(57)【要約】【課題】  タッチダウン用の保護軸受の交換時期を正確に判定できる磁気軸受装置を提供する。【解決手段】  磁気軸受装置は、電動モータ9により回転させられる回転体4を電磁石の磁気吸引力により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5,6,7と、タッチダウン用の保護軸受と、磁気軸受5,6,7の電磁石および電動モータ9を制御するコントローラ2とを備えている。コントローラ2は、回転体4のタッチダウン回数をカウントして記憶する機能と、記憶されたタッチダウン回数カウント値に基づいて保護軸受が交換時期に達したかどうかを判定する機能と、作業者用操作部の操作に基づいてタッチダウン回数カウント値を変更する機能とを有する。【選択図】  図１
2006090373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータにより回転させられる回転体を電磁石の磁気吸引力により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と、タッチダウン用の保護軸受と、磁気軸受の電磁石および電動モータを制御する制御手段とを備えている磁気軸受装置において、
制御手段が、回転体のタッチダウン回数をカウントして記憶する機能と、記憶されたタッチダウン回数カウント値に基づいて保護軸受が交換時期に達したかどうかを判定する機能と、作業者用操作部の操作に基づいてタッチダウン回数カウント値を変更する機能とを有することを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
制御手段が、作業者用操作部の操作に基づいて照合用パスワードを登録し記憶する機能と、作業用操作部からタッチダウン回数カウント値の変更の要求があったときにパスワードの入力を要求する機能と、入力されたパスワードを登録されたパスワードと比較する機能と、両パスワードが一致したときにタッチダウン回数カウント値の変更を許可し一致しないときにタッチダウン回数カウント値の変更を禁止する機能とを有することを特徴とする請求項１の磁気軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえばターボ分子ポンプなどに用いられ、回転体を磁気軸受により非接触支持して回転させる磁気軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の磁気軸受装置として、機械本体（たとえば、ターボ分子ポンプの場合はポンプ本体。）とコントローラ(制御装置）がケーブルで接続されており、機械本体に、回転体と、電磁石の磁気吸引力により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制御型アキシアル磁気軸受およびラジアル磁気軸受と、回転体のアキシアル方向およびラジアル方向の変位を検出するための変位センサと、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ための回転センサと、タッチダウン用の保護軸受とが設けられ、コントローラが、変位センサの出力に基づいて磁気軸受の電磁石を制御するとともに、回転センサの出力に基づいて電動モータを制御するものが知られている。
【０００３】
回転体は、アキシアル方向磁気軸受およびラジアル方向磁気軸受によって非接触支持された状態で、電動モータによって高速回転させられ、停電時や磁気軸受の異常動作時などには、回転体がタッチダウンして保護軸受に接触し、保護軸受が回転体を受けて磁気軸受などを保護するようになっている。
【０００４】
このようなタッチダウン時には保護軸受は高速で回転している回転体を受けるため、保護軸受の損傷が大きく、保護軸受は数回のタッチダウンで使用不能となり、交換が必要となる。このため、保護軸受が交換時期になっているかどうか、すなわち、保護軸受の交換が必要な状態になっているかどうかを知る必要がある。
【０００５】
そのために、従来は、保護軸受を交換した後のタッチダウン回数をカウントして記憶しておき、このカウント値が所定の回数に達したときに、保護軸受が交換時期になったと判断するようにし、保護軸受を交換したときにタッチダウン回数のカウント値をリセットするようにしている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２７８７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の磁気軸受装置において、保護軸受が交換時期に達すると、通常は、磁気軸受装置の運転を停止して、保護軸受を新品と交換し、カウント値をリセットして、運転を再開する。あるいは、新品の保護軸受を備えた機械本体と交換し、カウント値をリセットして、運転を再開する。
【０００７】
このような場合は、制御装置に記憶されているタッチダウン回数のカウント値と実際のタッチダウンの回数が一致し、保護軸受の交換時期を正確に判定することができる。
【０００８】
ところが、保護軸受が交換時期に達したときに、前に使用されてタッチダウンを行ったことのある保護軸受を備えた機械本体と交換して、運転を再開することがある。
【０００９】
このような場合でも、上記の従来の磁気軸受装置では、制御装置に記憶されているタッチダウン回数のカウント値をリセットして０にすることしかできないので、制御装置に記憶されているタッチダウンの回数のカウント値と実際のタッチダウンの回数が一致せず、保護軸受の交換時期を正確に判定することができない。
【００１０】
しかも、制御装置に記憶されているタッチダウン回数のカウント値は誰でもリセットすることができるので、運転中、何回かタッチダウンを行った後に、カウント値がリセットされることにより、制御装置に記憶されているタッチダウンの回数のカウント値と実際のタッチダウンの回数が一致しなくなって、保護軸受の交換時期を正確に判定することができなくなることがある。
【００１１】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、保護軸受の交換時期を正確に判定できる磁気軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１２】
この発明による磁気軸受装置は、電動モータにより回転させられる回転体を電磁石の磁気吸引力により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と、タッチダウン用の保護軸受と、磁気軸受の電磁石および電動モータを制御する制御手段とを備えている磁気軸受装置において、制御手段が、回転体のタッチダウン回数をカウントして記憶する機能と、記憶されたタッチダウン回数カウント値に基づいて保護軸受が交換時期に達したかどうかを判定する機能と、作業者用操作部の操作に基づいてタッチダウン回数カウント値を変更する機能とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
保護軸受は、回転体を機械的に支持し、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する。
【００１４】
タッチダウンの回数のカウントは、停電などにより電磁石への電流の供給が遮断された場合や、何らかの原因で磁気軸受の制御が不能となった場合など、磁気軸受による非接触支持をなくして回転体がタッチダウンしたときに行われる。回転体が磁気軸受により非接触支持されている状態でも、回転体のアキシアル方向あるいはラジアル方向の変位が所定値より大きくなったときに、回転体が保護軸受に接触してタッチダウンが行われたと判断し、これをカウントすることもできる。
【００１５】
磁気軸受装置は、たとえば、アキシアル方向の制御軸（アキシアル制御軸）と、アキシアル方向の2箇所においてアキシアル制御軸と直交するとともに互いに直交するそれぞれ２つのラジアル方向の制御軸(ラジアル制御軸）とを有する５軸制御型磁気軸受装置である。
【００１６】
保護軸受を新品に交換して運転を再開するとき、あるいは機械本体を新品の保護軸受を備えたものに交換して運転を再開するときには、タッチダウン回数のカウント値を０に変更する。これにより、制御装置に記憶されているタッチダウンの回数のカウント値と実際のタッチダウンの回数が一致し、保護軸受の交換時期が正確に判定される。
【００１７】
機械本体をタッチダウンを何回か経験した保護軸受を備えたものに交換して運転を再開するときには、制御装置にタッチダウン回数のカウント値をその保護軸受が経験したタッチダウン回数に変更する。これにより、制御装置に記憶されているタッチダウンの回数のカウント値と実際のタッチダウンの回数が一致することになり、保護軸受の交換時期が正確に判定される。
【００１８】
このように、この発明の磁気軸受装置によれば、保護軸受を新品に交換した場合あるいは機械本体を新品の保護軸受を備えたものに交換した場合はもちろん、機械本体をタッチダウンを経験した保護軸受を備えたものに交換した場合でも、制御装置に記憶されているタッチダウンの回数のカウント値と実際のタッチダウンの回数を一致させて、保護軸受の交換時期を正確に判定することができる。
【００１９】
この発明の磁気軸受装置において、望ましくは、制御手段が、作業者用操作部の操作に基づいて照合用パスワードを登録し記憶する機能と、作業用操作部からタッチダウン回数カウント値の変更の要求があったときにパスワードの入力を要求する機能と、入力されたパスワードを登録されたパスワードと比較する機能と、両パスワードが一致したときにタッチダウン回数カウント値の変更を許可し一致しないときにタッチダウン回数カウント値の変更を禁止する機能とを有する。
【００２０】
このようにすれば、パスワードを入力し、しかも入力されたパスワードが登録された照合用パスワードと一致する場合でなければ、制御装置に記憶されたタッチダウン回数のカウント値を変更することができない。したがって、タッチダウン回数のカウント値を勝手に変更することが規制され、カウント値が変更されることによりカウント値と実際のタッチダウンの回数が一致しなくなって保護軸受の交換時期を正確に判定できなくなることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、この発明を５軸制御型磁気軸受装置に適用した実施形態について説明する。
【００２２】
図１は磁気軸受装置の全体構成を概略的に示すブロック図、図２は磁気軸受装置の機械的部分の主要部を示す縦断面図、図３は同横断面図である。
【００２３】
磁気軸受装置は、ケーブルにより接続された機械本体(1)およびコントローラ（制御装置）(2)を備えている。コントローラ(2)は、制御手段を構成する。
【００２４】
磁気軸受装置は、鉛直円筒状のケーシング(3)の内側で鉛直軸状の回転体（ロータ）(4)が回転する縦型のものである。以下の説明において、回転体(4)の鉛直な軸方向（アキシアル方向）の制御軸（アキシアル制御軸）をＺ軸、Ｚ軸と直交するとともに互いに直交する２つの水平な径方向（ラジアル方向）の制御軸（ラジアル制御軸）をＸ軸およびＹ軸とする。
【００２５】
機械本体(1)には、回転体(4)を軸方向に非接触支持する１組の制御型アキシアル軸受(5)、回転体(4)を径方向に非接触支持する上下２組の制御型ラジアル磁気軸受(6)(7)、回転体(4)の軸方向および径方向の変位を検出するための変位検出部(8)、回転体(4)を高速回転させるためのビルトイン型電動モータ(9)、回転体(4)の回転数を検出するための回転センサ(10)、ならびに回転体(4)の軸方向および径方向の可動範囲を規制して回転体(4)を磁気軸受(5)(6)(7)で支持していないときに回転体(4)を機械的に支持する上下２組のタッチダウン用の保護軸受(11)(12)が設けられている。
【００２６】
コントローラ(2)には、センサ回路(13)、電磁石駆動回路(14)、インバータ(15)およびＤＳＰボード(16)が設けられ、ＤＳＰボード(16)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(17)、ＲＯＭ(18)、不揮発性記憶装置としてのＲＡＭ(19)、ＡＤ変換器(20)およびＤＡ変換器(21)が設けられている。
【００２７】
変位検出部(9)は、回転体(4)の軸方向の変位を検出するための１個のアキシアル変位センサ(23)、および回転体(4)の径方向の変位を検出するための上下２組のラジアル変位センサユニット(24)(25)を備えている。
【００２８】
アキシアル磁気軸受(5)は、回転体(4)の下部に一体に形成されたフランジ部(4a)をＺ軸方向の両側から挟むように配置された１対のアキシアル電磁石(26a)(26b)を備えている。アキシアル電磁石は、符号(26)で総称する。
【００２９】
アキシアル変位センサ(23)は、回転体(4)の下端面にＺ軸方向の下側から対向するように配置され、回転体(4)の下端面との距離（空隙）に比例する距離信号を出力する。
【００３０】
２組のラジアル磁気軸受(6)(7)は、アキシアル磁気軸受(5)の上側において上下方向に所定の距離をおいて配置されており、これらの間にモータ(9)が配置されている。上側のラジアル磁気軸受(6)は、回転体(4)をＸ軸方向の両側から挟むように配置された１対のラジアル電磁石(27a)(27b)、および回転体(4)をＹ軸方向の両側から挟むように配置された１対のラジアル電磁石(27c)(27d)を備えている。これらのラジアル電磁石は、符号(27)で総称する。同様に、下側のラジアル磁気軸受(7)も、２対のラジアル電磁石(28a)(28b)(28c)(28d)を備えている。これらの電磁石も、符号(28)で総称する。
【００３１】
上側のラジアル変位センサユニット(24)は、上側のラジアル磁気軸受(6)の近傍に配置されており、Ｘ軸方向の電磁石(27a)(27b)の近傍においてＸ軸方向の両側から回転体(4)を挟むように配置された１対のラジアル変位センサ(29a)(29b)、およびＹ軸方向の電磁石(27c)(27d)の近傍においてＹ軸方向の両側から回転体(4)を挟むように配置された１対のラジアル変位センサ(29c)(29d)を備えている。これらのラジアル変位センサは、符号(29)で総称する。同様に、下側のラジアル変位センサユニット(25)は、下側のラジアル磁気軸受(7)の近傍に配置されており、２対のラジアル変位センサ(30a)(30b)(30c)(30d)を備えている。これらのラジアル変位センサも、符号(30)で総称する。各ラジアル変位センサ(29)(30)は、回転体(4)の外周面との距離に比例する距離信号を出力する。
【００３２】
回転センサ(10)は、回転体(4)の回転数に対応する回転数信号を出力する。
【００３３】
電磁石(26)(27)(28)、変位センサ(23)(29)(30)は、ケーシング(3)に固定されている。
【００３４】
保護軸受(11)(12)はアンギュラ玉軸受などの転がり軸受よりなり、各保護軸受(11)(12)の外輪がケーシング(3)に固定され、内輪が回転体(4)の周囲に所定の隙間をあけて配置されている。２組の保護軸受(11)(12)はいずれも径方向の支持が可能なものであり、少なくとも１組は軸方向の支持も可能なものである。
【００３５】
コントローラ(2)のＲＯＭ(18)には、ＤＳＰ(17)における処理プログラムなどが格納されている。ＲＡＭ(19)には、磁気軸受の制御パラメータ、後述する定常電流値（バイアス電流値）、タッチダウン回数のカウント値、このカウント値変更のために登録された照合用パスワードなどが記憶されている。
【００３６】
センサ回路(13)は、変位検出部(8)の各変位センサ(23)(29)(30)を駆動し、各変位センサ(23)(29)(30)の出力に基づいて、回転体の軸方向の変位、ならびに上下のラジアル変位センサユニット(24)(25)の部分におけるＸ軸方向およびＹ軸方向の変位を演算し、その演算結果である変位信号をＡＤ変換器(20)を介してＤＳＰ(17)に出力する。変位検出部(8)およびセンサ回路(13)により、変位検出手段が構成されている。
【００３７】
ＤＳＰ(17)は、ＡＤ変換器(20)から入力する変位信号に基づいて、各磁気軸受(5)(6)(7)の各電磁石(26)(27)(28)に対する制御電流値を求め、一定の定常電流値に制御電流値を加えた励磁電流信号をＤＡ変換器(20)を介して磁気軸受駆動回路(14)に出力する。そして、駆動回路(14)は、ＤＳＰ(17)からの励磁電流信号に基づく励磁電流を対応する磁気軸受(5)(6)(7)の電磁石(26)(27)(28)に供給し、これにより、回転体(4)が所定の目標位置に非接触される。ＤＳＰ(17)は、また、回転センサ(10)からの回転数信号に基づいて、モータ(9)に対する回転数指令信号をインバータ(15)に出力し、インバータ(15)は、この信号に基づいて、モータ(9)の回転数を制御する。そして、その結果、回転体(4)が、磁気軸受(5)(6)(7)により目標位置に非接触支持された状態で、モータ(9)により高速回転させられる。
【００３８】
図示は省略したが、コントローラ(2)には、磁気軸受装置のオペレータが後述するタッチダウン回数のカウント値の変更などの操作を行うための操作部たとえば操作パネルが設けられている。
【００３９】
磁気軸受装置の運転中、タッチダウンが行われたかどうかが監視されており、タッチダウンが行われると、ＲＡＭ(19)に記憶されているタッチダウン回数のカウント値が１増加されてそれが新たに記憶される。これにより、タッチダウンが１回行われる度に、カウント値が１ずつ増加する。
【００４０】
磁気軸受装置の電源が投入されていない状態では、磁気軸受(5)(6)(7)およびモータ(9)は作動しておらず、回転体(4)は保護軸受(11)(12)に支持されて停止している。そして、電源が投入されて磁気軸受(5)(6)(7)が起動されるときに、必要に応じてタッチダウン回数のカウント値の変更が行われ、保護軸受(11)(12)が交換時期に達したかどうかの検査が行われる。この検査は、ＲＡＭ(19)に記憶されているカウント値を所定の設定値と比較することにより行われ、設定値に達していれば、保護軸受(11)(12)が交換時期に達していると判定され、保護軸受の交換指令が出力される。保護軸受(11)(12)が交換時期に達していないと判定された場合は、回転体(4)が磁気軸受(5)(6)(7)によって目標位置に非接触支持された後、モータ(9)により高速回転させられて、運転が再開される。
【００４１】
カウント値の変更の要求は、オペレータが操作パネルを操作することによって行われる。次に、図４のフローチャートを参照して、カウント値の変更の要求があった場合の動作について詳細に説明する。
【００４２】
図４において、カウント値変更の要求がなされると、まず、パスワードの入力を要求する画面が表示され（ステップ101）、終了操作がなされたかどうかが調べられ（ステップ102）、終了操作がなされれば、処理を終了する。ステップ102において、終了操作がなされなければ、パスワードが入力されたかどうかが調べられ（ステップ103）、入力されていなければ、ステップ102に戻る。ステップ103において、パスワードが入力されると、入力されたパスワードとＲＡＭ(19)に登録されて記憶されている照合用パスワードが比較される（ステップ104）。照合用パスワードは、予め、所定の操作により登録されて、ＲＡＭ(19)に記憶されている。次に、比較された両パスワードが一致するかどうかが調べられ（ステップ105）、一致しなければ、ステップ101に戻る。ステップ105において、両パスワードが一致すれば、カウント値の変更が行われ（ステップ106）、処理を終了する。カウント値の変更は、操作パネルから所定の操作をすることにより行われる。これにより、入力されたパスワードが記憶されている照合用パスワードと一致する場合にだけ、カウント値の変更が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、磁気軸受装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の磁気軸受装置の機械的部分の主要部を示す縦断面図である。
【図３】図３は、図２の横断面図である。
【図４】図４は、タッチダウン回数の変更が要求された場合のＤＳＰの動作の１例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
(1)     機械本体
(2)     コントローラ
(4)     回転体
(5)     アキシアル磁気軸受
(6)(7)    ラジアル磁気軸受
(8)     変位検出部
(11)(12)    保護軸受
(13)    センサ回路
(26a)(26b)    アキシアル電磁石
(27a)(27b)(27c)(27d)(28a)(28b)(28c)(28d)    ラジアル電磁石
【図１】
2006090373.tif 000003
【図２】
2006090373.tif 000004
【図３】
2006090373.tif 000005
【図４】
2006090373.tif 000006