JP4000969B2 - Control type magnetic bearing device - Google Patents

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power supply
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拓知 上山
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ターボ分子ポンプなどに使用される制御型磁気軸受装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の磁気軸受装置では、回転体が複数組の制御型磁気軸受により非接触支持されて、インバータで駆動される電動モータにより回転される。また、インバータ、磁気軸受駆動回路、これらを制御する主制御部などに電力(直流)を供給する電源部には、外部電源である商用交流電源(200V)から電力が供給される。電源部は、商用電源からの交流を整流、平滑化して、インバータなどに供給する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の磁気軸受装置では、外部電源の電圧変動などによって電源部からインバータへの入力電圧が変動すると、それに合わせてモータ電流(実際に電動モータに流れる電流)も変動してしまい、それによってモータの回転速度が変動するため、ポンプの排気性能を一定に保てないという問題があった。
【0004】
従来の磁気軸受装置の主制御部では、たとえばPI制御演算部において、モータの回転速度目標値と回転速度検出値の差からモータに供給する電流値を演算し、この電流演算値を電流指令値としてインバータに出力している。このため、インバータに出力する電流指令値が一定であっても、電源部からインバータへの入力電圧が変動すると、モータ電流は変動してしまう。
【0005】
これを解決するには、主制御部に定電圧回路などのハードウェアを付加すればよいが、そうすると、装置が大型化し、また、製作コストも増大する。
【0006】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、電源部からの入力電圧の変動によるモータ電流の変動を抑制でき、しかも装置の小型化および低コスト化が可能な制御型磁気軸受装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による制御型磁気軸受装置は、回転体を非接触支持する複数組の制御型磁気軸受と、回転体を回転させる電動モータと、磁気軸受を駆動する磁気軸受駆動回路と、電動モータを駆動するインバータと、磁気軸受駆動回路およびインバータを制御する主制御部と、外部電源と接続されて磁気軸受駆動回路、インバータおよび主制御部に電力を供給する電源部とを備えている制御型磁気軸受装置において、主制御部が、ソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段を有し、このディジタル処理手段により、電源部からの入力電圧値に応じてインバータに出力する電流指令値を制御するものであることを特徴とするものである。
【0008】
ソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段としては、たとえば、MPU(マイクロプロセッサ)、ディジタル信号処理プロセッサなどが使用される。この明細書において、ディジタル信号処理プロセッサ(Digital Signal Processor)とは、ディジタル信号を入力してディジタル信号を出力し、ソフトウェアプログラムが可能で、高速演算処理が可能な専用ハードウェアを指す。なお、以下、これをDSPと略すことにする。
【0009】
主制御部およびインバータにおける電源部からの入力電圧値は互いに等しい。このため、主制御部が電源部からの入力電圧値に応じてインバータを制御することにより、電源部からインバータへの入力電圧値に応じてインバータを制御することになる。
【0010】
主制御部は、電源部からの入力電圧値が変動しても、モータ電流が変動しないように、インバータを制御する。
【0011】
この発明の制御型磁気軸受装置によれば、電源部からの入力電圧値に応じてインバータに出力する電流指令値が制御されることにより、電源部からの入力電圧値が変動しても、それによるモータ電流の変動を抑制することができる。したがって、入力電圧値の変動によるモータ回転速度の変動を抑制することができ、たとえばターボ分子ポンプなどに適用した場合に、ポンプの排気性能を一定に保つことができる。しかも、主制御部がソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段を有し、このディジタル処理手段によりインバータが制御されるので、ソフトウェアの変更だけで対応することができ、定電圧回路などのハードウェアを付加する必要がない。このため、装置の小型化および低コスト化が可能である。
【0013】
主制御部は、たとえば、モータの回転速度目標値と回転速度検出値の差からモータに供給すべき電流値を演算し、電源部からの入力電圧値が変動しても、モータ電流値が電流演算値と等しくなるように、インバータに出力する電流指令値を制御する。つまり、入力電圧値が低下すると、電流演算値に対して電流指令値を増加させ、入力電圧値が増加すると、電流演算値に対する電流指令値を低下させる。同一の電流演算値に対して、たとえば、入力電圧値の増加につれて、電流指令値を直線的に低下させる。
【0014】
このようにすれば、入力電圧値が変動しても、同一電流指令値に対するモータ電流が変動しないようにすることができる。
【0015】
この発明による制御型磁気軸受装置は、また、回転体を非接触支持する複数組の制御型磁気軸受と、回転体を回転させる電動モータと、磁気軸受を駆動する磁気軸受駆動回路と、電動モータを駆動するインバータと、磁気軸受駆動回路およびインバータを制御する主制御部と、外部電源と接続されて磁気軸受駆動回路、インバータおよび主制御部に電力を供給する電源部とを備えている制御型磁気軸受装置において、主制御部が、ソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段を有し、このディジタル処理手段により、電源部からの電圧入力値に応じて、インバータに出力する電流指令値の上限値を変更するものであることを特徴とするものである
【0016】
主制御部は、入力電圧値が変動しても、上限値を電流指令値として出力したときにモータ電流すなわちモータ電流の最大値が同一になるように、電流指令値の上限値を変更する。つまり、入力電圧値が低下すると、電流指令値上限値を増加させ、入力電圧値が増加すると、電流指令値上限値を低下させる。たとえば、入力電圧値の増加につれて、電流指令値上限値を直線的に低下させる。
【0017】
この発明の制御型磁気軸受装置によれば、入力電圧値が変動しても、モータ電流の最大値を一定にして、モータ電流の最大値の変動を抑制することができる。
【0018】
たとえば、主制御部が、電動モータの回転速度目標値と回転速度検出値の差から電動モータに供給する電流値を演算する制御演算部と、制御演算部からの電流演算値を所定の上限値以下の値に制限して電流指令値として出力する指令値出力部と、電源部からの入力電圧値に応じて指令値出力部における上限値を変更する上限値変更部とを備えている。
【0019】
この場合も、上記同様、入力電圧値が変動しても、モータ電流の最大値を一定にして、モータ電流の最大値の変動を抑制することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明をターボ分子ポンプに適用した実施形態について説明する。
【0021】
図1は、ターボ分子ポンプの概略構成を示している。
【0022】
ターボ分子ポンプは、ポンプ本体を構成する機械本体(1)および制御手段としてのポンプ制御部を構成するコントローラ(2)を備えている。
【0023】
機械本体(1)には、ポンプを構成する回転体(ポンプロータ)(3)、変位検出部(4)、制御型磁気軸受(5)、たとえば誘導機であるビルトイン型電動モータ(6)および回転速度検出手段としての回転速度センサ(7)が設けられている。
【0024】
コントローラ(2)には、変位演算回路(8)、磁気軸受駆動回路(9)、インバータ(10)、DSPボード(11)および電源部(12)が設けられ、DSPボード(11)には、主制御部(13)、AD変換器(14)およびDA変換器(15)が設けられている。
【0025】
磁気軸受(5)には、図示は省略したが、回転体(3)の軸方向の1箇所において回転体(3)をアキシアル制御軸方向に非接触支持する1組の制御型アキシアル磁気軸受と、回転体(3)の軸方向の2箇所においてそれぞれ回転体(3)を互いに直交する2つのラジアル制御軸方向に非接触支持する2組の制御型ラジアル磁気軸受とが含まれている。アキシアル磁気軸受は、回転体(3)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(アキシアル電磁石)を備えている。各ラジアル磁気軸受は、各ラジアル制御軸について、回転体(3)をラジ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(ラジアル電磁石)を備えている。
【0026】
変位検出部(4)には、図示は省略したが、アキシアル変位検出部とラジアル変位検出部が含まれている。アキシアル変位検出部は、回転体(3)のアキシアル制御軸方向の変位を検出する1個のアキシアル変位センサを備えている。ラジアル変位検出部は、各ラジアル磁気軸受の部分における各ラジアル制御軸について、回転体(3)をラジアル制御軸方向の両側から挟むように配置された1対のラジアル変位センサを備えている。変位演算回路(8)は、アキシアル制御軸について、アキシアル変位センサの出力から回転体(3)のアキシアル制御軸方向の変位を演算するとともに、各ラジアル制御軸について、1対のラジアル変位センサの出力に基づいて回転体(3)のラジアル制御軸方向の変位を演算し、これらの変位演算値に対応する変位信号をAD変換器(14)を介して主制御部(13)に出力する。変位検出部(4)と変位演算回路(8)により、回転体(3)の変位を検出する変位検出手段が構成されている。
【0027】
主制御部(13)は、ソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段であるDSPよりなり、後述するように、磁気軸受駆動回路(9)、インバータ(10)などを制御する。
【0028】
電源部(12)は、外部電源である200V商用電源(16)に接続され、電源(16)からの交流を整流、平滑化して、直流電力を磁気軸受駆動回路(9)、インバータ(10)、主制御部(13)などに供給する。
【0029】
主制御部(13)は、AD変換器(14)から入力する変位信号に基づいて、磁気軸受(5)の各電磁石に対する励磁電流値を演算し、これに対応する励磁電流信号をDA変換器(15)を介して磁気軸受駆動回路(9)に出力する。
【0030】
磁気軸受駆動回路(9)は、磁気軸受(5)の電磁石に対応する複数の電力増幅器を備えており、DA変換器(15)から出力される励磁電流信号に比例する励磁電流を磁気軸受(5)の対応する電磁石に供給する。これにより、回転体(3)が所定の目標位置に非接触支持される。
【0031】
モータ(6)は、磁気軸受(5)により非接触支持された回転体(3)を回転駆動するものである。回転速度センサ(7)は、回転体(3)の回転速度を検出するためのものであり、たとえば、回転体(3)の1回転当たり一定数(たとえば1つ)のパルス信号を主制御部(13)に出力する。主制御部(13)は、後に詳しく説明するように、回転速度センサ(7)のパルス信号から回転体(3)の回転速度を演算し、これに基づいて、モータ(6)の回転速度を制御するための電流指令信号をインバータ(10)に出力する。インバータ(10)は、主制御部(13)からの電流指令信号に基づいて、たとえばPWM方式により、モータ(6)の回転速度を制御する。これにより、定常運転状態において、回転体(3)の回転速度がほぼ一定に保たれる。
【0032】
主制御部(13)は、また、電源部(12)からの入力電圧値を一定時間(たとえば5秒)ごとにサンプリングし、この入力電圧値に応じて、インバータ(10)に出力する電流指令値を制御する。
【0033】
図2は、主制御部(13)のうちのモータ制御部(モータ回転速度制御の部分)の機能の1例を示す機能ブロック図である。次に、この図を参照して、モータ制御部によるモータ(6)の回転速度制御の1例について説明する。
【0034】
モータ制御部はモータ(6)の回転速度をPI制御するものであり、比例動作部(17)および積分動作部(18)を有するPI制御演算部(30)を備えている。
【0035】
図2において、D1はモータ制御部内部で設定される回転速度目標値、D2は回転速度センサ(7)により検出されたモータ(6)の回転速度検出値である。
【0036】
モータ制御部では、まず、目標値制限部(31)において、回転速度目標値が設定可能最高回転速度D3maxおよび設定可能最低回転速度D3minと比較され、D1をD3maxとD3minの間に制限した値D4が回転速度目標値として減算部(19)に入力する。減算部(19)では、回転速度目標値D4と回転速度検出値D2との差D5が演算され、これが比例動作部(17)および積分動作部(18)に入力する。比例動作部(17)では、差D5に比例する比例出力値D6が出力され、加算部(20)に入力する。積分動作部(18)では、差D5の積分値に比例する積分出力値D7が出力される。積分出力値D7は、積分出力制限部(32)において、許容最高積分出力値D8maxおよび許容最低積分出力値D8minと比較され、D7をD8maxとD8minの間に制限した値D9が制限積分出力値として加算部(20)に入力する。許容最高積分出力値D8maxは正の値、許容最低積分出力値D8minは負の値であり、通常、両者の絶対値は互いに等しい。加算部(20)では、比例出力値D6と積分出力値D9の和D10が演算される。このD10が電流演算値であり、演算部(30)から出力される。
【0037】
加速の場合、第1の指令値出力部(33)の電流値制限部(34)において、電流演算値D10が上限値である許容最高電流値D11maxおよび下限値である加速時許容最低電流値D11minと比較され、D10をD11maxとD11minの間に制限した値D12が加算部(21)に入力する。このD12が、加速時の電流指令値である。加算部(21)では、D12と一定値D13が加算され、加算値D14が、電流指令信号として指令値出力部(33)からインバータ(10)に出力される。
【0038】
減速の場合、第2の指令値出力部(35)の電流値制限部(36)において、D10が許容最高電流値D11maxおよび下限値である減速時許容最低電流値D15minと比較され、D10をD11maxとD15minの間に制限した値D16が加算部(22)に入力する。このD16が、減速時の電流指令値である。加算部(22)では、D16と一定値D13が加算され、加算値D17が、電流指令信号として指令値出力部(35)からインバータ(10)に出力される。
【0039】
一方、電源部(12)からの入力電圧値D18が、上限値変更部(37)の積算部(23)に入力する。積算部(23)では、D18と一定値D19の積D20が演算され、この積D20が減算部(24)に入力する。減算部(24)では、D20と一定値D21との差D22が演算され、これが積算部(25)に入力する。積算部(25)では、D22と一定値D23の積が演算される。この積算値が前記の許容最高電流値D11maxであり、上限値変更部(37)から電流値制限部(34)(36)に出力される。
【0040】
上記のように上限値変更部(37)において演算された上限値D11maxは、次の式(1)で表わされる。
【0041】
D11max=D23×(D21−D19×D18) … (1)
D23、D21およびD19は一定値であるから、これらをそれぞれa、bおよびcとすると、上記の式(1)は次の式(2)のようになる。
【0042】
D11max=a×(b−c×D18) … (2)
この式(2)は、入力電圧値D18が大きくなるにつれて、上限値D11が直線的に小さくなることを示している。
【0043】
インバータ(10)への電流指令値として上限値が出力されたときに、モータ電流が最大になる。上記の定数a、bおよびcは、入力電圧値D18が変動しても、上限値D11maxを電流指令値D12、D16として出力したときにモータ電流すなわちモータ電流の最大値が同一になるように定められる。このようにすることにより、入力電圧値が変動しても、モータ電流の最大値を一定にして、モータ電流の最大値の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明をターボ分子ポンプに適用した実施形態を示す制御型磁気軸受装置の概略構成図である。
【図2】図2は、主制御部におけるモータ回転速度制御処理の1例を示す機能ブロック線図である。
【符号の説明】
(3) 回転体
(5) 磁気軸受
(6) 電動モータ
(7) 回転速度センサ
(9) 磁気軸受駆動回路
(10) インバータ
(12) 電源部
(13) 主制御部
(16) 商用電源
(30) 制御演算部
(33)(35) 指令値出力部
(37) 上限値変更部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control type magnetic bearing device used for a turbo molecular pump or the like.
[0002]
[Prior art]
In this type of magnetic bearing device, the rotating body is supported in a non-contact manner by a plurality of sets of control type magnetic bearings and rotated by an electric motor driven by an inverter. In addition, power is supplied from a commercial AC power supply (200 V), which is an external power supply, to an inverter, a magnetic bearing drive circuit, and a power supply unit that supplies power (DC) to a main control unit that controls these. The power supply unit rectifies and smoothes the alternating current from the commercial power supply and supplies it to an inverter or the like.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional magnetic bearing device, when the input voltage from the power supply unit to the inverter fluctuates due to fluctuations in the voltage of the external power supply, the motor current (current that actually flows through the electric motor) fluctuates accordingly. Since the rotational speed of the motor fluctuates, there is a problem that the exhaust performance of the pump cannot be kept constant.
[0004]
In a main control unit of a conventional magnetic bearing device, for example, in a PI control calculation unit, a current value supplied to the motor is calculated from the difference between the target rotation speed value of the motor and the detected rotation speed value, and this calculated current value is used as a current command value. Is output to the inverter. For this reason, even if the current command value output to the inverter is constant, if the input voltage from the power supply unit to the inverter varies, the motor current varies.
[0005]
In order to solve this, hardware such as a constant voltage circuit may be added to the main control unit. However, this increases the size of the apparatus and increases the manufacturing cost.
[0006]
An object of the present invention is to provide a control type magnetic bearing device that solves the above-described problems, can suppress fluctuations in motor current due to fluctuations in input voltage from a power supply unit, and can reduce the size and cost of the apparatus. There is.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
A control type magnetic bearing device according to the present invention includes a plurality of sets of control type magnetic bearings that support a rotating body in a non-contact manner, an electric motor that rotates the rotating body, a magnetic bearing drive circuit that drives the magnetic bearing, and an electric motor that drives the motor. Control type magnetic bearing comprising: an inverter to be operated; a magnetic bearing drive circuit; a main control unit for controlling the inverter; and a power supply unit connected to an external power source to supply power to the magnetic bearing drive circuit, the inverter and the main control unit In the apparatus, the main control unit has a digital processing means capable of a software program, and the digital processing means controls the current command value output to the inverter in accordance with the input voltage value from the power supply unit. It is characterized by this.
[0008]
For example, an MPU (microprocessor), a digital signal processor or the like is used as the digital processing means capable of software programming. In this specification, a digital signal processor refers to dedicated hardware that can input a digital signal and output the digital signal, can be software-programmed, and can perform high-speed arithmetic processing. Hereinafter, this is abbreviated as DSP.
[0009]
Input voltage values from the power supply unit in the main control unit and the inverter are equal to each other. For this reason, the main control unit controls the inverter according to the input voltage value from the power supply unit, thereby controlling the inverter according to the input voltage value from the power supply unit to the inverter.
[0010]
The main control unit controls the inverter so that the motor current does not fluctuate even if the input voltage value from the power supply unit fluctuates.
[0011]
According to the control type magnetic bearing device of the present invention, the current command value output to the inverter is controlled according to the input voltage value from the power supply unit, so that even if the input voltage value from the power supply unit varies, As a result, fluctuations in the motor current can be suppressed. Therefore, fluctuations in the motor rotation speed due to fluctuations in the input voltage value can be suppressed. For example, when applied to a turbo molecular pump, the pumping performance of the pump can be kept constant. Moreover, the main control unit has digital processing means that can be programmed with software, and the inverter is controlled by this digital processing means, so it can be handled only by changing software, and hardware such as a constant voltage circuit is added. There is no need to do. For this reason, it is possible to reduce the size and cost of the apparatus.
[0013]
The main control unit, for example, calculates the current value to be supplied to the motor from the difference between the motor rotation speed target value and the rotation speed detection value, and even if the input voltage value from the power supply unit fluctuates, the motor current value is The current command value output to the inverter is controlled so as to be equal to the calculated value. That is, when the input voltage value decreases, the current command value is increased with respect to the current calculation value, and when the input voltage value increases, the current command value with respect to the current calculation value is decreased. For the same current calculation value, for example, the current command value is linearly decreased as the input voltage value increases.
[0014]
In this way, even if the input voltage value fluctuates, the motor current for the same current command value can be prevented from fluctuating.
[0015]
The control type magnetic bearing device according to the present invention also includes a plurality of sets of control type magnetic bearings that support the rotating body in a non-contact manner, an electric motor that rotates the rotating body, a magnetic bearing drive circuit that drives the magnetic bearing, and an electric motor. Control type comprising: an inverter for driving the motor; a magnetic bearing drive circuit and a main control unit for controlling the inverter; and a power supply unit connected to an external power supply to supply power to the magnetic bearing drive circuit, the inverter and the main control unit In the magnetic bearing device, the main control unit has digital processing means capable of software programming, and the digital processing means allows the upper limit value of the current command value to be output to the inverter in accordance with the voltage input value from the power supply unit. It is characterized by being changed.
[0016]
The main control unit changes the upper limit value of the current command value so that the motor current, that is, the maximum value of the motor current becomes the same when the upper limit value is output as the current command value even if the input voltage value fluctuates. That is, when the input voltage value decreases, the current command value upper limit value is increased, and when the input voltage value increases, the current command value upper limit value is decreased. For example, the current command value upper limit value is linearly decreased as the input voltage value increases.
[0017]
According to the control type magnetic bearing device of the present invention, even if the input voltage value fluctuates, the maximum value of the motor current can be made constant and the fluctuation of the maximum value of the motor current can be suppressed.
[0018]
For example, the main control unit calculates a current value supplied to the electric motor from the difference between the rotation speed target value and the rotation speed detection value of the electric motor, and sets the current calculation value from the control calculation unit to a predetermined upper limit value. There is provided a command value output unit that outputs a current command value by limiting to the following values, and an upper limit value changing unit that changes an upper limit value in the command value output unit in accordance with an input voltage value from the power supply unit.
[0019]
Also in this case, as described above, even if the input voltage value fluctuates, the maximum value of the motor current can be made constant and the fluctuation of the maximum value of the motor current can be suppressed.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a turbo molecular pump will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a turbo molecular pump.
[0022]
The turbo molecular pump includes a machine main body (1) constituting a pump main body and a controller (2) constituting a pump control unit as control means.
[0023]
The machine body (1) includes a rotating body (pump rotor) (3) constituting a pump, a displacement detector (4), a control type magnetic bearing (5), for example, a built-in type electric motor (6) which is an induction machine, and A rotation speed sensor (7) is provided as a rotation speed detection means.
[0024]
The controller (2) is provided with a displacement calculation circuit (8), a magnetic bearing drive circuit (9), an inverter (10), a DSP board (11) and a power supply unit (12). The DSP board (11) A main control unit (13), an AD converter (14), and a DA converter (15) are provided.
[0025]
Although not shown, the magnetic bearing (5) includes a set of control-type axial magnetic bearings that support the rotating body (3) in a non-contact manner in the axial direction of the rotating body (3) at one axial position of the rotating body (3). In addition, two sets of control type radial magnetic bearings that support the rotating body (3) in a non-contact manner in two radial control axis directions orthogonal to each other at two locations in the axial direction of the rotating body (3) are included. The axial magnetic bearing includes a pair of electromagnets (axial electromagnets) arranged so as to sandwich the rotating body (3) from both sides in the axial control axis direction. Each radial magnetic bearing includes a pair of electromagnets (radial electromagnets) arranged so as to sandwich the rotating body (3) from both sides in the radial control axis direction for each radial control shaft.
[0026]
Although not shown, the displacement detection unit (4) includes an axial displacement detection unit and a radial displacement detection unit. The axial displacement detection unit includes one axial displacement sensor that detects the displacement of the rotating body (3) in the axial control axis direction. The radial displacement detector includes a pair of radial displacement sensors arranged to sandwich the rotating body (3) from both sides in the radial control axis direction for each radial control shaft in each radial magnetic bearing portion. The displacement calculation circuit (8) calculates the displacement in the axial control axis direction of the rotating body (3) from the output of the axial displacement sensor for the axial control axis, and outputs the output of a pair of radial displacement sensors for each radial control axis. The displacement of the rotating body (3) in the radial control axis direction is calculated based on the above, and displacement signals corresponding to these displacement calculation values are output to the main control unit (13) via the AD converter (14). The displacement detector (4) and the displacement calculation circuit (8) constitute a displacement detector that detects the displacement of the rotating body (3).
[0027]
The main control unit (13) is a DSP which is a digital processing means capable of a software program, and controls the magnetic bearing drive circuit (9), the inverter (10) and the like as will be described later.
[0028]
The power supply unit (12) is connected to a 200V commercial power supply (16), which is an external power supply, and rectifies and smoothes the alternating current from the power supply (16) to convert the direct-current power into a magnetic bearing drive circuit (9) and an inverter (10). To the main control unit (13).
[0029]
The main control unit (13) calculates the excitation current value for each electromagnet of the magnetic bearing (5) based on the displacement signal input from the AD converter (14), and outputs the corresponding excitation current signal to the DA converter. Output to the magnetic bearing drive circuit (9) via (15).
[0030]
The magnetic bearing drive circuit (9) includes a plurality of power amplifiers corresponding to the electromagnets of the magnetic bearing (5), and generates an excitation current proportional to the excitation current signal output from the DA converter (15). Supply to the corresponding electromagnet of 5). Thereby, the rotating body (3) is supported in a non-contact manner at a predetermined target position.
[0031]
The motor (6) rotationally drives the rotating body (3) supported in a non-contact manner by the magnetic bearing (5). The rotational speed sensor (7) is for detecting the rotational speed of the rotating body (3). For example, a constant number (for example, one) of pulse signals per rotation of the rotating body (3) is supplied to the main controller. Output to (13). As will be described in detail later, the main control unit (13) calculates the rotational speed of the rotating body (3) from the pulse signal of the rotational speed sensor (7), and based on this, the rotational speed of the motor (6) is calculated. A current command signal for control is output to the inverter (10). The inverter (10) controls the rotational speed of the motor (6) based on the current command signal from the main controller (13), for example, by the PWM method. Thereby, in the steady operation state, the rotation speed of the rotating body (3) is kept substantially constant.
[0032]
The main control unit (13) also samples the input voltage value from the power supply unit (12) at regular intervals (for example, 5 seconds) and outputs a current command to the inverter (10) according to the input voltage value. Control the value.
[0033]
FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of the function of the motor control unit (motor rotational speed control part) of the main control unit (13). Next, an example of the rotational speed control of the motor (6) by the motor control unit will be described with reference to this figure.
[0034]
The motor control unit performs PI control of the rotation speed of the motor (6), and includes a PI control calculation unit (30) having a proportional operation unit (17) and an integration operation unit (18).
[0035]
In FIG. 2, D1 is a rotation speed target value set in the motor control unit, and D2 is a rotation speed detection value of the motor (6) detected by the rotation speed sensor (7).
[0036]
In the motor control unit, first, in the target value limiting unit (31), the rotation speed target value is compared with the settable maximum rotation speed D3max and the settable minimum rotation speed D3min, and a value D4 in which D1 is limited between D3max and D3min. Is input to the subtraction unit (19) as the target rotational speed value. In the subtracting section (19), a difference D5 between the rotational speed target value D4 and the rotational speed detected value D2 is calculated and input to the proportional operation section (17) and the integral operation section (18). The proportional operation unit (17) outputs a proportional output value D6 proportional to the difference D5 and inputs it to the addition unit (20). In the integral operation unit (18), an integral output value D7 proportional to the integral value of the difference D5 is output. The integral output value D7 is compared with the maximum allowable integral output value D8max and the minimum allowable integral output value D8min in the integral output limiter (32). Input to the adder (20). The allowable maximum integrated output value D8max is a positive value, and the allowable minimum integrated output value D8min is a negative value. Usually, the absolute values of both are equal to each other. In the adder (20), the sum D10 of the proportional output value D6 and the integral output value D9 is calculated. This D10 is a current calculation value and is output from the calculation unit (30).
[0037]
In the case of acceleration, in the current value limiting unit (34) of the first command value output unit (33), the current calculation value D10 is the upper limit allowable maximum current value D11max and the acceleration allowable minimum current value D11min. A value D12 obtained by limiting D10 between D11max and D11min is input to the adder (21). This D12 is a current command value at the time of acceleration. In the adding unit (21), D12 and the constant value D13 are added, and the added value D14 is output from the command value output unit (33) to the inverter (10) as a current command signal.
[0038]
In the case of deceleration, in the current value limiting unit (36) of the second command value output unit (35), D10 is compared with the allowable maximum current value D11max and the allowable minimum current value D15min during deceleration, which is the lower limit value. a value D16 obtained by limited between D15min is input to the summing unit (22). This D16 is a current command value at the time of deceleration. In the adding section (22), D16 and the constant value D13 are added, and the added value D17 is output from the command value output section (35) to the inverter (10) as a current command signal.
[0039]
On the other hand, the input voltage value D18 from the power supply unit (12) is input to the integrating unit (23) of the upper limit value changing unit (37). In the integrating unit (23), a product D20 of D18 and a constant value D19 is calculated, and this product D20 is input to the subtracting unit (24). In the subtracting section (24), a difference D22 between D20 and a constant value D21 is calculated and input to the integrating section (25). In the integrating unit (25), the product of D22 and a constant value D23 is calculated. This integrated value is the allowable maximum current value D11max, and is output from the upper limit value changing unit (37) to the current value limiting units (34) and (36).
[0040]
The upper limit value D11max calculated by the upper limit value changing unit (37) as described above is expressed by the following equation (1).
[0041]
D11max = D23 × (D21−D19 × D18) (1)
Since D23, D21 and D19 are constant values, when these are a, b and c, respectively, the above equation (1) becomes the following equation (2).
[0042]
D11max = a * (bc-D18) (2)
This equation (2) indicates that the upper limit value D11 decreases linearly as the input voltage value D18 increases.
[0043]
When the upper limit value is output as the current command value to the inverter (10), the motor current becomes maximum. The above constants a, b and c are determined so that the motor current, that is, the maximum value of the motor current is the same when the upper limit value D11max is output as the current command values D12 and D16 even if the input voltage value D18 varies. It is done. By doing so, even if the input voltage value fluctuates, the maximum value of the motor current can be made constant and the fluctuation of the maximum value of the motor current can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a control type magnetic bearing device showing an embodiment in which the present invention is applied to a turbo molecular pump.
FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of motor rotation speed control processing in the main control unit.
[Explanation of symbols]
(3) Rotating body
(5) Magnetic bearing
(6) Electric motor
(7) Rotational speed sensor
(9) Magnetic bearing drive circuit
(10) Inverter
(12) Power supply
(13) Main control unit
(16) Commercial power supply
(30) Control calculation part
(33) (35) Command value output section
(37) Upper limit change section

Claims (3)

回転体を非接触支持する複数組の制御型磁気軸受と、回転体を回転させる電動モータと、磁気軸受を駆動する磁気軸受駆動回路と、電動モータを駆動するインバータと、磁気軸受駆動回路およびインバータを制御する主制御部と、外部電源と接続されて磁気軸受駆動回路、インバータおよび主制御部に電力を供給する電源部とを備えている制御型磁気軸受装置において、
主制御部が、ソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段を有し、このディジタル処理手段により、電源部からの入力電圧値に応じてインバータに出力する電流指令値を制御するものであることを特徴とする制御型磁気軸受装置。
Multiple sets of control-type magnetic bearings that support a rotating body in a non-contact manner, an electric motor that rotates the rotating body, a magnetic bearing drive circuit that drives the magnetic bearing, an inverter that drives the electric motor, a magnetic bearing drive circuit, and an inverter In a control type magnetic bearing device comprising: a main control unit that controls the power supply; and a power supply unit that is connected to an external power source and supplies power to the magnetic bearing drive circuit, the inverter, and the main control unit.
The main control unit has digital processing means capable of a software program, and the digital processing means controls the current command value output to the inverter in accordance with the input voltage value from the power supply unit. Control type magnetic bearing device.
回転体を非接触支持する複数組の制御型磁気軸受と、回転体を回転させる電動モータと、磁気軸受を駆動する磁気軸受駆動回路と、電動モータを駆動するインバータと、磁気軸受駆動回路およびインバータを制御する主制御部と、外部電源と接続されて磁気軸受駆動回路、インバータおよび主制御部に電力を供給する電源部とを備えている制御型磁気軸受装置において、
主制御部が、ソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段を有し、このディジタル処理手段により、電源部からの電圧入力値に応じて、インバータに出力する電流指令値の上限値を変更するものであることを特徴とする制御型磁気軸受装置。
Multiple sets of control-type magnetic bearings that support a rotating body in a non-contact manner, an electric motor that rotates the rotating body, a magnetic bearing drive circuit that drives the magnetic bearing, an inverter that drives the electric motor, a magnetic bearing drive circuit, and an inverter In a control type magnetic bearing device comprising: a main control unit that controls the power supply; and a power supply unit that is connected to an external power source and supplies power to the magnetic bearing drive circuit, the inverter, and the main control unit.
The main control unit has a digital processing means capable software program, by the digital processing means in accordance with the voltage value input from the power supply unit, and changes the upper limit value of the current command value output to the inverter to that control type magnetic bearing device characterized in that.
主制御部が、電動モータの回転速度目標値と回転速度検出値の差から電動モータに供給する電流値を演算する制御演算部と、制御演算部からの電流演算値を所定の上限値以下の値に制限して電流指令値として出力する指令値出力部と、電源部からの入力電圧値に応じて指令値出力部における上限値を変更する上限値変更部とを備えていることを特徴とする請求項の制御型磁気軸受装置。The main control unit calculates a current value to be supplied to the electric motor from the difference between the rotation speed target value and the rotation speed detection value of the electric motor, and sets the current calculation value from the control calculation unit to a predetermined upper limit value or less. A command value output unit that outputs a current command value by limiting to a value, and an upper limit value changing unit that changes an upper limit value in the command value output unit according to an input voltage value from a power supply unit, The control type magnetic bearing device according to claim 2 .
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