JPH05118328A - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- JPH05118328A JPH05118328A JP3188087A JP18808791A JPH05118328A JP H05118328 A JPH05118328 A JP H05118328A JP 3188087 A JP3188087 A JP 3188087A JP 18808791 A JP18808791 A JP 18808791A JP H05118328 A JPH05118328 A JP H05118328A
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- displacement
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転軸の曲げ固有モードの固有振動数で振
動、発振を生じることなく安定に回転軸を固定子中心に
支承する磁気軸受装置を提供する。 【構成】 回転軸(4)に磁性材料製の回転子ヨーク(5)を
取付け、ケーシング(1)にコイル(3)を巻いた電磁石固定
子(2)を取付け、この回転子ヨーク(5)と電磁石固定子
(2)との間隙を微小となるようにし、回転軸(4)とケーシ
ング(1)間の相対変位を測定する変位センサ(6)を設け、
計算によりまたは変位センサ(6)からの変位信号に基づ
いて回転軸系の伝達関数を求め、この伝達関数を用いて
適応ディジタルフィルタ(15)で模擬し疑似信号を発生さ
せ、ハイパス回路などにより制御周波数より高い固有振
動数のみを通し、この信号を変位信号より減算した信号
で回転軸を制御する。
動、発振を生じることなく安定に回転軸を固定子中心に
支承する磁気軸受装置を提供する。 【構成】 回転軸(4)に磁性材料製の回転子ヨーク(5)を
取付け、ケーシング(1)にコイル(3)を巻いた電磁石固定
子(2)を取付け、この回転子ヨーク(5)と電磁石固定子
(2)との間隙を微小となるようにし、回転軸(4)とケーシ
ング(1)間の相対変位を測定する変位センサ(6)を設け、
計算によりまたは変位センサ(6)からの変位信号に基づ
いて回転軸系の伝達関数を求め、この伝達関数を用いて
適応ディジタルフィルタ(15)で模擬し疑似信号を発生さ
せ、ハイパス回路などにより制御周波数より高い固有振
動数のみを通し、この信号を変位信号より減算した信号
で回転軸を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はターボ機械や工作機械の
軸受装置に係り、より詳細には、回転軸に磁性材料製の
回転子ヨークを取付け、ケーシングにコイルを巻いた電
磁石固定子を取付け、この回転子ヨークと電磁石固定子
との間隙を微小となるようにし、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を設け、その変位セン
サからの出力信号に基づいてコイルに電流を流し、回転
子と電磁石固定子間に磁気吸引力を作用させ、回転軸を
固定子中心に支承する磁気軸受装置に関するものであ
る。
軸受装置に係り、より詳細には、回転軸に磁性材料製の
回転子ヨークを取付け、ケーシングにコイルを巻いた電
磁石固定子を取付け、この回転子ヨークと電磁石固定子
との間隙を微小となるようにし、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を設け、その変位セン
サからの出力信号に基づいてコイルに電流を流し、回転
子と電磁石固定子間に磁気吸引力を作用させ、回転軸を
固定子中心に支承する磁気軸受装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の磁気軸受装置を示すもので
ある。図４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ている。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。
ある。図４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ている。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。
【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。つまり、回転
軸の固有振動数は比較的、高い周波数であるため、補償
回路で十分な位相進み補償を行えないために、ゲインの
み高い不必要な制御をして振動、発振を引き起こしてし
まうという問題点があった。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、固有振動数で不必要な制御を行わな
いようにし、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。つまり、回転
軸の固有振動数は比較的、高い周波数であるため、補償
回路で十分な位相進み補償を行えないために、ゲインの
み高い不必要な制御をして振動、発振を引き起こしてし
まうという問題点があった。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、固有振動数で不必要な制御を行わな
いようにし、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を有する磁気軸
受装置において、あらかじめ定められた回転軸系の伝達
関数を定める伝達関数設定部と、この伝達関数設定を模
擬し、前記補償回路又は電力増幅器の出力信号によって
疑似信号を発生する適応ディジルフィルタと、この適応
ディジタルフィルタの入力側あるいは出力側に設けら
れ、制御周波数（例えば回転周波数）より大きい周波数
の疑似信号のみを通すハイパス回路と、前記変位信号か
ら前記疑似信号を減算した信号に基づき、電磁石固定子
と回転子ヨーク間の磁気吸引力を制御する補償回路を有
する磁気軸受装置である。
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を有する磁気軸
受装置において、あらかじめ定められた回転軸系の伝達
関数を定める伝達関数設定部と、この伝達関数設定を模
擬し、前記補償回路又は電力増幅器の出力信号によって
疑似信号を発生する適応ディジルフィルタと、この適応
ディジタルフィルタの入力側あるいは出力側に設けら
れ、制御周波数（例えば回転周波数）より大きい周波数
の疑似信号のみを通すハイパス回路と、前記変位信号か
ら前記疑似信号を減算した信号に基づき、電磁石固定子
と回転子ヨーク間の磁気吸引力を制御する補償回路を有
する磁気軸受装置である。
【０００５】
【作用】本発明においては、計算あるいは他の手段によ
って、またはパルス発生器と変位センサからの信号ある
いは、補償回路あるいは電力増幅器の出力とセンサ信号
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、これに補償回路または
電力増幅器の出力信号を加えることにより疑似信号を発
生させ、制御周波数（例えば回転周波数）より大きい周
波数のみを通し、変位センサで検出された変位信号から
この疑似信号を減算した信号をもとに、補償回路と電力
増幅器とによってコイル３の電流を制御する。また、同
定誤差検出回路を備え、適応ディジタルフィルタにフィ
ードバックすることにより変位信号と疑似信号の誤差が
小さくなるように適応ディジタルフィルタを逐次修正す
ることもできる。さらに、適応ディジタルフィルタの修
正が不十分な時に、随時パルスを発生できるようにする
こともできる。
って、またはパルス発生器と変位センサからの信号ある
いは、補償回路あるいは電力増幅器の出力とセンサ信号
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、これに補償回路または
電力増幅器の出力信号を加えることにより疑似信号を発
生させ、制御周波数（例えば回転周波数）より大きい周
波数のみを通し、変位センサで検出された変位信号から
この疑似信号を減算した信号をもとに、補償回路と電力
増幅器とによってコイル３の電流を制御する。また、同
定誤差検出回路を備え、適応ディジタルフィルタにフィ
ードバックすることにより変位信号と疑似信号の誤差が
小さくなるように適応ディジタルフィルタを逐次修正す
ることもできる。さらに、適応ディジタルフィルタの修
正が不十分な時に、随時パルスを発生できるようにする
こともできる。
【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
減算により除去することにより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
減算により除去することにより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。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とキャンセラ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。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とキャンセラ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、キャンセラ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
従った疑似信号が発生される。この疑似信号はハイパス
回路１６によって低周波成分がカットされ、高周波成分
のみが前記加算器２１に減算して入力されるようになっ
ている。ここでハイパス回路は、制御周波数、例えば回
転軸の回転周波数より大きい周波数成分のみが通され
る。従って、加算器２１には変位センサーの変位信号
に、補償回路７又は電力増幅器８の出力信号を適応ディ
ジタルフィルタ１５で、回転軸固有の伝達回数で模擬さ
れた信号で且つハイパス回路を通過した制御周波数以上
の成分が減算して印加される。加算器２１の出力信号
は、同定誤差検出回路１７に入力され、そして、この同
定誤差検出回路１７の出力信号は適応ディジタルフィル
タ１５に入力され、これによって適応ディジタルフィル
タ１５は変位信号から疑似信号を減算した信号を同定誤
差検出回路１７で判断し、誤差が小さくなるように逐次
修正されるように構成されている。
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
従った疑似信号が発生される。この疑似信号はハイパス
回路１６によって低周波成分がカットされ、高周波成分
のみが前記加算器２１に減算して入力されるようになっ
ている。ここでハイパス回路は、制御周波数、例えば回
転軸の回転周波数より大きい周波数成分のみが通され
る。従って、加算器２１には変位センサーの変位信号
に、補償回路７又は電力増幅器８の出力信号を適応ディ
ジタルフィルタ１５で、回転軸固有の伝達回数で模擬さ
れた信号で且つハイパス回路を通過した制御周波数以上
の成分が減算して印加される。加算器２１の出力信号
は、同定誤差検出回路１７に入力され、そして、この同
定誤差検出回路１７の出力信号は適応ディジタルフィル
タ１５に入力され、これによって適応ディジタルフィル
タ１５は変位信号から疑似信号を減算した信号を同定誤
差検出回路１７で判断し、誤差が小さくなるように逐次
修正されるように構成されている。
【０００９】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、疑似信号を発生する。そして、
この疑似信号はハイパス回路１６によって、制御周波
数、例えば回転周波数以下の低周波部分がカットされ高
周波成分のみの疑似信号が加算器２１に減算入力され
る。加算器２１では変位センサ６の出力信号である変位
信号からキャンセラ１４の出力信号である疑似信号が減
算され、この減算された信号は誤差信号検出回路１７に
入力され、これによって変位信号と疑似信号との誤差が
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で減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。
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、疑似信号を発生する。そして、
この疑似信号はハイパス回路１６によって、制御周波
数、例えば回転周波数以下の低周波部分がカットされ高
周波成分のみの疑似信号が加算器２１に減算入力され
る。加算器２１では変位センサ６の出力信号である変位
信号からキャンセラ１４の出力信号である疑似信号が減
算され、この減算された信号は誤差信号検出回路１７に
入力され、これによって変位信号と疑似信号との誤差が
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で減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。
【００１０】このようにして、変位信号が疑似信号によ
って減算された後の信号は回転軸の制御に必要な制御周
波数以下の成分を主に持ち、この信号をもとに磁気軸受
を制御することにより、従来問題となっていた高周波成
分の回転軸の曲げ固有モードの成分が除去されることに
より、不必要な制御を行わないようになり、結果的に回
転軸の振動、発振の問題を除去した制御を行えることに
なる。図１において、図中のＳ−１は変位センサ６で検
出した変位信号のスペクトルを示し、Ｓ−２は疑似信号
のスペクトルを示している。Ｓ−１の高周波領域のピー
クは、回転軸の曲げ固有モードによる極を示す。Ｓ−２
は制御周波数より大きい回転軸の曲げ固有モードの極が
適応ディジタルフィルタ１５の模擬により形成され、且
つハイパスフィルタ１６で低周波分が除去されているこ
とが示されている。Ｓ−３は変位信号から疑似信号を減
算した後のスペクトルで、制御周波数より小さい周波数
では回転軸の制御に本来必要な変位信号のままであり、
制御周波数以上では従来問題となっていた曲げ固有モー
ドのピークがなくなるか、逆に窪んだスペクトルとな
る。
って減算された後の信号は回転軸の制御に必要な制御周
波数以下の成分を主に持ち、この信号をもとに磁気軸受
を制御することにより、従来問題となっていた高周波成
分の回転軸の曲げ固有モードの成分が除去されることに
より、不必要な制御を行わないようになり、結果的に回
転軸の振動、発振の問題を除去した制御を行えることに
なる。図１において、図中のＳ−１は変位センサ６で検
出した変位信号のスペクトルを示し、Ｓ−２は疑似信号
のスペクトルを示している。Ｓ−１の高周波領域のピー
クは、回転軸の曲げ固有モードによる極を示す。Ｓ−２
は制御周波数より大きい回転軸の曲げ固有モードの極が
適応ディジタルフィルタ１５の模擬により形成され、且
つハイパスフィルタ１６で低周波分が除去されているこ
とが示されている。Ｓ−３は変位信号から疑似信号を減
算した後のスペクトルで、制御周波数より小さい周波数
では回転軸の制御に本来必要な変位信号のままであり、
制御周波数以上では従来問題となっていた曲げ固有モー
ドのピークがなくなるか、逆に窪んだスペクトルとな
る。
【００１１】次に、本発明の第２の実施例を図２を参照
して説明する。図２において、図１の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例においては、伝達関数測定器１２
及びパルス発生器１３（図１）に代わって伝達関数設定
器３１を設けたものであり、伝達関数設定器３１は計算
又は別の手段で求めたあらかじめ定められた回転軸系の
伝達関数を発生する。回転軸の曲げ固有モードは、別途
の計算機シミュレーション等により、その伝達関数は計
算が可能である。又、同様な種類の軸受装置では、一本
の回転軸について実験的に伝達関数を測定しておけば、
類似のものについては、実験的に伝達関数が類推可能だ
からである。この伝達関数設定器によれば、高価なパル
ス発生器及び伝達関数測定器が不要となり、経済的であ
る。
して説明する。図２において、図１の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例においては、伝達関数測定器１２
及びパルス発生器１３（図１）に代わって伝達関数設定
器３１を設けたものであり、伝達関数設定器３１は計算
又は別の手段で求めたあらかじめ定められた回転軸系の
伝達関数を発生する。回転軸の曲げ固有モードは、別途
の計算機シミュレーション等により、その伝達関数は計
算が可能である。又、同様な種類の軸受装置では、一本
の回転軸について実験的に伝達関数を測定しておけば、
類似のものについては、実験的に伝達関数が類推可能だ
からである。この伝達関数設定器によれば、高価なパル
ス発生器及び伝達関数測定器が不要となり、経済的であ
る。
【００１２】次に、本発明の第３の実施例を図３を参照
して説明する。図３において、図１の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例が図２に示す第２の実施例と異な
るところは同定誤差検出回路１７を省略したことであ
る。同定誤差検出回路１７は、変位センサ６の変位信号
から、キャンセラ回路１４で生成された疑似信号を減算
した誤差を評価し、その誤差をより小さくするよう、適
応ディジタルフィルタのパラメータを修正するものであ
る。回転軸の曲げ固有モードは、回転数、温度、剛性等
によって変化するので、適応ディジタルフィルタも厳密
には、これらの変動に対応してそのパラメータを変更す
ることにより誤差を小さくする必要がある。しかしなが
ら、実用上、パラメータを変更しなくても済む場合もあ
り、この時は、同定誤差検出回路１７は不要となるから
である。
して説明する。図３において、図１の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例が図２に示す第２の実施例と異な
るところは同定誤差検出回路１７を省略したことであ
る。同定誤差検出回路１７は、変位センサ６の変位信号
から、キャンセラ回路１４で生成された疑似信号を減算
した誤差を評価し、その誤差をより小さくするよう、適
応ディジタルフィルタのパラメータを修正するものであ
る。回転軸の曲げ固有モードは、回転数、温度、剛性等
によって変化するので、適応ディジタルフィルタも厳密
には、これらの変動に対応してそのパラメータを変更す
ることにより誤差を小さくする必要がある。しかしなが
ら、実用上、パラメータを変更しなくても済む場合もあ
り、この時は、同定誤差検出回路１７は不要となるから
である。
【００１３】次に、本発明の第４の実施例を図５を参照
して説明する。図５において、図１の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例が図１に示す第１の実施例と異な
るところは、第１に、パルス発生器を省略し、補償回路
または電力増幅器の出力を伝達関数測定器１２に入力し
たことである。伝達関数測定器１２は、補償回路７また
は電力増幅器８の出力と変位センサ６の変位信号から回
転軸系の伝達関数を推定し、適応ディジタルフィルタ１
５のパラメータを修正するものである。第２に、回転軸
系の伝達関数は、複数の伝達関数測定器および適応デジ
タルフィルタから構成され、回転軸系の他の補償回路ま
たは電力増幅器の出力信号と当回転軸系の変位信号から
重畳して求められ、模擬される。従って、図示のように
２個の軸受、及び２個のセンサの間で本発明を適用する
場合には、４組の伝達関数測定器および適応デジタルフ
ィルタ等の組が必要である。５軸制御の場合には、５軸
の相関をすべてとると、２５組の伝達関数測定器および
適応デジタルフィルタ等の組が必要である。このような
たすきがけ制御は各回転軸系の伝達関数に相関があるた
め有効である。
して説明する。図５において、図１の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例が図１に示す第１の実施例と異な
るところは、第１に、パルス発生器を省略し、補償回路
または電力増幅器の出力を伝達関数測定器１２に入力し
たことである。伝達関数測定器１２は、補償回路７また
は電力増幅器８の出力と変位センサ６の変位信号から回
転軸系の伝達関数を推定し、適応ディジタルフィルタ１
５のパラメータを修正するものである。第２に、回転軸
系の伝達関数は、複数の伝達関数測定器および適応デジ
タルフィルタから構成され、回転軸系の他の補償回路ま
たは電力増幅器の出力信号と当回転軸系の変位信号から
重畳して求められ、模擬される。従って、図示のように
２個の軸受、及び２個のセンサの間で本発明を適用する
場合には、４組の伝達関数測定器および適応デジタルフ
ィルタ等の組が必要である。５軸制御の場合には、５軸
の相関をすべてとると、２５組の伝達関数測定器および
適応デジタルフィルタ等の組が必要である。このような
たすきがけ制御は各回転軸系の伝達関数に相関があるた
め有効である。
【００１４】次に、本発明の第５の実施例を図６を参照
して説明する。図６において、図１の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例が図１に示す第１の実施例と異な
るところは、第１に、伝達関数設定部を固有モード測定
器２５にしたことである。固有モード測定器２５は、変
位センサ６の変位信号から回転軸系の固有振動モードを
推定し、適応デジタルフィルタ１５により該固有振動周
波数成分を模擬する疑似信号を発生する。第２に、回転
軸系の伝達関数は、図示のように複数の固有モード測定
器および適応デジタルフィルタにより重畳して模擬され
る。このような構成によれば、固有振動数の変動範囲が
前もって判っていれば、各固有振動数に対応した適応デ
ジタルフィルタを準備することにより対応できるが、固
有振動数の数だけ適応デジタルフィルタが必要となる。
して説明する。図６において、図１の構成要素と同一の
作用及び機能を有する構成要素は同一符号を付して説明
を省略する。本実施例が図１に示す第１の実施例と異な
るところは、第１に、伝達関数設定部を固有モード測定
器２５にしたことである。固有モード測定器２５は、変
位センサ６の変位信号から回転軸系の固有振動モードを
推定し、適応デジタルフィルタ１５により該固有振動周
波数成分を模擬する疑似信号を発生する。第２に、回転
軸系の伝達関数は、図示のように複数の固有モード測定
器および適応デジタルフィルタにより重畳して模擬され
る。このような構成によれば、固有振動数の変動範囲が
前もって判っていれば、各固有振動数に対応した適応デ
ジタルフィルタを準備することにより対応できるが、固
有振動数の数だけ適応デジタルフィルタが必要となる。
【００１５】
【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、高周波の曲げ固有モードの成分を減
算して回転軸の変位信号に加えるものである。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、制御周波数以上の高周波成分のスペクトル上の
ピークが除去されることから、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、従来の局部的なノッチフィルタ等は不要と
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、高周波の曲げ固有モードの成分を減
算して回転軸の変位信号に加えるものである。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、制御周波数以上の高周波成分のスペクトル上の
ピークが除去されることから、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、従来の局部的なノッチフィルタ等は不要と
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】本発明に係る磁気軸受装置の制御系の一実施例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る磁気軸受装置の制御系の第２の実
施例を示すブロック図である。
施例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る磁気軸受装置の制御系の第３の実
施例を示すブロック図である。
施例を示すブロック図である。
【図４】従来の磁気軸受装置の制御系を示すブロック図
である。
である。
【図５】本発明に係る磁気軸受装置の制御系の第４の実
施例を示すブロック図である。
施例を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る磁気軸受装置の制御系の第５の実
施例を示すブロック図である。
施例を示すブロック図である。
１ ケーシング ２ 電磁石固定子 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 １０ システム同定回路 １１ 伝達関数設定部 １２ 伝達関数測定器 １３ パルス発生器 １４ キャンセラ 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 ２５ 固有モード測定器 ３１ 伝達関数設定器
Claims (7)
- 【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
電力増幅器を有する磁気軸受装置において、あらかじめ
定められた回転軸系の伝達関数を設定する伝達関数設定
部と、この伝達関数設定部で設定された伝達関数を模擬
し前記補償回路又は電力増幅器の出力を入力することに
より疑似信号を発生する適応ディジタルフィルタと、こ
の適応ディジタルフィルタの入力側あるいは出力側に設
けられたハイパス回路と、前記変位信号から前記疑似信
号を減算した信号に基づき前記磁気吸引力を制御する補
償回路を有する磁気軸受装置。 - 【請求項２】前記変位信号から前記疑似信号を減算した
信号を同定誤差検出回路で検出し、この誤差が小さくな
るように前記適応ディジタルフィルタを逐次修正するシ
ステム同定回路を具備することを特徴とする請求項１の
磁気軸受装置。 - 【請求項３】前記伝達関数設定部は伝達関数測定器とパ
ルス発生器とから構成され、前記パルス発生器により発
生したパルスを電力増幅器に入力することによって前記
回転軸に外乱を与え、その時の回転軸の変位を前記変位
センサにより検出し、この変位信号から回転軸系の伝達
関数を求めることを特徴とする請求項１または請求項２
の磁気軸受装置。 - 【請求項４】前記伝達関数設定部は、計算あるいはその
他の手段で求められた回転軸系の伝達関数を設定する伝
達関数設定器を具備することを特徴とする請求項１また
は請求項２の磁気軸受装置。 - 【請求項５】前記同定誤差検出回路で誤差を検出し適応
ディジタルフィルタを適応的に修正する場合において誤
差がだんだん大きくなり修正が困難になった時は、パル
ス発生器で再度パルスを発生し、伝達関数を再度設定す
ることを特徴とする請求項２の磁気軸受装置。 - 【請求項６】前記伝達関数設定部は伝達関数測定器から
構成され、前記補償回路または電力増幅器の出力と前記
変位センサの変位信号から回転軸系の伝達関数を推定
し、且つ、回転軸系の伝達関数は、複数の伝達関数測定
器および適応デジタルフィルタにより、回転軸系の他の
補償回路または電力増幅器の出力信号から重畳して求め
られ、模擬されることを特徴とする請求項１または請求
項２の磁気軸受装置。 - 【請求項７】前記伝達関数設定部は固有モード測定器か
ら構成され、前記変位センサの変位信号から回転軸系の
固有振動モードを推定し、前記適応デジタルフィルタに
より該固有振動周波数成分を模擬する疑似信号を発生
し、且つ、回転軸系の伝達関数は、複数の固有モード測
定器および適応デジタルフィルタにより重畳して模擬さ
れることを特徴とする請求項１または請求項２の磁気軸
受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3188087A JPH0676808B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3188087A JPH0676808B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 磁気軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05118328A true JPH05118328A (ja) | 1993-05-14 |
| JPH0676808B2 JPH0676808B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=16217479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3188087A Expired - Fee Related JPH0676808B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676808B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL9400345A (nl) * | 1993-04-28 | 1994-11-16 | Uranit Gmbh | Inrichting voor het vervaardigen van vezelversterkte, rotatiesymmetrische wikkellichamen. |
| EP1396649A2 (en) * | 2002-09-03 | 2004-03-10 | BOC Edwards Technologies, Limited | Magnetic bearing device with vibration restraining function, magnetic bearing device with vibration estimating function, and pump device with the magnetic bearing devices mounted thereto |
-
1991
- 1991-07-02 JP JP3188087A patent/JPH0676808B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL9400345A (nl) * | 1993-04-28 | 1994-11-16 | Uranit Gmbh | Inrichting voor het vervaardigen van vezelversterkte, rotatiesymmetrische wikkellichamen. |
| EP1396649A2 (en) * | 2002-09-03 | 2004-03-10 | BOC Edwards Technologies, Limited | Magnetic bearing device with vibration restraining function, magnetic bearing device with vibration estimating function, and pump device with the magnetic bearing devices mounted thereto |
| EP1396649A3 (en) * | 2002-09-03 | 2005-06-08 | BOC Edwards Japan Limited | Magnetic bearing device with vibration restraining function, magnetic bearing device with vibration estimating function, and pump device with the magnetic bearing devices mounted thereto |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0676808B2 (ja) | 1994-09-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090928 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100928 Year of fee payment: 16 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |