JPH05118331A - Magnetic bearing device - Google Patents
Magnetic bearing deviceInfo
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- JPH05118331A JPH05118331A JP27334591A JP27334591A JPH05118331A JP H05118331 A JPH05118331 A JP H05118331A JP 27334591 A JP27334591 A JP 27334591A JP 27334591 A JP27334591 A JP 27334591A JP H05118331 A JPH05118331 A JP H05118331A
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C32/044—Active magnetic bearings
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing device for turbomachines and machine tools, and more particularly to a rotor yoke made of a magnetic material attached to a rotary shaft and an electromagnet stator having a coil wound on a casing. , The gap between the rotor yoke and the electromagnet stator is made minute, and a displacement sensor for measuring the relative displacement between the rotating shaft and the casing is provided, and a current is applied to the coil based on the output signal from the displacement sensor. The present invention relates to a magnetic bearing device that applies a magnetic attraction force between a rotor and an electromagnet stator to support a rotating shaft at the center of the stator.
【０００２】[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、９はセンサアンプである。補
償回路７と電力増幅器８によって、センサアンプ９から
の出力信号と目標値との差分の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。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a conventional magnetic bearing device. In FIG. 4, reference numeral 1 is a casing, and this casing 1 has an electromagnet stator 2 provided with an exciting coil 3.
Is fixed. On the other hand, the rotor shaft 5 has a rotor yoke 5
Is stuck. A displacement sensor 6 is arranged adjacent to the rotary shaft 4, and 9 is a sensor amplifier. By the compensating circuit 7 and the power amplifier 8, the coil 3 is generated based on the difference signal between the output signal from the sensor amplifier 9 and the target value.
A current is applied to the rotor yoke 5 and a magnetic attraction force is applied between the rotor yoke 5 and the electromagnet stator 2.
【０００３】係る従来の磁気軸受装置においては、変位
センサは、回転軸をセンサターゲットとする、ケーシン
グに取り付けられたセンサコイルからなっており、渦電
流の変化によるセンサコイルのインダクタンスの変化を
測定することにより、回転軸とケーシング間の相対変位
を測定する。In such a conventional magnetic bearing device, the displacement sensor is composed of a sensor coil mounted on a casing and having a rotating shaft as a sensor target, and measures a change in inductance of the sensor coil due to a change in eddy current. By doing so, the relative displacement between the rotating shaft and the casing is measured.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た磁気軸受装置においては、回転軸を支承する電磁石固
定子の位置と、回転軸の変位を測定する変位センサの位
置が図４に示すように異なっているため、高次の曲げ固
有振動数の制御が十分でなく、発振するという問題を生
ずる場合がある。その対策として図５に示すように、ラ
ジアル軸受を構成する回転子ヨーク５及び電磁石固定子
２の両側に変位センサ６を置き、そのセンサアンプ９の
信号の平均を用いて制御する手法がある。しかし、この
様な場合には変位センサ及びセンサアンプが２倍必要と
なりコストが高くなる。However, in the above-described magnetic bearing device, the position of the electromagnet stator that supports the rotary shaft and the position of the displacement sensor that measures the displacement of the rotary shaft differ as shown in FIG. Therefore, the control of high-order bending natural frequency is not sufficient, and a problem of oscillation may occur. As a countermeasure against this, as shown in FIG. 5, there is a method in which displacement sensors 6 are placed on both sides of a rotor yoke 5 and an electromagnet stator 2 which form a radial bearing, and control is performed by using the average of signals of the sensor amplifier 9. However, in such a case, the displacement sensor and the sensor amplifier are required twice, which increases the cost.
【０００５】[0005]
【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、前記変位センサは、回転軸に取り付け
られたセンサターゲットと、前記ケーシングに取り付け
られたセンサコイルを具備するセンサヨークとからな
り、これらで構成される磁気回路のインダクタンスの変
化を測定することにより、回転軸とケーシング間の相対
変位を測定するものであるが、前記電磁石固定子及び前
記回転子ヨークの両側にそれぞれ配置され、該両側のセ
ンサコイルは相互に接続されることにより、前記電磁石
固定子の両側における前記回転軸の平均の相対変位を測
定するように構成したものである。According to the present invention, there is provided a rotor yoke mounted on a rotary shaft, an electromagnet stator mounted on a casing at a minute distance from the rotor yoke, the rotary shaft and the casing. A displacement sensor for measuring a relative displacement between them, and a magnetic bearing having a power amplifier and a compensation circuit for controlling a magnetic attraction force acting between the rotor yoke and the electromagnet stator based on a displacement signal from the displacement sensor. In the device, the displacement sensor includes a sensor target attached to a rotating shaft and a sensor yoke having a sensor coil attached to the casing, and measures a change in inductance of a magnetic circuit formed of these. Is used to measure the relative displacement between the rotating shaft and the casing, and both the electromagnet stator and the rotor yoke are measured. Respectively disposed, the both side of the sensor coil by being connected to each other, which is constituted so as to measure the average of the relative displacement of the rotary shaft on both sides of the electromagnet stator.
【０００６】[0006]
【作用】本発明によれば、一つのセンサアンプにより、
ラジアル軸受を構成する電磁石固定子の両側の変位の平
均、つまり、電磁石固定子及び回転子ヨーク中央部での
回転軸の変位を測定でき、経済的で、かつ安定な高次の
曲げ固有振動数の制御のできるセンサ出力が得られる。According to the present invention, by one sensor amplifier,
It is possible to measure the average displacement of both sides of the electromagnet stator that constitutes the radial bearing, that is, the displacement of the rotating shaft at the center of the electromagnet stator and rotor yoke, which is economical and stable. A sensor output capable of controlling
【０００７】[0007]
【実施例】図１は、本発明の一実施例の磁気軸受装置の
制御系の説明図である。回転軸４に取り付けられた回転
子ヨーク５は、ケーシング１に固定された電磁石固定子
２がコイル３によって励磁されることによる磁気吸引力
で、磁気軸受中心付近に支承される。変位センサ６は、
回転軸４とケーシング１間の相対変位を測定するもの
で、この変位センサ６からの変位信号が，センサアンプ
９によって増幅され、回転軸の位置の目標値と比較さ
れ、補償回路７、電力増幅器８によりコイル３にフィー
ルドバックされ、磁気吸引力を制御することにより回転
軸４を目標位置に支承する。1 is an explanatory view of a control system of a magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention. The rotor yoke 5 attached to the rotary shaft 4 is supported near the center of the magnetic bearing by a magnetic attraction force generated by exciting the electromagnet stator 2 fixed to the casing 1 by the coil 3. The displacement sensor 6 is
The relative displacement between the rotary shaft 4 and the casing 1 is measured. A displacement signal from the displacement sensor 6 is amplified by a sensor amplifier 9 and compared with a target value of the position of the rotary shaft. The rotary shaft 4 is supported by the coil 3 at the target position by controlling the magnetic attraction force.
【０００８】この磁気軸受装置においては、変位センサ
６は、回転子ヨーク５及び電磁石固定子２の両側に配置
され、且つそのセンサコイルは相互に接続されており、
その平均値がセンサアンプ９に入力される。従って、制
御系は、両側の変位センサ６の中間点、即ち、回転子ヨ
ーク５及び電磁石固定子２からなる磁気軸受の中央部に
おける回転軸の相対変位を検出することができる。In this magnetic bearing device, the displacement sensors 6 are arranged on both sides of the rotor yoke 5 and the electromagnet stator 2, and their sensor coils are connected to each other.
The average value is input to the sensor amplifier 9. Therefore, the control system can detect the relative displacement of the rotary shaft at the middle point of the displacement sensors 6 on both sides, that is, the central portion of the magnetic bearing composed of the rotor yoke 5 and the electromagnet stator 2.
【０００９】図２は、本発明の一実施例の磁気軸受装置
の細部の説明図である。回転軸４には、回転子ヨーク５
が取り付けられ、その両側にセンサターゲット１３が取
り付けられている。回転子ヨーク５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２
があり、コイル３によって励磁されることにより、磁気
吸引力により、回転軸４を軸受中心付近に支承する。電
磁石固定子２の両側にはセンサコイル１１を備えたセン
サヨーク１２がそれぞれ、図示しないケーシングに取り
付けられている。センサコイル１１は、センサヨーク１
２とセンサターゲット１３とにより磁気回路が形成さ
れ、そのインダクタンスは、回転軸４の相対変位により
変わってくるので、センサコイル１１のインダクタンス
を測定することにより、回転軸４の相対変位を測定する
ことができる。FIG. 2 is a detailed explanatory view of the magnetic bearing device according to one embodiment of the present invention. A rotor yoke 5 is attached to the rotary shaft 4.
Are attached, and the sensor targets 13 are attached to both sides thereof. An electromagnet stator 2 mounted on the casing at a minute distance from the rotor yoke 5.
When the coil 3 is excited, the rotary shaft 4 is supported near the center of the bearing by a magnetic attraction force. Sensor yokes 12 each having a sensor coil 11 are attached to both sides of the electromagnet stator 2 in a casing (not shown). The sensor coil 11 is the sensor yoke 1.
2 and the sensor target 13 form a magnetic circuit, and the inductance thereof changes depending on the relative displacement of the rotary shaft 4. Therefore, the relative displacement of the rotary shaft 4 can be measured by measuring the inductance of the sensor coil 11. You can
【００１０】電磁石固定子２の両側のセンサコイル１１
は、接続線１４によって、相互に結線されている。図２
に示すように、４個のセンサコイル１１が直列に接続さ
れており、その中間点より出力Ｙｏｕｔが取り出され
る。端子＋と端子−間に１０〜４０kHz 程度の高周波の
電源が印加されると、各センサコイルは、インダクタン
スにより電圧を誘起し、中間点Ｙｏｕｔの出力電圧は、
センサコイルがＡとＡ′だけの場合のインダクタンス変
化及びＢとＢ′だけの場合のインダクタンス変化の平均
的な変化として測定される。即ち、Ｙｏｕｔには、Ａと
Ａ′のインダクタンス及びＢとＢ′のインダクタンスの
平均値が得られることから、Ａ−Ａ′における回転軸４
の変位と、Ｂ−Ｂ′における回転軸４の変位の平均値を
測定することができる。この平均値は、ラジアル磁気軸
受を構成する電磁石固定子２及び回転子ヨーク５の中央
における回転軸４の相対変位である。Sensor coils 11 on both sides of the electromagnet stator 2
Are connected to each other by a connection line 14. Figure 2
As shown in (4), the four sensor coils 11 are connected in series, and the output Yout is taken out from the midpoint thereof. When a high frequency power supply of about 10 to 40 kHz is applied between the terminal + and the terminal −, each sensor coil induces a voltage by the inductance, and the output voltage at the intermediate point Yout becomes
It is measured as an average change in the inductance change when the sensor coils are only A and A ′ and the inductance change when the sensor coils are only B and B ′. That is, since the average value of the inductances A and A'and the inductances B and B'is obtained in Yout, the rotating shaft 4 in AA 'is obtained.
And the average value of the displacement of the rotary shaft 4 at BB ′ can be measured. This average value is the relative displacement of the rotary shaft 4 at the center of the electromagnet stator 2 and the rotor yoke 5 that form the radial magnetic bearing.
【００１１】図３は、本発明の一実施例の磁気軸受装置
のセンサコイルの接続を示す説明図である。Ａ−Ａ′及
びＢ−Ｂ′は、変位センサのセンサヨーク１２及びセン
サコイル１１の図２におけるＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′の切断
面である。出力Ｘｏｕｔは、回転軸４のＸ軸の、両変位
センサの相対変位の平均値を図示の結線により出力し、
出力Ｙｏｕｔは、回転軸４のＹ軸の、両変位センサの相
対変位の平均値を図示の結線により出力する。FIG. 3 is an explanatory view showing the connection of the sensor coil of the magnetic bearing device of one embodiment of the present invention. AA 'and BB' are cut surfaces of AY 'and BB' in FIG. 2 of the sensor yoke 12 and the sensor coil 11 of the displacement sensor. The output Xout outputs the average value of the relative displacements of both displacement sensors on the X axis of the rotary shaft 4 by the connection shown in the figure,
The output Yout outputs the average value of the relative displacements of both displacement sensors on the Y-axis of the rotary shaft 4 by the connection shown in the figure.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上に詳細に説明したように、本発明に
よれば、１つのセンサアンプで、ラジアル軸受を構成す
る電磁石固定子及び回転子ヨークの両側の相対変位の平
均、つまり、軸受中央部での変位を測定でき、経済的
で、且つ安定な制御が達成される。特に、磁気吸引力の
作用点と測定点の異なることによって生じる曲げ固有モ
ード等による発振を電磁石固定子及び回転子ヨークの中
央で回転軸の相対変位が測定できることにより、経済的
に防止することが可能となる。As described above in detail, according to the present invention, the average of relative displacements on both sides of the electromagnet stator and the rotor yoke forming the radial bearing, that is, the bearing center, is formed by one sensor amplifier. The displacement at the part can be measured, and economical and stable control is achieved. In particular, it is possible to economically prevent oscillation due to bending eigenmodes or the like caused by the difference between the action point of the magnetic attraction force and the measurement point, by measuring the relative displacement of the rotating shaft at the center of the electromagnet stator and the rotor yoke. It will be possible.
【図１】本発明の一実施例の磁気軸受装置の制御系の説
明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a control system of a magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施例の磁気軸受装置の細部の説明
図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing details of a magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施例の磁気軸受装置のセンサコイ
ルの接続を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing the connection of the sensor coil of the magnetic bearing device according to the embodiment of the present invention.
【図４】従来の磁気軸受装置の制御系の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a control system of a conventional magnetic bearing device.
【図５】従来の磁気軸受装置の制御系の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a control system of a conventional magnetic bearing device.
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 ９ センサアンプ １１ センサコイル １２ センサヨーク １３ センサターゲット １４ 接続線 1 casing 2 electromagnet stator 3 coil 4 rotating shaft 5 rotor yoke 6 displacement sensor 7 compensation circuit 8 power amplifier 9 sensor amplifier 11 sensor coil 12 sensor yoke 13 sensor target 14 connection wire
Claims (1)
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、前記変位
センサは、回転軸に取り付けられたセンサターゲット
と、前記ケーシングに取り付けられたセンサコイルを具
備するセンサヨークとからなり、前記電磁石固定子及び
前記回転子ヨークの両側にそれぞれ配置され、該両側の
センサコイルは相互に接続されることにより、前記電磁
石固定子の両側における前記回転軸の平均の相対変位を
測定することを特徴とする磁気軸受装置。1. A rotor yoke mounted on a rotary shaft, an electromagnet stator mounted on a casing at a minute distance from the rotor yoke, and a displacement for measuring relative displacement between the rotary shaft and the casing. In a magnetic bearing device having a sensor, a compensating circuit for controlling a magnetic attraction force acting between the rotor yoke and the electromagnet stator based on a displacement signal from the displacement sensor, and a power amplifier, the displacement sensor comprises: The sensor target is attached to a rotating shaft, and the sensor yoke is provided with a sensor coil attached to the casing. The sensor targets are arranged on both sides of the electromagnet stator and the rotor yoke. By measuring the average relative displacement of the rotating shaft on both sides of the electromagnet stator. Magnetic bearing device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27334591A JPH05118331A (en) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | Magnetic bearing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27334591A JPH05118331A (en) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | Magnetic bearing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05118331A true JPH05118331A (en) | 1993-05-14 |
Family
ID=17526607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27334591A Pending JPH05118331A (en) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | Magnetic bearing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05118331A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009039485A1 (en) * | 2009-08-31 | 2011-03-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Control system and method for controlling a magnetic bearing |
| CN102918352A (en) * | 2010-03-02 | 2013-02-06 | D&M科技株式会社 | Displacement sensor and magnetic bearing system using the same |
| EP3023655A1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-05-25 | ABB Technology AG | Active magnetic bearing arrangement and method |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP27334591A patent/JPH05118331A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009039485A1 (en) * | 2009-08-31 | 2011-03-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Control system and method for controlling a magnetic bearing |
| DE102009039485B4 (en) * | 2009-08-31 | 2012-02-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Control system and method for controlling a magnetic bearing |
| CN102918352A (en) * | 2010-03-02 | 2013-02-06 | D&M科技株式会社 | Displacement sensor and magnetic bearing system using the same |
| EP3023655A1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-05-25 | ABB Technology AG | Active magnetic bearing arrangement and method |
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