JP3182197B2 - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- JP3182197B2 JP3182197B2 JP09172492A JP9172492A JP3182197B2 JP 3182197 B2 JP3182197 B2 JP 3182197B2 JP 09172492 A JP09172492 A JP 09172492A JP 9172492 A JP9172492 A JP 9172492A JP 3182197 B2 JP3182197 B2 JP 3182197B2
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- JP
- Japan
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- signal
- rotating shaft
- transfer function
- displacement
- magnetic bearing
- Prior art date
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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)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸を電磁石固
定子の磁気吸引力の制御により非接触で支承する磁気軸
受装置に関する。
定子の磁気吸引力の制御により非接触で支承する磁気軸
受装置に関する。
【従来の技術】図２は従来の磁気軸受装置の制御系のブ
ロック図を示すものである。図２において、符号１はケ
ーシングであり、このケーシング１には励磁コイル３を
備えた電磁石固定子２が固定されている。一方、回転軸
４には回転子ヨーク５が固着されている。そして、回転
軸４に隣接して変位センサ６が配設されており、補償回
路７と電力増幅器８によって変位センサ６からの出力信
号に基づいてコイル３に電流を流し、回転子ヨーク５と
電磁石固定子２間に磁気吸引力を作用させるように構成
されている。
ロック図を示すものである。図２において、符号１はケ
ーシングであり、このケーシング１には励磁コイル３を
備えた電磁石固定子２が固定されている。一方、回転軸
４には回転子ヨーク５が固着されている。そして、回転
軸４に隣接して変位センサ６が配設されており、補償回
路７と電力増幅器８によって変位センサ６からの出力信
号に基づいてコイル３に電流を流し、回転子ヨーク５と
電磁石固定子２間に磁気吸引力を作用させるように構成
されている。
【０００２】次にこの構成における磁気軸受装置の動作
について説明する。変位センサ６によって回転軸４の変
位を検出し、回転軸４の位置目標値と変位センサ６で検
出された変位信号との偏差をもとに補償回路７で補償信
号を生成する。その生成された信号によって電力増幅器
８を駆動し、ケーシング１に固定された電磁石固定子２
のコイル３に、電流を流し回転子ヨーク５と電磁石固定
子２間に磁気吸引力を作用させ、回転軸４を固定子の中
心付近に支承する。
について説明する。変位センサ６によって回転軸４の変
位を検出し、回転軸４の位置目標値と変位センサ６で検
出された変位信号との偏差をもとに補償回路７で補償信
号を生成する。その生成された信号によって電力増幅器
８を駆動し、ケーシング１に固定された電磁石固定子２
のコイル３に、電流を流し回転子ヨーク５と電磁石固定
子２間に磁気吸引力を作用させ、回転軸４を固定子の中
心付近に支承する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の磁気軸受装置においては、回転軸のいくつかの
曲げ固有モードのため、回転子がそれらの固有振動数で
振動、発振を起こすという問題があった。そのための対
策として、従来、局部周波数で位相を進めるフィルタ
や、あるいは局部周波数で利得を低下させるノッチフィ
ルタなどを用いている。しかし、これらのフィルタは回
転軸の固有振動数を測定し、それに合わせてフィルタを
作成しなければならない。さらに難しいことは、この回
転軸の固有振動数は回転とともに変化していき、また、
回転軸の温度によっても変化する。さらにまた、回転軸
を支持する軸受の剛性によっても変化する。上記のフィ
ルタなどは局部的な周波数に合わせてあるので、上記の
現象などによって固有振動数が変化すると、固有振動数
がこれらのフィルタの範囲外に出てしまい、振動、発振
などの問題を引き起こしてしまうことが多々ある。本発
明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的と
する処は、上記問題点を除去し、回転軸の固有振動数が
変化しても自動的に回路を修正し、固有振動数で積極的
に減衰力を与えるように制御し、振動、発振の問題を解
決することができる磁気軸受装置を提供することにあ
る。
た従来の磁気軸受装置においては、回転軸のいくつかの
曲げ固有モードのため、回転子がそれらの固有振動数で
振動、発振を起こすという問題があった。そのための対
策として、従来、局部周波数で位相を進めるフィルタ
や、あるいは局部周波数で利得を低下させるノッチフィ
ルタなどを用いている。しかし、これらのフィルタは回
転軸の固有振動数を測定し、それに合わせてフィルタを
作成しなければならない。さらに難しいことは、この回
転軸の固有振動数は回転とともに変化していき、また、
回転軸の温度によっても変化する。さらにまた、回転軸
を支持する軸受の剛性によっても変化する。上記のフィ
ルタなどは局部的な周波数に合わせてあるので、上記の
現象などによって固有振動数が変化すると、固有振動数
がこれらのフィルタの範囲外に出てしまい、振動、発振
などの問題を引き起こしてしまうことが多々ある。本発
明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的と
する処は、上記問題点を除去し、回転軸の固有振動数が
変化しても自動的に回路を修正し、固有振動数で積極的
に減衰力を与えるように制御し、振動、発振の問題を解
決することができる磁気軸受装置を提供することにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸に取り
付けた回転子ヨークと、この回転子ヨークから微小間隔
の距離を置いてケーシングに取り付けられた電磁石固定
子と、前記回転軸とケーシング間の相対変位を測定する
変位センサと、この変位センサからの出力信号をもとに
前記回転子ヨークと前記電磁石固定子間に作用する磁気
吸引力を制御する補償回路と電力増幅器とを有する磁気
軸受装置において、伝達関数測定器、パルス発生器、適
応ディジタルフィルタ、回転センサ、ハイパス回路及び
同定誤差検出回路等よりなるシステム同定回路を持ち、
このシステム同定回路より出力される回転軸系の固有振
動数成分の擬似信号と、上記変位センサ信号とを加算し
た信号に基づき、前記磁気吸引力を制御する補償回路と
電力増幅器とを有する磁気軸受装置にある。
付けた回転子ヨークと、この回転子ヨークから微小間隔
の距離を置いてケーシングに取り付けられた電磁石固定
子と、前記回転軸とケーシング間の相対変位を測定する
変位センサと、この変位センサからの出力信号をもとに
前記回転子ヨークと前記電磁石固定子間に作用する磁気
吸引力を制御する補償回路と電力増幅器とを有する磁気
軸受装置において、伝達関数測定器、パルス発生器、適
応ディジタルフィルタ、回転センサ、ハイパス回路及び
同定誤差検出回路等よりなるシステム同定回路を持ち、
このシステム同定回路より出力される回転軸系の固有振
動数成分の擬似信号と、上記変位センサ信号とを加算し
た信号に基づき、前記磁気吸引力を制御する補償回路と
電力増幅器とを有する磁気軸受装置にある。
【０００５】
【作用】本発明によって、パルス発生器と変位センサか
らの信号によって回転軸系の伝達関数を求め、この伝達
関数を適応ディジタルフィルタで模擬し、これに補償回
路又は電力増幅器の出力信号を加えることにより、回転
軸系の固有振動数成分の擬似信号を発生させ、さらにハ
イパスフィルタで低域を除いた信号を、変位センサ信号
に加算し、この加算信号をもとに、補償回路と電力増幅
器とによって励磁電流を制御するものである。
らの信号によって回転軸系の伝達関数を求め、この伝達
関数を適応ディジタルフィルタで模擬し、これに補償回
路又は電力増幅器の出力信号を加えることにより、回転
軸系の固有振動数成分の擬似信号を発生させ、さらにハ
イパスフィルタで低域を除いた信号を、変位センサ信号
に加算し、この加算信号をもとに、補償回路と電力増幅
器とによって励磁電流を制御するものである。
【０００６】本発明は上記のように構成されるので、回
転軸の固有振動数が変化しても、適応ディジタルフィル
タが追随して、逐次、あるいは随時その回路特性を変更
し、問題となる回転軸の曲げ固有モードの周波数成分を
有する擬似信号を加算して、この周波数成分を付加して
高めることにより従って位相も進むため、この周波数成
分において減衰力が付加でき、どのような回転状態でも
回転軸の固有振動数で振動、発振を起こさずに安定に回
転軸を制御することができる。
転軸の固有振動数が変化しても、適応ディジタルフィル
タが追随して、逐次、あるいは随時その回路特性を変更
し、問題となる回転軸の曲げ固有モードの周波数成分を
有する擬似信号を加算して、この周波数成分を付加して
高めることにより従って位相も進むため、この周波数成
分において減衰力が付加でき、どのような回転状態でも
回転軸の固有振動数で振動、発振を起こさずに安定に回
転軸を制御することができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明に係る磁気軸受装置の制御系の
実施例を添付図面を参照して説明する。図１は本発明の
一実施例を示し、図１において、符号１はケーシングで
あり、このケーシング１には励磁コイル３を備えた電磁
石固定子２が固定されている。一方、回転軸４には回転
子ヨーク５が固着されている。そして、回転軸４に隣接
して変位センサ６が配設されており、回転軸４の変位を
変位センサ６で測定するようになっている。同様に、回
転軸４に隣接して回転センサ９が配設されており、回転
軸４の回転数を測定するようになっている。磁気軸受装
置はシステム同定回路１０を備え、このシステム同定回
路１０は伝達関数設定部１１と擬似信号発生部１４とか
ら構成されている。そして、変位センサ６からの検出信
号は伝達関数設定部の伝達関数測定器１２に入力される
とともに加算器２１に入力されるようになっている。ま
た、伝達関数設定部１１はパルス発生器１３を備え、パ
ルス発生器１３からのパルスは加算器２３に入力されて
電力増幅器８に入力される。
実施例を添付図面を参照して説明する。図１は本発明の
一実施例を示し、図１において、符号１はケーシングで
あり、このケーシング１には励磁コイル３を備えた電磁
石固定子２が固定されている。一方、回転軸４には回転
子ヨーク５が固着されている。そして、回転軸４に隣接
して変位センサ６が配設されており、回転軸４の変位を
変位センサ６で測定するようになっている。同様に、回
転軸４に隣接して回転センサ９が配設されており、回転
軸４の回転数を測定するようになっている。磁気軸受装
置はシステム同定回路１０を備え、このシステム同定回
路１０は伝達関数設定部１１と擬似信号発生部１４とか
ら構成されている。そして、変位センサ６からの検出信
号は伝達関数設定部の伝達関数測定器１２に入力される
とともに加算器２１に入力されるようになっている。ま
た、伝達関数設定部１１はパルス発生器１３を備え、パ
ルス発生器１３からのパルスは加算器２３に入力されて
電力増幅器８に入力される。
【０００８】一方、擬似信号発生部１４は適応ディジタ
ルフィルタ１５とハイパス回路１６とを備え、前記伝達
関数測定器１２で測定された伝達関数は適応ディジタル
フィルタ１５に入力され、この適応ディジタルフィルタ
１５は、この伝達関数を模擬する。この適応ディジタル
フィルタ１５には、補償回路７又は図示しないが電力増
幅器８の出力信号が入力されて、回転軸の固有の伝達関
数に従った回転軸系の固有振動数成分の擬似信号を出力
する。
ルフィルタ１５とハイパス回路１６とを備え、前記伝達
関数測定器１２で測定された伝達関数は適応ディジタル
フィルタ１５に入力され、この適応ディジタルフィルタ
１５は、この伝達関数を模擬する。この適応ディジタル
フィルタ１５には、補償回路７又は図示しないが電力増
幅器８の出力信号が入力されて、回転軸の固有の伝達関
数に従った回転軸系の固有振動数成分の擬似信号を出力
する。
【０００９】ここで、ハイパス回路は回転軸系の固有振
動数成分の擬似信号を通過させるためのフィルタであ
り、適応ディジタルフィルタ１５の出力側または入力側
に配置され、ハイパス回路により不要の低域の成分は除
去される。従って、加算器２１には、変位センサの変位
信号に、補償回路７又は電力増幅器８の出力信号を入力
することにより、擬似信号発生部１４で作られた回転軸
の固有振動数成分の擬似信号が入力され、加算される。
動数成分の擬似信号を通過させるためのフィルタであ
り、適応ディジタルフィルタ１５の出力側または入力側
に配置され、ハイパス回路により不要の低域の成分は除
去される。従って、加算器２１には、変位センサの変位
信号に、補償回路７又は電力増幅器８の出力信号を入力
することにより、擬似信号発生部１４で作られた回転軸
の固有振動数成分の擬似信号が入力され、加算される。
【００１０】次に、前述のように構成された磁気軸受装
置の動作を説明する。伝達関数設定部１１中のパルス発
生器１３で発生したパルスは第３の加算器２３に入力さ
れ、電力増幅器８を経由してケーシング１に固定された
電磁石固定子２に巻かれたコイル３に電流を流し、電磁
石固定子２から回転軸４に電磁力による外乱を与え、そ
の時の回転軸４の変位を変位センサ６で測定する。そし
て、ここで、パルス発生器１３によって発生されるパル
スは、システム同定用のパルス又は、ホワイトノイズあ
るいはチャープ信号であり、回転軸系の伝達関数の測定
のためのものである。変位センサ６の出力は伝達関数測
定器１２に入力され、回転軸系の伝達関数が伝達関数測
定器１２によって測定され、その測定された伝達関数は
適応ディジタルフィルタ１５に入力される。適応ディジ
タルフィルタ１５は伝達関数測定器１２よりの回転軸系
の伝達関数に基づいて、回転軸系の曲げ固有振動数成分
の擬似信号を発生する。ハイパス回路は曲げ固有振動数
成分の擬似信号を通過させ、不要な低域を除去する。
置の動作を説明する。伝達関数設定部１１中のパルス発
生器１３で発生したパルスは第３の加算器２３に入力さ
れ、電力増幅器８を経由してケーシング１に固定された
電磁石固定子２に巻かれたコイル３に電流を流し、電磁
石固定子２から回転軸４に電磁力による外乱を与え、そ
の時の回転軸４の変位を変位センサ６で測定する。そし
て、ここで、パルス発生器１３によって発生されるパル
スは、システム同定用のパルス又は、ホワイトノイズあ
るいはチャープ信号であり、回転軸系の伝達関数の測定
のためのものである。変位センサ６の出力は伝達関数測
定器１２に入力され、回転軸系の伝達関数が伝達関数測
定器１２によって測定され、その測定された伝達関数は
適応ディジタルフィルタ１５に入力される。適応ディジ
タルフィルタ１５は伝達関数測定器１２よりの回転軸系
の伝達関数に基づいて、回転軸系の曲げ固有振動数成分
の擬似信号を発生する。ハイパス回路は曲げ固有振動数
成分の擬似信号を通過させ、不要な低域を除去する。
【００１１】この出力信号は、加算器２１により変位信
号に加算される。一方、適応デジタルフィルタの出力
を、変位センサの信号から減算したあとの信号は同定誤
差検出回路１７に入力され、これによって変位信号と擬
似信号との誤差が小さくなるように、適応ディジタルフ
ィルタ１５が逐次修正される。また、加算器２１で加算
された誤差信号は加算器２２に入力され、ここで回転軸
４の位置目標値から減算され、この減算された信号が補
償回路７に入力され、この補償回路７からの出力によっ
て電力増幅器８が動作し、コイル３に電流を流し、電磁
石固定子２と回転子ヨーク５間に生じる電磁吸引力によ
って回転軸４の位置を制御する。
号に加算される。一方、適応デジタルフィルタの出力
を、変位センサの信号から減算したあとの信号は同定誤
差検出回路１７に入力され、これによって変位信号と擬
似信号との誤差が小さくなるように、適応ディジタルフ
ィルタ１５が逐次修正される。また、加算器２１で加算
された誤差信号は加算器２２に入力され、ここで回転軸
４の位置目標値から減算され、この減算された信号が補
償回路７に入力され、この補償回路７からの出力によっ
て電力増幅器８が動作し、コイル３に電流を流し、電磁
石固定子２と回転子ヨーク５間に生じる電磁吸引力によ
って回転軸４の位置を制御する。
【００１２】尚、図１において、図中のＳー１は、変位
センサ６で検出した変位信号スペクトルを示し、Ｓ−２
は擬似信号のスペクトルを示している。ピークは回転軸
系の固有振動数成分を示している。Ｓ−３は、これらが
加算されたスペクトルであり、各、固有振動数成分にお
いて、ゲインが局部的に高められることを示している。
センサ６で検出した変位信号スペクトルを示し、Ｓ−２
は擬似信号のスペクトルを示している。ピークは回転軸
系の固有振動数成分を示している。Ｓ−３は、これらが
加算されたスペクトルであり、各、固有振動数成分にお
いて、ゲインが局部的に高められることを示している。
【００１３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明は回転軸
の伝達関数を適応ディジタルフィルタで模擬し、且つ低
周波成分を除去し、高域の曲げ固有モードの成分を加算
して回転軸の変位信号に加えるものである。即ち、回転
軸系の固有振動数成分でのゲインが局部的に高くなり、
従って、位相も局部的に進み、それぞれの固有振動数に
おいて減衰力が大きくなる。従って、従来回転軸の曲げ
固有モードによる振動、発振の原因となった、高域成分
の減衰力が増え、回転軸の制御を安定に行うことのでき
る磁気軸受装置が実現された。本装置は適応ディジタル
フィルタで、回転軸系の伝達関数を模擬することから、
従来の局部的な位相進み回路等は不要となり、各種形
状、容量の異なる磁気軸受装置に対してもパラメータの
変更のみで対応できるので極めて汎用性が高い。又、回
転数、温度の変動による系の伝達関数の変動に対しても
同定誤差の検出により自動的な対応が可能な磁気軸受装
置が実現された。
の伝達関数を適応ディジタルフィルタで模擬し、且つ低
周波成分を除去し、高域の曲げ固有モードの成分を加算
して回転軸の変位信号に加えるものである。即ち、回転
軸系の固有振動数成分でのゲインが局部的に高くなり、
従って、位相も局部的に進み、それぞれの固有振動数に
おいて減衰力が大きくなる。従って、従来回転軸の曲げ
固有モードによる振動、発振の原因となった、高域成分
の減衰力が増え、回転軸の制御を安定に行うことのでき
る磁気軸受装置が実現された。本装置は適応ディジタル
フィルタで、回転軸系の伝達関数を模擬することから、
従来の局部的な位相進み回路等は不要となり、各種形
状、容量の異なる磁気軸受装置に対してもパラメータの
変更のみで対応できるので極めて汎用性が高い。又、回
転数、温度の変動による系の伝達関数の変動に対しても
同定誤差の検出により自動的な対応が可能な磁気軸受装
置が実現された。
【図１】本発明の一実施例の磁気軸受装置の制御系のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】従来の磁気軸受装置の制御系のブロック図であ
る。
る。
３ コイル ４ 回転軸 ５ 回転子ヨーク ６ 変位センサ ７ 補償回路 ８ 電力増幅器 ９ 回転センサ １０ システム同定回路 １２ 伝達関数測定器 １３ パルス発生器 １５ 適応ディジタルフィルタ １６ ハイパス回路 １７ 同定誤差検出回路 ２１，２２，２３ 加算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 32/04
Claims (3)
- 【請求項１】 回転軸に取り付けた回転子ヨークと、こ
の回転子ヨークから微小間隔の距離を置いてケーシング
に取り付けられた電磁石固定子と、前記回転軸とケーシ
ング間の相対変位を測定する変位センサと、この変位セ
ンサからの変位信号をもとに前記回転子ヨークと前記電
磁石固定子間に作用する磁気吸引力を制御する補償回路
と電力増幅器とを有する磁気軸受装置において、回転軸
系の伝達関数を測定する伝達関数測定器と、該伝達関数
測定器で測定された伝達関数が入力されることによって
前記回転軸系の曲げ固有振動数成分の擬似信号を発生す
る適応デジタルフィルタと、ハイパス回路を経て不要な
低域成分を除去した前記擬似信号を前記変位センサの変
位信号に加算する加算器とを備え、前記回転軸系の曲げ
固有振動数成分の加算により該固有振動数成分でのゲイ
ンが高くなり、これにより位相が局部的に進み、それぞ
れの固有振動数成分において減衰力を大きくするように
したことを特徴とする磁気軸受装置。 - 【請求項２】 前記伝達関数の測定は、パルス発生器に
より発生したパルスに基づいて電磁石固定子の励磁コイ
ルに電流を流し、該電磁石固定子から前記回転軸に電磁
力による外乱を与え、前記変位センサで検出された変位
信号出力を前記伝達関数測定器に入力することにより行
われることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受装置。 - 【請求項３】 前記変位センサの出力信号から前記適応
デジタルフィルタの出力信号を減算した後の信号を同定
誤差検出回路に入力して、これによって前記変位信号を
擬似信号との誤差が小さくなるように適応デジタルフィ
ルタが逐次修正されることを特徴とする請求項１記載の
磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09172492A JP3182197B2 (ja) | 1992-03-16 | 1992-03-16 | 磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09172492A JP3182197B2 (ja) | 1992-03-16 | 1992-03-16 | 磁気軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0719243A JPH0719243A (ja) | 1995-01-20 |
| JP3182197B2 true JP3182197B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=14034456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09172492A Expired - Fee Related JP3182197B2 (ja) | 1992-03-16 | 1992-03-16 | 磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3182197B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4287213B2 (ja) * | 2002-09-03 | 2009-07-01 | エドワーズ株式会社 | 振動抑制機能を有する磁気軸受装置、振動推定機能を有する磁気軸受装置及び該磁気軸受装置を搭載したポンプ装置 |
-
1992
- 1992-03-16 JP JP09172492A patent/JP3182197B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0719243A (ja) | 1995-01-20 |
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