[go: up one dir, main page]

JP2005140190A - 電力増幅装置および磁気軸受 - Google Patents

電力増幅装置および磁気軸受 Download PDF

Info

Publication number
JP2005140190A
JP2005140190A JP2003375339A JP2003375339A JP2005140190A JP 2005140190 A JP2005140190 A JP 2005140190A JP 2003375339 A JP2003375339 A JP 2003375339A JP 2003375339 A JP2003375339 A JP 2003375339A JP 2005140190 A JP2005140190 A JP 2005140190A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
excitation current
electromagnet
rotating body
excitation
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2003375339A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Martin Benjamin Gachter
マーチン ベンジャミン ゲヒター ステファン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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 Koyo Seiko Co Ltd filed Critical Koyo Seiko Co Ltd
Priority to JP2003375339A priority Critical patent/JP2005140190A/ja
Priority to US10/578,566 priority patent/US20070080594A1/en
Priority to PCT/JP2004/016172 priority patent/WO2005045266A1/ja
Priority to EP04793273A priority patent/EP1701050A4/en
Publication of JP2005140190A publication Critical patent/JP2005140190A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0457Details of the power supply to the electromagnets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0451Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0476Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08Structural association with bearings
    • H02K7/09Structural association with bearings with magnetic bearings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

【課題】 入力電圧の微小な範囲においても入力電圧と出力電流との関係を線形化できる電力増幅装置を提供する。
【解決手段】 電力増幅装置15、16は、電磁石4、5に供給すべき電流目標値に基づいて電流指令信号を出力する電流指令装置17と、電流指令信号を増幅して電磁石4、5に電流を供給する電力増幅器18と、電磁石4、5に流れる電流を検出する電流検出装置19とを備えている。電流指令装置17が、電流検出装置19による電流検出値をフィードバックして、電流検出値が電流目標値を等しくなるように電流指令信号を制御する。
【選択図】 図1

Description

この発明は、電力増幅装置およびそれを用いた磁気軸受に関する。
複数組の制御型磁気軸受により回転体を磁気浮上させて非接触支持する制御型磁気軸受装置は、フライホイール式電力貯蔵装置などに使用されている。
この種の磁気軸受装置は、たとえば、鉛直状の回転体を1組のアキシアル磁気軸受ユニットと2組のラジアル磁気軸受ユニットで非接触支持するものである。アキシアル磁気軸受ユニットは、回転体の軸方向の1箇所を鉛直なアキシアル制御軸(軸方向の制御軸)方向の目標位置に非接触支持するものであり、1組のアキシアル磁気軸受を備えている。ラジアル磁気軸受ユニットは、回転体の軸方向の2箇所において、それぞれ、アキシアル制御軸と直交するとともに互いに直交する2つのラジアル制御軸(径方向の制御軸)方向の目標位置に回転体を非接触支持するものであり、各ラジアル磁気軸受ユニットは、それぞれ、2つのラジアル制御軸に対応する2組のラジアル磁気軸受を備えている。
アキシアル磁気軸受および各ラジアル磁気軸受は、それぞれ、対応する制御軸方向の両側から回転体の被支持部分を挟むように配置された1対の電磁石と、回転体の該制御軸方向の変位を検出する変位検出装置と、回転体の変位検出値に基づいて各電磁石に供給する励磁電流を制御する電磁石制御装置とを備えている。各磁気軸受において、電磁石制御装置は、通常、変位検出値に基づいて各電磁石に供給すべき励磁電流目標値を決定しこれを励磁電流指令信号として出力する電流制御装置と、この励磁電流指令信号を増幅して各電磁石に励磁電流を供給する電力増幅器とを備えている。
従来は、磁気軸受の各電磁石に供給される励磁電流は、バイアス電流(定常電流)と制御電流を合わせたものであった。1対の電磁石のバイアス電流は互いに等しく、かつ回転体の変位にかかわらず一定である。制御電流は回転体の変位に応じて変化し、1対の電磁石について、常に、制御電流の絶対値は互いに等しく、符号は反対である。また、制御電流の絶対値の最大値は、バイアス電流より小さい。このため、回転体の変位にかかわらず、1対の電磁石には常に励磁電流が流れている。
上記のように各磁気軸受の1対の電磁石に常にバイアス電流を供給することにより、制御電流と1対の電磁石による磁気吸引力との関係を線形化できるという利点があるが、電磁石による消費電力が大きく、磁気軸受およびそれを用いた装置の消費電力が大きいという問題がある。
そこで、特許文献1に示されているように、1対の電磁石の両方のバイアス電流をともに0とするか、あるいは一方にのみバイアス電流を供給するようにしたいわゆるゼロバイアス電流制御の磁気軸受が提案されている。この磁気軸受では、制御軸が水平な場合は、両方の電磁石のバイアス電流をともに0とし、制御軸が水平でない場合は、上側に配置される電磁石にのみバイアス電流を供給するようになっている。
ところで、上記のような磁気軸受の電磁石制御装置に使用される電力増幅器では、図4に示すように、入力電圧(励磁電流目標値)の広い範囲で見れば、入力電圧と出力電流(励磁電流)との関係は線形であるが、入力電圧が微小な範囲では、両者の関係が線形ではなく、この範囲では、ゲインが小さくなる。このため、回転体が目標位置の近傍にあって励磁電流目標値が微小であるときに、実際に電磁石に流れる励磁電流が励磁電流目標値より小さくなり、回転体の位置制御が不安定になるという問題がある。
特開平11−22730号公報
この発明の目的は、入力電圧の微小な範囲においても入力電圧と出力電流との関係を線形化できる電力増幅装置を提供することにある。
この発明の目的は、また、電力増幅装置の入力電圧と出力電流との関係を線形化して、ゼロバイアス電流制御の場合で、回転体が目標位置の近傍にあるときでも、位置制御が安定している磁気軸受を提供することにある。
この発明による電力増幅装置は、被駆動体に供給すべき電流目標値に基づいて電流指令信号を出力する電流指令手段と、電流指令信号を増幅して被駆動体に電流を供給する電力増幅器と、被駆動体に流れる電流を検出する電流検出手段とを備えており、電流指令手段が、電流検出手段による電流検出値をフィードバックして、電流検出値が電流目標値と等しくなるように電流指令信号を制御するものであることを特徴とするものである。
被駆動体としては、たとえば、磁気軸受を構成する電磁石、各種駆動用の電動機などがある。
電流目標値は電圧値で与えられ、これが電力増幅装置の入力電圧となる。電流指令手段からの電流指令信号も電圧値で与えられ、これが電力増幅器の入力電圧となる。
電流指令手段が電流検出値をフィードバックして電流指令信号を制御するものであるから、電力増幅器の入力電圧(電流指令信号)と出力電流との関係が線形でない入力電圧の微小な範囲すなわち電流目標値の微小な範囲においても、入力電圧である電流目標値と出力電流との関係を線形化することができる。
したがって、電力増幅装置を磁気軸受の電磁石の駆動に用いる場合、バイアス電流が0であるかあるいは非常に小さい制御を行なっても、電磁石に流れる励磁電流を励磁電流目標値と等しくして、安定した位置制御を行なうことができる。また、電動機を微小な電圧で駆動する場合も、同様に、安定した制御を行なうことができる。
この発明による磁気軸受は、回転体を1つの制御軸方向に非接触支持するための磁気軸受であって、回転体を磁気吸引力によって前記制御軸方向の目標位置に非接触支持するために前記制御軸方向の両側から回転体を挟むように配置された1対の電磁石と、回転体の目標位置からの変位を検出する変位検出手段と、回転体の変位検出値に基づいて各電磁石に供給すべき励磁電流目標値を決定する励磁電流目標値決定手段と、励磁電流目標値を増幅して各電磁石に励磁電流を供給する2つの電力増幅装置とを備えており、各電力増幅装置が、励磁電流目標値に基づいて励磁電流指令信号を出力する電流指令手段と、励磁電流指令信号を増幅して電磁石に励磁電流を供給する電力増幅器と、電磁石に流れる励磁電流を検出する電流検出手段とを備えており、電流指令手段が、電流検出手段による励磁電流検出値をフィードバックして、励磁電流検出値が励磁電流目標値と等しくなるように励磁電流指令信号を制御するものであることを特徴とするものである。
上記同様、電力増幅器の入力電圧(励磁電流指令信号)と出力電流である励磁電流との関係が線形でない入力電圧の微小な範囲すなわち励磁電流目標値の微小な範囲においても、入力電圧である励磁電流目標値と出力電流である励磁電流との関係を線形化することができる。
制御軸が水平である場合、たとえば、両方の電磁石について、バイアス電流を0とし、回転体の変位によって変化する制御電流のみを励磁電流として供給する。この場合、少なくとも一方の電磁石の制御電流すなわち励磁電流は0である。
制御軸が水平でない場合、上側の電磁石にのみバイアス電流を供給し、下側の電磁石のバイアス電流は0とする。そして、上側の電磁石にはバイアス電流と制御電流を合わせた励磁電流を供給し、下側の電磁石には制御電流のみを励磁電流として供給する。この場合も、少なくとも一方の電磁石の制御電流は0である。
このように、両方の電磁石または片方の電磁石のバイアス電流を0にすることにより、消費電力を低減することができる。
上記のように、励磁電流目標値の微小な範囲においても、励磁電流目標値と励磁電流との関係を線形化できるので、電磁石のバイアス電流を0にした場合であって、回転体が目標位置の近傍にあるときでも、電磁石に流れる励磁電流を励磁電流目標値と等しくして、安定した位置制御を行なうことができる。
この発明の電力増幅装置によれば、入力電圧の微小な範囲においても入力電圧と出力電流との関係を線形化することができ、したがって、磁気軸受の電磁石のバイアス電流を0または微小な値とした場合、あるいは各種駆動用の電動機を微小な電圧で駆動する場合などでも、安定した制御を行なうことができる。
この発明の磁気軸受によれば、電流増幅装置の入力電圧と出力電流との関係を線形化して、電磁石のバイアス電流制御を0または微小な値とした場合で、回転体が目標位置の近傍にあるときでも、安定した位置制御を行なうことができる。
以下、図面を参照して、この発明を前記のようなフライホイール式電力貯蔵装置に使用される磁気軸受に適用した実施形態について説明する。
全体の図示は省略したが、電力貯蔵装置は、前記のように、鉛直状の回転体(1)を1組のアキシアル磁気軸受ユニットと上下2組のラジアル磁気軸受ユニットで非接触支持するものであり、図1には、ラジアル磁気軸受ユニットを構成する2組のラジアル磁気軸受のうちの一方のラジアル磁気軸受(2)が示されている。
図1に示すラジアル磁気軸受(2)は、回転体(1)を2つのラジアル制御軸のうちの一方の制御軸(これを「X軸」とする)方向に非接触支持するものであり、これは、回転体(1)を磁気吸引力によってX軸方向の所定の目標位置に非接触支持するためにX軸方向の両側から回転体(1)の外周のターゲット(被支持部分)(3)を挟むように配置された1対の電磁石(4)(5)と、回転体(1)の目標位置からのX軸方向の変位を検出する変位検出手段を構成する変位検出装置(6)と、回転体(1)を目標位置に非接触支持するために回転体(1)のX軸方向の変位に基づいて各電磁石(4)(5)の励磁電流を制御する電磁石制御手段を構成する電磁石制御装置(7)とを備えている。1対の電磁石(4)(5)のうち、X軸正側のものを第1電磁石(4)、X軸負側のものを第2電磁石(5)ということにする。
各電磁石(4)(5)は、回転体(1)の軸方向にのびる連結部(8a)の両端部にX軸方向の内側に突出した1対の磁極部(8b)(8c)が一体に形成されたコ字状のコア(8)と、コア(8)の両磁極部(8b)(8c)に巻かれたコイル(9)とを備えている。各電磁石(4)(5)の連結部(8a)が円筒状のハウジング(10)の内周部に固定され、磁極部(8b)(8c)が回転体(1)のターゲット(3)にX軸方向の外側からわずかな空隙をあけて対向している。各電磁石(4)(5)のコイル(9)は、電磁石制御装置(7)に接続されている。そして、制御装置(7)からコイル(9)に供給される励磁電流により、1対の電磁石(4)(5)の上側の磁極部(8b)が同一の極性に励磁され、下側の磁極部(8c)が上記と逆の同一の極性に励磁される。この例では、上側の磁極部(8b)がN極、下側の磁極部(8c)がS極となる。
変位検出装置(6)は、回転体(1)をX軸方向の両側から挟むように各電磁石(4)(5)のすぐ下のハウジング(10)の内周部に固定されて回転体(1)との間のX軸方向の空隙の大きさを検出する1対の変位センサ(11)(12)と、第1センサ(11)の出力から第2センサ(12)の出力を減算することにより回転体(1)のX軸方向の目標位置からの変位を求める減算器(13)とを備えている。減算器(13)の出力すなわち変位検出値は、制御装置(7)に入力する。
制御装置(7)は、両方の電磁石(4)(5)のバイアス電流を0とし、回転体(1)のX軸方向の変位が生じたときに、いずれか一方の電磁石(4)(5)に制御電流のみからなる励磁電流を供給する。したがって、回転体(1)の変位が0のときは、各電磁石(4)(5)の制御電流は0であり、各電磁石(4)(5)の励磁電流も0である。この場合、制御軸であるX軸は水平であるから、回転体(1)に作用する重力のX軸方向の成分は0であり、回転体(1)が目標位置にあるとき、両方の電磁石(4)(5)の励磁電流が0で、これらの磁気吸引力が0であっても、回転体(1)に作用するX軸方向の力は0で、釣合が保たれる。そして、回転体(1)が目標位置からX軸負側に変位したときは、X軸正側の第1電磁石(4)にのみ変位量に応じた正の値の制御電流(=励磁電流)が供給され、この電磁石(4)の磁気吸引力により回転体(1)はX軸正方向に吸引される。回転体(1)がX軸正方向に変位したときは、X軸負側の第2電磁石(5)にのみ変位量に応じた正の値の制御電流(=励磁電流)が供給され、この電磁石(5)の磁気吸引力により回転体(1)はX軸負側に吸引される。このように1対の電磁石(4)(5)の制御電流が制御されることにより、回転体(1)がX軸方向の目標位置に保持される。
制御装置(7)は、励磁電流目標値決定手段としての励磁電流目標値決定装置(14)、および各電磁石(4)(5)に対応する2つの電力増幅装置(15)(16)を備えている。目標値決定装置(14)は、後に詳しく説明するように、回転体(1)の変位検出値に基づいて、各電磁石(4)(5)に供給すべき励磁電流の目標値を決定するものである。電力増幅装置(15)(16)は、目標値決定装置(14)からの励磁電流目標値を増幅して電磁石(4)(5)に供給するものである。
各電力増幅装置(15)(16)は、電流指令手段としての電流指令装置(17)、電力増幅器(18)および電流検出手段としての電流検出装置(19)を備えている。各電流検出装置(19)は、各電磁石(4)(5)のコイル(9)に接続されて、それに流れる励磁電流を検出する。電流指令装置(17)は、目標値決定装置(14)からの励磁電流目標値と検出装置(19)による励磁電流検出値に基づいて励磁電流指令信号を出力する。すなわち、励磁電流検出値をフィードバックし、この検出値が励磁電流目標値と等しくなるように励磁電流指令信号を制御する。各電力増幅器(18)は、電流指令装置(17)からの励磁電流指令信号を増幅して各電磁石(4)(5)のコイル(9)に励磁電流を供給する。電力増幅器(18)としては、従来と同様のもの、たとえば、入力電圧の微小な範囲において入力電圧と出力電流との関係が線形でない図4のような特性を有するものを使用することができる。
上記の電力増幅装置(15)(16)では、電流指令装置(17)が励磁電流検出値をフィードバックして励磁電流指令信号を制御するので、電力増幅器(18)の入力電圧と出力電流との関係が入力電圧の全範囲あるいは一部の範囲たとえば入力電圧の微小な範囲で線形でなくても、図3に示すように、入力電圧の全範囲において、電力増幅装置(15)(16)の入力電圧である励磁電流目標値と出力電流である励磁電流との関係が線形化され、ゲインもほぼ一定となる。このため、上記のように各電磁石(4)(5)のバイアス電流を0にした場合、回転体(1)が目標位置の近傍にあって、いずれかの電磁石(4)(5)に供給すべき励磁電流目標値が微小であるときでも、電磁石(4)(5)に流れる励磁電流を励磁電流目標値と等しくして、安定した位置制御を行なうことができる。
次に、図2を参照して、目標値決定装置(14)における励磁電流目標値の決定について詳細に説明する。
図2は、1対の電磁石(4)(5)の励磁電流と磁気吸引力との関係を表わすグラフである。図2において、横軸の原点(0)より右側の部分は第1電磁石(4)の励磁電流I1を示し、右側が正、左側が負である。横軸の原点(0)より左側の部分は第2電磁石(5)の励磁電流I2を示し、左側が正、右側が負である。縦軸は電磁石(4)(5)による磁気吸引力Fを示し、上側が正、下側が負である。F1は第1電磁石(4)の磁気吸引力、F2は第2電磁石(5)の磁気吸引力を表わしている。励磁電流I1、I2は0または正の値であり、一方が正の値のとき、他方は0である。両方の電磁石(4)(5)のバイアス電流が0であるから、制御電流が0のとき、電磁石(4)(5)の励磁電流I1、I2は0で、磁気吸引力F1、F2は0である。第1電磁石(4)の磁気吸引力F1は正の値で、励磁電流I1の増加に伴って二次関数的に増加する。第1電磁石(4)の励磁電流I1が正の値であるとき、第2電磁石(5)の励磁電流I2は0で、その磁気吸引力F2は0であるから、第1電磁石(4)の磁気吸引力F1がそのまま全体の磁気吸引力となる。第2電磁石(5)の磁気吸引力F2は負の値で、その絶対値は励磁電流I2の増加に伴って二次関数的に増加する。第2電磁石(5)の励磁電流I2が正の値であるとき、第1電磁石(4)の励磁電流I1は0で、その磁気吸引力F1は0であるから、第2電磁石(5)の磁気吸引力F2がそのまま全体の磁気吸引力となる。目標値決定装置(14)には、第1電磁石(4)の励磁電流I1と磁気吸引力F1との関係、および第2電磁石(5)の励磁電流I2と磁気吸引力F2との関係が記憶されている。
目標値決定装置(14)は、まず、変位検出装置(6)で検出された回転体(1)の変位に基づき、これに対応する1対の電磁石(4)(5)全体の磁気吸引力値を求める。この処理は、従来の磁気軸受の電磁石制御装置におけるものと同様である。そして、次に説明するように、上記の磁気吸引力値に基づき、各電磁石(4)(5)に供給すべき励磁電流目標値を求め、これらを対応する電力増幅装置(15)(16)の電流指令装置(17)に出力する。
回転体(1)の変位が0のとき、電磁石(4)(5)による磁気吸引力値は0であり、これに対応する励磁電流I1、I2はともに0であるから、目標値決定装置(14)で決定されて電力増幅装置(15)(16)に出力される励磁電流目標値はともに0である。このため、増幅装置(15)(16)から各電磁石(4)(5)に供給される励磁電流は0で、全体の磁気吸引力が0となり、回転体(1)に作用するX軸方向の力が0で、回転体(1)は目標位置に保持される。
回転体(1)が負側に変位した場合、目標値決定装置(14)で求められる磁気吸引力値は正の値となる。これをFaとすると、目標値決定装置(14)は、第2電磁石(5)の励磁電流目標値を0として、これを第2の励磁電流目標値として第2の電力増幅装置(16)の電流指令装置(17)に出力するとともに、記憶している磁気吸引力F1と励磁電流I1との関係から、Faに対応する第1電磁石(4)の励磁電流値Iaを求めて、これを第1の励磁電流目標値として第1の電力増幅装置(15)に出力する。これにより、第1電磁石(4)に磁気吸引力Faが発生し、回転体(1)はX軸正方向に吸引される。
回転体(1)が正側に変位した場合、目標値決定装置(14)で求められる磁気吸引力値は負の値となる。これを(−Fb)とすると、目標値決定装置(14)は、第1電磁石(4)の励磁電流目標値を0として、これを第1の励磁電流目標値として第1の電力増幅装置(15)の電流指令装置(17)に出力するとともに、記憶している磁気吸引力F2と励磁電流I2との関係から、(−Fb)に対応する第2電磁石(5)の励磁電流値Ibを求めて、これを第2の励磁電流目標値として第2の電力増幅装置(16)に出力する。これにより、第2電磁石(5)に磁気吸引力(−Fb)が発生し、回転体(1)はX軸負方向に吸引される。
上記のように1対の電磁石(4)(5)の励磁電流が制御されることにより、回転体(1)がX軸方向の目標位置に保持される。
図示は省略したが、他方のラジアル制御軸(これを「Y軸」とする)方向のラジアル磁気軸受も、上記のX軸方向のラジアル磁気軸受(2)と同じ構成を有する。また、上下2組のラジアル磁気軸受ユニットは、同じ構成を有する。そして、上下2組のラジアル磁気軸受ユニットのX軸方向の磁気軸受(2)およびY軸方向の磁気軸受により、回転体(1)がX軸方向およびY軸方向に目標位置に非接触支持される。
図示は省略したが、アキシアル磁気軸受ユニットは、回転体(1)をアキシアル制御軸(これを「Z軸」とする)方向に非接触支持するための1組のアキシアル磁気軸受を備えている。アキシアル磁気軸受は、回転体(1)を磁気吸引力によってZ軸方向の所定の目標位置に非接触支持するためにZ軸方向の両側から回転体(1)のフランジ部(被支持部分)を挟むようにハウジング(10)の内周部に固定された上下1対の電磁石を備えている。下側の電磁石のバイアス電流は0で、上側の電磁石にのみ一定のバイアス電流を常時供給し、このバイアス電流による上側の電磁石の磁気吸引力と回転体(1)に作用するZ軸方向下向きの重力とを釣り合わせている。他は、上記のラジアル磁気軸受の場合と同様であり、1対の電磁石の制御電流を制御することにより、回転体(1)がZ軸方向の目標位置に保持される。
目標値決定装置(14)は1つのDSPによって構成され、2つの電流指令装置(17)は他の1つのDSPによって構成されている。DSPはディジタル信号プロセッサ(Digital Signal Processor)の略で、これは、ディジタル信号を入力してディジタル信号を出力し、ソフトウェアプログラムが可能で、高速実時間処理が可能な専用ハードウェアを指す。
目標値決定装置(14)および2つの電流指令装置(17)は、1つのDSPによって構成されてもよい。また、DSPの代わりに、CPU、MPUなど、他のディジタル処理手段が使用されてもよい。
上記の実施形態には、磁気軸受を構成する1対の電磁石のうちの少なくとも一方のバイアス電流が0であるものを示したが、この発明は、1対の電磁石の両方に常に一定のバイアス電流を供給するようになった磁気軸受にも適用できる。
また、この発明による電力増幅装置は、磁気軸受だけでなく、たとえば電動機などの他の被駆動体の駆動にも使用できる。
図1は、この発明の1実施形態を示すラジアル磁気軸受の構成図である。 図2は、図1のラジアル磁気軸受における電磁石の励磁電流と磁気吸引力との関係を示すグラフである。 図3は、図1のラジアル磁気軸受の電力増幅装置における励磁電流目標値と励磁電流およびゲインとの関係を示すグラフである。 図4は、電力増幅器における入力電圧と出力電流およびゲインとの関係を示すグラフである。
符号の説明
(1) 回転体
(2) ラジアル磁気軸受
(4)(5) 電磁石
(6) 変位検出装置
(14) 励磁電流目標値決定装置
(15)(16) 電力増幅装置
(17) 電流指令装置
(18) 電力増幅器
(19) 電流検出装置

Claims (2)

  1. 被駆動体に供給すべき電流目標値に基づいて電流指令信号を出力する電流指令手段と、電流指令信号を増幅して被駆動体に電流を供給する電力増幅器と、被駆動体に流れる電流を検出する電流検出手段とを備えており、
    電流指令手段が、電流検出手段による電流検出値をフィードバックして、電流検出値が電流目標値と等しくなるように電流指令信号を制御するものであることを特徴とする電力増幅装置。
  2. 回転体を1つの制御軸方向に非接触支持するための磁気軸受であって、
    回転体を磁気吸引力によって前記制御軸方向の目標位置に非接触支持するために前記制御軸方向の両側から回転体を挟むように配置された1対の電磁石と、回転体の目標位置からの変位を検出する変位検出手段と、回転体の変位検出値に基づいて各電磁石に供給すべき励磁電流目標値を決定する励磁電流目標値決定手段と、励磁電流目標値を増幅して各電磁石に励磁電流を供給する2つの電力増幅装置とを備えており、
    各電力増幅装置が、励磁電流目標値に基づいて励磁電流指令信号を出力する電流指令手段と、励磁電流指令信号を増幅して電磁石に励磁電流を供給する電力増幅器と、電磁石に流れる励磁電流を検出する電流検出手段とを備えており、
    電流指令手段が、電流検出手段による励磁電流検出値をフィードバックして、励磁電流検出値が励磁電流目標値と等しくなるように励磁電流指令信号を制御するものであることを特徴とする磁気軸受。
JP2003375339A 2003-11-05 2003-11-05 電力増幅装置および磁気軸受 Pending JP2005140190A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003375339A JP2005140190A (ja) 2003-11-05 2003-11-05 電力増幅装置および磁気軸受
US10/578,566 US20070080594A1 (en) 2003-11-05 2004-10-25 Power amplification device and magnetic bearing
PCT/JP2004/016172 WO2005045266A1 (ja) 2003-11-05 2004-10-25 電力増幅装置および磁気軸受
EP04793273A EP1701050A4 (en) 2003-11-05 2004-10-25 POWER SUPPLY DEVICE AND MAGNETIC BEARING

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003375339A JP2005140190A (ja) 2003-11-05 2003-11-05 電力増幅装置および磁気軸受

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005140190A true JP2005140190A (ja) 2005-06-02

Family

ID=34567068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003375339A Pending JP2005140190A (ja) 2003-11-05 2003-11-05 電力増幅装置および磁気軸受

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20070080594A1 (ja)
EP (1) EP1701050A4 (ja)
JP (1) JP2005140190A (ja)
WO (1) WO2005045266A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013068309A (ja) * 2011-09-26 2013-04-18 Daikin Industries Ltd 磁気軸受及びそれを用いた圧縮機

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5003879B2 (ja) * 2007-03-30 2012-08-15 株式会社Ihi 電磁吸引式磁気軸受とその制御方法
CN101038811B (zh) * 2007-04-04 2011-05-04 山东新风光电子科技发展有限公司 一种新型电磁轴承功率放大器的装置
GB2486884A (en) * 2010-12-22 2012-07-04 Waukesha Bearings Ltd A magnetic bearing drive circuit driven from a pair of Direct Current link voltage rails
DK180045B1 (en) * 2017-10-22 2020-02-04 Maersk Drilling A/S FLYWHEELS AND FLYWHEEL BEARING SYSTEMS
CN112211909B (zh) * 2020-10-10 2021-11-30 珠海格力电器股份有限公司 磁轴承的电流控制方法、装置及系统

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2581462B1 (fr) * 1985-05-03 1989-02-10 Jeumont Schneider Circuit de commande d'un palier magnetique
JP3536926B2 (ja) * 1992-12-07 2004-06-14 セイコーインスツルメンツ株式会社 磁気軸受
JPH0712125A (ja) * 1993-06-22 1995-01-17 Shimadzu Corp 磁気軸受制御装置
FR2706955A1 (en) * 1993-06-23 1994-12-30 Mecanique Magnetique Sa Control circuit for active magnetic bearing
JPH08145056A (ja) * 1994-11-28 1996-06-04 Yaskawa Electric Corp 制御形磁気軸受用の電流制御装置
JPH0984214A (ja) * 1995-09-13 1997-03-28 Yaskawa Electric Corp 磁気浮上制御装置
WO1997048169A1 (en) * 1996-06-14 1997-12-18 Rosen Motors, L.P. Magnetic bearing system including a control system for a flywheel and method for operating same
JPH1070865A (ja) * 1996-08-26 1998-03-10 Ebara Corp 無軸受回転機械装置
GB9624587D0 (en) * 1996-11-27 1997-01-15 British Nuclear Fuels Plc Improvements in and relating magnetic bearings
JPH1122730A (ja) * 1997-07-04 1999-01-26 Koyo Seiko Co Ltd 磁気軸受および磁気軸受ユニット
JP3701115B2 (ja) * 1998-02-12 2005-09-28 株式会社荏原製作所 磁気軸受制御装置
JP2002039178A (ja) * 2000-07-27 2002-02-06 Ebara Corp 磁気軸受装置
JP4017383B2 (ja) * 2001-12-04 2007-12-05 Bocエドワーズ株式会社 磁気軸受制御装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013068309A (ja) * 2011-09-26 2013-04-18 Daikin Industries Ltd 磁気軸受及びそれを用いた圧縮機
CN103827526A (zh) * 2011-09-26 2014-05-28 大金工业株式会社 磁性轴承及使用该磁性轴承的压缩机
CN103827526B (zh) * 2011-09-26 2017-02-15 大金工业株式会社 磁性轴承及使用该磁性轴承的压缩机
US9660499B2 (en) 2011-09-26 2017-05-23 Daikin Industries, Ltd. Compressor having biased controlled magnetic bearings

Also Published As

Publication number Publication date
EP1701050A4 (en) 2010-12-29
US20070080594A1 (en) 2007-04-12
EP1701050A1 (en) 2006-09-13
WO2005045266A1 (ja) 2005-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6259179B1 (en) Magnetic bearing system
US20120306305A1 (en) Arrangement of axial and radial electromagnetic actuators
JPH07256503A (ja) スピンドル装置
JPH02107815A (ja) 磁気浮上体の制御装置
US20180216665A1 (en) Magnetic bearing control device and vacuum pump
US20040263011A1 (en) Magnetic bearing apparatus
US7576463B2 (en) Magnetic bearing device and magnetic bearing spindle device
JP2005140190A (ja) 電力増幅装置および磁気軸受
JP6801481B2 (ja) 磁気軸受装置および真空ポンプ
JPS6166541A (ja) 制御式ラジアル磁気軸受装置
JP2001248639A (ja) 磁気軸受のステータユニット及び制御型磁気軸受
US6785314B2 (en) Electric discharge gas laser
JP2002039178A (ja) 磁気軸受装置
JPH1122730A (ja) 磁気軸受および磁気軸受ユニット
JPH048911A (ja) 磁気軸受装置
JP3187982B2 (ja) 磁気浮上装置
JPH0686576A (ja) 電磁アクチュエータ
JPH09257035A (ja) 磁気軸受の制御装置
JP2004286175A (ja) 磁気軸受装置
JP2002333019A5 (ja)
US20240200597A1 (en) Combined Axial/Radial Magnetic Bearing
JPH08320020A (ja) 磁気軸受装置
JPH0965607A (ja) インナロータ型モータ
JP2002106561A (ja) 磁気浮上体の制御装置
JPH07139546A (ja) 磁気軸受装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050324

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050830

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051028

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20051102

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20060113