JPH11294454A

JPH11294454A - 制御型磁気軸受装置

Info

Publication number: JPH11294454A
Application number: JP10097555A
Authority: JP
Inventors: Hirotomo Kamiyama; 拓知上山
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-26
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: JP3785521B2

Abstract

(57)【要約】【課題】機械本体の形式を自動的に識別できるように
する。【解決手段】制御型磁気軸受装置は、変位センサ23、
24、25および電磁石により回転体５を非接触支持する磁
気軸受６、７、８を有する機械本体１と、電磁石に供給
する励磁電流を制御するコントローラ２とを備えてい
る。コントローラ２が、ディジタル変位信号に基づいて
励磁電流を制御するためのディジタル制御信号を出力す
るディジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）18を備えて
いる。ＤＳＰ18が、機械本体１の形式を識別する識別手
段を備えている。識別手段が、回転体５を所定の目標位
置に非接触支持した後に目標位置を変更し、このときの
回転体５の応答状況に基づいて機械本体１の形式を識別
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非
接触支持して回転させ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、機
械本体と、機械本体にケーブルを介して接続されるコン
トローラとを備えているものが知られている。

【０００３】機械本体には、回転体の軸方向および径方
向の変位を検出するための複数の変位センサ、回転体を
対をなす電磁石の磁気吸引力により軸方向および径方向
に非接触支持する複数組の磁気軸受、回転体を回転させ
る電動モータ、回転体の可動範囲を規制する保護軸受な
どが設けられている。保護軸受は、回転体の軸方向およ
び径方向の可動範囲を規制し、磁気軸受による支持力が
なくなったときに回転体を機械的に支持する。

【０００４】コントローラは、所定の制御パラメータを
用い、変位センサの出力に基づいて電磁石に供給する励
磁電流を制御する。

【０００５】このような磁気軸受装置においては、用途
によって機械本体の形式が異なり、機械本体の形式が変
わると、コントローラにおける制御パラメータを変える
必要がある。機械本体の形式は、回転体の種類（重量、
固有振動数、重心位置など）、電磁石の種類、回転体と
電磁石および変位センサとの位置関係などによって変わ
る。このため、従来は、形式の異なる複数種類の機械本
体と、制御パラメータの異なる複数種類のコントローラ
とを準備し、用途によりこれらを組合わせて使用してい
た。

【０００６】ところが、このようにすると、機械本体の
形式に合わせて他種類のコントローラを準備する必要が
あり、不経済である。また、機械本体とコントローラと
の組合わせを誤ると、制御パラメータが不適切で、磁気
軸受による回転体の位置の制御が不安定になることがあ
る。このような不都合をなくすには、機械本体とコント
ローラを接続したときに、コントローラにより機械本体
の形式を自動的に識別して、コントローラが機械本体に
適合したものであるかどうかをチェックできるようにす
るのが望ましいが、従来の磁気軸受装置は、コントロー
ラにおける制御はアナログＰＩＤ制御が主であり、変位
センサからの入力信号に対する電磁石への出力信号を出
力するだけの機能しか備えていないため、機械本体の形
式の識別は不可能であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、機
械本体の形式を自動的に識別できる制御型磁気軸受装置
を提供することにある。

【０００８】この発明の目的は、また、機械本体の形式
に合わせて制御パラメータを変えることができる制御型
磁気軸受装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
１の制御型磁気軸受装置は、回転体の変位を検出するた
めの複数の変位センサおよび前記回転体を対をなす電磁
石の磁気吸引力により所定の目標位置に非接触支持する
複数組の磁気軸受を有する機械本体と、前記変位センサ
の出力に基づいて前記電磁石に供給する励磁電流を制御
する電磁石制御手段を有するコントローラとを備えてい
る制御型磁気軸受装置において、前記電磁石制御手段
が、前記変位センサの出力から求められた前記回転体の
変位を表わすディジタル変位信号に基づいて前記励磁電
流を制御するためのディジタル制御信号を出力するソフ
トウェアプログラムが可能なディジタル処理手段を備え
ており、前記ディジタル処理手段が、前記機械本体の形
式を識別する識別手段を備え、前記識別手段が、前記回
転体を所定の目標位置に非接触支持した後に目標位置を
変更し、このときの前記回転体の応答状況に基づいて前
記機械本体の形式を識別するものであることを特徴とす
るものである。

【００１０】請求項２の制御型磁気軸受装置は、回転体
の変位を検出するための複数の変位センサおよび前記回
転体を対をなす電磁石の磁気吸引力により所定の目標位
置に非接触支持する複数組の磁気軸受を有する機械本体
と、制御パラメータを用い前記変位センサの出力に基づ
いて前記電磁石に供給する励磁電流を制御する電磁石制
御手段を有するコントローラ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、前記制御パ
ラメータを用い前記変位センサの出力から求められた前
記回転体の変位を表わすディジタル変位信号に基づいて
前記励磁電流を制御するためのディジタル制御信号を出
力するソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理
手段と、不揮発性記憶装置とを備えており、前記不揮発
性記憶装置に、識別用の制御パラメータと、前記機械本
体の各形式に対応する複数組の運転用の制御パラメータ
とが記憶されており、前記ディジタル処理手段が、前記
機械本体の形式を識別し前記不揮発性記憶装置からその
識別結果に対応する前記運転用の制御パラメータを選択
する識別手段を備え、前記識別手段が、前記識別用の制
御パラメータを用いて前記回転体を所定の目標位置に非
接触支持した後に目標位置を変更し、このときの前記回
転体の応答状況に基づいて前記機械本体の形式を識別す
るものであることを特徴とするものである。

【００１１】ソフトウェアプログラムが可能なディジタ
ル処理手段としては、たとえばＭＰＵ（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 P
rocessor）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。

【００１２】不揮発性記憶装置としては、たとえば、フ
ラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭなど、適当なものが使用さ
れる。

【００１３】機械本体の形式が変わると、回転体の目標
位置を変更したときの回転体の応答状況が変わるので、
このときの回転体の応答状況を調べることにより、機械
本体の形式を識別することができる。したがって、請求
項１および２の発明によれば、コントローラの電磁石制
御手段により機械本体の形式を自動的に識別することが
できる。そして、この識別結果に基づいて、コントロー
ラが機械本体に適合したものかどうかをチェックするこ
とができる。

【００１４】請求項２の発明によれば、機械本体の識別
結果に基づいて、不揮発性記憶装置に記憶されている複
数組の運転用の制御パラメータから機械本体に適合した
ものを自動的に選択して使用することができる。このた
め、１種類のコントローラを複数種類の機械本体に使用
することができ、準備しておくコントローラの種類が少
なくてすみ、経済的である。

【００１５】たとえば、前記識別手段が、前記ディジタ
ル変位信号に所定のディジタル識別用信号を加算するこ
とにより前記回転体の目標位置を変更し、そのときの前
記ディジタル変位信号から前記回転体の応答状況を求め
るものである。

【００１６】このようにすれば、ディジタル信号の加算
を行うだけで簡単に目標位置を変更することができる。

【００１７】たとえば、前記ディジタル識別用信号が、
ステップ波信号である。

【００１８】機械本体の形式が変わると、回転体の過渡
応答も変わる。したがって、ディジタル変位信号にステ
ップ波信号を加算して目標値をステップ状に変化させ、
そのときの応答（過渡応答）状況を調べることにより、
回転体の形式を識別することができる。

【００１９】たとえば、前記ディジタル識別用信号が、
一定周波数の正弦波信号である。

【００２０】たとえば、前記ディジタル識別用信号が、
可変周波数の正弦波信号である。

【００２１】機械本体の形式が変わると、回転体の周波
数応答も変わる。したがって、ディジタル変位信号に正
弦波信号を加算して目標値を周期的に変化させ、そのと
きの応答（周波数応答）状況を調べることにより、回転
体の形式を識別することができる。とくに、可変周波数
の正弦波信号を用いる場合は、複数の周波数の正弦波信
号に対する周波数応答を調べることにより、機械本体の
形式を正確に識別することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。

【００２３】図１は制御型磁気軸受装置の機械的部分の
主要部を示す縦断面図、図２は同横断面図、図３はその
電気的構成の１例を示すブロック図である。

【００２４】磁気軸受装置は、ケーブルにより接続され
た機械本体(1)およびコントローラ(2)を備えており、コ
ントローラ(2)にパソコン(3)が接続されている。

【００２５】磁気軸受装置は、鉛直円筒状のケーシング
(4)の内側で鉛直軸状の回転体(5)が回転する縦型のもの
である。以下の説明において、回転体(5)の軸方向（鉛
直方向）の制御軸（アキシアル制御軸）をＺ軸、Ｚ軸と
直交するとともに互いに直交する２つの径方向（水平方
向）の制御軸（ラジアル制御軸）をＸ軸およびＹ軸とす
る。

【００２６】機械本体(1)には、回転体(5)を軸方向に非
接触支持する１組のアキシアル磁気軸受(6)、回転体(5)
を径方向に非接触支持する上下２組のラジアル磁気軸受
(7)(8)、回転体(5)の軸方向および径方向の変位を検出
するための変位検出部(9)、回転体(5)を高速回転させる
ためのビルトイン型電動モータ(10)、ならびに回転体
(5)の軸方向および径方向の可動範囲を規制して回転体
(5)を磁気軸受(6)(7)(8)で支持できなくなったときなど
に可動範囲の極限位置において回転体(5)を機械的に支
持する規制手段としての上下２組の保護軸受(11)(12)が
設けられている。

【００２７】コントローラ(2)には、センサ回路(13)、
磁気軸受駆動回路(14)、インバータ(15)、ＤＳＰボード
(16)およびシリアル通信ボード(17)が設けられ、ＤＳＰ
ボード(16)には、ディジタル処理手段としてのＤＳＰ(1
8)、ＲＯＭ(31)、不揮発性記憶装置としてのフラッシュ
メモリ(19)、Ａ／Ｄ変換器(20)およびＤ／Ａ変換器(21)
が設けられている。コントローラ(2)とパソコン(3)は互
いに離れた場所に設置され、フラッシュメモリ(19)とパ
ソコン(3)が通信ボード(17)とケーブル(22)を介して接
続されている。

【００２８】変位検出部(9)は、回転体(5)の軸方向の変
位を検出するための１個のアキシアル変位センサ(23)、
および回転体(5)の径方向の変位を検出するための上下
２組のラジアル変位センサユニット(24)(25)を備えてい
る。

【００２９】アキシアル磁気軸受(6)は、回転体(5)の下
部に一体に形成されたフランジ部(5a)をＺ軸方向の両側
から挟むように配置された１対のアキシアル電磁石(26
a)(26b)を備えている。アキシアル電磁石は、符号(26)
で総称する。

【００３０】アキシアル変位センサ(23)は、回転体(5)
の下端面にＺ軸方向の下側から対向するように配置さ
れ、回転体(5)の下端面との距離（空隙）に比例する距
離信号を出力する。

【００３１】２組のラジアル磁気軸受(7)(8)は、アキシ
アル磁気軸受(6)の上側において上下方向に所定の間隔
をおいて配置されており、これらの間にモータ(10)が配
置されている。上側のラジアル磁気軸受(7)は、回転体
(5)をＸ軸方向の両側から挟むように配置された１対の
ラジアル電磁石(27a)(27b)、および回転体(5)をＹ軸方
向の両側から挟むように配置された１対のラジアル電磁
石(27c)(27d)を備えている。これらのラジアル電磁石
は、符号(27)で総称する。同様に、下側のラジアル電磁
石(8)も、２対のラジアル電磁石(28a)(28b)(28c)(28d)
を備えている。これらのラジアル電磁石も、符号(28)で
総称する。

【００３２】上側のラジアル変位センサユニット(24)
は、上側のラジアル磁気軸受(7)の近傍に配置されてお
り、Ｘ軸方向の電磁石(27a)(27b)の近傍においてＸ軸方
向の両側から回転体(5)を挟むように配置された１対の
ラジアル変位センサ(29a)(29b)、およびＹ軸方向の電磁
石(27c)(27d)の近傍においてＹ軸方向の両側から回転体
(5)を挟むように配置された１対のラジアル変位センサ
(29c)(29d)を備えている。これらのラジアル変位センサ
は、符号(29)で総称する。同様に、下側のラジアル変位
センサユニット(25)は、下側のラジアル磁気軸受(8)の
近傍に配置されており、２対のラジアル変位センサ(30
a)(30b)(30c)(30d)を備えている。これらのラジアル変
位センサも、符号(30)で総称する。各ラジアル変位セン
サ(29)(30)は、回転体(5)の外周面との距離に比例する
距離信号を出力する。

【００３３】電磁石(26)(27)(28)および変位センサ(23)
(29)(30)は、ケーシング(4)に固定されている。

【００３４】コントローラ(2)のＲＯＭ(31)には、ＤＳ
Ｐ(18)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(19)には、磁気軸受(6)(7)(8)の制御
パラメータを記憶した制御パラメータテーブル、後述す
る識別用信号のデータ（目標位置データ）を記憶した識
別用信号テーブル、後述するバイアス電流値を記憶した
バイアス電流値テーブルなどが設けられている。制御パ
ラメータテーブルには、識別用の仮の制御パラメータお
よび機械本体(1)の複数の形式にそれぞれ対応する複数
組の運転用の制御パラメータが記憶されている。この実
施形態の場合、識別用信号テーブルには、目標位置デー
タとしてＺ軸方向の一定のステップ波信号データＺaが
記憶されている。これらのテーブルの内容は、パソコン
(3)を用いて書き替えることができる。

【００３５】センサ回路(13)は、変位検出部(9)の各変
位センサ(23)(29)(30)を駆動し、各変位センサ(23)(29)
(30)の出力に基づいて、回転体(5)のＺ軸方向の変位、
ならびに上下のラジアル変位センサユニット(24)(25)の
部分におけるＸ軸方向およびＹ軸方向の変位を演算し、
その演算結果である変位信号をＡ／Ｄ変換器(20)を介し
てＤＳＰ(18)に出力する。

【００３６】ＤＳＰ(18)は、Ａ／Ｄ変換器(20)から入力
する回転体(5)の変位を表わすディジタル変位信号に基
づいて、各磁気軸受(6)(7)(8)の各電磁石(26)(27)(28)
に対する励磁電流信号をＤ／Ａ変換器(21)を介して磁気
軸受駆動回路(14)に出力する。そして、駆動回路(14)
は、ＤＳＰ(18)からの励磁電流信号に基づく励磁電流を
対応する磁気軸受(6)(7)(8)の電磁石(26)(27)(28)に供
給し、これにより、回転体(5)が所定の目標位置に非接
触支持される。

【００３７】ＤＳＰ(18)は、また、モータ(10)に対する
回転数指令信号をインバータ(15)に出力し、インバータ
(15)は、この信号に基づいて、モータ(10)の回転数を制
御する。そして、その結果、回転体(5)が、磁気軸受(6)
(7)(8)により目標位置に非接触支持された状態で、モー
タ(10)により高速回転させられる。

【００３８】コントローラ(2)により、変位センサ(23)
(29)(30)の出力に基づいて各磁気軸受(6)(7)(8)の電磁
石(26)(27)(28)に供給する励磁電流を制御する電磁石制
御手段が構成されている。

【００３９】図４は、コントローラ(2)の構成のうち、
アキシアル磁気軸受(6)における１対のアキシアル電磁
石(26a)(26b)の制御に関する部分だけを示したものであ
る。次に、図４を参照して、コントローラ(2)による上
記の１対のアキシアル電磁石(26a)(26b)の制御について
説明する。

【００４０】まず、センサ回路(13)は、アキシアル変位
センサ(23)の出力信号より、回転体(5)のＺ軸方向の目
標位置（＝０）に対する変位を求め、この変位に比例し
た変位信号ΔＺを出力する。センサ回路(13)からの変位
信号ΔＺは、ＡＤ変換器(20)によりディジタル値に変換
されて、ＤＳＰ(18)に入力する。ＤＳＰ(18)は、後述す
るように、ディジタル変位信号ΔＺに基づいて、１対の
電磁石(36)にそれぞれ対応する制御信号としての１対の
励磁電流信号をＤＡ変換器(21)に出力する。第１の励磁
電流信号（Ｉo＋Ｉc）はＤＡ変換器(21)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
して磁気軸受駆動回路(14)の第１の電力増幅器(35)に供
給され、第１の電力増幅器(35)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(26a)に供給する。第２の励磁電流値（Ｉo−Ｉ
c）はＤＡ変換器(21)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）として磁気軸受駆
動回路(14)の第２の電力増幅器(36)に供給され、第２の
電力増幅器(36)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(26a)に
供給する。その結果、回転体(5)が、Ｚ軸方向の目標位
置に支持される。

【００４１】図５は、図４に示されているコントローラ
(2)の部分において、ＤＳＰ(18)の動作を機能ブロック
で表わしたものである。ＤＳＰ(18)は、機能的には、識
別手段(32)、加算手段(33)、制御電流演算手段(37)およ
び励磁電流演算手段(38)を備えている。識別手段(32)
は、回転体(5)の目標位置を変更するためのディジタル
目標位置信号Ｚoを加算手段(33)に出力する。加算手段
(33)は、ＡＤ変換器(20)からの変位信号ΔＺに識別手段
(32)からの目標位置信号Ｚoを加算した信号（目標位置
加算変位信号）ΔＺoを制御電流演算手段(37)に出力す
る。なお、後述する機械本体(1)の形式の識別時以外
は、目標位置信号Ｚoは０であり、信号ΔＺoは信号ΔＺ
と等しい。制御電流演算手段(37)は、変位信号ΔＺoに
基づいて、たとえばＰＩＤ演算により、電磁石(26a)(26
b)に対する制御電流値Ｉcを演算する。励磁電流演算手
段(38)は、フラッシュメモリ(19)のテーブル(34)に記憶
されているバイアス電流値Ｉoと上記のように演算した
制御電流値Ｉcを加算し、その結果得られた値（Ｉo＋Ｉ
c）を第１の励磁電流値としてＤＡ変換器(21)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(21)に出力する。

【００４２】図６は、コントローラ(2)の構成のうち、
上側のラジアル磁気軸受(7)におけるＸ軸方向の１対の
ラジアル電磁石(27a)(27b)の制御に関する部分だけを示
したものである。この場合、センサ回路(13)は、上側の
ラジアル位置センサユニット(24)のＸ軸方向の１対のラ
ジアル位置センサ(29a)(29b)のうち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、上側のラジア
ル磁気軸受(7)の部分における回転体(5)のＸ軸方向の目
標位置（＝０）に対する変位を求め、この変位に比例し
た変位信号ΔＸを出力する。センサ回路(13)からの変位
信号ΔＸは、ＡＤ変換器(20)によりディジタル値（ディ
ジタル変位信号）に変換されて、ＤＳＰ(18)に入力す
る。後は、図４の場合と同様であり、対応する部分には
同一の符号を付している。なお、この場合は、ＤＳＰ(1
8)に図５の識別手段(32)および加算手段(33)を設けなく
てもよく、ＡＤ変換器(20)からのディジタル変位信号Δ
Ｘがそのまま制御電流演算手段(37)に入力するようにし
てもよい。

【００４３】上側のラジアル磁気軸受(7)におけるＹ軸
方向の１対のラジアル電磁石(27c)(27d)の制御に関する
部分、下側のラジアル磁気軸受(8)におけるＸ軸方向の
１対のラジアル電磁石(28a)(28b)の制御に関する部分お
よびＹ軸方向の１対のラジアル電磁石(28c)(28d)の制御
に関する部分についても、同様である。

【００４４】上記の磁気軸受装置において、コントロー
ラ(2)の電源が投入されていないときは、磁気軸受(6)
(7)(8)およびモータ(10)は駆動されておらず、回転体
(5)は保護軸受(11)(12)により機械的に支持されて停止
している。

【００４５】コントローラ(2)の電源が投入されると、
次のように、ＤＳＰ(18)の識別手段(32)により、機械本
体(1)の識別が行われる。

【００４６】コントローラ(2)の電源が投入されると、
まず、識別用の仮の制御パラメータを用いて各磁気軸受
(6)(7)(8)の電磁石(26)(27)(28)の励磁電流を制御する
ことにより、回転体(5)が所定の目標位置に非接触支持
される。その後、回転体(5)のＺ軸方向の目標位置がス
テップ状に変化させられ、そのときの回転体(5)のＺ軸
方向の応答状況に基づいて機械本体(1)の形式が識別さ
れる。そして、この識別結果に対応する運転用の制御パ
ラメータが選択され、以後は、この制御パラメータを用
いて磁気軸受(6)(7)(8)の制御が行われる。

【００４７】次に、図４、図５および図７を参照して、
上記の識別時のＤＳＰ(18)のアキシアル磁気軸受(6)の
制御に関する部分の動作についてさらに詳細に説明す
る。図７は、回転体(5)の制御軸方向の過渡応答、すな
わち、Ｚ軸方向の目標位置をステップ状に変化させたと
きの回転体(5)のＺ軸方向の変位すなわちディジタル変
位信号ΔＺの時間変化を示しており、横軸が時間ｔ、縦
軸が変位信号ΔＺを表わしている。

【００４８】コントローラ(2)の電源が投入されると、
まず、識別手段(32)が、目標位置信号Ｚoを０にセット
するとともに、フラッシュメモリ(19)から識別用の仮の
制御パラメータを読み込んで、これをフラッシュメモリ
(19)の所定の位置にセットする。目標位置信号Ｚoおよ
び制御パラメータのセットが終了すると、加算手段(33)
が、変位信号ΔＺと目標位置信号Ｚoを加算して、目標
位置加算変位信号ΔＺoを求める。このとき、目標位置
信号Ｚoは０にセットされているので、目標位置加算変
位信号ΔＺoは変位信号ΔＺに等しい。そして、制御電
流演算手段(37)が、この目標位置加算変位信号ΔＺoに
基づいて、前述のように制御電流値Ｉcを演算する。後
は前述のとおりであり、これにより、回転体(5)は、仮
の制御パラメータを用いて、Ｚ軸方向の変位が０となる
目標位置に非接触支持される。

【００４９】このように回転体(5)が非接触支持された
ならば、識別手段(32)が、フラッシュメモリ(19)の識別
用信号テーブルに記憶されているステップ波信号データ
Ｚaを読み込んで、これを目標位置信号Ｚoにセットす
る。これにより、加算手段(33)で演算される目標位置加
算変位信号ΔＺoは、変位信号ΔＺに一定のステップ入
力（ステップ波信号データＺa）が加算されたものにな
り、これが制御電流演算手段(37)に入力する。これによ
り、回転体(5)のＺ軸方向の目標位置が、変位が０の位
置から変位が（−Ｚa）の位置にステップ状に変化し、
回転体(5)は、Ｚ軸方向の変位が（−Ｚa）となる目標位
置に非接触支持される。識別手段(32)は、目標位置信号
Ｚoにステップ波信号データＺaをセットした後、変位信
号ΔＺを調べることにより、回転体(5)のＺ軸方向の過
渡応答を調べ、これに基づいて機械本体(1)の形式を識
別する。

【００５０】回転体(5)のＺ軸方向の目標位置をステッ
プ状に変化させたときの回転体(5)のＺ軸方向の過渡応
答は図７のようになり、これは機械本体(1)の形式によ
って変わる。図７において、Ａは形式Ａの機械本体(1)
の場合、Ｂは形式Ｂの機械本体(1)の場合の過渡応答を
それぞれ示している。このような場合、たとえば、時点
ｔoにおいて目標位置をステップ状に変化させた後に、
時点ｔ1において回転体(5)のＺ軸方向の変位を求め、こ
れを所定のしきい値Ｚsと比較することにより、機械本
体(1)の形式がＡとＢのいずれであるかを識別すること
ができる。

【００５１】識別手段(32)は、機械本体(1)の識別が終
わると、識別結果の機械本体(1)の形式に対応する制御
パラメータをフラッシュメモリ(19)のテーブルから読み
込み、これをフラッシュメモリの所定の位置にセット
し、同時に、目標位置信号Ｚoを再び０にセットする。
これにより、回転体(5)は、機械本体(1)の形式に対応し
た制御パラメータを用いて、変位が０となる目標位置に
非接触支持される。そして、このように回転体(5)が非
接触支持されたならば、モータ(10)が駆動され、回転体
(5)が高速回転させられる。

【００５２】なお、運転中、必要があれば、識別装置(3
2)において目標位置信号Ｚoを０以外の適当な値に設定
することにより、回転体(5)の目標位置を変えることが
できる。

【００５３】図７には機械本体(1)の形式が２つの場合
を示しているが、機械本体(1)の形式が３つ以上の場合
でも、同様にこれを識別することができる。

【００５４】上記実施形態では、励磁電流値の演算もＤ
ＳＰ(18)で行っているが、ＤＳＰ(18)は制御電流値の演
算までを行って、これを制御信号として出力し、励磁電
流の演算はハードウェア回路で行うようにすることもで
きる。

【００５５】上記実施形態では、変位信号ΔＺにステッ
プ状信号を加算して回転体(5)の過渡応答を調べること
により機械本体(1)の形式を識別する例を示したが、た
とえば、変位信号ΔＺに一定周波数の正弦波信号あるい
は可変周波数の正弦波信号を加算し、そのときの回転体
(5)の応答状況を調べることによっても、機械本体(1)の
形式を識別することができる。

【００５６】一定周波数の正弦波信号を加算する場合、
たとえば、コントローラ(2)のフラッシュメモリ(19)の
識別用信号テーブルに、正弦波信号のデータを記憶して
おき、機械本体(1)の識別を行うときに、識別手段(32)
がこのデータを一定周期で読み込んで加算手段(33)に出
力するようにする。

【００５７】可変周波数の正弦波信号を加算する場合、
機械本体(1)の識別を行うときに、たとえば、識別手段
(32)が、コントローラ(2)のフラッシュメモリ(19)の識
別用信号テーブルに記憶されている正弦波信号のデータ
を、要求されている周波数に応じた周期で読み込んで加
算手段(33)に出力するようにする。

【００５８】上記実施形態では、機械本体(1)の形式の
識別と制御パラメータの選択を自動的に行うようになっ
ているが、機械本体(1)の形式の識別だけを自動的に行
い、制御パラメータの選択あるいは設定を手動操作によ
って行うようにしてもよい。その場合、たとえば、機械
本体(1)の識別結果をパソコン(3)のディスプレイに表示
し、その結果に対応する制御パラメータをコンピュータ
を用いて手動操作により選択あるいは設定する。また、
機械本体(1)の形式の識別だけを行い、制御パラメータ
の選択あるいは設定は行わないようにすることもでき
る。その場合、コントローラ(2)は１つの制御パラメー
タだけを用いるようにし、この制御パラメータを用いて
上記のような機械本体(1)の形式の識別を行い、コント
ローラ(2)で用いられている制御パラメータがその機械
本体(1)の形式に適合したものかどうかをチェックす
る。そして、適合していない場合は、警報を発し、適合
している場合、そのまま運転を開始する。

【００５９】上記実施形態では、回転体(5)のＺ軸方向
の目標位置を変化させて機械本体(1)の形式の識別を行
っているが、Ｘ軸方向の目標位置を変化させることによ
り、あるいはＹ軸方向の目標位置を変化させることによ
り機械本体(1)の形式の識別を行うようにすることもで
きる。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３つの制御軸のう
ちのいずれか２つについて、目標位置をそれぞれ変化さ
せることにより、機械本体(1)の形式の識別を行うよう
にすることもできる。さらに、上記の３つの制御軸につ
いて、目標位置をそれぞれ変化させることにより、機械
本体(1)の形式の識別を行うようにすることもできる。

【００６０】磁気軸受装置には、上記のように回転体
(5)が鉛直に支持される縦型のものと、回転体が水平に
支持される横型のものとがあるが、この発明は、横型の
磁気軸受装置にも適用できる。なお、縦型の場合と横型
の場合とで、各制御軸について、目標位置を変化させた
ときの回転体の応答状況は変わるが、いずれの型の場合
も、機械本体の形式によっても応動状況が変わるので、
それによって機械本体の形式を識別することができる。
通常は、磁気軸受装置が縦型と横型のいずれであるかは
予めわかっているので、その型に応じたコントローラを
用いればよい。あるいは、１つのコントローラに、縦型
用の制御パラメータの組（仮の制御パラメータおよび複
数組の運転用の制御パラメータ）と横型用の制御パラメ
ータの組とを記憶させておき、磁気軸受装置の型に応じ
て、対応する制御パラメータの組を選択するようにして
もよい。さらに、磁気軸受装置の型がわかっていないよ
うな場合には、たとえば、特開平９−１６６１３９号公
報に記載されているような方法により磁気軸受装置の型
（姿勢）を自動的に判別し、その後、上記のように機械
本体の識別を行うようにすることもできる。

【００６１】上記実施形態には、回転体(5)が固定部分
であるケーシング(4)の内側で回転するインナロータ型
の磁気軸受装置を示したが、この発明は、回転体が固定
部分の外側で回転するアウタロータ型の磁気軸受装置に
も適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の実施形態を示す磁気軸受装
置の機械的部分の主要部の縦断面図である。

【図２】図２は、同横断面図である。

【図３】図３は、同磁気軸受装置の電気的構成の１例を
示すブロック図である。

【図４】図４は、図３のコントローラの１対のアキシア
ル電磁石に関する部分を示すブロック図である。

【図５】図５は、図４のＤＳＰの部分の機能を示すブロ
ック図である。

【図６】図６は、図３のコントローラの１対のラジアル
電磁石に関する部分を示すブロック図である。

【図７】図７は、機械本体の形式を識別するときの回転
体の過渡応答の１例を示すグラフである。

【符号の説明】

(1) 機械本体 (2) コントローラ (5) 回転体 (6) アキシアル磁気軸受 (7)(8) ラジアル磁気軸受 (18) ディジタル信号処理プロセ
ッサ（ＤＳＰ） (19) フラッシュメモリ (23) アキシアル変位センサ (26a)(26b) アキシアル電磁石 (27a)(27b)(27c)(27d) ラジアル電磁石 (28a)(28b)(28c)(28d) ラジアル電磁石 (29a)(29b)(29c)(29d) ラジアル変位センサ (30a)(30b)(30c)(30d) ラジアル変位センサ (32) 識別手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体の変位を検出するための複数の変位
センサおよび前記回転体を対をなす電磁石の磁気吸引力
により所定の目標位置に非接触支持する複数組の磁気軸
受を有する機械本体と、前記変位センサの出力に基づい
て前記電磁石に供給する励磁電流を制御する電磁石制御
手段を有するコントローラ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、前記変位センサの出力から求め
られた前記回転体の変位を表わすディジタル変位信号に
基づいて前記励磁電流を制御するためのディジタル制御
信号を出力するソフトウェアプログラムが可能なディジ
タル処理手段を備えており、前記ディジタル処理手段
が、前記機械本体の形式を識別する識別手段を備え、前
記識別手段が、前記回転体を所定の目標位置に非接触支
持した後に目標位置を変更し、このときの前記回転体の
応答状況に基づいて前記機械本体の形式を識別するもの
であることを特徴とする制御型磁気軸受装置。
【請求項２】回転体の変位を検出するための複数の変位
センサおよび前記回転体を対をなす電磁石の磁気吸引力
により所定の目標位置に非接触支持する複数組の磁気軸
受を有する機械本体と、制御パラメータを用い前記変位
センサの出力に基づいて前記電磁石に供給する励磁電流
を制御する電磁石制御手段を有するコントローラとを備
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、前記制御パラメータを用い前記
変位センサの出力から求められた前記回転体の変位を表
わすディジタル変位信号に基づいて前記励磁電流を制御
するためのディジタル制御信号を出力するソフトウェア
プログラムが可能なディジタル処理手段と、不揮発性記
憶装置とを備えており、前記不揮発性記憶装置に、識別
用の制御パラメータと、前記機械本体の各形式に対応す
る複数組の運転用の制御パラメータとが記憶されてお
り、前記ディジタル処理手段が、前記機械本体の形式を
識別し前記不揮発性記憶装置からその識別結果に対応す
る前記運転用の制御パラメータを選択する識別手段を備
え、前記識別手段が、前記識別用の制御パラメータを用
いて前記回転体を所定の目標位置に非接触支持した後に
目標位置を変更し、このときの前記回転体の応答状況に
基づいて前記機械本体の形式を識別するものであること
を特徴とする制御型磁気軸受装置。
【請求項３】前記識別手段が、前記ディジタル変位信号
に所定のディジタル識別用信号を加算することにより前
記回転体の目標位置を変更し、そのときの前記ディジタ
ル変位信号から前記回転体の応答状況を求めるものであ
ることを特徴とする請求項１または２の制御型磁気軸受
装置。
【請求項４】前記ディジタル識別用信号が、ステップ波
信号であることを特徴とする請求項３の制御型磁気軸受
装置。
【請求項５】前記ディジタル識別用信号が、一定周波数
の正弦波信号であることを特徴とする請求項３の制御型
磁気軸受装置。
【請求項６】前記ディジタル識別用信号が、可変周波数
の正弦波信号であることを特徴とする請求項３の制御型
磁気軸受装置。