[发明专利]电磁吸引式磁轴承及其控制方法

说明书

技术领域

本发明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 的电磁吸引式磁轴承及其控制方法。

背景技术

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1、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1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i₁、i₂流过，从而将漂浮体51维持在中立位置 O，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；以及控制电磁铁 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1：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1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，即在浮游体朝向平衡位置返回 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100μs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。

发明内容

本发明正是为了解决上述问题而提出的。即，本发明的目的在于提供 一种电磁吸引式磁轴承及其控制方法，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0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。

根据本发明，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。

根据本发明的优选实施方式，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γ作为正的常数，

所述变量Z由下式(A)赋予。

Z＝x+γv…(A)