JP3563167B2 - 磁気軸受装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ分子ポンプや工作機械の主軸などに応用される磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の５軸制御型の磁気軸受装置の概要について模式的に表したものである。
この従来の磁気軸受装置は、回転子１の左右にラジアル軸受２、３が配置され、右側にスラスト軸受４が配置されている。ラジアル軸受２は、回転子１に取付けた円筒型の回転子鉄心１Ａを固定状態の電磁石２Ａ、２Ｂで放射状に引き合って、回転子１の半径方向を磁気的にその中心に軸受けするように構成されている。また、ラジアル軸受３は、回転子１に取付けた円筒型の回転子鉄心１Ｂを固定状態の電磁石３Ａ、３Ｂで放射状に引き合って、回転子１の半径方向を磁気的にその中心に軸受けするように構成されている。さらに、スラスト軸受４は、円板型の回転子鉄心５を左右から電磁石６で引き合う形で回転子１の軸方向を磁気的に軸受けするように構成されている。
【０００３】
ラジアル軸受２の部分には、この部分における回転子１のＸ軸（Ｘ１）方向の変位を検出する半径方向変位センサ７と、この部分における回転子１のＹ軸（Ｙ１）方向の変位を検出する半径方向変位センサ８とが配置されている。また、ラジアル軸受３の部分には、この部分における回転子１のＸ軸（Ｘ２）方向の変位を検出する半径方向変位センサ９と、この部分における回転子１のＹ軸（Ｙ２）方向の変位を検出する半径方向変位センサ１０とが配置されている。さらに、回転子１の端部に対向する位置には、回転子１のＺ軸方向の変位を検出する軸方向変位センサ１１が配置されている。
【０００４】
図８は、図７に示した従来の磁気軸受装置の制御系を表したものである。
この磁気軸受装置の制御系は、回転子１の磁気浮上位置を磁気軸受２、３の中心等に制御するために、後述のような所定の演算処理を行うマイクロプロセッサ１３を備えている。このマイクロプロセッサ１３の入力側には、Ａ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換器１４〜１８が接続され、この各Ａ／Ｄ変換器１４〜１８には軸方向変位センサ１１と半径方向変位センサ７、９、８、１０とが接続されている。また、このマイクロプロセッサ１３の出力側には、Ｄ／Ａ（デジタル・アナログ）変換器１９〜２３が接続され、この各Ｄ／Ａ変換器１９〜２３には、電磁石６、２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂが接続されている。
【０００５】
次に、このような構成からなる従来の磁気軸受装置の動作について、図１０および図１１を参照して説明する。
いま、回転子１がラジアル軸受２、３およびスラスト軸受４により磁気浮上したのち、図示しないモータ固定子のコイルが通電されると、回転子１が回転状態になる。そして、マイクロプロセッサ１３の指令により、各Ａ／Ｄ変換器１４〜１８は、回転子１のＺ軸方向に係る軸方向変位センサ１１の検出変位信号ｐｚと、回転子１のＸ軸およびＹ軸方向に係る半径方向変位センサ７、９、８、１０の各検出変位信号ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２のＡ／Ｄ変換を、５軸分同時に開始する（ステップ１）。このＡ／Ｄ変換が終了すると、５軸分の変換信号はマイクロプロセッサ１３に順次取り込まれていき（ステップ２）、マイクロプロセッサ１３は、Ｚ軸の制御に係る電磁石６の電流指令値ｉｚ、Ｘ軸およびＹ軸の制御に係る電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの各電流指令値ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２を所定の演算処理により求める（ステップ３）。
【０００６】
マイクロプロセッサ１３による演算処理が終了すると、算出された各電流指令値ｉｚ、ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２は、対応するＤ／Ａ変換器１９〜２３に同時に供給されてＤ／Ａ変換される（ステップ４）。これにより、各電磁石６、２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの電磁力が制御されて回転子１が目標位置になる。
【０００７】
次に、マイクロプロセッサ１３の演算処理の一例を図９に示す。
５軸制御型の従来の磁気軸受装置では、制御対象である回転子１の運動方程式を考えると、Ｚ軸とＸ軸、Ｚ軸とＹ軸とはそれぞれ独立と考えられるが、Ｘ軸とＹ軸とは相互干渉を生じて独立に考えることはできない。従って、マイクロプロセッサ１３による演算処理は、図９に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸との間でのクロスフィードバックが行われるとともに、Ｚ軸方向の演算処理を行う１入力１出力系２４とＸ軸、Ｙ軸方向の演算処理を行う４入力４出力系２５とにより独立に行われる。
【０００８】
すなわち、Ａ／Ｄ変換器１４でＡ／Ｄ変換された変位信号ｐｚは、ＰＩＤ（比例微分積分）回路１３１により比例微分積分演算処理がなされ、電磁石６の電流指令値ｉｚが求められるようになっている。
一方、Ａ／Ｄ変換器１５、１６でＡ／Ｄ変換された変位信号ｐｘ１、ｐｘ２は加算器１３２と減算器１３３に供給され、加算器１３２の出力信号はＰＩＤ回路１３４に供給され、減算器１３１の出力信号はＰＩＤ回路１３５に供給されるようになっている。ＰＩＤ回路１３４の出力信号は加算器１３６および減算器１３７に供給され、ＰＩＤ回路１３５の出力信号は加算器１３８を経由して加算器１３６および減算器１３７に供給されるようになっている。また、加算器１３３の出力信号は、補償回路１３９により定数Ｋが掛けられて減算器１４５に供給されるようになっている。
【０００９】
さらに、Ａ／Ｄ変換器１７、１８でＡ／Ｄ変換された変位信号ｐｙ１、ｐｙ２は減算器１４１と加算器１４２に供給され、減算器１４１の出力信号はＰＩＤ回路１４３に供給され、加算器１４２の出力信号はＰＩＤ回路１４４に供給されるようになっている。ＰＩＤ回路１４３の出力信号は減算器１４５を経由して加算器１４６および減算器１４７に供給され、ＰＩＤ回路１４４の出力信号は加算器１４６および減算器１４７に供給されるようになっている。また、減算器１４１の出力信号は、補償回路１４０により定数Ｋが掛けられて加算器１３８に供給されるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁気軸受装置の制御系を上述のようにマイクロプロセッサで構成する場合には、制御性能を向上させるために、図１１に示すように、マイクロプロセッサが行う１サイクルあたりの信号の処理時間（サンプリングタイム）を極力短くする必要がある。このため、Ａ／Ｄ変換器は変換時間が短い高速のものを使用する必要があり、従来は、５つのＡ／Ｄ変換器１４〜１８の全てについて高速のものを使用していた。
【００１１】
しかし、Ａ／Ｄ変換器は変換時間が短く高速のものほど一般に単価が高いため、高価なＡ／Ｄ変換器の使用個数が多いほど磁気軸受装置の制御系の制作費用が嵩むという問題がある。
また、制作費用が嵩む原因はＡ／Ｄ変換器１４〜１８のみにあるわけではなく、マイクロプロセッサの出力側のＤ／Ａ変換器１９〜２３についても考慮する必要がある。
【００１２】
本発明は、かかる背景の下になされたものであり、第１の目的は、その制御系の制作費用の低減化が図れる磁気軸受装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、制御性能の低下のない磁気軸受装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、回転子と、この回転子の半径方向を磁気的に支持する半径方向電磁石と、前記回転子の軸方向を磁気的に支持する軸方向電磁石と、前記回転子の軸方向の変位を検出する軸方向変位検出手段と、前記回転子の半径方向の変位を検出する半径方向変位検出手段と、前記軸方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する軸方向Ａ／Ｄ変換手段と、前記半径方向変位検出手段の検出変位を、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段のＡ／Ｄ変換時間とは異なる変換速度でＡ／Ｄ変換する半径方向Ａ／Ｄ変換手段と、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段または前記半径方向Ａ／Ｄ変換手段のうち、先にＡ／Ｄ変換が終了した変換信号から順に取り込み、所定の演算に基づいて前記軸方向電磁石と前記半径方向電磁石の各指令電流を求める演算手段とを磁気軸受装置に具備させて前記第１および第２の目的を達成する。
【００１４】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の磁気軸受装置において、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段は１個からなるとともに、前記半径方向Ａ／Ｄ変換手段は複数個からなり、半径方向Ａ／Ｄ変換手段が軸方向Ａ／Ｄ変換手段のよりも低速であることにより前記第１および第２の目的を達成する。
【００１５】
請求項３記載の発明では、回転子と、この回転子の半径方向を磁気的に支持する半径方向電磁石と、前記回転子の軸方向を磁気的に支持する軸方向電磁石と、前記回転子の軸方向の変位を検出する軸方向変位検出手段と、前記回転子の半径方向の複数の変位を検出する半径方向変位検出手段と、前記軸方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する軸方向Ａ／Ｄ変換手段と、前記半径方向変位検出手段の複数の検出変位を一定時間保持して順次Ａ／Ｄ変換する半径方向Ａ／Ｄ変換手段と、この半径方向Ａ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換された複数の変換信号を記憶する記憶手段と、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段の変換信号と前記記憶換手段に記憶された変換信号とに基づき、所定の演算により前記軸方向電磁石と前記半径方向電磁石の各指令電流を求める演算手段とを磁気軸受装置に具備させて前記第１の目的を達成する。
【００１６】
請求項４記載の発明では、回転子と、この回転子の半径方向を磁気的に支持する半径方向電磁石と、前記回転子の軸方向を磁気的に支持する軸方向電磁石と、前記回転子の軸方向の変位を検出する軸方向変位検出手段と、前記回転子の半径方向の変位を検出する半径方向変位検出手段と、前記軸方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する軸方向Ａ／Ｄ変換手段と、前記半径方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する半径方向Ａ／Ｄ変換手段と、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段および前記半径方向Ａ／Ｄ変換手段の変換信号を取り込み、所定の演算に基づいて前記軸方向電磁石と前記半径方向電磁石の各指令電流をデジタルの形態で求める演算手段と、この演算手段で求めた前記軸方向電磁石の指令電流をＤ／Ａ変換する軸方向Ｄ／Ａ変換手段と、前記演算手段で求めた前記半径方向電磁石の指令電流を、前記軸方向Ｄ／Ａ変換手段のＤ／Ａ変換時間とは異なる変換速度でＤ／Ａ変換する半径方向Ｄ／Ａ変換手段とを磁気軸受装置に具備させて前記第１の目的を達成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１ないし図６を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態の磁気軸受装置の制御系の構成を示すブロック図である。図２は、同磁気軸受装置の動作を説明するフローチャートである。図３は、同磁気軸受装置の動作のタイミングを説明する説明図である。
【００１８】
この磁気軸受装置の機械的な構成は、図７と同様であるので、その説明は省略するとともに、図７を用いて説明する。
この磁気軸受装置の制御系は、回転子１の磁気浮上位置を磁気軸受２、３の中心等に制御するために、後述のような所定の演算処理を行うマイクロプロセッサ１３を備えている。このマイクロプロセッサ１３の入力側には、図１に示すように、変換時間が短く高速のＡ／Ｄ変換器３１を接続させて、このＡ／Ｄ変換器３１に軸方向変位センサ１１を接続させている。また、マイクロプロセッサ１３の入力側には、Ａ／Ｄ変換器３１の変換時間よりも長く、低速の４個のＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５をそれぞれ接続させて、このＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５に軸方向変位センサ７、９、８、１０を接続させている。
【００１９】
このように、回転子１のＺ軸方向に係る軸方向変位センサ１１の検出変位信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１に高速のものを使用し、回転子１のＸ軸およびＹ軸方向に係る軸方向変位センサ７、９、８、１０の各検出変位信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５にＡ／Ｄ変換器３１の変換時間よりも長くて低速のものを使用するのは、以下の理由による。すなわち、マイクロプロセッサ１３の演算処理は、上述のように、回転子１のＺ軸方向の演算処理と、回転子１のＸ軸およびＹ軸方向の演算処理とを互いに独立に処理でき、しかも両処理では、変換信号を取り込むタイミングを異ならせることができるからである。
【００２０】
また、マイクロプロセッサ１３の出力側には、図１に示すように、高速にＤ／Ａ変換でき比較的高価なＤ／Ａ変換器５１を接続させ、このＤ／Ａ変換器５１の出力側に電磁石６を接続させている。また、マイクロプロセッサ１３の出力側には、Ｄ／Ａ変換器５１よりも低速で比較的廉価な４個のＤ／Ａ変換器５２〜５５をそれぞれ接続させ、このＤ／Ａ変換器５２〜５５の各出力側に電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂを接続させている。
【００２１】
このように、電磁石６を動作させるＤ／Ａ変換器５１に高速のものを使用し、電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂを動作させるＤ／Ａ変換器５２〜５５に低速のものを使用するのは、回転子１のＺ軸方向に係る電磁石６の制御と、回転子１のＸ軸およびＹ軸方向に係る電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの制御とは、必ずしも同時に行う必要がないからである。
【００２２】
次に、このような構成からなる磁気軸受装置の動作について、図２および図３を参照して説明する。
いま、回転子１がラジアル軸受２、３およびスラスト軸受４により磁気浮上したのち、図示しないモータ固定子のコイルが通電されると、回転子１は回転状態になる。次に、マイクロプロセッサ１３の指令により、各Ａ／Ｄ変換器３１〜３５は、回転子１のＺ軸方向に係る軸方向変位センサ１１の検出変位信号ｐｚと、回転子１のＸ軸およびＹ軸方向に係る半径方向変位センサ７、９、８、１０の各検出変位信号ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２のＡ／Ｄ変換を、５軸分同時に開始する（ステップ１１）。
【００２３】
そして、高速処理のＡ／Ｄ変換器３１のＡ／Ｄ変換が終了すると、この変換信号（デジタル値）がマイクロプロセッサ１３に取り込まれ（ステップ１２）、所定の演算処理によりＺ軸に係る電磁石６の電流指令値ｉｚが求められる（ステップ１３）。次に、このようなＺ軸に係る演算処理が終了すると、このＺ軸の演算処理に並行してＡ／Ｄ変換が行われてすでにそれが終了済みのＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５からの各変換信号がマイクロプロセッサ１３に同時に取り込まれる（ステップ１４）。
【００２４】
マイクロプロセッサ１３は、その取り込んだ変換信号により所定の演算処理を行い、Ｘ軸およびＹ軸に係る電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの各電流指令値ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２を求める（ステップ１５）。マイクロプロセッサ１３による演算処理が終了すると、算出された各電流指令値ｉｚ、ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２は、対応するＤ／Ａ変換器５１〜５５に同時に供給されてＤ／Ａ変換される（ステップ１６）。これにより、各電磁石６、２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの電磁力が制御されて回転子１が目標位置になる。
【００２５】
マイクロプロセッサ１３の上記の演算処理は、図９に示すような処理により行うが、図９に示すようなＰＩＤ補償を行わない現代制御理論による制御であっても良く、本発明ではその制御の方法は問わない。
以上述べた実施形態によれば、Ａ／Ｄ変換器３１を変換時間が短い高速のものを使用するとともに、使用個数の多いＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５はＡ／Ｄ変換器３１のＡ／Ｄ変換時間よりも長くて低速の廉価なものを使用し、高速のＡ／Ｄ変換器３１で短時間にＡ／Ｄ変換した信号を先にマイクロプロセッサ１３で演算処理し、この演算処理している間に、低速のＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５がＡ／Ｄ変換を行うようにした。従って、この実施形態では、図３に示すように、サンプリングタイムは従来と同様に維持できるので、制御性能を低下させることなく、その制作費用の低減化を図ることができる。
【００２６】
また、上記の実施形態によれば、Ｄ／Ａ変換器５１を高速で比較的高価なものを使用するとともに、使用個数の多いＤ／Ａ変換器５２〜５５は低速で比較的廉価なものを使用したので、この点でも制作費用の低減化に寄与できる。なお、Ｄ／Ａ変換器５１を低速のものとし、Ｄ／Ａ変換器５２〜５５を高速のものにしても良い。
【００２７】
上記の実施形態では、Ａ／Ｄ変換器３１に高速のものを使用し、Ａ／Ｄ変換器３２〜３５にはＡ／Ｄ変換器３１よりも低速のものを使用する場合について説明した。しかし、本発明は、上述のように、マイクロプロセッサ１３の演算処理は、Ｚ軸方向の演算処理と、Ｘ軸およびＹ軸方向の演算処理とを互いに独立に処理でき、しかも両処理では、処理信号を取り込むタイミングを異ならせることができるという性質を利用したものである。従って、上述の場合とは逆に、Ａ／Ｄ変換器３１に低速のものを使用し、Ａ／Ｄ変換器３２〜３５には高速のものを使用するようにしても良い。
【００２８】
次に、本発明の磁気軸受装置の制御系の他の実施形態について、図４および図５を参照して説明する。
図４は、磁気軸受装置の制御系の他の実施形態を表したものである。図５は、同制御系の動作のタイミングを説明する説明図である。
【００２９】
この磁気軸受装置の制御系は、図１の実施形態の４個のＡ／Ｄ変換器３２〜３５を、サンプルホールド回路４１、マルチプレクサ４２、高速のＡ／Ｄ変換器４３、および４つのレジスタ４４〜４７に置き換えたものである。そして、半径方向変位センサ７、９、８、１０の各出力側をサンプルホールド回路４１の入力側に接続させるとともに、レジスタ４４〜４７の各出力側をマイクロプロセッサ１３の入力側に接続させている。この実施形態の他の部分の構成は、図１の実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３０】
このように構成される実施形態の制御系では、マイクロプロセッサ１３の指令により、軸方向変位センサ１１の検出変位信号ｐｚがＡ／Ｄ変換器３１によりＡ／Ｄ変換が開始されると同時に、半径方向変位センサ７、９、８、１０の各検出変位信号ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２がサンプルホールド回路４１に同時に供給される。サンプルホールド回路４１では、その各変位信号の入力値が一定時間保たれ、マルチプレクサ４２は、サンプルホールド回路４１に保持される各変位信号をＡ／Ｄ変換器４３に順次供給していく。これにより、図５に示すように、Ａ／Ｄ変換器４３によりＡ／Ｄ変換された各変位信号は、レジスタ４４〜４７に順次格納されていく。
【００３１】
一方、Ａ／Ｄ変換器４３のＡ／Ｄ変換などに並行して、Ａ／Ｄ変換器３１でのＡ／Ｄ変換が終了した変換信号は、図５に示すように、マイクロプロセッサ１３に取り込まれ、所定の演算処理によりＺ軸に係る電磁石１１の電流指令値ｉｚが求められる。
【００３２】
その後、Ａ／Ｄ変換器４３でのＡ／Ｄ変換が全て終了すると、レジスタ４４〜４７に格納される変換信号がマイクロプロセッサ１３に同時に取り込まれる（図５参照）。マイクロプロセッサ１３は、その取り込んだ変換信号により所定の演算処理を行い、Ｘ軸およびＹ軸に係る電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの各電流指令値ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２を求める。マイクロプロセッサ１３による演算処理が終了すると、算出された各電流指令値ｉｚ、ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２は、対応するＤ／Ａ変換器５１〜５５に同時に供給されてＤ／Ａ変換される。これにより、各電磁石６、２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの電磁力が制御されて回転子１が目標位置になる。
【００３３】
以上の実施形態によれば、図１の場合の実施形態に比べて、全体の部品点数は増えるが、単価が比較的高いＡ／Ｄ変換器を４個から１個に減少できるので、制御性能の低下を最小限に抑えて全体として制作費用の低減化が実現できる。
次に、本発明の磁気軸受装置の制御系の他の実施形態について、図５を参照して説明する。
【００３４】
図６は、磁気軸受装置の制御系の他の実施形態を表したものである。
この磁気軸受装置の制御系は、図４の実施形態から４つのレジスタ４４〜４７を省略し、Ａ／Ｄ変換器４３でＡ／Ｄ変換される変換信号を、マイクロプロセッサ１３によるＺ軸の演算処理中に割り込み処理により取り込むようにしたものである。この実施形態の他の部分の構成は、図４の実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３５】
このように構成される実施形態の制御系では、マイクロプロセッサ１３の指令により、軸方向変位センサ１１の検出変位信号ｐｚがＡ／Ｄ変換器３１によりＡ／Ｄ変換が開始されると同時に、半径方向変位センサ７、９、８、１０の各検出変位信号ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２がサンプルホールド回路４１に同時に供給される。サンプルホールド回路４１では、その各変位信号の入力値が一定時間保たれ、マルチプレクサ４２は、サンプルホールド回路４１に保持される各変位信号をＡ／Ｄ変換器４３に順に供給していく。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換器３１でのＡ／Ｄ変換が終了した変換信号は、マイクロプロセッサ１３に取り込まれ、所定の演算処理によるＺ軸に係る電磁石１１の電流指令値ｉｚを求める処理が開始される。
その後、Ａ／Ｄ変換器４３での最初のＡ／Ｄ変換が終了すると、この変換信号は割り込み処理により、マイクロプロセッサ１３に取り込まれる。マイクロプロセッサ１３は、その割り込み処理が終わると、中断していたＺ軸に係る電磁石１１の電流指令値ｉｚを求める処理を再び開始する。この割り込み処理により、Ａ／Ｄ変換器４３でＡ／Ｄ変換される変換信号は、変換が終わるたびにマイクロプロセッサ１３に取り込まれていく。
【００３７】
この割り込み処理によるＡ／Ｄ変換器４３からの変換信号の取り込みが終了すると、マイクロプロセッサ１３は、その取り込んだ変換信号により所定の演算処理を行い、Ｘ軸およびＹ軸に係る電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの各電流指令値ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２を求める。マイクロプロセッサ１３によるその演算処理が終了すると、算出された各電流指令値ｉｚ、ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２は、対応するＤ／Ａ変換器５１〜５５に同時に供給される。これにより、各電磁石６、２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの電磁力が制御されて回転子１が目標位置になる。
【００３８】
以上の実施形態によれば、図４の場合の実施形態に比べて、４個のレジスタを省略できるので、その分だけ制作費用を低減化できる。
なお、以上の実施形態の磁気軸受装置は、いずれも５軸制御型の場合について説明したが、本発明は３軸制御型の磁気軸受装置にも適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の発明では、軸方向Ａ／Ｄ変換手段と、半径方向Ａ／Ｄ変換手段とでは変換速度が異なるようにし、これら両Ａ／Ｄ変換手段のうち、先にＡ／Ｄ変換が終了する変換信号を先に処理し、この処理の間に、他のＡ／Ｄ変換手段がＡ／Ｄ変換を行うようにした。従って、請求項１の発明では、制御性能を低下させることなく、その制作費用の低減化を図ることができる。
【００４０】
請求項２の発明では、使用個数の多い半径方向Ａ／Ｄ変換手段を低速で廉価なものを使用するようにしたので、上記の効果をより効果的に実現できる。
請求項３の発明では、半径方向変位検出手段が検出する複数の検出変位を一定時間保持して順次Ａ／Ｄ変換するようにしたので、単価が比較的高いＡ／Ｄ変換手段を１個に減少できるので、制御性能の低下を最小限に抑えて全体として制作費用の低減化が実現できる。
【００４１】
請求項４の発明では、軸方向Ｄ／Ａ変換手段と、半径方向Ｄ／Ａ変換手段とでは変換速度が異なるようにし、一方のＤ／Ａ変換手段が廉価なものを使用できるようにしたので、制作費用の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の磁気軸受装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】同磁気軸受装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】同磁気軸受装置の動作のタイミングを説明する説明図である。
【図４】磁気軸受装置の制御系の他の実施形態を示すブロック図である。
【図５】同制御系の動作のタイミングを説明する説明図である。
【図６】磁気軸受装置の制御系のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【図７】従来の磁気軸受装置の構成の概要を模式的に示す斜視図である。
【図８】同磁気軸受装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図９】マイクロプロッセサの演算処理の一例を示す図である。
【図１０】図８で示す磁気軸受装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】同磁気軸受装置の動作のタイミングを説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 回転子
２、３ ラジアル軸受
２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、６ 電磁石
４ スラスト軸受
７、８、９、１０ 半径方向変位センサ
１１ 軸方向変位センサ
１３ マイクロプロセッサ
３１ Ａ／Ｄ変換器（高速用）
３２、３３、３４、３５ Ａ／Ｄ変換器（低速用）
４１ サンプルホールド回路
４２ マルチプレクサ
４３ Ａ／Ｄ変換器（高速用）
４４、４５、４６、４７ レジスタ
５１ Ｄ／Ａ変換器（高速用）
５２、５３、５４、５５ Ｄ／Ａ変換器（低速用）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ分子ポンプや工作機械の主軸などに応用される磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の５軸制御型の磁気軸受装置の概要について模式的に表したものである。
この従来の磁気軸受装置は、回転子１の左右にラジアル軸受２、３が配置され、右側にスラスト軸受４が配置されている。ラジアル軸受２は、回転子１に取付けた円筒型の回転子鉄心１Ａを固定状態の電磁石２Ａ、２Ｂで放射状に引き合って、回転子１の半径方向を磁気的にその中心に軸受けするように構成されている。また、ラジアル軸受３は、回転子１に取付けた円筒型の回転子鉄心１Ｂを固定状態の電磁石３Ａ、３Ｂで放射状に引き合って、回転子１の半径方向を磁気的にその中心に軸受けするように構成されている。さらに、スラスト軸受４は、円板型の回転子鉄心５を左右から電磁石６で引き合う形で回転子１の軸方向を磁気的に軸受けするように構成されている。
【０００３】
ラジアル軸受２の部分には、この部分における回転子１のＸ軸（Ｘ１）方向の変位を検出する半径方向変位センサ７と、この部分における回転子１のＹ軸（Ｙ１）方向の変位を検出する半径方向変位センサ８とが配置されている。また、ラジアル軸受３の部分には、この部分における回転子１のＸ軸（Ｘ２）方向の変位を検出する半径方向変位センサ９と、この部分における回転子１のＹ軸（Ｙ２）方向の変位を検出する半径方向変位センサ１０とが配置されている。さらに、回転子１の端部に対向する位置には、回転子１のＺ軸方向の変位を検出する軸方向変位センサ１１が配置されている。
【０００４】
図８は、図７に示した従来の磁気軸受装置の制御系を表したものである。
この磁気軸受装置の制御系は、回転子１の磁気浮上位置を磁気軸受２、３の中心等に制御するために、後述のような所定の演算処理を行うマイクロプロセッサ１３を備えている。このマイクロプロセッサ１３の入力側には、Ａ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換器１４〜１８が接続され、この各Ａ／Ｄ変換器１４〜１８には軸方向変位センサ１１と半径方向変位センサ７、９、８、１０とが接続されている。また、このマイクロプロセッサ１３の出力側には、Ｄ／Ａ（デジタル・アナログ）変換器１９〜２３が接続され、この各Ｄ／Ａ変換器１９〜２３には、電磁石６、２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂが接続されている。
【０００５】
次に、このような構成からなる従来の磁気軸受装置の動作について、図１０および図１１を参照して説明する。
いま、回転子１がラジアル軸受２、３およびスラスト軸受４により磁気浮上したのち、図示しないモータ固定子のコイルが通電されると、回転子１が回転状態になる。そして、マイクロプロセッサ１３の指令により、各Ａ／Ｄ変換器１４〜１８は、回転子１のＺ軸方向に係る軸方向変位センサ１１の検出変位信号ｐｚと、回転子１のＸ軸およびＹ軸方向に係る半径方向変位センサ７、９、８、１０の各検出変位信号ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２のＡ／Ｄ変換を、５軸分同時に開始する（ステップ１）。このＡ／Ｄ変換が終了すると、５軸分の変換信号はマイクロプロセッサ１３に順次取り込まれていき（ステップ２）、マイクロプロセッサ１３は、Ｚ軸の制御に係る電磁石６の電流指令値ｉｚ、Ｘ軸およびＹ軸の制御に係る電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの各電流指令値ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２を所定の演算処理により求める（ステップ３）。
【０００６】
マイクロプロセッサ１３による演算処理が終了すると、算出された各電流指令値ｉｚ、ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２は、対応するＤ／Ａ変換器１９〜２３に同時に供給されてＤ／Ａ変換される（ステップ４）。これにより、各電磁石６、２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの電磁力が制御されて回転子１が目標位置になる。
【０００７】
次に、マイクロプロセッサ１３の演算処理の一例を図９に示す。
５軸制御型の従来の磁気軸受装置では、制御対象である回転子１の運動方程式を考えると、Ｚ軸とＸ軸、Ｚ軸とＹ軸とはそれぞれ独立と考えられるが、Ｘ軸とＹ軸とは相互干渉を生じて独立に考えることはできない。従って、マイクロプロセッサ１３による演算処理は、図９に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸との間でのクロスフィードバックが行われるとともに、Ｚ軸方向の演算処理を行う１入力１出力系２４とＸ軸、Ｙ軸方向の演算処理を行う４入力４出力系２５とにより独立に行われる。
【０００８】
すなわち、Ａ／Ｄ変換器１４でＡ／Ｄ変換された変位信号ｐｚは、ＰＩＤ（比例微分積分）回路１３１により比例微分積分演算処理がなされ、電磁石６の電流指令値ｉｚが求められるようになっている。
一方、Ａ／Ｄ変換器１５、１６でＡ／Ｄ変換された変位信号ｐｘ１、ｐｘ２は加算器１３２と減算器１３３に供給され、加算器１３２の出力信号はＰＩＤ回路１３４に供給され、減算器１３１の出力信号はＰＩＤ回路１３５に供給されるようになっている。ＰＩＤ回路１３４の出力信号は加算器１３６および減算器１３７に供給され、ＰＩＤ回路１３５の出力信号は加算器１３８を経由して加算器１３６および減算器１３７に供給されるようになっている。また、加算器１３３の出力信号は、補償回路１３９により定数Ｋが掛けられて減算器１４５に供給されるようになっている。
【０００９】
さらに、Ａ／Ｄ変換器１７、１８でＡ／Ｄ変換された変位信号ｐｙ１、ｐｙ２は減算器１４１と加算器１４２に供給され、減算器１４１の出力信号はＰＩＤ回路１４３に供給され、加算器１４２の出力信号はＰＩＤ回路１４４に供給されるようになっている。ＰＩＤ回路１４３の出力信号は減算器１４５を経由して加算器１４６および減算器１４７に供給され、ＰＩＤ回路１４４の出力信号は加算器１４６および減算器１４７に供給されるようになっている。また、減算器１４１の出力信号は、補償回路１４０により定数Ｋが掛けられて加算器１３８に供給されるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁気軸受装置の制御系を上述のようにマイクロプロセッサで構成する場合には、制御性能を向上させるために、図１１に示すように、マイクロプロセッサが行う１サイクルあたりの信号の処理時間（サンプリングタイム）を極力短くする必要がある。このため、Ａ／Ｄ変換器は変換時間が短い高速のものを使用する必要があり、従来は、５つのＡ／Ｄ変換器１４〜１８の全てについて高速のものを使用していた。
【００１１】
しかし、Ａ／Ｄ変換器は変換時間が短く高速のものほど一般に単価が高いため、高価なＡ／Ｄ変換器の使用個数が多いほど磁気軸受装置の制御系の制作費用が嵩むという問題がある。
また、制作費用が嵩む原因はＡ／Ｄ変換器１４〜１８のみにあるわけではなく、マイクロプロセッサの出力側のＤ／Ａ変換器１９〜２３についても考慮する必要がある。
【００１２】
本発明は、かかる背景の下になされたものであり、第１の目的は、その制御系の制作費用の低減化が図れる磁気軸受装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、制御性能の低下のない磁気軸受装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、回転子と、この回転子の半径方向を磁気的に支持する半径方向電磁石と、前記回転子の軸方向を磁気的に支持する軸方向電磁石と、前記回転子の軸方向の変位を検出する軸方向変位検出手段と、前記回転子の半径方向の変位を検出する半径方向変位検出手段と、前記軸方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する軸方向Ａ／Ｄ変換手段と、前記半径方向変位検出手段の検出変位を、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段のＡ／Ｄ変換時間とは異なる変換速度でＡ／Ｄ変換する半径方向Ａ／Ｄ変換手段と、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段または前記半径方向Ａ／Ｄ変換手段のうち、先にＡ／Ｄ変換が終了した変換信号から順に取り込み、所定の演算に基づいて前記軸方向電磁石と前記半径方向電磁石の各指令電流を求める演算手段とを磁気軸受装置に具備させて前記第１および第２の目的を達成する。
【００１４】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の磁気軸受装置において、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段は１個からなるとともに、前記半径方向Ａ／Ｄ変換手段は複数個からなり、半径方向Ａ／Ｄ変換手段が軸方向Ａ／Ｄ変換手段のよりも低速であることにより前記第１および第２の目的を達成する。
【００１５】
請求項３記載の発明では、回転子と、この回転子の半径方向を磁気的に支持する半径方向電磁石と、前記回転子の軸方向を磁気的に支持する軸方向電磁石と、前記回転子の軸方向の変位を検出する軸方向変位検出手段と、前記回転子の半径方向の複数の変位を検出する半径方向変位検出手段と、前記軸方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する軸方向Ａ／Ｄ変換手段と、前記半径方向変位検出手段の複数の検出変位を一定時間保持して順次Ａ／Ｄ変換する半径方向Ａ／Ｄ変換手段と、この半径方向Ａ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換された複数の変換信号を記憶する記憶手段と、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段の変換信号と前記記憶換手段に記憶された変換信号とに基づき、所定の演算により前記軸方向電磁石と前記半径方向電磁石の各指令電流を求める演算手段とを磁気軸受装置に具備させて前記第１の目的を達成する。
【００１６】
請求項４記載の発明では、回転子と、この回転子の半径方向を磁気的に支持する半径方向電磁石と、前記回転子の軸方向を磁気的に支持する軸方向電磁石と、前記回転子の軸方向の変位を検出する軸方向変位検出手段と、前記回転子の半径方向の変位を検出する半径方向変位検出手段と、前記軸方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する軸方向Ａ／Ｄ変換手段と、前記半径方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する半径方向Ａ／Ｄ変換手段と、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段および前記半径方向Ａ／Ｄ変換手段の変換信号を取り込み、所定の演算に基づいて前記軸方向電磁石と前記半径方向電磁石の各指令電流をデジタルの形態で求める演算手段と、この演算手段で求めた前記軸方向電磁石の指令電流をＤ／Ａ変換する軸方向Ｄ／Ａ変換手段と、前記演算手段で求めた前記半径方向電磁石の指令電流を、前記軸方向Ｄ／Ａ変換手段のＤ／Ａ変換時間とは異なる変換速度でＤ／Ａ変換する半径方向Ｄ／Ａ変換手段とを磁気軸受装置に具備させて前記第１の目的を達成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１ないし図６を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態の磁気軸受装置の制御系の構成を示すブロック図である。図２は、同磁気軸受装置の動作を説明するフローチャートである。図３は、同磁気軸受装置の動作のタイミングを説明する説明図である。
【００１８】
この磁気軸受装置の機械的な構成は、図７と同様であるので、その説明は省略するとともに、図７を用いて説明する。
この磁気軸受装置の制御系は、回転子１の磁気浮上位置を磁気軸受２、３の中心等に制御するために、後述のような所定の演算処理を行うマイクロプロセッサ１３を備えている。このマイクロプロセッサ１３の入力側には、図１に示すように、変換時間が短く高速のＡ／Ｄ変換器３１を接続させて、このＡ／Ｄ変換器３１に軸方向変位センサ１１を接続させている。また、マイクロプロセッサ１３の入力側には、Ａ／Ｄ変換器３１の変換時間よりも長く、低速の４個のＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５をそれぞれ接続させて、このＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５に軸方向変位センサ７、９、８、１０を接続させている。
【００１９】
このように、回転子１のＺ軸方向に係る軸方向変位センサ１１の検出変位信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１に高速のものを使用し、回転子１のＸ軸およびＹ軸方向に係る軸方向変位センサ７、９、８、１０の各検出変位信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５にＡ／Ｄ変換器３１の変換時間よりも長くて低速のものを使用するのは、以下の理由による。すなわち、マイクロプロセッサ１３の演算処理は、上述のように、回転子１のＺ軸方向の演算処理と、回転子１のＸ軸およびＹ軸方向の演算処理とを互いに独立に処理でき、しかも両処理では、変換信号を取り込むタイミングを異ならせることができるからである。
【００２０】
また、マイクロプロセッサ１３の出力側には、図１に示すように、高速にＤ／Ａ変換でき比較的高価なＤ／Ａ変換器５１を接続させ、このＤ／Ａ変換器５１の出力側に電磁石６を接続させている。また、マイクロプロセッサ１３の出力側には、Ｄ／Ａ変換器５１よりも低速で比較的廉価な４個のＤ／Ａ変換器５２〜５５をそれぞれ接続させ、このＤ／Ａ変換器５２〜５５の各出力側に電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂを接続させている。
【００２１】
このように、電磁石６を動作させるＤ／Ａ変換器５１に高速のものを使用し、電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂを動作させるＤ／Ａ変換器５２〜５５に低速のものを使用するのは、回転子１のＺ軸方向に係る電磁石６の制御と、回転子１のＸ軸およびＹ軸方向に係る電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの制御とは、必ずしも同時に行う必要がないからである。
【００２２】
次に、このような構成からなる磁気軸受装置の動作について、図２および図３を参照して説明する。
いま、回転子１がラジアル軸受２、３およびスラスト軸受４により磁気浮上したのち、図示しないモータ固定子のコイルが通電されると、回転子１は回転状態になる。次に、マイクロプロセッサ１３の指令により、各Ａ／Ｄ変換器３１〜３５は、回転子１のＺ軸方向に係る軸方向変位センサ１１の検出変位信号ｐｚと、回転子１のＸ軸およびＹ軸方向に係る半径方向変位センサ７、９、８、１０の各検出変位信号ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２のＡ／Ｄ変換を、５軸分同時に開始する（ステップ１１）。
【００２３】
そして、高速処理のＡ／Ｄ変換器３１のＡ／Ｄ変換が終了すると、この変換信号（デジタル値）がマイクロプロセッサ１３に取り込まれ（ステップ１２）、所定の演算処理によりＺ軸に係る電磁石６の電流指令値ｉｚが求められる（ステップ１３）。次に、このようなＺ軸に係る演算処理が終了すると、このＺ軸の演算処理に並行してＡ／Ｄ変換が行われてすでにそれが終了済みのＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５からの各変換信号がマイクロプロセッサ１３に同時に取り込まれる（ステップ１４）。
【００２４】
マイクロプロセッサ１３は、その取り込んだ変換信号により所定の演算処理を行い、Ｘ軸およびＹ軸に係る電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの各電流指令値ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２を求める（ステップ１５）。マイクロプロセッサ１３による演算処理が終了すると、算出された各電流指令値ｉｚ、ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２は、対応するＤ／Ａ変換器５１〜５５に同時に供給されてＤ／Ａ変換される（ステップ１６）。これにより、各電磁石６、２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの電磁力が制御されて回転子１が目標位置になる。
【００２５】
マイクロプロセッサ１３の上記の演算処理は、図９に示すような処理により行うが、図９に示すようなＰＩＤ補償を行わない現代制御理論による制御であっても良く、本発明ではその制御の方法は問わない。
以上述べた実施形態によれば、Ａ／Ｄ変換器３１を変換時間が短い高速のものを使用するとともに、使用個数の多いＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５はＡ／Ｄ変換器３１のＡ／Ｄ変換時間よりも長くて低速の廉価なものを使用し、高速のＡ／Ｄ変換器３１で短時間にＡ／Ｄ変換した信号を先にマイクロプロセッサ１３で演算処理し、この演算処理している間に、低速のＡ／Ｄ変換器３２、３３、３４、３５がＡ／Ｄ変換を行うようにした。従って、この実施形態では、図３に示すように、サンプリングタイムは従来と同様に維持できるので、制御性能を低下させることなく、その制作費用の低減化を図ることができる。
【００２６】
また、上記の実施形態によれば、Ｄ／Ａ変換器５１を高速で比較的高価なものを使用するとともに、使用個数の多いＤ／Ａ変換器５２〜５５は低速で比較的廉価なものを使用したので、この点でも制作費用の低減化に寄与できる。なお、Ｄ／Ａ変換器５１を低速のものとし、Ｄ／Ａ変換器５２〜５５を高速のものにしても良い。
【００２７】
上記の実施形態では、Ａ／Ｄ変換器３１に高速のものを使用し、Ａ／Ｄ変換器３２〜３５にはＡ／Ｄ変換器３１よりも低速のものを使用する場合について説明した。しかし、本発明は、上述のように、マイクロプロセッサ１３の演算処理は、Ｚ軸方向の演算処理と、Ｘ軸およびＹ軸方向の演算処理とを互いに独立に処理でき、しかも両処理では、処理信号を取り込むタイミングを異ならせることができるという性質を利用したものである。従って、上述の場合とは逆に、Ａ／Ｄ変換器３１に低速のものを使用し、Ａ／Ｄ変換器３２〜３５には高速のものを使用するようにしても良い。
【００２８】
次に、本発明の磁気軸受装置の制御系の他の実施形態について、図４および図５を参照して説明する。
図４は、磁気軸受装置の制御系の他の実施形態を表したものである。図５は、同制御系の動作のタイミングを説明する説明図である。
【００２９】
この磁気軸受装置の制御系は、図１の実施形態の４個のＡ／Ｄ変換器３２〜３５を、サンプルホールド回路４１、マルチプレクサ４２、高速のＡ／Ｄ変換器４３、および４つのレジスタ４４〜４７に置き換えたものである。そして、半径方向変位センサ７、９、８、１０の各出力側をサンプルホールド回路４１の入力側に接続させるとともに、レジスタ４４〜４７の各出力側をマイクロプロセッサ１３の入力側に接続させている。この実施形態の他の部分の構成は、図１の実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３０】
このように構成される実施形態の制御系では、マイクロプロセッサ１３の指令により、軸方向変位センサ１１の検出変位信号ｐｚがＡ／Ｄ変換器３１によりＡ／Ｄ変換が開始されると同時に、半径方向変位センサ７、９、８、１０の各検出変位信号ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２がサンプルホールド回路４１に同時に供給される。サンプルホールド回路４１では、その各変位信号の入力値が一定時間保たれ、マルチプレクサ４２は、サンプルホールド回路４１に保持される各変位信号をＡ／Ｄ変換器４３に順次供給していく。これにより、図５に示すように、Ａ／Ｄ変換器４３によりＡ／Ｄ変換された各変位信号は、レジスタ４４〜４７に順次格納されていく。
【００３１】
一方、Ａ／Ｄ変換器４３のＡ／Ｄ変換などに並行して、Ａ／Ｄ変換器３１でのＡ／Ｄ変換が終了した変換信号は、図５に示すように、マイクロプロセッサ１３に取り込まれ、所定の演算処理によりＺ軸に係る電磁石１１の電流指令値ｉｚが求められる。
【００３２】
その後、Ａ／Ｄ変換器４３でのＡ／Ｄ変換が全て終了すると、レジスタ４４〜４７に格納される変換信号がマイクロプロセッサ１３に同時に取り込まれる（図５参照）。マイクロプロセッサ１３は、その取り込んだ変換信号により所定の演算処理を行い、Ｘ軸およびＹ軸に係る電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの各電流指令値ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２を求める。マイクロプロセッサ１３による演算処理が終了すると、算出された各電流指令値ｉｚ、ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２は、対応するＤ／Ａ変換器５１〜５５に同時に供給されてＤ／Ａ変換される。これにより、各電磁石６、２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの電磁力が制御されて回転子１が目標位置になる。
【００３３】
以上の実施形態によれば、図１の場合の実施形態に比べて、全体の部品点数は増えるが、単価が比較的高いＡ／Ｄ変換器を４個から１個に減少できるので、制御性能の低下を最小限に抑えて全体として制作費用の低減化が実現できる。
次に、本発明の磁気軸受装置の制御系の他の実施形態について、図５を参照して説明する。
【００３４】
図６は、磁気軸受装置の制御系の他の実施形態を表したものである。
この磁気軸受装置の制御系は、図４の実施形態から４つのレジスタ４４〜４７を省略し、Ａ／Ｄ変換器４３でＡ／Ｄ変換される変換信号を、マイクロプロセッサ１３によるＺ軸の演算処理中に割り込み処理により取り込むようにしたものである。この実施形態の他の部分の構成は、図４の実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３５】
このように構成される実施形態の制御系では、マイクロプロセッサ１３の指令により、軸方向変位センサ１１の検出変位信号ｐｚがＡ／Ｄ変換器３１によりＡ／Ｄ変換が開始されると同時に、半径方向変位センサ７、９、８、１０の各検出変位信号ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２がサンプルホールド回路４１に同時に供給される。サンプルホールド回路４１では、その各変位信号の入力値が一定時間保たれ、マルチプレクサ４２は、サンプルホールド回路４１に保持される各変位信号をＡ／Ｄ変換器４３に順に供給していく。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換器３１でのＡ／Ｄ変換が終了した変換信号は、マイクロプロセッサ１３に取り込まれ、所定の演算処理によるＺ軸に係る電磁石１１の電流指令値ｉｚを求める処理が開始される。
その後、Ａ／Ｄ変換器４３での最初のＡ／Ｄ変換が終了すると、この変換信号は割り込み処理により、マイクロプロセッサ１３に取り込まれる。マイクロプロセッサ１３は、その割り込み処理が終わると、中断していたＺ軸に係る電磁石１１の電流指令値ｉｚを求める処理を再び開始する。この割り込み処理により、Ａ／Ｄ変換器４３でＡ／Ｄ変換される変換信号は、変換が終わるたびにマイクロプロセッサ１３に取り込まれていく。
【００３７】
この割り込み処理によるＡ／Ｄ変換器４３からの変換信号の取り込みが終了すると、マイクロプロセッサ１３は、その取り込んだ変換信号により所定の演算処理を行い、Ｘ軸およびＹ軸に係る電磁石２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの各電流指令値ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２を求める。マイクロプロセッサ１３によるその演算処理が終了すると、算出された各電流指令値ｉｚ、ｐｘ１、ｐｘ２、ｐｙ１、ｐｙ２は、対応するＤ／Ａ変換器５１〜５５に同時に供給される。これにより、各電磁石６、２Ａ、３Ａ、２Ｂ、３Ｂの電磁力が制御されて回転子１が目標位置になる。
【００３８】
以上の実施形態によれば、図４の場合の実施形態に比べて、４個のレジスタを省略できるので、その分だけ制作費用を低減化できる。
なお、以上の実施形態の磁気軸受装置は、いずれも５軸制御型の場合について説明したが、本発明は３軸制御型の磁気軸受装置にも適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の発明では、軸方向Ａ／Ｄ変換手段と、半径方向Ａ／Ｄ変換手段とでは変換速度が異なるようにし、これら両Ａ／Ｄ変換手段のうち、先にＡ／Ｄ変換が終了する変換信号を先に処理し、この処理の間に、他のＡ／Ｄ変換手段がＡ／Ｄ変換を行うようにした。従って、請求項１の発明では、制御性能を低下させることなく、その制作費用の低減化を図ることができる。
【００４０】
請求項２の発明では、使用個数の多い半径方向Ａ／Ｄ変換手段を低速で廉価なものを使用するようにしたので、上記の効果をより効果的に実現できる。
請求項３の発明では、半径方向変位検出手段が検出する複数の検出変位を一定時間保持して順次Ａ／Ｄ変換するようにしたので、単価が比較的高いＡ／Ｄ変換手段を１個に減少できるので、制御性能の低下を最小限に抑えて全体として制作費用の低減化が実現できる。
【００４１】
請求項４の発明では、軸方向Ｄ／Ａ変換手段と、半径方向Ｄ／Ａ変換手段とでは変換速度が異なるようにし、一方のＤ／Ａ変換手段が廉価なものを使用できるようにしたので、制作費用の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の磁気軸受装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】同磁気軸受装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】同磁気軸受装置の動作のタイミングを説明する説明図である。
【図４】磁気軸受装置の制御系の他の実施形態を示すブロック図である。
【図５】同制御系の動作のタイミングを説明する説明図である。
【図６】磁気軸受装置の制御系のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【図７】従来の磁気軸受装置の構成の概要を模式的に示す斜視図である。
【図８】同磁気軸受装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図９】マイクロプロッセサの演算処理の一例を示す図である。
【図１０】図８で示す磁気軸受装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】同磁気軸受装置の動作のタイミングを説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 回転子
２、３ ラジアル軸受
２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、６ 電磁石
４ スラスト軸受
７、８、９、１０ 半径方向変位センサ
１１ 軸方向変位センサ
１３ マイクロプロセッサ
３１ Ａ／Ｄ変換器（高速用）
３２、３３、３４、３５ Ａ／Ｄ変換器（低速用）
４１ サンプルホールド回路
４２ マルチプレクサ
４３ Ａ／Ｄ変換器（高速用）
４４、４５、４６、４７ レジスタ
５１ Ｄ／Ａ変換器（高速用）
５２、５３、５４、５５ Ｄ／Ａ変換器（低速用）
Claims (3)
- 回転子と、
この回転子の半径方向を磁気的に支持する半径方向電磁石と、
前記回転子の軸方向を磁気的に支持する軸方向電磁石と、
前記回転子の軸方向の変位を検出する軸方向変位検出手段と、
前記回転子の半径方向の変位を検出する半径方向変位検出手段と、
前記軸方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する軸方向Ａ／Ｄ変換手段と、
前記半径方向変位検出手段の検出変位を、前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段のＡ／Ｄ変換時間とは異なる変換速度でＡ／Ｄ変換する半径方向Ａ／Ｄ変換手段と、
前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段または前記半径方向Ａ／Ｄ変換手段のうち、先にＡ／Ｄ変換が終了した変換信号から順に取り込み、所定の演算に基づいて前記軸方向電磁石と前記半径方向電磁石の各指令電流を求める演算手段、
とを備えたことを特徴とする磁気軸受装置。 - 前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段は１個からなるとともに、前記半径方向Ａ／Ｄ変換手段は複数個からなり、半径方向Ａ／Ｄ変換手段が軸方向Ａ／Ｄ変換手段のよりも低速であることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受装置。
- 回転子と、
この回転子の半径方向を磁気的に支持する半径方向電磁石と、
前記回転子の軸方向を磁気的に支持する軸方向電磁石と、
前記回転子の軸方向の変位を検出する軸方向変位検出手段と、
前記回転子の半径方向の変位を検出する半径方向変位検出手段と、
前記軸方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する軸方向Ａ／Ｄ変換手段と、
前記半径方向変位検出手段の検出変位をＡ／Ｄ変換する半径方向Ａ／Ｄ変換手段と、
前記軸方向Ａ／Ｄ変換手段および前記半径方向Ａ／Ｄ変換手段の変換信号を取り込み、所定の演算に基づいて前記軸方向電磁石と前記半径方向電磁石の各指令電流をデジタルの形態で求める演算手段と、
この演算手段で求めた前記軸方向電磁石の指令電流をＤ／Ａ変換する軸方向Ｄ／Ａ変換手段と、
前記演算手段で求めた前記半径方向電磁石の指令電流を、前記軸方向Ｄ／Ａ変換手段のＤ／Ａ変換時間とは異なる変換速度でＤ／Ａ変換する半径方向Ｄ／Ａ変換手段、
とを備えたことを特徴とする磁気軸受装置。この件に対する問合せ先：電話０４３−２１１−１１５０ 知的財産センター
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