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JP3074284B2 - Magnetic bearing control device - Google Patents

Magnetic bearing control device

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Publication number
JP3074284B2
JP3074284B2 JP01322269A JP32226989A JP3074284B2 JP 3074284 B2 JP3074284 B2 JP 3074284B2 JP 01322269 A JP01322269 A JP 01322269A JP 32226989 A JP32226989 A JP 32226989A JP 3074284 B2 JP3074284 B2 JP 3074284B2
Authority
JP
Japan
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frequency
rotor
gain characteristic
control circuit
magnetic bearing
Prior art date
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JP01322269A
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Japanese (ja)
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JPH03182911A (en
Inventor
敏明 川島
Original Assignee
セイコー精機株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by セイコー精機株式会社 filed Critical セイコー精機株式会社
Priority to JP01322269A priority Critical patent/JP3074284B2/en
Publication of JPH03182911A publication Critical patent/JPH03182911A/en
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    • 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

  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明はターボ分子ポンプ等に用いられる磁気軸受に
関し、特にその磁気軸受の共振を防止することに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION << Industrial Application >> The present invention relates to a magnetic bearing used for a turbo-molecular pump or the like, and particularly to preventing resonance of the magnetic bearing.

《従来技術》 一般にターボ分子ポンプなどに用いられる径方向用磁
気軸受1は、第9図に示すように回転するロータ2を目
標値に浮上させる電磁石3を備えており、この電磁石3
は位置センサ4よりフィードバックされるロータ2の浮
上位置と上記目標値とが比較器5において比較され、そ
の比較値が制御回路6でデータ処理され、パワーアンプ
7を介して上記電磁石3を駆動するフィードバック制御
で構成されている。
<< Prior Art >> A radial magnetic bearing 1 generally used for a turbo molecular pump or the like is provided with an electromagnet 3 for floating a rotating rotor 2 to a target value as shown in FIG.
The comparator 5 compares the flying position of the rotor 2 fed back from the position sensor 4 with the target value, and the comparison value is processed by the control circuit 6 to drive the electromagnet 3 via the power amplifier 7. It is configured with feedback control.

また、上記制御回路6は第10図に示すような1つのゲ
イン特性を有するものであり、P1はこのゲイン特性にお
ける磁気軸受1の共振周波数である。
Further, the above control circuit 6 are those having one gain characteristic as shown in FIG. 10, P 1 is the resonance frequency of the magnetic bearing 1 in the gain characteristic.

次に、上記の如く構成された磁気軸受1において、ロ
ータ2の回転周波数がその磁気軸受1の共振周波数P1
達したときの動作について第11図を用いて説明する。
Next, in the magnetic bearing 1 configured as described above will be described with reference to FIG. 11, the operation when the rotational frequency of the rotor 2 reaches the resonance frequency P 1 of the magnetic bearing 1.

磁気軸受1は第11図に示すように電磁石3(第9図参
照)をバネ3aに置き換えた等価回路で表わすことができ
る。この等価回路によればロータ2はロータ2の質量と
バネ3aのバネ定数で定まる共振周波数をもち、その周波
数はバネ定数と等価な制御回路のゲインで可変できる。
すなわちゲインを大とすると共振周波数は高くなり、ゲ
インを小とすると共振周波数は低くなる。
The magnetic bearing 1 can be represented by an equivalent circuit in which the electromagnet 3 (see FIG. 9) is replaced by a spring 3a as shown in FIG. According to this equivalent circuit, the rotor 2 has a resonance frequency determined by the mass of the rotor 2 and the spring constant of the spring 3a, and the frequency can be changed by a gain of a control circuit equivalent to the spring constant.
That is, when the gain is increased, the resonance frequency increases, and when the gain is decreased, the resonance frequency decreases.

しかして、ロータ2が回転し、その回転周波数が上記
磁気軸受の共振周波数P1に近接すると、上記バネ3aは上
下に振動し始め、その振幅(以下ふれという)は次第に
大きくなり、ロータ2の回転周波数が磁気軸受の共振周
波数P1に達すると、そのふれが最大となる。
Thus, the rotor 2 rotates and the rotation frequency is close to the resonance frequency P 1 of the magnetic bearing, the spring 3a begins to vibrate up and down, its amplitude (referred mention below) gradually increases, the rotor 2 When the rotational frequency reaches the resonance frequency P 1 of the magnetic bearing, the touch becomes maximum.

《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、このような従来の磁気軸受1にあって
は、その磁気軸受1を構成する制御回路6には単に1つ
のゲイン特性しか有していないため、そのゲイン特性に
おける磁気軸受1の共振周波数P1は常に固定され、ロー
タ2が所望の回転数に到達する際、ロータ2の回転周波
数は必ず上記共振周波数P1を通過して上昇しなければな
らなかった。
<< Problems to be Solved by the Invention >> However, in such a conventional magnetic bearing 1, the control circuit 6 constituting the magnetic bearing 1 has only one gain characteristic. resonance frequency P 1 of the magnetic bearing 1 of the characteristic is always fixed, when the rotor 2 has reached the desired rotational speed had to be increased through the rotational frequency is always the resonance frequency P 1 of the rotor 2 .

そのため、ロータ2の回転周波数が上記共振周波数P1
に達すると、上記磁気軸受1は上記の如き共振が起こ
り、ロータ2にふれが生じて所望の回転数に上昇するこ
とができないとともに、ロータ2およびその周辺部材が
破損する等の問題点があった。
Therefore, the rotation frequency of the rotor 2 is equal to the resonance frequency P 1.
When the magnetic bearing 1 reaches the above-mentioned point, the above-described resonance occurs in the magnetic bearing 1, causing the rotor 2 to sway and fail to increase to a desired rotation speed, and also causes the rotor 2 and its peripheral members to be damaged. Was.

《課題を解決するための手段》 本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とするところは、磁気軸受の共振を防止した磁
気軸受の制御装置を提供することにあり、上記目的を達
成するために本発明は、第1図に示すように、電磁石3
により浮上されて回転するロータ2の浮上位置を位置セ
ンサ4により検出し、上記電磁石3が、上記位置センサ
4が検出するロータ2の実浮上位置とロータ2の目標浮
上位置(目標値)とを比較演算した結果に基づいて制御
回路aにより制御され、ロータ2を目標浮上位置に浮上
させるようにしたフィードバック制御の径方向用磁気軸
受の制御装置において、上記ロータ2の回転周波数を検
出出力する回転センサ11と、上記制御回路aが第1のゲ
イン特性により電磁石3を制御した場合の磁気軸受1の
第1共振周波数を記憶した記憶手段bと、上記回転セン
サ11より検出出力される回転周波数と上記記憶手段bに
記憶された第1共振周波数とを比較して上記制御回路a
に(ゲイン切換手段b経由で)出力する周波数比較手段
cとを備え、上記回転周波数が上記第1共振周波数に低
周波数側から所定の値まで近接したとき、上記周波数比
較手段cの出力の変化により、制御手段aは、上記第1
のゲイン特性の制御から、少なくとも上記第1共振周波
数付近より高い周波数側のゲインが第1のゲイン特性よ
りも小さい第2ゲイン特性の制御に切換わり、上記回転
周波数が上記第1共振周波数から高周波側に所定の値ま
で遠ざかったとき、上記周波数比較手段cの出力の変化
により、制御手段aは、上記第2のゲイン特性の制御か
ら、第1のゲイン特性の制御に切換わる。
<< Means for Solving the Problems >> The present invention has been made in view of the above circumstances,
An object of the present invention is to provide a control device for a magnetic bearing in which resonance of the magnetic bearing is prevented. In order to achieve the above object, the present invention provides an electromagnet 3 as shown in FIG.
The position sensor 4 detects the floating position of the rotor 2 which is lifted and rotated by the electromagnet 3, and the electromagnet 3 determines the actual floating position of the rotor 2 detected by the position sensor 4 and the target floating position (target value) of the rotor 2. In the control device for the radial magnetic bearing of the feedback control, which is controlled by the control circuit a based on the result of the comparison operation and floats the rotor 2 to the target flying position, the rotation for detecting and outputting the rotation frequency of the rotor 2 A sensor 11; storage means b for storing a first resonance frequency of the magnetic bearing 1 when the control circuit a controls the electromagnet 3 by the first gain characteristic; and a rotation frequency detected and output by the rotation sensor 11. The control circuit a compares the first resonance frequency stored in the storage means b with the first resonance frequency.
And frequency comparing means c for outputting (via gain switching means b), and when the rotation frequency approaches the first resonance frequency from a low frequency side to a predetermined value, the output of the frequency comparing means c changes. The control means a determines that the first
From the control of the gain characteristic to the control of the second gain characteristic in which at least the gain on the higher frequency side than the vicinity of the first resonance frequency is smaller than the first gain characteristic, and the rotation frequency is changed from the first resonance frequency to the high frequency. When the distance from the frequency comparing means c changes to a predetermined value, the control means a switches from the control of the second gain characteristic to the control of the first gain characteristic.

《作用》 本発明によれば、ロータの回転周波数が第1共振周波
数に低周波側から近接すると、第2のゲイン特性の制御
に切換わって磁気軸受の共振周波数が低い方へ移動する
から、ロータの回転周波数が第1共振周波数を通過して
も共振が起こらない。ロータの回転周波数が第1共振周
波数を通過する前後(正常に使用する回転周波数を含
む)では、第1のゲイン特性の制御によりロータが支持
されて、支持剛性が高く、ロータの回転が安定してい
る。
<< Operation >> According to the present invention, when the rotation frequency of the rotor approaches the first resonance frequency from the low frequency side, the control is switched to the control of the second gain characteristic, and the resonance frequency of the magnetic bearing moves to the lower side. Even if the rotation frequency of the rotor passes the first resonance frequency, no resonance occurs. Before and after the rotation frequency of the rotor passes the first resonance frequency (including the rotation frequency used normally), the rotor is supported by the control of the first gain characteristic, the support rigidity is high, and the rotation of the rotor is stabilized. ing.

《実施例》 以下、本発明をターボ分子ポンプに装着した実施例に
ついて第2図ないし第8図を用いて詳細に説明する。
<< Embodiment >> Hereinafter, an embodiment in which the present invention is mounted on a turbo-molecular pump will be described in detail with reference to FIG. 2 to FIG.

なお、従来と同一箇所には同一符号を用いその詳細説
明は省略する。
Note that the same reference numerals are used for the same portions as those in the related art, and the detailed description is omitted.

第2図は、磁気軸受の制御装置を装着するターボ分子
ポンプを示すもので、このターボ分子ポンプを構成する
ロータ2は、ハウジング8内の中央縦方向に固定された
固定部9を囲繞して回転自在に配設されており、またこ
のロータ2は上記固定部9の中央付近に有する高周波モ
ータ10により回転し、この回転周波数は回転センサ11で
検出出力されるように構成されている。
FIG. 2 shows a turbo-molecular pump on which a control device for a magnetic bearing is mounted. A rotor 2 constituting the turbo-molecular pump surrounds a fixed portion 9 fixed in a central longitudinal direction in a housing 8. The rotor 2 is rotatably disposed. The rotor 2 is rotated by a high-frequency motor 10 provided near the center of the fixed portion 9, and the rotation frequency is detected and output by a rotation sensor 11.

さらに、上記ロータ2を軸受けする径方向用磁気軸受
1についてその概略を説明すると、これは上記固定部9
に取り付けられた径方向電磁石3と径方向位置センサ4
とを備え、上記径方向電磁石3は上記ロータ2をロータ
径方向に浮上させ、一方位置センサ4はロータ2とセン
サ4の端面との間を測定することにより、ロータ2の実
際の浮上位置(実浮上位置)を検出出力し、その検出出
力値とロータの目標浮上位置の値に基づいて、ロータ2
を目標浮上位置に浮上させるように上記電磁石3をフィ
ードバック制御するように構成されている。
The outline of the radial magnetic bearing 1 bearing the rotor 2 will now be described.
Radial electromagnet 3 and radial position sensor 4 mounted on
The radial electromagnet 3 causes the rotor 2 to float in the rotor radial direction, while the position sensor 4 measures the distance between the rotor 2 and the end face of the sensor 4 to determine the actual flying position of the rotor 2 ( The actual flying position is detected and output. Based on the detected output value and the value of the target flying position of the rotor, the rotor 2
Is configured to perform feedback control of the electromagnet 3 so that the electromagnet 3 is floated to the target flying position.

第3図に示すものは、上記の如くフィードバック制御
される磁気軸受の制御装置を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a control device for a magnetic bearing that is feedback-controlled as described above.

比較器5はロータ2が浮上する目標値、すなわち、ロ
ータ2の目標浮上位置と、径方向位置センサ4より検出
出力されたロータの実浮上検出出力値とを比較演算し
て、その比較演算値を制御回路6に出力する。
The comparator 5 compares and calculates a target value at which the rotor 2 floats, that is, a target floating position of the rotor 2 and an actual floating detection output value of the rotor detected and output by the radial position sensor 4, and the comparison calculation value is calculated. Is output to the control circuit 6.

制御手段aを構成する制御回路6は、第4図に示すよ
うな第1ゲイン特性を有する第1制御回路6aと第2ゲイ
ン特性を有する第2制御回路6bとを備え、この上記両制
御回路6a,6bは切換スイッチ12で切換可能に構成されて
おり、これら両制御回路6a,6bは比較器5より出力され
た比較演算結果を信号処理し、その処理結果を上記両制
御回路6a,6bのいずれか一方よりパワーアンプ7に出力
する。
The control circuit 6 constituting the control means a includes a first control circuit 6a having a first gain characteristic and a second control circuit 6b having a second gain characteristic as shown in FIG. The control circuits 6a and 6b are configured to be switchable by a changeover switch 12. Both control circuits 6a and 6b perform signal processing on a comparison operation result output from the comparator 5, and process the processing result to the two control circuits 6a and 6b. Is output to the power amplifier 7 from any one of.

パワーアンプ7は、上記両制御回路6a,6bのいずれか
一方より出力された処理結果を増幅し、電磁石3を駆動
する。
The power amplifier 7 amplifies the processing result output from one of the control circuits 6a and 6b, and drives the electromagnet 3.

また、上記の如き構成の磁気軸受1を制御する制御装
置部分について続いて説明する。
Next, a control device for controlling the magnetic bearing 1 having the above-described configuration will be described.

記憶手段b,比較手段c,ゲイン切換手段dを構成するマ
イクロコンピュータ13は、あらかじめ上記第1のゲイン
特性により電磁石3を制御した場合の上記磁気軸受1の
第1共振周波数を記憶した記憶メモリ14とCPU(周波数
比較手段)15とを備えており、CPU15は上記記憶された
第1共振周波数と回転センサ11より検出出力されるロー
タ2の回転周波数とを比較し、この比較値に基づいて第
5図に示すフローチャートを実行し、上記切換スイッチ
12を切換える。
The microcomputer 13 constituting the storage means b, the comparison means c, and the gain switching means d has a storage memory 14 for storing the first resonance frequency of the magnetic bearing 1 when the electromagnet 3 is controlled by the first gain characteristic in advance. And a CPU (frequency comparison means) 15. The CPU 15 compares the stored first resonance frequency with the rotation frequency of the rotor 2 detected and output by the rotation sensor 11, and based on the comparison value, 5. Execute the flowchart shown in FIG.
Switch 12

第5図に示すものは、上記CPU15が実行するフローチ
ャートを示したものであり、上記の如く構成された磁気
軸受の制御装置の動作について、この第5図に示すフロ
ーチャートおよび第3図,第4図(b)を用いて説明す
る。
FIG. 5 shows a flowchart executed by the CPU 15. The operation of the magnetic bearing control device configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 5 and FIGS. This will be described with reference to FIG.

本実施例によれば、まずCPU15は切換スイッチ12を第
1制御回路6a側に切換える信号を出力し、切換スイッチ
12が第1制御回路6a側に切換わり、磁気軸受1は第1制
御回路6aを用いたフィードバック制御がなされる。そし
て、ロータ2を回転させ、次第にそのロータの回転数が
P0より上昇していく(ステップ100)。
According to the present embodiment, first, the CPU 15 outputs a signal for switching the changeover switch 12 to the first control circuit 6a side,
12 is switched to the first control circuit 6a side, and the magnetic bearing 1 is subjected to feedback control using the first control circuit 6a. Then, the rotor 2 is rotated, and the rotation speed of the rotor gradually increases.
It rises from P 0 (step 100).

また、ロータ2の回転周波数と第1共振周波数P1の低
周波側に近接する回転周波数P2とを比較し(ステップ10
1)、上記ロータ2の回転周波数が上記回転周波数P2
り小さい場合(NO)は、再度上記の如き比較(ステップ
101)を行い、上記回転周波数P2より大きくなって、上
記第1共振周波数P1に低周波側から所定の値まで近接し
たことを示すと(YES)、CPU15は切換スイッチ12を第2
制御回路6b側に切換える信号を出力し、上記切換スイッ
チ12が第2制御回路6b側に切換わり、磁気軸受1は第2
制御回路6bを用いたフィードバック制御がなされる(ス
テップ102)。
Furthermore, by comparing the rotational frequency P 2 in proximity to the low frequency side of the rotation frequency and the first resonant frequency P 1 of the rotor 2 (Step 10
1), when the rotational frequency of the rotor 2 is the rotational frequency P 2 less (NO), such as again of the comparison (step
Performs 101), is greater than the rotational frequency P 2, when indicating that the proximity from the low frequency side to the first resonant frequency P 1 to a predetermined value (YES), CPU 15 has the switch 12 second
A switch signal is output to the control circuit 6b, the switch 12 is switched to the second control circuit 6b, and the magnetic bearing 1
Feedback control is performed using the control circuit 6b (step 102).

次に、ロータ2の回転周波数と第1共振周波数P1より
高周波側へ遠ざかった位置にある回転周波数P3とを比較
し(ステップ103)、上記ロータ2の回転周波数が上記
回転周波数P3より小さい場合(NO)は、再度上記の如き
比較(ステップ103)を行い、上記回転周波数P3より大
きくなって、上記第1共振周波数P1から高周波側に所定
の値まで遠ざかったことを示すと(YES)、CPU15は上記
切換スイッチ12を第1制御回路6a側に切換える信号を出
力し、上記切換スイッチ12が第1制御回路6a側に切換わ
り、磁気軸受1は第1制御回路6aを用いたフィードバッ
ク制御がなされる(ステップ104)。
Then, by comparing the rotational frequency P 3 in the rotation frequency and the first resonant frequency P 1 of the rotor 2 in away position to the high-frequency side (step 103), the rotation frequency of the rotor 2 than the rotation frequency P 3 If smaller (NO), performs such re of the comparison (step 103), is greater than the rotational frequency P 3, when indicating that away to a predetermined value to the high frequency side from the first resonant frequency P 1 (YES), the CPU 15 outputs a signal for switching the changeover switch 12 to the first control circuit 6a side, the changeover switch 12 switches to the first control circuit 6a side, and the magnetic bearing 1 uses the first control circuit 6a. Feedback control is performed (step 104).

また、ロータ2の回転を減速し、ロータ2の回転周波
数が所望の回転周波数P5より低下していくと、そのロー
タ2の回転周波数と第1共振周波数P1の高周波側に近接
する回転周波数P3とを比較し(ステップ105)、上記ロ
ータ2の回転周波数が上記回転周波数P3より大きい場合
(NO)は、再度上記の如き比較(ステップ105)を行
い、上記回転周波数P3より小さくなると(YES)、CPU15
は上記切換スイッチ12を第2制御回路6b側に切換える信
号を出力し、上記切換スイッチ12が第2制御回路6b側に
切換わり、磁気軸受1は第2制御回路6bを用いたフィー
ドバック制御がなされる(ステップ106)。
The rotational frequency decelerates the rotation of the rotor 2, the rotational frequency of the rotor 2 is close to the desired the rotational frequency P 5 decreases from the high-frequency side of the rotation frequency and the first resonant frequency P 1 of the rotor 2 comparing the P 3 (step 105), if the rotational frequency of the rotor 2 is larger than the rotational frequency P 3 (NO) performs such re of the comparison (step 105), less than the rotational frequency P 3 Then (YES), CPU15
Outputs a signal for switching the changeover switch 12 to the second control circuit 6b, the changeover switch 12 switches to the second control circuit 6b, and the magnetic bearing 1 is subjected to feedback control using the second control circuit 6b. (Step 106).

さらに、ロータ2の回転周波数と第1共振周波数P1
り低周波側へ遠ざかった位置にある回転周波数P2とを比
較し(ステップ107)、上記ロータ2の回転周波数が上
記回転周波数P2より大きい場合(NO)は、再度上記の如
き比較(ステップ107)を行い、上記回転周波数P2より
小さくなると(YES)、CPU15は上記切換スイッチ12を第
1制御回路6a側に切換える信号を出力し、上記切換スイ
ッチ12が第1制御回路6a側に切換わり、磁気軸受1は第
1制御回路6aを用いたフィードバック制御がなされるよ
うに動作する(ステップ108)。
Furthermore, by comparing the rotational frequency P 2 at the position away from the rotation frequency and the first resonant frequency P 1 of the rotor 2 to the low frequency side (step 107), the rotation frequency of the rotor 2 than the rotation frequency P 2 If so (NO), performs such re of the comparison (step 107), becomes smaller than the rotation frequency P 2 (YES), CPU 15 outputs a signal for switching the changeover switch 12 to the first control circuit 6a side Then, the changeover switch 12 is switched to the first control circuit 6a side, and the magnetic bearing 1 operates so that feedback control using the first control circuit 6a is performed (step 108).

したがって、上記の如き構成によれば、第1制御回路
6aを用いてフィードバック制御がなされた磁気軸受があ
って、ロータ2の回転周波数がその磁気軸受の第1共振
周波数に低周波側から近接すると、上記第1制御回路6a
は第2制御回路6bに切換わり、この第2制御回路6bを用
いて磁気軸受1はフィードバック制御され、また上記ロ
ータ2の回転周波数が上記第1共振周波数より高周波側
へ遠ざかると、切換えられた第2制御回路6bは再度上記
第1制御回路6aに切換えられるように構成されている。
Therefore, according to the above configuration, the first control circuit
6a, when the rotational frequency of the rotor 2 approaches the first resonance frequency of the magnetic bearing from a low frequency side, the first control circuit 6a
Is switched to the second control circuit 6b, the magnetic bearing 1 is feedback-controlled using the second control circuit 6b, and is switched when the rotation frequency of the rotor 2 moves away from the first resonance frequency to a higher frequency side. The second control circuit 6b is configured to be switched to the first control circuit 6a again.

つまり、第4図(b)に示すように、ロータの回転周
波数がP2〜P3間を通過する間のみ、上記第1ゲイン特性
を有する第1制御回路は、第2ゲイン特性を有する第2
制御回路に切換えられるとともに、この切換に伴い第1
共振周波数P1が第2共振周波数P4へと瞬間的に移動し、
P2〜P3間には第1共振周波数が存在しないので、上記ロ
ータの回転周波数が上記P2〜P3間を通過する際、ロータ
はふれが生ぜず正常に動作するから、磁気軸受の共振を
防止することができる。
That is, as shown in FIG. 4 (b), only while the rotational frequency of the rotor passes between P 2 to P 3, the first control circuit having the first gain characteristic, first has a second gain characteristic 2
The control circuit is switched to the control circuit.
Resonance frequency P 1 is instantaneously moved to the second resonance frequency P 4,
Since P is between 2 to P 3 does not exist a first resonance frequency, when the rotational frequency of the rotor passes between the P 2 to P 3, since the rotor is touching operates normally not occur, the magnetic bearing Resonance can be prevented.

第6図に示す磁気軸受の制御装置の実施例を説明する
に当たって、従来と同一箇所には同一符号を用い、その
詳細説明は省略する。
In describing the embodiment of the magnetic bearing control device shown in FIG. 6, the same reference numerals will be used for the same portions as in the prior art, and detailed description thereof will be omitted.

なお本実施例にあっては、第3図に示す磁気軸受の制
御装置における問題点を解決するために改良されたもの
である。すなわち、ゲイン特性を切り換える際、全ての
周波数にわたりゲイン特性が変化している。そのためロ
ータに作用する非常に低い周波数の外乱、例えばロータ
を水平に回転した際に働いている地球の重力に対し、ゲ
イン切換時にロータの浮上位置が移動し、ロータに不要
な振動を生ずる問題点があった。
In this embodiment, the magnetic bearing is improved in order to solve the problems in the magnetic bearing control device shown in FIG. That is, when the gain characteristics are switched, the gain characteristics change over all frequencies. Therefore, due to the very low frequency disturbance acting on the rotor, for example, the gravity of the earth working when the rotor is rotated horizontally, the floating position of the rotor moves at the time of gain switching, causing unnecessary vibration on the rotor. was there.

そこで本実施例ではゲイン切換時に低周波側のゲイン
特性が変化しないように構成したものである。
Therefore, in the present embodiment, the gain characteristic on the low frequency side is not changed when the gain is switched.

しかして本実施例は、第6図に示すようにロータ2を
軸受けする磁気軸受1を備え、この磁気軸受1を構成す
る2つのゲイン特性を有する制御回路6があって、その
ゲイン特性はマイクロコンピュータ13により切換えられ
ることは第3図に示す磁気軸受の制御装置の実施例と同
様であるためその詳細説明は省略し、その特徴となる部
分についてのみ説明する。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, there is provided a magnetic bearing 1 for bearing the rotor 2, and there is a control circuit 6 having two gain characteristics constituting the magnetic bearing 1. The switching by the computer 13 is the same as that of the embodiment of the magnetic bearing control device shown in FIG. 3, so that the detailed description thereof will be omitted, and only the characteristic portions will be described.

すなわち、本実施例にあっては、上記2つのゲイン特
性を有する制御回路6は次のように構成されている。
That is, in the present embodiment, the control circuit 6 having the above two gain characteristics is configured as follows.

制御回路6は、第6図および第7図に示すように、周
波数の低周波数側を構成するゲイン特性(A)を有する
第3制御回路6cと、周波数の高周波側を構成するゲイン
特性(B)を有する第4制御回路6dと、上記と同様に高
周波数側を構成するとともに、上記ゲイン特性(B)と
その特性よりゲインの小さいゲイン特性(C)を有する
第5制御回路6eとを備え、上記ゲイン特性(B)とゲイ
ン特性(C)とは切換スイッチ16で切換可能に構成され
ている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the control circuit 6 includes a third control circuit 6c having a gain characteristic (A) forming the low frequency side and a gain characteristic (B) forming the high frequency side. ), And a fifth control circuit 6e having the gain characteristic (B) and a gain characteristic (C) having a smaller gain than the characteristic described above, which constitutes the high frequency side similarly to the above. The gain characteristic (B) and the gain characteristic (C) can be switched by a changeover switch 16.

また、上記制御回路6には上記ゲイン特性(A)とゲ
イン特性(B)またはゲイン特性(A)とゲイン特性
(C)とを加算する加算器17を備えており、この加算器
17で上記各特性を各々加算することにより、第8図に示
すような第1ゲイン特性とこの第1ゲイン特性に対して
その特性の高周波側のみ小さい特性を有する第2ゲイン
特性が構成される。
The control circuit 6 has an adder 17 for adding the gain characteristic (A) and the gain characteristic (B) or the gain characteristic (A) and the gain characteristic (C).
By adding each of the above characteristics at 17, a first gain characteristic as shown in FIG. 8 and a second gain characteristic having a characteristic smaller on the high frequency side than the first gain characteristic are formed. .

つまり、本実施例にあっては、マイクロコンピュータ
13により上記切換スイッチ16を切換えることは、第8図
に示すような第1ゲイン特性と第2ゲイン特性とを切換
えることであり、この切換によれば第1ゲイン特性の高
周波数側のみこの第1ゲイン特性より小さい特性を有す
る第2ゲイン特性に切換わるものであって、その切換動
作は上記と同様に第5図に示すフローチャートに基づい
て実行される。
That is, in this embodiment, the microcomputer
Switching the changeover switch 16 by means of 13 means switching between the first gain characteristic and the second gain characteristic as shown in FIG. 8. According to this switching, only the high frequency side of the first gain characteristic is Switching to the second gain characteristic having a characteristic smaller than the one gain characteristic is performed, and the switching operation is executed based on the flowchart shown in FIG. 5 in the same manner as described above.

したがって、上記の如き構成によれば、磁気軸受の共
振を防止することができるほか、第1ゲイン特性の高周
波数側のみこの第1ゲイン特性より小さい特性を有する
第2ゲイン特性に切換わるように構成されているため、
低周波数側におけるゲイン特性を切換前後において変化
させないので、低周波数側での磁気軸受の安定性が増大
する。
Therefore, according to the above configuration, resonance of the magnetic bearing can be prevented, and only the high frequency side of the first gain characteristic is switched to the second gain characteristic having a characteristic smaller than the first gain characteristic. Because it is composed
Since the gain characteristic on the low frequency side is not changed before and after the switching, the stability of the magnetic bearing on the low frequency side increases.

なお、上記実施例にあっては、第1ゲイン特性および
第2ゲイン特性は各々その特性を有する制御回路を用い
たが、制御回路は1つでもその制御回路に有する特性が
2つ以上切換可能に構成されたものであってもよい。
In the above embodiment, the first gain characteristic and the second gain characteristic each use a control circuit having the characteristic. However, even one control circuit can switch two or more characteristics of the control circuit. May be configured.

また、第3図に示す切換スイッチ12は制御回路6a,6b
の出力側に設けても良く、第6図に示す切換スイッチ16
にあっても、上記と同様に制御回路6d,6eの出力側に設
けても良い。
The changeover switch 12 shown in FIG. 3 is connected to the control circuits 6a, 6b
May be provided on the output side of the switch.
May be provided on the output side of the control circuits 6d and 6e as described above.

さらに、第4図(b)に示すP3〜P5間における第1制
御回路への切換は、部品数減少によるコストダウン,高
信頼性化,およびゲインを低いままにすることによりロ
ータふれ回りによる振動を固定部に伝えにくくすること
で除振効果を得るため省略も可能である。
Further, the switching to the first control circuit between P 3 and P 5 shown in FIG. 4 (b) is achieved by reducing the number of parts, reducing cost, increasing reliability, and keeping the gain low so that the rotor rotates. It is also possible to omit the vibration due to the effect of preventing vibration from being transmitted to the fixed portion to obtain a vibration isolation effect.

《発明の効果》 この発明は、上記の如く制御手段に第1ゲイン特性と
第2ゲイン特性があって、ゲイン切換手段によりロータ
の回転周波数が第1ゲイン特性における第1共振周波数
に低周波側から近接すると、第1ゲイン特性より第2ゲ
イン特性に切換え、かつ上記回転周波数が上記第1共振
周波数より高周波側へ遠ざかると、第2ゲイン特性より
第1ゲイン特性に切換わるように構成したため、ロータ
の回転周波数が上記第1共振周波数を通過する間は、第
1ゲイン特性より第2ゲイン特性に切換えられ、この切
換に伴いロータの回転周波数が上記第1共振周波数を通
過する間、その第1共振周波数は存在しないので、ロー
タの共振を防止する効果がある。
<< Effect of the Invention >> According to the present invention, the control means has the first gain characteristic and the second gain characteristic as described above, and the rotation frequency of the rotor is lower than the first resonance frequency in the first gain characteristic by the gain switching means. , The first gain characteristic is switched to the second gain characteristic from the first gain characteristic, and the second gain characteristic is switched to the first gain characteristic when the rotation frequency moves away from the first resonance frequency to a higher frequency side. While the rotation frequency of the rotor passes through the first resonance frequency, the gain characteristic is switched from the first gain characteristic to the second gain characteristic. With this switching, while the rotation frequency of the rotor passes through the first resonance frequency, the second gain characteristic is switched. Since one resonance frequency does not exist, there is an effect of preventing resonance of the rotor.

特に、上記の如く切換わる第2ゲイン特性を上記第1
ゲイン特性に対し、その特性の高周波数側のみ小さい特
性を有する第2ゲイン特性を備えたため、低周波数側に
おけるゲイン特性を切換前後において変化させないの
で、低周波数側での磁気軸受の安定性が増大する等の特
有の効果がある。
In particular, the second gain characteristic switched as described above is changed to the first gain characteristic.
Since the gain characteristic has a second gain characteristic having a smaller characteristic only on the high frequency side of the characteristic, the gain characteristic on the low frequency side is not changed before and after the switching, so that the stability of the magnetic bearing on the low frequency side is increased. There are specific effects such as doing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はクレーム対応図、第2図は本願磁気軸受の制御
装置を装着したターボ分子ポンプ、第3図は磁気軸受の
制御装置の実施例を示すブロック図、第4図(a)は第
1制御回路および第2制御回路の第1ゲイン特性および
第2ゲイン特性を示すゲイン特性線図、第4図(b)は
ゲイン特性に基づく磁気軸受の共振周波数とロータのふ
れとの関係を示す説明図、第5図はCPUが実行するフロ
ーチャート、第6図は磁気軸受の制御装置の実施例を示
すブロック図、第7図は第3制御回路および第4制御回
路,第5制御回路の各々に有するゲイン特性(A)
(B)(C)を示すゲイン特性線図、第8図はゲイン特
性(A)とゲイン特性(B)との和より構成された第1
ゲイン特性、ならびにゲイン特性(A)とゲイン特性
(C)との和より構成された第2ゲイン特性を示すゲイ
ン特性線図、第9図は従来の磁気軸受を示すブロック
図、第10図は従来の制御回路のゲイン特性線図、第11図
は磁気軸受の等価回路である。 1……磁気軸受 2……ロータ 3……電磁石 4……位置センサ 6……制御回路 7……パワーアンプ 11……回転センサ 14……記憶メモリ 15……CPU
FIG. 1 is a diagram corresponding to claims, FIG. 2 is a turbo-molecular pump equipped with a control device for a magnetic bearing of the present application, FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of a control device for a magnetic bearing, and FIG. FIG. 4B is a gain characteristic diagram showing the first gain characteristic and the second gain characteristic of the first control circuit and the second control circuit, and FIG. 4B shows the relationship between the resonance frequency of the magnetic bearing and the runout of the rotor based on the gain characteristic. FIG. 5 is a flowchart executed by a CPU, FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of a magnetic bearing control device, and FIG. 7 is a third control circuit, a fourth control circuit, and a fifth control circuit. Gain characteristic (A)
FIG. 8 is a gain characteristic diagram showing (B) and (C), and FIG. 8 is a first characteristic diagram composed of the sum of the gain characteristic (A) and the gain characteristic (B).
FIG. 9 is a gain characteristic diagram showing a gain characteristic and a second gain characteristic constituted by the sum of the gain characteristic (A) and the gain characteristic (C). FIG. 9 is a block diagram showing a conventional magnetic bearing. FIG. 11 is a gain characteristic diagram of a conventional control circuit, and FIG. 11 is an equivalent circuit of a magnetic bearing. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic bearing 2 ... Rotor 3 ... Electromagnet 4 ... Position sensor 6 ... Control circuit 7 ... Power amplifier 11 ... Rotation sensor 14 ... Storage memory 15 ... CPU

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−233518(JP,A) 特開 平1−158215(JP,A) 特開 昭61−206820(JP,A) 特開 昭52−93852(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C05D 3/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-233518 (JP, A) JP-A-1-158215 (JP, A) JP-A-61-206820 (JP, A) JP-A 52-233 93852 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C05D 3/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電磁石により浮上されて回転するロータの
浮上位置を位置センサにより検出し、上記電磁石が、上
記位置センサが検出するロータの実浮上位置とロータの
目標浮上位置とを比較演算した結果に基づいて制御回路
により制御され、ロータを目標浮上位置に浮上させるよ
うにしたフィードバック制御の径方向用磁気軸受の制御
装置において、 上記ロータの回転周波数を検出出力する回転センサと、 上記制御回路が第1のゲイン特性により電磁石を制御し
た場合の磁気軸受の第1共振周波数を記憶した記憶手段
と、 上記回転センサより検出出力される回転周波数と上記記
憶手段に記憶された第1共振周波数とを比較して上記制
御回路に出力する周波数比較手段とを備え、 上記回転周波数が上記第1共振周波数に低周波側から所
定の値まで近接したとき、これに対応する上記周波数比
較手段の出力の変化により、上記制御回路が、上記第1
のゲイン特性の制御から、少なくとも上記第1共振周波
数付近より高い周波数側のゲインが第1のゲイン特性よ
りも小さい第2ゲイン特性の制御に切換わり、 上記回転周波数が上記第1共振周波数から高周波側に所
定の値まで遠ざかったとき、これに対応する上記周波数
比較手段の出力の変化により、上記制御回路が、上記第
2のゲイン特性の制御から、第1のゲイン特性の制御に
切換わることを特徴とする磁気軸受の制御装置。
1. A result obtained by detecting a floating position of a rotor which is levitated and rotated by an electromagnet by a position sensor, and calculating by the electromagnet an actual floating position of the rotor detected by the position sensor and a target floating position of the rotor. In the feedback control radial magnetic bearing control device which is controlled by a control circuit based on the following, and floats the rotor to a target flying position, a rotation sensor for detecting and outputting the rotation frequency of the rotor; and Storage means for storing a first resonance frequency of the magnetic bearing when the electromagnet is controlled by the first gain characteristic; and a rotation frequency detected and output by the rotation sensor and a first resonance frequency stored in the storage means. Frequency comparing means for comparing and outputting the rotation frequency to the first resonance frequency from the low frequency side. When the output of the frequency comparison means correspondingly changes, the control circuit causes the first
Is switched from the control of the gain characteristic to the control of the second gain characteristic in which at least the gain on the frequency side higher than the vicinity of the first resonance frequency is smaller than the first gain characteristic, and the rotation frequency is changed from the first resonance frequency to a high frequency. The control circuit switches from the control of the second gain characteristic to the control of the first gain characteristic due to a corresponding change in the output of the frequency comparison means when the control circuit moves away from the control circuit to a predetermined value. A control device for a magnetic bearing.
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