(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固着された回転子と、前記回転子の回りに空隙を介して設けた電磁石で構成する固定子と、前記回転子の浮上位置を検出する変位センサと、前記固定子に電力を供給する電力増幅器と、比例・微分器と積分器とを備え、前記電力増幅器に励磁指令を与える浮上制御器と、浮上位置指令と前記変位センサとの信号を比較する比較器と、起動・停止指令を受けて所定時間おいて発するＯＮ指令Ｓ１とそのＯＮ指令Ｓ１から所定時間おいて前記浮上制御器の積分器ＯＮ指令Ｓ２を出力するシーケンサと、を備えた磁気軸受の制御装置において、
前記ＯＮ指令Ｓ１を入力する一次遅れ回路と、
前記比較器と前記浮上制御器との間に設けられ前記一次遅れ回路の出力と前記比較器の出力を乗算して前記浮上制御器に出力する乗算器と
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】
前記シーケンサは、起動指令を受けてから所定時間をおいて、電源をＯＮにし、
その後所定時間をおいて指令Ｓ１をＨｉにし、更に所定時間をおいて指令Ｓ２をＨｉにして前記浮上制御器に設けた積分器を作動させ、停止指令を受けると同時に指令Ｓ１をＬｏにするとともに、Ｓ２をＬｏにして前記積分器を解除した後、電源をＯＦＦするように構成した請求項１記載の磁気軸受の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転軸や可動子を非接触支持する磁気軸受の制御装置に関し、とくに起動停止を円滑にするものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転軸や可動子を制御形の磁気軸受により非接触支持すると、機械摩擦がないため寿命が飛躍的に伸びたり、発塵しないためにクリーンな環境を維持することができるとともに、支持力が大きく、支持特性が可変であるなど、多くの特徴が得られるので、制御形の磁気軸受はすでに多く実用化が図られている。
その構成は、例えば図３に示すように、回転軸に回転子１が固着され、その回りにギャップを介して固定子２が設けられている。固定子２は、回転軸に直交し
、かつ互いに直交する二つの方向で対向する二つの電磁石を形成しており、二つの方向に支持力を得ることができる。それぞれの方向の回転子１の浮上位置は、固定子２近傍に設けた変位センサ３により検出される。変位センサ３の信号Ｘは
、浮上位置指令ＸＳと比較器７により比較されて浮上制御器５に入力され、電力増幅器４に励磁指令が与えられる。これによって、電力増幅器４が各固定子２の対向する電磁石コイルに励磁電流を選択的あるいは協調的に供給し、固定子２と回転子１との間に磁気吸引力が生じる。この磁気吸引力は、浮上制御器５が働いて制御されるため、回転子１は固定子２の間の指定位置に浮上する。すなわち、回転軸は予め指定した浮上位置に非接触支持される。
この軸受が作動していない時は、回転軸は下方に位置しているが、回転軸または回転子１の下側が電磁石の固定子２に直接接触することを防止するため、回転軸または回転子１を補助軸受に接触して支持している。
また、軸受が作動しているときは、回転子は前記動作により固定子の間の指定位置に非接触浮上している。
軸受を起動すると、回転軸または回転子は下方の位置から一気に浮上し、軸受を停止すると浮上位置から下方に落下し、固定子ないし補助軸受に接触する。浮上時はショックは小さいが、停止時は落下する回転軸または回転子が固定子か補助軸受に当たって止まるためショックが大きく、磁気軸受を備えた機械装置などに大きな衝撃を与えるという問題があった。
【０００３】
この問題を改善する方法として、特開平５−２２３１２３号および実開昭６３−１７３５１８号が開示されている。
特開平５−２２３１２３号の起動停止方法は、回転軸の位置を検出するセンサの出力信号に、浮上・着座時の衝撃を緩和するためのコマンド信号を加えるようにしたものである。
起動時には、まず起動直前の回転軸の位置が初期位置としてメモリに記憶される。その後、浮上位置指令は、初めに初期位置が指令されて徐々に中央位置まで変更される。したがって、回転軸は下方の位置から中央位置までスムーズに浮上される。
停止時には、中央位置を指令している浮上位置指令は、メモリに記憶された初期位置まで徐々に変更され、その後完全に停止される。したがって、回転軸は中央位置から初期位置までスムーズに下降し、ショックを生じることなく停止することができる。起動前の回転軸の位置を初期位置として記憶するので、磁気軸受の設置方向がいかなる方向であっても、同様にスムーズな起動停止ができるようになっている。
実開昭６３−１７３５１８号は、起動・停止時に所定時間の間だけ、ＰＩＤ回路を介して一時遅れ要素などにより浮上位置指令に変化を与えて、磁気吸引力を徐々に変化させ、スムーズな起動停止をするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平５−２２３１２３号の従来技術では、初期位置記憶用メモリ、Ｄ／Ａコンバータ、Ａ／Ｄコンバータ、ソフト指令器、制御器など多くの構成要素が必要で、コストアップとなる問題があった。
また、実開昭６３−１７３５１８号の従来技術では、二つのアンプのうち一方のみの入力信号を一次遅れ要素を介して与えているので、制御系が全体として非線形系となって、安定性が著しく損なわれて不安定となるという問題があった。
また、ＰＩＤ回路が最初から作動しているので、出力信号はすぐに飽和し、非制御状態となり、衝撃が解消されないという問題があった。
本発明は、これらの問題を鑑みてなされたものであり、安定して浮上位置指令を変化させ、スムーズな起動停止をする磁気軸受の制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、回転軸に固着された回転子と、前記回転子の回りに空隙を介して設けた電磁石で構成する固定子と、前記回転子の浮上位置を検出する変位センサと、前記固定子に電力を供給する電力増幅器と、比例・微分器と積分器とを備え、前記電力増幅器に励磁指令を与える浮上制御器と、浮上位置指令と前記変位センサとの信号を比較する比較器と、起動・停止指令を受けて所定時間おいて発するＯＮ指令Ｓ１とそのＯＮ指令Ｓ１から所定時間おいて前記浮上制御器の積分器ＯＮ指令Ｓ２を出力するシーケンサと、を備えた磁気軸受の制御装置において、前記ＯＮ指令Ｓ１を入力する一次遅れ回路と、前記比較器と前記浮上制御器との間に設けられ前記一次遅れ回路の出力と前記比較器の出力を乗算して前記浮上制御器に出力する乗算器とを備えたことを特徴としている。
また、前記シーケンサは、起動指令を受けてから所定時間をおいて、電源をＯＮにし、その後所定時間をおいて指令Ｓ１をＨｉにし、更に所定時間をおいて指令Ｓ２をＨｉにして前記浮上制御器に設けた積分器を作動させ、停止指令を受けると同時に指令Ｓ１をＬｏにするとともに、Ｓ２をＬｏにして前記積分器を解除した後、電源をＯＦＦするように構成したものである。
【０００６】
【作用】
上記手段により、起動時には、起動指令を受けて指令Ｓ１，Ｓ２がＨｉになると、ソフト化回路の一次遅れ回路により浮上制御系のループゲインが一次遅れで徐々に大きくなり回転子が徐々に上昇されるとともに、浮上制御器の積分器が動作して指令位置と回転子の位置の偏差がなくなるので、衝撃を生じることなくスムーズな起動動作を行う。
停止時には、停止指令を受けて指令Ｓ１，Ｓ２がＬｏになると、積分器が解除されると同時に、ソフト化回路の一次遅れ回路により浮上制御系のループゲインが一次遅れで徐々に小さくなるとともに、指令位置からの偏差が大きくなり回転子が徐々に下降するので、衝撃を生じることなくスムーズに固定子または補助軸受に当たり停止する。
なお、従来技術のように浮上位置指令を切り替えることもないので、浮上位置指令の切替点で不安定になるという問題も生じない。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。
図１は本発明の実施例を示すブロック図である。
図において、１は回転軸に固着された軸受の回転子、２は回転子１の回りに空隙を介して設けられた電磁石で構成する軸受の固定子、３は回転子１の位置を検出する変位センサ、４は入力信号を二つの信号に分割し調整して電流を増幅し、固定子２の対向する電磁石コイルに電流を選択的あるいは協調的に電力を供給する電力増幅器、５は電力増幅器４に励磁指令を与える浮上制御器、５１は浮上制御器５に設けた比例・微分器、５２は積分器である。６はシーケンサ６１とソフト化回路６２からなるソフト化制御器で、ソフト化回路６２は抵抗とコンデンサからなる一時遅れ回路６３と乗算器６４とで構成してある。７は浮上位置指令ＸＳと変位センサ３の信号Ｘを比較する比較器である。
シーケンサ６１は、図２に示すタイムチャートに沿って動作するように構成されており、起動指令ＳＳの立ち上がり信号を受けると、所定時間をおいて制御系全体の電源を投入し、その後所定の時間をおいてソフト化回路６２のＯＮ指令Ｓ１をＨｉにし一次遅れ回路６３に入力する。一次遅れ回路６３の出力Ｓ３は乗算器６４の一方の入力となっており、比較器７の出力Ｓ４をもう一方の入力とする乗算器６４は出力Ｓ５を浮上制御器５に入力する。
指令Ｓ１をＨｉにしてから更に所定時間をおいて、浮上制御器５の積分器ＯＮ指令Ｓ２をＨｉにし浮上制御器５に入力する。このとき、浮上制御器５に設けた積分器５２はＳ２がＨｉの時は動作し、Ｌｏの時は動作しないようにしてある。
また、停止指令ＳＳの立ち下がり信号を受けると、シーケンサ６は指令Ｓ１、Ｓ２をＬｏにすると同時に、所定時間をおいて制御系全体の電源を解除する。なお、図１では制御系全体の電源を省略している。
【０００８】
このような構成において、起動・停止指令ＳＳがＨｉになると、ソフト化制御器６のシーケンサ６１は制御系全体の電源を投入すると共に、所定時間をおいて指令Ｓ１をＨｉにしてソフト化回路６２に入力する。指令Ｓ１は一次遅れで乗算器６４に入力されるので、浮上制御器５の入力信号Ｓ５は図２に示すように、徐々に大きくなり、次第に正規の浮上制御系のループゲインが得られることになる。
初めの段階ではループゲインが小さいので、軸受の固定子２の支持力が小さく、回転子１は下方に位置したままであるが、徐々にループゲインが上がるので、支持力が徐々に大きくなって回転子1は引き上げられる。そして、ついには正規のループゲインになって、回転子１は固定子２の中央付近まで上昇される。
この時、シーケンサ６１の指令Ｓ２がＨｉとなり、浮上制御器５の積分器５２が作動を開始するので、図２に実線で示す励磁指令信号Ｓ６が得られ、浮上の指令位置と回転子１との位置の偏差がなくなり、指令位置に回転子１が保持される
。なお、積分器５２が作動しない時の励磁指令信号は点線で示すようになる。
浮上・停止指令がＬｏになると、シーケンサ６１の指令Ｓ１，Ｓ２は同時にＬｏとなるので、浮上制御器５の積分器５２が解除されると同時に、乗算器６４の一方の入力信号である出力３が一次遅れで徐々に小さくなっていく。このとき、浮上制御系のループゲインが徐々に小さくなっていき、比較器７の出力信号Ｓ４、すなわち二つの入力信号の偏差ＸＳ−Ｘが大きくなって、回転子１が徐々に下降していく。そして、ついには回転子１が固定子２ないしは補助軸受に当たって停止し、その後、制御系全体の電源が解除される。
このように、起動時には、浮上制御系のループゲインを徐々に変化させた後、積分器を作動させるので、励磁指令が滑らかに立ち上がり、衝撃を生じることなく回転子を徐々に上昇させることができ、停止時にもループゲインを徐々に低下させて回転子を下降させるので、下降時の衝撃も極めて軽微に停止することができる。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、起動停止時に、浮上制御系のループゲインを徐々に変化させて回転子を徐々に上昇または下降させるので、ほとんど衝撃を生じることなくスムーズな起動停止をすることができ、かつ低コストで安定した動作をする磁気軸受の制御装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例のシーケンスを示すタイムチャートである。
【図３】従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  回転子、２  固定子、３  変位センサ、４  電力増幅器、５  浮上制御器、５１  比例・微分器、５２  積分器、６  ソフト化制御器、６１  シーケンサ、６２  ソフト化回路、６３  一次遅れ回路、６４  乗算器、７  比較器
【図１】
0003704690.tif 000002
【図２】
0003704690.tif 000003
【図３】
0003704690.tif 000004