JPH02168018A - 磁気軸受装置の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は磁気軸受装置の制御回路に関し、特に、ター
ボ分子ポンプなどの主軸を軸受けする磁気軸受装置の制
御回路に関する。

［従来の技術］ 最近、ターボ分子ポンプなどの慣性モーメントの大きな
主軸を高速回転で駆動させるような用途に、その軸受と
して制御式磁気軸受装置を用いるスピンドルが用いられ
てきている。このような慣性モーメントの大きな主軸を
高速回転で使用する場合、主軸回転数と固有振動数との
関係を示す第４図から明らかなように、ジャイロ効果に
より主軸系の持つ剛体モードａの固有振動数および曲げ
モードｂの固有振動数が、その主軸回転数が上昇するに
従って、それぞれ低周波側および高周波側に分岐すると
いう現象が見られる。

［発明が解決しようとする課題］ このような主軸系のラジアル方向支持に制御式ラジアル
磁気軸受を用いる場合、上述の４つのすべての固有振動
に対して、制御系の安定性を考慮した制御系の構築を図
る必要がある。そこで、従来ではこれら主軸回転数によ
って変化する４個の固有振動数の周波数可変範囲を考慮
し、広範囲の周波数において、これら固有振動で制御系
の不安定を招かぬように、制御式ラジアル磁気軸受の制
御回路・にダンピング機能を持たせていた。

このダンピング機能は、一般に、第５図（ａ）。

（ｂ）に示すボード線図のように、制御回路の伝達特性
位相進み遅れ補償を付加するものである。

この補償方法によって広範囲の周波数領域のダンピング
機能を持たせると、高周波領域の制御系ゲインが高めら
れ、動剛性を増加してしまう。したがって、主軸系の動
バランスを十分とっておかなければ、主軸回転上昇のた
めに、磁気軸受制御のための電源に高い電圧を必要とす
るという欠点があった。しかも、磁気軸受の剛性が高い
ため、主軸回転時の回転同期成分の振動が増加するとい
う不具合点も生じていた。

それゆえに、この発明の主たる目的は、制御系ゲインや
動剛性を高めすぎることなく、スピンドルの持つ剛体モ
ードおよび曲げモードの固有振動に対して、適切なダン
ピング機能を付加するようにした磁気軸受装置の制御回
路を提供することである。

［課題を解決するための手段］ この発明は主軸の回転数を検出する手段を有し、主軸回
転数によって変化する複数の臨界周波数を生ずる能動型
磁気軸受装置の制御回路であって、主軸回転数に応じて
変化する複数の臨界周波数近傍に中心周波数を有するバ
ンドパスフィルタを設け、このバンドパスフィルタの出
力を主軸の変位信号に加算して磁気軸受装置を制御する
ように構成したものである。

［作用コ この発明に係る磁気軸受装置の制御回路は、主軸回転数
に応じて変化する複数の臨界周波数の近傍に中心周波数
を有するバンドパスフィルタの出力を変位信号に加算す
ることにより、ダンピング機能を付加することができる
。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例のブロック図であり、第２
図はこの発明の一実施例の動作を説明するためのボード
線図である。

第１図において、主制御回路１には主軸の変位を示す変
位信号が与えられる。この変位信号は７ｕ圧同調バンド
パスフイルタ１１．１２．１３および１４にも与えられ
る。これらの電圧同調バンドパスフィルタ１１．１２．
１３および１４は与えられた電圧に応じて、その中心周
波数が決定されるものである。各電圧同調バンドパスフ
ィルタ１１．１２．１３および１４に与えられる電圧は
、演算回路４によって決定される。

演算回路４には、回転数検出回路（図示せず）から出力
された回転パルスがＦ／Ｖ変換回路３によって電圧に変
換されて与えられる。電圧同調バンドパスフィルタ１１
，１２．１３および１４は、主軸回転数ω（Ｈｚ）での
固有振動ω１．ω２゜ω１．ω４（Ｈ２）の４カ所固有
振動域においてダンピングを与えるためのものである。

すなわち、第２図に示すように、主軸回転数がω（Ｈｚ
）のとき、固有振動へのダンピング機能はω７．ω２゜
ω１．ω４　　（Ｈ２）の４カ所のみに与えればよく、
この４カ所の周波数域にのみダンピング機能を持たせる
。

主軸回転数とダンピングを与えたい周波数との関係は前
述の第５図に示すように、予め制御対象の伝達関数を測
定することによって求めることが可能であるため、主軸
回転数ωとそのときのダンピングを与えたい周波数との
関係を用い、演算回路４を設計することにより、各電圧
同調バンドパスフィルタ１１，１２．１３および１４を
所望の中心周波数を持つフィルタに設定できることにな
る。これらの各電圧同調バンドパスフィルタ１１゜１２
．１３および１４のそれぞれの出力は加算回路２によっ
て主制御回路１の出力に加算される。

このように、バンドパスフィルタ１１，１２．１３およ
び１４を用いることにより、第２図（ａ）に示すように
、各固有振動数に対して高周波領域での制御系ゲインを
高める必要がなく、第２図（ｂ）に示すように、制御系
伝達関数での位相を進めてダンピングを与えることがで
きる。

なお、上述の実施例では、４つのすべての固有振動に対
してダンピングを与えるようにしたが、主軸系の持つ力
学的パラメータによっては、回転上昇に伴って、上昇す
る曲げモードの固有振動数に対してはダンピングを与え
る必要がなかったり、同様にして、他のモードの固有振
動に対してもダンピングを与える必要性がないことがあ
るため、そのときには制御系の不安定類となる固有振動
のみにダンピングを与えるようにしてもよい。

また、第１図に示した実施例は、電圧同調バンドパスフ
ィルタ１１．．１２．１３および１４を用いて、回転数
に応じてフィルタの中心周波数を連続的に変化させるよ
うにしたが、固有振動数の変化が主軸回転周波数によっ
て急激に変化しなければ、別にフィルタの中心周波数を
連続的に変化させなくてもよい。なぜならば、フィルタ
の持つ特性として、この特定周波数のみにダンピングを
持たせることは困難であり、成る周波数領域にダンピン
グを持つため、たとえば、前述の第２図に示したω、に
中心周波数を持つダンパについては、ω１′〜ω１′ま
でダンピング機能を持つことになる。よって、このω１
′〜ω１′に固有振動数が存在するときには、全くダン
パの中心周波数は変化させる必要がない。このため、主
軸回転数が大きく変化し、それによって変化する固有振
動数がこのダンパよりダンピングが効かせられなくなっ
て初めてダンパの中心周波数を動かせばダンピングとし
ては十分と考えられる。

なお、ダンピングを与えたい周波数のゲインを′高め、
位相を進めて局所的にダンピングを与えるようにするも
のであれば何でもよい。たとえば、単なる位Ｆ目進み遅
れ回路であっても、第３図（ｂ）に示すように、位相進
み領域を非常に狭くし、第３図（ａ）に示すように、高
周波側のゲイン上昇分を極力小さくするようにしてもよ
い。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、主軸回転数に応じて
変化する複数の臨界周波数の近傍に中心周波数をａする
バンドパスフィルタを設け、このバンドパスフィルタの
出力を変位信号に加算して磁気軸受装置を制御するよう
にしたので、制御系ゲインや動剛性を高めすぎることな
く、スピンドルの持つ剛体モードおよび曲げモードの固
有振動に対し、適切なるダンピング機能を付加すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図である。第２
図は第１図に示した実施例のボード線図である。第３図
はこの発明のさらに他の実施例におけるボート線図であ
る。第４図は従来の磁気軸受装置における主軸回転数と
固有振動数との関係を示す図である。第５図は従来の磁
気軸受装置の制御回路のボード線図である。 図において、１は主制御回路、２は加算回路、３はＦ／
Ｖ変換回路、４は演算回路、１１ないし１４は電圧同調
バンドパスフィルタを示す。 第１図 特許出願人　エヌ・チー・エヌ東洋ベアリング株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主軸の回転数を検出する手段を有し、主軸回転数によっ
   て変化する複数の臨界周波数を生ずる能動型磁気軸受装
   置の制御回路において、 前記主軸回転数に応じて変化する前記複数の臨界周波数
   近傍に中心周波数を有するバンドパスフィルタを設け、 前記バンドパスフィルタの出力を前記主軸の変位信号に
   加算して前記磁気軸受装置を制御するようにしたことを
   特徴とする、磁気軸受装置の制御回路。