JP3677826B2 - Magnetic bearing device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic bearing device which can reduce the time during which a rotating shaft is decelerated in the event of power failure. SOLUTION: This magnetic bearing device includes a brushless dc motor 1 which drives and rotates a rotating shaft; magnetic bearing means 13, 14 for levitating the rotating shaft magnetically; a magnetic bearing control circuit 6 for controlling the magnetic bearing means; and a forced brake circuit 3 which involves a resistance that is connected in series with the brushless dc motor during power failure. If power is normally supplied from a power supply, the motor controls magnetic levitation using the magnetic bearing means 13, 14 driven under control of the magnetic bearing circuit 6 In the event of power failure, the resistance 31 of the forced brake circuit 3 is connected in series to the motor 11 to convert current flowing through the motor into heat by means of the resistance to perform heated breaking, by means of which the deceleration time of the rotating shaft is reduced.

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、磁気軸受装置に関し、特に、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプや工作機械用高速スピンドル等の高速回転機器に用いる磁気軸受装置に関する。 The present invention relates to a magnetic bearing device, in particular, it relates to a magnetic bearing device for use in high speed rotating equipment such as a vacuum pump or a machine tool for high-speed spindles, such as a turbo-molecular pump.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
ターボ分子ポンプをはじめとする真空ポンプ等の高速回転機器においては、良好な真空を得るためにオイルフリーであることが要求され、また、工作機械用高速スピンドル等の高速回転体を非接触で支持することが要求されている。 In the high-speed rotating equipment such as a vacuum pump including a turbo-molecular pump, it is required to be oil-free in order to obtain a good vacuum, also supports the high speed rotation body such as a machine tool for high-speed spindles without contact it is required to. そこで、従来形の油潤滑を利用した軸受に代えて磁気軸受が開発されている。 Therefore, magnetic bearings have been developed in place of the bearing using the oil lubrication of the conventional type. この磁気軸受は、回転軸を非接触で浮上させて回転させることにより、発生する振動を減少させることができる。 The magnetic bearing, by rotating by floating the rotating shaft in a non-contact, it is possible to reduce the vibration generated.
【0003】 [0003]
従来、この磁気軸受装置は、例えば図2に示すターボ分子ポンプでは、回転体の半径方向に電磁石を設けたラジアル磁気軸受21,22と、軸方向に電磁石を設けたスラスト軸受23とを備え、この電磁石とほぼ同位置に設け回転体の状態を検出するラジアルセンサ24,25,スラストセンサ26等の変位センサを設置してフィードバック制御系を構成し、各電磁石に流れる電流を調節して電磁石の吸引力を調節し、回転体を中心位置に支持している。 Conventionally, the magnetic bearing device, for example in turbo-molecular pump shown in FIG. 2, comprises a radial magnetic bearing 21, 22 provided with a electromagnet in the radial direction of the rotating body, and a thrust bearing 23 provided with a electromagnet in the axial direction, radial sensors 24 and 25 for detecting the state of the rotating body is provided at substantially the same position as the electromagnet, by installing a displacement sensor such as a thrust sensor 26 constitute a feedback control system, of the electromagnet and adjusting the current flowing through each electromagnet adjust the suction force, and supports the rotating body in a central position.
【0004】 [0004]
電磁石は、回転軸を挟んで対向して配置されており、各電磁石にPID制御等により定められる励磁電流を励磁アンプを介して流すことによって、対向する電磁石どうしで回転軸を吸引しあい、回転軸を適当な位置に制御している。 Electromagnet is arranged on opposite sides of the rotary shaft, by flowing an excitation current determined by the PID control or the like to the electromagnets via the excitation amplifier, mutually aspirated rotary shaft by an electromagnet each other opposed rotary shaft the controls in place. これによって、磁気浮上制御を行っている。 This is performed with a magnetic levitation control.
【0005】 [0005]
図9は従来の磁気軸受装置の概略ブロック図である。 Figure 9 is a schematic block diagram of a conventional magnetic bearing device. 図9において、インバータ回路4は、交流電源に接続された整流回路1、平滑コンデンサ、および安定化電源2から得られる直流電圧の位相を制御してインダクションモータ16に印加しており、このインバータ回路4は、回転センサ17の検出信号を入力するインバータ制御回路5から制御信号を受けモータ制御を行う。 9, the inverter circuit 4, the rectifying circuit 1 is connected to an AC power source, have been applied to the induction motor 16 by controlling the phase of the smoothing capacitor, and a DC voltage obtained from the stabilized power supply 2, the inverter circuit 4 performs motor control receives a control signal from the inverter control circuit 5 for inputting a detection signal of the rotation sensor 17. また、モータ16の回転軸を支持する磁気軸受手段の電磁石14は、変位センサ13の軸変位信号を入力する磁気軸受制御回路6によって制御される。 Further, the electromagnet 14 of the magnetic bearing means for supporting the rotation shaft of the motor 16 is controlled by the magnetic bearing control circuit 6 to enter the axis displacement signal of the displacement sensor 13. インバータ制御回路4および磁気軸受制御回路6を駆動する電力は、直流/直流変換回路7を介して得られる直流電圧により供給される。 Power for driving the inverter control circuit 4 and the magnetic bearing control circuit 6 is supplied by a DC voltage obtained through the DC / DC converter circuit 7.
【0006】 [0006]
このような磁気軸受装置において停電等の電源異常が発生した場合、磁気軸受制御回路6に対して駆動電力の供給が停止されて磁気浮上制御やモータ制御が困難となり、回転軸は保護ベアリング15によって摩擦支持されることになる。 When such a magnetic bearing device power such as a power failure abnormality occurs, the supply of driving power to the magnetic bearing control circuit 6 is stopped becomes difficult magnetic levitation control and motor control, the rotation axis by the protective bearings 15 It will be frictionally supported. 従来、この磁気浮上制御やモータ制御を維持するために、モータを発電機として使用し発電した回生電力やバックアップバッテリー(図示していない)によって磁気軸受制御回路6やインバータ制御回路5をバックアップしている。 Conventionally, in order to maintain the magnetic levitation control and motor control, back up the magnetic bearing control circuit 6 and the inverter control circuit 5 by using the motor as a generator generating the regenerative power and backup battery (not shown) there. また、モータの制動は、回転軸のエネルギーを制御回路側に回生する回生制動と、回生分を超えるエネルギーを消費する発熱制動とをブレーキ制御回路8によって行っている。 Further, braking of the motor is regenerative braking to regenerative energy of the rotating shaft to the control circuit side, and a heat generation braking to consume energy more than the regenerative amount performed by the brake control circuit 8.
【0007】 [0007]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
従来の磁気軸受装置では、電源異常の発生時における回転軸の減速に長時間を要するという問題点がある。 In the conventional magnetic bearing device, there is a problem that it takes a long time to deceleration of the rotational shaft at the time of a power outage.
【0008】 [0008]
図10は従来の磁気軸受装置における減速状態を説明する概略図である。 Figure 10 is a schematic diagram illustrating a deceleration state of the conventional magnetic bearing device. 電源異常時における磁気軸受制御回路やモータ制御回路の電源として、モータを発電機として使用して得られる電力を用いる場合には、回転軸が高速回転中のとき(図10中の区間B)には各制御に充分な電力が得られるが、低速となると(図10中の区間C)発電電力が低下してモータ制御および磁気浮上制御が維持できなくなり、回転軸は保護ベアリングによって支持されることになる。 As a power supply of the magnetic bearing control circuit and the motor control circuit in the power supply abnormality, when using the electric power obtained by using the motor as a generator, when the rotary shaft is rotating at high speed (the interval B in FIG. 10) it is sufficient power can be obtained in each control, when the low speed reduces the generated power (section C in FIG. 10) can not be maintained motor control and magnetic levitation control, the rotary shaft is supported by the protective bearings become. 図10中の区間Bにおける制動は、回転体の持つエネルギーを制御回路側に戻す回生制動を主とし、発電電力が得られなくなった後(図10中の区間C)は、保護ベアリングによる小さな摩擦抵抗によって減速が行われる。 Braking the interval B in FIG. 10, the regenerative braking of returning the energy of the rotating body to the control circuit side as a main, after the generated power is no longer obtained (section C in FIG. 10), a small friction by the protective bearings decelerated by the resistance is carried out. この保護ベアリングの摩擦抵抗による減速には長時間を要し、また、この間保護ベアリングは摩擦によって劣化を受け、保護ベアリングの交換時期を早めることになる。 This takes a long time to deceleration due to friction resistance of protection bearing, also, during this period protection bearing is subjected to deterioration by friction, it would be to speed up the time to replace the protection bearing. 図10中の一点鎖線は回生制動が維持された場合の減速状態を示している。 One-dot chain line in FIG. 10 shows a deceleration state when the regenerative braking is maintained.
【0009】 [0009]
また、電源異常時における制御回路用の電源として、バックアップバッテリーを用いる場合には、電源異常後においても磁気軸受制御やモータ制御は維持されるものの、制動手段がないため減速には長時間を要することになり、また、大容量のバッテリーを別個に用意する必要がある。 Further, as a power supply for the control circuit in the power supply abnormality, in the case of using a backup battery, although the magnetic bearing control and motor control even after the power failure is maintained, it takes a long time to decelerate because no braking means It will be, also, there is a need to separately prepare a battery of large capacity.
【0010】 [0010]
そこで、本発明は前記した従来の磁気軸受装置の問題点を解決し、電源異常の発生時における回転軸の減速を短時間化することができる磁気軸受装置を提供することを課題とする。 The present invention solves the problems of the conventional magnetic bearing device described above, and to provide a magnetic bearing device capable of short the deceleration of the rotational shaft at the time of a power outage.
【0011】 [0011]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
本発明の磁気軸受装置は、回転軸を回転駆動するブラシレス直流モータと、回転軸を磁気浮上する磁気軸受手段と、磁気軸受手段を制御する磁気軸受制御回路と、磁気軸受異常時に回転軸を支持する保護ベアリングと、電源異常時にブラシレス直流モータと直列接続する抵抗を含む強制ブレーキ回路とを備えることによって、電源異常の発生時における回転軸の減速を短時間化するものである。 Magnetic bearing apparatus of the present invention, the support and the brushless DC motor for rotating the rotary shaft, a magnetic bearing means for magnetically floating the rotating shaft, and a magnetic bearing control circuit for controlling the magnetic bearing means, the rotating shaft when the magnetic bearing abnormality a protective bearings, by providing a forced brake circuit including a brushless DC motor in series connection resistance at the time of power failure is for a short time the deceleration of the rotary axis in the event of power failure.
【0012】 [0012]
ブラシレス直流モータは、回転軸の回転エネルギーをステータ側のコイルに誘導電流として変換することができるモータであり、本発明はこの誘導電流を強制ブレーキ回路中の抵抗によって熱変換してブレーキ作用を行う発熱制動を行うものである。 Brushless DC motor is a motor capable of converting the rotational energy of the rotating shaft as an induction current in the stator side of the coil, the present invention performs the braking action by heat conversion by the resistance of the forced during braking circuit the induced current and performs heat braking.
【0013】 [0013]
本発明の第1の実施態様は、強制ブレーキ回路はモータへの印加電圧が設定電圧以下の場合に、ブラシレス直流モータと抵抗とを直列接続するリレー回路を備えるものであり、これによって、ブラシレス直流モータのエネルギーを熱変換する発熱制動を行うことができる。 The first embodiment of the present invention, when the applied voltage of the forced braking circuit to the motor is equal to or less than the set voltage, which includes a relay circuit to be connected in series and a resistor and a brushless DC motor, whereby a brushless DC the energy of the motor can be carried out heating braking to-heat conversion.
【0014】 [0014]
本発明の第2の実施態様は、強制ブレーキ回路は制御回路側への回生電力以上の電力分を抵抗に流す電流制動手段を備え、これによって、回生制動と発熱制動とを行うことができる。 The second embodiment of the present invention, the forced braking circuit comprises a current braking means for flowing the electric power amount of the above regenerative power to the control circuit side to the resistance, this makes it possible to perform the heating and braking regenerative braking.
【0015】 [0015]
本発明の第3の実施態様は、磁気軸受制御回路を駆動するバックアップバッテリーを備えるものであり、これによって、強制ブレーキ回路の動作時においても回転軸の磁気浮上制御を行うことができる。 A third embodiment of the present invention, which comprises a backup battery for driving the magnetic bearing control circuit, whereby, also it is possible to perform magnetic levitation control of the rotating shaft during the operation of the forced braking circuit.
【0016】 [0016]
本発明の第4の実施態様は、磁気軸受制御回路をブラシレス直流モータを発電機として使用して得られる電力により駆動するものである。 Fourth embodiment of the present invention is driven by power obtained by using the magnetic bearing control circuit brushless DC motor as a generator.
【0017】 [0017]
電源から電力が正常に供給されている場合には、モータは磁気軸受回路の制御によって駆動される磁気軸受手段によって磁気浮上制御されている。 If the power from the power source is being supplied correctly, the motor is magnetically levitated controlled by magnetic bearing means driven by the control of the magnetic bearing circuit. 電源異常が発生すると、モータへの電源からの駆動電力の供給が停止する。 When power failure occurs, supply of the drive power from the power supply to the motor is stopped. モータは慣性力により回転を持続し、逆に発電機として作用し電力を発生する。 Motor lasts rotation by inertia force acts as a generator to reverse to generate electric power. 回転数が高く発生電力が充分なときには、磁気軸受制御回路はこの発生電力により駆動される。 When high generation power rotational speed is sufficient, the magnetic bearing control circuit is driven by the generated power. 回転数が低下し発生電力が不充分となると、磁気軸受制御回路は磁気浮上制御を停止する。 When speed becomes insufficient reduced power generated, the magnetic bearing control circuit stops the magnetic levitation control.
【0018】 [0018]
このとき、強制ブレーキ回路の抵抗とモータとを直列接続することにより、モータに流れる電流を抵抗により熱に変換して発熱制動を行う。 At this time, by a resistor and a motor of the forced brake circuit connected in series, it performs the heat generation braking is converted into heat current flowing through the motor by the resistance. これによって、回転軸の減速を短時間化する。 Thus, a short time the deceleration of the rotary shaft.
【0019】 [0019]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention in detail with reference to FIG.
(本発明の実施の形態の構成)図1は本発明の磁気軸受装置の一実施の形態の概略ブロック図である。 (In the form of construction of the embodiment of the present invention) FIG. 1 is a schematic block diagram of one embodiment of a magnetic bearing apparatus of the present invention. 図1に示す構成は、前記図9に示した構成とほぼ同様であるが、ブレーキ制御回路8に代えて強制ブレーキ回路3を備えた点、モータとしてブラシレス直流モータ11を用いる点、インダクションモータ16からブラシレス直流モータ11への変更に伴って回転センサ17をホールセンサ12に変更する点等の構成において相違している。 The configuration shown in FIG. 1, FIG although 9 is substantially similar to the configuration shown in the point that with forced brake circuit 3 in place of the brake control circuit 8, the point of using the brushless DC motor 11 as the motor, induction motor 16 the rotation sensor 17 with the change of the brushless DC motor 11 is different in the structure of such a point to change the Hall sensor 12.
【0020】 [0020]
図1において、インバータ回路4は、交流電源に接続された整流回路1、平滑コンデンサ、および安定化電源2から得られる直流電圧の位相を制御してブラシレス直流モータ11に印加しており、このインバータ回路4は、ホールセンサ12の検出信号を入力するインバータ制御回路5から制御信号を受けモータ制御を行う。 In Figure 1, the inverter circuit 4, the rectifying circuit 1 is connected to an AC power source, have been applied to the brushless DC motor 11 by controlling the phase of the smoothing capacitor, and a DC voltage obtained from the stabilized power supply 2, the inverter circuit 4 performs motor control receives a control signal from the inverter control circuit 5 for inputting a detection signal of the Hall sensor 12. なお、ブラシレス直流モータ11の永久磁石の回転位置を検出するために、回転センサ17からホールセンサ12に変更している。 In order to detect the rotational position of the permanent magnet of the brushless DC motor 11, it is changed from the rotation sensor 17 to the Hall sensor 12. また、ブラシレス直流モータ11の回転軸を支持する磁気軸受手段の電磁石14は、変位センサ13からの軸変位信号を入力し制御信号を出力する磁気軸受制御回路6によって制御される。 Further, the electromagnet 14 of the magnetic bearing means for supporting the rotation shaft of the brushless DC motor 11 is controlled by the magnetic bearing control circuit 6 outputs the input control signal a shaft displacement signals from the displacement sensor 13. インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6を駆動する電力は、直流/直流変換回路7を介して得られる直流電圧により供給される。 Power for driving the inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 is supplied by a DC voltage obtained through the DC / DC converter circuit 7.
【0021】 [0021]
安定化電源2とインバータ回路4との間には、電源に対して抵抗31と電流制御素子32を直列接続し、該電流制御素子32に並列にリレー33を並列接続すした強制ブレーキ回路3が設けられる。 Between the stabilized power supply 2 and the inverter circuit 4, a resistor 31 and a current control device 32 to the power source connected in series, is forced brake circuit 3 and to parallel connect the relay 33 in parallel to said current control element 32 It is provided.
【0022】 [0022]
(本発明の実施の形態の作用)モータが通常回転を行う場合には、電源からの交流電力を整流回路1、平滑コンデンサ、および安定化電源2によって直流電圧を得、この直流電圧をインバータ回路4によって位相制御してブラシレス直流モータ11に供給し駆動を行う。 When the (exemplary action of the present invention) motor performs normal rotation, the rectifier circuit 1 AC power from the power source to obtain a DC voltage by a smoothing capacitor, and a stabilized power supply 2, the DC voltage inverter circuit 4 to supply and drive the brushless DC motor 11 by phase control by. 磁気軸受制御回路6は、磁気軸受手段の電磁石14に制御信号を送り、回転軸を磁気浮上制御する。 Magnetic bearing control circuit 6 sends a control signal to the electromagnet 14 of the magnetic bearing means, for magnetic levitation control the rotation shaft. このとき、インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6は、直流/直流変換回路7を通して得られる安定化電源からの直流電圧によって駆動される。 At this time, the inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 is driven by a DC voltage from a stabilized power supply obtained through the DC / DC converter circuit 7.
【0023】 [0023]
次に、電源異常により非常停止する場合のモータ制動について説明する。 Will now be described motor braking in the case of emergency stop the power failure. 以下、図3の本発明の実施の形態の第1の制動作用を説明するフローチャート、図4の強制ブレーキ回路の動作を説明する図、および図5の回転軸の回転数の時間変化を示す図を用いて、モータ制動の第1の制動作用について説明する。 Hereinafter, a flow chart for explaining a first braking operation of the embodiment of the present invention of FIG. 3, shows a diagram, and the rotational speed of the time variation of the rotation axis in FIG. 5 for explaining the operation of the forced braking circuit of FIG. 4 It is used to describe the first braking action of the motor brake.
【0024】 [0024]
インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6は、直流/直流変換回路7を通して電源から電力供給を受け通常回転を行う。 Inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 performs the normal rotation receiving power supply from the power source through the DC / DC converter circuit 7. 図5中の区間Aはこの通常回転状態を示している(ステップS1)。 Section A in Figure 5 shows the normal rotation state (step S1).
【0025】 [0025]
電源異常等により電源側からの電力の供給は停止すると、電源電圧が低下し、モータ11側は電圧を誘導して逆に発電機として作用する。 When the supply of electric power from the power source side by the power failure or the like is stopped, the power supply voltage drops, the motor 11 side acts as a generator to reverse by inducing voltage. インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6は電源に代わってモータ側から電力供給を受ける。 Inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 receives power supply from the motor side in place of the power supply. この電圧がインバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6の駆動に充分な電圧である場合には、この電力によってモータ制御および磁気浮上制御を行う。 The voltage in the case of sufficient voltage to drive the inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 performs motor control and magnetic levitation controlled by this power. (ステップS2,3)。 (Step S2,3).
【0026】 [0026]
図5中の区間Bは、このときの回転軸の回転状態を示している。 Section B in FIG. 5 shows the rotation state of the rotating shaft at this time. 区間Bにおける制動は、回生制動と発熱制動により行われる。 Braking in the section B is carried out by heating the braking and regenerative braking. 図4(a)は区間Bにおける強制ブレーキ回路3の動作を示している。 Figure 4 (a) shows the operation of the forced braking circuit 3 in the section B. 区間Bでは、強制ブレーキ回路3中のリレー33はオフし、電流制御素子32のみが駆動される。 In Section B, the relay 33 in the forced brake circuit 3 is turned off, only the current control element 32 is driven. インバータ制御回路5は、モータ側から発電される電力をモータ側と強制ブレーキ回路3側に分流する。 Inverter control circuit 5, shunts electric power generated from the motor side to force the brake circuit 3 side and the motor side. モータ側に戻すことによって回生制動が行われ、強制ブレーキ回路3に抵抗31に流すことによって発熱制動が行われる。 Regenerative braking by returning the motor side is performed, the heat generation braking is performed by flowing a forced brake circuit 3 to the resistor 31. この分流は、強制ブレーキ回路3中の電流制御素子32により行われ、モータ側に戻す分を超えた電力が抵抗31に流れるよう制御が行われる(ステップS4)。 The shunt is performed by the current control device 32 in the forced brake circuit 3, control is performed so that power exceeding the amount back to the motor side flows through the resistor 31 (step S4).
【0027】 [0027]
回転軸の減速が進み、発電される電圧がインバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6の駆動に充分な電圧より低下すると(ステップS2)、インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6は駆動電力の供給がなくなるため、インバータ制御および磁気浮上制御を停止する(ステップS5)。 Advances the deceleration of the rotary shaft, when the voltage generated is lower than a voltage sufficient for driving the inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 (step S2), the inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 for driving power the supply is eliminated, stopping the inverter control and a magnetic levitation control (step S5). 図5中の区間Cはこのときの回転軸の回転状態を示している。 Section C in FIG. 5 shows the rotation state of the rotating shaft at this time. このとき、強制ブレーキ回路3のリレー33がオンしてモータと抵抗31とは直列接続され、モータ側に誘導される電流は抵抗31に流れて熱に変換され、この発熱制動によって制動作用が行われる。 At this time, connected in series with the motor and the resistor 31 relay 33 is turned on forcing the brake circuit 3, the current induced in the motor side is converted flows through resistor 31 to heat the line braking action by the heating braking divide. 図4(b)はこのときの強制ブレーキ回路における電流の流れを示している(ステップS6)。 FIG. 4 (b) shows the current flow in the forced brake circuit at this time (step S6). また、このとき、回転軸は磁気浮上制御が停止しているため保護ベアリング15によって支持され、この摩擦による制動も受けることになる。 At this time, the rotation shaft is supported by the protective bearings 15 for magnetic levitation control is stopped, it will receive also braking by the friction.
【0028】 [0028]
したがって、区間Cでは、抵抗による発熱制動と保護ベアリングによる摩擦制動によって、速やかな減速が行われることになる。 Therefore, in the section C, by the friction braking by heating the braking and protective bearings due to resistance, so that the rapid deceleration is performed.
【0029】 [0029]
次に、モータ制動の第2の制動作用について説明する。 Next, a description will be given of the second braking action of the motor brake. 図6は本発明の実施の形態の第2の制動作用を説明するフローチャート、図8は回転軸の回転数の時間変化を示す図である。 Figure 6 is a flow chart, FIG. 8 illustrating the second braking action of the embodiment of the present invention is a diagram showing the variation of the rotational speed of the rotary shaft.
【0030】 [0030]
インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6は、直流/直流変換回路7を通して電源から電力供給を受け通常回転を行う。 Inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 performs the normal rotation receiving power supply from the power source through the DC / DC converter circuit 7. 図8中の区間Aはこの通常回転状態を示している(ステップS11)。 Section A in FIG. 8 shows the normal rotation state (step S11).
【0031】 [0031]
電源異常等により電源側からの電力の供給は停止すると、インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6は電源側から電力の供給を受けることができないため、図示しないバックアップバッテリーから電力の供給を受け、これによって、インバータ制御および磁気浮上制御を行う(ステップS12)。 When the supply of electric power from the power source side by the power failure or the like is stopped, since the inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 can not receive power from the power source side, receives power from the backup battery, not shown, Thus, performing inverter control and a magnetic levitation control (step S12).
【0032】 [0032]
モータ側で発電する電圧が回生制動を行うことができる電圧である場合(図8中の区間B)には、前記ステップS4と同様に回生制動と発熱制動とによって、回転軸の制動を行う(ステップS13,14)。 If voltage generated by the motor side is a voltage capable of performing regenerative braking (section B in FIG. 8), by a heating braking and a regenerative braking as well as the step S4, the braking of the rotating shaft ( step S13,14).
【0033】 [0033]
回転軸の減速が進み、発電する電圧が回生制動を行うことができる電圧以下となると(ステップS13)、インバータ制御回路5は強制ブレーキ回路3のリレー33をオンとして抵抗31をモータに直列接続し、抵抗31による発熱制動を行う(ステップS15)。 It advances the deceleration of the rotary shaft, when the voltage of the generator is equal to or less than the voltage capable of performing regenerative braking (step S13), and inverter control circuit 5 a resistor 31 connected in series to the motor a forced brake circuit 3 of the relay 33 as ON the heat generation braking by resistor 31 (step S15). 図8中の区間Cはこのときの回転状態を示しており、インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6はバックアップバッテリーによって駆動されてモータ制御および磁気浮上制御を引続き続行する。 Section C in FIG. 8 shows the rotation state at this time, the inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 continues continues motor control and magnetic levitation control is driven by the backup battery.
【0034】 [0034]
したがって、区間Cでは、磁気浮上制御によって非接触に状態で回転するとともに、抵抗による発熱制動によって減速が行われることになる。 Therefore, in the section C, while rotating in a state in non-contact by the magnetic levitation control, so that the speed reduction is performed by heating braking by resistance.
【0035】 [0035]
この第2の制動作用では、電源異常時において保護ベアリングによる回転軸の支持を行わないため、保護ベアリングの劣化を減少させる効果が大となる。 In the second braking action, since not performed supporting the rotating shaft by protective bearings during power failure, the effect of reducing the deterioration of the protective bearings it becomes larger.
【0036】 [0036]
次に、モータ制動の第3の制動作用について説明する。 Next, a description will be given of a third braking action of the motor brake. 図7は本発明の実施の形態の第3の制動作用を説明するフローチャートである。 Figure 7 is a flowchart illustrating a third braking operation of the embodiment of the present invention.
【0037】 [0037]
第3の制動作用は、モータ制御および磁気浮上制御の駆動電力を、発電電力とバックアップバッテリーとを切り換えて供給するものである。 The third braking action, the driving power of the motor control and magnetic levitation control, and supplies switching between generated power and backup battery. インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6は、直流/直流変換回路7を通して電源から電力供給を受け通常回転を行う。 Inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 performs the normal rotation receiving power supply from the power source through the DC / DC converter circuit 7. 図8中の区間Aはこの通常回転状態を示している(ステップS21)。 Section A in FIG. 8 shows the normal rotation state (step S21).
【0038】 [0038]
電源異常等により電源側からの電力の供給は停止すると、インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6は電源側から電力の供給を受けることができないため、モータ11側を発電機として使用して得られる電力を用いて駆動する。 When the supply of electric power from the power source side by the power failure or the like is stopped, since the inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 can not receive power from the power source side, using the motor 11 side as a power generator to obtain driven using the power to be. この電圧がインバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6の駆動に充分な電圧である場合には、この電力によってモータ制御および磁気浮上制御を行う。 The voltage in the case of sufficient voltage to drive the inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 performs motor control and magnetic levitation controlled by this power. (ステップS22,23)。 (Step S22,23). この区間Bにおいては、前記ステップS4と同様に回生制動と発熱制動とによって回転軸の制動を行う(ステップS24)。 In this Section B, the carry out braking of the rotation shaft by the heating braking and regenerative braking as well as the In step S4 (Step S24).
【0039】 [0039]
回転軸の減速が進み、発電される電圧がインバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6の駆動に充分な電圧より低下すると(ステップS22)、インバータ制御回路5および磁気軸受制御回路6は、図示しないバックアップバッテリーから電力の供給を受け、これによって、モータ制御および磁気浮上制御を行う(ステップS25)。 Advances the deceleration of the rotary shaft, when the voltage generated is lower than a voltage sufficient for driving the inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6 (step S22), and inverter control circuit 5 and the magnetic bearing control circuit 6, not shown It receives power from the backup battery, thereby performing the motor control and magnetic levitation control (step S25). さらに、インバータ制御回路5は強制ブレーキ回路3のリレー33をオンとして抵抗31をモータに直列接続し、抵抗31による発熱制動を行う。 Further, the inverter control circuit 5 connected in series a resistor 31 to force the brake circuit 3 of the relay 33 as an on the motor, performs heat generation braking by resistor 31. 図8中の区間Cはこのときの回転状態を示している(ステップS26)。 Section C in FIG. 8 shows the rotation state at this time (step S26).
【0040】 [0040]
したがって、区間Cでは、磁気浮上制御によって非接触に状態で回転するとともに、抵抗による発熱制動によって減速が行われることになる。 Therefore, in the section C, while rotating in a state in non-contact by the magnetic levitation control, so that the speed reduction is performed by heating braking by resistance.
【0041】 [0041]
この第3の制動作用では、第2の制動作用と同様に保護ベアリングの劣化を減少させる効果が大となるとともに、第2の制動作用と比較してバックアップバッテリーの使用時間が短時間であるため、バックアップバッテリーを小容量とすることができる。 Since this third braking action, the effect of reducing the second braking action as well as the deterioration of the protective bearings with a large, use time compared to the backup battery and the second braking action is short , it can be a backup battery and a small capacity.
【0042】 [0042]
なお、強制ブレーキ回路中のリレーに代えて、電力が供給されない状態においてもオン状態を保持する素子を使用することができる。 Incidentally, it is possible to place the relay in a forced brake circuit, the power use the device for holding even on state in a state that is not supplied.
【0043】 [0043]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上説明したように、本発明によれば、電源異常の発生時における回転軸の減速を短時間化することができる磁気軸受装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a magnetic bearing device capable of short the deceleration of the rotational shaft at the time of power supply abnormality.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の磁気軸受装置の一実施の形態の概略ブロック図である。 1 is a schematic block diagram of one embodiment of a magnetic bearing apparatus of the present invention.
【図2】ターボ分子ポンプの概略図である。 Figure 2 is a schematic view of a turbo-molecular pump.
【図3】本発明の実施の形態の第1の制動作用を説明するフローチャートである。 3 is a flowchart illustrating a first braking action of the embodiment of the present invention.
【図4】本発明の強制ブレーキ回路の動作を説明する図である。 4 is a diagram for explaining the operation of the forced braking circuit of the present invention.
【図5】本発明の実施の形態の回転軸の回転数の時間変化を示す図である。 5 is a diagram showing the time variation of the rotational speed of the rotating shaft of the embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施の形態の第2の制動作用を説明するフローチャートである。 6 is a flowchart illustrating the second braking action of the embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施の形態の第3の制動作用を説明するフローチャートである。 7 is a third flowchart for explaining the braking effect of the embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施の形態の回転軸の回転数の時間変化を示す図である。 8 is a graph showing a temporal change in the rotational speed of the rotating shaft of the embodiment of the present invention.
【図9】従来の磁気軸受装置の概略ブロック図である。 9 is a schematic block diagram of a conventional magnetic bearing device.
【図10】従来の磁気軸受装置における減速状態を説明する概略図である。 Figure 10 is a schematic diagram illustrating a deceleration state of the conventional magnetic bearing device.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1…整流回路、2…安定化電源、3…強制ブレーキ回路、4…インバータ回路、5…インバータ制御回路、6…磁気軸受制御回路、7…直流/直流変換回路、8…ブレーキ制御回路、11…ブラシレス直流モータ、12…ホールセンサ、13…変位センサ、14…電磁石、15…保護ベアリング、16…インダクションモータ、17…回転センサ、31…抵抗、32…電流制御素子、33…リレー。 1 ... rectifier circuit, 2 ... stabilized power supply, 3 ... forced brake circuit, 4 ... inverter circuit, 5 ... inverter control circuit, 6 ... magnetic bearing control circuit, 7 ... DC / DC converter circuit, 8 ... brake control circuit, 11 ... brushless DC motor, 12 ... Hall sensor, 13 ... displacement sensor, 14 ... electromagnet 15 ... protective bearings 16 ... induction motor, 17 ... rotation sensor, 31 ... resistors, 32 ... current control element 33 ... relay.

Claims (1)

  1. 回転軸を回転駆動するブラシレス直流モータと、回転軸を磁気浮上させる磁気軸受手段と、磁気軸受手段を制御する磁気軸受制御回路と、磁気軸受異常時に回転軸を支持する保護ベアリングと、 A brushless DC motor for rotating the rotary shaft, a magnetic bearing means for magnetically floating the rotating shaft, and a magnetic bearing control circuit for controlling the magnetic bearing means, and a protective bearings for supporting the rotary shaft when the magnetic bearing abnormality,
    電源異常時にブラシレス直流モータと直列接続する抵抗を含む強制ブレーキ回路とを備え、 And a forcible brake circuit including a brushless DC motor in series connection resisting power failure during,
    前記強制ブレーキ回路は、モータへの印加電圧が設定電圧以上の場合に回生電力以上の電力分を抵抗に流す電流制動手段と、モータへの印加電圧が設定電圧以下の場合にブラシレス直流モータと抵抗とを直列接続するリレー回路とを備えたことを特徴とする磁気軸受装置。 The forced braking circuit includes a current braking means for flowing the electric power amount more than the regenerative power to the resistance when the voltage applied to the motor is equal to or greater than the preset voltage, a brushless DC motor when the voltage applied to the motor is equal to or less than the set voltage resistance magnetic bearing device being characterized in that a relay circuit to be connected in series and.
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