JP2019138415A - 磁気浮上制御装置および真空ポンプ - Google Patents
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Abstract
Description
前記選択部により選択された励磁電流制御信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する。
さらに好ましい態様では、前記電流偏差情報は、前記電流設定信号に第1ゲイン値を乗算した電流設定乗算信号と前記励磁電流検出信号に前記第1ゲイン値を乗算した電流検出乗算信号との差である電流偏差信号であり、前記制御信号生成部は、前記電流偏差信号に前記第1ゲイン値よりも大きな第2ゲイン値を乗算した信号を、積分器と比例ゲイン器とからなる電流制御器に通過させて、前記第1励磁電流制御信号としての第1電圧相当信号を生成し、前記電流設定信号に第3ゲイン値を乗算した信号を、前記電磁石の電気定数からなる第1伝達関数を相殺可能な第2伝達関数を含む伝達関数部に通過させて、前記第2励磁電流制御信号としての第2電圧相当信号を生成し、前記選択部は前記第1切替部を有し、前記第1切替部により選択された励磁電流制御信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する。
さらに好ましい態様では、前記電流偏差情報は、前記電流設定信号に第1ゲイン値を乗算した電流設定乗算信号と前記励磁電流検出信号に前記第1ゲイン値を乗算した電流検出乗算信号との差である電流偏差信号であり、前記制御信号生成部は、前記電流偏差信号に前記第1ゲイン値よりも大きな第2ゲイン値を乗算した信号を積分器に通過させて前記第1励磁電流制御信号としての第1電流相当信号を生成し、前記電流設定信号に第3ゲイン値を乗算して前記第2励磁電流制御信号としての第2電流相当信号を生成し、前記選択部は前記第1切替部を有し、前記第1切替部により選択された励磁電流制御信号を、前記電磁石の電気定数からなる第1伝達関数を相殺可能な第2伝達関数を含む伝達関数部に通過させて、電圧相当信号を生成し、生成された前記電圧相当信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する。
さらに好ましい態様では、前記電流偏差情報は、前記電流設定信号に第1ゲイン値を乗算した電流設定乗算信号と前記励磁電流検出信号に前記第1ゲイン値を乗算した電流検出乗算信号との差である電流偏差信号であり、前記制御信号生成部は、前記電流偏差信号に前記第1ゲイン値の10倍以上1000倍以下の大きさを有する第2ゲイン値を乗算した信号を、積分器と比例ゲイン器とからなる電流制御器に通過させて、前記第1励磁電流制御信号としての第1電圧相当信号を生成し、前記電流設定信号に第3ゲイン値を乗算した信号を、前記電磁石の電気定数からなる第1伝達関数を相殺可能な第2伝達関数を含む伝達関数部に通過させて、前記第2励磁電流制御信号としての第2電圧相当信号を生成し、
前記選択部は前記第2切替部を有し、前記第2切替部により選択された励磁電流制御信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する。
さらに好ましい態様では、前記電流偏差情報は、前記電流設定信号に第1ゲイン値を乗算した電流設定乗算信号と前記励磁電流検出信号に前記第1ゲイン値を乗算した電流検出乗算信号との差である電流偏差信号であり、前記制御信号生成部は、前記電流偏差信号に前記第1ゲイン値の10倍以上1000倍以下の大きさを有する第2ゲイン値を乗算した信号を積分器に通過させて前記第1励磁電流制御信号としての第1電流相当信号を生成し、前記電流設定信号に第3ゲイン値を乗算して前記第2励磁電流制御信号としての第2電流相当信号を生成し、前記選択部は前記第2切替部を有し、前記第2切替部により選択された励磁電流制御信号を、前記電磁石の電気定数からなる第1伝達関数を相殺可能な第2伝達関数を含む伝達関数部に通過させて、電圧相当信号を生成し、生成された前記電圧相当信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する。
さらに好ましい態様では、前記第2伝達関数には、前記電磁石の電気定数に基づいて設定されるインダクタンス相当値および抵抗相当値が含まれ、前記インダクタンス相当値は、前記電磁石のインダクタンスの0.1倍以上10倍以下に設定され、前記抵抗相当値は、前記電磁石の抵抗の0.1倍以上10倍以下に設定され、前記インダクタンス相当値と前記抵抗相当値との比(インダクタンス相当値)/(抵抗相当値)は、前記インダクタンスと前記抵抗との比(インダクタンス)/(抵抗)の0.1倍以上10倍以下に設定される。
本発明の好ましい態様による真空ポンプは、ポンプロータを磁気浮上支持する電磁石を有する磁気軸受と、前記電磁石へ励磁電流を供給する励磁アンプと、前記ポンプロータを回転駆動するモータと、前記励磁アンプをPWM制御する請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の磁気浮上制御装置と、を備える。
以下、図を参照して本発明を実施するための第1の実施の形態について説明する。図1は、変位センサ方式の磁気軸受装置を備えた磁気軸受式ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。ターボ分子ポンプは、ポンプ本体1と、ポンプ本体1を駆動制御するコントローラとにより構成されている。なお、図1では、コントローラの図示を省略した。
通常、ターボ分子ポンプは回転軸が重力方向に向くように正立姿勢で設置されることが多いが、直角方向(水平姿勢)や、その他の任意の方向に向けて設置されることがある。そのような場合、ロータ軸5を所定の浮上目標位置Jに浮上維持するために、重力方向と反対向きの力を発生させる電磁石にバイアス電流以上の直流電流が流れることになる。
図11は上述した実施の形態の変形例を示す図であり、図9のブロック図に対応する第1の状態を示したものである。なお、第2の状態のブロック図については図示を省略した。図11では、図9のPI制御の部分をI制御+(L*S+R*)という形に分解した構造となっている。I制御ブロックと伝達関数部424との間には切替スイッチSW2を介して加算点423が設けられ、αゲインブロックから出力される電流相当信号I2とI制御ブロックから出力される電流相当信号I1とが、切替スイッチSW2を介して加算点423に入力される。そして、加算点423から出力された電流相当信号を(L*S+R*)を含む伝達関数部424に通過させることで、電圧相当信号Vが生成される。このような構成としても、図9,10に示す構成の場合と同様の作用効果を奏することができる。
(1)ωn2(L*S+R*)/(S2+2ξωnS+ωn2) ただし、1/ωn≪L*/R*
(2)(L*S+R*)/(TnS+1) ただし、Tn≪L*/R*
(3)L*S/(TnS+1)+R* ただし、Tn≪L*/R*
図16,17は本発明の第2の実施の形態を説明する図である。第2の実施の形態では、上述した図9に示すP側のブロック図を図16に示すブロック図に置き換え、図10に示すm側のブロック図を図17に示すブロック図に置き換える。図16,17に示すブロック図は、切替スイッチSW2に代えて切替スイッチSW3を設け、電流制御器全体のゲインをG1とした点が、図9,10に示したブロック図と異なる。
Claims (7)
- 励磁アンプから被支持体を磁気浮上させる電磁石へ供給される励磁電流を検出し、浮上目標位置に対する被支持体浮上位置の浮上位置偏差情報に基づく電流設定信号と励磁電流検出信号とに基づいて前記励磁アンプをPWM制御する磁気浮上制御装置において、
前記電流設定信号に対する前記励磁電流検出信号の電流偏差情報に基づく第1励磁電流制御信号、および、前記電流設定信号に基づく第2励磁電流制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記第1励磁電流制御信号および前記第2励磁電流制御信号のいずれか一方を選択する第1切替部、または、前記第1励磁電流制御信号と前記第2励磁電流制御信号とを加算した第3励磁電流制御信号および前記第2励磁電流制御信号のいずれか一方を選択する第2切替部を有する選択部と、を備え、
前記選択部により選択された励磁電流制御信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する磁気浮上制御装置。 - 請求項1に記載の磁気浮上制御装置において、
前記電流偏差情報は、前記電流設定信号に第1ゲイン値を乗算した電流設定乗算信号と前記励磁電流検出信号に前記第1ゲイン値を乗算した電流検出乗算信号との差である電流偏差信号であり、
前記制御信号生成部は、前記電流偏差信号に前記第1ゲイン値よりも大きな第2ゲイン値を乗算した信号を、積分器と比例ゲイン器とからなる電流制御器に通過させて、前記第1励磁電流制御信号としての第1電圧相当信号を生成し、前記電流設定信号に第3ゲイン値を乗算した信号を、前記電磁石の電気定数からなる第1伝達関数を相殺可能な第2伝達関数を含む伝達関数部に通過させて、前記第2励磁電流制御信号としての第2電圧相当信号を生成し、
前記選択部は前記第1切替部を有し、
前記第1切替部により選択された励磁電流制御信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する磁気浮上制御装置。 - 請求項1に記載の磁気浮上制御装置において、
前記電流偏差情報は、前記電流設定信号に第1ゲイン値を乗算した電流設定乗算信号と前記励磁電流検出信号に前記第1ゲイン値を乗算した電流検出乗算信号との差である電流偏差信号であり、
前記制御信号生成部は、前記電流偏差信号に前記第1ゲイン値よりも大きな第2ゲイン値を乗算した信号を積分器に通過させて前記第1励磁電流制御信号としての第1電流相当信号を生成し、前記電流設定信号に第3ゲイン値を乗算して前記第2励磁電流制御信号としての第2電流相当信号を生成し、
前記選択部は前記第1切替部を有し、
前記第1切替部により選択された励磁電流制御信号を、前記電磁石の電気定数からなる第1伝達関数を相殺可能な第2伝達関数を含む伝達関数部に通過させて、電圧相当信号を生成し、生成された前記電圧相当信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する磁気浮上制御装置。 - 請求項1に記載の磁気浮上制御装置において、
前記電流偏差情報は、前記電流設定信号に第1ゲイン値を乗算した電流設定乗算信号と前記励磁電流検出信号に前記第1ゲイン値を乗算した電流検出乗算信号との差である電流偏差信号であり、
前記制御信号生成部は、前記電流偏差信号に前記第1ゲイン値の10倍以上1000倍以下の大きさを有する第2ゲイン値を乗算した信号を、積分器と比例ゲイン器とからなる電流制御器に通過させて、前記第1励磁電流制御信号としての第1電圧相当信号を生成し、前記電流設定信号に第3ゲイン値を乗算した信号を、前記電磁石の電気定数からなる第1伝達関数を相殺可能な第2伝達関数を含む伝達関数部に通過させて、前記第2励磁電流制御信号としての第2電圧相当信号を生成し、
前記選択部は前記第2切替部を有し、
前記第2切替部により選択された励磁電流制御信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する磁気浮上制御装置。 - 請求項1に記載の磁気浮上制御装置において、
前記電流偏差情報は、前記電流設定信号に第1ゲイン値を乗算した電流設定乗算信号と前記励磁電流検出信号に前記第1ゲイン値を乗算した電流検出乗算信号との差である電流偏差信号であり、
前記制御信号生成部は、前記電流偏差信号に前記第1ゲイン値の10倍以上1000倍以下の大きさを有する第2ゲイン値を乗算した信号を積分器に通過させて前記第1励磁電流制御信号としての第1電流相当信号を生成し、
前記電流設定信号に第3ゲイン値を乗算して前記第2励磁電流制御信号としての第2電流相当信号を生成し、
前記選択部は前記第2切替部を有し、
前記第2切替部により選択された励磁電流制御信号を、前記電磁石の電気定数からなる第1伝達関数を相殺可能な第2伝達関数を含む伝達関数部に通過させて、電圧相当信号を生成し、生成された前記電圧相当信号に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する磁気浮上制御装置。 - 請求項2から請求項5までのいずれか一項に記載の磁気浮上制御装置において、
前記第2伝達関数には、前記電磁石の電気定数に基づいて設定されるインダクタンス相当値および抵抗相当値が含まれ、
前記インダクタンス相当値は、前記電磁石のインダクタンスの0.1倍以上10倍以下に設定され、
前記抵抗相当値は、前記電磁石の抵抗の0.1倍以上10倍以下に設定され、
前記インダクタンス相当値と前記抵抗相当値との比(インダクタンス相当値)/(抵抗相当値)は、前記インダクタンスと前記抵抗との比(インダクタンス)/(抵抗)の0.1倍以上10倍以下に設定される、磁気浮上制御装置。 - ポンプロータを磁気浮上支持する電磁石を有する磁気軸受と、
前記電磁石へ励磁電流を供給する励磁アンプと、
前記ポンプロータを回転駆動するモータと、
前記励磁アンプをPWM制御する請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の磁気浮上制御装置と、を備える真空ポンプ。
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