CN103732931B - 径向控制器以及应用了该径向控制器的磁轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够应对与安装姿势相应的负轴承刚度的变化的径向控制器。应用于利用各电磁体(4a、5a)使旋转体(2)悬浮来支承该旋转体(2)的磁轴承装置(1)的径向控制器(10A)具备：径向控制电路(11)，其用于控制旋转体(2)的轴线(Ax)在径向上的位移；负轴承刚度消除电路(12)，其与该电路(11)并联连接，输出与负轴承刚度有关的信号；各转换器(61、62、63、64)，其基于由这些各电路(11、12)输出的信号来输出用于控制各电磁体(4a、5a)的电流值；各滤波器(76、77、78、79)，其从电流值中提取DC成分；各运算器(81、82、83、84)，其基于所提取出的DC成分以及各电磁体(4a、5a)的偏置电流(I0)来计算校正系数(C)；以及各乘法器(55、56、57、58)，其使所计算出的校正系数(C)与由负轴承刚度消除电路(12)输出的信号相乘。

Description

径向控制器以及应用了该径向控制器的磁轴承装置

技术领域

本发明涉及一种应用于用于支承旋转体的磁轴承装置的径向控制器以及该磁轴承装置。

背景技术

已知应用于磁轴承装置的径向控制器，该磁轴承装置利用对置的电磁体的吸引作用来使旋转体悬浮以支承该旋转体。作为这种径向控制器，已知一种设置有用于消除负轴承刚度的负轴承刚度消除电路的径向控制器，该负轴承刚度是电磁体与旋转体越接近则吸引力越增加的负刚度(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2009-63005号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1的径向控制器在如大型的发电用涡轮的转子那样姿势(以使轴水平的方式)被固定的情况等的、在径向电磁体的稳定负荷固定而径向电磁体的负轴承刚度固定的情况下有效。但是，一般来说负轴承刚度会根据电磁体的稳定负荷的状态而发生变化。而且，如涡轮分子泵那样的小型设备的安装姿势是根据使用者不同而各种各样的。因此，根据安装姿势不同，既存在以使轴水平的方式进行安装的情况，也存在以使轴垂直的方式进行安装的情况。而且，根据安装姿势不同，电磁体的稳定负荷不同，因此会与安装姿势相应地产生不同的负轴承刚度。因此，在如专利文献1那样的径向控制器中，需要与安装姿势相应地设定用于解除负轴承刚度的影响的负轴承刚度消除电路。

因此，本发明的目的在于提供一种能够应对与安装姿势相应的负轴承刚度的变化的径向控制器以及应用了该径向控制器的磁轴承装置。

用于解决问题的方案

本发明的第一径向控制器应用于利用电磁体使旋转体悬浮来支承该旋转体的磁轴承装置，该径向控制器具备：径向控制电路，其用于控制上述旋转体的轴线在径向上的位移；负轴承刚度消除电路，其与上述径向控制电路并联连接，输出与负轴承刚度有关的信号；电流值指示单元，其基于由上述径向控制电路输出的信号以及由上述负轴承刚度消除电路输出的与负轴承刚度有关的信号，来输出用于控制上述电磁体的电流值；DC成分提取单元，其从由上述电流值指示单元输出的电流值中提取DC成分；校正系数计算单元，其基于由上述DC成分提取单元提取出的DC成分以及上述电磁体的偏置电流来计算校正系数；以及系数相乘单元，其使由上述校正系数计算单元计算出的上述校正系数与由上述负轴承刚度消除电路输出的信号相乘。

根据本发明的第一径向控制器，使与DC成分(直流成分)相应的校正系数与有关负轴承刚度的信号相乘，利用相乘结果，输出用于控制电磁体的电流值。也就是说，DC成分的变化被反映到所输出的电流值中。根据负轴承刚度的变化，由径向控制电路输出的电流值的DC成分发生变化，因此能够将负轴承刚度的变化反映到用于控制电磁体的电流值中。由此，能够与负轴承刚度的变化相应地控制电磁体，因此能够应对与各种各样的安装姿势相应的负轴承刚度的变化来支承旋转体。因此，例如能够抑制由于将与旋转体的轴线为水平或垂直的姿势对应的装置安装成相反的姿势而产生的悬浮控制的不稳定等。

在本发明的第一径向控制器的一个方式中，在将上述DC成分设为idc、将上述偏置电流设为I0、将上述校正系数设为C的情况下，上述校正系数计算单元也可以利用下式来计算上述校正系数。在这种情况下，能够计算出更适当的校正系数。

[数1]

校正系数可以通过任何方式利用在相乘中。例如，在本发明的第一径向控制器的一个方式中，也可以还具备存储装置，该存储装置存储由上述校正系数计算单元计算出的上述校正系数，上述系数相乘单元利用上述存储装置所存储的上述校正系数来执行上述相乘。另外，在该方式中，也可以在上述存储装置中存储有上述校正系数的初始值，在上述旋转体的悬浮开始时，上述系数相乘单元在上述相乘中利用上述存储装置所存储的初始值，在从上述旋转体的悬浮开始起经过规定时间之后，上述系数相乘单元在上述相乘中利用由上述校正系数计算单元计算出的上述校正系数。在这种情况下，能够将负轴承刚度的变化对于电磁体控制的反映延期到经过规定时间后。由此，例如能够排除悬浮开始时的不稳定的变化。

另外，在系数相乘单元在经过规定时间后利用存储装置所存储的校正系数的方式中，也可以具备允许单元，该允许单元控制由上述DC成分提取单元执行的提取和由上述校正系数计算单元执行的计算中的至少任一方的允许和不允许，上述允许单元以如下方式进行控制：在从上述旋转体的悬浮开始起经过规定时间之前不允许由上述DC成分提取单元执行提取和由上述校正系数计算单元执行计算，在经过上述规定时间之后允许由上述DC成分提取单元执行提取和由上述校正系数计算单元执行计算，在通过上述允许单元允许了由上述DC成分提取单元执行提取和由上述校正系数计算单元执行计算以后，上述系数相乘单元利用由上述校正系数计算单元计算并存储在上述存储装置中的校正系数，由此实现在从上述旋转体的悬浮开始起经过规定时间之后由上述校正系数计算单元计算出的上述校正系数的利用。

本发明的第二径向控制器应用于利用电磁体使旋转体悬浮来支承该旋转体的磁轴承装置，该径向控制器具备：径向控制电路，其用于控制上述旋转体的轴线在径向上的位移；负轴承刚度消除电路，其与上述径向控制电路并联连接，输出与负轴承刚度有关的信号；电流值指示单元，其基于由上述径向控制电路输出的信号以及由上述负轴承刚度消除电路输出的与负轴承刚度有关的信号，来输出用于控制上述电磁体的电流值；校正系数存储单元，其存储与上述旋转体的轴线的设置姿势分别相应的多个校正系数；系数区分单元，其对与上述旋转体的轴线的设置姿势分别对应的多个校正系数中的特定的校正系数附加用于与其它校正系数进行区分的信息；特定系数存储单元，其存储上述特定的校正系数；以及系数相乘单元，其使上述特定系数存储单元所存储的上述特定的校正系数与由上述负轴承刚度消除电路输出的信号相乘。

根据本发明的第二径向控制器，利用预先存储在系数存储单元中的多个校正系数来反映与设置姿势的变化对应的负轴承刚度的变化。多个校正系数与设置姿势对应，因此通过在系数相乘单元中使用与设置姿势对应的适当的校正系数，能够与设置姿势相应地对负轴承刚度的变化进行校正。因此，例如在对设置姿势的候选有所限定的情况下，通过使用与所限定的该姿势对应的校正系数，能够更适当地反映负轴承刚度的变化。

在本发明的第二径向控制器的一个方式中，也可以具备：DC成分提取单元，其从由上述电流值指示单元输出的电流值中提取DC成分；成分基准值存储单元，其存储与上述旋转体的轴线的设置姿势分别对应的多个DC成分的基准值；基准值区分单元，其对多个上述基准值中的特定的基准值附加用于与其它基准值进行区分的信息；特定基准值存储单元，其存储上述特定的基准值；以及比较单元，其将由上述DC成分提取单元提取出的DC成分与上述特定基准值存储单元所存储的上述特定的基准值进行比较，在满足规定的条件的情况下输出不使上述旋转体开始旋转的控制信号。在这种情况下，还利用基准值，在满足规定的条件的情况下输出不使旋转体开始旋转的控制信号。因此，能够防止在输出了相对于基准值不适当的DC成分的情况下旋转体开始旋转。由此，例如能够防止在作为相乘对象而利用的校正系数不适合对应于设置姿势的情况下旋转体开始旋转。

在本发明的第二径向控制器的一个方式中，上述比较单元也可以在将由上述DC成分提取单元提取出的DC成分与上述特定的基准值进行比较所得的结果中包括由上述DC成分提取单元提取出的DC成分超过了上述特定的基准值这样的结果的情况下，认为满足上述规定的条件而输出上述控制信号。在这种情况下，能够更可靠地防止在输出了不适当的DC成分的情况下旋转体开始旋转。

在本发明的第一径向控制器和第二径向控制器中，作为上述DC成分提取单元，可以利用各种装置。例如，在本发明的第一径向控制器和第二径向控制器的一个方式中，作为上述DC成分提取单元，也可以利用截止频率为1Hz以下的低通滤波器。

本发明的磁轴承装置具备上述的径向控制器。在这种情况下，能够实现能够应对与安装姿势相应的负轴承刚度的变化的磁轴承装置。

发明的效果

如以上所说明的那样，根据本发明，DC成分的变化被反映到所输出的电流值中。根据负轴承刚度的变化，由径向控制电路输出的电流值的DC成分发生变化，因此能够将负轴承刚度的变化反映到用于控制电磁体的电流值中。由此，能够与负轴承刚度的变化相应地控制电磁体，因此能够应对与各种各样的安装姿势相应的负轴承刚度的变化来支承旋转体。

附图说明

图1是本发明的一个方式所涉及的磁轴承装置的主要部的概要图。

图2是表示第一方式所涉及的径向控制器的信号***的框线图的一例的图。

图3是表示负轴承刚度的变化、控制刚度的变化以及与负轴承刚度消除电路相乘的校正系数之间的关系的图。

图4是表示第二方式所涉及的径向控制器的信号***的框线图的一例的图。

图5是表示第三方式所涉及的径向控制器的信号***的框线图的一例的图。

图6是表示第四方式所涉及的径向控制器的信号***的框线图的一例的图。

图7A是表示系数切换器的信号***的框线图的一例的图，是表示与校正系数的切换有关的信号***的框线图的一例的图。

图7B是表示系数切换器的信号***的框线图的一例的图，是表示与电流值的DC成分的基准值有关的信号***的框线图的一例的图。

图8是表示比较器的信号***的框线图的一例的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的一个方式所涉及的磁轴承装置。图1是本发明的一个方式所涉及的磁轴承装置1的主要部的概要图。如图1所示，磁轴承装置1具备：旋转体2，其以轴线Ax为中心进行旋转；电动机3，其使旋转体2旋转驱动；支承旋转体2的一端侧的第一径向磁轴承4和支承旋转体2的另一端侧的第二径向磁轴承5；以及轴向磁轴承6，其在轴向上支承旋转体2。另外，在图1中，将与轴线Ax平行的方向表示为Z轴，将以纵切的方式与轴线Ax正交的方向表示为X轴，将与该Z轴和该X轴正交的方向表示为Y轴。

第一径向磁轴承4具有配置于隔着旋转体2相对的位置的第一电磁体4a以及对旋转体2的轴线Ax的与径向有关的位移进行检测的第一径向位置传感器4b。另外，同样地，第二径向磁轴承5具有配置于隔着旋转体2相对的位置的第二电磁体5a以及对旋转体2的轴线Ax的与径向有关的位移进行检测的第二径向位置传感器5b。各径向磁轴承4、5与径向控制器10相连接。径向控制器10基于由各径向位置传感器4b、5b检测出的轴线Ax的位移来控制向各电磁体4a、5a提供的电流值，以使各电磁体4a、5a使旋转体2悬浮于径向上的规定位置。

轴向磁轴承6具有设置成与旋转体2同轴的转子盘6c、配置于隔着转子盘6c相对的位置的电磁体6a以及对旋转体2在轴向上的位移进行检测的轴向位置检测传感器6b。另外，轴向磁轴承6与轴向控制器13相连接。轴向控制器13基于由轴向位置检测传感器6b检测出的旋转体2的位置的位移来控制向电磁体6a提供的电流，以使电磁体6a使旋转体2位于轴向上的规定位置。

电动机3与电动机控制器9连接，由电动机控制器9对该电动机3的动作进行控制。对电动机控制器9例如可以连接有能够检测旋转体2的转速等的旋转检测传感器6d等各种传感器。或者，对电动机控制器9可以连接有径向控制器10等各种控制器。而且，电动机控制器9可以参照这些各种传感器的检测结果或控制器的控制结果，来对电动机3的动作进行控制。

接着，按每个方式说明本发明的各种方式所涉及的径向控制器10的结构。

(径向控制器的第一方式)

图2是表示第一方式所涉及的径向控制器10A的信号***的框线图的一例的图。如图2所示，第一方式所涉及的径向控制器10A中设置有径向控制电路11以及与该径向控制电路11并联连接的负轴承刚度消除电路12。而且，径向控制电路11具备第一信号转换器21、第二信号转换器22、第一平移运动控制器23、第二平移运动控制器24、第一倾斜运动控制器25、第二倾斜运动控制器26、第一交叉信号转换器27以及第二交叉信号转换器28。

另外，在图2中，以下符号表示：

x1：由第一径向位置传感器4b检测的旋转体2的X轴方向位移

y1：由第一径向位置传感器4b检测的旋转体2的Y轴方向位移

x2：由第二径向位置传感器5b检测的旋转体2的X轴方向位移

y2：由第二径向位置传感器5b检测的旋转体2的Y轴方向位移

x：旋转体2的重心的X轴方向位移

y：旋转体2的重心的Y轴方向位移

θy：绕Y轴的旋转体2的倾斜角

θx：绕X轴的旋转体2的倾斜角

fx：作用于旋转体2的X轴方向的力

fy：作用于旋转体2的Y轴方向的力

τy：作用于旋转体2的绕Y轴的转矩

τx：作用于旋转体2的绕X轴的转矩

fx1：第一电磁体4a的X轴方向的力

fy1：第一电磁体4a的Y轴方向的力

fx2：第二电磁体5a的X轴方向的力

fy2：第二电磁体5a的Y轴方向的力。

此外，X轴、Y轴、Z轴与图1的X轴、Y轴、Z轴对应。

如图2所示，x1、y1、x2、y2的信号被输入到第一信号转换器21。第一信号转换器21对所输入的信号执行Ts的信号转换来输出x、y、θy、θx的信号。在此，以下面的式(1)来表示Ts的逆矩阵。

[数2]

${T_s}^{-1}=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& l_{\mathrm{ls}}& 0\\ 0& 1& 0& -l_{\mathrm{ls}}\\ 1& 0& l_{\mathrm{rs}}& 0\\ 0& 1& 0& -l_{\mathrm{rs}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，设：

l_ls：第一径向位置传感器4b的中心的Z轴坐标

l_rs：第二径向位置传感器5b的中心的Z轴坐标。

另外，如图2所示，fx、fy、τy、τx的信号被输入到第二信号转换器22。然后，第二信号转换器22对所输入的信号执行LB-1的信号转换，将输入信号fx的信号转换结果作为负的信号输出到第三求和点30，将输入信号fy的信号转换结果作为负的信号输出到第四求和点31，将输入信号τy的信号转换结果作为负的信号输出到第五求和点32，将输入信号τx的信号转换结果作为负的信号输出到第六求和点33。在此，以下面的式(2)来表示LB。

[数3]

$L_B=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 0& 1\\ l_{\mathrm{lb}}& 0& l_{\mathrm{rb}}& 0\\ 0& -l_{\mathrm{lb}}& 0& -l_{\mathrm{rb}}\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中，设：

l_lb：第一电磁体4a的中心的Z轴坐标

l_rb：第二电磁体5a的中心的Z轴坐标。

第一平移运动控制器23和第二平移运动控制器24均构成为执行PID控制。第一平移运动控制器23和第二平移运动控制器24介于第一信号转换器21与第二信号转换器22之间。第一平移运动控制器23构成为被输入来自第一信号转换器21的输出信号x并向第二信号转换器22输出信号fx。另一方面，第二平移运动控制器24构成为被输入来自第一信号转换器21的输出信号y并向第二信号转换器22输出信号fy。而且，由该第一平移运动控制器23和该第二平移运动控制器24构成平移运动控制电路。

另外，第一倾斜运动控制器25、第二倾斜运动控制器26、第一交叉信号转换器27以及第二交叉信号转换器28也介于第一信号转换器21与第二信号转换器22之间。具体地说，将第一倾斜运动控制器25配置成被输入第一信号转换器21的输出信号θy并向第七求和点35输出信号，将第二倾斜运动控制器26配置成被输入第一信号转换器21的输出信号θx并向第八求和点36输出信号。另外，第一信号转换器21的输出信号θy的第五信号线37上设置有第五分支点38，第一信号转换器21的输出信号θx的第七信号线39上设置有第七分支点40。

各倾斜运动控制器25、26构成为执行PIDA控制。以如下面的式(3)那样的传递函数来表示该PIDA控制。其中，设：

KP：比例控制系数

KD：微分控制系数。

[数4]

PID_A＝K_P+K_Ds    (3)

另外，第一交叉信号转换器27配置于第五分支点38与第八求和点36之间。第一信号转换器21的输出信号θy经由第五分支点38输入到第一交叉信号转换器27，第一交叉信号转换器27将所输入的信号进行转换后作为负的信号输出到第八求和点36。作为结果，在第八求和点36处，从第二倾斜运动控制器26的输出信号减去第一交叉信号转换器27的输出信号。另一方面，第二交叉信号转换器28配置于第七分支点40与第七求和点35之间。第一信号转换器21的输出信号θx经由第七分支点40输入到第二交叉信号转换器28，第二交叉信号转换器28将所输入的信号进行转换后输出到第七求和点35。在第七求和点35处，对第一倾斜运动控制器25的输出信号加上第二交叉信号转换器28的输出信号。

各交叉信号转换器27、28利用交叉反馈的系数Kc来对所输入的信号执行转换。另外，以下面的式(4)来表示该系数Kc。其中，设：

Id：绕穿过旋转体2的重心的直径的惯性矩

IP：绕轴线Ax的惯性矩

Ω：旋转体2的旋转角速度。

[数5]

$K_c=\frac{I_P\mathrm{\Ω}{K}_D}{{2I}_d}---\left(4\right)$

由第一倾斜运动控制器25、第二倾斜运动控制器26、第一交叉信号转换器27以及第二交叉信号转换器28构成倾斜运动控制电路45。

另外，向第一信号转换器21输入的输入信号x1的第一信号线47上设置有第一分支点48，输入信号y1的第二信号线49上设置有第二分支点50，输入信号x2的第三信号线51上设置有第三分支点52，输入信号y2的第四信号线53上设置有第四分支点54。

负轴承刚度消除电路12介于各求和点30、31、32、33与各分支点48、50、52、54之间，其中，从第二信号转换器22向各求和点30、31、32、33输出信号，各分支点48、50、52、54对向第一信号转换器21输入的信号进行分支。因此，各输入信号x1、y1、x2、y2经由各分支点48、50、52、54输入到负轴承刚度消除电路12。而且，负轴承刚度消除电路12被连接成将与负轴承刚度有关的信号经由作为系数相乘单元的各乘法器55、56、57、58输出到各求和点30、31、32、33。具体地说，负轴承刚度消除电路12被配置成：经由第一乘法器55将与输入信号x1对应的输出信号输出到第三求和点30，经由第二乘法器56将与输入信号y1对应的输出信号输出到第四求和点31，经由第三乘法器57将与输入信号x2对应的输出信号输出到第五求和点32，经由第四乘法器58将与输入信号y2对应的输出信号输出到第六求和点33。

负轴承刚度消除电路12的传递函数为KMLBTTS。在此，以下面的式(5)来表示KM。

[数6]

$K_M=\left[\begin{array}{cccc}{K}_{\mathrm{Ml}}& 0& 0& 0\\ 0& K_{\mathrm{Ml}}& 0& 0\\ 0& 0& K_{\mathrm{Mr}}& 0\\ 0& 0& 0& K_{\mathrm{Mr}}\end{array}\right]---\left(5\right)$

另外，在8极异极型(Heteropolar Type)的情况下，以下面的式(6)来表示。其中，设：

μ0：真空磁导率

Si：磁极的截面积

Ni：线圈的匝数

Ii：偏置电流

δi：空隙长度。

此外，Si、Ii等附有符号i的符号包括第一电磁体4a和第二电磁体5a这两方。

[数7]

$K_{\mathrm{Mi}}=\cos (\mathrm{\π}/8){\mathrm{\μ}}_0{S}_i\frac{{\left(N_i{I}_i\right)}^2}{{{\mathrm{\δ}}_i}^3},(i=l,r)---\left(6\right)$

此外，在式(5)、式(6)中，符号l表示第一电磁体4a，符号r表示第二电磁体5a。

另外，LBT是前述的式(2)的LB的转置矩阵，TS相当于前述的式(1)的TS-1的逆矩阵。

在第三求和点30处，从第二信号转换器22的负的输出信号减去经由第一乘法器55的负轴承刚度消除电路12的输出信号。同样地，在第四求和点31处，从第二信号转换器22的负的输出信号减去经由第二乘法器56的负轴承刚度消除电路12的输出信号，在第五求和点32处从第二信号转换器22的负的输出信号减去经由第三乘法器57的负轴承刚度消除电路12的输出信号，在第六求和点33处从第二信号转换器22的负的输出信号减去经由第四乘法器58的负轴承刚度消除电路12的输出信号。

利用将力转换成电流值的转换系数kE，在作为电流值指示单元的各转换器61、62、63、64中将各求和点30、31、32、33的减法运算结果转换为电流值。具体地说，从第三求和点30作为减法运算结果输出的信号fx1输入到以转换系数1/kEl来表示的第一转换器61。同样地，从第四求和点31作为减法运算结果输出的信号fy1输入到以转换系数1/kEl来表示的第二转换器62，从第五求和点32作为减法运算结果输出的信号fx2输入到以转换系数1/kEr表示的第三转换器63，从第六求和点33作为减法运算结果输出的信号fy2输入到以转换系数1/kEr表示的第四转换器64。然后，在各转换器61、62、63、64中，利用各转换系数1/kEl、1/kEr将所输入的各信号转换为电流值并输出。另外，从各转换器61、62、63、64输出的电流值被利用于各径向磁轴承4、5的各电磁体4a、5a的控制中。此外，kEl表示第一电磁体4a用的转换系数，kEr表示第二电磁体5a用的转换系数。

另外，第一转换器61的输出信号的第九信号线65上设置有第九分支点66，第二转换器62的输出信号的第十信号线67上设置有第十分支点68，第三转换器63的输出信号的第十一信号线69上设置有第十一分支点70，第四转换器64的输出信号的第十二信号线71上设置有第十二分支点72。

从各转换器61、62、63、64输出的电流值经由各分支点66、68、70、72输入到作为DC成分提取单元的各低通滤波器76、77、78、79。具体地说，由第一转换器61输出的电流值通过第九分支点66输入到第一低通滤波器76，由第二转换器62输出的电流值通过第十分支点68输入到第二低通滤波器77，由第三转换器63输出的电流值通过第十一分支点70输入到第三低通滤波器78，由第四转换器64输出的电流值通过第十二分支点72输入到第四低通滤波器79。

作为各低通滤波器76、77、78、79，均利用了截止频率为1Hz以下的低通滤波器。由此，各低通滤波器76、77、78、79构成为输出从由各转换器61、62、63、64输出的电流值中截止超过1Hz的频率而提取出的DC成分(直流成分)idc的信号。

另外，由各低通滤波器76、77、78、79输出的信号被输入到作为校正系数计算单元的各运算器81、82、83、84。具体地说，第一低通滤波器76的输出信号被输入到第一运算器81，第二低通滤波器77的输出信号被输入到第二运算器82，第三低通滤波器78的输出信号被输入到第三运算器83，第四低通滤波器79的输出信号被输入到第四运算器84。在各运算器81、82、83、84中，基于DC成分idc来计算校正系数C。以下面的式(7)和(8)来表示各运算器81、82、83、84为了计算校正系数C而利用的函数。其中，设：

I0：偏置电流(不对两个电磁体4a、5a进行区分)。

[数8]

在此，基于负轴承刚度的变化和控制刚度的变化来求出式(7)和(8)。图3是表示负轴承刚度的变化、控制刚度的变化以及与负轴承刚度消除电路12相乘的校正系数C之间的关系的图。图3的横轴表示DC成分idc的绝对值除以偏置电流I0所得的值(|idc|/I0)，纵轴表示系数。

在图3中，以点划线来表示fM，以虚线来表示fE，以实线来表示校正系数C。另外，以下符号分别表示：

fM：以不存在稳定负荷(idc=0)时为基准的情况下的负轴承刚度的相对变化

fE：以不存在稳定负荷(idc=0)时为基准的情况下的控制刚度的相对变化。

如图3所示，fM示出了从与系数1相当的位置呈二次函数的变化，fE示出了从与系数1相当的位置到|idc|/I0的值为1的位置为止为固定、而当|idc|/I0的值超过1时呈正比例函数的变化。另一方面，通过将fM除以fE(fM/fE)来得到校正系数C。因此，在|idc|/I0的值为1以下(idc≤I0)的情况下，校正系数C的值示出了与fM同样的变化、即呈二次函数的变化(与式(7)对应)，在|idc|/I0的值大于1(idc>I0)的情况下，校正系数C的值示出了呈正比例函数的变化(与式(8)对应)。而且，对图3所示的校正系数C的值的变化进行函数化则相当于式(7)和(8)。由各滤波器76、77、78、79按各电磁体4a、5a的X轴、Y轴分别提取DC成分idc，基于所提取出的该各DC成分idc，也按各电磁体4a、5a的X轴、Y轴分别计算校正系数C。

返回到图2，第一运算器81的计算结果被输出到第一乘法器55，第二运算器82的计算结果被输出到第二乘法器56，第三运算器83的计算结果被输出到第三乘法器57，第四运算器84的计算结果被输出到第四乘法器58。在各乘法器55、56、57、58中，将负轴承刚度消除电路12的输出信号与由各运算器81计算出的校正系数C相乘。然后，第一乘法器55的相乘结果被输出到第三求和点30，第二乘法器56的相乘结果被输出到第四求和点31，第三乘法器57的相乘结果被输出到第五求和点32，第四乘法器58的相乘结果被输出到第六求和点33。因此，在各求和点30、31、32、33处，由各乘法器55、56、57、58相乘所得的信号被利用于来自第二信号转换器22的输出信号的减法运算中。

如以上所说明的那样，根据该方式的磁轴承装置1，通过负轴承刚度消除电路12来考虑在各电磁体4a、5a与旋转体2之间可能产生的负轴承刚度。并且，使根据DC成分idc计算出的校正系数C与负轴承刚度消除电路12的输出信号相乘。如图3所示，DC成分idc对负轴承刚度和控制刚度产生影响。也就是说，将与负轴承刚度和控制刚度的变化相应的校正系数反馈到负轴承刚度消除电路12的输出信号。因此，无论是轴线Ax为水平的安装姿势还是轴线Ax为垂直的安装姿势，都能够消除与各个姿势相应的负轴承刚度，因此安装姿势不受限定。也就是说，能够与负轴承刚度和控制刚度的变化相应地控制各电磁体4a、5a，因此能够实现与负轴承刚度变化的各种各样的安装姿势对应的旋转体2的悬浮控制。另外，例如能够抑制由于将与旋转体2的轴线Ax为水平或垂直的姿势对应的装置安装成相反的姿势而产生的悬浮控制的不稳定等。

(径向控制器的第二方式)

接着，参照图4来说明径向控制器10的第二方式。下面，在图4中对与第一方式共通的结构附加相同的标记并省略说明。图4是表示第二方式所涉及的径向控制器10B的信号***的框线图的一例的图。如图4所示，在第二方式所涉及的径向控制器10B中，在各运算器81、82、83、84与各乘法器55、56、57、58之间，设置有能够重写的存储装置90B。

存储装置90B分别存储从第一运算器81输出的校正系数Cx1、从第二运算器82输出的Cy1、从第三运算器83输出的校正系数Cx2以及从第四运算器84输出的校正系数Cy2。然后，所存储的校正系数Cx1利用于在第一乘法器55中与来自负轴承刚度消除电路12的输出信号相乘，所存储的校正系数Cy1利用于在第二乘法器56中与来自负轴承刚度消除电路12的输出信号相乘，所存储的校正系数Cx2利用于在第三乘法器57中与来自负轴承刚度消除电路12的输出信号相乘，所存储的校正系数Cy2利用于在第四乘法器58中与来自负轴承刚度消除电路12的输出信号相乘。这样，第二方式所涉及的径向控制器10B构成为以下结构：将与负轴承刚度和控制刚度的变化相应地计算出的各校正系数Cy2、Cx2、Cy1、Cx1存储在存储装置90B中，通过存储装置90B来执行对负轴承刚度消除电路12的输出信号的反馈。

(径向控制器的第三方式)

接着，参照图5来说明径向控制器10的第三方式。下面，在图5中对与第一方式共通的结构附加相同的标记并省略说明。图5是表示第三方式所涉及的径向控制器10C的信号***的框线图的一例的图。如图5所示，在第三方式所涉及的径向控制器10C中，设置有存储各乘法器55、56、57、58中利用的系数的存储装置90C、计时装置91以及使能器92。

使能器92控制由各滤波器76、77、78、79执行的提取和由各运算器81、82、83、84执行的计算的允许和不允许。也就是说，只要使能器92不允许，各滤波器76、77、78、79就不能执行DC成分idc的提取，各运算器81、82、83、84就不能执行各校正系数的计算。也就是说，在使能器92允许之前，不计算各校正系数Cy2、Cx2、Cy1、Cx1。然后，使能器92基于来自计时装置91的信号来允许由各滤波器76、77、78、79执行提取和由各运算器81、82、83、84执行计算。

另一方面，在存储装置90C中存储1来作为在各乘法器55、56、57、58中利用的系数的初始值。然后，在使旋转体2开始悬浮时，在各乘法器55、56、57、58中利用该初始值1。另外，在使旋转体2开始悬浮时，将悬浮指令信号输入到计时装置91。计时装置91在悬浮指令信号输入之后大致2秒后，向使能器92输出信号以使其允许由各滤波器76、77、78、79执行提取和由各运算器81、82、83、84执行计算。因此，径向控制器10C构成为在旋转体2的悬浮开始后大致2秒后计算各校正系数Cy2、Cx2、Cy1、Cx1。所计算出的各校正系数Cy2、Cx2、Cy1、Cx1被输出到存储装置90C而存储在该存储装置90C中。另外，在各乘法器55、56、57、58中利用存储装置90C所存储的各校正系数Cy2、Cx2、Cy1、Cx1。这样，第三方式所涉及的径向控制器10C构成为以下结构：在使旋转体2悬浮时利用初始值1而不执行对负轴承刚度消除电路12的输出信号的反馈，在旋转体2悬浮后经过规定时间之后执行对负轴承刚度消除电路12的输出信号的与负轴承刚度和控制刚度的变化相应的反馈。另外，使能器92与计时装置91的组合作为本发明的允许单元而发挥功能。

(径向控制器的第四方式)

接着，参照图6～图8来说明径向控制器10的第四方式。下面，在图6～图8中对与第一方式共通的结构附加相同的标记并省略说明。图6是表示第四方式所涉及的径向控制器10D的信号***的框线图的一例的图。如图6所示，在第四方式所涉及的径向控制器10D中，设置有作为比较单元的比较器95以及作为系数区分单元和基准值区分单元的系数切换器96。

在系数切换器96中，设置有作为特定系数存储单元、校正系数存储单元、成分基准值存储单元以及特定基准值存储单元的存储装置96D。在该存储装置96D中，按每个乘法器55、56、57、58预先存储有与轴线Ax与水平方向大致一致的姿势、轴线Ax与垂直方向大致一致的姿势等磁轴承装置1的多个设置姿势分别对应的多个校正系数和DC成分idc的基准值。各DC成分idc的基准值通过比较器9被利用于与从各滤波器76、77、78、79输出的各DC成分idc的比较中。关于由比较器95执行的各DC成分idc与各基准值之间的比较，在后面叙述。

图7A和图7B均为表示系数切换器96的信号***的框线图的一例的图。这些图中的图7A示出了与校正系数的切换有关的信号***的框线图的一例。存储装置96D所存储的各校正系数通过各乘法器55、56、57、58被利用于相乘中。利用图7A的例子来具体说明。如图7A所示，在该例子中，在存储装置96D中按各径向位置传感器4b、5b的与X轴和Y轴有关的位移分别存储有三个校正系数。而且，系数切换器96用于从存储装置96D所存储的各校正系数中指定要在各乘法器55、56、57、58中利用的校正系数。具体地说，由系数切换器96对特定的校正系数附加用于与其它校正系数进行区分的信息，利用所附加的该信息来指定要在各乘法器55、56、57、58中利用的校正系数。另外，关于该指定，作为一例，通过由设置磁轴承装置1的设置者根据磁轴承装置1的设置姿势等从多个校正系数中选择特定的校正系数来实现，从而在各校正系数之间进行切换。

在图7A的例子中，存储装置96D中分别存储有Cx1v、Cx1x、Cx1+作为能够在第一乘法器55中利用的三个校正系数，存储有Cy1v、Cy1x、Cy1+作为能够在第二乘法器56中利用的三个校正系数，存储有Cx2v、Cx2x、Cx2+作为能够在第三乘法器57中利用的三个校正系数，存储有Cy2v、Cy2x、Cy2+作为能够在第四乘法器58中利用的三个校正系数。然后，作为在各乘法器55、56、57、58的相乘中使用的特定的校正系数Cx1、Cy1、Cx2、Cy2，按每个乘法器55、56、57、58指定有一个校正系数。具体地说，指定Cx1v作为在第一乘法器55中使用于相乘的特定的校正系数Cx1，指定Cy1v作为在第二乘法器56中使用于相乘的特定的校正系数Cy1，指定Cx2v作为在第三乘法器57中使用于相乘的特定的校正系数Cx2，指定Cy2v作为在第四乘法器58中使用于相乘的特定的校正系数Cy2。

另外，系数切换器96还用于从存储装置96D所存储的各基准值中指定要在比较器95中利用的基准值。具体地说，由系数切换器96对特定的基准值附加用于与其它基准值进行区分的信息，利用所附加的该信息来指定要在比较器95中利用的校正系数。图7B表示与DC成分idc的基准值有关的信号***的框线图的一例。如图7B所示，各DC成分idc的基准值也与校正系数同样地，在存储装置96D中按各径向位置传感器4b、5b的与X轴和Y轴有关的位移分别存储有三个基准值。具体地说，在图7B的例子中，存储装置96D中分别存储有Ix1v、Ix1x、Ix1+作为与第一低通滤波器76对应的三个基准值，存储有Iy1v、Iy1x、Iy1+作为与第二低通滤波器77对应的三个基准值，存储有Ix2v、Ix2x、Ix2+作为与第三低通滤波器78对应的三个基准值，存储有Iy2v、Iy2x、Iy2+作为与第四低通滤波器79对应的三个基准值。然后，指定各DC成分idc的基准值中的Ix1v、Iy1v、Ix2v、Iy2v以将它们用作要在比较器95中作为比较对象的特定的基准值Ix1、Iy1、Ix2、Iy2。此外，特定的基准值Ix1、Iy1、Ix2、Iy2也可以与校正系数同样地，通过由设置者指定来在各基准值之间进行切换。另外，也可以构成为以下结构：在存储装置96D中将各DC成分idc的基准值与各校正系数彼此对应地进行存储，系数切换器96将与通过各特定的校正系数被指定而各DC成分idc的基准值也被指定的校正系数对应的基准值指定为特定的基准值。

比较器95被配置为来自各滤波器76、77、78、79的信号的输出目的地。图8是表示比较器95的信号***的框线图的一例的图。比较器95具备第一比较部95A、第二比较部95B、第三比较部95C、第四比较部95D以及OR电路(或电路)95K。第一比较部95A将第一低通滤波器76的输出信号与特定的基准值Ix1进行比较，第二比较部95B将第二低通滤波器77的输出信号与特定的基准值Iy1进行比较，第三比较部95C将第三低通滤波器78的输出信号与特定的基准值Ix2进行比较，第四比较部95D将第四低通滤波器79的输出信号与特定的基准值Iy2进行比较。然后，各比较部95A、95B、95C、95D将比较结果输出到OR电路95K。

在各比较部95A、95B、95C、95D的任一个中输出了从各滤波器76、77、78、79输出的DC成分idc超过各特定的基准值Ix1、Iy1、Ix2、Iy2这样的比较结果的情况下，OR电路95K将旋转不允许信号输出到对电动机3的旋转进行控制的电动机控制器9。在这种情况下，电动机控制器9控制电动机3以不使旋转体2旋转。即，在从比较器95输入了旋转不允许信号的情况下，电动机3不使旋转体2的旋转开始。这样，根据第四方式，将与磁轴承装置1的姿势对应的适当的校正系数存储在存储装置96D中，能够根据磁轴承装置1的姿势来将校正系数切换为适当的校正系数。由此，能够根据磁轴承装置1的姿势来更适当地进行旋转体2的支承。另一方面，能够利用与DC成分idc对应的各基准值Ix1、Iy1、Ix2、Iy2来进行不使旋转体2旋转的控制。由此，在DC成分idc超过了各特定的基准值Ix1、Iy1、Ix2、Iy2这样的情况下，也就是说在如磁轴承装置1的设置姿势为设想外时那样若使旋转体2旋转则有可能产生不稳定等的情况下，能够防止旋转体2旋转。

本发明并不限于上述的各方式，能够以适当的方式实施。在上述的方式中，例示了运算器为了计算校正系数而利用的式子，但是只要能够计算出与负轴承刚度的变化对应的系数即可，并不限定于这种式子。另外，上述的第三方式所涉及的使能器92控制由各滤波器76、77、78、79执行的提取和由各运算器81、82、83、84执行的计算这两方的允许和不允许，但是并不限定于这种方式。例如，使能器也可以构成为仅控制某一方。并且，上述的第三方式所涉及的径向控制器10C构成为利用计时装置91和使能器92，在旋转体2的悬浮开始后经过大致2秒后计算校正系数，但是并不限定于这种方式。例如，也可以构成为以下结构：将初始值和所计算出的校正系数存储在存储装置90C的另外的位置，各乘法器在悬浮开始时利用初始值，在经过规定时间后利用所计算出的校正系数。另外，开始利用所计算出的校正系数的规定时间只要是能够判断为旋转体2悬浮而处于稳定状态的时间即可，并不限定于旋转体2的悬浮开始后经过大致2秒后。

另外，上述的第四方式所涉及的径向控制器10D构成为在从各滤波器76、77、78、79输出的DC成分idc的任一个超过了对应的各基准值Ix1、Iy1、Ix2、Iy2的情况下认为满足规定的条件，由比较器95输出旋转不允许信号，但是并不限定于这种方式。例如，也可以构成为以下结构：比较器在从各滤波器76、77、78、79输出的DC成分idc全部超过了对应的各基准值Ix1、Iy1、Ix2、Iy2的情况下认为满足规定的条件，输出旋转不允许信号。

另外，例如，在上述的第四方式所涉及的径向控制器10D中，也能够省略各滤波器76、77、78、79和比较器95。在这种情况下，存储装置96D也可以不作为成分基准值存储装置和特定基准值存储装置发挥功能。

Claims (10)

1.一种径向控制器，应用于利用电磁体使旋转体悬浮来支承该旋转体的磁轴承装置，该径向控制器具备：

径向控制电路，其用于控制上述旋转体的轴线在径向上的位移；

负轴承刚度消除电路，其与上述径向控制电路并联连接，输出与负轴承刚度有关的信号；

电流值指示单元，其基于由上述径向控制电路输出的信号以及由上述负轴承刚度消除电路输出的与负轴承刚度有关的信号，来输出用于控制上述电磁体的电流值；

DC成分提取单元，其从由上述电流值指示单元输出的电流值中提取DC成分；

校正系数计算单元，其基于由上述DC成分提取单元提取出的DC成分以及上述电磁体的偏置电流来计算校正系数；以及

系数相乘单元，其使由上述校正系数计算单元计算出的上述校正系数与由上述负轴承刚度消除电路输出的信号相乘。

2.根据权利要求1所述的径向控制器，其特征在于，

在将上述DC成分设为idc、将上述偏置电流设为I0、将上述校正系数设为C的情况下，上述校正系数计算单元利用下式来计算上述校正系数，

[数1]

3.根据权利要求1所述的径向控制器，其特征在于，

还具备存储装置，该存储装置存储由上述校正系数计算单元计算出的上述校正系数，

上述系数相乘单元利用上述存储装置所存储的上述校正系数来执行上述相乘。

4.根据权利要求3所述的径向控制器，其特征在于，

上述存储装置中存储有上述校正系数的初始值，

在上述旋转体的悬浮开始时，上述系数相乘单元在上述相乘中利用上述存储装置所存储的初始值，在从上述旋转体的悬浮开始起经过规定时间之后，上述系数相乘单元在上述相乘中利用由上述校正系数计算单元计算出的上述校正系数。

5.根据权利要求4所述的径向控制器，其特征在于，

还具备允许单元，该允许单元控制由上述DC成分提取单元执行的提取和由上述校正系数计算单元执行的计算中的至少任一方的允许和不允许，

上述允许单元以如下方式进行控制：在从上述旋转体的悬浮开始起经过规定时间之前不允许由上述DC成分提取单元执行提取和由上述校正系数计算单元执行计算，在经过上述规定时间之后允许由上述DC成分提取单元执行提取和由上述校正系数计算单元执行计算，

在通过上述允许单元允许了由上述DC成分提取单元执行提取和由上述校正系数计算单元执行计算以后，上述系数相乘单元利用由上述校正系数计算单元计算并存储在上述存储装置中的校正系数，由此实现在从上述旋转体的悬浮开始起经过规定时间之后由上述校正系数计算单元计算出的上述校正系数的利用。

6.一种径向控制器，应用于利用电磁体使旋转体悬浮来支承该旋转体的磁轴承装置，该径向控制器具备：

径向控制电路，其用于控制上述旋转体的轴线在径向上的位移；

负轴承刚度消除电路，其与上述径向控制电路并联连接，输出与负轴承刚度有关的信号；

电流值指示单元，其基于由上述径向控制电路输出的信号以及由上述负轴承刚度消除电路输出的与负轴承刚度有关的信号，来输出用于控制上述电磁体的电流值；

校正系数存储单元，其存储与上述旋转体的轴线的设置姿势分别相应的多个校正系数；

系数区分单元，其对与上述旋转体的轴线的设置姿势分别对应的多个校正系数中的特定的校正系数附加用于与其它校正系数进行区分的信息；

特定系数存储单元，其存储上述特定的校正系数；以及

系数相乘单元，其使上述特定系数存储单元所存储的上述特定的校正系数与由上述负轴承刚度消除电路输出的信号相乘。

7.根据权利要求6所述的径向控制器，其特征在于，具备：

DC成分提取单元，其从由上述电流值指示单元输出的电流值中提取DC成分；

成分基准值存储单元，其存储与上述旋转体的轴线的设置姿势分别对应的多个DC成分的基准值；

基准值区分单元，其对多个上述基准值中的特定的基准值附加用于与其它基准值进行区分的信息；

特定基准值存储单元，其存储上述特定的基准值；以及

比较单元，其将由上述DC成分提取单元提取出的DC成分与上述特定基准值存储单元所存储的上述特定的基准值进行比较，在满足规定的条件的情况下输出不使上述旋转体开始旋转的控制信号。

8.根据权利要求7所述的径向控制器，其特征在于，

上述比较单元在将由上述DC成分提取单元提取出的DC成分与上述特定的基准值进行比较所得的结果中包括由上述DC成分提取单元提取出的DC成分超过了上述特定的基准值这样的结果的情况下，认为满足上述规定的条件而输出上述控制信号。

9.根据权利要求1～5、7、8中的任一项所述的径向控制器，其特征在于，

作为上述DC成分提取单元，利用截止频率为1Hz以下的低通滤波器。

10.一种磁轴承装置，具备根据权利要求1～8中的任一项所述的径向控制器。