可変周波数形スイッチングアンプを利用したセルフセンシング磁気軸受の開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08555097
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 水野 毅 埼玉大学, 工学部, 助教授 (20134645)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大田 眞土 セイコー精機株式会社, 社長付け
• Keywords: 磁気軸受 / 磁気浮上 / セルフセンシング / センサレス浮上 / スイッチングアンプ / 位相同期ループ / ディジタル制御

Research Abstract

本研究では可変周波数形スイッチングアンプ(ヒステリシスアンプ)のスイッチング信号をフィードバック制御に利用したセルフセンシング磁気軸受について,理論と実験の両面から検討を行った.その成果を以下のようにまとめられる.
まず,可変周波数形スイッチングアンプを供給電源・動作象限の面から分類し,それぞれの方式のアンプについて,動作の解析と回路の試作を行った.この中でも,ブリッジ回路を利用したヒステリシスアンプは
(1) 単極性電源を使用しているのにもかかわらず,電流減少・増加の追従特性を揃えることができる.
(2) 理論的には,スイッチング周波数は電流指令値に依らない.
など,セルフセンシング磁気軸受のアンプとして優れた特徴を持っていることを示した.また,試作した各方式のアンプにおいて,そのスイッチング周波数が電磁石とロータの間のギャップの大きさに比例することを実験的に確認した.
つぎに,可変周波数形スイッチングアンプ(ヒステリシスアンプ)のスイッチング信号が周波数出力形変位センサの出力信号として扱うことができるという観点から,制御系の構成方法を以下のように分類し,それぞれの方法の特徴を明らかにした.
(1) F/V変換を利用した制御方法
(2) 位相比較器を利用した制御方法
(3) カウンタを利用した制御方法
さらに,試作したヒステリシスアンプを備えた磁気軸受装置にこれらの制御方法を適用し,セルフセンシング磁気浮上を実現することに成功した.
本研究で得られた結果は,可変周波数形スイッチングアンプを利用したセルフセンシング磁気軸受の基盤技術となるものである.今後は,これらの成果を踏まえて,より実用化に適したヒステリシスアンプを開発していくとともに,セルフセンシング磁気軸受の長所を生かしたコンパクトな磁気軸受装置の開発に取り組む予定である.

Research Products

• [Publications] 水野 毅: "センサレス磁気浮上" 計測と制御. 38・2. 92-96 (1999)
• [Publications] Mizuno,T.: "Self-sensing Magnetic Suspension Using Hysteresis Amplifiers" Control Engineering Practice. 6. 1133-1140 (1998)
• [Publications] 水野 毅: "ヒステリシスアンプを利用したセルフセンシング磁気浮上系のカウンタ方式ディジタル制御" 日本機械学会論文集(C編). 64・618. 523-529 (1998)
• [Publications] 水野 毅: "センサレスで物を浮かせる方法とその実例" 平成10年電気学会全国大会講演論文集. 5. S.25-23-S.25-26 (1998)
• [Publications] 水野 毅: "セルフセンシング磁気浮上系の制御" 第37回計測自動制御学会学術講演会予稿集. 581-582 (1998)
• [Publications] 水野 毅: "ヒステリシスアンプを利用したセルフセンシング磁気浮上-ヒステリシスアンプの試作" 日本機械学会第76期全国大会講演論文集. IV. 95-96 (1998)