JP2012251486A - Magnetic levitation vacuum pump, whirling estimation method, rotor balance inspection method, and method for adjusting magnetic bearing control gain - Google Patents

Magnetic levitation vacuum pump, whirling estimation method, rotor balance inspection method, and method for adjusting magnetic bearing control gain Download PDF

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正幹 大藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a whirling estimation method that can facilitate estimating whirling by using a waveform amplitude value, without measuring the whirling in a high-speed rotation state.SOLUTION: The whirling estimation method for a magnetic levitation vacuum pump includes: a magnetic levitation step of magnetically levitating a rotor 30 to a target levitation position; a current measuring step of making the rotor 30, which is magnetically levitated at the target levitation position, sequentially stop at a plurality of rotation positions, and subsequently measuring each current of two pairs of electromagnets in each stopped state; a difference calculation step of calculating differences in the current of the paired electromagnets about each of the plurality of rotation positions, regarding at least one of the two paired electromagnets; an amplitude value calculation step of calculating amplitude values in difference changes while the rotor 30 fully rotates; and an estimation step of estimating a whirling amount of the rotor 30, based on the relationship between a predetermined whirling amount and amplitude value, and the amplitude value calculated in the amplitude value calculation step.

Description

本発明は、磁気浮上式真空ポンプ、磁気浮上式真空ポンプの振れまわり推定方法,ロータバランス検査方法および磁気軸受制御ゲイン調整方法に関する。   The present invention relates to a magnetic levitation vacuum pump, a swing estimation method of a magnetic levitation vacuum pump, a rotor balance inspection method, and a magnetic bearing control gain adjustment method.

磁気浮上ターボ分子ポンプの場合には、ロータ位置を変位センサで検出してそのセンサ信号を制御回路に取り込み、センサ信号に基づいて電磁石電流を制御するようにしている。磁気軸受装置では、一般的にフィードバック制御系としてPID制御を用いて、定常外乱に対する定常偏差を減衰させている(特許文献1参照)。   In the case of a magnetic levitation turbomolecular pump, the rotor position is detected by a displacement sensor, the sensor signal is taken into a control circuit, and the electromagnet current is controlled based on the sensor signal. In a magnetic bearing device, PID control is generally used as a feedback control system to attenuate a steady deviation with respect to a steady disturbance (see Patent Document 1).

このようなロータを支持する磁気軸受装置では、2つの固有振動モードを有している。一つはシリンドリカルモードと呼ばれ、ロータの軸が軸受中心軸の回りに円筒状の軌跡を描くものである。二つ目はコニカルモードと呼ばれ、ロータの軸が軸受中心軸の回りに円錐状の軌跡を描くものである。上記固有振動モードが存在することから、ロータ回転数を増加または減少させた際に、回転周波数が固有振動の周波数と一致したときに共振が発生して、ロータの過大振幅が発生するおそれがある。   A magnetic bearing device that supports such a rotor has two natural vibration modes. One is called a cylindrical mode, in which the rotor shaft draws a cylindrical trajectory around the bearing center axis. The second is called a conical mode, in which the rotor shaft draws a conical locus around the bearing center axis. Because of the existence of the natural vibration mode, when the rotational speed of the rotor is increased or decreased, resonance may occur when the rotational frequency matches the natural vibration frequency, which may cause an excessive amplitude of the rotor. .

特開2004−270778号公報JP 2004-270778 A

通常、初期バランスはバランサによりバランス修正を行うが、実際の運転時の回転数と異なるため、アンバランスはある程度までしか低減できない。また、各回転体のアンバランス状態はばらつきが大きく、仕上がり状態が分からないため、磁気軸受の制御にて安定化に向けて補償を行うに当たって、最適ゲインや制御位相が分からない。そのため、高速回転させてアンバランスが規定値に入っていない場合には、規定値に入るようにバランス修正を行い、再度回転させて確認するという工程を繰り返し、安定制御ができる状態にまでバランスを追い込む作業を行っていた。   Normally, the initial balance is corrected by a balancer, but since it differs from the actual rotational speed, the unbalance can be reduced only to a certain extent. Further, since the unbalanced state of each rotating body has a large variation and the finished state is unknown, the optimum gain and the control phase are not known when performing compensation for stabilization in the control of the magnetic bearing. Therefore, if the unbalance is not within the specified value after rotating at high speed, repeat the process of correcting the balance so that it is within the specified value, rotating it again and checking, and balance until stable control is possible. I was working on it.

しかしながら、高速回転時のアンバランスが規定値より大きい場合には、バランサにより回転体のバランス修正を再度行うが、そのためには組み上がったポンプを分解する必要ある。そして、バランス修正後には再びポンプを組み上げて、高速回転によるアンバランスの確認をしなければならない。そのため、組み立て・検査作業に手間がかかりコストアップ要因となっていた。   However, when the unbalance during high-speed rotation is larger than the specified value, the balance of the rotating body is corrected again by the balancer. To that end, it is necessary to disassemble the assembled pump. After correcting the balance, the pump must be assembled again to check for unbalance due to high-speed rotation. For this reason, the assembly / inspection work is time-consuming, which increases the cost.

請求項1に係る発明は、ロータを挟んで2対の電磁石が配置された2軸のラジアル磁気軸受を少なくとも備える磁気浮上式真空ポンプの振れまわり推定方法であって、ロータを目標浮上位置に磁気浮上させる磁気浮上工程と、目標浮上位置に磁気浮上しているロータを所定の複数の回転位置に順に停止させ、各停止時における2対の電磁石の電流をそれぞれ計測する電流計測工程と、対を成す電磁石の電流の差分を、2対の電磁石の少なくとも一方の対に関して算出する差分算出工程と、ロータが一回転する間の差分の振幅値を算出する振幅値算出工程と、予め得られている振れまわり量と振幅値との相関関係および振幅値算出工程で算出された振幅値に基づいて、ロータの振れまわり量を推定する推定工程と、を有することを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載の振れまわり推定方法において、複数台の磁気浮上式真空ポンプに関して、振幅値算出工程により算出される振幅値と高速回転時に実測される振れまわり量とから成るデータ(振幅値、実測振れまわり量)をそれぞれ取得し、取得された複数のデータ(振幅値、実測振れまわり量)に基づいて相関関係を算出するようにしたものである。
請求項3に係る発明は、ロータを挟んで2対の電磁石が配置された2軸のラジアル磁気軸受を備える磁気浮上式真空ポンプのロータバランス検査方法であって、ロータの機械的バランスを修正する修正工程と、ロータをラジアル磁気軸受が設けられたポンプベースに組み込む組み込み工程と、請求項1に記載の振れまわり推定方法によりロータの振れまわり量を推定し、推定された振れまわり量が所定基準値を超えているか否かを判定する判定工程と、を備え、判定工程で振れまわり量が前記所定基準値を超えていると判定されると、修正工程を再び行うことを特徴とする。
請求項4に係る発明は、ロータを挟んで2対の電磁石が配置された2軸のラジアル磁気軸受を備える磁気浮上式真空ポンプの磁気軸受制御ゲイン調整方法であって、請求項1に記載の振れまわり推定方法により推定された振れまわり量に基づいて、回転駆動時のロータの振れまわり量が所定基準値よりも小さくなるように、ラジアル磁気軸受の制御ゲインを予め設定されている初期ゲイン値よりも大きなゲイン値に設定することを特徴とする。
請求項5に係る発明は、ロータを挟んで2対の電磁石が配置された2軸のラジアル磁気軸受を備える磁気浮上式真空ポンプであって、請求項1に記載の振れまわり推定方法により推定された振れまわり量を記憶するための記憶部と、記憶部に記憶された振れまわり量に基づいて、予め記憶されている初期ゲイン値を補正ゲイン値に補正し、該補正ゲイン値をラジアル磁気軸受の制御ゲインに設定する制御ゲインコントロール部と、制御ゲインコントロール部で設定された制御ゲインに基づいてラジアル磁気軸受の電磁石電流を制御する電流制御部と、を備えたことを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項5に記載の磁気浮上式真空ポンプにおいて、ロータの回転速度を検出する回転センサを備え、制御ゲインコントロール部は、回転センサで検出されたロータ回転速度が共振発生危険速度領域である場合には、補正ゲイン値を前記制御ゲインに設定し、回転センサで検出されたロータ回転速度が共振発生危険速度領域でない場合には、初期ゲイン値を制御ゲインに設定することを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項5または6に記載の磁気浮上式真空ポンプにおいて、ロータおよび記憶部が設けられたポンプ本体と、制御ゲインコントロール部および電流制御部が設けられた電源装置と、を備え、電源装置は、ポンプ本体の記憶部から振れまわり量を読み込み、該振れまわり量に基づいて制御ゲインコントロール部で制御ゲインを設定するようにしたものである。
The invention according to claim 1 is a method for estimating a whirling of a magnetic levitation vacuum pump including at least a biaxial radial magnetic bearing in which two pairs of electromagnets are arranged with a rotor interposed therebetween, wherein the rotor is magnetized at a target levitation position. A pair of a magnetic levitation step of levitation, a current measurement step of sequentially stopping the rotor magnetically levitated at a target levitation position at a predetermined plurality of rotation positions, and measuring the currents of two pairs of electromagnets at each stop, A difference calculation step of calculating a difference between currents of the electromagnets formed for at least one pair of two pairs of electromagnets, and an amplitude value calculation step of calculating an amplitude value of a difference during one rotation of the rotor. And an estimation step for estimating the amount of swing of the rotor based on the correlation between the amount of swing and the amplitude value and the amplitude value calculated in the amplitude value calculation step.
According to a second aspect of the present invention, in the swing estimation method according to the first aspect, with respect to a plurality of magnetic levitation vacuum pumps, the amplitude value calculated by the amplitude value calculation step and the swing amount measured at the time of high-speed rotation are calculated. Data (amplitude value, measured swing amount) are obtained, and the correlation is calculated based on a plurality of acquired data (amplitude value, measured swing amount).
The invention according to claim 3 is a rotor balance inspection method for a magnetically levitated vacuum pump including a biaxial radial magnetic bearing in which two pairs of electromagnets are arranged with a rotor interposed therebetween, and corrects the mechanical balance of the rotor. A correction step, a step of incorporating the rotor into a pump base provided with a radial magnetic bearing, and a runout estimation method of the rotor according to the runout estimation method according to claim 1, wherein the estimated runout amount is a predetermined reference. A determination step for determining whether or not the value exceeds the value, and the correction step is performed again when it is determined in the determination step that the run-out amount exceeds the predetermined reference value.
The invention according to claim 4 is a magnetic bearing control gain adjusting method for a magnetic levitation vacuum pump including a biaxial radial magnetic bearing in which two pairs of electromagnets are arranged with a rotor interposed therebetween, Based on the run-out amount estimated by the run-out estimation method, the control gain of the radial magnetic bearing is set in advance so that the run-out amount of the rotor during rotational drive is smaller than a predetermined reference value. The gain value is set to be larger than that.
The invention according to claim 5 is a magnetic levitation type vacuum pump including a biaxial radial magnetic bearing in which two pairs of electromagnets are arranged with a rotor interposed therebetween, and is estimated by the whirling estimation method according to claim 1. And a storage unit for storing the amount of run-out, and based on the run-out amount stored in the storage unit, the initial gain value stored in advance is corrected to a correction gain value, and the correction gain value is converted into a radial magnetic bearing. A control gain control unit for setting the control gain of the control unit, and a current control unit for controlling the electromagnet current of the radial magnetic bearing based on the control gain set by the control gain control unit.
A sixth aspect of the present invention is the magnetic levitation vacuum pump according to the fifth aspect, further comprising a rotation sensor for detecting the rotation speed of the rotor, and the control gain control unit is configured such that the rotor rotation speed detected by the rotation sensor is resonant If it is in the critical speed range, set the correction gain value to the control gain, and if the rotor rotational speed detected by the rotation sensor is not in the resonance critical speed range, set the initial gain value to the control gain. It is characterized by.
The invention according to claim 7 is the magnetic levitation vacuum pump according to claim 5 or 6, wherein the pump body provided with the rotor and the storage unit, the power supply device provided with the control gain control unit and the current control unit, The power supply apparatus reads the amount of run-out from the storage unit of the pump body, and sets the control gain by the control gain control unit based on the amount of run-out.

本発明によれば、高速回転状態での振れまわり測定を行うことなく、波形振幅値を用いて振れまわりを容易に推定することができる。   According to the present invention, it is possible to easily estimate the run-out using the waveform amplitude value without performing the run-around measurement in the high-speed rotation state.

磁気浮上式真空ポンプの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a magnetic levitation type vacuum pump. 5軸制御型磁気軸受を説明する図である。It is a figure explaining a 5-axis control type magnetic bearing. ズレ量Δ計測時のシャフト30aの回転位置と電磁石との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation position of the shaft 30a at the time of deviation | shift amount (DELTA) measurement, and an electromagnet. ズレ量Δの計測結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement result of deviation | shift amount (DELTA). 波形振幅値と実際に測定されたポンプの振れまわり量との相関関係を示す図である。It is a figure which shows the correlation with a waveform amplitude value and the amount of pump rotations actually measured. 振れまわり推定方法の第1の応用例を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the 1st application example of a whirling estimation method. 従来の組み立て工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the conventional assembly process. 振れまわり推定方法の第1の応用例を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the 1st application example of a whirling estimation method. 切り替え部90を用いた場合の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure at the time of using the switching part 90. FIG.

以下、図を参照して本発明を実施するための実施の形態について説明する。図1は磁気浮上式ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。ターボ分子ポンプは、ポンプ本体1と電源装置4とを備えており、ポンプ本体1は不図示の電源ケーブルにより電源装置4と接続される。なお、本実施の形態では、ポンプ本体1と電源装置4とが別体となっているが、両者が一体となっている一体型のポンプにも本発明は適用することができる。   Embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a magnetic levitation turbomolecular pump. The turbo molecular pump includes a pump body 1 and a power supply device 4, and the pump body 1 is connected to the power supply device 4 by a power cable (not shown). In the present embodiment, the pump main body 1 and the power supply device 4 are separated, but the present invention can also be applied to an integrated pump in which both are integrated.

ロータ30は、ラジアル方向の磁気軸受37,38およびアキシャル方向の磁気軸受39によって非接触支持される。磁気軸受39は、ロータ30の回転軸であるシャフト30aの下部に固定されたスラストディスク35を軸方向に挟むように配置されている。ロータ30の浮上位置は、ラジアル変位センサ27,28およびアキシャル変位センサ29によって検出される。   The rotor 30 is supported in a non-contact manner by radial magnetic bearings 37 and 38 and an axial magnetic bearing 39. The magnetic bearing 39 is disposed so as to sandwich the thrust disk 35 fixed to the lower part of the shaft 30 a that is the rotating shaft of the rotor 30 in the axial direction. The flying position of the rotor 30 is detected by radial displacement sensors 27 and 28 and an axial displacement sensor 29.

磁気軸受によって回転自在に磁気浮上されたロータ30は、モータ36により高速回転駆動される。モータ36には三相モータ(例えば、ブラシレスDCモータ)が用いられている。なお、図1では、模式的にモータ36と記載しているが、より詳細には、符号36で示した部分はモータステータを構成し、シャフト30a側にモータロータ(永久磁石)が設けられている。   The rotor 30 magnetically levitated by the magnetic bearings is driven to rotate at high speed by the motor 36. As the motor 36, a three-phase motor (for example, a brushless DC motor) is used. In FIG. 1, the motor 36 is schematically described, but more specifically, a portion indicated by reference numeral 36 constitutes a motor stator, and a motor rotor (permanent magnet) is provided on the shaft 30a side. .

ロータ30の回転は、インダクタンス式ギャップセンサで構成される回転センサ33によって検出される。モータ36によって回転駆動されるシャフト30aの下端には、センサターゲット34が設けられている。センサターゲット34はシャフト30aと一体に回転する。上述したアキシャル変位センサ29および回転センサ33は、センサターゲット34の下面と対向する位置に配置されている。26a,26bは非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはこれらのメカニカルベアリング26a,26bによりロータ30は支持される。   The rotation of the rotor 30 is detected by a rotation sensor 33 constituted by an inductance type gap sensor. A sensor target 34 is provided at the lower end of the shaft 30 a that is rotationally driven by the motor 36. The sensor target 34 rotates integrally with the shaft 30a. The axial displacement sensor 29 and the rotation sensor 33 described above are disposed at positions facing the lower surface of the sensor target 34. 26a and 26b are emergency mechanical bearings. When the magnetic bearing is not operating, the rotor 30 is supported by these mechanical bearings 26a and 26b.

ロータ30には、回転側排気機能部を構成する複数段の回転翼32と円筒状のネジロータ31とが形成されている。一方、固定側には、固定側排気機能部である固定翼22とネジステータ24とが設けられている。複数段の固定翼22は、軸方向に対して回転翼32と交互に配置されている。ネジステータ24は、ネジロータ31の外周側に所定のギャップで設けられている。   The rotor 30 is formed with a plurality of stages of rotating blades 32 and a cylindrical screw rotor 31 that constitute the rotation-side exhaust function unit. On the other hand, the fixed side is provided with a fixed blade 22 and a screw stator 24 which are fixed-side exhaust function units. The plurality of stages of fixed blades 22 are alternately arranged with the rotary blades 32 in the axial direction. The screw stator 24 is provided on the outer peripheral side of the screw rotor 31 with a predetermined gap.

なお、磁気軸受式真空ポンプであれば、ターボ分子ポンプに限らず本発明は適用することができる。例えば、ネジロータ31およびネジステータ24の無い全翼タイプのターボ分子ポンプや、回転翼の無いドラッグポンプ等に対しても本発明は適用することができる。   In addition, if it is a magnetic bearing type vacuum pump, this invention can be applied not only to a turbo-molecular pump. For example, the present invention can be applied to an all-blade type turbo molecular pump without the screw rotor 31 and the screw stator 24, a drag pump without a rotating blade, or the like.

各固定翼22は、スペーサリング23を介してベース20上に載置される。ポンプケーシング21の固定フランジ21cをボルトによりベース20に固定すると、積層されたスペーサリング23がベース20とポンプケーシング21との間に挟持され、固定翼22が位置決めされる。ベース20には排気ポート25が設けられ、この排気ポート25にバックポンプが接続される。ロータ30を磁気浮上させつつモータ36により高速回転駆動することにより、吸気口21a側の気体分子は排気ポート25側へと排気される。   Each fixed wing 22 is placed on the base 20 via the spacer ring 23. When the fixing flange 21c of the pump casing 21 is fixed to the base 20 with a bolt, the stacked spacer ring 23 is sandwiched between the base 20 and the pump casing 21, and the fixed blade 22 is positioned. The base 20 is provided with an exhaust port 25, and a back pump is connected to the exhaust port 25. When the rotor 30 is magnetically levitated and driven at high speed by the motor 36, the gas molecules on the intake port 21a side are exhausted to the exhaust port 25 side.

電源装置4はポンプ本体1を駆動制御する装置であって、CPU、ROM、RAM、その他の周辺回路を含んで構成される。電源装置4には、主制御部40,モータ制御部41および磁気軸受制御部42を備えている。モータ制御部41は、回転センサ33の出力信号に基づいてモータ36を駆動制御する。磁気軸受制御部42は、ラジアル変位センサ27,28およびアキシャル変位センサ29の出力信号に基づいて磁気軸受37〜39の電磁石電流を制御し、ロータ30を所定位置に磁気浮上させる。   The power supply device 4 is a device that drives and controls the pump body 1 and includes a CPU, a ROM, a RAM, and other peripheral circuits. The power supply device 4 includes a main control unit 40, a motor control unit 41, and a magnetic bearing control unit 42. The motor control unit 41 drives and controls the motor 36 based on the output signal of the rotation sensor 33. The magnetic bearing control unit 42 controls the electromagnet currents of the magnetic bearings 37 to 39 based on the output signals of the radial displacement sensors 27 and 28 and the axial displacement sensor 29, and magnetically floats the rotor 30 to a predetermined position.

図2は、5軸制御型磁気軸受を構成している各磁気軸受37〜39の電磁石の配置を示す概念図であり、ロータ30の回転軸をz軸として図示した。ラジアル磁気軸受を構成する磁気軸受37は、シャフト30aを挟んで対向配置された1組の電磁石37x+,37x−と1組の電磁石37y+,37y−とを有している。なお、電磁石37x+,37x−の配置方向をx軸とし、電磁石37y+,37y−の配置方向をy軸とする。同様に、ラジアル磁気軸受を構成する磁気軸受38は、シャフト30aを挟んで対向配置された1組の電磁石38x+,38x−と1組の電磁石38y+,38y−とを有している。アキシャル磁気軸受である磁気軸受39は、スラストディスク35を挟んでz軸方向に対向配置された1組の電磁石39z+,39z−を有している。   FIG. 2 is a conceptual diagram showing the arrangement of the electromagnets of the magnetic bearings 37 to 39 constituting the 5-axis control type magnetic bearing, and the rotation axis of the rotor 30 is shown as the z-axis. The magnetic bearing 37 constituting the radial magnetic bearing has a pair of electromagnets 37x + and 37x− and a pair of electromagnets 37y + and 37y− which are arranged to face each other with the shaft 30a interposed therebetween. The arrangement direction of the electromagnets 37x + and 37x− is the x axis, and the arrangement direction of the electromagnets 37y + and 37y− is the y axis. Similarly, the magnetic bearing 38 constituting the radial magnetic bearing has a pair of electromagnets 38x + and 38x− and a pair of electromagnets 38y + and 38y− which are arranged to face each other with the shaft 30a interposed therebetween. The magnetic bearing 39 which is an axial magnetic bearing has a pair of electromagnets 39z + and 39z− disposed opposite to each other in the z-axis direction with the thrust disk 35 interposed therebetween.

磁気軸受37は、電磁石37x+,37x−によりシャフト30aをそれぞれ吸引することにより、シャフト30aのx軸方向の浮上位置を調整し、電磁石37y+,37y−によりシャフト30aをそれぞれ吸引することにより、シャフト30aのy軸方向の浮上位置を調整している。磁気軸受38についても磁気軸受37と同様である。磁気軸受39は、電磁石39z+,39z−によりスラストディスク35を吸引することにより、シャフト30aのz軸方向浮上位置を調整している。なお、図1のラジアル変位センサ27,28は電磁石37x+,37x−,37y+,37y−,38x+,38x−,38y+,38y−に対応してそれぞれ2組のセンサで構成されている。   The magnetic bearing 37 adjusts the floating position in the x-axis direction of the shaft 30a by attracting the shaft 30a by the electromagnets 37x + and 37x−, and attracts the shaft 30a by the electromagnets 37y + and 37y−, respectively. The floating position in the y-axis direction is adjusted. The magnetic bearing 38 is the same as the magnetic bearing 37. The magnetic bearing 39 adjusts the floating position of the shaft 30a in the z-axis direction by attracting the thrust disk 35 with the electromagnets 39z + and 39z−. The radial displacement sensors 27 and 28 in FIG. 1 are composed of two sets of sensors corresponding to the electromagnets 37x +, 37x−, 37y +, 37y−, 38x +, 38x−, 38y +, and 38y−.

(振れまわり推定方法の説明)
次に、図3〜5を参照して、本実施の形態における「共振時の振れまわり推定方法」について説明する。図3(a)〜(d)はシャフト30aと上側のラジアル電磁石37x+,37x−,37y+,37y−を回転軸方向から見た図である。なお、シャフト30aに示した黒丸Bは回転位置を分かり易くするために示したものである。ステップS30では、ロータ回転角度位置を図3(a)〜(d)に示す4つの回転角度位置に位置決めして、それぞれの回転角度位置における電磁石電流を測定し、ロータ30の振れまわりに関するデータ(後述する波形振幅値)を取得する。なお、ロータ30を図3(a)〜(d)のそれぞれの回転角度位置に位置決めする方法としては、手動によりロータ30を回転させて位置決めする方法や、ポンプに設けられているモータ36を制御してそれぞれの位置決めする方法などがある。
(Explanation of the whirling estimation method)
Next, with reference to FIGS. 3 to 5, “a method for estimating a whirling around resonance” in the present embodiment will be described. FIGS. 3A to 3D are views of the shaft 30a and the upper radial electromagnets 37x +, 37x−, 37y +, 37y− seen from the direction of the rotation axis. A black circle B shown on the shaft 30a is shown for easy understanding of the rotational position. In step S30, the rotor rotation angle positions are positioned at the four rotation angle positions shown in FIGS. 3A to 3D, the electromagnet currents at the respective rotation angle positions are measured, and the data about the swing of the rotor 30 ( (Waveform amplitude value described later) is acquired. In addition, as a method of positioning the rotor 30 at the respective rotation angle positions in FIGS. 3A to 3D, a method of positioning the rotor 30 by manually rotating the rotor 30 or a motor 36 provided in the pump is controlled. Then there are methods for positioning each.

まず、図3(a)に示す0度位置にシャフト30aを位置決めする。そして、電磁石37x+,37x−,37y+,37y−の各電磁石電流を計測する。各電磁石電流を、それぞれIx+、Ix−、Iy+、Iy−とする。次いで、シャフト30aを時計回りに90度回転させて、図3(b)に示すようにシャフト30aを90度位置に位置決めする。そして、90度位置における電磁石電流Ix+、Ix−、Iy+、Iy−を計測する。   First, the shaft 30a is positioned at the 0 degree position shown in FIG. Then, the electromagnet currents of the electromagnets 37x +, 37x−, 37y +, and 37y− are measured. The electromagnet currents are Ix +, Ix−, Iy +, and Iy−, respectively. Next, the shaft 30a is rotated 90 degrees clockwise to position the shaft 30a at the 90-degree position as shown in FIG. Then, electromagnet currents Ix +, Ix−, Iy +, Iy− at the 90-degree position are measured.

次に、シャフト30aを時計回りにさらに90度回転させて、図3(c)に示すようにシャフト30aを180度位置に位置決めする。そして、180度位置における電磁石電流Ix+、Ix−、Iy+、Iy−を計測する。次いで、シャフト30aを時計回りにさらに90度回転させて、図3(d)に示すようにシャフト30aを270度位置に位置決めする。そして、270度位置における電磁石電流Ix+、Ix−、Iy+、Iy−を計測する。   Next, the shaft 30a is further rotated 90 degrees clockwise, and the shaft 30a is positioned at a 180-degree position as shown in FIG. Then, the electromagnet currents Ix +, Ix−, Iy +, Iy− at the 180-degree position are measured. Next, the shaft 30a is further rotated 90 degrees clockwise, and the shaft 30a is positioned at a position of 270 degrees as shown in FIG. Then, electromagnet currents Ix +, Ix−, Iy +, and Iy− at a position of 270 degrees are measured.

前述したように、電磁石37x+でシャフト30aをx軸プラス方向に吸引するとともに、電磁石37x−でシャフト30aをx軸マイナス方向に吸引し、それらの吸引力を調整することですることで、シャフト30aを目標浮上位置、一般的には電磁石37x+,37x−の中間位置(x=0)である図2のz軸上に、磁気浮上させるようにしている。以下では、z軸がラジアル方向の目標浮上位置であるとして説明する。   As described above, the shaft 30a is attracted in the x-axis plus direction by the electromagnet 37x + and the shaft 30a is attracted in the x-axis minus direction by the electromagnet 37x- to adjust the attraction force. Is magnetically levitated on the target levitation position, generally the z-axis of FIG. 2, which is an intermediate position (x = 0) between the electromagnets 37x + and 37x−. In the following description, it is assumed that the z-axis is the target flying position in the radial direction.

ロータ30が機械的および磁気的にアンバランスのない理想的なロータであれば、各電磁石37x+,37x−の吸引力が等しいときにシャフト30aは目標浮上位置に支持されることになる。なお、磁気的アンバランスは、例えば、モータ6の吸引の影響や、シャフト30a自体が磁化されてしまうことによって生じる。その他、センサと電磁石の芯ずれ、センサ、電磁石の真円度が影響を与える。   If the rotor 30 is an ideal rotor with no mechanical and magnetic imbalance, the shaft 30a is supported at the target floating position when the attractive forces of the electromagnets 37x + and 37x− are equal. The magnetic imbalance is caused by, for example, the influence of the attraction of the motor 6 or the shaft 30a itself being magnetized. In addition, misalignment between the sensor and the electromagnet, and the roundness of the sensor and the electromagnet are affected.

しかしながら、現実的にはロータ30における機械的および磁気的なアンバランスの発生は避けられないので、電磁石37x+,37x−の吸引力(すなわち電磁石電流)を調整することによりシャフト30aを目標浮上位置に磁気浮上させるようにしている。そのため、アンバランスがあると、目標浮上位置に磁気浮上させているときの電磁石電流Ix+、Ix−は大きさが異なることになる。y軸方向の電磁石37y+,37y−についでも同様である。   However, in reality, the occurrence of mechanical and magnetic imbalance in the rotor 30 is unavoidable. Therefore, the shaft 30a is brought to the target floating position by adjusting the attractive force (that is, the electromagnet current) of the electromagnets 37x + and 37x−. Magnetic levitation is attempted. Therefore, if there is an imbalance, the magnitudes of the electromagnet currents Ix + and Ix− when the magnetic levitation is performed at the target levitation position are different. The same applies to the electromagnets 37y + and 37y− in the y-axis direction.

図4は、計測結果を示したものである。図4において、横軸のロータ位相は上述したシャフト30aの回転角度位置を表しており、図3(a)の状態がロータ位相=0度を表し、図3(b)の状態がロータ位相=90度を表している。一方、縦軸のΔIは、各回転角度位置で計測された電流差分値を所定値で規格化したものであり、所定値に対する割合(%)を表している。ここでは、ΔIをズレ量と呼ぶことにし、例えば、x軸方向については{(Ix+)−(Ix−)/ (Ix+)+(Ix−)} × 100により求められる。したがって、x軸方向の電磁石37x+,37x−に関する電流差分値を「(Ix+)−(Ix−)」とした場合、(Ix+)>(Ix−)であればズレ量ΔIは正の値となり、(Ix+)<(Ix−)であればズレ量ΔIは負の値となる。   FIG. 4 shows the measurement results. In FIG. 4, the rotor phase on the horizontal axis represents the rotational angle position of the shaft 30a described above, the state of FIG. 3A represents the rotor phase = 0 degrees, and the state of FIG. It represents 90 degrees. On the other hand, ΔI on the vertical axis is obtained by standardizing the current difference value measured at each rotation angle position with a predetermined value, and represents a ratio (%) with respect to the predetermined value. Here, ΔI is referred to as a deviation amount. For example, the x-axis direction is obtained by {(Ix +) − (Ix −) / (Ix +) + (Ix −)} × 100. Therefore, when the current difference value regarding the electromagnets 37x + and 37x− in the x-axis direction is “(Ix +) − (Ix−)”, the deviation amount ΔI becomes a positive value if (Ix +)> (Ix−). If (Ix +) <(Ix−), the shift amount ΔI is a negative value.

図4では、x軸方向の電磁石37x+,37x−に関して計測されたズレ量ΔIxと、y軸方向の電磁石37y+,37y−に関して計測されたズレ量ΔIyとを示した。また、曲線Lx,Lyは、実測されたズレ量ΔIx、ΔIyに対する近似曲線であり、ここではズレ量ΔIx、ΔIyをサインカーブで近似している。ΔIxとΔIyの傾向が同じであれば、ズレ量ΔIの発生はモータの影響であると推定できる。一方、ΔIxとΔIyとが違う傾向を示している場合には、別の要因が考えられる。なお、図4に示す例は、2極モータの場合を示したものである。   FIG. 4 shows the deviation amount ΔIx measured for the electromagnets 37x + and 37x− in the x-axis direction and the deviation amount ΔIy measured for the electromagnets 37y + and 37y− in the y-axis direction. The curves Lx and Ly are approximate curves for the actually measured deviation amounts ΔIx and ΔIy. Here, the deviation amounts ΔIx and ΔIy are approximated by a sine curve. If the trends of ΔIx and ΔIy are the same, it can be estimated that the generation of the deviation amount ΔI is an influence of the motor. On the other hand, if ΔIx and ΔIy show different tendencies, another factor can be considered. The example shown in FIG. 4 shows the case of a two-pole motor.

そして、電磁石37x+の電流値Ix+と電磁石37x−の電流値Ix−との差分ΔIxにはロータ30のアンバランスが影響している。図4に示す例では、近似曲線Lxの波形振幅(片振幅)は約50であるが、この波形振幅値が大きいほどアンバランスが大きいと考えることができる。ことから、複数台のポンプに関して、図4に示した実測値ΔIx、ΔIyのラインまたは近似曲線Lx,Lyの波形振幅値と実際に測定されたポンプの振れまわり量(μm)とを比較してみた。その結果、波形振幅値と実際に測定された共振時の振れまわり量(μm)との間には、図5に示すような相関があることを見出した。   The difference ΔIx between the current value Ix + of the electromagnet 37x + and the current value Ix− of the electromagnet 37x− is influenced by the imbalance of the rotor 30. In the example shown in FIG. 4, the waveform amplitude (half amplitude) of the approximate curve Lx is about 50, but it can be considered that the larger the waveform amplitude value, the larger the imbalance. Therefore, with respect to a plurality of pumps, the actual measured values ΔIx and ΔIy shown in FIG. 4 or the waveform amplitude values of the approximate curves Lx and Ly are compared with the actually measured pump swing amount (μm). saw. As a result, it has been found that there is a correlation as shown in FIG. 5 between the waveform amplitude value and the actually measured vibration amount (μm) at the time of resonance.

なお、図5の相関関係を求めるに当たっては、波形振幅については、ΔIxまたはΔIyに関する波形振幅のいずれか一方を用いても良いし、2つの波形振幅の大きい方を採用するようにしても良い。   In obtaining the correlation shown in FIG. 5, as the waveform amplitude, either the waveform amplitude related to ΔIx or ΔIy may be used, or the larger of the two waveform amplitudes may be used.

なお、図4に示す近似曲線Lxの波形振幅値の50という値は、規格化の際の基準値(上述の所定値)の大きさに依存しており、基準値を大きく取れば波形振幅も50より小さくなる。そのため、図5の相関を求める際には基準値を揃えておく必要がある。   Note that the value 50 of the waveform amplitude value of the approximate curve Lx shown in FIG. 4 depends on the size of the reference value (the above-mentioned predetermined value) at the time of normalization. Less than 50. Therefore, it is necessary to align reference values when obtaining the correlation of FIG.

図5において、▲で示すデータ(波形振幅、振れまわり量)はポンプ1台に関するデータであり、図5は多数のポンプについて上述したデータ(波形振幅、振れまわり量)をプロットしたものである。波形振幅が大きくなると振れまわり量も大きくなる傾向にあり、殆どのデータがラインL11とラインL12の間に入っている。そのため、振れまわり量を実際に計測しなくても、波形振幅の大きさから振れまわり量を推定することができる。   In FIG. 5, data (waveform amplitude, amount of swing) indicated by ▲ is data relating to one pump, and FIG. 5 is a plot of the data (waveform amplitude, amount of swing) described above for a number of pumps. As the waveform amplitude increases, the amount of swirling tends to increase, and most of the data falls between the lines L11 and L12. Therefore, the amount of run-out can be estimated from the magnitude of the waveform amplitude without actually measuring the amount of run-out.

例えば、波形振幅値が40の場合には、振れまわり量は約40μmから60μmであることが分かる。そのため、波形振幅値が40以下となるように管理すれば、振れまわり量は60μm以下に管理されていることになる。   For example, when the waveform amplitude value is 40, it can be seen that the amount of swing is about 40 μm to 60 μm. Therefore, if the waveform amplitude value is managed so as to be 40 or less, the swing amount is managed to be 60 μm or less.

上述したように、本実施の形態における振れまわり推定方法を用いることにより、従来のようにポンプ完成後の動的な振れまわり測定を不要とすることが可能となる。また、上述した振れまわり推定方法における波形振幅値の測定は、ポンプ完成状態とすることなく行うことができる。そのため、この振れまわり推定方法を用いることにより、以下に示すような組み立てコストの低減などを図ることができる。   As described above, by using the runout estimation method according to the present embodiment, it is possible to eliminate the need for dynamic runout measurement after the completion of the pump as in the prior art. Further, the measurement of the waveform amplitude value in the above-described whirling estimation method can be performed without setting the pump in a completed state. Therefore, by using this whirling estimation method, it is possible to reduce the assembly cost as shown below.

(応用例1)
図6は、振れまわり推定方法の応用例を示したものであり、ポンプ組立時のアンバランス調整に上述した振れまわり推定方法を用いた場合の手順を示したものである。ステップS10では、ロータ30単体でのバランス取りを行う。具体的には、まず、ロータ30をバランサに装着し、ロータ30のアンバランス測定を行う。次に、測定されたアンバランス量が基準値以下であった場合には、ロータ30の一部を削除したり、ロータ30に質量を付加するなどして、ロータ30のバランス修正を行う。
(Application 1)
FIG. 6 shows an application example of the run-out estimation method, and shows a procedure when the above run-out estimation method is used for the unbalance adjustment at the time of pump assembly. In step S10, balancing is performed with the rotor 30 alone. Specifically, first, the rotor 30 is mounted on the balancer, and the unbalance measurement of the rotor 30 is performed. Next, when the measured unbalance amount is equal to or less than the reference value, the balance of the rotor 30 is corrected by deleting a part of the rotor 30 or adding mass to the rotor 30.

次いで、ステップS20においてロータ30を、モータ36および磁気軸受37,38,39が装着されているベース20に組み込む。そして、ステップS30に進み、図3に示した手順で電磁石電流を計測し、図4に示した波形振幅値を取得する。ステップS40では、取得された波形振幅値と図5に示した相関関係とに基づいて、振れまわり量を推定する。例えば、図5のラインL12を用いて振れまわり量を推定する。ステップS30で取得された波形振幅値が40であれば、振れまわり量=60μmと推定される。ここでは、ラインL12を用いて推定を行ったが、例えば、ラインL11とラインL12との中間のラインで表される相関関係を用いても構わない。   Next, in step S20, the rotor 30 is incorporated into the base 20 on which the motor 36 and the magnetic bearings 37, 38, 39 are mounted. And it progresses to step S30, an electromagnet current is measured in the procedure shown in FIG. 3, and the waveform amplitude value shown in FIG. 4 is acquired. In step S40, the amount of whirling is estimated based on the acquired waveform amplitude value and the correlation shown in FIG. For example, the amount of whirling is estimated using the line L12 in FIG. If the waveform amplitude value acquired in step S30 is 40, it is estimated that the amount of run-around is 60 μm. Here, the estimation is performed using the line L12. However, for example, a correlation represented by an intermediate line between the line L11 and the line L12 may be used.

ステップS50では、ステップS40で推定された振れまわり量が、予め定められた基準値以下か否かを判定する。ここでの基準値とは、共振が発生する危険速度領域を安定して通過することができるための振れまわり量の上限値のことである。例えば、図5に示した判定基準ライン(振れまわり量=60μm)であり、実測されたデータがこの判定基準ラインよりも下側である場合には合格と判定し、上側である場合には不合格と判定する。   In step S50, it is determined whether or not the run-out amount estimated in step S40 is equal to or less than a predetermined reference value. The reference value here is an upper limit value of the amount of run-out for allowing the dangerous speed region where resonance occurs to pass stably. For example, if the determination reference line shown in FIG. 5 (runout amount = 60 μm) and the actually measured data is below the determination reference line, it is determined to be acceptable, and if the measured data is above, it is not acceptable. Judged as passing.

ステップS50で不合格(基準値を超える)と判定された場合には、ステップS55へ進んでベース20からロータ30を取り外し、ステップS10に戻って再度バランス取りを行う。一方、ステップS50で合格(基準値以下)と判定された場合には、ステップS60に進んで固定翼やケーシング等の組み付けを行ってポンプ本体1を完成させる。ステップS70ではポンプ本体1の漏れ検査等を行う。その後、ステップS80においてポンプ本体1に電源装置4を接続して、正常に運転動作が行われることを確認して一連の組み立て工程を終了する。   If it is determined in step S50 that the test has failed (exceeds the reference value), the process proceeds to step S55 where the rotor 30 is removed from the base 20, and the process returns to step S10 to perform balancing again. On the other hand, if it is determined that the result is acceptable (below the reference value) in step S50, the process proceeds to step S60 where the fixed blades, casing, and the like are assembled to complete the pump body 1. In step S70, a leakage inspection of the pump body 1 is performed. Thereafter, in step S80, the power supply device 4 is connected to the pump body 1, and it is confirmed that the operation operation is normally performed, and the series of assembly steps is finished.

図7は従来のポンプ組み立て手順の一例を示すフローチャートであり、図6に示す各ステップと同一の処理を行うステップには図6の場合と同一の符号を付した。従来の場合、図6に示すステップS30からステップS50までの処理が行われず、ステップS80の運転確認工程が終了したならば、次のステップS90においてアンバランスがOKか否かを判定する。ステップS90では、共振点通過時の振れまわりを実際に確認し、振れ回り量が上述した判定基準値以下であった場合には合格と判定して一連の組立工程を終了する。   FIG. 7 is a flowchart showing an example of a conventional pump assembly procedure. Steps for performing the same processing as the steps shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals as in FIG. In the conventional case, if the process from step S30 to step S50 shown in FIG. 6 is not performed and the operation confirmation process in step S80 is completed, it is determined in next step S90 whether or not the unbalance is OK. In step S90, the swing around the resonance point is actually confirmed, and if the swing amount is equal to or less than the above-described determination reference value, it is determined to be acceptable and the series of assembly steps is completed.

ステップS90で不合格(NO)と判定された場合には、ステップS55に進んでポンプ分解作業を行う。そして、ステップS10に進んでロータ30のバランス取りを再度行う。この場合、ポンプ本体1の組み立てが完成した後に分解をするため、分解作業に手間が掛かると共に、ステップS60、ステップS70およびステップS80の作業が無駄になる。   If it is determined as NO (NO) in step S90, the process proceeds to step S55 and the pump disassembly work is performed. And it progresses to step S10 and balances the rotor 30 again. In this case, since the disassembly is performed after the assembly of the pump body 1 is completed, the disassembling work is troublesome and the operations of Step S60, Step S70 and Step S80 are wasted.

一方、図6のステップS30における波形振幅の測定は、従来の振れまわり測定のようにポンプ本体1を完成状態にして動的な測定を行う必要がなく、ロータ30をベース20に組み込んで静的に測定することができる。そのため、図6に示すように、振れ回り量の判定をステップS60、ステップS70およびステップS80の工程の前に行うことが可能となり、ステップS55における分解作業に従来のような手間が掛からない。また、バランス取りを再び行う場合であっても、ステップS60、ステップS70およびステップS80の作業が無駄にならない。その結果、組み立てコストの低減を図ることができる。   On the other hand, the measurement of the waveform amplitude in step S30 in FIG. 6 does not require dynamic measurement with the pump body 1 in a completed state unlike the conventional swing measurement, and the rotor 30 is incorporated into the base 20 and statically measured. Can be measured. Therefore, as shown in FIG. 6, it is possible to determine the amount of swing around before the steps S60, S70 and S80, and the disassembly work in step S55 does not take time and labor as in the prior art. Even when balancing is performed again, the operations in steps S60, S70, and S80 are not wasted. As a result, the assembly cost can be reduced.

(応用例2)
上述した応用例1では、組み立て工程の最終段階で振れまわり量を実測する代わりに、ロータ30をベース20に組み込んだ段階で振れまわり推定を行い、アンバランス修正を行うようにした。一方、以下に述べる応用例2では、推定された振れまわり量を利用して制御ゲインを調整することにより、安定的にポンプを動作させるようにした。
(Application example 2)
In Application Example 1 described above, instead of actually measuring the amount of run-out at the final stage of the assembly process, run-out estimation is performed at the stage where the rotor 30 is incorporated into the base 20 to correct the unbalance. On the other hand, in application example 2 described below, the pump is stably operated by adjusting the control gain using the estimated amount of swing.

例えば、図6に示した組み立て工程において、ステップS10のバランス取りを繰り返して機械的アンバランスを小さくしても、磁気的アンバランス等のそれ以外の要因によるアンバランスのために振れまわり量が基準値以下とならず、ステップS50で合格とならない場合がある。そのような場合には、ステップS30で計測された波形振幅値に基づいて制御ゲインを予め設定されている基準ゲインよりも高めに設定することにより、共振時の振れまわりを抑えることができる。また、ステップS50で合格となった場合であっても、波形振幅値を用いて制御ゲインを自動でチューニングするようにしても良い。   For example, in the assembling process shown in FIG. 6, even if the balancing in step S10 is repeated and the mechanical unbalance is reduced, the run-out amount is the reference due to unbalance due to other factors such as magnetic unbalance. It may not be less than the value and may not pass in step S50. In such a case, by setting the control gain higher than the reference gain set in advance on the basis of the waveform amplitude value measured in step S30, it is possible to suppress the vibration around the resonance. Moreover, even if it is a case where it passes by step S50, you may make it automatically tune a control gain using a waveform amplitude value.

図8は、波形振幅値を用いて制御ゲインを調整する場合の構成例を示すブロック図である。図8において、位置センサ80は図1のラジアル変位センサ27,28に対応し、電磁石81は図2の電磁石37x+,37x−,37y+,37y−,38x+,38x−,38y+,38y−に対応している。また、磁気軸受制御部42に設けられた制御ゲインコントロール部82は、位置センサ80からのセンサ信号に基づいて、電磁石電流を制御するための制御ゲインを設定する。PIDコントローラ83は、制御ゲインコントロール部82で設定された制御ゲインに基づいて電磁石電流を生成し、それを電磁石81に供給する。主制御部40には、上述した波形振幅値を記憶するための記憶部84が設けられている。   FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example in the case of adjusting the control gain using the waveform amplitude value. 8, the position sensor 80 corresponds to the radial displacement sensors 27 and 28 in FIG. 1, and the electromagnet 81 corresponds to the electromagnets 37x +, 37x−, 37y +, 37y−, 38x +, 38x−, 38y +, and 38y− in FIG. ing. The control gain control unit 82 provided in the magnetic bearing control unit 42 sets a control gain for controlling the electromagnet current based on the sensor signal from the position sensor 80. The PID controller 83 generates an electromagnet current based on the control gain set by the control gain control unit 82 and supplies it to the electromagnet 81. The main control unit 40 is provided with a storage unit 84 for storing the waveform amplitude values described above.

組み立て工程のステップS30において波形振幅値を計測し、ステップS40で振れまわり量を推定したならば、そのポンプ本体1に接続されるべき電源装置4の記憶部84にその振れまわり量を記憶させる。制御ゲインコントロール部82は、記憶部84に記憶されている振れまわり量と予め設定されている基準ゲインとに基づいて、式(1)により制御ゲインを設定する。このとき、制御ゲインは、回転駆動時のロータ30の振れまわり量が所定基準値(上述した振れまわり量の上限値)よりも小さくなるように設定される。PIDコントローラ83は、式(1)により設定された制御ゲインに基づいて電磁石電流を生成する。制御ゲインコントロール部82は、記憶部84に振れまわり量が記憶されていない場合には、予め設定されている基準ゲインを制御ゲインとして設定する。
(制御ゲイン)=(基準ゲイン)+(振れまわり量)×(補正係数1) …(1)
When the waveform amplitude value is measured in step S30 of the assembly process and the amount of swing is estimated in step S40, the amount of swing is stored in the storage unit 84 of the power supply device 4 to be connected to the pump body 1. The control gain control unit 82 sets the control gain according to the equation (1) based on the swing amount stored in the storage unit 84 and a preset reference gain. At this time, the control gain is set so that the swing amount of the rotor 30 during the rotational drive is smaller than a predetermined reference value (the above-described upper limit value of the swing amount). The PID controller 83 generates an electromagnet current based on the control gain set by Expression (1). The control gain control unit 82 sets a reference gain that is set in advance as a control gain when the swing amount is not stored in the storage unit 84.
(Control gain) = (reference gain) + (running amount) × (correction coefficient 1) (1)

制御ゲインを設定する式(1)は一例を示したものであり、種々の設定方法がある。例えば、推定された振れまわり量に代えて、ステップS30で計測された波形振幅値を電源装置4の記憶部84に記憶させる。そして、その波形振幅値を用いて、式(2)により制御ゲインを設定するようにしても良い。この場合の、補正係数2は、振れまわり量と波形振幅値との間の相関係数を用いて、式(1)の補正係数1との間に、「(補正係数2)=(相関係数)×(補正係数1)」のような関係が成り立っている。
(制御ゲイン)=(基準ゲイン)+(波形振幅値)×(補正係数2) …(2)
Formula (1) for setting the control gain is an example, and there are various setting methods. For example, the waveform amplitude value measured in step S <b> 30 is stored in the storage unit 84 of the power supply device 4 instead of the estimated swing amount. Then, the control gain may be set by the equation (2) using the waveform amplitude value. In this case, the correction coefficient 2 is “(correction coefficient 2) = (correlation) between the correction coefficient 1 of the equation (1) using the correlation coefficient between the amount of swing and the waveform amplitude value. (Number) × (correction coefficient 1) ”.
(Control gain) = (reference gain) + (waveform amplitude value) × (correction coefficient 2) (2)

また、図9のブロック図に示すように、切り替え部90によって制御ゲインを切り替えることにより、危険速度領域にのみゲイン補正を行うようにしても良い。切り替え部90は、回転センサ33からの回転数信号に基づいて切り替えを行う。切り替え部90は、回転数信号に基づくロータ30の回転数が危険速度領域であった場合には、基準ゲインに切り替え、回転数が危険速度領域でない場合には式(1)で設定される補正後の制御ゲインに切り替える。すなわち、危険速度領域を通過する際には補正後の制御ゲインが用いられるため、振れまわりが抑えられ安定して危険速度領域を通過することができる。そして、危険速度領域を通過したならば、切り替え部90は基準ゲインに再び切り替える。   Further, as shown in the block diagram of FIG. 9, the gain correction may be performed only in the dangerous speed region by switching the control gain by the switching unit 90. The switching unit 90 performs switching based on the rotation speed signal from the rotation sensor 33. The switching unit 90 switches to the reference gain when the rotational speed of the rotor 30 based on the rotational speed signal is in the dangerous speed region, and corrects the value set by Expression (1) when the rotational speed is not in the dangerous speed region. Switch to the later control gain. In other words, since the corrected control gain is used when passing through the dangerous speed region, the swing around can be suppressed and the dangerous speed region can be stably passed. If the dangerous speed region is passed, the switching unit 90 switches to the reference gain again.

なお、図8,9に示した例では、振れまわり量または波形振幅値を電源装置4内の記憶部84に記憶させるようにしたが、振れまわり量または波形振幅値が記憶される記憶部84をポンプ本体側に設けるようにしても良い。通常、ポンプ本体1には、磁気軸受制御パラメータなどポンプ運転に必要なデータが記憶される記憶部(例えば、SRAM等が用いられる)が設けられている。ポンプ本体1と電源装置4とが別体の構成となっている場合には、ポンプ本体1と電源装置4との対応が必ずしも一対一になっているとは限らず、異なるポンプ本体1の電源装置4として使用可能となっているのが一般的である。また、型式の異なるポンプ本体1に同一の電源装置4が使用可能な場合もある。   In the example shown in FIGS. 8 and 9, the swing amount or the waveform amplitude value is stored in the storage unit 84 in the power supply device 4. However, the storage unit 84 in which the swing amount or the waveform amplitude value is stored. May be provided on the pump body side. Normally, the pump body 1 is provided with a storage unit (for example, SRAM or the like is used) in which data necessary for pump operation such as magnetic bearing control parameters is stored. When the pump main body 1 and the power supply device 4 are configured separately, the correspondence between the pump main body 1 and the power supply device 4 is not necessarily one-to-one. Generally, the device 4 can be used. In some cases, the same power supply device 4 can be used for pump bodies 1 of different types.

そのような構成の場合には、ポンプ本体1側に記憶部84を設けることで、ポンプ本体1に対する電源装置4の交換を容易に行うことができる。ポンプ本体1に接続された電源装置4は、ポンプ本体1側に設けられた記憶部84から振れまわり量または波形振幅値を制御ゲインコントロール部82に読み込み、読み込んだ振れまわり量または波形振幅値に基づいて制御ゲインの設定を行う。さらに、記憶部を持たない場合、電源ON時に図6の工程S30からS50を自動実行し、振れ回り量を推定し、制御ゲインを導く方法も考えられる。   In the case of such a configuration, by providing the storage unit 84 on the pump body 1 side, the power supply device 4 can be easily replaced with respect to the pump body 1. The power supply device 4 connected to the pump body 1 reads the swing amount or waveform amplitude value from the storage unit 84 provided on the pump body 1 side into the control gain control unit 82, and converts the swing amount or waveform amplitude value to the read swing amount or waveform amplitude value. Based on this, the control gain is set. Further, in the case where the storage unit is not provided, a method of automatically executing steps S30 to S50 in FIG. 6 when the power is turned on, estimating the swing amount, and deriving the control gain is also conceivable.

なお、上述した実施の形態では、磁気浮上式のターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明は、ターボ分子ポンプに限らず磁気浮上式の真空ポンプに適用することができる。さらに、5軸制御型磁気軸受だけでなく、2軸ラジアル磁気軸受とアキシャル磁気軸受とから成る3軸制御型磁気軸受等にも、本発明は適用することができる。また、上述した振れまわり量の推定は、図6に示したようにロータ30をベース20に組み込んだ段階に限らず、ポンプ本体1が完成した後であっても行うことができる。   In the above-described embodiment, the magnetic levitation type turbo molecular pump has been described as an example. However, the present invention is not limited to the turbo molecular pump, but can be applied to a magnetic levitation type vacuum pump. Further, the present invention can be applied not only to a 5-axis control type magnetic bearing but also to a 3-axis control type magnetic bearing including a 2-axis radial magnetic bearing and an axial magnetic bearing. Further, the above-described estimation of the amount of whirling is not limited to the stage in which the rotor 30 is incorporated in the base 20 as shown in FIG. 6, but can be performed even after the pump body 1 is completed.

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。   Each of the embodiments described above may be used alone or in combination. This is because the effects of the respective embodiments can be achieved independently or synergistically. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired.

1:ポンプ本体、4:電源装置、20:ベース、27〜29:変位センサ、30:ロータ、30a:シャフト、33:回転センサ、35:スラストディスク、36:モータ、37,38:ラジアル磁気軸受、39:アキシャル磁気軸受、40:主制御部、41:モータ制御部、42:磁気軸受制御部、82:制御ゲインコントロール部、83:PIDコントローラ、84:記憶部、90:切り替え部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Pump main body, 4: Power supply device, 20: Base, 27-29: Displacement sensor, 30: Rotor, 30a: Shaft, 33: Rotation sensor, 35: Thrust disk, 36: Motor, 37, 38: Radial magnetic bearing 39: axial magnetic bearing, 40: main control unit, 41: motor control unit, 42: magnetic bearing control unit, 82: control gain control unit, 83: PID controller, 84: storage unit, 90: switching unit

Claims (7)

ロータを挟んで2対の電磁石が配置された2軸のラジアル磁気軸受を備える磁気浮上式真空ポンプの振れまわり推定方法であって、
前記ロータを目標浮上位置に磁気浮上させる磁気浮上工程と、
前記目標浮上位置に磁気浮上している前記ロータを複数の回転位置に順に停止させ、前記各停止時における前記2対の電磁石の電流をそれぞれ計測する電流計測工程と、
前記2対の電磁石の少なくとも一方の対に関して、対を成す前記電磁石の電流の差分を複数の回転位置の各々について算出する差分算出工程と、
前記ロータが一回転する間の前記差分の変化の振幅値を算出する振幅値算出工程と、
予め得られている振れまわり量と振幅値との相関関係および前記振幅値算出工程で算出された前記振幅値に基づいて、前記ロータの振れまわり量を推定する推定工程と、を有する振れまわり推定方法。
A method for estimating a whirling of a magnetic levitation vacuum pump including a biaxial radial magnetic bearing in which two pairs of electromagnets are arranged with a rotor interposed therebetween,
A magnetic levitation step for magnetically levitating the rotor to a target levitation position;
A current measuring step of sequentially stopping the rotor magnetically levitated at the target levitating position at a plurality of rotational positions and measuring currents of the two pairs of electromagnets at the time of each of the stops;
A difference calculating step of calculating a difference in current between the electromagnets forming a pair for each of a plurality of rotational positions with respect to at least one of the two pairs of electromagnets;
An amplitude value calculating step of calculating an amplitude value of a change in the difference during one rotation of the rotor;
An estimation step for estimating a swing amount of the rotor based on a correlation between a swing amount and an amplitude value obtained in advance and the amplitude value calculated in the amplitude value calculation step. Method.
請求項1に記載の振れまわり推定方法において、
複数台の磁気浮上式真空ポンプに関して、前記振幅値算出工程により算出される前記振幅値と高速回転時に実測される振れまわり量とから成るデータ(振幅値、実測振れまわり量)をそれぞれ取得し、取得された前記複数のデータ(振幅値、実測振れまわり量)に基づいて前記相関関係を算出することを特徴とする振れまわり推定方法。
In the whirling estimation method according to claim 1,
With respect to a plurality of magnetically levitated vacuum pumps, data (amplitude value, measured swing amount) consisting of the amplitude value calculated in the amplitude value calculation step and a swing amount actually measured during high-speed rotation are obtained, A shake estimation method, wherein the correlation is calculated based on the plurality of data (amplitude values, measured shake amounts).
ロータを挟んで2対の電磁石が配置された2軸のラジアル磁気軸受を備える磁気浮上式真空ポンプのロータバランス検査方法であって、
前記ロータの機械的バランスを修正する修正工程と、
前記ロータを前記ラジアル磁気軸受が設けられたポンプベースに組み込む組み込み工程と、
請求項1に記載の振れまわり推定方法により前記ロータの振れまわり量を推定し、推定された振れまわり量が所定基準値を超えているか否かを判定する判定工程と、を備え、
前記判定工程で振れまわり量が前記所定基準値を超えていると判定されると、前記修正工程を再び行うことを特徴とするロータバランス検査方法。
A rotor balance inspection method for a magnetically levitated vacuum pump comprising a biaxial radial magnetic bearing in which two pairs of electromagnets are disposed across a rotor,
A correction step of correcting the mechanical balance of the rotor;
Incorporating the rotor into a pump base provided with the radial magnetic bearing;
A determination step of estimating a swing amount of the rotor by the swing estimate method according to claim 1 and determining whether or not the estimated swing amount exceeds a predetermined reference value,
The rotor balance inspection method according to claim 1, wherein the correction step is performed again when it is determined in the determination step that the amount of run-out exceeds the predetermined reference value.
ロータを挟んで2対の電磁石が配置された2軸のラジアル磁気軸受を備える磁気浮上式真空ポンプの磁気軸受制御ゲイン調整方法であって、
請求項1に記載の振れまわり推定方法により推定された振れまわり量に基づいて、回転駆動時の前記ロータの振れまわり量が所定基準値よりも小さくなるように、前記ラジアル磁気軸受の制御ゲインを予め設定されている初期ゲイン値よりも大きなゲイン値に設定することを特徴とする磁気軸受制御ゲイン調整方法。
A magnetic bearing control gain adjustment method for a magnetic levitation vacuum pump comprising a biaxial radial magnetic bearing in which two pairs of electromagnets are arranged across a rotor,
The control gain of the radial magnetic bearing is set so that the amount of rotation of the rotor during rotation driving is smaller than a predetermined reference value based on the amount of rotation estimated by the method of estimating the amount of rotation according to claim 1. A magnetic bearing control gain adjustment method, wherein a gain value larger than a preset initial gain value is set.
ロータを挟んで2対の電磁石が配置された2軸のラジアル磁気軸受を備える磁気浮上式真空ポンプであって、
請求項1に記載の振れまわり推定方法により推定された振れまわり量を記憶するための記憶部と、
前記記憶部に記憶された振れまわり量に基づいて、予め記憶されている初期ゲイン値を補正ゲイン値に補正し、該補正ゲイン値を前記ラジアル磁気軸受の制御ゲインに設定する制御ゲインコントロール部と、
前記制御ゲインコントロール部で設定された制御ゲインに基づいて前記ラジアル磁気軸受の電磁石電流を制御する電流制御部と、を備えたことを特徴とする磁気浮上式真空ポンプ。
A magnetically levitated vacuum pump comprising a biaxial radial magnetic bearing in which two pairs of electromagnets are arranged across a rotor,
A storage unit for storing a swing amount estimated by the swing estimate method according to claim 1;
A control gain control unit that corrects an initial gain value stored in advance to a correction gain value based on the swing amount stored in the storage unit, and sets the correction gain value as a control gain of the radial magnetic bearing; ,
A magnetic levitation vacuum pump comprising: a current control unit that controls an electromagnet current of the radial magnetic bearing based on a control gain set by the control gain control unit.
請求項5に記載の磁気浮上式真空ポンプにおいて、
前記ロータの回転速度を検出する回転センサを備え、
前記制御ゲインコントロール部は、
前記回転センサで検出されたロータ回転速度が共振発生危険速度領域である場合には、前記補正ゲイン値を前記制御ゲインに設定し、
前記回転センサで検出されたロータ回転速度が共振発生危険速度領域でない場合には、前記初期ゲイン値を前記制御ゲインに設定することを特徴とする磁気浮上式真空ポンプ。
In the magnetic levitation vacuum pump according to claim 5,
A rotation sensor for detecting the rotation speed of the rotor;
The control gain control unit
When the rotor rotation speed detected by the rotation sensor is in a resonance occurrence dangerous speed region, the correction gain value is set to the control gain,
The magnetic levitation vacuum pump, wherein the initial gain value is set to the control gain when the rotor rotation speed detected by the rotation sensor is not in a resonance occurrence critical speed region.
請求項5または6に記載の磁気浮上式真空ポンプにおいて、
前記ロータおよび前記記憶部が設けられたポンプ本体と、
前記制御ゲインコントロール部および前記電流制御部が設けられた電源装置と、を備え、
前記電源装置は、前記ポンプ本体の前記記憶部から前記振れまわり量を読み込み、該振れまわり量に基づいて前記制御ゲインコントロール部で制御ゲインを設定することを特徴とする磁気浮上式真空ポンプ。
In the magnetic levitation vacuum pump according to claim 5 or 6,
A pump body provided with the rotor and the storage unit;
A power supply device provided with the control gain control unit and the current control unit,
The magnetic power levitation vacuum pump, wherein the power supply device reads the amount of swinging from the storage unit of the pump body, and sets a control gain by the control gain control unit based on the amount of swinging.
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