JPH11210750A - Controlled magnetic bearing device - Google Patents

Controlled magnetic bearing device

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JPH11210750A
JPH11210750A JP10016493A JP1649398A JPH11210750A JP H11210750 A JPH11210750 A JP H11210750A JP 10016493 A JP10016493 A JP 10016493A JP 1649398 A JP1649398 A JP 1649398A JP H11210750 A JPH11210750 A JP H11210750A
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JP
Japan
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rotation speed
control
magnetic bearing
control parameter
rotating body
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Application number
JP10016493A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Kubo
厚 久保
Hirotomo Kamiyama
拓知 上山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • F16C2360/45Turbo-molecular pumps

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controlled magnetic bearing device in which the control parameter of a magnetic bearing can be changed easily depending on the number of revolution of a rotor. SOLUTION: A controlled magnetic bearing device includes a controlled magnetic bearing 6 supporting a rotor 4 without making contact, an electric motor 7 rotating the rotor 4, and a control device 12 for them. The control device 12 includes a DSP(digital signal processor) 14 capable of being programmed by software and a flash memory 16. The flash memory 16 is provided with a control parameter table storing the control parameters of the magnetic bearing 6 for a plurality of ranges of the number of revolution into which the total range of the number of revolution of the rotor 4 is divided. The DSP 14 calculates the number of revolution of the rotor 4, selects from the control parameter table the control parameter for the range of the number of revolution including the calculated number of revolution, and controls the magnetic bearing 6 using the control parameter selected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、回転体を制御型
磁気軸受により非接触支持して電動モータにより回転さ
せる制御型磁気軸受装置、たとえば半導体製造装置のタ
ーボ分子ポンプなどに使用される制御型磁気軸受装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control type magnetic bearing device in which a rotating body is supported by a control type magnetic bearing in a non-contact manner and rotated by an electric motor, for example, a control type used in a turbo-molecular pump of a semiconductor manufacturing apparatus. The present invention relates to a magnetic bearing device.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の磁気軸受装置として、回転体を
非接触支持する制御型磁気軸受と、回転体の変位を検出
する変位検出装置と、回転体を回転させる電動モータ
と、回転体の回転数を検出する回転数センサと、変位検
出装置の出力に基づいて磁気軸受を制御するとともに回
転数センサの出力に基づいて電動モータを制御する制御
装置とを備えているものが知られている。
2. Description of the Related Art As a magnetic bearing device of this type, a control type magnetic bearing for supporting a rotating body in a non-contact manner, a displacement detecting device for detecting a displacement of the rotating body, an electric motor for rotating the rotating body, 2. Description of the Related Art There is known a device including a rotation speed sensor that detects a rotation speed, and a control device that controls a magnetic bearing based on an output of a displacement detection device and controls an electric motor based on an output of the rotation speed sensor. .

【0003】磁気軸受として、通常、1組のアキシアル
磁気軸受と2組のラジアル磁気軸受が設けられる。アキ
シアル磁気軸受は、回転体を1つのアキシアル制御軸
(アキシアル方向の制御軸)方向の両側から挟むように
配置された1対の電磁石を備えている。各ラジアル磁気
軸受は、互いに直交する2つのラジアル制御軸(ラジア
ル方向の制御軸)のそれぞれについて、回転体をラジア
ル制御軸方向の両側から挟むように配置された1対の電
磁石を備えている。変位検出装置は、各磁気軸受の部分
における各制御軸方向の回転体の変位を検出する。そし
て、制御装置は、各制御軸について、回転体の変位に基
づいて1対の電磁石に対する制御電流値を求め、一定の
バイアス電流値に制御電流値を加算した値を一方の電磁
石に供給する励磁電流値とし、バイアス電流値から制御
電流値を減算した値を他方の電磁石に供給する励磁電流
値とする。
[0003] As magnetic bearings, usually, one set of axial magnetic bearings and two sets of radial magnetic bearings are provided. The axial magnetic bearing includes a pair of electromagnets arranged so as to sandwich the rotating body from both sides in one axial control axis (axial control axis) direction. Each radial magnetic bearing is provided with a pair of electromagnets arranged so as to sandwich the rotating body from both sides in the radial control axis direction for each of two radial control axes (control axes in the radial direction) orthogonal to each other. The displacement detection device detects a displacement of the rotating body in each control axis direction at each magnetic bearing portion. Then, the control device obtains a control current value for the pair of electromagnets based on the displacement of the rotating body for each control axis, and supplies a value obtained by adding the control current value to a constant bias current value to one of the electromagnets. The value obtained by subtracting the control current value from the bias current value is used as the exciting current value to be supplied to the other electromagnet.

【0004】このような従来の磁気軸受装置において、
制御装置による磁気軸受の制御はアナログPID制御が
主であり、バイアス電流値などの磁気軸受の制御パラメ
ータはポテンショメータなどを用いたアナログ回路によ
って設定されている。また、高回転数領域において、ラ
ジアル磁気軸受について、制御装置に入力する各ラジア
ル制御軸方向の回転体の変位信号を他方のラジアル制御
軸に対する制御装置の出力信号(制御電流値信号)に対
して加算あるいは減算するいわゆる公差結合制御を行う
ことがある。その場合、公差結合のゲインは、抵抗器と
コンデンサを用いたアナログ回路によって一定値に設定
される。
In such a conventional magnetic bearing device,
Control of the magnetic bearing by the control device is mainly analog PID control, and control parameters of the magnetic bearing such as a bias current value are set by an analog circuit using a potentiometer or the like. Also, in the high rotation speed region, for the radial magnetic bearing, the displacement signal of the rotating body in each radial control axis direction input to the control device is compared with the output signal (control current value signal) of the control device for the other radial control shaft. A so-called tolerance combination control for adding or subtracting is sometimes performed. In that case, the gain of the tolerance coupling is set to a constant value by an analog circuit using a resistor and a capacitor.

【0005】ところで、上記のような磁気軸受装置にお
いては、バイアス電流値、公差結合のゲインなどの磁気
軸受の制御パラメータを回転体の回転数によって変更す
るのが望ましいが、制御パラメータは上記のようなアナ
ログ回路によって設定されているため、これを変更する
ことはできなかった。このため、たとえば、高回転数領
域において最適となるように制御パラメータを設定する
と、低回転数領域において、動剛性が低くなり、磁気軸
受による回転体の位置の制御が不安定になるという問題
があった。
In the magnetic bearing device as described above, it is desirable to change the control parameters of the magnetic bearing, such as the bias current value and the gain of the tolerance coupling, according to the rotation speed of the rotating body. It could not be changed because it was set by a simple analog circuit. Therefore, for example, if the control parameters are set to be optimal in the high rotation speed region, the dynamic rigidity is reduced in the low rotation speed region, and the control of the position of the rotating body by the magnetic bearing becomes unstable. there were.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、磁
気軸受の制御パラメータを回転体の回転数に応じて簡単
に変更することができ、よって広い回転数領域にわたっ
て安定性の高い回転体の位置の制御ができる制御型磁気
軸受装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to make it possible to easily change the control parameters of a magnetic bearing in accordance with the rotational speed of a rotating body, and to achieve a highly stable rotating body over a wide rotational speed range. An object of the present invention is to provide a control type magnetic bearing device capable of controlling a position.

【0007】この発明の目的は、また、回転数域の境界
部において回転数の変動によってハンチングを起こすお
それのない制御型磁気軸受装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a control type magnetic bearing device which does not cause hunting due to fluctuations in the rotational speed at the boundary of the rotational speed range.

【0008】この発明の目的は、また、磁気軸受の制御
パラメータを記憶したテーブルの内容を簡単に書き替え
ることができる制御型磁気軸受装置を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a control type magnetic bearing device in which the contents of a table storing control parameters of a magnetic bearing can be easily rewritten.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による制御型磁気軸受装置は、回転体を非接触支持す
る制御型磁気軸受と、前記回転体の変位を検出する変位
検出手段と、前記回転体を回転させる電動モータと、前
記回転体の回転数を検出する回転数検出手段と、前記変
位検出手段の出力に基づいて前記磁気軸受を制御すると
ともに前記回転数検出手段の出力に基づいて前記電動モ
ータを制御する制御装置とを備えている制御型磁気軸受
装置において、前記制御装置が、ソフトウェアプログラ
ムが可能なディジタル処理手段と、不揮発性記憶装置と
を備えており、前記不揮発性記憶装置に、前記回転体の
回転数の全範囲を複数の回転数域に分割して各回転数域
に対する前記磁気軸受の制御パラメータを記憶した制御
パラメータテーブルが設けられ、前記ディジタル処理手
段が、前記回転数検出手段の出力から前記回転体の回転
数を求めてこの回転数が含まれる回転数域に対する前記
制御パラメータを前記制御パラメータテーブルから選択
する制御パラメータ選択手段と、選択した制御パラメー
タを用いて前記磁気軸受を制御する磁気軸受制御手段と
を備えていることを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention A control type magnetic bearing device according to the present invention comprises: a control type magnetic bearing for supporting a rotating body in a non-contact manner; a displacement detecting means for detecting a displacement of the rotating body; An electric motor for rotating a rotating body, a rotating speed detecting means for detecting a rotating speed of the rotating body, and controlling the magnetic bearing based on an output of the displacement detecting means and based on an output of the rotating speed detecting means. A control type magnetic bearing device including a control device for controlling the electric motor, wherein the control device includes digital processing means capable of performing a software program, and a nonvolatile storage device; A control parameter table in which the entire range of the number of rotations of the rotating body is divided into a plurality of rotation speed ranges and control parameters of the magnetic bearing for each rotation speed range are stored. Wherein the digital processing means obtains the rotation speed of the rotating body from the output of the rotation speed detection means, and selects the control parameter for the rotation speed range including the rotation speed from the control parameter table. And a magnetic bearing control means for controlling the magnetic bearing using the selected control parameters.

【0010】ソフトウェアプログラムが可能なディジタ
ル処理手段としては、たとえばMPU(マイクロプロセ
ッサ)、ディジタル信号処理プロセッサなどが使用され
る。この明細書において、ディジタル信号処理プロセッ
サ(Digital Signal Processor)とは、ディジタル信号
を入力してディジタル信号を出力し、ソフトウェアプロ
グラムが可能で、高速実時間処理が可能な専用ハードウ
ェアを指す。なお、以下、これをDSPと略すことにす
る。
As a digital processing means capable of performing a software program, for example, an MPU (microprocessor), a digital signal processor or the like is used. In this specification, a digital signal processor (Digital Signal Processor) refers to dedicated hardware that inputs a digital signal, outputs a digital signal, is software-programmable, and is capable of high-speed real-time processing. Hereinafter, this is abbreviated as DSP.

【0011】不揮発性記憶装置としては、たとえば、フ
ラッシュメモリ、EPROMなど、適当なものが使用さ
れる。制御パラメータテーブルには、各回転数領域につ
いて、望ましい制御パラメータが記憶されている。
As the nonvolatile storage device, for example, an appropriate device such as a flash memory or an EPROM is used. Desirable control parameters are stored in the control parameter table for each rotation speed region.

【0012】ディジタル処理手段は、回転数検出手段の
出力から回転体の回転数を求めて、この回転数が含まれ
る回転数域に対する磁気軸受の制御パラメータを不揮発
性記憶装置に記憶されている制御パラメータテーブルか
ら選択し、選択された制御パラメータを用いて磁気軸受
を制御する。
The digital processing means obtains the number of revolutions of the rotating body from the output of the number of revolutions detecting means, and stores the control parameters of the magnetic bearing for the number of revolutions including the number of revolutions in the non-volatile storage device. The magnetic bearing is controlled using the selected control parameter selected from the parameter table.

【0013】したがって、この発明の制御型磁気軸受装
置によれば、不揮発性記憶装置に記憶されている制御パ
ラメータテーブルを用いることにより、磁気軸受の制御
パラメータを回転体の回転数に応じて簡単に変更するこ
とができ、広い回転数領域にわたって、望ましい制御パ
ラメータを使用して回転体の位置の制御を安定良く行う
ことができる。
Therefore, according to the control type magnetic bearing device of the present invention, by using the control parameter table stored in the non-volatile storage device, the control parameters of the magnetic bearing can be easily changed according to the rotation speed of the rotating body. The position of the rotating body can be controlled stably using a desired control parameter over a wide rotation speed range.

【0014】そして、制御パラメータテーブルから制御
パラメータを選択するだけであるから、計算による時間
のロスがなく、磁気軸受の制御に支障をきたすことがな
い。
Since only control parameters are selected from the control parameter table, there is no time loss due to calculation and there is no hindrance to control of the magnetic bearing.

【0015】好ましくは、前記制御パラメータテーブル
において、低回転数側の回転数域の上限が隣接する高回
転数側の回転数域の下限より大きく設定されており、前
記制御パラメータ選択手段が、前記回転体の回転数があ
る回転数域の上限以上か上限より大きくなったときに、
その回転数域に隣接する高回転数側の回転数域に対する
制御パラメータを選択し、前記回転体の回転数がある回
転数域の下限以下か下限より小さくなったときに、その
回転数域に隣接する低回転数側の回転数域に対する制御
パラメータを選択する。
[0015] Preferably, in the control parameter table, an upper limit of a rotation speed range on a low rotation speed side is set to be larger than a lower limit of an adjacent rotation speed range on a high rotation speed side. When the rotation speed of the rotating body is higher than or higher than the upper limit of a certain rotation speed range,
Select a control parameter for the high-speed range adjacent to the high-speed range, and when the speed of the rotating body is lower than or lower than a lower limit of a certain speed range, the rotation speed range is set to the lower limit. A control parameter for an adjacent low rotation speed range is selected.

【0016】この場合、ある回転数域(第1の回転数域
とする)に対する制御パラメータが選択されている状態
において、回転数が第1の回転数域の上限以上か上限よ
り大きくなると、第1の回転数域に隣接する高回転数側
の回転数域(第2の回転数域とする)に対する制御パラ
メータが選択される。その際、回転数が第2の回転数域
の下限以下か下限より小さくならない限り、第1の回転
数域に対する制御パラメータが選択されることはなく、
第1の回転数域の上限は第2の回転数域の下限より大き
く設定されているので、回転数が第1の回転数域の上限
を中心に上下にある程度変動しても、第1の回転数域に
対する制御パラメータが選択されることはなく、第2の
回転数域に対する制御パラメータが選択されたままであ
る。同様に、第2の回転数域に対する制御パラメータが
選択されている状態において、回転数が第2の回転数域
の下限以下か下限より小さくなると、第1の回転数域に
対する制御パラメータが選択される。その際、回転数が
第1の回転数域の上限以上か上限より大きくならない限
り、第2の回転数域に対する制御パラメータが選択され
ることはなく、第1の回転数域の上限は第2の回転数域
の下限より大きく設定されているので、回転数が第2の
回転数域の下限を中心に上下にある程度変動しても、第
2の回転数域に対する制御パラメータが選択されること
はなく、第1の回転数域に対する制御パラメータが選択
されたままである。したがって、回転数域の境界部にお
いて回転数の変動によってハンチングを起こすおそれが
ない。
In this case, in a state where a control parameter for a certain rotation speed range (hereinafter referred to as a first rotation speed range) is selected, if the rotation speed becomes equal to or more than the upper limit of the first rotation speed range or becomes larger than the upper limit, A control parameter for a rotation speed range on the high rotation speed side adjacent to the first rotation speed range (hereinafter referred to as a second rotation speed range) is selected. At this time, as long as the rotation speed does not fall below or below the lower limit of the second rotation speed range, no control parameter for the first rotation speed range is selected,
Since the upper limit of the first rotation speed range is set to be larger than the lower limit of the second rotation speed range, even if the rotation speed fluctuates up and down to some extent around the upper limit of the first rotation speed range, the first rotation speed range is not changed. The control parameter for the speed range is not selected, and the control parameter for the second speed range remains selected. Similarly, in a state where the control parameter for the second rotation speed range is selected, when the rotation speed becomes equal to or less than the lower limit of the second rotation speed range or becomes smaller than the lower limit, the control parameter for the first rotation speed range is selected. You. At this time, as long as the rotation speed does not exceed or exceed the upper limit of the first rotation speed range, the control parameter for the second rotation speed range is not selected, and the upper limit of the first rotation speed range is the second rotation speed range. Is set to be larger than the lower limit of the second rotational speed range, so that the control parameter for the second rotational speed range is selected even if the rotational speed fluctuates to some extent around the lower limit of the second rotational speed range. And the control parameter for the first speed range remains selected. Accordingly, there is no possibility that hunting will occur due to fluctuations in the rotational speed at the boundary of the rotational speed range.

【0017】たとえば、前記不揮発性記憶装置がコンピ
ュータに接続され、前記コンピュータが、前記制御パラ
メータテーブルの内容を書き替える書き替え手段を備え
ている。
For example, the non-volatile storage device is connected to a computer, and the computer includes rewriting means for rewriting the contents of the control parameter table.

【0018】このようにすると、コンピュータにより、
不揮発性記憶装置に記憶されている制御パラメータテー
ブルの内容を簡単に書き替えることができる。
By doing so, the computer
The contents of the control parameter table stored in the nonvolatile storage device can be easily rewritten.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
をターボ分子ポンプに適用した実施形態について説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a turbo-molecular pump will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1は、ターボ分子ポンプの概略構成を示
している。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a turbo-molecular pump.

【0021】ターボ分子ポンプは、ポンプ本体を構成す
る機械本体(1)およびポンプ制御部を構成するコントロ
ーラ(2)を備えており、コントローラ(2)にパソコン(3)
が接続されている。
The turbo-molecular pump includes a machine body (1) constituting a pump body and a controller (2) constituting a pump control section. A personal computer (3) is connected to the controller (2).
Is connected.

【0022】機械本体(1)には、ポンプを構成する回転
体(ロータ)(4)、変位検出部(5)、制御型磁気軸受
(6)、ビルトイン型電動モータ(7)および回転数検出手段
としての回転数センサ(8)が設けられている。
The machine body (1) includes a rotating body (rotor) (4) constituting a pump, a displacement detector (5), and a control type magnetic bearing.
(6), a built-in type electric motor (7) and a rotation speed sensor (8) as rotation speed detecting means are provided.

【0023】コントローラ(2)には、変位演算回路(9)、
磁気軸受駆動回路(10)、インバータ(11)、制御装置とし
てのDSPボード(12)およびシリアル通信ボード(13)が
設けられ、DSPボード(12)には、ソフトウェアプログ
ラムが可能なディジタル処理手段としてのDSP(14)、
不揮発性記憶装置であるフラッシュメモリ(16)、AD変
換器(17)およびDA変換器(18)が設けられている。コン
トローラ(2)とパソコン(3)は互いに離れた場所に設置さ
れ、フラッシュメモリ(16)とパソコン(3)が通信ボード
(13)とケーブル(19)を介して接続されている。
The controller (2) includes a displacement calculation circuit (9),
A magnetic bearing drive circuit (10), an inverter (11), a DSP board (12) as a control device and a serial communication board (13) are provided, and the DSP board (12) has software processing as digital processing means. DSP (14),
A flash memory (16), which is a non-volatile storage device, an AD converter (17), and a DA converter (18) are provided. The controller (2) and the personal computer (3) are set apart from each other, and the flash memory (16) and the personal computer (3) are
(13) and a cable (19).

【0024】磁気軸受装置(6)には、図示は省略した
が、回転体(4)の軸方向の1箇所において回転体(4)をア
キシアル制御軸方向に非接触支持する1組のアキシアル
磁気軸受と、回転体(4)の軸方向の2箇所においてそれ
ぞれ回転体(4)を互いに直交する2つのラジアル制御軸
方向に非接触支持する2組のラジアル磁気軸受とが含ま
れている。アキシアル磁気軸受は、回転体(4)をアキシ
アル制御軸方向の両側から挟むように配置された1対の
電磁石を備えている。各ラジアル磁気軸受は、各ラジア
ル制御軸について、回転体(4)をラジアル制御軸方向の
両側から挟むように配置された1対の電磁石を備えてい
る。
Although not shown, the magnetic bearing device (6) has a set of axial magnetic members for supporting the rotating body (4) at one location in the axial direction of the rotating body (4) in a non-contact manner in the axial control axial direction. The bearing includes two sets of radial magnetic bearings that support the rotating body (4) at two locations in the axial direction of the rotating body (4) in a non-contact manner in two radial control axial directions orthogonal to each other. The axial magnetic bearing includes a pair of electromagnets arranged so as to sandwich the rotating body (4) from both sides in the axial control axial direction. Each radial magnetic bearing includes a pair of electromagnets arranged so as to sandwich the rotating body (4) from both sides in the radial control axis direction for each radial control shaft.

【0025】変位検出部(6)には、図示は省略したが、
アキシアル変位検出部とラジアル変位検出部が含まれて
いる。アキシアル変位検出部は、回転体(4)のアキシア
ル方向の変位を検出する1個のアキシアル変位センサを
備えている。ラジアル変位検出部は、各ラジアル磁気軸
受の部分における各ラジアル制御軸について、回転体
(4)をラジアル制御軸方向両側から挟むように配置され
た1対のラジアル変位センサを備えている。変位演算回
路(9)は、アキシアル制御軸について、アキシアル変位
センサの出力から回転体(4)のアキシアル制御軸方向の
変位を演算するとともに、各ラジアル制御軸について、
1対のラジアル変位センサの出力に基づいて回転体(4)
のラジアル制御軸方向の変位を演算し、これらの変位演
算値に対応する変位信号をAD変換器(17)を介してDS
P(14)に出力する。変位検出部(5)と変位演算回路(9)に
より、回転体(4)の変位を検出する変位検出手段が構成
されている。
Although illustration is omitted in the displacement detector (6),
An axial displacement detector and a radial displacement detector are included. The axial displacement detection unit includes one axial displacement sensor that detects a displacement of the rotating body (4) in the axial direction. The radial displacement detector is configured to rotate the rotating body for each radial control axis in each radial magnetic bearing.
(4) is provided with a pair of radial displacement sensors arranged so as to sandwich it from both sides in the radial control axial direction. The displacement calculation circuit (9) calculates the displacement of the rotating body (4) in the axial control axis direction from the output of the axial displacement sensor with respect to the axial control axis.
A rotating body based on the output of a pair of radial displacement sensors (4)
And the displacement signal corresponding to the displacement calculation value is calculated via the AD converter (17) by the DS converter.
Output to P (14). The displacement detecting section (5) and the displacement calculating circuit (9) constitute a displacement detecting means for detecting a displacement of the rotating body (4).

【0026】DSP(14)は、AD変換器(17)から入力す
る変位信号に基づいて、磁気軸受(6)の各電磁石に対す
る励磁電流値を演算し、これに対応する励磁電流信号を
DA変換器(18)を介して磁気軸受駆動回路(10)に出力す
る。さらに詳しく説明すると、回転体(4)のアキシアル
制御軸方向の変位信号に基づいて、アキシアル磁気軸受
の1対の電磁石に対する制御電流値を演算し、一定のバ
イアス電流値に制御電流値を加算した値を一方の電磁石
に対する励磁電流値とし、バイアス電流値から制御電流
値を減算した値を他方の電磁石に対する励磁電流値とす
る。また、各ラジアル制御軸について、回転体(4)のラ
ジアル制御軸方向の変位信号に基づいて、ラジアル磁気
軸受の1対の電磁石に対する制御電流値を演算し、一定
のバイアス電流値に制御電流値を加算した値を一方の電
磁石に対する励磁電流値とし、バイアス電流値から制御
電流値を減算した値を他方の電磁石に対する励磁電流値
とする。また、DSP(14)は、前述の公差結合制御を行
うようになっている。磁気軸受駆動回路(10)は、磁気軸
受(6)の電磁石に対応する複数の電力増幅器を備えてお
り、DA変換器(18)から出力される励磁電流信号に比例
する励磁電流を磁気軸受(6)の対応する電磁石に供給す
る。これにより、回転体(4)が所定の目標位置に非接触
支持される。
The DSP (14) calculates an exciting current value for each electromagnet of the magnetic bearing (6) based on the displacement signal input from the AD converter (17), and converts the corresponding exciting current signal into a DA signal. Output to the magnetic bearing drive circuit (10) via the vessel (18). More specifically, a control current value for a pair of electromagnets of the axial magnetic bearing is calculated based on a displacement signal in the axial control axis direction of the rotating body (4), and the control current value is added to a constant bias current value. The value is defined as the exciting current value for one electromagnet, and the value obtained by subtracting the control current value from the bias current value is defined as the exciting current value for the other electromagnet. Also, for each radial control shaft, a control current value for a pair of electromagnets of the radial magnetic bearing is calculated based on a displacement signal of the rotating body (4) in the radial control axis direction, and the control current value is set to a constant bias current value. Is used as the exciting current value for one electromagnet, and the value obtained by subtracting the control current value from the bias current value is used as the exciting current value for the other electromagnet. The DSP (14) performs the above-described tolerance coupling control. The magnetic bearing drive circuit (10) includes a plurality of power amplifiers corresponding to the electromagnets of the magnetic bearing (6), and supplies an exciting current proportional to the exciting current signal output from the DA converter (18) to the magnetic bearing ( 6) supply to the corresponding electromagnet. Thereby, the rotating body (4) is supported at a predetermined target position in a non-contact manner.

【0027】モータ(7)は、磁気軸受(6)により非接触支
持された回転体(4)を回転させるものである。回転数セ
ンサ(8)は、回転体(4)の回転数を検出するためのもので
あり、たとえば、回転体(4)の1回転当り一定数(たと
えば1つ)のパルス信号をDSP(14)に出力する。DS
P(14)は、回転数センサ(8)のパルス信号から回転体(4)
の回転数を演算し、これに基づいて、モータ(7)の回転
を制御するための回転数指令信号をインバータ(11)に出
力する。そして、インバータ(11)は、DSP(14)からの
回転数指令信号に基づいて、モータ(7)の回転を制御す
る。これにより、定常運転状態において、回転体(4)の
回転数がほぼ一定に保たれる。
The motor (7) rotates a rotating body (4) which is supported in a non-contact manner by a magnetic bearing (6). The rotation speed sensor (8) is for detecting the rotation speed of the rotating body (4). For example, the DSP (14) outputs a fixed number (for example, one) of pulse signals per rotation of the rotating body (4). ). DS
P (14) is calculated from the pulse signal of the rotation speed sensor (8) by the rotating body (4).
, And outputs a rotation speed command signal for controlling the rotation of the motor (7) to the inverter (11) based on the calculated rotation speed. Then, the inverter (11) controls the rotation of the motor (7) based on the rotation speed command signal from the DSP (14). Thereby, in the steady operation state, the rotation speed of the rotating body (4) is kept substantially constant.

【0028】フラッシュメモリ(16)には、DSP(14)に
おける処理プログラムが格納されている。また、フラッ
シュメモリ(16)には、制御パラメータテーブルが設けら
れている。制御パラメータテーブルは、回転体(4)の回
転数の全範囲を複数の回転数域に分割して、各回転数域
について、望ましい磁気軸受(6)の制御パラメータを記
憶したものである。制御パラメータテーブルの一般的な
構成の1例が図2に、具体的な構成の1例が図3に示さ
れている。この例では、回転体(4)の回転数の全範囲が
第1回転数域〜第6回転数域の6つの回転数域に分割さ
れており、各回転数域について、回転数の下限および上
限、ならびに制御パラメータが記憶されている。制御パ
ラメータとしては、バイアス電流値、公差結合制御にお
ける公差結合のゲインなどが記憶されている。なお、回
転数の下限および上限は、Hzで表わされている。
The flash memory (16) stores a processing program for the DSP (14). The flash memory (16) is provided with a control parameter table. The control parameter table divides the entire range of the rotation speed of the rotating body (4) into a plurality of rotation speed ranges, and stores desired control parameters of the magnetic bearing (6) for each rotation speed range. FIG. 2 shows an example of a general configuration of the control parameter table, and FIG. 3 shows an example of a specific configuration. In this example, the entire range of the rotation speed of the rotating body (4) is divided into six rotation speed ranges from a first rotation speed range to a sixth rotation speed range. An upper limit and control parameters are stored. As the control parameters, a bias current value, a gain of tolerance coupling in tolerance coupling control, and the like are stored. In addition, the lower limit and the upper limit of the rotation speed are represented by Hz.

【0029】DSP(14)は、回転数センサ(8)のパルス
信号から回転体(4)の回転数を演算し、フラッシュメモ
リ(16)の制御パラメータテーブルから、その回転数が含
まれる回転数域に対する制御パラメータを選択し、この
選択した制御パラメータを用いて、上記の磁気軸受(6)
の制御を行う。図3に示されている各回転数域の下限と
上限の値から明らかなように、この例では、低回転数側
の回転数域の上限が隣接する高回転数側の回転数域の下
限より大きく設定されている。すなわち、第n回転数域
の回転数の下限および上限をFminnおよびFmaxnとし、
第(n+1)回転数域の回転数の下限および上限をFmi
nn+1およびFmaxn+1とすると、これらの間に次のような
関係がある。
The DSP (14) calculates the rotation speed of the rotating body (4) from the pulse signal of the rotation speed sensor (8), and obtains the rotation speed including the rotation speed from the control parameter table of the flash memory (16). Select the control parameters for the area and use the selected control parameters to
Control. As is apparent from the lower and upper limit values of the respective rotational speed ranges shown in FIG. 3, in this example, the upper limit of the lower rotational speed range is the lower limit of the adjacent higher rotational speed range. It is set larger. That is, the lower limit and the upper limit of the rotation speed in the n-th rotation speed range are Fmin n and Fmax n ,
The lower limit and the upper limit of the rotation speed in the (n + 1) th rotation speed range are Fmi
Assuming n n + 1 and Fmax n + 1 , there is the following relationship between them.

【0030】Fminn<Fminn+1<Fmaxn<Fmaxn+1 そして、DSP(14)は、回転体(4)の回転数がある回転
数域の上限以上か上限より大きくなったときに、その回
転数域に隣接する高回転数側の回転数域に対する制御パ
ラメータを選択し、回転体(4)の回転数がある回転数域
の下限以下か下限より小さくなったときに、その回転数
域に隣接する低回転数側の回転数域に対する制御パラメ
ータを選択するようになっている。
Fmin n <Fmin n + 1 <Fmax n <Fmax n + 1 The DSP (14) operates when the rotation speed of the rotating body (4) is higher than or higher than a certain rotation speed range. , Select a control parameter for the rotation speed range on the high rotation speed side adjacent to the rotation speed range, and when the rotation speed of the rotating body (4) falls below or below the lower limit of a certain rotation speed range, the rotation A control parameter for the rotation speed range on the low rotation speed side adjacent to the speed range is selected.

【0031】次に、図4のフローチャートを参照して、
DSP(14)における制御パラメータの選択動作の1例に
ついて説明する。
Next, referring to the flowchart of FIG.
An example of the control parameter selection operation in the DSP (14) will be described.

【0032】回転体(4)が磁気軸受(6)により非接触支持
された状態でモータ(7)が起動されると、まず、第1回
転数域に対する制御パラメータ(第1制御パラメータ)
P1を選択する(ステップ1)。モータ(7)が起動される
と、回転体(4)の回転数は0から徐々に上昇するが、モ
ータ(7)の起動直後は回転体(4)の回転数は第1回転数域
にあるから、上記のように第1回転数域に対する制御パ
ラメータP1を選択する。そして、回転体(4)の回転数N
を演算し、回転数Nが第1回転数域の上限Fmax1以上で
あるかどうかを調べ(ステップ2)、そうでなければ、
ステップ1に戻り、NがFmax1以上になるまで、ステッ
プ1および2を繰り返す。
When the motor (7) is started in a state where the rotating body (4) is supported in a non-contact manner by the magnetic bearing (6), first, a control parameter (first control parameter) for the first rotation speed range.
P1 is selected (step 1). When the motor (7) is started, the rotation speed of the rotating body (4) gradually increases from 0, but immediately after the motor (7) is started, the rotation speed of the rotating body (4) falls in the first rotation speed range. Therefore, the control parameter P1 for the first speed range is selected as described above. Then, the rotation speed N of the rotating body (4)
It is checked whether or not the rotation speed N is equal to or more than the upper limit Fmax1 of the first rotation speed range (step 2).
Returning to step 1, steps 1 and 2 are repeated until N is greater than or equal to Fmax1.

【0033】ステップ2においてNがFmax1以上になる
と、ステップ3に進み、第2回転数域に対する制御パラ
メータ(第2制御パラメータ)P2を選択する。そし
て、回転体(4)の回転数Nを演算し、回転数Nが第2回
転数域の上限Fmax2以上であるかどうかを調べ(ステッ
プ4)、そうでなければ、ステップ5に進んで、Nが第
2回転数域の下限Fmin2より小さいかどうかを調べ、そ
うでなければ、ステップ3に戻り、NがFmax2以上にな
るかFmin2より小さくなるまで、ステップ3〜5を繰り
返す。ステップ5においてNがFmin2より小さくなる
と、ステップ1に戻る。
If N is equal to or greater than Fmax1 in step 2, the process proceeds to step 3, where a control parameter (second control parameter) P2 for the second rotational speed range is selected. Then, the rotation speed N of the rotating body (4) is calculated, and it is checked whether or not the rotation speed N is equal to or more than the upper limit Fmax2 of the second rotation speed range (step 4). It is checked whether N is smaller than the lower limit Fmin2 of the second rotation speed range. If not, the process returns to Step 3 and repeats Steps 3 to 5 until N becomes equal to or larger than Fmax2 or smaller than Fmin2. When N becomes smaller than Fmin2 in step 5, the process returns to step 1.

【0034】ステップ4においてNがFmax2以上になる
と、ステップ6に進み、第3回転数域に対する制御パラ
メータ(第3制御パラメータ)P3を選択する。そし
て、回転体(4)の回転数Nを演算し、回転数Nが第3回
転数域の上限Fmax3以上であるかどうかを調べ(ステッ
プ7)、そうでなければ、ステップ8に進んで、Nが第
3回転数域の下限Fmin3より小さいかどうかを調べ、そ
うでなければ、ステップ6に戻り、NがFmax3以上にな
るかFmin3より小さくなるまで、ステップ6〜8を繰り
返す。ステップ8においてNがFmin3より小さくなる
と、ステップ3に戻る。
If N is equal to or larger than Fmax2 in step 4, the process proceeds to step 6, and a control parameter (third control parameter) P3 for the third rotational speed range is selected. Then, the rotation speed N of the rotating body (4) is calculated, and it is checked whether or not the rotation speed N is equal to or more than the upper limit Fmax3 of the third rotation speed range (step 7). It is checked whether N is smaller than the lower limit Fmin3 of the third rotational speed range. If not, the process returns to Step 6, and Steps 6 to 8 are repeated until N becomes equal to or larger than Fmax3 or smaller than Fmin3. If N is smaller than Fmin3 in step 8, the process returns to step 3.

【0035】ステップ7においてNがFmax3以上になる
と、ステップ9に進み、第4回転数域に対する制御パラ
メータ(第4制御パラメータ)P4を選択する。そし
て、回転体(4)の回転数Nを演算し、回転数Nが第4回
転数域の上限Fmax4以上であるかどうかを調べ(ステッ
プ10)、そうでなければ、ステップ11に進んで、N
が第4回転数域の下限Fmin4より小さいかどうかを調
べ、そうでなければ、ステップ9に戻り、NがFmax4以
上になるかFmin4より小さくなるまで、ステップ9〜1
1を繰り返す。ステップ11においてNがFmin4より小
さくなると、ステップ6に戻る。
If N is equal to or larger than Fmax3 in step 7, the process proceeds to step 9, and a control parameter (fourth control parameter) P4 for the fourth rotation speed range is selected. Then, the rotation speed N of the rotating body (4) is calculated, and it is checked whether or not the rotation speed N is equal to or more than the upper limit Fmax4 of the fourth rotation speed range (step 10). N
Is smaller than the lower limit Fmin4 of the fourth rotational speed range, and if not, the process returns to Step 9 and repeats Steps 9 to 1 until N becomes greater than or equal to Fmax4 or smaller than Fmin4.
Repeat 1. If N is smaller than Fmin4 in step 11, the process returns to step 6.

【0036】ステップ10においてNがFmax4以上にな
ると、ステップ12に進み、第5回転数域に対する制御
パラメータ(第5制御パラメータ)P5を選択する。そ
して、回転体(4)の回転数Nを演算し、回転数Nが第5
回転数域の上限Fmax5以上であるかどうかを調べ(ステ
ップ13)、そうでなければ、ステップ14に進んで、
Nが第5回転数域の下限Fmin5より小さいかどうかを調
べ、そうでなければ、ステップ12に戻り、NがFmax5
以上になるかFmin5より小さくなるまで、ステップ12
〜14を繰り返す。ステップ14においてNがFmin5よ
り小さくなると、ステップ9に戻る。
If N is equal to or greater than Fmax4 in step 10, the process proceeds to step 12, and a control parameter (fifth control parameter) P5 for the fifth speed range is selected. Then, the rotation speed N of the rotating body (4) is calculated, and the rotation speed N becomes the fifth.
It is checked whether or not the rotation speed is equal to or more than the upper limit Fmax5 (step 13).
It is checked whether or not N is smaller than the lower limit Fmin5 of the fifth rotation speed range. If not, the process returns to step 12 and N is set to Fmax5.
Step 12 until it becomes less than or smaller than Fmin5.
Repeat ~ 14. When N becomes smaller than Fmin5 in step 14, the process returns to step 9.

【0037】ステップ13においてNがFmax5以上にな
ると、ステップ15に進み、第6回転数域に対する制御
パラメータ(第6制御パラメータ)P6を選択する。そ
して、回転体(4)の回転数Nを演算し、回転数Nが第6
回転数域の下限Fmin6より小さいかどうかを調べ(ステ
ップ16)、そうでなければ、ステップ15に戻り、N
がFmin6より小さくなるまで、ステップ15および16
を繰り返す。ステップ16においてNがFmin6より小さ
くなると、ステップ12に戻る。
If N is equal to or greater than Fmax5 in step 13, the process proceeds to step 15, and a control parameter (sixth control parameter) P6 for the sixth rotational speed range is selected. Then, the rotation speed N of the rotating body (4) is calculated, and the rotation speed N becomes the sixth rotation speed.
It is checked whether it is smaller than the lower limit Fmin6 of the rotation speed range (step 16).
Steps 15 and 16 until is less than Fmin6
repeat. If N is smaller than Fmin6 in step 16, the process returns to step 12.

【0038】上記の制御パラメータの選択動作におい
て、第1制御パラメータP1が選択されている状態にお
いて、回転数が第1回転数域の上限以上になると、第2
制御パラメータP2が選択される。その際、回転数が第
2回転数域の下限より小さくならない限り、第1制御パ
ラメータP1が選択されることはなく、第1回転数域の
上限(=20)は第2回転数域の下限(=10)より大
きく設定されているので、回転数が第1回転数域の上限
を中心に上下にある程度変動しても、第1制御パラメー
タP1が選択されることはなく、第2制御パラメータP2
が選択されたままである。同様に、第2制御パラメータ
P2が選択されている状態において、回転数が第2回転
数域の下限より小さくなると、第1制御パラメータP1
が選択される。その際、回転数が第1回転数域の上限以
上にならない限り、第2制御パラメータP2が選択され
ることはなく、第1回転数域の上限は第2回転数域の下
限より大きく設定されているので、回転数が第2回転数
域の下限を中心に上下にある程度変動しても、第2制御
パラメータP2が選択されることはなく、第1制御パラ
メータP1が選択されたままである。したがって、第1
回転数域と第2回転数域の境界部において回転数の変動
によってハンチングを起こすおそれがない。他の回転数
域の境界部についても同様である。
In the above control parameter selection operation, if the rotation speed exceeds the upper limit of the first rotation speed range while the first control parameter P1 is selected, the second control
The control parameter P2 is selected. At this time, the first control parameter P1 is not selected unless the rotation speed becomes smaller than the lower limit of the second rotation speed range, and the upper limit (= 20) of the first rotation speed range is set to the lower limit of the second rotation speed range. (= 10), the first control parameter P1 is not selected and the second control parameter is not selected even if the rotation speed fluctuates to some extent up and down around the upper limit of the first rotation speed range. P2
Remains selected. Similarly, in a state where the second control parameter P2 is selected, if the rotation speed becomes smaller than the lower limit of the second rotation speed range, the first control parameter P1
Is selected. At this time, as long as the rotation speed does not exceed the upper limit of the first rotation speed range, the second control parameter P2 is not selected, and the upper limit of the first rotation speed range is set to be larger than the lower limit of the second rotation speed range. Therefore, even if the rotational speed fluctuates up and down to some extent around the lower limit of the second rotational speed range, the second control parameter P2 is not selected, and the first control parameter P1 remains selected. Therefore, the first
There is no possibility that hunting will occur due to fluctuations in the rotation speed at the boundary between the rotation speed range and the second rotation speed range. The same applies to the boundary of other rotation speed ranges.

【0039】パソコン(3)は、必要に応じ、フラッシュ
メモリ(16)の制御パラメータテーブルの内容を書き替え
るために使用される。しかしながら、コントローラ(2)
は、パソコンなどのコンピュータに接続されなくてもよ
い。その場合、望ましくは、コントローラ(2)に操作パ
ネルとLCD(液晶ディスプレイ)を設け、これらを使
用して制御パラメータテーブルの内容を書き替えられる
ようにする。
The personal computer (3) is used to rewrite the contents of the control parameter table of the flash memory (16) as required. However, the controller (2)
May not be connected to a computer such as a personal computer. In this case, it is desirable that the controller (2) is provided with an operation panel and an LCD (liquid crystal display) so that the contents of the control parameter table can be rewritten using these.

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

【図1】図1は、この発明の実施形態を示す磁気軸受装
置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2は、フラッシュメモリの制御パラメータテ
ーブルの一般的な構成の1例を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a general configuration of a control parameter table of a flash memory;

【図3】図3は、フラッシュメモリの制御パラメータテ
ーブルの具体的な構成の1例を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a specific configuration of a control parameter table of a flash memory;

【図4】図4は、ディジタル信号処理プロセッサにおけ
る制御パラメータの選択動作の1例を示すフローチャー
トである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a control parameter selecting operation in the digital signal processor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(3) パーソナルコンピュータ (4) 回転体 (5) 変位検出部 (6) 磁気軸受 (7) 電動モータ (8) 回転数センサ (9) 変位演算回路 (12) DSPボード (14) ディジタル信号処理プロセッサ (16) フラッシュメモリ (3) Personal computer (4) Rotating body (5) Displacement detector (6) Magnetic bearing (7) Electric motor (8) Rotation speed sensor (9) Displacement calculation circuit (12) DSP board (14) Digital signal processor (16) Flash memory

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回転体を非接触支持する制御型磁気軸受
と、前記回転体の変位を検出する変位検出手段と、前記
回転体を回転させる電動モータと、前記回転体の回転数
を検出する回転数検出手段と、前記変位検出手段の出力
に基づいて前記磁気軸受を制御するとともに前記回転数
検出手段の出力に基づいて前記電動モータを制御する制
御装置とを備えている制御型磁気軸受装置において、 前記制御装置が、ソフトウェアプログラムが可能なディ
ジタル処理手段と、不揮発性記憶装置とを備えており、
前記不揮発性記憶装置に、前記回転体の回転数の全範囲
を複数の回転数域に分割して各回転数域に対する前記磁
気軸受の制御パラメータを記憶した制御パラメータテー
ブルが設けられ、前記ディジタル処理手段が、前記回転
数検出手段の出力から前記回転体の回転数を求めてこの
回転数が含まれる回転数域に対する前記制御パラメータ
を前記制御パラメータテーブルから選択する制御パラメ
ータ選択手段と、選択した制御パラメータを用いて前記
磁気軸受を制御する磁気軸受制御手段とを備えているこ
とを特徴とする制御型磁気軸受装置。
A control type magnetic bearing for supporting a rotating body in a non-contact manner, a displacement detecting means for detecting a displacement of the rotating body, an electric motor for rotating the rotating body, and detecting a rotation speed of the rotating body. A control type magnetic bearing device comprising: a rotation speed detection unit; and a control device that controls the magnetic bearing based on an output of the displacement detection unit and controls the electric motor based on an output of the rotation speed detection unit. In the control device, comprises a digital processing means capable of software program, a non-volatile storage device,
The non-volatile storage device is provided with a control parameter table storing the control parameters of the magnetic bearing for each of the rotation speed ranges by dividing the entire range of the rotation speed of the rotating body into a plurality of rotation speed ranges. Means for obtaining the number of revolutions of the rotating body from the output of the number of revolutions detecting means, and selecting the control parameter for the number of revolutions including the number of revolutions from the control parameter table; And a magnetic bearing control means for controlling the magnetic bearing using parameters.
【請求項2】前記制御パラメータテーブルにおいて、低
回転数側の回転数域の上限が隣接する高回転数側の回転
数域の下限より大きく設定されており、前記制御パラメ
ータ選択手段が、前記回転体の回転数がある回転数域の
上限以上か上限より大きくなったときに、その回転数域
に隣接する高回転数側の回転数域に対する制御パラメー
タを選択し、前記回転体の回転数がある回転数域の下限
以下か下限より小さくなったときに、その回転数域に隣
接する低回転数側の回転数域に対する制御パラメータを
選択するものであることを特徴とする請求項1の制御型
磁気軸受装置。
2. The control parameter table according to claim 1, wherein an upper limit of a lower rotational speed range is set to be larger than a lower limit of an adjacent higher rotational speed range. When the number of revolutions of the body is greater than or equal to or greater than the upper limit of a certain number of revolutions, a control parameter for a high number of revolutions adjacent to the number of revolutions is selected, and the number of revolutions of the rotating body is selected. 2. The control according to claim 1, wherein when the rotation speed falls below the lower limit of the rotation speed range or becomes lower than the lower limit, a control parameter for the rotation speed range on the low rotation speed side adjacent to the rotation speed range is selected. Type magnetic bearing device.
【請求項3】前記不揮発性記憶装置がコンピュータに接
続され、前記コンピュータが、前記制御パラメータテー
ブルの内容を書き替える書き替え手段を備えていること
を特徴とする請求項1または2の制御型磁気軸受装置。
3. The control type magnetic device according to claim 1, wherein said nonvolatile storage device is connected to a computer, and said computer includes rewriting means for rewriting the contents of said control parameter table. Bearing device.
JP10016493A 1998-01-29 1998-01-29 Controlled magnetic bearing device Pending JPH11210750A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7057319B2 (en) 2002-10-09 2006-06-06 Ntn Corporation Magnetic bearing device stably carrying a rotary shaft, program for executing a computer to control the magnetic bearing stably carrying the rotary shaft and computer-readable record medium storing the program
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