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SENSORLESS MAGNETIC LEVITATION DEVICE

Patent code P05A008144
File No. TDU-009
Posted date Jan 27, 2006
Application number P2001-046697
Publication number P2002-031134A
Patent number P3563705
Date of filing Feb 22, 2001
Date of publication of application Jan 31, 2002
Date of registration Jun 11, 2004
Priority data
  • P2000-174451 (May 8, 2000) JP
Inventor
  • (In Japanese)吉田 俊哉
Applicant
  • (In Japanese)学校法人東京電機大学
  • (In Japanese)株式会社荏原製作所
Title SENSORLESS MAGNETIC LEVITATION DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To make a magnetic levitation device used in a magnetic bearing, etc., simple and inexpensive and to provide the magnetic levitation device by having a versatility in a control circuit part and separately designing a control circuit and a magnetic circuit.
SOLUTION: An object to be levitated is disposed between a pair of electromagnets and an electric power is fed to a bridge circuit constituted of respective coils 9, 10 of these electromagnets and two 2-terminal circuit networks 11, 12 by an inverter circuit X. A potential difference (or a short circuit current) between bd is detected by a signal detector 13, is passed through a synchronization amplifier 16 synchronous to a switching action of the inverter circuit X and is returned to a control input 2 of the inverter circuit X through a controller 15. Thus, the object to be levitated is retained between the electromagnets.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


高速回転する回転機などにおいては、軸受けの摩擦を避けるため、磁気軸受け装置(磁気浮上装置)が用いられることがある。ここでいう磁気浮上装置とは、磁性体である浮上対象物を、電磁石の吸引力または反発力を利用して、他の物体に接触しないようにして保持するものであり、通常、電磁石の電流または電圧を制御してこれを実現する。この際、電磁石と浮上対象物の距離の情報の取得が必要となる。しかしながら、この情報を取得するためのセンサ装置を用いると、装置が大形化し、コストが増大する。このため、このセンサを用いない、いわゆるセンサレス磁気浮上方式がいくつか提案され、装置の簡単化が図られている。



例えば公開特許公報「特開平6-229419」にあるように、電流ヒステリシス制御PWM(Pulsewidth Modulation)インバータ回路の負荷のインダクタンスが変化すると、そのスイッチング周波数が変化することを利用した制御が提案されている。このインバータ回路2台を一対の電磁石それぞれの電源として用いると、一対の電磁石の間に置かれた浮上対象物の位置により両電磁石の巻線のインダクタンス値が変化するため、両インバータ回路のスイッチング周波数が変化する。この両インバータ回路のスイッチング周波数を一致またはある比率となるようにPLL(Phase-Locked Loop)制御でインバータ回路の出力電流または電圧を制御すれば、一対の電磁石間に浮上対象物を保持することができる。



また、日本機械学会論文集(C編)63巻609号(1997-5)掲載の論文「差動トランス方式セルフセンシング磁気軸受の研究」のように差動トランス方式を用いたセンサレス磁気浮上も提案されている。この方式も上述した一対の電磁石巻線のインダクタンス値の変化を利用した方式である。すなわち、両電磁石の巻線に、浮上対象物を浮上させるために必要な電流の他に、交流電流(または交流電圧)を重畳させ、その交流電流(または交流電圧)に対する2つの巻線の逆起電力の差(または電流の差)を検出することで、浮上対象物の位置を検出しようとするものである。本方式では、重畳させた交流電流(または交流電圧)と同じ周波数成分の信号のみを通過させる帯域通過フィルタを用い、電磁石の巻線両端の逆起電力(または巻線に流れる電流)から、重畳した交流電流(または交流電圧)に対する逆起電力(または巻線に流れる電流)の信号を抽出している。このとき、電磁石の電源としてPWMインバータ回路を使用した場合、インバータ回路が発生する高調波電流(または高調波電圧)の周波数が一定であれば、この電流(または電圧)を上述の交流電流(または交流電圧)として置き換えることができる。例えば特許出願公開公報「特開2000-060169」では、巻線の交流電圧に応じて変動する電流成分を帯域通過フィルタで抽出している。こうして得られた2つの巻線の逆起電力信号(または電流信号)の差を求め、乗算器を用いて重畳した交流電流(または電圧)の信号と掛け合わせることで、浮上対象物の位置情報を得る。これに応じて電磁石巻線の電流なり電圧なりを制御すれば、一対の電磁石間に浮上対象物を保持できる。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、センサレス磁気浮上装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 一対の電磁石の吸引力または反発力を利用して、磁性体をこの一対の電磁石の間に非接触で保持する装置において、前記一対の電磁石のそれぞれの巻線を直列に接続した直列回路と2端子回路網を直列に接続した直列回路とを並列に接続したブリッジ回路と、このブリッジ回路に給電するインバータ回路と、前記2つの直列回路の接続点間に接続された電流または電圧を検出する検出器と、この検出器からの検出出力に基づいて前記磁性体の位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段による検出結果からインバータ回路を制御して前記磁性体を所要の位置に制御する制御手段とを有することを特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
【請求項2】
 一対の電磁石の間に磁性体を配し、電磁石の巻線の電流またはその巻線に加える電圧を制御することで、上記磁性体を上記一対の電磁石に触れさせることなく配することができる装置において、この一対の電磁石のそれぞれの巻線を直列接続した直列回路と2つの2端子回路網を直列接続した直列回路とを並列接続することでブリッジ回路を構成し、この並列回路の両端にこのブリッジ回路の電源としてのインバータ回路の出力端子を接続し、上記の2つの直列回路の中点間に電流または電圧を検出する検出器の入力を接続し、この検出器の出力を上記インバータ回路のスイッチング動作に同期して同期整流を行う同期整流器の入力に接続し、この同期整流器の出力を入力とする制御器の出力を上記インバータ回路の電圧または電流制御入力端子に入力することを特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
【請求項3】
 請求項2記載のセンサレス磁気浮上装置において、同期整流器の出力と、インバータ回路の電圧または電流制御入力端子を、低域通過フィルタを介して接続したことを特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
【請求項4】
 請求項2記載のセンサレス磁気浮上装置において、同期整流器に替えて、インバータ回路のスイッチング動作に同期してサンプリングを行うサンプルホールド回路を用い、このサンプルホールド回路の入力を検出器の出力とし、このサンプルホールド回路の出力を制御器の入力としたことを特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
【請求項5】
 請求項1乃至4記載のいずれかのセンサレス磁気浮上装置において、一対の電磁石のそれぞれの巻線に電流源回路を並列接続したことを特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
【請求項6】
 請求項1乃至4記載のいずれかのセンサレス磁気浮上装置において、一対の電磁石にそれぞれ第2の巻線を施し、この第2の巻線に、個別にまたは共通に電源回路を接続したことを特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
【請求項7】
 電磁石の鉄心として永久磁石を用いるか、または磁路の一部を永久磁石としたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のセンサレス磁気浮上装置。
【請求項8】
 請求項1乃至7のいずれかに記載のセンサレス磁気浮上装置において、前記検出器は、2つの直列回路の接続点間に接続された1次側巻線と検出器の出力となるこの1次側巻線に対する2次側巻線とを具備する変圧器であることを特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
【請求項9】
 請求項1乃至8のいずれかに記載のセンサレス磁気浮上装置において、前記2端子回路網の一方または両方は、インピーダンスが可変であることを特徴とするセンサレス磁気浮上装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2001046697thum.jpg
State of application right Registered
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