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JPH0767252B2 - Magnetic bearing control device - Google Patents
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JPH0767252B2 - Magnetic bearing control device - Google Patents

Magnetic bearing control device

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JPH0767252B2
JPH0767252B2 JP61288296A JP28829686A JPH0767252B2 JP H0767252 B2 JPH0767252 B2 JP H0767252B2 JP 61288296 A JP61288296 A JP 61288296A JP 28829686 A JP28829686 A JP 28829686A JP H0767252 B2 JPH0767252 B2 JP H0767252B2
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JP
Japan
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rotor
circuit
electromagnet
magnetic bearing
loop
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正晴 三木
敏明 川島
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セイコ−精機株式会社
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    • 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
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    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0451Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、磁気軸受において磁気浮上した回転軸の径方
向位置を制御してその姿勢制御を行なう磁気軸受制御装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic bearing control device that controls the radial position of a magnetically levitated rotating shaft in a magnetic bearing to control its attitude.

《従来の技術》 従来よりこの種の装置においては、磁気浮上した回転軸
の径方向位置が検出され、その検出位置の基準位置に対
する偏差が解消される方向へ回転軸が電磁石により駆動
される回転軸位置制御用のループが形成されている。
<Prior Art> Conventionally, in this type of device, the radial position of the magnetically levitated rotating shaft is detected, and the rotating shaft is driven by an electromagnet in a direction in which the deviation of the detected position from the reference position is eliminated. A loop for controlling the shaft position is formed.

そして、回転軸の径方向位置制御上におけるばね定数が
高いものに設定されており、これにより回転軸の姿勢が
安定化されていた。
Then, the spring constant is set to a high value in controlling the radial position of the rotary shaft, and thereby the posture of the rotary shaft is stabilized.

ところがターボ分子ポンプ等に使用される磁気軸受では
外部に対する振動を極力低減させることが要望されてお
り、このためその種の用途に使用される装置では上記バ
ネ定数が低められ、従って制御安定性を損ねるという問
題が生じていた。
However, in magnetic bearings used for turbo molecular pumps, etc., it is desired to reduce external vibration as much as possible. Therefore, in devices used for such applications, the above spring constant is lowered, and therefore control stability is improved. There was a problem of damage.

そこで、特開昭52−93852等で示されるように、回転軸
の回転周波数を中心とする帯域消去フィルタが前述した
回転軸位置制御用のループ内に挿入される提案が行なわ
れている。
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 52-93852, a proposal has been made to insert a band elimination filter centering on the rotation frequency of the rotation axis into the above-mentioned loop for controlling the rotation axis position.

これらの提案によれば、回転軸の回転周波数域における
前記バネ定数のみが低減されるので、制御の安定性を確
保しながら振動を大幅に抑制してこれを低減することが
可能となる。
According to these proposals, only the spring constant in the rotation frequency range of the rotating shaft is reduced, so that it is possible to significantly suppress vibration and reduce it while ensuring control stability.

《発明が解決しようとする問題点》 しかしながらこれらの提案装置においては、回転軸の回
転周波数に対してのみ前記バネ定数を低減する帯域消去
フィルタの回路構成が複雑となり、このため装置の製造
コストが大幅に上昇し、さらにその信頼性が著しく低下
し、これらは装置の商品化を阻害する大きな要因とされ
ていた。
<< Problems to be Solved by the Invention >> However, in these proposed devices, the circuit configuration of the band elimination filter that reduces the spring constant only with respect to the rotation frequency of the rotating shaft becomes complicated, and therefore the manufacturing cost of the device is increased. It has been greatly increased and its reliability has been remarkably reduced, and these are considered to be major factors that hinder the commercialization of the device.

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、
その目的は、制御安定性を確保しながら振動の発生を抑
制できるとともに、安価かつ信頼性の高い磁気軸受制御
装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above conventional problems,
It is an object of the present invention to provide an inexpensive and highly reliable magnetic bearing control device that can suppress the occurrence of vibration while ensuring control stability.

《問題点を解決するための手段》 上記目的を達成するために本発明に係る装置は、第1図
のように構成されている。
<< Means for Solving the Problems >> To achieve the above object, the apparatus according to the present invention is configured as shown in FIG.

同図において、回転軸aはその径方向へ電磁石bにより
駆動されており、その位置は位置検出手段cにより検出
されている。
In the figure, the rotating shaft a is driven in the radial direction by an electromagnet b, and its position is detected by a position detecting means c.

そして比較手段dでは検出手段cによる検出位置の基準
位置に対する偏差が求められており、電磁石bに対する
通電電流が通電制御手段eによりそ位置偏差に応じて制
御されている。
Then, in the comparison means d, the deviation of the detected position by the detection means c from the reference position is obtained, and the energization current to the electromagnet b is controlled by the energization control means e according to the position deviation.

さらに、電磁石b,検出手段c,比較手段d,通電制御手段e
で形成される制御ループfの適宜位置には帯域消去フィ
ルタgが挿入されており、帯域消去フィルタgは回転軸
aの定常回転数以下の周波数成分を除去する二次のハイ
パスフィルタhと入力対して出力が比例関係となるiと
が並列接続されることにより構成されている。
Further, the electromagnet b, the detection means c, the comparison means d, the energization control means e
A band elimination filter g is inserted at an appropriate position of the control loop f formed by (1), and the band elimination filter g is connected to a secondary high-pass filter h that removes frequency components of the rotation axis a that are equal to or lower than the steady rotation speed. And i, which have a proportional output relationship, are connected in parallel.

《発明の作用》 本発明では、二次のハイパスフィルタhと比例回路iと
の並列接続で構成が簡略化された帯域消去フィルタgに
より回転軸aの定常回転周波数に対してのみ前述のバネ
定数が低減されている。
<< Operation of the Invention >> In the present invention, the above-mentioned spring constant is applied only to the steady rotation frequency of the rotation axis a by the band elimination filter g whose configuration is simplified by the parallel connection of the secondary high-pass filter h and the proportional circuit i. Has been reduced.

《実施例の説明》 以下、図面に基づいて本発明に係る装置の好適な実施例
を説明する。
<< Description of Embodiments >> Preferred embodiments of an apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図にはアウタロータタイプとされた磁気軸受式ター
ボ分子ポンプの内部構造が示されており、ステータ10を
中心としてロータ(回転軸)12が回転されている。
FIG. 2 shows the internal structure of an outer rotor type magnetic bearing type turbo-molecular pump, in which a rotor (rotating shaft) 12 is rotated around a stator 10.

そのロータ12は図において下方に排気口14が形成された
筒状の外筒16内に収納されており、外筒16の内周面に設
けられたステータ翼18とロータ12の内周面に設けられた
ロータ翼20とによりポンプ作用が行なわれている。
The rotor 12 is housed in a cylindrical outer cylinder 16 in which an exhaust port 14 is formed in the lower part in the figure, and stator blades 18 provided on the inner peripheral surface of the outer cylinder 16 and the inner peripheral surface of the rotor 12 are provided. A pump action is performed by the rotor blades 20 provided.

そしてステータ10に設けられたモータコイル22がインバ
ータ(不図示)で励磁されることによりロータ12の回転
駆動が行なわれており、その際にはロータ12の磁気浮上
が軸方向電磁石24により、またその姿勢制御は径方向電
磁石26,28により各々行なわれている。
The rotor 12 is rotationally driven by exciting a motor coil 22 provided in the stator 10 with an inverter (not shown). At that time, magnetic levitation of the rotor 12 is caused by an axial electromagnet 24, and The attitude control is performed by the radial electromagnets 26 and 28, respectively.

さらにロータ12の磁気浮上と姿勢の制御を行なうために
その軸方向位置、径方向位置が軸方向位置センサ30,径
方向位置センサ32,34により各々検出されている。
Further, in order to control the magnetic levitation and the attitude of the rotor 12, the axial position and the radial position thereof are detected by the axial position sensor 30 and the radial position sensors 32 and 34, respectively.

ここで、第2図ポンプの下側に設けられたコネクタ38に
はロータ12の磁気浮上および姿勢を制御する制御回路が
接続されており、第3図にはロータ12の姿勢制御を行な
う回路ブロック図が一軸分だけ示されている。
Here, a control circuit for controlling the magnetic levitation and attitude of the rotor 12 is connected to the connector 38 provided on the lower side of the pump in FIG. 2, and a circuit block for controlling the attitude of the rotor 12 is shown in FIG. The figure shows only one axis.

同図において位置センサ32(34)の検出信号は比較器42
の一方の比較入力に供給されており、その比較器42の他
方の比較入力にはロータ12の基準位置に相当する信号が
与えられている。
In the figure, the detection signal of the position sensor 32 (34) is the comparator 42.
Is supplied to one of the comparison inputs, and the other comparison input of the comparator 42 is supplied with a signal corresponding to the reference position of the rotor 12.

この比較器42ではロータ12の基準位置に付するその検出
位置の偏差に相当する比較信号が得られており、その比
較信号は基準位置に対するロータ検出位置の偏差に相当
している。そして比較器42の比較信号は積分回路44を介
して位相調整回路46に与えられており、位相調整回路46
により位相が進み方向または遅れ方向に調整された比較
信号は電力増幅回路48に与えられている。
The comparator 42 obtains a comparison signal corresponding to the deviation of the detection position attached to the reference position of the rotor 12, and the comparison signal corresponds to the deviation of the rotor detection position from the reference position. The comparison signal of the comparator 42 is given to the phase adjusting circuit 46 via the integrating circuit 44, and the phase adjusting circuit 46
The comparison signal whose phase is adjusted in the advance direction or the delay direction by is given to the power amplification circuit 48.

その電力増幅回路48により電磁石26(28)が通電されて
おり、その結果ロータ12は基準位置に駆動制御される。
The electromagnet 26 (28) is energized by the power amplification circuit 48, and as a result, the rotor 12 is drive-controlled to the reference position.

以上のように位置センサ32(34)、比較器42,積分回路4
4,位相調整回路46,電力増幅回路48および電磁石26(2
8)によりロータ12の位置制御用ループ50が形成されて
おり、磁気浮上したロータ12は各軸についてのループ50
により基準の姿勢に制御される。
As described above, the position sensor 32 (34), the comparator 42, the integrating circuit 4
4, phase adjustment circuit 46, power amplification circuit 48 and electromagnet 26 (2
8) forms a loop 50 for controlling the position of the rotor 12, and the magnetically levitated rotor 12 has a loop 50 for each axis.
Is controlled to the reference posture.

ここで、ロータ12の慣性軸と中心軸とは正確に一致する
ことはなく、従ってロータ12の定常回転中に位置センサ
32(34)で得られた検出信号にはその回転数と同一周波
数の振動成分が含まれている。
Here, the inertial axis and the central axis of the rotor 12 do not exactly coincide with each other, and thus the position sensor is not operated during the steady rotation of the rotor 12.
The detection signal obtained at 32 (34) contains a vibration component having the same frequency as the rotation speed.

その振動成分はロータ12の定常回転数を中心周波数とす
る帯域消去フィルタ52がループ50内に設けられて前記バ
ネ定数が減少されることにより吸収されている。
The vibration component is absorbed by the band elimination filter 52 having the steady frequency of the rotor 12 as the center frequency provided in the loop 50 to reduce the spring constant.

本実施例の帯域消去フィルタ52は比較器42の後段側に設
けられており、二次のハイパスフィルタ54と比例回路56
とが並列接続されることにより構成されている。
The band elimination filter 52 of the present embodiment is provided on the subsequent stage side of the comparator 42, and has a secondary high-pass filter 54 and a proportional circuit 56.
And are connected in parallel.

それらのうち二次のハイパスフィルタ54ではロータ12の
定常回転数以下の周波数成分が除去されており、また比
例回路56では入力に対して出力が比例関係となってい
る。
Among them, the secondary high-pass filter 54 removes frequency components equal to or lower than the steady rotation speed of the rotor 12, and the proportional circuit 56 has an output proportional to an input.

第4図にはこの帯域消去フィルタ52の位相特性が、また
第5図にはそのゲイン特性が各々示されており、両図か
ら理解されるように、ロータ12の位置制御安定性を損う
ことなくロータ12の振動を制御することが可能となる。
The phase characteristic of the band elimination filter 52 is shown in FIG. 4 and the gain characteristic thereof is shown in FIG. 5, and as can be understood from both figures, the stability of the position control of the rotor 12 is impaired. It is possible to control the vibration of the rotor 12 without the need.

以上説明したように本実施例によれば、ロータ12の回転
周波数に対してのみ前記バネ定数を低下させる帯域消去
フィルタ52が二次のハイパスフィルタ54および比例回路
56の並列接続により構成されたので、装置の回路構成が
極めて簡略化される。
As described above, according to this embodiment, the band elimination filter 52 that reduces the spring constant only with respect to the rotation frequency of the rotor 12 includes the secondary high-pass filter 54 and the proportional circuit.
The circuit configuration of the device is extremely simplified because it is configured by 56 parallel connections.

従って、装置の製造コストが著しく引下げられ、またそ
の信頼性を高めることが可能となる。
Therefore, the manufacturing cost of the device can be remarkably reduced and its reliability can be improved.

その結果、制御安定性が高くしかも低振動な装置を初め
て商品化することが可能となった。
As a result, it became possible to commercialize a device with high control stability and low vibration for the first time.

《発明の効果》 以上説明したように本発明によれば、回転軸の回転周波
数に対してのみ前記バネ定数を低下させる帯域消去フィ
ルタが二次のハイパスフィルタと比例回路との並列接続
により構成されたので、回転軸の制御安定性が高くしか
も低振動の装置を安価に構成するとともにその信頼性を
著しく高めることが可能となる。
<< Effects of the Invention >> As described above, according to the present invention, a band elimination filter that reduces the spring constant only with respect to the rotation frequency of the rotation shaft is configured by parallel connection of a secondary high-pass filter and a proportional circuit. Therefore, it becomes possible to configure a device having high control stability of the rotary shaft and low vibration at a low cost, and to remarkably improve its reliability.

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

第1図は本発明のクレーム対応図、第2図は磁気軸受式
ターボ分子ポンプの内部構造説明図、第3図は第2図に
おけるロータの姿勢を制御する制御回路の一軸分を示す
ブロック図、第4図は第3図における帯域消去フィルタ
52の位相特性図、第5図は第3図における帯域消去フィ
ルタ52のゲイン特性図である。 12…ロータ 26(28)…電磁石 32(34)…位置センサ 42…比較器 44…積分回路 46…位相調整回路 48…電力増幅回路 50…ループ 52…帯域消去フィルタ 54…二次のハイパスフィルタ 56…比例回路
FIG. 1 is a diagram corresponding to the claims of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the internal structure of a magnetic bearing type turbo-molecular pump, and FIG. 3 is a block diagram showing one axis of a control circuit for controlling the attitude of the rotor in FIG. , FIG. 4 is a band elimination filter in FIG.
52 is a phase characteristic diagram, and FIG. 5 is a gain characteristic diagram of the band elimination filter 52 in FIG. 12 ... Rotor 26 (28) ... Electromagnet 32 (34) ... Position sensor 42 ... Comparator 44 ... Integration circuit 46 ... Phase adjustment circuit 48 ... Power amplification circuit 50 ... Loop 52 ... Band elimination filter 54 ... Secondary high-pass filter 56 … Proportional circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回転軸を径方向へ駆動する電磁石と、 回転軸の径方向位置を検出する位置検出手段と、 検出位置の基準位置に対する偏差を求める比較手段と、 電磁石に対する通電電流を位置偏差に応じて制御する通
電制御手段と、 を有する回転軸位置制御用のループが形成され、 回転軸の定常回転数以下の周波数成分を除去する二次の
ハイパスフィルタと、入力に対して出力が比例関係とな
る比例回路とを並列接続した帯域消去フィルタが前記ル
ープに挿入された、 ことを特徴とする磁気軸受制御装置。
1. An electromagnet for driving a rotating shaft in a radial direction, a position detecting means for detecting a radial position of the rotating shaft, a comparing means for obtaining a deviation of a detected position from a reference position, and a position deviation of a current supplied to the electromagnet. An energization control means for controlling the rotation axis is formed, and a loop for controlling the rotation axis position is formed with a secondary high-pass filter that removes frequency components below the steady rotation speed of the rotation axis, and the output is proportional to the input. A magnetic bearing control device, characterized in that a band elimination filter in which a related proportional circuit is connected in parallel is inserted into the loop.
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