JPH11166531A - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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Publication number
JPH11166531A
JPH11166531A JP9331488A JP33148897A JPH11166531A JP H11166531 A JPH11166531 A JP H11166531A JP 9331488 A JP9331488 A JP 9331488A JP 33148897 A JP33148897 A JP 33148897A JP H11166531 A JPH11166531 A JP H11166531A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic bearing
rotating body
bearing device
dsp
signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP9331488A
Other languages
English (en)
Inventor
Manabu Taniguchi
学 谷口
Hirotomo Kamiyama
拓知 上山
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.)
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Koyo Seiko Co Ltd filed Critical Koyo Seiko Co Ltd
Priority to JP9331488A priority Critical patent/JPH11166531A/ja
Publication of JPH11166531A publication Critical patent/JPH11166531A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Landscapes

  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自己診断を簡単に行うことができる安定性、
信頼性の高い磁気軸受装置を提供する。 【解決手段】 磁気軸受装置は、回転体の位置を検出す
るための複数の位置センサ23および回転体を磁気的に非
接触支持する複数組の磁気軸受6、7、8を有する機械
本体1と、位置センサ23の出力に基づいて磁気軸受6、
7、8を制御するDSP(ディジタル信号処理プロセッ
サ)18を有するコントローラ2とを備えている。DSP
18のメモリ19に、DSP18の入力信号あるいは出力信号
に加算される正弦波信号のデータを記憶した正弦波信号
テーブル31が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、たとえばターボ
分子ポンプなどに使用され、回転体を磁気軸受により磁
気的に非接触支持して回転させる磁気軸受装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】この種の磁気軸受装置は、回転体の位置
を検出するための複数の位置センサおよび回転体を磁気
的に非接触支持する複数組の磁気軸受を有する機械本体
と、位置センサの出力に基づいて磁気軸受を制御するコ
ントローラとを備えている。
【0003】磁気軸受装置において、回転体を安定良く
回転させるためには、磁気軸受を最適に制御することが
必要であり、とくに周波数に依存した磁気軸受部分の剛
性(動剛性、コンプライアンス)が安定制御のための最
も重要なポイントとなる。そして、磁気軸受装置の安定
性、信頼性を向上させるためには、定期的に自己診断を
行って、磁気軸受の剛性の経時変化などを調べる必要が
ある。
【0004】ところが、従来の磁気軸受装置では、コン
トローラは、アナログPID制御を行うものが主であ
り、入力信号に対する制御信号を出力するだけの機能し
か備えていなかった。このため、磁気軸受装置の自己診
断機能をコントローラに付加することは非常に困難であ
った。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、上
記の問題を解決し、自己診断を簡単に行うことができる
安定性、信頼性の高い磁気軸受装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による磁気軸受装置は、回転体の位置を検出するため
の複数の位置センサおよび前記回転体を磁気的に非接触
支持する複数組の磁気軸受を有する機械本体と、前記位
置センサの出力に基づいて前記磁気軸受を制御するディ
ジタル処理手段を有するコントローラとを備えており、
前記ディジタル処理手段の記憶装置に、前記ディジタル
処理手段の入力信号あるいは出力信号に加算される正弦
波信号のデータを記憶した正弦波信号テーブルが設けら
れていることを特徴とするものである。
【0007】ディジタル処理手段としては、たとえばM
PU(マイクロプロセッサ)、ディジタル信号処理プロ
セッサなどが使用される。ディジタル信号処理プロセッ
サ(Digital Signal Processor)とは、ディジタル信号
を入力してディジタル信号を出力し、ソフトウェアプロ
グラムが可能で、高速実時間処理が可能な専用ハードウ
ェアを指す。なお、以下、これを「DSP」と略すこと
にする。
【0008】ディジタル処理手段の記憶装置には、たと
えばEPROM、フラッシュメモリなどの不揮発メモリ
が使用される。この記憶装置には、正弦波信号テーブル
の他に、たとえば、ディジタル処理手段における処理プ
ログラムなどが格納されている。
【0009】ディジタル処理手段により、記憶装置の正
弦波信号テーブルから読み出したデータに基づく正弦波
信号をディジタル処理手段の入力信号あるいは出力信号
に加算し、そのときのディジタル処理手段の入力信号を
検出することにより、磁気軸受の剛性を測定することが
できる。また、所定の周波数領域において周波数を変え
た正弦波信号を加算するようにすることにより、周波数
特性を得ることができる。そして、このような自己診断
を定期的に行うことにより、磁気軸受の剛性の経時変化
など、磁気軸受装置の状態を監視することが可能にな
る。
【0010】上記のような自己診断は、ディジタル処理
が可能なディジタル処理手段により記憶装置のテーブル
からデータを読み出すことによって行われるので、処理
が非常に簡単である。
【0011】この発明の磁気軸受装置によれば、上述の
ように、自己診断を簡単に行うことができ、したがっ
て、磁気軸受装置の安定性、信頼性を高めることができ
る。
【0012】たとえば、コントローラのディジタル処理
手段に、パソコン(パーソナルコンピュータ)などのコ
ンピュータが接続される。
【0013】このようにすれば、コンピュータからの指
令によって磁気軸受装置の自己診断を行うことができ
る。その場合、たとえば、コンピュータは、周波数領域
を設定して、自己診断を行う指令をディジタル処理手段
に出力する。これにより、ディジタル処理手段は、上記
のような自己診断を行い、その結果をコンピュータに出
力する。そして、コンピュータは、ディジタル処理手段
から出力された自己診断結果から、必要なデータを求
め、必要に応じ、ディスプレイやプリンタなどに出力す
る。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。
【0015】図1は磁気軸受装置の機械的部分の主要部
を示す縦断面図、図2は同横断面図、図3はその電気的
構成の1例を示すブロック図である。
【0016】磁気軸受装置は、機械本体(1)およびコン
トローラ(2)を備えており、コントローラ(2)にパソコン
(3)が接続されている。
【0017】磁気軸受装置は、鉛直円筒状のケーシング
(4)の内側で鉛直軸状の回転体(5)が回転する縦型のもの
である。以下の説明において、回転体(5)の軸方向(鉛
直方向)の制御軸(アキシアル制御軸)をZ軸、Z軸と
直交するとともに互いに直交する2つの径方向(水平方
向)の制御軸(ラジアル制御軸)をX軸およびY軸とす
る。
【0018】機械本体(1)には、回転体(5)を軸方向に非
接触支持する1組のアキシアル磁気軸受(6)、回転体(5)
を径方向に非接触支持する上下2組のラジアル磁気軸受
(7)(8)、回転体(5)の軸方向および径方向の位置を検出
するための位置検出部(9)、回転体(5)を高速回転させる
ためのビルトイン型電動モータ(10)、ならびに回転体
(5)の軸方向および径方向の可動範囲を規制して回転体
(5)を磁気軸受(6)(7)(8)で支持できなくなったときなど
に可動範囲の極限位置において回転体(5)を機械的に支
持する規制手段としての上下2組の保護軸受(11)(12)が
設けられている。
【0019】コントローラ(2)には、センサ回路(13)、
磁気軸受駆動回路(14)、インバータ(15)、DSPボード
(16)およびシリアル通信ボード(17)が設けられ、DSP
ボード(16)には、ディジタル処理手段としてのDSP(1
8)、記憶装置としての不揮発メモリ(19)、A/D変換器
(20)およびD/A変換器(21)が設けられている。コント
ローラ(2)とパソコン(3)は互いに離れた場所に設置さ
れ、DSP(18)とパソコン(3)が通信ボード(17)とケー
ブル(22)を介して接続されている。
【0020】位置検出部(9)は、回転体(5)の軸方向の変
位を位置するための1個のアキシアル位置センサ(23)、
および回転体(5)の径方向の位置を検出するための上下
2組のラジアル位置センサユニット(24)(25)を備えてい
る。
【0021】アキシアル磁気軸受(6)は、回転体(5)の下
部に一体に形成されたフランジ部(5a)をZ軸方向の両側
から挟むように配置された1対のアキシアル電磁石(26
a)(26b)を備えている。アキシアル電磁石は、符号(26)
で総称する。
【0022】アキシアル位置センサ(23)は、回転体(5)
の下端面にZ軸方向の下側から対向するように配置さ
れ、回転体(5)の下端面との距離(空隙)に比例する距
離信号を出力する。
【0023】2組のラジアル磁気軸受(7)(8)は、アキシ
アル磁気軸受(6)の上側において上下方向に所定の間隔
をおいて配置されており、これらの間にモータ(10)が配
置されている。上側のラジアル磁気軸受(7)は、回転体
(5)をX軸方向の両側から挟むように配置された1対の
ラジアル電磁石(27a)(27b)、および回転体(5)をY軸方
向の両側から挟むように配置された1対のラジアル電磁
石(27c)(27d)を備えている。これらのラジアル電磁石
は、符号(27)で総称する。同様に、下側のラジアル電磁
石(8)も、2対のラジアル電磁石(28a)(28b)(28c)(28d)
を備えている。これらのラジアル電磁石も、符号(28)で
総称する。
【0024】上側のラジアル位置センサユニット(24)
は、上側のラジアル磁気軸受(7)の近傍に配置されてお
り、X軸方向の電磁石(27a)(27b)の近傍においてX軸方
向の両側から回転体(5)を挟むように配置された1対の
ラジアル位置センサ(29a)(29b)、Y軸方向の電磁石(27
c)(27d)の近傍においてY軸方向の両側から回転体(5)を
挟むように配置された1対のラジアル位置センサ(29c)
(29d)を備えている。これらのラジアル位置センサは、
符号(29)で総称する。同様に、下側のラジアル位置セン
サユニット(25)は、下側のラジアル磁気軸受(8)の近傍
に配置されており、2対のラジアル位置センサ(30a)(30
b)(30c)(30d)を備えている。これらのラジアル位置セン
サも、符号(30)で総称する。各ラジアル位置センサ(29)
(30)は、回転体(5)の外周面との距離に比例する距離信
号を出力する。
【0025】電磁石(26)(27)(28)および位置センサ(23)
(29)(30)は、ケーシング(4)に固定されている。
【0026】コントローラ(2)のメモリ(19)には、DS
P(18)における処理プログラム、正弦波信号テーブル(3
1)などが格納されている。このテーブル(31)には、DS
P(18)の入力信号あるいは出力信号に加算するための正
弦波信号のデータが記憶されている。
【0027】センサ回路(13)は、位置検出部(9)の各位
置センサ(23)(29)(30)を駆動し、各位置センサ(23)(29)
(30)の出力に基づいて、回転体(5)のZ軸方向の位置、
ならびに上下のラジアル位置センサユニット(24)(25)の
部分におけるX軸方向およびY軸方向の位置を演算し、
その演算結果をA/D変換器(20)を介してDSP(18)に
出力する。
【0028】DSP(18)は、A/D変換器(20)から入力
する回転体(5)の位置の検出値に基づいて、各磁気軸受
(6)(7)(8)の各電磁石(26)(27)(28)に対する電流指令値
をD/A変換器(21)を介して磁気軸受駆動回路(14)に出
力する。そして、駆動回路(14)は、DSP(18)からの電
流指令信号に基づく励磁電流を対応する磁気軸受(6)(7)
(8)の電磁石(26)(27)(28)に供給し、これにより、回転
体(5)が所定の目標位置に非接触支持される。
【0029】DSP(18)は、また、モータ(10)に対する
回転数指令信号をインバータ(15)に出力し、インバータ
(15)は、この信号に基づいて、モータ(10)の回転数を制
御する。そして、その結果、回転体(5)が、磁気軸受(6)
(7)(8)により目標位置に非接触支持された状態で、モー
タ(10)により高速回転させられる。
【0030】上記の磁気軸受装置において、次のよう
に、パソコン(3)からの指令に基づいて、自己診断が行
われる。
【0031】その場合、まず、パソコン(3)は、周波数
領域を設定して、自己診断を行う指令をコントローラ
(2)のDSP(18)に出力する。すると、DSP(18)は、
メモリ(19)のテーブル(31)から正弦波信号のデータを読
み出し、このデータに基づく正弦波信号をDSP(18)の
入力信号あるいは出力信号に加算し、そのときのDSP
(18)の入力信号を検出することにより、磁気軸受(6)(7)
(8)の剛性などを測定する。そして、パソコン(3)から設
定された周波数領域における異なる周波数について上記
のような測定を行うことにより、磁気軸受(6)(7)(8)の
周波数特性を求め、その結果をパソコン(3)に送信す
る。パソコン(3)では、DSP(18)から送信されてきた
自己診断結果から、必要なデータを求め、必要に応じ、
それをディスプレイやプリンタなどに出力する。
【0032】上記実施形態には、回転体(5)が固定部分
であるケーシング(4)の内側で回転するインナロータ型
の磁気軸受装置を示したが、この発明は、回転体が固定
部分の外側で回転するアウタロータ型の磁気軸受装置に
も適用できる。
【0033】また、上記実施形態には、回転体(5)が鉛
直に支持される縦型の磁気軸受装置を示したが、この発
明は、回転体が水平に支持される横型の磁気軸受装置に
も適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の実施形態を示す磁気軸受装
置の機械的部分の主要部の縦断面図である。
【図2】図2は、同横断面図である。
【図3】図3は、同磁気軸受装置の電気的構成の1例を
示すブロック図である。
【符号の説明】
(1) 機械本体 (2) コントローラ (5) 回転体 (6) アキシアル磁気軸受 (7)(8) ラジアル磁気軸受 (9) 位置検出部 (18) ディジタル信号処理プロ
セッサ (19) メモリ (23) アキシアル位置センサ (24)(25) ラジアル位置センサユニ
ット (29a)(29b)(29c)(29d) ラジアル位置センサ (30a)(30b)(30c)(30d) ラジアル位置センサ (31) 正弦波信号テーブル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転体の位置を検出するための複数の位置
    センサおよび前記回転体を磁気的に非接触支持する複数
    組の磁気軸受を有する機械本体と、前記位置センサの出
    力に基づいて前記磁気軸受を制御するディジタル処理手
    段を有するコントローラとを備えており、前記ディジタ
    ル処理手段の記憶装置に、前記ディジタル処理手段の入
    力信号あるいは出力信号に加算される正弦波信号のデー
    タを記憶した正弦波信号テーブルが設けられていること
    を特徴とする磁気軸受装置。
JP9331488A 1997-12-02 1997-12-02 磁気軸受装置 Pending JPH11166531A (ja)

Priority Applications (1)

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JP9331488A JPH11166531A (ja) 1997-12-02 1997-12-02 磁気軸受装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP9331488A JPH11166531A (ja) 1997-12-02 1997-12-02 磁気軸受装置

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JPH11166531A true JPH11166531A (ja) 1999-06-22

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ID=18244211

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9331488A Pending JPH11166531A (ja) 1997-12-02 1997-12-02 磁気軸受装置

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JP (1) JPH11166531A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103573814A (zh) * 2013-10-18 2014-02-12 浙江工业大学 一种混合磁力轴承及控制方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20060131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060403

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060620