JPH02201101A - 磁気軸受用変位センサ - Google Patents
磁気軸受用変位センサInfo
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- JPH02201101A JPH02201101A JP2181889A JP2181889A JPH02201101A JP H02201101 A JPH02201101 A JP H02201101A JP 2181889 A JP2181889 A JP 2181889A JP 2181889 A JP2181889 A JP 2181889A JP H02201101 A JPH02201101 A JP H02201101A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔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として使用する磁
気軸受の制御に用いる回転体の変位を計測する変位セン
サに関するものである。
気軸受の制御に用いる回転体の変位を計測する変位セン
サに関するものである。
磁気軸受は回転体と固定子の相対変位を検出し、その信
号を補償回路、電力増幅器を通して電磁石コイルに導き
、磁気軸受の回転体と固定子の相対変位を一定に保持す
る装置である。この回転体と固定子の相対変位を検出す
る変位センサとして、従来渦！流形変位センサやインダ
クタンス形変位センサが用いられている。
号を補償回路、電力増幅器を通して電磁石コイルに導き
、磁気軸受の回転体と固定子の相対変位を一定に保持す
る装置である。この回転体と固定子の相対変位を検出す
る変位センサとして、従来渦！流形変位センサやインダ
クタンス形変位センサが用いられている。
しかしながら、従来の渦電流形変位センサやインダクタ
ンス形変位センサはアクチュエータである電磁石から発
生する漏れ磁束に感応し、磁気軸受が支持する回転体の
曲げ固有振動数を励振して、この周波数の自励振動が発
生し、軸受としての性能を悪化させるという欠点があっ
た。
ンス形変位センサはアクチュエータである電磁石から発
生する漏れ磁束に感応し、磁気軸受が支持する回転体の
曲げ固有振動数を励振して、この周波数の自励振動が発
生し、軸受としての性能を悪化させるという欠点があっ
た。
インダクタンス形変位センサを用いる場合の上記欠点を
第３図に従って説明する。同図において、３１は回転体
軸、３２Ａ、３２Ｃは制御電磁石、３３Ａ、３３Ｃは励
磁コイル、３５Ａ、３５Ｃはセンサ継鉄、３６Ａ、３６
Ｃはセンサコイルである。また、ｌ０ＩＡ、ｌ０ＩＣは
励磁フィル３３Ａ、３３Ｃに制御１１ＥｆＩｔを流すこ
とによる磁束線、１０２Ａ、１０２Ｃは数十ｋＨｚのセ
ンサコイル３６Ａ、３６Ｃに流すセンサキャリヤ周波数
の磁束線である。
第３図に従って説明する。同図において、３１は回転体
軸、３２Ａ、３２Ｃは制御電磁石、３３Ａ、３３Ｃは励
磁コイル、３５Ａ、３５Ｃはセンサ継鉄、３６Ａ、３６
Ｃはセンサコイルである。また、ｌ０ＩＡ、ｌ０ＩＣは
励磁フィル３３Ａ、３３Ｃに制御１１ＥｆＩｔを流すこ
とによる磁束線、１０２Ａ、１０２Ｃは数十ｋＨｚのセ
ンサコイル３６Ａ、３６Ｃに流すセンサキャリヤ周波数
の磁束線である。
上記構成の磁気軸受において、制御電磁石３２Ａ、３２
Ｃとセンサとの距離は制御上の制約から、比較的近付け
て配置される。このため励磁フィル３３Ａ、３３Ｃから
の漏れ磁束１０３Ａ、１０３Ｃがセンサ継鉄３５Ａ、３
５Ｃを通り、この漏れ磁束１０３Ａ、１０３Ｃによりセ
ンサコイル３６Ａ、３６Ｃに講導電圧が発生し、それが
ノイズ源となるのである。
Ｃとセンサとの距離は制御上の制約から、比較的近付け
て配置される。このため励磁フィル３３Ａ、３３Ｃから
の漏れ磁束１０３Ａ、１０３Ｃがセンサ継鉄３５Ａ、３
５Ｃを通り、この漏れ磁束１０３Ａ、１０３Ｃによりセ
ンサコイル３６Ａ、３６Ｃに講導電圧が発生し、それが
ノイズ源となるのである。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記従来の
変位センサの欠点を除去し、制御電磁石からの漏れ磁束
による影響を受けない磁気軸受用変位センサを提供する
ことにある。
変位センサの欠点を除去し、制御電磁石からの漏れ磁束
による影響を受けない磁気軸受用変位センサを提供する
ことにある。
上記課題を解決するため本発明は、回転体に固着した磁
性材料製の回転子継鉄と、該回転子継鉄から微小隙間を
設けてケーシングに固定され且つ起磁力を発生するコイ
ルを備えた固定子を磁石と、回転体とケーシング間の相
対変位を測定する変位センサと、該変位センサからの出
力信号をもとに回転子継鉄と固定子を磁石に作用する磁
気吸引力を制御する補償回路と電力増幅器を具備する磁
気軸受におて、回転体との間に微小隙間を設けて対向し
、回転体の表面に沿う表面形状を持つ導電体の電極を、
１つの制御軸につき、第１及び第２の２個の電極を制御
軸方向の回転体の１方面に、更に第３及び第４の２個の
電極を回転体の反対の面に対向きせ、該４個の電極と導
電性回転体表面との間にコンデンサを形成し、第１の電
極を＋直流電源に接続し、第２と第３の電極を互いに接
続し、第４の電極を一直流電源に接続し、更に＋直流電
源と一直流電源との間に２個の直列に抵抗値の等しい抵
抗器を接続し、この抵抗器の接続点の電圧と第２又は第
３の電極の電圧を演算増幅器により差動増幅し、該出力
を変位センサ出力とすることを特徴とする。
性材料製の回転子継鉄と、該回転子継鉄から微小隙間を
設けてケーシングに固定され且つ起磁力を発生するコイ
ルを備えた固定子を磁石と、回転体とケーシング間の相
対変位を測定する変位センサと、該変位センサからの出
力信号をもとに回転子継鉄と固定子を磁石に作用する磁
気吸引力を制御する補償回路と電力増幅器を具備する磁
気軸受におて、回転体との間に微小隙間を設けて対向し
、回転体の表面に沿う表面形状を持つ導電体の電極を、
１つの制御軸につき、第１及び第２の２個の電極を制御
軸方向の回転体の１方面に、更に第３及び第４の２個の
電極を回転体の反対の面に対向きせ、該４個の電極と導
電性回転体表面との間にコンデンサを形成し、第１の電
極を＋直流電源に接続し、第２と第３の電極を互いに接
続し、第４の電極を一直流電源に接続し、更に＋直流電
源と一直流電源との間に２個の直列に抵抗値の等しい抵
抗器を接続し、この抵抗器の接続点の電圧と第２又は第
３の電極の電圧を演算増幅器により差動増幅し、該出力
を変位センサ出力とすることを特徴とする。
磁気軸受用変位センサを上記の如く構成することにより
、十直流電源と一直流電源との間に直列に接続した２個
の抵抗器の接続点の電圧と、第２又は第３の電極の電圧
との差電圧は後に詳述するように、回転体の運動量に比
例した値となる。しかも第１〜第４の電極のそれぞれと
回転体との間で形成される容量変化を利用しているので
制御電磁石からの漏れ磁束の影響を受けることがない。
、十直流電源と一直流電源との間に直列に接続した２個
の抵抗器の接続点の電圧と、第２又は第３の電極の電圧
との差電圧は後に詳述するように、回転体の運動量に比
例した値となる。しかも第１〜第４の電極のそれぞれと
回転体との間で形成される容量変化を利用しているので
制御電磁石からの漏れ磁束の影響を受けることがない。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係る磁気軸受用変位センサの構成を示
す図である。同図において、１は磁性材料製の回転子継
手が固着された回転体軸、２Ａ。
す図である。同図において、１は磁性材料製の回転子継
手が固着された回転体軸、２Ａ。
２Ｃはケーシング（図示せず）固定された制御電磁石、
３Ａ、３Ｃは励磁コイル、である。４−１〜４−４は回
転体軸１との間に微小隙間を設けて対向し、回転体軸１
の表面に沿う表面形状を持つ導電体の電極であり、４−
１．４−２はそれぞれ回転体軸１の１方面に設けた第１
及び第２の電極、４−３．４−４はそれぞれ回転体軸１
の反対の面に対向させ設けた第３及び第４の電極である
。第１の電極４−１を十直流電源（ＶＣＣ）に接続し、
第２の電極４−２と第３の電極４−３を互いに接続し、
第４の電極４−４を一直流電源（ＶＩ）に接続している
。更に前記＋直流電源（ＶＣＣ）と前記−直流型ｆｉ（
ｖｔｘ）との間に２個の抵抗値の等しい抵抗器５−１．
５−２を直列に接続し、この抵抗器の接続点の電圧と第
２の電極の４−２と第３の電極の４−３の接続点の電圧
を演算増幅器６に入力し、該演算増幅器６により差動増
幅し、該出力Ｓ。Ｕアを変位センサ出力としている。演
算増幅器６は入力インピーダンスの高い演算増幅器であ
る。
３Ａ、３Ｃは励磁コイル、である。４−１〜４−４は回
転体軸１との間に微小隙間を設けて対向し、回転体軸１
の表面に沿う表面形状を持つ導電体の電極であり、４−
１．４−２はそれぞれ回転体軸１の１方面に設けた第１
及び第２の電極、４−３．４−４はそれぞれ回転体軸１
の反対の面に対向させ設けた第３及び第４の電極である
。第１の電極４−１を十直流電源（ＶＣＣ）に接続し、
第２の電極４−２と第３の電極４−３を互いに接続し、
第４の電極４−４を一直流電源（ＶＩ）に接続している
。更に前記＋直流電源（ＶＣＣ）と前記−直流型ｆｉ（
ｖｔｘ）との間に２個の抵抗値の等しい抵抗器５−１．
５−２を直列に接続し、この抵抗器の接続点の電圧と第
２の電極の４−２と第３の電極の４−３の接続点の電圧
を演算増幅器６に入力し、該演算増幅器６により差動増
幅し、該出力Ｓ。Ｕアを変位センサ出力としている。演
算増幅器６は入力インピーダンスの高い演算増幅器であ
る。
上記構成の磁気軸受用変位センサにおいて、第１〜第４
の電極４−１〜４−４のそれぞれと回転体軸１との間で
形成される４個のコンデンサの容量以外の容量を無視し
、４軸が同心の時の回転体軸１と電極４−１〜４−４の
半径方向の隙間をＸＯ１回転体軸１の変位量をΔＸとす
ると第２．第３の電極４−２．４−３の電圧ｖｂは下式
の如くなる。
の電極４−１〜４−４のそれぞれと回転体軸１との間で
形成される４個のコンデンサの容量以外の容量を無視し
、４軸が同心の時の回転体軸１と電極４−１〜４−４の
半径方向の隙間をＸＯ１回転体軸１の変位量をΔＸとす
ると第２．第３の電極４−２．４−３の電圧ｖｂは下式
の如くなる。
Ｖｂ＝ Ｖｃｃ （Ｖｃｃ−Ｖｔｔ）Ｘ （ＸＯ＋Δ
Ｘ）／（２ＸＯ）また、十直流電源（Ｖｃｃ）と−直流
Ｔ源（Ｖｔｔ）との間に挿入した２個の等しい抵抗値を
有する抵抗器５−１．５−２の中間の電圧Ｖｒと前記電
圧ｖｂとの差の電圧は、 Ｖｂ Ｖｒ＝ （Ｖｃｃ Ｖ！ｔ）ＸΔＸ／（２Ｘ
Ｏ）となる。従って、この電圧ｖｂとＶｒを入力インピ
ーダンスの高い演算増幅器６に導き、差動増幅すること
によって、回転体軸１の運動量ΔＸに比例した信号を取
り出すことができる。
Ｘ）／（２ＸＯ）また、十直流電源（Ｖｃｃ）と−直流
Ｔ源（Ｖｔｔ）との間に挿入した２個の等しい抵抗値を
有する抵抗器５−１．５−２の中間の電圧Ｖｒと前記電
圧ｖｂとの差の電圧は、 Ｖｂ Ｖｒ＝ （Ｖｃｃ Ｖ！ｔ）ＸΔＸ／（２Ｘ
Ｏ）となる。従って、この電圧ｖｂとＶｒを入力インピ
ーダンスの高い演算増幅器６に導き、差動増幅すること
によって、回転体軸１の運動量ΔＸに比例した信号を取
り出すことができる。
また、上記構成の磁気軸受用変位センサにおいては、電
極４−１〜４−４のそれぞれと回転体軸１との間で形成
される容量変化を利用しているので側御電磁石２，２か
らの漏れ磁束の影響を受けることがない。
極４−１〜４−４のそれぞれと回転体軸１との間で形成
される容量変化を利用しているので側御電磁石２，２か
らの漏れ磁束の影響を受けることがない。
第２図は本発明に係る変位センサを用いた磁気軸受の制
御装置の構成を示す図である。同図において、変位セン
サ２０は本発明に係る変位センサである６回転体軸１と
電磁石固定子の間の相対変位を変位センサ２０で検出し
、その信号を位相補償回路２１に入力し、該位相補償回
路２１で位相進みを与える。さらにこの信号を２分割し
、一方の信号にはそのままバイアス電圧■、を加え、直
線検波回路２２Ａに導く、他方の信号は反転させてバイ
アス電圧■、を加え、直線検波回路２２Ｃに導く、直線
検波回路２３Ａ、２３Ｃのそれぞれの出力を電力増幅器
２３Ａ、２３Ｃで増幅し、励磁コイル３Ａ、３Ｃに制御
電流として流し、電流負帰還用抵抗器２４Ａ、２４Ｃに
発生するそれぞれの電圧を電力増幅器２２Ａ、２２Ｃの
入力に加えることにより回転体軸１の位置を制御する。
御装置の構成を示す図である。同図において、変位セン
サ２０は本発明に係る変位センサである６回転体軸１と
電磁石固定子の間の相対変位を変位センサ２０で検出し
、その信号を位相補償回路２１に入力し、該位相補償回
路２１で位相進みを与える。さらにこの信号を２分割し
、一方の信号にはそのままバイアス電圧■、を加え、直
線検波回路２２Ａに導く、他方の信号は反転させてバイ
アス電圧■、を加え、直線検波回路２２Ｃに導く、直線
検波回路２３Ａ、２３Ｃのそれぞれの出力を電力増幅器
２３Ａ、２３Ｃで増幅し、励磁コイル３Ａ、３Ｃに制御
電流として流し、電流負帰還用抵抗器２４Ａ、２４Ｃに
発生するそれぞれの電圧を電力増幅器２２Ａ、２２Ｃの
入力に加えることにより回転体軸１の位置を制御する。
以上説明したように本発明によれば、第１乃至第４の電
極と回転軸との間で形成されるコンデンサの容量変化を
利用して回転軸の変位を検出するので、制御用電磁石か
らの漏れ磁束の影響を受けることがなく、磁気軸受の信
頼性を向上できる磁気軸受用変位センサを提供できると
いう優れた効果が得られる。
極と回転軸との間で形成されるコンデンサの容量変化を
利用して回転軸の変位を検出するので、制御用電磁石か
らの漏れ磁束の影響を受けることがなく、磁気軸受の信
頼性を向上できる磁気軸受用変位センサを提供できると
いう優れた効果が得られる。
第１図は本発明に係る磁気軸受用変位センサの構成を示
す図、第２図は本発明に係る変位センサを用いた磁気軸
受の制御装置の構成を示す図、第３図は従来の磁気軸受
用変位センサの構成を示す図である。 図中、１・・・・回転体軸、２Ａ、２Ｃ・・・・制御室
墓石、３Ａ、３Ｃ・・・・励磁コイル、４−１〜４−４
・・・・電極、５−１．５−２・・・・抵抗器、６・・
・・演算増幅器、２０・・・・変位センサ、２１・・・
・位相補償回路、２２Ａ、２２Ｃ・・・・直線検波回路
、２３Ａ、２３Ｃ・・・・電力増幅器、２４Ａ、２４Ｃ
・・・負帰還用抵抗器。
す図、第２図は本発明に係る変位センサを用いた磁気軸
受の制御装置の構成を示す図、第３図は従来の磁気軸受
用変位センサの構成を示す図である。 図中、１・・・・回転体軸、２Ａ、２Ｃ・・・・制御室
墓石、３Ａ、３Ｃ・・・・励磁コイル、４−１〜４−４
・・・・電極、５−１．５−２・・・・抵抗器、６・・
・・演算増幅器、２０・・・・変位センサ、２１・・・
・位相補償回路、２２Ａ、２２Ｃ・・・・直線検波回路
、２３Ａ、２３Ｃ・・・・電力増幅器、２４Ａ、２４Ｃ
・・・負帰還用抵抗器。
Claims (1)
- 回転体に固着した磁性材料製の回転子継鉄と、該回転子
継鉄から微小隙間を設けてケーシングに固定され且つ起
磁力を発生するコイルを備えた固定子電磁石と、前記回
転体とケーシング間の相対変位を測定する変位センサと
、該変位センサからの出力信号をもとに前記回転子継鉄
と前記固定子電磁石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具備する磁気軸受におて、前記回
転体との間に微小隙間を設けて対向し、該回転体の表面
に沿う表面形状を持つ導電体の電極を、１つの制御軸に
つき、第１及び第２の２個の電極を制御軸方向の回転体
の１方面に、更に第３及び第４の２個の電極を回転体の
反対の面に対向させ、該４個の電極と導電性回転体表面
との間にコンデンサを形成し、前記第１の電極を＋直流
電源に接続し、第２と第３の電極を互いに接続し、第４
の電極を−直流電源に接続し、更に前記＋直流電源と前
記−直流電源との間に２個の直列に抵抗値の等しい抵抗
器を接続し、この抵抗器の接続点の電圧と第２又は第３
の電極の電圧を演算増幅器により差動増幅し、該出力を
変位センサ出力とすることを特徴とする磁気軸受用変位
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2181889A JPH02201101A (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 磁気軸受用変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2181889A JPH02201101A (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 磁気軸受用変位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02201101A true JPH02201101A (ja) | 1990-08-09 |
Family
ID=12065640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2181889A Pending JPH02201101A (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 磁気軸受用変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02201101A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100398996C (zh) * | 2006-12-14 | 2008-07-02 | 北京航空航天大学 | 一种一体化、五自由度电涡流传感器 |
| JP2009526209A (ja) * | 2006-02-08 | 2009-07-16 | ライカ・ゲオジステームス・アクチェンゲゼルシャフト | 角度測定器具 |
| CN103196671A (zh) * | 2013-03-01 | 2013-07-10 | 北京中科科仪股份有限公司 | 一种磁悬浮分子泵径向保护轴承检测装置及方法 |
| CN109186426A (zh) * | 2018-09-25 | 2019-01-11 | 鲍灵杰 | 一种新能源电动汽车电机和后桥同心度检测装置 |
-
1989
- 1989-01-30 JP JP2181889A patent/JPH02201101A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009526209A (ja) * | 2006-02-08 | 2009-07-16 | ライカ・ゲオジステームス・アクチェンゲゼルシャフト | 角度測定器具 |
| CN100398996C (zh) * | 2006-12-14 | 2008-07-02 | 北京航空航天大学 | 一种一体化、五自由度电涡流传感器 |
| CN103196671A (zh) * | 2013-03-01 | 2013-07-10 | 北京中科科仪股份有限公司 | 一种磁悬浮分子泵径向保护轴承检测装置及方法 |
| CN103196671B (zh) * | 2013-03-01 | 2015-12-09 | 北京中科科仪股份有限公司 | 一种磁悬浮分子泵径向保护轴承检测装置及方法 |
| CN109186426A (zh) * | 2018-09-25 | 2019-01-11 | 鲍灵杰 | 一种新能源电动汽车电机和后桥同心度检测装置 |
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