JPH08121477A - 磁気軸受の制御装置 - Google Patents

磁気軸受の制御装置

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JPH08121477A
JPH08121477A JP6258460A JP25846094A JPH08121477A JP H08121477 A JPH08121477 A JP H08121477A JP 6258460 A JP6258460 A JP 6258460A JP 25846094 A JP25846094 A JP 25846094A JP H08121477 A JPH08121477 A JP H08121477A
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JP
Japan
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rotor
natural frequency
frequency
magnetic bearing
signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP6258460A
Other languages
English (en)
Inventor
Miyako Komoritani
美也子 籠谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Seiki KK
Original Assignee
Seiko Seiki KK
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Publication date
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Publication of JPH08121477A publication Critical patent/JPH08121477A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • F16C2360/45Turbo-molecular pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発振現象を防止することができる磁気軸受の
制御装置を提供する。 【構成】 加振器17から加振信号Tが出力されること
で、ロータ12は振動する。この振動は、位置センサ1
4の検出信号としてA/D変換器18介し演算器20に
供給される。演算器20は、位置センサ14からの検出
信号を周波数解析することで、振動の周波数スペクトル
を算出し、ロータ12の固有振動数を求める。そして、
スイッチSWによるスイッチングを制御することで、固
有振動数を除去するフィルタ特性を有するPID制御回
路を電力増幅器16に接続させる。これにより、固有振
動数を含まない制御信号に基づいたロータ12の位置制
御が行われ、発振現象が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受の制御装置に
係り、例えば、ターボ分子ポンプに使用される磁気軸受
の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気軸受は、磁力によってロータを非接
触で支持するもので、制御型の磁気軸受では、ロータの
位置に応じて電磁石の励磁電流をフィードバック制御す
ることでロータの浮上位置を制御するようになってい
る。
【0003】ロータ位置に応じたフィードバック制御で
は、ロータに振動が発生すると、振動に同期した磁力に
よって振動を抑制しようとするため、ロータの回転数が
固有振動数になったときに、発振現象が起こることがあ
る。このため、従来では、電磁石の電流制御を行う制御
回路において、ロータの固有振動数に対応する周波数帯
域の信号をカットするフィルタを設け、発振現象を防止
していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、固有振動数は
ロータの温度や形状によって変化するため、フィルタの
周波数特性が固定されていた従来の磁気軸受の制御回路
では、回転機械を使用している内に実際の固有振動数と
フィルタがカットする周波数帯域とがずれて、発振現象
を防止することができない場合がある。
【0005】そこで、本発明は、ロータの発振現象を防
止することができる磁気軸受の制御装置を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、ロータの位置を検出する位置検出センサと、この位
置検出センサの検出信号に応じて前記ロータを磁気浮上
させる電磁石の励磁電流をフィードバック制御する制御
回路と、前記位置検出センサの検出信号を周波数解析し
て前記ロータの固有振動数を算出する固有振動数算出手
段と、前記制御回路のフィードバックループに設けられ
た所定周波数帯域の信号を除去するフィルタと、前記固
有振動数算出手段で算出された固有振動数に応じて前記
フィルタが除去する所定周波数帯域を変更する除去帯域
変更手段とを磁気軸受の制御装置に具備させて前記目的
を達成する。
【0007】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
磁気軸受の制御回路に、前記フィードバックループに所
定周波数の信号を供給する加振器を具備させて前記目的
を達成する。請求項3記載の発明では、請求項1記載の
磁気軸受の制御装置において、前記フィルタが除去する
周波数帯域が異なる複数の回路を備え、前記除去帯域変
更手段は、前記フィルタにおける複数の回路の内、前記
固有振動数算出手段で算出された固有振動数を除去する
前記回路のみを選択的に前記フィードバックループに接
続することで前記所定周波数帯域の変更を行うことによ
って前記目的を達成する。
【0008】
【作用】請求項1記載の磁気軸受の制御装置では、制御
回路が、位置検出センサの検出信号に応じて前記ロータ
を磁気浮上させる電磁石の励磁電流をフィードバック制
御する。固有振動数算出手段は、このフィードバック制
御において、前記位置検出センサの検出信号を周波数解
析して前記ロータの固有振動数を算出する。そして、除
去帯域変更手段が、前記固有振動数算出手段で算出され
た固有振動数に応じて前記フィルタが除去する所定周波
数帯域を変更する。
【0009】請求項2記載の磁気軸受の制御装置では、
加振器が、前記フィードバックループに所定周波数の信
号を供給する。請求項3記載の磁気軸受の制御装置で
は、前記除去帯域変更手段が、フィルタにおける複数の
回路の内、前記固有振動数算出手段で算出された固有振
動数を除去する前記回路のみを選択的に前記フィードバ
ックループに接続することで前記所定周波数帯域の変更
を行う。
【0010】
【実施例】以下、本発明の磁気軸受の制御装置における
一実施例を図1ないし図2を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施例による磁気軸受の制御装置10の概略
構成を表したものである。
【0011】磁気軸受の制御装置10は、ロータ12の
位置を検出する位置センサ14と、この位置センサ14
の検出値をフィードバックして、比例動作、積分動作、
微分動作等を行うことで所定の制御信号を生成するn個
のPID制御回路A1、A2、…、Anとを備えてい
る。
【0012】PID制御回路A1、A2、…、Anは、
ロータ12の発振現象を防止するために、生成した制御
信号からロータ12の固有振動数に対応した周波数成分
を除去する帯域除去フィルタとしての機能を有してい
る。但し、ロータ12の固有振動数は温度等によって変
化するため、固有振動数が変化しうる周波数帯域を微小
周波数間隔でn個に分割し、各周波数をそれぞれPID
制御回路A1、A2、…、Anが除去するようになって
いる。
【0013】また、磁気軸受の制御装置10は、これら
PID制御回路A1、A2、…、Anのいずれかの制御
信号に応じて電磁石MBの励磁電流を増幅する電力増幅
器16と、この電力増幅器16をPID制御回路A1、
A2、…、Anのいずれかと接続させるスイッチSWと
を備えており、以上の各回路によってロータ12の浮上
位置を制御するためのフィードバックループを構成して
いる。
【0014】このフィードバックループにおける、位置
センサ14とPID制御回路A1、A2、…、Anとの
間の接続点Kには、所定周波数の加振信号Tを出力する
加振器17が接続されている。この加振器17は、所定
周波数の加振信号Tを接続点Aに供給することで、電力
増幅器16で増幅される励磁電流、更には、電磁石MB
が発生する磁力を変化させて、ロータ12に物理的振動
を与えるようになっている。
【0015】また、本実施例では、位置センサ14がA
/D変換器18を介して演算器20に接続されている。
演算器20は、所定の演算処理を行うことで、位置セン
サ14からの出力信号を周波数解析するようになってお
り、解析で得られた周波数スペクトルから、ロータ12
の固有振動数を求めるようになっている。
【0016】また、演算器20は、スイッチSWによる
PID制御回路A1、A2、…、Anと電力増幅器16
との間のスイッチングを制御するようになっている。こ
のスイッチング制御によって、演算器20は、PID制
御回路A1、A2、…、Anのいずれかを、選択的に電
力増幅器16側に接続させ、フィードバック系のフィル
タ特性を任意に変更できるようになっている。
【0017】PID制御回路A1、A2、…、Anの選
択は、演算器20が位置センサ14の出力信号から演算
で求めた固有振動数に応じて行われるようになってい
る。すなわち、演算器20は、図示しないメモリに各P
ID制御回路A1、A2、…、Anのフィルタ特性を記
憶しており、演算で求めた固有振動数と一致する周波数
を除去するPID制御回路を、メモリのデータを基に選
択する。そして、スイッチSWの切換を制御すること
で、選択したPID制御回路を電力増幅器16側に接続
するようになっている。
【0018】このように構成された実施例の動作につい
て説明する。まず、磁気軸受の制御装置10が起動され
ることで、演算器20が、スイッチSWによって任意の
PID制御回路を電力増幅器16側に接続する。この時
接続するPID制御回路は、前回の運転停止時に接続さ
れていたPID制御回路を選択するようにしてもよい
し、また、起動時には、常に同じPID制御回路を電力
増幅器16に接続するようにしてもよい。
【0019】次に、磁気軸受の制御装置10は、位置セ
ンサ14の検出信号を基にした電磁石MBにおける励磁
電流のフィードバック制御を行うことで、ロータ12を
所定位置(磁気軸受の中心軸上)に磁気浮上させる。そ
して、加振器17が加振信号Tを出力することで、ロー
タ12を振動させる。この振動は、位置センサ14の検
出信号としてフィードバックされ、接続点Kに供給され
ると共に、A/D変換器18を介して演算器20に供給
される。
【0020】演算器20は、受信した位置センサ14か
らの検出信号を周波数解析を行うことで周波数スペクト
ルを算出する。そして、最大振幅値を取る周波数を求め
る。すなわち、ロータ12の固有振動数を求める。固有
振動数を求めたら、演算器20は、スイッチSWのスイ
ッチングを制御することで、求めた固有振動数と一致す
る周波数を除去するPID制御回路を電力増幅器16に
接続させる。
【0021】PID制御回路が電力増幅器16に接続さ
れたら、加振器17は、加振信号Tの出力を止め、以
後、接続されたPID制御回路で固有振動数がカットさ
れた制御信号に基づいて電磁石MBの電流制御が行われ
る。従って、ロータ12の発振現象が防止される。
【0022】なお、加振器17は必ずしもなくてもよ
い。例えば、加振器17を設けずに、磁気浮上させた状
態でロータ12を回転させ、その時に発生する振動を位
置センサ14の検出信号を基に演算器20で解析するこ
とで、固有振動数を求めてもよい。
【0023】また、フィルタ特性の変更は、以下のよう
な回路によって行ってもよい。図2は、ロータ12の位
置制御を行うためのフィードバックループにおいてPI
D動作を行う回路部分の他の例を表したものである。こ
の図の例では、位置センサ14の検出信号に対して比例
動作を行うn個のP回路E1、E2、…、Enと、積分
動作を行うn個のI回路F1、F2、…、Fnと、微分
動作を行うn個のD回路G1、G2、…、Gnとがスイ
ッチSW1、SW2によって直列に接続されるようにな
っている。
【0024】位置センサ14の検出信号は、P回路E
1、E2、…、Enに供給されるようになっており、ま
た、D回路G1、G2、…、Gnは、スイッチSW3に
よって電力増幅器16に接続されるようになっている。
各P回路E1、E2、…、Enのフィルタ特性は互いに
異なっており、同様に、I回路F1、F2、…、Fnや
D回路G1、G2、…、Gnにおける各回路のフィルタ
特性も互いに異なっている。これらは、スイッチSW
1、SW2、SW3により所定の組み合わせで接続され
ることで、特定の周波数成分(固有振動数)を除去する
帯域除去フィルタとして機能するようになっている。
【0025】P回路E1、E2、…、Enと、I回路F
1、F2、…、Fnと、D回路G1、G2、…、Gnと
の接続の組み合わせは、演算器20がスイッチSW1、
SW2、SW3のスイッチングを制御することで選択さ
れるようになっている。すなわち、演算器20がスイッ
チSW1、SW2、SW3のスイッチング制御を行うこ
とで、演算で求めたロータ12の固有振動数を除去する
ように、フィードバック系のフィルタ特性を変更するよ
うになっている。なお、この場合は、演算器20の図示
しないメモリに、各P回路E1、E2、…、Enと、I
回路F1、F2、…、Fnと、D回路G1、G2、…、
Gnの各回路のフィルタ特性を格納する。
【0026】以上説明したように、上記実施例では、演
算器20によってロータ12の固有振動数を測定し、そ
の測定した固有振動を除去するように、フィードバック
系のフィルタ特性を変更するようにしているので、温度
等でロータ12の固有振動数が変化しても、電力増幅器
16に供給される制御信号からは、常に固有振動数成分
が除去される。従って、発振現象を防止することができ
る。
【0027】
【発明の効果】本発明の磁気軸受の制御装置によれば、
発振現象を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による磁気軸受の制御装置の
一部を示した説明図である。
【図2】同装置の回路の一部を示した説明図である。
【符号の説明】
10 磁気軸受の制御装置 12 ロータ 14 位置センサ 16 電力増幅器 17 加振器 18 A/D変換器 20 演算器 MB 電磁石 T 加振信号 K 接続点 A1、A2、…、An PID制御回路 E1、E2、…、En P回路 F1、F2、…、Fn I回路 G1、G2、…、Gn D回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロータの位置を検出する位置検出センサ
    と、 この位置検出センサの検出信号に応じて前記ロータを磁
    気浮上させる電磁石の励磁電流をフィードバック制御す
    る制御回路と、 前記位置検出センサの検出信号を周波数解析して前記ロ
    ータの固有振動数を算出する固有振動数算出手段と、 前記制御回路のフィードバックループに設けられた、所
    定周波数帯域の信号を除去するフィルタと、 前記固有振動数算出手段で算出された固有振動数に応じ
    て、前記フィルタが除去する所定周波数帯域を変更する
    除去帯域変更手段とを具備することを特徴とする磁気軸
    受の制御装置。
  2. 【請求項2】 前記フィードバックループに所定周波数
    の信号を供給する加振器を備えたことを特徴とする請求
    項1記載の磁気軸受の制御回路。
  3. 【請求項3】 前記フィルタは、除去する周波数帯域が
    異なる複数の回路を備え、 前記除去帯域変更手段は、前記フィルタにおける複数の
    回路の内、前記固有振動数算出手段で算出された固有振
    動数を除去する前記回路のみを選択的に前記フィードバ
    ックループに接続することで、前記所定周波数帯域の変
    更を行うことを特徴とする請求項1記載の磁気軸受の制
    御装置。
JP6258460A 1994-10-24 1994-10-24 磁気軸受の制御装置 Pending JPH08121477A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007507767A (ja) * 2003-09-25 2007-03-29 ブリティッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー ハプティックス伝送システム
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