WO2001006139A1 - Control type magnetic bearing device and method of judging type of magnetic bearing - Google Patents

Control type magnetic bearing device and method of judging type of magnetic bearing Download PDF

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Hirochika Ueyama
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Koyo Seiko Co., Ltd.
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    • F16C32/0489—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing

Definitions

  • the present invention relates to a control type magnetic bearing device and a method for determining the model of a magnetic bearing.
  • the control type magnetic bearing device includes a machine body having a rotating body and a magnetic bearing, and a control device for controlling the machine body.
  • a control device for controlling the machine body There are multiple machine models, and the control parameters differ depending on the model. Therefore, conventionally, it was necessary to prepare a corresponding control device for each model of the machine body.
  • an object of the present invention is to provide a control-type magnetic bearing device in which a control device can be applied to a plurality of types of machine bodies. It is another object of the present invention to provide a method for determining a model for applying a control device to a plurality of types of machine bodies. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to a control-type magnetic bearing device that detects the position of a rotating body supported by a magnetic bearing and controls the position thereof, wherein the stationary rotating body is moved in a predetermined direction, and is moved to a movement limit position.
  • the moving amount is obtained by moving the stationary rotating body to the movement limit position. Then, based on the fact that the movement amount differs depending on the model, the model is determined, and the control parameters are set. Therefore, a common control device can be applied to multiple types of machine bodies.
  • WO 01 06139 PCTAIPO quest 781
  • the present invention also provides a control type magnetic bearing device that detects the position of a rotating body supported by a magnetic bearing and controls the position thereof, wherein the stationary rotating body is moved in a plurality of directions, and a movement limit position is provided.
  • control type magnetic bearing device configured as described above, an average movement amount of the movement amount when the stationary rotating body is moved to the movement limit position in a plurality of directions is obtained. Then, based on the fact that the average moving distance differs depending on the model, the model is determined, and the control parameters are set. Therefore, a common control device can be applied to multiple types of machine bodies. Also, based on the average travel distance, the reliability of model determination is high.
  • the rotating body supported by the magnetic bearing is moved from a stationary position to one side of the first shaft in a radial direction, and a movement amount up to a movement limit position is obtained.
  • the rotating body is moved to one side of the second axis in the radial direction, and a movement amount to a movement limit position is obtained.
  • the rotating body is moved to the other side of the first axis in the radial direction.
  • the amount of movement to the movement limit position is obtained, and then the rotating body is moved to the other side of the second axis in the radial direction, the amount of movement to the movement limit position is obtained, and based on each of the movement amounts
  • the average movement amount is calculated, the model of the magnetic bearing is determined based on the average movement amount, and a control parameter is set.
  • the average travel distance is determined from the travel distance when the robot is moved to the position, and based on the fact that the average travel distance differs depending on the model, the model is determined and the control parameters are set.
  • This control device can be applied to multiple types of machine bodies, and based on the average travel distance, the reliability of model determination is high.
  • FIG. 1 is a flowchart of model determination in a control type magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a positional relationship between an inner diameter circle of the protective bearing and a rotating body movable within a range inscribed therein.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state in which the rotating body in FIG. 2 is inscribed on the + Y side of the inner diameter circle.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state where the rotating body in FIG. 2 is inscribed on the + X side of the inner diameter circle.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state where the rotating body in FIG. 2 is inscribed on the ⁇ Y side of the inner diameter circle.
  • FIG. 6 is a view showing a state in which the rotating body in FIG. 2 is inscribed on the ⁇ X side of the inner diameter circle.
  • FIG. 7 is a diagram showing a center position and a moving amount of the rotating body when the rotating body is sequentially moved to the movement limit position.
  • FIG. 8 is a diagram showing a center position and a moving amount of the rotating body when the rotating body is sequentially moved to the movement limit position when the initial center position of the rotating body is not at the center of the XY coordinates. It is.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a machine body of the control type magnetic bearing device.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the machine main body.
  • FIG. 11 is a block circuit diagram of the control type magnetic bearing device.
  • FIG. 12 is a block diagram showing only a portion related to the position control in the radial direction in the configuration of the control type magnetic bearing device.
  • FIG. 13 is a block diagram showing only a part related to axial position control in the configuration of the control type magnetic bearing device.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing the machine main body 1 of the control type magnetic bearing device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a transverse sectional view thereof.
  • the machine body 1 is of a vertical type in which a vertically rotating body 3 rotates inside a cylindrical casing 2.
  • the axial direction of the rotating body 3 is defined as a Z direction
  • the illustrated directions orthogonal to the Z direction are defined as an X direction and a Y direction.
  • the horizontal machine body 1 includes an axial magnetic bearing 4, a radial magnetic bearing 5, an axial displacement sensor 6, a radial displacement sensor 7, a motor 8, and a protective bearing 9 in addition to the casing 2 and the rotating body 3.
  • the axial magnetic bearings 4 are vertically arranged with the flange 3 a of the rotating body 3 interposed therebetween, and support the rotating body 3 in a non-contact manner in the axial direction.
  • Four radial magnetic bearings 5 are arranged at 90-degree intervals around the rotating body 3 at two locations on the Z axis.
  • the radial displacement sensors 7 are arranged at the same position in the circumferential direction as the radial magnetic bearing 5 and in the Z direction in close proximity to each other in pairs.
  • the axial displacement sensor 6 is arranged to face the axial end 3 b of the rotating body 3.
  • the motor 8 is mounted on the inner wall of the casing 2 and rotates the rotating body 3 at high speed.
  • a pair of protective bearings 9 are provided to restrict the movable range of the rotating body 3 in the axial direction and the radial direction, and to support the rotating body 3 when the rotating body 3 cannot be magnetically supported in a non-contact manner. .
  • the radial gap and the axial gap between the protective bearing 9 and the rotating body 3 are predetermined values determined by the model of the machine body 1.
  • FIG. 11 is a block circuit diagram showing the connection between the machine main body 1 configured as described above and the control device 11 that also forms a control type magnetic bearing device.
  • the control device 11 includes a sensor circuit 12, a magnetic bearing drive circuit 13, an inverter 14, a DSP board 15, and a serial communication board 21.
  • the DSP board 15 has a DSP 16 as a digital signal processor, a ROM 17 connected to it, a flash memory 18 as a non-volatile storage device, an A / D converter 19 and a D / A converter.
  • a vessel 20 is provided.
  • a personal computer 22 installed at a location remote from the control device 11 is connected to the serial communication board 21 of the control device 11.
  • Output signals from the axial displacement sensor 6 and the radial displacement sensor 7 are input to the DSP 16 via the sensor circuit 12 and the AZD converter 19.
  • the DSP 16 receives the axial magnetic force via the DZA converter 20 and the magnetic bearing drive circuit 13.
  • the bearing 4 and the radial magnetic bearing 5 are controlled to thereby support the rotating body 3 in a non-contact manner while controlling the position.
  • the DSP 16 controls the rotation of the motor 8 via the inverter 14.
  • the ROM 17 stores the processing program in the DSP 16 and the like.
  • the flash memory 18 includes a plurality of sets of control parameters corresponding to a plurality of types of the machine body 1, a moving span average value S (details described later) corresponding to a plurality of types of the machine body 1, and a bias current Data such as the value Io is stored. Note that these data can also be rewritten from the personal computer 22.
  • FIG. 12 is a block diagram showing only a part related to position control in the radial direction in the configuration of the control device 11. It is assumed that the pair of radial displacement sensors 7 shown in the drawing are, for example, arranged to face each other in the X-axis direction with the rotating body 3 interposed therebetween.
  • the outputs of these radial displacement sensors 7 are input to the sensor circuit 12, where a process of subtracting one output from the other output is performed.
  • the output of the sensor circuit 12 is subjected to AZD conversion and becomes a displacement signal ⁇ . This represents the displacement of the rotating body 3 with respect to the target position in the X-axis direction.
  • the DSP 16 outputs two exciting current signals (Io + Ic) and (Io-Ic) based on the displacement signal ⁇ .
  • Io is a bias current value
  • Ic is a control current value according to the sign and magnitude of ⁇ .
  • the excitation current signals (Io + Ic) and (Io-Ic) are each subjected to DZA conversion and then amplified by the amplifier 13a in the magnetic bearing drive circuit 13.
  • the amplified signal is supplied to a pair of radial magnetic bearings 5 facing each other on the X axis with the rotating body 3 interposed therebetween.
  • the displacement signal ⁇ ⁇ the electromagnetic force is adjusted in a direction to make the displacement zero, and the rotating body 3 is supported at the target position in the X-axis direction.
  • FIG. 13 is a block diagram showing only a portion related to position control in the axial direction in the configuration of the control device 11.
  • the output of the axial displacement sensor 6 is input to the sensor circuit 12.
  • the sensor circuit 12 obtains a displacement of the rotating body 3 with respect to a target position in the Z-axis direction from an output signal of the axial displacement sensor 6. This displacement is subjected to AZD conversion to become a displacement signal ⁇ Z, which is input to the DSP 16.
  • the DSP 16 generates two excitation current signals (Io + Ic) and (Io—Ic) based on the displacement signal ⁇ Z. ) Is output.
  • Io is a bias current value
  • Ic is a control current value according to the sign and magnitude of ⁇ ⁇ .
  • the exciting current signals (Io + Ic) and (Io-Ic) are each subjected to DZA conversion, and then amplified by the amplifier 13a in the magnetic bearing drive circuit 13.
  • the amplified signal is supplied to axial magnetic bearings 4 arranged above and below the flange 3 a of the rotating body 3. As a result, the electromagnetic force is adjusted in a direction to make the displacement zero according to the displacement signal ⁇ , and the rotating body 3 is supported at the target position in the Z-axis direction.
  • the control type magnetic bearing device configured as described above constitutes a unit for performing rotation control and position control of the rotating body 3.
  • the control type magnetic bearing device moves the stationary rotating body 3 in a predetermined direction based on the position control function centered on the DSP 16 at the time of starting, and controls the movement amount to the movement limit position. It constitutes means for determining and means for determining the model of the magnetic bearing (machine body 1) based on the amount of movement and setting control parameters.
  • this model determination operation will be described in detail.
  • the horizontal machine main body 1 is identified by the DSP 16 in accordance with the flowchart shown in FIG. In this example, there are three types of machine body 1, A type, B type and C type. The size of the gap between the rotating body 3 and the protective bearing 9 differs for each of these models.
  • step S1 the DSP 16 measures the movement amount up to the movement limit position. Specifically, first, temporary control parameters are read from the flash memory 18 to drive the axial magnetic bearing 4. As a result, the rotating body 3 floats at the temporary target position on the Z axis. In this state, the rotating body 3 can move in the radial direction within the range of the inner diameter circle of the protective bearing 9.
  • FIGS. 2 to 6 are plan views showing the positional relationship between the inner diameter circle C of the protective bearing 9 and the rotating body 3 movable within a range inscribed therein.
  • the DSP 16 has the radial displacement sensors located in the + Y and -Y directions.
  • the DSP 16 supplies a predetermined exciting current only to the radial magnetic bearing 5 in the + Y direction to attract the rotating body 3 in the + Y direction.
  • the rotating body 3 is inscribed on the + Y side of the protective bearing 9 (inner diameter circle C) (the state shown in FIG. 3).
  • the DSP 16 reads the displacement signal ⁇ 1 based on the output of the radial displacement sensor 7 arranged in the + Y and one Y directions.
  • the DSP 16 calculates a difference ( ⁇ 1 ⁇ 0) between the displacement signal ⁇ 1 and the previously stored displacement signal ⁇ 0.
  • the DSP 16 calculates the moving amount YL p (in the + Y direction of the rotating body 3 from FIG. 2 to FIG. 3 based on the correspondence between the previously input displacement signal and the actual displacement. The sign is positive) and is stored.
  • the DSP 16 supplies a predetermined exciting current only to the radial magnetic bearing 5 in the + X direction to attract the rotating body 3 in the + X direction.
  • the rotating body 3 is inscribed on the + X side of the protective bearing 9 (inner diameter circle C) (the state shown in FIG. 4).
  • the DSP 16 reads the displacement signal ⁇ 1 based on the output of the radial displacement sensor 7 arranged in the directions of + X and ⁇ X.
  • the DSP 16 calculates a difference ( ⁇ 1 ⁇ 0) between the displacement signal ⁇ 1 and the previously stored displacement signal ⁇ 0. Based on this calculation result, the DSP 16 calculates and stores the moving amount XLP (the sign is positive) of the rotating body 3 in the + X direction from FIG. 3 to FIG. 4.
  • the DSP 16 supplies a predetermined exciting current only to the radial magnetic bearing 5 in the -Y direction to attract the rotating body 3 in one Y direction.
  • the rotating body 3 is inscribed on the —Y side of the protective bearing 9 (inner diameter circle C) (the state shown in FIG. 5).
  • the DSP 16 reads the displacement signal ⁇ 2 based on the output of the radial displacement sensor 7 arranged in the + Y and ⁇ Y directions.
  • the DSP 16 calculates a difference ( ⁇ 2 ⁇ 0) between the displacement signal ⁇ 2 and the previously stored displacement signal ⁇ 0. Based on the calculation result, the DSP 16 obtains and stores the moving amount YLn (the sign is negative) of the rotating body 3 in the ⁇ Y direction from FIG. 2 to FIG.
  • the DSP 16 supplies a predetermined exciting current only to the radial magnetic bearing 5 in the -X direction to attract the rotating body 3 in the 1X direction.
  • the rotating body 3 is It is inscribed on one X side of the bearing 9 (inner diameter circle C) (the state in Fig. 6).
  • the DSP 16 reads the displacement signal ⁇ 2 based on the outputs of the radial displacement sensors 7 arranged in the + X and 1X directions.
  • the DSP 16 calculates a difference ( ⁇ 2 ⁇ 0) between the displacement signal ⁇ 2 and the previously stored displacement signal ⁇ 0. Based on this calculation result, the DSP 16 calculates and stores the movement amount XL n (the sign is negative) of the rotating body 3 in the ⁇ X direction from FIG. 3 to FIG.
  • FIG. 7 is a plot of the center positions P0, P1, P2, P3, and P4.
  • the movement amounts YLp, XLp, YLn, and XLn described above are the dimensions shown in FIG.
  • the initial center position P 0 of the rotating body 3 is not always at the center of P 1 to P 4 as shown in FIG.
  • the illustrated YL p and YL n are non-uniform because they are read based on the displacement signal ⁇ 0 at P 0.
  • DSP 16 calculates the movement span average value S. Perform (Step S2). Specifically, first, the moving spans Y s and X s in both the Y and X directions are
  • the DSP 16 calculates the moving span average value S as
  • step S3 It is determined whether or not the condition is satisfied.
  • S lmin and S lmax are the radial clearances between the protective bearing 9 and the rotating body 3 in the machine body 1 of model A. The minimum and maximum values. If machine body 1 is model A, the judgment in equation (2) above is YES. Therefore, the DSP 16 proceeds to step S7, reads the control parameters for the model A from the flash memory 18, and supports the axial magnetic bearing 4 and the radial magnetic bearing 5 based on the control parameters. Set a target value for If machine body 1 is not model A, the judgment in equation (2) above is negative. Therefore, DSP 16 proceeds to step S4, and the moving span average value S becomes
  • S 2 min and S 2 max are the minimum and maximum values of the clearance in the radial direction between the protective bearing 9 and the rotating body 3 in the machine body 1 of model B (where S l max ⁇ S 2 min). If machine body 1 is model B, the judgment in equation (3) above is YES. Therefore, the DSP 16 proceeds to step S8, reads the control parameters for the model B from the flash memory 18 and supports the axial magnetic bearing 4 and the radial magnetic bearing 5 based on the control parameters. Set the target value.
  • step S9 reads the control parameters for the C model from the flash memory 18 and, based on the control parameters, executes control for the axial magnetic bearing 4 and the radial magnetic bearing 5.
  • step S6 If the machine body 1 is not a C model, the judgment of the above formula (4) is NO. As a result, the machine body 1 is not any of the A, B, and C models, and the model cannot be identified. Therefore, DSP 16 proceeds to step S6, and displays an error.
  • the common control device 11 can automatically set appropriate control parameters for a plurality of types of machine bodies 1 and perform position control of the rotating body 3.
  • the control device 11 can be general-purpose, and cost reduction can be achieved by the mass production effect of the control device 11.
  • An abnormal display is made only when automatic judgment is not possible, and the control parameters are set by human judgment.
  • FIG. 1 shows a process of selecting from three models, it is also possible to make a decision on more models and automatically set the control parameters.
  • the model determination is performed based on the movement amounts YLp, XLp, YLn, and XLn, but the model determination may be performed based on the movement amount only in the Y direction or the X direction. .
  • the axial magnetic bearing 4 is energized before the movement amounts YLp, XLp, YLn, and XLn are obtained, and a temporary magnetic levitation state is set in the axial direction. If it is possible to suck in the radial direction even in the state of contact with the bearing 9, it is not necessary to float in the axial direction.
  • the model determination is performed based on the movement amount up to the radial movement limit, but the model determination may be performed based on the movement amount up to the axial movement limit.
  • the stationary rotating body 3 is levitated until its axial end 3b hits the protective bearing 9 to obtain the moving amount from the variation of the displacement signal ⁇ Z of the axial displacement sensor 6.
  • the model is determined based on the.

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Description

明 細 書
制御型磁気軸受装置及び磁気軸受の機種判定方法 技術分野
本発明は、 制御型磁気軸受装置及び磁気軸受の機種判定方法に関する。 背景技術
制御型磁気軸受装置は、 回転体や磁気軸受を備えた機械本体と、 この機械本体 を制御する制御装置とから構成されている。 機械本体は複数の機種があり、 機種 によって制御パラメータも異なる。 従って、 従来、 機械本体の機種毎に、 対応す る制御装置を用意する必要があった。
しかし、 このように機械本体の機種毎に対応する制御装置を用意するには、 少 量多品種の制御装置を製造しなければならず、 不便である上に、 量産によるコス トダウンもできない。
上記のような従来の問題点に鑑み、 本発明は、 制御装置が複数機種の機械本体 に適用できる制御型磁気軸受装置を提供することを目的とする。 また、 制御装置 を複数機種の機械本体に適用させるための機種判定方法を提供することを目的と する。 発明の開示
本発明は、 磁気軸受によって支持される回転体の位置を検出してその位置制御 を行う制御型磁気軸受装置において、 静止状態の前記回転体を所定方向に移動さ せ、 移動限界位置までの移動量を求める手段と、 前記移動量に基づいて磁気軸受 の機種を判定し、 制御パラメ一夕を設定する手段とを備えたものである （請求項
1 )
このように構成された制御型磁気軸受装置では、 静止状態の回転体を移動限界 位置まで移動させることによりその移動量が求められる。 そして、 この移動量が 機種によって異なることに基づいて、 機種判定が行われ、 制御パラメータが設定 される。 従って、 共通の制御装置を複数機種の機械本体に適用することができる WO 01 06139 PCTAIPO讓 781
2
また、 本発明は、 磁気軸受によって支持される回転体の位置を検出してその位 置制御を行う制御型磁気軸受装置において、 静止状態の前記回転体を複数の方向 に移動させ、 移動限界位置までの移動量を求める手段と、 前記移動量に基づいて 平均的移動量を求める手段と、 前記平均的移動量に基づいて磁気軸受の機種を判 定し、 制御パラメータを設定する手段とを備えたものであってもよい （請求項 2
) o
このように構成された制御型磁気軸受装置では、 静止状態の回転体を複数方向 の移動限界位置まで移動させるときの移動量の平均的移動量が求められる。 そし て、 この平均的移動量が機種によって異なることに基づいて、 機種判定が行われ 、 制御パラメ一夕が設定される。 従って、 共通の制御装置を複数機種の機械本体 に適用することができる。 また、 平均的移動量に基づいていることで、 機種判定 の信頼性も高い。
また、 本発明の磁気軸受の機種判定方法は、 磁気軸受によって支持される回転 体を静止位置からラジアル方向の第 1軸の一方向側に移動させ、 移動限界位置ま での移動量を求め、 次に、 前記回転体をラジアル方向の第 2軸の一方向側に移動 させ、 移動限界位置までの移動量を求め、 次に、 前記回転体をラジアル方向の第 1軸の他方向側に移動させ、 移動限界位置までの移動量を求め、 次に、 前記回転 体をラジアル方向の第 2軸の他方向側に移動させ、 移動限界位置までの移動量を 求め、 前記各移動量に基づいて平均的移動量を演算し、 前記平均的移動量に基づ いて磁気軸受の機種を判定し、 制御パラメータを設定するものである （請求項 3 このような磁気軸受の機種判定方法では、 静止状態の回転体を順に各方向への 移動限界位置まで移動させたときの移動量から平均的移動量が求められ、 この平 均的移動量が機種によって異なることに基づいて、 機種判定が行われ、 制御パラ メータが設定される。 従って、 共通の制御装置を複数機種の機械本体に適用する ことができる。 また、 平均的移動量に基づいていることで、 機種判定の信頼性も 高い。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の一実施形態による制御型磁気軸受装置における機種判定の フローチヤ一卜である。
第 2図は、 保護軸受の内径円と、 それに内接する範囲で移動可能な回転体との 位置関係を平面的に示した図である。
第 3図は、 第 2図における回転体が、 内径円の + Y側に内接した状態を示す図 である。
第 4図は、 第 2図における回転体が、 内径円の + X側に内接した状態を示す図 である。
第 5図は、 第 2図における回転体が、 内径円の— Y側に内接した状態を示す図 である。
第 6図は、 第 2図における回転体が、 内径円の— X側に内接した状態を示す図 である。
第 7図は、 回転体を、 その移動限界位置まで順に移動させたときの回転体の中 心位置と移動量とを示す図である。
第 8図は、 回転体の初期の中心位置が X Y座標の中心にない場合において、 回 転体を、 その移動限界位置まで順に移動させたときの回転体の中心位置と移動量 とを示す図である。
第 9図は、 上記制御型磁気軸受装置の機械本体を示す縦断面図である。
第 1 0図は、 上記機械本体の横断面図である。
第 1 1図は、 上記制御型磁気軸受装置のブロック回路図である。
第 1 2図は、 上記制御型磁気軸受装置の構成のうち、 ラジアル方向の位置制御 に関する部分のみを示したブロック図である。
第 1 3図は、 上記制御型磁気軸受装置の構成のうち、 アキシャル方向の位置制 御に関する部分のみを示したブロック図である。 発明を実施するための最良の形態
第 9図は、 本発明の一実施形態による制御型磁気軸受装置の機械本体 1を示す 縦断面図であり、 第 1 0図はその横断面図である。 この機械本体 1は、 円筒状のケ一シング 2の内側で、 鉛直軸状の回転体 3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 3の軸方向を Z方向、 Z 方向と直交する図示の方向を X方向及び Y方向とする。
横械本体 1は、 上記ケーシング 2及び回転体 3の他、 アキシャル磁気軸受 4、 ラジアル磁気軸受 5、 アキシャル変位センサ 6、 ラジアル変位センサ 7、 モー夕 8、 及び保護軸受 9を備えている。
アキシャル磁気軸受 4は、 回転体 3のフランジ部 3 aを挟んで上下に配置され 、 回転体 3を軸方向に非接触支持する。 ラジアル磁気軸受 5は、 Z軸上の 2箇所 においてそれぞれ、 回転体 3の周囲に 9 0度間隔で 4個配置されている。 また、 ラジアル変位センサ 7は、 ラジアル磁気軸受 5と周方向における同じ位置に、 か つ、 Z方向上で近接して、 4個 2組で配置されている。 アキシャル変位センサ 6 は、 回転体 3の軸方向端部 3 bに対向して配置されている。 モ一夕 8は、 ケーシ ング 2の内壁に取り付けられ、 回転体 3を高速回転させる。 保護軸受 9は一対設 けられ、 回転体 3の軸方向および径方向の可動範囲を規制して、 回転体 3を磁気 的に非接触支持できなくなったときなどに、 回転体 3を接触支持する。 保護軸受 9と回転体 3とのラジアル方向の隙間及びアキシャル方向の隙間は、 機械本体 1 の機種によって決まる所定の値である。
第 1 1図は、 上記のように構成された機械本体 1と、 これと共に制御型磁気軸 受装置を構成する制御装置 1 1との接続を示すブロック回路図である。
制御装置 1 1は、 センサ回路 1 2、 磁気軸受駆動回路 1 3、 インバー夕 1 4、 D S Pボード 1 5及びシリアル通信ボード 2 1を備えている。 D S Pボード 1 5 には、 ディジタル信号処理装置としての D S P 1 6と、 これに接続された R O M 1 7、 不揮発性記憶装置としてのフラッシュメモリ 1 8、 A/D変換器 1 9及び D / A変換器 2 0が設けられている。
制御装置 1 1とは離れた場所に設置されるパーソナルコンピュータ 2 2は、 制 御装置 1 1のシリアル通信ボード 2 1に接続されている。
アキシャル変位センサ 6及びラジアル変位センサ 7からの出力信号は、 センサ 回路 1 2及び AZD変換器 1 9を介して D S P 1 6に入力される。 一方、 D S P 1 6は、 D ZA変換器 2 0及び磁気軸受駆動回路 1 3を介して、 アキシャル磁気 軸受 4及びラジアル磁気軸受 5を制御し、 これによつて回転体 3を位置制御しな がら非接触支持する。 また、 DS P 1 6は、 インバ一タ 14を介してモータ 8の 回転を制御する。
ROM 1 7には、 D S P 1 6における処理プログラムなどが格納されている。 また、 フラッシュメモリ 1 8には、 複数種類の機械本体 1に対応した複数組の制 御パラメータ、 複数種類の機械本体 1に対応した移動スパン平均値 S (詳細後述 ) 、 及び、 後述するバイアス電流値 I o等のデータが格納されている。 なお、 こ れらのデータは、 パーソナルコンピュータ 22から書き換えることもできる。 第 12図は、 制御装置 1 1の構成のうち、 ラジアル方向の位置制御に関する部 分のみを示したブロック図である。 図示している一対のラジアル変位センサ 7は 、 例えば、 回転体 3を挟んで X軸方向で対向配置されているものであるとする。 これらのラジアル変位センサ 7の出力は、 センサ回路 1 2に入力され、 ここで、 一方の出力から他方の出力を減算する処理が行われる。 センサ回路 1 2の出力は AZD変換されて、 変位信号 ΔΧとなる。 これは、 X軸方向における回転体 3の 目標位置に対する変位を表す。 DS P 16は、 変位信号 ΔΧに基づいて、 2つの 励磁電流信号 （ I o + I c ) 及び （ I o— I c ) を出力する。 ここで、 I oはバ ィァス電流値であり、 I cは ΔΧの符号及び大きさに応じた制御電流値である。 励磁電流信号 （ I o + I c ) 及び （ I o— I c ) はそれぞれ、 DZA変換された 後、 磁気軸受駆動回路 1 3内の増幅器 1 3 aで増幅される。 増幅された信号は、 回転体 3を挟んで X軸上で対向している一対のラジアル磁気軸受 5に供給される 。 この結果、 変位信号 ΔΧに応じて、 変位を 0にする方向に電磁力が調整され、 回転体 3は X軸方向の目標位置に支持される。
Y軸方向においても同様の位置制御が行われる。
一方、 第 1 3図は、 制御装置 1 1の構成のうち、 アキシャル方向の位置制御に 関する部分のみを示したブロック図である。 アキシャル変位センサ 6の出力はセ ンサ回路 12に入力される。 センサ回路 12は、 アキシアル変位センサ 6の出力 信号より、 回転体 3の Z軸方向の目標位置に対する変位を求める。 この変位は A ZD変換されて変位信号 Δ Zになり、 DS P 1 6に入力される。 DS P 1 6は、 変位信号 Δ Zに基づいて、 2つの励磁電流信号 （ I o + I c ) 及び （ I o— I c ) を出力する。 ここで、 I oはバイアス電流値であり、 I cは Δ Ζの符号及び大 きさに応じた制御電流値である。 励磁電流信号 （ I o + I c ) 及び （ I o— I c ) はそれぞれ、 D ZA変換された後、 磁気軸受駆動回路 1 3内の増幅器 1 3 aで 増幅される。 増幅された信号は、 回転体 3のフランジ部 3 aの上下に配置されて いるアキシャル磁気軸受 4に供給される。 この結果、 変位信号 Δ Ζに応じて、 変 位を 0にする方向に電磁力が調整され、 回転体 3は Z軸方向の目標位置に支持さ れる。
上記のように構成された制御型磁気軸受装置は、 回転体 3の回転制御及び位置 制御を行う手段を構成する。 また、 制御型磁気軸受装置は、 始動時においては、 D S P 1 6を中心とした位置制御機能に基づいて、 静止状態の回転体 3を所定方 向に移動させ、 移動限界位置までの移動量を求める手段と、 その移動量に基づい て磁気軸受 （機械本体 1 ) の機種を判定し、 制御パラメータを設定する手段とを 構成している。 以下、 この機種判定動作について詳細に説明する。
上記の制御型磁気軸受装置において、 制御装置 1 1の電源が投入されていない ときは、 アキシャル磁気軸受 4及びラジアル磁気軸受 5並びにモ一夕 8は駆動さ れていない。 従って、 回転体 3は保護軸受 9により接触支持されて、 停止してい る。 制御装置 1 1の電源が投入されると、 D S P 1 6により、 第 1図に示すフロ 一チャートに従って、 横械本体 1の識別が行われる。 本例では機械本体 1の種類 は、 A機種、 B機種及び C機種の 3種類とする。 これらの機種ごとに、 回転体 3 と保護軸受 9との隙間の寸法が異なっている。
まず、 ステップ S 1において、 D S P 1 6は、 移動限界位置までの移動量測定 を行う。 具体的には、 まず、 フラッシュメモリ 1 8から仮の制御パラメータを読 んでアキシャル磁気軸受 4を駆動する。 これにより、 回転体 3は Z軸上の仮の目 標位置に浮上する。 この状態において、 回転体 3は保護軸受 9の内径円の範囲内 でラジアル方向に移動が可能である。
第 2図〜第 6図は、 保護軸受 9の内径円 Cと、 それに内接する範囲で移動可能 な回転体 3との位置関係を平面的に示した図である。 まず初期状態として、 第 2 図に示すように、 回転体 3が内接円 Cと同心に位置しているとする。 D S P 1 6 は、 この状態において、 + Y及び— Yの方向に配置されているラジアル変位セン サ 7の出力に基づく変位信号 ΔΥ 0 (=0) を記憶する。 次に、 DS P 1 6は、 + Yの方向にあるラジアル磁気軸受 5にのみ所定の励磁電流を供給して回転体 3 を + Y方向に吸引する。 これにより、 回転体 3は保護軸受 9 (内径円 C) の + Y 側に内接する （第 3図の状態） 。 この状態において D S P 1 6は、 +Y及び一 Y の方向に配置されているラジアル変位センサ 7の出力に基づく変位信号 ΔΥ 1を 読む。 DS P 16は、 この変位信号 ΔΥ 1と、 先に記憶した変位信号 ΔΥ0との 差 （ΔΥ 1— ΔΥ0) を算出する。 また、 DS P 1 6は、 予めインプッ卜された 変位信号と実際の変位との対応関係に基づいて、 第 2図から第 3図への回転体 3 の + Y方向への移動量 YL p (符号は正） を求め、 記憶する。 さらに、 DS P 1 6は、 +X及び一 Xの方向に配置されているラジアル変位センサ 7の出力に基づ く変位信号 ΔΧ0 (=0) を記憶する。
次に、 DS P 1 6は、 +Xの方向にあるラジアル磁気軸受 5にのみ所定の励磁 電流を供給して回転体 3を + X方向に吸引する。 これにより、 回転体 3は保護軸 受 9 (内径円 C) の + X側に内接する （第 4図の状態） 。 この状態において DS P 1 6は、 +X及び— Xの方向に配置されているラジアル変位センサ 7の出力に 基づく変位信号 ΔΧ 1を読む。 DS P 16は、 この変位信号 ΔΧ 1と、 先に記憶 した変位信号 ΔΧ0との差 （ΔΧ 1— ΔΧ0) を算出する。 この算出結果に基づ いて、 DS P 16は、 第 3図から第 4図への回転体 3の + X方向への移動量 XL P (符号は正） を求め、 記憶する。
次に、 DS P 1 6は、 —Yの方向にあるラジアル磁気軸受 5にのみ所定の励磁 電流を供給して回転体 3を一 Y方向に吸引する。 これにより、 回転体 3は保護軸 受 9 (内径円 C) の— Y側に内接する （第 5図の状態） 。 この状態において DS P 16は、 +Y及び— Yの方向に配置されているラジアル変位センサ 7の出力に 基づく変位信号 ΔΥ 2を読む。 DS P 1 6は、 この変位信号 ΔΥ 2と、 先に記憶 した変位信号 ΔΥ0との差 （ΔΥ2— ΔΥ0) を算出する。 この算出結果に基づ いて、 DS P 16は、 第 2図から第 5図への回転体 3の— Y方向への移動量 YL n (符号は負） を求め、 記憶する。
次に、 DSP 1 6は、 —Xの方向にあるラジアル磁気軸受 5にのみ所定の励磁 電流を供給して回転体 3を一 X方向に吸引する。 これにより、 回転体 3は保護軸 受 9 (内径円 C) の一 X側に内接する （第 6図の状態） 。 この状態において DS P 16は、 +X及び一 Xの方向に配置されているラジアル変位センサ 7の出力に 基づく変位信号 ΔΧ 2を読む。 DS P 16は、 この変位信号 ΔΧ 2と、 先に記憶 した変位信号 ΔΧ0との差 （ΔΧ2— ΔΧ0) を算出する。 この算出結果に基づ いて、 DS P 1 6は、 第 3図から第 6図への回転体 3の—X方向への移動量 XL n (符号は負） を求め、 記憶する。
上記のようにして、 第 2図の状態から回転体 3を保護軸受 9に内接させながら 第 3図、 第 4図、 第 5図及び第 6図の順に移動させた場合の回転体 3の中心位置 P 0、 P l、 P 2、 P 3及び P 4をプロットしたものが第 7図である。 また、 前 述の移動量 YL p、 XL p, YLn及び XLnは、 第 7図に示す各寸法である。 なお、 回転体 3の初期の中心位置 P 0は、 第 8図に示すように、 P 1〜P 4の 中心にあるとは限らない。 この場合、 図示の YL p及び YL nは、 P 0における 変位信号 ΔΥ0を基準に読みとられるため不均一になる。 但しこの場合でも、 + Y方向にあるラジアル磁気軸受 5に吸引されると、 回転体 3の中心は P 1の位置 に移動する。 従って、 XL p及び XL nに関しては、 第 7図の場合と同様である こうして求めた移動量 YL p、 XL p、 YLn及び XLnを基に、 DSP 1 6 は、 移動スパン平均値 Sの演算を行う （ステップ S 2) 。 具体的には、 まず、 Y及び Xの両方向における移動スパン Y s及び X sを、
Y s =YL p - YLn
X s =XL -XL n
により求める。 次に、 移動スパン平均値 Sを、
S= (Y s +X s ) /2 ...(1)
により求める。 このように X、 Y両方向の平均で Sを求めることにより、 後述す る機種判定の信頼性を高めることができる。
続いて DS P 1 6は、 移動スパン平均値 Sが、
S lmin≤S≤S 1 max ...(2)
を満たすか否かを判断する （ステップ S 3) 。 ここで、 S lmin及び S lmaxは、 A機種の機械本体 1における保護軸受 9と回転体 3とのラジアル方向への隙間の 最小値及び最大値である。機械本体 1が A機種であれば、上記（2)式の判断はイエ スとなる。 従って、 D S P 1 6はステップ S 7に進み、 フラッシュメモリ 1 8か ら A機種用の制御パラメ一夕を読み込み、 この制御パラメータに基づいて、 アキ シャル磁気軸受 4及びラジアル磁気軸受 5に対して支持の目標値を設定する。 機械本体 1が A機種でなければ、 上記（2)式の判断はノーとなる。従って、 D S P 1 6はステップ S 4に進み、 移動スパン平均値 Sが、
S 2 min≤ S≤ S 2 max ... (3)
を満たすか否かを判断する。 ここで、 S 2 min及び S 2 maxは、 B機種の機械本体 1における保護軸受 9と回転体 3とのラジアル方向への隙間の最小値及び最大値 である （但し、 S l max< S 2 min) 。 機械本体 1が B機種であれば、 上記（3)式の 判断はイエスとなる。 従って、 D S P 1 6はステップ S 8に進み、 フラッシュメ モリ 1 8から B機種用の制御パラメ一夕を読み込み、 この制御パラメータに基づ いて、 アキシャル磁気軸受 4及びラジアル磁気軸受 5に対して支持の目標値を設 定する。
機械本体 1が B機種でなければ、 上記（3)式の判断はノ一となる。従って、 D S P 1 6はステップ S 5に進み、 移動スパン平均値 Sが、
S 3 min≤ S≤ S 3 max ... (4)
を満たすか否かを判断する。 ここで、 5 3 1111 11及び3 3 111& は、 C機種の機械本体 1における保護軸受 9と回転体 3とのラジアル方向への隙間の最小値及び最大値 である （但し、 S 2 max< S 3 min) 。 機械本体 1が C機種であれば、 上記（4)式の 判断はイエスとなる。 従って、 D S P 1 6はステップ S 9に進み、 フラッシュメ モリ 1 8から C機種用の制御パラメ一夕を読み込み、 この制御パラメ一夕に基づ いて、 アキシャル磁気軸受 4及びラジアル磁気軸受 5に対して支持の目標値を設 定する。
機械本体 1が C機種でなければ、 上記（4)式の判断はノーとなる。 この結果、 機 械本体 1は A機種、 B機種、 C機種のいずれでもないことになり、 機種判別がで きない。 従って、 D S P 1 6はステップ S 6に進み、 異常表示を行う。
こうして、 機械本体 1の機種を移動スパン平均値 Sから判断し、 自動的に該当 機種用の制御パラメータに設定して、 迅速に磁気浮上状態に移行することができ 1
10 る。 従って、 共通の制御装置 1 1により、 複数種類の機械本体 1に対して適切な 制御パラメータを自動的に設定して、 回転体 3の位置制御を行うことができる。 これにより、 制御装置 1 1を汎用化することができ、 制御装置 1 1の量産効果に よりコストダウンを図ることができる。 なお、 自動的な判断ができない場合にの み異常表示が行われ、 人の判断にて制御パラメ一夕の設定が行われる。
なお、 上記実施形態におけるフローチャート （第 1図） は、 3機種から選択す る処理を示したが、 さらに多機種について判断し、 自動的に制御パラメ一夕を設 定することも可能である。
また、 上記実施形態では、 移動量 YL p、 XL p、 YLn及び XLnを基に機 種判定を行ったが、 Y方向又は X方向のみの移動量に基づいて機種判定を行うこ とも可能である。
また、 上記実施形態では、 移動量 YL p、 XL p、 YLn及び XLnを求める 前にアキシャル磁気軸受軸受 4を励磁して軸方向には仮の磁気浮上の状態とした が、 回転体 3が保護軸受 9に接触した状態でもラジアル方向に吸引することが可 能であれば、 軸方向に浮上させなくても良い。
また、 上記実施形態では、 ラジアル方向の移動限界までの移動量に基づいて機 種判定を行ったが、 アキシャル方向の移動限界までの移動量に基づいて機種判定 を行うことも可能である。 この場合は、 静止状態の回転体 3を、 その軸方向端部 3 bが保護軸受 9に当たるまで浮上させることにより、 アキシャル変位センサ 6 の変位信号 Δ Zの変化量からその移動量を求め、 これに基づいて機種判定が行わ れる。

Claims

1 1 請 求 の 範 囲
1 . 磁気軸受によって支持される回転体の位置を検出してその位置制御を行う 制御型磁気軸受装置において、
静止状態の前記回転体を所定方向に移動させ、 移動限界位置までの移動量を求 める手段と、
前記移動量に基づいて磁気軸受の機種を判定し、 制御パラメ一夕を設定する手 段と
を備えたことを特徴とする制御型磁気軸受装置。
2 . 磁気軸受によって支持される回転体の位置を検出してその位置制御を行う 制御型磁気軸受装置において、
静止状態の前記回転体を複数の方向に移動させ、 移動限界位置までの移動量を 求める手段と、
前記移動量に基づいて平均的移動量を求める手段と、
前記平均的移動量に基づいて磁気軸受の機種を判定し、 制御パラメータを設定 する手段と
を備えたことを特徴とする制御型磁気軸受装置。
3 . 磁気軸受によって支持される回転体を静止位置からラジアル方向の第 1軸 の一方向側に移動させ、 移動限界位置までの移動量を求め、
次に、 前記回転体をラジアル方向の第 2軸の一方向側に移動させ、 移動限界位 置までの移動量を求め、
次に、 前記回転体をラジアル方向の第 1軸の他方向側に移動させ、 移動限界位 置までの移動量を求め、
次に、 前記回転体をラジアル方向の第 2軸の他方向側に移動させ、 移動限界位 置までの移動量を求め、
前記各移動量に基づいて平均的移動量を演算し、
前記平均的移動量に基づいて磁気軸受の機種を判定し、 制御パラメータを設定 する
ことを特徴とする磁気軸受の機種判定方法。
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