(57)【要約】【課題】本発明は、ロータ軸の位置ずれ量を低減できる磁気軸受を備えたスクリュー圧縮機および磁気軸受制御方法を提供する。【解決手段】本発明のスクリュー圧縮機ＳＰは、吸い込んだ流体をロータ１ｍ、１ｆにより圧縮して吐出する装置であって、ロータ１ｍ、１ｆを磁気浮上させる磁気軸受部２ｍ、２ｆと、吸込圧力を測定する吸込圧力測定部３ｍ、３ｆと、吐出圧力を測定する吐出圧力測定部４ｍ、４ｆと、ロータ１ｍ、１ｆの回転角度を測定する回転角測定部６ｍ、６ｆと、これら測定した吸込圧力、吐出圧力および回転角度に基づいて、ロータ１ｍ、１ｆのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように磁気軸受部２ｍ、２ｆを制御する磁気軸受制御部８ｍ、８ｆとを備える。【選択図】図１
2020012405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸い込んだ流体をロータにより圧縮して吐出するスクリュー圧縮機であって、
前記ロータを磁気浮上させる磁気軸受部と、
吸込圧力を測定する吸込圧力測定部と、
吐出圧力を測定する吐出圧力測定部と、
前記ロータの回転角度を測定する回転角測定部と、
前記吸込圧力測定部で測定した吸込圧力、前記吐出圧力測定部で測定した吐出圧力、および、前記回転角測定部で測定した回転角度に基づいて、前記ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように前記磁気軸受部を制御する磁気軸受制御部とを備える、
スクリュー圧縮機。
【請求項２】
前記吸込圧力、前記吐出圧力および前記ロータの回転角度と、前記ロータのスクリューに生じる負荷力との対応関係を表す負荷力対応関係情報を記憶する記憶部をさらに備え、
前記磁気軸受制御部は、前記記憶部に記憶された負荷力対応関係情報から、前記吸込圧力測定部で測定した吸込圧力、前記吐出圧力測定部で測定した吐出圧力、および、前記回転角測定部で測定した回転角度に対応する、前記ロータのスクリューに生じる負荷力を求め、前記求めた前記ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように前記磁気軸受部を制御する、
請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項３】
前記磁気軸受制御部は、フィードフォワード制御で前記磁気軸受部を制御する、
請求項１または請求項２に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項４】
吸い込んだ流体を、磁気軸受部で磁気浮上されたロータにより圧縮して吐出するスクリュー圧縮機の磁気軸受制御方法であって、
吸込圧力を測定する吸込圧力測定工程と、
吐出圧力を測定する吐出圧力測定工程と、
前記ロータの回転角度を測定する回転角測定工程と、
前記吸込圧力測定工程で測定した吸込圧力、前記吐出圧力測定工程で測定した吐出圧力、および、前記回転角測定工程で測定した回転角度に基づいて、前記ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように前記磁気軸受部を制御する磁気軸受制御工程とを備える、
磁気軸受制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気軸受を備えたスクリュー圧縮機および前記磁気軸受を制御する磁気軸受制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリュー圧縮機は、容積式でありながら回転式の特性も合わせ持ち、高効率、コンパクト、長期連続運転性等の特徴により、例えば空気用、冷凍・空調用およびプロセスガス用等として産業界で広く使用されている。一方、磁気軸受は、磁気吸引力によって非接触で回転体にかかる荷重を支持する装置であり、従来の機械軸受と較べ、回転体の機械損失の低減化、静音化およびメンテナンスフリー化が期待される。このような磁気軸受をロータの軸受装置として用いたスクリュー圧縮機は、例えば、特許文献１に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９９７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スクリュー圧縮機には、ロータのスクリューで圧縮が行われるのでロータのスクリューには当然ながら高圧部分と低圧部分とが存在し、この高圧部分と低圧部分との圧力差により、ロータのスクリューに負荷力が作用する。この負荷力は、スクリュー圧縮機の稼働中、連続的に作用するわけではなく、ロータにおけるスクリューの枚数に依存して断続的に作用する。例えば、雌雄ロータが４−６歯型である場合では、１回転中に４回、ロータのスクリューに前記負荷力が作用する。ロータのスクリューに作用する前記負荷力のために、ロータのロータ軸の位置が磁気軸受の目標位置から外れる虞があり、この結果、一方のロータが他方のロータに接触してしまう虞や、ロータがケーシング（ハウジング）に接触してしまう虞がある。
【０００５】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、ロータ軸の位置ずれ量を低減できる磁気軸受を備えたスクリュー圧縮機および磁気軸受制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるスクリュー圧縮機は、吸い込んだ流体をロータにより圧縮して吐出する装置であって、前記ロータを磁気浮上させる磁気軸受部と、吸込圧力を測定する吸込圧力測定部と、吐出圧力を測定する吐出圧力測定部と、前記ロータの回転角度を測定する回転角測定部と、前記吸込圧力測定部で測定した吸込圧力、前記吐出圧力測定部で測定した吐出圧力、および、前記回転角測定部で測定した回転角度に基づいて、前記ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように前記磁気軸受部を制御する磁気軸受制御部とを備える。好ましくは、上述のスクリュー圧縮機において、前記ロータは、正常状態において所定のギャップ（間隙）を空けて互いに咬合するように係合しつつ軸回りに回転することで前記流体を圧縮する一対の雌雄ロータを備える。
【０００７】
このようなスクリュー圧縮機は、これら測定した吸込圧力、吐出圧力および回転角度に基づいて、ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように磁気軸受部を制御するので、ロータ軸の位置ずれ量を低減できる。
【０００８】
他の一態様では、上述のスクリュー圧縮機において、前記吸込圧力、前記吐出圧力および前記ロータの回転角度と、前記ロータのスクリューに生じる負荷力との対応関係を表す負荷力対応関係情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記磁気軸受制御部は、前記記憶部に記憶された負荷力対応関係情報から、前記吸込圧力測定部で測定した吸込圧力、前記吐出圧力測定部で測定した吐出圧力、および、前記回転角測定部で測定した回転角度に対応する、前記ロータのスクリューに生じる負荷力を求め、前記求めた前記ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように前記磁気軸受部を制御する。好ましくは、上述のスクリュー圧縮機において、前記負荷力対応関係情報は、前記吸込圧力、前記吐出圧力および前記ロータの回転角度と、前記ロータのスクリューに生じる負荷力とを互いに対応付けたルックアップテーブルである。好ましくは、上述のスクリュー圧縮機において、前記負荷力対応関係情報は、前記吸込圧力、前記吐出圧力および前記ロータの回転角度と、前記ロータのスクリューに生じる負荷力とを互いに対応付けた関数式である。好ましくは、前記関数式は、互いに異なる複数の、前記吸込圧力と前記吐出圧力との圧力差の範囲それぞれに設けられた複数の式を備える。好ましくは、上述のスクリュー圧縮機において、前記負荷力対応関係情報は、前記吸込圧力と前記吐出圧力との圧力差および前記ロータの回転角度と、前記ロータのスクリューに生じる負荷力とを互いに対応付けたルックアップテーブル、または、関数式である。好ましくは、上述のスクリュー圧縮機において、前記負荷力は、水平成分の負荷力と垂直成分の負荷力とから成る。
【０００９】
このようなスクリュー圧縮機は、負荷力対応関係情報を記憶するので、この負荷力対応関係情報から、それら測定した吸込圧力、吐出圧力および回転角度に対応する、前記ロータのスクリューに生じる負荷力をより迅速に求めることができ、ロータに断続的に作用する負荷力に追従して前記負荷力を相殺する力を生じさせるように磁気軸受部をより容易に制御できる。
【００１０】
他の一態様では、上述のスクリュー圧縮機において、前記磁気軸受制御部は、フィードフォワード制御で前記磁気軸受部を制御する。
【００１１】
このようなスクリュー圧縮機は、フィードフォワード制御で、ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように磁気軸受部を制御するので、他方のロータに対する一方のロータの接触や、ケーシング（ハウジング）に対するロータの接触等を効果的に低減できる。
【００１２】
本発明の他の一態様にかかる磁気軸受制御方法は、吸い込んだ流体を、磁気軸受部で磁気浮上されたロータにより圧縮して吐出するスクリュー圧縮機の磁気軸受制御方法であって、吸込圧力を測定する吸込圧力測定工程と、吐出圧力を測定する吐出圧力測定工程と、前記ロータの回転角度を測定する回転角測定工程と、前記吸込圧力測定工程で測定した吸込圧力、前記吐出圧力測定工程で測定した吐出圧力、および、前記回転角測定工程で測定した回転角度に基づいて、前記ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように前記磁気軸受部を制御する磁気軸受制御工程とを備える。
【００１３】
このような磁気軸受制御方法は、これら測定した吸込圧力、吐出圧力および回転角度に基づいて、ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように磁気軸受部を制御するので、ロータ軸の位置ずれ量を低減できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかるスクリュー圧縮機および磁気軸受制御方法は、ロータ軸の位置ずれ量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態におけるスクリュー圧縮機の構成を示す模式図である。
【図２】前記スクリュー圧縮機における雌雄ロータの断面模式図である。
【図３】前記スクリュー圧縮機における雄ロータに対する垂直方向の位置（ギャップ）を制御する雄側垂直磁気軸受制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】前記スクリュー圧縮機における雄ロータに対する水平方向の位置（ギャップ）を制御する雄側水平磁気軸受制御部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００１７】
実施形態におけるスクリュー圧縮機は、吸い込んだ流体をロータにより圧縮して吐出する装置であって、前記ロータを磁気浮上させる磁気軸受部と、吸込圧力を測定する吸込圧力測定部と、吐出圧力を測定する吐出圧力測定部と、前記ロータの回転角度を測定する回転角測定部と、前記吸込圧力測定部で測定した吸込圧力、前記吐出圧力測定部で測定した吐出圧力、および、前記回転角測定部で測定した回転角度に基づいて、前記ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように前記磁気軸受部を制御する磁気軸受制御部とを備える。以下、より具体的に説明する。
【００１８】
図１は、実施形態におけるスクリュー圧縮機の構成を示す模式図である。図２は、前記スクリュー圧縮機における雌雄ロータの断面模式図である。
【００１９】
実施形態におけるスクリュー圧縮機ＳＰは、例えば、図１および図２に示すように、ロータ１ｍ、１ｆと、磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２と、吸込圧力測定部３ｍ、３ｆと、吐出圧力測定部４ｍ、４ｆと、位置測定部５ｍ、５ｆと、回転角測定部６ｍ、６ｆと、電流測定部７ｍ−１、７ｍ−２、７ｆ−１、７ｆ−２（図１および図２に不図示）と、磁気軸受制御部８ｍ、８ｆと、記憶部９ｍ、９ｆとを備える。
【００２０】
ロータ１ｍ、１ｆは、吸い込んだ流体を圧縮して吐出する装置である。より具体的には、ロータ１ｍ、１ｆは、図２に示すように、例えば接触等の不具合を生じていない正常状態において所定のギャップ（間隙）を空けて互いに咬合するように係合しつつ軸回りに回転することで流体を圧縮する一対の雌ロータ１ｍおよび雌ロータ１ｆを備える。雄ロータ１ｍは、円柱状の雄ロータ軸１ｍａと、雄ロータ軸１ｍａの周面に形成された雄ロータスクリュー１ｍｂとを備える。雄ロータスクリュー１ｍｂは、周方向に所定の間隔開けて並設され、軸方向に螺旋状に形成された複数の凸部を備える。雌ロータ１ｆは、円柱状の雌ロータ軸１ｆａと、雌ロータ軸１ｆａの周面に形成された雌ロータスクリュー１ｆｂとを備える。雌ロータスクリュー１ｆｂは、周方向に所定の間隔開けて並設され、軸方向に螺旋状に形成された複数の凹部を備える。これら雄ロータスクリュー１ｍｂにおける前記複数の凸部と雌ロータスクリュー１ｆｂにおける前記複数の凹部とは、互いに異なる個数であり、図２には、一例として４−６歯型が例示されている。なお、ロータ１ｍ、１ｆは、４−６歯形に限定されるものではなく、任意の歯形であって良い。これら１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆは、ケーシングＣＳに収容される。このケーシングＣＳは、例えば、断面長円形であって、各雌雄ロータ軸１ｍａ、１ｆａが平行となるように並設された１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆを当該ケーシングＣＳの内周面から所定の間隔だけ開けて収容できる空間を有する中空の円柱体である。ケーシングＣＳは、１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆにおける軸方向の一方側に、圧縮するべき流体を吸い込む図略の吸込口が設けられ、その他方側に、１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆによって圧縮された流体を吐出する図略の吐出口が設けられている。
【００２１】
このようなロータ１ｍ、１ｆでは、雄ロータ１ｍが反時計回りに回転し、かつ、雌ロータ１ｆが時計回りに回転することによって、雄ロータスクリュー１ｍｂにおける前記複数の凸部および雌ロータスクリュー１ｆｂにおける前記複数の凹部の中で、対応する凸部と凹部とが順番に咬合する。すなわち、雄ロータ１ｍが反時計回りに回転し、かつ、雌ロータ１ｆが時計回りに回転することによって、或る凸部と或る凹部とが互いに咬合し、さらにそれぞれ回転することによって、それらの咬合いが解消され、次の凸部と次の凹部とが咬合し、さらにそれぞれ回転することによって、それらの咬合いが解消され、その次の凸部と次の凹部とが咬合する。以下、これが繰り返される。そして、凸部と凹部との咬合によって形成される空間が軸方向ではその容積が徐々に縮小し、これによって流体が圧縮される。凸部と凹部とが咬合するとは、凸部が凹部に入っているが、正常状態では、凸部と凹部とが接触せずに、前記所定のギャップを有していることである。
【００２２】
磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２は、ロータ１ｍ、１ｆを磁気浮上させる装置である。本実施形態では、ロータ１ｍ、１ｆが１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆを備え、吸込側および吐出側それぞれで１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆを磁気浮上させて支持することから、磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２は、４個の第１雄側磁気軸受部２ｍ−１、第２雄側磁気軸受部２ｍ−２、第１雌側磁気軸受部２ｆ−１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−２を備えている。第１雄側磁気軸受部２ｍ−１は、雄ロータ１ｍの雄ロータ軸１ｍａにおける吸込側の所定の第１箇所（第１位置）に設けられ、第２雄側磁気軸受部２ｍ−２は、雄ロータ１ｍの雄ロータ軸１ｍａにおける吐出側の所定の第２箇所（第２位置）に設けられる。第１雌側磁気軸受部２ｆ−１は、雌ロータ１ｆの雌ロータ軸１ｆａにおける吸込側の所定の第３箇所（第３位置）に設けられ、第２雌側磁気軸受部２ｆ−２は、雌ロータ１ｆの雌ロータ軸１ｆａにおける吐出側の所定の第４箇所（第４位置）に設けられる。これら第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２は、それぞれ、水平方向で雄ロータ軸１ｍａを磁気吸引力で磁気浮上させるための、水平方向に沿って雄ロータ軸１ｍａを介して互いに対向配置される１対の水平励磁コイルと、垂直方向で雄ロータ軸１ｍａを磁気吸引力で磁気浮上させるための、垂直方向に沿って雄ロータ軸１ｍａを介して互いに対向配置される１対の垂直励磁コイルとを備える。同様に、これら第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２は、それぞれ、水平方向で雌ロータ軸１ｆａを磁気吸引力で磁気浮上させるための、水平方向に沿って雌ロータ軸１ｆａを介して互いに対向配置される１対の水平励磁コイルと、垂直方向で雌ロータ軸１ｆａを磁気吸引力で磁気浮上させるための、垂直方向に沿って雌ロータ軸１ｆａを介して互いに対向配置される１対の垂直励磁コイルとを備える。
【００２３】
磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２は、それぞれ、例えば、一般的なラジアル磁気軸受装置を備えて構成される。
【００２４】
吸込圧力測定部３ｍ、３ｆは、吸込圧力を測定する装置である。本実施形態では、１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆそれぞれの各吸込圧力を測定するために、吸込圧力測定部３ｍ、３ｆは、２個の雄側吸込圧力測定部３ｍおよび雌側吸込圧力測定部３ｆを備える。雄側吸込圧力測定部３ｍは、雄ロータ１ｍにおける吸込側の所定の第５箇所（第５位置）に配置され、その吸込圧力を測定する。雌側吸込圧力測定部３ｆは、雌ロータ１ｆにおける吸込側の所定の第６箇所（第６位置）に配置され、その吸込圧力を測定する。なお、雄側吸込圧力測定部３ｍおよび雌側吸込圧力測定部３ｆは、前記図略の吸込口付近に配置された１個の吸込圧力測定部３で兼用されても良い。
【００２５】
吐出圧力測定部４ｍ、４ｆは、吐出圧力を測定する装置である。本実施形態では、１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆそれぞれの各吐出圧力を測定するために、吐出圧力測定部４ｍ、４ｆは、２個の雄側吐出圧力測定部４ｍおよび雌側吐出圧力測定部４ｆを備える。雄側吐出圧力測定部４ｍは、雄ロータ１ｍにおける吐出側の所定の第７箇所（第７位置）に配置され、その吐出圧力を測定する。雌側吐出圧力測定部４ｆは、雌ロータ１ｆにおける吐出側の所定の第８箇所（第８位置）に配置され、その吐出圧力を測定する。なお、雄側吐出圧力測定部４ｍおよび雌側吐出圧力測定部４ｆは、前記図略の吐出口付近に配置された１個の吐出圧力測定部４で兼用されても良い。
【００２６】
これら吸込圧力測定部３ｍ、３ｆおよび吐出圧力測定部４ｍ、４ｆは、それぞれ、例えば、一般的な圧力センサを備えて構成される。
【００２７】
位置測定部５ｍ、５ｆは、ロータ１ｍ、１ｆの位置（ロータ軸１ｍａ、１ｆａの中心軸の位置）、すなわち、磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２とロータ１ｍ、１ｆにおけるロータ軸１ｍａ、１ｆａの周面との間の距離（間隔、ギャップ）を測定する装置である。本実施形態では、１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆそれぞれの各位置を測定するために、位置測定部５ｍ、５ｆは、２個の雄側位置測定部５ｍおよび雌側位置測定部５ｆを備える。雄側位置測定部５ｍは、雄ロータ１ｍの雄ロータ軸１ｍａにおける吸込側の所定の第９箇所（第９位置）に配置される。雌側位置測定部５ｆは、雌ロータ１ｆの雌ロータ軸１ｆａにおける吸込側の所定の第１０箇所（第１０位置）に配置される。なお、本実施形態では、雄側位置測定部５ｍおよび雌側位置測定部５ｆは、それぞれ、吸込側に配置されたが、１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆそれぞれの各位置を測定可能であれば、任意の箇所（位置）に配置されて良い。そして、上述のように、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２それぞれが水平方向および垂直方向それぞれで雄ロータ軸１ｍａを磁気浮上で支持するために、雄側位置測定部５ｍは、前記１対の水平励磁コイルに対し、水平方向における雄ロータ１ｍの位置を測定する水平雄側位置測定部５ｍｘと、前記１対の垂直励磁コイルに対し、垂直方向における雄ロータ１ｍの位置を測定する垂直雄側位置測定部５ｍｙとを備える。同様に、雌側位置測定部５ｆは、前記１対の水平励磁コイルに対し、水平方向における雌ロータ１ｆの位置を測定する水平雌側位置測定部５ｆｘと、前記１対の垂直励磁コイルに対し、垂直方向における雌ロータ１ｆの位置を測定する垂直雌側位置測定部５ｆｙとを備える。
【００２８】
位置測定部５ｍ、５ｆは、それぞれ、磁気軸受装置において一般的に用いられるギャップセンサを備えて構成される。例えば、渦電流式ギャップセンサ、誘導式ギャップセンサ、静電容量式ギャップセンサおよび光式ギャップセンサ等の非接触かつ高応答のギャップセンサが用いられる。
【００２９】
回転角測定部６ｍ、６ｆは、ロータ１ｍ、１ｆの回転角度（ロータ軸１ｍａ、１ｆａの回転角度）を測定する装置である。本実施形態では、１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆそれぞれの各回転角度を測定するために、回転角測定部６ｍ、６ｆは、２個の雄側回転角測定部６ｍおよび雌側回転角測定部６ｆを備える。雄側回転角測定部６ｍは、雄ロータ１ｍの雄ロータ軸１ｍａにおける吐出側の所定の第１１箇所（第１１位置）に配置される。雌側回転角測定部６ｆは、雌ロータ１ｆの雌ロータ軸１ｆａにおける吐出側の所定の第１２箇所（第１２位置）に配置される。なお、本実施形態では、雄側回転角測定部６ｍおよび雌側回転角測定部６ｆは、それぞれ、吐出側に配置されたが、１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆそれぞれの各回転角度を測定可能であれば、任意の箇所（位置）に配置されて良い。
【００３０】
回転角測定部６ｍ、６ｆは、それぞれ、例えばロータリエンコーダ等の一般的な回転角度センサを備えて構成される。
【００３１】
電流測定部７ｍ−１、７ｍ−２、７ｆ−１、７ｆ−２は、磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２に流れる電流を測定する装置である。本実施形態では、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２ならびに第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２それぞれに流れる各電流を測定するために、電流測定部７ｍ−１、７ｍ−２、７ｆ−１、７ｆ−２は、４個の第１雄側電流測定部７ｍ−１、第２雄側電流測定部７ｍ−２、第１雌側電流測定部７ｆ−１および第２雌側電流測定部７ｆ−２を備える。第１雄側電流測定部７ｍ−１は、第１雄側磁気軸受部２ｍ−１に流れる電流を測定し、第２雄側電流測定部７ｍ−２は、第２雄側磁気軸受部２ｍ−２に流れる電流を測定する。第１雌側電流測定部７ｆ−１は、第１雌側磁気軸受部２ｆ−１に流れる電流を測定し、第２雌側電流測定部７ｆ−２は、第２雌側磁気軸受部２ｆ−２に流れる電流を測定する。そして、上述のように、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２それぞれが１対の水平励磁コイルおよび１対の垂直励磁コイルそれぞれを備えるので、第１および第２雄側電流測定部７ｍ−１、７ｍ−２は、それぞれ、１対の水平励磁コイルに流れる電流を測定する水平雄側電流測定部７ｍｘ−１、７ｍｘ−２と、１対の垂直励磁コイルに流れる電流を測定する垂直雄側電流測定部７ｍｙ−１、７ｍｙ−２とを備える。同様に、第１および第２雌側電流測定部７ｆ−１、７ｆ−２は、それぞれ、１対の水平励磁コイルに流れる電流を測定する水平雌側電流測定部７ｆｘ−１、７ｆｘ−２と、１対の垂直励磁コイルに流れる電流を測定する垂直雌側電流測定部７ｆｙ−１、７ｆｙ−２とを備える。
【００３２】
電流測定部７ｍ−１、７ｍ−２、７ｆ−１、７ｆ−２は、それぞれ、例えば、一般的な電流計（電流センサ）を備えて構成される。
【００３３】
記憶部９ｍ、９ｆは、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、スクリュー圧縮機ＳＰの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２を制御する磁気軸受制御プログラム等の制御処理プログラムが含まれる。前記各種の所定のデータには、ロータ１ｍ、１ｆの目標位置ＴＰｍ、ＴＰｆや、吸込圧力測定部３ｍ、３ｆで測定した吸込圧力、吐出圧力測定部４ｍ、４ｆで測定した吐出圧力、および、回転角測定部６ｍ、６ｆで測定した回転角度に基づいて、ロータ１ｍ、１ｆのスクリューに生じる負荷力を求めるための負荷力演算情報等の各プログラムを実行する上で必要なデータ等が含まれる。本実施形態では、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２ならびに第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２それぞれを制御するために、磁気軸受制御部８ｍ、８ｆは、後述のように、２個の雄側磁気軸受制御部（Ｍ磁気軸受制御部）８ｍおよび雌側磁気軸受制御部（Ｆ磁気軸受制御部）８ｆを備え、これに応じて、記憶部９ｍ、９ｆは、Ｍ磁気軸受制御部８ｍに接続され、Ｍ磁気軸受制御部８ｍのために、前記各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する雄側記憶部（Ｍ記憶部）９ｍと、Ｆ磁気軸受制御部８ｆに接続され、Ｆ磁気軸受制御部８ｆのために、前記各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する雌側記憶部（Ｆ記憶部）９ｆとを備える。Ｍ記憶部９ｍおよびＦ記憶部９ｆは、それぞれ、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）や、書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）や、ワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を備える。Ｍ記憶部９ｍおよびＦ記憶部９ｆは、それぞれ、物理的に別体の記憶素子を備えて構成されて良く、あるいは、１個の記憶素子で兼用され、記憶領域をそれぞれに割り当てることで機能的に構成されて良い。
【００３４】
前記負荷力演算情報は、本実施形態では、例えば、前記吸込圧力、前記吐出圧力および前記ロータ１ｍ、１ｆの回転角度と、前記ロータ１ｍ、１ｆのスクリュー１ｍｂ、１ｆｂに生じる負荷力との対応関係を表す負荷力対応関係情報である。Ｍ記憶部９ｍには、雄ロータ１ｍを磁気浮上で支持する第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２のための雄側負荷力対応関係情報（Ｍ負荷力対応関係情報）が記憶され、Ｆ記憶部９ｆには、雌ロータ１ｆを磁気浮上で支持する第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２のための雌側負荷力対応関係情報（Ｆ負荷力対応関係情報）が記憶される。第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２ならびに第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２は、それぞれ、上述したように、水平方向および垂直方向で、雌雄ロータ１ｍ、１ｆを磁気浮上で支持するので、前記Ｍ負荷力対応関係情報は、水平成分の負荷力Ｆｍｘ（Ｐｍ、θｍ）を求めるための水平Ｍ負荷力対応関係情報と、垂直成分の負荷力Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）を求めるための垂直Ｍ負荷力対応関係情報とを備え、前記Ｆ負荷力対応関係情報は、水平成分の負荷力Ｆｆｘ（Ｐｆ、θｆ）を求めるための水平Ｆ負荷力対応関係情報と、垂直成分の負荷力Ｆｆｙ（Ｐｆ、θｆ）を求めるための垂直Ｆ負荷力対応関係情報とを備える。これら水平Ｍ負荷力対応関係情報、垂直Ｍ負荷力対応関係情報、水平Ｆ負荷力対応関係情報および垂直Ｆ負荷力対応関係情報は、それぞれ、例えば、「藤原満、ｅｔ  ａｌ．，“スクリュー圧縮機のロータに作用するガス荷重の計算”、日本機械学会論文集（Ｃ編）５８巻５４６号（１９９２−２）、Ｐ５６５−Ｐ５７１」等に開示された公知の算出方法により、予め求められ、例えば、ルックアップテーブルや関数式で記憶部９ｍ、９ｆに記憶される。なお、Ｐｍは、雄ロータ１ｍにおける吸込圧力Ｐｍｉｎと吐出圧力Ｐｍｏｕｔとの圧力差であり、Ｐｆは、雌ロータ１ｆにおける吸込圧力Ｐｆｉｎと吐出圧力Ｐｆｏｕｔとの圧力差であり、θｍは、雄ロータ１ｍの回転角度（回転位置）であり、θｆは、雌ロータ１ｆの回転角度（回転位置）である。また、関数式で負荷力対応関係情報が表される場合、好ましくは、前記関数式は、互いに異なる複数の、前記吸込圧力と前記吐出圧力との圧力差の範囲それぞれに設けられた複数の式を備える。このように前記関数式が前記圧力差の範囲ごとに異なる複数の式で構成されることにより、より正確に負荷力Ｆｍ、Ｆｆが求められる。
【００３５】
磁気軸受制御部８ｍ、８ｆは、磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２を制御する装置である。磁気軸受制御部８ｍ、８ｆは、位置測定部５ｍ、５ｆで測定されたロータ１ｍ、１ｆの位置および電流測定部７ｍ、７ｆで測定された磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２の電流に基づいて、ロータ１ｍ、１ｆの位置が目標位置となるように磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２の電流を制御する従前の制御機能に加えて、本実施形態では、吸込圧力測定部３ｍ、３ｆで測定した吸込圧力、吐出圧力測定部４ｍ、４ｆで測定した吐出圧力、および、回転角測定部６ｍ、６ｆで測定した回転角度に基づいて、前記ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように前記磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２を制御する制御機能を持つ。より具体的には、磁気軸受制御部８ｍ、８ｆは、記憶部９ｍ、９ｆに記憶された負荷力対応関係情報から、吸込圧力測定部３ｍ、３ｆで測定した吸込圧力、吐出圧力測定部４ｍ、４ｆで測定した吐出圧力および回転角測定部６ｍ、６ｆで測定した回転角度に対応する、ロータのスクリューに生じる負荷力を求め、この求めた前記ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるようにフィードフォワード制御で磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２を制御する。前記負荷力は、吸込圧力および吐出圧力に基づいて求めることができるが、上述のように、回転角度を考慮することによって、磁気軸受制御部８ｍ、８ｆにおける応答遅れが参酌でき、前記負荷力がスクリュー圧縮機ＳＰに実際に生じるタイミングで前記負荷力を相殺する力を生じさせるように、磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２，２ｆ−１、２ｆ−２を適切に制御できる。
【００３６】
本実施形態では、１対の雌雄ロータ１ｍ、１ｆそれぞれにおける第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２ならびに第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２それぞれを制御するために、磁気軸受制御部８ｍ、８ｆは、雄ロータ１ｍを磁気浮上させて支持する第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２を制御する雄側磁気軸受制御部（Ｍ磁気軸受制御部）８ｍと、雌ロータ１ｆを磁気浮上させて支持する第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２を制御する雌側磁気軸受制御部（Ｆ磁気軸受制御部）８ｆとを備える。
【００３７】
より詳しくは、Ｍ磁気軸受制御部８ｍは、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２と、雄側吸込圧力測定部３ｍと、雄側吐出圧力測定部４ｍと、雄側位置測定部５ｍと、雄側回転角測定部６ｍと、第１および第２雄側電流測定部７ｍ−１、７ｍ−２と、Ｍ記憶部９ｍとに接続される。雄側吸込圧力測定部３ｍは、その測定した吸込圧力をＭ磁気軸受制御部８ｍへ出力する。雄側吐出圧力測定部４ｍは、その測定した吐出圧力をＭ磁気軸受制御部８ｍへ出力する。雄側位置測定部５ｍは、その測定した雄ロータ１ｍの位置（前記ギャップ）をＭ磁気軸受制御部８ｍへ出力する。雄側回転角測定部６ｍは、その測定した雄ロータ１ｍの回転角度をＭ磁気軸受制御部８ｍへ出力する。第１および第２雄側電流測定部７ｍ−１、７ｍ−２は、その測定した電流をＭ磁気軸受制御部８ｍへ出力する。そして、Ｍ磁気軸受制御部８ｍは、水平方向において、Ｍ記憶部９ｍに記憶された水平Ｍ負荷力対応関係情報から、雄側吸込圧力測定部３ｍで測定した吸込圧力、雄側吐出圧力測定部４ｍで測定した吐出圧力、および、雄側回転角測定部６ｍで測定した回転角度に対応する、雄ロータのスクリューに生じる水平成分の負荷力を求め、この求めた雄ロータのスクリューに生じる水平成分の負荷力を相殺する力を生じさせるようにフィードフォワード制御で第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２を制御するとともに、垂直方向において、Ｍ記憶部９ｍに記憶された垂直Ｍ負荷力対応関係情報から、雄側吸込圧力測定部３ｍで測定した吸込圧力、雄側吐出圧力測定部４ｍで測定した吐出圧力、および、雄側回転角測定部６ｍで測定した回転角度に対応する、雄ロータのスクリューに生じる垂直成分の負荷力を求め、この求めた雄ロータのスクリューに生じる水平成分の負荷力を相殺する力を生じさせるようにフィードフォワード制御で第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２を制御する。
【００３８】
同様に、Ｆ磁気軸受制御部８ｆは、第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２と、雌側吸込圧力測定部３ｆと、雌側吐出圧力測定部４ｆと、雌側位置測定部５ｆと、雌側回転角測定部６ｆと、第１および第２雌側電流測定部７ｆ−１、７ｆ−２と、Ｆ記憶部９ｆとに接続される。雌側吸込圧力測定部３ｆは、その測定した吸込圧力をＦ磁気軸受制御部８ｆへ出力する。雌側吐出圧力測定部４ｆは、その測定した吐出圧力をＦ磁気軸受制御部８ｆへ出力する。雌側位置測定部５ｆは、その測定した雌ロータ１ｆの位置（前記ギャップ）をＦ磁気軸受制御部８ｆへ出力する。雌側回転測定部６ｆは、その測定した雌ロータ１ｆの回転角度θｆをＦ磁気軸受制御部８ｆへ出力する。第１および第２雌側電流測定部７ｆ−１、７ｆ−２は、その測定した電流をＦ磁気軸受制御部８ｆへ出力する。そして、Ｆ磁気軸受制御部８ｆは、水平方向において、Ｆ記憶部９ｆに記憶された水平Ｆ負荷力対応関係情報から、雌側吸込圧力測定部３ｆで測定した吸込圧力、雌側吐出圧力測定部４ｆで測定した吐出圧力、および、雌側回転測定部６ｆで測定した回転角度に対応する、雌ロータのスクリューに生じる水平成分の負荷力を求め、この求めた雌ロータのスクリューに生じる水平成分の負荷力を相殺する力を生じさせるようにフィードフォワード制御で第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２を制御するとともに、垂直方向において、Ｆ記憶部９ｆに記憶された垂直Ｆ負荷力対応関係情報から、雌側吸込圧力測定部３ｆで測定した吸込圧力、雌側吐出圧力測定部４ｆで測定した吐出圧力、および、雌側回転角測定部６ｆで測定した回転角度に対応する、雌ロータ１ｆのスクリュー１ｆｂに生じる垂直成分の負荷力を求め、この求めた雄ロータのスクリューに生じる水平成分の負荷力を相殺する力を生じさせるようにフィードフォワード制御で第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２を制御する。
【００３９】
Ｍ磁気軸受制御部８ｍおよびＦ磁気軸受制御部８ｆは、それぞれ、例えばＣＰＵおよびその周辺回路等を備えて構成される。Ｍ磁気軸受制御部８ｍおよびＦ磁気軸受制御部８ｆは、それぞれ、物理的に別体のＣＰＵを備えて構成されて良く、あるいは、１個のＣＰＵで兼用され、ＣＰＵにそれぞれ機能的に構成されて良い。
【００４０】
以下、磁気軸受制御部８ｍ、８ｆの構成を、より具体的に説明するが、Ｍ磁気軸受制御部８ｍが第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２を制御する一方、Ｆ磁気軸受制御部８ｍが第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２を制御するように、Ｍ磁気軸受制御部８ｍとＦ磁気軸受制御部８ｆとは、制御対象が異なるだけで同様に構成されるので、Ｍ磁気軸受制御部８ｍの構成について、以下に説明し、Ｆ磁気軸受制御部８ｆの構成の説明は、省略する。
【００４１】
図３は、前記スクリュー圧縮機における雄ロータに対する垂直方向の位置（ギャップ）を制御する雄側垂直磁気軸受制御部の構成を示すブロック図である。図４は、前記スクリュー圧縮機における雄ロータに対する水平方向の位置（ギャップ）を制御する雄側水平磁気軸受制御部の構成を示すブロック図である。
【００４２】
そして、Ｍ磁気軸受制御部８ｍは、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２における各１対の垂直励磁コイルに流れる励磁電流を制御することで、雄ロータ１ｆにおける垂直方向の位置（垂直方向のギャップ）を制御する垂直雄側磁気軸受制御部（垂直Ｍ磁気軸受制御部）８ｍｙと、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２における各１対の水平励磁コイルに流れる励磁電流を制御することで、雄ロータ１ｆにおける水平方向の位置（水平方向のギャップ）を制御する水平雄側磁気軸受制御部（水平Ｍ磁気軸受制御部）８ｍｘとを備える。
【００４３】
垂直Ｍ磁気軸受制御部８ｍｙは、例えば、図３に示すように、第１減算部１１ｙと、比例微分制御部（ＰＤ制御部）１２ｙと、第１加算部１３ｙと、第１力電流変換部１４ｙと、第２減算部１５ｙと、比例積分制御部（ＰＩ制御部）１６ｙと、第２加算部１７ｙと、自重補償値供与部１８ｙと、垂直負荷力演算部２１ｙと、垂直タイミング演算部２２ｙと、第２力電流変換部２３ｙと、反転部２４ｙとを備え、これらは、例えば制御処理プログラムの実行により、前記ＣＰＵに機能的に構成される。
【００４４】
水平Ｍ磁気軸受制御部８ｍｘは、例えば、図４に示すように、第１減算部１１ｘと、比例微分制御部（ＰＤ制御部）１２ｘと、第１力電流変換部１４ｘと、第２減算部１５ｘと、比例積分制御部（ＰＩ制御部）１６ｘと、第２加算部１７ｘと、水平負荷力演算部２１ｘと、水平タイミング演算部２２ｘと、第２力電流変換部２３ｘと、反転部２４ｘとを備え、これらは、例えば前記制御処理プログラムの実行により、前記ＣＰＵに機能的に構成される。
【００４５】
スクリュー圧縮機ＳＰには、重力が作用するため、垂直Ｍ磁気軸受制御部８ｍｙは、雄ロータ１ｍの自重を補償して第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２を制御する必要がある一方、水平Ｍ磁気軸受制御部８ｍｘは、その必要がない。このため、図３および図４から分かるように、垂直Ｍ磁気軸受制御部８ｍｙは、第１加算部１３ｙおよび自重補償値供与部１８ｙを備え、ＰＤ制御部１２ｙの出力に自重補償値供与部１８ｙの出力を第１加算部１３ｙで加算してから第１力電流変換部１４ｙに出力する一方、水平Ｍ磁気軸受制御部８ｍｘは、これらを備えずに、ＰＤ制御部１２ｘの出力を直接的に第１力電流変換部１４ｘに出力する。垂直Ｍ磁気軸受制御部８ｍｙと水平Ｍ磁気軸受制御部８ｍｘとは、この点が異なるだけなので、以下、垂直Ｍ磁気軸受制御部８ｍｙについて説明し、水平Ｍ磁気軸受制御部８ｍｘの説明を省略する。なお、垂直Ｍ磁気軸受制御部８ｍｙにおける第１減算部１１ｙ、ＰＤ制御部、第１力電流変換部１４ｙ、第２減算部１５ｙ、ＰＩ制御部１６ｙ、第２加算部１７ｙ、垂直負荷力演算部２１ｙ、垂直タイミング演算部２２ｙ、第２力電流変換部２３ｙおよび反転部２４ｙに関する以下の説明において「垂直」および「ｙ」それぞれを「水平」および「ｘ」に読み替えることで、上述の相違点を除き、水平Ｍ磁気軸受制御部８ｍｘの構成について説明できる。
【００４６】
第１減算部１１ｙは、垂直雄側位置測定部５ｍｙおよびＰＤ制御部１２ｙそれぞれに接続され、第１減算部１１ｙには、雄ロータ１ｍに対する垂直方向の目標位置（目標ギャップ）ＴＰｍｙおよび垂直雄側位置測定部５ｍで測定された雄ロータ１ｍの位置（実績位置）ＲＰｍｙが入力される。第１減算部１１ｙは、垂直方向において、前記目標位置ＴＰｍｙから前記実績位置ＲＰｍｙを減算し、この第１減算結果を前記目標位置に対する雄ロータ１ｍの位置偏差ＤＰｍｙとしてＰＤ制御部１２ｙへ出力する（ＤＰｍｙ＝ＴＰｍｙ−ＲＰｍｙ）。
【００４７】
ＰＤ制御部１２ｙは、第１加算部１３ｙに接続され、第１減算部１１ｙから入力された前記位置偏差ＤＰｍｙに対し、いわゆるＰＤ制御を行い、そのＰＤ制御結果を第１加算部１３ｙへ出力する。すなわち、ＰＤ制御部１２ｙは、比例ゲインＫｐに前記位置偏差ＤＰｍｙを乗算した比例成分Ｋｐ・ＤＰｍｙと、微分ゲインＫｄに前記位置偏差ＤＰｍｙの時間微分値ｄＤＰｍｙ／ｄｔを乗算した微分成分Ｋｄ・（ｄＤＰｍｙ／ｄｔ）とを加算することで、前記ＰＤ制御結果（ＰＤ制御部１２ｙの出力値）ＲＰＤｍｙを求める（ＲＰＤｍｙ＝Ｋｐ・ＤＰｍｙ＋Ｋｄ・（ｄＤＰｍｙ／ｄｔ））。前記比例ゲインＫｐおよび前記微分ゲインＫｄは、スクリュー圧縮機ＳＰの諸元等に応じて予め適宜に設定される。
【００４８】
自重補償値供与部１８ｙは、雄ロータ１ｍの自重が雄ロータ１ｍの位置制御に与える影響を補償するための自重補償値Ｃｓを第１加算部１３ｙへ与えるものである。前記自重補償値Ｃｓは、雄ロータ１ｍの自重に応じて予め適宜に設定される。
【００４９】
第１加算部１３ｙは、第１力電流変換部１４ｙに接続され、ＰＤ制御部１２ｙで求められた前記ＰＤ制御結果（ＰＤ制御部１２ｙの出力値）ＲＰＤｍｙと自重補償値Ｃｓとを加算し、この第１加算結果ｆｍｙを第１力電流変換部１４ｙへ出力する（ｆｍｙ＝ＲＰＤｍｙ＋Ｃｓ）。これによって雄ロータ１ｍの自重が補償される。
【００５０】
第１力電流変換部１４ｙは、垂直雄側位置測定部５ｍｙおよび第２減算部１５ｙそれぞれに接続され、第１加算部１３ｙで求められた第１加算結果ｆｍｙおよび垂直雄側位置測定部５ｍで測定された雄ロータ１ｍの実績位置ＲＰｍｙに基づいて、電流値Ｃｉｍｙを求め、この求めた電流値Ｃｉｍｙを第２減算部１５ｙへ出力する。電流値Ｃｉｍｙは、一例では、公知の近似式１によって求められる。なお。ｋｓ、ｋｉは、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２の諸元に応じて決まるパラメータである。また、電流値Ｃｉｍｙを求める変換式は、近似式１に限定されず、適宜な他の変換式であって良い。
式１；Ｃｉｍｙ＝（ｆｍｙ−ｋｓ・ＲＰｍｙ）／ｋｉ
【００５１】
第２減算部１５ｙは、第１および第２雄側電流測定部７ｍ−１、７ｍ−２ならびにＰＩ制御部１６ｙそれぞれに接続され、第１力電流変換部１４ｙで求められた電流値Ｃｉｍｙから、第１および第２雄側電流測定部７ｍ−１、７ｍ−２それぞれで測定された各電流値（実績電流値）Ｒｉｍｙ１、Ｒｉｍｙ２を減算し、各第２減算結果を第１および第２電流偏差Ｄｉｍｙ１、Ｄｉｍｙ２として求め、この求めた第１および第２電流偏差Ｄｉｍｙ１、Ｄｉｍｙ２をＰＩ制御部１６ｙへ出力する（Ｄｉｍｙ１＝Ｃｉｍｙ−Ｒｉｍｙ１、Ｄｉｍｙ２＝Ｃｉｍｙ−Ｒｉｍｙ２）。
【００５２】
ＰＩ制御部１６ｙは、第２加算部１７ｙに接続され、第２減算部１５ｙから入力された前記第１および第２電流偏差Ｄｉｍｙ１、Ｄｉｍｙ２それぞれに対し、いわゆるＰＩ制御を行い、その各ＰＩ制御結果を第２加算部１７ｙへ出力する。すなわち、ＰＩ制御部１６ｙは、比例ゲインＧｐ１、Ｇｐ２それぞれに前記第１および第２電流偏差Ｄｉｍｙ１、Ｄｉｍｙ２それぞれを乗算した各比例成分Ｇｐ１・Ｄｉｍｙ１、Ｇｐ１・Ｄｉｍｙ１と、積分ゲインＧｉ１、Ｇｉ２それぞれに前記第１および第２電流偏差Ｄｉｍｙ１、Ｄｉｍｙ２の各時間積分∫Ｄｉｍｙ１ｄｔ、∫Ｄｉｍｙ２ｄｔそれぞれを乗算した積分成分Ｇｉｍｙ１・∫Ｄｉｍｙ１ｄｔ、Ｇｉｍｙ２・∫Ｄｉｍｙ２ｄｔとを加算することで、前記各ＰＩ制御結果（ＰＩ制御部１２ｙの各出力値）ＲＰＩｍｙ１、ＲＰＩｍｙ２を求める（ＲＰＩｍｙ１＝Ｇｐ１・Ｄｉｍｙ１＋Ｇｉ１・∫Ｄｉｍｙ１ｄｔ、ＲＰＩｍｙ２＝Ｇｐ２・Ｄｉｍｙ２＋Ｇｉ２・∫Ｄｉｍｙ２ｄｔ）。前記比例ゲインＧｐ１、Ｇｐ２および前記積分ゲインＧｉ１、Ｇｉ２は、スクリュー圧縮機ＳＰの諸元や軸受部の電磁石コイルの電流特性（電磁石に与えられる電流指令と応答との関係）等に応じて予め適宜に設定される。
【００５３】
第２加算部１７ｙは、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２ならびに反転部２４ｙそれぞれに接続され、ＰＩ制御部１６ｙで求められた前記各ＰＩ制御結果（ＰＩ制御部１６ｙの各出力値）ＲＰＩｍｙ１、ＲＰＩｍｙ２それぞれに、後述のように求められた相殺電流ｉｏｆｆｍｙを加算し、この各第２加算結果ｉｍｙ１、ｉｍｙ２を第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２それぞれへ出力する（ｉｍｙ１＝ＲＰＩｍｙ１＋ｉｏｆｆｍｙ、ｉｍｙ２＝ＲＰＩｍｙ２＋ｉｏｆｆｍｙ）。これによって、第１雄側磁気軸受部２ｍ−１における１対の垂直励磁コイルに給電する第１励磁電流ｉｍｙ１が求められて、この第１励磁電流ｉｍｙ１で第１雄側磁気軸受部２ｍ−１が制御され、第２雄側磁気軸受部２ｍ−２における１対の垂直励磁コイルに給電する第２励磁電流ｉｍｙ２が求められて、この第２励磁電流ｉｍｙ２で第２雄側磁気軸受部２ｍ−２が制御される。
【００５４】
一方、垂直タイミング演算部２２ｙは、雄側回転角測定部６ｍおよび垂直負荷力演算部２１ｙそれぞれに接続され、雄側回転角測定部６ｍで測定された回転角度に基づいて、垂直方向において、前記ロータのスクリューに生じる垂直成分の負荷力を相殺する垂直成分の力を第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２に生じさせるタイミング（垂直タイミング）を求め、この求めた垂直タイミングを垂直負荷力演算部２１ｙへ出力するものである。より具体的には、本実施形態では、垂直タイミング演算部２２ｙは、雄側回転角測定部６ｍで測定された回転角度φｍを時間微分することによって回転速度ωｍを求め、この求めた回転速度ωｍに基づいて前記ロータのスクリューに垂直成分の負荷力Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）が生じるタイミング（予測タイミング）を予測し、この予測した予測タイミングに対応する回転角度θｍを求め、この求めた回転角度θｍを垂直負荷力演算部２１ｙへ出力する。前記予測タイミングθｍの演算では、例えば、複数のサンプルから回転速度ωｍと予測タイミングθｍとの対応関係（予測タイミング対応関係）が予め求められ、この予測タイミング対応関係を表すルックアップテーブルや関数式を用いて前記予測タイミングθｍが求められる。
【００５５】
垂直負荷力演算部２１ｙは、雄側吸込圧力測定部３ｍ、雄側吐出圧力測定部４ｍ、垂直タイミング演算部２２ｙおよび第２力電流変換部２３ｙそれぞれに接続され、雄側吸込圧力測定部３ｍで測定した吸込圧力Ｐｍｉｎ、雄側吐出圧力測定部４ｍで測定した吐出圧力Ｐｍｏｕｔ、および、雄側回転角測定部６ｍで測定した回転角度φｍに基づいて前記ロータのスクリューに生じる垂直成分の負荷力Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）を、この垂直成分の負荷力Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）が前記ロータのスクリューに生じるタイミングで求め、この求めた垂直成分の負荷力Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）を第２力電流変換部２３ｙへ出力するものである。より具体的には、本実施形態では、垂直負荷力演算部２１ｙは、Ｍ記憶部９ｍに記憶された垂直Ｍ負荷力対応関係情報から、雄側吸込圧力測定部３ｍで測定した吸込圧力Ｐｍｉｎ、雄側吐出圧力測定部４ｍで測定した吐出圧力Ｐｍｏｕｔ、および、垂直タイミング演算部２２ｙで求めた回転角度θｍに対応する、雄ロータ１ｍのスクリュー１ｍｂに生じる垂直成分の負荷力Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）を求め、この求めた垂直成分の負荷力Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）を第２力電流変換部２３ｙへ出力する。
【００５６】
第２力電流変換部２３ｙは、垂直雄側位置測定部５ｍｙおよび反転部２４ｙそれぞれに接続され、垂直負荷力演算部２１ｙで求められた垂直成分の負荷力Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）および垂直雄側位置測定部５ｍで測定された雄ロータ１ｍの実績位置ＲＰｍｙに基づいて、前記ロータのスクリューに生じる垂直成分の負荷力Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）と同等の力を第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２それぞれに生じさせる電流値（負荷力同等電流値）ｉｅｍｙを求め、この求めた負荷力同等電流値ｉｅｍｙを反転部２４ｙへ出力する。この負荷力同等電流値ｉｅｍｙは、第１力電流変換部１４ｙと同様に、上述の近似式１を用いて求められる（ｉｅｍｙ＝（Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）−ｋｓ・ＲＰｍｙ）／ｋｉ）。
【００５７】
反転部２４ｙは、第２加算部１７ｙに接続され、第２力電流変換部２３ｙで求められた負荷力同等電流値ｉｅｍｙを、前記ロータのスクリューに生じる垂直成分の負荷力Ｆｍｙ（Ｐｍ、θｍ）を相殺する力を第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２それぞれに生じさせる電流値（相殺電流値）ｉｏｆｆｍｙに変換するために、第２力電流変換部２３ｙで求められた負荷力同等電流値ｉｅｍｙの符号を反転させて前記相殺電流値ｉｏｆｆｍｙを求め、この求めた相殺電流値ｉｏｆｆｍｙを第２加算部１７ｙへ出力するものである（ｉｏｆｆｍｙ＝−ｉｅｍｙ）。
【００５８】
このような構成の垂直Ｍ磁気軸受制御部８ｍｙでは、第１減算部１１ｙ、ＰＤ制御部１２ｙ、第１加算部１３ｙ、第１力電流変換部１４ｙ、第２減算部１５ｙ、ＰＩ制御部１６ｙおよび自重補償値供与部１８ｙは、垂直方向において、位置測定部５ｍで測定された雄ロータ１ｍの位置および電流測定部７ｍで測定された第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２の電流に基づいて、雄ロータ１ｍの位置が目標位置となるように第１おｙび第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２の電流を制御する従前の制御機能を実現し、第２加算部１７ｙ、垂直負荷力演算部２１ｙ、垂直タイミング演算部２２ｙ、第２力電流変換部２３ｙおよび反転部２４ｙは、吸込圧力測定部３ｍ、３ｆで測定した吸込圧力、吐出圧力測定部４ｍ、４ｆで測定した吐出圧力、および、回転角測定部６ｍ、６ｆで測定した回転角度に基づいて、前記ロータのスクリューに生じる負荷力を相殺する力を生じさせるように前記磁気軸受部を制御する制御機能を実現している。
【００５９】
このような構成のスクリュー圧縮機ＳＰでは、垂直Ｍ磁気軸受制御部８ｍｙは、上述のように、第１雄側磁気軸受部２ｍ−１における１対の垂直励磁コイルに給電する第１励磁電流ｉｍｙ１を求め、この第１励磁電流ｉｍｙ１で第１雄側磁気軸受部２ｍ−１を制御し、第２雄側磁気軸受部２ｍ−２における１対の垂直励磁コイルに給電する第２励磁電流ｉｍｙ２を求め、この第２励磁電流ｉｍｙ２で第２雄側磁気軸受部２ｍ−２を制御し、水平Ｍ磁気軸受制御部８ｍｘは、自重補償をしない点を除き上述と同様に、第１雄側磁気軸受部２ｍ−１における１対の水平励磁コイルに給電する第１励磁電流ｉｍｘ１を求め、この第１励磁電流ｉｍｘ１で第１雄側磁気軸受部２ｍ−１を制御し、第２雄側磁気軸受部２ｍ−２における１対の水平励磁コイルに給電する第２励磁電流ｉｍｘ２を求め、この第２励磁電流ｉｍｘ２で第２雄側磁気軸受部２ｍ−２を制御し、垂直Ｆ磁気軸受制御部８ｆｙは、上述と同様に、第１雌側磁気軸受部２ｆ−１における１対の垂直励磁コイルに給電する第１励磁電流ｉｆｙ１を求め、この第１励磁電流ｉｆｙ１で第１雌側磁気軸受部２ｆ−１を制御し、第２雌側磁気軸受部２ｆ−２における１対の垂直励磁コイルに給電する第２励磁電流ｉｆｙ２を求め、この第２励磁電流ｉｆｙ２で第２雌側磁気軸受部２ｆ−２を制御し、水平Ｆ磁気軸受制御部８ｆｘは、自重補償をしない点を除き上述と同様に、第１雌側磁気軸受部２ｆ−１における１対の水平励磁コイルに給電する第１励磁電流ｉｆｘ１を求め、この第１励磁電流ｉｆｘ１で第１雌側磁気軸受部２ｆ−１を制御し、第２雌側磁気軸受部２ｆ−２における１対の水平励磁コイルに給電する第２励磁電流ｉｆｘ２を求め、この第２励磁電流ｉｆｘ２で第２雌側磁気軸受部２ｆ−２を制御する。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態におけるスクリュー圧縮機ＳＰおよびこれに実装された磁気軸受制御方法は、上述のように測定される吸込圧力Ｐｍｉｎ、Ｐｆｉｎ、吐出圧力Ｐｍｉｎ、Ｐｆｉｎおよび回転角度φｍ、φｆに基づいて、ロータのスクリューに生じる負荷力Ｆｍ（Ｐｍ、θｍ）、Ｆｆ（Ｐｆ、θｆ）を相殺する力を生じさせるように磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２を制御するので、ロータ軸２ｍｂ、２ｆｂの位置ずれ量を低減できる。
【００６１】
上記スクリュー圧縮機ＳＰおよび磁気軸受制御方法は、負荷力対応関係情報を記憶するので、この負荷力対応関係情報から、それら測定した吸込圧力Ｐｍｉｎ、Ｐｆｉｎ、吐出圧力Ｐｍｉｎ、Ｐｆｉｎおよび回転角度φｍ、φｆに対応する、ロータのスクリューに生じる負荷力Ｆｍ（Ｐｍ、θｍ）、Ｆｆ（Ｐｆ、θｆ）をより迅速に求めることができ、ロータ１ｍ、１ｆに断続的に作用する負荷力Ｆｍ（Ｐｍ、θｍ）、Ｆｆ（Ｐｆ、θｆ）に追従して前記負荷力Ｆｍ（Ｐｍ、θｍ）、Ｆｆ（Ｐｆ、θｆ）を相殺する力を生じさせるように磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２をより容易に制御できる。
【００６２】
上記スクリュー圧縮機ＳＰおよび磁気軸受制御方法は、フィードフォワード制御で、ロータのスクリューに生じる負荷力Ｆｍ（Ｐｍ、θｍ）、Ｆｆ（Ｐｆ、θｆ）を相殺する力を生じさせるように磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２、２ｆ−１、２ｆ−２を制御するので、他方のロータ１ｆ、１ｍに対する一方のロータ１ｍ、１ｆの接触や、ケーシング（ハウジング）ＣＳに対するロータ１ｍ、１ｆの接触等を効果的に低減できる。
【００６３】
なお、上述の実施形態では、雄側位置測定部５ｍは、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２に対し共通に設けられ、第１力電流変換部１４で第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２に対し共通に電流値Ｃｉｍが求められ、雌側位置測定部５ｆは、第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２に対し共通に設けられ、第１力電流変換部１４で第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２に対し共通に電流値Ｃｉｆが求められたが、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２それぞれに対し、第１および第２雄側位置測定部５ｍ−１、５ｍ−２が設けられ、第１および第２雄側磁気軸受部２ｍ−１、２ｍ−２それぞれに対し電流値Ｃｉｍ−１、Ｃｉｍ−２が求められ、第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２それぞれに対し、第１および第２雌側位置測定部５ｆ−１、５ｆ−２が設けられ、第１および第２雌側磁気軸受部２ｆ−１、２ｆ−２それぞれに対し電流値Ｃｉｆ−１、Ｃｉｆ−２が求められても良い。これによれば、ロータ軸１ｍａ、１ｆａが斜行する虞がある場合でも、ロータ軸１ｍａ、１ｆａの位置が制御できる。
【００６４】
また、上述の実施形態では、前記負荷力演算情報は、前記吸込圧力、前記吐出圧力および前記ロータ１ｍ、１ｆの回転角度と、前記ロータ１ｍ、１ｆのスクリュー１ｍｂ、１ｆｂに生じる負荷力との対応関係を表す負荷力対応関係情報であったが、前記吸込圧力と前記吐出圧力との圧力差および前記ロータ１ｍ、１ｆの回転角度と、前記ロータ１ｍ、１ｆのスクリュー１ｍｂ、１ｆｂに生じる負荷力との対応関係を表す負荷力対応関係情報であっても良い。この負荷力対応関係情報もルックアップテーブルや関数式で記憶部９ｍ、９ｆに記憶される。
【００６５】
また、上述の実施形態では、負荷力対応関係情報は、公知の算出方法により、予め求められたが、複数のサンプルから求められても良く、あるいは、製造段階や出荷前や試験運転時等で実機を用いて測定することで求められても良い。例えば、スクリュー圧縮機では、回転速度を変えることで、吐出圧力が変更できるので、回転速度を種々に設定し、それら各場合における吸込圧力、吐出圧力、ロータの回転角度およびロータの位置（ギャップ）それぞれを実測し、ロータの位置の変位量に所定のゲインを乗算して負荷力を求めることで、負荷力対応関係情報が作成される。
【００６６】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００６７】
ＳＰ  スクリュー圧縮機
１ｍ、１ｆ  ロータ
２ｍ（２ｍ−１、２ｍ−２）、２ｆ（２ｆ−１、２ｆ−２）  磁気軸受部
３ｍ、３ｆ  吸込圧力測定部
４ｍ、４ｆ  吐出圧力測定部
５ｍ、５ｆ  位置測定部
６ｍ、６ｆ  回転角測定部
７ｍ（７ｍ−１、７ｍ−２）、７ｆ（７ｆ−１、７ｆ−２）  電流測定部
８ｍ、８ｆ  磁気軸受制御部
９ｍ、９ｆ  記憶部
１１ｘ、１１ｙ  第１減算部
１２ｘ、１２ｙ  ＰＤ制御部
１３ｙ  第１加算部
１４ｘ、１４ｙ  第１力電流変換部
１５ｘ、１５ｙ  第２減算部
１６ｘ、１６ｙ  ＰＩ制御部
１７ｘ、１７ｙ  第２加算部
１８ｙ  自重補償値供与部
２１ｘ、２１ｙ  垂直負荷力演算部
２２ｘ、２２ｙ  垂直タイミング演算部
２３ｘ、２３ｙ  第２力電流変換部
２４ｘ、２４ｙ  反転部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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