JP3601844B2

JP3601844B2 - Magnetic bearing control device

Info

Publication number: JP3601844B2
Application number: JP02190094A
Authority: JP
Inventors: 昌典斉藤; 敏治中澤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1994-01-21
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JPH07208471A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は磁気軸受制御装置に係り、特に磁気軸受けで支持された回転中のロータが異常振動を起こし、磁気軸受制御範囲を逸脱した場合に速やかに正常状態に復帰させることのできる磁気軸受制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気軸受装置は、ロータ側の回転軸に固定された磁性材に、軸受側に固定された電磁石の磁気吸引力を及ぼすことによりロータを非接触で支持する軸受装置である。この軸受装置は、ロータを非接触で支持することができるため、潤滑材の必要が無く、高速回転に適する、あるいは高清浄度環境等の特殊環境での使用に好適である等の特徴を有する。
係る磁気軸受の制御装置は、一般に、ロータの変位を検出するセンサ回路と、このセンサ回路の信号を位相補償及び増幅する位相補償回路と、この位相補償回路の信号により磁気軸受けの電磁石コイルへ電流を供給するドライバ回路と、このドライバ回路に電流を供給する電源回路とで構成される。
【０００３】
しかしながら、ロータの高速回転時等に外乱等によってロータの異常振動が発生する場合がある。この異常振動が極端に大きくなる非常時には、ロータの振動が磁気軸受制御範囲を越え、制御不能状態となってしまう。このため、従来はロータの振動が磁気軸受制御ドライバ回路の制御範囲を逸脱した場合には、ロータを定格回転数からその１／５程度の回転数まで低下させ、ロータの回転状態が自然復帰するのを待つことが行なわれている。
【０００４】
ところが、ロータの回転数を低減し、ロータの回転が正常状態に復帰するまでの自然復帰の間には磁気軸受けコイルに供給する電力は増大する。このような非常時のために、磁気軸受用電源は、定常状態の設計マージンの他に定格容量の数倍程度の電源容量を持たせなければならない。また、自然復帰するまでの間に磁気軸受用電源の電力容量が足りずにロータが保護用の回転軸周囲に設けられたタッチダウンベアリングに接触する場合もあり、この間にタッチダウン保護用ベアリングが著しく摩耗し、タッチダウンの際の接触音を伴った異常振動が長時間に渡り継続するという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、係る従来技術の問題点に鑑みて為されたものであり、ロータが磁気軸受制御装置の制御範囲を逸脱した場合に、ロータの回転を速やかに正常状態に復帰させることができ、磁気軸受装置の電源容量を低減することができると共にタッチダウン保護用ベアリングの摩耗を防止することのできる磁気軸受制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気軸受制御装置は、ロータの変位を検出するセンサ回路と、前記センサ回路の信号を位相補償及び増幅する位相補償回路と、前記位相補償回路の信号により磁気軸受けコイルへ電流を供給するドライバ回路と、前記ドライバ回路に電流を供給する電源回路とから構成される磁気軸受制御装置に於いて、前記センサ回路から検出された信号を異常振動とみなす一定値で作動する保護回路と、前記ドライバ回路の電流出力を任意にオン／オフできるスイッチ機能を持つリセット回路とを具備し、前記異常振動とみなす一定値を超えて保護回路が作動した場合に、前記保護回路からリセット回路を介してドライバ回路の出力をオフすることで、前記ロータを強制的にタッチダウンさせ、前記タイマ回路によって前記オフから一定時間経過後に前記ドライバ回路の出力オフを解除し、再度前記ロータを磁気浮上させることを特徴とする。
【０００７】
【作用】
ロータの振動が異常振動とみなす一定値を超えて保護回路が作動した場合に、保護回路からリセット回路を介してドライバ回路の出力をオフする。そしてロータを強制的にタッチダウンさせたのちに、タイマ回路によって一定時間経過後に再度ロータを磁気浮上させる。従って、ロータの制御範囲を逸脱する異常振動状態から瞬間的にロータを正常な回転状態に戻すことができる。それ故、従来の制御範囲の逸脱状態から自然復帰までの長時間を瞬間的に復帰させることができるので、異常振動に伴うタッチダウン保護用ベアリングの摩耗防止とドライバ回路に供給する電力容量を低減させることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係わる磁気軸受制御装置のブロック図である。
【０００９】
ロータ１にはラジアルターゲットである磁性材２が固定され、ロータ１の外周に配置された電磁石３の磁気吸引力によりロータ１はラジアル方向に支持される。同様に、ロータ１には磁性材からなるスラストディスク５が固定され、電磁石６のスラストディスク５に及ぼす磁気吸引力によりロータ１はスラスト方向に支持される。タッチダウンベアリング７は、ロータ１の外周に配置され、ロータ１が異常振動を起こし制御不能に陥った場合に、ロータが接触し回転することにより電磁石３等の破損を防止する非常用ベアリングである。
【００１０】
磁気軸受制御装置１０は、ロータの変位を検出するセンサ８からの信号を増幅するセンサ回路１１と、このセンサ回路の信号を位相補償及び増幅する位相補償回路１５と、この位相補償回路の信号により磁気軸受けコイルへ電流を供給するドライバ回路１６とから構成される。電源回路１８は磁気軸受けコイルに流す電流を制御するドライバ回路１６に電流を供給するためのものである。
【００１１】
ロータ１のラジアル方向変位はセンサ８で検出され、センサ回路１１で増幅される。そして、位相補償回路１５によりセンサ回路１１の信号が位相補償及び増幅され、電磁石３の磁気軸受けコイル３の励磁電流を供給することにより、ロータ１に固定された磁性材２への磁気吸引力が制御され、ロータ１の回転軸は軸受センタ付近の目標位置に支持される。スラスト方向に関しても、センサ９がロータ１のスラスト方向変位を検出し、図示しない磁気軸受制御装置により電磁石６の磁気軸受けコイルへ電流を供給することにより、スラストディスク５に及ぼす磁気吸引力が制御されロータ１は所定のスラスト方向の目標位置に支持される。
【００１２】
以上は基本的な磁気軸受制御装置の構成であるが、本実施例の磁気軸受制御装置１０においては、異常振動検出回路１２、保護回路１３、タイマ回路１４、リセット回路１７等を備える。異常振動検出回路１２は、センサ回路１１の信号からロータ１の異常振動を検出し、非常状態の異常振動とみなす一定値で保護回路１３を作動させる。保護回路１３はドライバ回路１６の電流出力を任意にオン／オフできるスイッチ機能をもつリセット回路１７を作動させる。タイマ回路１４は時間を計測する回路であり、一定時間経過後に保護回路１３に信号を送りリセット回路１７をオン／オフする。
【００１３】
この磁気軸受制御装置１０の動作は次の通りである。ロータ１に何らかの外乱等によって異常振動が生じたとする。ドライバ回路１６が制御範囲を逸脱する異常振動の場合には、異常振動検出回路１２で異常振動が検出され、保護回路１３の動作によってリセット回路１７から強制的な出力オフ信号がドライバ回路１６に出力され、電磁石３への電流出力を停止する。電磁石３の電流出力がオフされることによりロータ１は強制的にタッチダウンする。出力オフと同時にタイマ回路１４が作動し、比較的短時間の一定時間が経過した後、保護回路１３からリセット回路１７によりドライバ回路１６の出力オフ信号を解除する。リセット回路１７から位相補償回路１５へ電源投入時からの状態と同一にするための初期設定を行なった後に、ドライバ回路１６を再動作させ電磁石３のコイルへ出力電流を供給する。すなわち、タイマ回路１４によって電流オフから一定時間経過後に位相補償回路１５とドライバ回路１６をそれぞれ電源投入状態に戻し、ドライバ回路１６の出力オフを解除し再度ロータ１を磁気浮上させる。ドライバ回路１６の出力オフから位相補償回路１５及びドライバ回路１６に電源再投入状態に戻すまでの一定時間は瞬間的な短時間で良い。このため、異常振動の検出とともにロータを強制的にタッチダウンさせた後に、瞬間的に正常回転状態に復帰させることができる。
【００１４】
尚、以上の実施例の説明はロータ１のラジアル方向の制御の例についてのものであるが、スラスト方向の磁気軸受制御装置についても適用できるのはもちろんのことである。このように、本発明の主旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能である。
【００１５】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、ロータの異常振動により磁気軸受の制御範囲を逸脱する時には、ロータを瞬間的にタッチダウンと再浮上をさせるものである。従って、従来のロータの異常振動検出から自然復帰するまでの長時間の磁気軸受逸脱時間が防止でき、これによりドライバ回路に供給する電力容量を半分程度に低減させることができると同時に、タッチダウン保護用ベアリングの摩耗を大幅に低減させることができる。それ故、磁気軸受制御装置の小型化、経済化が図れ、且つ安定に磁気軸受装置を作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の磁気軸受制御装置のブロック図。
【符号の説明】
１ロータ
２，５磁性材
３，６電磁石
７タッチダウンベアリング
１１センサ回路
１２異常振動検出回路
１３保護回路
１４タイマ回路
１５位相補償回路
１６ドライバ回路
１７リセット回路
１８電源回路[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a magnetic bearing control device, and more particularly to a magnetic bearing control device that can quickly return to a normal state when a rotating rotor supported by a magnetic bearing causes abnormal vibration and deviates from a magnetic bearing control range. About.
[0002]
[Prior art]
A magnetic bearing device is a bearing device that supports a rotor in a non-contact manner by applying a magnetic attraction force of an electromagnet fixed to a bearing side to a magnetic material fixed to a rotating shaft on a rotor side. Since this bearing device can support the rotor in a non-contact manner, there is no need for a lubricant, and it has features such as being suitable for high-speed rotation, or suitable for use in a special environment such as a high cleanliness environment. .
Such a magnetic bearing control device generally includes a sensor circuit for detecting displacement of the rotor, a phase compensation circuit for phase-compensating and amplifying the signal of the sensor circuit, and a current supplied to the electromagnet coil of the magnetic bearing by the signal of the phase compensation circuit. And a power supply circuit for supplying a current to the driver circuit.
[0003]
However, abnormal vibration of the rotor may occur due to disturbance or the like at the time of high-speed rotation of the rotor. In an emergency in which the abnormal vibration becomes extremely large, the vibration of the rotor exceeds the magnetic bearing control range, and the control becomes impossible. For this reason, conventionally, when the vibration of the rotor deviates from the control range of the magnetic bearing control driver circuit, the rotor is reduced from the rated rotation speed to approximately one fifth of the rotation speed, and the rotation state of the rotor is spontaneously returned. Waiting for is being done.
[0004]
However, the power supplied to the magnetic bearing coil increases during the spontaneous return until the rotation of the rotor is reduced and the rotation of the rotor returns to the normal state. For such an emergency, the magnetic bearing power supply must have a power supply capacity several times the rated capacity in addition to a steady-state design margin. In some cases, the power capacity of the magnetic bearing power supply is insufficient before the spontaneous return, and the rotor contacts the touch-down bearing provided around the protective rotating shaft. There is a problem in that wear is remarkable, and abnormal vibration accompanied by a contact sound at the time of touchdown continues for a long time.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the problems of the related art, and when the rotor deviates from the control range of the magnetic bearing control device, the rotation of the rotor can be quickly returned to a normal state, An object of the present invention is to provide a magnetic bearing control device capable of reducing the power supply capacity of the magnetic bearing device and preventing wear of the touchdown protection bearing.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A magnetic bearing control device according to the present invention includes a sensor circuit for detecting displacement of a rotor, a phase compensation circuit for phase-compensating and amplifying a signal of the sensor circuit, and a current supplied to a magnetic bearing coil by a signal of the phase compensation circuit. In a magnetic bearing control device including a driver circuit and a power supply circuit that supplies current to the driver circuit, a protection circuit that operates at a constant value that regards a signal detected from the sensor circuit as abnormal vibration; A reset circuit having a switch function that can arbitrarily turn on / off the current output of the driver circuit, and when the protection circuit operates beyond a certain value regarded as the abnormal vibration, the protection circuit operates via the reset circuit. by turning off the output of the driver circuit, forcibly touchdown said rotor, a predetermined time has elapsed from the off by said timer circuit Wherein releasing the output off of the driver circuit, and wherein Rukoto be magnetically levitated the rotor again.
[0007]
[Action]
When the protection circuit is activated when the vibration of the rotor exceeds a certain value regarded as abnormal vibration, the output of the driver circuit is turned off from the protection circuit via the reset circuit. And after forcibly touchdown of the rotor, is magnetically levitate the again rotor after a predetermined time has elapsed by the timer circuit. Therefore, the rotor can be instantaneously returned to the normal rotation state from the abnormal vibration state that deviates from the control range of the rotor. Therefore, it is possible to instantaneously recover the long time from the departure state of the conventional control range to the spontaneous return, thus preventing wear of the touch-down protection bearing due to abnormal vibration and reducing the power capacity supplied to the driver circuit. Can be done.
[0008]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram of a magnetic bearing control device according to the present invention.
[0009]
A magnetic material 2 as a radial target is fixed to the rotor 1, and the rotor 1 is supported in the radial direction by the magnetic attraction of an electromagnet 3 arranged on the outer periphery of the rotor 1. Similarly, a thrust disk 5 made of a magnetic material is fixed to the rotor 1, and the rotor 1 is supported in the thrust direction by the magnetic attraction of the electromagnet 6 exerted on the thrust disk 5. The touchdown bearing 7 is an emergency bearing that is disposed on the outer periphery of the rotor 1 and prevents the electromagnet 3 and the like from being damaged by the rotor contacting and rotating when the rotor 1 causes abnormal vibration and falls out of control. .
[0010]
The magnetic bearing control device 10 includes a sensor circuit 11 for amplifying a signal from the sensor 8 for detecting the displacement of the rotor, a phase compensation circuit 15 for compensating and amplifying the signal of the sensor circuit, and a signal of the phase compensation circuit. And a driver circuit 16 for supplying a current to the magnetic bearing coil. The power supply circuit 18 is for supplying a current to the driver circuit 16 for controlling a current flowing through the magnetic bearing coil.
[0011]
The radial displacement of the rotor 1 is detected by the sensor 8 and amplified by the sensor circuit 11. Then, the signal of the sensor circuit 11 is phase-compensated and amplified by the phase compensation circuit 15, and the excitation current of the magnetic bearing coil 3 of the electromagnet 3 is supplied, so that the magnetic attraction to the magnetic material 2 fixed to the rotor 1 is reduced. Under the control, the rotating shaft of the rotor 1 is supported at a target position near the bearing center. Also in the thrust direction, the sensor 9 detects the displacement of the rotor 1 in the thrust direction and supplies a current to the magnetic bearing coil of the electromagnet 6 by a magnetic bearing control device (not shown), whereby the magnetic attraction force applied to the thrust disk 5 is controlled. The rotor 1 is supported at a target position in a predetermined thrust direction.
[0012]
The above is the basic configuration of the magnetic bearing control device. The magnetic bearing control device 10 of the present embodiment includes an abnormal vibration detection circuit 12, a protection circuit 13, a timer circuit 14, a reset circuit 17, and the like. The abnormal vibration detection circuit 12 detects abnormal vibration of the rotor 1 from the signal of the sensor circuit 11, and activates the protection circuit 13 at a constant value regarded as abnormal vibration in an emergency state. The protection circuit 13 activates a reset circuit 17 having a switch function for arbitrarily turning on / off the current output of the driver circuit 16. The timer circuit 14 is a circuit for measuring time, and sends a signal to the protection circuit 13 after a certain time has elapsed to turn on / off the reset circuit 17.
[0013]
The operation of the magnetic bearing control device 10 is as follows. It is assumed that abnormal vibration has occurred in the rotor 1 due to some disturbance or the like. If the driver circuit 16 has an abnormal vibration that deviates from the control range, the abnormal vibration is detected by the abnormal vibration detection circuit 12, and a forced output off signal is output from the reset circuit 17 to the driver circuit 16 by the operation of the protection circuit 13. Then, the current output to the electromagnet 3 is stopped. When the current output of the electromagnet 3 is turned off, the rotor 1 is forcibly touched down. The timer circuit 14 operates at the same time as the output is turned off, and after a relatively short period of time elapses, the output off signal of the driver circuit 16 is released from the protection circuit 13 by the reset circuit 17. After performing initialization from the reset circuit 17 to the phase compensation circuit 15 to make it the same state as when power was turned on, the driver circuit 16 is operated again to supply an output current to the coil of the electromagnet 3. That is, the power supply of the phase compensation circuit 15 and the driver circuit 16 is returned to the power-on state after a lapse of a predetermined time from the current OFF by the timer circuit 14, the output OFF of the driver circuit 16 is released, and the rotor 1 is magnetically levitated again. The fixed time from when the output of the driver circuit 16 is turned off to when the power supply to the phase compensation circuit 15 and the driver circuit 16 is turned on again may be an instantaneous short time. Therefore, after the rotor is forcibly touched down together with the detection of the abnormal vibration, the rotor can be instantaneously returned to the normal rotation state.
[0014]
Although the description of the above embodiment relates to an example of control of the rotor 1 in the radial direction, it is needless to say that the present invention can be applied to a magnetic bearing control device in the thrust direction. Thus, various modified embodiments are possible without departing from the gist of the present invention.
[0015]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the rotor deviates from the control range of the magnetic bearing due to abnormal vibration, the rotor is instantaneously touched down and re-emerged. Therefore, it is possible to prevent the conventional magnetic bearing from deviating for a long time from the detection of the abnormal vibration of the rotor to the spontaneous return, thereby reducing the power capacity supplied to the driver circuit to about half and at the same time protecting the touchdown. Wear of the bearing can be greatly reduced. Therefore, the magnetic bearing control device can be reduced in size and economy, and the magnetic bearing device can be operated stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a magnetic bearing control device according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 2, 5 Magnetic material 3, 6 Electromagnet 7 Touchdown bearing 11 Sensor circuit 12 Abnormal vibration detection circuit 13 Protection circuit 14 Timer circuit 15 Phase compensation circuit 16 Driver circuit 17 Reset circuit 18 Power supply circuit

Claims

ロータの変位を検出するセンサ回路と、前記センサ回路の信号を位相補償及び増幅する位相補償回路と、前記位相補償回路の信号により磁気軸受けコイルへ電流を供給するドライバ回路と、前記ドライバ回路に電流を供給する電源回路とから構成される磁気軸受制御装置に於いて、
前記センサ回路から検出された信号を異常振動とみなす一定値で作動する保護回路と、前記ドライバ回路の電流出力を任意にオン／オフできるスイッチ機能を持つリセット回路と、一定時間経過後に前記リセット回路をオン／オフするタイマ回路とを具備し、
前記異常振動とみなす一定値を超えて保護回路が作動した場合に、前記保護回路からリセット回路を介してドライバ回路の出力をオフすることで、前記ロータを強制的にタッチダウンさせ、前記タイマ回路によって前記オフから一定時間経過後に前記ドライバ回路の出力オフを解除し、再度前記ロータを磁気浮上させる手段を備えたことを特徴とする磁気軸受制御装置。A sensor circuit for detecting displacement of the rotor, a phase compensation circuit for phase-compensating and amplifying a signal of the sensor circuit, a driver circuit for supplying a current to a magnetic bearing coil by a signal of the phase compensation circuit, and a current supplied to the driver circuit. And a power supply circuit for supplying
A protection circuit that operates at a constant value that regards a signal detected from the sensor circuit as abnormal vibration; a reset circuit that has a switch function that can arbitrarily turn on / off the current output of the driver circuit; And a timer circuit for turning on / off the
When the protection circuit operates beyond a certain value regarded as the abnormal vibration, by turning off the output of the driver circuit from the protection circuit via a reset circuit, the rotor is forcibly touched down, and the timer circuit is turned off. And a means for releasing the output of the driver circuit after a lapse of a predetermined time from the turning-off, thereby causing the rotor to magnetically levitate again.

ロータの変位を検出するセンサ回路と、前記センサ回路の信号を位相補償及び増幅する位相補償回路と、前記位相補償回路の信号により磁気軸受けコイルへ電流を供給するドライバ回路と、前記ドライバ回路に電流を供給する電源回路とから構成される磁気軸受制御装置に於いて、
前記センサ回路から検出された信号を異常振動とみなす一定値で作動する保護回路と、前記ドライバ回路の電流出力を任意にオン／オフできるスイッチ機能を持つリセット回路と、一定時間経過後に前記リセット回路をオン／オフするタイマ回路とを具備し、
前記異常振動とみなす一定値を超えて保護回路が作動した場合に、前記保護回路からリセット回路を介してドライバ回路の出力をオフすることで、前記ロータを強制的にタッチダウンさせ、前記タイマ回路によって前記オフから一定時間経過後に前記位相補償回路とドライバ回路をそれぞれ電源投入状態に戻し、前記ドライバ回路の出力オフを解除し再度前記ロータを磁気浮上させる手段を備えたことを特徴とする磁気軸受制御装置。A sensor circuit for detecting displacement of the rotor, a phase compensation circuit for phase-compensating and amplifying a signal of the sensor circuit, a driver circuit for supplying a current to a magnetic bearing coil by a signal of the phase compensation circuit, and a current supplied to the driver circuit. And a power supply circuit for supplying
A protection circuit that operates at a constant value that regards a signal detected from the sensor circuit as abnormal vibration; a reset circuit that has a switch function that can arbitrarily turn on / off the current output of the driver circuit; And a timer circuit for turning on / off the
When the protection circuit operates beyond a certain value regarded as the abnormal vibration, by turning off the output of the driver circuit from the protection circuit via a reset circuit, the rotor is forcibly touched down, and the timer circuit is turned off. And a means for returning the phase compensating circuit and the driver circuit to a power-on state after a lapse of a predetermined time from the turning-off, canceling the output off of the driver circuit, and magnetically levitating the rotor again. Control device.