JP2003139136A - 磁気軸受け制御装置、ターボ分子ポンプおよび磁気軸受け制御方法 - Google Patents
磁気軸受け制御装置、ターボ分子ポンプおよび磁気軸受け制御方法Info
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- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電磁石に流す電流の波高値を変化させた場合
であっても、軸と電磁石との正確な距離を算出すること
ができる磁気軸受け制御装置を提供する。 【解決手段】 磁気軸受け制御装置に、電磁石２に流れ
る電流を検出する電流検出手段８と、電流検出手段によ
って検出された電流ｉから、軸１と電磁石との距離ｘを
算出する演算手段９と、演算手段によって算出された距
離に基づいて、電磁石に流す電流をＰＷＭ制御するＰＷ
Ｍ制御手段１０、１１、４、５とを設け、演算手段に、
電流検出手段によって検出された電流の時間微分値を算
出する微分手段と、微分手段によって算出された時間微
分値の絶対値を算出する絶対値算出手段と、絶対値算出
手段によって算出された絶対値に定数をかけた値を算出
する定数乗算手段と、定数乗算手段によって算出された
値を、所定の補正係数Ｈを用いて補正し、補正後の値を
軸と電磁石との距離とする補正手段とを設けた。
であっても、軸と電磁石との正確な距離を算出すること
ができる磁気軸受け制御装置を提供する。 【解決手段】 磁気軸受け制御装置に、電磁石２に流れ
る電流を検出する電流検出手段８と、電流検出手段によ
って検出された電流ｉから、軸１と電磁石との距離ｘを
算出する演算手段９と、演算手段によって算出された距
離に基づいて、電磁石に流す電流をＰＷＭ制御するＰＷ
Ｍ制御手段１０、１１、４、５とを設け、演算手段に、
電流検出手段によって検出された電流の時間微分値を算
出する微分手段と、微分手段によって算出された時間微
分値の絶対値を算出する絶対値算出手段と、絶対値算出
手段によって算出された絶対値に定数をかけた値を算出
する定数乗算手段と、定数乗算手段によって算出された
値を、所定の補正係数Ｈを用いて補正し、補正後の値を
軸と電磁石との距離とする補正手段とを設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁石が発生する
吸引力によって、軸を非接触状態で支持する磁気軸受け
を制御する磁気軸受け制御装置に関する。
吸引力によって、軸を非接触状態で支持する磁気軸受け
を制御する磁気軸受け制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気軸受けによって軸を非接触状態で支
持するためには、軸を、磁気軸受けを構成する電磁石の
コアの端面間の中心に保つ必要がある。このため、軸
と、電磁石のコアの端面との距離を一定に保つ制御が行
われる。この制御は、軸と、電磁石のコアの端面との距
離を検出し、検出した距離に応じて、電磁石が発生する
吸引力を変化させることによって行われる。電磁石が発
生する吸引力を変化させるには、電磁石をＰＷＭ制御す
ればよい。ＰＷＭ制御とは、オン（ＯＮ）とオフ（ＯＦ
Ｆ）とが繰り返される電流パルスによって電磁石を駆動
し、電流パルスのオン（ＯＮ）時間とオフ（ＯＦＦ）時
間との比（デューティ）を変化させる制御のことであ
る。
持するためには、軸を、磁気軸受けを構成する電磁石の
コアの端面間の中心に保つ必要がある。このため、軸
と、電磁石のコアの端面との距離を一定に保つ制御が行
われる。この制御は、軸と、電磁石のコアの端面との距
離を検出し、検出した距離に応じて、電磁石が発生する
吸引力を変化させることによって行われる。電磁石が発
生する吸引力を変化させるには、電磁石をＰＷＭ制御す
ればよい。ＰＷＭ制御とは、オン（ＯＮ）とオフ（ＯＦ
Ｆ）とが繰り返される電流パルスによって電磁石を駆動
し、電流パルスのオン（ＯＮ）時間とオフ（ＯＦＦ）時
間との比（デューティ）を変化させる制御のことであ
る。
【０００３】ところで、軸と電磁石のコアの端面との距
離を検出するためにセンサを設けるとコストアップ等の
問題が発生するので、センサレスで軸と電磁石のコアの
端面との距離を検出することが望ましい。ここで、軸と
電磁石のコアの端面との距離は、ＰＷＭ制御時に電磁石
に流す電流の波形の時間微分値（電流の変化率）の絶対
値に比例することが知られている。そこで、従来のセン
サレスの磁気軸受け制御装置においては、ＰＷＭ制御時
に電磁石に流す電流の波形の時間微分値の絶対値に比例
定数をかけることによって、軸と電磁石のコアの端面と
の距離を算出していた。
離を検出するためにセンサを設けるとコストアップ等の
問題が発生するので、センサレスで軸と電磁石のコアの
端面との距離を検出することが望ましい。ここで、軸と
電磁石のコアの端面との距離は、ＰＷＭ制御時に電磁石
に流す電流の波形の時間微分値（電流の変化率）の絶対
値に比例することが知られている。そこで、従来のセン
サレスの磁気軸受け制御装置においては、ＰＷＭ制御時
に電磁石に流す電流の波形の時間微分値の絶対値に比例
定数をかけることによって、軸と電磁石のコアの端面と
の距離を算出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、磁気軸受け
の定常剛性を変化させるため、電磁石に流す電流の波形
の波高値（最大値）を変化させる必要がある場合があ
る。例えば、軸の姿勢すなわち軸が水平であるか垂直で
あるかによって、電磁石に流す電流の波形の波高値を変
化させる必要がある場合がある。これは、軸が水平であ
れば、軸の重さを軸の上側に設けられた電磁石が発生す
る吸引力で支える必要があるが、軸が垂直であれば、そ
のような必要はないからである。また、軸に取り付けら
れる回転体の重さの偏り具合によって、電磁石に流す電
流の波形の波高値を変化させる必要がある場合がある。
の定常剛性を変化させるため、電磁石に流す電流の波形
の波高値（最大値）を変化させる必要がある場合があ
る。例えば、軸の姿勢すなわち軸が水平であるか垂直で
あるかによって、電磁石に流す電流の波形の波高値を変
化させる必要がある場合がある。これは、軸が水平であ
れば、軸の重さを軸の上側に設けられた電磁石が発生す
る吸引力で支える必要があるが、軸が垂直であれば、そ
のような必要はないからである。また、軸に取り付けら
れる回転体の重さの偏り具合によって、電磁石に流す電
流の波形の波高値を変化させる必要がある場合がある。
【０００５】電磁石に流す電流の波形の波高値を変化さ
せると、軸と電磁石のコアの端面との距離と、ＰＷＭ制
御時に電磁石に流す電流の波形の時間微分値の絶対値と
の比率が変化する。すると、従来の方法では、軸と電磁
石のコアの端面との正確な距離を算出することができな
くなる。
せると、軸と電磁石のコアの端面との距離と、ＰＷＭ制
御時に電磁石に流す電流の波形の時間微分値の絶対値と
の比率が変化する。すると、従来の方法では、軸と電磁
石のコアの端面との正確な距離を算出することができな
くなる。
【０００６】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、電磁石に流す電流の波形の波高値を変化
させた場合であっても、軸と電磁石のコアの端面との正
確な距離を算出することができる磁気軸受け制御装置を
提供するものである。
されたもので、電磁石に流す電流の波形の波高値を変化
させた場合であっても、軸と電磁石のコアの端面との正
確な距離を算出することができる磁気軸受け制御装置を
提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、電磁石に流す電流をＰＷＭ制御することによって、
前記電磁石が発生する吸引力を変化させ、軸を非接触状
態で支持する磁気軸受けを制御する磁気軸受け制御装置
であって、前記電磁石に流れる電流を検出する電流検出
手段と、この電流検出手段によって検出された電流か
ら、前記軸と電磁石との距離を算出する演算手段と、こ
の演算手段によって算出された距離に基づいて、前記電
磁石に流す電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段とを有
し、前記演算手段は、前記電流検出手段によって検出さ
れた電流の時間微分値を算出する微分手段と、この微分
手段によって算出された時間微分値の絶対値を算出する
絶対値算出手段と、この絶対値算出手段によって算出さ
れた絶対値に定数をかけた値を算出する定数乗算手段
と、この定数乗算手段によって算出された値を、所定の
補正係数を用いて補正し、補正後の値を前記軸と電磁石
との距離とする補正手段とを有することを特徴とする磁
気軸受け制御装置である。
は、電磁石に流す電流をＰＷＭ制御することによって、
前記電磁石が発生する吸引力を変化させ、軸を非接触状
態で支持する磁気軸受けを制御する磁気軸受け制御装置
であって、前記電磁石に流れる電流を検出する電流検出
手段と、この電流検出手段によって検出された電流か
ら、前記軸と電磁石との距離を算出する演算手段と、こ
の演算手段によって算出された距離に基づいて、前記電
磁石に流す電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段とを有
し、前記演算手段は、前記電流検出手段によって検出さ
れた電流の時間微分値を算出する微分手段と、この微分
手段によって算出された時間微分値の絶対値を算出する
絶対値算出手段と、この絶対値算出手段によって算出さ
れた絶対値に定数をかけた値を算出する定数乗算手段
と、この定数乗算手段によって算出された値を、所定の
補正係数を用いて補正し、補正後の値を前記軸と電磁石
との距離とする補正手段とを有することを特徴とする磁
気軸受け制御装置である。
【０００８】請求項２に記載の発明は、前記補正手段
は、前記定数乗算手段によって算出された値を、前記電
流検出手段によって検出された電流の波高値に応じた補
正係数を用いて補正することを特徴とする請求項１に記
載の磁気軸受け制御装置である。
は、前記定数乗算手段によって算出された値を、前記電
流検出手段によって検出された電流の波高値に応じた補
正係数を用いて補正することを特徴とする請求項１に記
載の磁気軸受け制御装置である。
【０００９】請求項３に記載の発明は、前記補正手段
は、前記定数乗算手段によって算出された値に、補正係
数Ｂ／（Ａ×ｉ0＋Ｂ）をかけた値を、前記軸と電磁石
との距離とすることを特徴とする請求項２に記載の磁気
軸受け制御装置である。ただし、前記ｉ0は、前記電流
検出手段によって検出された電流の波高値であり、前記
ＡおよびＢは、予め求められた定数である。
は、前記定数乗算手段によって算出された値に、補正係
数Ｂ／（Ａ×ｉ0＋Ｂ）をかけた値を、前記軸と電磁石
との距離とすることを特徴とする請求項２に記載の磁気
軸受け制御装置である。ただし、前記ｉ0は、前記電流
検出手段によって検出された電流の波高値であり、前記
ＡおよびＢは、予め求められた定数である。
【００１０】請求項４に記載の発明は、前記ＡおよびＢ
は、前記電流の波高値と、前記電流の時間微分値の絶対
値を前記距離で割った値との関係から求められた定数で
あることを特徴とする請求項３に記載の磁気軸受け制御
装置である。
は、前記電流の波高値と、前記電流の時間微分値の絶対
値を前記距離で割った値との関係から求められた定数で
あることを特徴とする請求項３に記載の磁気軸受け制御
装置である。
【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１から４
のいずれかに記載の磁気軸受け制御装置を備えたことを
特徴とするターボ分子ポンプである。
のいずれかに記載の磁気軸受け制御装置を備えたことを
特徴とするターボ分子ポンプである。
【００１２】請求項６に記載の発明は、電磁石に流す電
流をＰＷＭ制御することによって、前記電磁石が発生す
る吸引力を変化させ、軸を非接触状態で支持する磁気軸
受けを制御する磁気軸受け制御方法であって、前記電磁
石に流れる電流を検出する電流検出ステップと、この電
流検出ステップで検出された電流から、前記軸と電磁石
との距離を算出する演算ステップと、この演算ステップ
で算出された距離に基づいて、前記電磁石に流す電流を
ＰＷＭ制御するＰＷＭ制御ステップとを有し、前記演算
ステップは、前記電流検出ステップで検出された電流の
時間微分値を算出する微分ステップと、この微分ステッ
プで算出された時間微分値の絶対値を算出する絶対値算
出ステップと、この絶対値算出ステップで算出された絶
対値に定数をかけた値を算出する定数乗算ステップと、
この定数乗算ステップで算出された値を、所定の補正係
数を用いて補正し、補正後の値を前記軸と電磁石との距
離とする補正ステップとを有することを特徴とする磁気
軸受け制御方法である。
流をＰＷＭ制御することによって、前記電磁石が発生す
る吸引力を変化させ、軸を非接触状態で支持する磁気軸
受けを制御する磁気軸受け制御方法であって、前記電磁
石に流れる電流を検出する電流検出ステップと、この電
流検出ステップで検出された電流から、前記軸と電磁石
との距離を算出する演算ステップと、この演算ステップ
で算出された距離に基づいて、前記電磁石に流す電流を
ＰＷＭ制御するＰＷＭ制御ステップとを有し、前記演算
ステップは、前記電流検出ステップで検出された電流の
時間微分値を算出する微分ステップと、この微分ステッ
プで算出された時間微分値の絶対値を算出する絶対値算
出ステップと、この絶対値算出ステップで算出された絶
対値に定数をかけた値を算出する定数乗算ステップと、
この定数乗算ステップで算出された値を、所定の補正係
数を用いて補正し、補正後の値を前記軸と電磁石との距
離とする補正ステップとを有することを特徴とする磁気
軸受け制御方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態にお
ける磁気軸受け制御装置の構成を示す図である。軸１
は、磁気軸受けにおける電磁石２が発生する吸引力によ
って、非接触状態で支持される。電磁石２が吸引力を発
生するためには、電磁石２のコイルに電流ｉを流す必要
があるが、この電流ｉは、ブリッジ回路３から供給され
る。
ける磁気軸受け制御装置の構成を示す図である。軸１
は、磁気軸受けにおける電磁石２が発生する吸引力によ
って、非接触状態で支持される。電磁石２が吸引力を発
生するためには、電磁石２のコイルに電流ｉを流す必要
があるが、この電流ｉは、ブリッジ回路３から供給され
る。
【００１４】ブリッジ回路３内には、トランジスタ４お
よび５、ダイオード６および７、電流検出手段８が設け
られている。トランジスタ４のドレインおよびダイオー
ド６のカソードは電源電圧Ｅに接続されている。トラン
ジスタ４のソースは、ダイオード７のカソードに接続さ
れると共に、電流検出手段８を介して前記電磁石２のコ
イルの一端に接続される。前記電磁石２のコイルの他端
は、ダイオード６のアノードに接続されると共に、トラ
ンジスタ５のドレインに接続される。トランジスタ５の
ソースおよびダイオード７のアノードは接地されてい
る。
よび５、ダイオード６および７、電流検出手段８が設け
られている。トランジスタ４のドレインおよびダイオー
ド６のカソードは電源電圧Ｅに接続されている。トラン
ジスタ４のソースは、ダイオード７のカソードに接続さ
れると共に、電流検出手段８を介して前記電磁石２のコ
イルの一端に接続される。前記電磁石２のコイルの他端
は、ダイオード６のアノードに接続されると共に、トラ
ンジスタ５のドレインに接続される。トランジスタ５の
ソースおよびダイオード７のアノードは接地されてい
る。
【００１５】トランジスタ４および５のゲートは相互に
接続されている。すなわち、トランジスタ４および５
は、同時にオン、オフされる。トランジスタ４および５
は、前記電磁石２のコイルに流れる電流ｉをオン、オフ
する。電流検出手段８は、前記電磁石２のコイルに流れ
る電流ｉの値を検出し、電流検出値ｉdを出力する。
接続されている。すなわち、トランジスタ４および５
は、同時にオン、オフされる。トランジスタ４および５
は、前記電磁石２のコイルに流れる電流ｉをオン、オフ
する。電流検出手段８は、前記電磁石２のコイルに流れ
る電流ｉの値を検出し、電流検出値ｉdを出力する。
【００１６】電流検出手段８から出力された電流検出値
ｉdは、演算手段９に入力される。演算手段９は、微分
手段と、絶対値算出手段と、定数乗算手段と、補正手段
とを内蔵している。微分手段は、演算手段９が入力した
電流検出値ｉdの時間微分値ｄｉd／ｄｔを算出する。絶
対値算出手段は、微分手段が算出した時間微分値ｄｉd
／ｄｔの絶対値｜ｄｉd／ｄｔ｜を算出する。定数乗算
手段は、絶対値算出手段が算出した絶対値｜ｄｉd／ｄ
ｔ｜に定数１／Ｂをかける。さらに、補正手段は、定数
乗算手段が算出した値１／Ｂ×｜ｄｉd／ｄｔ｜に、電
流検出値ｉdの波形の波高値（最大値）ｉd0に応じた補
正係数Ｈ＝Ｂ／（Ａｉd0＋Ｂ）をかけ、その結果である
Ｂ／（Ａｉd0＋Ｂ）×１／Ｂ×｜ｄｉd／ｄｔ｜を、前
記電磁石２のコアの端面２ａと軸１の表面との距離ｘの
検出値すなわち距離検出値ｘdとして出力する。すなわ
ち、演算手段９は、入力した電流検出値ｉdを、次式
（１）に代入し、距離検出値ｘdを算出する。 ｘd＝Ｂ／（Ａｉd0＋Ｂ）×１／Ｂ×｜ｄｉd／ｄｔ｜ …（１）
ｉdは、演算手段９に入力される。演算手段９は、微分
手段と、絶対値算出手段と、定数乗算手段と、補正手段
とを内蔵している。微分手段は、演算手段９が入力した
電流検出値ｉdの時間微分値ｄｉd／ｄｔを算出する。絶
対値算出手段は、微分手段が算出した時間微分値ｄｉd
／ｄｔの絶対値｜ｄｉd／ｄｔ｜を算出する。定数乗算
手段は、絶対値算出手段が算出した絶対値｜ｄｉd／ｄ
ｔ｜に定数１／Ｂをかける。さらに、補正手段は、定数
乗算手段が算出した値１／Ｂ×｜ｄｉd／ｄｔ｜に、電
流検出値ｉdの波形の波高値（最大値）ｉd0に応じた補
正係数Ｈ＝Ｂ／（Ａｉd0＋Ｂ）をかけ、その結果である
Ｂ／（Ａｉd0＋Ｂ）×１／Ｂ×｜ｄｉd／ｄｔ｜を、前
記電磁石２のコアの端面２ａと軸１の表面との距離ｘの
検出値すなわち距離検出値ｘdとして出力する。すなわ
ち、演算手段９は、入力した電流検出値ｉdを、次式
（１）に代入し、距離検出値ｘdを算出する。 ｘd＝Ｂ／（Ａｉd0＋Ｂ）×１／Ｂ×｜ｄｉd／ｄｔ｜ …（１）
【００１７】上記の演算手段９は、コンピュータに内蔵
されるハードウェアまたはソフトウェアによって実現さ
れるものであってもよい。「ソフトウェアによって実現
される」とは、上記の演算手段９の機能を有するプログ
ラムをコンピュータ内のメモリにロードして実行するこ
とにより、上記の演算手段９の機能が実現されることを
意味する。
されるハードウェアまたはソフトウェアによって実現さ
れるものであってもよい。「ソフトウェアによって実現
される」とは、上記の演算手段９の機能を有するプログ
ラムをコンピュータ内のメモリにロードして実行するこ
とにより、上記の演算手段９の機能が実現されることを
意味する。
【００１８】また、上記の演算手段９の機能を有するプ
ログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録
して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュ
ータに読み込ませ、実行することにより、上記の演算手
段９の機能を実現してもよい。なお、ここで言う「コン
ピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブル
ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、
ＣＤ−ＲＷ等の可搬媒体や、コンピュータに内蔵される
ハードディスク等の記憶装置のことである。
ログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録
して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュ
ータに読み込ませ、実行することにより、上記の演算手
段９の機能を実現してもよい。なお、ここで言う「コン
ピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブル
ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、
ＣＤ−ＲＷ等の可搬媒体や、コンピュータに内蔵される
ハードディスク等の記憶装置のことである。
【００１９】演算手段９から出力された距離検出値ｘd
は、制御手段１０に入力される。制御手段１０は、入力
した距離検出値ｘdに基づいてＰＩＤ制御等により軸を
非接触で支持する磁気軸受け制御を行う。すなわち、制
御手段１０は制御信号を出力し、出力された制御信号は
駆動手段１１に入力される。駆動手段１１は、入力した
制御信号に基づいて駆動パルスを出力する。すなわち、
駆動手段１１は、入力した制御信号に基づいて、出力す
る駆動パルスのオン（ＯＮ）時間とオフ（ＯＦＦ）時間
との比（デューティ）を変化させる。駆動手段１１から
出力された駆動パルスは、前記ブリッジ回路３内のトラ
ンジスタ４および５のゲートに入力され、トランジスタ
４および５をオン、オフさせる。
は、制御手段１０に入力される。制御手段１０は、入力
した距離検出値ｘdに基づいてＰＩＤ制御等により軸を
非接触で支持する磁気軸受け制御を行う。すなわち、制
御手段１０は制御信号を出力し、出力された制御信号は
駆動手段１１に入力される。駆動手段１１は、入力した
制御信号に基づいて駆動パルスを出力する。すなわち、
駆動手段１１は、入力した制御信号に基づいて、出力す
る駆動パルスのオン（ＯＮ）時間とオフ（ＯＦＦ）時間
との比（デューティ）を変化させる。駆動手段１１から
出力された駆動パルスは、前記ブリッジ回路３内のトラ
ンジスタ４および５のゲートに入力され、トランジスタ
４および５をオン、オフさせる。
【００２０】図２は、上記のトランジスタ４および５の
ゲートに入力される駆動パルスと、電磁石２のコイルに
流れる電流ｉとの波形を示すグラフである。これらのグ
ラフの横軸は時間ｔである。電流ｉが流れる電磁石２の
コイルは自己インダクタンスＬをもつので、電流ｉの波
形における立ち上がりおよび立ち下がりには遅れが生
じ、波形がなまる。電磁石２のコイルの自己インダクタ
ンスＬは、電磁石２のコアの端面２ａと軸１の表面との
距離ｘに応じて変化するので、電流ｉの波形の傾きすな
わち時間微分値ｄｉ／ｄｔも変化する。すなわち、電流
ｉの時間微分値の絶対値｜ｄｉ／ｄｔ｜は、電磁石２の
コアの端面２ａと軸１の表面との距離ｘに比例する。そ
こで、電流ｉの時間微分値の絶対値｜ｄｉ／ｄｔ｜と、
距離ｘとの比｜ｄｉ／ｄｔ｜／ｘを検出ゲインＧとす
る。すなわち、次式（２）により検出ゲインＧを定義す
る。 Ｇ＝｜ｄｉ／ｄｔ｜／ｘ …（２）
ゲートに入力される駆動パルスと、電磁石２のコイルに
流れる電流ｉとの波形を示すグラフである。これらのグ
ラフの横軸は時間ｔである。電流ｉが流れる電磁石２の
コイルは自己インダクタンスＬをもつので、電流ｉの波
形における立ち上がりおよび立ち下がりには遅れが生
じ、波形がなまる。電磁石２のコイルの自己インダクタ
ンスＬは、電磁石２のコアの端面２ａと軸１の表面との
距離ｘに応じて変化するので、電流ｉの波形の傾きすな
わち時間微分値ｄｉ／ｄｔも変化する。すなわち、電流
ｉの時間微分値の絶対値｜ｄｉ／ｄｔ｜は、電磁石２の
コアの端面２ａと軸１の表面との距離ｘに比例する。そ
こで、電流ｉの時間微分値の絶対値｜ｄｉ／ｄｔ｜と、
距離ｘとの比｜ｄｉ／ｄｔ｜／ｘを検出ゲインＧとす
る。すなわち、次式（２）により検出ゲインＧを定義す
る。 Ｇ＝｜ｄｉ／ｄｔ｜／ｘ …（２）
【００２１】図３は、上記の検出ゲインＧと、電流ｉの
波形（電流パルス）の波高値（最大値）ｉ0との関係を
示すグラフである。このグラフの横軸は電流ｉの波形
（電流パルス）の波高値（最大値）ｉ0であり、縦軸は
検出ゲインＧである。すなわち、波高値ｉ0を高くする
と検出ゲインＧが低下する。波高値ｉ0と検出ゲインＧ
との関係は、次式（３）で表される。 Ｇ＝Ａｉ0＋Ｂ …（３）
波形（電流パルス）の波高値（最大値）ｉ0との関係を
示すグラフである。このグラフの横軸は電流ｉの波形
（電流パルス）の波高値（最大値）ｉ0であり、縦軸は
検出ゲインＧである。すなわち、波高値ｉ0を高くする
と検出ゲインＧが低下する。波高値ｉ0と検出ゲインＧ
との関係は、次式（３）で表される。 Ｇ＝Ａｉ0＋Ｂ …（３）
【００２２】上記の式（２）および（３）から｜ｄｉ／
ｄｔ｜を求めると、次式（４）が得られる。 ｜ｄｉ／ｄｔ｜＝ｘＡｉ0＋ｘＢ …（４） 上記の式（４）との比較のため、ｄｉ／ｄｔの理論式を
算出する。時刻ｔに電磁石２のコイルに流れる電流をｉ
（ｔ）、ブリッジ回路３内のトランジスタ４のドレイン
に印加される電源電圧をＥ、電磁石２のコイルの自己イ
ンダクタンスをＬ、抵抗分をＲとすると、次式（５）が
得られる。
ｄｔ｜を求めると、次式（４）が得られる。 ｜ｄｉ／ｄｔ｜＝ｘＡｉ0＋ｘＢ …（４） 上記の式（４）との比較のため、ｄｉ／ｄｔの理論式を
算出する。時刻ｔに電磁石２のコイルに流れる電流をｉ
（ｔ）、ブリッジ回路３内のトランジスタ４のドレイン
に印加される電源電圧をＥ、電磁石２のコイルの自己イ
ンダクタンスをＬ、抵抗分をＲとすると、次式（５）が
得られる。
【数１】
上記の式（５）の両辺を時間ｔで微分すると、次式
（６）が得られる。
（６）が得られる。
【数２】
すなわち、上記の式（４）と理論式（６）との傾向は一
致している。
致している。
【００２３】なお、上記の式（４）、（３）または
（１）における定数Ａ、Ｂは、実際には、実機における
測定から求める。これは、実際には、電磁石２のコイル
の自己インダクタンスＬが、軸と磁気受けとの組み付け
状態で変わるからである。
（１）における定数Ａ、Ｂは、実際には、実機における
測定から求める。これは、実際には、電磁石２のコイル
の自己インダクタンスＬが、軸と磁気受けとの組み付け
状態で変わるからである。
【００２４】本実施形態においては、演算手段９内の補
正手段が、電磁石２のコイルに流れる電流ｉの検出値で
ある電流検出値ｉdの波形の波高値（最大値）ｉd0に応
じて、上記の式（３）で表される検出ゲインＧの低下を
補正するので、電磁石２に流す電流ｉの波形の波高値
（最大値）を変化させた場合であっても、電磁石２のコ
アの端面２ａと軸１の表面との距離ｘの正確な検出値す
なわち正確な距離検出値ｘdを算出することができる。
正手段が、電磁石２のコイルに流れる電流ｉの検出値で
ある電流検出値ｉdの波形の波高値（最大値）ｉd0に応
じて、上記の式（３）で表される検出ゲインＧの低下を
補正するので、電磁石２に流す電流ｉの波形の波高値
（最大値）を変化させた場合であっても、電磁石２のコ
アの端面２ａと軸１の表面との距離ｘの正確な検出値す
なわち正確な距離検出値ｘdを算出することができる。
【００２５】この効果は、図４に示す軸１の姿勢すなわ
ち図４（ａ）のように軸１が水平であるか図４（ｂ）の
ように軸１が垂直であるかによる影響を受けない。
ち図４（ａ）のように軸１が水平であるか図４（ｂ）の
ように軸１が垂直であるかによる影響を受けない。
【００２６】上記の磁気軸受けによって支持される軸に
よって回転させられる回転体の一例として、ターボ分子
ポンプのロータがある。図５は、ターボ分子ポンプＰの
構成の一例を示す図である。ターボ分子ポンプとは、ロ
ータを高速で回転させることにより、気体分子を圧縮し
つつ排気し、超高真空を作り出すポンプである。すなわ
ち、ターボ分子ポンプは、例えば、半導体プロセスで利
用されるＣＶＤ装置等に、ロータリポンプ、デフュージ
ョンポンプ等と共に排気系の一部として付設され使用さ
れる。すなわち、ＣＶＤ装置に同時に付設されるチャン
バ内の排気を行うことを目的として利用される。
よって回転させられる回転体の一例として、ターボ分子
ポンプのロータがある。図５は、ターボ分子ポンプＰの
構成の一例を示す図である。ターボ分子ポンプとは、ロ
ータを高速で回転させることにより、気体分子を圧縮し
つつ排気し、超高真空を作り出すポンプである。すなわ
ち、ターボ分子ポンプは、例えば、半導体プロセスで利
用されるＣＶＤ装置等に、ロータリポンプ、デフュージ
ョンポンプ等と共に排気系の一部として付設され使用さ
れる。すなわち、ＣＶＤ装置に同時に付設されるチャン
バ内の排気を行うことを目的として利用される。
【００２７】図示したターボ分子ポンプＰは、上半部１
０１ａ及び下半部１０１ｂとからなるケーシング１０１
内部に各種機器が備えられた構成となっている。このケ
ーシング１０１においては、その上半部１０１ａに吸気
口１０１ｃ、下半部１０１ｂに排気口１０１ｄが、それ
ぞれ形成されている。
０１ａ及び下半部１０１ｂとからなるケーシング１０１
内部に各種機器が備えられた構成となっている。このケ
ーシング１０１においては、その上半部１０１ａに吸気
口１０１ｃ、下半部１０１ｂに排気口１０１ｄが、それ
ぞれ形成されている。
【００２８】ケーシング１０１内部におけるロータ室１
０２には、ロータ１０４が配設されている。ロータ１０
４は、鉛直に立設されたロータシャフト１０４ａと、当
該ロータシャフト１０４ａ周囲に放射状に配置された動
翼１０５とを備えた構成となっている。また、ケーシン
グ上半部１０１ａには静翼１０３が固定されている。こ
のロータ１０４は、後述するように高速回転する部材で
あるから、一般には軽量かつ応力強度の高いアルミニウ
ム合金等をその材質として選択するのが好ましい。
０２には、ロータ１０４が配設されている。ロータ１０
４は、鉛直に立設されたロータシャフト１０４ａと、当
該ロータシャフト１０４ａ周囲に放射状に配置された動
翼１０５とを備えた構成となっている。また、ケーシン
グ上半部１０１ａには静翼１０３が固定されている。こ
のロータ１０４は、後述するように高速回転する部材で
あるから、一般には軽量かつ応力強度の高いアルミニウ
ム合金等をその材質として選択するのが好ましい。
【００２９】前記ロータシャフト１０４ａの下端部に
は、スラスト磁気ディスク１０６が備えられている。こ
のスラスト磁気ディスク１０６の上下面には、これに対
向した形でスラスト磁気軸受け１０８が設けられてい
る。また、ロータシャフト１０４ａとケーシング下半部
１０１ｂとの対向面における上方及び下方には、それぞ
れラジアル磁気軸受け１０７ａ、１０７ｂが設けられて
いる。さらに、ロータシャフト１０４ａ上端部にラジア
ル用上部保護軸受けとして設けられたボールベアリング
１０９、同下端ネック部にはラジアル及びスラスト用下
部保護軸受けとして設けられたボールベアリング１１０
が設けられている。そして、ケーシング下半部１０１ｂ
には、ロータ駆動用モータ１１１が設けられている。
は、スラスト磁気ディスク１０６が備えられている。こ
のスラスト磁気ディスク１０６の上下面には、これに対
向した形でスラスト磁気軸受け１０８が設けられてい
る。また、ロータシャフト１０４ａとケーシング下半部
１０１ｂとの対向面における上方及び下方には、それぞ
れラジアル磁気軸受け１０７ａ、１０７ｂが設けられて
いる。さらに、ロータシャフト１０４ａ上端部にラジア
ル用上部保護軸受けとして設けられたボールベアリング
１０９、同下端ネック部にはラジアル及びスラスト用下
部保護軸受けとして設けられたボールベアリング１１０
が設けられている。そして、ケーシング下半部１０１ｂ
には、ロータ駆動用モータ１１１が設けられている。
【００３０】上記のターボ分子ポンプＰは、上記構成か
ら明らかなように、軸受けとして能動型磁気軸受けを有
し、これらとロータ駆動用モータ１１１の発生する駆動
力とにより、ロータ１０４の回転が実現されるものとな
っている。このとき、ロータ１０４の回転速度は約９０
０００ｒｐｍ（１５００回転／秒）になる。なお、本発
明は、ターボ分子ポンプの構成に関して、上記の例に限
定されるものではない。
ら明らかなように、軸受けとして能動型磁気軸受けを有
し、これらとロータ駆動用モータ１１１の発生する駆動
力とにより、ロータ１０４の回転が実現されるものとな
っている。このとき、ロータ１０４の回転速度は約９０
０００ｒｐｍ（１５００回転／秒）になる。なお、本発
明は、ターボ分子ポンプの構成に関して、上記の例に限
定されるものではない。
【００３１】
【実施例】図６は、電磁石２のコイルに流れる電流ｉの
波形の波高値ｉ0と、検出ゲインＧおよび補正係数Ｈと
の関係をシミュレーションした結果を示すグラフであ
る。このグラフの横軸は、電磁石２のコイルに流れる電
流ｉの波形の波高値ｉ0であり、左側の縦軸は検出ゲイ
ンＧであり、右側の縦軸は補正係数Ｈである。
波形の波高値ｉ0と、検出ゲインＧおよび補正係数Ｈと
の関係をシミュレーションした結果を示すグラフであ
る。このグラフの横軸は、電磁石２のコイルに流れる電
流ｉの波形の波高値ｉ0であり、左側の縦軸は検出ゲイ
ンＧであり、右側の縦軸は補正係数Ｈである。
【００３２】本シミュレーションにおいては、電磁石２
のコアの端面２ａと軸１の表面との距離ｘが１、５、１
０、５０、１００μｍであって、電磁石２のコイルに流
れる電流ｉの波形（電流パルス）の波高値ｉ0が０．２
０３、０．７７４、１．２９３、１．８１４、２．３３
０、３．３６８Ａである場合の検出ゲインＧを算出し
た。
のコアの端面２ａと軸１の表面との距離ｘが１、５、１
０、５０、１００μｍであって、電磁石２のコイルに流
れる電流ｉの波形（電流パルス）の波高値ｉ0が０．２
０３、０．７７４、１．２９３、１．８１４、２．３３
０、３．３６８Ａである場合の検出ゲインＧを算出し
た。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、電磁石に流す電流の波
形の波高値を変化させた場合であっても、軸と電磁石の
コアの端面との正確な距離を算出することができる。こ
の効果は、軸の姿勢すなわち軸が水平であるか垂直であ
るかによる影響を受けない。
形の波高値を変化させた場合であっても、軸と電磁石の
コアの端面との正確な距離を算出することができる。こ
の効果は、軸の姿勢すなわち軸が水平であるか垂直であ
るかによる影響を受けない。
【図１】 本発明の一実施形態における磁気軸受け制御
装置の構成を示す図である。
装置の構成を示す図である。
【図２】 トランジスタ４および５のゲートに入力され
る駆動パルスと、電磁石２のコイルに流れる電流ｉとの
波形を示すグラフである。
る駆動パルスと、電磁石２のコイルに流れる電流ｉとの
波形を示すグラフである。
【図３】 検出ゲインＧと、電流ｉの波形（電流パル
ス）の波高値（最大値）ｉ0との関係を示すグラフであ
る。
ス）の波高値（最大値）ｉ0との関係を示すグラフであ
る。
【図４】 軸１の姿勢を示す図である。
【図５】 ターボ分子ポンプＰの構成の一例を示す図で
ある。
ある。
【図６】 電磁石２のコイルに流れる電流ｉの波形の波
高値ｉ0と、検出ゲインＧおよび補正係数Ｈとの関係を
シミュレーションした結果を示すグラフである。
高値ｉ0と、検出ゲインＧおよび補正係数Ｈとの関係を
シミュレーションした結果を示すグラフである。
１ 軸 ２ 電磁石
３ ブリッジ回路
４、５ トランジスタ（ＰＷＭ制御手段）
６、７ ダイオード ８ 電流検出手段
９ 演算手段
１０ 制御手段（ＰＷＭ制御手段）
１１ 駆動手段（ＰＷＭ制御手段）
Ｐ ターボ分子ポンプ １０１ ケーシング
１０１ａ 上半部 １０１ｂ 下半部
１０１ｃ 吸気口 １０１ｄ 排気口
１０２ ロータ室 １０３ 静翼
１０４ ロータ １０４ａ ロータシ
ャフト １０５ 動翼 １０６ スラスト磁
気ディスク １０７ａ、１０７ｂ ラジアル磁気軸受け １０８ スラスト磁気軸受け １０９、１１０ ボールベアリング １１１ ロータ駆動用モータ
ャフト １０５ 動翼 １０６ スラスト磁
気ディスク １０７ａ、１０７ｂ ラジアル磁気軸受け １０８ スラスト磁気軸受け １０９、１１０ ボールベアリング １１１ ロータ駆動用モータ
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3H021 AA01 AA08 BA01 BA11 CA07
DA00 EA07
3H031 DA02 EA11 FA13
3H045 AA06 AA09 AA12 AA21 AA25
AA26 AA31 BA01 BA31 CA21
DA00 EA26 EA34
3J102 AA01 BA03 CA11 CA27 DA09
DB04 GA06
Claims (6)
- 【請求項１】 電磁石に流す電流をＰＷＭ制御すること
によって、前記電磁石が発生する吸引力を変化させ、軸
を非接触状態で支持する磁気軸受けを制御する磁気軸受
け制御装置であって、 前記電磁石に流れる電流を検出する電流検出手段と、 この電流検出手段によって検出された電流から、前記軸
と電磁石との距離を算出する演算手段と、 この演算手段によって算出された距離に基づいて、前記
電磁石に流す電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段とを
有し、 前記演算手段は、 前記電流検出手段によって検出された電流の時間微分値
を算出する微分手段と、 この微分手段によって算出された時間微分値の絶対値を
算出する絶対値算出手段と、 この絶対値算出手段によって算出された絶対値に定数を
かけた値を算出する定数乗算手段と、 この定数乗算手段によって算出された値を、所定の補正
係数を用いて補正し、補正後の値を前記軸と電磁石との
距離とする補正手段とを有することを特徴とする磁気軸
受け制御装置。 - 【請求項２】 前記補正手段は、前記定数乗算手段によ
って算出された値を、前記電流検出手段によって検出さ
れた電流の波高値に応じた補正係数を用いて補正するこ
とを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受け制御装置。 - 【請求項３】 前記補正手段は、前記定数乗算手段によ
って算出された値に、補正係数Ｂ／（Ａ×ｉ0＋Ｂ）を
かけた値を、前記軸と電磁石との距離とすることを特徴
とする請求項２に記載の磁気軸受け制御装置。ただし、
前記ｉ0は、前記電流検出手段によって検出された電流
の波高値であり、前記ＡおよびＢは、予め求められた定
数である。 - 【請求項４】 前記ＡおよびＢは、前記電流の波高値
と、前記電流の時間微分値の絶対値を前記距離で割った
値との関係から求められた定数であることを特徴とする
請求項３に記載の磁気軸受け制御装置。 - 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の磁気
軸受け制御装置を備えたことを特徴とするターボ分子ポ
ンプ。 - 【請求項６】 電磁石に流す電流をＰＷＭ制御すること
によって、前記電磁石が発生する吸引力を変化させ、軸
を非接触状態で支持する磁気軸受けを制御する磁気軸受
け制御方法であって、 前記電磁石に流れる電流を検出する電流検出ステップ
と、 この電流検出ステップで検出された電流から、前記軸と
電磁石との距離を算出する演算ステップと、 この演算ステップで算出された距離に基づいて、前記電
磁石に流す電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御ステップと
を有し、 前記演算ステップは、 前記電流検出ステップで検出された電流の時間微分値を
算出する微分ステップと、 この微分ステップで算出された時間微分値の絶対値を算
出する絶対値算出ステップと、 この絶対値算出ステップで算出された絶対値に定数をか
けた値を算出する定数乗算ステップと、 この定数乗算ステップで算出された値を、所定の補正係
数を用いて補正し、補正後の値を前記軸と電磁石との距
離とする補正ステップとを有することを特徴とする磁気
軸受け制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001341158A JP3986293B2 (ja) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | 磁気軸受け制御装置、ターボ分子ポンプおよび磁気軸受け制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001341158A JP3986293B2 (ja) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | 磁気軸受け制御装置、ターボ分子ポンプおよび磁気軸受け制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003139136A true JP2003139136A (ja) | 2003-05-14 |
| JP3986293B2 JP3986293B2 (ja) | 2007-10-03 |
Family
ID=19155239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001341158A Expired - Fee Related JP3986293B2 (ja) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | 磁気軸受け制御装置、ターボ分子ポンプおよび磁気軸受け制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3986293B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005085663A1 (ja) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Boc Edwards Japan Limited | 磁気軸受装置及び該磁気軸受装置を搭載したターボ分子ポンプ |
| JP2009275740A (ja) * | 2008-05-13 | 2009-11-26 | Meidensha Corp | 磁気軸受装置 |
| EP2083183A3 (en) * | 2008-01-24 | 2013-05-01 | Ebara Corporation | Sensorless magnetic bearing apparatus |
| EP1942283A3 (en) * | 2005-07-05 | 2014-09-17 | Ebara Corporation | Magnetic bearing device and method of operating the device |
| WO2022107899A1 (ja) | 2020-11-20 | 2022-05-27 | ダイキン工業株式会社 | 電力供給回路及びそれを備えた軸受装置 |
-
2001
- 2001-11-06 JP JP2001341158A patent/JP3986293B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2005249068A (ja) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Boc Edwards Kk | 磁気軸受装置及び該磁気軸受装置を搭載したターボ分子ポンプ |
| CN100446416C (zh) * | 2004-03-04 | 2008-12-24 | 埃地沃兹日本有限公司 | 磁轴承装置和搭载有该磁轴承装置的涡轮分子泵 |
| JP4502667B2 (ja) * | 2004-03-04 | 2010-07-14 | エドワーズ株式会社 | 磁気軸受装置及び該磁気軸受装置を搭載したターボ分子ポンプ |
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| WO2022107899A1 (ja) | 2020-11-20 | 2022-05-27 | ダイキン工業株式会社 | 電力供給回路及びそれを備えた軸受装置 |
| US11967880B2 (en) | 2020-11-20 | 2024-04-23 | Daikin Industries, Ltd. | Power supply circuit and bearing device provided with same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3986293B2 (ja) | 2007-10-03 |
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| Dumitrascu et al. | Voltage Software Optimization Control for Constant Frequency Commutation of a BLDC Sensorless Motor |
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