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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Magnetlagervorrichtungen.
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9 zeigt ein allgemeines
Konstruktionsdiagramm einer Turbomolekularpumpe, die mit einem dreiachsig
geregelten Magnetlager versehen ist. Das dreiachsig geregelte Magnetlager
verwendet einen radialen Elektromagneten 4 und einen axialen
Elektromagneten 6, um einen durch eine Magnetkraft angehobenen
Rotor 2 zu halten. Die Drehzahl des Rotors 2 wird
mittels eines Drehzahlsensors 7 erfaßt. 10 ist ein Blockschaltbild, das eine
Anordnung für
eine Radialpositionsregelung zeigt, die in einer herkömmlichen
Magnetlagervorrichtung ausgeführt wird.
Zum Regeln der Position des Rotors 2 in dessen Radialrichtung
erfaßt
ein Radialpositionssensor 8 die Position des Rotors 2,
wobei eine Verschiebungsberechnungsschaltung 10 dessen
Verschiebung berechnet. Ein Ausgang der Verschiebungsberechnungsschaltung 10 wird über eine
PID-Regelschaltung 12 (PID steht für Proportional-Integral-Differential – eine bekannte
Regelungsform, wie z. B. beschrieben ist in K. J. Åström und T.
Hägglund: PID-Controllers:
Theory, Design and Tuning, 2. Ausgabe, Instrument Society of America)
geführt
und mittels einer Leistungsverstärker-Ansteuerschaltung 14 und
eines Leistungsverstärkers 16 in
der Leistung verstärkt.
Anschließend
wird der radiale Elektromagnet 4 angesteuert, um den Rotor 2 aktiv
zu regeln. Aus dem Vorangehenden wird deutlich, daß die Positionsregelung
des Rotors 2 einfach auf der Grundlage seiner Verschiebungen
ausgeführt
wird, die vom Radialpositionssensor 8 erfaßt werden.
Da der Radialpositionssensor 8 an einer höheren Position
montiert ist als der (nicht gezeigte) Schwerpunkt des Rotors 2, überwacht
er Verschiebungen eines oberen Abschnitts des Rotors 2.
Andrerseits werden Verschiebungen eines unteren Abschnitts des Rotors 2, d.
h. eines Ab schnitts unterhalb seines Schwerpunkts, mittels des axialen
Elektromagneten 6, eines Ankers 18 und der Permanentmagneten 20 passiv geregelt.
Somit kann der untere Abschnitt des Rotors 2 eine große Auslenkungsbewegung
hervorrufen, die den unteren Abschnitt veranlassen kann, mit einem Aufsetzlager 22 in
Kontakt zu kommen, wenn der Rotor 2 beschleunigt wird und
seine Drehzahl einen Resonanzpunkt erreicht, der für die Turbomolekularpumpe
charakteristisch ist. Diese Auslenkungsbewegung umfaßt gleichzeitige
konische Bewegungen sowohl des oberen als auch des unteren Abschnitts
des Rotors 2 um dessen Schwerpunkt. Dieses Phänomen kann
eine Abnutzung des Lagers oder vorübergehende Schwingungen hervorrufen.
Obwohl der Resonanzpunkt dieser Art dazu neigt, sich in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Rotors 2 zu verändern, wird eine solche Auslenkungsbewegung
im allgemeinen in Bewegungen in zwei Richtungen entsprechend der
Drehzahl unterteilt, in welcher die Bewegungen in den zwei Richtungen
um einen gemeinsamen stationären
Punkt auftreten. Diese Bewegungen sind eine Rückwärtsdrehbewegung (Präzession),
die der Drehrichtung entgegengesetzt ist, und eine Vorwärtsdrehbewegung
(Nutation), die in die gleiche Richtung wie die Drehrichtung gerichtet
ist. Hierbei ist ein Punkt, an welchem die Resonanz aufgrund der Präzession
mit der Drehzahl des Rotors 2 übereinstimmt, als ein erster
Kegelmodusresonanzpunkt definiert, während ein Punkt, an welchem
die Resonanz aufgrund der Nutation mit der Drehzahl des Rotors 2 übereinstimmt,
als ein zweiter Kegelmodusresonanzpunkt definiert ist. Neben diesen
Kegelmodusresonanzen kann die Turbomolekularpumpe gelegentlich eine
Parallelmodusresonanz aufgrund der Verschiebungsbewegung des Rotors 2 erzeugen,
wobei diese Parallelmodusresonanz ebenfalls den Rotor 2 veranlassen
kann, mit dem Aufsetzlager 22 in Kontakt zu kommen, oder
es kann eine vorübergehende Schwingung
auftreten. In Wirklichkeit treten die Kegelmodusresonanz und die
Parallelmodusresonanz gleichzeitig auf und sind in vielen Fällen in
einer komplexen Weise kombiniert. Um Nachteile zu vermeiden, die
an den Resonanzpunkten in solchen Kegelmodus- und Parallelmodusresonanzen
auftreten können,
offenbart die ungeprüfte
japanische Patentanmeldung Nr. 7-248021 ein Verfahren zum Verbessern
der Steifigkeit in einem niedrigen Frequenzbereich durch Verbinden
mehrerer Bandpaßfilter 24 parallel
mit der PID-Regelschaltung 12,
wie in 11 gezeigt ist.
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Obwohl
das Vorsehen mehrerer Bandpaßfilter 24,
die parallel mit der PID-Regelschaltung 12 verbunden
sind, bis zu einem gewissen Maß vorteilhaft
ist, um dem Rotor 2 zu ermöglichen, z. B. einen Kegelresonanzpunkt
zu überschreiten,
ist eine Verbesserung der Steifigkeit in einem sehr viel niedrigeren
Frequenzbereich erwünscht,
um dem Rotor 2 zu ermöglichen,
die Resonanzpunkte in einer stabilen Weise zu überschreiten. Diesbezüglich weist
eine herkömmliche
Schaltungskonfiguration, in der die aus nur phasenvorrückenden
Elementen bestehenden Bandpaßfilter 24 parallel
mit der PID-Regelschaltung 12 verbunden
sind, das folgende Problem auf im Vergleich zu einer Schaltungskonfiguration,
in der die Bandpaßfilter 24 mit
der PID-Regelschaltung 12 in
Serie verbunden sind. 12 zeigt
Bode-Diagramme, die einen Vergleich zeigen zwischen einem Fall,
in dem die Bandpaßfilter
in Serie mit einer PID-Regelschaltung verbunden sind, und einem
Fall, in welchem die Bandpaßfilter
parallel mit der PID-Regelschaltung verbunden sind. Die durchgezogenen Linien
in dieser Figur sind für
die Konfiguration, die eine Serienverbindung verwendet, während die
gestrichelten Linien für
die Konfiguration sind, die eine Parallelverbindung verwendet. Aus 12 wird deutlich, daß die Parallelverbindung
beim Erhöhen
des Verstärkungsfaktors
oder beim Vorrücken
der Phase weniger effektiv ist als die Serienverbindung, wenn die
gleichen Bandpaßfilter
verwendet werden. Ferner wird z. B. eine Analyse der Übertragungsfunktionen bei
der Parallelverbindung im Vergleich zur Serienverbindung komplizierter.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wurde hinsichtlich der obenerwähnten Probleme des Standes
der Technik gemacht, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, Magnetlagervorrichtungen
zu schaffen, die unerwünschte
Konsequenzen verhindern können,
die durch Kegelmodus- oder Parallelmodusresonanz hervorgerufen werden,
die während
der Beschleunigung eines Rotors leicht auftreten können.
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Die
vorliegende Erfindung schafft in einem allgemeinen Aspekt eine Magnetlagervorrichtung, die
enthält:
einen
Radialpositionssensor zum Messen der Position eines Rotors in dessen
Radialrichtung;
ein erstes Kompensationsmittel zum Verbessern
der Steifigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kompensationsmittel
ein Frequenzband abdeckt, das wenigstens eine erste Kegelmodusresonanzfrequenz
und eine zweite Kegelmodusresonanzfrequenz enthält, und auf einen Ausgang des
Radialpositionssensors anspricht;
ein zweites Kompensationsmittel
zum selektiven Übertragen
oder Korrigieren eines Ausgangs des ersten Kompensationsmittels;
und
ein Mittel zum Bereitstellen eines Leistungsausgangs für einen
radialen Elektromagneten zum Bewegen des Rotors in seiner Radialrichtung
auf der Grundlage des Ausgangs des zweiten Kompensationsmittels.
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In
einem spezifischeren Aspekt umfaßt die Erfindung einen Radialsensor
zum Messen der Position eines Rotors in dessen Radialrichtung, ein
Verschiebungsberechnungsmittel zum Verarbeiten einer vom Radialsensor
gemessenen Verschiebung, ein erstes Kompensationsmittel zum Verbessern
der Steifigkeit in einem Frequenzband, das wenigstens eine erste
Kegelmodusresonanzfrequenz und eine zweite Kegelmodusresonanzfrequenz
enthält,
bei Empfangen eines Ausgangs des Verschiebungsberechnungsmittels,
ein zweites Kompensationsmittel zum Korrigieren eines Ausgangs des
ersten Kompensationsmittels, ein Leistungsverstärkungsmittel zum Verstärken der
Leistung eines Ausgangs des zweiten Kompensationsmittels, und einen
radialen Elektromagneten zum Regeln der Position des Rotors in dessen
Radialrichtung auf der Grundlage eines Ausgangs des Leistungsverstärkungsmittels.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Radialsensor geschaffen
zum Messen der Position eines Rotors in dessen Radialrichtung, ein
Verschiebungsberechnungsmittel zum Verarbeiten einer vom Radialsensor
gemessenen Verschiebung, ein Drehzahlsensor zum Messen der Drehzahl
des Rotors, ein Kompensationsumschaltmittel zum Verbinden eines
Leiters des ersten Kompensationsmittels, das eine Steifigkeit in
einem Frequenzband verbessert, das wenigstens eine erste Kegelmodusresonanzfrequenz
und eine zweite Kegelmodusresonanzfrequenz enthält, mit einer nächsten Stufe
des Verschiebungsberechnungsmittels, wenn die vom Drehzahlsensor
gemessene Drehzahl mit dem vorgegebenen Drehzahldaten übereinstimmt,
ein zweites Kompensationsmittel zum Korrigieren eines Ausgangs des Kompensationsumschaltmittels,
ein Leistungsverstärkungsmittel
zur Leistungsverstärkung
eines Ausgangs des zweiten Kompensationsmittels, sowie einen radialen
Elektromagneten zum Regeln der Position des Rotors in dessen Radialrichtung
auf der Grundlage eines Ausgangs des Leistungsverstärkungsmittels,
wobei die vorgegebenen Drehzahldaten wenigstens eine der spezifischen
Drehzahlen definieren, die unterhalb und oberhalb des Frequenzbandes
auftreten, das die erste Kegelmodusresonanzfrequenz und die zweite
Kegelmodusresonanzfrequenz enthält.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung verbindet das Kompensationsumschaltmittel
den Leiter oder eines von mehreren Kompensationsmitteln mit der
nächsten
Stufe des Verschiebungsberechnungsmittels, wenn die vom Drehzahlsensor
gemessene Drehzahl mit den vorgegebenen Drehzahldaten übereinstimmen,
wobei die Kompensationsmittel jeweils unterschiedliche Frequenzbänder aufweisen, und
wobei die gesamte Kompensationseinrichtung ein Frequenzband aufweist,
das wenigstens die erste Kegelmodusresonanzfrequenz und die zweite
Kegelmodusresonanzfrequenz enthält,
wobei die vorgegebenen Drehzahldaten mehrere Drehzahlen definieren,
die diejenigen enthalten, die unterhalb und oberhalb der ersten
Kegelmodusresonanzfrequenz auftreten, sowie diejenigen, die unterhalb
und oberhalb der zweiten Kegelmodusresonanzfrequenz auftreten.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Kompensationsmittel
ein Bandpaßfilter,
das die Steifigkeit in einem spezifischen Bereich innerhalb eines
Frequenzbandes verbessert, das die erste Kegelmodusresonanzfrequenz
F1, die zweite Kegelmodusresonanzfrequenz F2 und eine dritte Frequenz
F3 (= F1 + 2(F2 – F1))
enthält.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockschaltbild,
das eine erste Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 zeigt die Veränderung
der Kegelmodusresonanzfrequenzen entsprechend der Drehzahl;
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3 zeigt Bode-Diagramme eines
Gesamtkompensators, der erhalten wird, wenn ein Bandpaßfilter,
das zur Verbesserung der Steifigkeit sowohl bei der ersten als auch
der zweiten Kegelmodusresonanzfrequenz fähig ist, in Serie mit einer
PID-Regelschaltung verbunden wird;
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4 ist ein Schaltbild, das
die Frequenzantworten von Regelkreissystemen zeigt, die ein zu regelndes
System enthalten;
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5 ist ein Konfigurationsdiagramm
eines Regelkreissystems, das ein geregeltes System enthält;
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6 ist ein Konfigurationsdiagramm
eines Regelkreissystems, in das ein Bandpaßfilter eingesetzt ist;
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7 ist ein Blockschaltbild,
das eine zweite Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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8 zeigt Bode-Diagramme von
Bandpaßfiltern,
die die Steifigkeit ausschließlich
sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Kegelmodusresonanzfrequenz
verbessern können;
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9 ist ein allgemeines Konstruktionsschaubild
einer Turbomolekularpumpe, die mit einem herkömmlichen, dreiachsig geregelten
Magnetlager versehen ist;
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10 ist ein Blockschaltbild,
das eine Anordnung für
die Radialpositionsregelung zeigt, die im obenerwähnten, dreiachsig
geregelten Magnetlager ausgeführt
wird;
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11 ist ein Blockschaltbild,
das eine Anordnung für
eine Radialpositionsregelung zeigt, die in einem Magnetlager unter
Verwendung (parallel verbundener) Bandpaßfilter ausgeführt wird;
und
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12 zeigt Bode-Diagramme,
die einen Vergleich zeigen zwischen einem Fall, in dem Bandpaßfilter
in Serie mit einer PID-Regelschaltung verbunden sind, und einem
Fall, in welchem die Bandpaßfilter
parallel mit der PID- Regelschaltung
verbunden sind.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im
folgenden werden Ausführungsformen dieser
Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in welchen die Elemente, die zu den in 10 gezeigten identisch sind, mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei eine Beschreibung
solcher Elemente hier weggelassen wird. Wie in 1 gezeigt, die eine erste Ausführungsform
der Erfindung darstellt, enthält
ein Verschiebungsdetektor 30 einen Radialsensor 8 und eine
Verschiebungsberechnungsschaltung 10. Ein Ausgang des Verschiebungsdetektors 30 wird
an einen Eingangsanschluß 32a eines
Schalters oder einer Umschalteinrichtung 32 weitergeleitet.
Ein Ausgangsanschluß 32b der
Schalteinrichtung 32 ist mit einem Leiter 34 verbunden.
Ein weiterer Ausgangsanschluß 32c der
Schalteinrichtung 32 ist mit einem Ende eines Bandpaßfilters 24 verbunden,
der einem ersten Kompensationsmittel entspricht. Eine Kompensatorumschalt-Unterscheidungsvorrichtung 26 wechselt
die Verbindungen eines Schalters 32s der Schalteinrichtung 32 entsprechend
der von einem Drehzahlsensor 7 gemessenen Drehzahl. Ein
Koppler 36 ist mit dem anderen Ende des Bandpaßfilters 24 sowie
mit dem anderen Ende des Leiters 34 verbunden. Der Koppler 36 dient
zum Addieren eines Ausgangs des Bandpaßfilters 24 und eines
Ausgangs über
den Leiter 34 und bildet zusammen mit der Kompensationsumschalt-Unterscheidungsvorrichtung 26 und
der Schalteinrichtung 32 ein Kompensationsumschaltmittel.
Eine PID-Regelschaltung 12 dient zum Ausführen einer
Positionskompensation auf der Grundlage von PID-Konstanten und entspricht
dem zweiten Kompensationsmittel. Eine Leistungsverstärker-Ansteuerschaltung 14 und
ein Leistungsverstärker 16 arbeiten
zusammen, um einen Ausgang der PID-Regelschaltung 12 zu
verstärken und
eine erhöhte
Ausgangsleistung bereitzustellen und entsprechen dem Leistungsverstärkungsmittel. Ein
Magnetlager 38 enthält
den Leistungsverstärker 16 und
einen radialen Elektromagneten 4.
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Es
folgt nun eine Operationsbeschreibung.
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Wie
in 1 gezeigt, ist das
Bandpaßfilter 24 in
Serie mit der PID-Regel schaltung 12 verbunden, um im Vergleich
zum Stand der Technik eine sehr viel bessere Steifigkeit zu schaffen.
Der Verschiebungsdetektor 30 erfaßt Verschiebungen eines Rotors 2,
wobei jede Verschiebung in die Schalteinrichtung 32 eingegeben
wird. Andrerseits erfaßt
der Drehzahlsensor 7 die Drehzahl, wobei die Kompensatorumschalt-Unterscheidungsvorrichtung 26 den Schalter 32s der
Schalteinrichtung 32 in Abhängigkeit von der Drehzahl veranlaßt, den
Ausgangsanschluß 32b oder
den Ausgangsanschluß 32c zu
verbinden. Der Zeitablauf dieser Schaltoperation wird wie folgt
gesteuert. Wenn eine Turbomolekularpumpe mit einer Nenndrehzahl
(von der die Drehzahl der Kegelmodusresonanzfrequenzen abhängt, wie
in 2 gezeigt) von z.
B. etwa 32.500 min–1 verwendet wird, existieren
Kegelmodusresonanzpunkte, die mit der Drehzahl übereinstimmen, bei etwa 2.500
min–1) was
einer ersten Kegelmodusresonanzfrequenz F1 entspricht) und bei etwa
4.800 min–1 (was
einer zweiten Kegelmodusresonanzfrequenz F2 entspricht). Um mit
dem Bandpaßfilter 24 ein
Betriebsfrequenzband zu schaffen, das diese zwei Resonanzpunkte abdeckt,
wird der Schalter 32s innerhalb eines Bereiches von z.
B. 1.000 bis 6.500 min–1 mit dem Ausgangsanschluß 32c verbunden.
Im Gegensatz hierzu wird der Schalter 32s in Bereichen
von 0 bis 1.000 min–1 und ab 6.500 min–1 und
darüber
mit dem Ausgangsanschluß 32b verbunden.
Der Koppler 36 addiert den Ausgang des Bandpaßfilters 24 und
den Ausgang über
den Leiter 34 miteinander. Alternativ kann der Koppler 36 einen
Schalter umfassen, der eine ähnliche
Funktion wie die Schalteinrichtung 32 besitzt und mit der
Schalteinrichtung 32 gekoppelt ist. In einer weiteren Ausführungsform
können
dann, wenn das Umschalten zwischen den Ausgangsanschlüssen 32b und 32c stabil
und sicher ist, die Ausgangsenden des Bandpaßfilters 24 und des
Leiters 34 einfach miteinander verbunden werden. Die Frequenzantwort,
die erhalten wird, wenn das Bandpaßfilter 24 und die
PID-Regelschaltung 12 in Serie verbunden sind, ist in den
in 3 gezeigten Bode-Diagrammen
dargestellt. Wie aus dieser Figur deutlich wird, kann diese Schaltungskonfiguration
die Steifigkeit sowohl um die erste als auch um die zweite Kegelmodusresonanzfrequenz
verbessern. In dieser Konfiguration umfaßt das Bandpaßfilter 24 Phasenvorrückelemente
erster Ordnung und weist Grenzfrequenzen von 80 Hz und 150 Hz auf.
Dies bedeutet, daß eine
normale Operation bei anderen Frequenzen außerhalb eines Frequenzbandes
möglich
ist, das die Kegelmodusresonanzfrequenzen enthält, während die Kegelmodusresonanz
in dem Fre quenzband, das die Kegelmodusresonanzfrequenzen enthält, unterdrückt werden
kann. Wenn jedoch Probleme wie z. B. eine Reduktion des Verstärkungsfaktors oder
einer Phasenverzögerung
nicht bei Frequenzen außerhalb
des Frequenzbandes auftreten, das die Kegelmodusresonanzfrequenzen
enthält,
kann der Ausgang des Verschiebungsdetektors 30 nach dem Hochfahren
kontinuierlich über
das Bandpaßfilter 24 geleitet
werden.
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4 zeigt die Frequenzantworten
der Regelkreissysteme, die ein zu regelndes System enthalten. Die
gestrichelten Linien in dieser Figur zeigen die Frequenzantworten,
die erhalten werden, wenn ein geregeltes System 40 nur
mittels der PID-Regelschaltung 12 eingestellt wird, wie
in einer in 5 gezeigten
Konfiguration, während
die durchgezogenen Linien die Frequenzantworten zeigen, die erhalten werden,
wenn das Bandpaßfilter 24 in
Serie mit der PID-Regelschaltung 12 verbunden ist, wie
in einer in 6 gezeigten
Konfiguration. Aus 4 wird
deutlich, daß durch
eine Serienverbindung des Bandpaßfilters 24 im Vergleich
zur Konfiguration mit nicht angeschlossenem Bandpaßfilter 24 der
Verstärkungsfaktor
sehr viel stabiler geworden ist und die Verstärkungsfaktorspitzen bei den
Frequenzen F1 und F2 (Resonanzfrequenzen, die von der Drehzahl abhängen) unterdrückt worden
sind. Wie in den 5 und 6 gezeigt, wird ein Soll-Wert
als ein Signal in den Anregungspunkt eines Regelkreissystems eingegeben, wobei
dieser Soll-Wert im Fall einer Magnetlagervorrichtung für eine Turbomolekularpumpe
grundsätzlich
gleich 0 ist. Die Verschiebung des Rotors 2 wird vom Radialpositionssensor 8 erfaßt und entsprechend
ihrer Amplitude und Phase durch die PID-Regelschaltung 12 der 5 oder die PID-Regelschaltung 12 der 6 und das Bandpaßfilter 24 geregelt.
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Hierbei
wird die niedrigere Resonanzfrequenz mit F1 bezeichnet (was der
ersten Kegelmodusresonanzfrequenz entspricht), während die höhere Resonanzfrequenz mit F2
bezeichnet wird (was der zweiten Kegelmodusresonanzfrequenz entspricht).
Obwohl das Frequenzband, das die Kegelmodusresonanzpunkte enthält, exakt
auf einen Bereich von F1 bis F2 eingestellt werden kann, gibt es
Fälle, in
denen eine solche Einstellung die Stabilität in Abhängigkeit davon beeinträchtigt,
wie die Phase zurückgeführt wird.
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Dementsprechend
wird das Operationsfrequenzband des Bandpaßfilters 24 auf einen
spezifischen Bereich innerhalb eines Frequenzbandes gesetzt, das die
Resonanzfrequenzen F1 bis F3 (= F1 + 2(F2 – F1)) enthält, aus Gründen der Stabilisierung, wobei
der spezifische Bereich ein Frequenzbereich ist, der zu einer Hochfrequenzseite
verschoben ist und Frequenzen ausschließt, bei denen die Phasenrückführung signifikant
ist. Obwohl die Turbomolekularpumpe im allgemeinen geneigt ist,
um eine Parallelmodusresonanz aufgrund einer Verschiebungsbewegung
zusätzlich
zur obenerwähnten
Kegelmodusresonanz zu erzeugen, kann die Parallelmodusresonanz auch
unterdrückt
werden durch Verbessern der Steifigkeit mittels des Bandpaßfilters 24.
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Während die
vorangehende Beschreibung hauptsächlich
auf das dreiachsig geregelte Magnetlager gerichtet ist, können die
obenerwähnten
resonanzbedingten Probleme auch in bestimmten Fällen in einem fünfachsig
geregelten Magnetlager auftreten. Die obenbeschriebene Konfiguration
ist auch zum Beseitigen dieser Probleme anwendbar.
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Obwohl
die Schalteinrichtung 32 bei Frequenzen unmittelbar unterhalb
und oberhalb des Frequenzbandes, das die erste Kegelmodusresonanzfrequenz
und die zweite Kegelmodusresonanzfrequenz enthält, umgeschaltet wird, kann
die Schalteinrichtung 32 auch bei nur einer dieser Frequenzen umgeschaltet
werden, in Abhängigkeit
davon, wie die Phase zurückgeführt wird.
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7 zeigt eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, in der die Elemente, die zu den in 1 gezeigten Elementen identisch sind,
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei eine Beschreibung
dieser Elemente hier weggelassen wird. Wie in 7 gezeigt, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform
von der ersten Ausführungsform dadurch,
daß eine
Schalteinrichtung 32 drei Ausgänge aufweist und zwei Bandpaßfilter 24 in
einer Parallelkonfiguration mit den Ausgangsanschlüssen 32c und 32d verbunden
sind. Die Ausgangsenden der Bandpaßfilter 24 sind jeweils
mit einem Koppler 36 verbunden.
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Es
folgt nun eine Operationsbeschreibung.
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Das
Bandpaßfilter 24a und
das Bandpaßfilter 24b weisen
Operationsfrequenzbänder
auf, die die Resonanzfrequenzen F1 bzw. F2 enthalten, wie in den
Bode-Diagrammen der 8 gezeigt
ist. Mit anderen Worten, das Bandpaßfilter 24a und das Bandpaßfilter 24b sind
Kompensatoren, die dem ersten Kegelmodus bzw. dem zweiten Kegelmodus
zugewiesen sind. Ein Schalter 32s der Schalteinrichtung 32 wird
somit mit dem Ausgangsanschluß 32c verbunden,
wenn die Drehzahl z. B. zwischen 1.000 und 3.000 min–1 liegt.
Der Schalter 32s wird mit dem Ausgangsanschluß 32d verbunden,
wenn die Drehzahl in einem Bereich von 3.000 bis 6.500 min–1 liegt, während der
Schalter 32s mit einem Ausgangsanschluß 32b verbunden wird,
wenn die Drehzahl in den Bereichen von 0 bis 1.000 min–1 und
ab 6.500 min–1 und
darüber
liegt. Die Schalteinrichtung 32 ist mit einem Kopplungsmechanismus
versehen, um eine Fehloperation zu vermeiden, wodurch der Schalter 32s immer
mit einem der Ausgangsanschlüsse
verbunden ist. Die vorher erwähnte
erste Ausführungsform
verwendet einen einzelnen Kompensator, um sowohl den ersten als
auch den zweiten Kegelmodusresonanzpunkt abzudecken, wobei in diesem
Sinne die erste Ausführungsform
eine Kompromißlösung bezüglich der
Verbesserung der Steifigkeit darstellt. Im Gegensatz hierzu kann
die zweite Ausführungsform
eine optimale Verbesserung der Steifigkeit sowohl für den ersten
als auch den zweiten Kegelmodusresonanzpunkt schaffen.
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Obwohl
das Bandpaßfilter 24a und
das Bandpaßfilter 24b als
Kompensatoren wirken, die dem ersten bzw. dem zweiten Resonanzpunkt
zugewiesen sind, ist es möglich,
mehrere Bandpaßfilter
zu verwenden und diese so zu konfigurieren, daß sie eine solche Schaltung
bilden, die insgesamt ein Operationsfrequenzband schafft, das den
ersten und den zweiten Resonanzpunkt abdeckt. In diesem Fall wird die
Schalteinrichtung 32 an mehreren Drehzahlpunkten umgeschaltet,
die die Frequenzen unmittelbar unterhalb und oberhalb der ersten
Kegelmodusresonanzfrequenz und der zweiten Kegelmodusresonanzfrequenz
enthalten. Diese Umschaltpunkte können ferner z. B. Frequenzen
enthalten, bei denen sich die Verstärkungsfaktorkennlinien der
Bandpaßfilter
schneiden.
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Wie
oben beschrieben worden ist, ist eine Konstruktion dieser Erfindung
(Anspruch 1) so beschaffen, daß das
erste Kompensationsmittel zwischen dem Verschiebungsberechnungsmittel
und dem zweiten Kompensationsmittel vorgesehen ist. Folglich kann
die Steifigkeit in einem Frequenzband verbessert werden, das wenigstens
die erste Kegelmodusresonanzfrequenz und die zweite Kegelmodusresonanzfrequenz
enthält.
Diese Anordnung ermöglicht,
sowohl die Kegelmodusresonanz als auch die Parallelmodusresonanz
zu unterdrücken.
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Eine
weitere Konstruktion der Erfindung (Anspruch 2) ist so beschaffen,
daß eine
elektrische Verbindung zum Leiter oder zum ersten Kompensationsmittel
in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Rotors umgeschaltet wird. Dies ermöglicht,
unerwünschte Konsequenzen,
die aus der Kegelmodusresonanz entstehen, die nur in dem Frequenzband
auftritt, das die erste Kegelmodusresonanzfrequenz und die zweite
Kegelmodusresonanzfrequenz enthält,
selektiv zu verhindern.
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In
einer weiteren Konstruktion der Erfindung (Anspruch 3) sind mehrere
Kompensationsmittel parallel verbunden, wobei eine elektrische Verbindung zum
Leiter oder zu einem der Kompensationsmittel in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Rotors umgeschaltet wird. Dies ermöglicht,
eine Steifigkeitskompensation zu schaffen, die für die erste Kegelmodusresonanzfrequenz
und die zweite Kegelmodusresonanzfrequenz am besten geeignet ist.
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In
einer weiteren Konstruktion der Erfindung (Anspruch 4) ist das Kompensationsmittel
ein Bandpaßfilter,
das die Steifigkeit in einem spezifischen Bereich innerhalb eines
Frequenzbandes verbessert, das die erste Kegelmodusresonanzfrequenz
F1, die zweite Kegelmodusresonanzfrequenz F2 und eine dritte Frequenz
F3 enthält.
Es ist somit möglich,
eine stabile Steifigkeitskompensation zu schaffen, die frei von
solchen nachteiligen Einflüssen
wie einer Phasenrückführung ist.