JPH11201165A - 制御型磁気軸受装置 - Google Patents

制御型磁気軸受装置

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JPH11201165A
JPH11201165A JP10002707A JP270798A JPH11201165A JP H11201165 A JPH11201165 A JP H11201165A JP 10002707 A JP10002707 A JP 10002707A JP 270798 A JP270798 A JP 270798A JP H11201165 A JPH11201165 A JP H11201165A
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JP
Japan
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magnetic bearing
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electromagnets
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JP10002707A
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Hirotomo Kamiyama
拓知 上山
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Koyo Seiko Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • F16C2360/45Turbo-molecular pumps

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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁石制御装置の構成が簡単で安価であり、
しかもバイアス電流値の変更が容易な磁気軸受装置を提
供する。 【解決手段】 制御型磁気軸受装置は、回転体1を非接
触支持する1対の電磁石2、3と、回転体1の変位を検
出する変位検出装置4と、変位検出装置4からの変位検
出信号に基づいて電磁石2、3に供給する励磁電流を制
御する電磁石制御装置13とを備えている。電磁石制御装
置13は、ディジタル信号処理プロセッサで構成された制
御演算部14を備えている。制御演算部14は、変位検出信
号に基づいて電磁石2、3に対する制御電流値Icを演
算し、一定のバイアス電流値Ioと制御電流値Icを加算
した値を一方の励磁電流値とし、バイアス電流値Ioか
ら制御電流値Icを減算した値を他方の励磁電流値とし
て出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、たとえばターボ
分子ポンプなどに使用され、回転体を磁気軸受により磁
気的に非接触支持する制御型磁気軸受装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の制御型磁気軸受装置として、1
組のアキシアル磁気軸受と2組のラジアル磁気軸受とで
回転体を非接触支持するものが知られている。アキシア
ル磁気軸受は、回転体を1つのアキシアル制御軸(アキ
シアル方向の制御軸)方向の両側から挟むように配置さ
れた1対の電磁石を備えている。各ラジアル磁気軸受
は、互いに直交する2つのラジアル制御軸(ラジアル方
向の制御軸)のそれぞれについて、回転体をラジアル制
御軸方向の両側から挟むように配置された1対の電磁石
を備えている。各磁気軸受における各制御軸方向の1対
の電磁石には、電磁石制御装置から励磁電流が供給され
る。電磁石制御装置は、1つの制御軸方向の回転体の変
位を検出する変位検出装置からの変位検出信号に基づい
てその制御軸方向の1対の電磁石に供給する励磁電流を
制御するものであり、1対の電磁石に供給される励磁電
流は、一定のバイアス電流に対して、変位検出信号に応
じて変化する制御電流を加算あるいは減算したものであ
る。つまり、1対の電磁石の一方に供給される励磁電流
は、バイアス電流に制御電流を加算したものであり、他
方に供給される励磁電流は、バイアス電流から制御電流
を減算したものである。そして、電磁石制御装置は、変
位検出信号に基づいて1対の電磁石に対する制御電流値
を演算し、一定のバイアス電流値と上記制御電流値を加
算した値を一方の電磁石に対する励磁電流値とし、上記
バイアス電流値から上記制御電流値を減算した値を他方
の電磁石に対する励磁電流値とする。
【0003】図1は、回転体(1)を1つのラジアル制御
軸方向に非接触支持する1対の電磁石(2)(3)、回転体
(1)の上記制御軸方向の変位を検出する変位検出装置
(4)、および変位検出装置(1)の出力信号である変位検出
信号に基づいて電磁石(2)(3)に供給する励磁電流を制御
する従来の電磁石制御装置(5)の1例を示している。
【0004】1対の電磁石(2)(3)は、回転体(1)を上記
制御軸方向の両側から挟むように配置され、制御装置
(5)から供給される励磁電流により回転体(1)を上記制御
軸方向の反対側に吸引して非接触支持するようになって
いる。
【0005】変位検出装置(4)は、図示は省略したが、
回転体(1)を上記制御軸方向の両側から挟むように配置
された1対の位置センサを備えている。各位置センサは
回転体(1)との空隙(ギャップ)の大きさに比例した信
号を出力するものであり、変位検出装置(4)は、1対の
位置センサの一方の出力信号から他方の出力信号を減算
することにより、回転体(1)の上記制御軸方向の目標位
置に対する変位に比例した変位検出信号を制御装置(5)
に出力する。
【0006】電磁石制御装置(5)は、AD変換器(6)、制
御電流演算部(7)、DA変換器(8)、加算器(9)、減算器
(10)および2つの電力増幅器(11)(12)を備えている。
【0007】変位検出装置(4)からの変位検出信号は、
AD変換器(6)によりディジタル値に変換されて、制御
電流演算部(7)に入力する。制御電流演算部(7)はたとえ
ばディジタル信号処理プロセッサで構成されており、変
位検出信号に基づいて、たとえばPID演算により、電
磁石(2)(3)に対する制御電流値Icを演算する。制御電
流演算部(17)から出力される制御電流値IcはDA変換
器(8)によりアナログ値に変換されて、加算器(9)および
減算器(10)に供給される。加算器(9)および減算器(10)
には、制御電流値Icの他に、一定のバイアス電流値Io
が入力している。バイアス電流値Ioは、たとえば、ポ
テンショメータを調整することにより、所定の値に設定
されている。加算器(9)は、バイアス電流値Ioと制御電
流値Icを加算し、その結果得られた信号(Io+Ic)
を第1の励磁電流信号として第1の電力増幅器(11)に供
給する。第1の電力増幅器(11)は、第1の励磁電流信号
(Io+Ic)を増幅し、これに比例する励磁電流を第1
の電磁石(2)に供給する。減算器(10)は、バイアス電流
値Ioから制御電流値Icを減算し、その結果得られた信
号(Io−Ic)を第2の励磁電流信号として第2の電力
増幅器(12)に供給する。第2の電力増幅器(12)は、第2
の励磁電流信号(Io−Ic)を増幅し、これに比例する
励磁電流を第2の電磁石(3)に供給する。その結果、回
転体(1)が上記制御軸方向の目標位置に支持される。
【0008】上記のような従来の電磁石制御装置(5)で
は、制御電流演算部(7)で演算したディジタルの制御電
流値Icをアナログ値に変換した後にバイアス電流値Io
との加算あるいは減算を行っているため、次のような問
題がある。
【0009】まず、制御電流演算部(7)で演算された制
御電流値Icは、変位検出信号の極性すなわち回転体(1)
の変位の方向により変化し、正負両方の極性をとりう
る。このため、DA変換器(8)として高価な両極性入力
のDA変換器を用いる必要がある。また、バイアス電流
値Ioを設定するためのポテンショメータなどのアナロ
グ機器、バイアス電流値Ioと制御電流値Icとのアナロ
グ的な加算、減算を行うための加算器(9)、減算器(10)
というアナログ回路が必要である。このため、電磁石制
御装置(5)が高価なものになる。さらに、バイアス電流
値Ioはポテンショメータなどによって設定されるた
め、バイアス電流値Ioの変更が面倒であり、とくに磁
気軸受装置の運転中にバイアス電流値Ioを変更するこ
とはきわめて困難である。
【0010】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
電磁石制御手段の構成が簡単で安価であり、しかもバイ
アス電流値の変更が容易な磁気軸受装置を提供すること
にある。
【0011】
【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による磁気軸受装置は、回転体を1つの制御軸方向の
両側から挟んで前記制御軸方向に非接触支持する1対の
電磁石と、前記回転体の前記制御軸方向の変位を検出す
る変位検出手段と、前記変位検出手段からの変位検出信
号に基づいて前記1対の電磁石に供給する励磁電流を制
御する電磁石制御手段とを備えている制御型磁気軸受装
置において、前記電磁石制御手段が、前記変位検出信号
に基づいて前記1対の電磁石に対する制御電流値を演算
し、一定のバイアス電流値と前記制御電流値を加算した
値を一方の励磁電流値とし、前記バイアス電流値から前
記制御電流値を減算した値を他方の励磁電流値として出
力するディジタル処理手段を備えていることを特徴とす
るものである。
【0012】ディジタル処理手段としては、たとえばM
PU(マイクロプロセッサ)、ディジタル信号処理プロ
セッサなどが使用される。ディジタル信号処理プロセッ
サ(Digital Signal Processor)とは、ディジタル信号
を入力してディジタル信号を出力し、ソフトウェアプロ
グラムが可能で、高速実時間処理が可能な専用ハードウ
ェアをさす。なお、以下、これを「DSP」と略すこと
にする。
【0013】ディジタル処理手段において演算された2
つの励磁電流値は、DA変換器によりアナログ値に変換
されて、励磁電流信号として電力増幅器に供給される。
【0014】変位検出信号に基づく制御電流値の演算、
バイアス電流値の設定、バイアス電流値に対する制御電
流値の加算、減算がディジタル処理手段によりディジタ
ル的に行われるので、従来のようなポテンショメータ、
加算器、減算器などのアナログ機器、アナログ回路が不
要である。また、ディジタル処理手段からDA変換器に
供給される2つの励磁電流値は、すでにバイアス電流値
に対する制御電流値の加算、減算が行われたものである
から、これら2つの励磁電流値の極性は同一でかつ一定
であり、DA変換器として、安価な単極性入力のDA変
換器を用いることができる。したがって、電磁石制御手
段の構成が簡単で、これを安価に製作することができ
る。さらに、バイアス電流値は、ディジタル処理手段に
接続された不揮発性メモリなどに記憶しておくことがで
きるので、バイアス電流値の変更が簡単であり、磁気軸
受装置の運転中でも、必要に応じて、バイアス電流値を
容易に変更することができる。
【0015】たとえば、前記ディジタル処理手段に不揮
発性メモリが接続され、前記不揮発性メモリに前記バイ
アス電流値が記憶されている。
【0016】たとえば、前記不揮発性メモリがパソコン
(パーソナルコンピュータ)などのコンピュータに接続
され、前記コンピュータにより前記不揮発性メモリに記
憶されているバイアス電流値が書き替えられる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図2を参照して、この発明
の実施形態について説明する。
【0018】図2は図1の相当する図面であり、図2に
おいて、図1のものと同じ部分には同一の符号を付して
いる。
【0019】この実施形態の場合、電磁石制御装置(電
磁石制御手段)(13)は、AD変換器(6)、制御演算部(1
4)、DA変換器(15)および2つの電力増幅器(11)(12)を
備えている。制御演算部(14)はDSPで構成されてお
り、これにはROM(16)および不揮発性メモリであるフ
ラッシュメモリ(17)が接続されている。また、フラッシ
ュメモリ(17)が、シリアル通信ボード(18)およびケーブ
ル(19)を介してパソコン(20)に接続されている。ROM
(16)には、制御演算部(14)における処理プログラムなど
が格納されている。フラッシュメモリ(17)には、バイア
ス電流値Ioを記憶したテーブル(20)、磁気軸受の制御
パラメータを記憶したテーブル(図示略)などが格納さ
れている。
【0020】制御演算部(14)は、機能的には、制御電流
演算手段(22)および励磁電流演算手段(23)を備えてい
る。制御電流演算手段(22)は、従来例を示す図1の制御
電流演算部(6)と同様、変位検出装置(変位検出手段)
(4)からの変位検出信号をAD変換器(6)でディジタル化
した変位検出値に基づいて、電磁石(2)(3)に対する制御
電流値Icを演算する。励磁電流演算手段(23)は、フラ
ッシュメモリ(17)に記憶されているバイアス電流値Io
と制御電流演算手段(22)で演算された制御電流値Icを
加算し、その結果得られた値(Io+Ic)を第1の励磁
電流値としてDA変換器(15)に出力するとともに、上記
バイアス電流値Ioから上記制御電流値Icを減算し、そ
の結果得られた値(Io−Ic)を第2の励磁電流値とし
てDA変換器(15)に出力する。第1の励磁電流値(Io
+Ic)はDA変換器(15)によりアナログ信号に変換さ
れて、第1の励磁電流信号(Io+Ic)として第1の電
力増幅器(11)に供給され、第1の電力増幅器(11)は第1
の励磁電流信号(Io+Ic)を増幅し、これに比例する
励磁電流を第1の電磁石(2)に供給する。第2の励磁電
流値(Io−Ic)はDA変換器(15)によりアナログ信号
に変換されて、第2の励磁電流信号(Io−Ic)として
第2の電力増幅器(12)に供給され、第2の電力増幅器(1
2)は第2の励磁電流信号(Io−Ic)を増幅し、これに
比例する励磁電流を第2の電磁石(3)に供給する。
【0021】バイアス電流値Ioは正の値であり、その
絶対値は制御電流値Icの絶対値より大きい。したがっ
て、制御演算部(14)からDA変換器(15)に供給される第
1の励磁電流値(Io+Ic)および第2の励磁電流値
(Io−Ic)は、常に正の値であり、DA変換器(15)と
して、安価な正の単極性入力のDA変換器を用いること
ができる。
【0022】バイアス電流値Ioを変更する必要がある
ときは、パソコン(20)により、フラッシュメモリ(17)の
テーブル(20)の内容を書き替えることができる。また、
必要に応じて、パソコン(20)により、フラッシュメモリ
(17)のテーブルに記憶された磁気軸受の制御パラメータ
などを書き替えることもできる。しかしながら、電磁石
制御装置(13)は、パソコンなどのコンピュータに接続さ
れなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、従来例を示す磁気軸受装置の主要部の
構成図である。
【図2】図2は、この発明の実施形態を示す磁気軸受装
置の主要部の構成図である。
【符号の説明】
(1) 回転体 (2)(3) 電磁石 (4) 変位検出装置 (13) 電磁石制御装置 (14) 制御演算部 (17) フラッシュメモリ (20) パソコン (22) 制御電流演算手段 (23) 励磁電流演算手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転体を1つの制御軸方向の両側から挟ん
    で前記制御軸方向に非接触支持する1対の電磁石と、前
    記回転体の前記制御軸方向の変位を検出する変位検出手
    段と、前記変位検出手段からの変位検出信号に基づいて
    前記1対の電磁石に供給する励磁電流を制御する電磁石
    制御手段とを備えている制御型磁気軸受装置において、 前記電磁石制御手段が、前記変位検出信号に基づいて前
    記1対の電磁石に対する制御電流値を演算し、一定のバ
    イアス電流値と前記制御電流値を加算した値を一方の励
    磁電流値とし、前記バイアス電流値から前記制御電流値
    を減算した値を他方の励磁電流値として出力するディジ
    タル処理手段を備えていることを特徴とする制御型磁気
    軸受装置。
  2. 【請求項2】前記ディジタル処理手段に不揮発性メモリ
    が接続され、前記不揮発性メモリに前記バイアス電流値
    が記憶されていることを特徴とする請求項1の制御型磁
    気軸受装置。
  3. 【請求項3】前記不揮発性メモリがコンピュータに接続
    され、前記コンピュータにより前記不揮発性メモリに記
    憶されているバイアス電流値が書き替えられることを特
    徴とする請求項2の制御型磁気軸受装置。
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