JP6387863B2 - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6387863B2 JP6387863B2 JP2015043874A JP2015043874A JP6387863B2 JP 6387863 B2 JP6387863 B2 JP 6387863B2 JP 2015043874 A JP2015043874 A JP 2015043874A JP 2015043874 A JP2015043874 A JP 2015043874A JP 6387863 B2 JP6387863 B2 JP 6387863B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- period
- tpwm
- time
- sampling
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/44—Centrifugal pumps
- F16C2360/45—Turbo-molecular pumps
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
本発明の好ましい他の実施形態による磁気軸受装置は、複数の制御軸の各々に設けられ、回転軸に対して対向配置された対を成す電磁石と、前記回転軸の浮上位置変化を検知するための搬送波信号が重畳された電磁石電流を、前記電磁石にそれぞれ供給する複数の励磁アンプと、前記電磁石電流を検出して電流検出信号を出力する複数の電流センサと、前記対を成す電磁石に関する各前記電流検出信号を加算して和信号を取得する和信号取得部と、前記電流検出信号および前記和信号を予め定められたADサンプリング期間においてADサンプリングして、前記浮上位置変化に関する変位情報を取得し、該変位情報に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する制御部と、を備える。そして、前記励磁アンプをPWM制御することにより発生する電流ノイズの継続時間をTdとし、PWMキャリア信号の周期をTpwmとし、外乱の無い静粛環境条件でのPWMキャリア信号のオンデューティ上限をTonuとし、外乱の無い静粛環境条件でのPWMキャリア信号のオンデューティ下限をTonlとしたときに、前記ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から前記時間Tdが経過した時点と前記周期Tpwmの開始から時間(Tpwm−Tonu)が経過した時点との間の第1ADサンプリング期間と、前記周期Tpwmの開始から時間(Tpwm−Ton l+Td)が経過した時点と前記周期Tpwmの完了時点との間の第2ADサンプリング期間とを有する。
さらに好ましい実施形態では、前記ADサンプリングにおける取込最小時間をTminとしたとき、前記第1ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から前記時間Tdが経過した時点と前記周期Tpwmの開始から時間(Td+Tmin)が経過した時点との間の期間に設定され、前記第2ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から時間(Tpwm−Tmin)が経過した時点と前記周期Tpwmの完了時点との間の期間に設定される。
さらに好ましい実施形態では、前記第1ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から前記周期Tpwmの10%が経過した時点と前記周期Tpwmの開始から前記周期Tpwmの40%が経過した時点との間の期間に設定され、前記第2ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から前記周期Tpwmの70%が経過した時点と前記周期Tpwmの開始から前記周期Tpwmの90%が経過した時点との間の期間に設定される。
さらに好ましい実施形態では、前記PWMキャリア信号の周波数をfpwmとし、前記搬送波信号の周波数をfcとし、前記ADサンプリングの周波数をfsとしたときに、前記fpwm,fcおよびfsが、N≧M>1である整数M,Nに対してfpwm=M・fs=N・fcを満足し、時間間隔が時間(Td+Tmin)以下であって、かつ、整数Lに対してTpwm=L・Tsnplを満足する時間間隔Tsnpl毎に、前記ADサンプリングを行うためのサンプリングタイミングが設定される。
さらに好ましい実施形態では、前記PWMキャリア信号におけるオンデューティの時間幅が(Td+Tmin)以下または(Tpwm−Td−Tmin)以上である頻度を取得する取得部と、前記頻度が所定の頻度閾値を超えると警報を発する警報部と、を備える。
さらに好ましい実施形態では、値の異なる複数の前記頻度閾値が保持されている保持部を備え、前記複数の頻度閾値のいずれかが択一的に設定される。
−第1の実施の形態−
図1は、本発明の第1の実施の形態の磁気軸受装置が適用されるターボ分子ポンプの概略構成を示す断面図である。ターボ分子ポンプは、図1に示すポンプ本体1と、ポンプ本体1を駆動するコントロールユニット(不図示)と、を備えている。
る。モータ制御に関しては、制御部44からインバータ41へ、インバータ41に設けられている複数のスイッチング素子をオンオフ制御するためのPWM制御信号441が入力される。また、インバータ41から制御部44へは、モータ42に関する相電圧および相電流に関する信号442が入力される。
本実施の形態における5軸制御型磁気軸受では、各磁気軸受電磁石45の電磁石電流には、機能別で成分に分けると、バイアス電流ib、浮上制御電流icおよび位置検出用のセンサキャリア成分の電流isが含まれている。P側の磁気軸受電磁石45を流れる電流をIp、M側の磁気軸受電磁石45を流れる電流をImとすると、次式(1)のように表される。ispはP側のセンサキャリア成分で、ismはM側のセンサキャリア成分である。ただし、ispとismとは振幅が逆符号になっている。
Ip=ib+ic+isp
Im=ib−ic+ism …(1)
vsp=−v×sin(ωc×t)
vsm=v×sin(ωc×t) …(2)
1/Lp=A×(D−d)
1/Lm=A×(D+d) …(3)
vsp=Lp×d(isp)/dt
vsm=Lm×d(ism)/dt …(4)
isp=−v×sin(ωc×t−π/2)/(ωc×Lp)
=−B(D−d)×sin(ωc×t−π/2)
ism=v×sin(ωc×t−π/2)/(ωc×Lm)
=B(D+d)×sin(ωc×t−π/2) …(5)
Ip=ib+ic−B(D−d)×sin(ωc×t−π/2)
Im=ib−ic+B(D+d)×sin(ωc×t−π/2) …(6)
Ip+Im=2×ib+2×B×d×sin(ωc×t−π/2) …(7)
図4は、各磁気軸受電磁石45に対応して設けられている励磁アンプ43の構成を示す図である。励磁アンプ43は、直列接続されたスイッチング素子とダイオードとを直列接続したものを、さらに2つ並列接続したものである。磁気軸受電磁石45は、スイッチング素子SW10およびダイオードD10の中間と、スイッチング素子SW11およびダイオードD11の中間との間に接続される。
スイッチング素子SW10,SW11は同時にオンオフされ、両方ともオンの場合には実線矢印で示すように電流(上述した電流Ip,Im)が流れ、両方ともオフの場合には破線矢印で示すように電流(上述した電流Ip,Im)が流れる。オン時の電流値は電流センサ101Aにより計測され、オフ時の電流値は電流センサ101Bにより計測される。電流センサ101A,101Bには例えばシャント抵抗が用いられ、シャント抵抗の電圧を電流検出信号として用いる。電流検出信号は制御部44に入力される。
Td<ST1<Tpwm−Tonu …(A)
Tpwm−Tonl+Td<ST2<Tpwm …(B)
Td<ST1<Td+Tmin …(C)
Tpwm−Tmin<ST2<Tpwm …(D)
上述した第1の実施の形態では、電磁石電流にセンサキャリア信号を重畳し、電流検出信号Ip,Imの和信号(Ip+Im)を変位信号として利用するセンサレス(セルフセンシング)方式の磁気軸受式ターボ分子ポンプを説明した。第2の実施の形態では、変位センサを設けてシャフト5の浮上位置の変位を検出する構成の磁気軸受式ターボ分子ポンプについて説明する。
図17は、本発明の第3の実施の形態を説明する図である。前述したように、モータ42の駆動制御にもPWM制御が用いられている。モータ43は、磁気軸受と比べてより大電力で駆動される。本実施の形態では、モータ駆動系のスイッチングノイズがGNDラインを介して磁気軸受制御系、特に、変位信号へ重畳されるのを防止することを目的としている。本実施の形態では、磁気軸受に関しては第2の実施の形態と同様に変位センサを用いる構成とした。
Claims (7)
- 複数の制御軸の各々に設けられ、回転軸に対して対向配置された対を成す電磁石と、
前記各電磁石と前記回転軸との間に吸引力を発生させるための電磁石電流を、前記電磁石のそれぞれに供給する複数の励磁アンプと、
前記電磁石電流を検出して電流検出信号を出力する複数の電流センサと、
前記回転軸の浮上位置変化を検出するための搬送波信号を生成する搬送波生成部と、
前記浮上位置変化に基づいて前記搬送波信号を変調し、変調信号を出力する変位センサと、
前記電流検出信号および前記変調信号を予め定められたADサンプリング期間においてADサンプリングして前記浮上位置変化に関する変位情報を取得し、該変位情報に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する制御部と、を備え、
前記励磁アンプをPWM制御することにより発生する電流ノイズの継続時間をTdとし、PWMキャリア信号の周期をTpwmとし、外乱の無い静粛環境条件でのPWMキャリア信号のオンデューティ上限をTonuとし、外乱の無い静粛環境条件でのPWMキャリア信号のオンデューティ下限をTonlとしたときに、
前記ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から前記時間Tdが経過した時点と前記周期Tpwmの開始から時間(Tpwm−Tonu)が経過した時点との間の第1ADサンプリング期間と、前記周期Tpwmの開始から時間(Tpwm−Tonl+Td)が経過した時点と前記周期Tpwmの完了時点との間の第2ADサンプリング期間とを有する、磁気軸受装置。 - 複数の制御軸の各々に設けられ、回転軸に対して対向配置された対を成す電磁石と、
前記回転軸の浮上位置変化を検知するための搬送波信号が重畳された電磁石電流を、前記電磁石にそれぞれ供給する複数の励磁アンプと、
前記電磁石電流を検出して電流検出信号を出力する複数の電流センサと、
前記対を成す電磁石に関する各前記電流検出信号を加算して和信号を取得する和信号取得部と、
前記電流検出信号および前記和信号を予め定められたADサンプリング期間においてADサンプリングして、前記浮上位置変化に関する変位情報を取得し、該変位情報に基づいて前記励磁アンプをPWM制御する制御部と、を備え、
前記励磁アンプをPWM制御することにより発生する電流ノイズの継続時間をTdとし、PWMキャリア信号の周期をTpwmとし、外乱の無い静粛環境条件でのPWMキャリア信号のオンデューティ上限をTonuとし、外乱の無い静粛環境条件でのPWMキャリア信号のオンデューティ下限をTonlとしたときに、
前記ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から前記時間Tdが経過した時点と前記周期Tpwmの開始から時間(Tpwm−Tonu)が経過した時点との間の第1ADサンプリング期間と、前記周期Tpwmの開始から時間(Tpwm−Tonl+Td)が経過した時点と前記周期Tpwmの完了時点との間の第2ADサンプリング期間とを有する、磁気軸受装置。 - 請求項1または2に記載の磁気軸受装置において、
前記ADサンプリングにおける取込最小時間をTminとしたとき、
前記第1ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から前記時間Tdが経過した時点と前記周期Tpwmの開始から時間(Td+Tmin)が経過した時点との間の期間に設定され、
前記第2ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から時間(Tpwm−Tmin)が経過した時点と前記周期Tpwmの完了時点との間の期間に設定される、磁気軸受装置。 - 請求項1または2に記載の磁気軸受装置において、
前記第1ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から前記周期Tpwmの10%が経過した時点と前記周期Tpwmの開始から前記周期Tpwmの40%が経過した時点との間の期間に設定され、
前記第2ADサンプリング期間は、前記周期Tpwmの開始から前記周期Tpwmの70%が経過した時点と前記周期Tpwmの開始から前記周期Tpwmの90%が経過した時点との間の期間に設定される、磁気軸受装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の磁気軸受装置において、
前記PWMキャリア信号の周波数をfpwmとし、前記搬送波信号の周波数をfcとし、前記ADサンプリングの周波数をfsとしたときに、前記fpwm,fcおよびfsが、N≧M>1である整数M,Nに対してfpwm=M・fs=N・fcを満足し、
時間間隔が時間(Td+Tmin)以下であって、かつ、整数Lに対してTpwm=L・Tsnplを満足する時間間隔Tsnpl毎に、前記ADサンプリングを行うためのサンプリングタイミングが設定される、磁気軸受装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の磁気軸受装置において、
前記PWMキャリア信号におけるオンデューティの時間幅が(Td+Tmin)以下または(Tpwm−Td−Tmin)以上である頻度を取得する取得部と、
前記頻度が所定の頻度閾値を超えると警報を発する警報部と、を備える磁気軸受装置。 - 請求項6に記載の磁気軸受装置において、
値の異なる複数の前記頻度閾値が保持されている保持部を備え、
前記複数の頻度閾値のいずれかが択一的に設定される、磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015043874A JP6387863B2 (ja) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015043874A JP6387863B2 (ja) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 磁気軸受装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016161122A JP2016161122A (ja) | 2016-09-05 |
JP6387863B2 true JP6387863B2 (ja) | 2018-09-12 |
Family
ID=56844604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015043874A Active JP6387863B2 (ja) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 磁気軸受装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6387863B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110107780A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-08-09 | 昆山艾易得自动化科技有限公司 | 一种新型涨紧定位浮动机构 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3923696B2 (ja) * | 1999-07-19 | 2007-06-06 | 株式会社荏原製作所 | 基板回転装置 |
US20060055259A1 (en) * | 2004-09-14 | 2006-03-16 | Casey Hanlon | Fault-tolerant magnetic bearing position sensing and control system |
JP2012237285A (ja) * | 2011-05-13 | 2012-12-06 | Shimadzu Corp | 磁気浮上式真空ポンプ |
JP2013185578A (ja) * | 2012-03-12 | 2013-09-19 | Shimadzu Corp | 真空ポンプ |
JP6131602B2 (ja) * | 2013-01-17 | 2017-05-24 | 株式会社島津製作所 | 磁気軸受装置および真空ポンプ |
JP6244734B2 (ja) * | 2013-08-14 | 2017-12-13 | 株式会社島津製作所 | 磁気軸受装置および真空ポンプ |
-
2015
- 2015-03-05 JP JP2015043874A patent/JP6387863B2/ja active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110107780A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-08-09 | 昆山艾易得自动化科技有限公司 | 一种新型涨紧定位浮动机构 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016161122A (ja) | 2016-09-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9816514B2 (en) | Magnetic bearing device and vacuum pump | |
JP6171375B2 (ja) | 磁気軸受装置および真空ポンプ | |
US9624974B2 (en) | Magnetic bearing device and vacuum pump | |
JP6131602B2 (ja) | 磁気軸受装置および真空ポンプ | |
US9515589B2 (en) | Motor driving device and vacuum pump | |
JP6533413B2 (ja) | ステッピングモータを駆動するためのコントローラ | |
US10487875B2 (en) | Magnetic bearing device | |
JP2018123901A (ja) | 磁気軸受制御装置および真空ポンプ | |
JP2016046859A (ja) | モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法 | |
CN105121875A (zh) | 磁力轴承装置和具备该磁力轴承装置的真空泵 | |
CN103944484A (zh) | 电机驱动装置及真空泵 | |
US7679248B2 (en) | Magnetic bearing system | |
JP6269080B2 (ja) | 磁気軸受装置および真空ポンプ | |
US11015609B2 (en) | Magnetic levitation control device and vacuum pump | |
JP6387863B2 (ja) | 磁気軸受装置 | |
JP5817546B2 (ja) | 磁気軸受制御装置 | |
Gruber et al. | Design variants of the bearingless segment motor | |
CN116648598A (zh) | 旋转检测器的控制装置 | |
EP3783227A1 (en) | Vacuum pump and vacuum pump control device | |
CN110895316A (zh) | 霍尔传感器电路、电机控制系统和霍尔元件感测方法 | |
JP2007228773A (ja) | モータ、モータ駆動装置及びモータ駆動方法 | |
WO2015015597A1 (ja) | モータ制御装置 | |
JP2016101078A (ja) | 永久磁石型モータ、位置推定装置及びモータ駆動制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171020 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180706 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180717 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180730 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6387863 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |