CN108374800B - 磁轴承控制装置及真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁轴承控制装置及真空泵，能够使干扰对应性能与噪声影响的减低并存。磁轴承控制装置通过电流传感器而检测由激磁放大器(43p、43m)向使转子磁悬浮的磁轴承供给的激磁电流，并根据基于转子悬浮位置相对于悬浮目标位置的偏差的电流设定信号(iset)与电流传感器的电流检测信号(Ip、Im)，而生成用以对激磁放大器(43p、43m)进行脉宽调制(PWM)控制的电压相当信号。而且，电压相当信号是基于作为电流设定信号(iset)与电流检测信号(Ip、Im)的差的电流偏差信号及电流设定信号(iset)而生成。

Description

磁轴承控制装置及真空泵
技术领域
本发明涉及一种磁轴承控制装置及真空泵。
背景技术
如磁轴承式涡轮分子泵(magnetic bearing type turbo molecular pump)般在利用磁轴承非接触支撑旋转体的装置中，为了使转子悬浮于规定的目标位置，而基于转子的悬浮位置与目标位置的偏差(位移)，实时(real time)地对电磁铁的磁吸引力(即，电磁铁电流)进行控制。关于转子的位移的检测，具有利用专用的位移传感器进行检测的方式者与不使用位移传感器的自传感(self-sensing)方式。自传感方式中，使电磁铁不仅兼用现有的致动器(actuator)功能(磁悬浮吸引力的产生)，而且也兼用传感功能。
在任一方式中，传感功能均为电感(inductance)方式，且对传感器线圈或电磁铁线圈施加高频载波(传感器载波)，利用由悬浮间隙所引起的电感变化对传感器载波进行振幅调制，并对其进行解调，由此获得悬浮间隙信号(位移信号)。在解调处理中，已知有应用数字技术并利用模数(Analog to Digital，AD)转换器(converter)对调制波信号进行同步采样(sampling)而取入的方式，即无需导致产生延迟的平滑处理的直接(direct)方式。
另一方面，产生磁吸引力的致动器功能设为如下构成：通过对电磁铁线圈施加来自脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)放大器的切换电压，来供给激磁电流。尤其是在自传感方式的情况下，电磁铁不仅具有致动器功能，而且也具有传感功能，且形成为通过检测电磁铁电流而获得旋转体的悬浮位置信息(位移信息)。PWM放大器为电压驱动，为了控制激磁电流值，而需要检测流经电磁铁的电流而反馈该值的控制。
然而，在PWM放大器的情况下，在切换时序中，电磁铁电流中会产生由浪涌电压(surge voltage)等所引起的尖峰状的噪声，因此有噪声重叠于所检测的电流信号的问题。另外，该尖峰状的噪声也经由接地线电流而重叠于其他电流信号检测或位移信号检测。
在此种尖峰状的噪声重叠于位移信号或电流信号的情况下，应用滤波器而实施噪声减低处理。但是，噪声减低效果与由信号的时间延迟所引起的控制稳定性的劣化此消彼长，因此无法简单地实施滤波处理。噪声减低处理不充分而噪声重叠于悬浮控制信号时，其被电磁铁变换为振动力，而成为振动产生的重要原因。
因此，专利文献1中记载的发明中，实施有对激磁放大器的PWM控制的占空比的可变范围设置限制的对策。即，为了确保直至切换后所产生的过渡性的尖峰噪声减低为止的时间，而对占空比设置限制。由此，以PWM载波信号的接通占空比(on duty)区间(或断开占空比(off duty)区间)的长度始终长于基于电磁铁电流中所产生的尖峰噪声衰减特性的规定时间范围的方式进行PWM控制，且在自接通占空比区间(或断开占空比区间)的开始时序起经过规定时间范围后的时序中，通过同步采样而将电流检测信号取入至AD转换器(ADC)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2014-137116号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，当干扰力自外部作用于涡轮分子泵的转子时，转子自悬浮目标位置发生位移，因此在地震等异常状况下，存在位移大至转子轴接触于触地轴承的程度的情况。在该情况下，对磁轴承要求使用以避免触地的大的电磁铁力瞬时发挥作用，而使转子恢复至悬浮目标位置的工作能力。因此，需要将利用PWM驱动来增加电流的接通区间尽可能扩广至全占空比。但是，若将接通区间扩广至全占空比附近，则即便于在接通区间即将上升前的时序进行电流检测的情况下，也无法避免噪声的影响。如此，先前难以使干扰对应性能与噪声影响的减低并存。
[解决问题的技术手段]
本发明的优选的实施形态的磁轴承控制装置通过传感器而检测由激磁放大器向使转子磁悬浮的磁轴承供给的激磁电流，并根据基于转子悬浮位置相对于悬浮目标位置的偏差的电流设定信号与所述传感器的激磁电流检测信号，而生成用以对所述激磁放大器进行PWM控制的电压相当信号，所述磁轴承控制装置中，基于作为所述电流设定信号与激磁电流检测信号的差的电流偏差信号及所述电流设定信号而生成所述电压相当信号。
进而优选的实施形态中，所述电压相当信号是将第1电压相当信号与第2电压相当信号相加混合而得的信号，所述第1电压相当信号是使固定的第1增益值与所述电流偏差信号相乘而得的信号通过电流控制器而生成，所述电流控制器包含输出时间积分值的积分器与输出比例倍值的比例增益器，所述第2电压相当信号是使所述电流设定信号通过传递函数部而生成，所述传递函数部是以抵消包含所述磁轴承的电磁铁的电常数的传递函数的方式设定。
进而优选的实施形态中，将使固定的第1增益值和所述电流偏差信号相乘而得的信号通过输出时间积分值的积分器而生成的信号与所述电流设定信号相加混合，使所述相加混合而得的信号通过传递函数部而生成所述电压相当信号，所述传递函数部是以抵消包含所述磁轴承的电磁铁的电常数的传递函数的方式设定。
进而优选的实施形态中，代替所述电流设定信号而使用0.5至1的固定的第2增益值与所述电流设定信号相乘而得者。
进而优选的实施形态中，所述电流偏差信号是以规定的第3增益值和所述电流设定信号相乘而得的信号与所述第3增益值和所述激磁电流检测信号相乘而得的信号的差的形式而算出，所述第1增益值设定为所述第3增益值的10倍以上、1000倍以下。
进而优选的实施形态中，所述传递函数部的传递函数包含基于所述电磁铁的电常数而设定的电感相当值及电阻相当值，所述电感相当值设定为所述电磁铁的电感的0.1倍以上、10倍以下，所述电阻相当值设定为所述电磁铁的电阻的0.1倍以上、10倍以下，所述电感相当值与所述电阻相当值的比((电感相当值)/(电阻相当值))设定为所述电感与所述电阻的比((电感)/(电阻))的0.1倍以上、10倍以下。
本发明的优选的实施形态的真空泵包括：磁轴承，磁悬浮支撑泵转子；马达，旋转驱动所述泵转子；及所述磁轴承控制装置，控制所述磁轴承。
[发明效果]
根据本发明，能够使干扰对应性能与噪声影响的减低并存。
附图说明
图1是表示具备位移传感器方式的磁轴承装置的磁轴承式涡轮分子泵的概略构成的图。
图2是表示控制单元的概略构成的框图。
图3是表示对应控制轴的一轴的磁轴承电磁铁的示意图。
图4是表示激磁放大器的一例的图。
图5是与磁轴承控制相关的功能框图。
图6(a)、图6(b)是对噪声产生与电流检测时序进行说明的图。
图7是对现有的构成中的噪声重叠的影响进行说明的图。
图8是表示传递函数框图的一例的图。
图9是表示传递函数框图的另一例的图。
图10是传递函数(L*S+R*)的伯德(Bode)线图。
图11是式(1)所示的传递函数的伯德线图。
图12是式(2)所示的传递函数的伯德线图。
图13是式(3)所示的传递函数的伯德线图。
[符号的说明]
1：泵单元 3：转子
3a：旋转叶片 3b：圆筒部
4A～4C：磁轴承 5：转子轴
10：推力盘 20：基座
21：泵外壳 21a：进气口
21c：固定凸缘 22：固定叶片
23：间隔环 24：螺纹定子
25：排气埠 26a、26b：机械轴承
29：传感器靶 33：传感器电路
40：DC电源 41：逆变器
42：马达 43、43m、43p：激磁放大器
44：控制部 45、45m、45p：磁轴承电磁铁
50、50x1、50x2、50y1、50y2、50x1m、50x1p、
51：位移传感器 101A、101B：电流传感器
305：传感器载波信号(载波信号) 306：传感器信号
400m、400p、413：AD转换器 401m、401p：栅极信号生成部
411：传感器载波生成电路 412m、412p：PWM运算部
414：解调运算部 415：增益·偏移调整部
416：悬浮控制器 417m、417p、PI：电流控制器
441：PWM控制信号 442：信号
443、443m、443p：PWM栅极驱动信号
444：电流检测信号 501：差动放大器
502：带通滤波器 d：位移
D10、D11：二极管 G、G1、k：增益
I：积分器 iset：电流设定信号
Im、Ip：电流检测信号 J：悬浮目标位置
N：噪声 PI：电流控制器
SW10、SW11：开关元件 T1、T2、T3：时序
Toff：断开占空比区间 Ton：接通占空比区间
Tpwm：PWM载波的一周期 v、v1、v2：电压相当信号
ΔI：电流偏差信号 (1/(LS+R))：传递函数
(L*S+R*)：传递函数部
具体实施方式
以下，参照图式对用以实施本发明的形态进行说明。图1是表示具备位移传感器方式的磁轴承装置的磁轴承式涡轮分子泵的概略构成的图。涡轮分子泵包括：泵单元1；及控制单元，驱动控制泵单元1。再者，图1中，省略控制单元的图示。
设置于转子3的转子轴5是由径向(radial)方向的磁轴承4A、4B及轴向(axial)方向的磁轴承4C非接触支撑。磁轴承4C是以在轴方向上夹持固定于转子轴5的下部的推力盘10的方式配置。转子轴5的悬浮位置的位移是通过径向方向的位移传感器50x1、50y1、50x2、50y2与轴向方向的位移传感器51而检测。位移传感器50x1、50y1、50x2、50y2、51使用在传感器芯卷绕有线圈的构成的电感式位移传感器。
通过磁轴承而旋转自如地磁悬浮的转子3是通过马达42而高速旋转驱动。马达42使用无刷直流(Direct Current，DC)马达等。再者，图1中，示意性记载为马达42，但更详细而言，以符号42表示的部分构成马达定子，在转子轴5侧设置有马达转子。
在通过马达42而旋转驱动的转子轴5的下端设置有传感器靶29。所述轴向方向的位移传感器51配置于与传感器靶29的下表面相对向的位置。当磁轴承未工作时，转子轴5由紧急用的机械轴承26a、26b支撑。
在转子3形成有构成旋转侧排气功能部的多级旋转叶片3a与圆筒部3b。另一方面，在固定侧设置有作为固定侧排气功能部的固定叶片22与螺纹定子24。多级固定叶片22与旋转叶片3a相对于轴方向而交替地配置。螺纹定子24隔开规定的间隙而设置于圆筒部3b的外周侧。
各固定叶片22隔着间隔环(spacer ring)23而载置于基座20上。当通过螺栓将泵外壳21的固定凸缘21c固定于基座20时，所层叠的间隔环23被夹持于基座20与泵外壳21之间，从而将固定叶片22定位。在基座20设置有排气埠(port)25，在该排气埠25连接有后置泵。使转子3一面磁悬浮一面通过马达42而高速旋转驱动，由此进气口21a侧的气体分子向排气埠25侧排气。
图2是表示控制单元的概略构成的框图。关于来自外部的交流电(AlternatingCurrent，AC)输入，通过设置于控制单元的DC电源40而自交流变换为直流。DC电源40分别生成逆变器(inverter)41用的电源、激磁放大器43用的电源、控制部44用的电源。
对马达42供给电流的逆变器41具备多个开关元件。通过利用控制部44对这些开关元件的接通断开进行控制来驱动马达42。
如上所述，磁悬浮支撑转子轴5的磁轴承是在径向方向上四轴、在轴向方向上一轴的五轴控制型磁轴承。针对各轴的每一个设置有一对磁轴承电磁铁，因此如图2所示，设置有10个磁轴承电磁铁45。对磁轴承电磁铁45供给电流的激磁放大器43设置于10个磁轴承电磁铁45的各自上。
对马达42的驱动及磁轴承的驱动进行控制的控制部44例如包括现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等数字运算器及其周边电路。关于马达控制，自控制部44向逆变器41输入用以对设置于逆变器41的多个开关元件进行接通断开控制的PWM控制信号441。另外，自逆变器41向控制部44输入与和马达42相关的相电压及相电流相关的信号442。
关于磁轴承控制，自控制部44向各激磁放大器43输入用以对激磁放大器43中所含的开关元件进行接通断开控制的PWM栅极驱动信号443。另外，自各激磁放大器43向控制部44输入与各磁轴承电磁铁45的电流值相关的电流检测信号444。
在各位移传感器50x1、50y1、50x2、50y2、51中分别设置有传感器电路33。自控制部44向各传感器电路33输入传感器载波信号(载波信号)305。自各传感器电路33向控制部44输入通过转子轴的位移而调制的传感器信号306。
图3是表示对应控制轴的一轴的磁轴承电磁铁45的示意图。两个磁轴承电磁铁45m、45p是以夹持转子轴5的方式对向配置。J是使转子轴5磁悬浮时的悬浮目标位置。如上所述，相对于各磁轴承电磁铁45m、45p，分别设置有激磁放大器43。
如图3所示，当使转子轴5仅以位移d接近磁轴承电磁铁45p，而磁轴承电磁铁45p与转子轴5的间隙发生变化时，该间隙变化是通过一对位移传感器50x1m、50x1p而检测。而且，根据所检测的位移，而使磁轴承电磁铁45p的激磁电流减少，并且使相反侧的磁轴承电磁铁45m的激磁电流增加。其结果，转子轴5以实际的悬浮位置相对于悬浮目标位置J的偏差变小的方式向磁轴承电磁铁45m的方向靠近。
图4是表示与各磁轴承电磁铁45对应而设置的激磁放大器43的一例的图。激磁放大器43一般是基于PWM控制而驱动。本实施形态中，以在PWM控制电路中最一般的二象限类型的激磁放大器43为例进行说明。如图4所示，二象限类型的激磁放大器43具备两个开关元件SW10、SW11，通过同时接通断开该开关元件SW10、SW11，而进行二象限驱动。此处，所谓二象限是利用开关元件SW10、SW11的接通断开而表现出如下工作：流经电磁铁线圈的激磁电流始终为一方向的状态，相对于此，来自DC电源的电流方向的正负反转。
如图4所示，激磁放大器43是相对于DC电源而将串联连接有开关元件与二极管者并联连接两个而成者。磁轴承电磁铁45连接于开关元件SW10及二极管D10的中间与开关元件SW11及二极管D11的中间之间。
自控制部44向开关元件SW10、SW11输入PWM栅极驱动信号443。当同时接通开关元件SW10、SW11时，电流如实线箭头所示般流动，当同时断开时，电流如虚线箭头所示般流动。接通时的电流值通过电流传感器101A而测量，断开时的电流值通过电流传感器101B而测量。在电流传感器101A、101B中，例如使用分流电阻，且使用分流电阻的电压作为电流检测信号。电流检测信号444被输入至控制部44。此时，有直接输入两个电流检测信号的情况(图示)，或利用平均化电路将两电流检测信号加以平均处理而形成为一信号后进行输入的情况(未图示)，但均佳。
图5是与控制部44的磁轴承控制相关的功能框图，且是表示对应控制轴五轴中的一轴(例如，对应图3所示的一轴)的图。在对应控制轴的一轴设置有一对磁轴承电磁铁45p、45m，相对于各磁轴承电磁铁45p、45m而分别设置有激磁放大器43(43p、43m)。虽未图示，但在图5的激磁放大器43p、43m分别设置有检测电磁铁电流的电流传感器(图4所示的电流传感器101A、101B)，自各激磁放大器43p、43m分别输出电流检测信号Ip、Im。再者，在图5中，为了使说明简单明了，而以所述一信号化的电流信号(图4未图示的情况)的构成的形式表示。
由传感器载波生成电路411所生成的传感器载波信号(数字信号)自数字信号变换为模拟信号后，通过相位调整用的滤波器电路(图5中为：DAC+Filter(相位用))而施加于一对位移传感器50x1m、50x1p。经位移传感器50x1m、50x1p调制的传感器信号通过差动放大器501而取得差分，该差分信号经带通滤波器(图5中为：BPF)502滤波处理后，通过AD转换器413而进行AD采样。
解调运算部414基于采样数据而进行解调运算。增益·偏移调整部415对经解调的信号进行增益调整及偏移调整。一般而言，转子轴5的悬浮目标位置J设定于位移传感器50x1m、50x1p的中间位置，在该情况下，由增益·偏移调整部415输出的位移信号表示转子悬浮位置相对于悬浮目标位置J的偏差。
悬浮控制器416基于由增益·偏移调整部415输出的信号而进行比例控制、积分控制及微分控制、相位校正、其他控制补偿，从而生成悬浮控制电流设定。而且，在P侧的控制中，将偏压电流设定量与以所生成的悬浮控制电流设定为逆符号者相加而得者用作电流设定信号iset，在M侧的控制中，将偏压电流设定量与所生成的悬浮控制电流设定相加而得者用作电流设定信号iset。此处，电流设定信号iset在p侧、M侧如上所述般成为彼此不同的值，以下，也为了使说明简单明了，不以P侧、M侧进行区分而以iset表示。
本实施形态中，电流设定信号iset分支为两个，一者直接输入至电流控制器417p、417m，另一者与通过AD转换器(图5中为：ADC)400p、400m而取入的电流检测信号Ip、Im相减，并将该相减结果(以下，称为电流偏差信号)输入至电流控制器417p、417m。电流控制器417p、417m基于所输入的电流设定信号iset与电流偏差信号而生成用以对激磁放大器43p、43m进行PWM控制的电压相当信号。PWM运算部(图5中为：PWM)412p、412m基于来自电流控制器417p、417m的电压相当信号而生成PWM控制指令。
栅极信号生成部401p基于由PWM运算部412p所生成的PWM控制信号而向P侧的激磁放大器43p输出PWM栅极驱动信号443p。同样地，栅极信号生成部401m基于由PWM运算部412m所生成的PWM控制信号而向M侧的激磁放大器43m输出PWM栅极驱动信号443m。而且，基于PWM栅极驱动信号443p、443m而对各激磁放大器43p、43m的开关元件SW10、SW11(参照图4)进行接通断开控制。
并且，通过开关元件SW10、SW11的接通断开对激磁放大器43p、43m施加如图6(b)所示的矩形电压。当开关元件SW10、SW11接通时，施加H电压(输入DC电压)，当开关元件SW10、SW11断开时，施加L电压(0V)。再者，Toff表示断开占空比区间，Ton表示接通占空比区间。Tpwm表示PWM载波的一周期。
通常，反复电压通过金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)等开关元件而高速进行导通·切断工作，此时，在激磁电流中产生如图6(a)所示的尖峰状的噪声N，该噪声重叠于激磁放大器43p、43m的电流传感器信号线。因此，专利文献1中记载的发明中，设为在噪声的影响变小的时序T1、T2中进行电流检测。
但是，当干扰力自外部作用于涡轮分子泵的悬浮体(转子)时，转子轴5自悬浮目标位置J发生位移，因此在地震等异常状况下，存在位移变大至接触触地轴承的程度的情况。在该情况下，对磁轴承要求使用以避免触地的大的电磁铁力瞬时发挥作用，而使转子轴5恢复至悬浮目标位置J的工作能力。因此，需要将利用PWM驱动来增加电流的接通区间(成为H电压的区间)尽可能扩广至全占空比。但是，当如图6(b)的虚线般将接通区间扩广至全占空比附近时，即便于在接通区间即将上升前的时序T3进行电流检测，也无法避免噪声N的影响。
现有的磁轴承控制装置中，图5所示的电流控制器417p、417m仅基于将电流设定信号iset与电流检测信号Ip、Im相减而得的电流偏差信号来生成电压相当信号。图7是表示现有的电流控制器的构成的传递函数框图。使用图7对现有的构成中的噪声重叠的影响进行说明。
电流控制器以极力减低与电流设定信号iset的稳态偏差的方式进行比例积分(Proportional Integral，PI)控制，即，包含比例(P)要素及积分(I)要素。另外，与反馈线的增益(k)相比，电流控制器整体的增益(G)设定得大(G>>k)。通常，G为k的1000倍以上，根据情况而设定得大至10万倍左右。由此，可视为激磁放大器的闭合回路增益成为反馈增益的倒数值(1/k)的固定增益的线性放大器。
与电磁铁相关的传递函数1/(LS+R)的响应慢，因此通过如上所述般增大增益G而使响应性良好。再者，为了使输入的电流设定信号iset大致相当于该状态下的输出，而将抵消1/k的k增益设置于输入部。
在图7的现有构成中，当噪声重叠于电流检测信号时，所重叠的噪声与增益G成比例地放大。对予磁轴承的激磁放大器而言，相对于电流设定信号iset的急剧变化而要求高速响应性，并且要求稳态偏差特性。为了获得这些特性，而将增益G如上所述般设定为大的值。因此，通过大的增益G，而噪声会大幅放大。所放大的噪声重叠于偏差信号，通过PI传递函数而作为电压信号(PWM电压)施加于电磁铁。其结果，因噪声的影响而导致如下情况：转子轴5因由激磁电流所引起的吸引力的变动而发生振动，泵主体因其反作用而发生振动。
本实施形态中，为了减低此种噪声的影响，而如图5所示般设为如下构成：将电流设定信号iset分支为两个，并向电流控制器417p、417m输入由所分支的一电流设定信号iset与电流检测信号Ip、Im所生成的电流偏差信号，并且向电流控制器417p、417m输入所分支的另一电流设定信号iset。
图8是图5的构成的情况下的传递函数框图，且是与现有的情况下的图7相对应的图。所分支的一电流设定信号iset与固定的增益k相乘后，和电流检测信号与增益的积相减，从而生成电流偏差信号ΔI。该电流偏差信号ΔI与增益G1相乘，进而使该信号通过PI传递函数，由此生成电压相当信号v1。
所分支的另一电流设定信号iset与规定的固定增益α相乘。而且，使与增益α相乘而得的信号通过传递函数，由此生成电压相当信号v2，所述传递函数包括包含能够大致抵消电磁铁的电感L及电阻R的微分系数L*、R*的(L*S+R*)。其后，将电压相当信号v1与电压相当信号v2混合相加，并将混合信号v＝v1+v2作为电压相当信号而生成PWM电压。
在图8中，增益G1设定为图7所示的现有的增益G的1/10以下。即，设定为增益k的10倍以上、1000倍以下的值。如此，可通过使增益G1小于G而减低噪声重叠的影响，因此可提供转子的振动得以减低的低振动的磁轴承装置或磁轴承式涡轮分子泵。
另外，如电压相当信号v2般，将所分支的电流设定信号iset与PI输出直接相加，由此能够实现高速响应性，为了减低噪声影响，即便减小增益G1的值，也可确保所需的高速性。另一方面，由于具有现有的框功能(闭合回路的框)，因此也可一并具有稳态偏差的减低功能。
在涡轮分子泵中，通常，大多情况是以正立姿势设置，以使旋转轴朝向重力方向，但存在朝向直角方向(水平姿势)或其他任意方向而设置的情况。因此，为了将转子轴5悬浮维持于规定的悬浮目标位置J，而使偏压电流以上的直流电流在产生与重力方向相反的朝向的力的电磁铁中流动。
电磁铁的线圈卷绕于层叠有硅钢板的芯等的强磁性芯材，因此根据芯材的BH曲线而确定电感。一般而言，在电流大的情况下或在温度高的情况下，有电感L变小，且电阻R变大的倾向。因此，关于包含(L*S+R*)的传递函数，能够原理性实现如下情况：根据激磁电流、周围温度而适宜变更参数值，从而抵消传递函数1/(LS+R)的效果。其中，考虑到冗余性，只要L*为L的0.1倍～10倍左右、R*为R的0.1倍～10倍左右且(L*/R*)为(L/R)的0.1倍以上、10倍以下，则可发挥相同的效果。
另外，α以1附近为标准，但若增益G1的值不极其低于现有的G(例如1/10左右)，即便为0.5左右，也可发挥效果。
(变形例1)
图9是表示所述实施形态的变形例1的图，且是与图8的传递函数框图相对应的图。图9所示的传递函数框图中，成为将图8的PI控制的部分分解成I控制+(L*S+R*)的形式的结构。即便为此种构成，也可起到与图8所示的情况相同的作用效果。
(变形例2)
图10～图13是对所述实施形态的变形例2进行说明的图。在图8、图9中，需要包含(L*S+R*)的传递函数是合适的，例如也可将微分器+比例器的构成设为如下式(1)～式(3)般的假性微分器+比例器的构成。图10是表示(L*S+R*)的伯德线图者。相对于此，图11是式(1)的情况下的伯德线图，图12是式(2)的情况下的伯德线图，图13是式(3)的情况下的伯德线图。
(1)ωn2(L*S+R*)/(S2+2ξωnS+ωn2)其中，1/ωn<<L*/R*
(2)(L*S+R*)/(TnS+1)其中，Tn<<L*/R*
(3)L*S/(TnS+1)+R*其中，Tn<<L*/R*
再者，所述实施形态中，以通过位移传感器来检测转子轴5的位移的构成的磁轴承装置为例进行了说明，但也可同样地应用于不使用位移传感器的自传感方式的磁轴承装置。在自传感方式的情况下，电磁铁电流除了包含悬浮控制电流及偏压电流以外，也包含位移检测用的传感器载波成分的电流。传感器载波成分是通过转子位移而进行振幅调制，因此通过对其进行检波而获得位移信息。而且，在自传感方式的情况下，基于该位移信息而生成图7～图9的电流设定信号iset。因此，在应用于自传感方式的磁轴承装置的情况下，也可起到与所述使用位移传感器方式的情况相同的效果。
所述实施形态起到如以下般的作用效果。
(1)如图5所示，在磁轴承控制装置中，通过电流传感器(未图示)而检测由激磁放大器43p、43m向使转子磁悬浮的磁轴承供给的激磁电流，并根据基于转子悬浮位置相对于悬浮目标位置的偏差的电流设定信号iset与所述电流传感器的电流检测信号Ip、Im，而生成用以对激磁放大器43p、43m进行PWM控制的电压相当信号，电压相当信号是基于作为电流设定信号iset与电流检测信号Ip、Im的差的电流偏差信号及电流设定信号iset而生成。
如此，通过基于电流偏差信号与电流设定信号iset而生成电压相当信号，从而能够如上所述般使干扰对应性能与噪声影响的减低并存。
(2)例如，优选的是：如图8所示，将电压相当信号v1与电压相当信号v2相加混合而得的信号v设为电压相当信号，所述电压相当信号v1是使固定的第1增益值G1与电流偏差信号ΔI相乘而得的信号通过电流控制器PI而生成，所述电流控制器PI包含输出时间积分值的积分器与输出比例倍值的比例增益器，所述电压相当信号v2是使电流设定信号iset通过传递函数部(L*S+R*)而生成，所述传递函数部(L*S+R*)是以抵消包含磁轴承的电磁铁的电常数的传递函数(1/(LS+R))的方式设定。为了减低重叠于电流传感器线的噪声的影响，即便使增益G1小于先前，也可通过相加混合基于电流设定信号iset的电压相当信号v2，在不使响应性恶化的条件下实现噪声影响的减低。
(3)另外，也可如图9所示，将使固定的第1增益值G1和电流偏差信号ΔI相乘而得的信号通过输出时间积分值的积分器I而生成的信号与电流设定信号iset相加混合，并将使相加混合而得的信号通过传递函数部(L*S+R*)而得者设为电压相当信号v，所述传递函数部(L*S+R*)是以抵消包含磁轴承的电磁铁的电常数的传递函数的方式设定。
(4)进而，如图8、图9所示，通过将0.5至1的固定的增益值α与电流设定信号iset相乘，并通过调整增益值α，从而可精度良好地抵消包含电磁铁的电常数的传递函数(1/(LS+R))。
(5)再者，优选的是：在电流偏差信号ΔI是以规定的增益k和电流设定信号iset相乘而得的信号与增益k和电流检测信号Ip、Im相乘而得的信号的差的形式而算出的情况下，增益G1设定为增益k的10倍以上、1000倍以下。
(6)另外，优选的是：传递函数部(L*S+R*)的传递函数包含基于电磁铁的电常数而设定的电感相当值L*及电阻相当值R*，电感相当值L*设定为电磁铁的电感的0.1倍以上、10倍以下，电阻相当值R*设定为电磁铁的电阻的0.1倍以上、10倍以下，电感相当值L*与电阻相当值R*的比(L*/R*)设定为电感L与电阻R的比(L/R)的0.1倍以上、10倍以下。
再者，所述实施形态中，以作为真空泵的磁轴承式涡轮分子泵为例进行了说明，但本发明并不限定于真空泵，也可应用于激光装置用鼓风机等磁轴承式旋转机械或防震台等磁悬浮式机械。
所述中，对各种实施形态及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内所考虑的其他形态也包含于本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种磁轴承控制装置，通过传感器而检测由激磁放大器向使转子磁悬浮的磁轴承供给的激磁电流，并根据基于转子悬浮位置相对于悬浮目标位置的偏差的电流设定信号与所述传感器的激磁电流检测信号，而生成用以对所述激磁放大器进行脉宽调制控制的电压相当信号，所述磁轴承控制装置的特征在于：
基于作为所述电流设定信号与激磁电流检测信号的差的电流偏差信号及所述电流设定信号而生成所述电压相当信号。
2.根据权利要求1所述的磁轴承控制装置，其特征在于：
所述电压相当信号是将第1电压相当信号与第2电压相当信号相加混合而得的信号，
所述第1电压相当信号是使固定的第1增益值与所述电流偏差信号相乘而得的信号通过电流控制器而生成，所述电流控制器包含输出时间积分值的积分器与输出比例倍值的比例增益器，
所述第2电压相当信号是使所述电流设定信号通过传递函数部而生成，所述传递函数部是以抵消包含所述磁轴承的电磁铁的电常数的传递函数的方式设定。
3.根据权利要求1所述的磁轴承控制装置，其特征在于：
将使固定的第1增益值和所述电流偏差信号相乘而得的信号通过输出时间积分值的积分器而生成的信号与所述电流设定信号相加混合，
使相加混合而得的信号通过传递函数部而生成所述电压相当信号，所述传递函数部是以抵消包含所述磁轴承的电磁铁的电常数的传递函数的方式设定。
4.根据权利要求2或3所述的磁轴承控制装置，其特征在于：
代替所述电流设定信号而使用0.5至1的固定的第2增益值与所述电流设定信号相乘而得者。
5.根据权利要求2或3所述的磁轴承控制装置，其特征在于：
所述电流偏差信号是以规定的第3增益值和所述电流设定信号相乘而得的信号与所述第3增益值和所述激磁电流检测信号相乘而得的信号的差的形式而算出，
所述第1增益值设定为所述第3增益值的10倍以上、1000倍以下。
6.根据权利要求2或3所述的磁轴承控制装置，其特征在于：
所述传递函数部的传递函数包含基于所述电磁铁的电常数而设定的电感相当值及电阻相当值，
所述电感相当值设定为所述电磁铁的电感的0.1倍以上、10倍以下，
所述电阻相当值设定为所述电磁铁的电阻的0.1倍以上、10倍以下，
所述电感相当值与所述电阻相当值的比设定为所述电感与所述电阻的比的0.1倍以上、10倍以下。
7.一种真空泵，其特征在于包括：
磁轴承，磁悬浮支撑泵转子；
马达，旋转驱动所述泵转子；及
根据权利要求1至6中任一项所述的磁轴承控制装置，控制所述磁轴承。
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