내고 있다.

제1 래디얼 자기 축받이(4)는, 회전체(2)를 사이에 두고 대향하는 위치에 배치된 제1 전자석(4a)과, 회전체(2)의 축선 Ax의 래디얼 방향에 관한 변위를 검출하는 제1 래디얼 위치 센서(4b)를 갖고 있다. 또한, 마찬가지로, 제2 래디얼 자기 축받이(5)는, 회전체(2)를 사이에 두고 대향하는 위치에 배치된 제2 전자석(5a)과, 회전체(2)의 축선 Ax의 래디얼 방향에 관한 변위를 검출하는 제2 래디얼 위치 센서(5b)를 갖고 있다. 각 래디얼 자기 축받이(4, 5)는, 래디얼 방향 제어기(10)와 접속되어 있다. 래디얼 방향 제어기(10)는, 각 래디얼 위치 센서(4b, 5b)가 검출한 축선 Ax의 변위에 기초하여, 각 전자석(4a, 5a)이 회전체(2)를 래디얼 방향의 소정 위치로 부상시키도록, 각 전자석(4a, 5a)에 공급하는 전류값을 제어한다.

액시얼 자기 축받이(6)는, 회전체(2)에 동축적으로 설치되는 로터 디스크(6c)와, 로터 디스크(6c)를 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되는 전자석(6a)과, 회전체(2)의 액시얼 방향의 변위를 검출하는 액시얼 위치 검출 센서(6b)를 갖고 있다. 또한, 액시얼 자기 축받이(6)는, 액시얼 방향 제어기(13)에 접속되어 있다. 액시얼 방향 제어기(13)는, 액시얼 위치 검출 센서(6b)가 검출한 회전체(2)의 위치의 변위에 기초하여, 전자석(6a)이 회전체(2)를 액시얼 방향의 소정 위치에 위치시키도록, 전자석(6a)에 공급하는 전류를 제어한다.

모터(3)는, 모터 제어기(9)에 접속되어, 모터 제어기(9)에 의해 동작이 제어된다. 모터 제어기(9)에는, 예를 들면 회전체(2)의 회전수 등을 검출 가능한 회전 검출 센서(6d) 등의 각종 센서가 접속되어 있어도 된다. 혹은, 모터 제어기(9)에는, 래디얼 방향 제어기(10) 등의 각종 제어기가 접속되어 있어도 된다. 그리고, 모터 제어기(9)는, 이들 각종 센서의 검출 결과 혹은 제어기의 제어 결과를 참조하여, 모터(3)의 동작을 제어해도 된다.

다음으로, 본 발명의 각종 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10)의 구성에 대하여, 형태마다 설명한다.

(래디얼 방향 제어기의 제1 형태)

도 2는 제1 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10A)의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10A)에는, 래디얼 제어 회로(11)와, 이 래디얼 제어 회로(11)에 병렬로 접속되는 불평형 소거 회로(12)가 설치되어 있다. 그리고, 래디얼 제어 회로(11)는, 제1 신호 변환기(21)와, 제2 신호 변환기(22)와, 제1 병진 운동 제어기(23)와, 제2 병진 운동 제어기(24)와, 제1 경사 운동 제어기(25)와, 제2 경사 운동 제어기(26)와, 제1 교차 신호 변환기(27)와, 제2 교차 신호 변환기(28)를 구비하고 있다.

또한, 도 2에 있어서,

x₁ : 제1 래디얼 위치 센서(4b)가 검출하는 회전체(2)의 X축 방향 변위

y₁ : 제1 래디얼 위치 센서(4b)가 검출하는 회전체(2)의 Y축 방향 변위

x₂ : 제2 래디얼 위치 센서(5b)가 검출하는 회전체(2)의 X축 방향 변위

y₂ : 제2 래디얼 위치 센서(5b)가 검출하는 회전체(2)의 Y축 방향 변위

x : 회전체(2)의 무게 중심의 X축 방향 변위

y : 회전체(2)의 무게 중심의 Y축 방향 변위

θ_y : Y축 둘레의 회전체(2)의 경사각

θ_x : X축 둘레의 회전체(2)의 경사각

f_x : 회전체(2)에 작용하는 X축 방향의 힘

f_y : 회전체(2)에 작용하는 Y축 방향의 힘

τ_y : 회전체(2)에 작용하는 Y축 둘레의 토크

τ_x : 회전체(2)에 작용하는 X축 둘레의 토크

f_x1 : 제1 전자석(4a)의 X축 방향의 힘

f_y1 : 제1 전자석(4a)의 Y축 방향의 힘

f_x2 : 제2 전자석(5a)의 X축 방향의 힘

f_y2 : 제2 전자석(5a)의 Y축 방향의 힘

을 나타낸다. 또한, X축, Y축, Z축은, 도 1의 X축, Y축, Z축에 대응한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제1 신호 변환기(21)에는, x₁, y₁, x₂, y₂의 신호가 입력된다. 제1 신호 변환기(21)는, 입력된 신호에 대하여 T_s의 신호 변환을 실행하여 x, y, θ_y, θ_x의 신호를 출력한다. 여기서, T_s의 역매트릭스는 다음 수학식 (1)로 나타내어진다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 제2 신호 변환기(22)에는, f_x, f_y, τ_y, τ_x의 신호가 입력된다. 그리고, 제2 신호 변환기(22)는, 입력된 신호에 대하여 L_B ^-1의 신호 변환을 실행하고, 입력 신호 f_x의 신호 변환 결과를 제3 가합점(30)에, 입력 신호 f_y의 신호 변환 결과를 제4 가합점(31)에, 입력 신호 τ_y의 신호 변환 결과를 제5 가합점(32)에, 입력 신호 τ_x의 신호 변환 결과를 제6 가합점(33)에, 각각 마이너스 신호로서 출력한다. 여기서, L_B는 다음 수학식 (2)로 나타내어진다.

제1 병진 운동 제어기(23) 및 제2 병진 운동 제어기(24)는, 모두 PID 제어를 실행하도록 구성되어 있다. 제1 병진 운동 제어기(23) 및 제2 병진 운동 제어기(24)는, 제1 신호 변환기(21)와 제2 신호 변환기(22) 사이에 개재되어 있다. 제1 병진 운동 제어기(23)는, 제1 신호 변환기(21)로부터의 출력 신호 x가 입력되고, 제2 신호 변환기(22)에 신호 f_x를 출력하도록 구성되어 있다. 한편, 제2 병진 운동 제어기(24)는, 제1 신호 변환기(21)로부터의 출력 신호 y가 입력되고, 제2 신호 변환기(22)에 신호 f_y를 출력하도록 구성되어 있다. 그리고, 이들 제1 병진 운동 제어기(23) 및 제2 병진 운동 제어기(24)에 의해, 병진 운동 제어 회로가 구성된다.

또한, 제1 경사 운동 제어기(25), 제2 경사 운동 제어기(26), 제1 교차 신호 변환기(27) 및 제2 교차 신호 변환기(28)도 제1 신호 변환기(21)와 제2 신호 변환기(22) 사이에 개재되어 있다. 구체적으로는, 제1 신호 변환기(21)의 출력 신호 θ_y가 입력되고, 제7 가합점(35)에 신호를 출력하도록 제1 경사 운동 제어기(25)가, 제1 신호 변환기(21)의 출력 신호 θ_x가 입력되고, 제8 가합점(36)에 신호를 출력하도록 제2 경사 운동 제어기(26)가, 각각 배치되어 있다. 또한, 제1 신호 변환기(21)의 출력 신호 θ_y의 제5 신호선(37)에는 제5 분기점(38)이, 제1 신호 변환기(21)의 출력 신호 θ_x의 제7 신호선(39)에는 제7 분기점(40)이, 각각 형성되어 있다.

각 경사 운동 제어기(25, 26)는, PID_A 제어를 실행하도록 구성되어 있다. 이 PID_A 제어는, 다음 수학식 (3)과 같은 전달 함수로 나타내어진다. 단,

K_P : 비례 제어 계수

K_D : 미분 제어 계수

로 한다.

또한, 제1 교차 신호 변환기(27)는, 제5 분기점(38)과 제8 가합점(36) 사이에 배치되어 있다. 제1 교차 신호 변환기(27)에는 제5 분기점(38)을 통하여 제1 신호 변환기(21)의 출력 신호 θ_y가 입력되고, 제1 교차 신호 변환기(27)는 입력된 신호를 변환하여 제8 가합점(36)에 마이너스 신호로서 출력한다. 결과로서, 제8 가합점(36)에서는, 제2 경사 운동 제어기(26)의 출력 신호로부터 제1 교차 신호 변환기(27)의 출력 신호가 감산된다. 한편, 제2 교차 신호 변환기(28)는, 제7 분기점(40)과 제7 가합점(35) 사이에 배치되어 있다. 제2 교차 신호 변환기(28)에는 제7 분기점(40)을 통하여 제1 신호 변환기(21)의 출력 신호 θ_x가 입력되고, 제2 교차 신호 변환기(28)는 입력된 신호를 변환하여 제7 가합점(35)에 출력한다. 제7 가합점(35)에서는, 제1 경사 운동 제어기(25)의 출력 신호에 제2 교차 신호 변환기(28)의 출력 신호가 가산된다.

각 교차 신호 변환기(27, 28)는, 교차 피드백의 계수 K_c를 이용하여, 입력된 신호의 변환을 실행한다. 또한, 이 계수 K_c는, 다음 수학식 (4)로 나타내어진다. 단,

I_d : 회전체(2)의 무게 중심을 통과하는 직경 둘레의 관성 모멘트

I_P : 축선 Ax 둘레의 관성 모멘트

Ω : 회전체(2)의 회전각 속도

로 한다.

제1 경사 운동 제어기(25), 제2 경사 운동 제어기(26), 제1 교차 신호 변환기(27) 및 제2 교차 신호 변환기(28)에 의해, 경사 운동 제어 회로(45)가 구성된다.

또한, 제1 신호 변환기(21)에의 입력 신호 x₁의 제1 신호선(47)에는 제1 분기점(48)이, 입력 신호 y₁의 제2 신호선(49)에는 제2 분기점(50)이, 입력 신호 x₂의 제3 신호선(51)에는 제3 분기점(52)이, 입력 신호 y2의 제4 신호선(53)에는 제4 분기점(54)이, 각각 형성되어 있다.

불평형 소거 회로(12)는, 제2 신호 변환기(22)로부터 신호가 출력되는 각 가합점(30, 31, 32, 33)과, 제1 신호 변환기(21)로의 신호가 분기되는 각 분기점(48, 50, 52, 54) 사이에 개재되어 있다. 이 때문에, 불평형 소거 회로(12)에는, 각 분기점(48, 50, 52, 54)을 통하여 각 입력 신호 x₁, y₁, x₂, y₂가 입력된다. 그리고, 불평형 소거 회로(12)는, 불평형 강성에 관한 신호를, 계수 승산 수단으로서의 각 승산기(55, 56, 57, 58)를 통하여, 각 가합점(30, 31, 32, 33)에 출력하도록 접속되어 있다. 구체적으로는, 불평형 소거 회로(12)는, 제1 승산기(55)를 경유하여 입력 신호 x₁에 대응하는 출력 신호를 제3 가합점(30)에, 제2 승산기(56)를 경유하여 입력 신호 y₁에 대응하는 출력 신호를 제4 가합점(31)에, 제3 승산기(57)를 경유하여 입력 신호 x₂에 대응하는 출력 신호를 제5 가합점(32)에, 제4 승산기(58)를 경유하여 입력 신호 y2에 대응하는 출력 신호를 제6 가합점(33)에, 각각 출력하도록 배치되어 있다.

불평형 소거 회로(12)의 전달 함수는 K_ML_B ^TT_S이다. 여기서, K_M은 다음 수학식 (5)로 나타내어진다.

또한, 8극 헤테로 폴라형의 경우는, 다음 수학식 (6)으로 나타내어진다. 단,

μ₀ : 진공의 투자율

S_i : 자극의 단면적

N_i : 코일의 권취수

I_i : 바이어스 전류

δ_i : 공극 길이

로 한다. 또한, S_i, I_i 등, i의 부호가 붙여져 있는 것은, 제1 전자석(4a) 및 제2 전자석(5a)의 양쪽을 포함하는 것이다.

또한, L_B ^T는 전술한 수학식 (2)의 L_B의 전치 매트릭스이고, T_S는 전술한 수학식 (1)의 T_S ^-1의 역매트릭스에 상당한다.

제3 가합점(30)에서는, 제2 신호 변환기(22)의 마이너스 출력 신호로부터 제1 승산기(55)를 경유한 불평형 소거 회로(12)의 출력 신호가 감산된다. 마찬가지로, 제4 가합점(31)에서는 제2 신호 변환기(22)의 마이너스 출력 신호로부터 제2 승산기(56) 경유의 불평형 소거 회로(12)의 출력 신호가, 제5 가합점(32)에서는 제2 신호 변환기(22)의 마이너스 출력 신호로부터 제3 승산기(57) 경유의 불평형 소거 회로(12)의 출력 신호가, 제6 가합점(33)에서는 제2 신호 변환기(22)의 마이너스 출력 신호로부터 제4 승산기(58) 경유의 불평형 소거 회로(12)의 출력 신호가, 각각 감산된다.

각 가합점(30, 31, 32, 33)의 감산 결과는, 힘을 전류값으로 바꾸는 변환 계수 k_E를 이용하여, 전류값 지시 수단으로서의 각 변환기(61, 62, 63, 64)에 의해 전류값으로 변환된다. 구체적으로는, 감산 결과로서 제3 가합점(30)으로부터 출력되는 신호 f_x1은, 변환 계수 1/k_El로 나타내어지는 제1 변환기(61)에 입력된다. 마찬가지로, 감산 결과로서 제4 가합점(31)으로부터 출력되는 신호 f_y1은 변환 계수 1/k_El로 나타내어지는 제2 변환기(62)에, 제5 가합점(32)으로부터 출력되는 신호 f_x2는 변환 계수 1/k_Er로 나타내어지는 제3 변환기(63)에, 제6 가합점(33)으로부터 출력되는 신호 f_y2는 변환 계수 1/k_Er로 나타내어지는 제4 변환기(64)에, 각각 입력된다. 그리고, 각 변환기(61, 62, 63, 64)에서는, 각 변환 계수 1/k_El, 1/k_Er을 이용하여, 입력된 각 신호가 전류값으로 변환되어, 출력된다. 또한, 각 변환기(61, 62, 63, 64)로부터 출력되는 전류값은, 각 래디얼 자기 축받이(4, 5)의 각 전자석(4a, 5a)의 제어에 이용된다. 또한, k_El은 제1 전자석(4a)용 변환 계수를, k_Er은 제2 전자석(5a)용 변환 계수를, 각각 나타내고 있다.

또한, 제1 변환기(61)의 출력 신호의 제9 신호선(65)에는 제9 분기점(66)이, 제2 변환기(62)의 출력 신호의 제10 신호선(67)에는 제10 분기점(68)이, 제3 변환기(63)의 출력 신호의 제11 신호선(69)에는 제11 분기점(70)이, 제4 변환기(64)의 출력 신호의 제12 신호선(71)에는 제12 분기점(72)이, 각각 형성되어 있다.

각 변환기(61, 62, 63, 64)로부터 출력되는 전류값은, 각 분기점(66, 68, 70, 72)을 통하여, DC 성분 추출 수단으로서의 각 로우 패스 필터(76, 77, 78, 79)에 입력된다. 구체적으로는, 제1 변환기(61)가 출력하는 전류값은 제9 분기점(66)에 의해 제1 로우 패스 필터(76)에, 제2 변환기(62)가 출력하는 전류값은 제10 분기점(68)에 의해 제2 로우 패스 필터(77)에, 제3 변환기(63)가 출력하는 전류값은 제11 분기점(70)에 의해 제3 로우 패스 필터(78)에, 제4 변환기(64)가 출력하는 전류값은 제12 분기점(72)에 의해 제4 로우 패스 필터(79)에, 각각 입력된다.

각 로우 패스 필터(76, 77, 78, 79)로서, 모두 컷오프 주파수가 1㎐ 이하인 것이 이용되고 있다. 이에 의해, 각 로우 패스 필터(76, 77, 78, 79)는, 각 변환기(61, 62, 63, 64)가 출력하는 전류값으로부터 1㎐를 초과하는 주파수를 차단하여 추출한 DC 성분(직류 성분) i_dc의 신호를 출력하도록 구성되어 있다.

또한, 각 로우 패스 필터(76, 77, 78, 79)가 출력하는 신호는, 보정 계수 산출 수단으로서의 각 연산기(81, 82, 83, 84)에 입력된다. 구체적으로는, 제1 로우 패스 필터(76)의 출력 신호는 제1 연산기(81)에, 제2 로우 패스 필터(77)의 출력 신호는 제2 연산기(82)에, 제3 로우 패스 필터(78)의 출력 신호는 제3 연산기(83)에, 제4 로우 패스 필터(79)의 출력 신호는 제4 연산기(84)에, 각각 입력된다. 각 연산기(81, 82, 83, 84)에서는, DC 성분 i_dc에 기초하여 보정 계수 C가 산출된다. 각 연산기(81, 82, 83, 84)가, 보정 계수 C를 산출하기 위해서 이용하는 함수는, 다음 수학식 (7) 및 수학식 (8)로 나타내어진다. 단,

I₀ : 바이어스 전류(양쪽 전자석(4a, 5a)의 구별이 없는 것)

로 한다.

여기서, 수학식 (7) 및 수학식 (8)은, 불평형 강성의 변화 및 제어 강성의 변화로부터 구해진다. 도 3은 불평형 강성의 변화, 제어 강성의 변화 및 불평형 소거 회로(12)에 곱하는 보정 계수 C와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 3의 횡축은 DC 성분 i_dc의 절대값을 바이어스 전류 I₀으로 나눈 값(|i_dc|/I₀)을, 종축은 계수를, 각각 나타내고 있다.

도 3에 있어서, 일점쇄선으로 f_M을, 파선으로 f_E를, 실선으로 보정 계수 C를, 각각 나타내고 있다. 또한,

f_M : 정상 부하가 없을(i_dc=0) 때를 기준으로 한 경우의 불평형 강성의 상대적 변화

f_E : 정상 부하가 없을(i_dc=0) 때를 기준으로 한 경우의 제어 강성의 상대적 변화를, 각각 나타내고 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, f_M은 계수 1에 해당하는 위치로부터 이차 함수적 변화를, f_E는 계수 1에 해당하는 위치로부터 |i_dc|/I₀의 값이 1에 해당하는 위치까지 일정하게, |i_dc|/I₀의 값이 1을 초과하면 비례 함수적 변화를, 각각 나타내고 있다. 한편, 보정 계수 C는, f_M을 f_E로 나눔(f_M/f_E)으로써 얻어진다. 이 때문에, 보정 계수 C의 값은, |i_dc|/I₀의 값이 1 이하(i_dc≤I₀)인 경우에는 f_M과 마찬가지의 변화, 즉 이차 함수적 변화를(수학식 (7)에 대응), |i_dc|/I₀의 값이 1보다 큰 경우(i_dc>I₀)에는 비례 함수적 변화를(수학식 (8)에 대응), 각각 나타내고 있다. 그리고, 도 3에 도시한 보정 계수 C의 값의 변화를 함수화한 것이 수학식 (7) 및 (8)에 해당한다. DC 성분 i_dc는 각 필터(76, 77, 78, 79)에 의해 각 전자석(4a, 5a)의 X축, Y축마다 추출되고, 이 추출된 각 DC 성분 i_dc에 기초하여, 보정 계수 C도 각 전자석(4a, 5a)의 X축, Y축마다 산출된다.

도 2로 되돌아가서, 제1 연산기(81)의 산출 결과는 제1 승산기(55)에, 제2 연산기(82)의 산출 결과는 제2 승산기(56)에, 제3 연산기(83)의 산출 결과는 제3 승산기(57)에, 제4 연산기(84)의 산출 결과는 제4 승산기(58)에, 각각 출력된다. 각 승산기(55, 56, 57, 58)에서는, 불평형 소거 회로(12)의 출력 신호와 각 연산기(81)에 의해 산출된 보정 계수 C가 승산된다. 그리고, 제1 승산기(55)의 승산 결과가 제3 가합점(30)에, 제2 승산기(56)의 승산 결과가 제4 가합점(31)에, 제3 승산기(57)의 승산 결과가 제5 가합점(32)에, 제4 승산기(58)의 승산 결과가 제6 가합점(33)에, 각각 출력된다. 이 때문에, 각 가합점(30, 31, 32, 33)에서는, 제2 신호 변환기(22)로부터의 출력 신호의 감산에, 각 승산기(55, 56, 57, 58)에서 승산된 신호가 이용된다.

이상에 설명한 바와 같이, 이 형태의 자기 축받이 장치(1)에 의하면, 각 전자석(4a, 5a)과 회전체(2) 사이에 발생할 수 있는 불평형 강성이 불평형 소거 회로(12)에 의해 고려된다. 또한, 불평형 소거 회로(12)의 출력 신호에는, DC 성분 i_dc에 따라서 산출된 보정 계수 C가 승산된다. 도 3에 도시한 바와 같이, DC 성분 i_dc는 불평형 강성 및 제어 강성에 영향을 준다. 즉, 불평형 소거 회로(12)의 출력 신호에는, 불평형 강성 및 제어 강성의 변화에 따른 보정 계수가 피드백된다. 이 때문에, 축선 Ax가 수평으로 되는 부착 자세이어도, 축선 Ax가 수직으로 되는 부착 자세이어도, 각각의 자세에 따른 불평형 강성의 소거가 가능하게 되므로, 부착 자세가 한정되지 않는다. 즉, 불평형 강성 및 제어 강성의 변화에 따라서 각 전자석(4a, 5a)을 제어할 수 있으므로, 불평형 강성이 변화하는 다양한 부착 자세에 대응한 회전체(2)의 부상 제어를 실현할 수 있다. 또한, 예를 들면 회전체(2)의 축선 Ax가 수평 혹은 수직으로 되는 자세에 대응한 것이, 반대의 자세로 부착됨으로써 발생하는 부상 제어의 불안정 등을 억제할 수 있다.

(래디얼 방향 제어기의 제2 형태)

다음으로, 래디얼 방향 제어기(10)의 제2 형태에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 이하에서는, 제1 형태와 공통의 구성에는, 도 4에 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 도 4는 제2 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10B)의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10B)에는, 각 연산기(81, 82, 83, 84)와 각 승산기(55, 56, 57, 58) 사이에, 재기입 가능한 기억 장치(90B)가 설치되어 있다.

기억 장치(90B)는, 제1 연산기(81)로부터 출력된 보정 계수 Cx1, 제2 연산기(82)로부터 출력된 보정 계수 Cy1, 제3 연산기(83)로부터 출력된 보정 계수 Cx2 및 제4 연산기(84)로부터 출력된 보정 계수 Cy2를, 각각 기억한다. 그리고, 기억된 보정 계수 Cx1은 제1 승산기(55)에서, 보정 계수 Cy1은 제2 승산기(56)에서, 보정 계수 Cx2는 제3 승산기(57)에서, 보정 계수 Cy2는 제4 승산기(58)에서, 불평형 소거 회로(12)로부터의 출력 신호와의 승산에 각각 이용된다. 이와 같이, 제2 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10B)는, 불평형 강성 및 제어 강성의 변화에 따라서 산출된 각 보정 계수 Cy2, Cx2, Cy1, Cx1이 기억 장치(90B)에 기억되고, 불평형 소거 회로(12)의 출력 신호에 대한 피드백이 기억 장치(90B)를 통하여 실행되도록 구성되어 있다.

(래디얼 방향 제어기의 제3 형태)

다음으로, 래디얼 방향 제어기(10)의 제3 형태에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 이하에서는, 제1 형태와 공통의 구성에는, 도 5에 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 도 5는 제3 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10C)의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 제3 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10C)에는, 각 승산기(55, 56, 57, 58)에서 이용되는 계수를 기억하는 기억 장치(90C)와, 타이머 장치(91)와, 인에이블기(92)가 설치되어 있다.

인에이블기(92)는, 각 필터(76, 77, 78, 79)가 실행하는 추출 및 각 연산기(81, 82, 83, 84)가 실행하는 산출의 허가 및 불허가를 제어한다. 즉, 인에이블기(92)에 의해 허가되지 않는 한, 각 필터(76, 77, 78, 79)는 DC 성분 i_dc의 추출을, 각 연산기(81, 82, 83, 84)는 각 보정 계수의 산출을, 각각 실행할 수 없다. 즉, 인에이블기(92)에 의해 허가될 때까지는, 각 보정 계수 Cy2, Cx2, Cy1, Cx1이 산출되지 않는다. 그리고, 인에이블기(92)는, 타이머 장치(91)로부터의 신호에 기초하여, 각 필터(76, 77, 78, 79)가 실행하는 추출 및 각 연산기(81, 82, 83, 84)가 실행하는 산출을 허가한다.

한편, 기억 장치(90C)에는, 각 승산기(55, 56, 57, 58)에서 이용되는 계수의 초기값으로서 1이 기억되어 있다. 그리고, 회전체(2)에 부상을 개시시킬 때에는, 각 승산기(55, 56, 57, 58)에서는, 이 초기값 1이 이용된다. 또한, 회전체(2)를 부상 개시시킬 때는, 부상 명령 신호가 타이머 장치(91)에 입력된다. 타이머 장치(91)는, 부상 명령 신호의 입력으로부터 대략 2초 후에, 각 필터(76, 77, 78, 79)가 실행하는 추출 및 각 연산기(81, 82, 83, 84)가 실행하는 산출을 허가하도록 인에이블기(92)에 신호를 출력한다. 이 때문에, 래디얼 방향 제어기(10C)는, 회전체(2)의 부상 개시로부터 대략 2초 후에, 각 보정 계수 Cy2, Cx2, Cy1, Cx1이 산출 되도록 구성되어 있다. 산출된 각 보정 계수 Cy2, Cx2, Cy1, Cx1은, 기억 장치(90C)에 출력되어, 기억된다. 또한, 기억 장치(90C)에 기억된 각 보정 계수 Cy2, Cx2, Cy1, Cx1은, 각 승산기(55, 56, 57, 58)에서 이용된다. 이와 같이, 제3 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10C)는, 회전체(2)를 부상시킬 때에는 초기값 1을 이용하여 불평형 소거 회로(12)의 출력 신호에 대한 피드백을 실행하지 않고, 회전체(2)의 부상 후, 소정 시간이 경과한 후부터 불평형 소거 회로(12)의 출력 신호에 대한 불평형 강성 및 제어 강성의 변화에 따른 피드백이 실행되도록 구성되어 있다. 또한, 인에이블기(92)와, 타이머 장치(91)의 조합이, 본 발명의 허가 수단으로서 기능한다.

(래디얼 방향 제어기의 제4 형태)

다음으로, 래디얼 방향 제어기(10)의 제4 형태에 대하여 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 이하에서는, 제1 형태와 공통의 구성에는, 도 6 내지 도 8에 공통의 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 6은 제4 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10D)의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제4 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10D)에는, 비교 수단으로서의 비교기(95)와, 계수 구별 수단 및 기준값 구별 수단으로서의 계수 절환기(96)가 설치되어 있다.

계수 절환기(96)에는, 특정 계수 기억 수단, 보정 계수 기억 수단, 성분 기준값 기억 수단 및 특정 기준값 기억 수단으로서의 기억 장치(96D)가 설치되어 있다. 이 기억 장치(96D)에는, 축선 Ax가 수평 방향과 대략 일치하는 자세나 수직 방향과 대략 일치하는 자세 등, 자기 축받이 장치(1)의 복수의 설치 자세에 각각 대응하는 복수의 보정 계수 및 DC 성분 i_dc의 기준값이 승산기(55, 56, 57, 58)마다 미리 기억되어 있다. 각 DC 성분 i_dc의 기준값은, 비교기(95)에서, 각 필터(76, 77, 78, 79)로부터 출력된 각 DC 성분 i_dc와의 비교에 이용되는 것이다. 비교기(95)가 실행하는 각 DC 성분 i_dc와 각 기준값 사이의 비교에 대해서는 후술한다.

도 7a 및 도 7b는 모두 계수 절환기(96)의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면이다. 이들 도면 중, 도 7a는 보정 계수의 절환에 관한 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하고 있다. 기억 장치(96D)에 기억된 각 보정 계수는, 각 승산기(55, 56, 57, 58)에서, 승산에 이용되는 것이다. 도 7a의 예를 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 7a에 도시한 바와 같이, 이 예에서는, 기억 장치(96D)에 각 래디얼 위치 센서(4b, 5b)의 X축 및 Y축에 관한 변위마다 각각 3개의 보정 계수가 기억되어 있다. 그리고, 계수 절환기(96)는, 각 승산기(55, 56, 57, 58)에서 이용되는 보정 계수를, 기억 장치(96D)에 기억된 각 보정 계수 중으로부터 특정하기 위해서 이용된다. 구체적으로는, 계수 절환기(96)에 의해 특정한 보정 계수에 다른 보정 계수와 구별하기 위한 정보가 부가되고, 이 부가된 정보에 의해 각 승산기(55, 56, 57, 58)에서 이용되는 보정 계수를 특정한다. 또한, 이 특정은, 일례로서 자기 축받이 장치(1)를 설치하는 설치자가 자기 축받이 장치(1)의 설치 자세 등에 따라서, 복수의 보정 계수 중으로부터 특정한 보정 계수를 선택함으로써 실현되며, 각 보정 계수간에서 절환된다.

도 7a의 예에서는, 제1 승산기(55)에서 이용될 수 있는 3개의 보정 계수로서 Cx1v, Cx1x, Cx1+가, 제2 승산기(56)에서 이용될 수 있는 3개의 보정 계수로서 Cy1v, Cy1x, Cy1+가, 제3 승산기(57)에서 이용될 수 있는 3개의 보정 계수로서 Cx2v, Cx2x, Cx2+가, 제4 승산기(58)에서 이용될 수 있는 3개의 보정 계수로서 Cy2v, Cy2x, Cy2+가, 각각 기억 장치(96D)에 기억되어 있다. 그리고, 각 승산기(55, 56, 57, 58)의 승산에서 사용되는 특정한 보정 계수 Cx1, Cy1, Cx2, Cy2로서, 승산기(55, 56, 57, 58)마다 1개의 보정 계수가 특정되어 있다. 구체적으로는, 제1 승산기(55)에서 승산에 사용되는 특정한 보정 계수 Cx1로서 Cx1v가, 제2 승산기(56)에서 승산에 사용되는 특정한 보정 계수 Cy1로서 Cy1v가, 제3 승산기(57)에서 승산에 사용되는 특정한 보정 계수 Cx2로서 Cx2v가, 제4 승산기(58)에서 승산에 사용되는 특정한 보정 계수 Cy2로서 Cy2v가, 각각 특정되어 있다.

또한, 계수 절환기(96)는, 비교기(95)에서 이용되는 기준값을, 기억 장치(96D)에 기억되어 있는 각 기준값 중으로부터 특정하기 위해서 이용되는 것이기도 하다. 구체적으로는, 계수 절환기(96)에 의해 특정한 기준값에 다른 기준값과 구별하기 위한 정보가 부가되고, 이 부가된 정보에 의해 비교기(95)에서 이용되는 보정 계수를 특정한다. 도 7b는 DC 성분 i_dc의 기준값에 관한 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하고 있다. 도 7b에 도시한 바와 같이, 각 DC 성분 i_dc의 기준값도, 보정 계수와 마찬가지로, 각 래디얼 위치 센서(4b, 5b)의 X축 및 Y축에 관한 변위마다 각각 3개의 기준값이 기억 장치(96D)에 기억되어 있다. 구체적으로는, 도 7b의 예에서는, 제1 로우 패스 필터(76)와 대응하는 3개의 기준값으로서 Ix1v, Ix1x, Ix1+가, 제2 로우 패스 필터(77)와 대응하는 3개의 기준값으로서 Iy1v, Iy1x, Iy1+가, 제3 로우 패스 필터(78)와 대응하는 3개의 기준값으로서 Ix2v, Ix2x, Ix2+가, 제4 로우 패스 필터(79)와 대응하는 3개의 기준값으로서 Iy2v, Iy2x, Iy2+가, 각각 기억 장치(96D)에 기억되어 있다. 그리고, 각 DC 성분 i_dc의 기준값 중 Ix1v, Iy1v, Ix2v, Iy2v가, 비교기(95)에서 비교 대상으로 되는 특정한 기준값 Ix1, Iy1, Ix2, Iy2로서 이용되도록 특정되어 있다. 또한, 특정한 기준값 Ix1, Iy1, Ix2, Iy2는, 보정 계수와 마찬가지로, 설치자에 의해 특정됨으로써 각 기준값간에서 절환되어도 된다. 또한, 기억 장치(96D)에는 각 DC 성분 i_dc의 기준값이 각 보정 계수에 각각 대응지어져 기억되고, 계수 절환기(96)는, 각 특정한 보정 계수가 특정됨으로써, 각 DC 성분 i_dc의 기준값도 특정된 보정 계수에 대응하는 기준값이 특정한 기준값으로서 특정되도록 구성되어 있어도 된다.

비교기(95)는, 각 필터(76, 77, 78, 79)로부터의 신호의 출력처로서 배치되어 있다. 도 8은 비교기(95)의 신호 계통의 블록선도의 일례를 도시하는 도면이다. 비교기(95)는, 제1 비교부(95A)와, 제2 비교부(95B)와, 제3 비교부(95C)와, 제4 비교부(95D)와, OR 회로(95K)를 구비하고 있다. 제1 비교부(95A)는 제1 로우 패스 필터(76)의 출력 신호와 특정한 기준값 Ix1을, 제2 비교부(95B)는 제2 로우 패스 필터(77)의 출력 신호와 특정한 기준값 Iy1을, 제3 비교부(95C)는 제3 로우 패스 필터(78)의 출력 신호와 특정한 기준값 Ix2를, 제4 비교부(95D)는 제4 로우 패스 필터(79)의 출력 신호와 특정한 기준값 Iy2를, 각각 비교한다. 그리고, 각 비교부(95A, 95B, 95C, 95D)는, 비교 결과를 OR 회로(95K)에 출력한다.

OR 회로(95K)는, 각 비교부(95A, 95B, 95C, 95D) 중 어느 하나에 있어서 각 필터(76, 77, 78, 79)로부터 출력된 DC 성분 i_dc가 각 특정한 기준값 Ix1, Iy1, Ix2, Iy2를 초과하고 있다고 하는 비교 결과가 출력된 경우에는, 회전 불허가 신호를 모터(3)의 회전을 제어하는 모터 제어기(9)에 출력한다. 이 경우, 모터 제어기(9)는, 회전체(2)를 회전시키지 않도록, 모터(3)를 제어한다. 즉, 모터(3)는, 비교기(95)로부터 회전 불허가 신호가 입력된 경우에는, 회전체(2)의 회전을 개시시키지 않는다. 이와 같이, 제4 형태에 의하면, 자기 축받이 장치(1)의 자세에 대응한 적절한 보정 계수가 기억 장치(96D)에 기억되고, 자기 축받이 장치(1)의 자세에 따라서 보정 계수를 적절한 것으로 절환할 수 있다. 이에 의해, 회전체(2)의 지지를, 자기 축받이 장치(1)의 자세에 따라서, 보다 적절하게 행할 수 있다. 한편, DC 성분 i_dc에 대응하는 각 기준값 Ix1, Iy1, Ix2, Iy2를 이용하여, 회전체(2)를 회전시키지 않는 제어를 행할 수 있다. 이에 의해, DC 성분 i_dc가 각 특정한 기준값 Ix1, Iy1, Ix2, Iy2를 초과하는 경우, 즉 자기 축받이 장치(1)의 설치 자세가 상정 외일 때와 같이 회전체(2)를 회전시키면 불안정 등이 발생할 가능성이 있는 경우에, 회전체(2)가 회전하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 상술한 각 형태에 한하지 않고, 적당한 형태로 실시할 수 있다. 상술한 형태에서는, 연산기가 보정 계수를 산출하기 위해서 이용하는 식이 예시되어 있지만, 불평형 강성의 변화에 대응하는 계수를 산출 가능한 한, 이와 같은 식에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상술한 제3 형태에 따른 인에이블기(92)는, 각 필터(76, 77, 78, 79)가 실행하는 추출 및 각 연산기(81, 82, 83, 84)가 실행하는 산출의 양쪽의 허가 및 불허가를 제어하고 있지만, 이와 같은 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 인에이블기는, 어느 한쪽만을 제어하도록 구성되어 있어도 된다. 또한, 상술한 제3 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10C)는, 타이머 장치(91) 및 인에이블기(92)를 이용하여, 회전체(2)의 부상 개시로부터 대략 2초 경과 후부터 보정 계수가 산출되도록 구성되어 있지만, 이와 같은 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 초기값과 산출된 보정 계수가 기억 장치(90C)의 다른 장소에 기억되고, 각 승산기가 부상 개시 시에 초기값을, 소정 시간 경과 후부터는 산출된 보정 계수를, 각각 이용하도록 구성되어 있어도 된다. 또한, 산출된 보정 계수의 이용을 개시하는 소정 시간은, 회전체(2)가 부상하여 안정 상태에 있다고 판단 가능한 시간이면, 회전체(2)의 부상 개시로부터 대략 2초 경과 후로 한정되는 것도 아니다.

또한, 상술한 제4 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10D)는, 각 필터(76, 77, 78, 79)로부터 출력된 DC 성분 i_dc 중 어느 하나가 대응하는 각 기준값 Ix1, Iy1, Ix2, Iy2를 초과한 경우에 소정의 조건이 만족된 것으로 하여, 비교기(95)가 회전 불허가 신호를 출력하도록 구성되어 있지만, 이와 같은 형태에 한정되는 것도 아니다. 예를 들면, 비교기는, 각 필터(76, 77, 78, 79)로부터 출력된 DC 성분 i_dc 모두가 대응하는 각 기준값 Ix1, Iy1, Ix2, Iy2를 초과한 경우에 소정의 조건이 만족된 것으로 하여, 회전 불허가 신호를 출력하도록 구성되어 있어도 된다.

또한, 예를 들면 상술한 제4 형태에 따른 래디얼 방향 제어기(10D)에 있어서, 각 필터(76, 77, 78, 79) 및 비교기(95)를 생략하는 것도 가능하다. 이 경우, 기억 장치(96D)는, 성분 기준값 기억 장치 및 특정 기준값 기억 장치로서 기능하지 않아도 된다.

Claims

전자석에 의해 부상시켜 회전체를 지지하는 자기 축받이 장치에 적용되는 래디얼 방향 제어기로서,
상기 회전체의 축선의 래디얼 방향의 변위를 제어하기 위한 래디얼 제어 회로와,
상기 래디얼 제어 회로에 병렬로 접속되며, 불평형 강성에 관한 신호를 출력하는 불평형 소거 회로와,
상기 래디얼 제어 회로가 출력하는 신호 및 상기 불평형 소거 회로가 출력하는 불평형 강성에 관한 신호에 기초하여, 상기 전자석을 제어하기 위한 전류값을 출력하는 전류값 지시 수단과,
상기 전류값 지시 수단이 출력하는 전류값으로부터 DC 성분을 추출하는 DC 성분 추출 수단과,
상기 DC 성분 추출 수단이 추출한 DC 성분과 상기 전자석의 바이어스 전류에 기초하여 보정 계수를 산출하는 보정 계수 산출 수단과,
상기 보정 계수 산출 수단이 산출한 상기 보정 계수를 상기 불평형 소거 회로가 출력하는 신호에 승산하는 계수 승산 수단
을 구비하는 래디얼 방향 제어기.
제1항에 있어서,
상기 보정 계수 산출 수단은, 상기 DC 성분을 i_dc, 상기 바이어스 전류를 I₀, 상기 보정 계수를 C로 한 경우에, 다음 수학식

을 이용하여, 상기 보정 계수를 산출하는 래디얼 방향 제어기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 보정 계수 산출 수단이 산출한 상기 보정 계수를 기억하는 기억 장치를 더 구비하고,
상기 계수 승산 수단은, 상기 기억 장치에 기억된 상기 보정 계수를 이용하여 상기 승산을 실행하는 래디얼 방향 제어기.
제3항에 있어서,
상기 기억 장치에는, 상기 보정 계수의 초기값이 기억되고,
상기 계수 승산 수단은, 상기 승산에, 상기 회전체의 부상 개시 시에는 상기 기억 장치에 기억된 초기값을, 상기 회전체의 부상 개시로부터 소정 시간 경과 후에는 상기 보정 계수 산출 수단이 산출한 상기 보정 계수를, 각각 이용하는 래디얼 방향 제어기.
제4항에 있어서,
상기 DC 성분 추출 수단이 실행하는 추출 및 상기 보정 계수 산출 수단이 실행하는 산출 중 적어도 어느 한쪽의 허가 및 불허가를 제어하는 허가 수단을 구비하고,
상기 허가 수단은, 상기 DC 성분 추출 수단이 실행하는 추출 및 상기 보정 계수 산출 수단이 실행하는 산출을, 상기 회전체의 부상 개시로부터 소정 시간 경과할 때까지는 불허가하고, 상기 소정 시간 경과 후에는 허가하도록 제어하고,
상기 계수 승산 수단은, 상기 DC 성분 추출 수단이 실행하는 추출 및 상기 보정 계수 산출 수단이 실행하는 산출이 상기 허가 수단에 의해 허가된 이후에는, 상기 보정 계수 산출 수단이 산출하여 상기 기억 장치에 기억된 보정 계수를 이용함으로써, 상기 회전체의 부상 개시로부터 소정 시간 경과 후에 상기 보정 계수 산출 수단이 산출한 상기 보정 계수의 이용을 실현하는 래디얼 방향 제어기.
전자석에 의해 부상시켜 회전체를 지지하는 자기 축받이 장치에 적용되는 래디얼 방향 제어기로서,
상기 회전체의 축선의 래디얼 방향의 변위를 제어하기 위한 래디얼 제어 회로와,
상기 래디얼 제어 회로에 병렬로 접속되며, 불평형 강성에 관한 신호를 출력하는 불평형 소거 회로와,
상기 래디얼 제어 회로가 출력하는 신호 및 상기 불평형 소거 회로가 출력하는 불평형 강성에 관한 신호에 기초하여, 상기 전자석을 제어하기 위한 전류값을 출력하는 전류값 지시 수단과,
상기 회전체의 축선의 설치 자세에 각각 따른 복수의 보정 계수를 기억하는 보정 계수 기억 수단과,
상기 회전체의 축선의 설치 자세에 각각 대응하는 복수의 보정 계수 중 특정한 보정 계수에 다른 보정 계수와 구별하기 위한 정보를 부가하는 계수 구별 수단과,
상기 특정한 보정 계수를 기억하는 특정 계수 기억 수단과,
상기 특정 계수 기억 수단에 기억된 상기 특정한 보정 계수를 상기 불평형 소거 회로가 출력하는 신호에 승산하는 계수 승산 수단
을 구비하는 래디얼 방향 제어기.
제6항에 있어서,
상기 전류값 지시 수단이 출력하는 전류값으로부터 DC 성분을 추출하는 DC 성분 추출 수단과,
상기 회전체의 축선의 설치 자세에 각각 대응하는 복수의 DC 성분의 기준값을 기억하는 성분 기준값 기억 수단과,
상기 복수의 기준값 중 특정한 기준값에 다른 기준값과 구별하기 위한 정보를 부가하는 기준값 구별 수단과,
상기 특정한 기준값을 기억하는 특정 기준값 기억 수단과,
상기 DC 성분 추출 수단이 추출한 DC 성분과 상기 특정 기준값 기억 수단에 기억된 상기 특정한 기준값을 비교하여, 소정의 조건을 만족시킨 경우에 상기 회전체를 회전 개시시키지 않는 제어 신호를 출력하는 비교 수단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 래디얼 방향 제어기.
제7항에 있어서,
상기 비교 수단은, 상기 DC 성분 추출 수단이 추출한 DC 성분과 상기 특정한 기준값을 비교한 결과에, 상기 DC 성분 추출 수단이 추출한 DC 성분이 상기 특정한 기준값을 초과하고 있다고 하는 결과가 포함되어 있는 경우에, 상기 소정의 조건이 만족된 것으로 하여 상기 제어 신호를 출력하는 래디얼 방향 제어기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 DC 성분 추출 수단으로서, 컷오프 주파수가 1㎐ 이하인 로우 패스 필터가 이용되고 있는 래디얼 방향 제어기.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 래디얼 방향 제어기를 구비한 자기 축받이 장치.