JP2015132340A - Magnetic bearing device and vacuum pump - Google Patents

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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • F16C2360/45Turbo-molecular pumps

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic bearing device and a vacuum pump including the magnetic bearing device, capable of keeping a suitable S/N ratio relating to a displacement signal of a rotor even in a case when a large current flows only to one of opposed electromagnetic coils.SOLUTION: A signal Ip, a signal Im and a signal originating in a sum signal Ip+Im are input to a correction processing operation portion 415 of a control portion 44 of a vacuum pump. The signal originating in the sum signal IP+IM is a displacement signal, and includes error originating in non-linearity of magnetic characteristics of the electromagnetic core of a magnetic bearing. The signal Ip and the signal Im are converted into correction signals to eliminate the error included in the displacement signal. By subtracting the correction signals from the displacement signal, a true estimated displacement signal can be obtained.

Description

本発明は、磁気軸受装置および真空ポンプに関する。   The present invention relates to a magnetic bearing device and a vacuum pump.

ターボ分子ポンプなどの磁気軸受搭載装置では、回転体、すなわち、ロータをステータと非接触で所定の目標位置に浮上維持すべく、ロータの浮上変位と目標位置との偏差量に基づいてアクチュエータとなる電磁石の磁気吸引力、すなわち、励磁電流をリアルタイムでフィードバック制御している。   In a magnetic bearing mounting apparatus such as a turbo molecular pump, an actuator is used based on a deviation amount between the rotor's flying displacement and the target position in order to keep the rotor, ie, the rotor, floating at a predetermined target position without contacting the stator. The magnetic attraction force of the electromagnet, that is, the excitation current is feedback controlled in real time.

ロータ浮上変位の検出では、専用センサにて検出するタイプが主流であった。近年、コンパクト化、低価格化、信頼性向上のために、専用センサを省略して、浮上制御力を発生する電磁石に従来のアクチュエータ機能だけでなく、センシング機能も兼用させたセンサレスタイプ、すなわち、セルフセンシングタイプのものが実用化されつつある。   In the detection of rotor levitation displacement, the type that is detected by a dedicated sensor has been the mainstream. In recent years, in order to reduce the size, reduce the price, and improve reliability, a sensorless type that omits a dedicated sensor and combines an electromagnet that generates levitation control force with a conventional actuator function as well as a sensing function, that is, Self-sensing type is being put into practical use.

上述のどちらのタイプであっても、センシング機能としてインダクタンス方式が採用されている。センサレスタイプのものにおいて、インダクタンス方式は、電磁石コイル(以下、単にコイルとも呼ぶ)に高周波搬送波、すなわち、センサキャリアを印加し、浮上ギャップ、すなわち、電磁石コイルとシャフト間のギャップの変化によるインダクタンス変化でセンサキャリアを振幅変調して、それを復調することで浮上ギャップ(変位)信号を得る。復調処理にあたっては、デジタル技術を適用してADコンバータから変調波信号を同期サンプリングして取り込み、遅延が生じることになる平滑処理を不要にしたダイレクト方式が提案されている(例えば、特許文献1)。   In either type, the inductance method is employed as a sensing function. In the sensorless type, an inductance method is a change in inductance caused by a change in a floating gap, that is, a gap between an electromagnetic coil and a shaft, by applying a high frequency carrier wave, that is, a sensor carrier, to an electromagnetic coil (hereinafter also simply referred to as a coil). The sensor carrier is amplitude-modulated and demodulated to obtain a floating gap (displacement) signal. In the demodulation processing, a direct method has been proposed in which a modulated wave signal is synchronously sampled from an AD converter by applying a digital technique, and smoothing processing that causes a delay is unnecessary (for example, Patent Document 1). .

一般的にターボ分子ポンプにおいては、5軸ある制御軸、すなわち、上X軸、上Y軸、下X軸、下Y軸、スラストZ軸のそれぞれに、対向する電磁石、すなわち、P側電磁石、M側電磁石が設けられている。それぞれの電磁石のコイルに流れる電流は、機能別で成分を分けると、回転体ユニットRに作用する重力との釣り合い力、浮上力の直線性改善、変位センシングのためのバイアス用として用いられる直流のバイアス電流ibと、回転体を所定位置に浮上させるための制御電流icと、位置検出用のセンサキャリア成分の電流isとから構成されている。   In general, in a turbo molecular pump, there are five control axes, ie, an upper X axis, an upper Y axis, a lower X axis, a lower Y axis, and a thrust Z axis. An M-side electromagnet is provided. The currents flowing in the coils of the respective electromagnets can be divided into components by function, and the DC force used for biasing for balancing the gravity force acting on the rotator unit R, improving the linearity of the levitation force, and displacement sensing. It is composed of a bias current ib, a control current ic for floating the rotating body to a predetermined position, and a current is of a sensor carrier component for position detection.

上述した電磁石のコイルに流れる電流成分から変位信号を得るにあたって、2つの誤差が生じることが知られている。一つは、復調処理前の変調波信号に加算的に残留している制御電流成分icが復調の過程で変位信号として混入してしまう誤差(以下、第1誤差と呼ぶ)である。もう一つは、電磁石の鉄心、すなわち、電磁石コアの磁気特性の非線形性から生じる変位信号の誤差(以下、第2誤差と呼ぶ)である。第2誤差は、電磁石コイルに流れる電流が大きくなると顕著になる。なお、以下では、第1誤差を取り除く課題を第1課題と呼び、第2誤差を取り除く課題を第2課題と呼ぶ。また、誤差を有する変位信号から第1誤差および第2誤差を除去した信号を、特に真の推定変位信号と呼ぶ。   It is known that two errors occur in obtaining a displacement signal from the current component flowing in the above-described electromagnet coil. One is an error (hereinafter referred to as a first error) in which the control current component ic that remains additively in the modulated wave signal before the demodulation process is mixed as a displacement signal during the demodulation process. The other is an error of the displacement signal (hereinafter referred to as a second error) caused by the non-linearity of the magnetic characteristics of the electromagnet core, that is, the electromagnet core. The second error becomes prominent when the current flowing through the electromagnetic coil increases. In the following, the problem of removing the first error is called a first problem, and the problem of removing the second error is called a second problem. A signal obtained by removing the first error and the second error from the displacement signal having an error is particularly referred to as a true estimated displacement signal.

特許文献1においては、磁気軸受装置における対向して対となる2つ電磁石の制御電流icの大きさが等しく符号が逆になるようにすることで、第1課題を解決している。しかし、この場合、制御電流icの変化範囲に|ic| < ib程度という狭い制限を設けなければならない。この制限があることで、電磁石のコイルに流れる総電流は小さく設定される。すなわち、特許文献1では電磁石のコイルに大電流が流れることを想定していないので、第2誤差は顕著にならず、第2課題は問題とならない。   In Patent Document 1, the first problem is solved by making the magnitudes of the control currents ic of the two opposing electromagnets facing each other in the magnetic bearing device equal and opposite in sign. However, in this case, it is necessary to provide a narrow limit of about | ic | <ib in the change range of the control current ic. Due to this limitation, the total current flowing through the coil of the electromagnet is set small. That is, since Patent Document 1 does not assume that a large current flows through the coil of the electromagnet, the second error does not become significant and the second problem does not become a problem.

真空チェンバへ取り付けられるターボ分子ポンプは、縦向き、すなわち、回転体の回転軸の軸心が鉛直方向に延在して取り付けられることだけでなく、横向き、すなわち、回転体の回転軸の軸心が鉛直方向に直交する方向に延在して取り付けられることもある。横向きの場合、具体的には、対向している電磁石コイルのうち、回転体よりも上方に位置する一方のみに大きな制御電流icを流す必要がある。このように、ターボ分子ポンプの磁気軸受装置は、ターボ分子ポンプの取り付けられる向きに応じた制御をしなければならない。   The turbo molecular pump attached to the vacuum chamber is mounted not only in the vertical direction, that is, the axis of the rotating shaft of the rotating body extends in the vertical direction but also in the horizontal direction, that is, the axis of the rotating shaft of the rotating body. May be attached extending in a direction perpendicular to the vertical direction. In the case of the horizontal orientation, specifically, it is necessary to flow a large control current ic only to one of the opposing electromagnet coils positioned above the rotating body. Thus, the magnetic bearing device of the turbo molecular pump must be controlled according to the direction in which the turbo molecular pump is attached.

また、地震など外部から振動が加えられた場合、回転体は過渡的に所定浮上位置から大きく変位するが、それに伴い所定浮上位置へ戻すべく、対向している電磁石コイルのうち、回転体が遠ざかった一方のみに大振幅の制御電流icを流す必要がある。   In addition, when an external vibration such as an earthquake is applied, the rotating body is transiently displaced from the predetermined floating position, but the rotating body of the opposing electromagnet coils moves away to return to the predetermined floating position accordingly. On the other hand, a control signal ic having a large amplitude needs to be supplied to only one of them.

以上のように、対向している電磁石コイルのうちの一方にのみ大電流を流さなければならない場合においては、特許文献1に記載の発明では、第1課題も第2課題も解決できない。   As described above, in the case where a large current needs to flow only in one of the facing electromagnet coils, the invention described in Patent Document 1 cannot solve the first problem and the second problem.

特開2001−177919号公報JP 2001-177919 A

上述した非対称性の電流が印加される場合において、第1課題については、特願2013−021681号に記載の発明で解決できる。しかしながら、第2課題については解決されない。   When the asymmetric current described above is applied, the first problem can be solved by the invention described in Japanese Patent Application No. 2013-021681. However, the second problem is not solved.

すなわち、対向している電磁石コイルのうちの一方にのみ大電流を流す場合においても、電磁石コアの磁気特性の非線形性から生じる変位信号の誤差を取り除く必要がある。   That is, even when a large current is passed through only one of the opposing electromagnet coils, it is necessary to remove an error in the displacement signal resulting from the non-linearity of the magnetic characteristics of the electromagnet core.

(1)本発明の好ましい実施形態による磁気軸受装置は、回転体と、回転体を浮上制御するために複数の制御軸のそれぞれに設けられ、制御軸のそれぞれに回転体を介して対向配置された第1電磁石および第2電磁石と、第1電磁石および第2電磁石のそれぞれに印加される電圧をPWM制御し、回転体の浮上位置を検知するためのセンサキャリア信号が重畳された電磁石電流を供給する第1電磁石および第2電磁石のそれぞれに設けられた励磁アンプと、励磁アンプのそれぞれに設けられ、電磁石電流を検出する電流センサと、電磁石電流に基づいて真の推定変位信号を取得し、真の推定変位信号に基づいて励磁アンプをPWM制御する制御部と、を備え、制御部は、各制御軸における真の推定変位信号を得るにあたり、第1電磁石に流れる電磁石電流(以下、第1電磁石電流)の検出信号(以下、第1電流信号)、第2電磁石に流れる電磁石電流(以下、第2電磁石電流)の検出信号(以下、第2電流信号)、および、第1電流信号と第2電流信号とを足し合わせて得られる和信号についてADサンプリングを行い、和信号から復調変位信号を生成し、ADサンプリング後の第1電流信号から、回転体と第1電磁石とのギャップに含まれる誤差を補正するための第1補正信号を演算処理で生成し、ADサンプリング後の第2電流信号から、回転体と第2電磁石とのギャップに含まれる誤差を補正するための第2補正信号を演算処理で生成し、第1補正信号および第2補正信号から、第3補正信号を演算処理で生成し、復調変位信号から第3補正信号を減算することで、第1電磁石電流の大きさと第2電磁石電流の大きさが等しくないことに起因する第1誤差、および、第1電磁石および第2電磁石の磁気特性の非線形性に起因する第2誤差を復調変位信号から除去して、真の推定変位信号を得ることを特徴とする。
(2)さらに好ましい実施形態では、ADサンプリング後で、かつ、復調変位信号を生成
する前に、ADサンプリング後の和信号を演算処理することで、第1誤差を和信号から除去することを特徴とする。
(3)さらに好ましい実施形態では、回転体は、可動境界を有し、第1補正信号は、第1電流信号からなる関数(以下、第1関数)より成り、第2補正信号は、第2電流信号からなる関数(以下、第2関数)より成り、第1関数に用いられる係数が最適化される調整(以下、第1係数調整)が実施される際は、回転体を第1電磁石側の回転体の可動境界まで移動させ、所定のバイアス電流値で回転体を磁気的に吸引し固定した上で、第1係数調整が実施され、第2関数に用いられる係数が最適化される調整(以下、第2係数調整)が実施される際は、回転体を第2電磁石側の回転体の可動境界まで移動させ、所定のバイアス電流値で回転体を磁気的に吸引し固定した上で、第2係数調整が実施されることを特徴とする。
(4)さらに好ましい実施形態では、第1係数調整は、予め定めた周波数を有する印加信号が少なくとも第1電磁石側の電磁石電流に重畳された上で、復調変位信号から減算し、減算後の復調変位信号の予め定めた周波数成分の振幅が所定レベル以下になるように実施され、第2係数調整は、予め定めた周波数を有する印加信号が少なくとも第2電磁石側の電磁石電流に重畳された上で、復調変位信号から減算し、減算後の復調変位信号の予め定めた周波数成分の振幅が所定レベル以下になるように実施されることを特徴とする。
(5)さらに好ましい実施形態では、所定のバイアス電流値は、複数設けられ、第1係数調整および第2係数調整は、複数設けられた所定のバイアス電流値の各々において実施されることを特徴とする。
(6)さらに好ましい実施形態では、第1係数調整及び第2係数調整は、所定のバイアス電流値において複数回実施されることを特徴とする。
(7)さらに好ましい実施形態では、第1係数調整および第2係数調整の実施が終了した後に、回転体は、時間的に位置変化しないように磁気浮上制御され、予め定めた周波数を有する印加信号は、第1電磁石および第2電磁石に流れる電磁石電流のそれぞれに重畳され、第1電磁石に流れる電磁石電流に重畳された予め定めた周波数を有する印加信号に起因する回転体への磁気吸引力と、第2電磁石に流れる電磁石電流に重畳された予め定めた周波数を有する印加信号に起因する回転体への磁気吸引力は、互いに相殺するように設定され、第3補正信号内の、第1補正信号と第2補正信号の比率を調節する係数を調整することを特徴とする。
(8)本発明の好ましい実施形態による真空ポンプは、排気機能部が形成されたポンプロータと、ポンプロータを回転駆動するモータと、ポンプロータの回転体を磁気浮上支持する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の磁気軸受装置と、を備えることを特徴とする。
(1) A magnetic bearing device according to a preferred embodiment of the present invention is provided on each of a rotating body and a plurality of control shafts for controlling the floating of the rotating body, and is disposed to face each of the control shafts via the rotating body. The voltage applied to each of the first electromagnet and the second electromagnet and the first electromagnet and the second electromagnet is PWM-controlled, and an electromagnet current superimposed with a sensor carrier signal for detecting the floating position of the rotating body is supplied. A true estimation displacement signal is obtained based on the electromagnet current, a current sensor for detecting the electromagnet current provided in each of the excitation amplifier provided in each of the first electromagnet and the second electromagnet, and the excitation amplifier. A control unit that PWM-controls the excitation amplifier based on the estimated displacement signal, and the control unit flows to the first electromagnet when obtaining a true estimated displacement signal in each control axis. A detection signal (hereinafter referred to as a first current signal) of an electromagnet current (hereinafter referred to as a first electromagnet current), a detection signal (hereinafter referred to as a second current signal) of an electromagnet current flowing through the second electromagnet (hereinafter referred to as a second electromagnet current), and AD sampling is performed on the sum signal obtained by adding the first current signal and the second current signal, a demodulated displacement signal is generated from the sum signal, and the rotating body and the first current signal are obtained from the first current signal after AD sampling. A first correction signal for correcting an error included in the gap with the electromagnet is generated by arithmetic processing, and an error included in the gap between the rotating body and the second electromagnet is corrected from the second current signal after AD sampling. A second correction signal is generated by a calculation process, a third correction signal is generated by a calculation process from the first correction signal and the second correction signal, and the third correction signal is subtracted from the demodulated displacement signal, 1 electromagnetic The first error caused by the magnitude of the current and the second electromagnet current being not equal, and the second error caused by the nonlinearity of the magnetic characteristics of the first electromagnet and the second electromagnet are removed from the demodulated displacement signal. And obtaining a true estimated displacement signal.
(2) In a further preferred embodiment, the first error is removed from the sum signal by performing arithmetic processing on the sum signal after AD sampling after AD sampling and before generating the demodulated displacement signal. And
(3) In a further preferred embodiment, the rotating body has a movable boundary, the first correction signal is composed of a function (hereinafter referred to as a first function) made up of the first current signal, and the second correction signal is made up of the second correction signal. When an adjustment (hereinafter referred to as a first coefficient adjustment) is made up of a function consisting of a current signal (hereinafter referred to as a second function) and a coefficient used for the first function is optimized (hereinafter referred to as a first coefficient adjustment), The first coefficient adjustment is performed after the rotating body is moved to the movable boundary of the rotating body and the rotating body is magnetically attracted and fixed at a predetermined bias current value, and the coefficient used for the second function is optimized. When the second coefficient adjustment is performed, the rotating body is moved to the movable boundary of the rotating body on the second electromagnet side, and the rotating body is magnetically attracted and fixed at a predetermined bias current value. The second coefficient adjustment is performed.
(4) In a further preferred embodiment, the first coefficient adjustment is performed by subtracting the applied signal having a predetermined frequency from at least the electromagnet current on the first electromagnet side, subtracting from the demodulated displacement signal, and demodulating after subtraction. The amplitude of the predetermined frequency component of the displacement signal is performed to be equal to or lower than a predetermined level, and the second coefficient adjustment is performed after an applied signal having a predetermined frequency is superimposed on at least the electromagnet current on the second electromagnet side. Subtracting from the demodulated displacement signal, the amplitude of a predetermined frequency component of the demodulated displacement signal after subtraction is reduced to a predetermined level or less.
(5) In a more preferred embodiment, a plurality of predetermined bias current values are provided, and the first coefficient adjustment and the second coefficient adjustment are performed at each of the plurality of predetermined bias current values. To do.
(6) In a more preferred embodiment, the first coefficient adjustment and the second coefficient adjustment are performed a plurality of times at a predetermined bias current value.
(7) In a further preferred embodiment, after the first coefficient adjustment and the second coefficient adjustment are completed, the rotating body is magnetically levitated so as not to change its position in time, and an applied signal having a predetermined frequency. Is superimposed on each of the electromagnet currents flowing through the first electromagnet and the second electromagnet, and magnetic attraction force to the rotating body due to the applied signal having a predetermined frequency superimposed on the electromagnet current flowing through the first electromagnet, The magnetic attraction forces to the rotating bodies caused by the applied signal having a predetermined frequency superimposed on the electromagnet current flowing in the second electromagnet are set so as to cancel each other, and the first correction signal in the third correction signal And a coefficient for adjusting the ratio of the second correction signal.
(8) A vacuum pump according to a preferred embodiment of the present invention includes a pump rotor in which an exhaust function unit is formed, a motor that rotationally drives the pump rotor, and a rotor of the pump rotor that supports magnetic levitation. And a magnetic bearing device according to any one of the above.

本発明によれば、対向している電磁石コイルのうちの一方にのみ大電流を流す場合においても、回転体の変位信号に関して良好なS/N比を維持することができる。さらには、ポンプケーシングの振動を低減でき、回転体の浮上制御性能を向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to maintain a good S / N ratio with respect to the displacement signal of the rotating body even when a large current is passed through only one of the opposing electromagnet coils. Furthermore, the vibration of the pump casing can be reduced, and the floating control performance of the rotating body can be improved.

真空ポンプのポンプユニット1の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the pump unit 1 of a vacuum pump. コントロールユニットの概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of a control unit. 磁気軸受に備えられた制御軸1軸分の磁気軸受電磁石45を示す模式図。The schematic diagram which shows the magnetic bearing electromagnet 45 for 1 axis | shaft of the control shaft with which the magnetic bearing was equipped. 各磁気軸受電磁石45に設けられている励磁アンプ43の構成を示す図。The figure which shows the structure of the excitation amplifier 43 provided in each magnetic bearing electromagnet 45. FIG. 励磁アンプ43による電磁石コイルへの印加電圧および電磁石コイルに流れる電流を示す図。The figure which shows the applied voltage to the electromagnet coil by the excitation amplifier 43, and the electric current which flows into an electromagnet coil. ポンプユニット1が横向きに配置された時のシャフト5と電磁石45を示した図。The figure which showed the shaft 5 and the electromagnet 45 when the pump unit 1 is arrange | positioned sideways. 電流リミット回路408p、408mにおける電磁石コイル455に流れる電流の制御信号依存性を示す図。The figure which shows the control signal dependence of the electric current which flows into the electromagnet coil 455 in the current limit circuits 408p and 408m. 制御部44における磁気軸受制御の一軸分の機能ブロック図。The functional block diagram for one axis of magnetic bearing control in the control part 44. FIG. (a)電磁石コアの積層珪素鋼板のBHカーブと、(b)比透磁率の逆数量を示した図。The figure which showed the reverse quantity of (a) BH curve of the laminated silicon steel plate of an electromagnet core, and (b) relative magnetic permeability. 調整時の回転体ユニットRのシャフト5の位置を示した図。The figure which showed the position of the shaft 5 of the rotary body unit R at the time of adjustment. 調整時の補正処理演算部415の動作を示した図。The figure which showed operation | movement of the correction process calculating part 415 at the time of adjustment. 通常制御時の補正処理演算部415の動作を示した図。The figure which showed operation | movement of the correction process calculating part 415 at the time of normal control.

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図1は、本実施の形態の真空ポンプの概略構成を説明する図であり、磁気浮上式ターボ分子ポンプのポンプユニット1の断面の構成を示す。ターボ分子ポンプは、図1に示すポンプユニット1と、ポンプユニット1を駆動するコントロールユニット(不図示)とを備えている。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a vacuum pump according to the present embodiment, and shows a cross-sectional configuration of a pump unit 1 of a magnetic levitation turbomolecular pump. The turbo molecular pump includes a pump unit 1 shown in FIG. 1 and a control unit (not shown) that drives the pump unit 1.

ポンプユニット1は、回転翼4aと固定翼62とで構成されるターボポンプ部と、円筒部4bとネジステータ64とで構成されるドラッグポンプ部、すなわち、ネジ溝ポンプとを有している。ここではネジステータ64側にネジ溝が形成されているが、円筒部4b側にネジ溝を形成しても構わない。回転側排気機能部である回転翼4aおよび円筒部4bはポンプロータ4に形成されている。ポンプロータ4とシャフト5とロータディスク55は、互いに締結されて回転体ユニットRを構成する。   The pump unit 1 has a turbo pump part composed of the rotary blades 4a and the fixed blades 62, and a drag pump part composed of the cylindrical part 4b and the screw stator 64, that is, a thread groove pump. Here, a screw groove is formed on the screw stator 64 side, but a screw groove may be formed on the cylindrical portion 4b side. The rotary blade 4a and the cylindrical part 4b, which are the rotation side exhaust function part, are formed in the pump rotor 4. The pump rotor 4, the shaft 5, and the rotor disk 55 are fastened to each other to constitute a rotating body unit R.

複数段の固定翼62は、軸方向に対して回転翼4aと交互に配置されている。各固定翼62は、スペーサリング63を介してベース60上に載置される。ポンプケーシング61の固定フランジ61cをボルトによりベース60に固定すると、積層されたスペーサリング63がベース60とポンプケーシング61の係止部61bとの間に挟持され、固定翼62が位置決めされる。   The plurality of stages of fixed blades 62 are alternately arranged with the rotary blades 4a in the axial direction. Each fixed wing 62 is placed on the base 60 via the spacer ring 63. When the fixing flange 61c of the pump casing 61 is fixed to the base 60 with a bolt, the stacked spacer ring 63 is sandwiched between the base 60 and the locking portion 61b of the pump casing 61, and the fixed blade 62 is positioned.

シャフト5は、ベース60に設けられた磁気軸受67,68,69によって非接触支持される。後述するように磁気軸受67,68,69は、センサキャリア成分が重畳された電磁石電流に基づいて浮上位置の変化を推定するセルフセンシングの磁気軸受である。なお、軸方向の磁気軸受69を構成する電磁石は、シャフト5の下端に設けられたロータディスク55を軸方向に挟むように配置されている。シャフト5はモータ42により回転駆動される。   The shaft 5 is supported in a non-contact manner by magnetic bearings 67, 68 and 69 provided on the base 60. As will be described later, the magnetic bearings 67, 68, and 69 are self-sensing magnetic bearings that estimate a change in the flying position based on an electromagnet current on which a sensor carrier component is superimposed. Note that the electromagnets constituting the axial magnetic bearing 69 are arranged so as to sandwich the rotor disk 55 provided at the lower end of the shaft 5 in the axial direction. The shaft 5 is rotationally driven by a motor 42.

モータ42は同期モータであり、本実施の形態では、DCブラシレスモータが用いられている。モータ42は、ベース60に配置されるモータステータ42aと、シャフト5に設けられるモータロータ42bとを有している。モータロータ42bには、永久磁石が設けられている。磁気軸受が作動していない時には、シャフト5は非常用のタッチダウンベアリング66a,66bによって支持される。   The motor 42 is a synchronous motor, and a DC brushless motor is used in the present embodiment. The motor 42 includes a motor stator 42 a disposed on the base 60 and a motor rotor 42 b provided on the shaft 5. The motor rotor 42b is provided with a permanent magnet. When the magnetic bearing is not operating, the shaft 5 is supported by emergency touchdown bearings 66a and 66b.

ベース60の排気口60aには排気ポート65が設けられ、この排気ポート65にバックポンプが接続される。回転体ユニットRを磁気浮上させつつモータ42により高速回転駆動することにより、吸気口61a側の気体分子は排気ポート65側へと排気される。   An exhaust port 65 is provided at the exhaust port 60 a of the base 60, and a back pump is connected to the exhaust port 65. By rotating the rotating unit R at high speed by the motor 42 while magnetically levitating, the gas molecules on the intake port 61a side are exhausted to the exhaust port 65 side.

図2は、コントロールユニットの概略構成を示すブロック図である。外部からのAC入力は、コントロールユニットに設けられたDC電源40によって交流から直流に変換される。DC電源40は、インバータ41用の電源、励磁アンプ43用の電源、制御部44用の電源をそれぞれ生成する。   FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the control unit. The AC input from the outside is converted from alternating current to direct current by a DC power supply 40 provided in the control unit. The DC power source 40 generates a power source for the inverter 41, a power source for the excitation amplifier 43, and a power source for the control unit 44, respectively.

モータ42に電流を供給するインバータ41には、複数のスイッチング素子が備えられている。これらのスイッチング素子のオンオフを制御部44によって制御することにより
、モータ42が駆動される。
The inverter 41 that supplies current to the motor 42 is provided with a plurality of switching elements. The motor 42 is driven by controlling the on / off of these switching elements by the control unit 44.

図2に示した10個の磁気軸受電磁石45(以下、電磁石45とも呼ぶ)は、各磁気軸受67,68,69に設けられている磁気軸受電磁石を示している。図1に示したターボ分子ポンプに用いられている磁気軸受は5軸制御型磁気軸受であって、径方向の磁気軸受67,68は各々2軸の磁気軸受であって、それぞれ2対、すなわち、4個の磁気軸受電磁石45を備えている。また、軸方向の磁気軸受69は1軸の磁気軸受であって、1対、すなわち、2個の磁気軸受電磁石45を備えている。磁気軸受電磁石45に電流を供給する励磁アンプ43は10個の磁気軸受電磁石45のそれぞれに設けられており、コントロールユニットには合計で10個の励磁アンプ43が備えられている。   The ten magnetic bearing electromagnets 45 (hereinafter also referred to as electromagnets 45) shown in FIG. 2 are magnetic bearing electromagnets provided in the magnetic bearings 67, 68, and 69, respectively. The magnetic bearing used in the turbo molecular pump shown in FIG. 1 is a five-axis control type magnetic bearing, and the radial magnetic bearings 67 and 68 are two-axis magnetic bearings, each having two pairs, that is, Four magnetic bearing electromagnets 45 are provided. The axial magnetic bearing 69 is a uniaxial magnetic bearing and includes a pair, that is, two magnetic bearing electromagnets 45. Excitation amplifiers 43 for supplying current to the magnetic bearing electromagnets 45 are provided in each of the ten magnetic bearing electromagnets 45, and the control unit includes a total of ten excitation amplifiers 43.

モータ42の駆動および磁気軸受の駆動を制御する制御部44は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のデジタル演算器とその周辺回路より構成される。制御部44は、インバータ41に対しては、インバータ41に設けられている複数のスイッチング素子をオンオフ制御するためのPWM制御信号441を出力し、各励磁アンプ43に対しては、各励磁アンプ43に含まれるスイッチング素子をオンオフ制御するためのPWMゲート駆動信号443をそれぞれ出力する。また、制御部44には、後述するようにモータ42に関する相電圧および相電流に関する信号442や、磁気軸受に関する電磁石電流信号444が入力される。   The control unit 44 that controls the driving of the motor 42 and the driving of the magnetic bearing is configured by a digital arithmetic unit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) and its peripheral circuits, for example. The control unit 44 outputs a PWM control signal 441 for on / off control of a plurality of switching elements provided in the inverter 41 to the inverter 41, and each excitation amplifier 43 to each excitation amplifier 43. PWM gate drive signals 443 for ON / OFF control of the switching elements included in the output are respectively output. Further, as will be described later, a signal 442 related to a phase voltage and a phase current related to the motor 42 and an electromagnet current signal 444 related to a magnetic bearing are input to the control unit 44.

図3は、磁気軸受67,68に備えられた制御軸1軸分の磁気軸受電磁石45を示す模式図である。磁気軸受電磁石45は、電磁石コア450に電磁石コイル455が巻回されることにより構成される。2個の磁気軸受電磁石45が浮上中心軸、すなわち、浮上目標位置Jを挟むように対向配置されている。上述したように、各磁気軸受電磁石45に対して、励磁アンプ43がそれぞれ設けられている。図3では、図示右側のP側の磁気軸受電磁石45に近づくような変位dを正とする。変位が負側の磁気軸受電磁石45をM側の磁気軸受電磁石45と呼ぶことにする。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the magnetic bearing electromagnet 45 for one control shaft provided in the magnetic bearings 67 and 68. The magnetic bearing electromagnet 45 is configured by winding an electromagnet coil 455 around an electromagnet core 450. Two magnetic bearing electromagnets 45 are opposed to each other so as to sandwich the floating central axis, that is, the floating target position J. As described above, the excitation amplifier 43 is provided for each magnetic bearing electromagnet 45. In FIG. 3, the displacement d that approaches the P-side magnetic bearing electromagnet 45 on the right side of the drawing is positive. The magnetic bearing electromagnet 45 whose displacement is negative will be referred to as the M-side magnetic bearing electromagnet 45.

(電磁石電流Ip,Im、および和信号Ip+Imの説明)
本実施の形態における5軸制御型磁気軸受では、各磁気軸受電磁石45の電磁石電流には、機能別で成分に分けると、バイアス電流ib、浮上制御電流icおよび位置検出用のセンサキャリア成分の電流isが含まれている。P側の磁気軸受電磁石45を流れる電流をIp、M側の磁気軸受電磁石45を流れる電流をImとすると、次式(1)のように表される。ispはP側のセンサキャリア成分で、ismはM側のセンサキャリア成分である。ただし、ispとismとは振幅が逆符号になっている。
Ip=ib+ic+isp
Im=ib−ic+ism …(1)
(Description of electromagnet currents Ip, Im and sum signal Ip + Im)
In the 5-axis control type magnetic bearing in the present embodiment, the electromagnet current of each magnetic bearing electromagnet 45 is divided into components by function, and bias current ib, levitation control current ic, and position detection sensor carrier component current. is is included. When the current flowing through the P-side magnetic bearing electromagnet 45 is Ip and the current flowing through the M-side magnetic bearing electromagnet 45 is Im, the following equation (1) is obtained. isp is a sensor carrier component on the P side, and ism is a sensor carrier component on the M side. However, the amplitudes of isp and ism have opposite signs.
Ip = ib + ic + isp
Im = ib-ic + ism (1)

バイアス電流ibは直流あるいは極めて低い周波数帯であり、回転体ユニットRに作用する重力との釣り合い力、浮上力の直線性改善、変位センシングのためのバイアス用として用いられる。   The bias current ib is a direct current or an extremely low frequency band, and is used as a bias for a balance force with gravity acting on the rotator unit R, a linearity improvement of the levitation force, and a displacement sensing.

浮上制御電流icは、シャフト5、すなわち、回転体ユニットRを所定位置に浮上させる制御電流である。浮上制御電流icは浮上位置の変動に応じて変化するので、その周波数帯は直流から1kHz程度となる。   The levitation control current ic is a control current that levitates the shaft 5, that is, the rotating body unit R to a predetermined position. Since the levitation control current ic changes according to the fluctuation of the levitation position, the frequency band is from DC to about 1 kHz.

センサキャリア成分isは、シャフト5の浮上位置変位、すなわち、回転体ユニットRの浮上位置変位の検出に用いられる電流成分である。センサキャリア成分isには、浮上制御電流への影響を極力抑えるべく、通常は数kHz〜数十kHz(1kHz≪fc≪100kHz)の周波数帯における周波数が使用される。   The sensor carrier component is is a current component used for detecting the floating position displacement of the shaft 5, that is, the floating position displacement of the rotating body unit R. For the sensor carrier component is, a frequency in a frequency band of several kHz to several tens of kHz (1 kHz << fc << 100 kHz) is usually used in order to suppress the influence on the levitation control current as much as possible.

一般に、産業用途の磁気軸受では、励磁アンプ43として電圧制御型のPWMアンプが使用される。すなわち、磁気軸受電磁石45の電磁石コイルに印加される電圧を制御することで、電磁石電流の制御を行っている。   Generally, in a magnetic bearing for industrial use, a voltage control type PWM amplifier is used as the excitation amplifier 43. That is, the electromagnet current is controlled by controlling the voltage applied to the electromagnet coil of the magnetic bearing electromagnet 45.

電磁石コイルに印加される電圧Vp、Vmの内の、センサキャリア成分vsp,vsmはそれぞれ逆位相で印加されるので、次式(2)のように表される。ただし、ωc=2πfcであって、fcはセンサキャリア周波数である。また、tは時間、vは一定振幅値である。
vsp=−v×sin(ωc×t)
vsm=v×sin(ωc×t) …(2)
Of the voltages Vp and Vm applied to the electromagnet coil, the sensor carrier components vsp and vsm are applied in opposite phases, and therefore are expressed by the following equation (2). However, ωc = 2πfc, and fc is the sensor carrier frequency. T is time, and v is a constant amplitude value.
vsp = −v × sin (ωc × t)
vsm = v × sin (ωc × t) (2)

ところで、磁気軸受電磁石45とシャフト5との間のギャップ(図3参照)と電磁石コイルのインダクタンスとは反比例するので、P側電磁石コイルおよびM側電磁石コイルのインダクタンスLp,Lmに関して、次式(3)が成り立つ。なお、Dはシャフト5が浮上中心軸、すなわち、浮上目標位置にある場合のギャップで、dは浮上目標位置からの変位である。Aは定数である。
1/Lp=A×(D−d)
1/Lm=A×(D+d) …(3)
なお、本発明では、第2課題を解決するために、後述する式(3a)のように式(3)を修正する。
By the way, since the gap between the magnetic bearing electromagnet 45 and the shaft 5 (see FIG. 3) and the inductance of the electromagnet coil are inversely proportional, the inductances Lp and Lm of the P-side electromagnet coil and the M-side electromagnet coil are expressed by the following formula (3 ) Holds. Here, D is a gap when the shaft 5 is at the levitation center axis, that is, the levitation target position, and d is a displacement from the levitation target position. A is a constant.
1 / Lp = A × (D−d)
1 / Lm = A * (D + d) (3)
In the present invention, in order to solve the second problem, equation (3) is corrected as equation (3a) described later.

センサキャリア成分に関して、電磁石コイルに印加される電圧と電磁石コイルを流れる電流との間には次式(4)に示すような関係がある。ただし、コイル抵抗は無視した。
vsp=Lp×d(isp)/dt
vsm=Lm×d(ism)/dt …(4)
Regarding the sensor carrier component, there is a relationship as shown in the following equation (4) between the voltage applied to the electromagnetic coil and the current flowing through the electromagnetic coil. However, coil resistance was ignored.
vsp = Lp × d (isp) / dt
vsm = Lm × d (ism) / dt (4)

上述した式(2),(3),(4)から、電磁石コイルを流れる電流のセンサキャリア成分isp,ismは次式(5)のように表される。なお、B=v×A/ωcである。このように、センサキャリア成分isp,ismは、変位dの時間変化により振幅変調される。一方、バイアス電流ib、浮上制御電流icは周波数が低いため、変位変動の影響は無視できる。
isp=−v×sin(ωc×t−π/2)/(ωc×Lp)
=−B(D−d)×sin(ωc×t−π/2)
ism=v×sin(ωc×t−π/2)/(ωc×Lm)
=B(D+d)×sin(ωc×t−π/2) …(5)
なお、本発明では、第2課題を解決するために、後述する式(5a)のように式(5)を修正する。
From the expressions (2), (3), and (4) described above, the sensor carrier components isp and ism of the current flowing through the electromagnetic coil are expressed as the following expression (5). Note that B = v × A / ωc. Thus, the sensor carrier components isp and ism are amplitude-modulated by the time change of the displacement d. On the other hand, since the bias current ib and the levitation control current ic have low frequencies, the influence of the displacement fluctuation can be ignored.
isp = −v × sin (ωc × t−π / 2) / (ωc × Lp)
= −B (D−d) × sin (ωc × t−π / 2)
ism = v × sin (ωc × t−π / 2) / (ωc × Lm)
= B (D + d) × sin (ωc × t−π / 2) (5)
In the present invention, in order to solve the second problem, equation (5) is corrected as equation (5a) described later.

以上の結果をまとめると、センサキャリア成分isp,ismを検波すれば、変位dの情報が得られる。P側およびM側の磁気軸受電磁石45を流れるトータルの電流Ip,Imは、次式(6)のように表される。
Ip=ib+ic−B(D−d)×sin(ωc×t−π/2)
Im=ib−ic+B(D+d)×sin(ωc×t−π/2) …(6)
なお、本発明では、第2課題を解決するために、後述する式(6b)のように式(6)を修正する。
To summarize the above results, information on the displacement d can be obtained by detecting the sensor carrier components isp and ism. The total currents Ip and Im flowing through the P-side and M-side magnetic bearing electromagnets 45 are expressed by the following equation (6).
Ip = ib + ic−B (D−d) × sin (ωc × t−π / 2)
Im = ib−ic + B (D + d) × sin (ωc × t−π / 2) (6)
In the present invention, in order to solve the second problem, equation (6) is corrected as equation (6b) described later.

(二象限励磁アンプの説明)
図4は、各磁気軸受電磁石45に対応して設けられている励磁アンプ43の構成を示す図である。励磁アンプ43は、直列接続されたスイッチング素子とダイオードとを直列接続したものを、さらに2つ並列接続したものである。磁気軸受電磁石45は、スイッチン
グ素子SW10およびダイオードD10の中間と、スイッチング素子SW11およびダイオードD11の中間との間に接続される。
(Description of two-quadrant excitation amplifier)
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the excitation amplifier 43 provided corresponding to each magnetic bearing electromagnet 45. The excitation amplifier 43 is obtained by further connecting two series-connected switching elements and diodes in parallel. The magnetic bearing electromagnet 45 is connected between the middle of the switching element SW10 and the diode D10 and the middle of the switching element SW11 and the diode D11.

スイッチング素子SW10,SW11には、制御部44からゲート信号(ゲート駆動電圧)として、バイアス電流ib、浮上制御電流icおよびセンサキャリア成分isを制御するためのPWM制御信号(図2のPWMゲート駆動信号443)が入力される。スイッチング素子SW10,SW11は同時にオンオフされ、両方ともオンの場合には実線矢印で示すように電流(上述した電流Ip,Im)が流れ、両方ともオフの場合には破線矢印で示すように電流(上述した電流Ip,Im)が流れる。オン時の電流値は電流センサ101Aにより計測され、オフ時の電流値は電流センサ101Bにより計測される。電流センサ101A,101Bには例えばシャント抵抗が用いられ、シャント抵抗の電圧を電流検出信号として用いる。電流検出信号は制御部44に入力される。   The switching elements SW10 and SW11 receive a PWM control signal for controlling the bias current ib, the levitation control current ic, and the sensor carrier component is (a PWM gate drive signal in FIG. 2) as a gate signal (gate drive voltage) from the control unit 44. 443) is input. The switching elements SW10 and SW11 are simultaneously turned on and off. When both are on, currents (currents Ip and Im described above) flow as indicated by solid arrows, and when both are off, currents (as indicated by dashed arrows) The above-described currents Ip and Im) flow. The on-state current value is measured by the current sensor 101A, and the off-state current value is measured by the current sensor 101B. For example, shunt resistors are used for the current sensors 101A and 101B, and the voltage of the shunt resistor is used as a current detection signal. The current detection signal is input to the control unit 44.

図5は、励磁アンプ43による電磁石コイルへの印加電圧(ラインL1)および電磁石コイルに流れる電流(ラインL2)の一例を示す図である。2つのスイッチング素子SW10,SW11をオンすると、電圧が電磁石コイルに印加されて電流が増加する。また、スイッチング素子SW10,SW11をオフすると、ダイオードD10,D11の導通により電磁石コイルに逆電圧が印加され電流が減少する。そのため、電流ラインL2は、PWMキャリア1周期における電流の増加および減少と、より周期の長い正弦波的な変化との両方を示している。この正弦波的な変化が、センサキャリア成分の変化に相当している。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an applied voltage (line L1) to the electromagnet coil by the excitation amplifier 43 and a current (line L2) flowing through the electromagnet coil. When the two switching elements SW10 and SW11 are turned on, a voltage is applied to the electromagnet coil and the current increases. Further, when the switching elements SW10 and SW11 are turned off, the reverse voltage is applied to the electromagnetic coil due to the conduction of the diodes D10 and D11, and the current is reduced. Therefore, the current line L2 shows both an increase and a decrease in current in one PWM carrier cycle and a longer sinusoidal change. This sinusoidal change corresponds to a change in the sensor carrier component.

ここで、以下の理由から、第1課題および第2課題を考える上で、上述した式(6)を後述の式(6a)に変形する。なお、後述するように、式(6)は、第2誤差を除去するための補正信号を導くために、式(6b)にも変形される。図6は、ポンプユニット1が、横向き、すなわち、回転体ユニットRの回転軸が重力方向と直角に配置された時における回転体ユニットRのシャフト5と磁気軸受67の電磁石45を一例として示している。なお、図6では磁気軸受67の電磁石45について説明したが、磁気軸受68の電磁石45についても同様である。ここで、磁気軸受67の電磁石45の符号を付し直す。図示右上のM側の電磁石45を電磁石451mとし、電磁石451mと対向する図示左下のP側の電磁石45を電磁石451pとする。同様に、図示左上のM側の電磁石45を電磁石452mとし、電磁石452mと対向する図示右下のP側の電磁石45を電磁石452pとする。   Here, for the following reasons, when considering the first problem and the second problem, Expression (6) described above is transformed into Expression (6a) described later. As will be described later, Equation (6) is also transformed into Equation (6b) in order to derive a correction signal for removing the second error. FIG. 6 shows, as an example, the shaft 5 of the rotating body unit R and the electromagnet 45 of the magnetic bearing 67 when the pump unit 1 is in the horizontal direction, that is, when the rotating shaft of the rotating body unit R is disposed at right angles to the direction of gravity. Yes. In FIG. 6, the electromagnet 45 of the magnetic bearing 67 has been described, but the same applies to the electromagnet 45 of the magnetic bearing 68. Here, the reference numerals of the electromagnets 45 of the magnetic bearing 67 are reassigned. The M-side electromagnet 45 at the upper right in the drawing is an electromagnet 451m, and the P-side electromagnet 45 at the lower left in the drawing facing the electromagnet 451m is an electromagnet 451p. Similarly, the M-side electromagnet 45 at the upper left in the drawing is an electromagnet 452m, and the P-side electromagnet 45 at the lower right in the drawing facing the electromagnet 452m is an electromagnet 452p.

電磁石451mと電磁石452mは、回転体ユニットRのシャフト5よりも上方に位置する。そのため、シャフト5にかかる重力に対抗するために、すなわち、シャフト5を磁気吸引により支えるために、電磁石451mと電磁石452mの電磁石コイル455には、大電流が流れる。一方、電磁石451pと電磁石452pは、シャフト5よりも下方に位置する。そのため、シャフト5を支える必要はないが、後述するように、電磁石451pと電磁石452pの電磁石コイル455には限界直流電流i_limitと呼ばれる小電流が流れる。   The electromagnet 451m and the electromagnet 452m are located above the shaft 5 of the rotating body unit R. Therefore, a large current flows through the electromagnet coils 455 of the electromagnets 451m and 452m in order to counter the gravity applied to the shaft 5, that is, to support the shaft 5 by magnetic attraction. On the other hand, the electromagnet 451 p and the electromagnet 452 p are located below the shaft 5. Therefore, although it is not necessary to support the shaft 5, as will be described later, a small current called a limit direct current i_limit flows through the electromagnet coils 455 of the electromagnet 451p and the electromagnet 452p.

図7は、図8に示す電流リミット回路408p、408mにおける電磁石コイル455に流れる電流の制御信号依存性を示している。図7(a)はP側の電磁石コイル455に流れる電流に関する図で、図7(b)はM側の電磁石コイル455に流れる電流に関する図である。上述の図6に示したように、これらの電流は、ポンプユニット1が横向きに配置された場合、図7の図示右方または図示左方に大きくずれる。図7では、図6に示した場合に合わせた図となっている。図7に示す通り、大電流を流すM側の電磁石コイル455には、バイアス電流ibの数倍という大きな直流制御電流icを含んだ大電流が流れる。一方、対向するP側の電磁石コイル455には、バイアス電流ibよりも小さな直流電流が流
れており、センサキャリアを重畳するために必要な限界直流電流i_limitに到達している状態となる。
FIG. 7 shows the control signal dependence of the current flowing through the electromagnetic coil 455 in the current limit circuits 408p and 408m shown in FIG. FIG. 7A is a diagram regarding the current flowing through the P-side electromagnet coil 455, and FIG. 7B is a diagram regarding the current flowing through the M-side electromagnet coil 455. As shown in FIG. 6 described above, these currents greatly deviate to the right or left of FIG. 7 when the pump unit 1 is disposed sideways. FIG. 7 is a diagram adapted to the case shown in FIG. As shown in FIG. 7, a large current including a large DC control current ic, which is several times the bias current ib, flows through the M-side electromagnet coil 455 through which a large current flows. On the other hand, a direct current smaller than the bias current ib flows through the opposing P-side electromagnet coil 455, and reaches a limit direct current i_limit necessary for superimposing the sensor carrier.

これまでポンプユニット1が横向きに配置された場合について述べたが、その他にも対向している電磁石コイル455のうちの一方にのみ大電流を流す場合はある。例えば、地震など外部から振動が加えられた場合である。この場合、回転体は過渡的に所定浮上位置から大きく変位するが、それに伴い所定浮上位置へ戻すべく、対向している電磁石コイル455のうち、回転体が遠ざかった一方のみに大振幅の制御電流icを流す必要がある。地震などの外部からの振動は様々な方向で生じうるため、この場合は、磁気軸受67,68,69のいずれにおいても、対向している電磁石コイル455のうちの一方にのみ大電流を流す可能性がある。   Although the case where the pump unit 1 is disposed sideways has been described so far, there is a case where a large current is supplied only to one of the opposing electromagnetic coils 455. For example, it is a case where vibration is applied from the outside such as an earthquake. In this case, the rotator is transiently displaced greatly from the predetermined levitation position, but in order to return to the predetermined levitation position, a large amplitude control current is applied only to one of the opposing electromagnet coils 455 where the rotator has moved away. I need to stream ic. Since external vibrations such as earthquakes can occur in various directions, in this case, in any of the magnetic bearings 67, 68, and 69, a large current can flow only to one of the opposing electromagnet coils 455. There is sex.

以上より、本発明は、各軸の磁気軸受において、対向している電磁石コイル455のうちの一方にのみ大電流を流すことも想定している。
これにより、以下の2つのことを考慮しなければならなくなる。1つ目として、P側の電磁石コイル455とM側の電磁石コイル455で制御電流icの大きさが異なるものになる。そのため、P側の電磁石コイル455、M側の電磁石コイル455に流れる制御電流を各々icp,icmと表記する必要がある。なお、後述するようにicpとicmがキャンセルされないことが第1誤差の原因である。上述したが、第1誤差を除去する課題を第1課題と呼ぶ。
From the above, the present invention also assumes that a large current flows only through one of the opposing electromagnet coils 455 in the magnetic bearings of each axis.
As a result, the following two things must be considered. First, the magnitude of the control current ic differs between the P-side electromagnet coil 455 and the M-side electromagnet coil 455. Therefore, the control currents flowing through the P-side electromagnet coil 455 and the M-side electromagnet coil 455 need to be expressed as icp and icm, respectively. As will be described later, the cause of the first error is that icp and icm are not canceled. As described above, the problem of removing the first error is referred to as a first problem.

2つ目として、電磁石コイル455に大電流が流れると、後述するように、電磁石コア450の磁気特性の非線形性が顕著になる。これが主な原因となって、P側、M側の制御電流成分がセンサキャリアに変調された量であるNp(icp)およびNm(icm)が回転体の変位信号に誤差として含まれる。これが第2誤差の原因である。上述したが、第2誤差を除去する課題を第2課題と呼ぶ。   Second, when a large current flows through the electromagnet coil 455, the nonlinearity of the magnetic characteristics of the electromagnet core 450 becomes significant, as will be described later. This is the main cause, and Np (icp) and Nm (icm), which are amounts of modulation of the P-side and M-side control current components by the sensor carrier, are included in the displacement signal of the rotating body as errors. This is the cause of the second error. As described above, the problem of removing the second error is referred to as a second problem.

以上より、第1課題および第2課題を考える上で、式(6)を以下の式(6a)に変形する。
Ip = ib + icp - B{(D-d) + Np(icp)}×sin(ωc×t - π/2)
Im = ib - icm + B{(D+d) + Nm(icm)}×sin(ωc×t - π/2) ・・・(6a)
From the above, when considering the first problem and the second problem, the expression (6) is transformed into the following expression (6a).
Ip = ib + icp-B {(Dd) + Np (icp)} × sin (ωc × t-π / 2)
Im = ib−icm + B {(D + d) + Nm (icm)} × sin (ωc × t−π / 2) (6a)

Ip,Imは式(6a)のように表すことができるので、後述する和信号(Ip+Im)は、以下の式(7)で表される。
Ip + Im = 2×ib + △icpm + B{2d - Np(icp) + Nm(icm)}×sin(ωc×t - π/2)
・・・(7)
ここで、△icpm = icp - icm とする。
Since Ip and Im can be expressed as shown in equation (6a), a sum signal (Ip + Im) described later is expressed by equation (7) below.
Ip + Im = 2 × ib + △ icpm + B {2d-Np (icp) + Nm (icm)} × sin (ωc × t-π / 2)
... (7)
Here, Δicpm = icp−icm.

式(7)において、第1誤差の原因となる△icpmが現れる。また、第2誤差である[- Np(icp) + Nm(icm)]が現れる。式(7)に示される和信号は、復調前にセンサキャリア周波数fcを中心としたBPFなどのフィルタを通過することで△icpmは減衰される。そのため、減衰後の△icpmをR(△icpm)とする。これが第1誤差である。
以上より、復調後の変位信号は、R(△icpm)+ B{2d - Np(icp) + Nm(icm)}となり、真の変位である2Bdに、R(△icpm)+ [- Np(icp) + Nm(icm)]という誤差が含まれる。
In Expression (7), Δicpm that causes the first error appears. In addition, [−Np (icp) + Nm (icm)] as the second error appears. The sum signal shown in Equation (7) is attenuated by Δicpm by passing through a filter such as a BPF centered on the sensor carrier frequency fc before demodulation. Therefore, Δicpm after attenuation is set to R (Δicpm). This is the first error.
From the above, the demodulated displacement signal is R (△ icpm) + B {2d-Np (icp) + Nm (icm)}, and R (△ icpm) + [-Np ( icp) + Nm (icm)].

本発明の前提として、特願2013−021681号に記載の発明を用いて、まず第1誤差R(△icpm)を除去する。第1誤差の除去については、図8に示すADコンバータ400と信号処理演算部406の説明箇所で簡単に述べる。詳細は、特願2013−021681号に説明されているので、ここでは詳細な説明は省略する。また、本発明である、第2誤差である[- Np(icp) + Nm(icm)]の除去については、後述する。   As a premise of the present invention, the first error R (Δicpm) is first removed using the invention described in Japanese Patent Application No. 2013-021681. The removal of the first error will be briefly described in the explanation of the AD converter 400 and the signal processing calculation unit 406 shown in FIG. Since details are described in Japanese Patent Application No. 2013-021681, detailed description is omitted here. The removal of [−Np (icp) + Nm (icm)], which is the second error, according to the present invention will be described later.

図8は、制御部44における磁気軸受制御の機能ブロック図であって、制御軸5軸の内の1軸分について示したものである。ここでは、通常制御時の磁気軸受制御について説明する。調整時における磁気軸受制御については、後述する。
上述したように、制御軸1軸分にはP側およびM側の一対の磁気軸受電磁石45が設けられており、各磁気軸受電磁石45に対して励磁アンプ43がそれぞれ設けられている。10個の励磁アンプ43からはそれぞれ電流検出信号が出力される。
FIG. 8 is a functional block diagram of magnetic bearing control in the control unit 44 and shows one of the five control shafts. Here, magnetic bearing control during normal control will be described. The magnetic bearing control at the time of adjustment will be described later.
As described above, a pair of magnetic bearing electromagnets 45 on the P side and M side are provided for one control shaft, and an excitation amplifier 43 is provided for each magnetic bearing electromagnet 45. Current detection signals are output from the ten excitation amplifiers 43, respectively.

制御部44のゲート信号生成部401pは、P側の励磁アンプ43のスイッチング素子を駆動するためのゲート信号を生成する。同様に、ゲート信号生成部401mは、M側の励磁アンプ43のスイッチング素子を駆動するためのゲート信号を生成する。ゲート信号に基づいて各励磁アンプ43のスイッチング素子がオンオフ制御されると、磁気軸受電磁石45の電磁石コイルに電圧が印加され、上述した電流Ip、Imが流れる。P側の励磁アンプ43の電流センサ101A,101Bからは、P側の磁気軸受電磁石45に流れる電流Ipの電流検出信号(電流と同様のIpで示す)が出力される。一方、M側の励磁アンプ43の電流センサ101A,101Bからは、M側の磁気軸受電磁石45に流れる電流Imの電流検出信号(電流と同様のImで示す)が出力される。   The gate signal generation unit 401p of the control unit 44 generates a gate signal for driving the switching element of the P-side excitation amplifier 43. Similarly, the gate signal generation unit 401m generates a gate signal for driving the switching element of the M-side excitation amplifier 43. When the switching element of each excitation amplifier 43 is on / off controlled based on the gate signal, a voltage is applied to the electromagnet coil of the magnetic bearing electromagnet 45, and the above-described currents Ip and Im flow. From the current sensors 101A and 101B of the P-side excitation amplifier 43, a current detection signal (indicated by Ip similar to the current) of the current Ip flowing through the P-side magnetic bearing electromagnet 45 is output. On the other hand, from the current sensors 101A and 101B of the M-side excitation amplifier 43, a current detection signal (indicated by Im similar to the current) of the current Im flowing through the M-side magnetic bearing electromagnet 45 is output.

電流センサ101A,101Bから出力された電流検出信号Ip,Imは、それぞれローパスフィルタ403,404を介してADコンバータ400に入力される。また、ADコンバータ400には、ローパスフィルタ403,404を通過した電流検出信号Ip,Imの和信号(Ip+Im)が、センサキャリア周波数fcを中心周波数とするバンドパスフィルタ405を介して入力される。なお、これらの信号Ip,Im,(Ip+Im)は、図2の電磁石電流信号444に対応している。   The current detection signals Ip and Im output from the current sensors 101A and 101B are input to the AD converter 400 via low-pass filters 403 and 404, respectively. Further, the sum signal (Ip + Im) of the current detection signals Ip and Im that have passed through the low-pass filters 403 and 404 is input to the AD converter 400 via a band-pass filter 405 having the sensor carrier frequency fc as the center frequency. These signals Ip, Im, (Ip + Im) correspond to the electromagnet current signal 444 in FIG.

電流検出信号Ip,Imをローパスフィルタ403,404に通すと、高周波数のノイズ成分が除去される。また、和信号(Ip+Im)をバンドパスフィルタ405に通すと、和信号(Ip+Im)に含まれているバイアス成分(2×ib)が除去される。ちなみに、405はバイアス成分を除去する点では、バンドパスフィルタの代わりにハイパスフィルタで構成しても良い。   When the current detection signals Ip and Im are passed through the low-pass filters 403 and 404, high-frequency noise components are removed. When the sum signal (Ip + Im) is passed through the bandpass filter 405, the bias component (2 × ib) contained in the sum signal (Ip + Im) is removed. Incidentally, 405 may be constituted by a high-pass filter instead of the band-pass filter in that the bias component is removed.

ADコンバータ400は、電流検出信号Ip,Imおよび和信号(Ip+Im)をサンプリング周波数fsで取り込む。ここで、サンプリング周波数fsと、センサキャリア周波数fcには、
fc = (n + 1/2) × fs ・・・(8)
の関係がある。ただし、nは、0以上の整数である。
以上の式(8)に基づいて、ADコンバータ400は、最大ピーク位置近傍のデータ値d1と最小ピーク位置近傍のデータ値d2をサンプリングして取り込む。ADコンバータ400でサンプリングされた和信号(Ip+Im)は、信号処理演算部406に入力される。信号処理演算部406は、サンプリングデータに基づいてシャフト5の変位情報を演算する。
The AD converter 400 takes in the current detection signals Ip and Im and the sum signal (Ip + Im) at the sampling frequency fs. Here, the sampling frequency fs and the sensor carrier frequency fc are
fc = (n + 1/2) x fs (8)
There is a relationship. However, n is an integer greater than or equal to 0.
Based on the above equation (8), the AD converter 400 samples and captures the data value d1 near the maximum peak position and the data value d2 near the minimum peak position. The sum signal (Ip + Im) sampled by the AD converter 400 is input to the signal processing calculation unit 406. The signal processing calculation unit 406 calculates the displacement information of the shaft 5 based on the sampling data.

信号処理演算部406では、ADコンバータ400のサンプリングにより取り込まれた最大ピーク位置近傍のデータ値d1と最小ピーク位置近傍のデータ値d2とに基づいて、復調演算出力として以下の式(9)を演算する。
d3 = (d1 - d2)/2 ・・・(9)
ただし、出力タイミングが最大ピークタイミングの場合は、1サンプリング前の直前のデータ値d1を適用し、最小ピークタイミングの場合は、1サンプリング前の直前のデータ値d2を適用する。以上の式(9)に示す演算で、センサキャリアよりも低い制御電流成分は、P側、M側で大きさが非対称であってもキャンセルされる。これにより第1誤差
であるR(△icpm)を除去できる。これは、特願2013−021681号に記載されているとおりである。
The signal processing calculation unit 406 calculates the following equation (9) as a demodulation calculation output based on the data value d1 in the vicinity of the maximum peak position and the data value d2 in the vicinity of the minimum peak position acquired by sampling of the AD converter 400. To do.
d3 = (d1-d2) / 2 (9)
However, when the output timing is the maximum peak timing, the data value d1 immediately before one sampling is applied, and when the output timing is the minimum peak timing, the data value d2 immediately before one sampling is applied. In the calculation shown in the above equation (9), the control current component lower than the sensor carrier is canceled even if the magnitude is asymmetric on the P side and M side. As a result, R (Δicpm), which is the first error, can be removed. This is as described in Japanese Patent Application No. 2013-021681.

ADコンバータ400でサンプリングされた電流検出信号Ip,Imは、それぞれ対応する信号処理演算部409p,409mに入力される。信号処理演算部409p,409mは、サンプリングデータに基づいてセンサキャリア成分isを除去して、浮上制御力へ寄与する電流成分であるバイアス電流ibと浮上制御電流icに関する情報のみを演算出力する。   The current detection signals Ip and Im sampled by the AD converter 400 are input to the corresponding signal processing arithmetic units 409p and 409m, respectively. The signal processing calculation units 409p and 409m remove the sensor carrier component is based on the sampling data, and calculate and output only information related to the bias current ib and the flying control current ic that are current components contributing to the flying control force.

信号処理演算部409pの演算結果は、アンプ制御器410pを通した後に、差分器420pにて電流リミット回路408pからの出力に対して減算処理される。さらに差分器421pにてこの減算処理結果に対してセンサキャリア生成回路411からのセンサキャリア成分(v×sin(ωc×t))が減算され、その減算結果に基づいてPWM制御信号がPWM演算部412pにおいて生成される。ゲート信号生成部401pは、PWM演算部412pで生成されたPWM制御信号に基づいてゲート駆動電圧、すなわち、ゲート信号を生成する。なお、差分器421pとPWM演算部412pとの間には加算器422pが設けられているが、後述する加振器417pによる加振を行うとき以外は信号を素通りさせる働きしか持たない。   The calculation result of the signal processing calculation unit 409p is subtracted from the output from the current limit circuit 408p by the difference unit 420p after passing through the amplifier controller 410p. Further, the subtracter 421p subtracts the sensor carrier component (v × sin (ωc × t)) from the sensor carrier generation circuit 411 from the subtraction processing result, and the PWM control signal is converted into a PWM operation unit based on the subtraction result. It is generated at 412p. The gate signal generation unit 401p generates a gate drive voltage, that is, a gate signal based on the PWM control signal generated by the PWM calculation unit 412p. An adder 422p is provided between the difference unit 421p and the PWM calculation unit 412p. However, the adder 422p has only a function of passing a signal except when performing excitation by an exciter 417p described later.

また、信号処理演算部409mの演算結果は、アンプ制御器410mを通した後に、差分器420mにて電流リミット回路408mからの出力に対して減算処理される。さらに加算器421mにて、この減算処理結果に対してセンサキャリア生成回路411からのセンサキャリア成分(v×sin(ωc×t))が加算され、その加算結果に基づいてPWM制御信号がPWM演算部412mにおいて生成される。ゲート信号生成部401mは、PWM演算部412mで生成されたPWM制御信号に基づいてゲート駆動電圧を生成する。なお、加算器421mとPWM演算部412mとの間には加算器422mが設けられているが、後述する加振器417mによる加振を行うとき以外は信号を素通りさせる働きしか持たない。   In addition, the calculation result of the signal processing calculation unit 409m passes through the amplifier controller 410m, and is then subtracted from the output from the current limit circuit 408m by the difference unit 420m. Further, the adder 421m adds the sensor carrier component (v × sin (ωc × t)) from the sensor carrier generation circuit 411 to the subtraction processing result, and the PWM control signal is subjected to PWM calculation based on the addition result. It is generated in the part 412m. The gate signal generation unit 401m generates a gate drive voltage based on the PWM control signal generated by the PWM calculation unit 412m. Note that an adder 422m is provided between the adder 421m and the PWM calculation unit 412m. However, the adder 422m has only a function of passing a signal except when it is vibrated by a vibrator 417m described later.

信号処理演算部406、409p、および、409mの演算結果は、それぞれ補正処理演算部415に入力される。補正処理演算部415では、信号Ip、信号Imを用いて、第2誤差を除去するための補正信号を生成する。さらに、補正処理演算部415では、信号Ip+Imから得られる変位信号から、上述の第2誤差を除去するための補正信号を減算する演算を行う。これによって、信号Ip+Imから得られる変位信号に含まれる第2誤差[- Np(icp) + Nm(icm)]を除去し、真の推定変位信号を出力することができる。なお、補正処理演算部415が行う演算に関しては、後述する第2誤差の除去の説明箇所で詳細に述べる。   The calculation results of the signal processing calculation units 406, 409p, and 409m are input to the correction processing calculation unit 415, respectively. The correction processing calculation unit 415 generates a correction signal for removing the second error, using the signal Ip and the signal Im. Further, the correction processing calculation unit 415 performs calculation for subtracting the correction signal for removing the second error from the displacement signal obtained from the signal Ip + Im. As a result, the second error [−Np (icp) + Nm (icm)] included in the displacement signal obtained from the signal Ip + Im can be removed, and a true estimated displacement signal can be output. Note that the calculation performed by the correction processing calculation unit 415 will be described in detail in the explanation of the second error removal described later.

浮上制御器407では、補正処理演算部415が出力した真の推定変位信号に基づいて比例制御、積分制御および微分制御等により浮上制御電流設定を生成する。P側の制御に関しては、差分器419pにてバイアス電流設定量から浮上制御電流設定を減算したものが用いられ、M側の制御に関しては、差分器419mにてバイアス電流設定量に浮上制御電流設定を加算したものが用いられる。
スイッチ418p、スイッチ418mは、図に示すように通常はオンの状態になっている。しかし、後述する調整のうち粗調の時には、浮上制御を遮断するためにオフにする。
The levitation controller 407 generates the levitation control current setting by proportional control, integral control, differential control, or the like based on the true estimated displacement signal output from the correction processing calculation unit 415. For the P-side control, the difference unit 419p uses the bias current setting amount subtracted from the levitation control current setting. For the M-side control, the difference unit 419m sets the levitation control current setting to the bias current setting amount. The one added is used.
The switches 418p and 418m are normally on as shown in the figure. However, during the rough adjustment of the adjustment described later, it is turned off to block the flying control.

さらに、ポンプユニット1が横向きに配置された場合やポンプに過大な外乱等が加わってシャフト5が大きく変位した場合などに、対向する磁気軸受電磁石45の一方、例えばP側の励磁電流が大きくなり、他方であるM側の励磁電流がゼロになって、センサキャリア成分電圧が片側だけ印加されるようなことが生じないように、電流リミット回路408p,408mがそれぞれ設けられている。電流リミット回路408p,408mを設けた
ことにより、磁気軸受電磁石45には常にセンサキャリア電圧が印加されることになる。
Further, when the pump unit 1 is disposed sideways or when the shaft 5 is greatly displaced due to excessive disturbance or the like applied to the pump, the exciting current on one of the opposing magnetic bearing electromagnets 45, for example, on the P side becomes large. Current limit circuits 408p and 408m are provided so that the M-side excitation current, which is the other, is zero and the sensor carrier component voltage is not applied to only one side. By providing the current limit circuits 408p and 408m, the sensor carrier voltage is always applied to the magnetic bearing electromagnet 45.

(第2誤差の除去)
ここでは、以下の順番で第2誤差の除去について説明する。
・第2誤差の原因
・調整
・補正信号による第2誤差の除去
(Removal of second error)
Here, the removal of the second error will be described in the following order.
-Cause of second error-Elimination of second error by adjustment / correction signal

<第2誤差の原因>
図9(a)は、電磁石コア450を構成する積層珪素鋼板のBHカーブであり、このBHカーブの接線の傾きが透磁率μである。ここで、μ=μr×μ0 である。μrは比透磁率を表す。μ0は真空の透磁率で一定値である。積層珪素鋼板のBHカーブは、磁界Hが小さい領域では直線で近似でき、かつ、傾きが大きい。しかし、磁界Hが大きくなるとその傾きが小さくなる。
<Cause of second error>
FIG. 9A is a BH curve of the laminated silicon steel plate constituting the electromagnet core 450, and the slope of the tangent to this BH curve is the magnetic permeability μ. Here, μ = μr × μ0. μr represents relative permeability. μ0 is a constant value of magnetic permeability in vacuum. The BH curve of the laminated silicon steel sheet can be approximated by a straight line in a region where the magnetic field H is small, and has a large inclination. However, as the magnetic field H increases, the inclination decreases.

図9(b)は、比透磁率μrの逆数量である1/μrに関する電磁石コイル450に流れる励磁電流Iの依存性を示したものである。なお、磁界Hは励磁電流Iにおおよそ比例するので、1/μrと磁界Hの関係も図9(b)と同様な振る舞いとなる。図9(b)には、励磁電流Iが小さい領域に平坦部が見られる。これは、図9(a)に示したBHカーブの磁界Hが小さい領域に対応する。図9(b)において、励磁電流Iが大きくなると、1/μrが上昇する。以上をまとめると、励磁電流Iが小さい領域のみを考慮する場合では1/μrは定数とみなせるが、励磁電流Iが大きい領域まで考慮すると1/μrは定数とみなせなくなる。これが、第2誤差の原因である。   FIG. 9B shows the dependence of the excitation current I flowing in the electromagnetic coil 450 with respect to 1 / μr, which is the inverse quantity of the relative permeability μr. Since the magnetic field H is approximately proportional to the excitation current I, the relationship between 1 / μr and the magnetic field H behaves in the same manner as in FIG. In FIG. 9B, a flat portion is seen in a region where the excitation current I is small. This corresponds to a region where the magnetic field H of the BH curve shown in FIG. In FIG. 9B, 1 / μr increases as the excitation current I increases. In summary, 1 / μr can be regarded as a constant when only the region where the excitation current I is small is considered, but 1 / μr cannot be regarded as a constant when the region where the excitation current I is large is considered. This is the cause of the second error.

<調整>
ところで、電磁石コイル455のインダクタンスの逆数量1/Lp、1/Lmは、電磁石コイル455の電流Iが大きい領域までを扱う場合には、上述した式(3)を以下の式(3a)のように修正して、積層珪素鋼板の比透磁率の非線形磁気特性を考慮しなければならない。
1/Lp = A×{(D-d) + lp/μrp}
1/Lm = A×{(D+d) + lm/μrm} ・・・(3a)
ここで、lp,lmは、それぞれP側、M側の電磁石コイルに関する距離の次元を有する定数である。μrp,μrmは、それぞれP側、M側の電磁石コアの比透磁率である。
<Adjustment>
By the way, the inverse quantities 1 / Lp and 1 / Lm of the inductance of the electromagnet coil 455 are obtained by changing the above equation (3) to the following equation (3a) when handling the region where the current I of the electromagnet coil 455 is large. To the non-linear magnetic characteristic of the relative permeability of the laminated silicon steel sheet.
1 / Lp = A × {(Dd) + lp / μrp}
1 / Lm = A × {(D + d) + lm / μrm} (3a)
Here, lp and lm are constants having dimensions of distances related to the P-side and M-side electromagnetic coils, respectively. μrp and μrm are the relative magnetic permeability of the P-side and M-side electromagnet cores, respectively.

ここで、第2誤差と、第2誤差を除去するための補正信号を以下に示すように関係づける。上述したように、第2誤差を除去するための補正信号を生成するために、上述の式(3)を上述の式(3a)のように修正した。   Here, the second error and the correction signal for removing the second error are related as shown below. As described above, in order to generate a correction signal for removing the second error, the above equation (3) is corrected to the above equation (3a).

その結果、式(5)、(6)も以下の式(5a)、(6b)のように修正される。
isp = -v×sin(ωc×t-π/2)/(ωc×Lp)
= - B{(D-d) + lp/μrp}×sin(ωc×t-π/2)
ism = v×sin(ωc×t-π/2)/(ωc×Lm)
= B{(D+d) + lm/μrm}×sin(ωc×t-π/2) ・・・(5a)
As a result, the equations (5) and (6) are also corrected as the following equations (5a) and (6b).
isp = -v × sin (ωc × t-π / 2) / (ωc × Lp)
=-B {(Dd) + lp / μrp} × sin (ωc × t-π / 2)
ism = v × sin (ωc × t-π / 2) / (ωc × Lm)
= B {(D + d) + lm / μrm} × sin (ωc × t-π / 2) (5a)

Ip = ib + ic - B{(D-d) + lp/μrp}×sin(ωc×t-π/2)
Im = ib - ic + B{(D+d) + lm/μrm}×sin(ωc×t-π/2) ・・・(6b)
Ip = ib + ic-B {(Dd) + lp / μrp} × sin (ωc × t-π / 2)
Im = ib-ic + B {(D + d) + lm / [mu] rm} * sin ([omega] c * t- [pi] / 2) (6b)

よって、式(6b)から、以下の式(10)を導くことができる。
Ip + Im = 2×ib + △icpm + B{2d - lp/μrp + lm/μrm }×sin(ωc×t - π/2)
・・・(10)
式(7)と式(10)を比較すると、
[- Np(icp) + Nm(icm)] = (- lp/μrp + lm/μrm) ・・・(11)
となる。すなわち、第2誤差[- Np(icp) + Nm(icm)]が、(- lp/μrp + lm/μrm)に起因することが理解される。
Therefore, the following formula (10) can be derived from the formula (6b).
Ip + Im = 2 × ib + △ icpm + B {2d-lp / μrp + lm / μrm} × sin (ωc × t-π / 2)
... (10)
Comparing equation (7) and equation (10),
[-Np (icp) + Nm (icm)] = (-lp / μrp + lm / μrm) (11)
It becomes. That is, it is understood that the second error [−Np (icp) + Nm (icm)] is caused by (−lp / μrp + lm / μrm).

第2誤差を除去するためには、図9(b)に示す1/μrと電流の関係をより正確にとらえる必要がある。すなわち、1/μrと電流の関係を近似する必要がある。
ここで、図9(b)に示す1/μrと電流の関係を近似するために、1/μrを電流でべき級数展開する。具体的には、以下の式(12)のように、lp/μrp、lm/μrmを電流Ip,Imでべき級数展開する。
lp/μrp = a0p + a1p×Ip + a2p×Ip2 + a3p×Ip3+ …
lm/μrm = a0m + a1m×Im + a2m×Im2 + a3m×Im3 + … ・・・(12)
lp やlmも含めて展開したので、係数a0p, a1p, a2p, a3p,…, a0m, a1m, a2m, a3m,…は距離の次元を有している。調整では、主に、これらの係数a0p, a1p, a2p, a3p,…, a0m, a1m, a2m, a3m,…の最適化を行う。
In order to remove the second error, it is necessary to more accurately grasp the relationship between 1 / μr and current shown in FIG. That is, it is necessary to approximate the relationship between 1 / μr and current.
Here, in order to approximate the relationship between 1 / μr and current shown in FIG. 9B, 1 / μr is expanded to a power series. Specifically, as shown in the following equation (12), lp / μrp and lm / μrm are expanded in power series with currents Ip and Im.
lp / μrp = a0p + a1p × Ip + a2p × Ip 2 + a3p × Ip 3 +…
lm / μrm = a0m + a1m × Im + a2m × Im 2 + a3m × Im 3 + (12)
Since the expansion includes lp and lm, the coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,..., a0m, a1m, a2m, a3m,. In the adjustment, optimization of these coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,..., A0m, a1m, a2m, a3m,.

図8と図10と図11を用いて調整方法について詳細に説明をする。図8については通常制御時と同様の箇所は説明を省略する。調整は、出荷検査時にメーカで行ったり、真空ポンプ納品後にユーザが定期的に行ったりする。調整時の真空ポンプの配置は、通常制御時の配置、すなわち、真空ポンプを使用する時の配置に合わせてもよい。   The adjustment method will be described in detail with reference to FIG. 8, FIG. 10, and FIG. Description of the same parts as those in the normal control will be omitted in FIG. Adjustments are made by the manufacturer at the time of shipping inspection, or periodically by the user after delivery of the vacuum pump. The arrangement of the vacuum pump at the time of adjustment may be matched with the arrangement at the time of normal control, that is, the arrangement when using the vacuum pump.

調整は、粗調と後述する微調に分かれる。粗調を行った後、微調を行う。粗調では、上述の係数a0p, a1p, a2p, a3p,…, a0m, a1m, a2m, a3m,…の最適化、および、後述する係数Qの最適化を行う。微調では、後述する信号Ipから得られる補正信号、すなわち、P側補正信号と、後述する信号Imから得られる補正信号、すなわち、M側補正信号のゲインバランスを司る後述の全体ゲイン比rを最適化する。   Adjustment is divided into coarse adjustment and fine adjustment described later. After coarse adjustment, fine adjustment is performed. In coarse adjustment, the above-described coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,..., A0m, a1m, a2m, a3m,. In the fine adjustment, a correction signal obtained from a signal Ip described later, that is, a correction signal obtained from a P-side correction signal and a correction signal obtained from a signal Im described later, that is, an overall gain ratio r described later that controls the gain balance of the M-side correction signal is optimized. Turn into.

―粗調―
図10は、調整時における回転体ユニットRのシャフト5の位置を示している。ここでは、一例として、磁気軸受67の対向する電磁石451p、451mの軸について調整するときの様子が描かれている。図10(a)、(b)は、粗調の様子を示し、図10(c)は後述する微調の様子を示す。図10(a)〜(c)に描かれている可動境界600は、タッチダウンベアリング66a、66bによって決定されるものであり、シャフト5の可動境界となっている。すなわち、シャフト5は、可動境界600内を動くことができる。
―Coarse tone―
FIG. 10 shows the position of the shaft 5 of the rotating body unit R during adjustment. Here, as an example, a state in which the axes of the electromagnets 451p and 451m facing the magnetic bearing 67 are adjusted is depicted. 10A and 10B show the state of coarse adjustment, and FIG. 10C shows the state of fine adjustment described later. The movable boundary 600 illustrated in FIGS. 10A to 10C is determined by the touch-down bearings 66a and 66b and is the movable boundary of the shaft 5. That is, the shaft 5 can move in the movable boundary 600.

ここでは、まずP側の粗調について説明する。粗調では、図8に示すスイッチ418p、418mを開放して浮上制御を遮断する。その上で、図10(a)に示すように、タッチダウンベアリング66a、66bにシャフト5を吸引接触させることで、調整する側の電磁石であるP側の電磁石451p側の可動境界600までシャフト5を移動させる。この時、この吸引接触状態を維持するために、図8に示すバイアス電流設定部423からの指令により、吸引側の電磁石であるP側の電磁石451pの電磁石コイル455には直流の大電流が流れる。一方、対向側であるM側の電磁石451mの電流値は、図8に示すバイアス電流設定部423によってi_limit値に設定されている。ちなみに、図7に、浮上制御時の電流リミット回路408p、408mにおける電磁石コイル455に流れる電流の制御信号依存性を示したが、非浮上制御状態である粗調時は、上述の通り、P側、M側でバイアス電流値が異なるため、図7とは異なる。すなわち、粗調時には、バイアス電流設定部423からP側、M側、各々へ出力される異なる値の信号が素通しされるように、電流リミット回路408p、408mは作動する。   Here, the rough adjustment on the P side will be described first. In coarse adjustment, the switches 418p and 418m shown in FIG. Then, as shown in FIG. 10 (a), the shaft 5 is brought into contact with the touchdown bearings 66a and 66b so as to reach the movable boundary 600 on the P-side electromagnet 451p side which is the electromagnet on the adjustment side. Move. At this time, in order to maintain this attracting contact state, a large direct current flows through the electromagnet coil 455 of the P-side electromagnet 451p, which is the attracting-side electromagnet, according to a command from the bias current setting unit 423 shown in FIG. . On the other hand, the current value of the M-side electromagnet 451m which is the opposite side is set to the i_limit value by the bias current setting unit 423 shown in FIG. Incidentally, FIG. 7 shows the control signal dependency of the current flowing in the electromagnetic coil 455 in the current limit circuits 408p and 408m during the levitation control. As described above, during the rough adjustment in the non-levitation control state, the P side Since the bias current value is different on the M side, it is different from FIG. That is, at the time of coarse adjustment, the current limit circuits 408p and 408m operate so that signals of different values output from the bias current setting unit 423 to the P side and the M side are passed.

このように、吸引状態を維持することにより、回転体ユニットRを静止させておくことができる。すなわち、真の変位dを、時間的に変化させないようにすることができる。なお、この吸引状態は、後述する加振を施しても維持される。   Thus, the rotating body unit R can be kept stationary by maintaining the suction state. That is, the true displacement d can be prevented from changing with time. This suction state is maintained even if the vibration described later is applied.

上述の吸引接触状態で、図8に示す加振器417pは、調整する側のP側の電磁石451pに予め定めた周波数の信号を加算器422pにおいて加算印加して電流変動、すなわち、加振を施す。他方、M側の励磁アンプに作用する加振器417mは作動させずに、加算器422mは信号を素通しする。   In the above-described suction contact state, the exciter 417p shown in FIG. 8 applies a signal having a predetermined frequency to the P-side electromagnet 451p on the adjustment side in the adder 422p and applies current fluctuation, that is, excitation. Apply. On the other hand, the adder 422m passes the signal without operating the vibrator 417m acting on the M-side excitation amplifier.

励磁アンプ43から出力された信号Ip、Imは、通常制御時と同様に、ADコンバータ400、信号処理演算部409p、409mを通過して、補正処理演算部415に入力される。   The signals Ip and Im output from the excitation amplifier 43 pass through the AD converter 400 and the signal processing calculation units 409p and 409m and are input to the correction processing calculation unit 415, as in normal control.

一方、和信号Ip+Imも、通常制御時と同様に、バンドパスフィルタ405、ADコンバータ400、信号処理演算部406を通過して、補正処理演算部415に入力される。以下に詳述する。
和信号Ip+Imは、式(7)、すなわち、
Ip + Im = 2×ib + △icpm + B{2d - Np(icp) + Nm(icm)}×sin(ωc×t - π/2)
・・・(7)
で表される。
On the other hand, the sum signal Ip + Im also passes through the band-pass filter 405, the AD converter 400, and the signal processing calculation unit 406 and is input to the correction processing calculation unit 415, as in normal control. This will be described in detail below.
The sum signal Ip + Im is given by Equation (7), that is,
Ip + Im = 2 × ib + △ icpm + B {2d-Np (icp) + Nm (icm)} × sin (ωc × t-π / 2)
... (7)
It is represented by

和信号Ip+Imがバンドパスフィルタ405を通過すると、信号は、R(△icpm)+ B{2d - Np(icp) + Nm(icm)}となる。
さらに、ADコンバータ400と信号処理演算部406を通過することによって、第1誤差R(△icpm)が除去され、B{2d - Np(icp) + Nm(icm)} となる。すなわち、真の推定変位信号2Bdに第2誤差[- Np(icp) + Nm(icm)]が付加された信号となっている。
この信号が補正処理演算部415に入力される。
When the sum signal Ip + Im passes through the bandpass filter 405, the signal becomes R (Δicpm) + B {2d−Np (icp) + Nm (icm)}.
Further, by passing through the AD converter 400 and the signal processing operation unit 406, the first error R (Δicpm) is removed, and B {2d−Np (icp) + Nm (icm)}. That is, the second estimated error signal [−Np (icp) + Nm (icm)] is added to the true estimated displacement signal 2Bd.
This signal is input to the correction processing calculation unit 415.

以下、補正処理演算部415における最適化について以下に示す。
上述のように、和信号Ip+Imに起因する信号は、補正処理演算部415に入力される際には、真の推定変位信号2Bdに第2誤差[- Np(icp) + Nm(icm)]が付加された信号となっている。真の推定変位dは上述のように時間的に変化しないので、真の推定変位信号2Bdは直流成分しか持たない。よって、和信号Ip+Imに起因する信号のうち、交流成分は第2誤差[- Np(icp) + Nm(icm)]のみに起因するものであることが分かる。調整時の補正処理演算部415は、直流成分となる真の推定変位信号2Bdを除去し、交流成分である第2誤差[- Np(icp) + Nm(icm)]を抽出する。
Hereinafter, optimization in the correction processing calculation unit 415 will be described below.
As described above, when the signal resulting from the sum signal Ip + Im is input to the correction processing calculation unit 415, the second error [−Np (icp) + Nm (icm) is added to the true estimated displacement signal 2Bd. ] Is added. Since the true estimated displacement d does not change with time as described above, the true estimated displacement signal 2Bd has only a DC component. Therefore, it can be seen that the AC component of the signal caused by the sum signal Ip + Im is caused only by the second error [−Np (icp) + Nm (icm)]. The correction processing calculation unit 415 at the time of adjustment removes the true estimated displacement signal 2Bd that is a DC component and extracts a second error [−Np (icp) + Nm (icm)] that is an AC component.

調整では、補正処理演算部415で、和信号Ip+Imから得られる第2誤差と、信号Ip,Imによって生成された補正信号とを比較して最適化を行う。和信号Ip+Imは、補正処理演算部415に入力されるまでにバンドパスフィルタ405を通過することで減衰の影響を受ける。一方、信号Ip,Imは、その影響を受けない。よって、補正処理演算部415で、第2誤差と補正信号を比較するために、式(11)を以下の式(13)のように修正する。
[-Np(icp)+Nm(icm)] = Q(-lp/μrp+ lm/μrm) ・・・(13)
ここで、
Q = b/(1+Ts) ・・・(14)
である。
In the adjustment, the correction processing calculation unit 415 performs optimization by comparing the second error obtained from the sum signal Ip + Im with the correction signal generated by the signals Ip and Im. The sum signal Ip + Im is affected by attenuation by passing through the band-pass filter 405 before being input to the correction processing calculation unit 415. On the other hand, the signals Ip and Im are not affected. Therefore, in order to compare the second error and the correction signal, the correction processing calculation unit 415 modifies Expression (11) as Expression (13) below.
[-Np (icp) + Nm (icm)] = Q (-lp / μrp + lm / μrm) (13)
here,
Q = b / (1 + Ts) (14)
It is.

関数Qは、バンドパスフィルタ405を通過したときの減衰の影響を補正するためのローパスフィルタの伝達関数である。bは全体ゲインと呼ばれ、粗調の時には変数であるが、後述する微調の時や通常制御時は粗調によって定められた値の定数である。Tは、ロー
パスフィルタの時定数で、粗調の時には変数であるが、微調の時や通常制御時は粗調によって定められた値の定数である。また、sはラプラス変換の複素変数であり、jを虚数、印加する信号の周波数をfとするとき、s=jx2πxfである。また、伝達関数Qは通常デジタルフィルタとして組み込まれるため、式(14)の構成で陽に表現されることはないが、係数を求める調整時のみに陽に表現される。
The function Q is a transfer function of a low-pass filter for correcting the influence of attenuation when passing through the band-pass filter 405. b is called an overall gain, and is a variable at the time of coarse adjustment, but is a constant of a value determined by the coarse adjustment at the time of fine adjustment described later or during normal control. T is a time constant of the low-pass filter, which is a variable during coarse adjustment, but is a constant determined by coarse adjustment during fine adjustment or normal control. Further, s is a complex variable of Laplace transform, and s = jx2πxf where j is an imaginary number and the frequency of the applied signal is f. In addition, since the transfer function Q is usually incorporated as a digital filter, it is not explicitly expressed in the configuration of Expression (14), but is expressed explicitly only during adjustment for obtaining the coefficient.

式(13)に、式(14)を代入すると、以下の式(15)となる。
[-Np(icp)+Nm(icm)] = {b/(1+Ts)}×(-lp/μrp+ lm/μrm) ・・・(15)
Substituting equation (14) into equation (13) yields the following equation (15).
[-Np (icp) + Nm (icm)] = {b / (1 + Ts)} × (-lp / μrp + lm / μrm) (15)

一方、信号Ip,Imは、式(12)、すなわち、
lp/μrp = a0p + a1p×Ip + a2p×Ip2 + a3p×Ip3+ …
lm/μrm = a0m + a1m×Im + a2m×Im2 + a3m×Im3 + … ・・・(12)
に示すように、lp/μrpやlm/μrmと関係がある。
On the other hand, the signals Ip and Im are expressed by Equation (12), that is,
lp / μrp = a0p + a1p × Ip + a2p × Ip 2 + a3p × Ip 3 +…
lm / μrm = a0m + a1m × Im + a2m × Im 2 + a3m × Im 3 + (12)
As shown in FIG. 4, it is related to lp / μrp and lm / μrm.

式(15)に式(12)を代入すると、以下の式(16)となる。
[-Np(icp) + Nm(icm)] = {b/(1+Ts)}×{-( a0p + a1p×Ip + a2p×Ip2 + a3p×Ip3 + …)+( a0m + a1m×Im + a2m×Im2 + a3m×Im3 + …)} ・・・(16)
Substituting equation (12) into equation (15) yields equation (16) below.
[-Np (icp) + Nm (icm)] = {b / (1 + Ts)} × {-(a0p + a1p × Ip + a2p × Ip 2 + a3p × Ip 3 +…) + (a0m + a1m × im + a2m × im 2 + a3m × im 3 + ...)} ··· (16)

図11は、調整時の補正処理演算部415の動作を示している。以下では、まず、図11を用いて、P側の粗調時の補正処理演算部415の動作について説明する。図11に示すように、補正処理演算部415は、信号変換部801、802と、ゲイン調節部803、804と、差分器805と、補正部806と、ハイパスフィルタ演算器807と、差分器808と、演算部809とを備えている。   FIG. 11 shows the operation of the correction processing calculation unit 415 during adjustment. In the following, first, the operation of the correction processing calculation unit 415 during coarse adjustment on the P side will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, the correction processing calculation unit 415 includes signal conversion units 801 and 802, gain adjustment units 803 and 804, a difference unit 805, a correction unit 806, a high-pass filter calculation unit 807, and a difference unit 808. And a calculation unit 809.

信号Ipは信号変換部801に入力され、信号変換部801に記憶されている上述の式(12)またはその簡易式によって信号Ipが信号lp/μrpに変換されて出力される。信号lp/μrpはゲイン調節部803に入力されるが、粗調の時にはゲイン調節部803は作動せず、信号lp/μrpがそのまま出力される。後述するが、これは全体ゲイン比rがゼロに設定されていることを意味する。なお、本明細書では、信号lp/μrpのことをP側補正信号とも呼ぶ。   The signal Ip is input to the signal conversion unit 801, and the signal Ip is converted into the signal lp / μrp by the above equation (12) stored in the signal conversion unit 801 or a simplified equation thereof and output. The signal lp / μrp is input to the gain adjustment unit 803, but the gain adjustment unit 803 does not operate during coarse adjustment, and the signal lp / μrp is output as it is. As will be described later, this means that the overall gain ratio r is set to zero. In this specification, the signal lp / μrp is also referred to as a P-side correction signal.

信号Imは信号変換部802に入力され、信号変換部802に記憶されている上述の式(12)またはその簡易式によって信号ImがM側補正信号lm/μrmに変換されて出力される。信号lm/μrmはゲイン調節部804に入力されるが、粗調の時にはゲイン調節部804は作動せず、信号lm/μrmがそのまま出力される。後述するが、これは全体ゲイン比rがゼロに設定されていることを意味する。なお、本明細書では、信号lm/μrmのことをM側補正信号とも呼ぶ。   The signal Im is input to the signal conversion unit 802, and the signal Im is converted into an M-side correction signal lm / μrm by the above-described equation (12) stored in the signal conversion unit 802 or a simplified equation thereof, and is output. The signal lm / μrm is input to the gain adjustment unit 804, but the gain adjustment unit 804 does not operate during coarse adjustment, and the signal lm / μrm is output as it is. As will be described later, this means that the overall gain ratio r is set to zero. In this specification, the signal lm / μrm is also called an M-side correction signal.

信号lp/μrpと信号lm/μrmはそれぞれ差分器805に入力され、差分器805において信号lm/μrmから信号lp/μrpが減算され、その結果である信号(-lp/μrp + lm/μrm)が出力される。   The signal lp / μrp and the signal lm / μrm are respectively input to the differencer 805, and the differencer 805 subtracts the signal lp / μrp from the signal lm / μrm, and the resulting signal (−lp / μrp + lm / μrm) Is output.

信号(-lp/μrp + lm/μrm)は補正部806に入力され、補正部806に記憶されているローパスフィルタ伝達関数Q、すなわち、伝達関数{b/(1+Ts)}に相当するデジタルフィルタ演算にて補正され、その結果である補正信号Q(-lp/μrp + lm/μrm)が出力される。さらに、補正信号Q(-lp/μrp + lm/μrm)のうち、直流あるいはきわめて低い周波数(例えば10Hz以下)成分をハイパスフィルタ演算器807に通過させることで除去して、差分器808に入力される。   The signal (−lp / μrp + lm / μrm) is input to the correction unit 806, and the low-pass filter transfer function Q stored in the correction unit 806, that is, the digital corresponding to the transfer function {b / (1 + Ts)} A correction signal Q (−lp / μrp + lm / μrm) is output as a result of correction by the filter operation. Furthermore, the correction signal Q (−lp / μrp + lm / μrm) is removed by passing a direct current or extremely low frequency (for example, 10 Hz or less) component through the high-pass filter calculator 807 and is input to the differencer 808. The

一方、和信号Ip+Imに起因する信号は演算部809に入力され、演算部809において
直流成分である真の推定変位信号2Bdが取り除かれ、上述した式(15)の左辺に示す第2誤差である[- Np(icp) + Nm(icm)]のみが出力される。第2誤差[- Np(icp) + Nm(icm)]は、差分器808に入力される。
On the other hand, the signal resulting from the sum signal Ip + Im is input to the calculation unit 809, where the true estimated displacement signal 2Bd, which is a DC component, is removed by the calculation unit 809, and the second error shown on the left side of the above equation (15). Only [-Np (icp) + Nm (icm)] is output. The second error [−Np (icp) + Nm (icm)] is input to the differentiator 808.

差分器808において、式(13)に示す左辺から右辺が減算される。すなわち、左辺の第2誤差[- Np(icp) + Nm(icm)]から、右辺の補正信号Q(-lp/μrp + lm/μrm)が減算される。   In the differentiator 808, the right side is subtracted from the left side shown in Expression (13). That is, the correction signal Q (−lp / μrp + lm / μrm) on the right side is subtracted from the second error [−Np (icp) + Nm (icm)] on the left side.

上述したように、ここでは、P側の粗調、すなわち、P側の係数である係数a0p, a1p, a2p, a3p,…の調整、すなわち、P側係数調整を行う。P側の粗調の場合、Ipがibの数倍もの大電流である一方、Imはi_limitであり小電流であるため、式(16)に示す( a0m +
a1m×Im + a2m×Im2 + …)の影響は小さい。そのため、係数 a0m, a1m, a2m, a3m,…には初期値として、例えば、ゼロを入れ固定しておき、先に係数a0p, a1p, a2p, a3p,…に対する最適化計算、すなわち、例えば、最小二乗法による最適化処理を行うことができる。
As described above, here, the coarse adjustment on the P side, that is, the adjustment of the coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,..., Which are the P side coefficients, that is, the P side coefficient adjustment is performed. In the case of coarse adjustment on the P side, Ip is a large current several times as large as ib, while Im is i_limit and is a small current. Therefore, (a0m +
a1m × Im + a2m × Im 2 +…) is small. For this reason, the coefficients a0m, a1m, a2m, a3m,... Are initially fixed as, for example, zero, and the optimization calculation for the coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,. Optimization processing by the square method can be performed.

具体的には、吸引状態が維持可能な範囲で図8のバイアス電流設定部423からいろいろな大きさのバイアス電流ibを設定する。さらに、図8の加振器417pからいろいろな大きさに変化させながら加振信号を印加して図11のIpへ入力し、図11に示す信号変換部801に記憶されている式(12)の係数a0p, a1p, a2p, a3p,…を最小二乗法で演算、算出する。上述の図11に示す演算を繰り返して、上述の減算結果が予め定めた所定の許容レベルまで低減する最適な係数a0p, a1p, a2p, a3p,…を求める。最適化された係数a0p, a1p, a2p, a3p,…は信号変換部801に記憶される。   Specifically, bias currents ib of various magnitudes are set from the bias current setting unit 423 in FIG. Further, an excitation signal is applied from the vibrator 417p of FIG. 8 while changing in various sizes, and is input to Ip of FIG. 11, and is stored in the signal conversion unit 801 shown in FIG. 11 (12) The coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,. The above-described calculation shown in FIG. 11 is repeated to obtain optimum coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,... For reducing the subtraction result to a predetermined predetermined allowable level. The optimized coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,... Are stored in the signal conversion unit 801.

P側の粗調が終了したら、図10(b)に示すように、対向側であるM側の電磁石451mが回転体ユニットRのシャフト5を吸引することで、シャフト5を電磁石451m側の可動境界600まで移動させる。そして、図8に示す加振器417mを作動させて加振させる。その際、加振器417pは作動させない。その上でM側の粗調、すなわち、M側の係数である係数a0m, a1m, a2m, a3m,…の調整、すなわち、M側係数調整を行う。   When the coarse adjustment on the P side is completed, as shown in FIG. 10B, the M-side electromagnet 451m on the opposite side attracts the shaft 5 of the rotating body unit R, so that the shaft 5 can be moved to the electromagnet 451m side. Move to boundary 600. Then, the vibrator 417m shown in FIG. At that time, the vibrator 417p is not operated. After that, the coarse adjustment on the M side, that is, the adjustment of the coefficients a0m, a1m, a2m, a3m,.

M側での粗調でも同様に、吸引状態が維持可能な範囲で図8のバイアス電流設定部423からいろいろな大きさのバイアス電流ibを設定する。さらに、図8の加振器417mからいろいろな大きさに変化させながら加振信号を印加して図11のImへ入力し、図11に示す信号変換部802に記憶されている式(12)の係数 a0m, a1m, a2m, a3m,…を最小二乗法で演算、算出する。上述の図11に示す演算を繰り返して、差分器808の減算結果が予め定めた所定の許容レベルまで低減する最適な係数 a0m, a1m, a2m, a3m,…を求める。最適化された係数 a0m, a1m, a2m, a3m,…は信号変換部802に記憶される。なお、言うまでもないが、M側の粗調の時、信号演算部801にはP側の粗調で最適化された係数a0p, a1p, a2p, a3p,…が記憶されている。   Similarly, in the coarse adjustment on the M side, the bias current ib of various magnitudes is set from the bias current setting unit 423 in FIG. 8 within a range in which the suction state can be maintained. Further, an excitation signal is applied from the vibrator 417m shown in FIG. 8 while being changed in various sizes, and is input to Im shown in FIG. 11, and the equation (12) stored in the signal conversion unit 802 shown in FIG. The coefficients a0m, a1m, a2m, a3m, etc. are calculated and calculated by the method of least squares. The above-described calculation shown in FIG. 11 is repeated to obtain optimum coefficients a0m, a1m, a2m, a3m,... For reducing the subtraction result of the differentiator 808 to a predetermined allowable level. The optimized coefficients a0m, a1m, a2m, a3m,... Are stored in the signal conversion unit 802. Needless to say, the coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,... Optimized in the coarse adjustment on the P side are stored in the signal calculation unit 801 during the coarse adjustment on the M side.

P側およびM側の粗調によって、係数a0p, a1p, a2p, a3p,…, a0m, a1m, a2m, a3m,…が最適化されたら、差分器808の減算結果がさらに小さくなるように、補正部806に記憶されているローパスフィルタの伝達関数Q、すなわち、全体ゲインb、および、ローパスフィルタの時定数Tを最適化し、その値を新たに記憶し直す。このとき、ゲイン調節部803、804にも、最適化された全体ゲインbが記憶される。   When the coefficients a0p, a1p, a2p, a3p, ..., a0m, a1m, a2m, a3m, ... are optimized by the coarse adjustment on the P side and M side, the subtraction result of the differencer 808 is further reduced. The transfer function Q of the low-pass filter stored in the unit 806, that is, the overall gain b and the time constant T of the low-pass filter are optimized, and the values are newly stored. At this time, the optimized overall gain b is also stored in the gain adjusters 803 and 804.

以上に示した粗調は、P側の電磁石451pから行ったが、M側の電磁石451mから行ってもよい。同様の操作を複数回繰り返す過程で許容レベルを下げることで、さらなる調整をすることが可能となる。また、図9(b)に示すように、励磁電流Iによって比透磁率の逆数量は変化する。そのため、粗調する際のバイアス電流はより多く設けたほうが
良い。様々なバイアス電流設定値にて最適化された係数を補正処理演算部415の各部に記憶させておくことで、通常制御時に印加する様々なバイアス電流に対処しやすくなり、第2誤差が低減されやすくなる。
The coarse adjustment shown above is performed from the P-side electromagnet 451p, but may be performed from the M-side electromagnet 451m. Further adjustments can be made by lowering the allowable level in the process of repeating the same operation a plurality of times. Further, as shown in FIG. 9B, the inverse quantity of the relative permeability changes depending on the excitation current I. Therefore, it is better to provide a larger bias current for coarse adjustment. By storing coefficients optimized with various bias current setting values in each part of the correction processing calculation unit 415, it becomes easier to deal with various bias currents applied during normal control, and the second error is reduced. It becomes easy.

磁気軸受67の対向する電磁石451p、電磁石451mの粗調が終了したら、同様に磁気軸受67の対向する電磁石452p、452mや、他の磁気軸受68、69の電磁石45でも粗調を行う。ただし、磁気軸受69に関しては、シャフト5の代わりにロータディスク55を移動させて同様に調整する。   When the coarse adjustment of the opposing electromagnets 451p and 451m of the magnetic bearing 67 is completed, the coarse adjustment is similarly performed on the opposing electromagnets 452p and 452m of the magnetic bearing 67 and the electromagnets 45 of the other magnetic bearings 68 and 69. However, the magnetic bearing 69 is similarly adjusted by moving the rotor disk 55 instead of the shaft 5.

―微調―
以下では、粗調の後に行う微調について説明する。各係数が上述の粗調で得られた後に、図8で示すスイッチ418p、418mをオンにして浮上制御へ切り替えて、図10(c)に示すように、シャフト5を含む回転体ユニットRを所定位置へ浮上させた状態で、図8に示す加振器417p、417mを用いて、P側およびM側へ同符号の予め定めた周波数の信号を加算重畳する。この場合、P側に引き付けようとする吸引力とM側に引き付けようとする吸引力とが等しく釣り合うので、加算重畳した調整用の信号成分は小さい。
―Fine adjustment―
Hereinafter, the fine adjustment performed after the rough adjustment will be described. After each coefficient is obtained in the above-described coarse adjustment, the switches 418p and 418m shown in FIG. 8 are turned on to switch to the levitation control, and as shown in FIG. 10C, the rotating body unit R including the shaft 5 is changed. In the state where it is levitated to a predetermined position, signals of a predetermined frequency with the same sign are added and superimposed on the P side and M side using the vibrators 417p and 417m shown in FIG. In this case, since the attractive force to be attracted to the P side and the attractive force to be attracted to the M side are equally balanced, the signal component for adjustment superimposed and added is small.

しかし、P側、M側のゲインバランスをさらに調整するために、後述する全体ゲイン比rを微調によって最適化する。なお、全体ゲイン比rは微調の時には変数であるが、粗調の時にはゼロに設定されており、通常制御時は微調によって定められた値の定数に設定されている。   However, in order to further adjust the gain balance on the P side and M side, the overall gain ratio r described later is optimized by fine adjustment. The overall gain ratio r is a variable during fine adjustment, but is set to zero during coarse adjustment, and is set to a constant value determined by fine adjustment during normal control.

図11を用いて、微調について具体的に説明する。粗調と同様の箇所は説明を省略する。微調時には、信号ゲイン調節部803において信号lp/μrpに係数(1+r/b)が乗算され、信号ゲイン調節部804において信号lm/μrmに係数(1-r/b)が乗算されることが大きな違いである。厳密には、粗調でも上述の係数は乗算されていたが、全体ゲイン比rがゼロに設定されていたため、素通しとなっていた。その結果、差分器808に入力される補正信号は、Q{-(1+r/b)×lp/μrp + (1-r/b)×lm/μrm}の交流成分となる。なお、ゲイン調節部803、804には全体ゲイン比rだけでなく全体ゲインbも記憶されているが、上述のように粗調によって最適化された全体ゲインbが記憶されている。   The fine adjustment will be specifically described with reference to FIG. A description of the same parts as the coarse adjustment is omitted. During fine adjustment, the signal gain adjustment unit 803 multiplies the signal lp / μrp by the coefficient (1 + r / b), and the signal gain adjustment unit 804 multiplies the signal lm / μrm by the coefficient (1-r / b). Is a big difference. Strictly speaking, although the above-described coefficient was multiplied even in the rough gradation, the overall gain ratio r was set to zero, so that it was easy to understand. As a result, the correction signal input to the differentiator 808 is an AC component of Q {− (1 + r / b) × lp / μrp + (1−r / b) × lm / μrm}. The gain adjusters 803 and 804 store not only the overall gain ratio r but also the overall gain b, but the overall gain b optimized by coarse adjustment as described above is stored.

そのため、上述したように、式(16)を以下に示す式(17)に修正して用いる。
[-Np(icp) + Nm(icm)] = {b/(1+Ts)}×{-(1+r/b)×( a0p + a1p×Ip + a2p×Ip2 + a3p×Ip3 + …)+ (1-r/b)×( a0m + a1m×Im + a2m×Im2 + a3m×Im3 + …)} ・・・(17)
Therefore, as described above, equation (16) is modified into equation (17) shown below and used.
[-Np (icp) + Nm (icm)] = {b / (1 + Ts)} × {-(1 + r / b) × (a0p + a1p × Ip + a2p × Ip 2 + a3p × Ip 3 + …) + (1-r / b) × (a0m + a1m × Im + a2m × Im 2 + a3m × Im 3 +…)} (17)

差分器808では、以上の式(17)に示す左辺から右辺が減算される。すなわち、左辺の第2誤差[- Np(icp) + Nm(icm)]から、右辺の補正信号Q{-(1+r/b)×lp/μrp + (1-r/b)×lm/μrm}の交流成分が減算される。その減算結果が予め定めた所定の許容レベルまで低減するように、すなわち、加振のために印加した信号の周波数成分の振幅値が所定レベル以下になるように、ゲイン調節部803、804に記憶された全体ゲイン比rのみを変化させて、差分器808の減算結果が許容レベル以下になるような最適な全体ゲイン比rを求める。   In the differentiator 808, the right side is subtracted from the left side shown in the above equation (17). That is, from the second error [−Np (icp) + Nm (icm)] on the left side, the correction signal Q {− (1 + r / b) × lp / μrp + (1-r / b) × lm / on the right side μrm} AC component is subtracted. Stored in gain adjusting sections 803 and 804 so that the subtraction result is reduced to a predetermined predetermined allowable level, that is, the amplitude value of the frequency component of the signal applied for excitation is equal to or lower than the predetermined level. By changing only the overall gain ratio r, the optimum overall gain ratio r is obtained so that the subtraction result of the differentiator 808 is below the allowable level.

すなわち、粗調の時は、信号変換部801に記憶されている係数a0p + a1p×Ip + a2p×Ip2+ …、信号変換部802に記憶されている係数a0m + a1m×Im + a2m×Im2 + …、補正部806に記憶されているローパスフィルタの伝達関数Qの係数(全体ゲインb、時定数T)を変化させることでそれらの係数を最適化したが、微調の時は、ゲイン調節部803、804に記憶されている全体ゲイン比rを変化させることで調整を行う。 That is, at the time of coarse adjustment, the coefficient a0p + a1p × Ip + a2p × Ip 2 +... Stored in the signal conversion unit 801 and the coefficient a0m + a1m × Im + a2m × Im stored in the signal conversion unit 802. 2 +... The coefficients of the low-pass filter transfer function Q (overall gain b, time constant T) stored in the correction unit 806 are optimized to change the gain. Adjustment is performed by changing the overall gain ratio r stored in the sections 803 and 804.

微調での最適化を行う際、全体ゲイン比rは、全体ゲイン±bの範囲内で変化させる。全体ゲイン比rが最適化されたら、その最適値がゲイン調節部803、804にそれぞれ記憶される。   When performing the fine adjustment, the overall gain ratio r is changed within the range of the overall gain ± b. When the overall gain ratio r is optimized, the optimum values are stored in the gain adjusters 803 and 804, respectively.

磁気軸受67の対向する電磁石451p、451mの微調が終了した後は、磁気軸受67の対向する電磁石452p、452mや、磁気軸受68、69の電磁石45においても同様に微調を行う。また、粗調の時と同様に、全体ゲイン比rの精度向上のために複数回行うことが好ましい。さらに、様々なバイアス電流で微調を行ったほうが、通常制御時の様々なバイアス電流下における第2誤差の除去に的確に対処できる。   After the fine adjustment of the opposing electromagnets 451p and 451m of the magnetic bearing 67 is completed, the fine adjustment is similarly performed on the opposing electromagnets 452p and 452m of the magnetic bearing 67 and the electromagnets 45 of the magnetic bearings 68 and 69. Further, as in the case of the coarse adjustment, it is preferable to carry out a plurality of times in order to improve the accuracy of the overall gain ratio r. Further, fine adjustment with various bias currents can accurately cope with the removal of the second error under various bias currents during normal control.

上述のように、補正処理演算部415は、各軸において最適化された係数a0p, a1p, a2p, a3p,…, a0m, a1m, a2m, a3m,…、ローパスフィルタの伝達関数Qの係数(全体ゲインb、時定数T)、全体ゲイン比rの値を記憶する。そして、後述するように、補正処理演算部415は、記憶した各軸の係数a0p, a1p, a2p, a3p,…, a0m, a1m, a2m, a3m,…、ローパスフィルタの伝達関数Qの係数(全体ゲインb、時定数T)、全体ゲイン比rを用いて、通常制御時に第2誤差が除去された真の推定変位信号2Bdを生成し、出力する(図12参照)。   As described above, the correction processing calculation unit 415 performs coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,..., A0m, a1m, a2m, a3m,. The values of gain b, time constant T) and overall gain ratio r are stored. Then, as will be described later, the correction processing calculation unit 415 stores the coefficients a0p, a1p, a2p, a3p,..., A0m, a1m, a2m, a3m,. Using the gain b, time constant T), and overall gain ratio r, a true estimated displacement signal 2Bd from which the second error has been removed during normal control is generated and output (see FIG. 12).

―調整の具体例―
以上のとおり、調整について述べたが、以下では、調整時の具体的な一例を示す。
式(12)の簡単な例として、以下の式(12a)を用いる。
lp/μrp = a0p + a1p×Ip + a2p×Ip2
lm/μrm = a0m + a1m×Im + a2m×Im2 ・・・(12a)
さらに、
Q = b/(1+Ts) ・・・(14)
を用いる。
―Specific examples of adjustment―
As described above, adjustment has been described, but a specific example at the time of adjustment will be described below.
As a simple example of the expression (12), the following expression (12a) is used.
lp / μrp = a0p + a1p × Ip + a2p × Ip 2
lm / μrm = a0m + a1m × Im + a2m × Im 2 (12a)
further,
Q = b / (1 + Ts) (14)
Is used.

すると、式(16)より、
補正信号 = {b/(1+Ts)}×{- ( a0p + a1p×Ip + a2p×Ip2)+ ( a0m + a1m×Im + a2m×Im2)} ・・・(18)
となる。この式(18)に示されたa0p, a1p, a2p, a0m, a1m, a2m, b, T に適当な初期値を与えて、調整を開始する。
Then, from equation (16),
Correction signal = {b / (1 + Ts)} × {-(a0p + a1p × Ip + a2p × Ip 2 ) + (a0m + a1m × Im + a2m × Im 2 )} (18)
It becomes. Appropriate initial values are given to a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, a2m, b, and T shown in the equation (18) to start adjustment.

図8に示すスイッチ418p、418mをオフにすることで浮上制御を遮断する。さらに、P側にバイアス電流の例えば4倍の直流電流を流して、図10(a)に示すように、P側に回転体ユニットRのシャフト5を吸引する。図8に示す加振器417pを用いて、初期の加振信号である100Hzの加振信号をP側の電磁石45へ印加する。この時、M側の電磁石コイルに流れる電流はi_limitである。この状態で、復調信号から調整時に直流成分のみとなる真の推定変位信号2Bdを除いて抽出された第2誤差から、以上の式(18)で演算される補正信号をハイパスフィルタ演算器807を通過させて抽出した交流成分を減算したデータ、すなわち、第2誤差と補正信号の差のまとまりで最小二乗法などを適用して、a0p, a1p, a2pを算出する。   The levitation control is interrupted by turning off the switches 418p and 418m shown in FIG. Further, a DC current, for example, four times the bias current is supplied to the P side, and the shaft 5 of the rotating body unit R is attracted to the P side as shown in FIG. An excitation signal of 100 Hz, which is an initial excitation signal, is applied to the electromagnet 45 on the P side using the vibrator 417p shown in FIG. At this time, the current flowing through the M-side electromagnet coil is i_limit. In this state, the correction signal calculated by the above equation (18) from the second error extracted by excluding the true estimated displacement signal 2Bd that becomes only the DC component at the time of adjustment from the demodulated signal is converted to the high-pass filter calculator 807. A0p, a1p, and a2p are calculated by applying a least square method or the like on the data obtained by subtracting the AC component extracted by passing, that is, the difference between the second error and the correction signal.

同様に、図10(b)に示すように、M側へ回転体ユニットRのシャフト5を移動し吸引させて、a0m, a1m, a2mを算出する。個別の磁気軸受装置によるが、必要な場合は、a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, a2mの精度を向上させるために、吸引状態が維持可能な範囲でいろいろなバイアス電流値に設定した上で、様々な振幅値の加振信号に変えながら上記調整操作を複数回繰り返す。   Similarly, as shown in FIG. 10B, the shaft 5 of the rotator unit R is moved to the M side and sucked to calculate a0m, a1m, and a2m. Depending on the individual magnetic bearing device, if necessary, in order to improve the accuracy of a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, a2m, various bias current values are set within the range where the attraction state can be maintained. The above adjustment operation is repeated a plurality of times while changing to excitation signals having various amplitude values.

次に、加振信号の周波数を増やして、例えば200Hzで、上記調整を繰り返す。これ
を1000Hzまで順次周波数を増やした条件で係数a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, a2mを求める。それぞれの加振周波数において係数a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, a2mが得られるが、これらが極力一致するように、様々な全体ゲインbおよび時定数Tで上記の最適化計算を行う。すなわち、これによって全体ゲインbおよび時定数Tの最適化計算も行っていることになる。最適化計算後、係数a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, a2m、および、全体ゲインbおよび時定数Tを固定する。
Next, the frequency of the excitation signal is increased and the above adjustment is repeated at, for example, 200 Hz. Coefficients a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, and a2m are obtained under the condition that the frequency is sequentially increased to 1000 Hz. Coefficients a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, and a2m are obtained at the respective excitation frequencies. The above optimization calculation is performed with various overall gains b and time constants T so that they match as much as possible. That is, the optimization calculation of the overall gain b and the time constant T is also performed. After the optimization calculation, the coefficients a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, a2m, the overall gain b, and the time constant T are fixed.

粗調で最適化した係数a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, a2mを与えたうえで、微調を行う。図8に示すスイッチ418p、418mをオンにして回転体ユニットRを浮上させて、さらに、回転体ユニットRを静止浮上状態にして、P側、M側の両方に位相を合わせた加振信号を加振器417p、417mを用いて印加する。以下の式(19)に示す補正信号によって減算された後の信号に含まれる加振信号周波数成分が許容レベル以下になるように、式(19)に示す補正信号の全体ゲイン値比rを最適化する。
補正信号 = {b/(1+Ts)}×{-(1+r/b)×(a0p + a1p×Ip + a2p×Ip2) + (1-r/b)×(a0m + a1m×Im + a2m×Im2)} ・・・(19)
例えば、全体ゲインbの±20%の範囲で全体ゲイン値比rを調節する。
Fine adjustment is performed after giving coefficients a0p, a1p, a2p, a0m, a1m, and a2m optimized by coarse adjustment. The switches 418p and 418m shown in FIG. 8 are turned on to float the rotator unit R, and the rotator unit R is brought to a static levitation state, and an excitation signal whose phase is matched to both the P side and the M side is sent. Application is performed using the vibrators 417p and 417m. The overall gain value ratio r of the correction signal shown in the equation (19) is optimized so that the excitation signal frequency component included in the signal after subtraction by the correction signal shown in the following equation (19) is below the allowable level. Turn into.
Correction signal = (b / (1 + Ts)} × {-(1 + r / b) × (a0p + a1p × Ip + a2p × Ip 2 ) + (1-r / b) × (a0m + a1m × Im + a2m × Im 2)} ··· (19)
For example, the overall gain value ratio r is adjusted within a range of ± 20% of the overall gain b.

<補正信号による第2誤差の除去>
図12は、通常制御時の補正処理演算部415の動作を示している。図12を用いて、図8に示した補正処理演算部415の通常制御時の動作について説明する。補正処理演算部415の通常制御時の動作は、上述の調整によって最適化された各パラメータと信号Ip,Imを用いて第2誤差を除去するための補正信号を生成し、信号Ip+Imから得られる変位信号からその補正信号を減算することで第2誤差を除去し、真の推定変位信号2Bdを出力することである。以下、詳述する。
<Removal of second error by correction signal>
FIG. 12 shows the operation of the correction processing calculation unit 415 during normal control. The operation during normal control of the correction processing calculation unit 415 shown in FIG. 8 will be described with reference to FIG. The operation during normal control of the correction processing calculation unit 415 generates a correction signal for removing the second error using each parameter optimized by the above-described adjustment and the signals Ip and Im, and generates the correction signal from the signal Ip + Im. By subtracting the correction signal from the obtained displacement signal, the second error is removed and a true estimated displacement signal 2Bd is output. Details will be described below.

補正処理演算部415は、図12に示すように、信号変換部801、802と、ゲイン調節部803、804と、差分器805と、補正部806と、ハイパスフィルタ演算器807と、差分器808と、演算部809が備えられている。ただし、演算部809は通常制御時は作動しないため、図示していない。   As shown in FIG. 12, the correction processing calculation unit 415 includes signal conversion units 801 and 802, gain adjustment units 803 and 804, a difference unit 805, a correction unit 806, a high-pass filter calculation unit 807, and a difference unit 808. And a calculation unit 809. However, the calculation unit 809 is not illustrated because it does not operate during normal control.

信号Ipは信号変換部801に入力され、信号変換部801に記憶されている上述の式(12)またはその簡易式によって信号Ipが信号lp/μrpに変換されて出力される。信号lp/μrpはゲイン調節部803に入力され、ゲイン調節部803に記憶されている係数(1+r/b)が乗算されて出力され、信号(1+r/b)×lp/μrpが出力される。   The signal Ip is input to the signal conversion unit 801, and the signal Ip is converted into the signal lp / μrp by the above equation (12) stored in the signal conversion unit 801 or a simplified equation thereof and output. The signal lp / μrp is input to the gain adjustment unit 803, multiplied by the coefficient (1 + r / b) stored in the gain adjustment unit 803, and output as a signal (1 + r / b) × lp / μrp. Is output.

信号Imは信号変換部802に入力され、信号変換部802に記憶されている上述の式(12)またはその簡易式によって信号Imが信号lm/μrmに変換されて出力される。信号lm/μrmはゲイン調節部804に入力され、ゲイン調節部804に記憶されている係数(1-r/b)が乗算されて出力され、信号(1-r/b)×lm/μrmが出力される。   The signal Im is input to the signal conversion unit 802, and the signal Im is converted into the signal lm / μrm by the above-described equation (12) stored in the signal conversion unit 802 or a simplified equation thereof, and is output. The signal lm / μrm is input to the gain adjustment unit 804, multiplied by the coefficient (1-r / b) stored in the gain adjustment unit 804 and output, and the signal (1-r / b) × lm / μrm is Is output.

信号(1+r/b)×lp/μrpと信号(1-r/b)×lm/μrmはそれぞれ差分器805に入力され、差分器805において信号(1-r/b)×lm/μrmから信号(1+r/b)×lp/μrpが減算され、その結果である信号{-(1+r/b)×lp/μrp + (1-r/b)×lm/μrm}が出力される。   The signal (1 + r / b) × lp / μrp and the signal (1-r / b) × lm / μrm are respectively input to the differentiator 805, and the differencer 805 outputs the signal (1-r / b) × lm / μrm. The signal (1 + r / b) x lp / μrp is subtracted from the resulting signal {-(1 + r / b) x lp / μrp + (1-r / b) x lm / μrm} Is done.

信号{-(1+r/b)×lp/μrp + (1-r/b)×lm/μrm}は補正部806に入力され、補正部806記憶されているローパスフィルタの伝達関数Q、すなわち、伝達関数{b/(1+Ts)}に相当するデジタルフィルタ演算にて補正され、その結果である補正信号Q{-(1+r/b)×lp/μrp + (1-r/b)×lm/μrm}が出力される。補正信号Q{-(1+r/b)×lp/μrp + (1-r/b)×lm/μrm}は、ハイパスフィルタ演算器807を通過して交流成分が抽出されて差分器808に入力される。   The signal {− (1 + r / b) × lp / μrp + (1-r / b) × lm / μrm} is input to the correction unit 806 and stored in the correction unit 806, that is, the transfer function Q of the low-pass filter, that is, , Corrected by a digital filter operation corresponding to the transfer function {b / (1 + Ts)}, and the resulting correction signal Q {-(1 + r / b) × lp / μrp + (1-r / b ) × lm / μrm} is output. The correction signal Q {− (1 + r / b) × lp / μrp + (1−r / b) × lm / μrm} passes through the high-pass filter calculator 807, and an AC component is extracted to the differencer 808. Entered.

上述した調整によって各種パラメータが最適化されることにより、第2誤差[-Np(icp) + Nm(icm)]と補正信号Q{-(1+r/b)×lp/μrp+ (1-r/b)×lm/μrm}には、以下の式(20)に示す関係が成り立つ。
[-Np(icp) + Nm(icm)] = Q{-(1+r/b)×lp/μrp+ (1-r/b)×lm/μrm} ・・・(20)
なお、これは、式(12)と式(14)を参照すれば分かるとおり、式(17)と等しいものである。
By optimizing various parameters by the adjustment described above, the second error [−Np (icp) + Nm (icm)] and the correction signal Q {− (1 + r / b) × lp / μrp + (1-r / b) × lm / μrm} holds the relationship shown in the following equation (20).
[−Np (icp) + Nm (icm)] = Q {− (1 + r / b) × lp / μrp + (1-r / b) × lm / μrm} (20)
Note that this is equivalent to equation (17), as can be seen from equations (12) and (14).

一方、和信号Ip+Imから得られる信号は、差分器808に入力される。なお、信号Ip+Imから得られる信号が補正処理演算部415に入力されるときには、すでに第1誤差R(△icpm)は除去されており、和信号Ip+Imから得られる信号には、真の推定変位信号2Bdに第2誤差[-Np(icp) + Nm(icm)]が付加された信号となっている。   On the other hand, a signal obtained from the sum signal Ip + Im is input to the differentiator 808. Note that when the signal obtained from the signal Ip + Im is input to the correction processing calculation unit 415, the first error R (Δicpm) has already been removed, and the signal obtained from the sum signal Ip + Im has a true value. The estimated displacement signal 2Bd is a signal obtained by adding a second error [-Np (icp) + Nm (icm)].

差分器808において、和信号Ip+Imから得られる信号から、補正信号Q{-(1+r/b)×lp/μrp + (1-r/b)×lm/μrm}が減算され、すなわち、第2誤差が除去され、真の推定変位信号2Bdが出力される。   In the differentiator 808, the correction signal Q {− (1 + r / b) × lp / μrp + (1-r / b) × lm / μrm} is subtracted from the signal obtained from the sum signal Ip + Im, that is, The second error is removed, and a true estimated displacement signal 2Bd is output.

上述した調整が完了した後に、接触位置の移動距離、浮上中心位置に相当する信号のゲイン、オフセットを調整してもよい(機能ブロックは省略)。また、吸引過程で、復調信号の直流レベルからゲインオフセット調整を行うことができる。   After the above-described adjustment is completed, the movement distance of the contact position, the gain of the signal corresponding to the floating center position, and the offset may be adjusted (the functional block is omitted). Also, gain offset adjustment can be performed from the DC level of the demodulated signal during the suction process.

上述した調整において、補正信号の近似および精度向上と、調整時間はトレードオフの関係にある。調整時間の縛りが緩い場合は、精度向上のために高次の近似を適用してもよい(式(12)、式(12a)を参照)。   In the above-described adjustment, the correction signal approximation and accuracy improvement and the adjustment time have a trade-off relationship. If the adjustment time is loose, higher order approximation may be applied to improve accuracy (see Equation (12) and Equation (12a)).

以上の実施形態では、本発明は主に第2誤差を除去することに用いたが、本発明で第2誤差を除去する際に、同時に第1誤差を除去することも可能である。なぜならば、本実施形態では、第2誤差のみが真の推定変位信号2Bdに含まれている状態で補正信号を最適化計算で求めたが、それを第1誤差および第2誤差が真の推定変位信号2Bdに含まれている状態で補正信号を最適化計算で求めるようにすればよいからである。よって、特願2013−021681号に記載の発明を用いずとも本発明だけで第1誤差および第2誤差を除去できる。しかし、以上の実施形態で示したように、特願2013−021681号に記載の発明を用いて第1誤差を除去した後に、本発明を用いて第2誤差を除去することが精度を向上させるうえで好ましいのは言うまでもない。例えば、特願2013−021681号に記載の発明を用いたが、何らかの理由で、結果的に第1誤差が十分に除去できていない場合でも、本発明を実施することで、第2誤差だけでなく、その十分に除去できなかった第1誤差も除去できる。このように、第1誤差を2つの発明で除去することができ、精度をより向上させることができる。   In the above embodiment, the present invention is mainly used for removing the second error. However, when removing the second error in the present invention, the first error can be removed at the same time. This is because, in the present embodiment, the correction signal is obtained by the optimization calculation in a state where only the second error is included in the true estimated displacement signal 2Bd, but the first error and the second error are estimated to be true. This is because the correction signal may be obtained by optimization calculation in a state where it is included in the displacement signal 2Bd. Therefore, the first error and the second error can be removed only by the present invention without using the invention described in Japanese Patent Application No. 2013-021681. However, as shown in the above embodiment, after removing the first error using the invention described in Japanese Patent Application No. 2013-021681, removing the second error using the present invention improves the accuracy. Needless to say, this is preferable. For example, although the invention described in Japanese Patent Application No. 2013-021681 is used, even if the first error is not sufficiently removed as a result for some reason, by implementing the present invention, only the second error can be obtained. The first error that could not be sufficiently removed can also be removed. As described above, the first error can be removed by the two inventions, and the accuracy can be further improved.

本発明における調整は、出荷検査時に半自動、半手動で実施してもよい。また、出荷後の使用時の合間に、定期的かつ自動で調整を行ってもよい。
さらに、場合によっては、粗調だけ行って微調を省略することもできる。
The adjustment in the present invention may be performed semi-automatically or semi-manually at the time of shipping inspection. Moreover, you may adjust regularly and automatically between the time of the use after shipment.
Further, in some cases, only the coarse adjustment can be performed and the fine adjustment can be omitted.

以上説明したように、本発明によるコントロールユニットの磁気軸受装置および当該磁気軸受装置を備えるターボ分子ポンプによれば、以下のような作用効果を奏することができる。
(1)本発明のコントロールユニットの磁気軸受装置は、回転体ユニットRと、回転体ユニットRを浮上制御するために複数の制御軸のそれぞれに設けられ、制御軸のそれぞれに回転体を介して対向配置されたP側の電磁石45およびM側の電磁石45と、P側の電磁石45およびM側の電磁石45のそれぞれに印加される電圧をPWM制御し、回転体ユニ
ットRの浮上位置を検知するためのセンサキャリア信号が重畳された電磁石電流Ip,Imを供給するP側の電磁石45およびM側の電磁石45のそれぞれに設けられた励磁アンプ43と、励磁アンプ43のそれぞれに設けられ、電磁石電流Ip,Imを検出する電流センサ101A、101Bと、電磁石電流Ip,Imに基づいて真の推定変位信号2Bdを取得し、真の推定変位信号2Bdに基づいて励磁アンプ43をPWM制御する制御部44と、を備える。
制御部44のADコンバータ400は、P側の電磁石45に流れる電磁石電流Ipの検出信号Ip、M側の電磁石45に流れる電磁石電流Imの検出信号Im、および、電流信号Ipと電流信号Imとを足し合わせて得られる和信号Ip+ImについてADサンプリングを行う。その際、ADコンバータ400は、和信号Ip+Imから最大ピーク値近傍のデータ値d1と最小ピーク値近傍のデータ値d2をADサンプリングする。
制御部44の信号処理演算部406は、データ値d1,d2を用いてd3=(d1-d2)/2という演算処理を行うことでデータ値d3を得ることで第1誤差を除去する。さらに、信号処理演算部40は、でデータ値d3に基づいて復調変位信号2Bd+[-Np(icp) + Nm(icm)]を生成する。
制御部44の補正処理演算部415において、信号変換部801は、ADサンプリング後の信号Ipから、補正信号lp/μrpを演算処理で生成する。信号変換部802は、ADサンプリング後の信号Imから、補正信号lm/μrmを演算処理で生成する。ゲイン調節部803は、補正信号lp/μrpに(1+r/b)を乗算して、信号(1+r/b)×lp/μrpを生成する。ゲイン調節部804は、補正信号lm/μrmに(1-r/b)を乗算して、信号(1-r/b)×lm/μrmを生成する。差分器805は、信号(1-r/b)×lm/μrmから信号(1+r/b)×lp/μrpを減算して信号{-(1+r/b)×lp/μrp+ (1-r/b)×lm/μrm}を生成する。補正部806は、信号{-(1+r/b)×lp/μrp+ (1-r/b)×lm/μrm}をローパスフィルタの伝達関数Qを通過演算して補正信号Q{-(1+r/b)×lp/μrp+ (1-r/b)×lm/μrm}を生成する。さらに、ハイパスフィルタ演算器807を通過して交流成分が抽出され、差分器808にて、復調変位信号2Bd+[-Np(icp) + Nm(icm)]から補正信号Q{-(1+r/b)×lp/μrp+ (1-r/b)×lm/μrm}を減算することで、第2誤差[-Np(icp) + Nm(icm)]を除去して、真の推定変位信号2Bdを得る。
以上のように、ADコンバータ400と信号処理演算部406が第1誤差を除去し、補正処理演算部415が第2誤差を除去することにより、対向している電磁石コイルのうちの一方にのみ大電流を流す場合においても第1誤差および第2誤差を的確に除去し、回転体の変位信号に関して良好なS/N比を維持することができる。
As described above, according to the magnetic bearing device of the control unit and the turbo molecular pump including the magnetic bearing device according to the present invention, the following operational effects can be achieved.
(1) The magnetic bearing device of the control unit according to the present invention is provided on each of the rotating body unit R and a plurality of control shafts for controlling the flying of the rotating body unit R, and each of the control shafts via the rotating body. PWM control is performed on the voltages applied to the P-side electromagnet 45 and the M-side electromagnet 45, and the P-side electromagnet 45 and the M-side electromagnet 45, which are arranged to face each other, and the floating position of the rotating body unit R is detected. The excitation amplifier 43 provided in each of the P-side electromagnet 45 and the M-side electromagnet 45 for supplying the electromagnet currents Ip and Im on which the sensor carrier signal for superimposition is provided, and the excitation amplifier 43 are provided respectively. Current sensors 101A and 101B that detect Ip and Im, and a true estimated displacement signal 2Bd based on the electromagnet currents Ip and Im, and an excitation amplifier 4 based on the true estimated displacement signal 2Bd The a control unit 44 for PWM control, a.
The AD converter 400 of the control unit 44 generates a detection signal Ip of the electromagnet current Ip flowing through the P-side electromagnet 45, a detection signal Im of the electromagnet current Im flowing through the M-side electromagnet 45, and the current signal Ip and the current signal Im. AD sampling is performed on the sum signal Ip + Im obtained by addition. At that time, the AD converter 400 AD samples the data value d1 near the maximum peak value and the data value d2 near the minimum peak value from the sum signal Ip + Im.
The signal processing calculation unit 406 of the control unit 44 removes the first error by obtaining the data value d3 by performing the calculation process of d3 = (d1-d2) / 2 using the data values d1 and d2. Further, the signal processing calculation unit 40 generates a demodulated displacement signal 2Bd + [− Np (icp) + Nm (icm)] based on the data value d3.
In the correction processing calculation unit 415 of the control unit 44, the signal conversion unit 801 generates the correction signal lp / μrp by calculation processing from the signal Ip after AD sampling. The signal conversion unit 802 generates a correction signal lm / μrm by arithmetic processing from the signal Im after AD sampling. The gain adjusting unit 803 multiplies the correction signal lp / μrp by (1 + r / b) to generate a signal (1 + r / b) × lp / μrp. The gain adjusting unit 804 multiplies the correction signal lm / μrm by (1-r / b) to generate a signal (1-r / b) × lm / μrm. The subtractor 805 subtracts the signal (1 + r / b) × lp / μrp from the signal (1-r / b) × lm / μrm to obtain a signal {− (1 + r / b) × lp / μrp + (1 -r / b) × lm / μrm}. The correction unit 806 calculates the signal {-(1 + r / b) × lp / μrp + (1-r / b) × lm / μrm} through the transfer function Q of the low-pass filter and corrects the correction signal Q {− (1 + r / b) × lp / μrp + (1-r / b) × lm / μrm}. Further, an AC component is extracted after passing through the high-pass filter calculator 807, and the differencer 808 extracts the correction signal Q {− (1 + r /) from the demodulated displacement signal 2Bd + [− Np (icp) + Nm (icm)]. b) × lp / μrp + (1-r / b) × lm / μrm} is subtracted to remove the second error [−Np (icp) + Nm (icm)], and the true estimated displacement signal 2Bd Get.
As described above, the AD converter 400 and the signal processing calculation unit 406 remove the first error, and the correction processing calculation unit 415 removes the second error, so that only one of the opposing electromagnet coils is large. Even when a current is passed, the first error and the second error can be accurately removed, and a good S / N ratio can be maintained with respect to the displacement signal of the rotating body.

(2)回転体ユニットRは、可動境界600を有する。補正信号lp/μrpは、信号Ipからなる関数(例えば、式(12)の第1式)から成る。補正信号lm/μrmは、信号Imからなる関数(例えば、式(12)の第2式)から成る。信号Ipからなる関数に用いられる係数が最適化されるP側の粗調が実施される際は、回転体ユニットRをP側の電磁石45側の可動境界600まで移動させ、所定のバイアス電流値ibで回転体ユニットRを磁気的に吸引し固定した上で、P側の粗調が実施される。信号Imからなる関数に用いられる係数が最適化されるM側の粗調が実施される際は、回転体ユニットRをM側の電磁石45側の可動境界600まで移動させ、所定のバイアス電流値ibで回転体ユニットRを磁気的に吸引し固定した上で、M側の粗調が実施される。
このP側の粗調、M側の粗調を実施することで、所定のバイアス電流ibを用いた通常制御時において生じる第2誤差を適切に除去することができる。
(2) The rotating body unit R has a movable boundary 600. The correction signal lp / μrp is composed of a function (for example, the first expression of Expression (12)) including the signal Ip. The correction signal lm / μrm is composed of a function (for example, the second expression of Expression (12)) including the signal Im. When coarse adjustment on the P side where the coefficient used for the function consisting of the signal Ip is optimized is performed, the rotating body unit R is moved to the movable boundary 600 on the P-side electromagnet 45 side, and a predetermined bias current value is obtained. After the rotating body unit R is magnetically attracted and fixed by ib, coarse adjustment on the P side is performed. When the coarse adjustment on the M side in which the coefficient used for the function composed of the signal Im is optimized, the rotating body unit R is moved to the movable boundary 600 on the M electromagnet 45 side, and a predetermined bias current value is obtained. After the rotating body unit R is magnetically attracted and fixed by ib, coarse adjustment on the M side is performed.
By performing the coarse adjustment on the P side and the coarse adjustment on the M side, it is possible to appropriately remove the second error that occurs during the normal control using the predetermined bias current ib.

(3)P側の粗調は、予め定めた周波数を有する印加信号がP側の電磁石45側の電磁石電流Ipに重畳された上で、その印加した周波数成分となる真の推定変位信号2Bdの振幅値が許容レベル以下になるように実施される。M側の粗調は、予め定めた周波数を有する印加信号がM側の電磁石45側の電磁石電流Imに重畳された上で、その印加した周波数成分となる真の推定変位信号2Bdの振幅値が許容レベル以下になるように実施される。
このように、その交流成分を用いて信号Ipからなる関数に用いられる係数や信号Imからなる関数に用いられる係数などを容易に最適化できる。
(3) The coarse adjustment on the P side is obtained by superimposing an applied signal having a predetermined frequency on the electromagnet current Ip on the P-side electromagnet 45 side and then applying the true estimated displacement signal 2Bd that becomes the applied frequency component. It is carried out so that the amplitude value is below an allowable level. In the coarse adjustment on the M side, an applied signal having a predetermined frequency is superimposed on the electromagnet current Im on the M-side electromagnet 45 side, and the amplitude value of the true estimated displacement signal 2Bd that becomes the applied frequency component is It is carried out so as to be below the allowable level.
As described above, the coefficient used for the function composed of the signal Ip, the coefficient used for the function composed of the signal Im, and the like can be easily optimized using the AC component.

(4)粗調および微調は、より多くの複数のバイアス電流値ibで実施されるほうが好ましい。これにより、電磁石コアの磁気特性の非線形性をより正確にとらえることができ、通常制御時における様々なバイアス電流値ibにおいて、より的確に第2誤差を除去することができる。なお、その実施されるバイアス電流値ibの設定数は多ければ多いほど、上述した電磁石コアの磁気特性の非線形性をより正確にとらえることができる。 (4) It is preferable that the coarse adjustment and the fine adjustment are performed with a plurality of bias current values ib. Thereby, the non-linearity of the magnetic characteristics of the electromagnet core can be grasped more accurately, and the second error can be more accurately removed at various bias current values ib during normal control. It should be noted that the more the number of bias current values ib to be implemented is, the more accurately the nonlinearity of the magnetic characteristics of the electromagnet core described above can be grasped.

(5)粗調および微調は、所定のバイアス電流値ibにおいて複数回、すなわち、繰り返し実施されるようにしてもよい。これによって、そのバイアス電流値ibでの最適化をより精度よく行うことができ、通常制御時における第2誤差をより的確に除去することができる。 (5) The coarse adjustment and the fine adjustment may be performed a plurality of times, that is, repeatedly at a predetermined bias current value ib. As a result, the bias current value ib can be optimized more accurately, and the second error during normal control can be more accurately removed.

(6)本発明のコントロールユニットの磁気軸受装置は、P側の粗調およびM側の粗調が終了した後に、回転体ユニットRを時間的に位置変化しないように磁気浮上制御する。さらに、予め定めた周波数を有する印加信号を、P側の電磁石45およびM側の電磁石45に流れる電磁石電流Ip,Imのそれぞれに重畳する。その際、電流Ipに重畳された上述の印加信号に起因する回転体ユニットRにかかるP側への磁気吸引力と、電流Imに重畳された上述の印加信号に起因する回転体ユニットRにかかるM側への磁気吸引力が、互いに相殺するように設定しており、その結果、やはり回転体ユニットRを時間的に位置変化しないように磁気浮上制御する。その上で、補正信号Q{-(1+r/b)×lp/μrp+ (1-r/b)×lm/μrm}内の、補正信号lp/μrpと補正信号lm/μrmのゲインバランスを司る全体ゲイン比rを調整する微調を実施する。
この微調によって、補正信号Q{-(1+r/b)×lp/μrp+ (1-r/b)×lm/μrm}が第2誤差を除去するのに最適なものとなり、通常制御時における第2誤差をより的確に除去することができる。
(6) The magnetic bearing device of the control unit of the present invention performs magnetic levitation control so that the position of the rotary unit R does not change in time after the P-side coarse adjustment and the M-side coarse adjustment are completed. Further, an applied signal having a predetermined frequency is superimposed on each of the electromagnet currents Ip and Im flowing in the P-side electromagnet 45 and the M-side electromagnet 45. At that time, the magnetic attractive force to the P side applied to the rotator unit R caused by the above-described applied signal superimposed on the current Ip and the rotator unit R caused by the above-described applied signal superimposed on the current Im. The magnetic attraction forces toward the M side are set so as to cancel each other, and as a result, the magnetic levitation control is performed so that the position of the rotating body unit R is not changed with time. After that, the gain balance between the correction signal lp / μrp and the correction signal lm / μrm in the correction signal Q {-(1 + r / b) × lp / μrp + (1-r / b) × lm / μrm} A fine adjustment for adjusting the overall gain ratio r is performed.
By this fine adjustment, the correction signal Q {-(1 + r / b) × lp / μrp + (1-r / b) × lm / μrm} is optimal for removing the second error. The second error can be removed more accurately.

(7)ターボ分子ポンプが本発明のコントロールユニットの磁気軸受装置を備えることで、対向している電磁石コイルのうちの一方にのみ大電流を流す場合においても第1誤差および第2誤差を的確に除去し、回転体の変位信号に関して良好なS/N比を維持することができる。さらには、ポンプケーシングの振動を低減でき、回転体の浮上制御性能を向上させるという作用効果を奏することができる。 (7) Since the turbo molecular pump includes the magnetic bearing device of the control unit according to the present invention, the first error and the second error can be accurately detected even when a large current is supplied only to one of the opposing electromagnetic coils. And a good S / N ratio can be maintained for the displacement signal of the rotating body. Furthermore, the vibration of the pump casing can be reduced, and the effect of improving the floating control performance of the rotating body can be achieved.

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、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。例えば、上述した実施の形態ではターボポンプ部とドラッグポンプ部とを有するターボ分子ポンプを例に説明したが、回転体を磁気軸受装置で支持する構成の装置であれば、同様に適用することができる。   In addition, the above description is an example to the last, and this invention is not limited to the said embodiment at all unless the characteristic of this invention is impaired. For example, in the above-described embodiment, a turbo molecular pump having a turbo pump unit and a drag pump unit has been described as an example. However, any device having a configuration in which a rotating body is supported by a magnetic bearing device can be similarly applied. it can.

1:ポンプユニット、 4:ポンプロータ、 4a:回転翼、 4b:円筒部、
5:シャフト、 40:DC電源、 41:インバータ、 42:モータ、
42a:モータステータ、 42b:モータロータ、 43:励磁アンプ、
44:制御部、 45:磁気軸受電磁石、 55:ロータディスク、 60:ベース、
60a:排気口、 61:ポンプケーシング、 61a:吸気口、 61b:係止部、
61c:固定フランジ、 62:固定翼、 63:スペーサリング、
64:ネジステータ、 65:排気ポート、
66a、66b:タッチダウンベアリング、 67、68、69:磁気軸受、
101A、101B:電流センサ、 400:ADコンバータ、
401p、401m:ゲート信号生成部、 403、404:ローパスフィルタ、
405:バンドパスフィルタ、 406:信号処理演算部、 407:浮上制御器、
408p、408m:電流リミット回路、 409p、409m:信号処理演算部、
410p、410m:アンプ制御器、 415:補正処理演算部、
417p、417m:加振器、 418p、418m:スイッチ、
420p、420m、421p:差分器、
421m、422p、422m:加算器、 423:バイアス電流設定部、
441:PWM制御信号、 442:信号、 PWMゲート駆動信号443、
444:電磁石電流信号、 450:電磁石コア、
451p、451m、452p、452m:磁気軸受電磁石、 455:電磁石コイル、600:可動境界、 801、802:信号変換部、 803、804:ゲイン調節部、805:差分器、 806:補正部、 807:ハイパスフィルタ演算器、
808:差分器、 809:演算部、
d:変位、 D10、D11:ダイオード、 J:浮上中心軸(浮上目標位置)、
L1、L2:ライン、 R:回転体ユニット、 SW10、SW11:スイッチング素子
1: pump unit, 4: pump rotor, 4a: rotor blade, 4b: cylindrical part,
5: Shaft, 40: DC power supply, 41: Inverter, 42: Motor,
42a: motor stator, 42b: motor rotor, 43: excitation amplifier,
44: control unit, 45: magnetic bearing electromagnet, 55: rotor disk, 60: base,
60a: exhaust port, 61: pump casing, 61a: intake port, 61b: locking part,
61c: fixed flange, 62: fixed wing, 63: spacer ring,
64: Screw stator, 65: Exhaust port,
66a, 66b: touchdown bearings, 67, 68, 69: magnetic bearings,
101A, 101B: current sensor, 400: AD converter,
401p, 401m: gate signal generation unit, 403, 404: low-pass filter,
405: Band pass filter, 406: Signal processing operation unit, 407: Levitation controller,
408p, 408m: current limit circuit, 409p, 409m: signal processing operation unit,
410p, 410m: amplifier controller, 415: correction processing calculation unit,
417p, 417m: vibrator, 418p, 418m: switch,
420p, 420m, 421p: differentiator,
421m, 422p, 422m: adder, 423: bias current setting unit,
441: PWM control signal, 442: signal, PWM gate drive signal 443,
444: electromagnet current signal, 450: electromagnet core,
451p, 451m, 452p, 452m: magnetic bearing electromagnet, 455: electromagnet coil, 600: movable boundary, 801, 802: signal conversion unit, 803, 804: gain adjustment unit, 805: difference unit, 806: correction unit, 807: High-pass filter calculator,
808: differentiator, 809: arithmetic unit,
d: displacement, D10, D11: diode, J: levitation center axis (levitation target position),
L1, L2: Line, R: Rotating body unit, SW10, SW11: Switching element

Claims (8)

回転体と、
前記回転体を浮上制御するために複数の制御軸のそれぞれに設けられ、前記制御軸のそれぞれに前記回転体を介して対向配置された第1電磁石および第2電磁石と、
前記第1電磁石および前記第2電磁石のそれぞれに印加される電圧をPWM制御し、前記回転体の浮上位置を検知するためのセンサキャリア信号が重畳された電磁石電流を供給する前記第1電磁石および第2電磁石のそれぞれに設けられた励磁アンプと、
前記励磁アンプのそれぞれに設けられ、前記電磁石電流を検出する電流センサと、
前記電磁石電流に基づいて真の推定変位信号を取得し、前記真の推定変位信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記各制御軸における前記真の推定変位信号を得るにあたり、
前記第1電磁石に流れる前記電磁石電流(以下、第1電磁石電流)の検出信号(以下、第1電流信号)、前記第2電磁石に流れる前記電磁石電流(以下、第2電磁石電流)の検出信号(以下、第2電流信号)、および、前記第1電流信号と前記第2電流信号とを足し合わせて得られる和信号についてADサンプリングを行い、前記和信号から復調変位信号を生成し、
前記ADサンプリング後の前記第1電流信号から、前記回転体と第1電磁石とのギャップに含まれる誤差を補正するための第1補正信号を演算処理で生成し、
前記ADサンプリング後の前記第2電流信号から、前記回転体と第2電磁石とのギャップに含まれる誤差を補正するための第2補正信号を演算処理で生成し、
前記第1補正信号および前記第2補正信号から、第3補正信号を演算処理で生成し、
前記復調変位信号から前記第3補正信号を減算することで、前記第1電磁石電流の大きさと前記第2電磁石電流の大きさが等しくないことに起因する第1誤差、および、前記第1電磁石および前記第2電磁石の磁気特性の非線形性に起因する第2誤差を前記復調変位信号から除去して、前記真の推定変位信号を得る磁気軸受装置。
A rotating body,
A first electromagnet and a second electromagnet provided on each of a plurality of control shafts for controlling the levitation of the rotator, and arranged to face each of the control shafts via the rotator;
The first electromagnet and the second electromagnet that supply the electromagnet current superimposed with the sensor carrier signal for detecting the floating position of the rotating body by PWM controlling the voltage applied to each of the first electromagnet and the second electromagnet. An excitation amplifier provided in each of the two electromagnets;
A current sensor provided in each of the excitation amplifiers to detect the electromagnet current;
A controller that obtains a true estimated displacement signal based on the electromagnet current and performs PWM control of the excitation amplifier based on the true estimated displacement signal;
The controller is
In obtaining the true estimated displacement signal in each control axis,
Detection signal (hereinafter referred to as first current signal) of the electromagnet current flowing through the first electromagnet (hereinafter referred to as first electromagnet current), detection signal of the electromagnet current flowing through the second electromagnet (hereinafter referred to as second electromagnet current) ( Hereinafter, AD sampling is performed on the sum signal obtained by adding the first current signal and the second current signal, and a demodulated displacement signal is generated from the sum signal.
From the first current signal after the AD sampling, a first correction signal for correcting an error included in the gap between the rotating body and the first electromagnet is generated by arithmetic processing,
From the second current signal after the AD sampling, a second correction signal for correcting an error included in the gap between the rotating body and the second electromagnet is generated by arithmetic processing,
A third correction signal is generated by arithmetic processing from the first correction signal and the second correction signal,
By subtracting the third correction signal from the demodulated displacement signal, a first error caused by the magnitude of the first electromagnet current being not equal to the magnitude of the second electromagnet current, and the first electromagnet and A magnetic bearing device that obtains the true estimated displacement signal by removing, from the demodulated displacement signal, a second error caused by non-linearity of the magnetic characteristics of the second electromagnet.
請求項1に記載の磁気軸受装置において、
前記ADサンプリング後で、かつ、前記復調変位信号を生成する前に、前記ADサンプリング後の前記和信号を演算処理することで、前記第1誤差を前記和信号から除去する磁気軸受装置。
The magnetic bearing device according to claim 1,
A magnetic bearing device that removes the first error from the sum signal by performing arithmetic processing on the sum signal after the AD sampling after the AD sampling and before generating the demodulated displacement signal.
請求項1または2に記載の磁気軸受装置において、
前記回転体は、可動境界を有し、
前記第1補正信号は、前記第1電流信号からなる関数(以下、第1関数)より成り、
前記第2補正信号は、前記第2電流信号からなる関数(以下、第2関数)より成り、
前記第1関数に用いられる係数が最適化される調整(以下、第1係数調整)が実施される際は、前記回転体を前記第1電磁石側の前記回転体の前記可動境界まで移動させ、所定のバイアス電流値で前記回転体を磁気的に吸引し固定した上で、前記第1係数調整が実施され、
前記第2関数に用いられる係数が最適化される調整(以下、第2係数調整)が実施される際は、前記回転体を前記第2電磁石側の前記回転体の前記可動境界まで移動させ、前記所定のバイアス電流値で前記回転体を磁気的に吸引し固定した上で、前記第2係数調整が実施される磁気軸受装置。
The magnetic bearing device according to claim 1 or 2,
The rotating body has a movable boundary;
The first correction signal is composed of a function (hereinafter referred to as a first function) composed of the first current signal.
The second correction signal is composed of a function (hereinafter referred to as a second function) composed of the second current signal,
When an adjustment that optimizes a coefficient used for the first function (hereinafter referred to as a first coefficient adjustment) is performed, the rotating body is moved to the movable boundary of the rotating body on the first electromagnet side, The first coefficient adjustment is performed after magnetically attracting and fixing the rotating body with a predetermined bias current value,
When an adjustment that optimizes a coefficient used for the second function (hereinafter referred to as a second coefficient adjustment) is performed, the rotating body is moved to the movable boundary of the rotating body on the second electromagnet side, A magnetic bearing device in which the second coefficient adjustment is performed after the rotating body is magnetically attracted and fixed at the predetermined bias current value.
請求項3に記載の磁気軸受装置において、
前記第1係数調整は、予め定めた周波数を有する印加信号が少なくとも第1電磁石側の前記電磁石電流に重畳された上で、前記予め定めた周波数を有する前記真の推定変位信号の振幅が所定レベル以下になるように実施され、
前記第2係数調整は、前記予め定めた周波数を有する印加信号が少なくとも第2電磁石側の前記電磁石電流に重畳された上で、前記予め定めた周波数を有する前記真の推定変位信号の振幅が所定レベル以下になるように実施される磁気軸受装置。
The magnetic bearing device according to claim 3,
In the first coefficient adjustment, an applied signal having a predetermined frequency is superimposed on at least the electromagnet current on the first electromagnet side, and the amplitude of the true estimated displacement signal having the predetermined frequency is a predetermined level. Implemented to be:
In the second coefficient adjustment, an applied signal having the predetermined frequency is superimposed on at least the electromagnet current on the second electromagnet side, and the amplitude of the true estimated displacement signal having the predetermined frequency is predetermined. Magnetic bearing device implemented to be below the level.
請求項4に記載の磁気軸受装置において、
前記所定のバイアス電流値は、複数設けられ、
前記第1係数調整および前記第2係数調整は、前記複数設けられた所定のバイアス電流値の各々において実施される磁気軸受装置。
The magnetic bearing device according to claim 4,
A plurality of the predetermined bias current values are provided,
The first coefficient adjustment and the second coefficient adjustment are performed at each of the plurality of predetermined bias current values provided.
請求項3〜5のいずれか一項に記載の磁気軸受装置において、
前記第1係数調整及び前記第2係数調整は、前記所定のバイアス電流値において複数回実施される磁気軸受装置。
In the magnetic bearing device according to any one of claims 3 to 5,
The magnetic bearing device is configured such that the first coefficient adjustment and the second coefficient adjustment are performed a plurality of times at the predetermined bias current value.
請求項3〜6のいずれか一項に記載の磁気軸受装置において、
前記第1係数調整および前記第2係数調整の実施が終了した後に、
前記回転体は、時間的に位置変化しないように磁気浮上制御され、
前記予め定めた周波数を有する印加信号は、前記第1電磁石および前記第2電磁石に流れる電磁石電流のそれぞれに重畳され、
前記第1電磁石に流れる電磁石電流に重畳された前記予め定めた周波数を有する印加信号に起因する前記回転体への磁気吸引力と、前記第2電磁石に流れる電磁石電流に重畳された前記予め定めた周波数を有する印加信号に起因する前記回転体への磁気吸引力は、互いに相殺するように設定され、
前記第3補正信号内の、前記第1補正信号と前記第2補正信号の比率を調節する係数を調整する磁気軸受装置。
In the magnetic bearing device according to any one of claims 3 to 6,
After completion of the first coefficient adjustment and the second coefficient adjustment,
The rotator is magnetically levitated so as not to change its position in time,
The applied signal having the predetermined frequency is superimposed on each of the electromagnet currents flowing through the first electromagnet and the second electromagnet,
The magnetic attraction force to the rotating body caused by the applied signal having the predetermined frequency superimposed on the electromagnet current flowing in the first electromagnet, and the predetermined magnetic field superimposed on the electromagnet current flowing in the second electromagnet. Magnetic attraction to the rotating body due to the applied signal having a frequency is set to cancel each other,
A magnetic bearing device for adjusting a coefficient for adjusting a ratio of the first correction signal and the second correction signal in the third correction signal.
排気機能部が形成されたポンプロータと、
前記ポンプロータを回転駆動するモータと、
前記ポンプロータの回転体を磁気浮上支持する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の磁気軸受装置と、を備える真空ポンプ。


A pump rotor formed with an exhaust function part;
A motor for rotationally driving the pump rotor;
A vacuum pump comprising: the magnetic bearing device according to claim 1, wherein the magnetic rotor device supports the rotor of the pump rotor in a magnetically levitated manner.


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