JP2002174238A - Magnetic bearing control device and vacuum pump using the same - Google Patents

Magnetic bearing control device and vacuum pump using the same

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JP2002174238A
JP2002174238A JP2000373376A JP2000373376A JP2002174238A JP 2002174238 A JP2002174238 A JP 2002174238A JP 2000373376 A JP2000373376 A JP 2000373376A JP 2000373376 A JP2000373376 A JP 2000373376A JP 2002174238 A JP2002174238 A JP 2002174238A
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resistor
circuit
magnetic bearing
impedance circuit
limiter
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Toshiaki Kawashima
敏明 川島
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Seiko Instruments Inc
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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
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0451Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
    • 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic bearing control device provided with a compensating circuit capable of advancing the phase of a control signal of large amplitude and lowering gain when the control signal is inputted and a vacuum pump provided with the device. SOLUTION: Impedance circuits 15 and 16 having primary delay transmission functions are connected via diodes 5 and 6 biased in opposite directions in parallel with a resistor 18 applying negative feedback to an operational amplifier 2. The diodes 5 and 6 do not operate for a signal of small amplitude and the negative feedback is performed by the resistor 18. The diodes 5 and 6 are conducted for the signal of large amplitude and the negative feedback is applied by the impedances 15 and 16 together with the resistor 18. As a result, gain of the operational amplifier 2 is lowered and the phase of an output signal is advanced. Operating voltage of a limiter is set by bias voltage of the diodes 5 and 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気軸受制御装
置、及び該装置を用いた真空ポンプに関し、例えば、タ
ーボ分子ポンプなどの磁気軸受により保持されるロータ
を有する真空ポンプの磁気軸受制御装置、及び該装置を
用いた真空ポンプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic bearing control device and a vacuum pump using the same, for example, a magnetic bearing control device for a vacuum pump having a rotor held by a magnetic bearing such as a turbo molecular pump, And a vacuum pump using the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】ターボ分子ポンプなどに用いられる磁気
軸受の制御回路は、ロータの振れ回りや外乱によるロー
タの振動を抑制するために、その振れ回りや振動の周波
数成分の制御信号にPID(Proportional
Integral Differential)回路
により位相進みを与えてダンピング効果を高めている。
この結果、ボード線図は概略図7で示したようになり、
ゲイン501は高周波側で高くなり、位相502は周波
数が高くなるにつれ進んだ後、遅れてくる。このように
ターボ分子ポンプなどに使われる磁気軸受の制御回路で
は高周波でのゲインが高くなる。そのため、高周波で大
振幅の外乱が入ると、それを抑制するために大きな電磁
石電流を流す必要があった。
2. Description of the Related Art A control circuit for a magnetic bearing used in a turbo-molecular pump or the like uses a PID (Proportional) control signal for a frequency component of the whirling or vibration to suppress the vibration of the rotor due to whirling or disturbance of the rotor.
The phase difference is given by an integral differential circuit to enhance the damping effect.
As a result, the Bode diagram becomes as shown in FIG.
The gain 501 increases on the high frequency side, and the phase 502 advances and then delays as the frequency increases. As described above, in a control circuit of a magnetic bearing used in a turbo molecular pump or the like, a gain at a high frequency is increased. Therefore, when a disturbance having a large amplitude at a high frequency enters, a large electromagnet current needs to flow to suppress the disturbance.

【0003】ところで、電磁石駆動用のパワーアンプの
出力には限界があるため、高周波で大振幅な外乱が生じ
た場合は、パワーアンプの出力が飽和し、その結果、目
標値通りに電流を制御できず、外乱の影響を抑制できな
い場合があった。従って、大振幅の外乱を抑制するため
には、制御回路の大振幅時のゲインを下げてパワーアン
プの飽和を防ぐと共に、制御信号の位相を進めてダンピ
ング効果を高める必要がある。磁気軸受の制御回路に、
このような補償を行う補償回路として特開平7−167
144号広報の能動磁気軸受のサーボ制御回路用補正回
路がある。
However, since the output of a power amplifier for driving an electromagnet is limited, when a large-frequency disturbance occurs at a high frequency, the output of the power amplifier is saturated, and as a result, the current is controlled according to a target value. In some cases, the influence of disturbance could not be suppressed. Therefore, in order to suppress a large amplitude disturbance, it is necessary to reduce the gain of the control circuit at the time of large amplitude to prevent saturation of the power amplifier and to advance the phase of the control signal to enhance the damping effect. In the control circuit of the magnetic bearing,
Japanese Patent Laid-Open No. 7-167 discloses a compensation circuit for performing such compensation.
There is a correction circuit for a servo control circuit of an active magnetic bearing disclosed in No. 144.

【0004】図8は特開平7−167144号広報の制
御回路400の回路構成を示した図である。制御回路4
00は、例えば、PID制御回路と駆動用パワーアンプ
の間に設置される。制御回路400は、演算増幅器11
0、第1のインピーダンス回路100、第2のインピー
ダンス回路200及び第3のインピーダンス回路300
から構成されている。第1のインピーダンス回路100
は、抵抗体111と並列に、直列に接続された抵抗体1
12とコンデンサ113が接続されて構成されている。
第2のインピーダンス回路200は、第1のインピーダ
ンス回路と全く同じ構成になっており、対応する各素子
の定数も同じである。
FIG. 8 is a diagram showing the circuit configuration of a control circuit 400 disclosed in JP-A-7-167144. Control circuit 4
00 is installed, for example, between the PID control circuit and the driving power amplifier. The control circuit 400 includes the operational amplifier 11
0, first impedance circuit 100, second impedance circuit 200, and third impedance circuit 300
It is composed of First impedance circuit 100
Is a resistor 1 connected in series with the resistor 111
12 and a capacitor 113 are connected.
The second impedance circuit 200 has exactly the same configuration as the first impedance circuit, and the constants of the corresponding elements are the same.

【0005】第3のインピーダンス回路300は抵抗体
131にダイオード部134が直列に接続されている。
ダイオード部134は、リミッタを形成しており、両端
に印可される電圧の差が所定の値以上のときに導通し、
所定の値より小さい場合は、導通しないようになってい
る。例えば、ダイオードの動作電圧が0.5[V]であ
るとすると、ダイオード部134はダイオードが2個直
列に接続されているため、電圧が1[V]以上になると
導通する。なお、ダイオード部134は、ダイオードが
互いに逆方向に並列に接続さているため、双方向に動作
する。
The third impedance circuit 300 has a resistor 131 and a diode section 134 connected in series.
The diode portion 134 forms a limiter, and conducts when a difference between voltages applied to both ends is equal to or more than a predetermined value,
If it is smaller than a predetermined value, no conduction is made. For example, assuming that the operating voltage of the diode is 0.5 [V], the diode section 134 becomes conductive when the voltage becomes 1 [V] or more because two diodes are connected in series. The diode section 134 operates in both directions because the diodes are connected in parallel in opposite directions.

【0006】第1のインピーダンス回路は、演算増幅器
110の反転入力端子に直列に接続されており、演算増
幅器110と共に微分回路を構成している。演算増幅器
110の負帰還回路150は、インピーダンス回路20
0とインピーダンス回路300が並列に接続されて構成
されている。ここで、ダイオード部134の動作電圧を
Vthとすると、演算増幅器110の出力信号の振幅が
Vthより小さい場合は、ダイオード部134が導通せ
ず、第2のインピーダンス回路200のみが負帰還回路
として作用する。この場合、負帰還回路200と演算増
幅器110は1次遅れ回路を構成する。このため、演算
増幅器110の出力信号の振幅がVthより小さい場合
は、インピーダンス回路100の作用による1次進み回
路から生じる位相の変化は、インピーダンス回路200
の作用による1次遅れ作用によって補償される。
The first impedance circuit is connected in series to the inverting input terminal of the operational amplifier 110, and constitutes a differentiating circuit together with the operational amplifier 110. The negative feedback circuit 150 of the operational amplifier 110 is
0 and the impedance circuit 300 are connected in parallel. Here, assuming that the operating voltage of the diode section 134 is Vth, when the amplitude of the output signal of the operational amplifier 110 is smaller than Vth, the diode section 134 does not conduct, and only the second impedance circuit 200 acts as a negative feedback circuit. I do. In this case, the negative feedback circuit 200 and the operational amplifier 110 form a first-order delay circuit. Therefore, when the amplitude of the output signal of the operational amplifier 110 is smaller than Vth, the change in the phase caused by the primary advance circuit due to the operation of the impedance circuit 100 is reduced by the impedance circuit 200.
Is compensated by the first-order lag effect due to the action of

【0007】演算増幅器110の出力電圧がVth以上
のときは、ダイオード部134が導通し、負帰還回路1
50はインピーダンス回路200とインピーダンス30
0が合成されたものとなる。この場合、インピーダンス
回路200に抵抗体131が並列接続されることにな
り、演算増幅器110のゲインが下がると共に、負帰還
回路150により負帰還信号の位相が遅れるため、演算
増幅器110の出力信号は入力信号に対して位相が進
む。このように、制御回路400は、駆動用パワーアン
プの制御信号の振幅がある所定値を越える場合は、この
制御信号の振幅を小さくし、位相を進めるように作用す
る。
When the output voltage of the operational amplifier 110 is equal to or higher than Vth, the diode portion 134 conducts and the negative feedback circuit 1
50 is the impedance circuit 200 and the impedance 30
0 is synthesized. In this case, the resistor 131 is connected in parallel to the impedance circuit 200, and the gain of the operational amplifier 110 decreases, and the phase of the negative feedback signal is delayed by the negative feedback circuit 150. The phase advances with respect to the signal. As described above, when the amplitude of the control signal of the driving power amplifier exceeds a predetermined value, the control circuit 400 acts to reduce the amplitude of the control signal and advance the phase.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、制御回路40
0は、リミッタ機能の動作開始電圧がダイオード部13
4の定電圧ダイオードの動作電圧で決定されるので、動
作点を変更するたびに動作電圧の異なるダイオードを購
入し使用しなければならず、調達コスト、調整コスト及
び生産コストが高くなる。また、ダイオードの動作電圧
は、例えば、3.3[V]、4.7[V]といったよう
に飛び飛びの値なので、その中間の特性を持った制御回
路を構成することができない。更に、インピーダンス回
路100とインピーダンス回路200で同一のフィルタ
特性を実現しなければならないので、抵抗体111やコ
ンデンサ113などの精度を高くしないと制御回路40
0の特性にばらつきがでてしまう。
However, the control circuit 40
0 indicates that the operation start voltage of the limiter function is
Since it is determined by the operating voltage of the constant voltage diode of No. 4, a diode having a different operating voltage must be purchased and used every time the operating point is changed, which increases the procurement cost, adjustment cost, and production cost. Further, since the operating voltage of the diode is a discrete value such as 3.3 [V] or 4.7 [V], a control circuit having an intermediate characteristic cannot be formed. Further, since the same filter characteristics must be realized in the impedance circuit 100 and the impedance circuit 200, the control circuit 40 must be improved in accuracy of the resistor 111 and the capacitor 113.
The characteristics of 0 vary.

【0009】そこで、本発明の目的は、ダイオードの定
電圧特性を用いずに、より自由にリミッタ電圧を設定で
きるリミッタを実現すると共に、リミッタ回路が動作し
ない小振幅の制御信号に対しては、フィルタ特性にコン
デンサや抵抗体のばらつきが影響しない磁気軸受制御装
置、及び該装置を用いた真空ポンプを提供することであ
る。
Therefore, an object of the present invention is to realize a limiter that can more freely set a limiter voltage without using a constant voltage characteristic of a diode, and to provide a small-amplitude control signal in which a limiter circuit does not operate. An object of the present invention is to provide a magnetic bearing control device that does not affect the filter characteristics with variations in capacitors and resistors, and a vacuum pump using the device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、所定のゲインを有すると共に、入力部か
ら入力された電気信号を、出力信号として変換する演算
増幅器と、前記演算増幅器に負帰還をかける抵抗体と、
前記出力信号の電圧値と比較する第1の基準電圧値を有
し、前記出力信号が前記第1の基準電圧値よりも大きい
場合に動作する第1のリミッタを有する第1ののインピ
ーダンス回路と、前記第1のリミッタが動作したとき
に、前記第1のインピーダンス回路を前記抵抗体に並列
に接続し、前記演算増幅器のゲインを調節する第1の接
続手段と、前記出力信号の電圧値と比較する第2の基準
電圧値を有し、前記出力信号が前記第2の基準電圧値よ
りも小さい場合に動作する第2のリミッタを有する第2
のインピーダンス回路と、前記第2のリミッタが動作し
たときに、前記第2のインピーダンス回路を前記抵抗体
に並列に接続し、前記演算増幅器のゲインを調節する第
2の接続手段と、から構成される補償回路を有する磁気
軸受制御装置を提供する(第1の構成)。第1の構成で
は、第1のインピーダンス及び第2のインピーダンス回
路を適当に構成することにより、前記演算増幅器のゲイ
ンを調節するほか、前記演算増幅器からの出力信号の位
相を調節することもできる。また、前記第1の構成にお
ける、前記第1のリミッタ及び前記第2のリミッタは、
それぞれ逆方向に所定の電圧でバイアスされたダイオー
ドにより構成され、前記第1のリミッタが動作する前記
第1の基準電圧値、及び前記第2のリミッタが動作する
前記第2の基準電圧値は、各々の前記ダイオードの動作
電圧により規定されるように構成することができる(第
2の構成)。更に、前記第1の構成又は第2の構成にお
ける前記第1のインピーダンス回路及び前記第2のイン
ピーダンス回路は、コンデンサと第1の抵抗体を並列に
接続した構成要素に第2の抵抗体を直列に接続して成る
1次遅れの伝達関数を有するインピーダンス回路であ
り、前記第1のインピーダンス回路及び前記第2のイン
ピーダンス回路に直流電圧を印可する直流電圧印可手段
を更に備え、前記ダイオードを逆方向にバイアスするバ
イアス電圧は、前記直流電圧印可手段にて印可された直
流電圧の前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体による分
圧比にて規定されるように構成することができる(第3
の構成)。また、前記第1の構成から前記第3の構成ま
での何れかに一の構成における前記入力部から入力され
る電気信号は、磁気軸受を構成する電磁石の励磁電流を
供給するパワーアンプの制御信号であり、前記制御信号
の電圧値が前記第1の基準電圧値より大きい場合は、前
記第1のインピーダンス回路にて前記制御信号の位相を
進めると共に前記演算増幅器のゲインを下げ、前記制御
信号の電圧値が前記第2の基準電圧値より小さい場合
は、前記第2のインピーダンス回路にて前記制御信号の
位相を進めると共に前記演算増幅器のゲインを下げるこ
とにより、前記制御信号を補償するように構成すること
ができる(第4の構成)。また、前記第1の構成から前
記第4の構成までの何れかに一の構成は、前記磁気軸受
の設置姿勢に応じて、前記第1のリミッタの動作電圧と
前記第2のリミッタの動作電圧の少なくとも一方を変更
する変更手段を更に備えるように構成することができる
(第5の構成)。このリミッタの動作電圧の変更は、例
えば、第1のインピーダンス回路及び第2のインピーダ
ンス回路をに使用されている抵抗体の抵抗値をぞれぞれ
適当な値に設定することにより行うことができる。ま
た、本発明は、前記目的を達成するために、前記第1の
構成から第5の構成までの何れかの一に記載の磁気軸受
制御装置を用いたことを特徴とする該装置を用いた真空
ポンプを提供する。この真空ポンプは、ロータの保持に
磁気軸受装置を用いたターボ分子ポンプとすることがで
きる。
In order to achieve the above object, the present invention provides an operational amplifier having a predetermined gain and converting an electric signal input from an input section as an output signal, and the operational amplifier. A resistor that applies negative feedback to
A first impedance circuit having a first reference voltage value to be compared with the voltage value of the output signal, and having a first limiter that operates when the output signal is larger than the first reference voltage value; When the first limiter is operated, the first impedance circuit is connected in parallel to the resistor, and first connection means for adjusting a gain of the operational amplifier; and a voltage value of the output signal; A second limiter having a second reference voltage value to be compared and having a second limiter that operates when the output signal is smaller than the second reference voltage value
And second connection means for connecting the second impedance circuit to the resistor in parallel when the second limiter operates and adjusting the gain of the operational amplifier. A magnetic bearing control device having a compensating circuit is provided (first configuration). In the first configuration, by appropriately configuring the first impedance and the second impedance circuit, the gain of the operational amplifier can be adjusted, and also the phase of the output signal from the operational amplifier can be adjusted. Further, in the first configuration, the first limiter and the second limiter are:
The first reference voltage value at which the first limiter operates and the second reference voltage value at which the second limiter operates are constituted by diodes each biased by a predetermined voltage in the opposite direction, It can be configured so as to be defined by the operating voltage of each of the diodes (second configuration). Further, the first impedance circuit and the second impedance circuit in the first configuration or the second configuration are configured such that a second resistor is connected in series to a component in which a capacitor and a first resistor are connected in parallel. And a DC voltage applying means for applying a DC voltage to the first impedance circuit and the second impedance circuit, wherein the diode is connected in the reverse direction. The bias voltage for biasing the DC voltage applied by the DC voltage application means is defined by a voltage dividing ratio of the DC voltage applied by the first resistor and the second resistor. 3
Configuration). Further, the electric signal input from the input unit in any one of the first to third configurations is a control signal of a power amplifier that supplies an exciting current of an electromagnet forming a magnetic bearing. When the voltage value of the control signal is higher than the first reference voltage value, the phase of the control signal is advanced in the first impedance circuit, and the gain of the operational amplifier is reduced. When the voltage value is smaller than the second reference voltage value, the control signal is compensated by advancing the phase of the control signal and lowering the gain of the operational amplifier in the second impedance circuit. (Fourth configuration). Further, in any one of the first to fourth configurations, an operating voltage of the first limiter and an operating voltage of the second limiter may be set according to an installation posture of the magnetic bearing. (Fifth configuration). The change of the operating voltage of the limiter can be performed, for example, by setting the resistance values of the resistors used in the first impedance circuit and the second impedance circuit to appropriate values. . In order to achieve the above object, the present invention uses the magnetic bearing control device according to any one of the first to fifth configurations, wherein the magnetic bearing control device is used. Provide a vacuum pump. This vacuum pump can be a turbo-molecular pump using a magnetic bearing device for holding the rotor.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図1から図6を参照して詳細に説明する。図
1は本発明の実施の形態に係る磁気軸受制御装置の補償
回路として使用される非線形回路1の回路構成を示した
回路図である。非線形回路1は、演算増幅器2、信号入
力部3、信号出力部4、抵抗体18、コンデンサ4を含
んでいる。演算増幅器2のゲインは100[dB]、抵
抗体18の抵抗値は10[kΩ]、コンデンサ4の容量
は100[pF]とした。演算増幅器2の反転入力端子
は抵抗体17を介して信号入力部3に接続されており、
非反転入力端子は接地されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a nonlinear circuit 1 used as a compensation circuit of a magnetic bearing control device according to an embodiment of the present invention. The nonlinear circuit 1 includes an operational amplifier 2, a signal input unit 3, a signal output unit 4, a resistor 18, and a capacitor 4. The gain of the operational amplifier 2 was 100 [dB], the resistance of the resistor 18 was 10 [kΩ], and the capacitance of the capacitor 4 was 100 [pF]. The inverting input terminal of the operational amplifier 2 is connected to the signal input unit 3 via the resistor 17.
The non-inverting input terminal is grounded.

【0012】演算増幅器2の信号出力部4は、図示され
ていない磁気軸受の電磁石のパワーアンプに接続されて
おり、非線形回路1により補償された制御信号を出力す
るようになっている。演算増幅器2の出力端子と反転入
力端子は抵抗体18を介して接続されており、負帰還回
路を形成している。後述するように、演算増幅器2はダ
イオード5、6が導通していないときは、抵抗体18に
よってフィードバック制御され、ゲインは抵抗体18と
抵抗体17の比で定まる。
The signal output unit 4 of the operational amplifier 2 is connected to a power amplifier of an electromagnet of a magnetic bearing, not shown, and outputs a control signal compensated by the nonlinear circuit 1. The output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 2 are connected via a resistor 18 to form a negative feedback circuit. As will be described later, the operational amplifier 2 is feedback-controlled by the resistor 18 when the diodes 5 and 6 are not conducting, and the gain is determined by the ratio between the resistor 18 and the resistor 17.

【0013】コンデンサ4は、入力信号の高周波ノイズ
をカットするために挿入してある。高周波ノイズはコン
デンサ4によりバイパスされるため、演算増幅器2によ
り増幅されないようになっている。
The capacitor 4 is inserted to cut high frequency noise of the input signal. Since the high frequency noise is bypassed by the capacitor 4, the high frequency noise is not amplified by the operational amplifier 2.

【0014】更に非線形回路1は、インピーダンス回路
15、16を含んでいる。後に説明するように、演算増
幅器2の出力信号の電圧Voが所定の値Vth1を越え
ると、ダイオード6が導通してインピーダンス回路16
が演算増幅器2の負帰還回路に付加されて動作するよう
になっている。また、Voが所定の値−Vth2を下回
るとダイオード5が導通してインピーダンス15が負帰
還回路に付加されて動作するようになっている。後に説
明するように、インピーダンス回路16の動作電圧Vt
h1とインピーダンス回路15の動作電圧−Vth2
は、抵抗体8、9、10、11の抵抗値を適当に選ぶこ
とにより、個別に設定することができる。なお、本実施
の形態では、Vth1は+1.15[V]に−Vth2
は−1.15[V]に設定し、出力信号の振幅が±1.
15[V]以上になると、インピーダンス回路15、1
6が動作するように構成されている。
Further, the nonlinear circuit 1 includes impedance circuits 15 and 16. As will be described later, when the voltage Vo of the output signal of the operational amplifier 2 exceeds a predetermined value Vth1, the diode 6 conducts and the impedance circuit 16
Is added to the negative feedback circuit of the operational amplifier 2 to operate. When Vo falls below a predetermined value -Vth2, the diode 5 conducts and the impedance 15 is added to the negative feedback circuit to operate. As described later, the operating voltage Vt of the impedance circuit 16 is
h1 and the operating voltage −Vth2 of the impedance circuit 15
Can be individually set by appropriately selecting the resistance values of the resistors 8, 9, 10, and 11. Note that, in the present embodiment, Vth1 is -Vth2 to +1.15 [V].
Is set to −1.15 [V], and the amplitude of the output signal is ± 1.
When the voltage becomes 15 [V] or more, the impedance circuits 15, 1
6 are configured to operate.

【0015】抵抗体8、9、10、11は、直列に接続
されており、抵抗体8、11は、それぞれ+15
[V]、−15[V]の定電圧電源に接続されている。
抵抗体8、9、10、11の抵抗値は、それぞれ270
[kΩ]、20[kΩ]、20[kΩ]、270[k
Ω]であり、点A、点Bの電位はそれぞれ+1[V]、
−1[V]に分圧されている。点Cは、演算増幅器2の
出力端子に接続されており、点Cの電位は0[V]に分
圧されている。
The resistors 8, 9, 10, and 11 are connected in series.
[V] and -15 [V].
The resistance values of the resistors 8, 9, 10, and 11 are 270, respectively.
[KΩ], 20 [kΩ], 20 [kΩ], 270 [k
Ω], and the potentials at points A and B are +1 [V],
The voltage is divided to -1 [V]. The point C is connected to the output terminal of the operational amplifier 2, and the potential at the point C is divided to 0 [V].

【0016】インピーダンス回路16は、抵抗体10、
抵抗体11、コンデンサ12及びダイオード6により構
成されている。抵抗体11とコンデンサ12は並列に接
続されており、これらに直列に抵抗体10が接続されて
いる。点Bはダイオード6及び抵抗体18を介して演算
増幅器2の反転入力端子に接続されている。また、ダイ
オードの方向は点Bから反転入力端子へ向かう方向が順
方向となっている。ダイオード6の動作電圧が例えば、
0.5[V]とすると、点Bの電位が高くなり、ダイオ
ード6の両端に作用する電位差が順方向に0.5[V]
以上になったとき、ダイオード6が導通し、点Bから反
転入力端子に帰還信号が送られる。点Bの電位が低く、
ダイオード6に順方向にかかる電圧が0.5[V]未満
のときは、ダイオード6は導通しないので、インピーダ
ンス回路16は、演算増幅器2に対して作用しない。な
お、抵抗体19の抵抗値は20[kΩ]であり、抵抗体
19は負帰還量を適切にするために挿入してある。
The impedance circuit 16 includes a resistor 10,
It comprises a resistor 11, a capacitor 12, and a diode 6. The resistor 11 and the capacitor 12 are connected in parallel, and the resistor 10 is connected to them in series. Point B is connected to the inverting input terminal of operational amplifier 2 via diode 6 and resistor 18. The forward direction of the diode is from point B to the inverting input terminal. The operating voltage of the diode 6 is, for example,
When the voltage is 0.5 [V], the potential at the point B increases, and the potential difference acting on both ends of the diode 6 becomes 0.5 [V] in the forward direction.
When this occurs, the diode 6 conducts, and a feedback signal is sent from the point B to the inverting input terminal. The potential at point B is low,
When the voltage applied to the diode 6 in the forward direction is less than 0.5 [V], the diode 6 does not conduct, and the impedance circuit 16 does not act on the operational amplifier 2. Note that the resistance value of the resistor 19 is 20 [kΩ], and the resistor 19 is inserted to make the amount of negative feedback appropriate.

【0017】ダイオード6は、演算増幅器2の出力電圧
Voが1.15[V]以上のとき導通することが次の式
1からわかる。
It can be seen from the following equation 1 that the diode 6 conducts when the output voltage Vo of the operational amplifier 2 is 1.15 [V] or more.

【0018】[0018]

【数1】 (15[V]+0.5[V])÷270[kΩ]×20[kΩ]=1.15[V ]・・・・・(1)(15 [V] +0.5 [V]) 0.5270 [kΩ] × 20 [kΩ] = 1.15 [V] (1)

【0019】即ち、演算増幅器2の出力Voが1.15
[V]以上のときは、ダイオード6が動作してインピー
ダンス16が負帰還回路に付加され、出力Voが1.1
5未満のときは、ダイオード6が動作せず、インピーダ
ンス回路16は負帰還回路から切り離される。このよう
に、ダイオードに逆方向にバイアスを加えることによ
り、所定の電圧値で動作するリミッタを形成することが
できる。このリミッタの動作電圧は、抵抗体8、9、1
0、11の抵抗値や、定電圧電源13、14の電圧を適
当に選ぶことにより設定することができ、ダイオードの
動作電圧に依存せずに設定することができる。
That is, the output Vo of the operational amplifier 2 is 1.15
When the voltage is equal to or higher than [V], the diode 6 operates, the impedance 16 is added to the negative feedback circuit, and the output Vo becomes 1.1.
If it is less than 5, the diode 6 does not operate, and the impedance circuit 16 is disconnected from the negative feedback circuit. Thus, by applying a bias to the diode in the reverse direction, a limiter that operates at a predetermined voltage value can be formed. The operating voltage of this limiter is determined by the resistors 8, 9, 1
It can be set by appropriately selecting the resistance values of 0 and 11 and the voltages of the constant voltage power supplies 13 and 14, and can be set without depending on the operating voltage of the diode.

【0020】後に説明するようにインピーダンス回路1
6は1次遅れの伝達関数を持ち、インピーダンス回路1
6からの負帰還信号Vfbは、演算増幅器2の入力信号
Viに比べて位相が遅れた信号となる。Vfbは抵抗体
19を経て演算増幅器2の反転入力端子に入力されるの
で、演算増幅器2の出力信号の位相は進む。また、ダイ
オード6が導通した場合、抵抗体18とインピーダンス
回路16が並列に接続されるため、抵抗体18のみによ
って、負帰還をかけていたときよりも、負帰還回路の抵
抗値が下がるように作用し、演算増幅器2のゲインは下
がる。以上の説明から、演算増幅器2の出力電圧Voが
1.15[V]以上になると、演算増幅器2の出力信号
は位相が進み、かつ、ゲインが下がることがわかる。
As will be described later, the impedance circuit 1
6 has a first-order lag transfer function, and has an impedance circuit 1
The negative feedback signal Vfb from 6 is a signal whose phase is delayed as compared with the input signal Vi of the operational amplifier 2. Since Vfb is input to the inverting input terminal of the operational amplifier 2 via the resistor 19, the phase of the output signal of the operational amplifier 2 advances. Further, when the diode 6 conducts, the resistor 18 and the impedance circuit 16 are connected in parallel, so that the resistance of the negative feedback circuit is reduced by the resistor 18 alone compared to when negative feedback is applied. In effect, the gain of the operational amplifier 2 decreases. From the above description, it can be seen that when the output voltage Vo of the operational amplifier 2 becomes 1.15 [V] or more, the output signal of the operational amplifier 2 advances in phase and decreases in gain.

【0021】インピーダンス回路15は、抵抗体9、抵
抗体8、コンデンサ7及びダイオード5により構成され
ている。抵抗体8とコンデンサ7は並列に接続されてお
り、これらに直列に抵抗体9が接続されている。点Aは
ダイオード5を介して演算増幅器2の反転入力端子に接
続されている。点Aから反転入力端子へ向かう方向が逆
方向となっている。ダイオード5の動作電圧が例えば、
0.5[V]とすると、点Aの電位が下がって、ダイオ
ード5の両端にかかる電位差が順方向に0.5[V]以
上になったとき、ダイオード5が導通し、点Aから反転
入力端子に帰還信号が送られる。点Aの電位が高く、ダ
イオード5に順方向にかかる電圧が0.5[V]より小
さいときは、ダイオード5は、導通しないので、インピ
ーダンス回路15は、演算増幅器2に対して動作しな
い。
The impedance circuit 15 includes a resistor 9, a resistor 8, a capacitor 7, and a diode 5. The resistor 8 and the capacitor 7 are connected in parallel, and the resistor 9 is connected in series with them. Point A is connected via a diode 5 to the inverting input terminal of the operational amplifier 2. The direction from point A to the inverting input terminal is the opposite direction. The operating voltage of the diode 5 is, for example,
Assuming that the potential at the point A drops to 0.5 [V], when the potential difference between both ends of the diode 5 becomes equal to or more than 0.5 [V] in the forward direction, the diode 5 conducts and is inverted from the point A. A feedback signal is sent to the input terminal. When the potential at the point A is high and the voltage applied to the diode 5 in the forward direction is smaller than 0.5 [V], the diode 5 does not conduct, and the impedance circuit 15 does not operate on the operational amplifier 2.

【0022】インピーダンス回路16の場合と同様に計
算すると、演算増幅器2の出力電圧Voが−1.15
[V]以下のときにダイオード5は動作することがわか
る。Voが−1.15[V]以下になると、インピーダ
ンス回路15回路が負帰還回路に付加され、インピーダ
ンス16の場合と同様に、演算増幅器2の出力信号の位
相が進み、ゲインは低下する。出力電圧Voが−1.1
5[V]以上のときは、インピーダンス回路15は、負
帰還回路に対して動作せず、負帰還回路は抵抗体18の
みとなる。
When the calculation is performed in the same manner as in the case of the impedance circuit 16, the output voltage Vo of the operational amplifier 2 is -1.15.
It can be seen that the diode 5 operates when the voltage is lower than [V]. When Vo becomes −1.15 [V] or less, the impedance circuit 15 is added to the negative feedback circuit, and the phase of the output signal of the operational amplifier 2 advances, and the gain decreases, as in the case of the impedance 16. Output voltage Vo is -1.1
When the voltage is 5 [V] or more, the impedance circuit 15 does not operate with respect to the negative feedback circuit, and the negative feedback circuit includes only the resistor 18.

【0023】以上の説明から、出力信号の電圧Voが−
1.15[V]から1.15[V]までの範囲にあると
きは、非線形回路1は通常動作を行い、出力電圧Voが
−1.15以下、又は+1.15以上のときは、非線形
回路1のゲインは小さくなり、制御信号の位相が進む。
このようにして非線形回路1は、出力信号の振幅が所定
の値より大きくなると、ゲインが低下し、信号の位相が
進むように非線形動作を行う。
From the above description, it can be seen that the voltage Vo of the output signal is-
When the output voltage Vo is in the range from 1.15 [V] to 1.15 [V], the nonlinear circuit 1 performs a normal operation, and when the output voltage Vo is −1.15 or less, or +1.15 or more, the nonlinear circuit 1 performs nonlinear operation. The gain of the circuit 1 decreases, and the phase of the control signal advances.
Thus, when the amplitude of the output signal becomes larger than the predetermined value, the nonlinear circuit 1 performs a nonlinear operation so that the gain decreases and the phase of the signal advances.

【0024】図2は、インピーダンス回路16を交流成
分に対して示した図である。なお、ダイオード6は動作
しており、ダイオード6による電圧降下はないものとす
る。抵抗体10、11の抵抗値をそれぞれR3、R4、
コンデンサ12の容量をC2とすると、点Bの電位Vf
bは、演算増幅器2の出力Voを用いて以下の式2で表
される。
FIG. 2 is a diagram showing the impedance circuit 16 for an AC component. It is assumed that the diode 6 is operating and there is no voltage drop due to the diode 6. The resistance values of the resistors 10 and 11 are R3, R4,
Assuming that the capacitance of the capacitor 12 is C2, the potential Vf at the point B
b is expressed by the following equation 2 using the output Vo of the operational amplifier 2.

【0025】[0025]

【数2】 Vfb=R3÷{(R3+R4)+jω×R3×R4×C2}×Vo ・・ ・(2)Vfb = R3 ÷ {(R3 + R4) + jω × R3 × R4 × C2} × Vo (2)

【0026】jは虚数単位であり、ωは入力信号の周波
数である。式2でjωをsで置き換えるとわかるよう
に、インピーダンス16は1次遅れの伝達関数を持つ。
J is an imaginary unit, and ω is the frequency of the input signal. As can be seen by replacing jω with s in Equation 2, the impedance 16 has a first-order lag transfer function.

【0027】図3は、非線形回路1を磁気軸受制御装置
の補償回路として用いて、ロータに高周波で大振幅の外
乱が生じたときに、非線形回路1で補償した場合と補償
しなかった場合のパワーアンプの出力電流を比較したも
のである。横軸は時間、縦軸は電流値を表している。波
形31は、比較のために挿入した波形であり、入力信号
を小信号のときと同一のゲインで増幅し、入力信号と同
じ位相を持った波形である。波形32の実線で示した部
分は、位相調整やゲイン調整を行わない場合に電磁石に
流れる電流を表している。点線で示した部分は、パワー
アンプが飽和して、出力されなかった部分を示したもの
である。
FIG. 3 shows a case where the nonlinear circuit 1 is used as a compensation circuit of a magnetic bearing control device, and when a large amplitude disturbance occurs at a high frequency in the rotor, the rotor is compensated by the nonlinear circuit 1 and the compensation is not performed. This is a comparison of the output current of the power amplifier. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents current value. The waveform 31 is a waveform inserted for comparison, in which the input signal is amplified with the same gain as that of the small signal and has the same phase as the input signal. A portion indicated by a solid line of the waveform 32 represents a current flowing through the electromagnet when the phase adjustment and the gain adjustment are not performed. The portion indicated by the dotted line indicates the portion where the power amplifier was saturated and was not output.

【0028】波形32は、波形31に比べて位相が遅れ
ており、点線で示した部分では、パワーアンプが飽和し
てしまっている。即ち、波形32は、入力信号より位相
が遅れていると共に、電流の制御が目標通りにできてい
ない。波形33は、非線形回路1によって制御信号を補
償した場合のパワーアンプの出力電流を表している。波
形31より位相が進んでおり、かつ演算増幅器2のゲイ
ンが下がるため、制御信号の振幅が小さくなりパワーア
ンプも飽和することはない。
The phase of the waveform 32 is delayed as compared with the phase of the waveform 31, and the power amplifier is saturated at the portion indicated by the dotted line. That is, the waveform 32 has a phase behind the input signal, and the current cannot be controlled as desired. A waveform 33 represents the output current of the power amplifier when the control signal is compensated by the nonlinear circuit 1. Since the phase is advanced from the waveform 31 and the gain of the operational amplifier 2 decreases, the amplitude of the control signal decreases and the power amplifier does not saturate.

【0029】図4は、本発明に係る非線形回路を用いた
実験データである。縦軸は電圧を表し、横軸は時間を表
す。本実験で用いた非線形回路では、出力の振幅が約2
[V]以上になるとリミッタが動作するように設定して
ある。波形38は、該非線形回路への入力信号を表して
いる。波形39、40、41は、波形38で表した入力
信号に対する出力信号の波形である。波形39は、振幅
が2[V]以内であり、位相は入力波形38と同じであ
る。波形40、41は、振幅が2[V]以上であり、入
力信号より位相が進んでいることがわかる。
FIG. 4 shows experimental data using the nonlinear circuit according to the present invention. The vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. In the nonlinear circuit used in this experiment, the output amplitude was about 2
The limiter is set to operate when the voltage exceeds [V]. Waveform 38 represents the input signal to the non-linear circuit. Waveforms 39, 40, and 41 are the waveforms of the output signal with respect to the input signal represented by waveform 38. The waveform 39 has an amplitude within 2 [V] and the same phase as the input waveform 38. The waveforms 40 and 41 have an amplitude of 2 [V] or more, and it can be seen that the phase is advanced from the input signal.

【0030】図5は、本実施の形態に係る非線形回路1
を、例えばターボ分子ポンプに使用される磁気軸受制御
装置に設置する場合の設置例を示した図である。ここ
で、ターボ分子ポンプについて説明する。ターボ分子ポ
ンプは、例えば、半導体製造装置のチャンバからプロセ
スガスを排出したり、高真空を要する真空装置に設置さ
れる真空ポンプである。ターボ分子ポンプでは、外筐を
形成するケーシングの内側に、ロータが設置されてい
る。ロータには複数のロータ翼がロータの軸線から放射
状に複数段取り付けられている。ロータ翼は、ロータの
軸線に垂直な平面に対して所定の傾きをもってロータ軸
に取り付けられている。
FIG. 5 shows a non-linear circuit 1 according to the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an installation example in the case of installing a magnetic bearing control device used in a turbo-molecular pump, for example. Here, the turbo molecular pump will be described. The turbo molecular pump is, for example, a vacuum pump that discharges a process gas from a chamber of a semiconductor manufacturing apparatus or is installed in a vacuum device that requires a high vacuum. In a turbo molecular pump, a rotor is installed inside a casing that forms an outer casing. A plurality of rotor blades are mounted on the rotor in a plurality of stages radially from the axis of the rotor. The rotor blade is attached to the rotor shaft at a predetermined inclination with respect to a plane perpendicular to the axis of the rotor.

【0031】ケーシングには、ロータ翼と段違いになる
ようにケーシング内部に向けて多数のステータ翼が取り
付けられている。ステータ翼はロータの軸線につい直な
平面に対して所定の傾きを以てステータに取り付けられ
ている。ロータは毎分3万回転程度の高速回転を行える
ようになっている。ロータが回転すると、これに伴って
ロータ翼も回転し、ロータ翼とステータ翼の作用によ
り、ターボ分子ポンプの吸気口から気体が吸引され、排
気口から排出されるようになっている。
A large number of stator blades are attached to the casing toward the inside of the casing so as to be different from the rotor blades. The stator blade is attached to the stator at a predetermined inclination with respect to a plane perpendicular to the axis of the rotor. The rotor can rotate at a high speed of about 30,000 per minute. When the rotor rotates, the rotor blades also rotate, and by the action of the rotor blades and the stator blades, gas is sucked from the intake port of the turbo-molecular pump and discharged from the exhaust port.

【0032】ロータは、ロータをラジアル方向に保持す
る磁気軸受とスラスト方向に保持する磁気軸受を備えて
いる。ラジアル方向にロータを保持する磁気軸受は、ロ
ータの周囲に複数の電磁石が対向するように配置され、
これらの電磁石がロータに及ぼす磁力により、ロータは
ラジアル方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持され
る。同様にロータをスラスト方向に保持する磁気軸受
も、電磁石の磁力により、ロータをスラスト方向に磁気
浮上させ、空間中に非接触で保持する。
The rotor has a magnetic bearing that holds the rotor in the radial direction and a magnetic bearing that holds the rotor in the thrust direction. A magnetic bearing that holds the rotor in the radial direction is arranged so that a plurality of electromagnets face each other around the rotor,
Due to the magnetic force exerted on the rotor by these electromagnets, the rotor magnetically floats in the radial direction and is held in a space without contact. Similarly, the magnetic bearing that holds the rotor in the thrust direction also causes the rotor to magnetically levitate in the thrust direction by the magnetic force of the electromagnet, and holds the rotor in a space without contact.

【0033】ロータの位置は、ロータのラジアル方向の
変位を検出する変位センサと、スラスト方向の変位を検
出する変位センサにより検出され、磁気軸受制御装置
は、ロータの位置が常に所定の位置に保持されるよう
に、磁気軸受を構成する電磁石の励磁電流を調節する。
また、本実施の形態では、真空ポンプの例としてターボ
分子ポンプを用いたが、これに限定するものではなく、
磁気軸受を用いた他の真空ポンプでも良い。
The position of the rotor is detected by a displacement sensor for detecting the displacement of the rotor in the radial direction and a displacement sensor for detecting the displacement of the rotor in the thrust direction. The magnetic bearing control device always keeps the rotor position at a predetermined position. Thus, the exciting current of the electromagnet constituting the magnetic bearing is adjusted.
In this embodiment, a turbo molecular pump is used as an example of the vacuum pump. However, the present invention is not limited to this.
Other vacuum pumps using magnetic bearings may be used.

【0034】以上に述べたように、ターボ分子ポンプの
磁気軸受は、複数の電磁石と複数の変位センサで構成さ
れるが、以下の説明では、説明を簡略化するために、電
磁石として単一の電磁石45を用い、変位センサとして
単一のセンサ41を用いて説明する。以下に述べる電磁
石45及びセンサ41を用いた構成は、ターボ分子ポン
プの磁気軸受を構成する個々の電磁石に適用することが
できる。
As described above, the magnetic bearing of the turbo-molecular pump is constituted by a plurality of electromagnets and a plurality of displacement sensors, but in the following description, a single electromagnet is used for simplicity. A description will be given using an electromagnet 45 and a single sensor 41 as a displacement sensor. The configuration using the electromagnet 45 and the sensor 41 described below can be applied to individual electromagnets constituting a magnetic bearing of a turbo molecular pump.

【0035】センサ41は、磁気軸受装置のロータの回
りに設置され、ロータの位置を検出する。センサ41
は、通常複数設置されており、ロータのラジアル方向及
び軸方向の変位を検出する。PID制御回路42は、セ
ンサ41の検出信号から、ロータを所定の位置に保持す
るように電磁石45の磁力を調節するための制御信号を
生成する。
The sensor 41 is installed around the rotor of the magnetic bearing device and detects the position of the rotor. Sensor 41
Are usually installed in plural numbers, and detect the radial and axial displacement of the rotor. The PID control circuit 42 generates a control signal for adjusting the magnetic force of the electromagnet 45 so as to hold the rotor at a predetermined position from the detection signal of the sensor 41.

【0036】PID制御回部42の出力信号は補償回路
43に入力される。補償回路43はこの場合非線形回路
1を用いている。非線形回路1は、入力された制御信号
の振幅が所定の値より小さい場合は、これを所定のゲイ
ンにて増幅し、位相はそのままでパワーアンプに出力す
る。制御信号の振幅が所定の値以上である場合は、制御
信号の位相を進めると共にゲインを下げる。非線形回路
1によって補償された制御信号はパワーアンプ44に入
力され、パワーアンプ44は制御信号に従って、磁気軸
受の電磁石に励磁電流を供給する。また、図6に示した
ように補償回路43は、センサ41とPID制御回路4
2の間に設置しても良い。
The output signal of the PID control circuit 42 is input to the compensation circuit 43. In this case, the non-linear circuit 1 is used as the compensation circuit 43. When the amplitude of the input control signal is smaller than a predetermined value, the non-linear circuit 1 amplifies the control signal with a predetermined gain, and outputs the amplified control signal to the power amplifier without changing the phase. When the amplitude of the control signal is equal to or larger than a predetermined value, the phase of the control signal is advanced and the gain is reduced. The control signal compensated by the nonlinear circuit 1 is input to the power amplifier 44, and the power amplifier 44 supplies an exciting current to the electromagnet of the magnetic bearing according to the control signal. Further, as shown in FIG. 6, the compensation circuit 43 includes the sensor 41 and the PID control circuit 4.
It may be installed between two.

【0037】非線形回路1では、インピーダンス回路1
5、16の対応する素子の定数を同じにし、対称的に構
成したが、抵抗体8、9、10、11の抵抗値を変える
ことにより、インピーダンス回路15、16の動作電圧
を個別に設定できる。例えば、インピーダンス15は、
演算増幅器2の出力電圧が−0.8[V]以下のときに
動作し、また、インピーダンス16は演算増幅器2の出
力電圧が1.6[V]以上のときに動作するというよう
に構成することもできる。また、コンデンサ7、8の容
量C1、C2を変化させれば、位相のみ調節することが
できる。
In the nonlinear circuit 1, the impedance circuit 1
Although the constants of the corresponding elements of 5 and 16 are made the same and configured symmetrically, the operating voltages of the impedance circuits 15 and 16 can be set individually by changing the resistance values of the resistors 8, 9, 10 and 11. . For example, impedance 15 is
It operates when the output voltage of the operational amplifier 2 is -0.8 [V] or less, and the impedance 16 operates when the output voltage of the operational amplifier 2 is 1.6 [V] or more. You can also. Further, by changing the capacitances C1 and C2 of the capacitors 7 and 8, only the phase can be adjusted.

【0038】このように、インピーダンス15、16の
動作点を個別に設定できると、例えば非線形回路1が水
平に保持されたロータの磁気軸受の制御回路に用いられ
た場合などに有効に機能させることができる。即ち、ロ
ータが水平に保持されている場合、磁気軸受にはロータ
の自重がかかっているため、ロータに外乱が生じた場
合、ロータの保持位置より下側の振幅が上側の振幅より
大きくなる場合がある。このとき、非線形回路1のリミ
ッタが動作する振幅をロータの上下で別々に設定すると
効果的に振れ、振動を抑制することができる。非線形回
路1では、ロータが地面に対して斜めに設置される場合
など、磁気軸受の設置姿勢に応じて、インピーダンス回
路15、16の動作電圧を個別に設定することができ
る。
As described above, if the operating points of the impedances 15 and 16 can be set individually, the nonlinear circuit 1 can be made to function effectively, for example, when it is used in a control circuit of a magnetic bearing of a horizontally held rotor. Can be. That is, when the rotor is held horizontally, the rotor bears its own weight on the magnetic bearing, and when disturbance occurs in the rotor, the amplitude below the rotor holding position becomes larger than the amplitude above the rotor holding position. There is. At this time, if the amplitude at which the limiter of the nonlinear circuit 1 operates is set separately above and below the rotor, the vibration can be effectively reduced and the vibration can be suppressed. In the non-linear circuit 1, the operating voltages of the impedance circuits 15 and 16 can be individually set according to the installation posture of the magnetic bearing, for example, when the rotor is installed obliquely with respect to the ground.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、磁気軸受のロータに、
高周波大振幅の外乱が生じた場合、これを効果的に抑制
することができる。定電圧電源で供給される電圧を抵抗
体で分圧することにより、リミッタの動作電圧を得るの
で、ダイオードの定電圧特性を用いずに、より自由にリ
ミッタ電圧を設定することができる。リミッタ回路が動
作しない小振幅の入力信号に対しては、フィルタ特性に
コンデンサや抵抗体のばらつきが影響することはない。
また、本発明によれば、磁気軸受のロータに、高周波大
振幅の外乱が生じた場合、これを効果的に抑制すること
ができる真空ポンプを提供することができる。
According to the present invention, the rotor of the magnetic bearing is
When a high-frequency large-amplitude disturbance occurs, it can be effectively suppressed. Since the operating voltage of the limiter is obtained by dividing the voltage supplied from the constant voltage power supply by the resistor, the limiter voltage can be set more freely without using the constant voltage characteristics of the diode. For a small-amplitude input signal in which the limiter circuit does not operate, variations in capacitors and resistors do not affect the filter characteristics.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a vacuum pump capable of effectively suppressing the occurrence of high-frequency large-amplitude disturbance in the rotor of the magnetic bearing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る磁気軸受制御回路の
補償回路として使用される非線形回路の回路構成を示し
た回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a nonlinear circuit used as a compensation circuit of a magnetic bearing control circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】負帰還回路に付加されるインピーダンス回路を
交流成分に対して示した図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an impedance circuit added to a negative feedback circuit with respect to an AC component.

【図3】本実施の形態の非線形増幅回路を用いた場合と
用いなかった場合のパワーアンプの出力電流を比較した
図である。
FIG. 3 is a diagram comparing output currents of a power amplifier when a non-linear amplifier circuit according to the present embodiment is used and when it is not used.

【図4】本実施の形態の非線形増幅回路を用いた実験デ
ータである。
FIG. 4 shows experimental data obtained by using the nonlinear amplifier circuit according to the embodiment.

【図5】本実施の形態に係る非線形増幅回路を一例とし
て磁気軸受装置の制御装置に設置する設置例を示した図
である。
FIG. 5 is a diagram showing an installation example in which the nonlinear amplification circuit according to the present embodiment is installed in a control device of a magnetic bearing device as an example.

【図6】本実施の形態に係る非線形増幅回路を一例とし
て磁気軸受装置の制御装置に設置する別の設置例を示し
た図である。
FIG. 6 is a diagram showing another installation example in which the nonlinear amplification circuit according to the present embodiment is installed in a control device of a magnetic bearing device as an example.

【図7】従来の磁気軸受の制御回路のボード線図を概略
示した図である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a Bode diagram of a control circuit of a conventional magnetic bearing.

【図8】従来の補償回路を示した回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional compensation circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 非線形回路 2 演算増幅器 3 信号入力部 4 信号出力部 5 ダイオード 6 ダイオード 7 コンデンサ 8 抵抗体 9 抵抗体 10 抵抗体 11 抵抗体 12 コンデンサ 13 定電圧電源 14 定電圧電源 15 第1のインピーダンス回路 16 第2のインピーダンス回路 17 抵抗体 18 抵抗体 31 電流波形 32 電流波形 33 電流波形 41 センサ 42 PID制御回路 43 補償回路 44 パワーアンプ 45 電磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-linear circuit 2 Operational amplifier 3 Signal input part 4 Signal output part 5 Diode 6 Diode 7 Capacitor 8 Resistor 9 Resistor 10 Resistor 11 Resistor 12 Capacitor 13 Constant voltage power supply 14 Constant voltage power supply 15 First impedance circuit 16 First 2 impedance circuit 17 resistor 18 resistor 31 current waveform 32 current waveform 33 current waveform 41 sensor 42 PID control circuit 43 compensation circuit 44 power amplifier 45 electromagnet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H03F 1/34 H03F 1/34 Fターム(参考) 3H022 AA01 BA06 CA16 CA50 DA09 3H031 DA02 EA12 FA13 3J102 AA01 BA03 BA16 CA02 CA22 CA25 DB01 DB05 DB10 DB11 DB25 DB26 DB37 GA06 5J090 AA01 AA47 CA11 CA14 DN02 FA01 FA19 HA00 HA19 HA25 HA29 HA42 KA00 KA11 MA13 MN01 NN12 SA00 TA01 TA03 TA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H03F 1/34 H03F 1/34 F term (Reference) 3H022 AA01 BA06 CA16 CA50 DA09 3H031 DA02 EA12 FA13 3J102 AA01 BA03 BA16 CA02 CA22 CA25 DB01 DB05 DB10 DB11 DB25 DB26 DB37 GA06 5J090 AA01 AA47 CA11 CA14 DN02 FA01 FA19 HA00 HA19 HA25 HA29 HA42 KA00 KA11 MA13 MN01 NN12 SA00 TA01 TA03 TA06

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定のゲインを有すると共に、入力部か
ら入力された電気信号を、出力信号として変換する演算
増幅器と、 前記演算増幅器に負帰還をかける抵抗体と、 前記出力信号の電圧値と比較する第1の基準電圧値を有
し、前記出力信号が前記第1の基準電圧値よりも大きい
場合に動作する第1のリミッタを有する第1ののインピ
ーダンス回路と、 前記第1のリミッタが動作したときに、前記第1のイン
ピーダンス回路を前記抵抗体に並列に接続し、前記演算
増幅器のゲインを調節する第1の接続手段と、 前記出力信号の電圧値と比較する第2の基準電圧値を有
し、前記出力信号が前記第2の基準電圧値よりも小さい
場合に動作する第2のリミッタを有する第2のインピー
ダンス回路と、 前記第2のリミッタが動作したときに、前記第2のイン
ピーダンス回路を前記抵抗体に並列に接続し、前記演算
増幅器のゲインを調節する第2の接続手段と、から構成
される補償回路を有する磁気軸受制御装置。
An operational amplifier having a predetermined gain and converting an electric signal input from an input unit as an output signal, a resistor for applying a negative feedback to the operational amplifier, a voltage value of the output signal, A first impedance circuit having a first reference voltage value to be compared and having a first limiter that operates when the output signal is greater than the first reference voltage value; and When operated, the first impedance circuit is connected in parallel to the resistor, a first connection means for adjusting a gain of the operational amplifier, and a second reference voltage for comparing with a voltage value of the output signal. A second impedance circuit having a second limiter that operates when the output signal is smaller than the second reference voltage value; and a second impedance circuit that operates when the second limiter operates. Of the impedance circuit connected in parallel with the resistor, the magnetic bearing controller having a configured compensation circuit from the second connecting means for adjusting the gain of the operational amplifier.
【請求項2】 前記第1のリミッタ及び前記第2のリミ
ッタは、それぞれ逆方向に所定の電圧でバイアスされた
ダイオードにより構成され、前記第1のリミッタが動作
する前記第1の基準電圧値、及び前記第2のリミッタが
動作する前記第2の基準電圧値は、各々の前記ダイオー
ドの動作電圧により規定されていることを特徴とする請
求項1に記載の磁気軸受制御装置。
2. The first limiter and the second limiter each include a diode biased at a predetermined voltage in a reverse direction, and the first reference voltage value at which the first limiter operates, 2. The magnetic bearing control device according to claim 1, wherein the second reference voltage value at which the second limiter operates is defined by an operating voltage of each of the diodes. 3.
【請求項3】 前記第1のインピーダンス回路及び前記
第2のインピーダンス回路は、コンデンサと第1の抵抗
体を並列に接続した構成要素に第2の抵抗体を直列に接
続して成る1次遅れの伝達関数を有するインピーダンス
回路であり、 前記第1のインピーダンス回路及び前記第2のインピー
ダンス回路に直流電圧を印可する直流電圧印可手段を更
に備え、 前記ダイオードを逆方向にバイアスするバイアス電圧
は、前記直流電圧印可手段にて印可された直流電圧の前
記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体による分圧比にて規
定されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
の磁気軸受制御装置。
3. The first impedance circuit and the second impedance circuit each include a first-order delay formed by connecting a second resistor in series to a component in which a capacitor and a first resistor are connected in parallel. And a DC voltage applying means for applying a DC voltage to the first impedance circuit and the second impedance circuit, wherein the bias voltage for biasing the diode in the reverse direction is The magnetic bearing according to claim 1, wherein a DC voltage applied by the DC voltage applying unit is defined by a voltage division ratio of the first resistor and the second resistor. 4. Control device.
【請求項4】 前記入力部から入力される電気信号は、
磁気軸受を構成する電磁石の励磁電流を供給するパワー
アンプの制御信号であり、前記制御信号の電圧値が前記
第1の基準電圧値より大きい場合は、前記第1のインピ
ーダンス回路にて前記制御信号の位相を進めると共に前
記演算増幅器のゲインを下げ、 前記制御信号の電圧値が前記第2の基準電圧値より小さ
い場合は、前記第2のインピーダンス回路にて前記制御
信号の位相を進めると共に前記演算増幅器のゲインを下
げることにより、前記制御信号を補償することを特徴と
する請求項1から請求項3までの何れかの一に記載の磁
気軸受制御装置。
4. The electric signal input from the input unit,
The control signal is a control signal of a power amplifier that supplies an exciting current of an electromagnet constituting a magnetic bearing, and when the voltage value of the control signal is larger than the first reference voltage value, the control signal is supplied to the first impedance circuit. When the voltage value of the control signal is smaller than the second reference voltage value, the phase of the control signal is advanced by the second impedance circuit and the operation is performed. 4. The magnetic bearing control device according to claim 1, wherein the control signal is compensated by lowering a gain of the amplifier.
【請求項5】 前記磁気軸受の設置姿勢に応じて、前記
第1のリミッタの動作電圧と前記第2のリミッタの動作
電圧の少なくとも一方を変更する変更手段を更に備えた
ことを特徴する請求項1から請求項4までの何れかの一
に記載の磁気軸受制御装置。
5. The apparatus according to claim 1, further comprising changing means for changing at least one of an operating voltage of said first limiter and an operating voltage of said second limiter in accordance with an installation posture of said magnetic bearing. The magnetic bearing control device according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 請求項1から請求項5までの何れかの一
に記載の磁気軸受制御装置を用いたことを特徴とする該
装置を用いた真空ポンプ。
6. A vacuum pump using the magnetic bearing control device according to any one of claims 1 to 5.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010519453A (en) * 2007-02-24 2010-06-03 オーリコン レイボルド バキューム ゲーエムベーハー High speed rotary vacuum pump
EP2738406A1 (en) * 2012-11-29 2014-06-04 General Electric Company Magnetic Bearing Systems and Methods of Controlling the Same
CN112815006A (en) * 2021-01-20 2021-05-18 华中科技大学 Magnetic suspension bearing series winding control device and method for optimizing bridge arm current stress

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010519453A (en) * 2007-02-24 2010-06-03 オーリコン レイボルド バキューム ゲーエムベーハー High speed rotary vacuum pump
EP2738406A1 (en) * 2012-11-29 2014-06-04 General Electric Company Magnetic Bearing Systems and Methods of Controlling the Same
CN103851082A (en) * 2012-11-29 2014-06-11 通用电气公司 Magnetic bearing system and method of controlling the same
CN112815006A (en) * 2021-01-20 2021-05-18 华中科技大学 Magnetic suspension bearing series winding control device and method for optimizing bridge arm current stress
CN112815006B (en) * 2021-01-20 2021-12-03 华中科技大学 Magnetic suspension bearing series winding control device and method for optimizing bridge arm current stress

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