JP2002130277A - 磁気軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠隔地から運転状況の把握や制御手段の調整
などができるようにする。 【解決手段】 磁気軸受装置は、回転体8の位置を検出
する位置センサ12、13、14および回転体8を磁気的に非接
触支持する磁気軸受9、10、11を有する機械本体1と、位置
センサ12、13、14からの信号に基づいて磁気軸受9、10、11
を制御する制御装置2と、制御装置2と離れた位置に設置
されたコンピュータ3と制御装置2を通信回線6、7で接続
するためのモデム4とを備えている。制御装置2が、機械
本体1の運転状況に関するデータをモデム4を介してコン
ピュータ3に送信するとともに、コンピュータ3からモデ
ム4を介して送信される磁気軸受9、10、11の制御に関する
データを受信し、受信した制御に関するデータにより調
整を行う。

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、回転体を磁気軸
受により磁気的に非接触支持して回転させる磁気軸受装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】たと
えば磁気軸受型ターボ分子ポンプなどの磁気軸受装置
は、回転体の位置を検出する位置センサおよび回転体を
磁気的に非接触支持する磁気軸受を有する機械本体と、
位置センサからの信号に基づいて磁気軸受を制御する制
御手段とから構成されていた。また、１つのメーカーで
製造された多数の磁気軸受装置が遠く離れた様々な場所
にあるユーザーで使用されるが、従来は、それぞれの磁
気軸受装置は互いに独立しており、制御やメンテナンス
は各磁気軸受装置で個別に実施されていた。このため、
現地（ユーザーにおける磁気軸受装置の据付現場）でな
ければ、磁気軸受装置の運転状況の把握や故障診断がで
きなかった。磁気軸受装置を設置した場合、定期的にメ
ンテナンスを行う必要があるが、上記のようにメーカー
側で磁気軸受装置の運転状況などを把握することができ
ないため、その都度、メーカーの技術者が現地に出向い
て、運転状況の把握や故障診断などを実施し、その後、
制御手段の調整などを行う必要があった。そして、この
ような現地における作業を遠く離れた様々なユーザーの
磁気軸受装置ごとに行う必要があり、そのために多くの
時間と労力を要するという問題があった。また、磁気軸
受装置の制御手段における制御回路にはアナログ回路と
ディジタル回路があり、いずれの場合も、使用中に磁気
軸受の制御特性の改良、変更の必要の生じることがある
が、このようなときにも、上記同様、メーカーの技術者
が現地に出向いて、制御回路を調整する必要があった。

【０００３】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
遠隔地から運転状況の把握や制御手段の調整などができ
る磁気軸受装置を提供することにある。

【０００４】

【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、回転体の位置を検出する位置
センサおよび前記回転体を磁気的に非接触支持する磁気
軸受を有する機械本体と、前記位置センサからの信号に
基づいて前記磁気軸受を制御する制御手段と、前記制御
手段と離れた位置に設置された情報処理手段と前記制御
手段を通信回線で接続するための通信手段とを備えてい
る磁気軸受装置において、前記制御手段が、前記機械本
体の運転状況に関するデータを前記通信手段を介して前
記情報処理手段に送信するとともに、前記情報処理手段
から前記通信手段を介して送信される前記磁気軸受の制
御に関するデータを受信し、受信した制御に関するデー
タにより調整を行うことを特徴とするものである。

【０００５】機械本体の運転状況に関するデータ（たと
えば回転体の位置に関するデータや磁気軸受の制御電流
値に関するデータなど）を制御手段から情報処理手段に
送信することにより、情報処理手段で機械本体の運転状
況を把握することができ、磁気軸受の制御に関するデー
タを情報処理手段から制御手段に送信することにより、
制御手段の調整を行うことができる。したがって、情報
処理手段をメーカーに設置しておけば、現地に出向かな
くても、メーカー側で、機械本体の運転状況の把握、故
障診断および制御手段の調整などを行うことができる。
この場合、磁気軸受の制御パラメータなど、磁気軸受の
制御に関するデータは、機械本体の運転状況や故障診断
の結果などに基づいて情報処理手段で自動的に決定され
るようにしてもよいし、技術者が決定して情報処理手段
に入力するようにしてもよい。

【０００６】たとえば、前記制御手段が、複数の磁気軸
受装置の制御手段と接続可能なサーバと接続可能であ
る。

【０００７】たとえば、制御手段が、位置センサからの
アナログ信号をディジタル位置信号に変換して出力する
Ａ／Ｄ変換器と、ディジタル位置信号に基づいて磁気軸
受に供給する制御電流値を求めディジタル制御信号とし
て出力するディジタル信号処理プロセッサと、ディジタ
ル制御信号をアナログ信号に変換して磁気軸受に出力す
るＤ／Ａ変換器とを備えている。

【０００８】この明細書において、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
ハードウェアを指す。なお、以下、これをＤＳＰと略す
ことにする。

【０００９】制御手段がＤＳＰを備えていると、信号の
高速実時間処理ができる。

【００１０】たとえば、制御手段が、位置センサから得
られた回転体の位置に関するデータおよびディジタル信
号処理プロセッサで求められた磁気軸受の制御電流値に
関するデータを記憶する第１のメモリ手段と、情報処理
手段から通信手段を介して送信されてきた磁気軸受の制
御パラメータを記憶する第２のメモリ手段とを備え、デ
ィジタル信号処理プロセッサが、回転体の位置に関する
データおよび磁気軸受の制御電流値に関するデータを第
１のメモリ手段に出力し記憶させるとともに、第２のメ
モリ手段から磁気軸受の制御パラメータを読み出して新
しい制御パラメータとし、情報処理手段が、第１のメモ
リ手段から回転体の位置に関するデータおよび磁気軸受
の制御電流値に関するデータを通信手段を介して読み出
すとともに、磁気軸受の制御パラメータを通信手段を介
して第２のメモリ手段に送信し記憶させる。

【００１１】このようにすることにより、情報処理手段
側で機械本体の運転状況の把握ができ、情報処理手段側
から制御手段の調整ができる。

【００１２】

【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。

【００１３】図１は、第１実施形態を示している。

【００１４】図１において、磁気軸受装置は、機械本体
(1)、制御手段としての制御装置(2)、情報処理手段とし
てのコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ）
(3)および通信手段としての２つのモデム(4)(5)を備え
ている。機械本体(1)、制御装置(2)および第１のモデム
(4)はたとえばユーザー側に設置され、コンピュータ(3)
および第２のモデム(5)は、遠隔地、たとえば、メーカ
ー側に設置される。２つのモデム(4)(5)は、電話回線な
どの通信回線(6)(7)に接続されている。

【００１５】磁気軸受型ターボ分子ポンプに適用される
磁気軸受装置の場合、機械本体(1)がポンプ本体とな
る。機械本体(1)は、ケーシング（図示略）内に垂直に
配置された軸状の回転体(8)を備えている。ケーシング
内には、また、回転体(8)を磁気的に非接触支持する１
組のアキシアル磁気軸受(9)および上下２組のラジアル
磁気軸受(10)(11)、回転体(8)のアキシアル方向の位置
を検出するための１個のアキシアル位置センサ(12)、回
転体(8)のラジアル方向の位置を検出するための上下２
組のラジアル位置センサ(13)(14)、回転体(8)を高速回
転させる回転駆動手段としての高周波モータ(15)、なら
びに回転体(8)の回転速度を検出するための回転速度セ
ンサ(16)が設けられている。通常、アキシアル磁気軸受
(9)は１対の電磁石(9a)から、各ラジアル磁気軸受(10)
(11)はそれぞれ２対の電磁石(10a)(11a)から構成されて
いる。なお、これら磁気軸受(9)(10)(11)、位置センサ
(12)(13)(14)、モータ(15)および回転速度センサ(16)に
ついては、公知のものであるから、詳細な説明は省略す
る。

【００１６】制御装置(2)は、磁気軸受(9)(10)(11)およ
びモータ(15)の制御を行うためのものである。制御装置
(2)は、ＤＳＰ(17)、第１のメモリ手段としての第１Ｅ
ＰＲＯＭ(18)、第２のメモリ手段としての第２ＥＰＲＯ
Ｍ(19)、Ａ／Ｄ変換器(20)、Ｄ／Ａ変換器(21)、位置セ
ンサ駆動回路(22)、パワーアンプ(23)、回転速度センサ
駆動回路(24)およびモータ駆動回路(25)を備えている。
ＤＳＰ(17)は、上記の制御および通信を行うためのもの
であり、パラレルリンクおよび外部機器との通信を可能
にするモデムポートを有し、ＥＰＲＯＭ(18)(19)を介し
て第１のモデム(4)に接続されている。第１ＥＰＲＯＭ
(18)は、送信するデータを記憶するためのものである。
第２ＥＰＲＯＭ(19)は、ＤＳＰ(17)の実行プログラムを
格納するとともに、受信したデータを記憶するためのも
のである。ＤＳＰ(17)は、ＥＰＲＯＭ(18)(19)および第
１のモデム(4)を介して通信回線(6)(7)に接続されてい
る。コンピュータ(3)は、第２のモデムを(5)を介して通
信回線(6)(7)に接続されている。なお、モデム(4)(5)
は、２８８００BPS 以上の通信能力を有するものであ
る。

【００１７】位置センサ(12)(13)(14)はセンサ駆動回路
(22)によって駆動され、駆動回路(22)は、各センサ(12)
(13)(14)の出力に基づいて、回転体(8)のアキシアル方
向の位置および上下２箇所におけるラジアル方向の位置
を検出する。センサ駆動回路(22)からのアナログ位置信
号は、Ａ／Ｄ変換器(20)によりディジタル位置信号に変
換されて、ＤＳＰ(17)に入力する。ＤＳＰ(17)は、上記
のディジタル位置信号に基づいて各磁気軸受(9)(10)(1
1)の電磁石(9a)(10a)(11a)の励磁電流を制御する。ＤＳ
Ｐ(17)からの電流指令値に相当するディジタル制御信号
はＤ／Ａ変換器(21)によりアナログ制御信号に変換さ
れ、この信号に基づいて、パワーアンプ(23)から各電磁
石(9a)(10a)(11a)に励磁電流が供給され、その結果、回
転体(8)がアキシアル方向およびラジアル方向の所定位
置に非接触支持される。回転速度センサ(16)はセンサ駆
動回路(24)によって駆動され、駆動回路(24)はセンサ(1
6)の出力に基づいて回転体(8)の回転速度を検出する。
センサ駆動回路(24)からの回転速度検出信号は、ＤＳＰ
(17)に入力する。ＤＳＰ(17)は、上記回転速度検出信号
に基づいて回転体(8)の回転速度を制御する。ＤＳＰ(1
7)からの回転速度指令信号はモータ駆動回路(25)に入力
し、この信号に基づいて、駆動回路(25)によりモータ(1
5)が駆動され、その結果、回転体(8)が所定の回転速度
で回転させられる。なお、上記の回転体(8)の位置の検
出および回転速度の検出、電流指令値の出力および回転
速度指令値の出力は、一定のサンプリング時間ごとに行
われる。

【００１８】磁気軸受装置の運転中、ＤＳＰ(17)は、回
転体(8)の位置および回転速度を検出するたびにこれら
位置データおよび回転速度データを第１ＥＰＲＯＭ(18)
に記憶するとともに、電流指令値を出力するたびにこの
電流指令値データを第１ＥＰＲＯＭ(18)に記憶する。そ
して、これらのデータは、第１ＥＰＲＯＭ(18)から第１
のモデム(4)、通信回線(6)および第２のモデム(5)を介
してコンピュータ(3)に送られる。このため、遠隔地に
おいて、機械本体(1)の運転状況を常時監視して把握す
ることができる。また、コンピュータ(3)側において、
必要に応じて、制御装置(2)における磁気軸受(9)(10)(1
1)の制御パラメータ、モータ(15)の回転速度設定値、サ
ンプリング時間などの制御特性を変更することができ、
このように変更したデータを制御装置(2)に送信するこ
とにより、遠隔地から制御装置(2)の制御特性の調整が
できる。この場合、コンピュータ(3)に設定されたデー
タは、第２のモデム(5)、通信回線(7)、第１のモデム
(4)および第２ＥＰＲＯＭ(19)を介してＤＳＰ(17)に送
られ、第２ＥＰＲＯＭ(19)の所定位置に記憶される。そ
して、以後は、この新たに記憶されたデータを使用して
制御が行われ、制御特性が変更されたことになる。

【００１９】上記実施形態では、制御装置がＤＳＰと２
つのＥＰＲＯＭを備えているが、たとえば実行プログラ
ムが小さいような場合は、ＤＳＰ内のメモリ手段を使用
して制御装置をＤＳＰだけで構成することもできる。そ
の場合、ＤＳＰ内のメモリ手段を第１のメモリ手段およ
び第２のメモリ手段として使用することができる。

【００２０】また、上記実施形態では、磁気軸受(9)(1
0)(11)の制御と、モータ(15)の制御を１つのＤＳＰ(17)
で行うようにしたが、ＤＳＰ(17)では磁気軸受(9)(10)
(11)の制御のみを行い、モータ(15)の制御は他の制御手
段で独立して行わせるようにしてもよい。

【００２１】図２および図３は、第２実施形態を示して
いる。図２および図３において、図１の部分に対応する
部分には同一の符号を付している。

【００２２】第２実施形態は機械本体(1)と制御装置(2)
の組が複数組設けられた場合の例であり、図２には磁気
軸受装置の全体構成が、図３には１組の機械本体(1)と
制御装置(2)の部分の詳細が示されている。

【００２３】第２実施形態の場合、各組の制御装置(2)
がそれぞれ第１のモデム(4)を介して１つのサーバ(30)
に接続され、サーバ(30)が通信回線としてのＩＳＤＮ回
線(31)を介してコンピュータ(3)側の第２のモデム(5)に
接続されている。また、各組の制御装置(2)と第１のモ
デム(4)が、１つの制御ユニット(32)にまとめられてい
る。制御装置(2)は第１実施形態の制御装置(2)から２つ
のＥＰＲＯＭ(18)(19)を除いたものであり、ＤＳＰ(17)
が第１のモデム(4)に接続されている。そして、ＤＳＰ
(17)に内蔵されたメモリ（図示略）が上記ＲＰＲＯＭ(1
8)(19)の機能を果たしている。制御装置(2)の残りの部
分の構成は、第１実施形態の場合と同様である。機械本
体(1)の構成は、第１実施形態の場合と同様である。

【００２４】第２実施形態の場合、コンピュータ(3)と
各組の制御装置(2)との間で、第１実施形態の場合と同
様の通信が行われる。なお、この場合、制御装置(2)か
らの送信とコンピュータ(3)からの送信は交互に行われ
る。

【００２５】第２実施形態において、１つのユーザーあ
るいは複数のユーザーに設置した制御ユニット(32)をＩ
ＳＤＮ回線(31)に接続しておけば、メーカーに設置した
１つのコンピュータ(3)でこれらを集中管理することが
できる。第２実施形態では、１つのコンピュータ(3)を
ＩＳＤＮ回線(31)に接続しているが、たとえば異なる場
所に設置した複数のコンピュータ(3)をＩＳＤＮ回線(3
1)に接続しておけば、いずれの場所からでも機械本体
(1)および制御ユニット(32)の各組の集中管理ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の第１実施形態を示す磁気軸
受装置の概略構成図である。

【図２】図２は、この発明の第２実施形態を示す磁気軸
受装置の概略構成図である。

【図３】図３は、図２の１組の機械本体および制御装置
の部分の概略構成図である。

【符号の説明】

(1) 機械本体 (2) 制御装置（制御手段） (3) コンピュータ（情報処理手段） (4) モデム（通信手段） (6)(7) 通信回線 (8) 回転体 (9) アキシアル磁気軸受 (10)(11) ラジアル磁気軸受 (12) アキシアル位置センサ (13)(14) ラジアル位置センサ (17) ＤＳＰ（ディジタル信号処理プロセ
ッサ） (18) 第１ＥＰＲＯＭ（第１のメモリ手
段） (19) 第２ＥＰＲＯＭ（第２のメモリ手
段） (20) Ａ／Ｄ変換器 (21) Ｄ／Ａ変換器 (31) ＩＳＤＮ回線（通信回線）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体の位置を検出する位置センサおよび
   前記回転体を磁気的に非接触支持する磁気軸受を有する
   機械本体と、前記位置センサからの信号に基づいて前記
   磁気軸受を制御する制御手段と、前記制御手段と離れた
   位置に設置された情報処理手段と前記制御手段を通信回
   線で接続するための通信手段とを備えている磁気軸受装
   置において、 前記制御手段が、前記機械本体の運転状況に関するデー
   タを前記通信手段を介して前記情報処理手段に送信する
   とともに、前記情報処理手段から前記通信手段を介して
   送信される前記磁気軸受の制御に関するデータを受信
   し、受信した制御に関するデータにより調整を行うこと
   を特徴とする磁気軸受装置。
2. 【請求項２】前記制御手段が、複数の磁気軸受装置の制
   御手段と接続可能なサーバと接続可能であることを特徴
   とする請求項１の磁気軸受装置。
3. 【請求項３】前記制御手段が、前記位置センサからのア
   ナログ信号をディジタル位置信号に変換して出力するＡ
   ／Ｄ変換器と、前記ディジタル位置信号に基づいて前記
   磁気軸受に供給する制御電流値を求めディジタル制御信
   号として出力するディジタル信号処理プロセッサと、前
   記ディジタル制御信号をアナログ信号に変換して前記磁
   気軸受に出力するＤ／Ａ変換器とを備えていることを特
   徴とする請求項１または２の磁気軸受装置。
4. 【請求項４】前記制御手段が、前記位置センサから得ら
   れた前記回転体の位置に関するデータおよび前記ディジ
   タル信号処理プロセッサで求められた前記磁気軸受の制
   御電流値に関するデータを記憶する第１のメモリ手段
   と、前記情報処理手段から前記通信手段を介して送信さ
   れてきた前記磁気軸受の制御パラメータを記憶する第２
   のメモリ手段とを備え、前記ディジタル信号処理プロセ
   ッサが、前記回転体の位置に関するデータおよび前記磁
   気軸受の制御電流値に関するデータを前記第１のメモリ
   手段に出力し記憶させるとともに、前記第２のメモリ手
   段から前記磁気軸受の制御パラメータを読み出して新し
   い制御パラメータとし、前記情報処理手段が、前記第１
   のメモリ手段から前記回転体の位置に関するデータおよ
   び前記磁気軸受の制御電流値に関するデータを前記通信
   手段を介して読み出すとともに、前記磁気軸受の制御パ
   ラメータを前記通信手段を介して前記第２のメモリ手段
   に送信し記憶させることを特徴とする請求項３の磁気軸
   受装置。