この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
3 用語と定義
ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。
3.1 一般用語
3.1.1
浮遊
機械的接触をせずに磁力の吸引力または反発力によってローターの位置を維持します。
3.1.2
磁気軸受
ロータの 浮上 (3.1.1) と動的安定化のために吸引磁力または反発磁力を利用するベアリング
3.1.3
アクティブ磁気軸受
AMB
サーボフィードバック技術に基づく、機械的接触を行わずに、吸引磁力のみを使用してロータを支持する手段。通常、トランスデューサ、電磁石、 パワーアンプ(3.5.3) 、電源、およびコントローラで構成される。
注記 1:アクティブ磁気軸受を備えた回転機械の場合、軸受の図記号を図 1 に示します。
図 1 —軸受の図記号
Key
| 1 | アンギュラ玉軸受 | 5 | スラストブッシュ |
| 2 | 深溝玉軸受 | 6 | ラジアルアクティブ磁気軸受 |
| 3 | スラストボールベアリング | 7 | アキシアルアクティブ磁気軸受 |
| 4 | ラジアルブッシュ | ||
| a | トランスデューサー付き。 |
図2 |アクティブ磁気軸受の原理
Key
| 1 | コントローラ | 4 | 電源 |
| 2 | パワーアンプ | 5 | ローター |
| 3 | 電磁石 | 6 | 変位変換器 |
3.1.4
パッシブ磁気ベアリング
機械的接触を行わず、フィードバック制御を行わずに磁力を使用してローターを支持する手段
例:
永久磁気 軸受(3.1.5) 、超電導磁気 軸受(3.1.6) 。
3.1.5
永久磁気軸受
PMB
フィードバック制御なしで 1 対または数対の永久磁石を使用する 受動的磁気軸受 (3.1.4)
3.1.6
超電導磁気軸受
中小規模企業
パッシブ磁気ベアリング (3.1.4) フィードバック制御なしで、一対の (高温) 超電導体と永久磁石を使用し、いわゆるピン止め力 (吸引力と反発力) を利用します。
3.1.7
ハイブリッド磁気軸受
HMB
アクティブ磁気ベアリング (3.1.3) と パッシブ磁気ベアリング (3.1.4) の任意の組み合わせからなるベアリング
3.1.8
永久磁石バイアスAMB
公称磁束(非ゼロ)またはバイアス磁束が 1 つまたは複数の永久磁石によって確立される アクティブ磁気軸受 (3.1.3)
3.1.9
ラジアル磁気軸受
磁気軸受 (3.1.2) ロータを半径方向に浮上させ、不平衡力、流体力、重力などの半径方向の外乱に対してロータをサポートします。
図 3 —ラジアル AMB アセンブリ
Key
| 1 | ラジアルコイル | D | ラジアルステータコアの内径 |
| 2 | ラジアルトランスデューサ | d | ラジアルローターコアの外径 |
| 3 | ラジアルトランスデューサターゲット | r | 公称磁気ギャップ ( D − d )/2 |
| 4 | ラジアルローターコア | L | 軸受全長(コイル巻線を含む) |
| 5 | ラジアルAMBの軸中心 | L | ラジアル軸受の有効長さ |
| 6 | ラジアルステータコア | W | 磁極の幅 |
| 7 | 軸 | A r | 磁極の面積 ( A r = WL ) |
3.1.10
アキシアル磁気軸受
スラスト磁気軸受
磁気軸受 (3.1.2) ロータを軸方向に浮上させ、流体力や重力などの軸方向の外乱に対してロータを支持します。
図 4 —アキシャル AMB アセンブリ
Key
| 1 | ローター | d a | アキシアルローターディスクの外径 |
| 2 | アキシャルトランスデューサターゲット | D o | アキシアルステータの外極の外径 |
| 3 | アキシャルトランスデューサ | d o | アキシアルステータのアウターポールの内径 |
| 4 | アキシアルステータコア | d i | アキシアルステータの内極の外径 |
| 5 | アキシャルコイル | D i | アキシアルステータの内極の内径 |
| 6 | (クリアランス) アキシアル AMB の中心 | a | 公称磁気ギャップ |
| 7 | アキシアルローターディスク | A a | 磁極ペアの面積 |
3.1.11
公称磁気ギャップ
ロータのジャーナル中心がベアリングステータのすきま中心に位置する場合の、 AMB(3.1.3) 内のロータとステータの磁性体間の距離
注記 1:ラジアル AMB については図 3 のδr 、アキシャル AMB については図 4 のδa 参照。
3.1.12
ラジアルAMBのクリアランス中心
ラジアルベアリングステータの幾何学的中心
図 5 —放射状異極性 AMB の中心と中心線
Key
| 1 | ラジアルAMBの軸中心 | 7 | ラジアルトランスデューサターゲット |
| 2 | ラジアルAMBの磁気ギャップ | 8 | タッチダウンベアリング |
| 3 | タッチダウンベアリングのラジアルすきま | 9 | ラジアルタッチダウンベアリングとAMB中心間のラジアル中心オフセット |
| 4 | ラジアルAMBのジャーナル(ローター)中心線 | ||
| 5 | ラジアルAMBのクリアランス中心線 | 10 | ラジアルタッチダウンベアリングのラジアル中心 |
| 6 | ラジアルトランスデューサ |
注同様の考慮事項がラジアル単極 AMB にも当てはまります。
3.1.13
放射状AMBの磁気中心
ラジアル AMB (3.1.3) におけるロータの位置。公称電流または磁束に対してロータにかかる正味のラジアル引力がゼロになり、磁気励起または補償力が存在しないときの位置。
3.1.14
ラジアルAMBの軸中心
ステータコアの幾何中心の軸方向位置(3.3.1)
注記 1: 図 5 を参照。
3.1.15
アキシアル AMB のクリアランス中心
スラストのすきま中心 AMB
(軸方向) スラスト AMB (3.1.3) ステータの幾何学的中心の軸方向位置
注記 1: 図 4 を参照。
3.1.16
アキシャルAMBのアキシャル磁気中心
アキシャル AMB (3.1.3) 内の アキシャル ローター ディスク (3.2.2) の位置。この位置で、ローター ディスクに作用する正味のアキシャル吸引力が、公称電流または磁束に対して、磁気励起または補償力なしでゼロになります。
3.1.17
ラジアル AMB のクリアランス中心線
ベアリングステータ構成で指定された 2 つのラジアル AMB (3.1.3) のクリアランス中心間の線
注記 1: 図 5 を参照。
3.1.18
ラジアル AMB のジャーナル中心線
ラジアル AMB (3.1.3) ローターのジャーナル中心間の幾何学的中心線
注記 1: 図 5 を参照。
3.1.19
ラジアル AMB 間のベアリング スパン
2 つの放射状 AMB の軸中心間の軸方向の距離 (3.1.3)
図6 |異極型ラジアルAMB
Key
| 1 | ラジアル AMB 間のベアリング スパン | ||
| 2 | ラジアルAMBの磁気ラジアルクリアランス | ||
| 3 | タッチダウンベアリングのラジアルすきま | ||
| 4 | タッチダウンベアリングのアキシアルすきま |
3.1.20
極数
AMB の南と北の磁気ギャップ極の合計 (3.1.3)
注記 1: 図 7 を参照。
3.1.21
異極型ラジアルAMB
ラジアル AMB (3.1.3) 電磁断面には異なる極性の極があり、極は異なる極性の配置を持つ場合があります。
注記 1: 極性の配列には、 (N, S, N, S, ...)、(N, S, S, N, ...) などがあります。
注記 2: 図 7a) を参照。
3.1.22
同極型ラジアルAMB
ラジアル AMB (3.1.3) 電磁石が複数の軸方向断面を持ち、それぞれが単一極性の極を有する
図7 |ラジアルAMBの極数
| a) 異極タイプ(8極) | b) 同極タイプ(8極) |
Key
| X, Y | 制御軸 |
3.1.23
ラジアル磁気軸受の有効長さ
ラジアル電磁石が回転子に及ぼす吸引力を発生させることができるラジアル軸受固定子の磁極面の軸方向の長さ
図8 |ラジアル磁気軸受の有効長さ L
| a) 異極性タイプ | b) 同極タイプ |
3.1.24
ラジアルAMBの投影面積
ラジアル軸受 ジャーナル直径 (3.2.3) d と有効軸受長さL の積dL
注記 1: 図 3 を参照。
3.1.25
1つの磁極の面積
回転子に作用する吸引力を発生させることができる磁極の断面積A
注記 1:これは、3.1.24 で定義される投影領域とは異なります。
注記 2:ラジアル AMB については図 3 のA r を、アキシャル AMB については図 4 のA a 参照。
3.1.26
AMBの耐荷重
AMB (3.1.3) が 固定中心位置でローターに生成できる最大の力
注記 1:これは通常、ステータとロータコアの強磁性体の磁気飽和、 磁化コイル (3.3.4) を駆動する 電力増幅器 (3.5.3) から利用可能な最大コイル電流、および最大電流によって制限されます。パワーアンプの駆動電圧。
図9 | AMBの耐荷重
Key
| X | 磁力の周波数 |
| Y | 力 |
| 1 | 静的負荷容量: 通常は AMB 温度制限 (またはコイル温度制限) によって与えられます。 |
| 2 | ピーク過渡負荷容量: 通常、AMB の電流制限によって与えられます。 |
| 3 | 動的負荷容量: アンプの電圧制限と渦電流効果によって与えられます。 |
3.1.26.1
AMBの静的耐荷重
F 最大値
無制限の連続運転期間にわたる一定の負荷に対する最大負荷容量
3.1.26.2
AMB のピーク過渡負荷容量
限られた時間内での最大積載量
3.1.26.3
AMBの動的負荷容量
周波数の関数として AMB (3.1.3) によって生成される周期的な力の最大許容振幅値
3.1.27
ラジアルAMBの負荷圧力
p = F max/( dL )
3.1.28
AMBの制御軸数
AMB (3.1.3) によって制御されるローターの動きの自由度の数
例:
- a) 1 軸制御 AMB: ローターの 1 自由度に対してのみ振動と運動をアクティブに制御する AM
- b) 2 軸制御 AMB: ローターの 2 つの自由度に対して振動と動作をアクティブに制御する AM
- c) 3 軸制御 AMB: ローターの 3 自由度の振動と動作をアクティブに制御する AM
3.1.29
完全にAMBを失った
回転子と固定子の渦電流とヒステリシスによる鉄損の和、コイルの銅損(オーム損)、軸受回転子表面の風損、電気機器(ケーブル、電子筐体)の回路損失
3.1.30
自己感知AMB
直接 変位トランスデューサ (3.4.3) を使用しないロータ位置検出機能を含む アクティブ磁気ベアリング (3.1.3)
3.1.31
立ち上がり時間
AMB (3.1.3) の力が ピーク過渡荷重容量 (3.1.26.2) の 10% から 90% に変化するのに必要な時間
3.1.32
時間の滞留
ピーク過渡力がピークレベルを維持できる時間
3.1.33
非コロケーション
ラジアルトランスデューサと電磁石が同じ軸方向の位置に配置されていない状況
注記 1:図 3 と図 4 は典型的なケースを示しており、非コロケーションはプラントのダイナミクスに影響を与えることがよくあります。
3.1.34
同軸度
AMB (3.1.3) と タッチダウンベアリング (3.6.1) の間、および AMB 間の幾何学的ライン位置決め特性
注記 1:同軸度は ISO 1101 で説明されています。
3.1.35
同心
AMB (3.1.3) と タッチダウンベアリング (3.6.1) の間、および AMB 間の幾何学的点位置決め特性
注記 1:同心度は ISO 1101 で説明されています。
3.2 ローターに関する用語
3.2.1
ラジアルローターコア
ラジアルロータージャーナル
半径方向の磁気制御力が作用する回転シャフトの強磁性部分で、通常は積層されています。
3.2.2
アキシアルベアリングディスク
アキシャルディスク
アキシアルローターディスク
スラストベアリングディスク
スラストディスク
スラストローターディスク
軸方向の磁力が作用する回転シャフトの強磁性部分
3.2.3
ジャーナル直径
ラジアル磁気ベアリング (3.1.9) ローターの直径
注記 1:図 3 のd 参照。
3.2.4
幾何学振れ
機械的振れ
シャフト形状の非真円性および非同軸性の影響による回転シャフトの仮想変位を測定
3.2.5
電気的振れ
位置トランスデューサの振れ
位置トランスデューサ ターゲットの磁気的または電気的不均一性により測定された回転シャフトの架空の変位 (3.4.6)
3.2.6
DN値
直径d (mm)とローター回転数N (r/min)の積dN
a) ステータがロータの外側にある場合、ラジアル AMB のロータの外径 (図 3 のd を参照)
b) ローターがステーターの外側にある場合、ラジアル AMB のローターの内径。
c) アキシャル AMB のローターの外径 (図 4 のd a を参照)
3.3 ステータに関する用語
3.3.1
ステーターコア
強磁性または他の透磁性材料で作られた固定 AMB (3.1.3) コンポーネントのコア
3.3.2
ラジアルステータコア
励磁コイル (3.3.4) が巻かれている ラジアル磁気軸受 (3.1.9) の固定部
3.3.3
アキシアルステータコア
スラストステータコア
励磁コイル (3.3.4) が巻かれる アキシャル磁気軸受 (3.1.10) の固定部分
3.3.4
励磁コイル
コア材料内に磁束を発生させるために使用されるコイル
3.3.5
ラジアルコイル
ラジアル軸受のコアまたはラジアル電磁極自体に巻かれた 励磁コイル (3.3.4)
3.3.6
アキシャルコイル
スラストコイル
アキシャル AMB (3.1.3 ) の 磁化コイル (3.3.4)
3.3.7
許容動作温度
指定された通常の AMB (3.1.3) 動作を可能にするコイルおよび積層の温度
3.4 位置トランスデューサに関する用語
3.4.1
位置測定システム
ローターとステーターのギャップの変化に応答するセンサー、センサーを励起し、応答信号にゲインを加えるアンプ、および信号後処理ユニットで構成されるデバイスの構成
3.4.2
シャフトの変位
公称位置から測定された半径方向または軸方向のローター中心の変位。ローター位置の変化を示します。
注記 1:シャフトの変位は、シャフトの振動、シャフトの動き、またはシャフトの動きと呼ばれることもあります。
図 10 —電流-力特性
| どこ | ||
| F 、F | は 1 つの電磁石によって生成される引力です。 | |
| F b | は全引力です。 | |
| I | は制御電流です。 | |
| I 0 | はバイアス電流です。 | |
| K | は電磁石の係数です。 | |
| K i | は力/電流ゲインです。 | |
| K | は負の位置の剛性です。 | |
| X | はラジアルシャフト変位です。 | |
| δ0 | は公称磁気ギャップです。 |
Key
| 1 | クリアランス中心線 |
| 注 総引力F b の線形化は、AMB バイアス電流I 0に関して示されており、通常、2 象限パワーアンプを使用して設定できます。 |
3.4.3
変位変換器
位置トランスデューサ
機械的接触なしでシャフト位置を検出するトランスデューサー
注記 1:図 3 および 4 を参照。
例:
渦電流トランスデューサ、誘導トランスデューサ、容量性トランスデューサ、光トランスデューサ、ホール効果トランスデューサ。
3.4.4
ラジアル変位変換器
半径方向位置トランスデューサ
ラジアルシャフト位置検出用トランスデューサ
注記 1:図 3 および 5 を参照。
3.4.5
アキシャル変位変換器
軸方向位置トランスデューサ
推力変位計
推力位置トランスデューサ
アキシャルシャフト位置検出用トランスデューサ
注記 1: 図 4 を参照。
3.4.6
トランスデューサターゲット
位置トランスデューサ (3.4.3) が変位を検出する回転シャフトwhere 領域
注記 1:図 3 および 4 を参照。
3.4.7
ラジアルトランスデューサターゲット
ラジアルターゲット
半径方向位置トランスデューサ (3.4.4) where 半径方向の変位を検出する回転シャフトの領域
注記 1: 図 3 を参照。
3.4.8
アキシャルトランスデューサターゲット
アキシャルターゲット
アキシャル位置トランスデューサ(3.4.5) where アキシャル方向の変位を検出する回転シャフトの領域
注記 1: 図 4 を参照。
3.5 ダイナミクス、制御、エレクトロニクスに関する用語
3.5.1
AMBシステム
ローター、 位置トランスデューサー (3.4.3) またはローターの位置を検出するその他の手段、コントローラー、 パワーアンプ (3.5.3) 、および引力による磁力によってローターを浮上させて支持する電磁石で構成されるシステム。
注記 1:図 2 および 11 を参照。
3.5.2
AMBコントローラー
ローターを浮上させるための磁気吸引力を調整するために、トランスデューサー信号を検出して処理し、それを パワーアンプ (3.5.3) に転送するデバイス。
図 11 —基準信号を使用した AMB システムのブロック図
Key
| 1 | 位置トランスデューサ | F b | AMB部隊 |
| 2 | AMBコントローラー | F d | 外乱力 |
| 3 | パワーアンプ | X | 変位 |
| 4 | 力/電流ゲイン | K i | 力/電流ゲイン |
| 5 | 機械プラントローター | K | 負の位置剛性 |
| 6 | 負の位置剛性 | a | 基準信号。 |
| 7 | AMBアクチュエーター | b | 制御信号。 |
| 8 | AMB(AMBアクチュエーター含む) | c | 電流を制御します。 |
| d | トランスデューサー信号。 |
3.5.3
パワーアンプ
磁気制御力を生成するために 励磁コイル (3.3.4) 電流を生成する動力出力装置
例:
パワーアンプの代表的なタイプは、リニアパワーアンプ、アナログアンプ、パルス幅変調(PWM)アンプ、スイッチングアンプです。
3.5.4
AMB電流制御
パワーアンプから電磁電流へのフィードバックアクチュエータに電圧入力/電流出力 パワーアンプ(3.5.3) を使用して AMB(3.1.3) を制御する方法
3.5.5
AMB電圧制御
電圧入力/電圧出力 パワーアンプ (3.5.3) を使用して AMB (3.1.3) を制御する方法
3.5.6
AMBバイアス電流
I 0
電流と AMB のクリアランスに関連する吸引力を線形化するために使用される固定 DC コイル電流 (3.1.3)
注記 1: 図 10 の式を参照。
3.5.7
負の位置剛性
K
<バイアス線形化された AMB アクチュエータの場合> 外部負荷のない公称ローター位置での バイアス電流 (3.5.6) による電磁石の位置剛性
注記 1:K s は負です。
注記 2:図 10 および 11 を参照。
3.5.8
閉ループ動的システムの剛性
外乱入力力F d と出力変位X をもつ AMB (3.1.3) 閉ループ システムのF d / X 比の伝達関数
注記 1: 図 11 を参照。
3.5.9
閉ループ動的システムコンプライアンス
閉ループ動的システムの剛性 (3.5.8) の逆数、つまりX / F d
注記 1: 図 11 を参照。
3.5.10
開ループAMB動的剛性
X F b 備えた AMB (3.1.3) 開 ループ システムのF b / X 比の伝達関数
注記 1:周波数依存軸受ばね力は複素比F b / X の実数部で求められ、周波数依存軸受減衰力は複素比F b / X の虚数部で求められます。
注記 2: 図 11 を参照。
3.5.11
AMB集中管理
ローターのさまざまな自由度に対応するコントローラー入力とコントローラー出力間の内部接続を持つ制御構造。
例:
| f | 周波数、Hz | ||
| Y | コントローラーゲイン、dB | ||
| 1 | 回転周波数 |
3.5.15
アンバランス力除去制御
AMB (3.1.3) を介して伝達されるアンバランス力を最小限に抑えながら、ロータが慣性主軸の周りを回転できるようにする制御方法。これにより、ベアリング ケーシングの結果として生じる振動が最小限に抑えられます。
注記 1:シャフトの振動が増加する可能性があります。
注記 2: 「ABS」(オートバランスシステム)または「N カット」は 、アンバランス力除去制御(3.5.15) と同じ機能を持ちます。
図13 |不平衡力除去制御のコントローラ伝達関数の例
Key
| f | 周波数、Hz | ||
| Y | コントローラーゲイン、dB | ||
| 1 | 回転周波数 |
3.6 補助装置に関する用語
3.6.1
タッチダウンベアリング
AMB システム (3.5.1) に取り付けられたベアリング。ローターの動きを制限し、過負荷、故障、または AMB システムの停止による AMB ステーターまたはローター表面との接触を防ぐように設計されています。
注記 1: その他の名称には、補助ベアリング、バックアップベアリング、キャッチャーベアリング、非常用ベアリング、およびリテーナーベアリングが含まれます。
3.6.2
タッチダウンベアリングクリアランス
タッチダウンラジアルベアリングの内径とローターシャフトの外径の差の半分、またはアキシャル タッチダウンベアリング(3.6.1) のスラスト面とシャフト肩部の間のアキシャルすきま
注記 1:これらのタッチダウンベアリングクリアランスは、 AMB システム (3.5.1) のローターとステーターの間のギャップより小さくする必要があります。
注記 2:タッチダウンベアリングのラジアルすきまについては、図 5 または図 6 のキー 3 を参照してください。
3.6.3
タッチダウンテスト
指定された速度で回転するローターを意図的に タッチダウンベアリング(3.6.1) 上に落下させwhere その性能を評価する試験
注記 1: その他の指定には、落下試験、着地試験、バックアップベアリング試験が含まれます。
3.6.4
無停電電源装置
UPSシステム
主電源障害時にAMB システム (3.5.1) に電力を供給するために使用できる貯蔵エネルギー源
3.6.5
タッチダウンベアリング対応マウント
取り付けられたラジアル タッチダウンベアリングに定義された剛性と減衰サポートを提供する柔軟な要素 (3.6.1)
注記 1:このサポートは、タッチダウンベアリング上で動作する際の振動応答を改善するために必要です。
3.6.6
タッチダウンベアリングのハードストップクリアランス
ラジアル タッチダウンベアリングのコンプライアントマウントの動きを制限するハードストップまでの移動距離 (3.6.1)
参考文献
| 1 | ISO 1101, 幾何製品仕様 (GPS) — 幾何公差 — 形状、方向、位置、および振れの公差 |
| 2 | ISO 2041, 機械振動、衝撃および状態の監視 — 語彙 |
| 3 | ISO 21940-2, 機械振動 - ローターバランシング - Part 2: 語彙 |
3 Terms and definitions
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
3.1 General terms
3.1.1
levitation
maintaining the position of a rotor by attractive or repulsive magnetic forces without mechanical contact
3.1.2
magnetic bearing
bearing which utilizes either attractive or repulsive magnetic forces for the levitation (3.1.1) and dynamic stabilization of a rotor
3.1.3
active magnetic bearing
AMB
means of supporting a rotor, without mechanical contact, using only attractive magnetic forces based upon servo feedback technology which normally consists of transducers, electromagnets, power amplifiers (3.5.3) , power supplies and controllers
Note 1 to entry: For rotating machinery equipped with active magnetic bearings, the graphical symbols for bearings are shown in Figure 1.
Figure 1 — Graphical symbols for bearings
Key
| 1 | angular ball bearing | 5 | thrust bushing |
| 2 | deep groove ball bearing | 6 | radial active magnetic bearing |
| 3 | thrust ball bearing | 7 | axial active magnetic bearing |
| 4 | radial bushing | ||
| a | With transducer. |
Figure 2 — Principle of active magnetic bearing
Key
| 1 | controller | 4 | power supply |
| 2 | power amplifier | 5 | rotor |
| 3 | electromagnet | 6 | displacement transducer |
3.1.4
passive magnetic bearing
means of supporting a rotor, without mechanical contact, using magnetic forces without feedback control
EXAMPLE:
Permanent magnetic bearing (3.1.5) , super-conducting magnetic bearing (3.1.6) .
3.1.5
permanent magnetic bearing
PMB
passive magnetic bearing (3.1.4) using one or several pairs of permanent magnets without feedback control
3.1.6
super-conducting magnetic bearing
SMB
passive magnetic bearing (3.1.4) using a pair of (high-temperature) super conductors and permanent magnets without feedback control, utilizing the so-called pinning force (attractive and repulsive forces)
3.1.7
hybrid magnetic bearing
HMB
bearing consisting of any combination of an active magnetic bearing (3.1.3) and passive magnetic bearing (3.1.4)
3.1.8
permanent-magnet-biased AMB
active magnetic bearing (3.1.3) in which the nominal (non-zero) or bias magnetic fluxes are established by one or more permanent magnets
3.1.9
radial magnetic bearing
magnetic bearing (3.1.2) which levitates a rotor in the radial direction and supports it against disturbances in the radial direction, such as unbalance forces, fluid forces or gravity
Figure 3 — Radial AMB assembly
Key
| 1 | radial coil | D | inner diameter of radial stator core |
| 2 | radial transducer | d | outer diameter of radial rotor core |
| 3 | radial transducer target | δr | nominal magnetic gap (D − d)/2 |
| 4 | radial rotor core | Lt | total bearing length (including coil windings) |
| 5 | axial centre of radial AMB | L | effective length of radial bearing |
| 6 | radial stator core | W | width of a magnetic pole |
| 7 | shaft | Ar | area of magnetic pole (Ar = WL) |
3.1.10
axial magnetic bearing
thrust magnetic bearing
magnetic bearing (3.1.2) which levitates a rotor in the axial direction and supports it against disturbances in the axial direction, such as fluid forces or gravity
Figure 4 — Axial AMB assembly
Key
| 1 | rotor | da | outer diameter of axial rotor disc |
| 2 | axial transducer target | Do | outer diameter of outer pole of axial stator |
| 3 | axial transducer | do | inner diameter of outer pole of axial stator |
| 4 | axial stator core | di | outer diameter of inner pole of axial stator |
| 5 | axial coil | Di | inner diameter of inner pole of axial stator |
| 6 | (clearance) centre of axial AMB | δa | nominal magnetic gap |
| 7 | axial rotor disc | Aa | area of the magnetic pole pair |
3.1.11
nominal magnetic gap
distance between the magnetic materials of the rotor and the stator inside the AMB (3.1.3) when the journal centre of the rotor is located in the clearance centre of the bearing stator
Note 1 to entry: See δr in Figure 3 for radial AMB, and δa in Figure 4 for axial AMB.
3.1.12
clearance centre of a radial AMB
geometric centre of a radial bearing stator
Figure 5 — Centres and centrelines of radial heteropolar AMB
Key
| 1 | axial centre of radial AMB | 7 | radial transducer target |
| 2 | magnetic gap of radial AMB | 8 | touch-down bearing |
| 3 | radial clearance of touch-down bearing | 9 | radial centre offset between radial touch-down bearing and AMB centre |
| 4 | journal (rotor) centreline of radial AMB | ||
| 5 | clearance centreline of radial AMB | 10 | radial centre of radial touch-down bearing |
| 6 | radial transducer |
NOTE Similar consideration applies to a radial homopolar AMB.
3.1.13
magnetic centre of a radial AMB
position of a rotor in a radial AMB (3.1.3) at which the net radial attractive forces exerted on the rotor go to zero for nominal currents or fluxes, and without any magnetic excitation or compensation forces
3.1.14
axial centre of a radial AMB
axial directional position of geometric centre of stator core (3.3.1)
Note 1 to entry: See Figure 5.
3.1.15
clearance centre of an axial AMB
clearance centre of a thrust AMB
axial position of the geometric centre of an (axial) thrust AMB (3.1.3) stator
Note 1 to entry: See Figure 4.
3.1.16
axial magnetic centre of an axial AMB
position of an axial rotor disc (3.2.2) in an axial AMB (3.1.3) at which the net axial attractive forces exerted on the rotor disc go to zero for nominal currents or fluxes, and without any magnetic excitation or compensation forces
3.1.17
clearance centreline of a radial AMB
line between the clearance centres of two radial AMBs (3.1.3) specified by the bearing stator configuration
Note 1 to entry: See Figure 5.
3.1.18
journal centreline of a radial AMB
geometric centreline between the journal centres of a radial AMB (3.1.3) rotor
Note 1 to entry: See Figure 5.
3.1.19
bearing span between radial AMBs
axial distance between the axial centres of two radial AMBs (3.1.3)
Figure 6 — Heteropolar-type radial AMB
Key
| 1 | bearing span between radial AMBs | ||
| 2 | magnetic radial clearance of radial AMB | ||
| 3 | radial clearance of touch-down bearing | ||
| 4 | axial clearance of touch-down bearing |
3.1.20
number of poles
sum of the south and north magnetic gap poles of an AMB (3.1.3)
Note 1 to entry: See Figure 7.
3.1.21
heteropolar-type radial AMB
radial AMB (3.1.3) in which the electromagnetic cross section has poles of different polarity, and the poles may have different polarity arrangements
Note 1 to entry: Polarity arrangements can be (N, S, N, S, ...), (N, S, S, N, ...), etc.
Note 2 to entry: See Figure 7 a).
3.1.22
homopolar-type radial AMB
radial AMB (3.1.3) whose electromagnet has more than one axial cross section, each having poles of a single polarity
Figure 7 — Number of poles of radial AMB
| a) Heteropolar type (8 poles) | b) Homopolar type (8 poles) |
Key
| X, Y | control axes |
3.1.23
effective length of a radial magnetic bearing
pole face axial length of a radial bearing stator for which the radial electromagnet is able to generate an attractive force exerted on the rotor
Figure 8 — Effective length of radial magnetic bearing, L
| a) Heteropolar type | b) Homopolar type |
3.1.24
projection area of a radial AMB
product dL of the radial bearing journal diameter (3.2.3) , d, and the effective bearing length, L
Note 1 to entry: See Figure 3.
3.1.25
area of one magnetic pole
cross-sectional area, A, of a magnetic pole which can generate an attractive force exerted on the rotor
Note 1 to entry: This is different from the projection area as defined in 3.1.24.
Note 2 to entry: See Ar in Figure 3 for radial AMB, and Aa in Figure 4 for axial AMB.
3.1.26
load capacity of an AMB
maximum force that an AMB (3.1.3) can generate on the rotor at its fixed centred position
Note 1 to entry: This is usually limited by the magnetic saturation of the ferromagnetic material of stator and rotor core, the maximum coil current available from the power amplifier (3.5.3) that drives the magnetizing coil (3.3.4) and the maximum driving voltage of the power amplifier.
Figure 9 — Load capacity of an AMB
Key
| X | frequency of magnetic force |
| Y | force |
| 1 | static load capacity: usually given by AMB temperature limit (or coil temperature limit) |
| 2 | peak transient load capacity: usually given by current limitations of the AMB |
| 3 | dynamic load capacity: given by the amplifier voltage limit and eddy current effects |
3.1.26.1
static load capacity of an AMB
Fmax
maximum load capacity for constant load over an unlimited time period of continuous operation
3.1.26.2
peak transient load capacity of an AMB
maximum load capacity over a limited time period
3.1.26.3
dynamic load capacity of an AMB
maximum allowed amplitude value for a periodic force generated by an AMB (3.1.3) as a function of frequency
3.1.27
load pressure of a radial AMB
p = Fmax/(dL)
3.1.28
number of control axes of an AMB
number of degrees of freedom of the rotor motion which are controlled by the AMB (3.1.3)
EXAMPLE:
- a) 1-axis-controlled AMB: an AMB which actively controls vibration and motion only for one degree of freedom of the rotor;
- b) 2-axis-controlled AMB: an AMB which actively controls vibration and motion for two degrees of freedom of the rotor;
- c) 3-axis-controlled AMB: an AMB which actively controls vibration and motion for three degrees of freedom of the rotor.
3.1.29
total AMB loss
sum of iron loss due to eddy currents and hysteresis in the rotor and the stator, copper loss (ohmic loss) in coils, windage loss on the bearing rotor surface and circuit loss in the electrical equipment (cable, electronic cabinet)
3.1.30
self-sensing AMB
active magnetic bearing (3.1.3) which includes the function of rotor position detection without the use of direct displacement transducers (3.4.3)
3.1.31
rise time
time required for an AMB (3.1.3) force to change from 10 % to 90 % of the peak transient load capacity (3.1.26.2)
3.1.32
dwell time
time that the peak transient force can remain at the peak level
3.1.33
non-collocation
situation in which radial transducers and electromagnets are not placed at the same axial location
Note 1 to entry: Figures 3 and 4 show the typical cases, and non-collocation often affects the plant dynamics.
3.1.34
coaxiality
geometric line positioning characteristic between AMB (3.1.3) and touch-down bearing (3.6.1) as well as between the AMBs
Note 1 to entry: Coaxiality is explained in ISO 1101.
3.1.35
concentricity
geometric point positioning characteristic between AMB (3.1.3) and touch-down bearing (3.6.1) as well as between the AMBs
Note 1 to entry: Concentricity is explained in ISO 1101.
3.2 Terms relating to rotors
3.2.1
radial rotor core
radial rotor journal
ferromagnetic portion of the rotating shaft on which the radial magnetic control forces are exerted, which is typically laminated
3.2.2
axial bearing disc
axial disc
axial rotor disc
thrust bearing disc
thrust disc
thrust rotor disc
ferromagnetic portion of the rotating shaft on which the axial magnetic forces are exerted
3.2.3
journal diameter
diameter of the radial magnetic bearing (3.1.9) rotor
Note 1 to entry: See d in Figure 3.
3.2.4
geometrical runout
mechanical runout
measured fictitious displacement of the rotating shaft due to the effect of the non-circularity and non-coaxiality of the shaft shape
3.2.5
electrical runout
position transducer runout
measured fictitious displacement of the rotating shaft due to the magnetic or electrical non-homogeneity of the position transducer target (3.4.6)
3.2.6
DN value
product dN of the diameter d (mm) and the rotor speed N (r/min)
a) the outer diameter of the rotor of a radial AMB if the stator is external to the rotor (see d in Figure 3);
b) the inner diameter of the rotor of a radial AMB if the rotor is external to the stator;
c) the outer diameter of the rotor of an axial AMB (see da in Figure 4).
3.3 Terms relating to stators
3.3.1
stator core
core of the stationary AMB (3.1.3) components made of ferromagnetic or other magnetically permeable materials
3.3.2
radial stator core
stationary section of the radial magnetic bearing (3.1.9) around which the magnetizing coil (3.3.4) is wound
3.3.3
axial stator core
thrust stator core
stationary section of the axial magnetic bearing (3.1.10) around which the magnetizing coil (3.3.4) is wound
3.3.4
magnetizing coil
coil used to generate the magnetic flux in the core material
3.3.5
radial coil
magnetizing coil (3.3.4) wound around the core of the radial bearing or the radial electromagnetic pole itself
3.3.6
axial coil
thrust coil
magnetizing coil (3.3.4) of an axial AMB (3.1.3)
3.3.7
allowed operating temperature
coil and lamination temperatures which allow for specified normal AMB (3.1.3) operation
3.4 Terms relating to position transducers
3.4.1
position measuring system
composition of devices comprising a sensor that responds to changes in the rotor/stator gap, an amplifier to excite the sensor and apply a gain to the response signal, and a signal post processing unit
3.4.2
shaft displacement
rotor centre displacement in the radial or axial direction measured from the nominal position, indicating a change of rotor position
Note 1 to entry: Shaft displacement is sometimes called shaft vibration, shaft movement or shaft motion.
Figure 10 — Current-force characteristic
| where | ||
| F1, F2 | is the attractive force generated by one electromagnet; | |
| Fb | is the total attractive force; | |
| I | is the control current; | |
| I0 | is the bias current; | |
| K | is the coefficient of the electromagnet; | |
| Ki | is the force/current gain; | |
| Ks | is the negative position stiffness; | |
| X | is the radial shaft displacement; | |
| δ0 | is the nominal magnetic gap. |
Key
| 1 | clearance centreline |
| NOTE Linearization of the total attractive force Fb is shown in terms of an AMB bias current I0, which could be set, typically, using a 2-quadrant power amplifier. |
3.4.3
displacement transducer
position transducer
transducer for the detection of shaft position without any mechanical contact
Note 1 to entry: See Figures 3 and 4.
EXAMPLE:
Eddy current transducer, inductive transducer, capacitive transducer, optical transducer, Hall effect transducer.
3.4.4
radial displacement transducer
radial position transducer
transducer for the detection of radial shaft position
Note 1 to entry: See Figures 3 and 5.
3.4.5
axial displacement transducer
axial position transducer
thrust displacement transducer
thrust position transducer
transducer for the detection of axial shaft position
Note 1 to entry: See Figure 4.
3.4.6
transducer target
area of rotating shaft where the position transducer (3.4.3) detects the displacement
Note 1 to entry: See Figures 3 and 4.
3.4.7
radial transducer target
radial target
area of rotating shaft where the radial position transducer (3.4.4) detects the displacement in the radial direction
Note 1 to entry: See Figure 3.
3.4.8
axial transducer target
axial target
area of rotating shaft where the axial position transducer (3.4.5) detects the displacement in the axial direction
Note 1 to entry: See Figure 4.
3.5 Terms relating to dynamics, control and electronics
3.5.1
AMB system
system consisting of a rotor, position transducers (3.4.3) or other means to detect rotor position, controller(s), power amplifiers (3.5.3) and electromagnets to levitate and support the rotor by attractive magnetic forces
Note 1 to entry: See Figures 2 and 11.
3.5.2
AMB controller
device which detects and processes the transducer signal and transfers it to the power amplifier (3.5.3) in order to regulate the magnetic attractive force to levitate the rotor
Figure 11 — Block diagram of an AMB system with a reference signal
Key
| 1 | position transducer | Fb | AMB force |
| 2 | AMB controller | Fd | disturbance force |
| 3 | power amplifier | X | displacement |
| 4 | force/current gain | Ki | force/current gain |
| 5 | mechanical plant rotor | Ks | negative position stiffness |
| 6 | negative position stiffness | a | Reference signal. |
| 7 | AMB actuator | b | Control signal. |
| 8 | AMB (including AMB actuator) | c | Control current. |
| d | Transducer signal. |
3.5.3
power amplifier
power output device which generates magnetizing coil (3.3.4) current in order to generate a magnetic control force
EXAMPLE:
Typical types of power amplifiers are linear power amplifier, analogue amplifier, pulse width modulating (PWM) amplifier, switching amplifier.
3.5.4
AMB current control
method of controlling AMB (3.1.3) using voltage input/current output power amplifiers (3.5.3) for the feedback actuator from power amplifier to electromagnetic current
3.5.5
AMB voltage control
method of controlling AMB (3.1.3) using voltage input/voltage output power amplifiers (3.5.3)
3.5.6
AMB bias current
I0
fixed d.c. coil current used to linearize the attractive force in relation to the current and the clearance of the AMB (3.1.3)
Note 1 to entry: See formulae in Figure 10.
3.5.7
negative position stiffness
Ks
<in the bias-linearized AMB actuator> position stiffness of the electromagnet due to bias current (3.5.6) at the nominal rotor position without an external load
Note 1 to entry:Ks is negative.
Note 2 to entry: See Figures 10 and 11.
3.5.8
closed-loop dynamic system stiffness
transfer function(s) of the Fd/X ratio of the AMB(s) (3.1.3) closed-loop system with the disturbance input force Fd and output displacement X
Note 1 to entry: See Figure 11.
3.5.9
closed-loop dynamic system compliance
reciprocal of the closed-loop dynamic system stiffness (3.5.8) , i.e. X/Fd
Note 1 to entry: See Figure 11.
3.5.10
open-loop AMB dynamic stiffness
transfer function of the Fb/X ratio of the AMB (3.1.3) open-loop system with the displacement input X and the bearing output force Fb, through the transducer, controller, power amplifier (3.5.3) and electromagnet
Note 1 to entry: The frequency-dependent bearing spring force is obtained by the real part of the complex ratio Fb/X, and the frequency-dependent bearing damping force is obtained by the imaginary part of the complex ratio Fb/X.
Note 2 to entry: See Figure 11.
3.5.11
AMB centralized control
control structure that has internal connections between the controller inputs and controller outputs for different degrees of freedom of the rotor
EXAMPLE:
| f | frequency, Hz | ||
| Y | controller gain, dB | ||
| 1 | frequency of rotation |
3.5.15
unbalance force rejection control
control method which allows the rotor to rotate around its principal axis of inertia while the transmitted unbalance force through the AMB (3.1.3) is minimized, which leads to minimized resulting vibration of the bearing casing
Note 1 to entry: Shaft vibration can increase.
Note 2 to entry: The “ABS” (automatic balancing system) or “N-cut” have the same function as the unbalance force rejection control (3.5.15) .
Figure 13 — Example of a controller transfer function for unbalance force rejection control
Key
| f | frequency, Hz | ||
| Y | controller gain, dB | ||
| 1 | frequency of rotation |
3.6 Terms relating to auxiliary equipment
3.6.1
touch-down bearing
bearing installed in the AMB system (3.5.1) , which is designed to limit the rotor motion and to prevent contact with the AMB stator or rotor surface due to overload, failure or deactivation of the AMB system
Note 1 to entry: Other designations include auxiliary bearing, back-up bearing, catcher bearing, emergency bearing and retainer bearing.
3.6.2
touch-down bearing clearance
half of the difference between the inner diameter of the touch-down radial bearing bore and the outer diameter of the rotor shaft, or the axial clearance between the thrust face of an axial touch-down bearing (3.6.1) and the shaft shoulder
Note 1 to entry: These touch-down bearing clearances need to be smaller than the gap between the rotor and stator in the AMB system (3.5.1) .
Note 2 to entry: For radial clearance of touch-down bearing, see key 3 in Figure 5 or Figure 6.
3.6.3
touch-down test
test where a rotor rotating at the designated speed is dropped intentionally on the touch-down bearings (3.6.1) in order to evaluate their performance
Note 1 to entry: Other designations include drop test, landing test, back-up bearing test.
3.6.4
uninterruptible power supply system
UPS system
source of stored energy that can be used to power the AMB system (3.5.1) during a mains power supply failure
3.6.5
touch-down bearing compliant mount
flexible element which provides a defined stiffness and damping support for a mounted radial touch-down bearing (3.6.1)
Note 1 to entry: This support is required in order to improve vibration response when running on touch-down bearings.
3.6.6
touch-down bearing hard-stop clearance
travel distance to a hard stop which limits the movement of the compliant mount of a radial touch-down bearing (3.6.1)
Bibliography
| 1 | ISO 1101, Geometrical product specifications (GPS) — Geometrical tolerancing — Tolerances of form, orientation, location and run-out |
| 2 | ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary |
| 3 | ISO 21940-2, Mechanical vibration — Rotor balancing — Part 2: Vocabulary |