JP3622037B2

JP3622037B2 - Magnetic bearing device and starting method thereof

Info

Publication number: JP3622037B2
Application number: JP240496A
Authority: JP
Inventors: 拓知上山
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1996-01-10
Filing date: 1996-01-10
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2016-01-10
Also published as: JPH09189327A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の磁気軸受で回転体をアキシアル方向およびラジアル方向に非接触支持する磁気軸受装置およびその起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
この種の磁気軸受装置として、磁気軸受本体と、磁気軸受本体にケーブルを介して接続される制御装置とを備えているものが知られている。磁気軸受本体には、回転体を磁気浮上させる複数の磁気軸受、回転体のアキシアル方向およびラジアル方向の位置を検出するための複数の位置センサ、回転体の可動範囲を規制する複数の保護軸受などが設けられている。各磁気軸受は、回転体をアキシアル方向およびラジアル方向の制御軸方向の両側から挟んで対向する１対の電磁石を１組あるいは２組備えている。保護軸受は、回転体のアキシアル方向およびラジアル方向の可動範囲を規制し、磁気軸受による磁気浮上力がなくなったときに回転体を機械的に支持する。制御装置は、位置センサの出力信号に基づいて磁気軸受の電磁石を制御する。
【０００３】
このような磁気軸受装置には、機械的精度のばらつきや物理的特性のばらつきが生じる。機械的精度のばらつきは製作誤差や組立誤差などの機械的誤差によって生じ、機械的誤差の主なものに回転体の電磁石に対する中心位置（磁気的中心位置）と保護軸受に対する中心位置（機械的中心位置）との誤差がある。磁気軸受装置は、磁気的中心位置と機械的中心位置とが一致するように設計されるが、製作誤差や組立誤差のためにこれらの間に誤差が生じることがある。また、製作誤差や組立誤差などのために回転体の固有振動数やアンバランスなどの物理的特性にばらつきが生じることがある。
【０００４】
磁気軸受装置を運転する場合、回転体を磁気的中心位置に保持するのが望ましい。回転体が磁気的中心位置からずれていると、磁気軸受の１対の電磁石に供給される励磁電流と１対の電磁石による磁気吸引力との関係が線形にならず、制御が不安定になるからである。このため、従来は、磁気軸受装置の据付現場において、回転体を磁気浮上させて、これを磁気的中心位置に保持するための制御装置の調整を行っている。回転体を機械的中心位置に保持するのは比較的容易であるが、回転体を磁気的中心位置に保持するためには、磁気的中心位置と機械的中心位置との誤差を補正するための制御装置の調整が必要である。また、回転体の固有振動数やアンバランスに対して、制御装置の制御パラメータを調整する必要があり、これも同時に行っている。
【０００５】
磁気軸受装置の機械的精度や物理的特性は磁気軸受装置ごとに異なるので、上記の制御装置の調整は全ての磁気軸受装置について行う必要がある。また、このような制御装置の調整は専門知識を要する面倒なものであり、メーカーの専門技術者がユーザーの据付現場に行って行う必要がある。このため、制御装置の調整に多くの時間と費用がかかるという問題がある。
【０００６】
上記のような制御装置の調整を簡単にすませるために、機械的精度や物理的特性のある程度のばらつきを考慮して制御装置の制御性能を下げることが考えられるが、このようにすると、磁気軸受装置の性能が必要以上に低下してしまう。
【０００７】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、性能を必要以上に低下させずに、機械的精度のばらつきや物理的特性のばらつきに対する制御装置の調整を容易にすることができる磁気軸受装置およびその起動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による磁気軸受装置は、少なくとも回転体を磁気浮上させる電磁石と前記回転体の位置を検出するための位置センサとを有する磁気軸受本体、および前記磁気軸受本体にケーブルを介して接続され前記位置センサの出力信号に基づいて前記電磁石を制御する制御装置を備えている磁気軸受装置において、前記磁気軸受本体に、前記回転体や電磁石の諸特性を記憶した記憶手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
回転体や電磁石の諸特性を記憶した記憶手段が磁気軸受本体に設けられているので、磁気軸受本体に制御装置を接続したときに、制御装置により、記憶手段の情報を読取り、磁気軸受装置の機械的精度や物理的特性を知ることができる。そして、この情報に基づいて簡単に制御装置の調整ができ、据付現場で回転体を浮上させて面倒な調整を行う必要がない。したがって、専門知識のないユーザーでも調整ができるようになり、メーカーの専門技術者が出向いて調整を行う必要がなくなるため、調整のための時間と経費が少なくてすむ。しかも、磁気軸受装置ごとにその特性に基づいて調整ができるので、磁気軸受装置全体の性能が必要以上に低下することがない。
【００１０】
望ましくは、前記制御装置が、前記磁気軸受本体の記憶手段の情報を読取り、その情報に基づいて制御パラメータを設定するようになされている。
【００１１】
このようにすれば、制御装置の調整を自動的に行うことができ、調整がさらに簡単になる。
【００１２】
この発明による磁気軸受装置の起動方法は、前記制御装置により、前記磁気軸受本体の記憶手段の情報を読取り、この情報に基づき制御パラメータを設定して磁気軸受装置を起動することを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の方法によれば、磁気軸受の起動時に制御装置の調整を自動的に行うことができ、調整が非常に簡単になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図１および図２は、磁気軸受装置の全体構成をそれぞれ概略的に示している。
【００１６】
磁気軸受装置は、磁気軸受本体（１）、それの制御装置（２）およびこれらを接続するケーブル（３）を備えている。
【００１７】
磁気軸受本体（１）は、ケーシング（４）内において回転体（５）を磁気浮上させるものであり、詳細な図示は省略したが、回転体（５）を磁気浮上させる１組のアキシアル磁気軸受および２組のラジアル磁気軸受、回転体（５）のアキシアル方向の位置を検出するための１組のアキシアル位置検出ユニット、回転体（５）のラジアル方向の位置を検出するための２組のラジアル位置検出ユニット、回転体（５）を高速回転させる高周波モータ、ならびに回転体（５）の可動範囲を規制する複数の保護軸受などを備えている。図２には、そのうちの１組のラジアル磁気軸受（６）とラジアル位置検出ユニット（７）が示されている。
【００１８】
ラジアル磁気軸受（６）は、回転体（５）を互いに直交する２つのラジアル制御軸方向の両側から挟むように配置された２対の電磁石（８）を備えている。各１対の電磁石（８）は、回転体（５）をラジアル制御軸方向の両側から吸引して磁気浮上させるようになっている。アキシアル磁気軸受は、回転体（５）をアキシアル制御軸方向の両側から挟むように配置された１対の電磁石を備えており、これらにより回転体（５）をアキシアル制御軸方向の両側から吸引して磁気浮上させるようになっている。ラジアル位置検出ユニット（７）は、電磁石（８）の近傍において回転体（５）を上記２つのラジアル制御軸方向の両側から挟むように配置された２対のラジアル位置センサ（９）を備えている。そして、各１対の位置センサ（９）の出力信号の差に基づいて、そのラジアル制御軸方向の回転体（５）の位置（変位）が求められる。アキシアル位置検出ユニットは回転体（５）の適当箇所の端面に対向するように配置された１個のアキシアル位置センサを備えており、この位置センサの出力信号に基づいてアキシアル制御軸方向の回転体（５）の位置（変位）が求められる。アキシアル磁気軸受、ラジアル磁気軸受（６）、アキシアル位置検出ユニット、ラジアル位置検出ユニット（７）、高周波モータ、保護軸受については、公知のものであるから、詳細な説明は省略する。
【００１９】
磁気軸受本体（１）には、回転体（５）や電磁石（８）の諸特性を記憶した記憶手段としてのＲＯＭ（３０）が設けられている。ＲＯＭ（３０）は、たとえば、ケーシング（４）などの適当箇所に取付けられている。上記の特性には、回転体（５）の磁気的中心位置と機械的中心位置との誤差（中心位置誤差）などの機械的精度、回転体（５）の固有振動数やアンバランスなどの物理的特性などが含まれる。中心位置誤差については、アキシアル制御軸方向および互いに直交する２つのラジアル制御軸方向の誤差の値が記憶されている。回転体（５）の固有振動数については、回転体（５）の回転数と曲げモーメントとの関係が記憶され、回転数によって曲げモーメントがどのように変化するかがわかるようになっている。回転体（５）のアンバランスについても、回転体（５）の回転数とアンバランスとの関係が記憶され、回転数によってアンバランスがどのように変化するかがわかるようになっている。上記の特性は、メーカーにおいて、磁気軸受本体（１）を製造したときに、適当な制御装置を用いて回転体（５）を磁気浮上させ、その状態で適当な方法により求められ、ＲＯＭ（３０）に記憶させられる。中心位置誤差は、たとえば、次のようにして求められる。すなわち、まず、各制御軸方向の１対の電磁石を片方ずつ駆動して、回転体（５）をその制御軸方向の両極限位置に移動させ、各極限位置における同じ制御軸方向の位置センサの出力信号からその制御軸方向の機械的中心位置を求める。回転体（５）の各極限位置は、その制御軸方向の一方の電磁石だけを駆動してその方向に回転体（５）を吸引したときに、回転体（５）が保護軸受に接触して停止する位置であり、各制御軸方向の両極限位置の平均をとることにより、その制御軸方向の機械的中心位置が求められる。なお、ＲＯＭ（３０）には、その磁気軸受装置に最低限必要な特性が記憶されていればよい。上記の機械的精度や物理的特性の他に、磁気軸受装置本体（１）の製造番号などがＲＯＭ（３０）に記憶させられてもよい。
【００２０】
電磁石（８）および位置センサ（９）は、電線（１０）を介して、ケーシング（４）に固定されたコネクタ（１１）の対応するコンタクト（１２）に接続されており、これらの結線部の金属部分がゴムなどの絶縁体（１３）で覆われている。なお、ＲＯＭ（３０）、図示しないアキシアル磁気軸受、ラジアル磁気軸受、アキシアル位置検出ユニット、ラジアル位置検出ユニット、高周波モータなども電線を介してコネクタに接続されているが、これらの図示は省略している。また、これらの電線は、全てが１個のコネクタに接続されてもよいし、複数のコネクタに分けて接続されてもよい。
【００２１】
ケーブル（３）は、磁気軸受本体（１）の電線（１０）に対応する複数の電線（１４）を備えており、これらの両端がコネクタ（１５）（１６）の対応するコンタクト（１７）（１８）にそれぞれ接続されている。ケーブル（３）の一方のコネクタ（１５）は磁気軸受本体（１）のコネクタ（１１）に、他方のコネクタ（１６）は制御装置（２）のコネクタ（１９）にそれぞれ接続される。ケーブル（３）の制御装置（２）側のコネクタ（１６）には、電線用のコンタクト（１８）の他に、２個の識別用のコンタクト（２０）が設けられ、これらの間に抵抗器（２１）が接続されている。この抵抗器（２１）は、ケーブル（３）の長さを識別するための電気的識別手段を構成している。抵抗器（２１）の抵抗値は、ケーブル（３）の長さによって変えられる。たとえば、ケーブル（３）の長さが５ｍのときは抵抗値は１０ｋΩ、１０ｍのときは２０ｋΩ、１５ｍのときは３０ｋΩ、２０ｍのときは４０ｋΩである。
【００２２】
制御装置（２）のコネクタ（１９）には、ケーブル（３）のコネクタ（１６）の電線用のコンタクト（１８）に対応する電線用のコンタクト（２２）の他に、識別用のコンタクト（２０）に対応する２個の識別用のコンタクト（２３）が設けられている。
【００２３】
制御装置（２）には、図示は省略したが、位置センサの出力信号を増幅するための電圧増幅器、電磁石を駆動するための電力増幅器、全体を制御するためのコンピュータなどが設けられている。
【００２４】
制御装置（２）は、アキシアル位置検出ユニット、ラジアル位置検出ユニット（７）の出力信号から回転体（５）のアキシアル制御軸方向およびラジアル制御軸方向の位置を検出し、これに基づいてアキシアル磁気軸受およびラジアル磁気軸受（６）の電磁石（８）を制御する。これにより、回転体（５）が所定の位置に磁気浮上させられる。制御装置（２）は、また、高周波モータを制御し、これにより、モータが所定の速度で回転させられる。このような制御装置（２）の動作についても、公知のものであるから、詳細な説明は省略する。
【００２５】
制御装置（２）には、ケーブル（３）の長さにそれぞれ対応する複数組の制御のための定数が記憶されている。この定数には、たとえば、位置センサ（９）の出力電圧の減衰およびオフセットを補償するための前記電圧増幅器のゲイン、オフセット量などが含まれる。制御装置（２）には、また、回転体（５）の固有振動数やアンバランスに対して最適な制御パラメータを設定するための情報が記憶されている。
【００２６】
磁気軸受装置の起動時に、制御装置（２）は、ケーブル（３）の抵抗器（２１）の抵抗値を検出して、これにより、ケーブル（３）の長さを判別し、それに対応する定数、たとえばゲインおよびオフセット量を自動的に選択して、設定する。また、ＲＯＭ（３０）から磁気軸受本体（１）の機械的精度や物理的特性に関する情報を読取り、それに基づいて、回転体（５）を磁気的中心位置に保持するための制御装置（２）の調整、回転体（５）の固有振動数やアンバランスに応じた制御パラメータの設定を自動的に行う。すなわち、ＲＯＭ（３０）から読取った中心位置誤差に基づいて、磁気的中心位置を求め、この位置が回転体（３０）の制御目標位置（中立位置）となるように、各制御軸方向の制御目標位置を自動的に設定する。また、ＲＯＭ（３０）から読取った回転体（５）の固有振動数やアンバランスに対して最適となるように、必要な制御パラメータを自動的に設定する。そして、後は、このようにして設定した定数、制御目標位置および制御パラメータを用いて、磁気軸受本体（１）の制御を行う。
【００２７】
上記のような磁気軸受装置では、磁気軸受本体（１）あるいは制御装置（２）の設置場所が変わったような場合に、ケーブル（３）の長さを変える必要があることがある。また、磁気軸受本体（１）と制御装置（２）をケーブル（３）で接続すると、ケーブル（３）の存在により、位置センサの出力電圧に減衰（振幅の減衰）およびオフセット（振幅の中心の電圧値のオフセット）が生じるため、制御装置（２）側でこれらを補償する必要がある。出力電圧の減衰の補償は制御装置（２）における電圧増幅器のゲインを調整することにより、オフセットの補償は制御装置（２）において出力電圧を逆方向にオフセットさせることにより行われる。制御装置（２）における電圧増幅器のゲインおよびオフセット量は、制御のための定数の１つである。位置センサの出力電圧の減衰量およびオフセット量はケーブル（３）の長さによって変化し、ケーブル（３）が長くなるにしたがって減衰量およびオフセット量は大きくなる。このため、ケーブル（３）の長さによって制御装置（３）における電圧増幅器のゲインおよびオフセット量を設定する必要があるが、従来は、ケーブル（３）を接続しただけでは、その長さが正確に分からないので、これらの定数の設定は困難であった。たとえば、ケーブル（３）を接続したときに、実際の出力電圧の減衰量およびオフセット量を測定し、その結果に基づいて定数を設定することが考えられるが、これでは、設定作業が非常に面倒である。また、ケーブル（３）の長さと定数との関係を予め求めておき、ケーブル（３）を接続したときに、測定などによってケーブル（３）の長さを知り、その結果に基づいて定数を設定することが考えられるが、これでも、設定作業が面倒である。しかも、ケーブル（３）の長さが変わるたびにこのような面倒な設定作業を行う必要があり、不便であった。
【００２８】
ところが、上記の磁気軸受装置では、制御装置（２）が、ケーブル（３）に設けられた抵抗器（２１）により、接続されているケーブル（３）の長さを自動的に判別することができ、その長さに応じて制御のための定数を自動的に設定することができる。このため、ケーブル（３）を交換したときに面倒な定数の設定を行う必要がない。
【００２９】
真空ポンプ用の磁気軸受装置の場合、磁気軸受本体（１）のケーシング（４）内は真空状態に保持されている。このため、コネクタ（１１）と電線（１０）の結線部に金属部分が露出していると、その間で真空放電が発生することがあり、モータ用の電線の場合には、真空放電が発生すると、モータ駆動用のインバータを破損することがある。ところが、上記の磁気軸受装置の場合は、結線部の金属部分が全て絶縁体（１３）で覆われているので、真空放電が防止され、インバータの破損が防止される。
【００３０】
図３は、ケーブル（３）の電気的識別手段の変形例を示している。
【００３１】
この場合、ケーブル（３）の制御装置（２）側のコネクタ（１６）に、電線用のコンタクト（１８）の他に、４個の識別用のコンタクト（２４ａ）（２４ｂ）（２４ｃ）（２４ｄ）が設けられている。これらのコンタクトは符号（２４）で総称し、区別する必要があるときは、それぞれ第１コンタクト（２４ａ）、第２コンタクト（２４ｂ）、第３コンタクト（２４ｃ）および第４コンタクト（２４ｄ）と呼ぶことにする。ケーブル（３）の長さにより、第１コンタクト（２４ａ）と他のコンタクト（２４ｂ）（２４ｃ）（２４ｄ）との短絡のし方が変えられている。第１コンタクト（２４ａ）は、たとえば、ケーブル（３）の長さが５ｍのときは第２コンタクト（２４ｂ）と、１０ｍのときは第３コンタクト（２４ｃ）と、１５ｍのときは第４コンタクト（２４ｄ）とそれぞれ短絡され、２０ｍのときはいずれのコンタクト（２４ｂ）（２４ｃ）（２４ｄ）とも短絡されない。制御装置（２）のコネクタ（１９）には、電線用のコンタクト（２２）の他に、ケーブル（３）のコネクタ（１６）の識別用のコンタクト（２４）に対応する４個の識別用のコンタクト（２５ａ）（２５ｂ）（２５ｃ）（２５ｄ）が設けられている。そして、制御装置（２）は、第１コンタクト（２４ａ）と他のコンタクト（２４ｂ）（２４ｃ）（２４ｄ）との間の抵抗値を検出することにより、短絡のし方を判別し、これにより、ケーブル（３）の長さを判別する。他は上記実施形態の場合と同様であり、同じ部分には同一の符号を付している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示す磁気軸受装置の全体概略構成図である。
【図２】図２は、磁気軸受本体およびケーブルの主要部を詳細に示す図１の磁気軸受装置の全体構成図である。
【図３】図３は、電気的識別手段の変形例を示す主要部の構成図である。
【符号の説明】
（１）磁気軸受本体
（２）制御装置
（３）ケーブル
（５）回転体
（８）電磁石
（９）ラジアル位置センサ
（３０）ＲＯＭ（３０）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic bearing device in which a rotating body is supported by a plurality of magnetic bearings in a non-contact manner in an axial direction and a radial direction, and a starting method thereof.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
As this type of magnetic bearing device, one having a magnetic bearing body and a control device connected to the magnetic bearing body via a cable is known. The magnetic bearing body includes a plurality of magnetic bearings for magnetically floating the rotating body, a plurality of position sensors for detecting the position of the rotating body in the axial direction and the radial direction, a plurality of protective bearings for regulating the movable range of the rotating body, etc. Is provided. Each magnetic bearing includes one or two pairs of electromagnets facing each other with the rotating body sandwiched from both sides in the axial direction and the radial control axis direction. The protective bearing regulates the movable range of the rotating body in the axial direction and the radial direction, and mechanically supports the rotating body when the magnetic levitation force by the magnetic bearing is lost. The control device controls the electromagnet of the magnetic bearing based on the output signal of the position sensor.
[0003]
In such a magnetic bearing device, variations in mechanical accuracy and variations in physical characteristics occur. Variations in mechanical accuracy are caused by mechanical errors such as manufacturing errors and assembly errors. The main mechanical errors are the center position of the rotating body with respect to the electromagnet (magnetic center position) and the center position of the protective bearing (mechanical center). Position). The magnetic bearing device is designed so that the magnetic center position and the mechanical center position coincide with each other, but an error may occur between them due to a manufacturing error and an assembly error. In addition, due to manufacturing errors and assembly errors, physical characteristics such as the natural frequency and unbalance of the rotating body may vary.
[0004]
When operating the magnetic bearing device, it is desirable to hold the rotating body at the magnetic center position. When the rotating body is displaced from the magnetic center position, the relationship between the excitation current supplied to the pair of electromagnets of the magnetic bearing and the magnetic attraction force by the pair of electromagnets is not linear, and the control becomes unstable. Because. For this reason, conventionally, at the installation site of the magnetic bearing device, the control device for magnetically levitating the rotating body and holding it at the magnetic center position is adjusted. Although it is relatively easy to hold the rotating body at the mechanical center position, in order to hold the rotating body at the magnetic center position, it is necessary to correct an error between the magnetic center position and the mechanical center position. Adjustment of the control device is necessary. In addition, it is necessary to adjust the control parameters of the control device with respect to the natural frequency and unbalance of the rotating body, and this is also done at the same time.
[0005]
Since the mechanical accuracy and physical characteristics of the magnetic bearing device are different for each magnetic bearing device, it is necessary to adjust the control device for all the magnetic bearing devices. Further, such adjustment of the control device is troublesome and requires specialized knowledge, and it is necessary for the manufacturer's professional engineer to go to the installation site of the user. For this reason, there exists a problem that adjustment of a control apparatus requires much time and expense.
[0006]
In order to facilitate the adjustment of the control device as described above, it is conceivable to lower the control performance of the control device in consideration of some variation in mechanical accuracy and physical characteristics. The performance of the device will deteriorate more than necessary.
[0007]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to easily adjust a control device for variations in mechanical accuracy and physical characteristics without degrading performance more than necessary. It is to provide a starting method.
[0008]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
A magnetic bearing device according to the present invention includes at least an electromagnet for magnetically levitating a rotating body and a position sensor for detecting the position of the rotating body, and the position connected to the magnetic bearing body via a cable. In a magnetic bearing device including a control device that controls the electromagnet based on an output signal of a sensor, the magnetic bearing body is provided with a storage unit that stores various characteristics of the rotating body and the electromagnet. It is what.
[0009]
Since the magnetic bearing main body is provided with storage means storing various characteristics of the rotating body and the electromagnet, when the control device is connected to the magnetic bearing main body, the control device reads the information of the storage means, You can know the mechanical accuracy and physical characteristics. And based on this information, a control apparatus can be adjusted easily and it is not necessary to make a troublesome adjustment by floating a rotating body on the installation site. Therefore, even a user who has no specialized knowledge can make adjustments, and it is not necessary to visit a manufacturer's professional engineers to make adjustments, so that the time and cost for adjustment are reduced. In addition, since the adjustment can be made on the basis of the characteristics of each magnetic bearing device, the performance of the entire magnetic bearing device does not deteriorate more than necessary.
[0010]
Preferably, the control device reads information in the storage means of the magnetic bearing body and sets control parameters based on the information.
[0011]
In this way, the control device can be adjusted automatically, and the adjustment is further simplified.
[0012]
The starting method of the magnetic bearing device according to the present invention is characterized in that the control device reads the information of the storage means of the magnetic bearing body, sets the control parameters based on this information, and starts the magnetic bearing device. It is.
[0013]
According to the method of the present invention, the control device can be automatically adjusted when the magnetic bearing is started, and the adjustment becomes very simple.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0015]
1 and 2 schematically show the overall configuration of the magnetic bearing device.
[0016]
The magnetic bearing device includes a magnetic bearing body (1), a control device (2) thereof, and a cable (3) for connecting them.
[0017]
The magnetic bearing body (1) magnetically levitates the rotating body (5) in the casing (4). Although not shown in detail, a set of axial magnetic bearings for magnetically levitating the rotating body (5) And two sets of radial magnetic bearings, one set of axial position detection units for detecting the position of the rotating body (5) in the axial direction, and two sets of radials for detecting the position of the rotating body (5) in the radial direction A position detection unit, a high-frequency motor that rotates the rotating body (5) at a high speed, and a plurality of protective bearings that regulate the movable range of the rotating body (5) are provided. FIG. 2 shows a set of radial magnetic bearings (6) and a radial position detection unit (7).
[0018]
The radial magnetic bearing (6) includes two pairs of electromagnets (8) arranged so as to sandwich the rotating body (5) from both sides of two radial control axis directions orthogonal to each other. Each pair of electromagnets (8) is adapted to magnetically levitate by attracting the rotating body (5) from both sides in the radial control axis direction. The axial magnetic bearing is provided with a pair of electromagnets arranged so as to sandwich the rotating body (5) from both sides in the axial control axis direction, thereby attracting the rotating body (5) from both sides in the axial control axis direction. And magnetically levitated. The radial position detection unit (7) includes two pairs of radial position sensors (9) arranged so as to sandwich the rotating body (5) from both sides in the two radial control axis directions in the vicinity of the electromagnet (8). Yes. Based on the difference between the output signals of the pair of position sensors (9), the position (displacement) of the rotating body (5) in the radial control axis direction is obtained. The axial position detection unit includes one axial position sensor disposed so as to face the end face of an appropriate portion of the rotating body (5), and the rotating body in the axial control axis direction based on the output signal of this position sensor. The position (displacement) of (5) is obtained. Since the axial magnetic bearing, the radial magnetic bearing (6), the axial position detection unit, the radial position detection unit (7), the high frequency motor, and the protective bearing are well known, detailed description thereof will be omitted.
[0019]
The magnetic bearing body (1) is provided with a ROM (30) as a storage means for storing various characteristics of the rotating body (5) and the electromagnet (8). The ROM (30) is attached to an appropriate location such as the casing (4). The above characteristics include mechanical accuracy such as an error (center position error) between the magnetic center position and the mechanical center position of the rotating body (5), physical frequencies such as the natural frequency and unbalance of the rotating body (5). Characteristics. For the center position error, error values in the axial control axis direction and two radial control axis directions orthogonal to each other are stored. As for the natural frequency of the rotating body (5), the relationship between the rotating speed of the rotating body (5) and the bending moment is stored, and it can be seen how the bending moment changes depending on the rotating speed. As for the unbalance of the rotator (5), the relationship between the rotational speed and the unbalance of the rotator (5) is stored so that it can be seen how the unbalance changes depending on the rotational speed. The above-mentioned characteristics are obtained by a suitable method in a state where the rotator (5) is magnetically levitated using an appropriate control device when the magnetic bearing body (1) is manufactured by the manufacturer. ). The center position error is obtained, for example, as follows. That is, first, one pair of electromagnets in each control axis direction is driven one by one to move the rotating body (5) to both extreme positions in the control axis direction. The mechanical center position in the direction of the control axis is obtained from the output signal. Each extreme position of the rotating body (5) is such that when only one electromagnet in the control axis direction is driven and the rotating body (5) is attracted in that direction, the rotating body (5) contacts the protective bearing. The mechanical center position in the control axis direction is obtained by taking the average of both extreme positions in each control axis direction. The ROM (30) only needs to store the minimum necessary characteristics for the magnetic bearing device. In addition to the mechanical accuracy and physical characteristics described above, the serial number of the magnetic bearing device main body (1) may be stored in the ROM (30).
[0020]
The electromagnet (8) and the position sensor (9) are connected to corresponding contacts (12) of the connector (11) fixed to the casing (4) via the electric wires (10). The metal part is covered with an insulator (13) such as rubber. A ROM (30), an axial magnetic bearing (not shown), a radial magnetic bearing, an axial position detection unit, a radial position detection unit, a high-frequency motor, and the like are also connected to the connector via wires, but these are not shown. Yes. Moreover, all of these electric wires may be connected to one connector, or may be divided into a plurality of connectors and connected.
[0021]
The cable (3) includes a plurality of electric wires (14) corresponding to the electric wires (10) of the magnetic bearing body (1), and both ends thereof correspond to the corresponding contacts (17) ( 18). One connector (15) of the cable (3) is connected to the connector (11) of the magnetic bearing body (1), and the other connector (16) is connected to the connector (19) of the control device (2). The connector (16) on the side of the control device (2) of the cable (3) is provided with two identification contacts (20) in addition to the electric wire contacts (18), and a resistor between them. (21) is connected. This resistor (21) constitutes an electrical identification means for identifying the length of the cable (3). The resistance value of the resistor (21) is changed depending on the length of the cable (3). For example, when the length of the cable (3) is 5 m, the resistance value is 10 kΩ, 10 k is 20 kΩ, 15 m is 30 kΩ, and 20 m is 40 kΩ.
[0022]
The connector (19) of the control device (2) includes a contact for identification (20) in addition to an electrical contact (22) corresponding to the electrical contact (18) of the connector (16) of the cable (3). Two identification contacts (23) corresponding to) are provided.
[0023]
Although not shown, the control device (2) is provided with a voltage amplifier for amplifying the output signal of the position sensor, a power amplifier for driving the electromagnet, a computer for controlling the whole, and the like.
[0024]
The control device (2) detects the position of the rotating body (5) in the axial control axis direction and the radial control axis direction from the output signals of the axial position detection unit and the radial position detection unit (7), and based on this, detects the axial magnetism. The electromagnet (8) of the bearing and the radial magnetic bearing (6) is controlled. Thereby, the rotating body (5) is magnetically levitated to a predetermined position. The control device (2) also controls the high frequency motor, whereby the motor is rotated at a predetermined speed. Since the operation of the control device (2) is also a known one, detailed description thereof is omitted.
[0025]
The control device (2) stores a plurality of sets of constants for control corresponding to the length of the cable (3). This constant includes, for example, the gain and offset amount of the voltage amplifier for compensating for the attenuation and offset of the output voltage of the position sensor (9). The control device (2) also stores information for setting optimal control parameters for the natural frequency and unbalance of the rotating body (5).
[0026]
At the start of the magnetic bearing device, the control device (2) detects the resistance value of the resistor (21) of the cable (3), thereby determining the length of the cable (3) and corresponding constants. For example, the gain and the offset amount are automatically selected and set. Further, a control device (2) for reading information on the mechanical accuracy and physical characteristics of the magnetic bearing body (1) from the ROM (30) and holding the rotating body (5) at the magnetic center position based on the information. Control parameters are automatically set according to the natural frequency and unbalance of the rotating body (5). That is, the magnetic center position is obtained based on the center position error read from the ROM (30), and the control in each control axis direction is performed so that this position becomes the control target position (neutral position) of the rotating body (30). Set the target position automatically. Further, necessary control parameters are automatically set so as to be optimal with respect to the natural frequency and unbalance of the rotating body (5) read from the ROM (30). Thereafter, the magnetic bearing body (1) is controlled using the constants, the control target position and the control parameters set in this way.
[0027]
In the magnetic bearing device as described above, it may be necessary to change the length of the cable (3) when the installation location of the magnetic bearing body (1) or the control device (2) is changed. Further, when the magnetic bearing body (1) and the control device (2) are connected by the cable (3), the presence of the cable (3) causes the output voltage of the position sensor to be attenuated (amplitude attenuation) and offset (center of amplitude). Since a voltage value offset) occurs, it is necessary to compensate for them on the control device (2) side. Compensation for attenuation of the output voltage is performed by adjusting the gain of the voltage amplifier in the control device (2), and offset compensation is performed by offsetting the output voltage in the reverse direction in the control device (2). The gain and offset amount of the voltage amplifier in the control device (2) are one of constants for control. The attenuation amount and offset amount of the output voltage of the position sensor vary depending on the length of the cable (3), and the attenuation amount and offset amount increase as the cable (3) becomes longer. For this reason, it is necessary to set the gain and offset amount of the voltage amplifier in the control device (3) depending on the length of the cable (3). Conventionally, the length of the cable (3) is accurate only by connecting the cable (3). Therefore, it was difficult to set these constants. For example, when the cable (3) is connected, the actual output voltage attenuation and offset may be measured, and constants may be set based on the results. However, this is very troublesome. It is. In addition, the relationship between the length of the cable (3) and the constant is obtained in advance, and when the cable (3) is connected, the length of the cable (3) is known by measurement and the constant is set based on the result. However, setting work is still troublesome. Moreover, it is necessary to perform such a troublesome setting work every time the length of the cable (3) changes, which is inconvenient.
[0028]
However, in the above magnetic bearing device, the control device (2) can automatically determine the length of the connected cable (3) by the resistor (21) provided in the cable (3). The constant for control can be automatically set according to the length. For this reason, it is not necessary to set troublesome constants when the cable (3) is replaced.
[0029]
In the case of a magnetic bearing device for a vacuum pump, the inside of the casing (4) of the magnetic bearing body (1) is kept in a vacuum state. For this reason, if a metal part is exposed at the connection part of the connector (11) and the electric wire (10), a vacuum discharge may occur between them. In the case of a motor electric wire, a vacuum discharge occurs. The motor drive inverter may be damaged. However, in the case of the magnetic bearing device described above, since the metal portion of the connection portion is entirely covered with the insulator (13), vacuum discharge is prevented and damage to the inverter is prevented.
[0030]
FIG. 3 shows a modification of the electrical identification means of the cable (3).
[0031]
In this case, the connector (16) on the control device (2) side of the cable (3), in addition to the electric wire contact (18), four identification contacts (24a) (24b) (24c) (24d) ) Is provided. These contacts are collectively referred to by reference numeral (24), and when necessary to be distinguished, they are referred to as a first contact (24a), a second contact (24b), a third contact (24c) and a fourth contact (24d), respectively. I will decide. Depending on the length of the cable (3), the way of short circuit between the first contact (24a) and the other contacts (24b) (24c) (24d) is changed. The first contact (24a) is, for example, the second contact (24b) when the length of the cable (3) is 5 m, the third contact (24c) when the length is 10 m, and the fourth contact (15c when the length is 15 m). 24d) is short-circuited, and when it is 20 m, it is not short-circuited with any of the contacts (24b) (24c) (24d). The connector (19) of the control device (2) includes four identification contacts corresponding to the identification contacts (24) of the connector (16) of the cable (3) in addition to the contacts (22) for the electric wires. Contacts (25a) (25b) (25c) (25d) are provided. Then, the control device (2) detects the resistance value between the first contact (24a) and the other contacts (24b) (24c) (24d), and determines how to short-circuit, thereby Determine the length of the cable (3). Others are the same as the case of the said embodiment, and the same code | symbol is attached | subjected to the same part.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a magnetic bearing device showing an embodiment of the present invention.
2 is an overall configuration diagram of the magnetic bearing device of FIG. 1 showing in detail the main parts of the magnetic bearing body and cable.
FIG. 3 is a configuration diagram of a main part showing a modification of the electrical identification means.
[Explanation of symbols]
(1) Magnetic bearing body (2) Control device (3) Cable (5) Rotating body (8) Electromagnet (9) Radial position sensor (30) ROM (30)

Claims

A magnetic bearing body having at least an electromagnet for magnetically levitating the rotating body and a position sensor for detecting the position of the rotating body, and connected to the magnetic bearing body via a cable based on an output signal of the position sensor; In a magnetic bearing device provided with a control device for controlling an electromagnet,
A magnetic bearing device, wherein the magnetic bearing body is provided with storage means for storing various characteristics of the rotating body and electromagnet.

2. The magnetic bearing device according to claim 1, wherein the control device reads information stored in the storage means of the magnetic bearing body and sets control parameters based on the information.

3. A method for starting a magnetic bearing device according to claim 2, wherein the control device reads information in the storage means of the magnetic bearing body, sets a control parameter based on the information, and starts the magnetic bearing device. A method for starting a magnetic bearing device.