JPH11166535A - 磁気軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置センサが経時変化を起こしても簡単に且
つ正確にゲインとオフセットとを調整する。 【解決手段】 演算制御部２６は、電源がオンされる毎
に回転軸をタッチダウンベアリングによる拘束範囲の一
端から他端まで移動させて、センサ３,７,１０の出力の
オフセットを「０」にし、ゲインを最適ゲインよりも所定
値だけ低い規定ゲインにするためのゲイン/オフセット
補正回路１３の補正量を算出する。さらに、正弦波生成
部２３で生成された所定周波数ｆ1,ｆ2,ｆ3の正弦波を
加えた電流を電磁石４,６,９に与えて軸受制御系の伝達
関数を測定し、この伝達関数に基づいて上記規定ゲイン
を最適ゲインに修正するゲイン定数を探索/設定する。
このようにして、電源がオンされる毎に自動的にゲイン
/オフセット調整を行うことによって、位置センサが経
時変化を起こしても簡単に且つ正確にゲインとオフセッ
トとが調整される。

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、回転軸の位置を
検出するセンサの出力が経時変化等によって変動しても
ゲインおよびオフセットを正確に調整可能な磁気軸受装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ポンプの軸受装置として磁気軸受
装置が用いられている。この磁気軸受装置においては、
位置センサによってモータ軸のラジアル方向およびアキ
シャル方向の位置を検出する。そして、上記位置センサ
からの軸位置を表す信号に基づいて、制御部によって、
上記軸の周囲に設けられたラジアル電磁石およびアキシ
ャル電磁石の磁気力を制御して、上記軸の位置が最適位
置になるように制御するようにしている。

【０００３】ところで、上記位置センサの性能のばらつ
きや上記位置センサの取り付け位置誤差等から、上記位
置センサからの出力がポンプ毎に異なるのが常である。
そこで、上記位置センサによる検出回路中にゲインとオ
フセットとを調整する調整部を設けている。そして、ポ
ンプを交換した場合には、この調整部をマニュアル操作
してゲインとオフセットとを調整し、上記位置センサの
出力のばらつきを無くすようにしている。

【０００４】また、最近では、チューニングフリーの磁
気軸受を備えるポンプも出現している。このポンプで
は、ゲインとオフセットとを調整する調整回路およびセ
ンサを内蔵しており、ポンプ組み立て時にゲインとオフ
セットとを調整するのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の磁気軸受装置には以下のような問題がある。すなわ
ち、ポンプ交換時に調整部をマニュアル操作してゲイン
とオフセットとを調整する磁気軸受装置の場合には、ポ
ンプ故障時には、故障したポンプと併せて上記調整部も
交換するか、あるいは、再度調整部をマニュアル操作し
てゲインとオフセットとを調整する必要があり、ポンプ
故障時におけるゲインおよびオフセットの調整が面倒で
あるという問題がある。

【０００６】また、上記チューニングフリーの磁気軸受
装置の場合には、上述したように、ポンプ組み立て時に
内蔵する調整回路によってゲインとオフセットとを調整
するのであるが、検出回路等に経時変化が生じた場合に
は再度調整する必要がある。ところが、この再調整が非
常に困難であるという問題がある。また、上記ターゲッ
トである軸をタッチダウンベアリングの一端から他端ま
で移動させ、その際における上記センサの出力の変化量
を一定にする方法によって上記調整を行う場合には、タ
ーゲットとタッチダウンベアリングとの間隔を精度よく
組み立てる必要がある。もし、ターゲットとタッチダウ
ンベアリングとの間隔が変化すると磁気軸受装置全体の
ゲインが変化することになる。その場合、上記ゲインが
高くなり過ぎると発振等の問題が発生する一方、ゲイン
が低くなると剛性特性劣化してしまう。

【０００７】そこで、この発明の目的は、位置センサが
経時変化を起こしても簡単に且つ正確にゲインとオフセ
ットとを調整できる磁気軸受装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、回転軸の位置を検出して位
置信号を出力する位置検出手段と,上記位置信号のゲイ
ンとオフセットとを補正するゲイン/オフセット補正手
段と,上記回転軸を浮上させる電磁石と,上記ゲイン/オ
フセット補正手段の出力に基づいて上記電磁石の駆動電
流を制御する軸受制御手段と,上記電磁石が非動作状態
の場合に上記回転軸を保持するタッチダウンベアリング
を有する磁気軸受装置において、起動指令を受けて,上
記回転軸を上記タッチダウンベアリングによる拘束範囲
の一端から他端まで移動させる回転軸移動手段と、上記
回転軸が上記一端から他端まで移動する場合の上記ゲイ
ン/オフセット補正手段の出力信号のオフセットが０に
なり,ゲインが最適ゲインより所定値だけ低い規定ゲイ
ンになるように,上記ゲイン/オフセット補正手段の補正
量を設定する補正量設定手段と、複数の周波数での伝達
関数を測定し,その測定結果に基づいて上記規定ゲイン
を最適ゲインに修正するゲイン修正手段を備えたことを
特徴としている。

【０００９】上記構成によれば、起動時に毎に、回転軸
をタッチダウンベアリングによる拘束範囲の一端から他
端まで移動させた際のゲイン/オフセット補正手段の出
力信号のオフセットが０になり、ゲインが最適ゲインよ
りも所定値だけ低い規定ゲインになるように、上記ゲイ
ン/オフセット補正手段の補正量が設定される。こうし
て、経時変化等によって位置検出手段の検出感度が経時
変化しても簡単にゲインとオフセットとが調整される。

【００１０】さらに、複数の周波数での伝達関数を測定
し、この伝達関数に基づいて上記規定ゲインを最適ゲイ
ンに修正することによって、上記タッチダウンベアリン
グと回転軸との間の機械的寸法が多少ばらついた場合で
もゲインおよびオフセットの調整が正確におこなわれ
る。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明の磁気軸受装置において、上記ゲイン修正手段
は、ゲインが上記規定ゲインになるように上記補正量が
設定された上記ゲイン/オフセット補正手段の出力に基
づく上記電磁石の制御信号に,ゲイン定数を乗ずるゲイ
ン定数乗算手段と、上記ゲイン定数乗算手段を制御する
と共に,上記複数の周波数での伝達関数の測定結果に基
づいて,ゲイン/オフセット補正手段の出力信号のゲイン
を上記最適ゲインにするようなゲイン定数を探索するゲ
イン定数探索手段を有することを特徴としている。

【００１２】上記構成によれば、上記ゲイン/オフセッ
ト補正手段の出力信号のゲインを上記最適ゲインにする
ようにゲイン定数が設定されて、上記規定ゲインが容易
に最適ゲインに修正される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の磁気
軸受装置を構成する軸受制御部のブロック図である。ま
た、図２は、本実施の形態の磁気軸受装置の構成図であ
る。先ず、図２に従って、本実施の形態における磁気軸
受装置の概要について説明する。尚、本実施の形態にお
ける磁気軸受装置は、５軸(Ｘ1,Ｘ2,Ｙ1,Ｙ2,Ｚ)の磁気
軸受で構成している。

【００１４】図２において、磁気軸受部を構成するター
ゲットである回転軸１の周囲には、上側から順に、上側
タッチダウンベアリング２,上側ラジアルセンサ３,上側
ラジアル電磁石４,モータコイル５,下側ラジアル電磁石
６,下側ラジアルセンサ７,下側タッチダウンベアリング
８,アキシャル電磁石９及びアキシャルセンサ１０が配
置されている。そして、上側ラジアルセンサ３,下側ラ
ジアルセンサ７及びアキシャルセンサ１０の各センサか
らの信号は、軸受制御部１１に送出される。そうする
と、軸受制御部１１は、上記センサ信号に基づいて回転
軸１を各タッチダウンベアリング２,８の略中央に位置
させるために上側ラジアル電磁石４,下側ラジアル電磁
石６およびアキシャル電磁石９に与える制御電流を求め
る。そして、その求めた制御電流を各電磁石４,６,９に
出力する。

【００１５】ここで、上記タッチダウンベアリング２,
８は何れかの電磁石が動作できない場合に、回転軸１を
支持するベアリングである。尚、上側タッチダウンベア
リング２はＸ1,Ｙ1軸方向に回転軸１を支持し、下側タ
ッチダウンベアリング８はＸ2,Ｙ2,Ｚ軸方向に回転軸１
を支持する。その場合におけるタッチダウンベアリング
２,８による回転軸１の支持は安定して行われる必要が
ある。

【００１６】図１は、上記軸受制御部１１の詳細なブロ
ック図である。この軸受制御部１１は、センサ検出回路
１２,ゲイン/オフセット補正回路１３,減算回路１４,基
準位置電圧発生回路１５,Ａ/Ｄ変換回路１６およびＣＰ
Ｕ(中央演算処理装置)１７で構成されている。また、Ｃ
ＰＵ１７は、Δ変位加算部１８,Δ変位出力部１９,乗算
部２０,ゲイン定数設定部２１,正弦波加算部２２,正弦
波生成部２３,位置制御部２４,電流制御部２５,演算制
御部２６および伝達関数測定用正弦波テーブル２７等の
機能部を有している。

【００１７】上記構成の軸受制御部１１において、通常
運転時には、上記演算制御部２６の制御部の下に、Δ変
位出力部１９は「０」を出力する。また、ゲイン定数設定
部２１は、後に述べるようにして設定された「ゲイン定
数」を出力する。また、正弦波生成部２３は「０」を出力
する。

【００１８】そして、上記上側ラジアルセンサ３,下側
ラジアルセンサ７及びアキシャルセンサ１０の各センサ
からのセンサ信号は、センサ検出回路１２に入力されて
回転軸１のラジアル方向の位置とアキシャル方向の位置
とが得られる。そうすると、ゲイン/オフセット補正回
路１３は、センサ検出回路１２からの各位置を表す位置
信号に対してゲインおよびオフセットを補正し、この補
正後の位置信号を減算回路１４に送出する。

【００１９】上記減算回路１４は、基準位置電圧発生回
路１５からの基準位置に相当する電圧信号とゲイン/オ
フセット補正回路１３からの位置信号との差(つまり、
回転軸１のＸ1,Ｘ2,Ｙ1,Ｙ2,Ｚ軸方向の基準位置からの
ずれ)を求める。そして、この電圧差はＡ/Ｄ変換回路１
６によってディジタル変換されてＣＰＵ１７に送出され
る。そうすると、Δ変位加算部１８によってＡ/Ｄ変換
回路１６からの上記電圧差の値に「０」が加算され、乗算
部２０によって上記「ゲイン定数」が乗算され、正弦波加
算部２２によって「０」が加算されて位置制御部２４に送
出される。そして、位置制御部２４によって、上記電圧
差の値の分だけ回転軸１を変位させるに必要なラジアル
電磁石４,６あるいはアキシャル電磁石９の制御電流値
が算出され、この制御電流値にしたがって、電流制御部
２５によって、ラジアル電磁石４,６あるいはアキシャ
ル電磁石９の制御電流が出力される。

【００２０】尚、上述の回転軸１の位置制御は、先ずＺ
軸方向の位置制御が行われ、続いてＸ1,Ｙ1軸方向の位
置制御とＸ2,Ｙ2軸方向の位置制御とが順次行われる。

【００２１】その結果、上記ゲイン/オフセット補正回
路１３によるゲインおよびオフセットの補正と乗算部２
０で乗じられるゲイン定数とが適切であれば、上記回転
軸１は上記基準位置に保持されることになる。ところ
が、実際には、上側ラジアルセンサ３,下側ラジアルセ
ンサ７およびアキシャルセンサ１０の感度や、各センサ
３,７,１０の取り付け位置や、回転軸１と各タッチダウ
ンベアリング２,８との間隔等の経時変化によって、上
記ゲインおよびオフセットの補正量とゲイン定数とが適
切ではなくなってくる。

【００２２】例えば、上記ゲインの補正が適切でないた
めに、上記ゲイン/オフセット補正回路１３からの出力
が回転軸１の位置に応じた正しい値よりも小さい場合に
は、磁気軸受系全体のゲインも減少し、軸受剛性が小さ
くなってくる。また、逆にゲイン/オフセット補正回路
１３からの出力が正しい値よりも大きい場合には、磁気
軸受系全体のゲインが増加し、場合によっては発振等の
不具合が発生する。また、上記オフセットの補正量が適
切でない場合には、回転軸１の保持位置が基準位置から
ずれてくる。

【００２３】ところで、上記回転軸１の位置と各センサ
３,７,１０からのセンサ信号との関係は、タッチダウン
ベアリング２,８による拘束範囲の一端から他端までの
間では直線関係を有する。そこで、本実施の形態におい
ては、上記磁気軸受装置が搭載された装置の電源がオン
されると、実際に回転軸１を上側タッチダウンベアリン
グ２あるいは下側タッチダウンベアリング８による拘束
範囲の一端から他端まで移動させる。そして、その際に
おける各センサ３,７,１０の出力から、各センサ毎に、
ゲインとオフセットを求め、そのゲインとオフセットが
最適値になるように、ゲイン/オフセット補正回路１３
によるゲインおよびオフセットの補正量と乗算部２０で
乗じられるゲイン定数とを調整するのである。

【００２４】以下、上記軸受制御部１１によって行われ
るゲインおよびオフセットの調整について説明する。図
３は、軸受制御部１１によって行われるゲイン/オフセ
ット調整処理動作のフローチャートである。尚、本実施
の形態におけるゲイン/オフセットの調整は、先ずアキ
シャルセンサ１０に関するＺ軸方向の調整を行い、次に
上側ラジアルセンサ３に関するＸ1軸,Ｙ1軸方向の調整
を行い、最後に下側ラジアルセンサ７に関するＸ2軸,Ｙ
2軸方向の調整を行うようになっている。そして、Ｘ1,
Ｙ1軸方向への調整手順およびＸ2,Ｙ2軸方向への調整手
順は、Ｚ軸方向への調整手順と同様であるから、以下の
説明では、Ｚ軸方向への調整手順で代表する。

【００２５】上記磁気軸受装置が搭載された装置の電源
がオンになると軸受制御部１１が動作を開始する。そし
て、上側ラジアル電磁石４,下側ラジアル電磁石６およ
びアキシャル電磁石９が駆動されて、回転軸１が各タッ
チダウンベアリング２,８から離れて浮上する。そうし
た後、上記ゲイン/オフセット調整処理動作がスタート
する。

【００２６】ステップＳ1で、上記演算制御部２６によ
って、各センサ３,７,１０毎に、上記ゲイン/オフセッ
ト補正回路１３によるゲインおよびオフセットの補正量
の初期値が設定される。そうした後に、アキシャルセン
サ１０のゲイン/オフセット調整に入る。

【００２７】ステップＳ2で、上記アキシャルセンサ１
０のゲイン/オフセット調整を行うのであるから、ラジ
アル方向への電磁力を与える上側ラジアル電磁石４およ
び下側ラジアル電磁石６はオフされる。そして、回転軸
１をＺ軸方向に下側タッチダウンベアリング８の下端に
下側鍔１aが当接するまで移動させ、この状態でのＡ/Ｄ
変換回路１６の出力値を測定する最大変位時測定サブル
ーチンが実行される。ステップＳ3で、回転軸１をＺ軸
方向に下側タッチダウンベアリング８の上端に上側鍔１
bが当接するまで移動させ、この状態でのＡ/Ｄ変換回路
１６の出力値を測定する最小変位時測定サブルーチンが
実行される。

【００２８】図４は、上記Ａ/Ｄ変換回路１６に入力さ
れる電圧差信号の変化を示す。上記ステップＳ2および
ステップＳ3の結果得られる上記電圧差信号は、図４(a)
に示すように、上記ステップＳ1において設定された初
期補正量に応じた初期ゲインと初期オフセットを呈す
る。

【００２９】ステップＳ4で、上記演算制御部２６によ
って、図４(a)に示す上記電圧差信号の変化に基づい
て、オフセットを「０」にし、ゲインを最適ゲインよりも
所定値だけ低い規定ゲインにするためのゲイン及びオフ
セットの補正量が算出される。ステップＳ5で、上記ゲ
イン/オフセット補正回路１３の補正量が上記ステップ
Ｓ4において算出された補正量に設定される。

【００３０】ステップＳ6で、上記ステップＳ2と同様に
して、上記最大変位時測定サブルーチンが実行される。
ステップＳ7で、上記ステップＳ3と同様にして、上記最
小変位時測定サブルーチンが実行される。ステップＳ8
で、上記ステップＳ6及びステップＳ7の結果得られた上
記電圧差信号の変化に基づいて、ゲイン/オフセット補
正回路１３からの出力信号のゲインとオフセットとが測
定される。ステップＳ9で、上記測定されたゲインが上
記ステップＳ4において算出された規定ゲインになる一
方、測定されたオフセットが「０」と見なせる所定範囲内
にあるか否かが判別される。その結果、上記規定ゲイン
および上記所定範囲内の値になっていればステップＳ10
に進み、なっていなければ上記ステップＳ4に戻ってゲ
イン及びオフセットの補正量算出が再度行われる。こう
して、図４(b)に示すように、ゲインが上記規定ゲイン
となり、オフセットが「０」と見なせる所定範囲内に入る
と、ゲインの最終調整に進む。

【００３１】図５は本軸受制御系の伝達関数の周波数特
性を示し、本軸受制御系の入力信号の周波数をスイープ
させた場合の各周波数毎のＡ/Ｄ変換回路１６の出力に
基づくゲインである。ここで、曲線Ａはゲイン過小時の
場合を示し、曲線Ｂはゲイン最適時の場合を示し、曲線
Ｃはゲイン過大時の場合を示す。通常、ゲイン過小時の
場合にはピークは低周波数側にずれ、ゲイン過大時の場
合にはピークは高周波数側にずれる。図６は、図５に示
す周波数特性おけるピーク近傍領域Ｄの拡大図である。
尚、図６(a)はゲイン過小時の場合であり、図６(b)はゲ
イン最適時の場合であり、図６(c)はゲイン過大時の場
合である。

【００３２】ここで、周波数ｆ1＜周波数ｆ2＜周波数ｆ
3とし、周波数ｆ1におけるゲインをＧ(ｆ1)とし、周波
数ｆ2におけるゲインをＧ(ｆ2)とし、周波数ｆ3におけ
るゲインをＧ(ｆ3)とする。そうすると、図６(b)に示す
ように、ゲイン最適時の場合において、Ｇ(ｆ2)＞Ｇ(ｆ
1)、Ｇ(ｆ2)＞Ｇ(ｆ3)、Ｇ(ｆ1)≒Ｇ(ｆ3)となる３つの
周波数ｆ1,ｆ2,ｆ3が存在する。その場合、図６(a)に示
すように、ゲイン過小時の場合にはピークは低周波数側
にずれるから、周波数ｆ1,ｆ2,ｆ3におけるゲインの大
小関係は、Ｇ(ｆ1)＞Ｇ(ｆ2)＞Ｇ(ｆ3)となる。また、
図６(c)に示すように、ゲイン過大時の場合にはピーク
は高周波数側にずれるから、周波数ｆ1,ｆ2,ｆ3におけ
るゲインの大小関係は、Ｇ(ｆ1)＜Ｇ(ｆ2)＜Ｇ(ｆ3)と
なる。

【００３３】そこで、上記ゲインの最終調整において
は、上記乗算部２０に供給するゲイン定数を変えなが
ら、上記周波数ｆ1,ｆ2,ｆ3におけるゲインの大小関係
がＧ(ｆ2)＞Ｇ(ｆ1)、Ｇ(ｆ2)＞Ｇ(ｆ3)、Ｇ(ｆ1)≒Ｇ
(ｆ3)となるようなゲイン定数を求めることによって行
うのである。

【００３４】ステップＳ10で、上記演算制御部２６の制
御の下に、ゲイン定数設定部２１によってゲイン定数が
初期値「１」に設定される。ステップＳ11で、演算制御部
２６の制御部の下に、Δ変位出力部１９によってΔ変位
が「０」に設定される。次に、演算制御部２６の下に、正
弦波生成部２３によって、伝達関数測定用正弦波テーブ
ル２７が参照されて上記周波数ｆ1,ｆ2,ｆ3の正弦波信
号が生成され、正弦波加算部２２に出力される。そうし
た後、Ａ/Ｄ変換回路１６からの上記電圧差信号が読み
出される。こうして、上記周波数ｆ1,ｆ2,ｆ3での軸受
制御系の伝達関数が測定される。

【００３５】ステップＳ12で、上記ステップＳ11におい
て測定された伝達関数に基づいて、上記周波数ｆ1,ｆ2,
ｆ3におけるゲインの大小関係Ｇ(ｆ2)＞Ｇ(ｆ1)、Ｇ(ｆ
2)＞Ｇ(ｆ3)、Ｇ(ｆ1)≒Ｇ(ｆ3)が成立するか否かが判
別される。その結果、上記大小関係が成立する場合に
は、アキシャルセンサ１０のゲイン/オフセット調整が
終了されて、ステップＳ14に進む。一方、成立しない場
合にはステップＳ13に進む。ステップＳ13で、演算制御
部２６の制御の下に、ゲイン定数設定部２１によってゲ
イン定数がΔＧだけ増加される。そうした後、上記ステ
ップＳ11に戻って上記周波数ｆ1,ｆ2,ｆ3での伝達関数
の測定に移行する。そして、上記ステップＳ12において
ゲインの上記大小関係が成立すると判定されると、アキ
シャルセンサ１０のゲイン/オフセット調整が終了され
る。

【００３６】ステップＳ14で、上記ステップＳ2〜ステ
ップＳ13と同様にして、上側ラジアルセンサ３のゲイン
/オフセット調整が行われる。尚、その場合には、下側
ラジアル電磁石６およびアキシャル電磁石９はオフされ
る。ステップＳ15で、上記ステップＳ2〜ステップＳ13
と同様にして、下側ラジアルセンサ７のゲイン/オフセ
ット調整が行われる。尚、その場合には、上側ラジアル
電磁石４およびアキシャル電磁石９はオフされる。この
ようにして、総てのセンサのゲイン/オフセット調整が
終了すると、ゲイン/オフセット調整処理動作を終了す
る。

【００３７】上述したように、本実施の形態において
は、実際に回転軸１をタッチダウンベアリング２,８に
よる拘束範囲の一端から他端まで移動させて、ゲインと
オフセットの補正量を調整するようにしている。そし
て、例えば回転軸１をＺ方向に移動させる場合には、単
に上下２個のアキシャル電磁石９a,９bの何れか一方の
みに電流を流して吸引するだけでは、鍔１a,１bが下側
タッチダウンベアリング８に激しくぶつかって、大きな
音が発生したり、場合によっては軸受に損傷を与えるこ
とになる。したがって、回転軸１をスムーズに且つ安定
に移動させることが望ましい。そこで、本実施の形態に
おいては、以下のようにして、回転軸１を一定の速度で
移動させるのである。

【００３８】図７は、図３に示すゲイン/オフセット調
整処理動作のフローチャートにおける上記ステップＳ2
において、演算制御部２６およびΔ変位出力部１９によ
って実行される最大変位時測定サブルーチンのフローチ
ャートである。

【００３９】ステップＳ21で、ループカウント値ｎに初
期値「０」がセットされる。ステップＳ22で、ループカウ
ント値ｎがインクリメントされる。ステップＳ23で、Δ
変位出力部１９によって、Δ変位加算部１８に対して電
圧「Δ変位」が出力される。ステップＳ24で、ループカウ
ント値ｎが所定値Ｎ1以上になったか否かが判別され
る。その結果、Ｎ1以上であればステップＳ25に進み、
Ｎ1以上でなければ上記ステップＳ22に戻る。

【００４０】ステップＳ25で、上記ループカウント値ｎ
に初期値「０」がセットされる。ステップＳ26で、ループ
カウント値ｎがインクリメントされる。ステップＳ27
で、Δ変位出力部１９によって、Δ変位加算部１８に対
して電圧「Δ変位」が出力される。ステップＳ28で、ル
ープカウント値ｎが所定値Ｎ2以上になったか否かが判
別される。その結果、Ｎ2以上であればステップＳ29に
進み、Ｎ2以上でなければ上記ステップＳ26に戻る。

【００４１】ステップＳ29で、上記回転軸１の移動量が
判定値より小さいか否かが判別される。その結果、上記
判定値以上であれば上記ステップＳ25に戻り、上記判定
値より小さければ回転軸１の下側鍔１aが下側タッチダ
ウンベアリング８の下端に当接したと判定して最大変位
時測定サブルーチンを終了する。そうした後に、図３に
示すメインルーチンにリターンする。

【００４２】ここで、上記所定値Ｎ1は、電圧(Δ変位×
Ｎ1)が回転軸１が動き始める電磁石の制御電流に相当す
る電圧になるような値である。このように、回転軸１の
変位指令電圧を微小な電圧「Δ変位」ずつＮ1回に分けて
徐々に増加させることによって、回転軸１の急激な移動
を防止するのである。また、所定値Ｎ2は、電圧(Δ変位
×Ｎ2)が回転軸１の移動量を安定して検知可能な移動量
に相当する電圧になるような値である。こうして、回転
軸１の変位速度を適度な一定の速度にすることによっ
て、回転軸１の急激な移動を防止するのである。

【００４３】尚、図３に示すゲイン/オフセット調整処
理動作のフローチャートにおける上記ステップＳ3にお
いて実行される最小変位時測定サブルーチンは、図７に
示す最大変位時測定サブルーチンと基本的に同じであ
る。但し、「Δ変位」を「−Δ変位」に変更する必要があ
る。

【００４４】上述のように、本実施の形態においては、
磁気軸受装置が搭載された装置の電源がオンされる毎
に、自動的にゲイン/オフセット調整を行うようにして
いる。したがって、経時変化等によって上側ラジアルセ
ンサ３,下側ラジアルセンサ７およびアキシャルセンサ
１０の出力が変動した場合でも、簡単にゲインとオフセ
ットとを調整できる。

【００４５】また、図３に示すゲイン/オフセット調整
処理動作のフローチャートにおける上記ステップＳ4に
おいて、オフセットを「０」にし、ゲインを最適ゲインよ
りも所定値だけ低い規定ゲインにするためのゲイン及び
オフセットの補正量を算出する。そうした後に、上記ス
テップＳ11において軸受制御系の伝達関数を測定し、こ
の伝達関数に基づいてゲインが上記最適ゲインになるよ
うにゲイン定数を設定している。したがって、上側タッ
チダウンベアリング２および下側タッチダウンベアリン
グ８による回転軸１の拘束範囲の機械的寸法が多少ばら
ついた場合でもゲイン/オフセット調整が可能であり、
上記機械的寸法の精度をそれ程上げる必要がない。ま
た、初期の調整時における上記補正量と一定期間経過後
の調整時における上記補正量とを比較することによっ
て、軸受部の状態変化を把握することができる。

【００４６】また、上記実施の形態においては、上記ゲ
インおよびオフセットを検出する際に行う回転軸１の移
動を、ゲイン/オフセット補正回路１３とは独立に設け
られたΔ変位出力部１９及びΔ変位加算部１８で行うよ
うにしている。したがって、図３に示すゲイン/オフセ
ット調整処理動作のフローチャートにおける上記ステッ
プＳ5においてゲイン/オフセット補正回路１３の補正量
が正しく設定されたか否かを、上記ステップＳ6〜ステ
ップＳ8において再度回転軸１を移動させて確認するこ
とができる。さらに、回転軸１の移動量をゲイン/オフ
セット補正回路１３によるゲイン/オフセット補正後の
位置信号に基づいて正確に検知することができる。

【００４７】ところで、上記回転軸１の移動は、ゲイン
/オフセット補正回路１３によってオフセット量を変更
することによっても可能である。ところが、その場合に
は、回転軸１を移動させることによってゲイン/オフセ
ット補正回路１３の補正量が変化してしまう。したがっ
て、１度ゲイン/オフセット補正回路１３の補正量を設
定してしまうとその補正量の正誤を確認できないのであ
る。また、回転軸１の移動量をゲイン/オフセット補正
回路１３からの位置信号に基づいて検知できない。その
ためにセンサ検出回路１２からの位置信号に基づいて検
知することになる。ところが、センサ検出回路１２から
の位置信号はゲインおよびオフセットが補正されてはい
ないため、回転軸１の移動量を正確に検知できないので
ある。

【００４８】また、上記実施の形態においては、上述の
ように、ゲイン/オフセット調整時において、オフセッ
トを「０」にし、ゲインを最適ゲインよりも所定値だけ低
い規定ゲインにするための補正量を算出するようにして
いる。したがって、この補正量に上限を設けて、上記補
正値が上限を越えた場合にはゲイン/オフセット調整を
中止して、軸受部異常を告知することが可能になる。こ
うすることによって、出荷時や長時間使用後に軸受異常
が発生した場合に、回転軸１を誤って回転させてしまう
ことを防止できる。

【００４９】尚、上記実施の形態においては、上記ゲイ
ンを最適ゲインより所定値だけ低い規定ゲインに調整し
た後に、ゲイン定数の変更によって最適ゲインへの調整
を行うようにしている。しかしながら、この発明はこれ
に限定されるものではなく、ゲイン/オフセット補正回
路１３によって最適ゲインに調整しても構わない。しか
しながら、この場合には、回転軸１の下側鍔１aが下側
タッチダウンベアリング８に当接した状態、および、回
転軸１の上側鍔１bが下側タッチダウンベアリング８に
当接した状態でのゲイン/オフセット補正回路１３の出
力は、所定の値にはならない。また、上記実施の形態に
おいては、センサ検出回路１２からの位置信号に対して
ゲインおよびオフセットを補正する手段をゲイン/オフ
セット補正回路１３なるハードウェアで構成している
が、ＣＰＵ１７に上記ゲイン/オフセット補正機能を持
たせても構わない。

【００５０】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明の磁気軸受装置は、起動指令を受けて、回転軸移
動手段によって、回転軸をタッチダウンベアリングによ
る拘束範囲の一端から他端まで移動させ、補正量設定手
段によって、ゲイン/オフセット補正手段の出力信号の
オフセットが０になり、ゲインが最適値より所定値だけ
低い規定ゲインになるように、上記ゲイン/オフセット
補正手段の補正量を設定するので、起動時に毎に、ゲイ
ンおよびオフセットを調整できる。つまり、経時変化等
によって位置検出手段の検出感度が変化した場合でも簡
単にゲインとオフセットとを調整できる。また、初期の
調整時における上記補正量と一定期間経過後の調整時に
おける上記補正量とを比較することによって、軸受部の
状態変化を把握することができる。

【００５１】さらに、上述のようにゲイン/オフセット
補正手段の補正量を設定した後に、ゲイン修正手段によ
って複数の周波数での伝達関数に基づいて上記規定ゲイ
ンを最適ゲインに修正するので、上記タッチダウンベア
リングと回転軸との間の機械的寸法が多少ばらついた場
合でもゲインおよびオフセットの調整を行うことでき
る。

【００５２】また、請求項２に係る発明の磁気軸受装置
における上記ゲイン修正手段は、ゲインが上記規定ゲイ
ンになるように上記補正量が設定された上記ゲイン/オ
フセット補正手段の出力に基づく上記電磁石の制御信号
にゲイン定数を乗ずるゲイン定数乗算手段と、このゲイ
ン定数乗算手段を制御すると共に、上記複数の周波数で
の伝達関数に基づいて、上記ゲイン/オフセット補正手
段の出力信号のゲインを上記最適ゲインにするようなゲ
イン定数を探索するゲイン定数探索手段を有するので、
上記規定ゲインを最適ゲインに容易に修正できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の磁気軸受装置を構成する軸受制御部
のブロック図である。

【図２】この発明の磁気軸受装置における構成図であ
る。

【図３】図１に示す軸受制御部によって行われるゲイン
/オフセット調整処理動作のフローチャートである。

【図４】回転軸の移動に伴って図１におけるＡ/Ｄ変換
回路に入力される電圧差信号の変化を示す図である。

【図５】図１に示す軸受制御系の伝達関数における周波
数特性を示す図である。

【図６】図５に示す周波数特性におけるピーク近傍領域
Ｄの拡大図である。

【図７】図３に示すゲイン/オフセット調整処理動作に
おける最大変位時測定サブルーチンのフローチャート図
である。

【符号の説明】

１…回転軸、 ２…上側タッチダ
ウンベアリング、３…上側ラジアルセンサ、
７…下側ラジアルセンサ、８…下側タッチダウンベアリ
ング、１０…アキシャルセンサ、 １１…軸受
制御部、１２…センサ検出回路、 １３…ゲ
イン/オフセット補正回路、１７…ＣＰＵ、
１８…Δ変位加算部、１９…Δ変位出力部、
２０…乗算部、２１…ゲイン定数設定
部、 ２２…正弦波加算部、２３…正弦波生成
部、 ２６…演算制御部、２７…伝達関数
測定用正弦波テーブル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸(１)の位置を検出して位置信号を
   出力する位置検出手段(３,７,１０,１２)と、上記位置
   信号のゲインとオフセットとを補正するゲイン/オフセ
   ット補正手段（１３)と、上記回転軸(１)を浮上させる
   電磁石(４,６,９)と、上記ゲイン/オフセット補正手段
   (１３)の出力に基づいて上記電磁石(４,６,９)の駆動電
   流を制御する軸受制御手段(１４〜１６,２０,２１,２
   ４,２５）と、上記電磁石(４,６,９)が非動作状態の場
   合に上記回転軸(１)を保持するタッチダウンベアリング
   (２,８)を有する磁気軸受装置において、 起動指令を受けて、上記回転軸(１)を上記タッチダウン
   ベアリング(２,８)による拘束範囲の一端から他端まで
   移動させる回転軸移動手段(１８,１９)と、 上記回転軸(１)が上記一端から他端まで移動する場合の
   上記ゲイン/オフセット補正手段(１３)の出力信号のオ
   フセットが０になり、ゲインが最適ゲインより所定値だ
   け低い規定ゲインになるように、上記ゲイン/オフセッ
   ト補正手段（１３)の補正量を設定する補正量設定手段
   (Ｓ1〜Ｓ9)と、 複数の周波数での伝達関数を測定し、その測定結果に基
   づいて上記規定ゲインを最適ゲインに修正するゲイン修
   正手段(２０〜２３,Ｓ10〜Ｓ13)を備えたことを特徴と
   する磁気軸受装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁気軸受装置におい
   て、 上記ゲイン修正手段(２０〜２３,Ｓ10〜Ｓ13)は、 ゲインが上記規定ゲインになるように上記補正量が設定
   された上記ゲイン/オフセット補正手段(１３)の出力に
   基づく上記電磁石(４,６,９)の制御信号に、ゲイン定数
   を乗ずるゲイン定数乗算手段(２０,２１)と、 上記ゲイン定数乗算手段(２０,２１)を制御すると共
   に、上記複数の周波数での伝達関数の測定結果に基づい
   て、ゲイン/オフセット補正手段(１３)の出力信号のゲ
   インを上記最適ゲインにするようなゲイン定数を探索す
   るゲイン定数探索手段(２２,２３,Ｓ10〜Ｓ13)を有する
   ことを特徴とする磁気軸受装置。