JP3585950B2

JP3585950B2 - Magnetic bearing type rotating device

Info

Publication number: JP3585950B2
Application number: JP07459494A
Authority: JP
Inventors: 雅之山本
Original assignee: Ｂｏｃエドワーズ株式会社
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: JPH07279962A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気軸受式回転装置に係り、例えば、回転中の磁気軸受式ターボ分子ポンプ等が停電時にタッチダウンする際に、保護ベアリングが破壊しないようにした磁気軸受式回転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気軸受式回転装置では、回転体の高速回転中に停電した場合のバックアップ用電源として、バッテリを装備するのが一般的であった。そして、停電時には、このバッテリの電力によって回転体の磁気浮上を継続させると共に、インバータでブレーキ動作を行い、回転体の回転を停止させるようにしていた。
【０００３】
しかし、近年、例えば磁気軸受式ターボ分子ポンプなどでは、バックアップ用電源としてのバッテリを使用せず、停電時には回転体の回転エネルギをモータ駆動装置側に回生して磁気軸受の電源とすることにより、回転体の磁気浮上を継続する方式（以下、バッテリレス方式と呼ぶ）が主流となりつつある。
【０００４】
バッテリレス方式では、回転体の回転エネルギが回生されると共に回転体の回転数は低下し、回転数の低下と共に回生される電力が減少する。そして、回生電力が磁気浮上に必要な電力を下回った時点で、磁気軸受の磁気浮上動作の継続が不可能となり、回転体は保護ベアリング上に降下する（以下、タッチダウンと呼ぶ）。
【０００５】
一方、バッテリレス方式において、停電時に磁気軸受が動作不可能となる回転数は、定格回転数の１／３〜１／５程度である。そして、回転体が保護ベアリング上にタッチダウンしたときの回転エネルギは、殆ど保護ベアリングの機械的摩擦による熱エネルギとして消費され、数分〜数１０分で回転は停止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如く数分〜数１０分にわたって保護ベアリング上で回転体が回転すると、回転体の重量により保護ベアリングが激しく磨耗する。この激しい磨耗のために、場合によっては数１０回の停電時における回転体のタッチダウンにより保護ベアリングが破壊したり、或いは、保護ベアリングを構成するボールの磨耗によって生じたベアリングのがたつきによって、例えばターボ分子ポンプの回転翼と固定翼とが接触し、破壊するおそれがあった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、回転体の高速回転中に停電になり回転体がタッチダウンした場合に、短時間で回転を停止させる磁気軸受式回転装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、直流供給手段と、この直流供給手段からの供給電流によりモータの回転体を磁気浮上させる電磁石と、この電磁石の発生磁界を制御して前記回転体の位置制御を行う磁気軸受制御手段と、前記モータの巻線への電流供給を制御するスイッチング素子を用いて、前記直流供給手段からの供給電流を、モータの回転体を回転させる回転磁界形成用の交流に変換する電力変換手段と、前記直流供給手段による給電の停止を検出し、前記電力変換手段から交流が供給されるモータの巻線を前記スイッチング素子の導通を制御して短絡させる短絡手段とを備えて、前記目的を達成する。
【０００９】
請求項２記載の発明では、前記短絡手段は、前記直流供給手段の出力側に並列接続された継電器およびコンデンサと、前記継電器とコンデンサとの接続点に一端が接続され、他端が前記スイッチング素子の導通を制御する導通制御部に接続された前記継電器のブレーク接点とを備えて、前記目的を達成する。
【００１０】
請求項３記載の発明では、前記直流供給手段と継電器との間に配置され、前記磁気軸受制御手段が給電されている場合には前記直流供給手段と継電器とを接続させ、前記磁気軸受制御手段が給電停止されている場合には前記直流供給手段と継電器とを非接続とさせる開閉手段を備えて、前記目的を達成する。
【００１１】
【作用】
請求項１記載の磁気軸受式回転装置では、電磁石は、直流供給手段から直流を供給されてモータの回転体を磁気浮上させる。磁気軸受制御手段は、磁気浮上された回転体の位置制御を行う。電力変換手段をなすスイッチング素子にはモータの巻線が接続されている。電力変換手段は、モータの巻線への電流供給を制御するスイッチング素子を用いて、直流供給手段から供給された直流をモータの回転体を回転させる回転磁界形成用の交流に変換する。短絡手段は、直流供給手段による給電の停止を検出し、モータの巻線をスイッチング素子の導通を制御して短絡する。
【００１２】
そして、給電停止時にモータの巻線が短絡状態のまま回転体が回転を継続すると、モータは発電機として作用し、モータの回転体は電気的制動作用を受ける。従って、給電停止時には、回転体は電気的制動作用により短時間の内に回転を停止するので、保護ベアリングの寿命を延ばすことができる。
【００１３】
請求項２記載の磁気軸受式回転装置では、継電器は直流供給手段の出力側に接続されているので、直流供給手段の給電の有無を検出する。継電器の接点は、ブレーク接点なので、給電時にはその接点が開放され、コンデンサはスイッチング素子とは非接続状態になる。従って、コンデンサには、直流供給手段からの給電時に電荷が蓄えられる。
【００１４】
一方、給電停止時には継電器に給電されないので、ブレーク接点は接続状態になり、コンデンサに蓄えられた電荷がスイッチング素子の導通制御部に供給される。従って、モータの巻線は、スイッチング素子を介して短絡される。
請求項３記載の磁気軸受式回転装置では、開閉手段が直流供給手段と継電器との間に配置されている。開閉手段は、磁気軸受制御手段が給電されている場合には直流供給手段と継電器とを接続させ、磁気軸受制御手段が給電停止されている場合には直流供給手段と継電器とを非接続とさせる。
【００１５】
従って、磁気軸受制御手段への給電が停止されると、直ちにブレーク接点が接続状態になり、コンデンサに蓄えられた電荷によりスイッチング素子が導通し、モータの巻線が短絡される。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の磁気軸受式回転装置における実施例を図１ないし図６を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施例を適用するバッテリレス方式の磁気軸受システムの全体構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、交流電源１は、「直流供給手段」としての整流回路２の入力側に接続され、整流回路２の出力側には２本の電源線Ｌａ１、Ｌｂ１が接続されている。２本の電源線Ｌａ１、Ｌｂ１は、平滑用コンデンサ３を介して単相電力を３相電力に変換する「電力変換手段」としてのモータ駆動主回路４の入力側に接続されている。モータ駆動主回路４の出力側からは３相電力が出力され、その出力は、磁気軸受式回転装置ＭＢを構成するＤＣブラシレスモータのモータ巻線ＭＣに接続されている。
【００１８】
また、整流回路２の出力側の２本の電源線Ｌａ１、Ｌｂ１は、直流安定化電源回路５の入力側に接続されている。直流安定化電源回路５の出力側には、２本の電源線Ｌａ２、Ｌｂ２が接続されている。２本の電源線Ｌａ２、Ｌｂ２は、モータ駆動制御回路６に接続されると共に、磁気軸受式回転装置ＭＢの磁気軸受巻線ＢＣに電力を供給して回転体の位置制御を行う「磁気軸受制御手段」としての磁気軸受制御回路７に接続されている。モータ駆動制御回路６の出力側は、モータ駆動主回路４の制御用の入力端子に接続されている。
【００１９】
次に、第１実施例と第２実施例を説明する。なお、これらの実施例は、図１に示したモータ駆動主回路４とモータ駆動制御回路６との回路構成が相違するのみであり、その他の部分は同一である。
（１）第１実施例
本実施例は、通電中にコンデンサに蓄えた電荷を、停電時にＮ・ＭＯＳトランジスタのゲートに加えてこのＮ・ＭＯＳトランジスタをオンさせ、モータ巻線ＭＣを短絡して電気的制動作用を行わせる場合である。
【００２０】
図２は、モータ駆動主回路４の具体的な構成のモータ駆動主回路４Ａを示す回路図であり、図３は、同様にモータ駆動制御回路６Ａを示す回路図である。
図２に示すように、２本の電源線Ｌａ１、Ｌｂ１間には、抵抗４１とトランジスタ４２からなる直列回路が接続されている。抵抗４１は、停電に伴う回転体の減速時に、ＤＣブラシレスモータから回生されるエネルギを消費させるための回生抵抗であり、回生されるエネルギ量と抵抗４１で消費されるエネルギ量が等しくなるようにトランジスタ４２がオン・オフ制御される。
【００２１】
また、２本の電源線Ｌａ１、Ｌｂ１間には、トランジスタ４３ａと４３ｂとからなる直列回路と、トランジスタ４３ｃと４３ｄとからなる直列回路と、トランジスタ４３ｅと４３ｆとからなる直列回路とが、それぞれ接続されている。
各トランジスタ４２、４３ａ〜４３ｆは、Ｎ・ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタ）等のパワートランジスタが使用され、各トランジスタ４２、４３ａ〜４３ｆのソース・ドレイン間には回生電流パス用のダイオード４４ａ〜４４ｇが接続されている。また、各トランジスタ４３ａと４３ｂ、４３ｃと４３ｄ、４３ｅと４３ｆのそれぞれの接続点は、モータ巻線ＭＣに接続されている。
【００２２】
トランジスタ４３ｂ、４３ｄ、４３ｆのそれぞれのゲートは、図３に示すモータ駆動制御回路６Ａの符号Ａ、Ｂ、Ｃで示す部分に接続されている。
図３に示すように、駆動制御回路用電源６０の入力側は、直流安定化電源回路５の２本の電源線Ｌａ２、Ｌｂ２に接続され、駆動制御回路用電源６０は直流安定化電源回路５の出力電圧を、リレー駆動用の電圧に変換する。駆動制御回路用電源６０の出力側の＋端子と−端子間には、交流電源１の通電中に動作する「短絡手段」をなすリレー６１が接続され、更に＋側端子は直流阻止用のダイオード６２を介してリレー６１の「短絡手段」をなすブレーク接点６１ａの一方の端子に接続されている。
【００２３】
交流電源１の通電時にはリレー６１に通電されるので、ブレーク接点６１ａは開放状態となり、交流電源１の停電時には接続状態となる。ダイオード６２のカソードとブレーク接点６１ａの一方の端子間には、「短絡手段」をなすコンデンサ６３の＋側端子が接続され、このコンデンサ６３の−側端子は駆動制御回路用電源６０の−側出力端子に接続されると共に、接地されている。
【００２４】
ブレーク接点６１ａの他方の端子は、直流阻止用のダイオード６５ａ、６５ｂ、６５ｃのそれぞれのアノードに接続され、各ダイオード６５ａ、６５ｂ、６５ｃのカソードは、図２に示した各トランジスタ４２、４３ａ〜４３ｆのゲートを所定のタイミングで制御駆動するゲート駆動回路６４に接続されている。
【００２５】
次に、以上のように構成された第１実施例の動作を説明する。
▲１▼交流電源の通電時
この場合は、モータ駆動主回路４Ａおよびモータ駆動制御回路６Ａを含め、図１に示す全ての部分に電力が供給可能になっている。
【００２６】
そして、図３に示すリレー６１には駆動制御回路用電源６０から所定の直流電圧が印加され、リレー６１はオンになり、ブレーク接点６１ａは開放状態となる。従って、コンデンサ６３には駆動制御回路用電源６０から直流電圧が印加され、充電される。
【００２７】
また、モータ駆動主回路４Ａの各トランジスタ４２、４３ａ〜４３ｆは、モータ駆動制御回路６Ａに示すゲート駆動回路６４から出力されるゲート信号によって所定のタイミングでオン・オフ制御される。更に、磁気軸受制御回路７からは、磁気浮上用の電流が磁気軸受巻線ＢＣに供給される。従って、磁気軸受式回転装置ＭＢを構成するＤＣブラシレスモータの回転体（ロータ）は、所定の速度で高速回転される。
【００２８】
▲２▼交流電源の停電時
磁気軸受式回転装置ＭＢの高速回転中に停電が発生した場合、ＤＣブラシレスモータは直ちに減速し始める。減速時に回生される電力の一部は、モータ駆動主回路４Ａを介して直流安定化電源回路５に供給され、それによって停電時でもモータ駆動制御回路６Ａや磁気軸受制御回路７は、動作を継続し、回転体は保護ベアリング上にタッチダウンすることなく回転を継続する。
【００２９】
また、停電時であっても回生エネルギによって磁気軸受式回転装置ＭＢが動作している間、駆動制御回路用電源６０が動作し、リレー６１のブレーク接点６１ａは開放状態のままであり、コンデンサ６３の充電は継続される。
やがて、ＤＣブラシレスモータの回転数が低下し、回生電力が磁気軸受制御回路７とモータ駆動制御回路６Ａとにおいて消費される電力より小さくなったとき、直流安定化電源回路５は動作を停止し、回転体は保護ベアリング上にタッチダウンする。
【００３０】
このとき図３に示す駆動制御回路用電源６０も動作を停止するのでリレー６１はオフとなり、ブレーク接点６１ａは接続状態に回復する。このブレーク接点６１ａの接続により、それまでコンデンサ６３に蓄えられていた電荷が、ブレーク接点６１ａ、ダイオード６５ａ〜６５ｃを介してトランジスタ４３ｂ、４３ｄ、４３ｆをオンにするので、ＤＣブラシレスモータの３相コイルが短絡される。
【００３１】
このとき、ＤＣブラシレスモータは発電機として作用し、回転エネルギはモータ巻線抵抗及びケーブル抵抗などで消費され、すみやかに減速する。従って、保護ベアリングを長時間に渡って回転させることがないので、保護ベアリングを磨耗させることがない。
【００３２】
ここに、トランジスタ４３ｂ、４３ｄ、４３ｆには、前述の如くＦＥＴ或いはＩＧＢＴが用いられているので、ゲート漏れ電流が極めて少なく、回転体が停止するまでの間トランジスタ４３ｂ、４３ｄ、４３ｆのオン状態を継続することができる。
【００３３】
また、コンデンサ６３の充電電圧を１２Ｖ、ＦＥＴのゲート漏れ電流を１００ｎＡとし、ＦＥＴに１０Ｖ以上の電圧を５分以上供給するために必要なコンデンサ６３の容量は、次式で求めることができる。
１００×１０^−９×３×５×６０／２＝４５×１０^−６Ｆ
従って、コンデンサ６３としては、余裕を見て１００μＦ程度の電解コンデンサを使用すればよい。
【００３４】
▲３▼第１実施例におけるモータ駆動制御回路の変形例
ところで、停電となり、図１に示す磁気軸受制御回路７への給電が停止されると、磁気軸受巻線ＢＣへの給電も停止される。
一方、停電になっても、磁気軸受式回転装置全体には電源回路周辺のコンデンサ等には未だ電荷が残存している可能性がある。従って、前述の如く停電になって磁気軸受制御回路７への給電が停止されても、駆動制御回路用電源６０からはリレー６１をオンにさせる電流が継続して供給される可能性がある。よって、停電になったにも拘らず、図３に示すモータ駆動制御回路６Ａが動作せず、ＤＣブラシレスモータの３相コイルが短絡されない場合がある。従って、電気的制動作用が働かないので、回転体のタッチダウン後に、長時間回転体が回転を継続するおそれがある。
【００３５】
このような不都合を回避する手段として、図４に示すモータ駆動制御回路６Ｂが好適である。
図４に示すように、駆動制御回路用電源６０とリレー６１との間に、開閉回路６６を配置する。この開閉回路６６は、通電中に閉じており、停電となり磁気軸受制御回路７が停止した場合には開く。
【００３６】
このように構成すれば、磁気軸受制御回路７が停止すると開閉回路６６が開くので、リレー６１がオフになり、ブレーク接点６１ａが接続される。このブレーク接点６１ａの接続により、コンデンサ６３に蓄えられた電荷がトランジスタ４３ｂ、４３ｄ、４３ｆをオンにするので、モータの３相が短絡される。
【００３７】
よって、ＤＣブラシレスモータは発電機として作用し、タッチダウンした回転体は保護ベアリングを長時間に渡って回転させることがないので、保護ベアリングを磨耗させることがない。
（２）第２実施例
本実施例は、通電中にコンデンサに蓄えた電荷を、停電時にＰ・ＭＯＳＦＥＴのゲートに加えてこのＰ・ＭＯＳＦＥＴをオンさせ、モータ巻線ＭＣを短絡する場合である。
【００３８】
図５は、第２実施例のモータ駆動主回路４Ｂの回路図であり、図６は、第２実施例のモータ駆動制御回路６Ｃの回路図である。
本実施例は、トランジスタ４５ａ〜４５ｃにＰ・ＭＯＳＦＥＴを使用し、ダイオード６６、６８ａ〜６８ｃの方向を逆にした場合である。
【００３９】
このように構成しても、第１実施例と同様に、通電中にはダイオード６６を介して駆動制御回路用電源５２からコンデンサ６７に電流供給され、コンデンサ６７に電荷が蓄えられる。そして、停電時には、コンデンサ６７に蓄えられた電荷によりトランジスタ４５ａ、４５ｃ、４５ｅが導通されて３相のモータ巻線が短絡される。従って、ＤＣブラシレスモータは発電機として作用し、タッチダウンした回転体は保護ベアリングを長時間に渡って回転させることがないので、保護ベアリングを磨耗させることがない。
【００４０】
なお、第２実施例においても、図４に示したのと同様の開閉回路６６を駆動制御回路用電源６０とリレー６１との間に備えれば、第１実施例と同様の効果を上げることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、短絡手段は、直流供給手段による直流の供給停止を検出してモータの巻線をスイッチング素子の導通を制御して短絡しているので、直流の供給が停止されると、モータは発電機として作用し、モータの回転体は電気的制動作用を受ける。従って、給電停止時には、回転体は電気的制動作用により短時間の内に回転を停止するので、保護ベアリングの寿命を延ばすことができる。
【００４２】
また、請求項２記載の発明では、短絡手段として継電器とこの継電器のブレーク接点とコンデンサとを用いて、給電停止時には、回転体は電気的制動作用により短時間の内に回転を停止する。
【００４３】
請求項３記載の発明では、開閉手段は、磁気軸受制御手段が給電停止されている場合には直流供給手段と継電器とを非接続とさせるので、直ちにブレーク接点が接続状態になり、コンデンサに蓄えられた電荷によりスイッチング素子が導通され、モータの巻線が短絡される。
【００４４】
従って、磁気軸受式回転装置を構成する電源回路のコンデンサ等に、停電時に電荷が残っていても、直ちにモータの回転体は電気的制動作用を受ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の全体構成を示すブロック図である。
【図２】同上、モータ駆動主回路の第１実施例の回路図である。
【図３】同上、モータ駆動制御回路の第１実施例の回路図である。
【図４】同上、モータ駆動制御回路の第１実施例の変形例の回路図である。
【図５】同上、モータ駆動主回路の第２実施例の回路図である。
【図６】同上、モータ駆動制御回路の第２実施例の回路図である。
【符号の説明】
ＭＢ磁気軸受装置
ＭＣ磁気軸受装置のモータ巻線
１交流電源
２整流回路（直流供給手段）
４モータ駆動主回路（電力変換手段）
４Ａ第１実施例のモータ駆動主回路
４Ｂ第２実施例のモータ駆動主回路
５直流安定化電源回路
６モータ駆動制御回路
６Ａ第１実施例のモータ駆動制御回路
６Ｂ第２実施例のモータ駆動制御回路
７磁気軸受制御回路
４１回生抵抗
４２、４３ａ〜４３ｆＮ・ＭＯＳトランジスタ
４５ａ〜４５ｃＰ・ＭＯＳトランジスタ
６０駆動制御回路用電源
６１リレー（検出手段）
６１ａリレーのブレーク接点（検出手段）
６３コンデンサ（検出手段）
６６開閉回路（開閉手段）[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a magnetic bearing-type rotating device, for example, a magnetic bearing-type rotating device that prevents a protective bearing from breaking when a rotating magnetic bearing-type turbo-molecular pump or the like touches down during a power failure.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic bearing type rotating device generally includes a battery as a backup power supply when a power failure occurs during high-speed rotation of a rotating body. Then, at the time of a power failure, the magnetic levitation of the rotating body is continued by the power of the battery, and a braking operation is performed by the inverter to stop the rotation of the rotating body.
[0003]
However, in recent years, for example, a magnetic bearing type turbo molecular pump or the like does not use a battery as a backup power supply, and at the time of a power failure, regenerates the rotational energy of the rotating body to the motor drive device side and uses it as a power supply for the magnetic bearing. A method of continuing magnetic levitation of a rotating body (hereinafter referred to as a battery-less method) is becoming mainstream.
[0004]
In the battery-less system, the rotational energy of the rotating body is regenerated while the rotating speed of the rotating body is reduced, and the power regenerated is reduced as the rotating speed is reduced. Then, when the regenerative power falls below the power required for magnetic levitation, the magnetic levitation operation of the magnetic bearing cannot be continued, and the rotating body falls on the protective bearing (hereinafter, referred to as touchdown).
[0005]
On the other hand, in the batteryless system, the number of rotations at which the magnetic bearing cannot operate at the time of power failure is about 1/3 to 1/5 of the rated rotation number. Then, the rotational energy when the rotating body touches down on the protective bearing is almost consumed as heat energy due to the mechanical friction of the protective bearing, and the rotation stops in several minutes to several tens of minutes.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the rotating body rotates on the protective bearing for several minutes to several tens of minutes as described above, the protective bearing is severely worn due to the weight of the rotating body. Due to this severe wear, in some cases, the protective bearing is destroyed by the touchdown of the rotating body at the time of several tens of power failures, or the bearing is rattled due to wear of the balls constituting the protective bearing. For example, the rotating blades and fixed blades of the turbo molecular pump may come into contact with each other and break.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic bearing type rotating device that stops rotation in a short time when a power failure occurs during high-speed rotation of the rotating body and the rotating body touches down.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a DC supply unit, an electromagnet for magnetically levitating a rotating body of a motor by a supply current from the DC supplying unit, and a position control of the rotating body are performed by controlling a magnetic field generated by the electromagnet. Using a magnetic bearing control means and a switching element for controlling current supply to a winding of the motor, a supply current from the DC supply means is converted into an AC for forming a rotating magnetic field for rotating a rotating body of the motor. Power conversion means, and short-circuit means for detecting the stop of power supply by the DC supply means, and controlling the conduction of the switching element to short-circuit the winding of the motor to which AC power is supplied from the power conversion means, Achieve the above objectives.
[0009]
In the invention according to claim 2, the short-circuit means has one end connected to a connection point between the relay and the capacitor connected in parallel to the output side of the DC supply means, and the other end to the switching element. And a break contact of the relay connected to a conduction control unit for controlling conduction of the relay.
[0010]
In the invention according to claim 3, the magnetic bearing control means is disposed between the DC supply means and the relay, and connects the DC supply means and the relay when the magnetic bearing control means is supplied with power. The above object is achieved by providing an opening / closing means for disconnecting the DC supply means and the relay when the power supply is stopped.
[0011]
[Action]
In the magnetic bearing type rotating device according to the first aspect, the electromagnet is supplied with a direct current from the direct current supply means to magnetically levitate the rotating body of the motor. The magnetic bearing control means controls the position of the magnetically levitated rotating body. The windings of the motor are connected to the switching elements constituting the power conversion means. The power conversion means converts a direct current supplied from the direct current supply means into an alternating current for forming a rotating magnetic field for rotating a rotating body of the motor by using a switching element for controlling current supply to a winding of the motor . The short-circuit means detects the stop of the power supply by the DC supply means and short-circuits the winding of the motor by controlling the conduction of the switching element .
[0012]
Then, if the rotating body continues to rotate while the winding of the motor is short-circuited when the power supply is stopped, the motor acts as a generator and the rotating body of the motor receives an electric braking action. Therefore, when the power supply is stopped, the rotating body stops rotating within a short time due to the electric braking action, so that the life of the protective bearing can be extended.
[0013]
In the magnetic bearing type rotating device according to the second aspect, since the relay is connected to the output side of the DC supply means, the presence or absence of power supply from the DC supply means is detected. Since the contact of the relay is a break contact, the contact is opened at the time of power supply, and the capacitor is disconnected from the switching element. Therefore, the electric charge is stored in the capacitor when the power is supplied from the DC supply means.
[0014]
On the other hand, when power supply is stopped, power is not supplied to the relay, so that the break contact is in a connected state, and the charge stored in the capacitor is supplied to the conduction control unit of the switching element. Therefore, the winding of the motor is short-circuited via the switching element.
In the magnetic bearing type rotating device according to the third aspect, the opening / closing means is disposed between the DC supply means and the relay. The opening / closing means connects the DC supply means and the relay when the magnetic bearing control means is supplied with power, and disconnects the DC supply means and the relay when the magnetic bearing control means stops supplying power. .
[0015]
Therefore, when the power supply to the magnetic bearing control means is stopped, the break contact is immediately connected, the switching element is turned on by the electric charge stored in the capacitor, and the winding of the motor is short-circuited.
[0016]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of a magnetic bearing type rotating device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a batteryless magnetic bearing system to which the present embodiment is applied.
[0017]
As shown in FIG. 1, an AC power supply 1 is connected to an input side of a rectifier circuit 2 as “DC supply means”, and two power supply lines La1 and Lb1 are connected to an output side of the rectifier circuit 2. . The two power lines La1 and Lb1 are connected via a smoothing capacitor 3 to the input side of a motor drive main circuit 4 as "power conversion means" for converting single-phase power to three-phase power. Three-phase power is output from the output side of the motor drive main circuit 4, and the output is connected to a motor winding MC of a DC brushless motor constituting the magnetic bearing type rotating device MB.
[0018]
The two power lines La1 and Lb1 on the output side of the rectifier circuit 2 are connected to the input side of the stabilized DC power supply circuit 5. On the output side of the DC stabilized power supply circuit 5, two power supply lines La2 and Lb2 are connected. The two power lines La2 and Lb2 are connected to the motor drive control circuit 6 and supply power to the magnetic bearing winding BC of the magnetic bearing type rotating device MB to perform position control of the rotating body. It is connected to a magnetic bearing control circuit 7 as “means”. The output side of the motor drive control circuit 6 is connected to a control input terminal of the motor drive main circuit 4.
[0019]
Next, a first embodiment and a second embodiment will be described. In these embodiments, only the circuit configuration of the motor drive main circuit 4 and the motor drive control circuit 6 shown in FIG. 1 is different, and the other parts are the same.
(1) First Embodiment In this embodiment, the electric charge stored in the capacitor during energization is added to the gate of the N-MOS transistor at the time of a power failure, and this N-MOS transistor is turned on to short-circuit the motor winding MC. This is a case where an electric braking action is performed.
[0020]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a motor drive main circuit 4A having a specific configuration of the motor drive main circuit 4, and FIG. 3 is a circuit diagram showing a motor drive control circuit 6A similarly.
As shown in FIG. 2, a series circuit including a resistor 41 and a transistor 42 is connected between the two power lines La1 and Lb1. The resistor 41 is a regenerative resistor for consuming the energy regenerated from the DC brushless motor when the rotating body is decelerated due to the power failure, so that the amount of energy regenerated is equal to the amount of energy consumed by the resistor 41. The transistor 42 is on / off controlled.
[0021]
A series circuit including transistors 43a and 43b, a series circuit including transistors 43c and 43d, and a series circuit including transistors 43e and 43f are connected between the two power lines La1 and Lb1, respectively. Have been.
A power transistor such as an N-MOSFET or an IGBT (insulated gate bipolar mode transistor) is used for each of the transistors 42, 43a to 43f, and a diode 44a for a regenerative current path is provided between the source and the drain of each of the transistors 42, 43a to 43f. To 44 g are connected. The connection points of the transistors 43a and 43b, 43c and 43d, and 43e and 43f are connected to the motor winding MC.
[0022]
The gates of the transistors 43b, 43d, and 43f are connected to portions indicated by reference signs A, B, and C of the motor drive control circuit 6A shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the input side of the drive control circuit power supply 60 is connected to two power supply lines La2 and Lb2 of the DC stabilized power supply circuit 5, and the drive control circuit power supply 60 is connected to the DC stabilized power supply circuit 5. Is converted into a voltage for driving the relay. Between the + terminal and the-terminal on the output side of the drive control circuit power supply 60, a relay 61 forming "short-circuit means" that operates while the AC power supply 1 is energized is connected. It is connected to one terminal of a break contact 61 a forming a “short circuit” of the relay 61 via 62.
[0023]
Since the relay 61 is energized when the AC power supply 1 is energized, the break contact 61a is open, and is connected when the AC power supply 1 is out of power. Between the cathode of the diode 62 and one terminal of the break contact 61a, the + terminal of a capacitor 63 forming "short circuit means" is connected. The-terminal of the capacitor 63 is connected to the-output of the drive control circuit power supply 60. Connected to terminal and grounded.
[0024]
The other terminal of the break contact 61a is connected to the anode of each of the DC blocking diodes 65a, 65b, 65c, and the cathode of each diode 65a, 65b, 65c is connected to each of the transistors 42, 43a to 43f shown in FIG. Are connected to a gate drive circuit 64 that controls and drives the gates at a predetermined timing.
[0025]
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described.
(1) At the time of energization of the AC power supply In this case, power can be supplied to all parts shown in FIG. 1 including the motor drive main circuit 4A and the motor drive control circuit 6A.
[0026]
Then, a predetermined DC voltage is applied from the drive control circuit power supply 60 to the relay 61 shown in FIG. 3, the relay 61 is turned on, and the break contact 61a is opened. Therefore, a DC voltage is applied to the capacitor 63 from the drive control circuit power supply 60, and the capacitor 63 is charged.
[0027]
The transistors 42, 43a to 43f of the motor drive main circuit 4A are ON / OFF controlled at a predetermined timing by a gate signal output from the gate drive circuit 64 shown in the motor drive control circuit 6A. Further, a magnetic levitation current is supplied from the magnetic bearing control circuit 7 to the magnetic bearing winding BC. Therefore, the rotating body (rotor) of the DC brushless motor constituting the magnetic bearing type rotating device MB is rotated at a high speed at a predetermined speed.
[0028]
{Circle around (2)} When a power failure occurs in the AC power source If a power failure occurs during the high-speed rotation of the magnetic bearing rotating device MB, the DC brushless motor immediately starts to decelerate. Part of the power regenerated during deceleration is supplied to the DC stabilizing power supply circuit 5 via the motor drive main circuit 4A, so that the motor drive control circuit 6A and the magnetic bearing control circuit 7 continue to operate even during a power failure. However, the rotating body continues rotating without touching down on the protective bearing.
[0029]
Further, even during a power failure, while the magnetic bearing type rotating device MB is operating due to the regenerative energy, the drive control circuit power supply 60 operates, the break contact 61a of the relay 61 remains open, and the capacitor 63 Charging is continued.
Eventually, when the rotation speed of the DC brushless motor decreases and the regenerative power becomes smaller than the power consumed in the magnetic bearing control circuit 7 and the motor drive control circuit 6A, the DC stabilized power supply circuit 5 stops operating, The rotating body touches down on the protective bearing.
[0030]
At this time, the power supply 60 for the drive control circuit shown in FIG. 3 also stops operating, so the relay 61 is turned off, and the break contact 61a is restored to the connected state. By the connection of the break contact 61a, the electric charge stored in the capacitor 63 turns on the transistors 43b, 43d and 43f via the break contact 61a and the diodes 65a to 65c. Is short-circuited.
[0031]
At this time, the DC brushless motor acts as a generator, and the rotational energy is consumed by the motor winding resistance, the cable resistance, and the like, and the speed is quickly reduced. Therefore, since the protection bearing is not rotated for a long time, the protection bearing is not worn.
[0032]
Here, since the FETs or IGBTs are used for the transistors 43b, 43d, and 43f as described above, the gate leakage current is extremely small, and the transistors 43b, 43d, and 43f are turned on until the rotating body stops. Can continue.
[0033]
Also, the charging voltage of the capacitor 63 is 12 V, the gate leakage current of the FET is 100 nA, and the capacitance of the capacitor 63 required to supply a voltage of 10 V or more to the FET for 5 minutes or more can be obtained by the following equation.
100 × 10 ⁻⁹ × 3 × 5 × ^60/2 = 45 × 10 ⁻⁶ F
Therefore, an electrolytic capacitor of about 100 μF may be used as the capacitor 63 with a margin.
[0034]
(3) Modification of the motor drive control circuit in the first embodiment By the way, when a power failure occurs and power supply to the magnetic bearing control circuit 7 shown in FIG. 1 is stopped, power supply to the magnetic bearing winding BC is also stopped. .
On the other hand, even if a power failure occurs, there is a possibility that electric charges still remain in capacitors and the like around the power supply circuit in the entire magnetic bearing type rotating device. Therefore, even if a power failure occurs as described above and the power supply to the magnetic bearing control circuit 7 is stopped, a current for turning on the relay 61 may be continuously supplied from the drive control circuit power supply 60. Therefore, in spite of the power failure, the motor drive control circuit 6A shown in FIG. 3 may not operate, and the three-phase coil of the DC brushless motor may not be short-circuited. Therefore, since the electric braking action does not work, the rotating body may continue to rotate for a long time after the touch down of the rotating body.
[0035]
As means for avoiding such inconvenience, a motor drive control circuit 6B shown in FIG. 4 is preferable.
As shown in FIG. 4, an opening / closing circuit 66 is arranged between the power supply 60 for the drive control circuit and the relay 61. The opening / closing circuit 66 is closed during energization, and is opened when a power failure occurs and the magnetic bearing control circuit 7 stops.
[0036]
With this configuration, when the magnetic bearing control circuit 7 stops, the switching circuit 66 opens, so that the relay 61 is turned off and the break contact 61a is connected. By the connection of the break contact 61a, the electric charge stored in the capacitor 63 turns on the transistors 43b, 43d, and 43f, so that the three phases of the motor are short-circuited.
[0037]
Therefore, the DC brushless motor acts as a generator, and the rotating body that has been touched down does not rotate the protective bearing for a long time, so that the protective bearing does not wear.
(2) Second Embodiment In this embodiment, the electric charge stored in the capacitor during energization is added to the gate of the P-MOSFET at the time of power failure, and this P-MOSFET is turned on to short-circuit the motor winding MC. .
[0038]
FIG. 5 is a circuit diagram of the motor drive main circuit 4B of the second embodiment, and FIG. 6 is a circuit diagram of a motor drive control circuit 6C of the second embodiment.
In this embodiment, P-MOSFETs are used for the transistors 45a to 45c, and the directions of the diodes 66 and 68a to 68c are reversed.
[0039]
Even in such a configuration, similarly to the first embodiment, a current is supplied from the drive control circuit power supply 52 to the capacitor 67 via the diode 66 during energization, and the capacitor 67 stores an electric charge. Then, at the time of power failure, the transistors 45a, 45c, 45e are turned on by the electric charge stored in the capacitor 67, and the three-phase motor winding is short-circuited. Therefore, the DC brushless motor acts as a generator, and the touched-down rotator does not rotate the protective bearing for a long time, so that the protective bearing is not worn.
[0040]
In the second embodiment as well, if the same opening / closing circuit 66 as shown in FIG. 4 is provided between the drive control circuit power supply 60 and the relay 61, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Can be.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the short-circuit means detects the stop of the supply of the direct current by the direct-current supply means and short-circuits the winding of the motor by controlling the conduction of the switching element . When the supply of the direct current is stopped, the motor acts as a generator, and the rotating body of the motor receives an electric braking action. Therefore, when the power supply is stopped, the rotating body stops rotating within a short time due to the electric braking action, so that the life of the protective bearing can be extended.
[0042]
According to the second aspect of the present invention, when the power supply is stopped, the rotating body stops rotating within a short time by the electric braking action, using the relay, the break contact of the relay, and the capacitor as the short-circuit means.
[0043]
According to the third aspect of the present invention, the switching means disconnects the DC supply means and the relay when the power supply to the magnetic bearing control means is stopped, so that the break contact is immediately connected and stored in the capacitor. The switching element is turned on by the electric charge, and the winding of the motor is short-circuited.
[0044]
Therefore, even if electric charges remain in the capacitor of the power supply circuit constituting the magnetic bearing type rotating device at the time of power failure, the rotating body of the motor is immediately subjected to the electric braking action.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a first embodiment of a motor driving main circuit according to the first embodiment;
FIG. 3 is a circuit diagram of the first embodiment of the motor drive control circuit.
FIG. 4 is a circuit diagram of a modification of the first embodiment of the motor drive control circuit.
FIG. 5 is a circuit diagram of a motor driving main circuit according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a circuit diagram of a motor drive control circuit according to a second embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
MB Magnetic bearing device MC Motor winding of magnetic bearing device 1 AC power supply 2 Rectifier circuit (DC supply means)
4 Motor drive main circuit (power conversion means)
4A Motor drive main circuit 4B of the first embodiment Motor drive main circuit 5 of the second embodiment 5 DC stabilized power supply circuit 6 Motor drive control circuit 6A Motor drive control circuit 6B of the first embodiment Motor drive control of the second embodiment Circuit 7 Magnetic bearing control circuit 41 Regenerative resistors 42, 43a to 43f N.MOS transistors 45a to 45c P.MOS transistor 60 Power supply 61 for drive control circuit Relay (detection means)
61a Break contact of relay (detection means)
63 Capacitor (detection means)
66 Switching circuit (switching means)

Claims

DC supply means,
An electromagnet for magnetically levitating the rotating body of the motor by a supply current from the DC supply means,
Magnetic bearing control means for controlling the position of the rotating body by controlling the magnetic field generated by the electromagnet;
A power conversion unit that converts a supply current from the DC supply unit into an AC for forming a rotating magnetic field that rotates a rotating body of the motor by using a switching element that controls current supply to a winding of the motor;
Short-circuit means for detecting the stop of power supply by the DC supply means, and controlling the conduction of the switching element to short-circuit the winding of the motor to which AC power is supplied from the power conversion means,
A magnetic bearing type rotating device comprising:

The short-circuit means has a relay and a capacitor connected in parallel to the output side of the DC supply means, and one end is connected to a connection point between the relay and the capacitor, and the other end controls conduction of the switching element. 2. The magnetic bearing type rotating device according to claim 1, further comprising: a break contact of the relay connected to the rotating device.

It is arranged between the DC supply means and the relay, and when the magnetic bearing control means is supplied with power, connects the DC supply means and the relay, and when the magnetic bearing control means stops supplying power. 3. The magnetic bearing-type rotating device according to claim 2, further comprising opening / closing means for disconnecting the DC supply means from the relay.