JP7259675B2 - Vacuum pump and controller - Google Patents
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Description
本発明は、真空ポンプおよび制御装置に関する。 The present invention relates to vacuum pumps and controllers.
磁気浮上式の真空ポンプでは、ポンプロータは磁気軸受により磁気浮上支持される(例えば、特許文献1参照)。真空ポンプにおける磁気軸受では、ポンプロータを4軸のラジアル磁気軸受と1軸のアキシャル磁気軸受で支持する5軸制御が一般的に採用される。磁気軸受制御においては、位置センサで検出したポンプロータの位置情報に基づく磁気軸受の目標電流値演算と、実際の軸受電流値と演算された目標電流値とに基づく制御量演算とが各軸毎に行われる。 In a magnetically levitated vacuum pump, a pump rotor is magnetically levitated and supported by a magnetic bearing (see, for example, Patent Document 1). Magnetic bearings in vacuum pumps generally employ five-axis control in which a pump rotor is supported by four radial magnetic bearings and one axial magnetic bearing. In the magnetic bearing control, the target current value calculation of the magnetic bearing based on the position information of the pump rotor detected by the position sensor and the control amount calculation based on the actual bearing current value and the calculated target current value are performed for each axis. is performed on
軸受制御の制御性を十分確保するためには、各軸の位置情報を同時に取得し、それを素早く磁気軸受電流へ反映させる必要がある。そのため、特許文献1では、デジタル演算器に、製造後に設計者が構成を設定することができるFPGA(Field Programmable Gate Array)を採用している。FPGAを用いると、5軸の制御を並列処理することが可能である。
In order to ensure sufficient controllability of bearing control, it is necessary to acquire position information of each axis at the same time and quickly reflect it in the magnetic bearing current. Therefore, in
しかしながら、FPGAを用いる場合、FPGAは高価であり、プログラムの変更が面倒であるという欠点を有している。そのため、FPGAに代わる安価なデジタル演算器の採用が望まれている。その場合、単に安価なだけではなく、FPGAと同様の制御性が要求される。 However, when FPGA is used, it has the drawback that FPGA is expensive and it is troublesome to change the program. Therefore, it is desired to employ an inexpensive digital calculator to replace the FPGA. In that case, not only is it inexpensive, but controllability similar to that of FPGA is required.
本発明の第1の態様による真空ポンプは、複数の制御軸に対応した複数の磁気軸受を有し、回転駆動されるポンプロータを磁気浮上支持する磁気軸受装置と、前記複数の磁気軸受へ励磁電流を供給する軸受駆動部と、前記励磁電流の電流値を検出する電流値検出部と、前記ポンプロータの浮上位置を検出する位置検出部と、を備え、前記軸受制御部はマルチコアプロセッサであり、目標浮上位置と前記位置検出部で検出された浮上位置とに基づいて、前記励磁電流の目標電流値を前記複数の制御軸毎に算出する複数の第1演算処理、および、算出された前記目標電流値と前記電流値検出部で検出された電流値とに基づいて、励磁電流制御信号を前記複数の制御軸毎に算出する複数の第2演算処理を分担処理する複数のCPUコアと、を備える。
本発明の第2の態様による制御装置は、回転駆動されるポンプロータを複数の制御軸に対応した複数の磁気軸受で磁気浮上支持する真空ポンプの、制御装置であって、前記磁気軸受の励磁電流を制御する軸受制御部と、前記励磁電流の電流値を検出する電流値検出部と、前記ポンプロータの浮上位置を検出する位置検出部と、を備え、前記軸受制御部はマルチコアプロセッサであり、目標浮上位置と前記位置検出部で検出された浮上位置とに基づいて、前記励磁電流の目標電流値を前記複数の制御軸毎に算出する複数の第1演算処理、および、算出された前記目標電流値と前記電流値検出部で検出された電流値とに基づいて、励磁電流制御信号を前記複数の制御軸毎に算出する複数の第2演算処理を分担処理する複数のCPUコアを備える。
A vacuum pump according to a first aspect of the present invention includes: a magnetic bearing device having a plurality of magnetic bearings corresponding to a plurality of control shafts; a bearing drive unit that supplies current, a current value detection unit that detects the current value of the exciting current, and a position detection unit that detects the floating position of the pump rotor, wherein the bearing control unit is a multi-core processor a plurality of first arithmetic processes for calculating a target current value of the excitation current for each of the plurality of control axes based on the target floating position and the floating position detected by the position detection unit; a plurality of CPU cores sharing a plurality of second arithmetic processes for calculating an excitation current control signal for each of the plurality of control axes based on the target current value and the current value detected by the current value detection unit; Prepare.
A control device according to a second aspect of the present invention is a control device for a vacuum pump in which a rotationally driven pump rotor is magnetically levitated and supported by a plurality of magnetic bearings corresponding to a plurality of control shafts, wherein the magnetic bearings are excited A bearing control unit that controls current, a current value detection unit that detects a current value of the excitation current, and a position detection unit that detects a floating position of the pump rotor, wherein the bearing control unit is a multi-core processor. a plurality of first arithmetic processes for calculating a target current value of the excitation current for each of the plurality of control axes based on the target floating position and the floating position detected by the position detection unit; A plurality of CPU cores sharing a plurality of second arithmetic processes for calculating an excitation current control signal for each of the plurality of control axes based on the target current value and the current value detected by the current value detection unit. .
本発明によれば、軸受制御性の低下を抑えつつコスト低減を図ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, cost reduction can be aimed at, suppressing the fall of bearing controllability.
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図1は、磁気軸受装置を備えた真空ポンプの一例を示す図であり、磁気浮上式ターボ分子ポンプのポンプ本体1Aの概略構成を示す断面図である。図1では図示を省略したが、ターボ分子ポンプ1はポンプ本体1Aを駆動制御するコントローラ1B(図2参照)を備えている。
Embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of a vacuum pump provided with a magnetic bearing device, and is a sectional view showing a schematic configuration of a pump
ポンプ本体1Aに採用されている磁気軸受は5軸制御型磁気軸受であって、互いに直交するX1軸,Y1軸に関するラジアル磁気軸受4x1,4y1と、互いに直交するX2軸,Y2軸に関するラジアル磁気軸受4x2,4y2と、Z軸に関するアキシャル磁気軸受4zとを備えている。
The magnetic bearings employed in the pump
図15は、磁気軸受4x1,4y1,4x2,4y2,4zの電磁石の配置を模式的に示した図である。X1軸の磁気軸受4x1は、ロータ軸3を挟んで対向配置された一対の電磁石41p,41mを備えている。Y1軸の磁気軸受4y1は、ロータ軸3を挟んで対向配置された一対の電磁石42p,42mを備えている。磁気軸受4x2,4y2のX2,Y2軸は、ロータ軸3に対する軸方向支持位置がX1,Y1軸とは異なる。X2軸の磁気軸受4x2は、ロータ軸3を挟んで対向配置された一対の電磁石43p,43mを備えている。Y2軸の磁気軸受4y2は、ロータ軸3を挟んで対向配置された一対の電磁石44p,44mを備えている。Z軸のアキシャル磁気軸受4zは、ロータ軸3に固定されたスラストディスク300を挟んで対向配置された一対の電磁石45u、45lを備えている。
FIG. 15 is a diagram schematically showing the arrangement of the electromagnets of the magnetic bearings 4x1, 4y1, 4x2, 4y2 and 4z. The X1-axis magnetic bearing 4x1 has a pair of
ラジアル磁気軸受4x1,4y1の各軸に対応して、ラジアル変位センサ5x1,5y1がそれぞれ設けられている。同様に、ラジアル磁気軸受4x2,4y2の各軸に対応して、ラジアル変位センサ5x2,5y2がそれぞれ設けられている。また、アキシャル磁気軸受4zに対応してアキシャル変位センサ5zが設けられている。ポンプロータ2が固定されているロータ軸3は磁気軸受により磁気浮上支持され、ロータ軸3の浮上位置は、ラジアル変位センサ5x1,5y1,5x2,5y2およびアキシャル変位センサ5zによって検出される。
Radial displacement sensors 5x1 and 5y1 are provided corresponding to the respective axes of the radial magnetic bearings 4x1 and 4y1. Similarly, radial displacement sensors 5x2 and 5y2 are provided corresponding to the respective axes of the radial magnetic bearings 4x2 and 4y2. An
磁気軸受4x1,4y1,4x2,4y2,4zによって回転自在に磁気浮上されたロータ軸3はモータ6により回転駆動される。モータ6には、例えば、ブラシレスDCモータ等が用いられる。磁気軸受4x1,4y1,4x2,4y2,4zが動作していないときには、ロータ軸3は非常用のメカニカルベアリング7a,7bによって支持される。磁気軸受4x1,4y1,4x2,4y2,4z、変位センサ5x1,5y1,5x2,5y2,5z、モータ6およびメカニカルベアリング7a,7bは、ベース8に配置されている。
The
ポンプロータ2には、回転側排気機能部を構成する複数段の回転翼2aと円筒部2bとが形成されている。一方、固定側には、固定側排気機能部である固定翼8aとネジステータ8bとが設けられている。複数段の固定翼8aはスペーサ9を介して積層され、軸方向に対して回転翼2aと交互に配置される。ネジステータ8bは、円筒部2bの外周側に所定のギャップを隔てて設けられている。
The
図2は、ターボ分子ポンプ1のモータ制御系および磁気軸受制御系の概略構成を示すブロック図である。コントローラ1Bは、AC/DCコンバータ20、DC/DCコンバータ21、DC電源23、インバータ24、励磁アンプ25、センサ回路26、モータ制御部30および軸受制御部31を備えている。外部からのAC入力は、AC/DCコンバータ20によってDC出力(DC電圧)に変換される。AC/DCコンバータ20から出力されたDC電圧はDC/DCコンバータ21に入力され、DC/DCコンバータ21によって、モータ駆動用のDC電圧と磁気軸受駆動用のDC電圧とが生成される。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a motor control system and a magnetic bearing control system of the turbo-
モータ駆動用のDC電圧はインバータ24に入力される。軸受駆動用のDC電圧はDC電源23に入力される。上述したように磁気軸受4x1,4y1,4x2,4y2,4zは5軸制御型磁気軸受であって、各軸には一対の電磁石がそれぞれ設けられている。各電磁石には、励磁電流を供給する励磁アンプ25がそれぞれ設けられている。すなわち、10個の励磁アンプ25が設けられている。また、5軸の各軸に対応して設けられた5組の変位センサ5x1,5y1,5x2,5y2,5zに対して、センサ回路26がそれぞれ設けられている。
A DC voltage for driving the motor is input to the
モータ制御部30は、モータ6を駆動制御する。軸受制御部31は、磁気軸受4x1,4y1,4x2,4y2,4zを駆動制御する。モータ制御部30および軸受制御部31には、CPU、メモリ(RAMおよびROM)および周辺回路を備えるプロセッサがそれぞれ用いられる。後述するように、少なくとも軸受制御部31は、いわゆるマルチコアプロセッサである。モータ制御部30は、シングルコアプロセッサ、またはマルチコアプロセッサである。
The
インバータ24からモータ制御部30へは、モータ6の相電圧および相電流に関する信号302が入力される。モータ制御部30からインバータ24へは、インバータ24に設けられた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301が出力される。軸受制御部31は、各センサ回路26に対してセンサキャリア信号(搬送波信号)305を出力する。各センサ回路26から軸受制御部31へは、浮上位置変化により変調された浮上位置信号306が入力される。また、軸受制御部31は、励磁アンプ25に設けられた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303を各励磁アンプ25へ出力する。各励磁アンプ25から軸受制御部31へは、磁気軸受の励磁電流に関する電流信号304が入力される。
A signal 302 relating to the phase voltage and phase current of the
図3は、図2の磁気軸受4x1に関するX1軸の制御ブロックを示したものである。図15に示したように、磁気軸受4x1の電磁石41m,41pはロータ軸3を挟むようにX1軸上に配置されている。磁気軸受4x1の近傍に配置された変位センサ5x1も、ロータ軸3を挟むようにX1軸方向に配置されている。変位センサ5x1はロータ軸3のX1軸方向の変位を検出し、センサ回路26からはその変位信号に基づく浮上位置信号306が出力される。
FIG. 3 shows the X1-axis control block for the magnetic bearing 4x1 of FIG. As shown in FIG. 15, the
軸受制御部31の目標電流値演算部311には、目標浮上位置信号X1sとセンサ回路からの浮上位置信号306との差分値ε1(すなわち、浮上位置偏差)が入力される。目標電流値演算部311は、差分値ε1に基づいて磁気軸受4x1に供給する励磁電流の目標電流値Isx1を算出する。制御量演算部312には、目標電流値Isx1と励磁アンプ25の電流検出部25aで検出された電流信号304との差分値ε2が入力される。電流検出部25aは、例えば、励磁アンプ25に設けられたシャント抵抗等である。制御量演算部312は、差分値ε2に基づいて励磁アンプ25への制御信号を生成する。励磁アンプ25はその制御信号により駆動され、励磁アンプ25から磁気軸受4x1へ励磁電流が供給される。
A difference value ε1 between the target floating position signal X1s and the floating position signal 306 from the sensor circuit (that is, floating position deviation) is input to the target current
このように、軸受制御部31では、各軸制御における目標電流値演算と制御量演算とがそれぞれ実行される。5軸制御型磁気軸受の場合には、5個の目標電流値演算と5個の制御量演算とを合わせた10個の演算処理が行われる。本実施の形態では、軸受制御部31として、複数のCPUコアを有するマルチコアプロセッサを使用し、10個の演算処理を複数のCPUコアで分担処理するようにした。
In this manner, the bearing
以下の説明において、X1軸の目標電流値演算処理をX1A、Y1軸の目標電流値演算処理をY1A、X1軸の制御量演算処理をX1B、Y1軸の制御量演算処理をY1B、Z軸の目標電流値演算処理をZA、Z軸の制御量演算処理をZBとする。 In the following explanation, X1-axis target current value calculation processing is X1A, Y1-axis target current value calculation processing is Y1A, X1-axis control amount calculation processing is X1B, Y1-axis control amount calculation processing is Y1B, Z-axis calculation processing is Let ZA be the target current value calculation process, and ZB be the Z-axis control amount calculation process.
図9は、実施形態のマルチコアプロセッサMPの構成を示す図である。マルチコアプロセッサMPは、10個のCPUコア1~10を実装している。磁気軸受4x1,4y1の2軸分(X1軸およびY1軸)の目標電流値演算および制御量演算、すなわち4個の演算処理X1A、Y1A、X1B、Y1Bを4つのCPUコア1~CPUコア4で分担して処理し、磁気軸受4x2,4y2の2軸分(X1軸およびY1軸)の目標電流値演算処理X2A、Y2Aおよび制御量演算処理X2B、Y2Bを4つのCPUコア5~CPUコア8で分担して処理し、Z軸の目標電流値演算処理ZAと制御量演算処理ZBを2つのCPUコア9,10で分担して処理する。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the multicore processor MP of the embodiment. The multi-core processor MP implements ten CPU cores 1-10. Target current value calculation and control amount calculation for two axes (X1 axis and Y1 axis) of magnetic bearings 4x1 and 4y1, that is, four calculation processes X1A, Y1A, X1B, and Y1B are performed by four
なお、マルチコアプロセッサMPは、10個のCPUコア1~10、RAM、ROM、タイミングジェネレータ、周辺回路などを含んで構成され、これらバスラインで接続されている。CPUコア1~10はそれぞれ、算術論理演算ユニット(ALU:Arithmetic Logic Unit)、読み出した命令を一時格納する命令レジスタ、インストラクションレジスタに格納した命令を解読し、制御部に送る命令デコーダ、割り込み機能を制御する割り込み制御回路,次に実行する命令のメモリ番地を管理するプログラムカウンタ等で構成されている。
The multi-core processor MP includes 10
図4は、例えば、図1,2の磁気軸受4x1,4y1の2軸分(X1軸およびY1軸)の目標電流値演算および制御量演算、すなわち4個の演算処理を4つのCPUコア1~4で分担して処理する場合の、タイミングチャートの一例を示す図である。一方、図5は比較例を示す図であり、2軸分の4個の演算処理を1つのCPUコアで処理する場合の、タイミングチャートの一例を示す図である。 FIG. 4 shows, for example, target current value calculation and control amount calculation for two axes (X1 axis and Y1 axis) of the magnetic bearings 4x1 and 4y1 in FIGS. 4 is a diagram showing an example of a timing chart when processing is shared by 4. FIG. On the other hand, FIG. 5 is a diagram showing a comparative example, and is a diagram showing an example of a timing chart when one CPU core processes four arithmetic processes for two axes.
まず、図14および図5により、比較例を詳細に説明する。図14は、比較例のシングルコアプロセッサDPの構成を示す図であり、一つのCPUコアを備えている。CPUコアは、目標電流値演算処理X1A、Y1A、X2A、Y2A、ZAと、制御量演算処理X1B、Y1B、X2B、Y2B、ZBを行う。 First, a comparative example will be described in detail with reference to FIGS. 14 and 5. FIG. FIG. 14 is a diagram showing the configuration of a single-core processor DP of a comparative example, which includes one CPU core. The CPU core performs target current value calculation processing X1A, Y1A, X2A, Y2A, ZA and control amount calculation processing X1B, Y1B, X2B, Y2B, ZB.
図5は、X1軸の目標電流値演算処理X1A、Y1軸の目標電流値演算処理Y1A、X1軸の制御量演算処理X1BおよびY1軸の制御量演算処理Y1Bの、各々のタイミングチャートを示したものである。ここで、目標電流値演算処理はΔt1=100μs程度のインターバルで行われ、制御量演算処理はそれよりも短いインターバル(例えば、Δt2=10μs程度)で行われる。一般に、磁気軸受制御における目標電流値演算は制御量演算よりも複雑であり、演算処理に要する時間は、制御量演算に比べて目標電流値演算の方が長い。 FIG. 5 shows timing charts of X1-axis target current value calculation processing X1A, Y1-axis target current value calculation processing Y1A, X1-axis control amount calculation processing X1B, and Y1-axis control amount calculation processing Y1B. It is. Here, the target current value calculation process is performed at an interval of about Δt1=100 μs, and the control amount calculation process is performed at a shorter interval (for example, about Δt2=10 μs). Generally, target current value calculation in magnetic bearing control is more complicated than control amount calculation, and target current value calculation takes longer than control amount calculation.
時刻t1にX1軸の変位信号ΔX1およびY1軸の変位信号ΔY1を取得し、取得した変位信号ΔX1に基づいてX1軸の目標電流値演算処理X1Aを開始する。制御量演算処理タイミングである時刻t2になったならば、時刻t1に開始した目標電流値演算処理X1Aを途中で一旦中断して、X1軸の制御量演算処理X1BおよびY1軸の制御量演算処理Y1Bを順に実行する。そして、時刻t3に制御量演算処理Y1Bが終了したならば、中断していた目標電流値演算処理X1Aを再開する。上述したようにΔt2はΔt1の1/10程度であり、また、制御量演算処理は目標電流値演算処理よりも優先度が高い。そのため、目標電流値演算処理X1Aを一時的に中断して制御量演算処理X1B,Y1Bを行うようにしている。 At time t1, the X1-axis displacement signal ΔX1 and the Y1-axis displacement signal ΔY1 are acquired, and the X1-axis target current value calculation process X1A is started based on the acquired displacement signal ΔX1. At time t2, which is the control amount calculation processing timing, the target current value calculation processing X1A started at time t1 is temporarily interrupted, and the control amount calculation processing X1B for the X1 axis and the control amount calculation processing for the Y1 axis are performed. Execute Y1B in order. Then, when the control amount calculation process Y1B ends at time t3, the interrupted target current value calculation process X1A is resumed. As described above, Δt2 is about 1/10 of Δt1, and the control amount calculation process has a higher priority than the target current value calculation process. Therefore, the target current value calculation process X1A is temporarily interrupted and the control amount calculation processes X1B and Y1B are performed.
時刻t4に目標電流値演算処理X1Aが終了すると、時刻t4において、制御量演算処理X1Bに使用される目標電流値は時刻t4に得られた演算結果(目標電流値Isx1)により更新される。時刻t4に目標電流値演算処理X1Aが終了したならば、時刻t1に取得した変位信号ΔY1に基づいてY1軸の目標電流値演算処理Y1Aを開始する。その後、時刻t2からインターバルΔt2が経過して時刻t5となったならば、目標電流値演算処理Y1Aを途中で中断して、制御量演算処理X1BおよびY1Bを順に実行する。制御量演算処理X1Bは時刻t4に更新された目標電流値Isx1に基づいて実行されるが、制御量演算処理Y1Bは、時刻t4よりも以前に更新された目標電流値、すなわち前回の目標電流値演算処理Y1Aの演算結果に基づいて実行される。 When the target current value calculation process X1A ends at time t4, the target current value used in the control amount calculation process X1B is updated at time t4 by the calculation result (target current value Isx1) obtained at time t4. When the target current value calculation process X1A ends at time t4, the Y1-axis target current value calculation process Y1A is started based on the displacement signal ΔY1 acquired at time t1. After that, when the interval Δt2 elapses from time t2 and reaches time t5, the target current value calculation process Y1A is interrupted, and the control amount calculation processes X1B and Y1B are executed in order. The control amount calculation process X1B is executed based on the target current value Isx1 updated at time t4, but the control amount calculation process Y1B is performed based on the target current value updated before time t4, that is, the previous target current value It is executed based on the calculation result of the calculation process Y1A.
時刻t6に制御量演算処理Y1Bが終了すると、中断していた目標電流値演算処理Y1Aを再開する。そして、時刻t5からインターバルΔt2が経過した時刻t7において目標電流値演算処理Y1Aを再度中断し、制御量演算処理X1BおよびY1Bを順に実行する。時刻t8に制御量演算処理Y1Bが終了すると、中断していた目標電流値演算処理Y1Aを再開する。時刻t9に目標電流値演算処理Y1Aが終了すると、制御量演算処理Y1Bに使用される目標電流値は時刻t9に得られた演算結果(目標電流値Isy1)により更新される。 When the control amount calculation process Y1B ends at time t6, the interrupted target current value calculation process Y1A is resumed. Then, at time t7 when the interval Δt2 has passed from time t5, the target current value calculation process Y1A is interrupted again, and the control amount calculation processes X1B and Y1B are executed in order. When the control amount calculation process Y1B ends at time t8, the interrupted target current value calculation process Y1A is resumed. When the target current value calculation process Y1A ends at time t9, the target current value used in the control amount calculation process Y1B is updated by the calculation result (target current value Isy1) obtained at time t9.
その後、時刻t10から制御量演算処理X1BおよびY1Bが順に実行される。ここの制御量演算処理Y1Bは、時刻t9に更新された目標電流値Isy1に基づいて行われる。時刻t1から目標電流値演算処理のインターバルΔt1が経過した時刻t11において、変位信号ΔX1およびΔY1を取得し、取得した変位信号ΔX1に基づいてX1軸の目標電流値演算処理X1Aを開始する。 Thereafter, control amount calculation processes X1B and Y1B are sequentially executed from time t10. The control amount calculation process Y1B here is performed based on the target current value Isy1 updated at time t9. At time t11 when the interval Δt1 of the target current value calculation process has elapsed from time t1, the displacement signals ΔX1 and ΔY1 are acquired, and the X1-axis target current value calculation process X1A is started based on the acquired displacement signal ΔX1.
このように2軸分の4個の演算処理を1つのCPUコアで処理する場合、二つの演算処理を並行して実行することができないので、図5のように目標電流値演算処理X1Aと目標電流値演算処理Y1Aと異なるタイミングで処理し、目標電流値演算処理X1AおよびY1Aが行われていない時間に、または、目標電流値演算処理X1AおよびY1Aを一時的に中断して、制御量演算処理X1BおよびY1Bを順に行うようにしている。 In this way, when four arithmetic processes for two axes are processed by one CPU core, two arithmetic processes cannot be executed in parallel. Therefore, as shown in FIG. Processed at a timing different from the current value calculation process Y1A, and when the target current value calculation processes X1A and Y1A are not performed, or when the target current value calculation processes X1A and Y1A are temporarily interrupted, the control amount calculation process X1B and Y1B are performed in order.
一般に、ロータ軸3の目標浮上位置からのずれを修正する処理は、複数軸の全てを同時に行うのが好ましい。具体的には、各軸のセンサ変位信号の取得、目標電流値の更新および制御量演算を同一タイミングで行う。しかしながら、1つのCPUコアで4つの演算処理を行う図5の例では、変位信号ΔX1およびΔY1の取得は2軸同時に行っているが、目標電流値演算処理X1AおよびY1Aを並列処理できないので開始タイミングをずらしている。そのため、変位信号ΔX1およびΔY1を取得してから目標電流値Isy1を更新するまでの時間が長くなってしまう。
In general, it is preferable to simultaneously perform the processing for correcting the deviation of the
時刻t1に取得した変位信号ΔX1およびΔY1に基づく目標電流値の更新タイミングは、X1軸が時刻t4であり、Y1軸はさらに遅れて時刻t9である。演算中もロータ軸3の浮上位置は変化しているので、時刻t4および時刻t9に更新された目標電流値Isx1,Isy1は、時刻t4および時刻t9における変位信号に対する目標電流値からずれていることになる。その結果、ロータ軸3の振動低減が十分に行われず、ポンプ振動低減化の阻害要因となる。
The update timing of the target current value based on the displacement signals ΔX1 and ΔY1 acquired at time t1 is time t4 for the X1 axis and time t9 for the Y1 axis. Since the floating position of the
一方、図4に示す例では、2軸の4つの演算処理を4つのCPUコアにより並列処理している。すなわち、時刻t1に変位信号ΔX1およびΔY1を取得し、その変位信号ΔX1およびΔY1に基づいて時刻t1に目標電流値演算処理X1AおよびY1Aを同時に開始するとともに、それと同時に制御量演算処理X1BおよびY1Bも開始している。そのため、目標電流値演算処理X1AおよびY1Aで演算された目標電流値Isx1,Isy1は、演算終了直後の時刻t5に開始する制御量演算処理X1BおよびY1Bから反映されることになる。すなわち、浮上位置ずれの検出から制御電流への反映までの時間が図5と比較して短縮され、振動低減の向上を図ることができる。さらに、複数のCPUコア1~4を備えるマルチコアプロセッサを使用することにより、高価なFPGAを用いる場合に比べてコスト低減を図ることができる。
On the other hand, in the example shown in FIG. 4, four arithmetic processes on two axes are processed in parallel by four CPU cores. Specifically, displacement signals ΔX1 and ΔY1 are acquired at time t1, and based on the displacement signals ΔX1 and ΔY1, target current value calculation processes X1A and Y1A are simultaneously started at time t1, and at the same time, control amount calculation processes X1B and Y1B are also started. have started. Therefore, the target current values Isx1 and Isy1 calculated in the target current value calculation processes X1A and Y1A are reflected in the control amount calculation processes X1B and Y1B which start at time t5 immediately after the calculation ends. That is, the time from detection of floating position deviation to reflection in the control current is shortened compared to FIG. 5, and vibration reduction can be improved. Furthermore, by using a multi-core processor having a plurality of
図4は、X1,Y1の2軸における4つのCPUコアのタイミングチャートを示したものであるが、X2,Y2の2軸については別の4つのCPUコア、Z軸については別の2つのCPUコアが使用される。 FIG. 4 shows timing charts for four CPU cores on the two axes X1 and Y1, but another four CPU cores for the two axes X2 and Y2 and another two CPU cores for the Z axis. core is used.
図4に示した実施の形態では、2軸に関する4つの演算処理を4つのCPUコアで個別に並列処理する最も好ましい場合について説明した。このような2軸-4コアの構成を5軸制御型磁気軸受に適用した場合には、10個のCPUコアが必要となる。その場合、10個のCPUコアが1つのマルチコアプロセッサに設けられている構成が、10個の演算処理を同時開始するという処理を行う上では好ましい。 In the embodiment shown in FIG. 4, the most preferable case has been described in which four arithmetic operations on two axes are individually processed in parallel by four CPU cores. If such a 2-axis-4-core configuration is applied to a 5-axis control type magnetic bearing, 10 CPU cores are required. In that case, a configuration in which ten CPU cores are provided in one multi-core processor is preferable in terms of simultaneously starting ten arithmetic processes.
もちろん、複数のマルチコアプロセッサに設けられた10個のCPUコアで分担処理するという構成、すなわち、複数の演算処理を複数のマルチコアプロセッサで分担処理する構成も、処理の開始タイミングを合わせる措置をする必要があるが、可能である。例えば、図11のように、CPUコア1~4,CPUコア5~8、CPUコア9の各々をマルチコアプロセッサMP1~MP3に実装してもよい。
Of course, in a configuration in which 10 CPU cores provided in a plurality of multi-core processors share processing, that is, a configuration in which multiple arithmetic processing is shared by a plurality of multi-core processors, it is necessary to take measures to match the start timing of processing. but it is possible. For example, as shown in FIG. 11, each of CPU cores 1-4, CPU cores 5-8, and
上述したように、図4に示した例では1つの演算処理に1つのCPUコアを設けており、このような構成を各軸において採用することで、目標浮上位置からのずれ修正処理を複数軸の全てで同じタイミングで行うことができる。すなわち、処理時間が長い目標電流値演算処理X1A,Y1Aの処理を、制御量演算処理X1B,Y1Bの処理に阻害されることなく短時間にかつ同時に終了させることができる。以下で説明する第1~第3の変形例では、目標浮上位置からのずれ修正処理を複数軸の全てで同じタイミングで行うことはできないが、より少ないCPUコア数で複数の演算処理を分担する構成について説明する。 As described above, in the example shown in FIG. 4, one CPU core is provided for one arithmetic process. all can be done at the same time. That is, the processing of the target current value calculation processes X1A and Y1A, which take a long time, can be completed simultaneously in a short time without being hindered by the control amount calculation processes X1B and Y1B. In the first to third modifications described below, it is not possible to perform deviation correction processing from the target levitation position at the same timing for all of the multiple axes, but a smaller number of CPU cores share the multiple arithmetic processing. The configuration will be explained.
(第1の変形例)
第1の変形例では、5軸制御型磁気軸受を例に、5軸における10の演算処理を4つのCPUコアで分担処理する場合について説明する。図6は、その場合のタイミングチャートを示したものである。図11は、4つのCPUコア1~4をひとつのマルチコアプロセッサMPに実装した例を示している。図1、2のラジアル磁気軸受4x1,4y1の2軸をX1軸およびY1軸、ラジアル磁気軸受4x2,4y2の2軸をX2軸およびY2軸、アキシャル磁気軸受4zをZ軸とする。図6のX1A,Y1A,X2A,Y2AおよびZAは、X1軸,Y1軸,X2軸,Y2軸およびZ軸の目標電流値演算処理を表し、X1B,Y1B,X2B,Y2BおよびZBは、X1軸,Y1軸,X2軸,Y2軸およびZ軸の制御量演算処理を表している。CPUコア1は、X1AとX2Aの演算処理を行い、CPUコア2は、Y1AとY2AとZAの演算処理を行い、CPUコア3は、X1BとX2Bの演算処理を行い、CPUコア4は、Y1BとY2BとZBの演算処理を行う。
(First modification)
In the first modified example, a case will be described in which four CPU cores share processing of 10 arithmetic processes on 5 axes, taking a 5-axis control type magnetic bearing as an example. FIG. 6 shows a timing chart in that case. FIG. 11 shows an example in which four
図6に示す例では、X1軸の目標電流値演算処理X1AおよびX2軸の目標電流値演算処理X2Aは第1のCPUコア1でタイミングをずらして行い、Y1軸の目標電流値演算処理Y1A、Y2軸の目標電流値演算処理Y2AおよびZ軸の目標電流値演算処理ZAは第2のCPUコア2でタイミングをずらして行い、X1軸の制御量演算処理X1BおよびX2軸の制御量演算処理X2Bは第3のCPUコア3でタイミングをずらして行い、Y1軸の制御量演算処理Y1B、Y2軸の制御量演算処理Y2BおよびZ軸の制御量演算処理ZBは第4のCPUコア4でタイミングをずらして行う。
In the example shown in FIG. 6, the X1-axis target current value calculation process X1A and the X2-axis target current value calculation process X2A are performed by the
図6では、目標電流値演算処理X2A,Y2Aおよび制御量演算処理X2B,Y2Bの処理タイミングを、目標電流値演算処理X1A,Y1Aおよび制御量演算処理X1B,Y1Bの処理タイミングに対してずらすことで、8つの処理を4つのCPUコア1~4で行わせるようにしている。さらに、Z軸の目標電流値演算処理ZAおよび制御量演算処理ZBについては、CPUコア2における目標電流値演算処理Y1Aの処理タイミングと制御量演算処理Y2Bの処理タイミングとの間の空き時間において目標電流値演算処理ZAを行い、CPUコア4における制御量演算処理Y2Bの処理タイミングと制御量演算処理Y1Bとの空き時間において制御量演算処理ZBを行うようにした。
In FIG. 6, by shifting the processing timings of the target current value calculation processes X2A and Y2A and the control amount calculation processes X2B and Y2B with respect to the target current value calculation processes X1A and Y1A and the control amount calculation processes X1B and Y1B, , 8 processes are performed by four CPU cores 1-4. Furthermore, for the target current value calculation processing ZA and the control amount calculation processing ZB of the Z axis, the target current value calculation processing ZA and the control amount calculation processing ZB are performed during the idle time between the processing timing of the target current value calculation processing Y1A and the processing timing of the control amount calculation processing Y2B in the
このように、第1の変形例では、X1軸とY1軸、および、X2軸とY2軸のように軸方向の支持位置が同一な2軸間においては、制御タイミングのずれを防止するために、センサ変位信号の取得、目標電流値の更新および制御量演算を同一タイミングで行うようにしている。一方、軸方向の支持位置の異なる制御軸の間では演算処理タイミングをずらすことで、より少ないCPUコアで処理を行うようにした。具体的には、目標電流値演算処理に関してはX1軸およびY1軸、Z軸、X2軸およびY2軸の順にタイミングをずらして行い、制御量演算処理に関してはX1軸およびY1軸、X2軸およびY2軸、Z軸の順にタイミングをずらして行うようにした。その結果、軸方向の支持位置が同一な2軸間においては、処理時間が長い2つの目標電流値演算処理を、制御量演算処理に阻害されることなく短時間かつ同時に終わらせることができる。 As described above, in the first modified example, between two axes having the same support position in the axial direction, such as the X1 axis and the Y1 axis, and the X2 axis and the Y2 axis, in order to prevent the deviation of the control timing. , acquisition of the sensor displacement signal, update of the target current value, and calculation of the control amount are performed at the same timing. On the other hand, by shifting the arithmetic processing timing between the control axes with different support positions in the axial direction, the processing is performed with a smaller number of CPU cores. Specifically, the target current value calculation process is performed by shifting the timing in the order of the X1 axis and Y1 axis, the Z axis, the X2 axis and the Y2 axis, and the control amount calculation process is performed on the X1 axis and Y1 axis, the X2 axis and Y2 axis. The timing was shifted in the order of the axis and the Z axis. As a result, two target current value calculation processes that require long processing times can be completed simultaneously in a short period of time without being hindered by the control amount calculation process between two shafts having the same axial support position.
時刻t1に、変位信号ΔX1およびΔY1を取得し、その変位信号ΔX1およびΔY1に基づいて第1のCPUコア1におけるX1軸の目標電流値演算処理X1Aと、第2のCPUコア2におけるY1軸の目標電流値演算処理Y1Aとを開始する。目標電流値演算処理X1A,Y1Aは時刻t4に終了し、X1軸およびY1軸の目標電流値が算出されたIsx1,Isy1にそれぞれ更新される。時刻t5に開始される第3のCPUコア3における制御量演算処理X1Bと第4のCPUコア4における制御量演算処理Y1bとは、時刻t4に更新された目標電流値に基づいて制御量演算が行われる。
At time t1, the displacement signals ΔX1 and ΔY1 are acquired, and based on the displacement signals ΔX1 and ΔY1, target current value calculation processing X1A for the X1 axis in the
次いで、時刻t20に変位信号ΔZを取得し、その変位信号ΔZに基づいて第2のCPUコア2におけるZ軸の目標電流値演算処理ZAを開始する。目標電流値演算処理ZAが終了するとZ軸の目標電流値がIszに更新され、時刻t22に開始される第4のCPUコア4における制御量演算処理ZBから、更新された目標電流値Iszに基づく制御量演算が行われる。目標電流値演算処理ZAが終了した後の時刻t21には、X2軸およびY2軸の変位信号ΔX2およびΔY2を取得し、その変位信号ΔX1およびΔY1に基づいて第1のCPUコア1におけるX2軸の目標電流値演算処理X2Aと、第2のCPUコア2におけるY2軸の目標電流値演算処理Y2Aとを開始する。目標電流値演算処理X2A,Y2Aが終了すると、X2軸およびY2軸の目標電流値はそれぞれIsx2,Isy2に更新される。時刻t23には、更新された目標電流値Isx2,Isy2に基づく制御量演算処理X2B,Y2Bが、第3のCPUコア3および第4のCPUコア4によって開始される。
Next, at time t20, the displacement signal ΔZ is obtained, and the
(第2の変形例)
第2の変形例では、5軸制御型磁気軸受を例に、5軸における10の演算処理を3つのCPUコアで分担処理する場合について説明する。図7は、第2の変形例を説明するタイミングチャートである。図12は、3つのCPUコア1~3をひとつのマルチコアプロセッサMPに実装した例を示している。CPUコア1は、X1AとX2Aの演算処理を行い、CPUコア2は、Y1AとY2AとZAの演算処理を行い、CPUコア3は、X1BとX2BとY1BとY2BとZBの演算処理を行う。
(Second modification)
In the second modification, a case will be described in which three CPU cores share the processing of 10 calculations in 5 axes, taking a 5-axis control type magnetic bearing as an example. FIG. 7 is a timing chart for explaining the second modification. FIG. 12 shows an example in which three
図7に示す例では、X1軸の目標電流値演算処理X1AおよびX2軸の目標電流値演算処理X2Aは第1のCPUコア1でタイミングをずらして行い、Y1軸の目標電流値演算処理Y1A、Y2軸の目標電流値演算処理Y2AおよびZ軸の目標電流値演算処理ZAは第2のCPUコア2でタイミングをずらして行い、X1軸,Y1軸,X2軸,Y2軸およびZ軸の目標電流値演算処理X1B,Y1B,X2B,Y2BおよびZBの全てを第3のCPUコア3でタイミングをずらして行う。
In the example shown in FIG. 7, the X1-axis target current value calculation process X1A and the X2-axis target current value calculation process X2A are performed by the
図7では、図6の場合と同様に、目標電流値演算処理X2A,Y2Aの処理タイミングを目標電流値演算処理X1A,Y1Aの処理タイミングに対してずらすと共に、Z軸の目標電流値演算処理ZAを、CPU2における目標電流値演算処理Y1Aの処理タイミングと制御量演算処理Y2Bの処理タイミングとの間の空き時間に行うことで、5つの演算処理を2つのCPUコア1および2で行わせるようにしている。さらに、5つの制御量演算処理X1B,Y1B,X2B,Y2B,ZBを、1つのCPUコア3で順に行うようにした。その結果、第2の変形例においても、軸方向の支持位置が同一な2軸間においては、処理時間が長い2つの目標電流値演算処理を、制御量演算処理に阻害されることなく短時間かつ同時に終わらせることができる。また、第2の変形例は、5つの制御量演算処理X1B,Y1B,X2B,Y2B,ZBを1つのCPUコアで順に行う点が第1の変形例と異なり、それにより5軸間の制御量演算処理のずれが大きくなるが、CPUコアの数を3から2に減らすことができる。
In FIG. 7, as in the case of FIG. 6, the processing timings of the target current value calculation processes X2A and Y2A are shifted with respect to the processing timings of the target current value calculation processes X1A and Y1A, and the Z-axis target current value calculation process ZA is shifted. is performed in the idle time between the processing timing of the target current value calculation processing Y1A and the processing timing of the control amount calculation processing Y2B in the
(第3の変形例)
図8は、第3の変形例を説明するタイミングチャートである。図13は、3つのCPUコア1~3をひとつのマルチコアプロセッサMPに実装した例を示している。CPUコア1は、X1AとZAの演算処理を行い、CPUコア2は、Y1Aの演算処理を行い、CPUコア3は、X1bとY1BとZBの演算処理を行う。第3の変形例では、2軸のラジアル磁気軸受と1軸のアキシャル磁気軸受とを備える3軸制御型磁気軸受に本発明を適用した場合について説明する。図8に示す例は、3軸制御型磁気軸受の6個の演算処理を3つのCPUコア1~3で分担処理するものである。
(Third modification)
FIG. 8 is a timing chart for explaining the third modification. FIG. 13 shows an example in which three
3軸制御型磁気軸受の場合、ラジアル方向のX1軸およびY1軸とアキシャル方向のZ軸との3軸で構成され、3つの目標電流値演算処理X1A,Y1A,ZAと3つの制御量演算処理X1B,Y1B,ZBとの6つの演算処理が行われる。目標電流値演算処理X1Aは第1のCPUコア1で行い、目標電流値演算処理Y1AおよびZAは処理タイミングをずらして第2のCPUコア2で行い、3つの制御量演算処理X1B,Y1B,ZBは処理タイミングをずらして第3のCPUコア3で行うことで、6つの演算処理を3つのCPUコアで分担処理するようにした。
In the case of a 3-axis control type magnetic bearing, it is composed of 3 axes, the X1 and Y1 axes in the radial direction and the Z axis in the axial direction. Six arithmetic operations with X1B, Y1B, and ZB are performed. The target current value calculation process X1A is performed by the
時刻t1に、変位信号ΔX1およびΔY1を取得し、その変位信号ΔX1およびΔY1に基づいて第1のCPUコア1におけるX1軸の目標電流値演算処理X1Aと、第2のCPUコア2におけるY1軸の目標電流値演算処理Y1Aとを開始する。目標電流値演算処理X1A,Y1Aは時刻t4に終了し、X1軸およびY1軸の目標電流値がそれぞれIsx1,Isy1に更新される。第3のCPUコア3は、時刻t5に目標電流値Isx1に基づく制御量演算処理X1Bを開始し、時刻t24に制御量演算処理X1Bが終了すると目標電流値Isy1に基づく制御量演算処理Y1Bを開始する。
At time t1, the displacement signals ΔX1 and ΔY1 are acquired, and based on the displacement signals ΔX1 and ΔY1, target current value calculation processing X1A for the X1 axis in the
時刻t20には第2のCPUコア2においてZ軸の目標電流値演算処理ZAが開始され、目標電流値演算処理ZAが終了するとZ軸の目標電流値がIsz1に更新される。その後、時刻t21において、第3のCPUコア3は、目標電流値Isz1に基づく制御量演算処理ZBを行う。
At time t20, the Z-axis target current value calculation process ZA is started in the
3軸制御型磁気軸受の場合、各軸の目標電流値演算処理および制御量演算処理の各々を図4の場合のように個別のCPUコアで処理すると6つのCPUコアが必要となる。第3の変形例では、2つの目標電流値演算処理Y1A,ZAを第2のCPUコア2で行い、3つの制御量演算処理X1B,Y1B,ZBを第3のCPUコア3で行うようにした。その結果、処理時間が長い目標電流値演算処理X1A,Y1Aの処理を、制御量演算処理X1B,Y1B,ZBの処理に阻害されることなく短時間かつ同時に終了させるようにしつつ、CPUコアの数を3つに減らすことができる。
In the case of a three-axis control type magnetic bearing, six CPU cores are required if each of the target current value calculation processing and the control amount calculation processing for each axis is processed by individual CPU cores as in the case of FIG. In the third modification, two target current value calculation processes Y1A and ZA are performed by the
上述した複数の例示的な実施の形態および変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。 It will be appreciated by those skilled in the art that the multiple exemplary embodiments and variations described above are specific examples of the following aspects.
[1]一態様に係る真空ポンプは、複数の制御軸に対応した複数の磁気軸受を有し、回転駆動されるポンプロータを磁気浮上支持する磁気軸受装置と、前記磁気軸受へ励磁電流を制御する軸受制御部と、前記励磁電流の電流値を検出する電流値検出部と、前記ポンプロータの浮上位置を検出する位置検出部と、を備え、前記軸受制御部はマルチコアプロセッサであり、目標浮上位置と前記位置検出部で検出された浮上位置とに基づいて、前記励磁電流の目標電流値を前記複数の制御軸毎に算出する複数の第1演算処理、および、算出された前記目標電流値と前記電流値検出部で検出された電流値とに基づいて、励磁電流制御信号を前記複数の制御軸毎に算出する複数の第2演算処理を分担処理する複数のCPUコアを備える。 [1] A vacuum pump according to one aspect includes a magnetic bearing device that has a plurality of magnetic bearings corresponding to a plurality of control shafts, magnetically levitates and supports a rotationally driven pump rotor, and controls an excitation current to the magnetic bearings. a current value detection unit that detects the current value of the excitation current; and a position detection unit that detects the levitation position of the pump rotor, wherein the bearing control unit is a multi-core processor and has a target levitation a plurality of first arithmetic processes for calculating a target current value of the excitation current for each of the plurality of control axes based on the position and the levitation position detected by the position detection unit; and the calculated target current value. and the current value detected by the current value detection unit, a plurality of CPU cores sharing a plurality of second calculation processes for calculating an excitation current control signal for each of the plurality of control axes.
例えば、図4に示すように、2つの制御軸X1,Y1の目標電流値Isx1,Isy1を算出する2つの第1演算処理(目標電流値演算処理X1A,Y1A)と、励磁電流制御信号である2つの制御量を算出する2つの第2演算処理(制御量演算処理X1B,Y1B)とを、4つのCPUコア(CPU1~CPU4)で分担処理する。その結果、変位ΔX1,ΔY1の検出結果を、「(目標電流値演算時間)~(目標電流値演算時間)+Δt2」程度の時間遅れで励磁電流に反映させることができ、コストダウンが図れると共に、FPGAにより並列処理した場合と同定度の制御性を得ることができる。 For example, as shown in FIG. 4, two first calculation processes (target current value calculation processes X1A and Y1A) for calculating the target current values Isx1 and Isy1 of the two control axes X1 and Y1, and the excitation current control signal Four CPU cores (CPU1 to CPU4) share two second calculation processes (control amount calculation processes X1B and Y1B) for calculating two control amounts. As a result, the detection results of the displacements ΔX1 and ΔY1 can be reflected in the excitation current with a time delay of about "(target current value calculation time) to (target current value calculation time) + Δt2", thereby reducing costs and Controllability of the degree of identification can be obtained as in the case of parallel processing by FPGA.
[2]上記[1]に記載の真空ポンプにおいて、前記磁気軸受装置は、前記ポンプロータの軸方向第1位置における径方向支持を行う第1ラジアル磁気軸受および第2ラジアル磁気軸受と、前記ポンプロータの軸方向第2位置における径方向支持を行う第3ラジアル磁気軸受および第4ラジアル磁気軸受と、前記ポンプロータの軸方向支持を行うアキシャル磁気軸受とを有する5軸制御型の磁気軸受装置であって、前記軸受制御部はマルチコアプロセッサであり、前記第1ラジアル磁気軸受および前記第3ラジアル磁気軸受に関する前記第1演算処理をそれぞれ行う第1のCPUコアと、前記第2ラジアル磁気軸受、前記第4ラジアル磁気軸受および前記アキシャル磁気軸受に関する前記第1演算処理をそれぞれ行う第2のCPUコアと、前記第1ラジアル磁気軸受および前記第3ラジアル磁気軸受に関する前記第2演算処理をそれぞれ行う第3のCPUコアと、前記第2ラジアル磁気軸受、前記第4ラジアル磁気軸受および前記アキシャル磁気軸受に関する前記第2演算処理をそれぞれ行う第4のCPUコアと、を備える。 [2] In the vacuum pump described in [1] above, the magnetic bearing device includes a first radial magnetic bearing and a second radial magnetic bearing for radially supporting the pump rotor at a first position in the axial direction; A five-axis control type magnetic bearing device having a third radial magnetic bearing and a fourth radial magnetic bearing for radially supporting the rotor at a second position in the axial direction, and an axial magnetic bearing for axially supporting the pump rotor. The bearing control unit is a multi-core processor, and includes a first CPU core that performs the first arithmetic processing relating to the first radial magnetic bearing and the third radial magnetic bearing, the second radial magnetic bearing, the A second CPU core that performs the first arithmetic processing on the fourth radial magnetic bearing and the axial magnetic bearing, respectively; and a third CPU core that performs the second arithmetic processing on the first radial magnetic bearing and the third radial magnetic bearing, respectively. and a fourth CPU core that performs the second arithmetic processing on the second radial magnetic bearing, the fourth radial magnetic bearing, and the axial magnetic bearing, respectively.
5軸制御型の磁気軸受装置の場合には、図6に示すように第1演算処理である目標電流値演算処理X1A,Y1A,X2A,Y2A,ZAと第2演算処理である制御量演算処理X1B,Y1B,X2B,Y2B,ZBとの合計数は10である。この場合、図6に示すように、目標電流値演算処理X1A,X2Aを第1のCPUコア1で行い、目標電流値演算処理Y1A,Y2A,ZAを第2のCPUコア2で行い、制御量演算処理X1B,X2Bを第3のCPUコア3で行い、制御量演算処理Y1B,Y2B,ZBを第4のCPUコア4で行うことで、CPUコアの数を4に減らすことができる。
In the case of a 5-axis control type magnetic bearing device, as shown in FIG. The total number of X1B, Y1B, X2B, Y2B and ZB is ten. In this case, as shown in FIG. 6, the target current value calculation processes X1A and X2A are performed by the
この構成の場合、軸方向支持位置が同じX1軸、Y1軸の目標電流値演算および制御量演算は、それぞれ異なるCPUコアによって同一タイミングで処理される。同様に、軸方向支持位置が同じX2軸、Y2軸の目標電流値演算および制御量演算についても、それぞれ異なるCPUコアによって同一タイミングで処理される。その結果、軸方向支持位置が同じ制御軸に関しては制御軸間のタイミングずれが無く、かつ、検出された変位の制御への反映を可能な限り短くすることができる。よって、軸受制御性の低下を抑えつつコスト低減を図ることができる。 In this configuration, target current value calculations and control amount calculations for the X1-axis and Y1-axis having the same axial support position are processed at the same timing by different CPU cores. Similarly, target current value calculations and control amount calculations for the X2-axis and Y2-axis having the same axial support position are also processed at the same timing by different CPU cores. As a result, there is no timing deviation between the control axes with the same axial support position, and the reflection of the detected displacement to the control can be shortened as much as possible. Therefore, it is possible to reduce costs while suppressing deterioration in bearing controllability.
[3]上記[1]に記載の真空ポンプにおいて、前記磁気軸受装置は、前記ポンプロータの径方向支持を行う第1ラジアル磁気軸受および第2ラジアル磁気軸受と、前記ポンプロータの軸方向支持を行うアキシャル磁気軸受とを有する3軸制御型の磁気軸受装置であって、前記軸受制御部はマルチコアプロセッサであり、前記第1ラジアル磁気軸受に関する前記第1演算処理を行う第1のCPUコアと、前記第2ラジアル磁気軸受および前記アキシャル磁気軸受に関する前記第1演算処理をそれぞれ行う第2のCPUコアと、前記第1ラジアル磁気軸受、前記第2ラジアル磁気軸受および前記アキシャル磁気軸受に関する前記第2演算処理をそれぞれ行う第3のCPUコアと、を備える。 [3] In the vacuum pump described in [1] above, the magnetic bearing device includes a first radial magnetic bearing and a second radial magnetic bearing for radially supporting the pump rotor, and axially supporting the pump rotor. a three-axis control type magnetic bearing device having an axial magnetic bearing that performs the following: the bearing control unit is a multi-core processor; a first CPU core that performs the first arithmetic processing related to the first radial magnetic bearing; a second CPU core that performs the first arithmetic processing relating to the second radial magnetic bearing and the axial magnetic bearing; and the second arithmetic processing relating to the first radial magnetic bearing, the second radial magnetic bearing and the axial magnetic bearing. and a third CPU core for each processing.
3軸制御型の磁気軸受装置の場合には、図8に示すように第1演算処理である目標電流値演算処理X1A,Y1A,ZAと第2演算処理である制御量演算処理X1B,Y1B,ZBとの合計数は6である。この場合、図8に示すように、目標電流値演算処理X1A,X2Aを第1のCPUコア1で行い、目標電流値演算処理ZAを第2のCPUコア2で行い、制御量演算処理X1B,Y1B,ZBを第3のCPUコア3で行うことで、CPUコアの数を3に減らすことができる。
In the case of a three-axis control type magnetic bearing device, as shown in FIG. The total number with ZB is six. In this case, as shown in FIG. 8, target current value calculation processes X1A and X2A are performed by the
この構成の場合、軸方向支持位置が同じX1軸、Y1軸に関しては、目標電流値演算はそれぞれ異なるCPUコア1および2によって同一タイミングで処理され、制御量演算は別のCPUコア3で処理される。その結果、X1軸、Y1軸に関しては制御軸間のタイミングズレが無く、かつ、検出された変位の制御への反映を可能な限り短くすることができる。よって、軸受制御性の低下を抑えつつコスト低減を図ることができる。
In this configuration, for the X1 and Y1 axes that have the same axial support position, the target current value calculations are processed by
[4]一態様に係る軸受制御装置は、回転駆動されるポンプロータを複数の制御軸に対応した複数の磁気軸受で磁気浮上支持する真空ポンプの、制御装置であって、前記磁気軸受の励磁電流を制御する軸受け制御部と、前記励磁電流の電流値を検出する電流値検出部と、前記ポンプロータの浮上位置を検出する位置検出部と、を備え、前記軸受け制御部はマルチコアプロセッサであり、目標浮上位置と前記位置検出部で検出された浮上位置とに基づいて、前記励磁電流の目標電流値を前記複数の制御軸毎に算出する複数の第1演算処理、および、算出された前記目標電流値と前記電流値検出部で検出された電流値とに基づいて、励磁電流制御信号を前記複数の制御軸毎に算出する複数の第2演算処理を、分担処理する複数のCPUコアと、を備える。 [4] A bearing control device according to one aspect is a control device for a vacuum pump in which a rotationally driven pump rotor is magnetically levitated and supported by a plurality of magnetic bearings corresponding to a plurality of control shafts, wherein the magnetic bearings are excited A bearing control unit that controls current, a current value detection unit that detects a current value of the excitation current, and a position detection unit that detects a floating position of the pump rotor, wherein the bearing control unit is a multi-core processor. a plurality of first arithmetic processes for calculating a target current value of the excitation current for each of the plurality of control axes based on the target floating position and the floating position detected by the position detection unit; a plurality of CPU cores sharing a plurality of second arithmetic processes for calculating an excitation current control signal for each of the plurality of control axes based on the target current value and the current value detected by the current value detection unit; , provided.
例えば、図2のように、ターボ分子ポンプ1のポンプロータを磁気浮上支持する複数の磁気軸受4x1,4y1、4x2,4y2,4zは、コントローラ1Bによって制御される。図4に示すように、2つの制御軸X1,Y1の目標電流値Isx1,Isy1を算出する2つの第1演算処理(目標電流値演算処理X1A,Y1A)と、励磁電流制御信号である2つの制御量を算出する2つの第2演算処理(制御量演算処理X1B,Y1B)とを、4つのCPUコア1~4で分担処理する。その結果、変位ΔX1,ΔY1の検出結果を、「(目標電流値演算時間)~(目標電流値演算時間)+Δt2」程度の時間遅れで励磁電流に反映させることができ、コストダウンが図れると共に、FPGAにより並列処理した場合と同定度の制御性を得ることができる。
For example, as shown in FIG. 2, a plurality of magnetic bearings 4x1, 4y1, 4x2, 4y2, 4z that support the pump rotor of the
上述した実施の形態では各制御軸の各演算処理に対してCPUコアをそれぞれ設け、第1~第3の変形例では5軸4コア、5軸3コア、3軸3コアの場合について説明したが、磁気軸受装置の制御軸の数、各制御軸の各演算処理に対するCPUコアのコア数、および、同一CPUコアで処理する演算処理の組み合わせは上述した例に限定されない。 In the above-described embodiment, each CPU core is provided for each arithmetic processing of each control axis, and in the first to third modifications, the case of 5-axis 4-core, 5-axis 3-core, and 3-axis 3-core was explained. However, the number of control axes of the magnetic bearing device, the number of CPU cores for each arithmetic process of each control axis, and the combination of arithmetic processes processed by the same CPU core are not limited to the above examples.
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
例えば、上述した実施の形態ではターボ分子ポンプを例に説明したが、磁気軸受により支持される真空ポンプであればターボ分子に限定されない。また、磁気軸受に関しても、上述したような独立した変位センサを用いる磁気軸受に限らず、ロータ変位検出方法が異なるセンサレス方式(セルフセンシング方式とも呼ばれる)の磁気軸受を備える真空ポンプにも、本発明は同様に適用することができる。センサレス方式の磁気軸受の場合には励磁電流にセンシング用電流成分が重畳され、ロータ変位によるセンシング用電流成分の変調を検出することで、ロータ変位を検出している。このように変位検出方法は異なるが、検出されたロータ変位に基づく目標電流値演算、および、制御量演算は上述した実施の形態と同様に行われる。 For example, in the above-described embodiments, a turbo-molecular pump was described as an example, but any vacuum pump supported by magnetic bearings is not limited to a turbo-molecular pump. Further, with regard to the magnetic bearing, the present invention is not limited to the magnetic bearing using the independent displacement sensor as described above, but can also be applied to a vacuum pump equipped with a sensorless type (also called self-sensing type) magnetic bearing with a different rotor displacement detection method. can be applied as well. In the case of a sensorless magnetic bearing, a sensing current component is superimposed on an exciting current, and rotor displacement is detected by detecting modulation of the sensing current component due to rotor displacement. Although the displacement detection method is thus different, target current value calculation and control amount calculation based on the detected rotor displacement are performed in the same manner as in the above-described embodiment.
1…ターボ分子ポンプ、1A…ポンプ本体、1B…コントローラ、2…ポンプロータ、3…ロータ軸、4x1,4y1,4x2,4y2…ラジアル磁気軸受、4z…アキシャル磁気軸受、5x1,5y1,5x2,5y2…ラジアル変位センサ、5z…アキシャル変位センサ、6…モータ、25a…電流検出部、31…軸受制御部、311…目標電流値演算部、312…制御量演算部
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
前記複数の磁気軸受へ励磁電流を制御する軸受制御部と、
前記励磁電流の電流値を検出する電流値検出部と、
前記ポンプロータの浮上位置を検出する位置検出部と、を備え、
前記軸受制御部は、複数のCPUコアを備えるマルチコアプロセッサであり、
前記複数のCPUコアのうち一部のCPUコアが、目標浮上位置と前記位置検出部で検出された浮上位置とに基づいて、前記励磁電流の目標電流値を前記複数の制御軸毎に算出する第1演算処理を実行し、
残りのCPUコアが、算出された前記目標電流値と前記電流値検出部で検出された電流値とに基づいて、励磁電流制御信号を前記複数の制御軸毎に算出する第2演算処理を実行する、
真空ポンプ。 a magnetic bearing device having a plurality of magnetic bearings corresponding to a plurality of control axes and supporting a rotationally driven pump rotor by magnetic levitation;
a bearing control unit that controls excitation currents to the plurality of magnetic bearings;
a current value detection unit that detects the current value of the excitation current;
a position detection unit that detects the floating position of the pump rotor,
The bearing control unit is a multi-core processor comprising a plurality of CPU cores ,
Some CPU cores among the plurality of CPU cores calculate a target current value of the excitation current for each of the plurality of control axes based on the target levitation position and the levitation position detected by the position detection unit. Execute the first arithmetic processing that
The remaining CPU core performs second arithmetic processing for calculating an excitation current control signal for each of the plurality of control axes based on the calculated target current value and the current value detected by the current value detection unit. Execute,
Vacuum pump.
前記磁気軸受装置は、前記ポンプロータの軸方向第1位置における径方向支持を行う第1ラジアル磁気軸受および第2ラジアル磁気軸受と、前記ポンプロータの軸方向第2位置における径方向支持を行う第3ラジアル磁気軸受および第4ラジアル磁気軸受と、前記ポンプロータの軸方向支持を行うアキシャル磁気軸受とを有する5軸制御型の磁気軸受装置であって、
前記軸受制御部はマルチコアプロセッサであり、
前記第1ラジアル磁気軸受および前記第3ラジアル磁気軸受に関する前記第1演算処理をそれぞれ行う第1のCPUコアと、
前記第2ラジアル磁気軸受、前記第4ラジアル磁気軸受および前記アキシャル磁気軸受に関する前記第1演算処理をそれぞれ行う第2のCPUコアと、
前記第1ラジアル磁気軸受および前記第3ラジアル磁気軸受に関する前記第2演算処理をそれぞれ行う第3のCPUコアと、
前記第2ラジアル磁気軸受、前記第4ラジアル磁気軸受および前記アキシャル磁気軸受に関する前記第2演算処理をそれぞれ行う第4のCPUコアと、を備える、真空ポンプ。 A vacuum pump according to claim 1,
The magnetic bearing device includes a first radial magnetic bearing and a second radial magnetic bearing for radially supporting the pump rotor at a first axial position, and a second radial magnetic bearing for radially supporting the pump rotor at a second axial position. A five-axis control type magnetic bearing device having three radial magnetic bearings, a fourth radial magnetic bearing, and an axial magnetic bearing for axially supporting the pump rotor,
the bearing control unit is a multi-core processor;
a first CPU core that respectively performs the first arithmetic processing relating to the first radial magnetic bearing and the third radial magnetic bearing;
a second CPU core that performs the first arithmetic processing on the second radial magnetic bearing, the fourth radial magnetic bearing, and the axial magnetic bearing;
a third CPU core that performs the second arithmetic processing on the first radial magnetic bearing and the third radial magnetic bearing;
and a fourth CPU core that performs the second arithmetic processing on the second radial magnetic bearing, the fourth radial magnetic bearing, and the axial magnetic bearing, respectively.
前記磁気軸受装置は、前記ポンプロータの径方向支持を行う第1ラジアル磁気軸受および第2ラジアル磁気軸受と、前記ポンプロータの軸方向支持を行うアキシャル磁気軸受とを有する3軸制御型の磁気軸受装置であって、
前記軸受制御部はマルチコアプロセッサであり、
前記第1ラジアル磁気軸受に関する前記第1演算処理を行う第1のCPUコアと、
前記第2ラジアル磁気軸受および前記アキシャル磁気軸受に関する前記第1演算処理をそれぞれ行う第2のCPUコアと、
前記第1ラジアル磁気軸受、前記第2ラジアル磁気軸受および前記アキシャル磁気軸受に関する前記第2演算処理をそれぞれ行う第3のCPUコアと、を備える、真空ポンプ。 A vacuum pump according to claim 1,
The magnetic bearing device is a three-axis control type magnetic bearing having a first radial magnetic bearing and a second radial magnetic bearing for radially supporting the pump rotor, and an axial magnetic bearing for axially supporting the pump rotor. a device,
the bearing control unit is a multi-core processor;
a first CPU core that performs the first arithmetic processing related to the first radial magnetic bearing;
a second CPU core that respectively performs the first arithmetic processing regarding the second radial magnetic bearing and the axial magnetic bearing;
A vacuum pump, comprising: a third CPU core that performs the second arithmetic processing regarding the first radial magnetic bearing, the second radial magnetic bearing, and the axial magnetic bearing, respectively.
前記磁気軸受の励磁電流を制御する軸受制御部と、
前記励磁電流の電流値を検出する電流値検出部と、
前記ポンプロータの浮上位置を検出する位置検出部と、を備え、
前記軸受制御部は、複数のCPUコアを備えるマルチコアプロセッサであり、
前記複数のCPUコアのうち一部のCPUコアが、目標浮上位置と前記位置検出部で検出された浮上位置とに基づいて、前記励磁電流の目標電流値を前記複数の制御軸毎に算出する第1演算処理を実行し、
残りのCPUコアが、算出された前記目標電流値と前記電流値検出部で検出された電流値とに基づいて、励磁電流制御信号を前記複数の制御軸毎に算出する第2演算処理を実行する、
制御装置。
A control device for a vacuum pump in which a rotationally driven pump rotor is magnetically levitated and supported by a plurality of magnetic bearings corresponding to a plurality of control shafts,
a bearing control unit that controls the excitation current of the magnetic bearing;
a current value detection unit that detects the current value of the excitation current;
a position detection unit that detects the floating position of the pump rotor,
The bearing control unit is a multi-core processor comprising a plurality of CPU cores ,
Some CPU cores among the plurality of CPU cores calculate a target current value of the excitation current for each of the plurality of control axes based on the target levitation position and the levitation position detected by the position detection unit. Execute the first arithmetic processing that
The remaining CPU core performs second arithmetic processing for calculating an excitation current control signal for each of the plurality of control axes based on the calculated target current value and the current value detected by the current value detection unit. run ,
Control device.
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