JP2791515B2 - 磁気軸受用コントローラ - Google Patents
磁気軸受用コントローラInfo
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- JP2791515B2 JP2791515B2 JP3172684A JP17268491A JP2791515B2 JP 2791515 B2 JP2791515 B2 JP 2791515B2 JP 3172684 A JP3172684 A JP 3172684A JP 17268491 A JP17268491 A JP 17268491A JP 2791515 B2 JP2791515 B2 JP 2791515B2
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- Japan
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- control circuit
- bearing control
- circuit
- power
- bearing
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/44—Centrifugal pumps
- F16C2360/45—Turbo-molecular pumps
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Stopping Of Electric Motors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、磁気軸受式スピンド
ルや磁気軸受式ターボ分子ポンプ等に接続される磁気軸
受用コントローラに関する。
ルや磁気軸受式ターボ分子ポンプ等に接続される磁気軸
受用コントローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の磁気軸受用コントローラ
は、その運転中に図３に示す如く商用電源１が停電して
電力供給が途絶えると、ロータの回生制動によりモータ
１２から得られる回生エネルギーを利用して、軸方向軸
受制御回路３及び径方向軸受制御回路４の両回路に必要
な電力を補給している。
は、その運転中に図３に示す如く商用電源１が停電して
電力供給が途絶えると、ロータの回生制動によりモータ
１２から得られる回生エネルギーを利用して、軸方向軸
受制御回路３及び径方向軸受制御回路４の両回路に必要
な電力を補給している。
【０００３】ところが、上記の如くモータ１２から得ら
れる回生エネルギを利用する場合には、モータ１２の巻
線抵抗や接続ケーブルの抵抗等により回生エネルギの一
部が消費されるため、ロータの回転数が 15000〜20000r
pmの領域まで低下すると、回生エネルギから得られる電
力が上記両回路３，４の合計消費電力を下回り、その両
回路３，４に十分な電力を補給することができなくな
る。また、そのまま何等電力を補給せず、両回路３，４
の動作を停止させると、比較的に高い回転数（ 15000〜
20000rpm）でロータが保護用ベアリング（図示省略）に
タッチダウンするので、ベアリングに過大なダメージを
与え、ベアリングの寿命が短くなる。
れる回生エネルギを利用する場合には、モータ１２の巻
線抵抗や接続ケーブルの抵抗等により回生エネルギの一
部が消費されるため、ロータの回転数が 15000〜20000r
pmの領域まで低下すると、回生エネルギから得られる電
力が上記両回路３，４の合計消費電力を下回り、その両
回路３，４に十分な電力を補給することができなくな
る。また、そのまま何等電力を補給せず、両回路３，４
の動作を停止させると、比較的に高い回転数（ 15000〜
20000rpm）でロータが保護用ベアリング（図示省略）に
タッチダウンするので、ベアリングに過大なダメージを
与え、ベアリングの寿命が短くなる。
【０００４】そこで、このような磁気軸受用コントロー
ラにはバックアップ用バッテリ１４が装備されており、
回生エネルギから得られる電力が上記両回路の合計消費
電力を下回ったときには、ロータがベアリングにダメー
ジを与えない程度の回転数（8000〜10000rpm）に低下す
るまで、上記バッテリ１４から両回路３，４に電力を補
給している。
ラにはバックアップ用バッテリ１４が装備されており、
回生エネルギから得られる電力が上記両回路の合計消費
電力を下回ったときには、ロータがベアリングにダメー
ジを与えない程度の回転数（8000〜10000rpm）に低下す
るまで、上記バッテリ１４から両回路３，４に電力を補
給している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の磁気軸受用コントローラにあっては、ロータ
がベアリングにダメージを与えない程度の回転数に低下
するまで、バッテリ１４から両回路３，４に電力を補給
するので、大容量のバッテリが必要になり、コントロー
ラが大型化するとともにコストが高くなる。
うな従来の磁気軸受用コントローラにあっては、ロータ
がベアリングにダメージを与えない程度の回転数に低下
するまで、バッテリ１４から両回路３，４に電力を補給
するので、大容量のバッテリが必要になり、コントロー
ラが大型化するとともにコストが高くなる。
【０００６】しかも、停電時においてバッテリーが使用
不能な場合には、ロータが比較的に高い回転数（ 15000
〜20000rpm）でベアリングにタッチダウンし、ベアリン
グに過大なダメージを与えるので、厳格なバッテリーの
保守，点検作業等が要求され、コントローラの使い勝手
が悪い。
不能な場合には、ロータが比較的に高い回転数（ 15000
〜20000rpm）でベアリングにタッチダウンし、ベアリン
グに過大なダメージを与えるので、厳格なバッテリーの
保守，点検作業等が要求され、コントローラの使い勝手
が悪い。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上述の事情
に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小
型かつ低コストで、しかも使い勝手の良い磁気軸受用コ
ントローラを提供することにあり、上記目的を達成する
ためにこの発明は、ロータの軸方向及び径方向に設置さ
れた電磁石を制御する軸方向軸受制御回路及び径方向軸
受制御回路と、上記軸方向軸受制御回路及び径方向軸受
制御回路への電力供給が停止する停電時に、上記ロータ
の回生制動によりモータから得られる回生エネルギを、
軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路の補給電力
として変換する回生電圧変換回路とを具備する磁気軸受
用コントローラにおいて、上記回生電圧変換回路からの
補給電力が軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路
の合計消費電力を下回った時、軸方向軸受制御回路及び
径方向軸受制御回路のうちいずれか一方を停止させる磁
気軸受停止指令回路を設けたことを特徴とする。
に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小
型かつ低コストで、しかも使い勝手の良い磁気軸受用コ
ントローラを提供することにあり、上記目的を達成する
ためにこの発明は、ロータの軸方向及び径方向に設置さ
れた電磁石を制御する軸方向軸受制御回路及び径方向軸
受制御回路と、上記軸方向軸受制御回路及び径方向軸受
制御回路への電力供給が停止する停電時に、上記ロータ
の回生制動によりモータから得られる回生エネルギを、
軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路の補給電力
として変換する回生電圧変換回路とを具備する磁気軸受
用コントローラにおいて、上記回生電圧変換回路からの
補給電力が軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路
の合計消費電力を下回った時、軸方向軸受制御回路及び
径方向軸受制御回路のうちいずれか一方を停止させる磁
気軸受停止指令回路を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】この発明によれば、回生電圧変換回路からの補
給電力が軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路の
合計消費電力を下回った時、軸方向軸受制御回路及び径
方向軸受制御回路のうちいずれか一方を、磁気軸受停止
指令回路が停止させ、合計消費電力を半減させる。
給電力が軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路の
合計消費電力を下回った時、軸方向軸受制御回路及び径
方向軸受制御回路のうちいずれか一方を、磁気軸受停止
指令回路が停止させ、合計消費電力を半減させる。
【０００９】
【実施例】以下、この発明に係る磁気軸受用コントロー
ラの一実施例について図１を基に説明する。なお、従来
と同一部材には同一符号を付す。
ラの一実施例について図１を基に説明する。なお、従来
と同一部材には同一符号を付す。
【００１０】このコントローラは、図に示す如く商用電
源１から直流電源回路２を介して軸方向軸受制御回路３
及び径方向軸受制御回路４へ電力を供給するように接続
されており、軸方向軸受制御回路３は図示しないロータ
の軸方向に設置される電磁石５を、径方向軸受制御回路
４は上記ロータの径方向に設置される電磁石６を制御す
るように構成されている。なお、制御は上記ロータが一
定の位置で保持されるように電磁石を励磁する。
源１から直流電源回路２を介して軸方向軸受制御回路３
及び径方向軸受制御回路４へ電力を供給するように接続
されており、軸方向軸受制御回路３は図示しないロータ
の軸方向に設置される電磁石５を、径方向軸受制御回路
４は上記ロータの径方向に設置される電磁石６を制御す
るように構成されている。なお、制御は上記ロータが一
定の位置で保持されるように電磁石を励磁する。
【００１１】また、このコントローラには停電検出回路
７が設けられており、停電検出回路７は、商用電源１の
停電を検出するとともに、停電の検出と同時に停電告知
信号Ｓ1 をインバータ制御回路８，回生電圧変換回路９
及び磁気軸受停止回路１０へそれぞれ出力して、それら
の回路８，９，１０に動作開始を指示する。
７が設けられており、停電検出回路７は、商用電源１の
停電を検出するとともに、停電の検出と同時に停電告知
信号Ｓ1 をインバータ制御回路８，回生電圧変換回路９
及び磁気軸受停止回路１０へそれぞれ出力して、それら
の回路８，９，１０に動作開始を指示する。
【００１２】さらに、上記インバータ制御回路８は、回
生制動開始指令Ｓ2をインバータ主回路１１へ出力し、
かつロータの回生制動によりモータ１２から得られる回
生エネルギーをインバータ主回路１１で回収させる。こ
の際、インバータ主回路１１は、回収する回生エネルギ
でコンデンサＣの両端電圧を回生電圧変換回路９の許容
入力電圧範囲内に保つように機能する。
生制動開始指令Ｓ2をインバータ主回路１１へ出力し、
かつロータの回生制動によりモータ１２から得られる回
生エネルギーをインバータ主回路１１で回収させる。こ
の際、インバータ主回路１１は、回収する回生エネルギ
でコンデンサＣの両端電圧を回生電圧変換回路９の許容
入力電圧範囲内に保つように機能する。
【００１３】一方、上記回生電圧変換回路９は、コンデ
ンサＣの両端電圧を軸方向軸受制御回路３及び径方向軸
受制御回路４の補給電力用電圧に変換するとともに、そ
の補給電力を上記両回路３，４へ供給する。
ンサＣの両端電圧を軸方向軸受制御回路３及び径方向軸
受制御回路４の補給電力用電圧に変換するとともに、そ
の補給電力を上記両回路３，４へ供給する。
【００１４】また、上記磁気軸受停止回路１０は、回転
数センサ１３からの現在のロータ回転数ωm を監視する
とともに、ロータ回転数ωm が 15000〜20000rpmよりも
低くなり、回生電圧変換回路９からの補給電力が軸方向
軸受制御回路３及び径方向軸受制御回路４の合計消費電
力を下回った時、軸受回路停止指令Ｓ2 を軸方向軸受制
御回路３へ出力し、軸方向軸受制御回路３の動作を停止
させる。
数センサ１３からの現在のロータ回転数ωm を監視する
とともに、ロータ回転数ωm が 15000〜20000rpmよりも
低くなり、回生電圧変換回路９からの補給電力が軸方向
軸受制御回路３及び径方向軸受制御回路４の合計消費電
力を下回った時、軸受回路停止指令Ｓ2 を軸方向軸受制
御回路３へ出力し、軸方向軸受制御回路３の動作を停止
させる。
【００１５】次に、上記の如く構成された磁気軸受用コ
ントローラの動作について図１及び図２を基に説明す
る。なお、ここでは、ロータが保護用ベアリングにタッ
チダウンしても、それにダメージを与えない程度のロー
タ回転数（8000〜10000rpm）を第１の設定値ω1 とし、
回生電圧変換回路９からの補給電力が両回路３，４の合
計消費電力を下回るときのロータ回転数（ 15000〜2000
0rpm）を第２の設定値ω2 とする。
ントローラの動作について図１及び図２を基に説明す
る。なお、ここでは、ロータが保護用ベアリングにタッ
チダウンしても、それにダメージを与えない程度のロー
タ回転数（8000〜10000rpm）を第１の設定値ω1 とし、
回生電圧変換回路９からの補給電力が両回路３，４の合
計消費電力を下回るときのロータ回転数（ 15000〜2000
0rpm）を第２の設定値ω2 とする。
【００１６】このコントローラによれば、停電検出回路
７において停電したか否かを判断し（ステップ１０
０）、停電していない場合（Ｎｏ）、ステップ１００の
処理を繰り返し実行するが、繰り返し実行している途中
で、停電した場合（Ｙｅｓ）、現在のロータ回転数ωm
と第一の設定値（8000〜10000rpm）ω1 とを比較する
（ステップ１０２）。
７において停電したか否かを判断し（ステップ１０
０）、停電していない場合（Ｎｏ）、ステップ１００の
処理を繰り返し実行するが、繰り返し実行している途中
で、停電した場合（Ｙｅｓ）、現在のロータ回転数ωm
と第一の設定値（8000〜10000rpm）ω1 とを比較する
（ステップ１０２）。
【００１７】そして、上記の如き比較の結果、現在のロ
ータ回転数ωm が第一の設定値ω1 より高い時（Ｙｅ
ｓ）、インバータ制御回路８が回生制動開始指令Ｓ2 を
インバータ主回路１１へ出力する。このようにしてロー
タの回生制動が始まると、インバータ主回路１１が、モ
ータ１２より回生エネルギーを回収し、かつ回収した回
生エネルギでコンデンサＣの両端電圧を回生電圧変換回
路９の許容入力電圧範囲内に保つ。これと同時に、回生
電圧変換回路９が、コンデンサＣの両端電圧を軸方向軸
受制御回路３及び径方向軸受制御回路４の補給電力用電
圧に変換し、その補給電力を軸方向軸受制御回路３及び
径方向軸受制御回路４へ供給する（ステップ１０４）。
ータ回転数ωm が第一の設定値ω1 より高い時（Ｙｅ
ｓ）、インバータ制御回路８が回生制動開始指令Ｓ2 を
インバータ主回路１１へ出力する。このようにしてロー
タの回生制動が始まると、インバータ主回路１１が、モ
ータ１２より回生エネルギーを回収し、かつ回収した回
生エネルギでコンデンサＣの両端電圧を回生電圧変換回
路９の許容入力電圧範囲内に保つ。これと同時に、回生
電圧変換回路９が、コンデンサＣの両端電圧を軸方向軸
受制御回路３及び径方向軸受制御回路４の補給電力用電
圧に変換し、その補給電力を軸方向軸受制御回路３及び
径方向軸受制御回路４へ供給する（ステップ１０４）。
【００１８】その後、現在のロータ回転数ωm と第２の
設定値（ 15000〜20000rpm）ω2 とを比較し（ステップ
１０６）、現在のロータ回転数ωm が第２の設定値ω2
より高い場合（Ｙｅｓ）、ステップ１０６の処理を繰り
返し実行するが、繰り返し実行している途中で、現在の
ロータ回転数ωm が第２の設定値ω2よりも低くなり、
回生電圧変換回路９からの補給電力が上記両回路３，４
の合計消費電力を下回った時（Ｎｏ）、磁気軸受停止回
路１０が軸受回路停止指令Ｓ2 を軸方向軸受制御回路３
へ出力して、軸方向軸受制御回路３の動作を停止させ、
合計消費電力を半減させる（ステップ１０８）。
設定値（ 15000〜20000rpm）ω2 とを比較し（ステップ
１０６）、現在のロータ回転数ωm が第２の設定値ω2
より高い場合（Ｙｅｓ）、ステップ１０６の処理を繰り
返し実行するが、繰り返し実行している途中で、現在の
ロータ回転数ωm が第２の設定値ω2よりも低くなり、
回生電圧変換回路９からの補給電力が上記両回路３，４
の合計消費電力を下回った時（Ｎｏ）、磁気軸受停止回
路１０が軸受回路停止指令Ｓ2 を軸方向軸受制御回路３
へ出力して、軸方向軸受制御回路３の動作を停止させ、
合計消費電力を半減させる（ステップ１０８）。
【００１９】次に、現在のロータ回転数ωm と第１の設
定値（8000〜10000rpm）ω1 とを比較し（ステップ１１
０）、現在のロータ回転数ωm が第１の設定値ω1 より
低ければ、ロータが保護用ベアリング（図示省略）にタ
ッチダウンしても、ベアリングに過大なダメージを与え
ないので、軸方向軸受制御回路３を含めて径方向軸受制
御回路４等の動作を全て停止させる（ステップ１１
２）。
定値（8000〜10000rpm）ω1 とを比較し（ステップ１１
０）、現在のロータ回転数ωm が第１の設定値ω1 より
低ければ、ロータが保護用ベアリング（図示省略）にタ
ッチダウンしても、ベアリングに過大なダメージを与え
ないので、軸方向軸受制御回路３を含めて径方向軸受制
御回路４等の動作を全て停止させる（ステップ１１
２）。
【００２０】また、上記ステップ１０２における比較の
結果、現在のロータ回転数ωm が第一の設定値ω1 より
低いとき（ｎｏ）、上記ステップ１１２の処理へ移行
し、上記と同様に軸方向軸受制御回路３を含めて径方向
軸受制御回路４等の動作を全て停止させる。
結果、現在のロータ回転数ωm が第一の設定値ω1 より
低いとき（ｎｏ）、上記ステップ１１２の処理へ移行
し、上記と同様に軸方向軸受制御回路３を含めて径方向
軸受制御回路４等の動作を全て停止させる。
【００２１】したがって、上記のような磁気軸受用コン
トローラによれば、回生電圧変換回路からの補給電力が
軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路への消費電
力を下回った時、軸方向軸受制御回路を停止させるた
め、その時点から消費電力が半減するので、バッテリか
らの補給電力に頼らなくとも、ロータがベアリングにダ
メージを与えない程度の回転数に低下するまで、径方向
軸受制御回路を継続動作させることができる。これによ
り、バッテリの容量小型化、あるいはバッテリの省略化
を図れる。
トローラによれば、回生電圧変換回路からの補給電力が
軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路への消費電
力を下回った時、軸方向軸受制御回路を停止させるた
め、その時点から消費電力が半減するので、バッテリか
らの補給電力に頼らなくとも、ロータがベアリングにダ
メージを与えない程度の回転数に低下するまで、径方向
軸受制御回路を継続動作させることができる。これによ
り、バッテリの容量小型化、あるいはバッテリの省略化
を図れる。
【００２２】なお、上記実施例にあっては、回生電圧変
換回路からの補給電力が軸方向軸受制御回路及び径方向
軸受制御回路の合計消費電力を下回った時、軸方向軸受
制御回路を停止させるが、これに代えて径方向軸受制御
回路を停止させても良い。
換回路からの補給電力が軸方向軸受制御回路及び径方向
軸受制御回路の合計消費電力を下回った時、軸方向軸受
制御回路を停止させるが、これに代えて径方向軸受制御
回路を停止させても良い。
【００２３】
【発明の効果】この発明に係る磁気軸受用コントローラ
は、上記の如く回生電圧変換回路からの補給電力が軸方
向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路の消費電力を下
回った時、軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路
の両回路のうちいずれか一方を停止させるので、その時
点から合計消費電力が半減する。
は、上記の如く回生電圧変換回路からの補給電力が軸方
向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路の消費電力を下
回った時、軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路
の両回路のうちいずれか一方を停止させるので、その時
点から合計消費電力が半減する。
【００２４】そのため、バッテリからの補給電力に頼ら
なくとも、回生電圧変換回路からの補給電力のみで、ロ
ータがベアリングにダメージを与えない程度の回転数に
低下するまで、上記両回路のうち他方を継続動作させる
ことができる。
なくとも、回生電圧変換回路からの補給電力のみで、ロ
ータがベアリングにダメージを与えない程度の回転数に
低下するまで、上記両回路のうち他方を継続動作させる
ことができる。
【００２５】これにより、バッテリの容量小型化、ある
いはバッテリの省略化を図れるため、小型かつ低コスト
なコントローラを提供できるとともに、バッテリを省略
することにより、コントローラの使い勝手が向上する。
いはバッテリの省略化を図れるため、小型かつ低コスト
なコントローラを提供できるとともに、バッテリを省略
することにより、コントローラの使い勝手が向上する。
【図１】この発明に係る磁気軸受用コントローラのブロ
ック図。
ック図。
【図２】この発明に係る磁気軸受用コントローラの動作
を説明するフローチャト。
を説明するフローチャト。
【図３】従来の磁気軸受用コントローラのブロック図。
３ 軸方向軸受制御回路 ４ 径方向軸受制御回路 ９ 回生電圧変換回路 １０ 磁気軸受停止指令回路
Claims (1)
- 【請求項１】 ロータの軸方向及び径方向に設置された
電磁石を制御する軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制
御回路と、 上記軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路への電
力供給が停止する停電時に、上記ロータの回生制動によ
りモータから得られる回生エネルギを、軸方向軸受制御
回路及び径方向軸受制御回路の補給電力として変換する
回生電圧変換回路とを具備する磁気軸受用コントローラ
において、 上記回生電圧変換回路からの補給電力が軸方向軸受制御
回路及び径方向軸受制御回路の合計消費電力を下回った
時、軸方向軸受制御回路及び径方向軸受制御回路のう
ち、いずれか一方を停止させる磁気軸受停止指令回路を
設けたことを特徴とする磁気軸受用コントローラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3172684A JP2791515B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 磁気軸受用コントローラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3172684A JP2791515B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 磁気軸受用コントローラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0518417A JPH0518417A (ja) | 1993-01-26 |
| JP2791515B2 true JP2791515B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=15946447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3172684A Expired - Fee Related JP2791515B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 磁気軸受用コントローラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2791515B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1122729A (ja) * | 1997-07-01 | 1999-01-26 | Koyo Seiko Co Ltd | 磁気軸受装置 |
| JP2005325977A (ja) * | 2004-05-17 | 2005-11-24 | Shimadzu Corp | 磁気軸受装置 |
| JP7171174B2 (ja) * | 2017-09-05 | 2022-11-15 | エドワーズ株式会社 | 真空ポンプ及びモータ制御装置 |
-
1991
- 1991-07-12 JP JP3172684A patent/JP2791515B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0518417A (ja) | 1993-01-26 |
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