[go: up one dir, main page]

JP2003222130A - Magnetic bearing device - Google Patents

Magnetic bearing device

Info

Publication number
JP2003222130A
JP2003222130A JP2002017931A JP2002017931A JP2003222130A JP 2003222130 A JP2003222130 A JP 2003222130A JP 2002017931 A JP2002017931 A JP 2002017931A JP 2002017931 A JP2002017931 A JP 2002017931A JP 2003222130 A JP2003222130 A JP 2003222130A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotating body
control
magnetic bearing
electromagnets
bearing device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002017931A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinao Ito
喜直 伊藤
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.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP2002017931A priority Critical patent/JP2003222130A/en
Publication of JP2003222130A publication Critical patent/JP2003222130A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0446Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転体温度の変動により位置センサとのギャッ
プが変動しても、磁気軸受を安定に制御することができ
る磁気軸受を提供する。 【解決手段】回転体11を電磁石12、13で吸引する
ことにより非接触支持すると共に、電磁石12、13と
のギャップd1、d2を位置センサ14及び15により
検出し、その出力を引算器21で引き算し、制御定数調
整回路23で制御ゲイン倍し、PID調節器25を通し
て電磁石12、13にフィードバックする。これによ
り、回転体11は電磁石12、13とのギャップを均等
に保ちながら最適浮上位置に支持される。また、回転体
11の熱膨張または熱収縮による前記位置センサ14、
15の検出感度の変化は、前記位置センサ14、15出
力を加算し、前記制御定数調整回路23において加算値
に対応した制御ゲインを発生させて補正する。これによ
り広い回転体温度において安定した軸受制御が行える。
(57) Abstract: Provided is a magnetic bearing that can stably control a magnetic bearing even if a gap between the position sensor and the position sensor fluctuates due to a fluctuation in a rotating body temperature. A rotating body is attracted by electromagnets and supported in a non-contact manner, and gaps d1 and d2 with the electromagnets are detected by position sensors and the output thereof is subtracted. , The control gain is multiplied by the control constant adjusting circuit 23, and fed back to the electromagnets 12 and 13 through the PID adjuster 25. As a result, the rotating body 11 is supported at the optimum floating position while keeping the gaps between the rotating bodies 11 and the electromagnets 12 and 13 uniform. Further, the position sensor 14 due to thermal expansion or thermal contraction of the rotating body 11,
The change in the detection sensitivity of 15 is corrected by adding the outputs of the position sensors 14 and 15 and generating a control gain corresponding to the added value in the control constant adjusting circuit 23. Thus, stable bearing control can be performed at a wide rotating body temperature.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ分子ポンプ
等に用いられる磁気軸受装置に関する。 【0002】 【従来の技術】磁気軸受装置は、磁気の吸引力によって
回転体を非接触で浮上させ目標の位置に支持する装置で
あり、ターボ分子ポンプ、遠心分離機、工作機械主軸あ
るいは半導体製造装置などの高速回転用の軸受装置とし
て用いられている。図5は、基本的な5軸磁気軸受装置
の構造を示すもので、モータ8により回転する回転体1
は複数の電磁石3により非接触で軸受され、その浮上位
置は前記電磁石の近傍に配置された位置センサ2により
検出される。従来の磁気軸受装置においては、図6に示
すように位置センサ2a、2bで検出したギャップ信号
の差を制御ゲインを変える制御定数調整回路4、前記回
転体1の回転数成分を除去するフィルタ回路5、PID
調節器6に通してフィードバック制御を行っている。こ
のPID調節器6からの制御信号は電磁石駆動回路7に
より電磁石3a、3bの駆動電流に変換され、電磁石3
a、3bと回転体1とのギャップ差が0になるように制
御されている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】例えば、ターボ分子ポ
ンプに用いられる磁気軸受装置では、排気するガスが増
加すると、モータ発熱やガス排気に伴う発熱によって回
転体1の温度が上昇する。回転体1の温度が上昇すると
回転体1は熱膨張し、回転体1と位置センサ2a、2b
間のギャップが減少する。位置センサ2a、2bは、図
7に示すような非直線的特性を有しており、ギャップが
減少するとギャップに対する出力電圧変化比、すなわち
検出感度が減少する。この結果、磁気軸受制御系のルー
プゲインが減少し、磁気軸受制御が不安定になるという
問題がある。 【0004】このような制御ループの不安定性はPID
調節器6の制御定数の再調整により抑えることも可能で
あるが、元の温度に低下した場合に磁気軸受制御系がま
た不安定になり、制御定数の再調整が必要になるという
問題がある。本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、回転体と位置センサ間のギャップが回
転体の温度上昇などにより変化しても磁気軸受を安定に
制御することができる磁気軸受装置を提供することを目
的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の磁気軸受装置は、ハウジング内に収納され
た回転体と、この回転体を非接触で位置調整可能に支持
する、ハウジング内に取り付けられた複数の磁気軸受
と、前記回転体の位置を検出する位置検出手段と、前記
位置検出手段の検出結果を磁気軸受制御系にフィードバ
ックして、前記回転体が最適浮上位置に支持されるよう
に制御する制御手段とを備える磁気軸受装置において、
前記回転体を中心にして対向する位置に設けられた位置
センサにより検出されたギャップの和に応じて、磁気軸
受制御系の制御定数の切換えを行う制御定数切換手段を
備えたことを特徴とするものである。本発明の磁気軸受
装置は上記のように構成されており、回転体の熱膨張や
熱収縮による回転体と位置センサ間のギャップ変動が原
因で生じる制御不安定を抑制することができる。 【0006】 【発明の実施の形態】以下、本発明の磁気軸受装置の実
施例を図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本
発明による磁気軸受装置の構成を示すブロック図、図2
は5軸磁気軸受部の電磁石と回転体との位置関係を示す
図である。本発明の磁気軸受装置は、例えばターボ分子
ポンプ等の各種装置の回転部を形成する回転体11と、
この回転体11を磁気の吸引力を利用して非接触で支持
するよう対向して設置された電磁石12、13と、この
電磁石12、13の近傍に設置されたギャップd1、d
2を電気的信号に変換するほぼ同特性の位置センサ1
4、15とからなる磁気軸受部10と、前記ギャップd
1、d2を一定に保つように制御する下記制御部20か
ら構成されている。 【0007】前記回転体11は、実際には5軸磁気軸受
等により支持されており、この場合には回転体11に対
して図2に示すような位置に、上部X軸上の1組の電磁
石12a、13a及びY軸上の1組の電磁石12b、1
3bと、下部X軸上の1組の電磁石12c、13c及び
Y軸上の1組の電磁石12d、13dと、下部Z軸上の
1組の電磁石12e、13eが配置され、モータ16に
より回転体11は一体のディスク11aと共に非接触で
回転する。また、回転体11と各電磁石とのギャップ
は、各電磁石の近傍に設けられた位置センサ(図示省
略)により検出されるとともに、各電磁石への駆動電流
は、それぞれ1組の電磁石に対応して設けられた制御部
(図示省略)により制御される。図1では代表的に1組
の電磁石12、13と位置センサ14、15とそれに対
応する制御部20を示しているが、他の電磁石に対して
も同様な制御部が用いられる。 【0008】前記制御部20は、前記位置センサ14、
15により検出されたギャップd1、d2に対応する出
力信号E01、E02を引き算して偏差信号ΔE(=E
01−E02)に変換する引算器21と、前記出力信号
E01、E02を加算する加算器22と、この出力信号
E03に基づいて前記位置センサ14、15の検出感度
の変化分を補正できる制御ゲインに切換える制御定数調
整回路23と、前記回転体11の回転数成分を除去する
フィルタ回路24と、前記偏差信号ΔEが3項動作(比
例、積分、微分)によって変化する制御信号を出力する
PID調節器25と、この制御信号が電磁石12、13
を駆動できるレベルの電流I1、I2にまで増幅変換す
る電磁石駆動回路26から構成されている。 【0009】前記加算器22及び制御定数調整回路23
は、本発明を特徴付けるもので、この制御定数調整回路
23は、加算器22の出力信号E03と内部比較電圧と
を比較して、ゲートG1〜G3をもつスイッチ23aに
切換信号を送出する比較器23bと、前記ゲートG1〜
G3に対応してゲイン調整電圧V1〜V3を出力する電
圧源23cと、前記引算器21の出力信号ΔEとゲイン
調整電圧V1〜V3を掛合わせた出力信号E04を出力
する掛算器23dから構成されている。前記ゲイン調整
電圧V1〜V3は、回転体11の熱膨張や熱収縮により
ギャップd1、d2が変化すると、位置センサ14、1
5の非直線性により検出感度が変化して磁気軸受制御の
安定性が低下するのを制御ゲインを調節して補正するも
ので、その動作原理および設定方法の1例を図3を参照
しながら説明する。 【0010】図3は、前記位置センサ14、15の入出
力特性を示したものである。ギャップd1またはd2が
大きくなるに従い検出感度が増加している。回転体11
の温度が上昇すると熱膨張により電磁石12、13との
ギャップd1、d2が狭まり、逆に温度が下降すると熱
収縮によりギャップd1、d2が広くなる。これによ
り、位置センサ14、15の検出感度は、回転体11の
温度が上昇すると低下し、温度が下降すると逆に増加す
る。したがって、温度が上昇したときに制御ゲインを増
加し、温度が低下したときに制御ゲインを減少させるこ
とにより磁気軸受制御を安定化させることができる。 【0011】図3において、回転体11が軽負荷運転に
よる低温状態、通常の負荷運転による温度状態、高負荷
運転による高温状態で使用される場合のギャップd1、
d2の存在範囲をそれぞれ0〜X1、X1〜X2、X2
〜X3とし、この時の位置センサ14、15の出力信号
E01、E02を0〜E1、E1〜E2、E2〜E3と
して示す。また、0〜X1、X1〜X2、X2〜X3の
範囲を直線で近似した場合の勾配(検出感度)をK1、
K2、K3で示す。 【0012】前記位置センサ14、15の出力信号E0
1、E02は、加算器22で加算され、この出力信号E
03は、比較器23bで内部設定される2E1、2E
2、2E3の電圧と比較され、次の条件によりゲートG
1〜G3がオンとなる。 2E1>E03 ならば G1がオン 2E1<E03<2E2 ならば G2がオン 2E2<E03<2E3 ならば G3がオン 【0013】前記掛算器23dの演算式を E04=KΔE・V(V:V1〜V3) (1式) として、V1〜V3を次のように設定する。 V2=1/K V1=(K2/K1)V2=K2/(K・K1) V3=(K2/K3)V2=K2/(K・K3) 【0014】次に本発明の磁気軸受装置の制御動作を説
明する。位置センサ14、15の出力電圧信号E01、
E02は、引算器21により引き算される。その偏差信
号ΔEは、制御定数調整回路23で制御ゲインが修正さ
れ、フィルタ回路24で回転体11の回転数成分が除去
された後、PID調節器25から偏差信号ΔEを変数と
する比例、積分、微分動作信号が出力され、電磁石駆動
回路26で電磁石駆動電流I1、I2に信号変換され、
偏差信号ΔEを0にするよう電磁石12、13の駆動電
流を調節する。通常運転状態(X1〜X2)では、G2
がオンとなり、前記制御定数調整回路23の制御ゲイン
は1、出力信号E04は E04= ΔE となり、PID調節器25においてPID制御定数の最
適チューニングが行われる。 【0015】運転初期状態(0〜X1)ではG1がオン
となり、制御ゲインは(K2/K1)、その出力E04
は、 E04=(K2/K1)ΔE となり、偏差信号ΔEは制御ゲイン(K2/K1)倍さ
れ、検出感度の低下による制御動作の不安定性が改善さ
れ、通常運転状態に早く到達することができる。また、
高温運転状態(X2〜X3)ではG3がオンとなり、制
御ゲインは(K2/K3)、その出力信号E04は E04=(K2/K3)ΔE となり、偏差信号ΔEは制御ゲイン(K2/K3)倍さ
れ、検出感度の増加による制御動作の不安定性が改善さ
れる。上記の演算処理は、アナログ演算回路あるいは図
示しないが、A/DやD/Aなどのインターフェースと
CPU、ROM、RAMなどからなるマイクロコンピュ
ータを用いて行うことができる。 【0016】図4は従来の磁気軸受装置における安定領
域(a)と本発明の磁気軸受装置における安定領域
(b)とを対比して示したものである。すなわち、従来
の磁気軸受装置では、図4(a)に示すように回転体の
直径が2R〜(2R+2α)の範囲において、磁気軸受
制御が安定領域となるのに対し、本発明の磁気軸受装置
では、図4(b)に示すように温度上昇等により回転体
がさらに熱膨張し全体的に+2βの伸びが生じたときに
適切な制御定数に切り変わることができるため、回転体
の直径が2R〜(2R+2α+2γ)の範囲において、
磁気軸受制御が安定領域となる。 【0017】また、本発明では、ギャップd1、d2を
位置センサ14、15で検出し、その出力信号を加算器
22で加算し、比較器23bで位置センサ14、15の
動作領域を検出し、この検出感度を制御ゲインで補正す
るようにしたことを特徴としているので、回転体11が
中心位置からずれて一時的にギャップd1、d2のバラ
ンスが崩れた場合でもギャップd1、d2の加算値はほ
ぼ一定であるため制御ゲインの頻繁な切り換わりが防
げ、安定した制御を行うことができる。 【0018】上記のように本発明の磁気軸受装置は、回
転体を挿んで対抗する位置センサの出力を加算して、そ
の加算値から回転体と軸受間のギャップを求め、そのギ
ャップに対応してゲートを開き、決められた制御ゲイン
に切り換えて制御範囲を拡大するようにしたことを特徴
とするもので、本発明は、実施例に限定されるものでは
なく、例えば制御定数をさらに細かく切り換えたり、ゲ
イン調整電圧を制御結果から決めるようにしてもよい。
また、ICと抵抗器からなるアナログ回路で倍率設定器
を構成し、その抵抗器を前記ゲートG1〜G3で切換え
制御ゲインを変えるようにしてもよい。 【0019】 【発明の効果】本発明の磁気軸受装置は、対向する位置
センサによって検出されたギャップの和に基づいて制御
ゲインを設定するようにしたので、回転体構造体の温度
変化により回転体が膨張または収縮した場合でも、常に
安定した軸受制御を行うことができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic bearing device used for a turbo molecular pump or the like. 2. Description of the Related Art A magnetic bearing device is a device that levitates a rotating body in a non-contact manner by magnetic attraction and supports the rotating body at a target position. A turbo molecular pump, a centrifuge, a machine tool spindle, or a semiconductor manufacturing machine is used. It is used as a bearing device for high-speed rotation such as a device. FIG. 5 shows the structure of a basic five-axis magnetic bearing device.
Is floated by a plurality of electromagnets 3 in a non-contact manner, and its floating position is detected by a position sensor 2 arranged near the electromagnets. In a conventional magnetic bearing device, as shown in FIG. 6, a control constant adjusting circuit 4 for changing a control gain based on a difference between gap signals detected by the position sensors 2a and 2b, and a filter circuit for removing a rotational speed component of the rotating body 1. 5, PID
Feedback control is performed through the controller 6. The control signal from the PID controller 6 is converted into a drive current for the electromagnets 3a and 3b by an electromagnet drive circuit 7, and the electromagnet 3
Control is performed so that the gap difference between the rotating bodies 1 and a and 3b becomes zero. [0003] For example, in a magnetic bearing device used for a turbo-molecular pump, when the amount of gas to be exhausted increases, the temperature of the rotating body 1 rises due to the heat generated by the motor and the heat generated by gas exhaustion. When the temperature of the rotating body 1 rises, the rotating body 1 thermally expands, and the rotating body 1 and the position sensors 2a, 2b
The gap between them is reduced. The position sensors 2a and 2b have non-linear characteristics as shown in FIG. 7, and when the gap decreases, the output voltage change ratio with respect to the gap, that is, the detection sensitivity decreases. As a result, there is a problem that the loop gain of the magnetic bearing control system decreases and the magnetic bearing control becomes unstable. The instability of such a control loop is caused by PID
Although it can be suppressed by readjusting the control constant of the controller 6, there is a problem that when the temperature is lowered to the original temperature, the magnetic bearing control system becomes unstable again, and it is necessary to readjust the control constant. . The present invention has been made in view of such circumstances, and a magnetic bearing that can stably control a magnetic bearing even when a gap between a rotating body and a position sensor changes due to a rise in temperature of the rotating body or the like. It is intended to provide a device. In order to achieve the above object, a magnetic bearing device according to the present invention supports a rotating body housed in a housing and a position of the rotating body which can be adjusted in a non-contact manner. A plurality of magnetic bearings mounted in a housing, position detecting means for detecting a position of the rotating body, and a detection result of the position detecting means fed back to a magnetic bearing control system, so that the rotating body floats optimally. Control means for controlling to be supported at the position,
Control constant switching means for switching the control constant of the magnetic bearing control system according to the sum of the gaps detected by the position sensors provided at positions facing each other with the rotating body as the center. Things. The magnetic bearing device of the present invention is configured as described above, and can suppress control instability caused by a gap variation between the rotating body and the position sensor due to thermal expansion or thermal contraction of the rotating body. Hereinafter, embodiments of the magnetic bearing device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a magnetic bearing device according to the present invention, and FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between an electromagnet of a five-axis magnetic bearing unit and a rotating body. The magnetic bearing device of the present invention includes a rotating body 11 that forms a rotating portion of various devices such as a turbo molecular pump,
Electromagnets 12 and 13 installed facing each other so as to support the rotating body 11 in a non-contact manner using magnetic attraction, and gaps d1 and d installed near the electromagnets 12 and 13.
2 having substantially the same characteristics for converting 2 into an electric signal
And a magnetic bearing portion 10 composed of
It comprises a control unit 20 described below, which controls so as to keep 1 and d2 constant. The rotating body 11 is actually supported by a five-axis magnetic bearing or the like. In this case, one set of the upper X-axis is located at a position shown in FIG. Electromagnets 12a, 13a and a set of electromagnets 12b, 1
3b, one set of electromagnets 12c and 13c on the lower X axis, one set of electromagnets 12d and 13d on the Y axis, and one set of electromagnets 12e and 13e on the lower Z axis. 11 rotates in a non-contact manner together with the integrated disk 11a. The gap between the rotating body 11 and each electromagnet is detected by a position sensor (not shown) provided near each electromagnet, and the driving current to each electromagnet corresponds to one set of electromagnets. It is controlled by a provided control unit (not shown). Although FIG. 1 typically shows one set of electromagnets 12 and 13, position sensors 14 and 15, and a corresponding control unit 20, a similar control unit is used for other electromagnets. The control unit 20 includes the position sensor 14,
15 is subtracted from the output signals E01 and E02 corresponding to the gaps d1 and d2 detected by the deviation signal ΔE (= E
01-E02), an adder 22 for adding the output signals E01 and E02, and control for correcting a change in the detection sensitivity of the position sensors 14 and 15 based on the output signal E03. A control constant adjusting circuit 23 for switching to a gain, a filter circuit 24 for removing a rotational speed component of the rotating body 11, and a PID for outputting a control signal in which the deviation signal ΔE changes according to a three-term operation (proportional, integral, and differential). The controller 25 and the control signal are transmitted to the electromagnets 12 and 13.
And an electromagnet drive circuit 26 that amplifies and converts the currents into currents I1 and I2 at a level that can drive the current. The adder 22 and the control constant adjusting circuit 23
The control constant adjusting circuit 23 compares the output signal E03 of the adder 22 with an internal comparison voltage and sends a switching signal to a switch 23a having gates G1 to G3. 23b and the gates G1 to G1.
A voltage source 23c that outputs gain adjustment voltages V1 to V3 corresponding to G3, and a multiplier 23d that outputs an output signal E04 obtained by multiplying the output signal ΔE of the subtracter 21 by the gain adjustment voltages V1 to V3. Have been. When the gaps d1 and d2 change due to the thermal expansion and thermal contraction of the rotating body 11, the gain adjustment voltages V1 to V3 become the position sensors 14 and 1 respectively.
The control gain is adjusted to compensate for the deterioration in the stability of the magnetic bearing control due to the change in the detection sensitivity due to the non-linearity of FIG. 5, and an example of the operation principle and setting method will be described with reference to FIG. explain. FIG. 3 shows the input / output characteristics of the position sensors 14 and 15. As the gap d1 or d2 increases, the detection sensitivity increases. Rotating body 11
When the temperature rises, the gaps d1 and d2 between the electromagnets 12 and 13 decrease due to thermal expansion, and when the temperature decreases, the gaps d1 and d2 increase due to thermal contraction. Thus, the detection sensitivity of the position sensors 14 and 15 decreases as the temperature of the rotating body 11 increases, and increases when the temperature decreases. Therefore, the magnetic bearing control can be stabilized by increasing the control gain when the temperature rises and decreasing the control gain when the temperature falls. In FIG. 3, a gap d1 when the rotating body 11 is used in a low temperature state by a light load operation, a temperature state by a normal load operation, and a high temperature state by a high load operation,
The existence range of d2 is 0 to X1, X1 to X2, and X2, respectively.
To X3, and the output signals E01 and E02 of the position sensors 14 and 15 at this time are shown as 0 to E1, E1 to E2, and E2 to E3. Also, the gradient (detection sensitivity) when the range of 0 to X1, X1 to X2, and X2 to X3 is approximated by a straight line is K1,
Indicated by K2 and K3. The output signals E0 of the position sensors 14, 15
1, E02 are added by the adder 22, and the output signal E02
03 is 2E1, 2E internally set by the comparator 23b.
2, 2E3 and the gate G
1 to G3 are turned on. If 2E1> E03, then G1 is on. If 2E1 <E03 <2E2, then G2 is on. If 2E2 <E03 <2E3, then G3 is on. The arithmetic expression of the multiplier 23d is given by V1 to V3 are set as follows. V2 = 1 / K V1 = (K2 / K1) V2 = K2 / (K · K1) V3 = (K2 / K3) V2 = K2 / (K · K3) Next, control of the magnetic bearing device of the present invention. The operation will be described. The output voltage signals E01 of the position sensors 14, 15
E02 is subtracted by the subtractor 21. The deviation signal ΔE is obtained by correcting the control gain in the control constant adjusting circuit 23 and removing the rotational speed component of the rotating body 11 by the filter circuit 24, and then outputting the proportional and integral signals from the PID controller 25 using the deviation signal ΔE as a variable. , A differential operation signal is output, and is converted into electromagnet drive currents I1 and I2 by the electromagnet drive circuit 26,
The drive current of the electromagnets 12 and 13 is adjusted so that the deviation signal ΔE becomes zero. In the normal operation state (X1 to X2), G2
Is turned on, the control gain of the control constant adjusting circuit 23 is 1, the output signal E04 is E04 = ΔE, and the PID controller 25 performs the optimal tuning of the PID control constant. In the initial operation state (0 to X1), G1 is turned on, the control gain is (K2 / K1), and its output E04
E04 = (K2 / K1) ΔE, the deviation signal ΔE is multiplied by the control gain (K2 / K1), the instability of the control operation due to the decrease in detection sensitivity is improved, and the normal operation state can be quickly reached. . Also,
In the high-temperature operation state (X2 to X3), G3 is turned on, the control gain is (K2 / K3), the output signal E04 is E04 = (K2 / K3) ΔE, and the deviation signal ΔE is the control gain (K2 / K3) times. Thus, the instability of the control operation due to an increase in the detection sensitivity is improved. The above arithmetic processing can be performed using an analog arithmetic circuit or a microcomputer (not shown) including an interface such as A / D or D / A and a CPU, ROM, RAM, or the like. FIG. 4 shows a comparison between the stable region (a) of the conventional magnetic bearing device and the stable region (b) of the magnetic bearing device of the present invention. That is, in the conventional magnetic bearing device, as shown in FIG. 4A, when the diameter of the rotating body is in the range of 2R to (2R + 2α), the magnetic bearing control is in a stable region. Then, as shown in FIG. 4 (b), when the rotating body further expands due to a temperature rise or the like and the entire body expands by + 2β, it can be switched to an appropriate control constant. In the range of 2R to (2R + 2α + 2γ),
The magnetic bearing control becomes a stable region. In the present invention, the gaps d1 and d2 are detected by the position sensors 14 and 15, the output signals thereof are added by the adder 22, and the operation area of the position sensors 14 and 15 is detected by the comparator 23b. Since the detection sensitivity is corrected by the control gain, even when the rotating body 11 is shifted from the center position and the balance of the gaps d1 and d2 is temporarily lost, the added value of the gaps d1 and d2 is Since it is almost constant, frequent switching of the control gain can be prevented, and stable control can be performed. As described above, according to the magnetic bearing device of the present invention, the output of the position sensor which opposes the rotating body is added, the gap between the rotating body and the bearing is obtained from the added value, and the gap is determined. The present invention is characterized in that the gate is opened and the control range is expanded by switching to a predetermined control gain, and the present invention is not limited to the embodiment. For example, the control constant is more finely switched. Alternatively, the gain adjustment voltage may be determined from the control result.
Further, a magnification setting device may be configured by an analog circuit including an IC and a resistor, and the resistor may be switched by the gates G1 to G3 to change the control gain. According to the magnetic bearing device of the present invention, the control gain is set based on the sum of the gaps detected by the opposing position sensors. The bearing control can always be performed stably even if the bearing expands or contracts.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明による磁気軸受装置の構成を示すブロッ
ク図である。 【図2】電磁石と回転体の位置関係を示す図である。 【図3】ギャップに対する位置センサの出力特性図であ
る。 【図4】回転体の安定領域を示す図である。 【図5】磁気軸受装置の構造を示す図である。 【図6】従来の磁気軸受装置の構成を示すブロック図で
ある。 【図7】ギャップに対する位置センサの出力特性図であ
る。 【符号の説明】 1、11…回転体 2、2a、2b、14、15…位置センサ 3、3a、3b、12、12a、12b、12c、12
d、 12e、13、13a、13b、13c、13d、13
e…電磁石 4、23…制御定数調整回路 5、24…フィルタ回路 6、25…PID調節器 7、26…電磁石駆動回路 8、16…モータ 11a…ディスク 21…引算器 22…加算器 23a…スイッチ 23b…比較器 23c…電圧源 23d…掛算器 E01、E02、E03、E04…出力信号 d1、d2…ギャップ G1、G2、G3…ゲート I1、I2…電流
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a magnetic bearing device according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between an electromagnet and a rotating body. FIG. 3 is an output characteristic diagram of a position sensor with respect to a gap. FIG. 4 is a diagram showing a stable region of a rotating body. FIG. 5 is a diagram showing a structure of a magnetic bearing device. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional magnetic bearing device. FIG. 7 is an output characteristic diagram of a position sensor with respect to a gap. [Description of Signs] 1, 11 ... Rotating bodies 2, 2a, 2b, 14, 15 ... Position sensors 3, 3a, 3b, 12, 12a, 12b, 12c, 12
d, 12e, 13, 13a, 13b, 13c, 13d, 13
e: electromagnets 4, 23 ... control constant adjustment circuits 5, 24 ... filter circuits 6, 25 ... PID adjusters 7, 26 ... electromagnet drive circuits 8, 16 ... motors 11a ... disks 21 ... subtracters 22 ... adders 23a ... Switch 23b Comparator 23c Voltage source 23d Multipliers E01, E02, E03, E04 Output signals d1, d2 Gap G1, G2, G3 Gates I1, I2 Current

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F04D 29/04 F04D 29/04 R Fターム(参考) 3H022 AA01 BA06 BA07 CA16 CA50 DA08 DA09 3H031 DA02 EA12 FA13 3J102 AA01 BA03 BA17 BA18 CA10 DA02 DA03 DA09 DB05 DB10 DB11 DB27 DB29 DB30 GA06Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) F04D 29/04 F04D 29/04 RF Term (Reference) 3H022 AA01 BA06 BA07 CA16 CA50 DA08 DA09 3H031 DA02 EA12 FA13 3J102 AA01 BA03 BA17 BA18 CA10 DA02 DA03 DA09 DB05 DB10 DB11 DB27 DB29 DB30 GA06

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】ハウジング内に収納された回転体と、この
回転体を非接触で位置調整可能に支持する、ハウジング
内に取り付けられた複数の磁気軸受と、前記回転体の位
置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出
結果を磁気軸受制御系にフィードバックして、前記回転
体が最適浮上位置に支持されるように制御する制御手段
とを備える磁気軸受装置において、前記回転体を中心に
して対向する位置に設けられた位置センサにより検出さ
れたギャップの和に応じて、磁気軸受制御系の制御定数
の切換えを行う制御定数切換手段を備えたことを特徴と
する磁気軸受装置。
Claims: 1. A rotating body housed in a housing, a plurality of magnetic bearings mounted in the housing for supporting the rotating body in a non-contact manner and capable of adjusting the position, and the rotating body. A magnetic bearing device comprising: a position detecting means for detecting the position of the rotating body; and a control means for feeding back a detection result of the position detecting means to a magnetic bearing control system and controlling the rotating body to be supported at an optimum floating position. A control constant switching means for switching a control constant of a magnetic bearing control system in accordance with a sum of gaps detected by position sensors provided at positions opposed to each other with the rotating body as a center. Magnetic bearing device.
JP2002017931A 2002-01-28 2002-01-28 Magnetic bearing device Pending JP2003222130A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002017931A JP2003222130A (en) 2002-01-28 2002-01-28 Magnetic bearing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002017931A JP2003222130A (en) 2002-01-28 2002-01-28 Magnetic bearing device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003222130A true JP2003222130A (en) 2003-08-08

Family

ID=27742894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002017931A Pending JP2003222130A (en) 2002-01-28 2002-01-28 Magnetic bearing device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003222130A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1460293A3 (en) * 2003-03-19 2005-03-09 BOC Edwards Japan Limited Magnetic bearing device and pump device with the magnetic bearing device mounted thereto
WO2006030824A1 (en) * 2004-09-15 2006-03-23 Boc Edwards Japan Limited Magnetic bearing control device
JP2006316959A (en) * 2005-05-16 2006-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Magnetic bearing device
JP2007327639A (en) * 2006-05-09 2007-12-20 Shimadzu Corp Magnetic bearing device
EP3236020A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-25 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a turbo-machine, control unit
CN110701187A (en) * 2019-10-08 2020-01-17 重庆邮电大学 An intelligent double-integral sliding mode control method and equipment for a five-degree-of-freedom magnetic bearing

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1460293A3 (en) * 2003-03-19 2005-03-09 BOC Edwards Japan Limited Magnetic bearing device and pump device with the magnetic bearing device mounted thereto
US6949853B2 (en) 2003-03-19 2005-09-27 Boc Edwards Japan Limited Magnetic bearing device and pump device with the magnetic bearing device mounted thereto
WO2006030824A1 (en) * 2004-09-15 2006-03-23 Boc Edwards Japan Limited Magnetic bearing control device
JP2006316959A (en) * 2005-05-16 2006-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Magnetic bearing device
JP2007327639A (en) * 2006-05-09 2007-12-20 Shimadzu Corp Magnetic bearing device
EP3236020A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-25 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a turbo-machine, control unit
CN110701187A (en) * 2019-10-08 2020-01-17 重庆邮电大学 An intelligent double-integral sliding mode control method and equipment for a five-degree-of-freedom magnetic bearing
CN110701187B (en) * 2019-10-08 2020-11-10 重庆邮电大学 Intelligent double-integral sliding mode control method and equipment for five-degree-of-freedom magnetic bearing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH02107815A (en) Controller of magnetic levitation body
WO2019239682A1 (en) Magnetic bearing control device and magnetic bearing control method
US6984907B2 (en) Magnetic bearing apparatus
US11680572B2 (en) Vacuum pump and magnetic bearing controller with multiple rigidity modes at high and low gains
JP2003222130A (en) Magnetic bearing device
JP3114089B2 (en) Magnetic bearing device
JP2005273802A (en) Magnetic bearing device and turbo molecular pump mounted with magnetic bearing device
JP3306893B2 (en) Magnetic bearing device
JP2001295841A (en) Magnetic bearing control device
JP2003042155A (en) Magnetic bearing device
JP4237926B2 (en) Magnetic levitation body control device
US6259178B1 (en) Initial adjustment circuit and initial adjustment method of magnetic bearing apparatus
JP2005140190A (en) Power amplifying device and magnetic bearing
JP2002349566A (en) Magnetic bearing control device
JP3930264B2 (en) Magnetic bearing control device
JPH06229419A (en) Magnetic bearing
JP2606256Y2 (en) Magnetic bearing device
JPH06197415A (en) Magnetic levitation slider
JP4502750B2 (en) Magnetic bearing device and turbomolecular pump equipped with the magnetic bearing device
JPH0886314A (en) Magnetic bearing device
JPH05231428A (en) Magnetic bearing control method and control device
JP2004251311A (en) Magnetic levitation device
JP2006112490A (en) Magnetic bearing device
JPH02134410A (en) Controller for magnetic bearing
JPH07127640A (en) Magnetic bearing control device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040903

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061031

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20061101

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070306