JP2018141708A - 温度予測装置、磁気軸受搭載圧縮機、温度予測方法及びプログラム - Google Patents

温度予測装置、磁気軸受搭載圧縮機、温度予測方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】磁気軸受搭載圧縮機の電磁石コイルに過電流が流れたか否かを容易に判定することができる温度予測装置を提供する。【解決手段】電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に応じた前記電磁石コイルに印加する電圧値を特定する印加電圧特定部と、前記印加電圧特定部が特定した電圧値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出するコイル電流検出部と、前記印加電圧特定部が特定した電圧値と、前記コイル電流検出部が検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に基づいて前記電磁石コイルに電圧が印加されたときに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定するコイル温度推定部と、を備える温度予測装置である。【選択図】図２

Description

本発明は、温度予測装置、磁気軸受搭載圧縮機、温度予測方法及びプログラムに関する。
ターボ冷凍機などで磁気軸受搭載圧縮機が使用される場合がある。磁気軸受搭載圧縮機では、電磁石コイルに電流を流して発生した磁気による吸引力を用いて、回転軸が軸受と非接触になるように制御されている。
特許文献１には、関連する技術として、温度センサを用いて回転軸の表面の温度に基づいて電磁石に通電する励磁電流を調整する技術が記載されている。
特開２００８−１５７４３９号公報
ところで、磁気軸受搭載圧縮機の電磁石コイルに過電流が流れた場合、電磁石コイルに不具合が発生してしまう可能性がある。
そのため、磁気軸受搭載圧縮機の電磁石コイルに過電流が流れたか否かを容易に判定することのできる技術が求められていた。
本発明は、上記の課題を解決することのできる温度予測装置、磁気軸受搭載圧縮機、温度予測方法及びプログラムを提供することを目的としている。
本発明の第１の態様によれば、温度予測装置は、電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に応じた前記電磁石コイルに印加する電圧値を特定する印加電圧特定部と、前記印加電圧特定部が特定した電圧値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出するコイル電流検出部と、前記印加電圧特定部が特定した電圧値と、前記コイル電流検出部が検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に応じて前記電磁石コイルに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定するコイル温度推定部と、を備える。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様における温度予測装置において、前記印加電圧特定部は、前記電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に基づいて前記電磁石コイルに印加する電圧の実測値を特定し、前記コイル電流検出部は、前記印加電圧特定部が特定した電圧の実測値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出し、前記コイル温度推定部は、前記印加電圧特定部が特定した電圧の実測値と、前記コイル電流検出部が検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に応じて前記電磁石コイルに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定してもよい。
本発明の第３の態様によれば、第１の態様における温度予測装置において、前記印加電圧特定部は、前記電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に基づいて前記電磁石コイルに印加する電圧の指令値を特定し、前記コイル電流検出部は、前記印加電圧特定部が特定した電圧の指令値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出し、前記コイル温度推定部は、前記印加電圧特定部が特定した電圧の指令値と、前記コイル電流検出部が検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に応じて前記電磁石コイルに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定してもよい。
本発明の第４の態様によれば、第１の態様から第３の態様の何れかにおける温度予測装置において、前記関係式は、前記電圧値をＥ、前記電流値をＩ、前記電磁石コイルの温度をＴ、前記電磁石コイルの抵抗をＲ、予め取得した前記電磁石コイルの温度Ｔ０における前記電磁石コイルの抵抗をＲ０、係数をαとした場合に、
Figure 2018141708
 と表される式であってもよい。
本発明の第５の態様によれば、磁気軸受搭載圧縮機は、第１の態様から第４の態様の何れかにおける温度予測装置と、前記温度予測装置の温度予測対象となる電磁石コイルを備えるモータと、を備える。
本発明の第６の態様によれば、温度予測方法は、電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に応じた前記電磁石コイルに印加する電圧値を特定することと、特定した電圧値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出することと、特定した電圧値と、検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に応じて前記電磁石コイルに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定することと、を含む。
本発明の第９の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に応じた前記電磁石コイルに印加する電圧値を特定することと、特定した電圧値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出することと、特定した電圧値と、検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に応じて前記電磁石コイルに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定することと、を実行させる。
本発明の実施形態による温度予測装置によれば、磁気軸受搭載圧縮機の電磁石コイルに過電流が流れたか否かを容易に判定することができる。
本発明の第１の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による温度予測装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機の処理フローを示す図である。 本発明の第２の実施形態による温度予測装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機の処理フローを示す図である。
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の第１の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１の構成について説明する。
本発明の第１の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１は、ビルの大型空気調和機、化学プラントにおける冷却設備などで多岐にわたって使用されるターボ冷凍機に用いられる。
磁気軸受搭載圧縮機１は、図１に示すように、出力軸１０と、モータ２０と、圧縮機本体３０と、膨張機４０と、ラジアル磁気軸受５０と、スラスト磁気軸受６０と、ケーシング７０と、温度予測装置８０と、を備える。
出力軸１０は、モータ２０の出力軸である。
モータ２０は、図１に示すように、圧縮機本体３０と膨張機４０との間に設けられる。
圧縮機本体３０は、出力軸１０に接続されており、モータ２０が回転すると流体を圧縮するように構成されている。
膨張機４０は、出力軸１０に接続されており、流体を膨張させて流体から出力軸１０への動力をモータ２０の回転力として回収するように構成されている。
出力軸１０は、圧縮機本体３０と膨張機４０との間に設けられたラジアル磁気軸受５０とスラスト磁気軸受６０とによって、非接触で支持される。
ラジアル磁気軸受５０は、出力軸１０の軸方向においてモータ２０の両側に設けられる。ラジアル磁気軸受５０は、複数の電磁石コイル５０１を備える。ラジアル磁気軸受５０は、複数の電磁石コイル５０１のそれぞれに電流が流れたときの磁力（例えば、磁気による吸引力）によって、出力軸１０を重力や、空力（例えば、ガスによるスラスト力）などのロータ荷重に対抗して浮上させる。これにより、摩擦や摩耗などが低減し、磁気軸受搭載圧縮機１の長寿命、容易な保守、低騒音、低振動、モータ２０の高速回転、回転損失の低減などのさまざまな利点が得られる。
スラスト磁気軸受６０は、出力軸１０の軸方向においてモータ２０の一方の側（図１に示す磁気軸受搭載圧縮機１の場合、モータ２０と膨張機４０との間）に設けられる。スラスト磁気軸受６０は、複数の電磁石コイル６０１を備える。スラスト磁気軸受６０は、複数の電磁石コイル６０１のそれぞれに電流が流れたときの磁力（例えば、磁気による吸引力）によって、出力軸１０に設けられたアキシャルロータディスク１０１との間にギャップを生じさせる。これにより、出力軸１０が回転したときに出力軸１０の軸方向へ働く空力に対抗することができ、また、摩擦や摩耗などが低減し、磁気軸受搭載圧縮機１の長寿命、容易な保守、低騒音、低振動、モータ２０の高速回転、回転損失の低減などのさまざまな利点が得られる。
ケーシング７０は、モータ２０と、圧縮機本体３０と、膨張機４０と、ラジアル磁気軸受５０と、スラスト磁気軸受６０と、を収容する。
温度予測装置８０は、図１に示すように、例えば、ケーシング７０の外側表面に設けられる。温度予測装置８０は、図２に示すように、距離検出部８０１と、磁気軸受コントローラ８０２と、コイル電流コントローラ８０３と、コイル電圧調整部８０４（印加電圧特定部）と、コイル電流検出部８０５と、コイル電圧検出部８０６と、コイル温度推定部８０７と、報知部８０８と、を備える。なお、距離検出部８０１、磁気軸受コントローラ８０２、コイル電流コントローラ８０３、コイル電圧調整部８０４及びコイル電流検出部８０５は、通常の磁気軸受の制御でも使用される機能部である。
距離検出部８０１は、温度予測装置８０に複数備えられている。距離検出部８０１は、出力軸１０の位置に応じたアナログ信号を生成する。具体的には、距離検出部８０１は、例えば、電磁石コイル５０１及び電磁石コイル６０１のそれぞれにおける所定の位置に設けられ、距離検出部８０１から出力軸１０までの距離を示す軸位置信号を出力する。
磁気軸受コントローラ８０２は、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器８０２１と、軸受制御演算部８０２２と、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）変換器８０２３と、を備える。
Ａ／Ｄ変換器８０２１は、距離検出部８０１のそれぞれが生成した軸位置信号を並列処理によってデジタル信号に変換する。
軸受制御演算部８０２２は、Ａ／Ｄ変換器８０２１による変換後のデジタル信号のうち同一の軸受（ラジアル磁気軸受５０及びスラスト磁気軸受６０）に設けられた距離検出部８０１ごとのデジタル信号に対して、フィルタ演算、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御のための演算などを行うことにより、距離検出部８０１が設けられた電磁石コイル５０１及び電磁石コイル６０１のそれぞれについてデジタル電流指令値を生成する。
具体的には、軸受制御演算部８０２２は、デジタル信号が示す距離検出部８０１から出力軸１０までの距離が遠くなるにつれて磁気による吸引力を大きくし、デジタル信号が示す距離検出部８０１から出力軸１０までの距離が近くなるにつれて磁気による吸引力を小さくするデジタル電流指令値を生成する。なお、デジタル電流指令値の具体的な値は、予め実験やシミュレーションを行い、距離検出部８０１から出力軸１０までの距離とデジタル電流指令値（すなわち、吸引力の大きさと等価）との関係を特定して記憶部に記憶しておく。そして、軸受制御演算部８０２２は、デジタル信号が示す距離検出部８０１から出力軸１０までの距離に対応するデジタル電流指令値を記憶部において特定し、特定したデジタル電流指令値を記憶部から読み出すことによってデジタル電流指令値を生成してもよい。また、距離検出部８０１から出力軸１０までの距離とデジタル電流指令値との関係を示す関係式を記憶部に記憶しておき、軸受制御演算部８０２２は、デジタル信号が示す距離検出部８０１から出力軸１０までの距離に対応するデジタル電流指令値を記憶部から読み出すことによってデジタル電流指令値を生成してもよい。
Ｄ／Ａ変換器８０２３は、軸受制御演算部８０２２が生成したデジタル電流指令値をアナログ信号であるアナログ電流指令値に変換する。
コイル電流コントローラ８０３は、信号合成部８０３１と、電流制御演算部８０３２（印加電圧特定部）と、を備える。
信号合成部８０３１は、Ｄ／Ａ変換器８０２３による変換後のアナログ電流指令値から、後述するコイル電流検出部８０５が検出するコイル電流Ｉａの電流値を減算して、誤差電流値Ｉｅｒｒを特定する。
電流制御演算部８０３２は、信号合成部８０３１が特定した誤差電流値Ｉｅｒｒに対して、フィルタ演算、ＰＩＤ制御のための演算などを行うことにより、距離検出部８０１が設けられた電磁石コイル５０１及び電磁石コイル６０１のそれぞれについて誤差電流値Ｉｅｒｒを小さくするアナログ電圧指令値を生成する。すなわち、電流制御演算部８０３２は、コイル電流Ｉａがアナログ電流指令値と一致するように電磁石コイル５０１及び電磁石コイル６０１に印加するアナログ電圧指令値を生成する。
コイル電圧調整部８０４は、電流制御演算部８０３２が生成するアナログ電圧指令値をＰＷＭ制御に基づいてスイッチ（例えば、トランジスタ）をスイッチングすること、すなわち、オンまたはオフすることにより、電磁石コイル５０１、６０１のそれぞれに流れるコイル電流Ｉａを制御するためのそれぞれの制御電圧Ｅａを生成する。
電磁石コイル５０１、６０１のそれぞれには、コイル電圧調整部８０４が生成するそれぞれの制御電圧Ｅａに応じたコイル電流Ｉａが流れる。
コイル電流検出部８０５は、電磁石コイル５０１、６０１のそれぞれに流れるコイル電流Ｉａを検出する。
コイル電圧検出部８０６は、コイル電圧調整部８０４が生成する制御電圧Ｅａを検出する。
コイル温度推定部８０７は、コイル電流検出部８０５が検出するコイル電流Ｉａと、コイル電圧検出部８０６が検出する制御電圧Ｅａと、コイル電流Ｉａと制御電圧Ｅａと電磁石コイル５０１、６０１それぞれのコイル温度Ｔｃとの関係を示す関係式と、に基づいて、電磁石コイル５０１、６０１それぞれのコイル温度Ｔｃを推定する。
ここで、コイル電流Ｉａと制御電圧Ｅａと電磁石コイル５０１、６０１それぞれのコイル温度Ｔｃとの関係を示す関係式は、次のように求められる。
コイル電流平均値Ｉａとコイル電圧平均値Ｅａとの間には、次に示す式（１）が成り立つ。
Figure 2018141708
ここで、Ｒｃは、電磁石コイル５０１、または、電磁石コイル６０１の抵抗値である。
一般的に、コイル抵抗は、コイル温度Ｔｃが高くなるほど抵抗値Ｒｃが大きくなり、次に示す式（２）によって表される。
Figure 2018141708
ここで、Ｒｃ０は、コイル温度Ｔｃ０における電磁石コイル５０１、または、電磁石コイル６０１の抵抗値である。また、αは、固有の係数である。
上記の式（１）と式（２）とに、コイル電流値Ｉａ、コイル電圧値Ｅａ、予め求めた抵抗値Ｒｃ０、コイル温度Ｔｃ０、係数αを用いることにより、コイル温度Ｔｃを推定することのできる関係式である式（３）を求めることができる。なお、コイル電流値Ｉａ、コイル電圧値Ｅａのそれぞれは、サンプリングしたタイミングにおける値が特異値となっている（何等かの原因により異常な値となっている）可能性があるため、例えば、そのサンプリングしたタイミングから数回遡ったサンプリング値などの平均値であってもよい。
Figure 2018141708
なお、式（３）によって示されるコイル温度Ｔｃを推定することのできる関係式は、予め記憶部に記憶しておき、コイル温度推定部８０７は、記憶部からその関係式を読み出して用いればよい。
報知部８０８は、コイル温度推定部８０７が推定したコイル温度Ｔｃの推定値に応じた情報を出力する。
具体的には、例えば、報知部８０８は、運転を停止するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えた場合、その電磁石コイルが第１のしきい値を超えたことを示す警告を出力する。
また、報知部８０８は、運転を停止するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えた場合、不具合が発生する前に磁気軸受搭載圧縮機１を停止するように例えばコイル電流コントローラ８０３に報知してもよい。
また、具体的には、例えば、報知部８０８は、警告するか否かの判定基準となる第２の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えた場合、その電磁石コイルが第２のしきい値を超えたことを示す警告を出力する。
また、報知部８０８は、警告するか否かの判定基準となる第２の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えた場合、警告にとどまらず、空力による負荷が過負荷であると判定し、出力（ガスの排出量）を低減するように例えばコイル電流コントローラ８０３に報知してもよい。
これにより、温度予測装置８０は、電磁石コイル５０１、６０１のそれぞれを保護することができる。
なお、第１の温度しきい値、第２の温度しきい値は、予め記憶部に記憶され、報知部８０８は、記憶部から第１の温度しきい値、第２の温度しきい値を読み出して用いればよい。
次に、本発明の第１の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１の処理について説明する。
ここでは、図３に示す本発明の第１の実施形態による温度予測装置８０の処理フローについて説明する。
なお、ここでは、具体例としては、図1で示した電磁石コイル５０１を例に説明する。しかしながら、磁気軸受搭載圧縮機１は、実際には、具体例として説明する電磁石コイル５０１と同様の処理を、他の電磁石コイル５０１、６０１のそれぞれに対しても行っている。
本発明の第１の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１において、Ａ／Ｄ変換器８０２１は、図１で示した電磁石コイル５０１に設けられた距離検出部８０１のそれぞれからアナログ信号である軸位置信号を受け取る（ステップＳ１）。
Ａ／Ｄ変換器８０２１は、受け取ったそれぞれの軸位置信号を並列処理によってデジタル信号に変換する（ステップＳ２）。
Ａ／Ｄ変換器８０２１は、変換後のデジタル信号を軸受制御演算部８０２２に出力する。
軸受制御演算部８０２２は、Ａ／Ｄ変換器８０２１から変換後のデジタル信号を受け取る。
軸受制御演算部８０２２は、受け取ったデジタル信号のうち同一のラジアル磁気軸受５０に設けられた距離検出部８０１ごとのデジタル信号に対して、フィルタ演算、ＰＩＤ制御のための演算などを行うことにより、距離検出部８０１が設けられた電磁石コイル５０１のそれぞれについてデジタル電流指令値を生成する（ステップＳ３）。
軸受制御演算部８０２２は、生成したデジタル電流指令値をＤ／Ａ変換器８０２３に出力する。
Ｄ／Ａ変換器８０２３は、軸受制御演算部８０２２からデジタル電流指令値を受け取る。Ｄ／Ａ変換器８０２３は、受け取ったデジタル電流指令値をアナログ電流指令値に変換する。
Ｄ／Ａ変換器８０２３は、変換後のアナログ電流指令値を信号合成部８０３１に出力する。
信号合成部８０３１は、Ｄ／Ａ変換器８０２３からアナログ電流指令値を受け取る。また、信号合成部８０３１は、コイル電流検出部８０５からコイル電流検出部８０５が検出したコイル電流Ｉａの電流値を受け取る。
信号合成部８０３１は、受け取ったアナログ電流指令値から、受け取ったコイル電流Ｉａの電流値を減算して、誤差電流値Ｉｅｒｒを特定する（ステップＳ４）。
信号合成部８０３１は、特定した誤差電流値Ｉｅｅｒを電流制御演算部８０３２に出力する。
電流制御演算部８０３２は、信号合成部８０３１から誤差電流値Ｉｅｒｒを受け取る。
電流制御演算部８０３２は、受け取った誤差電流値Ｉｅｒｒに対して、フィルタ演算、ＰＩＤ制御のための演算などを行うことにより、距離検出部８０１が設けられた電磁石コイル５０１のそれぞれについて誤差電流値Ｉｅｒｒを小さくするアナログ電圧指令値を生成する（ステップＳ５）。
電流制御演算部８０３２は、生成したアナログ電圧指令値をコイル電圧調整部８０４に出力する。
コイル電圧調整部８０４は、電流制御演算部８０３２からアナログ電圧指令値を受け取る。
コイル電圧調整部８０４は、受け取ったアナログ電圧指令値をＰＷＭ制御に基づいてスイッチをスイッチングすること、すなわち、オンまたはオフすることにより、電磁石コイル５０１のそれぞれに流れるコイル電流Ｉａを制御するためのそれぞれの制御電圧Ｅａを生成する（ステップＳ６）。
コイル電圧調整部８０４は、生成した制御電圧Ｅａのそれぞれを対応する電磁石コイル５０１のそれぞれに出力する（ステップＳ７）。
このとき、電磁石コイル５０１のそれぞれには、コイル電圧調整部８０４が生成した対応するそれぞれの制御電圧Ｅａに応じたコイル電流Ｉａが流れる。
コイル電流検出部８０５は、電磁石コイル５０１のそれぞれに流れるコイル電流Ｉａを検出する（ステップＳ８）。
コイル電流検出部８０５は、検出したコイル電流Ｉａのそれぞれの電流値をコイル温度推定部８０７に出力する。
コイル電圧検出部８０６は、コイル電圧調整部８０４が出力する制御電圧Ｅａを検出する（ステップＳ９）。
コイル電圧検出部８０６は、検出したコイル電圧Ｅａのそれぞれの電圧値をコイル温度推定部８０７に出力する。
コイル温度推定部８０７は、コイル電圧調整部８０４から制御電圧Ｅａの電圧値を受け取る。また、コイル温度推定部８０７は、コイル電流検出部８０５からコイル電流Ｉａの電流値を受け取る。また、コイル温度推定部８０７は、上述した関係式である式（３）を記憶部から読み出す。
コイル温度推定部８０７は、記憶部から読み出した関係式である式（３）に、コイル電流Ｉａと制御電圧Ｅａとを代入して、コイル温度Ｔｃを推定する（ステップＳ１０）。
コイル温度推定部８０７は、コイル温度Ｔｃの推定値を報知部８０８に出力する。
報知部８０８は、コイル温度推定部８０７からコイル温度Ｔｃの推定値を受け取る。
報知部８０８は、受け取ったコイル温度Ｔｃの推定値に応じた情報を出力する。
具体的には、例えば、報知部８０８は、運転を停止するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えたか否かを判定する（ステップＳ１１）。
報知部８０８は、運転を停止するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えたと判定した場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、その電磁石コイルが第１のしきい値を超えたことを示す警告を出力する（ステップＳ１２）。そして、報知部８０８は、処理を終了する。なお、報知部８０８は、運転を停止するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えたと判定した場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、不具合が発生する前に磁気軸受搭載圧縮機１を停止するように例えばコイル電流コントローラ８０３に報知してもよい。
また、報知部８０８は、運転を停止するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えないと判定した場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、警告するか否かの判定基準となる第２の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えたか否かを判定する（ステップＳ１３）。
報知部８０８は、警告するか否かの判定基準となる第２の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えたと判定した場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、その電磁石コイルが第１のしきい値を超えたことを示す警告を出力する。（ステップＳ１４）。そして、報知部８０８は、処理を終了する。なお、報知部８０８は、警告するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えた場合、警告にとどまらず、空力による負荷が過負荷であると判定し、出力（ガスの排出量）を低減するように例えばコイル電流コントローラ８０３に報知してもよい。
また、報知部８０８は、警告するか否かの判定基準となる第２の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えていないと判定した場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、処理を終了する。
以上、本発明の第１の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１の処理について説明した。
本発明の第１の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１において、温度予測装置８０は、コイル温度推定部８０７を備える。コイル温度推定部８０７は、距離検出部８０１から出力軸１０までの距離に応じた電磁石コイル５０１、６０１に係る電圧値、すなわち、コイル電圧調整部８０４が生成した制御電圧Ｅａと、その電圧値に基づいて電磁石コイル５０１、６０１に電圧を印加したときに流れる電流値と、その電圧値とその電流値と電磁石コイル５０１、６０１の温度との関係式と、に基づいて電磁石コイル５０１、６０１の温度を推定する。
このようにすれば、磁気軸受搭載圧縮機１の電磁石コイル５０１、６０１に過電流が流れたか否かを容易に判定することができる。その結果、磁気軸受搭載圧縮機１において不具合を未然に防止することができ、安全な制御が行われる。
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１の構成について説明する。
なお、本発明の第２の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１は、電流制御演算部８０３２が生成する誤差電流値Ｉｅｒｒを小さくするアナログ電圧指令値と、コイル電圧調整部８０４が生成するコイル電流Ｉａを制御するためのそれぞれの制御電圧Ｅａとの差が小さく同一とみなせる、すなわち、電流制御演算部８０３２が生成する誤差電流値Ｉｅｒｒを小さくするアナログ電圧指令値をＥａとみなせる磁気軸受搭載圧縮機であるものとする。
本発明の第２の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１は、図１で示した本発明の第１の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１と同様に、出力軸１０と、モータ２０と、圧縮機本体３０と、膨張機４０と、ラジアル磁気軸受５０と、スラスト磁気軸受６０と、ケーシング７０と、温度予測装置８０と、を備える。
温度予測装置８０は、図４に示すように、距離検出部８０１と、磁気軸受コントローラ８０２と、コイル電流コントローラ８０３と、コイル電圧調整部８０４と、コイル電流検出部８０５と、コイル温度推定部８０７と、報知部８０８と、を備える。
コイル温度推定部８０７は、コイル電流検出部８０５が検出するコイル電流Ｉａと、コイル電流コントローラ８０３が備える電流制御演算部８０３２が生成する誤差電流値Ｉｅｒｒを小さくするアナログ電圧指令値と、コイル電流Ｉａと誤差電流値Ｉｅｒｒを小さくするアナログ電圧指令値と電磁石コイル５０１、６０１それぞれのコイル温度Ｔｃとの関係を示す関係式と、に基づいて、電磁石コイル５０１、６０１それぞれのコイル温度Ｔｃを推定する。
なお、本発明の第２の実施形態では、上述のように、電流制御演算部８０３２が生成する誤差電流値Ｉｅｒｒを小さくするアナログ電圧指令値をＥａとみなせるため、本発明の第１の実施形態によるコイル温度推定部８０７と同様に、関係式として式（３）を用いてコイル温度Ｔｃを推定することができる。
次に、本発明の第２の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１の処理について説明する。
ここでは、図５に示す本発明の第１の実施形態による温度予測装置８０の処理フローについて説明する。
なお、ここでは、本発明の第１の実施形態と同様に、具体例としては、図1で示した電磁石コイル５０１を例に説明する。しかしながら、磁気軸受搭載圧縮機１は、実際には、具体例として説明する電磁石コイル５０１と同様の処理を、他の電磁石コイル５０１、６０１のそれぞれに対しても行っている。
本発明の第２の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１は、本発明の第１の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１と同様に、ステップＳ１〜ステップＳ４の処理を行う。
信号合成部８０３１は、特定した誤差電流値Ｉｅｅｒを電流制御演算部８０３２に出力する。
電流制御演算部８０３２は、信号合成部８０３１から誤差電流値Ｉｅｒｒを受け取る。
電流制御演算部８０３２は、受け取った誤差電流値Ｉｅｒｒに対して、フィルタ演算、ＰＩＤ制御のための演算などを行うことにより、距離検出部８０１が設けられた電磁石コイル５０１のそれぞれについて誤差電流値Ｉｅｒｒを小さくするアナログ電圧指令値Ｅａを生成する（ステップＳ５）。
電流制御演算部８０３２は、生成したアナログ電圧指令値Ｅａをコイル電圧調整部８０４とコイル温度推定部８０７とに出力する。
コイル電圧調整部８０４は、電流制御演算部８０３２からアナログ電圧指令値Ｅａを受け取る。
コイル電圧調整部８０４は、受け取ったアナログ電圧指令値ＥａをＰＷＭ制御に基づいてスイッチをスイッチングすること、すなわち、オンまたはオフすることにより、電磁石コイル５０１のそれぞれに流れるコイル電流Ｉａを制御するためのそれぞれの制御電圧Ｅａを生成する（ステップＳ６）。
コイル電圧調整部８０４は、生成した制御電圧Ｅａのそれぞれを対応する電磁石コイル５０１のそれぞれに出力する（ステップＳ７）。
このとき、電磁石コイル５０１のそれぞれには、コイル電圧調整部８０４が生成した対応するそれぞれの制御電圧Ｅａに応じたコイル電流Ｉａが流れる。
コイル電流検出部８０５は、電磁石コイル５０１のそれぞれに流れるコイル電流Ｉａを検出する（ステップＳ８）。
コイル電流検出部８０５は、検出したコイル電流Ｉａのそれぞれの電流値をコイル温度推定部８０７に出力する。
コイル温度推定部８０７は、電流制御演算部８０３２からアナログ電圧指令値Ｅａを受け取る。また、コイル温度推定部８０７は、コイル電流検出部８０５からコイル電流Ｉａの電流値を受け取る。また、コイル温度推定部８０７は、上述した関係式である式（３）を記憶部から読み出す。
コイル温度推定部８０７は、記憶部から読み出した関係式である式（３）に、コイル電流Ｉａとアナログ電圧指令値Ｅａとを代入して、コイル温度Ｔｃを推定する（ステップＳ１０）。
コイル温度推定部８０７は、コイル温度Ｔｃの推定値を報知部８０８に出力する。
報知部８０８は、コイル温度推定部８０７からコイル温度Ｔｃの推定値を受け取る。
報知部８０８は、受け取ったコイル温度Ｔｃの推定値に応じた情報を出力する。
具体的には、例えば、報知部８０８は、運転を停止するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えたか否かを判定する（ステップＳ１１）。
報知部８０８は、運転を停止するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えたと判定した場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、その電磁石コイルが第１のしきい値を超えたことを示す警告を出力する（ステップＳ１２）。そして、報知部８０８は、処理を終了する。なお、報知部８０８は、運転を停止するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えたと判定した場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、不具合が発生する前に磁気軸受搭載圧縮機１を停止するように例えばコイル電流コントローラ８０３に報知してもよい。
また、報知部８０８は、運転を停止するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えないと判定した場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、警告するか否かの判定基準となる第２の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えたか否かを判定する（ステップＳ１３）。
報知部８０８は、警告するか否かの判定基準となる第２の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えたと判定した場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、その電磁石コイルが第１のしきい値を超えたことを示す警告を出力する。（ステップＳ１４）。そして、報知部８０８は、処理を終了する。なお、報知部８０８は、警告するか否かの判定基準となる第１の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えた場合、警告にとどまらず、空力による負荷が過負荷であると判定し、出力（ガスの排出量）を低減するように例えばコイル電流コントローラ８０３に報知してもよい。
また、報知部８０８は、警告するか否かの判定基準となる第２の温度しきい値を電磁石コイル５０１、６０１のうちのある電磁石コイルのコイル温度Ｔｃが超えていないと判定した場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、処理を終了する。
以上、本発明の第２の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１の処理について説明した。
本発明の第２の実施形態による磁気軸受搭載圧縮機１において、温度予測装置８０は、コイル温度推定部８０７を備える。コイル温度推定部８０７は、距離検出部８０１から出力軸１０までの距離に応じた電磁石コイル５０１、６０１に係る電圧値、すなわち、電流制御演算部８０３２が生成したアナログ電圧指令値Ｅａと、その電圧値に基づいて電磁石コイル５０１、６０１に電圧を印加したときに流れる電流値と、その電圧値とその電流値と電磁石コイル５０１、６０１の温度との関係式と、に基づいて電磁石コイル５０１、６０１の温度を推定する。
このようにすれば、磁気軸受搭載圧縮機１の電磁石コイル５０１、６０１に過電流が流れたか否かを容易に判定することができる。その結果、磁気軸受搭載圧縮機１において不具合を未然に防止することができ、安全な制御が行われる。
なお、本発明の別の実施形態によるモータ２０は、圧縮機本体３０と膨張機４０の外側、すなわち、例えば、出力軸の軸方向において、モータ２０、圧縮機本体３０、膨張機４０の順、または、圧縮機本体３０、膨張機４０、モータ２０の順に設けられてもよい。
なお、本発明の別の実施形態では、スラスト磁気軸受６０と、出力軸１０に設けられたアキシャルロータディスク１０１は、圧縮機本体３０とモータ２０との間に設けられてもよい。
本発明の実施形態について説明したが、上述の温度予測装置８０、磁気軸受搭載圧縮機１は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータがそのプログラムを実行するようにしてもよい。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、省略、置き換え、変更を行ってよい。
１・・・磁気軸受搭載圧縮機
１０・・・出力軸
２０・・・モータ
３０・・・圧縮機本体
４０・・・膨張機
５０・・・ラジアル磁気軸受
６０・・・スラスト磁気軸受
７０・・・ケーシング
８０・・・温度予測装置
１０１・・・アキシャルロータディスク
５０１、６０１・・・電磁石コイル
８０１・・・距離検出部
８０２・・・磁気軸受コントローラ
８０３・・・コイル電流コントローラ
８０４・・・コイル電圧調整部
８０５・・・コイル電流検出部
８０６・・・コイル電圧検出部
８０７・・・コイル温度推定部
８０８・・・報知部

Claims (7)

  1. 電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に応じた前記電磁石コイルに印加する電圧値を特定する印加電圧特定部と、
    前記印加電圧特定部が特定した電圧値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出するコイル電流検出部と、
    前記印加電圧特定部が特定した電圧値と、前記コイル電流検出部が検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に応じて前記電磁石コイルに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定するコイル温度推定部と、
    を備える温度予測装置。
  2. 前記印加電圧特定部は、
    前記電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に基づいて前記電磁石コイルに印加する電圧の実測値を特定し、
    前記コイル電流検出部は、
    前記印加電圧特定部が特定した電圧の実測値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出し、
    前記コイル温度推定部は、
    前記印加電圧特定部が特定した電圧の実測値と、前記コイル電流検出部が検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に応じて前記電磁石コイルに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定する、
    請求項１に記載の温度予測装置。
  3. 前記印加電圧特定部は、
    前記電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に基づいて前記電磁石コイルに印加する電圧の指令値を特定し、
    前記コイル電流検出部は、
    前記印加電圧特定部が特定した電圧の指令値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出し、
    前記コイル温度推定部は、
    前記印加電圧特定部が特定した電圧の指令値と、前記コイル電流検出部が検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に応じて前記電磁石コイルに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定する、
    請求項１に記載の温度予測装置。
  4. 前記関係式は、
    前記電圧値をＥ、前記電流値をＩ、前記電磁石コイルの温度をＴ、前記電磁石コイルの抵抗をＲ、予め取得した前記電磁石コイルの温度Ｔ０における前記電磁石コイルの抵抗をＲ０、係数をαとした場合に、
    Figure 2018141708
     と表される式である、
    請求項１から請求項３の何れか一項に記載の温度予測装置。
  5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の温度予測装置と、
    前記温度予測装置の温度予測対象となる電磁石コイルを備えるモータと、
    を備える磁気軸受搭載圧縮機。
  6. 電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に応じた前記電磁石コイルに印加する電圧値を特定することと、
    特定した電圧値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出することと、
    特定した電圧値と、検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に応じて前記電磁石コイルに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定することと、
    を含む温度予測方法。
  7. コンピュータに、
    電磁石コイルに設けられた距離検出部から出力軸までの距離に応じた前記電磁石コイルに印加する電圧値を特定することと、
    特定した電圧値に基づいて前記電磁石コイルに電圧を印加したときに流れる電流値を検出することと、
    特定した電圧値と、検出した電流値と、前記電磁石コイルに印加される電圧値、前記電磁石コイルに印加される電圧値に応じて前記電磁石コイルに流れる電流値、及び、前記電磁石コイルの温度の間の関係式とに基づいて、前記電磁石コイルの温度を推定することと、
    を実行させるプログラム。
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