CN109563876B - 磁轴承装置及使用了该磁轴承装置的流体机械系统 - Google Patents

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Abstract

设置具有多个电磁铁(51～54)的磁轴承(21、22)。设置输出与旋转轴(5)的位移相对应的输出信号的位移传感器(31、32)。控制电磁铁(51～54)的控制器(40)根据一个或多个参照值(R)对电平变化量进行补偿，该一个或多个参照值(R)是为了控制旋转电力机械(4)、或者为了控制使用旋转电力机械(4)的流体机械系统(1)、或者为了控制使用了该流体机械系统(1)的装置(100)而被检测出来的，并且与根据位移传感器(31、32)周围温度的变化而产生的输出信号的电平变化量相关。

Description

磁轴承装置及使用了该磁轴承装置的流体机械系统
技术领域
本发明涉及一种磁轴承装置及使用了该磁轴承装置的流体机械系统。
背景技术
具有电动机等旋转电力机械的系统存在为了非接触地支撑旋转轴而使用磁轴承这样的情况。这样的磁轴承一般是根据位移传感器检测到的旋转轴的位移对电磁铁的电磁力进行控制，由此对旋转轴的位置进行控制。
该位移传感器的输出会因周围温度而产生所谓的漂移，因此，为了对位置进行准确的控制而需要对漂移采取措施。以下即为所采取的避免漂移的措施：将温度传感器设在位移传感器附近，用该温度传感器的输出抵消位移传感器所产生的漂移(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本公开专利公报特开平7-139546号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
然而，旋转轴周围一般没有多余的空间，因此存在无法将温度传感器安装在位移传感器附近这样的情况。而且，即使有安装温度传感器的空间，设置温度传感器也会导致成本上升。
本发明是为解决上述问题而完成的，其目的在于：提供一种磁轴承装置，不在位移传感器附近设置温度传感器，就能够补偿输出信号的电平变化量，该电平变化量是根据位移传感器自身及其周围温度的变化而产生的。
－用于解决技术问题的技术方案－
为解决上述问题，第一方面发明包括：
磁轴承21、22，其具有对连结在旋转电力机械4上的旋转轴5施加电磁力的多个电磁铁51～54，
位移传感器31、32，其输出与所述旋转轴5的位移相对应的输出信号，以及
控制器40，其控制所述电磁铁51～54；
所述控制器40基于一个或者多个参照值R对所述电平变化量进行补偿，并且基于所述电平变化量得到补偿后的所述输出信号进行所述控制，所述一个或者多个参照值R是为了控制所述旋转电力机械4、或者为了控制使用了所述旋转电力机械4的流体机械系统1、或者为了控制使用了该流体机械系统1的装置100而被检测出来的，并且所述一个或者多个参照值R与根据所述位移传感器31、32周围温度的变化而产生的所述输出信号的电平变化量相关。
在该构成方式下，使用出于控制旋转电力机械4等目的而检测到的参照值R对位移传感器31、32的输出信号的电平变化量进行补偿。
第二方面发明的特征在于：在第一方面发明的基础上，
所述控制器40构成为：根据使用了一个或者多个参数的变换规则对所述输出信号进行变换来进行所述补偿，并且根据所述参照值R对该参数进行补偿。
在该构成方式下，容易对上述输出信号的电平变化量进行补偿，且补偿得很准确。
第三方面发明的特征在于：在第二方面发明的基础上，
所述控制器40利用所述参照值R的变动幅度是否在规定范围内的判定结果对所述参数进行修正。
在该构成方式下，例如，根据使用了磁轴承装置的系统的状态是否稳定来对变换规则的参数进行修正。
第四方面发明的特征在于：在第一到第三方面发明任一方面发明的基础上，
所述流体机械系统1是设在制冷剂回路110中的压缩机，
所述旋转电力机械4是驱动上述压缩机1的电动机，
所述控制器40以所述旋转电力机械4的转速、在安装有所述旋转电力机械4的控制装置的控制基板160a中检测到的温度、所述制冷剂回路110中的制冷剂压力、制冷剂流量以及所述旋转电力机械4的电流值中的任一个检测值、或者由两个以上所述检测值求出的值作所述参照值R用。
在该构成方式下，当在具有制冷剂回路的系统中使用上述磁轴承装置时，会收到第一到第三方面发明中收到的效果。
第五方面发明的流体机械系统的特征在于，包括：
第一到第四方面发明任一方面发明中的磁轴承装置10；
所述旋转电力机械4；以及
通过旋转轴5连结在所述旋转电力机械4上的流体机械3。
在该构成方式下，流体机械系统会收到由上述磁轴承装置所收到的效果。
－发明的效果－
根据上述各方面发明，磁轴承装置不在位移传感器附近设置温度传感器，就能够补偿输出信号的电平变化量，该电平变化量是根据位移传感器自身及其周围温度的变化而产生的。
附图说明
图1是本发明实施方式中的空调装置的管道系统图。
图2是示出本发明的第一实施方式的压缩机的结构例。
图3是示出径向磁轴承的结构例的横剖视图。
图4是示出径向磁轴承的结构例的纵剖视图。
图5是示出推力磁轴承的结构例的俯视图。
图6是示出推力磁轴承的结构例的纵剖视图。
图7示例出旋转轴的位移量与位移传感器的输出电压之间的关系。
图8示出在径向控制部和推力控制部进行的补偿输出信号的概念。
图9是说明径向位移传感器的漂移的图。
图10是说明在径向控制部进行的补偿输出信号的方框图。
图11是温度传感器的稳定化指标即输出的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，以下实施方式是本质上优选的示例，并无限制本发明、其应用例或者其用途范围的意图。
(发明的第一实施方式)
以下，作为本发明的实施方式，说明的是将具有磁轴承装置的压缩机用于空调装置的例子。
〈整体结构〉
图1是本发明的实施方式的空调装置100的管道系统图。如该图所示，空调装置100包括制冷剂回路110。该制冷剂回路110是填充有制冷剂的闭合回路，该制冷剂回路110中设有压缩机1、冷凝器120、膨胀阀130、蒸发器140以及电动机冷却控制装置150。压缩机1能够采用各种压缩机。在该例子中，采用后面将详细说明其构造的涡轮压缩机。该压缩机1由电动机4驱动，从电动机控制装置160对电动机4供电。
冷凝器120和蒸发器140例如能够采用交叉翅片型换热器；膨胀阀130例如使用电子膨胀阀。此外，在该制冷剂回路110中设有检测制冷剂压力的传感器、检测制冷剂温度的传感器(均省略图示)。
〈压缩机〉
图2示出本发明第一实施方式中的压缩机1的结构例。该压缩机1是所谓的涡轮压缩机，也是本发明的流体机械系统的一个例子。如图2所示，压缩机1包括机壳2、压缩机构3、电动机4、旋转轴5、径向触底(radial touchdown)轴承6、推力触底轴承7以及磁轴承装置10。
－机壳－
机壳2形成为两端被封堵起来的圆筒状，且被布置成圆筒轴线即为水平方向这样的状态。机壳2内的空间由壁部2a进行了划分，壁部2a右侧的空间构成安装压缩机构3的压缩机构室S1；壁部2a左侧的空间构成安装电动机4的电动机室S2。而且，在机壳2内沿轴向延伸的旋转轴5将压缩机构3和电动机4连结在一起。
－压缩机构－
压缩机构3构成为对流体(在该例子中为制冷剂)进行压缩。压缩机构3是本发明的流体机械的一个例子。在该例子中，压缩机构3包括叶轮3a和入口导流叶片3b。叶轮3a包括多个叶片且外形大致呈圆锥形状，并固定于旋转轴5的一端；入口导流叶片3b是设于流体(制冷剂)吸入口且对吸入量进行控制的阀。
－电动机－
电动机4构成为驱动旋转轴5旋转。在该例子中，电动机4具有定子4a和转子4b。定子4a形成为圆筒状且固定在机壳2上；转子4b形成为圆柱状且可旋转地设置于定子4a的内周面上，在转子4b的中心部形成有轴孔，旋转轴5固定在该轴孔中。
－电动机控制装置－
电动机控制装置160通过控制供向电动机4的电力来控制电动机4起停和电动机4的转速。在该例子中，电动机控制装置160包括转换器电路、逆变器电路以及微型计算机(均省略图示)，它们都安装在基板(以下，为控制基板160a)上。微型计算机控制逆变器电路所具有的开关元件开、关。因此，电动机4的转速、电动机4的电流值信息输入微型计算机中。也就是说，该空调装置100经由微型计算机能够获取电动机4的转速、电动机4的电流值。并且，出于保护开关元件等之目的而在控制基板160a上设有温度传感器(省略图示)，微型计算机在控制逆变器电路时使用该温度传感器的检测值。因此，空调装置100经由微型计算机能够获取在控制基板160a中检测到的温度信息。
－电动机冷却控制装置－
在该压缩机1中，冷凝器120内的制冷剂流向电动机4的内部而对冷却电动机4进行冷却。在该例子中，电动机4和冷凝器120用管道相连接，电动开关阀150a位于电动机4与冷凝器120之间。电动机4与蒸发器140也用管道(以下为返回管道)相连接，流过电动机4而将电动机4冷却后的制冷剂返回蒸发器140中。在上述返回管道的中途设有温度传感器150b。电动机冷却控制装置150根据温度传感器150b的检测值控制开关阀150a，从而控制流入电动机4的制冷剂的流量。因此，在该制冷剂回路110中，能够将电动机4的温度维持在规定的温度范围内。
－触底轴承－
该压缩机1具有径向触底轴承6和推力触底轴承7这两种触底轴承。径向触底轴承6和推力触底轴承7构成为：当磁轴承装置10处于非通电状态时(即当旋转轴5未悬浮时)，对旋转轴5进行支撑。
－磁轴承装置－
磁轴承装置10包括一个或者多个(该例子中为三个)磁轴承、一个或者多个(该例子中为五个)位移传感器31、32以及一个控制器40。该磁轴承装置10所包括的磁轴承具有夹着被支撑体(例如旋转轴5的被支撑部)相互对置的电磁铁对，该磁轴承装置10所包括的磁轴承构成为：利用电磁铁对的合成电磁力F来非接触地支撑被支撑体。磁轴承通过控制流入电磁铁对的电流来控制该电磁铁对的合成电磁力F，从而能够控制被支撑体在该电磁铁对的对置方向上的位置。而且，在该例子中，磁轴承装置10包括两个径向磁轴承21和一个推力磁轴承22作为上述磁轴承。
－径向磁轴承－
图3是示出径向磁轴承21的结构例的横剖视图；图4是示出径向磁轴承21的结构例的纵剖视图。如图3、图4所示，径向磁轴承21具有第一电磁铁51～第四电磁铁54，并构成异极型径向磁轴承。第一电磁铁51与第二电磁铁52夹着旋转轴5的被支撑部(轴部)相互对置，利用第一电磁铁51与第二电磁铁52的合成电磁力F来非接触地支撑旋转轴5的被支撑部。第三电磁铁53与第四电磁铁54夹着旋转轴5的被支撑部(轴部)相互对置，利用第三电磁铁53与第四电磁铁54的合成电磁力F来非接触地支撑旋转轴5的被支撑部。此外，俯视时，第三电磁铁53与第四电磁铁54的对置方向(图3中向右下降的方向)和第一电磁铁51与第二电磁铁52的对置方向(图3中向右上升的方向)正交。
在该例子中，径向磁轴承21包括磁轴承芯部61和八个线圈65。例如将多个电磁钢板层叠起来即构成磁轴承芯部61，磁轴承芯部61具有背轭62和八个齿部63。背轭62形成为圆筒状。八个齿部63沿背轭62的内周面排列在周向上，八个齿部63彼此间留有规定的间隔(在该例子中，间隔为45°)，八个齿部63分别从背轭62的内周面朝着径向内侧突出，并且八个齿部63各自的内周面(突端面)与旋转轴5的被支撑部的外周面之间留有规定的间隙，相互对置。
八个线圈65分别卷绕在磁轴承芯部61的八个齿部63上，因此，在该例子中构成有八个电磁铁部(第一电磁铁部71～第八电磁铁部78)。具体而言，沿着图3中的顺时针方向依次排列有第一电磁铁部71、第二电磁铁部72、第七电磁铁部77、第八电磁铁部78、第三电磁铁部73、第四电磁铁部74、第五电磁铁部75以及第六电磁铁部76。
此外，设定线圈65的卷绕方向和流向线圈65的电流的方向，保证在第一电磁铁51～第四电磁铁54中分别产生吸引力[即作用在将旋转轴5的被支撑部(轴部)拉近的方向上的电磁力]。具体而言，设定线圈65的卷绕方向和流向线圈65的电流的方向，保证在图3所示的箭头方向上产生磁通。
－推力磁轴承－
图5是示出推力磁轴承22的结构例的俯视图；图6是示出推力磁轴承22的结构例的纵剖视图。如图5、图6所示，推力磁轴承22具有第一电磁铁51与第二电磁铁52。而且，在旋转轴5的另一端部(与固定有叶轮3a的一端部相反一侧的端部)具有圆盘状的部分(以下为圆盘部5a)。而且，第一电磁铁51与第二电磁铁52夹着旋转轴5的被支撑部即圆盘部5a相互对置，利用第一电磁铁51与第二电磁铁52的合成电磁力F来非接触地支撑旋转轴5的被支撑部(圆盘部5a)。
具体而言，在该例子中，推力磁轴承22包括两个磁轴承芯部61和两个线圈65。两个磁轴承芯部61分别形成为圆环状，两个磁轴承芯部61被布置在旋转轴5的被支撑部(圆盘部5a)的轴向两侧，且两个磁轴承芯部61分别与旋转轴5的被支撑部(圆盘部5a)之间保持有规定的间隙。并且，在磁轴承芯部61的对置面上绕整个一周形成有圆周槽。两个线圈65分别被收纳在两个磁轴承芯部61的圆周槽内。因此，在该例子中，构成有两个电磁铁(第一电磁铁51与第二电磁铁52)。而且，如果通过控制流向第一电磁铁51与第二电磁铁52的电流来控制第一电磁铁51与第二电磁铁52的合成电磁力F，则能够对旋转轴5的被支撑部(圆盘部5a)在第一电磁铁51与第二电磁铁52的对置方向(即轴向，图6中的左右方向)上的位置进行控制。
此外，设定线圈65的卷绕方向和流向线圈65的电流的方向，保证在第一电磁铁51与第二电磁铁52中分别产生吸引力[即作用在将旋转轴5的被支撑部(圆盘部5a)拉近的方向上的电磁力]。具体而言，设定线圈65的卷绕方向和流向线圈65的电流的方向，保证在图6所示的箭头方向上产生磁通。
－位移传感器－
如图2所示，该压缩机1包括径向位移传感器31和推力位移传感器32这两种位移传感器。在该例子中，径向位移传感器31和推力位移传感器32均是涡电流式位移传感器。上述位移传感器31、32对应于夹着被支撑体(在该例子中为旋转轴5的被支撑部)相互对置的电磁铁对(例如为第一电磁铁51与第二电磁铁52构成的组)而设，上述位移传感器31、32构成为检测被支撑体在该电磁铁对的对置方向上相对于中央位置(是位移的基准位置，例如是第一电磁铁51与第二电磁铁52二者间的中央位置)的位移量δ。
－径向位移传感器31－
在该例子中，对各径向磁轴承21分别设有两个径向位移传感器31。也就是说，压缩机1具有四个径向位移传感器31。上述径向位移传感器31检测旋转轴5的被支撑部相对于中央位置的位移量δ，各径向磁轴承21中的一个径向位移传感器31检测第一电磁铁51与第二电磁铁52的对置方向(以下为X方向)，X方向是径向磁轴承21的径向，在图3中是向右上升的方向。各径向磁轴承21中的另一个径向位移传感器31检测第三电磁铁53与第四电磁铁54的对置方向[即与X方向正交的径向(以下称作Y方向)，在图3中是向右下降的方向]上的位移量δ。
－推力位移传感器32－
对压缩机1仅设有一个推力位移传感器32。该推力位移传感器32检测在推力磁轴承22中的第一电磁铁51与第二电磁铁52的对置方向[即旋转轴5的轴向(以下称作Z方向)，在图6中是左右方向]上的位移量δ。具体而言，推力位移传感器32检测旋转轴5的被支撑部(圆盘部5a)相对于中央位置的位移量δ。
〈控制器〉
控制器40对一个或者多个磁轴承21、22进行控制，保证非接触地支撑被支撑体(在该例子中是旋转轴5的被支撑部)。具体而言，控制器40通过控制各磁轴承21、22的电磁力来控制旋转轴5悬浮。在该例子中，控制器40包括控制两个径向磁轴承21悬浮的径向控制部41和控制推力磁轴承22悬浮的推力控制部42。此外，具体而言，控制器40能够使用微型计算机和存储有用于让该微型计算机工作的软件的存储设备等来构成。
－径向控制部41－
径向控制部41通过控制旋转轴5在X方向和Y方向各个方向上的位置来进行上述悬浮控制。具体而言，在进行上述悬浮控制时，径向控制部41让电流(控制电流id)流入构成第一电磁铁51～第四电磁铁54的各个线圈65，保证旋转轴5在X方向和Y方向各方向上的位移量δ与预先决定的位置指令值δ*的差值e收敛为零。
能够想到：在进行该悬浮控制时，直接用径向位移传感器31的输出信号作为旋转轴5的位移量δ，但径向位移传感器31的输出信号有可能包括所谓的漂移。此处的漂移是指根据径向位移传感器31周围温度的变化而在径向位移传感器31中产生的输出信号的电平变化量。若在径向位移传感器31中产生这样的漂移，便是根据包括误差在内的位移量δ对悬浮进行控制，而不能进行准确的悬浮控制。因此，径向控制部41要对径向位移传感器31的输出信号中的上述电平变化量进行补偿，再根据电平变化量得到补偿后的输出信号对旋转轴5的位置进行控制。后面，将详细说明是如何对该电平变化量进行补偿的。
－推力控制部42－
推力控制部42对旋转轴5在Z方向上的位置进行控制。具体而言，在进行悬浮控制时，推力控制部42让电流(控制电流id)流入构成第一电磁铁51和第二电磁铁52的各个线圈65中，保证圆盘部5a在Z方向上的位移量δ与预先决定的位置指令值δ*的差值e收敛为零。
能够想到：在进行该悬浮控制时，直接用推力位移传感器32的输出信号作为圆盘部5a的位移量δ，但推力位移传感器32的输出信号有可能包括漂移。若在推力位移传感器32中产生这样的漂移，便是基于包括误差在内的位移量δ对悬浮进行控制，而不能进行准确的悬浮控制。因此，推力控制部42也要对推力位移传感器32的输出信号中的上述电平变化量进行补偿，再根据电平变化量得到补偿后的输出信号对圆盘部5a的位置进行控制，即对旋转轴5的位置进行控制。后面，将详细说明是如何对该电平变化量进行补偿的。
〈输出信号的补偿〉
－补偿的概念－
图7示例出旋转轴5的位移量δ与位移传感器31、32的输出电压V之间的关系(以下为电压特性)。电压特性由图7那样的直线或者曲线的线图表示(以下将示出电压特性的直线、曲线都称作电压特性曲线)。图8示出径向控制部41和推力控制部42所进行的补偿输出信号的概念。如图8所示，上述控制部41、42根据用一个或者多个变换参数C表示的变换规则对上述输出信号进行变换来进行上述补偿。此处，变换规则是指将输出电压V变换成位移量δ的法则，在控制部41、42中，用以一个或者多个变换参数C作系数的函数表示电压特性曲线，利用该函数将位移传感器31、32的输出信号(输出电压V)变换为位移量δ。
一般而言，位移传感器31、32的电压特性曲线根据该位移传感器31、32周围温度而变化。即，位移传感器31、32的输出具有温度依赖性。例如，假定用一次直线表示电压特性曲线。在该情况下，若预先准备表示温度函数的该直线的斜率和该直线的截距作为变换参数C，那么，即使位移传感器31、32的输出有温度依赖性，也能够求出正确的位移量δ。
为了实现上述情况，本实施方式的控制部41、42用在空调装置100内得到的参照值R求解变换参数C。此处，参照值R是为了控制电动机4、或者为了控制使用了电动机4的压缩机1、或者为了控制使用了该压缩机1的空调装置100而被检测出来的值，且是根据位移传感器31、32周围温度的变化而产生的与位移传感器31、32的输出信号的电平变化量相关的检测值。这样的参照值R能够采用具有磁轴承21、22的装置中的温度、压力、电压等各种值(具体例后述)。而且，变换参数C可以由一个参照值R求出，也可以根据几个参照值R来计算出一个变换参数C。例如，结合制冷剂的流量(体积)、压力计算出温度。
在本实施方式中，径向控制部41和推力控制部42各部根据上述概念对输出信号进行补偿。以下，以径向控制部41为代表例，说明在本实施方式中是如何对输出信号进行补偿的。
－在径向控制部41进行的补偿－
图9是说明径向位移传感器31中的漂移的图。该径向位移传感器31的电压特性用直线线图表示，且该直线的截距根据该径向位移传感器31周围温度而变化，斜率却不变化。此处，为便于说明，将该截距的变化量称作漂移量D。
图10是说明在径向控制部41进行的补偿输出信号的方框图。在径向控制部41中，预先存储有变换表(图中记载为温度漂移量对应表)，该变换表中存储有多对由参照值R和变换参数C组成的对。
作为参照值R之一例，可以考虑采用“制冷剂温度”。一般情况下，“制冷剂温度”是控制空调装置100时所需要的信息，在制冷剂回路110中设有检测“制冷剂温度”的温度传感器。例如，在本实施方式中，能够利用检测用于对电动机4进行冷却的制冷剂的温度的温度传感器150b。在压缩机1中的电动机4的转速较大的情况下具有以下倾向：旋转轴5的温度上升，径向位移传感器31的温度也上升。在电动机4的转速较大的情况下，具有以下倾向：用于对电动机4进行冷却的制冷剂的温度也会升高，其结果是，温度传感器150b的温度也会上升。即，温度传感器150b的输出电压值与径向位移传感器31的漂移量D相关。因此，径向控制部41将变换表存储到存储设备中，该变换表中保存有多对由温度传感器150b的检测值和对应于该检测值的漂移量D组成的对。在图10的例子中，将作为基准的参照值R的截距与表格化的参照值R的截距之差作为漂移量D，根据能够假定的周围温度的范围，将规定数量的由表格化的参照值R和漂移量D组成的对存储在控制器40的上述存储设备中。在图10的例子中，将参照值R＝23℃时的漂移量D作为基准值(＝0mm)。
当在径向磁轴承21运转的过程中检测到径向位移传感器31的输出电压V时，径向控制部41进行上述补偿。详细而言，径向控制部41利用变换表求出与参照值R(即温度传感器150b的检测值)相对应的漂移量D。此时，在温度传感器150b的检测值不在变换表内的情况下，用变换表内的值进行插补等，求出对应的漂移量D即可。也就是说，从变换表求出漂移量D，由此而对在变换规则中使用的参数进行修正。
这样求出漂移量D以后，因为基准温度下的径向位移传感器31的电压特性曲线(以下为基准特性曲线)是已知的，所以能够求出与当前的径向位移传感器31相对应的位移量δ。如图9所示，当前的电压特性的截距相对于基准特性曲线发生了偏离，所以径向控制部41根据基准特性曲线计算位移量δ(图10中的一次位置检测值)，并在该计算得到的值中加上漂移量D。由于对该径向磁轴承21设有两个径向位移传感器31，所以径向控制部41对各个径向位移传感器31的输出信号进行补偿。因此能够对X方向和Y方向上分别求出温度影响得到补偿后的位移量δ。
此外，在示出上述电压特性的直线的斜率也依赖于上述周围温度的情况下，将周围温度、对应于该周围温度的截距的变化量以及对应于该周围温度的斜率的变化量这三个数据作为一组保存到变换表中。
既可以两个径向位移传感器31共用一个变换表，也可以事先对每个径向位移传感器31准备不同的变换表。
〈本实施方式的效果〉
如上所述，根据本实施方式，磁轴承装置不在位移传感器的附近设置温度传感器，就能够补偿根据位移传感器自身及其周围温度的变化而产生的输出信号的电平变化量(上述例子中为漂移)。
此外，能够用于修正在变换规则中使用的参数的制冷剂温度并不限定于与电动机冷却控制装置150相关的制冷剂的温度。
(发明的第二实施方式)
在本发明的第二实施方式中，对使用了采用不连续值的变换参数C的例子进行说明。在本实施方式中，将空调装置100的运转状态是否稳定的指标值(以下称作稳定化指标)用作变换参数C。
图11是温度传感器150b的稳定化指标的输出的时序图。图11中，自空调装置100的运转开始时刻起示出温度传感器150b的输出T。在本实施方式中，在温度传感器150b的输出T的振幅在规定阈值Tt以上的情况下，稳定化指标＝0；在温度传感器150b的输出T的振幅比阈值Tt小的情况下，稳定化指标＝1。在图11的例子中，在时刻t＝t1之后，振幅比阈值Tt小。而且，本实施方式的控制部41、42将该稳定化指标作为变换参数C纳入变换规则中，并根据该稳定化指标来修正在变换规则中使用的参数。
例如，空调装置100存在以下情况；在该空调装置100的运转状态稳定以前，位移传感器31、32周围的温度稳定在以较低的状态下；在该空调装置100的运转状态稳定以后，位移传感器31、32周围的温度稳定在较高的状态下。在这样的情况下，通过根据稳定化指标(此处，根据稳定化指标是0或1)来修正在变换规则中使用的参数，能够求解温度影响得到补偿后的位移量δ。因此，在本实施方式中，也是这样，磁轴承装置不在位移传感器的附近设置温度传感器，就能够补偿根据位移传感器自身及其周围温度的变化而产生的输出信号的电平变化量。
(其它实施方式)
此外，在上述实施方式中说明的位移传感器的输出信号补偿也能够应用于仅包括推力磁轴承或者仅包括径向磁轴承的装置；在推力磁轴承和径向磁轴承二者都包括的装置中，可以仅对任一方的磁轴承进行输出信号的补偿。
上述实施方式中说明的位移传感器的输出信号补偿，除能够用来控制压缩机中的磁轴承以外，还能够用来控制发电机(例如水力发电、风力发电)、泵等中的磁轴承。
在将输出电压V变换成位移量δ的变换规则包括求解新参数的其它法则(称作子变换规则)的情况下，也可以根据参照值R切换在变换规则中使用的子变换规则。例如，子变换规则的切换例如下所述：根据作为参照值R的x值切换在变换规则z(x)中使用的子变换规则的式子y(x)。
－子变换规则的切换例－
变换规则：z(x)＝2y(x)
y(x)＝ax+b(x＞R0的情况)
y(x)＝ax2(x≤R0的情况)
其中，R0是阈值，a及b是常数。
这样一来，本发明中的“根据参照值R修正该参数”就是也包括这样的边切换子变换规则边求解新参数这种情况的概念。
参照值R能够采用各种检测值。具体地能够列举出以下例子。当然，也可以用它们中的几个求解变换参数C。
(1)旋转电力机械(电动机)的转速
存在以下情况：若电动机4等旋转电力机械的转速升高，位移传感器31、32周围的温度就会升高；若电动机4等旋转电力机械的转速降低，位移传感器31、32周围的温度就会降低。在这样的情况下，能够根据旋转电力机械的转速来修正在变换规则中使用的参数。
(2)旋转电力机械的电流
存在以下情况：若流向旋转电力机械的电流增大，则位移传感器31、32周围的温度变高；若流向旋转电力机械的电流减小，则位移传感器31、32周围的温度变低。在这样的情况下，能够根据旋转电力机械的电流修正在变换规则中使用的参数。
(3)制冷剂的压力、流量
空调装置100中制冷剂的压力根据运转状态而变化。并且，一般情况下，在空调装置100中都设置制冷剂压力的传感器。因此，在压力传感器的检测值与位移传感器31、32周围的温度相关的情况下，能够根据压力传感器的检测值修正在变换规则中使用的参数。
空调装置100能够用压缩机1的转速等信息计算制冷剂流量。制冷剂流量有时与位移传感器31、32周围的温度相关。在这样的情况下，能够根据制冷剂流量修正在变换规则中使用的参数。
(4)控制基板的温度
出于保护开关元件等的目的而在控制基板160a上设有温度传感器(省略图示)。在该温度传感器例如与逆变器电路所具有的开关元件的温度相关的情况下等，则期待该温度传感器的检测值与位移传感器31、32周围的温度相关。在这样的情况下，能够根据该检测值修正在变换规则中使用的参数。
(5)入口导流叶片的开度
入口导流叶片3b的开度例如根据流体的流量(上述之例中为制冷剂流量)进行控制。也就是说，入口导流叶片3b的开度反映了流体的流量。因此，流体的流量与位移传感器31、32周围的温度相关的装置能够根据入口导流叶片3b的开度修正在变换规则中使用的参数。
(位移传感器的应用)
若能够如上所述补偿径向位移传感器31、推力位移传感器32的输出信号，则能够更加准确地调节旋转轴5的动态平衡。
公知的动态平衡的调整方法如下：求解所谓的影响系数，并根据该影响系数决定所需要的平衡块的重量和平衡块的位置。一般按照以下方法计算该影响系数。即：将测试配重安装在固定于调整动态平衡的旋转体的修正面上，使该旋转体以规定速度旋转，并根据在计测面计测出的振动来计算该影响系数。然而，针对被要求高速旋转的旋转体(例如上述的旋转轴5)而言，在计测影响系数时，需要使旋转体高速旋转，并且测试配重的安装作业也很复杂。因此，在以下例子中，示例出既不进行测试配重的安装也不进行旋转轴5的高速旋转而求解影响系数的方法。此外，在以下例子中，假定在与旋转轴5正交的两个面中进行所谓的双面平衡。因此计测面、修正面分别有两个。在径向磁轴承中，计测面是布置位移传感器(X方向和Y方向)且与旋转轴正交的面；修正面是固定于各计测面附近且与旋转轴正交的面(图2中省略)。
〈影响系数的计算〉
当使用磁轴承与被支撑体之间的动刚性的倒数(以下称作动柔度)即G和旋转轴5的转速(以频率表示而设为Ω)时，影响系数(设为α)由下式表示。
αji(Ω)＝Ω2Gji(Ω)……式1
由上式可知，若能够计测旋转轴5以频率Ω运转时的动柔度G，则能够计算出该情况下的影响系数α。此处，各变量的下标j示出计测面。在该例子中，1对应于叶轮侧的计测面(以下为第一计测面)，2对应于叶轮相反一侧的计测面(以下为第二计测面)。并且，下标i示出修正面。在该例子中，1对应于叶轮侧的修正面(第一修正面)，2对应于叶轮相反一侧的计测面(第二修正面)。例如，G11(Ω)指的是在旋转轴5以频率Ω运转的情况下第一修正面与第一计测面之间的动柔度G。
在本实施方式中，利用电磁铁51～54的电磁力使旋转轴5振动。对此时的各径向位移传感器31中的位移量δ进行采样，由此计算从电磁铁到计测面的动柔度G(伪动柔度G’)。因为电磁铁面(与布置电磁铁的旋转轴正交的面)与修正面的轴向位置不同，所以伪动柔度G’与动柔度G不同，但容易变换。在本实施方式中，具有电磁铁51～54的控制系统的径向控制部41对该激振进行控制。
具体而言，径向控制部41首先使旋转轴5悬浮后再使它静止下来，接下来，由一个径向磁轴承21以频率Ω的激振力使旋转轴5振动。在该例子中，径向控制部41首先利用第一径向磁轴承21使旋转轴5在X方向上振动。详细而言，径向控制部41将相当于激振力的指令值(以下为激振力指令值Fe*)重叠在产生X方向的电磁力的、对第一电磁铁51和第二电磁铁52的支撑力的指令值上而生成新指令值。此外，例如可以考虑使激振力为频率Ω的正弦波。若根据这样生成的新指令值对流向电磁铁51～54的电流进行控制，旋转轴5就会振动。
在该情况下，假定在径向磁轴承21的控制系统中，自输入新指令值时开始到电磁铁产生支撑力为止的传递特性在频率Ω下增益为0dB、相位为0度，则相当于激振力指令值Fe*的力就会施加给旋转轴5。各个径向位移传感器31的输出δ中就会包括静止悬浮时噪声所引起的变动成分和激振所引起的变动成分。也就是说，在该例子中，各个径向位移传感器31的输出包括频率Ω的正弦波成分。
径向控制部41对与第一径向磁轴承21相对应的径向位移传感器31的输出δ和激振中的激振力指令值Fe*适当地采样并进行傅立叶变换。通过该傅立叶变换，能够提取X方向的位移量δ所含有的频率Ω的成分和激振力指令值Fe*所含有的频率Ω的成分。
在该例子中，由于用径向位移传感器31的输出δ除以激振力指令值Fe*而得到的值是伪动柔度G’，所以若使用傅立叶变换的结果，则能够计算出频率Ω时的伪动柔度G’。具体而言，径向控制部41用X方向的位移量δ所含有的频率Ω的成分除以激振力指令值Fe*所含有的频率Ω的成分而求出G’11(Ω)。同样，径向控制部41用与第二径向磁轴承21相对应的径向位移传感器31的X方向上的位移量δ所含有的频率Ω的成分除以激振力指令值Fe*所含有的频率Ω的成分而求出G’21(Ω)。
径向控制部41还利用第一径向磁轴承21使旋转轴5也在Y方向上振动。此时，径向控制部41对激振中的激振力指令值Fe*和径向位移传感器31的输出δ适当地采样，并且计算Y方向激振时的G’11(Ω)、G’21(Ω)。而且，径向控制部41将在X方向上激振而求出的G’11(Ω)和在Y方向上激振而求出的G’11(Ω)的平均值作为该装置的G’11(Ω)，并且将在X方向上激振而求出的G’21(Ω)和在Y方向上激振而求出的G’21(Ω)的平均值作为该装置的G’21(Ω)。理论上，在X方向上激振的情况下的动柔度G与在Y方向上激振的情况下的动柔度G相等，只要计算任一方的动柔度G即可，但由于也存在二者因制造偏差等而不相等的情况，所以在该例子中，对由各方向的激振而得到的数据进行平均。
若由第二径向磁轴承21使旋转轴5振动，则能够计算出G’12(Ω)、G’22(Ω)。若这样求解出伪动柔度G’11(Ω)、G’21(Ω)、G’12(Ω)及G’22(Ω)后，再利用力、力矩的平衡关系将它们变换成动柔度G11(Ω)、G21(Ω)、G12(Ω)及G22(Ω)，根据式(1)便能够计算出影响系数α11(Ω)、α21(Ω)、α12(Ω)及α22(Ω)。求出上述影响系数α以后，利用公知的方法就能够将所需要的平衡块的重量和平衡块的位置决定下来。
－工业实用性－
本发明作为磁轴承装置及使用该磁轴承装置的流体机械系统很有用。
－符号说明－
1 压缩机(流体机械系统)
3 压缩机构(流体机械)
4 电动机(旋转电力机械)
5 旋转轴
10 磁轴承装置
21 径向磁轴承(磁轴承)
22 推力磁轴承(磁轴承)
31 径向位移传感器(位移传感器)
32 推力位移传感器(位移传感器)
40 控制器
51 第一电磁铁
52 第二电磁铁
53 第三电磁铁
54 第四电磁铁
100 空调装置
110 制冷剂回路
160a 控制基板

Claims (3)

1.一种磁轴承装置，包括：磁轴承(21、22)，其具有对连结在旋转电力机械(4)上的旋转轴(5)施加电磁力的多个电磁铁(51～54)，位移传感器(31、32)，其输出与所述旋转轴(5)的位移相对应的输出信号，以及控制器(40)，其控制所述电磁铁(51～54)，
该磁轴承装置的特征在于：
所述控制器(40)基于一个或者多个参照值(R)对电平变化量进行补偿，并且，基于所述电平变化量得到补偿后的所述输出信号进行所述控制，
所述一个或者多个参照值(R)是为了控制所述旋转电力机械(4)、或者为了控制使用了所述旋转电力机械(4)的流体机械系统(1)、或者为了控制使用了该流体机械系统(1)的装置(100)而被检测出来的，并且，所述一个或者多个参照值(R)与根据所述位移传感器(31、32)周围温度的变化而产生的所述输出信号的电平变化量相关，
所述控制器(40)构成为：根据使用了一个或者多个参数的变换规则对所述输出信号进行变换来进行所述补偿，并且根据所述参照值(R)来对该参数进行修正，
所述流体机械系统(1)是设在制冷剂回路(110)中的压缩机，
所述旋转电力机械(4)是驱动所述压缩机的电动机，
所述控制器(40)以所述旋转电力机械(4)的转速、在安装有所述旋转电力机械(4)的控制装置的控制基板(160a)中检测到的温度、所述制冷剂回路(110)中的制冷剂压力、制冷剂流量以及所述旋转电力机械(4)的电流值中的任一个检测值、或者由两个以上所述检测值求出的值作所述参照值(R)用。
2.根据权利要求1所述的磁轴承装置，其特征在于：
所述控制器(40)利用所述参照值(R)的变化幅度是否落在规定范围内的判断结果对所述参数进行修正。
3.一种流体机械系统，其特征在于：
包括：
权利要求1或2所述的磁轴承装置(10)；
所述旋转电力机械(4)；以及
通过旋转轴(5)连结在所述旋转电力机械(4)上的流体机械(3)。
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