JPH08189527A - Magnetic bearing - Google Patents

Magnetic bearing

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JPH08189527A
JPH08189527A JP7002860A JP286095A JPH08189527A JP H08189527 A JPH08189527 A JP H08189527A JP 7002860 A JP7002860 A JP 7002860A JP 286095 A JP286095 A JP 286095A JP H08189527 A JPH08189527 A JP H08189527A
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JP
Japan
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current
temperature
electromagnet
voltage
predetermined
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JP7002860A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Enomoto
良弘 榎本
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Seiko Seiki KK
Original Assignee
Seiko Seiki KK
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Filing date
Publication date
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    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
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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
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Abstract

PURPOSE: To miniaturize an electromagnet by limiting amplified exciting current to a predetermined current value or less when the temperature of the electromagnet is detected by a temperature detecting means to be higher than a predetermined temperature. CONSTITUTION: When the deflection of a rotor 12 is not temporary one caused by the external turbulence, but caused by abnormalities generated in a rotary system itself, large current may flow continuously through a coil 24a by the control of a control circuit 50. Then, an operation amplifier 54 compares the voltage from a temperature detector 58 with the reference voltage from a power source 56 to supply a comparation signal to a limiter circuit 36. The voltage from the power source 56 is set to a value equal to that of the voltage from the temperature detector 58 when the coil 24a reaches the maximum allowable temperature. The limiter circuit 36 lowers the control voltage from a PID control circuit 34 to fixed voltage according to a signal showing that the coil 24a has a temperature higher than the maximum allowable temperature. Thus, the diameter of the coil wire can be set with reference to one electrified by current smaller than the maximum current to miniaturize an electromagnet.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受に係り、例え
ば、ターボ分子ポンプに使用される磁気軸受に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic bearing, for example, a magnetic bearing used in a turbo molecular pump.

【0002】[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あり、制御型の磁気軸受では、磁力
を発生する電磁石の励磁電流をロータの位置に応じて変
化させることで、ロータの浮上位置を制御するようにな
っている。
2. Description of the Related Art A magnetic bearing supports a rotor in a non-contact manner by a magnetic force, and in a control type magnetic bearing, the exciting current of an electromagnet that generates the magnetic force is changed according to the position of the rotor, so that the rotor is rotated. It is designed to control the floating position of.

【0003】例えば、外乱によってロータが所定の浮上
位置から大きくずれると、電磁石のコイルには、ロータ
を所定の浮上位置に戻すために比較的大きな電流が通電
される。電磁石のコイルは、大電流が通電されると、発
熱して高温となるので、熱によるモールドやコイルの溶
解等を防止するため、コイルの線径を大きくして、最大
電流を通電した時にコイル自身が発する熱量が許容値以
内となるようにしている。
For example, when the rotor is largely displaced from a predetermined floating position due to disturbance, a relatively large current is applied to the coil of the electromagnet in order to return the rotor to the predetermined floating position. When a large current is applied, the coil of the electromagnet heats up and reaches a high temperature.Therefore, in order to prevent melting of the mold or coil due to heat, the coil wire diameter should be increased and the coil should be energized at the maximum current. The amount of heat generated by itself is kept within the allowable value.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このため、従来の磁気
軸受では、通常運転時に通電される電流が小さいにもか
かわらず、最大電流に合わせた大きい線径のコイルを使
用していた。従って、このコイルを巻いた電磁石が大き
くなってしまい、例えば、磁気軸受を用いたモータも大
型化させていた。
For this reason, in the conventional magnetic bearing, a coil having a large wire diameter adapted to the maximum current is used although the current supplied during normal operation is small. Therefore, the electromagnet wound around this coil becomes large, and, for example, a motor using a magnetic bearing also becomes large.

【0005】そこで、本発明は、電磁石を小型にするこ
とができる磁気軸受を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic bearing which can reduce the size of an electromagnet.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、ロータを磁気浮上させる電磁石と、前記ロータの位
置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段の検出
値に基づいて前記電磁石の励磁電流を増幅する励磁電流
増幅手段と、前記電磁石の温度が所定温度以上であるか
否かを検出する温度検出手段と、この温度検出手段で前
記電磁石の温度が前記所定温度以上であると検出された
場合に前記励磁電流増幅手段によって増幅される励磁電
流を所定電流値以下に制限する電流制限手段とを磁気軸
受に具備させて前記目的を達成する。
According to a first aspect of the invention, an electromagnet for magnetically levitating a rotor, a position detecting means for detecting the position of the rotor, and an electromagnet for the electromagnet based on a detection value of the position detecting means. Exciting current amplifying means for amplifying exciting current, temperature detecting means for detecting whether or not the temperature of the electromagnet is equal to or higher than a predetermined temperature, and temperature detecting means for detecting that the temperature of the electromagnet is equal to or higher than the predetermined temperature. In this case, the magnetic bearing is provided with current limiting means for limiting the exciting current amplified by the exciting current amplifying means to a predetermined current value or less.

【0007】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
磁気軸受において、前記温度検出手段が、例えば、サー
ミスタや測温抵抗体等の感熱センサを用いて前記電磁石
の温度が前記所定温度以上であるか否かを検出すること
で前記目的を達成する。請求項3記載の発明では、ロー
タを磁気浮上させる電磁石と、前記ロータの位置を検出
する位置検出手段と、この位置検出手段の検出値に基づ
いて前記電磁石の励磁電流を増幅する励磁電流増幅手段
と、前記電磁石への印加電圧が所定時間連続して所定の
電圧値以上であるときに前記励磁電流増幅手段によって
増幅される励磁電流を所定電流値以下に制限する電流制
限手段とを磁気軸受に具備させて前記目的を達成する。
According to a second aspect of the present invention, in the magnetic bearing according to the first aspect, the temperature detecting means uses, for example, a thermal sensor such as a thermistor or a resistance temperature detector, and the temperature of the electromagnet is equal to or higher than the predetermined temperature. The above-mentioned object is achieved by detecting whether or not In the invention according to claim 3, an electromagnet for magnetically levitating the rotor, a position detecting means for detecting the position of the rotor, and an exciting current amplifying means for amplifying an exciting current of the electromagnet based on a detection value of the position detecting means. And a current limiting means for limiting the exciting current amplified by the exciting current amplifying means to a predetermined current value or less when the voltage applied to the electromagnet is continuously a predetermined voltage value or more for a predetermined time, in a magnetic bearing. In order to achieve the above purpose.

【0008】請求項4記載の発明では、ロータを磁気浮
上させる電磁石と、前記ロータの位置を検出する位置検
出手段と、この位置検出手段の検出値に基づいて前記電
磁石の励磁電流を増幅する励磁電流増幅手段と、この励
磁電流増幅手段によって増幅された励磁電流が、所定時
間連続して所定の電流値以上であるときに、前記励磁電
流を所定電流値以下に制限する電流制限手段とを磁気軸
受に具備させて前記目的を達成する。
According to a fourth aspect of the present invention, an electromagnet for magnetically levitating the rotor, a position detecting means for detecting the position of the rotor, and an excitation for amplifying an exciting current of the electromagnet based on a detection value of the position detecting means. The current amplifying means and the current limiting means for limiting the exciting current to a predetermined current value or less when the exciting current amplified by the exciting current amplifying means is continuously a predetermined current value or more for a predetermined time continuously. It is provided in a bearing to achieve the above object.

【0009】請求項5記載の発明では、請求項3又は4
記載の磁気軸受において、前記所定の電圧値と前記所定
の電流値が、前記電磁石におけるコイルの線径によって
それぞれ決定されることで前記目的を達成する。
According to the invention of claim 5, claim 3 or 4
In the magnetic bearing described above, the above-described object is achieved by the predetermined voltage value and the predetermined current value being respectively determined by the wire diameter of the coil in the electromagnet.

【0010】[0010]

【作用】請求項1記載の磁気軸受では、励磁電流増幅手
段が、位置検出手段の検出値に基づいて前記電磁石の励
磁電流を増幅することで、ロータが磁気浮上される。電
流制限手段は、温度検出手段で前記電磁石の温度が前記
所定温度以上であると検出された場合に前記励磁電流増
幅手段によって増幅される励磁電流を所定電流値以下に
制限する。
In the magnetic bearing of the first aspect, the exciting current amplifying means amplifies the exciting current of the electromagnet based on the detection value of the position detecting means, so that the rotor is magnetically levitated. The current limiting means limits the exciting current amplified by the exciting current amplifying means to a predetermined current value or less when the temperature detecting means detects that the temperature of the electromagnet is equal to or higher than the predetermined temperature.

【0011】請求項2記載の磁気軸受では、前記温度検
出手段が、例えば、サーミスタや測温抵抗体等の感熱セ
ンサを用いて前記電磁石の温度が前記所定温度以上であ
るか否かを検出する。請求項3記載の磁気軸受では、励
磁電流増幅手段が、位置検出手段の検出値に基づいて前
記電磁石の励磁電流を増幅することで、ロータが磁気浮
上される。電流制限手段は、前記電磁石への印加電圧が
所定時間連続して所定の電圧値以上であるときに前記励
磁電流増幅手段によって増幅される励磁電流を所定電流
値以下に制限する。
According to another aspect of the magnetic bearing of the present invention, the temperature detecting means detects whether or not the temperature of the electromagnet is equal to or higher than the predetermined temperature by using a thermal sensor such as a thermistor or a resistance temperature detector. . In the magnetic bearing of the third aspect, the exciting current amplifying means amplifies the exciting current of the electromagnet based on the detection value of the position detecting means, so that the rotor is magnetically levitated. The current limiting means limits the exciting current amplified by the exciting current amplifying means to a predetermined current value or less when the voltage applied to the electromagnet is continuously a predetermined voltage value or more for a predetermined time.

【0012】請求項4記載の磁気軸受では、励磁電流増
幅手段が、位置検出手段の検出値に基づいて前記電磁石
の励磁電流を増幅することで、ロータが磁気浮上され
る。電流制限手段は、励磁電流増幅手段によって増幅さ
れた励磁電流が、所定時間連続して所定の電流値以上で
あるときに、前記励磁電流を所定電流値以下に制限す
る。
According to another aspect of the magnetic bearing of the present invention, the exciting current amplifying means amplifies the exciting current of the electromagnet based on the detection value of the position detecting means, so that the rotor is magnetically levitated. The current limiting means limits the exciting current to a predetermined current value or less when the exciting current amplified by the exciting current amplifying means is continuously above a predetermined current value for a predetermined time.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の磁気軸受における各実施例を
図1から図6を参照して詳細に説明する。図1は、第1
の実施例による磁気軸受10の機械構成の一部を表した
ものである。
Embodiments of the magnetic bearing of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 6. Figure 1
2 shows a part of the mechanical structure of the magnetic bearing 10 according to the embodiment of FIG.

【0014】この図に示すように、磁気軸受10では、
ロータ12を挟んで電磁石14a、14b、及び電磁石
16a、16bがそれぞれ配設されている。また、これ
ら電磁石14a、14b、16a、16bと同様に、ロ
ータ12の径方向の位置を検出する位置センサ20a、
20b、22a、22bがそれぞれ配設されている。
As shown in this figure, in the magnetic bearing 10,
Electromagnets 14a and 14b and electromagnets 16a and 16b are arranged with the rotor 12 interposed therebetween. Further, similarly to the electromagnets 14a, 14b, 16a, 16b, a position sensor 20a for detecting the radial position of the rotor 12,
20b, 22a, 22b are arranged respectively.

【0015】電磁石14a、14b、16a、16b
は、それぞれ、コイル24a、24b、及び26a、2
6bが通電されることで、ロータ12に対し磁気的吸引
力を働かせ、吸引力が釣り合う位置にロータ12を磁気
浮上させる。電磁石14a、14b、及び電磁石16
a、16bの電流は、それぞれ位置センサ20a、20
b、及び位置センサ22a、22bの検出信号に応じて
フィードバック制御され、この電流制御によってロータ
12の浮上位置が所定の位置に保持される。
Electromagnets 14a, 14b, 16a, 16b
Are coils 24a, 24b and 26a, 2 respectively.
When 6b is energized, a magnetic attraction force is exerted on the rotor 12, and the rotor 12 is magnetically levitated at a position where the attraction force is balanced. Electromagnets 14a, 14b and electromagnet 16
The currents of a and 16b are the position sensors 20a and 20b, respectively.
Feedback control is performed according to b and the detection signals of the position sensors 22a and 22b, and the floating position of the rotor 12 is held at a predetermined position by this current control.

【0016】電磁石14a、14b、16a、16bの
電流制御は、各軸毎、すなわち、電磁石14aと14
b、及び電磁石16aと16bとで独立して行われ、磁
気軸受10は、この電流制御のための制御回路を各軸毎
に備えている。各軸の制御回路は同様の構成を有するの
で、以下、電磁石14a、14bの制御回路を代表して
説明する。
The current control of the electromagnets 14a, 14b, 16a, 16b is performed for each axis, that is, the electromagnets 14a and 14b.
b and the electromagnets 16a and 16b are independently performed, and the magnetic bearing 10 is provided with a control circuit for this current control for each axis. Since the control circuit for each axis has the same configuration, the control circuit for the electromagnets 14a and 14b will be described below as a representative.

【0017】図2は、磁気軸受10の制御系の一部を表
したものである。電磁石14a、14bの制御回路30
は、位置センサ20a、20bの検出信号からロータ1
2の位置を示す位置信号を生成する位置検出回路32
と、この位置検出回路32の位置信号に基づいて比例動
作、積分動作及び微分動作等の演算処理を行いロータ1
2の変位に対応した所定の制御電圧を発生するPID制
御回路34とを備えている。
FIG. 2 shows a part of the control system of the magnetic bearing 10. Control circuit 30 for electromagnets 14a and 14b
Is the rotor 1 from the detection signals of the position sensors 20a and 20b.
Position detection circuit 32 for generating a position signal indicating the position of 2
And based on the position signal from the position detection circuit 32, the rotor 1 performs the arithmetic processing such as proportional operation, integral operation, and differential operation.
And a PID control circuit 34 that generates a predetermined control voltage corresponding to the displacement of 2.

【0018】PID制御回路34は、発生した制御電圧
をリミッタ回路36を介して、電力増幅器としてのオペ
アンプ38の非反転入力端子に印加するようになってい
る。オペアンプ38の出力端子は、コレクタ側が電磁石
14aのコイル24aに接続されたトランジスタ39の
ベースに接続されており、PID制御回路34からの制
御電圧に応じてコイル24aの電流が制御されるように
なっている。なお、図示しないが、リミッタ回路36に
は、コイル24bの電流をPID制御回路34からの制
御電圧に応じて増幅する同様の増幅器が接続されてい
る。
The PID control circuit 34 applies the generated control voltage to a non-inverting input terminal of an operational amplifier 38 as a power amplifier via a limiter circuit 36. The output terminal of the operational amplifier 38 is connected to the base of a transistor 39 whose collector side is connected to the coil 24a of the electromagnet 14a, and the current of the coil 24a is controlled according to the control voltage from the PID control circuit 34. ing. Although not shown, a similar amplifier that amplifies the current of the coil 24b according to the control voltage from the PID control circuit 34 is connected to the limiter circuit 36.

【0019】トランジスタ39のエミッタ側は、抵抗R
を介して接地されると共に、オペアンプ38の反転入力
端子とコンパレータ40の反転入力端子とに接続されて
いる。コンパレータ40の非反転入力端子には、電源4
2によって基準電圧が印加されている。コンパレータ4
0は、この電源42の基準電圧とトランジスタ39のエ
ミッタ側電圧とを比較して、エミッタ電圧が基準電圧を
越えたときにタイマ44の動作を開始させるようになっ
ている。
A resistor R is provided on the emitter side of the transistor 39.
It is grounded through and is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 38 and the inverting input terminal of the comparator 40. The power supply 4 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 40.
2, the reference voltage is applied. Comparator 4
0 compares the reference voltage of the power supply 42 with the emitter-side voltage of the transistor 39, and starts the operation of the timer 44 when the emitter voltage exceeds the reference voltage.

【0020】電源42の基準電圧は、例えば、連続的に
通電可能な最大電流Irの1/2(規定電流)がコイル
24aに通電された時のエミッタ側電圧と同じ値に設定
されている。タイマ44は、コンパレータ40での比較
の結果、トランジスタ39のエミッタ側の電圧が電源4
2の電圧より大きいことを示す信号が一定時間連続して
供給された場合に、リミッタ回路36を作動させるON
信号を供給するようになっている。タイマ44の計測時
間trは、通電直後の電流の安定時間や運転時の大外乱
の制振時間に対し十分長い時間とする。例えば、1秒や
2秒、あるいは、10秒等に設定する。
The reference voltage of the power supply 42 is set to, for example, the same value as the emitter-side voltage when 1/2 (specified current) of the maximum current Ir that can be continuously supplied is supplied to the coil 24a. As a result of the comparison by the comparator 40, the timer 44 determines that the voltage on the emitter side of the transistor 39 is the power
When a signal indicating that the voltage is larger than the voltage of 2 is continuously supplied for a certain period of time, the limiter circuit 36 is turned on.
It is designed to supply signals. The measurement time tr of the timer 44 is set to be sufficiently longer than the stabilization time of the current immediately after energization and the damping time of large disturbance during operation. For example, it is set to 1 second, 2 seconds, or 10 seconds.

【0021】リミッタ回路36は、タイマ44からON
信号が供給されることで、PID制御回路34からの制
御電圧を強制的に一定の電圧にするようになっている。
従って、トランジスタ39のベースには、一定の電圧が
印加され、この印加電圧に応じて増幅されるコイル24
aの電流も所定電流値まで下げられる。なお、リミッタ
回路36としては、例えば、ツェナダイオードを使用す
る。
The limiter circuit 36 is turned on by the timer 44.
By supplying the signal, the control voltage from the PID control circuit 34 is forcibly set to a constant voltage.
Therefore, a constant voltage is applied to the base of the transistor 39, and the coil 24 is amplified according to the applied voltage.
The current of a is also reduced to a predetermined current value. A Zener diode, for example, is used as the limiter circuit 36.

【0022】図3は、PID制御回路34からの制御電
圧と、コイル24aに供給される電流との関係を表した
ものである。リミッタ回路36が作動していないときに
は、図3において線aで示すようにコイル24aに供給
される電流Iが、PID制御回路34からの制御電圧V
に比例して最大電流Imax まで増幅される。電流Imax
は、ロータ12の位置制御に必要な最大電流である。
FIG. 3 shows the relationship between the control voltage from the PID control circuit 34 and the current supplied to the coil 24a. When the limiter circuit 36 is not operating, the current I supplied to the coil 24a as shown by the line a in FIG. 3 is controlled by the control voltage V from the PID control circuit 34.
Is amplified in proportion to the maximum current Imax. Current Imax
Is the maximum current required to control the position of the rotor 12.

【0023】一方、リミッタ回路36が作動していると
きには、PID制御回路34から大きな制御電圧が供給
されても、コイル24aの電流Iは、図3の線bで示す
ように、所定の電流Ia以上にはならず一定となる。な
お、本実施例では、リミッタ回路36によって降下され
る制御電圧の値が、Ia=(1/2)・Imax となるよ
うに設定されているが、Ia=(2/3)・Imax やI
a=(1/3)・Imax としてもよい。
On the other hand, when the limiter circuit 36 is operating, even if a large control voltage is supplied from the PID control circuit 34, the current I of the coil 24a is the predetermined current Ia as shown by the line b in FIG. It does not exceed the above and is constant. In this embodiment, the value of the control voltage dropped by the limiter circuit 36 is set to be Ia = (1/2) .Imax, but Ia = (2/3) .Imax or Ia
It may be a = (1/3) · Imax.

【0024】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。ロータ12が磁気軸受10によって
磁気浮上されると共に図示しないモータによって回転し
ているとき、何らかの原因でロータ12が振れると、こ
の振れは位置センサ20a、20b、22a、22bで
検出される。
Next, the operation of the embodiment thus constructed will be described. When the rotor 12 is magnetically levitated by the magnetic bearing 10 and is being rotated by a motor (not shown), if the rotor 12 shakes for some reason, this shake is detected by the position sensors 20a, 20b, 22a, 22b.

【0025】制御回路30は、この位置センサ20a、
20b、22a、22bで検出されたロータ12の振れ
に対応して、所定の励磁電流を電磁石14a、14b、
16a、16bに供給することで、発生したロータ12
の振れを抑制する。例えば、制御回路30では、位置検
出回路32からPID制御回路34に、ロータ12の変
位量を示す信号が供給され、PID制御回路34が、P
ID動作等を行うことでロータ12の変位量に対応した
制御電圧をリミッタ回路36を介してオペアンプ38の
非反転入力側に印加する。オペアンプ38は、反転入力
に入力されているコイル24aの電圧とPID制御回路
34からの制御電圧との差に応じた電圧をトランジスタ
39に印加することで、コイル24aの電流をロータ1
2の振れを抑制する値にする。
The control circuit 30 controls the position sensor 20a,
Corresponding to the shake of the rotor 12 detected by 20b, 22a, 22b, a predetermined exciting current is applied to the electromagnets 14a, 14b,
16a, 16b, the generated rotor 12
Suppress the shake of. For example, in the control circuit 30, a signal indicating the displacement amount of the rotor 12 is supplied from the position detection circuit 32 to the PID control circuit 34, and the PID control circuit 34 causes the PID control circuit 34 to output P
By performing the ID operation or the like, a control voltage corresponding to the displacement amount of the rotor 12 is applied to the non-inverting input side of the operational amplifier 38 via the limiter circuit 36. The operational amplifier 38 applies a voltage corresponding to the difference between the voltage of the coil 24a input to the inverting input and the control voltage from the PID control circuit 34 to the transistor 39, so that the current of the coil 24a is applied to the rotor 1.
A value that suppresses the shake of 2 is set.

【0026】通常、このようなロータ12の振れに対応
した電流制御では、ロータ12の振れが急速に減衰する
ため、規定電力Ir以上の大電流は極僅かの間しか通電
されない。但し、ロータ12の振れが、外乱による一時
的なものではなく、回転系自体に発生している異常に起
因している場合、制御回路30等による制御で、大電流
が連続的にコイル24a、24b、26a、26bに流
れることがある。
Normally, in the current control corresponding to the shake of the rotor 12, the shake of the rotor 12 is rapidly attenuated, so that a large current equal to or higher than the specified power Ir is supplied only for a very short time. However, when the runout of the rotor 12 is not a temporary one caused by a disturbance but an abnormality occurring in the rotating system itself, a large current is continuously supplied to the coil 24a by the control of the control circuit 30 or the like. It may flow to 24b, 26a, 26b.

【0027】例えば、磁気軸受を用いたターボ分子ポン
プ等では、回転翼に堆積物が付着することによってロー
タにアンバランスが生じ、このアンバランスを打ち消す
ため、磁気軸受の電磁石に大電流が連続的に流れること
がある。図4は、このような場合の励磁電流の変化の一
例を表したものである。
For example, in a turbo molecular pump or the like using a magnetic bearing, deposits on the rotor blade cause imbalance in the rotor, and in order to cancel this imbalance, a large current is continuously applied to the electromagnet of the magnetic bearing. May flow to. FIG. 4 shows an example of changes in the exciting current in such a case.

【0028】トランジスタ39のエミッタ側の電圧は、
コイル24aの電流と比例関係にあるので、コイル24
aに大電流が流れると、これは電圧上昇としてコンパレ
ータ40の反転入力に印加される。そして、電源42の
基準電圧より電圧が上昇した場合、コンパレータ40
は、コイル24aの電流Iが規定電流Ir以上になった
ことを示す信号をタイマ44に供給する。
The voltage on the emitter side of the transistor 39 is
Since the current is proportional to the current of the coil 24a, the coil 24a
When a large current flows through a, this is applied to the inverting input of the comparator 40 as a voltage increase. When the voltage rises above the reference voltage of the power supply 42, the comparator 40
Supplies to the timer 44 a signal indicating that the current I of the coil 24a has become equal to or greater than the specified current Ir.

【0029】タイマ44は、このコンパレータ40から
の信号を、時間tr以上連続して受信すると、リミッタ
回路36にON信号を供給する。リミッタ回路36は、
このON信号によって、PID制御回路34からの制御
電圧を所定の電圧に降下させる。これにより、オペアン
プ38の出力側の電圧も所定電圧まで降下し、コイルの
電流がIaとなる。この電流Iaは、規定電流Irと等
しい電流値でもよい。
The timer 44 supplies an ON signal to the limiter circuit 36 when the signal from the comparator 40 is continuously received for a time tr or more. The limiter circuit 36 is
The ON signal causes the control voltage from the PID control circuit 34 to drop to a predetermined voltage. As a result, the voltage on the output side of the operational amplifier 38 also drops to a predetermined voltage, and the coil current becomes Ia. This current Ia may have a current value equal to the specified current Ir.

【0030】なお、図4に示すような連続的な大電流の
通電は、通常、回転系自体に発生している異常に起因し
ているので、その回転系が設けられた装置、例えばター
ボ分子ポンプにおいては、装置の運転が自動的に停止さ
れるようになっている。従って、励磁電流の低下による
磁気軸受の剛性低下は、問題とならない。
Since the continuous energization of a large current as shown in FIG. 4 is usually caused by an abnormality occurring in the rotary system itself, a device provided with the rotary system, for example, a turbo molecule. In the pump, the operation of the device is automatically stopped. Therefore, the decrease in the rigidity of the magnetic bearing due to the decrease in the exciting current is not a problem.

【0031】次に、第2の実施例について説明する。な
お、第1の実施例と同様の構成については同一の符号を
付し、その詳細な説明は適宜省略することとする。図5
は、第2の実施例による磁気軸受の制御系を表したもの
である。本実施例による磁気軸受の制御回路50では、
リミッタ回路36にオペアンプ54の出力側が接続され
ている。このオペアンプ54の非反転入力端子は、電源
56に接続され、反転入力端子は、コイル24aの温度
を検出する温度検出器58に接続されている。温度検出
器58は、例えば、サーミスタ、あるいは測温抵抗体等
で構成され、コイル24aの温度に対応した電圧をオペ
アンプ54に供給するようになっている。
Next, the second embodiment will be described. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be appropriately omitted. Figure 5
Shows the control system of the magnetic bearing according to the second embodiment. In the magnetic bearing control circuit 50 according to the present embodiment,
The output side of the operational amplifier 54 is connected to the limiter circuit 36. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 54 is connected to the power supply 56, and the inverting input terminal is connected to the temperature detector 58 that detects the temperature of the coil 24a. The temperature detector 58 is composed of, for example, a thermistor, a resistance temperature detector, or the like, and supplies a voltage corresponding to the temperature of the coil 24a to the operational amplifier 54.

【0032】オペアンプ54は、温度検出器58からの
電圧と電源56からの基準電圧とを比較して、比較結果
としての信号をリミッタ回路36に供給するようになっ
ている。電源56の電圧は、コイル24aが耐熱可能な
最大温度(最大許容温度)となったときに温度検出器5
8から供給される電圧と等しい値に設定されている。従
って、オペアンプ54は、コイル24aの温度を所定の
最大許容温度と比較するようになっている。
The operational amplifier 54 compares the voltage from the temperature detector 58 with the reference voltage from the power source 56 and supplies a signal as a comparison result to the limiter circuit 36. When the voltage of the power supply 56 reaches the maximum temperature (maximum allowable temperature) at which the coil 24a can withstand heat, the temperature detector 5
It is set to a value equal to the voltage supplied from 8. Therefore, the operational amplifier 54 is adapted to compare the temperature of the coil 24a with a predetermined maximum allowable temperature.

【0033】リミッタ回路36は、オペアンプ54での
比較の結果、温度検出器58からの電圧が電源56の基
準電圧より大きくなったことを示す信号、すなわち、コ
イル24aの温度が最大許容温度より大きくなったこと
を示す信号が供給されることで、第1の実施例と同様に
PID制御回路34からの制御電圧を一定電圧に下げる
ようになっている。
The limiter circuit 36 outputs a signal indicating that the voltage from the temperature detector 58 has become higher than the reference voltage of the power supply 56 as a result of comparison by the operational amplifier 54, that is, the temperature of the coil 24a is higher than the maximum allowable temperature. By supplying a signal indicating that the control voltage has been reached, the control voltage from the PID control circuit 34 is lowered to a constant voltage as in the first embodiment.

【0034】他の構成、作用は第1の実施例と同様であ
る。なお、リミッタ回路36は、本実施例では電磁石の
温度に応じて、第1の実施例では電磁石の電圧値に応じ
て作動するようになっていたが、温度と電圧のいずれか
一方が異常状態となったときに、作動するようにしても
よい。例えば、図6に示すように、第2の実施例におけ
る温度検出器58やオペアンプ54等と、第1の実施例
におけるコンパレータ40やタイマ44等を共に設け、
オペアンプ54とタイマ44とをOR回路60を介して
リミッタ回路36に接続することで、温度と電圧のいず
れか一方が異常状態となったときに、リミッタ回路36
が作動するようにする。
The other structure and operation are similar to those of the first embodiment. The limiter circuit 36 operates according to the temperature of the electromagnet in the present embodiment and according to the voltage value of the electromagnet in the first embodiment, but either one of the temperature and the voltage is in an abnormal state. When it becomes, it may be made to operate. For example, as shown in FIG. 6, the temperature detector 58, the operational amplifier 54, etc. in the second embodiment, the comparator 40, the timer 44, etc. in the first embodiment are both provided.
By connecting the operational amplifier 54 and the timer 44 to the limiter circuit 36 via the OR circuit 60, the limiter circuit 36 is operated when either one of the temperature and the voltage becomes abnormal.
To work.

【0035】また、ターボ分子ポンプ等では、モータの
加熱を防ぐため、モータコイル付近にサーミスタ等の温
度センサが取り付けられている場合がある。従って、こ
のようなターボ分子ポンプに本実施例の磁気軸受を使用
した場合には、温度検出器58として、モータ用に既設
された温度センサを使用してもよい。但し、磁気軸受の
電磁石の位置と、モータ用の温度センサの取付け位置と
が離れている場合には、両者間の熱伝達比に基づいた相
関データから電磁石の温度を算出するようにする。
In a turbo molecular pump or the like, a temperature sensor such as a thermistor may be attached near the motor coil in order to prevent heating of the motor. Therefore, when the magnetic bearing of the present embodiment is used for such a turbo molecular pump, an existing temperature sensor for a motor may be used as the temperature detector 58. However, when the position of the electromagnet of the magnetic bearing is far from the mounting position of the temperature sensor for the motor, the temperature of the electromagnet is calculated from the correlation data based on the heat transfer ratio between the two.

【0036】以上説明したように、各実施例では、コイ
ルの電流や温度に応じて、コイルの電流値を強制的に一
定電流値以下にするようになっているので、従来のよう
に最大電流Imax を連続的に通電したときを基準にコイ
ルの線径を設定しなくてよい。すなわち、最大電流Ima
x より小さい電流Iaを連続的に通電したときを基準に
コイルの線径を設定することができる。従って、同じ剛
性を持つ磁気軸受においては、従来よりコイルの線径を
小さくすることができ、電磁石を小型化することができ
る。
As described above, in each embodiment, the current value of the coil is forcibly made to be equal to or less than the constant current value according to the current and temperature of the coil. It is not necessary to set the wire diameter of the coil on the basis of the time when Imax is continuously energized. That is, the maximum current Ima
The wire diameter of the coil can be set with reference to the case where a current Ia smaller than x is continuously applied. Therefore, in the magnetic bearing having the same rigidity, the wire diameter of the coil can be made smaller than in the conventional case, and the electromagnet can be made compact.

【0037】また、従来と同径のコイルを用いた場合に
は、連続通電可能な電流Iaを大きく取ることができる
ので、従来より大きい出力を得ることができる。以上の
各実施例では、リミッタ回路36にツェナダイオードを
用いることで、非常に簡易な回路によって制御回路3
0、50を構成したので、従来の磁気軸受の制御回路に
対して設計の変更箇所も少なく、製造コストの上昇を低
く抑えることができる。
When a coil having the same diameter as that of the conventional one is used, a large current Ia that can be continuously energized can be obtained, so that an output larger than that of the conventional one can be obtained. In each of the embodiments described above, the Zener diode is used for the limiter circuit 36, so that the control circuit 3 can be formed by a very simple circuit.
Since 0 and 50 are configured, there are few design changes in the conventional magnetic bearing control circuit, and an increase in manufacturing cost can be suppressed.

【0038】なお、以上の各実施例では、トランジスタ
39のエミッタ側電圧を用いてコイル24aの電流Iが
規定電流Ir以上であるか否かを検出するようにしてい
たが、電流Iを直接測定することで、規定電流Ir以上
か否かを検出してもよい。
In each of the above embodiments, the voltage on the emitter side of the transistor 39 is used to detect whether or not the current I of the coil 24a is greater than or equal to the specified current Ir, but the current I is directly measured. By doing so, it may be detected whether or not the current is equal to or higher than the specified current Ir.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明の磁気軸受によれば、電磁石を小
型にすることができる。
According to the magnetic bearing of the present invention, the size of the electromagnet can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による磁気軸受の機械構成の
一部を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a part of a mechanical configuration of a magnetic bearing according to an embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例による磁気軸受の制御系の一部を
示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a part of a control system of the magnetic bearing according to the first embodiment.

【図3】制御電圧と励磁電流との関係を示した図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a control voltage and an exciting current.

【図4】電磁石の励磁電流の時間変化を示した図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a change with time of an exciting current of an electromagnet.

【図5】本発明の第2の実施例による磁気軸受の制御系
の一部を示したブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a part of a control system of a magnetic bearing according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例による磁気軸受を示したブ
ロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a magnetic bearing according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 磁気軸受 12 ロータ 14a、14b、16a、16b 電磁石 20a、20b、22a、22b 位置センサ 24a、24b、26a、26b コイル 30、50 制御回路 32 位置検出回路 34 PID制御回路 36 リミッタ回路 38、54 オペアンプ 39 トランジスタ 40 コンパレータ 42、56 電源 44 タイマ 58 温度検出器 60 OR回路 R 抵抗 10 magnetic bearing 12 rotor 14a, 14b, 16a, 16b electromagnet 20a, 20b, 22a, 22b position sensor 24a, 24b, 26a, 26b coil 30, 50 control circuit 32 position detection circuit 34 PID control circuit 36 limiter circuit 38, 54 operational amplifier 39 Transistor 40 Comparator 42, 56 Power Supply 44 Timer 58 Temperature Detector 60 OR Circuit R Resistance

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロータを磁気浮上させる電磁石と、 前記ロータの位置を検出する位置検出手段と、 この位置検出手段の検出値に基づいて、前記電磁石の励
磁電流を増幅する励磁電流増幅手段と、 前記電磁石の温度が所定温度以上であるか否かを検出す
る温度検出手段と、 この温度検出手段で前記電磁石の温度が前記所定温度以
上であると検出された場合に、前記励磁電流増幅手段に
よって増幅される励磁電流を所定電流値以下に制限する
電流制限手段とを具備することを特徴とする磁気軸受。
1. An electromagnet for magnetically levitating a rotor, a position detecting means for detecting the position of the rotor, and an exciting current amplifying means for amplifying an exciting current of the electromagnet based on a detection value of the position detecting means. Temperature detecting means for detecting whether or not the temperature of the electromagnet is equal to or higher than a predetermined temperature; and when the temperature detecting means detects that the temperature of the electromagnet is equal to or higher than the predetermined temperature, the exciting current amplifying means A magnetic bearing, comprising: current limiting means for limiting the amplified exciting current to a predetermined current value or less.
【請求項2】 前記温度検出手段は、感熱センサを用い
て、前記電磁石の温度が前記所定温度以上であるか否か
を検出することを特徴とする請求項1記載の磁気軸受。
2. The magnetic bearing according to claim 1, wherein the temperature detecting means detects whether or not the temperature of the electromagnet is equal to or higher than the predetermined temperature by using a heat sensitive sensor.
【請求項3】 ロータを磁気浮上させる電磁石と、 前記ロータの位置を検出する位置検出手段と、 この位置検出手段の検出値に基づいて、前記電磁石の励
磁電流を増幅する励磁電流増幅手段と、 前記電磁石への印加電圧が所定時間連続して所定の電圧
値以上であるときに、前記励磁電流増幅手段によって増
幅される励磁電流を所定電流値以下に制限する電流制限
手段とを具備することを特徴とする磁気軸受。
3. An electromagnet for magnetically levitating the rotor, a position detecting means for detecting the position of the rotor, and an exciting current amplifying means for amplifying an exciting current of the electromagnet based on a detection value of the position detecting means. Current limiting means for limiting the exciting current amplified by the exciting current amplifying means to a predetermined current value or less when the voltage applied to the electromagnet is continuously a predetermined voltage value or more for a predetermined time. Characteristic magnetic bearing.
【請求項4】 ロータを磁気浮上させる電磁石と、 前記ロータの位置を検出する位置検出手段と、 この位置検出手段の検出値に基づいて、前記電磁石の励
磁電流を増幅する励磁電流増幅手段と、 この励磁電流増幅手段によって増幅された励磁電流が、
所定時間連続して所定の電流値以上であるときに、前記
励磁電流を所定電流値以下に制限する電流制限手段とを
具備することを特徴とする磁気軸受。
4. An electromagnet for magnetically levitating the rotor, a position detecting means for detecting the position of the rotor, and an exciting current amplifying means for amplifying an exciting current of the electromagnet based on a detection value of the position detecting means. The exciting current amplified by this exciting current amplifying means is
A magnetic bearing, comprising: current limiting means for limiting the exciting current to a predetermined current value or less when the current value is continuously a predetermined current value or more for a predetermined time.
【請求項5】 前記所定の電圧値と、前記所定の電流値
は、前記電磁石におけるコイルの線径によってそれぞれ
決定されることを特徴とする請求項3又は4記載の磁気
軸受。
5. The magnetic bearing according to claim 3, wherein the predetermined voltage value and the predetermined current value are respectively determined by a wire diameter of a coil in the electromagnet.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010012366A3 (en) * 2008-08-01 2010-07-22 Thyssenkrupp Transrapid Gmbh Magnetic bearing and method for operation thereof
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