(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも回転体を磁気浮上させる電磁石と前記回転体の位置を検出するための位置センサとを有する磁気軸受本体、および前記磁気軸受本体にケーブルを介して接続され前記位置センサの出力信号に基づいて前記電磁石を制御する制御装置を備えている磁気軸受装置において、
前記磁気軸受本体に、前記回転体や電磁石の諸特性を記憶した記憶手段が設けられていることを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
前記制御装置が、前記磁気軸受本体の記憶手段の情報を読取り、その情報に基づいて制御パラメータを設定するようになされていることを特徴とする請求項１の磁気軸受装置。
【請求項３】
請求項２の磁気軸受装置を起動する方法であって、前記制御装置により、前記磁気軸受本体の記憶手段の情報を読取り、この情報に基づき制御パラメータを設定して磁気軸受装置を起動することを特徴とする磁気軸受装置の起動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の磁気軸受で回転体をアキシアル方向およびラジアル方向に非接触支持する磁気軸受装置およびその起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
この種の磁気軸受装置として、磁気軸受本体と、磁気軸受本体にケーブルを介して接続される制御装置とを備えているものが知られている。磁気軸受本体には、回転体を磁気浮上させる複数の磁気軸受、回転体のアキシアル方向およびラジアル方向の位置を検出するための複数の位置センサ、回転体の可動範囲を規制する複数の保護軸受などが設けられている。各磁気軸受は、回転体をアキシアル方向およびラジアル方向の制御軸方向の両側から挟んで対向する１対の電磁石を１組あるいは２組備えている。保護軸受は、回転体のアキシアル方向およびラジアル方向の可動範囲を規制し、磁気軸受による磁気浮上力がなくなったときに回転体を機械的に支持する。制御装置は、位置センサの出力信号に基づいて磁気軸受の電磁石を制御する。
【０００３】
このような磁気軸受装置には、機械的精度のばらつきや物理的特性のばらつきが生じる。機械的精度のばらつきは製作誤差や組立誤差などの機械的誤差によって生じ、機械的誤差の主なものに回転体の電磁石に対する中心位置（磁気的中心位置）と保護軸受に対する中心位置（機械的中心位置）との誤差がある。磁気軸受装置は、磁気的中心位置と機械的中心位置とが一致するように設計されるが、製作誤差や組立誤差のためにこれらの間に誤差が生じることがある。また、製作誤差や組立誤差などのために回転体の固有振動数やアンバランスなどの物理的特性にばらつきが生じることがある。
【０００４】
磁気軸受装置を運転する場合、回転体を磁気的中心位置に保持するのが望ましい。回転体が磁気的中心位置からずれていると、磁気軸受の１対の電磁石に供給される励磁電流と１対の電磁石による磁気吸引力との関係が線形にならず、制御が不安定になるからである。このため、従来は、磁気軸受装置の据付現場において、回転体を磁気浮上させて、これを磁気的中心位置に保持するための制御装置の調整を行っている。回転体を機械的中心位置に保持するのは比較的容易であるが、回転体を磁気的中心位置に保持するためには、磁気的中心位置と機械的中心位置との誤差を補正するための制御装置の調整が必要である。また、回転体の固有振動数やアンバランスに対して、制御装置の制御パラメータを調整する必要があり、これも同時に行っている。
【０００５】
磁気軸受装置の機械的精度や物理的特性は磁気軸受装置ごとに異なるので、上記の制御装置の調整は全ての磁気軸受装置について行う必要がある。また、このような制御装置の調整は専門知識を要する面倒なものであり、メーカーの専門技術者がユーザーの据付現場に行って行う必要がある。このため、制御装置の調整に多くの時間と費用がかかるという問題がある。
【０００６】
上記のような制御装置の調整を簡単にすませるために、機械的精度や物理的特性のある程度のばらつきを考慮して制御装置の制御性能を下げることが考えられるが、このようにすると、磁気軸受装置の性能が必要以上に低下してしまう。
【０００７】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、性能を必要以上に低下させずに、機械的精度のばらつきや物理的特性のばらつきに対する制御装置の調整を容易にすることができる磁気軸受装置およびその起動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による磁気軸受装置は、少なくとも回転体を磁気浮上させる電磁石と前記回転体の位置を検出するための位置センサとを有する磁気軸受本体、および前記磁気軸受本体にケーブルを介して接続され前記位置センサの出力信号に基づいて前記電磁石を制御する制御装置を備えている磁気軸受装置において、前記磁気軸受本体に、前記回転体や電磁石の諸特性を記憶した記憶手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
回転体や電磁石の諸特性を記憶した記憶手段が磁気軸受本体に設けられているので、磁気軸受本体に制御装置を接続したときに、制御装置により、記憶手段の情報を読取り、磁気軸受装置の機械的精度や物理的特性を知ることができる。そして、この情報に基づいて簡単に制御装置の調整ができ、据付現場で回転体を浮上させて面倒な調整を行う必要がない。したがって、専門知識のないユーザーでも調整ができるようになり、メーカーの専門技術者が出向いて調整を行う必要がなくなるため、調整のための時間と経費が少なくてすむ。しかも、磁気軸受装置ごとにその特性に基づいて調整ができるので、磁気軸受装置全体の性能が必要以上に低下することがない。
【００１０】
望ましくは、前記制御装置が、前記磁気軸受本体の記憶手段の情報を読取り、その情報に基づいて制御パラメータを設定するようになされている。
【００１１】
このようにすれば、制御装置の調整を自動的に行うことができ、調整がさらに簡単になる。
【００１２】
この発明による磁気軸受装置の起動方法は、前記制御装置により、前記磁気軸受本体の記憶手段の情報を読取り、この情報に基づき制御パラメータを設定して磁気軸受装置を起動することを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の方法によれば、磁気軸受の起動時に制御装置の調整を自動的に行うことができ、調整が非常に簡単になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図１および図２は、磁気軸受装置の全体構成をそれぞれ概略的に示している。
【００１６】
磁気軸受装置は、磁気軸受本体（１）  、それの制御装置（２）  およびこれらを接続するケーブル（３）  を備えている。
【００１７】
磁気軸受本体（１）  は、ケーシング（４）  内において回転体（５）  を磁気浮上させるものであり、詳細な図示は省略したが、回転体（５）  を磁気浮上させる１組のアキシアル磁気軸受および２組のラジアル磁気軸受、回転体（５）  のアキシアル方向の位置を検出するための１組のアキシアル位置検出ユニット、回転体（５）  のラジアル方向の位置を検出するための２組のラジアル位置検出ユニット、回転体（５）  を高速回転させる高周波モータ、ならびに回転体（５）  の可動範囲を規制する複数の保護軸受などを備えている。図２には、そのうちの１組のラジアル磁気軸受（６）  とラジアル位置検出ユニット（７）  が示されている。
【００１８】
ラジアル磁気軸受（６）  は、回転体（５）  を互いに直交する２つのラジアル制御軸方向の両側から挟むように配置された２対の電磁石（８）  を備えている。各１対の電磁石（８）  は、回転体（５）  をラジアル制御軸方向の両側から吸引して磁気浮上させるようになっている。アキシアル磁気軸受は、回転体（５）  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おり、これらにより回転体（５）  をアキシアル制御軸方向の両側から吸引して磁気浮上させるようになっている。ラジアル位置検出ユニット（７）  は、電磁石（８）  の近傍において回転体（５）  を上記２つのラジアル制御軸方向の両側から挟むように配置された２対のラジアル位置センサ（９）  を備えている。そして、各１対の位置センサ（９）  の出力信号の差に基づいて、そのラジアル制御軸方向の回転体（５）  の位置（変位）が求められる。アキシアル位置検出ユニットは回転体（５）  の適当箇所の端面に対向するように配置された１個のアキシアル位置センサを備えており、この位置センサの出力信号に基づいてアキシアル制御軸方向の回転体（５）  の位置（変位）が求められる。アキシアル磁気軸受、ラジアル磁気軸受（６）  、アキシアル位置検出ユニット、ラジアル位置検出ユニット（７）  、高周波モータ、保護軸受については、公知のものであるから、詳細な説明は省略する。
【００１９】
磁気軸受本体（１）  には、回転体（５）  や電磁石（８）  の諸特性を記憶した記憶手段としてのＲＯＭ（３０）が設けられている。ＲＯＭ（３０）は、たとえば、ケーシング（４）  などの適当箇所に取付けられている。上記の特性には、回転体（５）  の磁気的中心位置と機械的中心位置との誤差（中心位置誤差）などの機械的精度、回転体（５）  の固有振動数やアンバランスなどの物理的特性などが含まれる。中心位置誤差については、アキシアル制御軸方向および互いに直交する２つのラジアル制御軸方向の誤差の値が記憶されている。回転体（５）  の固有振動数については、回転体（５）  の回転数と曲げモーメントとの関係が記憶され、回転数によって曲げモーメントがどのように変化するかがわかるようになっている。回転体（５）  のアンバランスについても、回転体（５）  の回転数とアンバランスとの関係が記憶され、回転数によってアンバランスがどのように変化するかがわかるようになっている。上記の特性は、メーカーにおいて、磁気軸受本体（１）  を製造したときに、適当な制御装置を用いて回転体（５）  を磁気浮上させ、その状態で適当な方法により求められ、ＲＯＭ（３０）に記憶させられる。中心位置誤差は、たとえば、次のようにして求められる。すなわち、まず、各制御軸方向の１対の電磁石を片方ずつ駆動して、回転体（５）  をその制御軸方向の両極限位置に移動させ、各極限位置における同じ制御軸方向の位置センサの出力信号からその制御軸方向の機械的中心位置を求める。回転体（５）  の各極限位置は、その制御軸方向の一方の電磁石だけを駆動してその方向に回転体（５）  を吸引したときに、回転体（５）  が保護軸受に接触して停止する位置であり、各制御軸方向の両極限位置の平均をとることにより、その制御軸方向の機械的中心位置が求められる。なお、ＲＯＭ（３０）には、その磁気軸受装置に最低限必要な特性が記憶されていればよい。上記の機械的精度や物理的特性の他に、磁気軸受装置本体（１）  の製造番号などがＲＯＭ（３０）に記憶させられてもよい。
【００２０】
電磁石（８）  および位置センサ（９）  は、電線（１０）を介して、ケーシング（４）  に固定されたコネクタ（１１）の対応するコンタクト（１２）に接続されており、これらの結線部の金属部分がゴムなどの絶縁体（１３）で覆われている。なお、ＲＯＭ（３０）、図示しないアキシアル磁気軸受、ラジアル磁気軸受、アキシアル位置検出ユニット、ラジアル位置検出ユニット、高周波モータなども電線を介してコネクタに接続されているが、これらの図示は省略している。また、これらの電線は、全てが１個のコネクタに接続されてもよいし、複数のコネクタに分けて接続されてもよい。
【００２１】
ケーブル（３）  は、磁気軸受本体（１）  の電線（１０）に対応する複数の電線（１４）を備えており、これらの両端がコネクタ（１５）（１６）の対応するコンタクト（１７）（１８）にそれぞれ接続されている。ケーブル（３）  の一方のコネクタ（１５）は磁気軸受本体（１）  のコネクタ（１１）に、他方のコネクタ（１６）は制御装置（２）  のコネクタ（１９）にそれぞれ接続される。ケーブル（３）  の制御装置（２）  側のコネクタ（１６）には、電線用のコンタクト（１８）の他に、２個の識別用のコンタクト（２０）が設けられ、これらの間に抵抗器（２１）が接続されている。この抵抗器（２１）は、ケーブル（３）  の長さを識別するための電気的識別手段を構成している。抵抗器（２１）の抵抗値は、ケーブル（３）  の長さによって変えられる。たとえば、ケーブル（３）  の長さが５ｍのときは抵抗値は１０ｋΩ、１０ｍのときは２０ｋΩ、１５ｍのときは３０ｋΩ、２０ｍのときは４０ｋΩである。
【００２２】
制御装置（２）  のコネクタ（１９）には、ケーブル（３）  のコネクタ（１６）の電線用のコンタクト（１８）に対応する電線用のコンタクト（２２）の他に、識別用のコンタクト（２０）に対応する２個の識別用のコンタクト（２３）が設けられている。
【００２３】
制御装置（２）  には、図示は省略したが、位置センサの出力信号を増幅するための電圧増幅器、電磁石を駆動するための電力増幅器、全体を制御するためのコンピュータなどが設けられている。
【００２４】
制御装置（２）  は、アキシアル位置検出ユニット、ラジアル位置検出ユニット（７）  の出力信号から回転体（５）  のアキシアル制御軸方向およびラジアル制御軸方向の位置を検出し、これに基づいてアキシアル磁気軸受およびラジアル磁気軸受（６）  の電磁石（８）  を制御する。これにより、回転体（５）  が所定の位置に磁気浮上させられる。制御装置（２）  は、また、高周波モータを制御し、これにより、モータが所定の速度で回転させられる。このような制御装置（２）  の動作についても、公知のものであるから、詳細な説明は省略する。
【００２５】
制御装置（２）  には、ケーブル（３）  の長さにそれぞれ対応する複数組の制御のための定数が記憶されている。この定数には、たとえば、位置センサ（９）  の出力電圧の減衰およびオフセットを補償するための前記電圧増幅器のゲイン、オフセット量などが含まれる。制御装置（２）  には、また、回転体（５）  の固有振動数やアンバランスに対して最適な制御パラメータを設定するための情報が記憶されている。
【００２６】
磁気軸受装置の起動時に、制御装置（２）  は、ケーブル（３）  の抵抗器（２１）の抵抗値を検出して、これにより、ケーブル（３）  の長さを判別し、それに対応する定数、たとえばゲインおよびオフセット量を自動的に選択して、設定する。また、ＲＯＭ（３０）から磁気軸受本体（１）  の機械的精度や物理的特性に関する情報を読取り、それに基づいて、回転体（５）  を磁気的中心位置に保持するための制御装置（２）  の調整、回転体（５）  の固有振動数やアンバランスに応じた制御パラメータの設定を自動的に行う。すなわち、ＲＯＭ（３０）から読取った中心位置誤差に基づいて、磁気的中心位置を求め、この位置が回転体（３０）の制御目標位置（中立位置）となるように、各制御軸方向の制御目標位置を自動的に設定する。また、ＲＯＭ（３０）から読取った回転体（５）  の固有振動数やアンバランスに対して最適となるように、必要な制御パラメータを自動的に設定する。そして、後は、このようにして設定した定数、制御目標位置および制御パラメータを用いて、磁気軸受本体（１）  の制御を行う。
【００２７】
上記のような磁気軸受装置では、磁気軸受本体（１）  あるいは制御装置（２）  の設置場所が変わったような場合に、ケーブル（３）  の長さを変える必要があることがある。また、磁気軸受本体（１）  と制御装置（２）  をケーブル（３）  で接続すると、ケーブル（３）  の存在により、位置センサの出力電圧に減衰（振幅の減衰）およびオフセット（振幅の中心の電圧値のオフセット）が生じるため、制御装置（２）  側でこれらを補償する必要がある。出力電圧の減衰の補償は制御装置（２）  における電圧増幅器のゲインを調整することにより、オフセットの補償は制御装置（２）  において出力電圧を逆方向にオフセットさせることにより行われる。制御装置（２）  における電圧増幅器のゲインおよびオフセット量は、制御のための定数の１つである。位置センサの出力電圧の減衰量およびオフセット量はケーブル（３）  の長さによって変化し、ケーブル（３）  が長くなるにしたがって減衰量およびオフセット量は大きくなる。このため、ケーブル（３）  の長さによって制御装置（３）  における電圧増幅器のゲインおよびオフセット量を設定する必要があるが、従来は、ケーブル（３）  を接続しただけでは、その長さが正確に分からないので、これらの定数の設定は困難であった。たとえば、ケーブル（３）  を接続したときに、実際の出力電圧の減衰量およびオフセット量を測定し、その結果に基づいて定数を設定することが考えられるが、これでは、設定作業が非常に面倒である。また、ケーブル（３）  の長さと定数との関係を予め求めておき、ケーブル（３）  を接続したときに、測定などによってケーブル（３）  の長さを知り、その結果に基づいて定数を設定することが考えられるが、これでも、設定作業が面倒である。しかも、ケーブル（３）  の長さが変わるたびにこのような面倒な設定作業を行う必要があり、不便であった。
【００２８】
ところが、上記の磁気軸受装置では、制御装置（２）  が、ケーブル（３）  に設けられた抵抗器（２１）により、接続されているケーブル（３）  の長さを自動的に判別することができ、その長さに応じて制御のための定数を自動的に設定することができる。このため、ケーブル（３）  を交換したときに面倒な定数の設定を行う必要がない。
【００２９】
真空ポンプ用の磁気軸受装置の場合、磁気軸受本体（１）  のケーシング（４）  内は真空状態に保持されている。このため、コネクタ（１１）と電線（１０）の結線部に金属部分が露出していると、その間で真空放電が発生することがあり、モータ用の電線の場合には、真空放電が発生すると、モータ駆動用のインバータを破損することがある。ところが、上記の磁気軸受装置の場合は、結線部の金属部分が全て絶縁体（１３）で覆われているので、真空放電が防止され、インバータの破損が防止される。
【００３０】
図３は、ケーブル（３）  の電気的識別手段の変形例を示している。
【００３１】
この場合、ケーブル（３）  の制御装置（２）  側のコネクタ（１６）に、電線用のコンタクト（１８）の他に、４個の識別用のコンタクト（２４ａ）（２４ｂ）（２４ｃ）（２４ｄ）が設けられている。これらのコンタクトは符号（２４）で総称し、区別する必要があるときは、それぞれ第１コンタクト（２４ａ）  、第２コンタクト（２４ｂ）  、第３コンタクト（２４ｃ）  および第４コンタクト（２４ｄ）  と呼ぶことにする。ケーブル（３）  の長さにより、第１コンタクト（２４ａ）  と他のコンタクト（２４ｂ）（２４ｃ）（２４ｄ）  との短絡のし方が変えられている。第１コンタクト（２４ａ）  は、たとえば、ケーブル（３）  の長さが５ｍのときは第２コンタクト（２４ｂ）  と、１０ｍのときは第３コンタクト（２４ｃ）  と、１５ｍのときは第４コンタクト（２４ｄ）  とそれぞれ短絡され、２０ｍのときはいずれのコンタクト（２４ｂ）（２４ｃ）（２４ｄ）  とも短絡されない。制御装置（２）  のコネクタ（１９）には、電線用のコンタクト（２２）の他に、ケーブル（３）  のコネクタ（１６）の識別用のコンタクト（２４）に対応する４個の識別用のコンタクト（２５ａ）（２５ｂ）（２５ｃ）（２５ｄ）が設けられている。そして、制御装置（２）  は、第１コンタクト（２４ａ）  と他のコンタクト（２４ｂ）（２４ｃ）（２４ｄ）  との間の抵抗値を検出することにより、短絡のし方を判別し、これにより、ケーブル（３）  の長さを判別する。他は上記実施形態の場合と同様であり、同じ部分には同一の符号を付している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示す磁気軸受装置の全体概略構成図である。
【図２】図２は、磁気軸受本体およびケーブルの主要部を詳細に示す図１の磁気軸受装置の全体構成図である。
【図３】図３は、電気的識別手段の変形例を示す主要部の構成図である。
【符号の説明】
（１）                        磁気軸受本体
（２）                        制御装置
（３）                        ケーブル
（５）                        回転体
（８）                        電磁石
（９）                        ラジアル位置センサ
（３０）                      ＲＯＭ（３０）
【図１】
0003622037.tif 000002
【図２】
0003622037.tif 000003
【図３】
0003622037.tif 000004