JP2001041240A - 磁気軸受の制御装置 - Google Patents
磁気軸受の制御装置Info
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
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- SDJLVPMBBFRBLL-UHFFFAOYSA-N dsp-4 Chemical compound ClCCN(CC)CC1=CC=CC=C1Br SDJLVPMBBFRBLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 101150062184 DSP4 gene Proteins 0.000 description 3
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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
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B21/00—Systems involving sampling of the variable controlled
- G05B21/02—Systems involving sampling of the variable controlled electric
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ディジタル制御によって共振の発生を防止す
る磁気軸受の制御装置を提供する。 【解決手段】 回転体１の回転数の変化に応じてＤＳＰ
４のサンプリング周波数を変化させ、これによって、デ
ィジタルフィルタであるノッチフィルタ４２により減衰
させる周波数域を、固有振動数と回転振動数との共振周
波数と一致して変化させ、制御信号中の共振信号を減衰
させる。
る磁気軸受の制御装置を提供する。 【解決手段】 回転体１の回転数の変化に応じてＤＳＰ
４のサンプリング周波数を変化させ、これによって、デ
ィジタルフィルタであるノッチフィルタ４２により減衰
させる周波数域を、固有振動数と回転振動数との共振周
波数と一致して変化させ、制御信号中の共振信号を減衰
させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気軸受の制御装
置に関する。
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気軸受により非接触支持されて回転す
る回転体は、例えば停止状態から回転数が立ち上がると
き、増大する回転振動数が、固有振動数と一致すると、
共振が起きる。この固有振動数は、いわゆるジャイロ作
用のため、回転数の増減とともに変化する。上記のよう
な共振を防止するため、例えば特開昭６３−２７５８１
４号公報に記載された磁気軸受の制御装置では、磁気軸
受出力回路と、磁気軸受に電力を供給するための電力増
幅器との間に、電圧可変型のノッチフィルタを介在させ
ている。電圧可変型のノッチフィルタとは、電圧により
中心周波数を連続的に変えられるものであり、この電圧
として回転体の回転数をＦ／Ｖ変換したものが用いられ
ている。ノッチフィルタの中心周波数は、回転体の回転
数の増減に伴って変化する固有振動数に一致して変化す
るように制御される。その結果、固有振動数と一致する
周波数の共振信号が排除され、共振が防止される。
る回転体は、例えば停止状態から回転数が立ち上がると
き、増大する回転振動数が、固有振動数と一致すると、
共振が起きる。この固有振動数は、いわゆるジャイロ作
用のため、回転数の増減とともに変化する。上記のよう
な共振を防止するため、例えば特開昭６３−２７５８１
４号公報に記載された磁気軸受の制御装置では、磁気軸
受出力回路と、磁気軸受に電力を供給するための電力増
幅器との間に、電圧可変型のノッチフィルタを介在させ
ている。電圧可変型のノッチフィルタとは、電圧により
中心周波数を連続的に変えられるものであり、この電圧
として回転体の回転数をＦ／Ｖ変換したものが用いられ
ている。ノッチフィルタの中心周波数は、回転体の回転
数の増減に伴って変化する固有振動数に一致して変化す
るように制御される。その結果、固有振動数と一致する
周波数の共振信号が排除され、共振が防止される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の磁
気軸受の制御装置はすべてアナログ回路で構成されてい
るが、近年、ディジタル信号処理回路を中心とした制御
装置が主流となりつつある。かかるディジタル信号処理
回路を中心とした制御装置は、入出力部以外がディジタ
ル処理されることが一つの特長である。ところが、上記
のような電圧可変型のノッチフィルタを用いるとすれ
ば、この部分はアナログ回路として別に設けなければな
らず、回路構成が複雑になるという問題点がある。
気軸受の制御装置はすべてアナログ回路で構成されてい
るが、近年、ディジタル信号処理回路を中心とした制御
装置が主流となりつつある。かかるディジタル信号処理
回路を中心とした制御装置は、入出力部以外がディジタ
ル処理されることが一つの特長である。ところが、上記
のような電圧可変型のノッチフィルタを用いるとすれ
ば、この部分はアナログ回路として別に設けなければな
らず、回路構成が複雑になるという問題点がある。
【０００４】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、ディジタル制御によって共振の発生を防止する磁気
軸受の制御装置を提供することを目的とする。
は、ディジタル制御によって共振の発生を防止する磁気
軸受の制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受の制御
装置は、磁気軸受によって支持される回転体の回転数を
検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段によっ
て検出された回転数の変化に応じてサンプリング周波数
を変化させるサンプリング周波数決定手段と、前記回転
体の変位を検出して、これに基づくディジタル変位信号
を出力する変位検出手段と、前記変位検出手段から出力
されるディジタル変位信号に基づいて、前記回転体を位
置制御する制御信号を出力するものであって、前記サン
プリング周波数決定手段によって提供されるサンプリン
グ周波数で所定のディジタルフィルタ処理を行うことに
より、サンプリング周波数に応じてカットオフ周波数を
変化させて、前記回転体の回転数に応じて変化する固有
振動数と回転振動数との共振周波数を含む周波数域を減
衰させた制御信号を出力する制御手段と、前記制御手段
から出力される制御信号に基づいて、磁気軸受の電磁石
を制御する電磁石制御手段とを備えたものである。上記
のように構成された磁気軸受の制御装置において、サン
プリング周波数決定手段は、回転数の変化に応じてサン
プリング周波数を変化させる。回転体を位置制御する制
御信号を出力する制御手段は、前記サンプリング周波数
で所定のディジタルフィルタ処理を行うことにより、サ
ンプリング周波数の変化に応じてカットオフ周波数を変
化させる。これにより、「カットオフ」される周波数域
が、回転体の回転数に応じた固有振動数と回転振動数と
の共振周波数に一致して変化し、当該共振周波数を含む
周波数域を減衰させた制御信号が出力される。
装置は、磁気軸受によって支持される回転体の回転数を
検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段によっ
て検出された回転数の変化に応じてサンプリング周波数
を変化させるサンプリング周波数決定手段と、前記回転
体の変位を検出して、これに基づくディジタル変位信号
を出力する変位検出手段と、前記変位検出手段から出力
されるディジタル変位信号に基づいて、前記回転体を位
置制御する制御信号を出力するものであって、前記サン
プリング周波数決定手段によって提供されるサンプリン
グ周波数で所定のディジタルフィルタ処理を行うことに
より、サンプリング周波数に応じてカットオフ周波数を
変化させて、前記回転体の回転数に応じて変化する固有
振動数と回転振動数との共振周波数を含む周波数域を減
衰させた制御信号を出力する制御手段と、前記制御手段
から出力される制御信号に基づいて、磁気軸受の電磁石
を制御する電磁石制御手段とを備えたものである。上記
のように構成された磁気軸受の制御装置において、サン
プリング周波数決定手段は、回転数の変化に応じてサン
プリング周波数を変化させる。回転体を位置制御する制
御信号を出力する制御手段は、前記サンプリング周波数
で所定のディジタルフィルタ処理を行うことにより、サ
ンプリング周波数の変化に応じてカットオフ周波数を変
化させる。これにより、「カットオフ」される周波数域
が、回転体の回転数に応じた固有振動数と回転振動数と
の共振周波数に一致して変化し、当該共振周波数を含む
周波数域を減衰させた制御信号が出力される。
【０００６】また、上記制御装置において、サンプリン
グ周波数決定手段は、データテーブルに従ってサンプリ
ング周波数を決定するものであってもよい（請求項
２）。この場合、データテーブルを変更すればサンプリ
ング周波数の変化特性が変わり、カットオフ周波数の変
化特性も変わる。従って、回転体の固有振動数の特性が
変わっても、これに対応してデータテーブルすなわちカ
ットオフ周波数を変化させることにより、共振信号を減
衰させることができる。
グ周波数決定手段は、データテーブルに従ってサンプリ
ング周波数を決定するものであってもよい（請求項
２）。この場合、データテーブルを変更すればサンプリ
ング周波数の変化特性が変わり、カットオフ周波数の変
化特性も変わる。従って、回転体の固有振動数の特性が
変わっても、これに対応してデータテーブルすなわちカ
ットオフ周波数を変化させることにより、共振信号を減
衰させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態によ
る磁気軸受の制御装置の構成を示すブロック図である。
図において、回転体１は、磁気軸受により非接触支持さ
れた状態で、モータ１０によって駆動され、高速回転す
る。回転体１の変位は、変位センサ２によって検出され
る。変位センサ２から出力されたアナログ変位信号は、
Ａ／Ｄ変換器３によってディジタル変位信号に変換さ
れ、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）４に入力
される。ＤＳＰ４は、入力されたディジタル変位信号に
基づき、磁気軸受の電磁石制御のためのディジタル制御
信号を出力する。Ｄ／Ａ変換器５はこれをアナログ電流
指令信号に変換し、増幅器６に与える。増幅器６はこれ
を増幅して得た制御電流を、磁気軸受の電磁石７に与え
る。電磁石７はこれを受けて、回転体１の位置制御を行
う。
る磁気軸受の制御装置の構成を示すブロック図である。
図において、回転体１は、磁気軸受により非接触支持さ
れた状態で、モータ１０によって駆動され、高速回転す
る。回転体１の変位は、変位センサ２によって検出され
る。変位センサ２から出力されたアナログ変位信号は、
Ａ／Ｄ変換器３によってディジタル変位信号に変換さ
れ、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）４に入力
される。ＤＳＰ４は、入力されたディジタル変位信号に
基づき、磁気軸受の電磁石制御のためのディジタル制御
信号を出力する。Ｄ／Ａ変換器５はこれをアナログ電流
指令信号に変換し、増幅器６に与える。増幅器６はこれ
を増幅して得た制御電流を、磁気軸受の電磁石７に与え
る。電磁石７はこれを受けて、回転体１の位置制御を行
う。
【０００８】上記ＤＳＰ４は、ソフトウェアによって達
成される機能部として、前述のディジタル制御信号を出
力する磁気軸受制御部４１と、回転数モニタ部４３と、
サンプリング周波数（Ｆｓと表記）決定部４４とを備え
ている。磁気軸受制御部４１は、ソフトウェアによって
構成されるディジタルフィルタとしてのノッチフィルタ
４２を含んでいる。ＤＳＰ４はシリアル通信ボード１１
を介してパーソナルコンピュータ１２と通信可能に接続
されている。なお、ＤＳＰ４はメモリを内蔵するととも
に、必要な外部メモリも接続されるが、これらの図示は
省略する。これらのメモリには、ＤＳＰ４の動作プログ
ラム、制御パラメータの他、後述のデータテーブルが書
き込まれている。
成される機能部として、前述のディジタル制御信号を出
力する磁気軸受制御部４１と、回転数モニタ部４３と、
サンプリング周波数（Ｆｓと表記）決定部４４とを備え
ている。磁気軸受制御部４１は、ソフトウェアによって
構成されるディジタルフィルタとしてのノッチフィルタ
４２を含んでいる。ＤＳＰ４はシリアル通信ボード１１
を介してパーソナルコンピュータ１２と通信可能に接続
されている。なお、ＤＳＰ４はメモリを内蔵するととも
に、必要な外部メモリも接続されるが、これらの図示は
省略する。これらのメモリには、ＤＳＰ４の動作プログ
ラム、制御パラメータの他、後述のデータテーブルが書
き込まれている。
【０００９】回転体１の近傍に配置された回転センサ８
は、回転体１の回転数に応じてパルスを出力し、出力さ
れたパルスは回転数モニタ部４３に入力される。パルス
を受けた回転数モニタ部４３は、例えば、パルス入力の
時間的間隔の逆数から回転体１の回転数を求める。この
回転数はサンプリング周波数決定部４４に送られるとと
もに、磁気軸受制御部４１にもフィードバックされる。
ＤＳＰ４が発する回転数指令信号はインバータ９に送ら
れ、インバータ９はこれに基づいてモータ１０の回転を
制御する。サンプリング周波数決定部４４は、データテ
ーブルを参照しながら、回転数に合わせてサンプリング
周波数Ｆｓを決定する。
は、回転体１の回転数に応じてパルスを出力し、出力さ
れたパルスは回転数モニタ部４３に入力される。パルス
を受けた回転数モニタ部４３は、例えば、パルス入力の
時間的間隔の逆数から回転体１の回転数を求める。この
回転数はサンプリング周波数決定部４４に送られるとと
もに、磁気軸受制御部４１にもフィードバックされる。
ＤＳＰ４が発する回転数指令信号はインバータ９に送ら
れ、インバータ９はこれに基づいてモータ１０の回転を
制御する。サンプリング周波数決定部４４は、データテ
ーブルを参照しながら、回転数に合わせてサンプリング
周波数Ｆｓを決定する。
【００１０】次に、本発明に関する主要な動作について
詳細に説明する。図２は、回転体１の回転数と固有振動
数との関係を示すグラフである。図において、１次曲げ
モーメントに基づく固有振動数は、回転体１の停止時に
は一定値ｆ１であるが、回転体１の回転数上昇ととも
に、ジャイロ作用により前向き固有振動数ａ１と後向き
固有振動数ｂ１とに分かれる。同様に、２次曲げモーメ
ントに基づく固有振動数は、回転体１の停止時には一定
値ｆ２であるが、回転体１の回転数上昇とともに、ジャ
イロ作用により前向き固有振動数ａ２と後向き固有振動
数ｂ２とに分かれる。一方、回転体１の回転数の上昇に
伴い、回転振動数は、特性ｃの如く、一定勾配で直線的
に増加する。この結果、交点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４
において、共振が起きる。これらの交点における回転数
と固有振動数とを、Ｐ１（Ｎp1,ｆp1）、Ｐ２（Ｎp2,ｆ
p2）、Ｐ３（Ｎp3,ｆp3）及びＰ４（Ｎp4,ｆp4）とする
と、回転数Ｎp1、Ｎp2、Ｎp3及びＮp4においてノッチフ
ィルタ４２の中心周波数が、固有振動数ｆp1、ｆp2、ｆ
p3及びｆp4と一致するように、ＤＳＰ４により制御を行
う必要がある。
詳細に説明する。図２は、回転体１の回転数と固有振動
数との関係を示すグラフである。図において、１次曲げ
モーメントに基づく固有振動数は、回転体１の停止時に
は一定値ｆ１であるが、回転体１の回転数上昇ととも
に、ジャイロ作用により前向き固有振動数ａ１と後向き
固有振動数ｂ１とに分かれる。同様に、２次曲げモーメ
ントに基づく固有振動数は、回転体１の停止時には一定
値ｆ２であるが、回転体１の回転数上昇とともに、ジャ
イロ作用により前向き固有振動数ａ２と後向き固有振動
数ｂ２とに分かれる。一方、回転体１の回転数の上昇に
伴い、回転振動数は、特性ｃの如く、一定勾配で直線的
に増加する。この結果、交点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４
において、共振が起きる。これらの交点における回転数
と固有振動数とを、Ｐ１（Ｎp1,ｆp1）、Ｐ２（Ｎp2,ｆ
p2）、Ｐ３（Ｎp3,ｆp3）及びＰ４（Ｎp4,ｆp4）とする
と、回転数Ｎp1、Ｎp2、Ｎp3及びＮp4においてノッチフ
ィルタ４２の中心周波数が、固有振動数ｆp1、ｆp2、ｆ
p3及びｆp4と一致するように、ＤＳＰ４により制御を行
う必要がある。
【００１１】ノッチフィルタ４２は、時系列上のサンプ
ルデータを基にディジタルフィルタ処理を行うため、そ
のカットオフ周波数は、サンプリング周波数Ｆｓと密接
な関係を有する。図３は、サンプリング周波数Ｆｓをパ
ラメータとして変化させた場合の、ノッチフィルタ４２
における利得の周波数特性を示すグラフであり、
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の順に、サンプリン
グ周波数Ｆｓが４ｋＨｚ、６ｋＨｚ、８ｋＨｚ及び１０
ｋＨｚの場合の例を示している。（ａ）〜（ｄ）により
明らかなように、「ノッチ」の中心周波数付近に存在す
るカットオフ周波数は、サンプリング周波数Ｆｓの上昇
・下降に伴って上昇・下降する。従って、サンプリング
周波数Ｆｓを適宜増減することにより、ノッチフィルタ
４２のカットオフ周波数及び中心周波数を自在に変化さ
せることができる。
ルデータを基にディジタルフィルタ処理を行うため、そ
のカットオフ周波数は、サンプリング周波数Ｆｓと密接
な関係を有する。図３は、サンプリング周波数Ｆｓをパ
ラメータとして変化させた場合の、ノッチフィルタ４２
における利得の周波数特性を示すグラフであり、
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の順に、サンプリン
グ周波数Ｆｓが４ｋＨｚ、６ｋＨｚ、８ｋＨｚ及び１０
ｋＨｚの場合の例を示している。（ａ）〜（ｄ）により
明らかなように、「ノッチ」の中心周波数付近に存在す
るカットオフ周波数は、サンプリング周波数Ｆｓの上昇
・下降に伴って上昇・下降する。従って、サンプリング
周波数Ｆｓを適宜増減することにより、ノッチフィルタ
４２のカットオフ周波数及び中心周波数を自在に変化さ
せることができる。
【００１２】そこで、サンプリング周波数決定部４４
に、経験的な実測値に基づくデータテーブルを設けて、
このデータテーブルに従って、回転数Ｎp1、Ｎp2、Ｎp3
及びＮp4におけるノッチフィルタ４２の中心周波数が、
それぞれ前述の固有振動数ｆp1、ｆp2、ｆp3及びｆp4と
一致するようにサンプリング周波数Ｆｓを変化させる。
こうして、回転数Ｎに対応したサンプリング周波数Ｆｓ
を決定することにより、固有振動数と一致する共振信号
を減衰させて、共振の発生を防止することができる。
に、経験的な実測値に基づくデータテーブルを設けて、
このデータテーブルに従って、回転数Ｎp1、Ｎp2、Ｎp3
及びＮp4におけるノッチフィルタ４２の中心周波数が、
それぞれ前述の固有振動数ｆp1、ｆp2、ｆp3及びｆp4と
一致するようにサンプリング周波数Ｆｓを変化させる。
こうして、回転数Ｎに対応したサンプリング周波数Ｆｓ
を決定することにより、固有振動数と一致する共振信号
を減衰させて、共振の発生を防止することができる。
【００１３】具体的には、回転体１の始動時にＤＳＰ４
は、所定の制御パラメータ等のＤＳＰ定数に基づいて、
回転体１を目標位置に浮上させる。このときのＤＳＰ４
のサンプリング周波数Ｆｓは、回転数０の状態における
回転体１の固有振動数ｆ１及びｆ２（図２）に基づいて
決定される。次に、ＤＳＰ４はインバータ９を制御し
て、モータ１０を駆動する。これにより、回転体１が回
転し始める。回転体１の回転により、回転センサ８はパ
ルスを出力し、回転数モニタ部４３が回転数Ｎを検出す
る。サンプリング周波数決定部４４は、例えば以下の表
１に示すデータテーブルを読む。
は、所定の制御パラメータ等のＤＳＰ定数に基づいて、
回転体１を目標位置に浮上させる。このときのＤＳＰ４
のサンプリング周波数Ｆｓは、回転数０の状態における
回転体１の固有振動数ｆ１及びｆ２（図２）に基づいて
決定される。次に、ＤＳＰ４はインバータ９を制御し
て、モータ１０を駆動する。これにより、回転体１が回
転し始める。回転体１の回転により、回転センサ８はパ
ルスを出力し、回転数モニタ部４３が回転数Ｎを検出す
る。サンプリング周波数決定部４４は、例えば以下の表
１に示すデータテーブルを読む。
【００１４】
【表１】
【００１５】回転体１の始動時には、表１の回転数上昇
時の欄に示す回転数Ｎ［ｒｐｓ］の範囲に従ってサンプ
リング周波数Ｆｓ［ｋＨｚ］が決定される。例えば、０
≦Ｎ＜１２０のときは、サンプリング周波数Ｆｓ＝６と
なる。また、１２０≦Ｎ＜１５０のときは、Ｆｓ＝６．
１となる。以下同様に、回転数Ｎの上昇とともにサンプ
リング周波数Ｆｓが上昇する。こうして順次決定された
サンプリング周波数Ｆｓは磁気軸受制御部４１に与えら
れる。従って、磁気軸受制御部４１は、与えられたサン
プリング周波数ＦｓでＡ／Ｄ変換器３の出力をサンプリ
ングする。こうして、回転数Ｎに対応したサンプリング
周波数Ｆｓを決定することにより、固有振動数ｆp1、ｆ
p2、ｆp3及びｆp4と一致する共振信号を減衰させて、共
振の発生を防止することができる。
時の欄に示す回転数Ｎ［ｒｐｓ］の範囲に従ってサンプ
リング周波数Ｆｓ［ｋＨｚ］が決定される。例えば、０
≦Ｎ＜１２０のときは、サンプリング周波数Ｆｓ＝６と
なる。また、１２０≦Ｎ＜１５０のときは、Ｆｓ＝６．
１となる。以下同様に、回転数Ｎの上昇とともにサンプ
リング周波数Ｆｓが上昇する。こうして順次決定された
サンプリング周波数Ｆｓは磁気軸受制御部４１に与えら
れる。従って、磁気軸受制御部４１は、与えられたサン
プリング周波数ＦｓでＡ／Ｄ変換器３の出力をサンプリ
ングする。こうして、回転数Ｎに対応したサンプリング
周波数Ｆｓを決定することにより、固有振動数ｆp1、ｆ
p2、ｆp3及びｆp4と一致する共振信号を減衰させて、共
振の発生を防止することができる。
【００１６】一方、回転体１の回転を停止させる場合に
は、表１の回転数下降時の欄に示すＮ［ｒｐｍ］の範囲
に従ってサンプリング周波数Ｆｓ［ｋＨｚ］が決定され
る。例えば、２９５＜Ｎ≦３２５のときＦｓ＝６．７、
２６５＜Ｎ≦２９５のときＦｓ＝６．６、以下表１に示
すように、回転数上昇時とは異なるＮの範囲でＦｓが設
定される。このように回転数上昇時と下降時とでしきい
値を変えることにより、ヒステリシスを防止することが
できる。こうして、回転数下降時にも、上昇時と同様
に、回転数Ｎに対応したサンプリング周波数Ｆｓを決定
することにより、固有振動数ｆp1、ｆp2、ｆp3及びｆp4
と一致する共振信号を減衰させて、共振の発生を防止す
ることができる。
は、表１の回転数下降時の欄に示すＮ［ｒｐｍ］の範囲
に従ってサンプリング周波数Ｆｓ［ｋＨｚ］が決定され
る。例えば、２９５＜Ｎ≦３２５のときＦｓ＝６．７、
２６５＜Ｎ≦２９５のときＦｓ＝６．６、以下表１に示
すように、回転数上昇時とは異なるＮの範囲でＦｓが設
定される。このように回転数上昇時と下降時とでしきい
値を変えることにより、ヒステリシスを防止することが
できる。こうして、回転数下降時にも、上昇時と同様
に、回転数Ｎに対応したサンプリング周波数Ｆｓを決定
することにより、固有振動数ｆp1、ｆp2、ｆp3及びｆp4
と一致する共振信号を減衰させて、共振の発生を防止す
ることができる。
【００１７】なお、上記制御装置において、回転センサ
８及び回転数モニタ部４３は、磁気軸受によって支持さ
れる回転体１の回転数を検出する回転数検出手段を構成
している。サンプリング周波数決定部４４は、データテ
ーブルとともに、回転数の変化に応じてサンプリング周
波数Ｆｓを変化させるサンプリング周波数決定手段を構
成している。変位センサ２及びＡ／Ｄ変換器３は、回転
体１の変位を検出して、これに基づくディジタル変位信
号を出力する変位検出手段を構成している。磁気軸受制
御部４１は、ディジタル変位信号に基づいて、回転体１
を位置制御する制御信号を出力するものであって、サン
プリング周波数に基づく所定のディジタルフィルタ処理
を行うことにより、サンプリング周波数に応じてカット
オフ周波数を変化させて、回転体１の回転数に応じて変
化する固有振動数と回転振動数との共振周波数を含む周
波数域を減衰させた制御信号を出力する制御手段を構成
している。また、Ｄ／Ａ変換器５及び増幅器６は、制御
信号に基づいて、磁気軸受の電磁石７を制御する電磁石
制御手段を構成している。
８及び回転数モニタ部４３は、磁気軸受によって支持さ
れる回転体１の回転数を検出する回転数検出手段を構成
している。サンプリング周波数決定部４４は、データテ
ーブルとともに、回転数の変化に応じてサンプリング周
波数Ｆｓを変化させるサンプリング周波数決定手段を構
成している。変位センサ２及びＡ／Ｄ変換器３は、回転
体１の変位を検出して、これに基づくディジタル変位信
号を出力する変位検出手段を構成している。磁気軸受制
御部４１は、ディジタル変位信号に基づいて、回転体１
を位置制御する制御信号を出力するものであって、サン
プリング周波数に基づく所定のディジタルフィルタ処理
を行うことにより、サンプリング周波数に応じてカット
オフ周波数を変化させて、回転体１の回転数に応じて変
化する固有振動数と回転振動数との共振周波数を含む周
波数域を減衰させた制御信号を出力する制御手段を構成
している。また、Ｄ／Ａ変換器５及び増幅器６は、制御
信号に基づいて、磁気軸受の電磁石７を制御する電磁石
制御手段を構成している。
【００１８】なお、回転数Ｎとサンプリング周波数Ｆｓ
とのデータテーブルは、上記のものに限らず、パーソナ
ルコンピュータ１２から指示して変更することもでき
る。これにより、回転体１の使用状況（例えば回転体１
が工作機械のスピンドルであれば、接続される工具の種
類等）に合わせてカットオフ周波数の変化特性を選択す
れば、種々の使用状況において共振を防止することがで
きる。
とのデータテーブルは、上記のものに限らず、パーソナ
ルコンピュータ１２から指示して変更することもでき
る。これにより、回転体１の使用状況（例えば回転体１
が工作機械のスピンドルであれば、接続される工具の種
類等）に合わせてカットオフ周波数の変化特性を選択す
れば、種々の使用状況において共振を防止することがで
きる。
【００１９】
【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項１の磁気軸受の制御装置によれ
ば、回転体の回転数の変化に応じてサンプリング周波数
を変化させることにより、ディジタルフィルタが減衰さ
せる周波数域が、固有振動数と回転振動数との共振周波
数と一致して変化する。従って、共振信号が除去され
て、共振を防止することができる。
効果を奏する。請求項１の磁気軸受の制御装置によれ
ば、回転体の回転数の変化に応じてサンプリング周波数
を変化させることにより、ディジタルフィルタが減衰さ
せる周波数域が、固有振動数と回転振動数との共振周波
数と一致して変化する。従って、共振信号が除去され
て、共振を防止することができる。
【００２０】請求項２の磁気軸受の制御装置によれば、
データテーブルを変更すればサンプリング周波数の変化
特性が変わり、カットオフ周波数の変化特性も変わるの
で、回転体の固有振動数の特性が変わっても、これに対
応してデータテーブルすなわちカットオフ周波数を変化
させることにより、共振信号を減衰させることができ
る。これにより、回転体の使用状況（例えば回転体が工
作機械のスピンドルであれば、接続される工具の種類
等）に合わせてカットオフ周波数の変化特性を選択すれ
ば、種々の使用状況において共振を防止することができ
る。
データテーブルを変更すればサンプリング周波数の変化
特性が変わり、カットオフ周波数の変化特性も変わるの
で、回転体の固有振動数の特性が変わっても、これに対
応してデータテーブルすなわちカットオフ周波数を変化
させることにより、共振信号を減衰させることができ
る。これにより、回転体の使用状況（例えば回転体が工
作機械のスピンドルであれば、接続される工具の種類
等）に合わせてカットオフ周波数の変化特性を選択すれ
ば、種々の使用状況において共振を防止することができ
る。
【図１】本発明の一実施形態による磁気軸受の制御装置
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】磁気軸受によって支持される回転体の回転数と
固有振動数との関係を示すグラフである。
固有振動数との関係を示すグラフである。
【図３】上記制御装置において、サンプリング周波数を
パラメータとして変化させた場合のノッチフィルタの周
波数特性を示すグラフである。
パラメータとして変化させた場合のノッチフィルタの周
波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】 １ 回転体 ２ 変位センサ ３ Ａ／Ｄ変換器 ４ ＤＳＰ ５ Ｄ／Ａ変換器 ６ 増幅器 ７ 電磁石 ８ 回転センサ ４１ 磁気軸受制御部 ４２ ノッチフィルタ ４３ 回転数モニタ部 ４４ サンプリング周波数決定部
Claims (2)
- 【請求項１】磁気軸受によって支持される回転体の回転
数を検出する回転数検出手段と、 前記回転数検出手段によって検出された回転数の変化に
応じてサンプリング周波数を変化させるサンプリング周
波数決定手段と、 前記回転体の変位を検出して、これに基づくディジタル
変位信号を出力する変位検出手段と、 前記変位検出手段から出力されるディジタル変位信号に
基づいて、前記回転体を位置制御する制御信号を出力す
るものであって、前記サンプリング周波数決定手段によ
って提供されるサンプリング周波数で所定のディジタル
フィルタ処理を行うことにより、サンプリング周波数に
応じてカットオフ周波数を変化させて、前記回転体の回
転数に応じて変化する固有振動数と回転振動数との共振
周波数を含む周波数域を減衰させた制御信号を出力する
制御手段と、 前記制御手段から出力される制御信号に基づいて、磁気
軸受の電磁石を制御する電磁石制御手段とを備えたこと
を特徴とする磁気軸受の制御装置。 - 【請求項２】前記サンプリング周波数決定手段は、デー
タテーブルに従ってサンプリング周波数を決定するもの
であることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受の制御
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11215461A JP2001041240A (ja) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | 磁気軸受の制御装置 |
| PCT/JP2000/004912 WO2001009529A1 (en) | 1999-07-29 | 2000-07-21 | Controller of magnetic bearing |
| US09/786,316 US6472787B1 (en) | 1999-07-29 | 2000-07-21 | Controller of magnetic bearing |
| DE10082527T DE10082527B4 (de) | 1999-07-29 | 2000-07-21 | Steuereinheit für die magnetische Lagerung eines Rotors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11215461A JP2001041240A (ja) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | 磁気軸受の制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001041240A true JP2001041240A (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16672768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11215461A Pending JP2001041240A (ja) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | 磁気軸受の制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6472787B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001041240A (ja) |
| DE (1) | DE10082527B4 (ja) |
| WO (1) | WO2001009529A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7812493B2 (en) | 2007-03-23 | 2010-10-12 | Jtekt Corporation | Spindle apparatus |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7023118B1 (en) * | 2002-03-14 | 2006-04-04 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | System for controlling a magnetically levitated rotor |
| US7548004B1 (en) * | 2004-09-22 | 2009-06-16 | Sandia Corporation | Passive levitation in alternating magnetic fields |
| GB0513140D0 (en) | 2005-06-15 | 2005-08-03 | Lee Paul B | Novel method of controlling the operation of a downhole tool |
| CN1322662C (zh) * | 2005-06-21 | 2007-06-20 | 北京航空航天大学 | 一种集成化、低功耗磁轴承数字控制装置 |
| CN1315254C (zh) * | 2005-07-08 | 2007-05-09 | 北京航空航天大学 | 一种集成化磁悬浮飞轮磁轴承数字控制装置 |
| US7471022B2 (en) * | 2006-09-22 | 2008-12-30 | Sortore Christopher K | Magnetic bearing |
| CN100438292C (zh) * | 2006-11-09 | 2008-11-26 | 北京航空航天大学 | 一种用于磁悬浮飞轮磁轴承系统的数字开关功率放大器 |
| CN100392268C (zh) * | 2006-12-14 | 2008-06-04 | 北京航空航天大学 | 一种集成化磁悬浮飞轮磁轴承数字控制装置 |
| CN100462885C (zh) * | 2007-04-20 | 2009-02-18 | 北京航空航天大学 | 一种磁悬浮反作用飞轮开环高精度不平衡振动控制系统 |
| JP5643991B2 (ja) | 2008-04-17 | 2014-12-24 | シンクロニー, インコーポレイテッドSynchrony, Inc. | 高速永久磁石モータおよび低損失メタルロータ付発電機 |
| JP2011520410A (ja) * | 2008-04-18 | 2011-07-14 | シンクロニー，インコーポレイテッド | 集積電子工学を用いた磁力スラスト軸受 |
| RU2395150C2 (ru) * | 2008-07-21 | 2010-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Система управления электромагнитным подвесом ротора |
| US9583991B2 (en) | 2009-06-24 | 2017-02-28 | Synchrony, Inc. | Systems, devices, and/or methods for managing magnetic bearings |
| DE102009038775B4 (de) * | 2009-08-25 | 2011-09-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Regeleinrichtung und Verfahren zur Regelung eines Magnetlagers |
| EP2586121B1 (en) | 2010-06-23 | 2019-12-11 | Synchrony, Inc. | Split magnetic thrust bearing |
| CN103122931A (zh) * | 2011-11-21 | 2013-05-29 | 上海航天控制工程研究所 | 一种用于磁悬浮风力发电机的驱动控制电路 |
| CN104062935B (zh) * | 2014-06-24 | 2017-01-04 | 北京航空航天大学 | 一种双框架磁悬浮变速控制力矩陀螺集成数字控制系统 |
| CN105065452B (zh) * | 2015-07-13 | 2017-02-08 | 北京航空航天大学 | 一种集成化磁悬浮惯性稳定平台磁轴承数字控制系统 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01206116A (ja) | 1988-02-15 | 1989-08-18 | Hitachi Ltd | 回転機械の自励振動防止用制御装置 |
| JPH0612827U (ja) * | 1992-07-21 | 1994-02-18 | セイコー精機株式会社 | 磁気軸受装置 |
| JPH0670873B2 (ja) | 1992-12-17 | 1994-09-07 | 九州日立マクセル株式会社 | ディスククリーナー |
| JP3425475B2 (ja) * | 1994-07-12 | 2003-07-14 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 磁気軸受装置 |
| JPH08166019A (ja) | 1994-12-13 | 1996-06-25 | Shinko Electric Co Ltd | 磁気ラジアル軸受用電磁石の制御装置 |
-
1999
- 1999-07-29 JP JP11215461A patent/JP2001041240A/ja active Pending
-
2000
- 2000-07-21 WO PCT/JP2000/004912 patent/WO2001009529A1/ja not_active Ceased
- 2000-07-21 US US09/786,316 patent/US6472787B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-07-21 DE DE10082527T patent/DE10082527B4/de not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7812493B2 (en) | 2007-03-23 | 2010-10-12 | Jtekt Corporation | Spindle apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6472787B1 (en) | 2002-10-29 |
| WO2001009529A1 (en) | 2001-02-08 |
| DE10082527B4 (de) | 2007-09-13 |
| DE10082527T1 (de) | 2001-08-16 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040908 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060110 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060308 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060822 |