JPH07259854A - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- JPH07259854A JPH07259854A JP6054095A JP5409594A JPH07259854A JP H07259854 A JPH07259854 A JP H07259854A JP 6054095 A JP6054095 A JP 6054095A JP 5409594 A JP5409594 A JP 5409594A JP H07259854 A JPH07259854 A JP H07259854A
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- Japan
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- electromagnet
- gap
- rotating body
- magnetic bearing
- frequency
- Prior art date
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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
Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転体の振れ回りに基づくステータ側の振動
を抑制するようにした磁気軸受装置を提供する。 【構成】 変位検出手段５、６は回転体Ｒと電磁石１ａ
とのギャップの変位Δｘを検出し、周波数抽出手段４１
は変位検出手段で検出した回転体と電磁石とのギャップ
の変動分信号の内、回転体の周波数成分ｆｒを抽出す
る。第１演算手段４３は、周波数抽出手段で抽出した回
転体周波数成分に、直流バイアス電流Ｉ０を乗算すると
共に、前記ギャップの定常値ｘ０で除算する。第２演算
手段４６、４７は、前記直流バイアス電流に対して、第
１演算手段の出力結果を加算または減算する。そして、
この加算または減算結果は電磁石に供給され、電磁石に
供給する電流の変動分およびギャップの変動分がキャン
セルされ、電磁石の吸引力は、直流バイアス電流とギャ
ップの定常値等の一定値によって決定される。
を抑制するようにした磁気軸受装置を提供する。 【構成】 変位検出手段５、６は回転体Ｒと電磁石１ａ
とのギャップの変位Δｘを検出し、周波数抽出手段４１
は変位検出手段で検出した回転体と電磁石とのギャップ
の変動分信号の内、回転体の周波数成分ｆｒを抽出す
る。第１演算手段４３は、周波数抽出手段で抽出した回
転体周波数成分に、直流バイアス電流Ｉ０を乗算すると
共に、前記ギャップの定常値ｘ０で除算する。第２演算
手段４６、４７は、前記直流バイアス電流に対して、第
１演算手段の出力結果を加算または減算する。そして、
この加算または減算結果は電磁石に供給され、電磁石に
供給する電流の変動分およびギャップの変動分がキャン
セルされ、電磁石の吸引力は、直流バイアス電流とギャ
ップの定常値等の一定値によって決定される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受装置に係り、
例えば、回転体の不釣合により発生する振動を抑制する
磁気軸受装置に関する。
例えば、回転体の不釣合により発生する振動を抑制する
磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転体を磁気軸受で支持するシステムに
おいては、「回転体の回転軸」と「重心」とのずれに基
づく不釣り合いが、回転体に生じる場合がある。このよ
うな場合に磁気軸受は、前記不釣り合いに起因する「回
転体の振れ回り」を抑えつけようとするため、回転周波
数に同期した周期的な制御力を発生する。この周期的な
制御力により磁気軸受電磁石が配置されたステータ側
に、回転周波数成分の振動が発生する。
おいては、「回転体の回転軸」と「重心」とのずれに基
づく不釣り合いが、回転体に生じる場合がある。このよ
うな場合に磁気軸受は、前記不釣り合いに起因する「回
転体の振れ回り」を抑えつけようとするため、回転周波
数に同期した周期的な制御力を発生する。この周期的な
制御力により磁気軸受電磁石が配置されたステータ側
に、回転周波数成分の振動が発生する。
【０００３】一方、磁気軸受は、例えばターボ分子ポン
プに使用される場合がある。ターボ分子ポンプは、振動
を極度に嫌う電子顕微鏡や半導体製造装置等に使用され
るため、前述の不釣り合いによって生じるステータ側の
振動は、好ましくない。従来、前述のような振動を防ぐ
手段として「磁気懸垂方式ロータに於ける同期妨害補償
装置」（特公昭６０−１４９２９号公報）が知られてい
る。
プに使用される場合がある。ターボ分子ポンプは、振動
を極度に嫌う電子顕微鏡や半導体製造装置等に使用され
るため、前述の不釣り合いによって生じるステータ側の
振動は、好ましくない。従来、前述のような振動を防ぐ
手段として「磁気懸垂方式ロータに於ける同期妨害補償
装置」（特公昭６０−１４９２９号公報）が知られてい
る。
【０００４】この特公昭では、センサで検出した回転体
と電磁石とのギャップに基づくギャップ変位信号の内、
回転体の回転周波数成分の信号をフィルタで除去するこ
とにより、電磁石が前記回転周波数に同期した周期的な
制御力を発生しないようにしている。
と電磁石とのギャップに基づくギャップ変位信号の内、
回転体の回転周波数成分の信号をフィルタで除去するこ
とにより、電磁石が前記回転周波数に同期した周期的な
制御力を発生しないようにしている。
【０００５】その結果、回転体は慣性中心（重心中心）
で回転を行う。このようにすれば、回転体の振れ回りは
残るが、回転周波数に同期した周期的な制御力によって
発生するステータ側の振動を減少させることができる。
で回転を行う。このようにすれば、回転体の振れ回りは
残るが、回転周波数に同期した周期的な制御力によって
発生するステータ側の振動を減少させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
公昭によっては、ステータ側の振動を大幅に減少させる
ことができず、前述の振動を極度に嫌う用途で磁気軸受
を使用する場合には、その残留分の振動が問題点となっ
ていた。
公昭によっては、ステータ側の振動を大幅に減少させる
ことができず、前述の振動を極度に嫌う用途で磁気軸受
を使用する場合には、その残留分の振動が問題点となっ
ていた。
【０００７】ここで、前記特公昭では、ステータ側の振
動を大幅に減少させることができない理由を、数式を用
いて詳細に説明する。図６に示すように、一般に、磁気
軸受に使用される電磁石Ｍが発生する吸引力Ｆは、
（１）式で表される。
動を大幅に減少させることができない理由を、数式を用
いて詳細に説明する。図６に示すように、一般に、磁気
軸受に使用される電磁石Ｍが発生する吸引力Ｆは、
（１）式で表される。
【０００８】Ｆ＝Ｋ（Ｉ／ｘ）2 …（１） ここに、Ｋは電磁石の形状や巻数で決まる係数、Ｉは電
磁石電流、ｘは電磁石部のギャップである。通常、磁気
軸受では電磁石Ｍの吸引力を線形化するために、直流バ
イアス電流Ｉ０を重畳しており、また、回転体Ｒの位置
制御信号による電磁石電流Ｉの変動分をΔＩとすると、
電磁石電流Ｉは（２）式で表される。
磁石電流、ｘは電磁石部のギャップである。通常、磁気
軸受では電磁石Ｍの吸引力を線形化するために、直流バ
イアス電流Ｉ０を重畳しており、また、回転体Ｒの位置
制御信号による電磁石電流Ｉの変動分をΔＩとすると、
電磁石電流Ｉは（２）式で表される。
【０００９】Ｉ＝Ｉ０＋ΔＩ …（２） 一方、電磁石部のギャップの定常値をｘ０、ギャップの
変動分をΔｘとすると、電磁石部のギャップｘは（３）
式で表される。 ｘ＝ｘ０＋Δｘ …（３） 従って、（２）、（３）式を（１）式に代入すると、
（４）式となる。
変動分をΔｘとすると、電磁石部のギャップｘは（３）
式で表される。 ｘ＝ｘ０＋Δｘ …（３） 従って、（２）、（３）式を（１）式に代入すると、
（４）式となる。
【００１０】 Ｆ＝Ｋ｛（Ｉ０＋ΔＩ）／（ｘ０＋Δｘ）｝2 …（４） この（４）式から明らかなように、「回転浮上時」にお
ける吸引力Ｆには、ギャップの変動分Δｘと電磁石電流
の変動分ΔＩとが含まれ、「回転浮上時」における電磁
石が発生する吸引力Ｆは変動することが分かる。
ける吸引力Ｆには、ギャップの変動分Δｘと電磁石電流
の変動分ΔＩとが含まれ、「回転浮上時」における電磁
石が発生する吸引力Ｆは変動することが分かる。
【００１１】また、直流バイアス電流Ｉ０および電磁石
部の定常値のギャップｘ０は、予め設定可能な値であ
る。前記電流Ｉ０およびギャップｘ０の条件が与えられ
た場合に、回転体Ｒの「静止浮上時」における電磁石Ｍ
が発生する力Ｆ０は、（５）式で表される。
部の定常値のギャップｘ０は、予め設定可能な値であ
る。前記電流Ｉ０およびギャップｘ０の条件が与えられ
た場合に、回転体Ｒの「静止浮上時」における電磁石Ｍ
が発生する力Ｆ０は、（５）式で表される。
【００１２】Ｆ０＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …（５） この（５）式から明らかなように、「静止浮上時」にお
ける吸引力Ｆ０には、前述の変動分Δｘ、ΔＩが含まれ
ておらず、吸引力Ｆ０は変動しないことが分かる。
ける吸引力Ｆ０には、前述の変動分Δｘ、ΔＩが含まれ
ておらず、吸引力Ｆ０は変動しないことが分かる。
【００１３】一方、回転体Ｒの回転中におけるギャップ
の変動分Δｘは、主に回転体Ｒの振れ回りによって生じ
る。ギャップの変動分Δｘは、ギャップ変位センサで検
出され、磁気軸受制御回路にフィードバックされる。フ
ィードバックされたギャップの変動分Δｘは、ＰＩＤ
（比例積分微分）補償器などを通して電流指令値が得ら
れ、この電流指令値によって電磁石電流の変動分ΔＩが
決定される。
の変動分Δｘは、主に回転体Ｒの振れ回りによって生じ
る。ギャップの変動分Δｘは、ギャップ変位センサで検
出され、磁気軸受制御回路にフィードバックされる。フ
ィードバックされたギャップの変動分Δｘは、ＰＩＤ
（比例積分微分）補償器などを通して電流指令値が得ら
れ、この電流指令値によって電磁石電流の変動分ΔＩが
決定される。
【００１４】そして、通常、ギャップの変動分Δｘを
「０」に近づけるように電磁石電流の変動分ΔＩが変化
するようにしている。しかしながら、前記特公昭では、
図６に示すように、振れ回り信号（ギャップの変動分）
Δｘのパワースペクトラム中で回転体の回転周波数の成
分に注目し、回転周波数に同期したトラッキング式帯域
除去フィルタ５１を用いて電流指令値の回転周波数成分
を除去し、更にＰＩＤ補償器５２を介して電流指令値
〔Δｉ〕を生成している。
「０」に近づけるように電磁石電流の変動分ΔＩが変化
するようにしている。しかしながら、前記特公昭では、
図６に示すように、振れ回り信号（ギャップの変動分）
Δｘのパワースペクトラム中で回転体の回転周波数の成
分に注目し、回転周波数に同期したトラッキング式帯域
除去フィルタ５１を用いて電流指令値の回転周波数成分
を除去し、更にＰＩＤ補償器５２を介して電流指令値
〔Δｉ〕を生成している。
【００１５】従って、回転周波数成分のみを考えると、
（４）式は（６）式で表される。 Ｆ＝Ｋ｛Ｉ０／（ｘ０＋Δｘ）｝2 …（６） この（６）式から明らかなように、回転体Ｒの位置制御
電流による電磁石電流の変動分ΔＩに基づく吸引力変動
はなくなるが、振れ回り信号（ギャップの変動分）Δｘ
による吸引力変動は残り、ステータ側の振動を大幅に減
少させることができなかった。
（４）式は（６）式で表される。 Ｆ＝Ｋ｛Ｉ０／（ｘ０＋Δｘ）｝2 …（６） この（６）式から明らかなように、回転体Ｒの位置制御
電流による電磁石電流の変動分ΔＩに基づく吸引力変動
はなくなるが、振れ回り信号（ギャップの変動分）Δｘ
による吸引力変動は残り、ステータ側の振動を大幅に減
少させることができなかった。
【００１６】そのため、例えば、電子顕微鏡にターボ分
子ポンプを使う場合など、用途によっては振動減衰用の
機械的なダンパーを別に設ける必要があった。そこで、
本発明の目的は、ステータ側の振動を大幅に減少させる
磁気軸受装置を提供することである。
子ポンプを使う場合など、用途によっては振動減衰用の
機械的なダンパーを別に設ける必要があった。そこで、
本発明の目的は、ステータ側の振動を大幅に減少させる
磁気軸受装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、回転体と、この回転体を所定位置で磁気支持する電
磁石と、前記回転体と電磁石とのギャップの変位を検出
する変位検出手段と、前記変位検出手段で検出された回
転体と電磁石とのギャップの変動分信号の内、回転体の
回転周波数成分を抽出する周波数抽出手段と、この周波
数抽出手段で抽出した回転周波数成分に、前記電磁石に
供給する電磁石電流の一部をなす直流バイアス電流を乗
算すると共に、前記回転体が所定位置に存在する場合に
おけるギャップの定常値で除算する第１演算手段と、前
記直流バイアス電流に対して、前記第１演算手段の出力
結果を加算または減算する第２演算手段とを備えて、前
記目的を達成する。
は、回転体と、この回転体を所定位置で磁気支持する電
磁石と、前記回転体と電磁石とのギャップの変位を検出
する変位検出手段と、前記変位検出手段で検出された回
転体と電磁石とのギャップの変動分信号の内、回転体の
回転周波数成分を抽出する周波数抽出手段と、この周波
数抽出手段で抽出した回転周波数成分に、前記電磁石に
供給する電磁石電流の一部をなす直流バイアス電流を乗
算すると共に、前記回転体が所定位置に存在する場合に
おけるギャップの定常値で除算する第１演算手段と、前
記直流バイアス電流に対して、前記第１演算手段の出力
結果を加算または減算する第２演算手段とを備えて、前
記目的を達成する。
【００１８】請求項２記載の発明では、前記周波数抽出
手段を、帯域通過フィルタで構成して、前記目的を達成
する。請求項３記載の発明では、前記周波数抽出手段
は、前記ギャップの変動分信号の内、回転体の回転周波
数成分を除去する帯域除去フィルタと、前記ギャップの
変動分信号から、前記帯域除去フィルタの出力信号を減
算する減算器とを備えて、前記目的を達成する。
手段を、帯域通過フィルタで構成して、前記目的を達成
する。請求項３記載の発明では、前記周波数抽出手段
は、前記ギャップの変動分信号の内、回転体の回転周波
数成分を除去する帯域除去フィルタと、前記ギャップの
変動分信号から、前記帯域除去フィルタの出力信号を減
算する減算器とを備えて、前記目的を達成する。
【００１９】
【作用】請求項１記載の磁気軸受装置では、周波数抽出
手段は、変位検出手段で検出した回転体と電磁石とのギ
ャップの変動分信号の内、回転体の周波数成分を抽出す
る。第１演算手段は、周波数抽出手段で抽出された回転
体周波数成分に、電磁石に供給する電流を形成する直流
バイアス電流を乗算すると共に、前記回転体が所定位置
に存在する場合におけるギャップの定常値で除算を行
う。第２演算手段は、前記直流バイアス電流に対して、
前記第１演算手段の出力結果を加算または減算する。
手段は、変位検出手段で検出した回転体と電磁石とのギ
ャップの変動分信号の内、回転体の周波数成分を抽出す
る。第１演算手段は、周波数抽出手段で抽出された回転
体周波数成分に、電磁石に供給する電流を形成する直流
バイアス電流を乗算すると共に、前記回転体が所定位置
に存在する場合におけるギャップの定常値で除算を行
う。第２演算手段は、前記直流バイアス電流に対して、
前記第１演算手段の出力結果を加算または減算する。
【００２０】この加算または減算結果を電磁石に供給す
ると、電磁石に供給する電流の変動分およびギャップの
変動分がキャンセルされ、電磁石の吸引力は、直流バイ
アス電流とギャップの定常値等の一定値によって決定さ
れる。従って、回転体に振れ回りが発生したとしても、
電磁石の吸引力は一定なので、ステータ側には振動が発
生しない。
ると、電磁石に供給する電流の変動分およびギャップの
変動分がキャンセルされ、電磁石の吸引力は、直流バイ
アス電流とギャップの定常値等の一定値によって決定さ
れる。従って、回転体に振れ回りが発生したとしても、
電磁石の吸引力は一定なので、ステータ側には振動が発
生しない。
【００２１】請求項２記載の磁気軸受装置では、前記周
波数抽出手段を帯域通過フィルタで構成し、周波数抽出
を行う。請求項３記載の磁気軸受装置では、帯域除去フ
ィルタが、ギャップの変動分信号の内、回転体の回転周
波数成分を除去する。減算器は、ギャップの変動分信号
から、前記帯域除去フィルタの出力信号を減算する。従
って、ギャップの変動信号の内、回転体の周波数成分を
抽出する場合と等価的な処理がなされる。
波数抽出手段を帯域通過フィルタで構成し、周波数抽出
を行う。請求項３記載の磁気軸受装置では、帯域除去フ
ィルタが、ギャップの変動分信号の内、回転体の回転周
波数成分を除去する。減算器は、ギャップの変動分信号
から、前記帯域除去フィルタの出力信号を減算する。従
って、ギャップの変動信号の内、回転体の周波数成分を
抽出する場合と等価的な処理がなされる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の磁気軸受装置の実施例を図１
ないし図５を参照して詳細に説明する。図１は、本発明
の実施例の磁気軸受装置の１軸分の構成図である。
ないし図５を参照して詳細に説明する。図１は、本発明
の実施例の磁気軸受装置の１軸分の構成図である。
【００２３】図１に示すように、回転体（ロータ）Ｒの
上下にはギャップｘを隔てて一対の第１電磁石（＋側電
磁石）１ａおよび第２電磁石（−側電磁石）１ｂが配置
されている。第１電磁石１ａには第１コイル２ａが巻回
され、第１コイル２ａは、第１パワーアンプ３ａに接続
されている。
上下にはギャップｘを隔てて一対の第１電磁石（＋側電
磁石）１ａおよび第２電磁石（−側電磁石）１ｂが配置
されている。第１電磁石１ａには第１コイル２ａが巻回
され、第１コイル２ａは、第１パワーアンプ３ａに接続
されている。
【００２４】また、第２電磁石１ｂには第２コイル２ｂ
が巻回され、第２コイル２ｂは、第２パワーアンプ３ｂ
に接続されている。第１と第２パワーアンプ３ａ、３ｂ
は、電磁石の吸引力変動を「０」に抑える動作を行う磁
気軸受制御回路４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）に接続されてい
る。なお、磁気軸受制御回路４Ａは第１実施例であり、
磁気軸受制御回路４Ｂは第２実施例であり、磁気軸受制
御回路４Ｃは第３実施例である。第１〜第３実施例につ
いては、それぞれ図２ないし図５に基づいて、その構成
を後述する。
が巻回され、第２コイル２ｂは、第２パワーアンプ３ｂ
に接続されている。第１と第２パワーアンプ３ａ、３ｂ
は、電磁石の吸引力変動を「０」に抑える動作を行う磁
気軸受制御回路４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）に接続されてい
る。なお、磁気軸受制御回路４Ａは第１実施例であり、
磁気軸受制御回路４Ｂは第２実施例であり、磁気軸受制
御回路４Ｃは第３実施例である。第１〜第３実施例につ
いては、それぞれ図２ないし図５に基づいて、その構成
を後述する。
【００２５】また、ロータＲの近傍には、ロータＲと第
１電磁石１ａとのギャップｘの変位を検出する変位セン
サ５が配置されている。変位センサ５で検出された変位
信号は、変位検出回路６に送られて所定の処理が行わ
れ、振れ回り信号（ギャップの変動分）Δｘとして磁気
軸受制御回路４に送出される。
１電磁石１ａとのギャップｘの変位を検出する変位セン
サ５が配置されている。変位センサ５で検出された変位
信号は、変位検出回路６に送られて所定の処理が行わ
れ、振れ回り信号（ギャップの変動分）Δｘとして磁気
軸受制御回路４に送出される。
【００２６】第１実施例 次に、図２および図３（ａ）、（ｂ）に基づいて、第１
実施例の磁気軸受制御回路４Ａの構成および動作を説明
する。図２に示すように、変位検出回路６から出力され
たギャップの変動分Δｘは、帯域通過フィルタ４１と帯
域除去フィルタ４２とに入力される。
実施例の磁気軸受制御回路４Ａの構成および動作を説明
する。図２に示すように、変位検出回路６から出力され
たギャップの変動分Δｘは、帯域通過フィルタ４１と帯
域除去フィルタ４２とに入力される。
【００２７】図３（ａ）は、帯域通過フィルタ４１の周
波数特性図であり、図３（ｂ）は帯域除去フィルタ４２
の周波数特性図である。図３（ｂ）に示すように、帯域
除去フィルタ４２は、回転体Ｒの回転周波数ｆｒの信号
成分を除去し、また、図３（ａ）に示すように、帯域通
過フィルタ４１は、ゲイン０ｄＢ（１倍）で回転周波数
ｆｒの信号成分を通過させる。
波数特性図であり、図３（ｂ）は帯域除去フィルタ４２
の周波数特性図である。図３（ｂ）に示すように、帯域
除去フィルタ４２は、回転体Ｒの回転周波数ｆｒの信号
成分を除去し、また、図３（ａ）に示すように、帯域通
過フィルタ４１は、ゲイン０ｄＢ（１倍）で回転周波数
ｆｒの信号成分を通過させる。
【００２８】帯域通過フィルタ４１を通過したゲイン０
ｄＢの回転周波数ｆｒの信号成分は、乗算器４３でＩ０
／ｘ０倍され、回転周波数成分のみに着目した変動電流
成分〔ΔＩ２〕が生成される。ここに、Ｉ０は、電磁石
に流す直流バイアス電流であり、ｘ０は、ギャップの定
常値である。この変動電流成分〔ΔＩ２〕は、（７）式
のように表される。
ｄＢの回転周波数ｆｒの信号成分は、乗算器４３でＩ０
／ｘ０倍され、回転周波数成分のみに着目した変動電流
成分〔ΔＩ２〕が生成される。ここに、Ｉ０は、電磁石
に流す直流バイアス電流であり、ｘ０は、ギャップの定
常値である。この変動電流成分〔ΔＩ２〕は、（７）式
のように表される。
【００２９】 〔ΔＩ２〕≒（Ｉ０／ｘ０）Δｘ …（７） 一方、回転周波数ｆｒの信号成分は、帯域除去フィルタ
４２で除去され、ＰＩＤ補償器４４を通過する。ＰＩＤ
補償器４４の出力である回転周波数成分のみに着目した
変動電流成分〔ΔＩ１〕は、（８）式で表される。
４２で除去され、ＰＩＤ補償器４４を通過する。ＰＩＤ
補償器４４の出力である回転周波数成分のみに着目した
変動電流成分〔ΔＩ１〕は、（８）式で表される。
【００３０】〔ΔＩ１〕≒０ …（８） 従って、〔ΔＩ１〕と〔ΔＩ２〕とが加算器４５で加算
された変動電流指令値〔ΔＩ〕は、（９）式で表され
る。 〔ΔＩ〕＝〔ΔＩ１〕＋〔ΔＩ２〕≒（Ｉ０／ｘ０）Δｘ …（９） 従って、加算器４６で直流バイアス電流Ｉ０に変動電流
指令値〔ΔＩ〕が加算されて生成される＋側電磁石電流
指令値〔Ｉ＋〕と、減算器４７で直流バイアス電流Ｉ０
から変動電流指令値〔ΔＩ〕が減算されて生成される−
側電磁石電流指令値〔Ｉ−〕とは、それぞれ(10)、(11)
式のようになる。
された変動電流指令値〔ΔＩ〕は、（９）式で表され
る。 〔ΔＩ〕＝〔ΔＩ１〕＋〔ΔＩ２〕≒（Ｉ０／ｘ０）Δｘ …（９） 従って、加算器４６で直流バイアス電流Ｉ０に変動電流
指令値〔ΔＩ〕が加算されて生成される＋側電磁石電流
指令値〔Ｉ＋〕と、減算器４７で直流バイアス電流Ｉ０
から変動電流指令値〔ΔＩ〕が減算されて生成される−
側電磁石電流指令値〔Ｉ−〕とは、それぞれ(10)、(11)
式のようになる。
【００３１】〔Ｉ＋〕＝Ｉ０＋〔ΔＩ〕 ＝Ｉ０＋（Ｉ０／ｘ０）Δｘ ＝Ｉ０｛（ｘ０＋Δｘ）／ｘ０｝ ＝（Ｉ０／ｘ０）（ｘ０＋Δｘ） …(10) 〔Ｉ−〕＝Ｉ０−〔ΔＩ〕 ＝（Ｉ０／ｘ０）（ｘ０−Δｘ） …(11) （９）式よりロータＲがΔｘだけ変位（ギャップの変動
分）した場合に、実際の電磁石電流の変動分ΔＩは、(1
2)式で表される。
分）した場合に、実際の電磁石電流の変動分ΔＩは、(1
2)式で表される。
【００３２】ΔＩ＝（Ｉ０／ｘ０）Δｘ …(12) 従って、(12)式を（４）式に代入すると、「＋側電磁石
の吸引力Ｆ＋」と「−側電磁石の吸引力Ｆ−」とは、そ
れぞれ(13)、(14)式で表される。 Ｆ＋＝Ｋ｛（Ｉ０＋ΔＩ）／（ｘ０＋Δｘ）｝2 ＝Ｋ［｛Ｉ０＋（Ｉ０／ｘ０）Δｘ｝／（ｘ０＋Δｘ）］2 ＝Ｋ［Ｉ０｛（ｘ０＋Δｘ）／ｘ０｝／（ｘ０＋Δｘ）］2 ＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(13) Ｆ−＝Ｋ｛（Ｉ０−ΔＩ）／（ｘ０−Δｘ）｝2 ＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(14) これら(13)、(14)式から明らかなように、ロータＲに振
れ回りが発生していても、「＋側電磁石の吸引力Ｆ＋」
および「−側電磁石の吸引力Ｆ−」がそれぞれ一定とな
るので、ステータ側には振動が発生しない。
の吸引力Ｆ＋」と「−側電磁石の吸引力Ｆ−」とは、そ
れぞれ(13)、(14)式で表される。 Ｆ＋＝Ｋ｛（Ｉ０＋ΔＩ）／（ｘ０＋Δｘ）｝2 ＝Ｋ［｛Ｉ０＋（Ｉ０／ｘ０）Δｘ｝／（ｘ０＋Δｘ）］2 ＝Ｋ［Ｉ０｛（ｘ０＋Δｘ）／ｘ０｝／（ｘ０＋Δｘ）］2 ＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(13) Ｆ−＝Ｋ｛（Ｉ０−ΔＩ）／（ｘ０−Δｘ）｝2 ＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(14) これら(13)、(14)式から明らかなように、ロータＲに振
れ回りが発生していても、「＋側電磁石の吸引力Ｆ＋」
および「−側電磁石の吸引力Ｆ−」がそれぞれ一定とな
るので、ステータ側には振動が発生しない。
【００３３】第２実施例 図４は、磁気軸受制御回路４の第２実施例のブロック図
である。図４に示すように、第２実施例の磁気軸受制御
回路４Ｂは、前述の帯域除去フィルタ４２（図２参照）
を用いる代わりに、帯域通過フィルタ４１の出力を乗算
器４３に供給すると共に、ギャップの変動分Δｘから帯
域通過フィルタ４１の出力を減算し、ＰＩＤ補償器４４
に入力するようにしたものである。
である。図４に示すように、第２実施例の磁気軸受制御
回路４Ｂは、前述の帯域除去フィルタ４２（図２参照）
を用いる代わりに、帯域通過フィルタ４１の出力を乗算
器４３に供給すると共に、ギャップの変動分Δｘから帯
域通過フィルタ４１の出力を減算し、ＰＩＤ補償器４４
に入力するようにしたものである。
【００３４】このように構成すると、ＰＩＤ補償器４４
の入力側には、図３（ｂ）に示した特性の帯域除去フィ
ルタを通過し、回転周波数ｆｒが除去された場合とほぼ
等価な信号が供給される。このように構成しても、ＰＩ
Ｄ補償器４４の出力は〔ΔＩ１〕となる。
の入力側には、図３（ｂ）に示した特性の帯域除去フィ
ルタを通過し、回転周波数ｆｒが除去された場合とほぼ
等価な信号が供給される。このように構成しても、ＰＩ
Ｄ補償器４４の出力は〔ΔＩ１〕となる。
【００３５】従って、第１実施例と同様に、「＋側電磁
石の吸引力Ｆ＋」と、「−側電磁石の吸引力Ｆ−」とは
(15)、(16)式のようになる。 Ｆ＋＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(15) Ｆ−＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(16) よって、ロータＲに振れ回りが発生していても、「＋側
電磁石の吸引力Ｆ＋」および「＋側電磁石の吸引力Ｆ
−」がそれぞれ一定となるので、ステータ側には振動が
発生しない。
石の吸引力Ｆ＋」と、「−側電磁石の吸引力Ｆ−」とは
(15)、(16)式のようになる。 Ｆ＋＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(15) Ｆ−＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(16) よって、ロータＲに振れ回りが発生していても、「＋側
電磁石の吸引力Ｆ＋」および「＋側電磁石の吸引力Ｆ
−」がそれぞれ一定となるので、ステータ側には振動が
発生しない。
【００３６】第３実施例 図５は、磁気軸受制御回路４の第３実施例のブロック図
である。図５に示すように、第３実施例の磁気軸受制御
回路４Ｃは、前述の帯域通過フィルタ４１（図２参照）
を用いる代わりに、帯域除去フィルタ４２の出力をＰＩ
Ｄ補償器４４に供給すると共に、減算器４８でギャップ
の変動分Δｘから帯域除去フィルタ４２の出力を減算
し、乗算器４３に入力するようにしたものである。
である。図５に示すように、第３実施例の磁気軸受制御
回路４Ｃは、前述の帯域通過フィルタ４１（図２参照）
を用いる代わりに、帯域除去フィルタ４２の出力をＰＩ
Ｄ補償器４４に供給すると共に、減算器４８でギャップ
の変動分Δｘから帯域除去フィルタ４２の出力を減算
し、乗算器４３に入力するようにしたものである。
【００３７】このように構成すると、乗算器４３の入力
側には、図３（ａ）に示した特性の帯域通過フィルタを
通過し、回転周波数ｆｒが抽出された場合とほぼ等価な
信号が供給される。このように構成しても、乗算器４３
の出力は〔ΔＩ２〕となる。
側には、図３（ａ）に示した特性の帯域通過フィルタを
通過し、回転周波数ｆｒが抽出された場合とほぼ等価な
信号が供給される。このように構成しても、乗算器４３
の出力は〔ΔＩ２〕となる。
【００３８】従って、第１実施例と同様に、「＋側電磁
石の吸引力Ｆ＋」と、「−側電磁石の吸引力Ｆ−」とは
(17)、(18)式のようになる。 Ｆ＋＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(17) Ｆ−＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(18) よって、ロータＲに振れ回りが発生していても、「＋側
電磁石の吸引力Ｆ＋」および「＋側電磁石の吸引力Ｆ
−」がそれぞれ一定となるので、ステータ側には振動が
発生しない。
石の吸引力Ｆ＋」と、「−側電磁石の吸引力Ｆ−」とは
(17)、(18)式のようになる。 Ｆ＋＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(17) Ｆ−＝Ｋ（Ｉ０／ｘ０）2 …(18) よって、ロータＲに振れ回りが発生していても、「＋側
電磁石の吸引力Ｆ＋」および「＋側電磁石の吸引力Ｆ
−」がそれぞれ一定となるので、ステータ側には振動が
発生しない。
【００３９】以上、第１実施例ないし第３実施例で説明
したように、回転体の不釣り合いによってステータ側に
発生する回転周波数成分の不釣り合い振動を著しく減少
させることができるため、例えば、ターボ分子ポンプを
電子顕微鏡などに装着する際に必要とされていた機械式
のダンパなどを省略することが可能となり、装置全体の
小型化、コストダウンを行える。
したように、回転体の不釣り合いによってステータ側に
発生する回転周波数成分の不釣り合い振動を著しく減少
させることができるため、例えば、ターボ分子ポンプを
電子顕微鏡などに装着する際に必要とされていた機械式
のダンパなどを省略することが可能となり、装置全体の
小型化、コストダウンを行える。
【００４０】また、従来、振れ回りによる振動を抑える
ために行っていたロータの精密なバランス取が不要とな
るため、バランス取工程の時間が大幅に短縮される。な
お、帯域除去フィルタ４１、帯域通過フィルタ４２は、
フィルタの中心周波数が回転周波数に同期して変化する
トラッキング方式でもよいし、定常回転周波数に設定さ
れた固定方式でもよい。
ために行っていたロータの精密なバランス取が不要とな
るため、バランス取工程の時間が大幅に短縮される。な
お、帯域除去フィルタ４１、帯域通過フィルタ４２は、
フィルタの中心周波数が回転周波数に同期して変化する
トラッキング方式でもよいし、定常回転周波数に設定さ
れた固定方式でもよい。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、変
位検出手段が検出した回転体と電磁石とのギャップの変
位に伴う信号の内、周波数抽出手段が抽出した回転体の
回転周波数成分を取り出し、所定の処理をした後、電磁
石に供給しているので、ギャップ変動分および電磁石に
供給する電流の変動分がキャンセルされ、電磁石の吸引
力は一定となる。従って、回転体の振れ回りがあって
も、電磁石の吸引力は一定なので、ステータ側には振動
が発生しない。
位検出手段が検出した回転体と電磁石とのギャップの変
位に伴う信号の内、周波数抽出手段が抽出した回転体の
回転周波数成分を取り出し、所定の処理をした後、電磁
石に供給しているので、ギャップ変動分および電磁石に
供給する電流の変動分がキャンセルされ、電磁石の吸引
力は一定となる。従って、回転体の振れ回りがあって
も、電磁石の吸引力は一定なので、ステータ側には振動
が発生しない。
【図１】本発明の実施例の磁気軸受装置を適用する磁気
軸受制御システムの１軸分の構成図である。
軸受制御システムの１軸分の構成図である。
【図２】同上、磁気軸受制御回路の第１実施例のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】同上、第１実施例に用いるフィルタの周波数特
性図であって、（ａ）は帯域通過フィルタ、（ｂ）は帯
域除去フィルタである。
性図であって、（ａ）は帯域通過フィルタ、（ｂ）は帯
域除去フィルタである。
【図４】同上、磁気軸受制御回路の第２実施例のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図５】同上、磁気軸受制御回路の第３実施例のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図６】一般的な電磁石における電磁石電流の変動とギ
ャップの変動との関係を説明する図である。
ャップの変動との関係を説明する図である。
【図７】従来の磁気軸受制御回路の例を示すブロック図
である。
である。
Ｒ ロータ（回転体） １ａ、１ｂ 電磁石 ３ａ、３ｂ パワーアンプ ４ 磁気軸受制御回路 ４Ａ 第１実施例の磁気軸受制御回路 ４Ｂ 第２実施例の磁気軸受制御回路 ４Ｃ 第３実施例の磁気軸受制御回路 ４１ 帯域通過フィルタ（周波数抽出手段） ４２ 帯域除去フィルタ（周波数抽出手段） ４３ 乗算器（第１演算手段） ４４ ＰＩＤ補償器 ４６ 加算器（第２演算手段） ４７ 減算器（第２演算手段）
Claims (3)
- 【請求項１】 回転体と、 この回転体を所定位置で磁気支持する電磁石と、 前記回転体と電磁石とのギャップの変位を検出する変位
検出手段と、 この変位検出手段で検出された回転体と電磁石とのギャ
ップの変動分信号の内、回転体の回転周波数成分を抽出
する周波数抽出手段と、 この周波数抽出手段で抽出した回転周波数成分に、前記
電磁石に供給する電磁石電流の一部をなす直流バイアス
電流を乗算すると共に、前記回転体が所定位置に存在す
る場合におけるギャップの定常値で除算する第１演算手
段と、 前記直流バイアス電流に対して、前記第１演算手段の出
力結果を加算または減算する第２演算手段とを備えたこ
とを特徴とする磁気軸受装置。 - 【請求項２】 前記周波数抽出手段は、帯域通過フィル
タであることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受装
置。 - 【請求項３】 前記周波数抽出手段は、前記ギャップの
変動分信号の内、回転体の回転周波数成分を除去する帯
域除去フィルタと、前記ギャップの変動分信号から、前
記帯域除去フィルタの出力信号を減算する減算器とを備
えたことを特徴とする請求項１記載の磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05409594A JP3565894B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05409594A JP3565894B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 磁気軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07259854A true JPH07259854A (ja) | 1995-10-09 |
| JP3565894B2 JP3565894B2 (ja) | 2004-09-15 |
Family
ID=12961073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05409594A Expired - Lifetime JP3565894B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3565894B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1197670A2 (en) * | 2000-10-16 | 2002-04-17 | Seiko Instruments Inc. | Magnetic bearing apparatus |
| JP2014033535A (ja) * | 2012-08-03 | 2014-02-20 | Kayaba Ind Co Ltd | モータ制御装置 |
| JP2017075666A (ja) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | 株式会社島津製作所 | 磁気軸受装置およびロータ回転駆動装置 |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP05409594A patent/JP3565894B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1197670A2 (en) * | 2000-10-16 | 2002-04-17 | Seiko Instruments Inc. | Magnetic bearing apparatus |
| EP1197670A3 (en) * | 2000-10-16 | 2003-12-17 | Seiko Instruments Inc. | Magnetic bearing apparatus |
| JP2014033535A (ja) * | 2012-08-03 | 2014-02-20 | Kayaba Ind Co Ltd | モータ制御装置 |
| JP2017075666A (ja) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | 株式会社島津製作所 | 磁気軸受装置およびロータ回転駆動装置 |
| US10408262B2 (en) | 2015-10-16 | 2019-09-10 | Shimadzu Corporation | Magnet bearing device and rotor rotary-drive apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3565894B2 (ja) | 2004-09-15 |
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