WO1988002073A1 - Electromagnetic bearing controller - Google Patents

Description

明 細

発明 の名称 電磁軸受制御装置 技術分野

本発明 は 、 電磁軸受で支え ら れた磁気浮上形 ロ ー タ の 制御装置に 係 り 、 特に ロ ー タ の振れ回 り 運動 に対す る振 動振幅を小さ く 抑 え う る に好適な電磁軸受制御装置 に 関 す る 。 背景技術

吸引 形電磁石を軸受 と し た電磁軸受 ,で支え ら れた 回転 機械 に お け る ロ ー タ の制御 は一般 に 次の よ う に行わ れて い る 。 ロ ー タ に 対 し て 1 つ の軸方向 に 電磁石 コ イ ル が左 右 に 配置さ れ て い て 、 ロ ー タ が右へ変位す る と左側 の電 磁石 コ イ ル に 制御電流が流れ、 ロ ー タ が左側 に 変位す る よ う に吸引 力 が作用 す る 。 反対 に ロ ー タ が左側 へ変位す る と右側 の電磁石 コ イ ルに 制御電流が流れ、 吸引 力 が作 用 す る 。 こ の よ う に ロ ー タ の左右へ の変位 に応 じ て 、 反 対側 の電磁石コ イ ル に 制御電流を流 し 、 その吸引 力 に よ つ て ロ ー タ が 中心位置に位置す る よ う に サ ー ポ制御 し て

( る 。

こ の よ う な電磁軸受の従来の制御装置 と し て は 、 米国 特許 4 , 2 8 , 7 9 5 号 に 記載さ れて い る装置が あ り こ れを第 1 4 図 に 示す 。 この装置は、 検出 した変位信号の X 成分 と y成分から ' 微分加算回路 1 1 , 1 2 を通 じ 速度信号 及び を作 る と共にこれに変位信号を加算し て a x + b 火 ， a y +" b を作り 、 この変位信号と速度信号の加算信号を回転 周期 卜 ラッキングフ ィ ルタ 7 に通す。 そ して変位と速度 の回転周期成分 χ ₀ a X _N + b χ _Ν , y ₀ = a y _M + b _N のみを抽出 し 、 これらを制御回路 6 , 8 で処理さ れた信号 X . yにそれぞれ加算し、 回転数周期の不つ り あい振動のみの制御に供し ょ う とするものである。 変位 分の大きさに よって軸受副性の調整が可能で、 また速 度成分の大きさ によっ て軸受減衰の調整が可能な仕組と なっ ている 。

しかし 、 上記従来技術の制御方式では、 変位信号から 微分回路に よっ て 、 速度信号を作る必要があ り 回路が複 維になる欠点があ り 、 また、 X方向 と Y方向のそれぞれ の変位信号を回転周期 ト ラッキングフ ィ ルタを通し、 変 位と速度の回耘周期成分のみを抽出 して X方向及び Y方 向のそれぞれに加算入力 しているため 、 回転数周期の不 つ り あい振動を十分小さ く する こ とができなかった。 発明の開示

本発明の目 的は、 回転数周準の不つ り あい振動の共振 振幅を下げるよう な、 電磁軸受の制御装置を提供する こ と にある 。

上記目 的は、 ロ ー タ の半径方向の X方向 と Y方向の変 位信号 に 感応 し て 電磁 コ イ ルへ供給す る電流を ロ ー タ を あ ら か じ め 設定 し た半径方向位置 に 保持す る よ う に 制御 す る サ一 ポ ^路内 に 、 選択油 出手段 、 例 え ば ロ ー タ の 回 転同期成分を抽出 す る 回転数 卜 ラ ッ キ ングフ ィ ル タ を設 け 、 そ れか ら 出力 さ れる X 方向 の信号 と Y 方向 の信号を そ れぞれ ク ロ ス さ せ て 、 他の方向 のサー ポ 回路 に加算す る こ と に よ っ て 達成さ れる 。

こ こで ク ロ スさ せる こ と を換言す る と 、 X 方向の信号 と Y 方向 の サー ポ 回路 に 加算入力 し 、 かつ Y 方向 の信号 を X 方向のサー ポ 回路 に 減算入力 す る こ と 、 あ る い は 、 X 方向 の信号を Y 方向 のサ ー ポ 回路 に 減算入力 し 、 かつ Y 方向 の信号を X 方向の信号 に加算入力 する こ とで あ る 以上の よ う な構成'に す る こ と に よ り 、 X 方向 と Y 方向 の検出信号の成分の う ち 制御 し ょ う と す る周波数成分 を 抽 出 し 、 そ の 油出 さ れた 信号を ク ロ ス結合さ せ て 微分信 号す なわ ち 制振作用 を発生 す る信号を微分回路な し に 得 る こ と がで きる 。 さ ら に 、 ロ ー タ の 回転に よ っ て 発生 す る振動 は 、 ロ ー タ の 自転の方向 と一致 し て い る公転の方 向 （ 以下 「 前向き J と い う 。 ） の不安定 振動 と 、 ロ ー タ の 自転の方向 と一致 し て い な い公転の方向 （ 以下 「後向 き 」 と い う 。 〉 の不安定振動 が あ り 、 モ ー タ の 回転数に よ っ て 変わ る が切換手段を設け て 、 ク ロ ス させ た信号の 加算 、 減算を変え る こ と に よ っ て ど ち ら の 方向の 不安定 振動 ち 防 ぐ こ と ができ る 。 図面の簡単な説明

第 1 図は、 本発明の一実施例を示すサーポ制御方式の プ ロ ッ ク図、 第 2 図は、 第 1 図における電磁軸受支持口 一 夕 のサーポ回路構成図、 第 3 図は、 ロ ー タ変位と不っ り あいを示す力学モデル図、 第 4図は、 異方性の不つ り あい振動のロ ー タ の軸心ふれまわ り軌跡図、 第 5 図は、 等方性の不つ り あい振動の ロ ータ の軸心ふれまわ り軌跡 図、 第 6 図は、 回転数同期フィルタの原理説明図、 第 7 図 は、 本発明の第 2の実施例を示すサーポ制御方式のブ ロ ッ ク図、 第 8 図は、 不つ り あい振動応筝曲線図、 第 9 図は、 本発明を実施 した回転機梂の モデルを示す構成図 第 1 0 図は、 第 9 図 に示す回転機械の回転数と固有振動 数の関係を示す図、 第 1 Ί 図は、 自励振動の ロ ー タ 軸心 振れまわ り軌跡図、 第 1 2 図は、 本発明の第 3 の実施例 を示すサーポ制御方式のブロック図-、 第 1 3 図は、 本発 明の第 4 の実施例、 第 1 4 図は、 従来のサ一ポ制御方式 のプ [1ック図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の一実施例を第 1 図及び第 2 図を用いて 説明する 。 変位センサ 4 に よって検出された変位信号 X は制御回路 6 に入力 され、 ロ ー タ 1 の中心位置からの左 右のずれに応じて制御電流を決定 し 、 左右のパヮ アンプ 9 に入れら れ、 それに応じた制御電流 i „ がコ イ ル 2 に 流れる 。 この際左右のパヮ アンプ 9 への電流の流 し方は 電磁石の吸引力 によって ロ ー タ 1 の求心作用が生 じる よ う に な さ れる 。 Y方向 につ い て も同様 に変位セ ンサ 5 に よ っ て 検出 さ れ た 変位信号 yは制御 回 路 8 に 入力 さ れ 、 制御電流 ί _y がパヮ ア ンプ 1 0を通 し て コ イ ル 3 に 流れ る 。 ま た 、 変位信号 X , y は回転同期成分の 卜 ラ ッ キ ン グ フ ィ ルタ 7 に入力 し 、 ロ ー タ の変位振動成分の 内 、 回 転同期成分 x _N と yド の みを抽 出 し て 、 そ れぞれ他の方 向 の信号 に 加え ら れる 。

こ こ で 、 振れ回 り 運動 の特徴に つ い て述べ る 。 不つ り あ い振動 を説明 す る た め第 3図が よ く 用 い ら れる 。 空 囿 固定座標 0— X Y軸系か ら みて ロ ー タ 1 の軸心 O r は X , yの変位の所 に あ る と す る 。 ロ ー タ 1 に 固定 し た 回転座 標 O r — X 「 丫 ^ 軸系か ら みた ロ ー タ 1 の重心 Gの位置 を s x及び s y と する 。 ロ ー タ 1 の 回転速度を Ωと記す と 、 O X軸 と O r'X r軸 の 間の 開き角度が 回転角度で Ω t ( t は 時間 ） で あ る 。

こ の場合の不つ り あい に よ り ロ ー タ 1 に 作用 す る力 F は 、 ロ ー タ 質量を mと する と 、 '

乂 方向 に ）（ = 171 £ _;< 0 ⁴" 0 0 3 0 ： 〕 ." （1 ) y方向 に F _y = m ε _y Ω ² s i n Q t J

で あ る 。 こ れを F≡ F _X + i F _y ( i ： 虚数単位 ） の複 素平面で表示す る と

F = F _X + i F _y = m s Q ^{2 e i Q t} 〜 （2) た だ し s = s _χ +· i ε _y

と な り 、 ロ ー タ 回 転 と 同 じ方向 に 回転する力 す な わ ち 前 向 ぎ の力 で あ る 。 —方、 ロ ー タ 1 の振動すなわち変位は X方向及び Y方 向から検出さ れその振動数は回転速度 Ωに一致 して いる か ら次の形に表わさ れる 。

X方向 に X = a _v c 0 s ( Ω t — S X ) 。。，（₃) Y方向に y = a _y c o s ( Q t - 0 y ) |

X方向及び Y方向の振幅をそれぞれ a _x , a _y と し回転 角度から みた位相遅れを 0 x , 0 y と している。 これを 先程と同じよう に複素平面で表示し、 その軸心の軌跡を かく と第 4図のよう にだ円軌道となる。 こ こで 0 y - 0 X く 1 & 0 ^β だか ら 、 軌道の向き は回転方向 Ωと同 じ く 矢印で示すよ う に前向きである。

X方向のサーポ制御回路を '通じての電磁石による支持 剛性 と Υ方向のそれが等しい時、 すなわち X方向 と Υ方 向の軸受支持剐性が等方性に設定されている時に は、 X 方向 と Υ方向への振動振幅は等 しい。 しかも両者の位相 差は 9 0 ° であ り 、 X方 向振動 が Υ方向振動 に対 し て

9 0。 進んでいる。 これを式でかく と、 次のよ う になる a _x = a _y , θ γ = θ χ + 9 0 ⁹ - (4) ロ ー タ に作用する不つ り あい力 は（2) 式に示 したよ う に X及ぴ Υ方向に等方性に作用 し、 かつそれを受ける軸 受の特性も等方性だから当然の帰锘である。 この時の 口 一タ 振動の表現は次の よう になる。

X方向に X = a c o s ( Q t — 0 ) 1 ... ₍₅₎ Y方向に Y = a s i n ( Q t - 0 ) ) これを同様に複素平面にて ロ ー タ軸受の軌铼と してみる と 第 5 図 の よ う に 円 運動 と な る 。 軌道の 向 き は回転速度 Ω と 周 じ だか ら 前向 きであ る 。 以上述 べ た よ う に ロ ー タ 振動 は 、 軸受支持剐 性が等 し い 時 に は円運動 と な り 、 異方性が ある 時 に は だ円軌道 と な る 。 軌道の向 き は ロ ー タ 回転 と 同 じ 方向で前向きで あ る 。 よ っ て 、 複素変位 Z を導入 と し て 、 複素数形式で表 現す る と 、

Z = X + i y … （6 ) と な り 、 等方性軸受、 異方性軸受のそれぞれの 時は次の よ う に な る 。

Z = a e i Q

等方性軸受の時 • ( 7 ) t

異方性軸受の 時 一 a I e i Ω + a i

υ e Q t

… （8 ) た だ し 、 a , a a _b ： 複素振幅を表わ す複素数

a f ¹ > ¹ a ^α b ¹

と な る 。 電磁軸受支持の場合に は 、 一般 に は低速回転 c は異方性の ある場合も あ る が 、 高速回転 に なる程等方性 の性質 に 近づ く こ と に な る 。 以上の よ う な不つ り あ い振動 に よ る変位を変位セ ンサ

4 , 5 に よ っ て 検出 す る 。 そ し て 、 こ の検出 し た 変位信 号 X と y を回転周期成分の ト ラ ッ キ ン グフ ィ ル タ 7 に 入 力 し 、 ロ ー タ の変位振動成分の 内 、 回転周期成分 x _N と y _N の みを油 出 す る 。 軸受が等方性の 時 に は 、 （7 ) 式 に 示 し た よ う に 、 そ の不つ り あい振動 X + I y は = a e i Θ (9) となる 。 すなわち

X = a c o s ( Ω t - ) (10) y = a s I n ( Q t - 0 _N )

- i N

ただ し a a e

である

_で注目するべ _ c は 义 N = - Ω y _N ^{+ Q x} N

の関係が成立 し ているこ と ある o しれは不つ り あい振 動は第 5 図に示すよ う に円軌道とな り X軸から γ軸へ と 回転と同方向に進むこ と に関係するこのよ う な円軌道で は、 X 振動の 9 0 前の振動は一 y振動 と予見され、 y 振動の 9 0。 前の振動は X 振動 と予見さ れる。 この予見 は锒分操作を意味 しているから上式が物理的に頷ける 。 回転周期振動成分のみに注目 すれば (11)式が成立する ので、 卜 ラッキングフ ィ ルタ 7 の出力 X JJ と y _N に 対し てそれぞれ微分信号 ^ _N 及び一 X と見すこてればよ い こ と になる 。 そこで Y方向への滅衰作用 を与えるすこ め

^X N ¹⁵号を α倍 して 、 Y方向チャンネルへ加算入力 する 一方、 X方向ぺの減袞作甩を与えるため y _N 信号を一 α 倍に して X方向チヤンネルぺ加算入力する 。 この第 1 図 では一 α倍は X方向への滅算入力 と して示している 。

こ の よ う に して 、 チヤンネルク ロ スで加算と減算入力 する こ と に よ り 、 回転数周期成分に対する反力 は

= - α Υ Η ≡ k _xyy …（12) F Y = + « X _N ≡ + k _yx X (13) と 表 わ さ れ る こ と に な る 。 こ の こ と は k _xy< 0で k _yx> 0に 設定 す る こ と に 相当 す る 。 よ っ て ロ ー タ の前 向 き振動 に対す る減衰性向上を計ろ う と す る 目 的が達成 さ れる 。

チャ ンネル ク ロ スで加算滅算入力 す る と き の係数 は大 き い程良い訳で ある が 、 電子回路の飽和防止の制約ちあ り 、 適当 な共振振幅 と なる よ う に αのゲイ ン調整を すれ ばよ い 。 次 に 卜 ラ ッ キ ングフ ィ ル タ 7の原理 につ いて 、 第 6図 を用 い て 説明 す る 。 ロ ー タ の曲げモ ー ド の共振点近 く で 回転 し て い る と きの ロ ー タ 振動 と し て は 、 不つ り あ い に よ る 回 転'数周期 の前向 き振動 が 主成分で 、 そ の他 に ケ ー シ ン グの揺れな ど の外力 に よ る ロ ー タ の ゆ らぎ振動 が発 生 す る 。 ゆ ら ぎ振動 は 剐体モ ー ド の 固有振動数 に近 く 、 回転数 に 比べ低周波数のもので あ る 。 よっ て ロ ー タ 振動

Ζ は複素形式で 、 （Π 式 を流用 し て

i Ω t

I n ( ゆ ら ぎ振動 ） + a e

かけ る 。 こ れを入力 し て 回転数同期成分の み

(15) z out ^{= a e}

を出力 す る ト ラッ キ ングフ ィ ル タ ー の原理は第 6図で あ る 。

入力 信号 に e ^{_ i Q t} を かける こ と に よ り 回転座標系へ の変換 と な る 。 す なわ ち Z -, 三 e ^{_ i Q t} Z _{i n}= ( ゆ らぎ振動 ） x e _^{i Q t} + a

— (16) と な り 、 回転数周期成分 a は回転座標系の信号 Z ^j に お いて は直流成分 となる。 ま た上式の第 1 項に みる よ う に 静止座標系 Z j _nにおいて低周波数にみえていたものが、 回転座標系 Z ·! において は高周波成分に移つている 。

こ こで、 回転数同期の直流成分 aを抽出するため に 、 ロ ーパス フ ィルタ 1 2 を通す。 その出力を Z ₂ と する と

Z ^ a ― (17) である 。 ロ ーパスフ ィルタ 1 2の遮断周波数は回転数に 比ベ.微小である 。 通常数 Hzあるい はそれ以下の 0 . 1 HZ 位に設定さ れる 。 こ-の ロ ーパスフ ィルタ 1 '2のゲ.イ ンは 1 である。

次に 、 この回転座標系の信号 z ₂ を静止座標系へ逆変 換する ため に e ^{l Q t} をかける 。 その結果、 （15)式に示 す よ う に 、 入力信号 z _{i n}の中か ら 回転数周期成分のみを 油出し た出力信号 Z _QUt を得る。

第 7 図に 、 本発明の第 2 の実施例を示す。 第 7図は、 軸受の特性に異方性があるため に第 4図のだ円軌道ある い は （8) 式のよ う な不つ り あい振動が起っ て いる場合の 回路構成を表わ し たものである 。

この場合、 （8) 式の前向きの a _f e ^{l Q t} 振動 を押え る方法は先述の第 Ί 図 と同 じである 。 後向きの成分 a _b e ' ^{1 ϋ r} の振動成分を押える方法は前向きの時の処 理の逆を とればよい 。 卜 ラッキングフ ィルタ は逆回転の 回転数周期 フ ィ ル タ 1 1 の 出力 の チャ ンネル ク ロ ス の加 算減算入力 の方式 は α と逆の符号 と な る 3 倍を と れば よ い α

こ の よ う な回路構成 に す る こ と に よ り 、 軸受の特性 に 異方性が あ る場の不つ り あ い振動 が起っ て い る場合 に も 制振の効果がある 。

第 8 図 は本発明 の回転同期 卜 ラ ッ キ ングフ ィ ル タ と チ ヤ ン ネルク ロ ス を使っ た場合の実験デ ー タ で あ る 。 横軸 に 回転数を 、 縱軸 に振動振幅を示 し て い る 。 周図で O N と は本発明 の第 1 図の動作を さ せ た 時の も ので あ る 。

O F F と は チャ ンネル ク ロ スを切っ た 時 （ α = 0 に相 当 ） の も ので あ る 。 O N に す る こ と に よ り 振動振幅 は著 し く 低下 し 、 O F F に す る こ と に よ り 振動振幅は元 の大き な 振幅 に 戻っ て い る こ と がわ かる 。

以上の説明 か ら 明 ら かな よ う に 、 不つ り あ い振動 を能 動 的 に 振動 す る手法の骨子 は 、 次 に 示す 2 つ の過程 と な る 。 ま ず 、 X 方向 と Y方向 の 2 方向 の ロ ー タ 振動 を検出 し 、 ト ラ ッ キ ング フ ィ ル タ に入力 し 、 回 転周期成分 X _N , Y ド を油 出 す る こ と 、 次に 、 こ の 油 出 さ れた信号 X _N を Y 方向 チャ ンネルへ 、 Y _N を X 方向 チャ ンネルへ と ク ロ ス さ せ て そ れぞれの チャ ン ネルへ加 え合せ る こ と で あ る 。 こ の際 、 加 え合せ る場合の 符号 は 、 X 方向 と Y 方向 で逆 符号であ る 。 即 ち 、 一方が加算な ら 他方 は減算 と い う こ と に な る 。

さ ら に 要約 す れば 、 本発明 の特徴 は検出信号成分の う ち制御 し ょ う とする周波数成分を ト ラッキングフ ィルタ で油出し、 その抽出さ れた信号を異符号でク ロ ス結合さ せて微分信号すなわち制振作用を発生させよ う とするも のである 。

次に、 内蔵する液体の流動などの影響で回転数に無闋 係に発生する自励振軌を能動的に制振させる方法につい て説明する 。

第 9 図はロ ータ 内部の流体力 に よって自励振動が発生 する例である。 周図で、 回転'軸 1 4 に連锫された ドラム 1. 5 は一軸構造を成し、 上下の軸受口で保持されている 軸受 7 は通常の玉軸受で受動形軸受である。 この ロ ータ では、 上部の回転軸 1 4 よ り流体を注入し 、 ドラム 1 5 内を流 し 、 回転軸 1 4 の下部よ り 取り 出す遠心分離機を 表わ し た図である。 第 1 0 図は、 液体を軸方向に流す と 自励振動がある回転数領域 Aで発生す 、 その状態を示 す図である 。 第 1 0 図において、 発生した自励振動の周 波数を厶印で示す。 これを制振させるために第 9 図のご と く 電磁軸受 1 3 を設ける 。 回転軸 1 4 の変位をセンサ 1 了 で検出 し、 その信号に応じて制御電流を電磁軸受 1 3 に流 し自励振動を防止する訳である 。

この自励振動の防止法を詳し く説明する と 、 第 1 0 図 に示す よ う に自励振動の周波数厶印 は回転数とは異つた 値である 。 それは ロ ータ形状及び玉軸受の支持剛性に よ つて決定される値すなわち固有振動'数であり 、 設計段階 で事前に十分予測可能である。 その予測計算値を W _f 及 び W _b の 曲線に て 示 し て お り 、 こ こ で W _f を前向 き固有 振動数 、 W _b を後向 き 固有振動数 と 定義す る こ と に す る 流体力 に起因す る 自 励振動 は通常第 1 1 図 に 示す よ う に 前向 きであ る 。 こ の第 1 0 図 に示す実測値厶印 と 計算値 W _f を比べて わ かる よ う に 、 自 励振動 の周波数 は ロ ー タ 固有の振動数 と し て 予測でき 、 かつそ の旋回方法 は前向 きであ る 。 こ の振動 を 防止す る た めの制御 回路 が第 1 2 図 に 示す も ので 、 本発明の他の実施例であ る 。

第 1 2 図 に お い て 、 6 と 8 はそ れぞれ通常の X方向及 び Y方向 の制御回路である 。 こ の場合 フ ィ ル タ 7 に は 、 回転パルス の代わ り に 自 励振動 の 固有振動数 に等 し い周 波数を発生 す る発振器 1 8 の信号 W _n が 卜 リ ガ 一 と し て 入力 さ れる 。 そ し て 検出 し た X 方向及び Y 方向 の振動変 位の 中で 、 こ の 自 励振動成分 X _f 及び Y _f を抽 出す る 。 し かも 、 自励振動 は前向 き旋回運動で ある か ら Y _f か ら X チ ャ ンネルへ は負で 、 X _f か ら Y チャ ンネルへ は正で ク ロ ス加算入力 す る こ と に よ り 、 不つ り あい振動 と同様 に振動 を抑 え る減衰作用 を電磁軸受に よっ て 発生さ せ る こ と がで ぎる 。

第 1 0 図 に示す よ う に 、 自 励振動 の周波数は回転数 と と も に 少 し ずつ 変化す る が 、 ロ ー タ 固有の も ので あ る か ら 発生 する 自 励振動 の周波数を あ る幅で もっ て 予測 す る こ と が で き る 。 こ の場合 、 第 1 2 図 の代わ り に 、 第 1 3 図の如 く パ ン ドパス フ ィ ル タ 1 9 , 2 0 で所望の周波数 成分 を抽 出 し 、 そ れが前向 き旋回運動であ る と の物 理的 u 解釈に立ち 、 フ ィルタ 7 ' の出力 X n , Y n を X チャ ン ネル、 Υ チャンネルへクロ スでかつ異符号で加算すれば よい。

ま た自励振動 と して は後向きの旋回運動が起こる場合 がある。 例えば第 1 0 図で◊印のよう に髙速回転になる と低周波数で後向きに旋回運動を起こ しやすく なる 。 こ れを防止するために は、 第 1 3 図に示す手段が有効であ る 。 この場合の所望の周波数は低周波数領域のものであ るから 、 1 9 , 2 0 に ロ ーパスフ ィルタ を用いて 、 低周 波数振動を抽出する 。 その出力 Χ η , Υ η を Xチャンネ ル、 Υ チャ ンネルへク ロ スでかつ異符号で加算入力する と よい 。 . Xチャンネルの ク ロスの結合点を正、 Υチャン ネルの ク ロ ス 'の桔合点を負 とするこ と に よって後向き旋 回運動の安定性を改善する こ とが可能である 。

以上述べたよ う に、 所望の周波数頜域の振動数を油出 するためのフィルタ 、 及びフ ィ ルタ の出力をク ロ スで元 のチャンネルへ異符号で加算入力 するこ に よって 、 本 発明の目的が達成される。 Xチャ ンネルと Υチャンネル の符号の決め方は、 制御 し ょ う とする振動が前向きのも のであるか後向きの旋回運動であるかに よって決ま る。

ま た 、 前向きか後向きかいずれかの旋回運動を防止す るかの切換方法と しては、 フ ィ ルタ 回路の前段にスイ ツ チを設け必要な回転数などの条件によってスィ ッチが入 る方法がある 。 この場合、 第 1 0 図に示さ れる よう に 、 自励振動が生 じるのは特定の回転数範囲であるので、 こ の 自 励振動 を減衰さ せ る機構 は必要な 回転領域の みで機 能 さ せれば よ い こ と に な る 。

以上述べ た よ う に 、 本発明 に よ れば 、 新た な微分 回 路 を設け る こ と な く 、 共振点通過時の前 向 き振動 に 対す る 減衰力 が 向上でき 、 不つ り あ い振動 に 対 し て 小さ な共振 動幅で通過す る こ と が で き る 。 ま た 、 ロ ー タ のパ ラ ン ス 精度が多少悪 く て も共振点通過が可能 と なる 。

さ ら に 、 自 励振動 に対 す る減衰力 が 向上す る こ と がで き る た め 、 自励振動 の 防止も す る こ と ができる 。 産業上の利用 可能性

本発明 は 、 電磁軸受で支え ら れた磁気浮上形の ロ ー'タ の制御装 gに 用 い る こ と が で き 、 ロ ー タ の振れ回 り 運動 に 対 する振動振幅を小さ く 抑 え る電磁軸受制御装置 に 利 用 す る こ と が で ぎ る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1： ロ ー タ の半径方向位置を X方向と Y方向の直角 2 方向よ り検出する手段 と、 前記ロ ー タ をあ ら かじ め設 定した半径方向位置に保持するために前記検出する手段 か ら 出る変位信号に感応 して電磁コ イ ルへ供铪する電流 を制御するサ一ポ回路を有する電磁軸受制御裝置におい て 、

前記サーポ回路は、 前記 X方向の信号の演算を行う X 方向制御回路と、 前記 Υ方向の信号の演算を行う Υ方向 制御回路 と 、 前記 ロ ー タ の振動の中から制御す_; ¾周波数 成分を抽出する選択抽出手段と、 前記 X方向及び前記 Υ 方向の変位信号を と り 出 して前記選択抽出手段に入力 し 前記選択油出手段から 出力さ れる前記 X方向 と前記 Υ方 向の信号の う ち、 一方の方向の信号を他方の方向の前記 制御回路から の信号に加算し 、 かつ前記他方の方向の信 号を前記一方の方向の前記制御回路からの信号に減算す る手段を有する こ と を特徴とする電磁軸受制御装置。

2 . 請求の範囲第 Ί 項において 、 前記選択抽出手段 は、 前記ロ ー タ の回転周期成分を油出する回転 卜 ラツキ ングフ ィルタである こ とを特徴 とする電磁軸受制御装置

3 . 請求の範囲第 1 項に おいて 、 前記選択抽出手段 は、 前記 ロ ータの回転に よっ て発生する自励振動周波数 を内包するパン ドパス フ ィ ルタ を備えている こ とを特徴 とする電磁軸受制御装置。

4 . 請求の範囲第 1 項 に お い て 、 前記選択油 出 手段 は 、 前記 ロ ー タ の 回転 に よっ て発生 す る 自 励振動 の振動 周 波数を検知 し 、 そ の周 波数に よ り 自 励 振動周 波数成分 を抽 出 す る 卜 ラ ッキ ングフ ィ ル タ を備え て い る こ と を特 徴 と す る電磁軸受制御装置。

5 . ロ ー タ の半径方向位置を X 方向 と Y 方向 の直角 2 方向 よ り 検出 す る手段 と 、 前記 ロ ー タ を あ ら か じ め設 定 し た半径方向位置に 保持す る た め に前記検出す る手段 か ら 出 る変位信号 に 感応 し て 電磁 コ イ ルへ供洽す る電流 を制御 す るサー ポ回路を有す る電磁軸受制御回路 に お い て 、

前記サ ー ポ回路 は 、 前記 X 方向 の信号の演算を行う X 方向制御 回 路 と 、 前記 Y 方向 の信号の 演算を行 う Y 方向 制御 回路 と 、 前記 ロ ー タ の振動 の 中か ら 制御 す る 周波数 成分 を油 出 す る第 1 及び第 2 の選択抽 出手段 と 、 前記 X 方向及び前記 Y 方向 の変位信号 を と り 出 し て そ れ ら の前 記変位信号を前記第 1 の選択抽 出手段及び前記第 2 の選 択抽出手段 に入力 し 、 前記第 1 の選択油 出手段か ら 出力 さ れる 前記 X 方向 と 前記 Y 方向 の信号の う ち 、 一方の方 向 の信号を他方の方向 の前記制御 回路か ら の信号 に 加算 し 、 前記他方の方向 の信号を前記一方の方向 の前記制御 回路か ら の信号 に 減算 し 、 かつ 前記第 2 の選択抽出手段 か ら 出力 さ れる前記 X 方向 と前記 Y 方向 の信号の う ち 、 前記一方の方向の信号を前記他方の方向 の前記制御 回路 か ら の信号 に 減算 し 、 前記他方の方向 の信号を前記一方 の方向の前記制御回路に加算する手段を有する こ とを特 徴とする電磁軸受制御装置。

6 . 請求の範囲第 5 項に おいて、 前記選択油出手段 は、 前記ロ ー タ の回転同期成分を抽出する回転 ト ラツキ ングフ ィルタ である こ とを特徴とする電磁軸受制御装置

7 . 請求の範囲第 5 項において 、 前記選択抽出手段 は、 前記ロ ータの回転に よって発生する自励振動周波数 を内包するバン ドパス フ ィ ルタ を備えているこ とを特徴 とする電磁軸受制御装置。

8 . 請求の範囲第 5 項において前記選択油出手段は 前記ロ ータ の回転によって発生する自励振動の振動周波 数を検知 し 、 その周波数によ り 自励振動周波数成分を油 出する ト ラッキングフ ィルタを輝えている こ とを特徴 と する電磁軸受制御装置。

9 . ロ ー タ の半径方向位置を X方向 と Y方向の直角 2 方向 よ り 検出する手段 と、 前記ロ ー タ をあ らかじめ設 定 した半径方向位置に保持するために前記検出する手段 から出る変位信号に感応し て電磁コ ィ ルへ供洽する電流 を制御するサーポ回路を有する電磁軸受制御装置におい て 、

前記サーポ回路は、 前記 X方向の信号の演算を行う X 方向制御回路と 、 前記 Y方向の信号の演算を行う Y方向 制御回路 と 、 前記ロ ー タ の振動の中から制御する周波数 成分を油出する選択抽出手段と 、 前記 X方向及び前記 Y 方向の変位信号を と り 出 し て前記選択抽出手段に入力 し 前記 ロ ー タ の公転の 方向 と前記 ロ ー タ の 自 転の方向 が一 致 し て い る場合 に は 、 前記選択油 出手段か ら 出力 さ れる 前記 X 方向 と 前記 Y 方向 の信号の う ち 、 一方の 方向 の信 号 を他方の方向の前記制御 回路か ら の信号 に加算 し 、 か つ 前記他方の方向 の信号 を前記一方の方向 の前記制御 回 路か ら の信号 に 減算 し 、 前記 ロ ー タ の公転の方向 と前記 ロ ー タ の 自 転の方向 が一致 し て いない場合に は 、 前記選 択抽 出手段か ら 出力 さ れる前記 X方向 と 前記 Y 方向 の信 号の う ち 、 一方の方向の信号を他方の方向の前記制御回 路か ら の信号 に減算 し 、 かつ 前記他方の方向の信号を前 記一方の方向 の前記制御 回路 か ら の信号 に加算す る 手段 を有す る こ と を特徴 と す る電磁軸受制御装置 。

1 0 . 請求の範囲第 9 項.に お い て 、 前記 ロ ー タ の自 励 振動 の 固有振動数 に 等 し い周波数 を発生 す る発振器を設 け 、 前記発振器か ら の信号 を前記選択抽 出手段 に 入力 す る手段 を有する こ と を特徴 と す る電磁軸受制御装置 。

1 1 . 請求の範囲第 Ί 0 項 に お い て 、 前記発振器 に 回 転パルス発生 器を設け た こ と を特徴 と す る電磁軸受制御 装置。