电磁吸引式磁轴承及其控制方法技术

本发明专利技术的电磁吸引式磁轴承具备：相互相向地配置的至少一对电磁铁（１、２）；配置在电磁铁之间并且被保持在其中间位置的浮游体（３）；对从浮游体（３）的平衡位置起的位移和／或速度进行检测的传感器（４）；以及控制电磁铁（１、２）的控制装置（５）。根据浮游体（３）的位移和速度，求取与控制方向的加速度成正比例的变量（Ｚ），对应于变量的正负，使一方的电磁铁的控制电流为零，仅对另一方的电磁铁的控制电流进行控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使相向的电磁铁的任意的 一方的控制电流总是为0 的电磁吸？ I式磁轴承及其控制方法。
技术介绍
电磁吸引式磁轴承通过非接触支撑，具有没有摩擦/磨耗、不需要润 滑等的优点，能够在涡轮压缩机、极低温旋转机械、涡轮增压机、飞轮等 的轴承中使用。作为这样的电磁吸引式磁轴承，提出了一种仅以电磁铁构成的磁轴承，并已经申请了专利(专利文献l、 2)。在这些磁轴承中，对夹着漂浮体相互相向的一对电磁铁，在使从浮游 体的中心位置起的位移抵消的方向上通过2输入非线性控制方式使电流 流过，维持漂浮体的中立位置。专利文献1的"主动控制电磁吸引式磁轴承"的目的在于，减少功率损 耗、电磁铁的发热、对漂浮体的旋转运动的阻力。为此，在该主动控制电磁吸引式磁轴承中，如图l所示，对夹着漂浮 体51相互相向的一对电磁铁52、 53，在使从漂浮体51的中立位置O起 的位移抵消的方向上使电流H、 12流过，从而将漂浮体51维持在中立位置 0,作为该控制方式，使用2输入非线性控制方式。专利文献2的"电磁吸引式磁轴承及其非线性控制方法"的目的在于， 即使在从偏移返回至平衡点的情况下也使阻尼力发生作用，从而能够缩短 收敛时间，并且完全满足作为控制系统的充分条件的李雅普诺夫渐进稳定 条件。为此，该装置如图2所示，具备相互相向地配置的至少一对电磁铁； 配置在电磁铁之间并且被保持在其中间位置的浮游体61;对从浮游体61 的平衡位置起的位移和/或速度进行检测的传感器62;以及控制电磁纟失 的控制装置63。通过控制装置63,在浮游体61朝向平衡位置返回的情况 下，对相向的电磁铁双方供给控制电流，由此使一方的电磁铁作为拉簧 (tension spring)起作用，另 一方的电磁铁作为阻尼器(damper)起作用。专利文献l:日本专利申请特开2001-165164号公报 专利文献2:日本专利申请特开2002-61646号公报在专利文献l的磁轴承中存在如下问题，即在从偏移返回平衡点的情 况下不能够使阻尼力产生，到收敛为止耗费时间，在理论上不能说是稳定 的问题。解决了这些问题的是专利文献2的磁轴承。可是，在专利文献2中存在如下问题，即在浮游体朝向平tf位置返回 的情况下，由于对相向的电磁铁双方供给电流，所以不能够实现使相向的 电磁铁的任意的一方的控制电流为0的完全的零功率控制的问题。即，在专利文献2的非线性零功率控制中，对从转子(rotor)的平衡 点起的"位移"和"速度"进行检测，通过将该两项作为参数进行情况区 分而分为4种情况，决定控制的电流值。可是，在该4种情况的2种情况 中，使电流流过相向的两个磁极线圈，从而耗费不必要的电流，成为使损 失增加的重要因素。此外，由于按运算周期的每一个(例如按100ps的每一个)对2参数 进行判定，所以使用于实时控制的运算逻辑复杂化，并且导致CPU的控 制量增加，需要使用高性能且昂贵的CPU。
技术实现思路
本专利技术正是为了解决上述问题而提出的。即，本专利技术的目的在于提供 一种，其能够实现使相向的电磁铁的任意的一方的控制电流总是为o的完全的零功率控制，并且减少按运算周期的每一个进行判定的参数数量，使运算逻辑简略化，使CPU控制量减少， 能够减少高性能且昂贵的CPU的必要性。根据本专利技术，提供一种电磁吸引式磁轴承，其特征在于，具备相互 相向地配置的至少 一对电磁铁；配置在该电磁铁之间并且被保持在其中间 位置的浮游体；对从该浮游体的平衡位置起的位移和/或速度进行检测的 传感器；以及控制所述电磁铁的控制装置，该控制装置根据浮游体的位移 和速度，求取与控制方向的加速度成正比例的变量，对应于该变量的正负， 使一方的电磁铁的控制电流为零，仅对另一方的电磁铁的控制电流进行控 制。根据本专利技术的优选实施方式，所述一对电磁铁包括笫一电磁铁和第二电磁铁，将从所述浮游体的平衡位置起向第一电磁铁的位移作为x,将浮游体的速度作为v=dx/dt，将Y作为正的常数， 所述变量Z由下式(A)赋予。 Z = x+ vv…(A)此外，根据本专利技术，提供一种电磁吸引式磁轴承的控制方法，通过相 互相向地配置的至少 一对电磁铁对被配置在该 一对电磁铁之间的中间位 置的浮游体进行保持，该电磁吸引式磁轴承的控制方法的特征在于，对来 自该浮游体的平衡位置的位移和/或速度进行检测，根据浮游体的位移和 速度，求取与控制方向的加速度成正比例的变量Z，对应于该变量的正负， 使一方的电磁铁的控制电流为零，仅对另 一方的电磁铁的控制电流进行控 制。根据本专利技术的优选实施方式，所述一对电磁铁包括第一电磁铁和第 二电磁铁，将从所述浮游体的平衡位置起向第一电磁铁的位移作为x,将 浮游体的速度作为v-dx/dt，将y作为正的常数，所述变量Z由下式(A)求取。Z = x+ "…(A)此外，将a作为正常数、将Xo作为平衡位置的磁隙，在所述变量Z为正或0时，将所述第一电磁铁的控制电流作为0，以下式(B)求取第二电磁铁的控制电流l2,在所述变量Z为负时，将所述第二电磁铁的控制电流作为O,以下式(C)求取第一电磁铁的控制电流i!。 i -a(X +x)SQRT(Z/k).''(B)i =a(X —x)SQRT( — Z/k)…(C)1 0根据上述本专利技术的装置和方法，通过控制装置，根据浮游体的位移X和速度v,求取与控制方向的加速度成正比例的变量Z,对应于该变量Z 的正负，使一方的电磁铁的控制电流为零，仅对另一方的电磁铁的控制电 流进行控制，因此不像专利文献2那样，通过对"变量"、"速度"这2个 参数进行情况区分而分类为4个情况，而是通过将参数作为一个变量Z, 从而能够将情况区分从4个情况减少到2个情况。再有，即使变更判定参 数，控制性能也是等价的。此外，在本专利技术中，在全部的情况中，在相向的磁极线圏的任意的一 方中控制电流总是为零，能够进一步减少消耗电流、减少损失。此外，使数字运算的每一周期的所需要的判定的数量减半，从而使控 制逻辑简略化，能够大幅减少CPU的运算负载。也就是说，对循环时间的缩短做出贡献，同时能够减少对CPU的要求规格。附图说明图l是专利文献l的"主动控制电磁吸引式磁轴承"的示意图。图2是专利文献2的"电磁吸引式磁轴承及其非线性控制方法"的示 意图。图3是现有的电磁吸引式磁轴承的控制模型图。图4是根据本专利技术的电磁吸引式磁轴承的控制模型图。具体实施例方式本专利技术能够在发挥与本专利技术的专利技术者在先申请的专利文献2等价的 控制能力的同时，使控制逻辑简略化，减少控制电流和减少CPU运算负载。以下， 一边与该现有技术进行比较一边说明本专利技术。图3是现有的电磁吸引式磁轴承的控制模型图。电磁吸引式磁轴承具 备相互相向配置的至少一对电磁铁1、 2 (第一电磁铁和第二电磁铁)； 配置在电磁铁1、 2之间并被保持在其中间位置的浮游体3;以及对从浮 游体3的平衡位置起的位移x和/或速度v ( =dx / dt)进行检测的传感器 (未图示)。再有，在以下的说明中，将M作为转子质量，将Xo作为磁隙， 将x作为从平衡点起向第一电磁铁1的位移、将i,作为第一电磁铁1 的控制电流、将12作为电磁铁2的控制电流、将F,作为第一电磁铁 1的吸引力、将F2作为电磁铁2的吸引力、将^作为真空磁导率(=4兀 xl07),将S作为磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁吸引式磁轴承，其特征在于，　具备：相互相向地配置的至少一对电磁铁；配置在该电磁铁之间并且被保持在其中间位置的浮游体；对从该浮游体的平衡位置起的位移和／或速度进行检测的传感器；以及控制所述电磁铁的控制装置，　该控制装置根据 浮游体的位移和速度，求取与控制方向的加速度成正比例的变量Ｚ，对应于该变量的正负，使一方的电磁铁的控制电流为零，仅对另一方的电磁铁的控制电流进行控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑田严，
申请(专利权)人：株式会社IHI，
类型：发明
国别省市：JP[]