(57)【要約】【課題】  磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力を低減する。【解決手段】  ロータ、ロータを電磁力によって浮上させる複数の電磁石からなる磁気軸受を有し、ロータのラジアル方向並進変位指令、アキシャル方向並進変位指令及びラジアル方向回転変位指令を受けて、ロータの５自由度ロータ変位を追従させるよう制御する軸受制御系１０と、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力からロータのラジアル方向並進変位指令を算出して軸受制御系１０に出力する並進変位指令制御系２０とを備える。【選択図】        図３
2006258266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータを電磁力によって浮上させる複数の電磁石からなる磁気軸受の、ラジアル方向をＸ軸及びＹ軸、ロータ回転軸をＺ軸とする固定座標系において、上記ロータの幾何中心点がＸ軸方向及びＹ軸方向に並進運動するラジアル方向並進変位、並びに上記ロータの幾何中心点がＺ軸方向に並進運動するアキシャル方向並進変位の３自由度並進変位と、上記ロータの幾何中心軸がＺ軸を含む平面内で回動するラジアル方向回転変位の２自由度回転変位からなる５自由度ロータ変位に関する情報を検出する変位検出手段と、
該変位検出手段の出力を５自由度ロータ変位に変換するロータ変位演算器と、
該ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記ロータの３自由度並進変位を上記磁気軸受の所定の位置に制御するための軸受力となるラジアル方向及びアキシャル方向軸受力指令、並びに上記ロータの２自由度回転変位を上記磁気軸受の所定の位置に制御するための軸受モーメントとなるラジアル方向軸受モーメント指令を出力する制御指令演算器と、
上記ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記電磁石各々と上記ロータとのギャップ長を出力するギャップ長演算器と、
上記制御指令演算器の出力及び上記ギャップ長演算器の出力に基づいて、上記電磁石各々に供給するべき電流指令を出力する電流指令演算器とを備えた軸受制御系、
上記磁気軸受がＸ軸方向及びＹ軸方向に発生するラジアル方向擾乱力を計測するラジアル方向擾乱力計測器と、
該ラジアル方向擾乱力計測器の出力を、固定座標系をＺ軸まわりに所定の回転速度で回転させた回転座標系表現に変換する回転座標変換器と、
該回転座標変換器の出力から低周波成分を抽出する低域通過フィルタと、
該低域通過フィルタの出力を符号反転させた後に積分した信号を、ラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現として出力する積分器と、
該積分器の出力を、上記ロータの回転速度に応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、上記軸受制御系に対するラジアル方向並進変位指令として出力する固定座標変換器とを備えた並進変位指令制御系を有し、
上記固定座標変換器の出力であるラジアル方向並進変位指令により、上記軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする磁気軸受制御装置。
【請求項２】
ロータを電磁力によって浮上させる複数の電磁石からなる磁気軸受の、ラジアル方向をＸ軸及びＹ軸、ロータ回転軸をＺ軸とする固定座標系において、上記ロータの幾何中心点がＸ軸方向及びＹ軸方向に並進運動するラジアル方向並進変位、並びに上記ロータの幾何中心点がＺ軸方向に並進運動するアキシャル方向並進変位の３自由度並進変位と、上記ロータの幾何中心軸がＺ軸を含む平面内で回動するラジアル方向回転変位の２自由度回転変位からなる５自由度ロータ変位に関する情報を検出する変位検出手段と、
該変位検出手段の出力を５自由度ロータ変位に変換するロータ変位演算器と、
該ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記ロータの３自由度並進変位を上記磁気軸受の所定の位置に制御するための軸受力となるラジアル方向及びアキシャル方向軸受力指令、並びに上記ロータの２自由度回転変位を上記磁気軸受の所定の位置に制御するための軸受モーメントとなるラジアル方向軸受モーメント指令を出力する制御指令演算器と、
該ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記電磁石各々と上記ロータとのギャップ長を出力するギャップ長演算器と、
上記制御指令演算器の出力及び上記ギャップ長演算器の出力に基づいて、上記電磁石各々に供給するべき電流指令を出力する電流指令演算器とを備えた軸受制御系、
上記磁気軸受がＸ軸方向及びＹ軸方向に発生するラジアル方向擾乱モーメントを計測するラジアル方向擾乱モーメント計測器と、
該ラジアル方向擾乱モーメント計測器の出力を、固定座標系をＺ軸まわりに所定の回転速度で回転させた回転座標系表現に変換する回転座標変換器と、
該回転座標変換器の出力から低周波成分を抽出する低域通過フィルタと、
該低域通過フィルタの出力を、上記ロータのラジアル方向慣性モーメントがアキシャル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させた後に積分し、上記ロータのアキシャル方向慣性モーメントがラジアル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させずに積分した信号を、ラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現として出力する積分器と、
該積分器の出力を、上記ロータの回転速度に応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、上記軸受制御系に対するラジアル方向回転変位指令として出力する固定座標変換器とを備えた回転変位指令制御系を有し、
上記固定座標変換器の出力であるラジアル方向回転変位指令により、上記軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする磁気軸受制御装置。
【請求項３】
並進変位指令制御系が、
ラジアル方向擾乱力計測器の出力を、回転座標変換器における回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標変換器と、
該逆回転座標変換器の出力から低周波成分を抽出する低域通過フィルタと、
該低域通過フィルタの出力を符号反転させた後に積分した信号を、ラジアル方向逆回り並進変位指令の逆回転座標系表現として出力する積分器と、
該積分器の出力を、ロータの回転速度に応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、軸受制御系に対するラジアル方向逆回り並進変位指令として出力する固定座標変換器とを備え、
ラジアル方向並進変位指令とラジアル方向逆回り並進変位指令の加算値により、上記軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする請求項１記載の磁気軸受制御装置。
【請求項４】
回転変位指令制御系が、
ラジアル方向擾乱モーメント計測器の出力を、回転座標変換器における回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標変換器と、
該逆回転座標変換器の出力から低周波成分を抽出する低域通過フィルタと、
該低域通過フィルタの出力を、ロータのラジアル方向慣性モーメントがアキシャル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させた後に積分し、上記ロータのアキシャル方向慣性モーメントがラジアル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させずに積分した信号を、ラジアル方向逆回り回転変位指令の逆回転座標系表現として出力する積分器と、
該積分器の出力を、上記ロータの回転速度に応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、軸受制御系に対するラジアル方向逆回り回転変位指令として出力する固定座標変換器とを備え、
ラジアル方向回転変位指令とラジアル方向逆回り回転変位指令の加算値により、上記軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする請求項２記載の磁気軸受制御装置。
【請求項５】
並進変位指令制御系の回転座標変換器において、
回転座標系の回転速度を、ロータ回転同期成分（１Ｎ成分）、又はロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…）のうち所定の成分（ａＮ成分、ａは所定の自然数）と一致させ、回転座標系の回転方向を、ラジアル方向擾乱力計測器の出力のうち、回転座標系の回転速度を一致させた成分（ａＮ成分）の回転方向と一致させることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の磁気軸受制御装置。
【請求項６】
回転変位指令制御系の回転座標変換器において、
回転座標系の回転速度を、ロータ回転同期成分（１Ｎ成分）、又はロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…）のうち所定の成分（ａＮ成分、ａは所定の自然数）と一致させ、回転座標系の回転方向を、ラジアル方向擾乱モーメント計測器の出力のうち、回転座標系の回転速度を一致させた成分（ａＮ成分）の回転方向と一致させることを特徴とする請求項２又は請求項４記載の磁気軸受制御装置。
【請求項７】
並進変位指令制御系が、
ラジアル方向擾乱力計測器の出力において、ロータ回転同期成分（１Ｎ成分）、又はロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…）のうち低減させたい複数の成分に対応して、回転座標変換器における回転座標系の回転方向及び回転速度を、低減させたいラジアル方向擾乱力成分の回転方向及び回転速度に一致させた複数の並進変位指令制御系を備え、
上記各並進変位指令制御系から出力される信号の加算値により、軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする請求項５記載の磁気軸受制御装置。
【請求項８】
回転変位指令制御系が、
ラジアル方向擾乱モーメント計測器の出力において、ロータ回転同期成分（１Ｎ成分）、又はロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…）のうち低減させたい複数の成分に対応して、回転座標変換器における回転座標系の回転方向及び回転速度を、低減させたいラジアル方向擾乱モーメント成分の回転方向及び回転速度に一致させた複数の回転変位指令制御系を備え、
上記各回転変位指令制御系から出力される信号の加算値により、軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする請求項６記載の磁気軸受制御装置。
【請求項９】
ロータを電磁力によって浮上させる複数の電磁石からなる磁気軸受の、ラジアル方向をＸ軸及びＹ軸、ロータ回転軸をＺ軸とする固定座標系において、上記ロータの幾何中心点がＸ軸方向及びＹ軸方向に並進運動するラジアル方向並進変位、並びに上記ロータの幾何中心点がＺ軸方向に並進運動するアキシャル方向並進変位の３自由度並進変位と、上記ロータの幾何中心軸がＺ軸を含む平面内で回動するラジアル方向回転変位の２自由度回転変位からなる５自由度ロータ変位に関する情報を検出する変位検出手段と、
該変位検出手段の出力を５自由度ロータ変位に変換すると共に、上記磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの主要成分が低減した状態における上記変位検出手段の出力を用いて算出された補正関数で、上記３自由度並進変位とロータ重心位置の３自由度並進変位との誤差、及び上記２自由度回転変位とロータ慣性主軸の２自由度回転変位との誤差を低減する補正関数を有するロータ変位演算器と、
該ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記ロータの３自由度並進変位を上記磁気軸受の所定の位置に制御するための軸受力となるラジアル方向及びアキシャル方向軸受力指令、並びに上記ロータの２自由度回転変位を上記磁気軸受の所定の位置に制御するための軸受モーメントとなるラジアル方向軸受モーメント指令を出力する制御指令演算器と、
上記ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記電磁石各々と上記ロータとのギャップ長を出力するギャップ長演算器と、
上記制御指令演算器の出力及び上記ギャップ長演算器の出力に基づいて、上記電磁石各々に供給するべき電流指令を出力する電流指令演算器とを備えた軸受制御系を有する磁気軸受制御装置。
【請求項１０】
ギャップ長演算器は、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの主要成分が低減した状態におけるロータの５自由度ロータ変位に基づき算出された補正関数で、演算したギャップ長と、上記ロータと電磁石との真のギャップ長との誤差を低減する補正関数を有することを特徴とする請求項９記載の磁気軸受制御装置。
【請求項１１】
制御指令演算器の出力であるラジアル方向軸受力指令を、固定座標系をＺ軸まわりに所定の回転速度で回転させた回転座標系表現に変換する回転座標変換器と、
該回転座標変換器の出力から低周波成分を抽出する低域通過フィルタと、
該低域通過フィルタの出力を積分した信号を、ラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現として出力する積分器と、
該積分器の出力を、ロータの回転速度に応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、軸受制御系に対するラジアル方向並進変位指令として出力する固定座標変換器とを備えた並進変位指令制御系を有し、
上記固定座標変換器の出力であるラジアル方向並進変位指令により、上記軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の磁気軸受制御装置。
【請求項１２】
制御指令演算器の出力であるラジアル方向軸受モーメント指令を、固定座標系をＺ軸まわりに所定の回転速度で回転させた回転座標系表現に変換する回転座標変換器と、
該回転座標変換器の出力から低周波成分を抽出する低域通過フィルタと、
該低域通過フィルタの出力を、ロータのアキシャル方向慣性モーメントがラジアル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させた後に積分し、上記ロータのラジアル方向慣性モーメントがアキシャル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させずに積分した信号を、ラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現として出力する積分器と、
該積分器の出力を、上記ロータの回転速度に応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、軸受制御系に対するラジアル方向回転変位指令として出力する固定座標変換器とを備えた回転変位指令制御系を有し、
上記固定座標変換器の出力であるラジアル方向回転変位指令により、上記軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の磁気軸受制御装置。
【請求項１３】
並進変位指令制御系が、
制御指令演算器の出力であるラジアル方向軸受力指令を、回転座標変換器における回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標変換器と、
該逆回転座標変換器の出力から低周波成分を抽出する低域通過フィルタと、
該低域通過フィルタの出力を積分した信号を、ラジアル方向逆回り並進変位指令の逆回転座標系表現として出力する積分器と、
該積分器の出力を、ロータの回転速度に応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、軸受制御系に対するラジアル方向逆回り並進変位指令として出力する固定座標変換器とを備え、
ラジアル方向並進変位指令とラジアル方向逆回り並進変位指令の加算値により、上記軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする請求項１１記載の磁気軸受制御装置。
【請求項１４】
回転変位指令制御系が、
制御指令演算器の出力であるラジアル方向軸受モーメント指令を、回転座標変換器における回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標変換器と、
該逆回転座標変換器の出力から低周波成分を抽出する低域通過フィルタと、
該低域通過フィルタの出力を、ロータのアキシャル方向慣性モーメントがラジアル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させた後に積分し、上記ロータのラジアル方向慣性モーメントがアキシャル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させずに積分した信号を、ラジアル方向逆回り回転変位指令の逆回転座標系表現として出力する積分器と、
該積分器の出力を、上記ロータの回転速度に応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、軸受制御系に対するラジアル方向逆回り回転変位指令として出力する固定座標変換器とを備え、
ラジアル方向回転変位指令とラジアル方向逆回り回転変位指令の加算値により、上記軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする請求項１２記載の磁気軸受制御装置。
【請求項１５】
並進変位指令制御系の回転座標変換器において、
回転座標系の回転速度を、ロータ回転同期成分（１Ｎ成分）、又はロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…）のうち所定の成分（ａＮ成分、ａは所定の自然数）と一致させ、回転座標系の回転方向を、制御指令演算器の出力であるラジアル方向軸受力指令のうち、回転座標系の回転速度を一致させた成分（ａＮ成分）の回転方向と一致させることを特徴とする請求項１１又は請求項１３記載の磁気軸受制御装置。
【請求項１６】
回転変位指令制御系の回転座標変換器において、
回転座標系の回転速度を、ロータ回転同期成分（１Ｎ成分）、又はロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…）のうち所定の成分（ａＮ成分、ａは所定の自然数）と一致させ、回転座標系の回転方向を、制御指令演算器の出力であるラジアル方向軸受モーメント指令のうち、回転座標系の回転速度を一致させた成分（ａＮ成分）の回転方向と一致させることを特徴とする請求項１２又は請求項１４記載の磁気軸受制御装置。
【請求項１７】
並進変位指令制御系が、
ラジアル方向擾乱力のロータ回転同期成分（１Ｎ成分）、又はロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…）のうち低減させたい複数の成分に対応して、回転座標変換器における回転座標系の回転方向及び回転速度を、制御指令演算器の出力であるラジアル方向軸受力指令における上記複数成分各々の回転方向及び回転速度に一致させた複数の並進変位指令制御系とを備え、
上記各並進変位指令制御系から出力される信号の加算値により、軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする請求項１５記載の磁気軸受制御装置。
【請求項１８】
回転変位指令制御系が、
ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）、又はロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…）のうち低減させたい複数の成分に対応して、回転座標変換器における回転座標系の回転方向及び回転速度を、制御指令演算器の出力であるラジアル方向軸受モーメント指令における上記複数成分各々の回転方向及び回転速度に一致させた複数の回転変位指令制御系を備え、
上記各回転変位指令制御系から出力される信号の加算値により、軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御することを特徴とする請求項１６記載の磁気軸受制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転体（ロータ）を非接触で支持する磁気軸受が発生する擾乱を、磁気軸受のサーボ共振周波数域を含めた全周波数領域において低減する磁気軸受制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気軸受制御装置として、例えば特許文献１に記載された同期妨害補償装置がある。この同期妨害補償装置は、ロータのラジアル方向位置ｘ，ｙの検出手段と、二入力加算器から出力されるラジアル方向位置ｘ，ｙに基づいて、予め設定したラジアル方向位置にロータを保持するように軸受電磁石に対して電流を供給する制御回路とを備えた通常の磁気軸受制御装置に対して、ロータのラジアル方向位置検出手段と制御回路との間に処理回路を配置した構成となっている。この処理回路は、ロータ回転速度の周波数に中心を置く帯域除去フィルタとして作用し、ラジアル方向位置ｘ，ｙからロータ回転同期成分を除去するため、ロータ回転同期周波数域における軸受剛性を著しく減少させる。これにより、ロータは慣性主軸回りに回転するため、ロータ回転時に磁気軸受が発生する力の振動、つまり擾乱を抑制することが可能となる。
【０００３】
また、例えば特許文献２に記載された従来の磁気軸受制御装置では、ロータ変位と軸受電磁石供給電流から磁気軸受の磁束密度又は軸受支持力を推定し、当該推定値と回転センサの出力信号を基準として発振された２相信号から、当該推定値のロータ回転同期成分を抽出して、当該同期成分が零となるように軸受電磁石に対する電流指令を補正している。これにより、ロータは慣性主軸回りに回転するため、磁気軸受の発生擾乱を抑制することができる。
【０００４】
さらに、特許文献１における同期妨害補償装置及び特許文献２における磁気軸受制御装置では、磁気軸受の発生擾乱に対応した状態量、又は状態量推定値を用いて間接的に発生擾乱を抑制しているが、発生擾乱の計測値に基づいた擾乱フィードバック制御により、直接的に発生擾乱を抑制することも可能である。具体的には、例えば特許文献３に示すように、磁気軸受手段に擾乱計測部を付加し、擾乱計測部から出力される実際の擾乱計測値に基づいて位置補正指令信号又は力補正指令信号を算出して、当該指令信号を制御器の入力側又は出力側に加算する擾乱フィードバック制御を行うことで、磁気軸受の発生擾乱を抑制している。
【０００５】
さらに、特許文献１における同期妨害補償装置及び特許文献２における磁気軸受制御装置では、軸受制御ループ内にロータ回転同期成分を減衰させる帯域除去フィルタを挿入し、ロータ回転同期周波数域における軸受剛性を著しく減少させることと等価であるが、軸受剛性を減少させることなく、発生擾乱のロータ回転同期成分を抑制することも可能である。具体的には、例えば特許文献４に示すように、軸受制御系に繰返しコントローラを挿入し、ロータを幾何中心回りに高精度で回転させた場合のデータに基づいて、ロータの偏心量を推定する。次に、当該偏心量に基づいて軸受制御系への並進変位指令を補正することで、軸受剛性を低下させることなく発生擾乱のロータ回転同期成分を抑制している。
【０００６】
【特許文献１】特公昭６０−１４９２９号公報（第３ページ、第５欄、第４行〜第６欄５行）
【特許文献２】特開平８−３２６７５０号公報（段落番号０００５）
【特許文献３】特開２００２−１４７４５４号公報（段落番号０００６，０００９）
【特許文献４】特開２００３−２６２２２５号公報（段落番号０００７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の磁気軸受制御装置は以上のように構成され、例えば上記特許文献１の制御方法では、ロータのラジアル方向並進変位からロータ回転同期成分を除去することにより、軸受電磁石に対する供給電流に含まれるロータ回転同期成分を減少させているが、ロータの幾何中心と重心を完全に一致させることは通常不可能であり、上記方法でロータが慣性主軸回りに回転したとしても、電磁石ギャップ長はロータ回転に同期して変動するため、電磁石の供給電流とギャップ長で決定する電磁石吸引力にはロータ回転同期成分が残留し、発生擾乱のロータ回転同期成分を完全に除去することができないという課題があった。また、本制御方法では、ロータ回転同期周波数域において軸受剛性を極度に下げることで、ロータを慣性主軸回りに回転させて低擾乱化を図っているが、磁気軸受制御系のサーボ共振周波数域において軸受剛性を低下させるとロータの安定浮上が損なわれるために、サーボ共振周波数域では十分な擾乱抑制が実現できないという課題もあった。
【０００８】
さらに、上記特許文献２の制御方法では、ロータ変位と軸受電磁石供給電流から磁気軸受の磁束密度又は軸受支持力を推定し、当該推定値のロータ回転同期成分が零となるように軸受電磁石に対する電流指令を補正しているので、電磁石供給電流のみに着目して電磁石ギャップ長を考慮していない特許文献１の制御方法に比べて、発生擾乱のロータ回転同期成分をより低減することが可能となる。しかしながら、本制御方法は制御器と制御対象の間にロータ回転同期成分を減衰させる帯域除去フィルタを挿入した構成と等価であり、ロータ回転同期周波数域において軸受剛性を極度に下げる点では特許文献１の制御方法と同一である。従って、本制御方法においても、磁気軸受制御系のサーボ共振周波数域において軸受剛性を低下させるとロータの安定浮上が損なわれるために、サーボ共振周波数域では十分な擾乱抑制が実現できないという課題があった。
【０００９】
さらに、上記特許文献３の制御方法では、発生擾乱の計測値に基づいた擾乱フィードバック制御により、直接的に発生擾乱を抑制するため、発生擾乱に対応した状態量、又は状態量推定値を用いて間接的に発生擾乱を抑制する特許文献１又は特許文献２の制御方法に比べて、磁気軸受の機械加工精度や取付誤差、及び軸受制御系のモデル化誤差の影響を受けずに発生擾乱を抑制することが可能となる。しかしながら、本制御方法では擾乱計測部の設置が不可欠であり、擾乱計測部を持たない磁気軸受の低擾乱化実現への拡張性に乏しいという課題があった。
【００１０】
さらに、上記特許文献４の制御方法では、ロータ回転同期周波数域における軸受剛性を低下させる特許文献１及び特許文献２の制御方法と異なり、軸受剛性を減少させることなく発生擾乱のロータ回転同期成分を抑制することが可能となるため、軸受制御系のサーボ共振周波数域を含めた全周波数領域において、発生擾乱のロータ回転同期成分を低減することができる。しかしながら、磁気軸受における擾乱発生要因には、ロータ回転同期擾乱を発生させるロータ不釣合いの他に、ロータ回転高調波擾乱を発生させるセンサ検出面歪、及びマグネット磁極面歪等があり、機械加工精度の向上によりこれらの面歪を完全に除去することは不可能であるため、ロータ不釣合いのみに着目した本制御方法では、ロータ回転高調波擾乱を抑制することができないという課題があった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、磁気軸受の機械加工精度や取付誤差、及び軸受制御系のモデル化誤差の影響を受けずに、磁気軸受制御系のサーボ共振周波数を含めた全周波数領域において、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分、及びロータ回転高調波成分を含めた任意の周波数成分を低減することができる磁気軸受制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る磁気軸受制御装置は、ロータを電磁力によって浮上させる複数の電磁石からなる磁気軸受の、ラジアル方向をＸ軸及びＹ軸、ロータ回転軸をＺ軸とする固定座標系において、上記ロータの幾何中心点がＸ軸方向及びＹ軸方向に並進運動するラジアル方向並進変位、並びに上記ロータの幾何中心点がＺ軸方向に並進運動するアキシャル方向並進変位の３自由度並進変位と、上記ロータの幾何中心軸がＺ軸を含む平面内で回動するラジアル方向回転変位の２自由度回転変位からなる５自由度ロータ変位に関する情報を検出する変位検出手段と、該変位検出手段の出力を５自由度ロータ変位に変換するロータ変位演算器と、該ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記ロータの３自由度並進変位を上記磁気軸受の所定の位置に制御するための軸受力となるラジアル方向及びアキシャル方向軸受力指令、並びに上記ロータの２自由度回転変位を上記磁気軸受の所定の位置に制御するための軸受モーメントとなるラジアル方向軸受モーメント指令を出力する制御指令演算器と、上記ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記電磁石各々と上記ロータとのギャップ長を出力するギャップ長演算器と、上記制御指令演算器の出力及び上記ギャップ長演算器の出力に基づいて、上記電磁石各々に供給するべき電流指令を出力する電流指令演算器とを備えた軸受制御系、上記磁気軸受がＸ軸方向及びＹ軸方向に発生するラジアル方向擾乱力を計測するラジアル方向擾乱力計測器と、該ラジアル方向擾乱力計測器の出力を、固定座標系をＺ軸まわりに所定の回転速度で回転させた回転座標系表現に変換する回転座標変換器と、該回転座標変換器の出力から低周波成分を抽出する低域通過フィルタと、該低域通過フィルタの出力を符号反転させた後に積分した信号を、ラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現として出力する積分器と、該積分器の出力を、上記ロータの回転速度に応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、上記軸受制御系に対するラジアル方向並進変位指令として出力する固定座標変換器とを備えた並進変位指令制御系を有し、上記固定座標変換器の出力であるラジアル方向並進変位指令により、上記軸受制御系が５自由度ロータ変位を所定の位置に制御するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明により、磁気軸受の機械加工精度、電磁石及び変位検出手段の取付誤差、並びに軸受制御系のモデル化誤差の影響を受けずに、磁気軸受のサーボ共振周波数域を含めた全周波数領域において、回転座標系と同一方向に同一速度で回転するラジアル方向擾乱力成分を低減することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は磁気軸受手段の構成要素であるロータ（円柱状ロータ）、電磁石及び変位検出手段の配置例を示す構成図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図である。図１に示すように、磁気軸受手段は、ロータ１、ロータ１を電磁力によって所定位置に浮上させる電磁石２からなる磁気軸受、及びロータ１の磁気軸受中心からの変位を検出する変位検出手段３を備えている。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は磁気軸受のステータ（図示せず）に対して固定された固定座標系の座標軸であり、Ｚ軸はロータ回転軸で、Ｘ軸、Ｙ軸はＺ軸に垂直で互いに直交するラジアル軸であり、固定座標系原点は磁気軸受の幾何中心位置となっている。
【００１５】
ロータ１には、ロータ１の幾何中心点が固定座標系原点からＸ軸方向、Ｙ軸方向に並進運動するラジアル方向並進変位Ｘ，Ｙ、及びロータの幾何中心点がＺ軸方向に並進運動するアキシャル方向並進変位Ｚの３自由度並進変位、並びにロータ１の幾何中心軸がＺ軸を含む平面内で回動するラジアル方向回転変位θX，θYの２自由度回転変位からなる５自由度ロータ変位が生じる。
【００１６】
図１に示す構成の磁気軸受手段では、変位検出手段３ａ〜３ｈから出力されるロータ変位情報によって、ロータ１のラジアル方向並進変位Ｘ，Ｙ、及びラジアル方向回転変位θX，θYを算出することができ、変位検出手段３ｉ〜３ｊから出力されるロータ変位情報によって、ロータ１のアキシャル方向並進変位Ｚを算出することができる。また、電磁石２ａ〜２ｈが発生する電磁力によって、ロータ１に作用するラジアル方向軸受力、及びラジアル方向軸受モーメントを制御することができ、電磁石２ｉ〜２ｊが発生する電磁力によってロータ１に作用するアキシャル方向軸受力を制御することができる。
【００１７】
図２は磁気軸受手段の構成要素であるロータ（円板状ロータ）、電磁石及び変位検出手段の別の配置例を示す構成図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、傾斜磁極リング状ロータ１の周囲に６個の電磁石２ａ〜２ｆ、及び６個の変位検出手段３ａ〜３ｆを配置した磁気軸受手段の構成でも、変位検出手段３ａ〜３ｆから出力されるロータ変位情報によって５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θX，θYを算出することができ、また、電磁石２ａ〜２ｆが発生する電磁力によってロータに作用するラジアル方向軸受力、アキシャル方向軸受力及びラジアル方向軸受モーメントを制御することができる。
【００１８】
図３はこの発明の実施の形態１による磁気軸受制御装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、この磁気軸受制御装置は軸受制御系１０及び並進変位指令制御系２０を備えている。なお、図３では、簡単化のために、Ｘ軸方向並進運動及びＹ軸方向並進運動に対する制御ループのみを図示し、アキシャル方向並進運動及びラジアル方向回転運動に対する制御ループは図示していない。軸受制御系１０は、ロータ１のラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹC，アキシャル方向並進変位指令ＺC（図示せず）、及びラジアル方向回転変位指令θXC，θYC（図示せず）を受けて、その各々に対してロータ１の５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θX，θYを追従させるように制御する。
【００１９】
また、並進変位指令制御系２０は、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙからロータ１のラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹCを算出して軸受制御系１０に対して出力する。特に、この実施の形態１では、並進変位指令制御系２０は、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙの１Ｎ成分を低減するためのラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹCを算出する。
【００２０】
通常、軸受制御系１０に入力されるロータ１のラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹC，アキシャル方向並進変位指令ＺC、及びラジアル方向回転変位指令θXC，θYCは、ロータ１を磁気軸受の幾何中心に保持するために常に零値としている。しかし、この実施の形態１では、並進変位指令制御系２０により、ラジアル方向擾乱力を低減するロータ１のラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹCを生成して軸受制御系１０に入力する。このとき、ロータ１のアキシャル方向並進変位指令ＺC、及びラジアル方向回転変位指令θXC，θYCについては、零値が軸受制御系１０に入力される。
【００２１】
軸受制御系１０は磁気軸受手段１１、ロータ変位演算器１２、制御指令演算器１３、ギャップ長演算器１４及び電流指令演算器１５を備えている。磁気軸受手段１１は、ロータ１、ロータ１を電磁力によって浮上させる複数の電磁石２からなる磁気軸受、及びロータ１の変位を検出する変位検出手段３から構成されており、ｎ個の変位検出手段３からロータ変位情報Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎを出力すると共に、磁気軸受手段１１に備え付けられた回転速度センサ（図示せず）からロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚを出力する。ロータ変位演算器１２は、磁気軸受手段１１におけるｎ個の変位検出手段３から出力されるロータ変位情報Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎに基づいて、ロータ１の５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θX，θYを算出して出力する。
【００２２】
制御指令演算器１３は、並進変位指令制御系２０の固定座標変換器２５から出力されるラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹC、アキシャル方向並進変位指令ＺCの零値、及びラジアル方向回転変位指令θXC，θYCの零値と、ロータ変位演算器１２から出力される５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θX，θYとの偏差に基づいて、ラジアル方向軸受力指令ＦX，ＦY、アキシャル方向軸受力指令ＦZ、及びラジアル方向軸受モーメント指令ＮX，ＮYを算出して出力する。
【００２３】
ギャップ長演算器１４は、ロータ変位演算器１２から出力される５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θX，θYに基づいて、磁気軸受手段１１を構成するｎ個の電磁石２の各々におけるロータ１とのギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎを算出して出力する。電流指令演算器１５は、制御指令演算器１３の出力であるラジアル方向軸受力指令ＦX，ＦY、アキシャル方向軸受力指令ＦZ、及びラジアル方向軸受モーメント指令ＮX，ＮYと、ギャップ長演算器１４の出力であるギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎに基づいて、各々の電磁石２に供給すべき電流指令Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｎを算出して出力する。そして、電流指令演算器１５からの電流指令Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｎに応じて、磁気軸受手段１１の各々の電磁石２が付勢されることにより、ロータ１の５自由度ロータ変位が制御される。
【００２４】
並進変位指令制御系２０はラジアル方向擾乱力計測器２１、回転座標変換器２２、低域通過フィルタ２３、積分器２４及び固定座標変換器２５を備えている。ラジアル方向擾乱力計測器２１は、磁気軸受がＸ軸方向及びＹ軸方向に発生するラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙを計測する。回転座標変換器２２は、ラジアル方向擾乱力計測器２１から出力されるラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙを、磁気軸受手段１１に備え付けられた回転速度センサ（図示せず）の出力であるロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚに基づいて、固定座標系をＺ軸回りにロータ１のＺ軸回り回転と同一方向に同一速度で回転させた回転座標系表現Ｆｄｘｒ，Ｆｄｙｒに変換する。
【００２５】
低域通過フィルタ２３は、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙの回転座標系表現Ｆｄｘｒ，Ｆｄｙｒに対して、通過周波数帯域を大略０．１〜１Ｈｚ程度とすることで、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙのロータ回転同期成分のみを回転座標系表現で抽出する。積分器２４は、低域通過フィルタ２３の出力を符号反転させた後に積分した信号を、ラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現Ｘｃｒ，Ｙｃｒとして出力する。固定座標変換器２５は、積分器２４の出力であるラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現Ｘｃｒ，Ｙｃｒを、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、軸受制御系１０に対するラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃとして出力する。
【００２６】
図４はこの発明の実施の形態１による磁気軸受制御装置を説明するためのラジアル方向面内におけるロータ断面図である。図４（ａ）はロータ１のアキシャル方向回転速度ωZが軸受制御系１０の位置制御帯域内にある低速回転時において、並進変位指令制御系２０を適用した直後の状態を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）において並進変位指令制御系２０を適用後、十分時間が経過した後の状態を示している。また、図４（ｃ），（ｅ），（ｇ）は、ロータ１のアキシャル方向回転速度ωZを軸受制御系１０のサーボ共振周波数、又はそれ以上まで上昇させた場合において、固定座標変換器２５における進相量を各々零値、最適値及び過大値として並進変位指令制御系２０を適用した直後の状態を示し、図４（ｄ），（ｆ），（ｈ）は、各々図４（ｃ），（ｅ），（ｇ）において並進変位指令制御系２０を適用後、十分時間が経過した後の状態を示している。
【００２７】
図４において、固定座標系Ｚ軸に垂直で互いに直交し、ロータ１のＺ軸回り回転と同一方向に同一速度で回転する回転座標系の座標軸をＸｒ，Ｙｒとし、回転座標系原点は固定座標系原点と一致している。また、ロータ１の重心をＧ、幾何中心をＳ、ラジアル方向擾乱力におけるロータ回転同期成分の回転座標系表現ベクトルを３０、積分器２４から出力されるラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現Ｘｃｒ，Ｙｃｒを要素とするベクトルを３１、固定座標変換器２５において、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて重畳する所定の進相量をα（ωｚ）、固定座標変換器２５から出力される進相量α（ωｚ）を重畳したラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃの回転座標系表現ベクトルを３２、ロータ幾何中心Ｓの移動方向ベクトルを３３、ロータ回転方向を３４としている。
【００２８】
次に動作について説明する。
図３の軸受制御系１０において、磁気軸受手段１１のｎ個の変位検出手段３から出力されるロータ変位情報Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎは、ロータ変位演算器１２によってロータ１の３自由度並進変位Ｘ，Ｙ，Ｚ、及びラジアル方向２自由度回転変位θX，θYからなる５自由度ロータ変位に変換される。この５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θX，θYはフィードバックされ、固定座標変換器２５から出力されるラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹC、アキシャル方向並進変位指令ＺCの零値及びラジアル方向回転変位指令θXC，θYCの零値との偏差信号が制御指令演算器１３に入力される。
【００２９】
制御指令演算器１３では、入力された偏差信号に基づいて、当該偏差が零となるようなラジアル方向軸受力指令ＦX，ＦY、アキシャル方向軸受力指令ＦZ、及びラジアル方向軸受モーメント指令ＮX，ＮYを算出して出力する。また、ギャップ長演算器１４では、５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θX，θYに基づいて、磁気軸受を構成するｎ個の電磁石２の各々におけるロータとのギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎを算出する。電流指令演算器１５では、当該ギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎにおいてラジアル方向軸受力指令ＦX，ＦY、アキシャル方向軸受力指令ＦZ、及びラジアル方向軸受モーメント指令ＮX，ＮYを実現するために電磁石２の各々に供給するべき電流指令Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｎを算出して出力する。この電流指令Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｎに応じて電磁石２の各々が付勢されることにより、５自由度ロータ変位がラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹC、アキシャル方向並進変位指令ＺC、及びラジアル方向回転変位指令θXC，θYCと一致するように制御することが可能となる。
【００３０】
従来の単純な磁気軸受制御装置では、５自由度ロータ変位指令ＸC，ＹC，ＺC，θXC，θYCを常に零値としており、したがってアキシャル方向回転速度ωｚが軸受制御系１０の位置制御帯域内にある場合のラジアル方向面内におけるロータ断面図は、理想的には図４（ａ）に示す通りとなる。すなわち、回転座標系Ｘｒ−Ｙｒから見た場合、ロータ幾何中心Ｓは回転座標系原点に位置し、ロータ重心Ｇはロータ幾何中心Ｓからロータ静不釣合いに対応する距離を隔てた点に位置する。その結果、ロータ重心Ｇには静不釣合いに起因するロータ回転同期のラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙが作用し、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙの作用下でロータ浮上位置、すなわちロータ幾何中心Ｓを回転座標系原点に保持するためには、ラジアル方向擾乱力と逆極性で大きさの等しいラジアル方向軸受力を発生させる必要がある。このとき、ロータ１に作用するラジアル方向軸受力の反作用が磁気軸受のステータ側に作用し、これが磁気軸受手段１１のハウジングに伝達する力の振動、つまり擾乱となる。
【００３１】
そこで、この実施の形態１の磁気軸受制御装置では、並進変位指令制御系２０を設け、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙ、及びロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚに基づいて、ロータ重心Ｇが回転座標系原点に位置するようにラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃを制御している。
【００３２】
並進変位指令制御系２０では、ラジアル方向擾乱力計測器２１によって計測される磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙ、及び磁気軸受手段１１に備え付けられた回転速度センサ（図示せず）の出力であるロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚが回転座標変換器２２に入力され、回転座標変換器２２において、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙの固定座標系をＺ軸回りにロータ１のＺ軸回り回転と同一方向に同一速度で回転させた回転座標系表現Ｆｄｘｒ，Ｆｄｙｒが次の式（１）により算出される。
Ｆｄｘｒ＝  Ｆｄｘ・ｃｏｓ（ωｚｔ）＋Ｆｄｙ・ｓｉｎ（ωｚｔ）
Ｆｄｙｒ＝−Ｆｄｘ・ｓｉｎ（ωｚｔ）＋Ｆｄｙ・ｃｏｓ（ωｚｔ）            （１）
ここで、ｔは時間を表す。
【００３３】
このラジアル方向擾乱力の回転座標系表現Ｆｄｘｒ，Ｆｄｙｒは、通過周波数帯域を大略０．１〜１Ｈｚ程度と設定した低域通過フィルタ２３に入力され、ここでラジアル方向擾乱力におけるロータ回転同期成分が抽出される。低域通過フィルタ２３の出力は、図４（ａ）においてベクトル３０で表され、積分器２４において低域通過フィルタ出力３０を符号反転の後に積分した信号を、ラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現Ｘｃｒ，Ｙｃｒとして出力する。このラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現Ｘｃｒ，Ｙｃｒは図４（ａ）においてベクトル３１で表される。この積分器２４の出力は固定座標変換器２５に入力され、次の式（２）に示すように、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量α（ωｚ）を重畳したうえで固定座標系表現に変換され、軸受制御系１０に対するラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃとして出力される。
Ｘｃ＝Ｘｃｒ・ｃｏｓ｛ωｚｔ＋α（ωｚ）｝−Ｙｃｒ・ｓｉｎ｛ωｚｔ＋α（ωｚ）｝
Ｙｃ＝Ｘｃｒ・ｓｉｎ｛ωｚｔ＋α（ωｚ）｝＋Ｙｃｒ・ｃｏｓ｛ωｚｔ＋α（ωｚ）｝
（２）
【００３４】
このとき、ロータ１の低速回転時、詳しくはアキシャル方向回転速度ωｚが軸受制御系１０の位置制御帯域内にあり、アキシャル方向回転速度ωｚにおける軸受制御系１０の位置制御系閉ループ位相遅れがほぼ零と見なせる理想的な場合においては、進相量α（ωｚ）を零とすることができる。この場合、ラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃの回転座標系表現ベクトルは図４（ａ）におけるベクトル３２で表され、アキシャル方向回転速度ωｚにおける軸受制御系１０の位置制御系閉ループ位相遅れがほぼ零であるために、回転座標系で表現したロータ幾何中心Ｓの移動方向も図４（ａ）におけるベクトル３３で表される。したがって、ロータ幾何中心Ｓは図４（ａ）におけるベクトル３３の方向に、ラジアル方向擾乱力におけるロータ回転同期成分ベクトル３０の大きさが零となるまで移動し、定常状態においては図４（ｂ）に示すようにロータ重心Ｇが回転座標系原点に位置するようになる。このような定常状態においては、ラジアル方向擾乱力のロータ回転同期成分の大きさは零となり、これを極度に低減することができる。
【００３５】
一方、固定座標変換器２５における進相量α（ωｚ）を零値に保持したままアキシャル方向回転速度ωｚを上昇させた場合、軸受制御系１０の位置制御系閉ループ位相遅れの拡大により、図４（ｃ）に示されるように、ロータ幾何中心Ｓは軸受制御系１０の位置制御系閉ループ位相遅れに対応した位相角だけロータ回転方向３４と逆方向に回転したベクトル３３に沿って、回転座標系上を移動するようになる。その結果、所定時間が経過した後のロータ重心Ｇ及びロータ幾何中心Ｓは図４（ｄ）に示す配置となり、ラジアル方向擾乱力における回転同期成分、及び積分器２４の出力であるラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現Ｘｃｒ，Ｙｃｒが各々ベクトル３０’，３１’となる結果、ベクトル３０及びベクトル３１は、回転座標系上をロータ回転方向３４と同一方向に回転し、ロータ重心Ｇが回転座標系原点に収束しないために、ラジアル方向擾乱力のロータ回転同期成分を低減することができなくなる。
【００３６】
そこで、この実施の形態１の磁気軸受制御装置では、固定座標変換器２５においてアキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量α（ωｚ）を重畳することにより、アキシャル方向回転速度ωｚが位置制御帯域内、サーボ共振周波数域及び位置制御帯域外のどの周波数領域にある場合でも、ロータ重心Ｇが回転座標系原点に位置するようにラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃを制御している。
【００３７】
所定のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて、進相量α（ωｚ）が最適値の場合、上記式（２）によって算出されるラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃの回転座標系表現は図４（ｅ）におけるベクトル３２で表される。このときロータ幾何中心Ｓは、ベクトル３２に対して軸受制御系１０の位置制御系閉ループ位相遅れに対応した位相角だけロータ回転方向３４と逆方向に回転したベクトル３３に沿って、ラジアル方向擾乱力におけるロータ回転同期成分ベクトル３０の大きさが零となるまで回転座標系上を移動し、定常状態では図４（ｆ）に示すようにロータ重心Ｇが回転座標系原点に位置するようになる。
【００３８】
ここで、固定座標変換器２５における進相量α（ωｚ）を、図４（ｇ）に示すように過大値に設定した場合、ロータ幾何中心Ｓの移動方向ベクトル３３は、積分器出力ベクトル３１に対してロータ回転方向３４と同一方向に所定位相角だけ回転した方向を向く。その結果、所定時間経過後のロータ重心Ｇ及びロータ幾何中心Ｓは図４（ｈ）に示す配置となり、ラジアル方向擾乱力における回転同期成分、及び積分器２４の出力であるラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現Ｘｃｒ、Ｙｃｒが各々ベクトル３０’，３１’となる結果、ベクトル３０及びベクトル３１は、回転座標系上をロータ回転方向３４と逆方向に回転する。
【００３９】
すなわち、ラジアル方向擾乱力におけるロータ回転同期成分の回転座標系表現ベクトル３０は、固定座標変換器２５における進相量α（ωｚ）が最適値に対して小さい場合（図４（ｃ），（ｄ））はロータ回転方向３４と同一方向に回転し、最適値に対して大きい場合（図４（ｇ），（ｈ））はロータ回転方向３４と逆方向に回転し、最適値の場合（図４（ｅ），（ｆ））は回転せずに零ベクトルに収束する。
【００４０】
したがって、固定座標変換器２５における進相量α（ωｚ）を、任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて、ラジアル方向擾乱力におけるロータ回転同期成分の回転座標系表現ベクトル３０が回転せずに零ベクトルに収束するような値に設定することにより、アキシャル方向回転速度ωｚが軸受制御系１０の位置制御帯域内、サーボ共振周波数域、及び位置制御帯域外のどの周波数領域にある場合でも、ロータ重心Ｇを回転座標系原点に収束させることが可能となり、ラジアル方向擾乱力のロータ回転同期成分を極度に低減させることができる。
【００４１】
また、並進変位指令制御系２０におけるラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃの生成は、磁気軸受が実際に発生するラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙの計測値に基づいているので、磁気軸受の機械加工精度、電磁石２及び変位検出手段３の取付誤差、並びに軸受制御系１０のモデル化誤差の影響を受けずに、ラジアル方向擾乱力のロータ回転同期成分を確実に低減させることができる。また、この実施の形態１では、ラジアル方向擾乱力の１Ｎ成分を低減する場合の構成を示したが、ロータ回転同期成分（１Ｎ成分）及びロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…成分）のうち、低減させたい成分に対応して並進変位指令制御系２０を設定することにより、ラジアル方向擾乱力の所望の成分を極度に低減させることができる。
【００４２】
以上のように、この実施の形態１の磁気軸受制御装置によれば、磁気軸受の機械加工精度、電磁石２及び変位検出手段３の取付誤差、並びに軸受制御系１０のモデル化誤差の影響を受けずに、磁気軸受のサーボ共振周波数域を含めた全周波数領域において、回転座標系と同一方向に同一速度で回転するラジアル方向擾乱力成分を低減することができるという効果が得られる。特に、この実施の形態１では、上記式（１）に示すように、回転座標系の回転方向及び回転速度をロータ回転に一致させたので、ラジアル方向擾乱力のうち、ロータの静不釣合いに起因するロータ回転同期成分（１Ｎ成分）を低減することができるという効果が得られる。
【００４３】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による磁気軸受制御装置の構成を示すブロック図である。図５において、図３と同一の符号を付したものは、同一部分又は相当部分を示す。図５に示すように、この磁気軸受制御装置は軸受制御系１０及び回転変位指令制御系４０を備えている。回転変位指令制御系４０は、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙからロータ１のラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃを算出して軸受制御系１０に対して出力する。特に、この実施の形態２では、回転変位指令制御系４０は、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙの１Ｎ成分を低減するためのラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃを算出する。なお、図５では、簡単化のために、ラジアル方向回転運動に対する制御ループのみを図示し、ラジアル方向並進運動及びアキシャル方向並進運動に対する制御ループは図示していない。
【００４４】
通常、軸受制御系１０に入力されるロータ１のラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹC，アキシャル方向並進変位指令ＺC、及びラジアル方向回転変位指令θXC，θYCは、ロータ１を磁気軸受の幾何中心に保持するために常に零値としている。しかし、この実施の形態２では、回転変位指令制御系４０により、ラジアル方向擾乱モーメントを低減するロータ１のラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃを生成して軸受制御系１０に入力する。このとき、ロータ１のラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹC，及びアキシャル方向並進変位指令ＺCについては、零値が軸受制御系１０に入力される。
【００４５】
軸受制御系１０の構成は実施の形態１の図３の構成と同じである。
回転変位指令制御系４０はラジアル方向擾乱モーメント計測器４１、回転座標変換器４２、低域通過フィルタ４３、積分器４４、固定座標変換器４５、逆回転座標変換器４６、低域通過フィルタ４７、積分器４８及び固定座標変換器４９を備えている。
【００４６】
ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１は、磁気軸受がＸ軸方向及びＹ軸方向に発生するラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙを計測する。回転座標変換器４２は、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１から出力されるラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙを、磁気軸受手段１１に備え付けられた回転速度センサ（図示せず）の出力であるロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚに基づいて、固定座標系をＺ軸回りにロータ１のＺ軸回り回転と同一方向に同一速度で回転させた回転座標系表現Ｎｄｘｒ，Ｎｄｙｒに変換する。低域通過フィルタ４３は、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙの回転座標系表現Ｎｄｘｒ，Ｎｄｙｒに対して、通過周波数帯域を大略０．１〜１Ｈｚ程度とすることで、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙのロータ回転同期成分のみを回転座標系表現で抽出する。
【００４７】
積分器４４は、低域通過フィルタ４３の出力を、ロータ１のラジアル方向慣性モーメントがアキシャル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させた後に積分し、アキシャル方向慣性モーメントがラジアル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させずに積分した信号を、ラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現θｘｃｒ，θｙｃｒとして出力する。固定座標変換器４５は、積分器４４の出力であるラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現θｘｃｒ，θｙｃｒを、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、軸受制御系１０に対するラジアル方向回転変位指令として出力する。
【００４８】
逆回転座標変換器４６は、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙを、回転座標変換器４２における回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現Ｎｄｘｒｉ，Ｎｄｙｒｉに変換する。低域通過フィルタ４７は、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙの逆回転座標系表現Ｎｄｘｒｉ，Ｎｄｙｒｉに対して、通過周波数帯域を大略０．１〜１Ｈｚ程度とすることで、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙのロータ回転同期逆回り成分のみを逆回転座標系表現で抽出する。
【００４９】
積分器４８は、低域通過フィルタ４７の出力を、ロータ１のラジアル方向慣性モーメントがアキシャル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させた後に積分し、アキシャル方向慣性モーメントがラジアル方向慣性モーメントに比して大きい場合には符号反転させずに積分した信号を、ラジアル方向逆回り回転変位指令の逆回転座標系表現θｘｃｒｉ，θｙｃｒｉとして出力する。固定座標変換器４９は、積分器４８の出力であるラジアル方向逆回り回転変位指令の逆回転座標系表現θｘｃｒｉ，θｙｃｒｉを、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、軸受制御系１０に対するラジアル方向逆回り回転変位指令として出力する。
【００５０】
図６、図７及び図８は、この発明の実施の形態２による磁気軸受制御装置を説明するためのロータ断面図及び各種信号の回転座標系表現を示す図であり、図６、図７及び図８において、図４と同一の符号を付したものは、同一部分又は相当部分を示す。
【００５１】
図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ円柱状ロータ（図１）及び円板状ロータ（図２）の磁気軸受手段１１において、アキシャル方向回転速度ωｚが軸受制御系１０の位置制御帯域内にある低速回転時において、回転変位指令制御系４０を適用した直後の状態を示し、図６（ｃ），（ｄ）及び図７（ｃ），（ｄ）は、それぞれ図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）において回転変位指令制御系４０を適用後、十分時間が経過した後の状態を示している。
【００５２】
図８（ａ），（ｃ），（ｅ）は、ロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚを軸受制御系１０のサーボ共振周波数、又はそれ以上まで上昇させた場合において、固定座標変換器４５における進相量β（ωｚ）を各々零値、最適値及び過大値として回転変位指令制御系４０を適用した直後の状態を示し、図８（ｂ），（ｄ），（ｆ）は、各々図８（ａ），（ｃ），（ｅ）において回転変位指令制御系４０を適用後、十分時間が経過した後の状態を示している。
【００５３】
図６〜図８において、ロータ慣性主軸をＰ、ロータ慣性主軸Ｐ上の固定点をａ、ロータ１を２分割して各部分を質点で置き換えた場合に、各質点に作用する遠心力をＦ、ラジアル方向擾乱モーメントにおけるロータ回転同期成分の回転座標系表現ベクトルを５０、積分器４４から出力されるラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現θｘｃｒ，θｙｃｒを要素とするベクトルを５１、固定座標変換器４５において、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて重畳する所定の進相量をβ（ωｚ）、固定座標変換器４５から出力される進相量β（ωｚ）を重畳したラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現ベクトルを５２、ロータ幾何中心軸の回転方向ベクトルを５３としている。
【００５４】
図９はこの発明の実施の形態２による磁気軸受制御装置を説明するためのラジアル方向擾乱力又はラジアル方向擾乱モーメントの所定成分が固定座標系ラジアル方向面内で描くリサージュを示す図であり、図９において、図４と同一符号を付したものは、同一部分ま又は相当部分を示す。図９（ａ）はロータに作用する軸受力又は軸受モーメントがラジアル方向面内で等方性を示す場合において、ラジアル方向擾乱力又はラジアル方向擾乱モーメントの所定成分が固定座標系ラジアル方向面内で描くリサージュを示し、図９（ｂ）はロータに作用する軸受力又は軸受モーメントがラジアル方向面内で異方性を示す場合において、ラジアル方向擾乱力又はラジアル方向擾乱モーメントの所定成分が固定座標系ラジアル方向面内で描くリサージュを示している。
【００５５】
次に動作について説明する。
軸受制御系１０については、実施の形態１の軸受制御系１０と比較して、回転変位指令制御系４０からロータ１のラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃが入力され、ロータ１のラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹC，及びアキシャル方向並進変位指令ＺCについては零値が入力される点が異なっているのみで、軸受制御系１０内の処理については実施の形態１と同一である。
【００５６】
従来の単純な磁気軸受制御装置では、５自由度ロータ変位指令ＸC，ＹC，ＺC，θXC，θYCを常に零値としており、したがってアキシャル方向回転速度ωZが軸受制御系１０の位置制御帯域内にある場合のロータ断面図は、理想的には円柱状ロータ（図１）で図６（ａ），（ｂ）に示す通りとなり、円板状ロータ（図２）で図７（ａ），（ｂ）に示す通りとなる。すなわち、回転座標系Ｘｒ−Ｙｒから見た場合、ロータ幾何中心軸はＺ軸に一致してラジアル方向回転変位θｘ，θｙが零値に保持され、ロータ慣性主軸Ｐはロータ幾何中心軸に対してロータ動不釣合いに対応する角度だけ傾いた配置となる。ただし、図６及び図７では、簡単化のために、ロータ慣性主軸ＰがＺｒ−Ｘｒ平面内に位置する場合を記載している。
【００５７】
このとき、ロータ１を２分割して各部分を質点で置き換えた場合の各質点に作用する遠心力Ｆは図６（ａ）、図７（ａ）に示した通りとなり、その結果、ロータ１には動不釣合いに起因するロータ回転同期のラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙが作用し、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙの作用下でロータ浮上位置、すなわちロータ幾何中心軸をＺ軸に保持するためには、ラジアル方向擾乱モーメントと逆極性で大きさの等しいラジアル方向軸受モーメントを発生させる必要がある。このとき、ロータ１に作用するラジアル方向軸受モーメントの反作用が磁気軸受のステータ側に作用し、これが磁気軸受手段１１のハウジングに伝達するモーメントの振動、つまり擾乱となる。
【００５８】
そこで、この実施の形態２による磁気軸受制御装置では、回転変位指令制御系４０を設け、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙ、及びロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚに基づいて、ロータ慣性主軸ＰがＺ軸と平行になるようにラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃを制御している。
【００５９】
回転変位指令制御系４０では、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１によって計測される磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙ、及び磁気軸受手段１１から出力されるロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚが回転座標変換器４２に入力され、回転座標変換器４２において、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙの、固定座標系をＺ軸回りにロータ１のＺ軸回り回転と同一方向に同一速度で回転させた回転座標系表現Ｎｄｘｒ，Ｎｄｙｒが次の式（３）により算出される。
Ｎｄｘｒ＝  Ｎｄｘ・ｃｏｓ（ωｚｔ）＋Ｎｄｙ・ｓｉｎ（ωｚｔ）
Ｎｄｙｒ＝−Ｎｄｘ・ｓｉｎ（ωｚｔ）＋Ｎｄｙ・ｃｏｓ（ωｚｔ）            （３）
【００６０】
このラジアル方向擾乱モーメントの回転座標系表現Ｎｄｘｒ，Ｎｄｙｒは、通過周波数帯域を大略０．１〜１Ｈｚ程度と設定した低域通過フィルタ４３に入力され、ここでラジアル方向擾乱モーメントにおけるロータ回転同期順回り成分が抽出される。低域通過フィルタ４３の出力は、図６（ａ）及び図７（ａ）においてベクトル５０で表され、積分器４４において円柱状ロータでは低域通過フィルタ出力５０を符号反転の後に積分した信号を（図６）、円板状ロータでは低域通過フィルタ出力５０を符号反転せずに積分した信号を（図７）、ラジアル方向順周り回転変位指令の回転座標系表現θｘｃｒ，θｙｃｒとして出力する。このラジアル方向順周り回転変位指令の回転座標系表現θｘｃｒ，θｙｃｒは図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）においてベクトル５１で表される。
【００６１】
この積分器４４の出力は固定座標変換器４５に入力され、次の式（４）に示すように、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量β（ωｚ）を重畳したうえで固定座標系表現に変換され、軸受制御系１０に対するラジアル方向順回り回転変位指令θｘｃ，θｙｃとして出力される。
θｘｃ＝θｘｃｒ・ｃｏｓ｛ωｚｔ＋β（ωｚ）｝
−θｙｃｒ・ｓｉｎ｛ωｚｔ＋β（ωｚ）｝
θｙｃ＝θｘｃｒ・ｓｉｎ｛ωｚｔ＋β（ωｚ）｝
＋θｙｃｒ・ｃｏｓ｛ωｚｔ＋β（ωｚ）｝                        （４）
【００６２】
このとき、ロータ１の低速回転時、詳しくはアキシャル方向回転速度ωｚが軸受制御系１０の位置制御帯域内にあり、アキシャル方向回転速度ωｚにおける軸受制御系１０の位置制御系閉ループ位相遅れがほぼ零と見なせる理想的な場合においては、進相量β（ωｚ）を零とすることができる。この場合、ラジアル方向順回り回転変位指令θｘｃ，θｙｃの回転座標系表現ベクトルは図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）におけるベクトル５２で表され、アキシャル方向回転速度ωｚにおける軸受制御系１０の位置制御系閉ループ位相遅れがほぼ零であるために、回転座標系で表現したロータ幾何中心軸の回転方向も図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）におけるベクトル５３で表される。したがって、ロータ幾何中心軸は図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）におけるベクトル５３の方向に、ラジアル方向擾乱モーメントにおけるロータ回転同期順回り成分ベクトル５０の大きさが零となるまで回転し、定常状態においては図６（ｃ），（ｄ）及び図７（ｃ），（ｄ）に示すようにロータ慣性主軸ＰがＺ軸に対して平行となる。このような定常状態においては、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期順回り成分の大きさは零となり、これを極度に低減することができる。
【００６３】
ラジアル方向回転運動では、上述のように、ロータ動不釣合いに起因するラジアル方向擾乱モーメントの回転同期成分５０の極性が、ロータのアキシャル方向慣性モーメントとラジアル方向慣性モーメントとの大小関係により反転する。したがって、積分器４４で実行する符号操作が、ラジアル方向慣性モーメント＞アキシャル方向慣性モーメントの場合（円柱状ロータ、図６）では反転、アキシャル方向慣性モーメント＞ラジアル方向慣性モーメントの場合（円板状ロータ、図７）では非反転となることに注意を要する。
【００６４】
一方、固定座標変換器４５における進相量β（ωｚ）を零値に保持したままアキシャル方向回転速度ωｚを上昇させた場合、軸受制御系１０の位置制御系閉ループ位相遅れの拡大により、円柱状ロータでは図８（ａ）に示されるように、ロータ幾何中心軸は軸受制御系１０の位置制御系閉ループ位相遅れに対応した位相角だけロータ回転方向３４と逆方向に回転したベクトル５３に沿って、回転座標系上を回転するようになる。その結果、所定時間が経過した後のロータ慣性主軸Ｐ上の固定点ａは図８（ｂ）に示す配置となり、ラジアル方向擾乱モーメントにおける回転同期成分、及び積分器４４の出力であるラジアル方向順周り回転変位指令の回転座標系表現θｘｃｒ，θｙｃｒが各々モーメントベクトル５０’，５１’となる結果、ベクトル５０及びベクトル５１は、回転座標系上をロータ回転方向３４と同一方向に回転し、ロータ慣性主軸ＰとＺ軸との角度が零値に収束しないために、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分を低減することができなくなる。
【００６５】
そこで、この実施の形態２による磁気軸受制御装置では、固定座標変換器４５においてアキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量β（ωｚ）を重畳することにより、アキシャル方向回転速度ωｚが位置制御帯域内、サーボ共振周波数域及び位置制御帯域外のどの周波数領域にある場合でも、ロータ慣性主軸ＰがＺ軸と平行となるようにラジアル方向順回り回転変位指令θｘｃ，θｙｃを制御している。
【００６６】
所定のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて、進相量β（ωｚ）が最適値の場合、上記式（４）によって算出されるラジアル方向順回り回転変位指令θｘｃ，θｙｃの回転座標系表現は図８（ｃ）におけるベクトル５２で表される。このときロータ幾何中心軸は、ベクトル５２に対して軸受制御系１０の位置制御系閉ループ位相遅れに対応した位相角だけロータ回転方向３４と逆方向に回転したベクトル５３に沿って、ラジアル方向擾乱モーメントにおけるロータ回転同期順回り成分ベクトル５０の大きさが零となるまで回転座標系上を回転し、定常状態では図８（ｄ）に示すようにロータ慣性主軸ＰがＺ軸に対して平行となる。
【００６７】
ここで、固定座標変換器４５における進相量β（ωｚ）を、図８（ｅ）に示すように過大値に設定した場合、ロータ幾何中心軸の回転方向ベクトル５３は、積分器出力ベクトル５１に対してロータ回転方向３４と同一方向に所定位相角だけ回転した方向を向く。その結果、所定時間経過後のロータ慣性主軸Ｐ上の固定点ａは図８（ｆ）に示す配置となり、ラジアル方向擾乱モーメントにおける回転同期成分、及び積分器４４の出力であるラジアル方向順周り回転変位指令の回転座標系表現θｘｃｒ，θｙｃｒが各々モーメントベクトル５０’，５１’となる結果、ベクトル５０及びベクトル５１は、回転座標系上をロータ回転方向３４と逆方向に回転する。
【００６８】
すなわち、ラジアル方向擾乱モーメントにおけるロータ回転同期順回り成分の回転座標系表現ベクトル５０は、固定座標変換器４５における進相量β（ωｚ）が最適値に対して小さい場合（図８（ａ），（ｂ））はロータ回転方向３４と同一方向に回転し、最適値に対して大きい場合（図８（ｅ），（ｆ））はロータ回転方向３４と逆方向に回転し、最適値の場合（図８（ｃ），（ｄ））は回転せずに零ベクトルに収束する。
【００６９】
したがって、固定座標変換器４５における進相量β（ωｚ）を、任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて、ラジアル方向擾乱モーメントにおけるロータ回転同期順回り成分の回転座標系表現ベクトル５０が回転せずに零ベクトルに収束するような値に設定することにより、アキシャル方向回転速度ωｚが軸受制御系１０の位置制御帯域内、サーボ共振周波数域及び位置制御帯域外のどの周波数領域にある場合でも、ロータ慣性主軸ＰをＺ軸と平行にすることが可能となり、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期順回り成分を極度に低減させることができる。
【００７０】
なお、図８では円柱状ロータにおける各種信号の回転座標系表現を示したが、円板状ロータにおける回転座標系表現も、モーメントベクトル５０が逆極性となるのみであり、それ以外は全て同一の挙動を示す。
【００７１】
ここまでは、ロータに作用する軸受モーメントがラジアル方向面内で等方性を示す場合の説明となる。このとき、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分が固定座標系ラジアル方向面内で描くリサージュは、図９（ａ）に示すような円形となる。このとき、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分は、アキシャル方向回転速度ωｚと同一方向に同一速度で回転する成分のみとなるので、単に固定座標変換器４５の出力を軸受制御系１０に対するラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃとすることにより、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分を極度に低減させることができる。
【００７２】
一方、ロータに作用する軸受モーメントがラジアル方向面内で異方性を示す場合、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分が固定座標系ラジアル方向面内で描くリサージュは、図９（ｂ）に示すような楕円形となる。この場合、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分は、アキシャル方向回転速度ωｚと同一方向に同一速度で回転する成分と、アキシャル方向回転速度ωｚと逆方向に同一速度で回転する成分の和となり、前者の順回り成分は固定座標変換器４５の出力をラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃとすることにより低減することができる。しかしながら、これだけでは後者の逆回り成分が残留するために、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分を十分に低減することができなくなる。
【００７３】
そこで、この実施の形態２による磁気軸受制御装置では、さらに、アキシャル方向回転速度ωｚと逆方向に同一速度で回転する擾乱モーメント成分の低減を目的として、回転変位指令制御系４０において逆回転座標変換器４６、低域通過フィルタ４７、積分器４８及び固定座標変換器４９を付加している。
【００７４】
逆回転座標変換器４６では、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙの固定座標系をＺ軸回りにロータ１のＺ軸回り回転と逆方向に同一速度で回転させた逆回転座標系表現Ｎｄｘｒｉ，Ｎｄｙｒｉが次の式（５）により算出される。
Ｎｄｘｒｉ＝  Ｎｄｘ・ｃｏｓ（−ωｚｔ）＋Ｎｄｙ・ｓｉｎ（−ωｚｔ）
Ｎｄｙｒｉ＝−Ｎｄｘ・ｓｉｎ（−ωｚｔ）＋Ｎｄｙ・ｃｏｓ（−ωｚｔ）      （５）
【００７５】
このラジアル方向擾乱モーメントの逆回転座標系表現Ｎｄｘｒｉ，Ｎｄｙｒｉは、通過周波数帯域を大略０．１〜１Ｈｚ程度と設定した低域通過フィルタ４７に入力され、ここでラジアル方向擾乱モーメントにおけるロータ回転同期逆回り成分が抽出される。低域通過フィルタ４７の出力は、積分器４８において円柱状ロータでは低域通過フィルタ４７の出力を符号反転の後に積分した信号を、円板状ロータでは低域通過フィルタ４７の出力を符号反転せずに積分した信号を、ラジアル方向逆回り回転変位指令の逆回転座標系表現θｘｃｒｉ，θｙｃｒｉとして出力する。
【００７６】
積分器４８の出力は固定座標変換器４９に入力され、次の式（６）に示すように、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量βｉ（ωｚ）を重畳したうえで固定座標系表現に変換され、軸受制御系１０に対するラジアル方向逆回り回転変位指令θｘｃｉ，θｙｃｉとして出力される。
θｘｃｉ＝θｘｃｒｉ・ｃｏｓ｛−ωｚｔ−βｉ（ωｚ）｝
−θｙｃｒｉ・ｓｉｎ｛−ωｚｔ−βｉ（ωｚ）｝
θｙｃｉ＝θｘｃｒｉ・ｓｉｎ｛−ωｚｔ−βｉ（ωｚ）｝
＋θｙｃｒｉ・ｃｏｓ｛−ωｚｔ−βｉ（ωｚ）｝              （６）
【００７７】
固定座標変換器４９における進相量βｉ（ωｚ）も、固定座標変換器４５における進相量β（ωｚ）と同様、任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて、低域通過フィルタ４７の出力であるラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期逆回り成分の逆回転座標系表現ベクトルが回転せずに零ベクトルに収束するような値に設定することにより、アキシャル方向回転速度ωｚが軸受制御系１０の位置制御帯域内、サーボ共振周波数域及び位置制御帯域外のどの周波数領域にある場合でも、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期逆回り成分を極度に低減させることができる。
【００７８】
したがって、固定座標変換器４５の出力であるラジアル方向順回り回転変位指令と、固定座標変換器４９の出力であるラジアル方向逆回り回転変位指令の加算値を、軸受制御系１０に対するラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃとすることにより、ラジアル方向擾乱モーメントにおけるロータ回転同期順回り成分とロータ回転同期逆回り成分の双方を低減することが可能となり、両成分の和であるロータ回転同期成分を極度に低減させることができる。
【００７９】
また、回転変位指令制御系４０におけるラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃの生成は、磁気軸受が実際に発生するラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙの計測値に基づいているので、磁気軸受の機械加工精度、電磁石２及び変位検出手段３の取付誤差、並びに軸受制御系１０のモデル化誤差の影響を受けずに、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分を確実に低減させることができる。
【００８０】
なお、この実施の形態２では、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分が固定座標系ラジアル方向面内で楕円形のリサージュを描く場合の回転変位指令制御系４０における構成を示したが、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分が固定座標系ラジアル方向面内で円形のリサージュを描く場合には、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分に対応するラジアル方向逆回り変位指令を生成するための逆回転座標変換器４６、低域通過フィルタ４７、積分器４８及び固定座標変換器４９を除去しても、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分を極度に低減させることができる。また、この実施の形態２では、ラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分を低減する場合の構成を示したが、ロータ回転同期成分（１Ｎ成分）及びロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…成分）のうち、低減させたい成分に対応して回転変位指令制御系４０を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントの所望の成分を極度に低減させることができる。
【００８１】
以上のように、この実施の形態２による磁気軸受制御装置によれば、ラジアル方向擾乱モーメントがラジアル方向面内で描くリサージュが楕円形状となる場合においても、磁気軸受の機械加工精度、電磁石２及び変位検出手段３の取付誤差、並びに軸受制御系のモデル化誤差の影響を受けずに、磁気軸受のサーボ共振周波数域を含めた全周波数領域において、回転座標系と同一方向に同一速度で回転するラジアル方向擾乱モーメント成分を低減することができるという効果が得られる。特に、この実施の形態２では、上記式（３）に示すように、回転座標系の回転方向及び回転速度をロータ回転に一致させたので、ラジアル方向擾乱モーメントのうち、ロータの動不釣合いに起因するロータ回転同期成分（１Ｎ成分）を低減することができるという効果が得られる。
【００８２】
実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３による磁気軸受制御装置における並進変位指令制御系及び回転変位指令制御系の構成を示すブロック図であり、図１０において、図３及び図５と同一の符号を付したものは、同一部分又は相当部分を示す。
【００８３】
図１０に示すように、この実施の形態３の磁気軸受制御装置は、図３又は図５に示す軸受制御系１０（図示せず）の他に、並進変位指令制御系２０及び回転変位指令制御系４０を備えている。並進変位指令制御系２０は磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙからロータ１のラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃを算出して軸受制御系１０に対して出力する。回転変位指令制御系４０は磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，ｄｙからロータ１のラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃを算出して軸受制御系１０に対して出力する。
【００８４】
並進変位指令制御系２０はラジアル方向擾乱力計測器２１、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系（第１の順回り並進変位指令制御系）２０１１、１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系（第１の逆回り並進変位指令制御系）２０１２、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系（第２の順回り並進変位指令制御系）２０２１及び２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系（第２の逆回り並進変位指令制御系）２０２２を備えている。
【００８５】
１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１は、ラジアル方向擾乱力計測器２１から出力されたラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙとロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）を入力し、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器２２、低域通過フィルタ２３、積分器２４、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器２５を備えて、ラジアル方向順回り並進変位指令を出力する。
【００８６】
この回転座標変換器２２、低域通過フィルタ２３、積分器２４及び固定座標変換器２５は、上記実施の形態１の図３に示す構成と同じである。すなわち、回転座標変換器２２は、ラジアル方向擾乱力計測器２１から出力されるラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙを、磁気軸受手段１１に備え付けられた回転速度センサ（図示せず）の出力であるロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚに基づいて、固定座標系をＺ軸回りにロータ１のＺ軸回り回転と同一方向に同一速度で回転させた回転座標系表現に変換する。なお、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）の回転速度と回転方向は、ロータ１のＺ軸回り回転の回転速度と回転方向と一致する。また、固定座標変換器２５は、積分器２４の出力であるラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現を、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、ラジアル方向順回り並進変位指令として出力する。
【００８７】
１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２は、ラジアル方向擾乱力計測器２１から出力されたラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙとロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）を入力し、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１において設定した回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標系変換器、低域通過フィルタ、積分器、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器を備えて、ラジアル方向逆回り並進変位指令を出力する。
【００８８】
２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１は、ラジアル方向擾乱力計測器２１から出力されたラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙとロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）を入力し、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，ｄｙのロータ回転高調波成分（２Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器、低域通過フィルタ、積分器、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器を備えて、ラジアル方向順回り並進変位指令を出力する。
【００８９】
２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２は、ラジアル方向擾乱力計測器２１から出力されたラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙとロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）を入力し、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１において設定した回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標系変換器、低域通過フィルタ、積分器、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器を備えて、ラジアル方向逆回り並進変位指令を出力する。
【００９０】
また、並進変位制御系２０において、Ｘｃ１及びＹｃ１は、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１から出力されるラジアル方向順回り並進変位指令と、１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２から出力されるラジアル方向逆回り並進変位指令との加算値である。同様に、Ｘｃ２及びＹｃ２は、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１から出力されるラジアル方向順回り並進変位指令と、２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２から出力されるラジアル方向逆回り並進変位指令との加算値である。そして、Ｘｃ１とＸｃ２の加算値を軸受制御系１０に対するラジアル方向並進変位指令Ｘｃとし、Ｙｃ１とＹｃ２の加算値を軸受制御系１０に対するラジアル方向並進変位指令Ｙｃとしている。
【００９１】
回転変位指令制御系４０は、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系（第１の順回り回転変位指令制御系）４０１１、１Ｎ成分逆順回り回転変位指令制御系（第１の逆回り回転変位指令制御系）４０１２、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系（第２の順回り回転変位指令制御系）４０２１及び２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系（第２の逆回り回転変位指令制御系）４０２２を備えている。
【００９２】
１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１は、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１から出力されたラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙとロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）を入力し、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器４２、低域通過フィルタ４３、積分器４４、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器４５を備えて、ラジアル方向順回り回転変位指令を出力する。
【００９３】
この回転座標変換器４２、低域通過フィルタ４３、積分器４４、及び固定座標変換器４５は、上記実施の形態２の図５に示す構成と同じである。すなわち、回転座標変換器４２は、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１から出力されるラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙを、磁気軸受手段１１に備え付けられた回転速度センサ（図示せず）の出力であるロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚに基づいて、固定座標系をＺ軸回りにロータ１のＺ軸回り回転と同一方向に同一速度で回転させた回転座標系表現に変換する。また、固定座標変換器４５は、積分器４４の出力であるラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現を、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量を重畳したうえで固定座標系表現に変換した信号を、ラジアル方向順回り回転変位指令として出力する。
【００９４】
１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２は、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１から出力されたラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙとロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）を入力し、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１において設定した回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標変換器４６、低域通過フィルタ４７、積分器４８、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器４９を備えて、ラジアル方向逆回り回転変位指令を出力する。
【００９５】
２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１は、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１から出力されたラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙとロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）を入力し、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙのロータ回転高調波成分（２Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器、低域通過フィルタ、積分器、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器を備えて、ラジアル方向順回り回転変位指令を出力する。
【００９６】
２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２は、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１から出力されたラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙとロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）を入力し、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１において設定した回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標変換器、低域通過フィルタ、積分器、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器を備えて、ラジアル方向逆回り回転変位指令を出力する。
【００９７】
また、回転変位指令制御系４０において、θｘｃ１及びθｙｃ１は、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１から出力されるラジアル方向順回り回転変位指令と、１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２から出力されるラジアル方向逆回り回転変位指令との加算値である。同様に、θｘｃ２及びθｙｃ２は、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１から出力されるラジアル方向順回り回転変位指令と、２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２から出力されるラジアル方向逆回り回転変位指令との加算値である。そして、θｘｃ１とθｘｃ２の加算値を軸受制御系１０に対するラジアル方向回転変位指令θｘｃとし、θｙｃ１とθｙｃ２の加算値を軸受制御系１０に対するラジアル方向回転変位指令θｙｃとしている。
【００９８】
次に動作について説明する。
並進変位指令制御系２０では、ラジアル方向擾乱力計測器２１によって計測される磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙ、及びロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）が、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１、１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１及び２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２に入力される。
【００９９】
１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１においては、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱力の１Ｎ順回り成分を低減させるためのラジアル方向順回り並進変位指令が算出され、１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２においては、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系回２０１１における回転座標系と逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱力の１Ｎ逆回り成分を低減させるためのラジアル方向逆回り並進変位指令が算出される。したがって、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１から出力されるラジアル方向順回り並進変位指令と１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２から出力されるラジアル方向逆回り並進変位指令の加算値Ｘｃ１及びＹｃ１を軸受制御系１０に対するラジアル方向並進変位指令とすることにより、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力の１Ｎ成分を極度に低減させることができる。
【０１００】
同様に、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１においては、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙの２Ｎ成分と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱力の２Ｎ順回り成分を低減させるためのラジアル方向順回り並進変位指令が算出され、２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２においては、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１における回転座標系と逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱力の２Ｎ逆回り成分を低減させるためのラジアル方向逆回り並進変位指令が算出される。したがって、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１から出力されるラジアル方向順回り並進変位指令と２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２から出力されるラジアル方向逆回り並進変位指令の加算値Ｘｃ２及びＹｃ２を軸受制御系１０に対するラジアル方向並進変位指令とすることにより、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力の２Ｎ成分を極度に低減させることができる。
【０１０１】
この実施の形態３における並進変位指令制御系２０では、Ｘｃ１とＸｃ２の加算値、及びＹｃ１とＹｃ２の加算値を軸受制御系１０に対するラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃとしており、これによって磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力の１Ｎ成分及び２Ｎ成分を極度に低減させることが可能となる。
【０１０２】
次に回転変位指令制御系４０では、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１によって計測される磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙ、及びロータ１のアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）が、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１、１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１及び２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２に入力される。
【０１０３】
１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１においては、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ順回り成分を低減させるためのラジアル方向順回り回転変位指令が算出され、１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２においては、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１における回転座標系と逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ逆回り成分を低減させるためのラジアル方向逆回り回転変位指令が算出される。したがって、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１から出力されるラジアル方向順回り回転変位指令と１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２から出力されるラジアル方向逆回り回転変位指令の加算値θｘｃ１及びθｙｃ１を軸受制御系１０に対するラジアル方向回転変位指令とすることにより、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分を極度に低減させることができる。
【０１０４】
同様に、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１においては、ラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙの２Ｎ成分と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントの２Ｎ順回り成分を低減させるためのラジアル方向順回り回転変位指令が算出され、２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２においては、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１における回転座標系と逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントの２Ｎ逆回り成分を低減させるためのラジアル方向逆回り回転変位指令が算出される。したがって、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１から出力されるラジアル方向順回り回転変位指令と２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２から出力されるラジアル方向逆回り回転変位指令の加算値θｘｃ２及びθｙｃ２を軸受制御系１０に対するラジアル方向回転変位指令とすることにより、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱モーメントの２Ｎ成分を極度に低減させることができる。
【０１０５】
この実施の形態３における回転変位指令制御系４０では、θｘｃ１とθｘｃ２の加算値、及びθｙｃ１とθｙｃ２の加算値を軸受制御系１０に対するラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃとしており、これによって磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分及び２Ｎ成分を極度に低減させることが可能となる。
【０１０６】
軸受制御系１０（図示せず）は、並進変位指令制御系２０から出力されたラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃと、回転変位指令制御系４０から出力されたラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃと、アキシャル方向並進変位指令ＺCとしての零値を入力し、上記実施の形態１又は上記実施の形態２と同様の処理を行う。
【０１０７】
なお、この実施の形態３では、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分及び２Ｎ成分が固定座標系ラジアル方向面内で楕円形のリサージュを描く場合の並進変位指令制御系２０及び回転変位指令制御系４０における構成を示したが、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分及び２Ｎ成分のうち、所定成分が固定座標系ラジアル方向面内で円形のリサージュを描く場合、当該擾乱成分に対応するラジアル方向逆回り変位指令を生成するための１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２、２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２、１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２又は２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２を除去しても、当該擾乱成分を極度に低減させることができる。
【０１０８】
また、この実施の形態３では、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分及び２Ｎ成分を低減する場合の構成を示したが、ロータ回転同期成分（１Ｎ成分）及びロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…成分）のうち、低減させたい複数の成分に対応して並進変位指令制御系２０や回転変位指令制御系４０の構成を設定することにより、ラジアル方向擾乱力やラジアル方向擾乱モーメントの所望の複数成分を極度に低減させることができる。
【０１０９】
さらに、並進変位指令制御系２０におけるラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃの生成、及び回転変位指令制御系４０におけるラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｘｃの生成は、磁気軸受手段１１が実際に発生するラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙ、及びラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙの計測値に基づいているので、磁気軸受の機械加工精度、電磁石２及び変位検出手段３の取付誤差、並びに軸受制御系１０のモデル化誤差の影響を受けずに、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの所望の複数成分を確実に低減させることができる。
【０１１０】
以上のように、この実施の形態３の磁気軸受制御装置によれば、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントがラジアル方向面内で描くリサージュによらず、磁気軸受の機械加工精度、電磁石２及び変位検出手段３の取付誤差、並びに軸受制御系のモデル化誤差の影響を受けずに、磁気軸受のサーボ共振周波数域を含めた全周波数領域において、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの主成分であるロータ回転同期成分（１Ｎ成分）及びロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…成分）のうち、所望の複数成分を低減することができるという効果が得られる。特に、この実施の形態３では、回転座標系の回転方向及び回転速度を、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分及び２Ｎ成分の回転方向及び回転速度に一致させたので、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントのうち、１Ｎ成分及び２Ｎ成分を低減することができるという効果が得られる。
【０１１１】
実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４による磁気軸受制御装置における軸受制御系１０’の構成を示すブロック図であり、図１１において、図３と同一の符号を付したものは同一部分又は相当部分を示す。軸受制御系１０’は磁気軸受手段１１、ロータ変位演算器１２、制御指令演算器１３、ギャップ長演算器１４及び電流指令演算器１５を備えている。
【０１１２】
この実施の形態４は、例えば上記実施の形態１の軸受制御系１０におけるロータ変位演算器１２及びギャップ長演算器１４のチューニング方法を示すものである。当該チューニングにおいては、はじめに、上記実施の形態３の図１０と同様の並進変位指令制御系２０及び回転変位指令制御系４０を図３に示す軸受制御系１０に接続した状態でチューニング用のデータを採取する。次に、採取したデータに基づきロータ変位演算器１２及びギャップ長演算器１４をアキシャル方向回転角度θｚの関数としてチューニングする。そして、チューニング後は、並進変位指令制御系２０及び回転変位指令制御系４０を外してロータ１のラジアル方向並進変位指令ＸC，ＹC，アキシャル方向並進変位指令ＺC、ラジアル方向回転変位指令θXC，θYCを全て常に零値としても、ある程度は、低擾乱化できるが、さらに、低擾乱化を望む場合には、上記実施の形態１〜上記実施の形態３の並進変位指令制御系２０や回転変位指令制御系４０を接続するか、又は後述の実施の形態５及び実施の形態６の並進変位指令制御系２０’や回転変位指令制御系４０’を接続する。
【０１１３】
図１１に示すように、この軸受制御系１０’において、磁気軸受手段１１は、ロータ変位情報Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎを出力すると共に、ロータ１のアキシャル方向回転角度θｚを出力し、ロータ変位情報Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎに基づいて５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙを算出するロータ変位演算器１２は、新たにロータ１のアキシャル方向回転角度θｚを入力し、また、５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙに基づいて、磁気軸受手段１１を構成するｎ個の電磁石２の各々におけるロータとのギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎを算出するギャップ長演算器１４は、新たにロータ１のアキシャル方向回転角度θｚを入力する構成となっている。
【０１１４】
次に動作について説明する。
通常、例えば実施の形態１の軸受制御系１０におけるロータ変位演算器１２は、ロータ幾何中心点が固定座標系原点に位置し、ロータ幾何中心軸がＺ軸に一致した状態におけるロータ変位情報をＳ１０，Ｓ２０，…，Ｓｎ０とし、第１に変位検出手段３の各々とロータ１とのギャップ長変動量ΔＸ１，ΔＸ２，…，ΔＸｎを次の式（７）により算出する。
ΔＸｉ＝γ（Ｓｉ−Ｓｉ０）  （ｉ＝１，２，…，ｎ）                    （７）
ここで、γは変換係数である。
【０１１５】
次に、ロータ変位演算器１２は、上記ギャップ長変動量ΔＸ１，ΔＸ２，…，ΔＸｎに基づいて、ロータ幾何形状及び変位検出手段３の配置を考慮して、次の式（８）に示すように５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙを算出することができる。
【数１】
2006258266.tif 000003
ここで、Ａはロータ幾何形状及び変位検出手段３の配置によって決定する５行ｎ列の変換行列である。
【０１１６】
ロータ変位演算器１２が上記式（７）及び式（８）を用いて演算することにより、出力として得られる５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙは、ロータ幾何中心点の３自由度並進変位及びロータ幾何中心軸の２自由度回転変位となる。しかしながら、ロータ１の静不釣合い及び動不釣合いを完全に除去することは困難であるため、ロータ変位演算器１２の出力をフィードバックして軸受制御系１０を構成した場合、磁気軸受はロータ静不釣合いに起因してロータ回転同期のラジアル方向擾乱力を発生し、ロータ動不釣合いに起因してロータ回転同期のラジアル方向擾乱モーメントを発生する。
【０１１７】
また、磁気軸受手段１１の組立時において、変位検出手段３の取付誤差を完全に除去することも困難であり、通常はｎ個の変位検出手段３の各々で種々の取付誤差を有する。さらには、ロータ１における変位検出手段３のロータ変位検出面を完全に真円とすることも困難であり、通常、ロータ変位検出面には面歪が存在する。このような変位検出手段３の取付誤差及びロータ変位検出面における面歪の存在のもと、ロータ変位演算器１２の出力をフィードバックして軸受制御系１０を構成した場合、磁気軸受はロータ回転同期及びその高調波成分のラジアル方向擾乱力、並びにラジアル方向擾乱モーメントを発生する。
【０１１８】
上記のように様々な要因で発生するラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントは、上記実施の形態１〜上記実施の形態３に示したように並進変位指令制御系２０や回転変位指令制御系４０を付加することで、これを除去することができるが、より望ましくは、ロータ変位演算器１２が出力する５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙがロータ重心の３自由度並進変位及びロータ慣性主軸の２自由度回転変位を表し、軸受制御系１０のみの動作でも、上記要因で発生するラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントのレベルを十分小さくする必要がある。
【０１１９】
そこで、この実施の形態４による磁気軸受制御装置では、上記実施の形態３の図１０に示す並進変位指令制御系２０及び回転変位指令制御系４０の作用により、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの主要成分が低減した状態におけるロータ変位情報Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎに基づいて、ロータ変位演算器１２が出力する５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙがロータ重心の３自由度並進変位及びロータ慣性主軸の２自由度回転変位を表すような補正関数を、ロータ変位演算器１２に対して導入している。
【０１２０】
すなわち、ロータ変位演算器１２は、変位検出手段３から出力されるロータ変位情報Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎに基づき、ロータ１の５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙである３自由度並進変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，と２自由度回転変位θｘ，θｙを算出すると共に、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの主要成分が低減した状態におけるロータ変位情報Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎに基づき算出された補正関数で、３自由度並進変位Ｘ，Ｙ，Ｚとロータ重心位置の３自由度並進変位との誤差、及び２自由度回転変位θｘ，θｙとロータ慣性主軸の２自由度回転変位との誤差を低減する補正関数を有している。
【０１２１】
具体的には、はじめに実施の形態３に示したような並進変位指令制御系２０及び回転変位指令制御系４０を作用させることで、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの主要成分を低減させる。このとき、ロータ１は慣性主軸回りに回転しており、ｎ個の変位検出手段３から出力されるロータ変位情報Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎは、ロータの静不釣合いや動不釣合い、変位検出手段３の取付誤差、及びロータ変位検出面における面歪に対応して、ロータ１の１回転を基本周期とする周期信号として計測される。したがって、ロータ慣性主軸回り回転時におけるロータ変位情報をＳ１０，Ｓ２０，…，Ｓｎ０とした場合、上記計測値に基づいて、当該変位情報はアキシャル方向回転角度θｚの関数としてＳ１０（θｚ），Ｓ２０（θｚ），…，Ｓｎ０（θｚ）で与えられる。
【０１２２】
このとき、ロータ重心Ｇが固定座標系原点に位置し、ロータ慣性主軸ＰとＺ軸が一致した場合を基準とした、変位検出手段３の各々とロータとのギャップ長変動量ΔＸ１，ΔＸ２，…，ΔＸｎは、次の式（９）で与えられる。
ΔＸｉ＝γ｛Ｓｉ−Ｓｉ０（θｚ）｝  （ｉ＝１，２，…，ｎ）          （９）
【０１２３】
したがって、ロータ変位演算器１２を上記式（９）及び上記式（８）で構成することにより、出力として得られる５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙは、ロータ重心Ｇの３自由度並進変位、及びロータ慣性主軸Ｐの２自由度回転変位と大略一致し、ロータの静不釣合いや動不釣合い、ロータ変位検出面の面歪に代表される磁気軸受の機械加工精度、変位検出手段３の取付誤差、さらには、ロータ変位演算器１２におけるモデル化誤差の影響を低減することができる。
【０１２４】
しかしながら、ロータ変位演算器１２を上記式（９）及び上記式（８）で構成しても、軸受制御系１０のみを動作させた場合のラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントが大幅に低減することはない。これは、ギャップ長演算器１４が出力するギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎが誤差を含むために、ロータ変位演算器１２がロータ重心Ｇの３自由度並進変位、及びロータ慣性主軸Ｐの２自由度回転変位を出力し、したがって制御指令演算器１３がロータ重心Ｇを固定座標系原点に、ロータ慣性主軸ＰをＺ軸に一致させるような軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、及び軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙを出力しても、電流指令演算器１５が誤差を含んだギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎに基づいて電流指令Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｎを算出している限り、上記軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、及び軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙを正確に実現できないことに起因している。
【０１２５】
通常、軸受制御系１０におけるギャップ長演算器１４は、ロータ幾何中心点が固定座標系原点に位置し、ロータ幾何中心軸がＺ軸に一致した状態における電磁石２の各々とロータとのギャップ長をノミナル・ギャップ長Ｇ１０，Ｇ２０，…，Ｇｎ０とし、ロータ幾何形状及び電磁石２の配置を考慮して、ギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎを次の式（１０）から算出している。
【数２】
2006258266.tif 000004
【０１２６】
上記式（１０）において、Ｂはロータ幾何形状及び電磁石２の配置によって決定するｎ行５列の変換行列である。ロータ変位演算器１２を上記式（９）及び上記式（８）で構成した場合、上記式（１０）の右辺第２項はロータ重心Ｇの３自由度並進変位、及びロータ慣性主軸Ｐの２自由度回転変位に伴うギャップ長変動量を表し、理想的な状態となる。しかしながら、上記式（１０）の右辺第１項は上記のようにロータ幾何中心点が固定座標系原点に位置し、ロータ幾何中心軸がＺ軸に一致した状態における電磁石２の各々とロータとのノミナル・ギャップ長Ｇ１０，Ｇ２０，…，Ｇｎ０であるため、上記ギャップ長演算器１４を用いて軸受制御系１０を構成した場合、磁気軸受はロータ静不釣合いに起因してロータ回転同期のラジアル方向擾乱力を発生し、ロータ動不釣合いに起因してロータ回転同期のラジアル方向擾乱モーメントを発生する。
【０１２７】
また、磁気軸受手段１１の組立時において、電磁石２の取付誤差を完全に除去することも困難であり、通常はｎ個の電磁石２の各々で種々の取付誤差を有する。さらには、ロータ１における電磁石２の磁気吸引面を完全に真円とすることも困難であり、通常、磁気吸引面には面歪が存在する。このような電磁石２の取付誤差、及び磁気吸引面における面歪の存在のもと、ギャップ長演算器１４を用いて軸受制御系１０を構成した場合、磁気軸受はロータ回転同期、その高調波成分のラジアル方向擾乱力、及びラジアル方向擾乱モーメントを発生する。
【０１２８】
そこで、この実施の形態４の磁気軸受制御装置では、並進変位指令制御系２０及び回転変位指令制御系４０の作用により、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力、及びラジアル方向擾乱モーメントの主要成分が低減した状態におけるギャップ長演算器１４の出力に基づいて、上記式（１０）の右辺第１項が、ロータ重心Ｇが固定座標系原点に位置し、ロータ慣性主軸ＰがＺ軸に一致した状態における電磁石２の各々とロータとのノミナル・ギャップ長となるような補正関数を、ギャップ長演算器１４に対して導入している。
【０１２９】
すなわち、ギャップ長演算器１４は、ロータ変位演算器１２により算出されたロータ１の５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙに基づき、ロータ１と電磁石２とのギャップ長を演算すると共に、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの主要成分が低減した状態におけるロータ１の５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙに基づき算出された補正関数で、演算したギャップ長と、ロータ１と電磁石２との真のギャップ長との誤差を低減する補正関数を有している。
【０１３０】
具体的には、はじめにロータ変位演算器１２を上記式（７）及び上記式（８）で構成し、ギャップ長演算器を上記式（１０）で構成した状態において、上記実施の形態３に示したような並進変位指令制御系２０及び回転変位指令制御系４０を作用させることで、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力、及びラジアル方向擾乱モーメントの主要成分を低減させる。このとき、ロータ変位演算器１２から出力される５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙは、ロータ幾何中心点の３自由度並進変位、及びロータ幾何中心軸の２自由度回転変位を表しているので、上記式（１０）の右辺第２項はロータ幾何中心点の３自由度並進変位、及びロータ幾何中心軸の２自由度回転変位に伴うギャップ長変動量となる。また、上記式（１０）の右辺第１項はロータ幾何中心点が固定座標系原点に位置し、ロータ幾何中心軸がＺ軸に一致した状態におけるノミナル・ギャップ長Ｇ１０，Ｇ２０，…，Ｇｎ０であるので、上記式（１０）で構成されたギャップ長演算器１４から出力されるギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎは、ロータ幾何中心点の３自由度並進変位、及びロータ幾何中心軸の２自由度回転変位に基づいた算出結果となる。
【０１３１】
一方、このとき、ロータ１は慣性主軸回りに回転しているので、ギャップ長演算器１４から出力されるギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎは、ロータの静不釣合いや動不釣合い、電磁石２の取付誤差、及び磁気吸引面における面歪に対応して、ロータ１の１回転を基本周期とする周期信号として計測される。そこで、ロータ慣性主軸回り回転時におけるギャップ長演算器１４の出力ギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎを、アキシャル方向回転角度θｚの関数として改めて上記式（１０）の右辺第１項Ｇ１０（θｚ），Ｇ２０（θｚ），…，Ｇｎ０（θｚ）とし、ギャップ長演算器１４を次の式（１１）で構成する。
【数３】
2006258266.tif 000005
【０１３２】
このとき、上記式（１１）の右辺第１項はロータ重心Ｇが固定座標系原点に位置し、ロータ慣性主軸ＰがＺ軸に一致した状態におけるノミナル・ギャップ長Ｇ１０，Ｇ２０，…，Ｇｎ０となり、さらに、ロータ変位演算器１２を上記式（９）及び上記式（８）で構成することにより、上記式（１１）の右辺第２項もロータ重心Ｇの３自由度並進変位、及びロータ慣性主軸Ｐの２自由度回転変位に伴うギャップ長変動量を表すので、上記式（１１）から得られるギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎは、ロータ重心Ｇの３自由度並進変位、及びロータ慣性主軸Ｐの２自由度回転変位に基づいた算出結果となり、ロータの静不釣合いや動不釣合い、磁気吸引面の面歪に代表される磁気軸受の機械加工精度、電磁石２の取付誤差、さらには、ギャップ長演算器１４におけるモデル化誤差の影響を低減することができる。
【０１３３】
以上のように、この実施の形態４の磁気軸受制御装置によれば、ロータ変位演算器１２において算出される５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙは、ロータ重心Ｇの３自由度並進変位、及びロータ幾何中心軸Ｐの２自由度回転変位と大略一致し、ロータの静不釣合いや動不釣合い、ロータ変位検出面の面歪に代表される磁気軸受の機械加工精度、変位検出手段３の取付誤差、さらには、ロータ変位演算器１２におけるモデル化誤差の影響を低減することができるという効果が得られる。
【０１３４】
また、ギャップ長演算器１４において算出されるギャップ長は、電磁石２の各々とロータとの真のギャップ長と大略一致し、ロータの静不釣合いや動不釣合い、磁気吸引面の面歪に代表される磁気軸受の機械加工精度、電磁石２の取付誤差、さらには、ギャップ長演算器１４におけるモデル化誤差の影響を低減することができるという効果が得られる。
【０１３５】
実施の形態５．
図１２はこの発明の実施の形態５による磁気軸受制御装置の構成を示すブロック図であり、図１２において、図３、図５及び図１１と同一の符号を付したものは、同一部分又は相当部分を示す。
【０１３６】
この磁気軸受制御装置は軸受制御系１０’、並進変位指令制御系２０’及び回転変位指令制御系４０’を備えている。軸受制御系１０’は磁気軸受手段１１、ロータ変位演算器１２、制御指令演算器１３、ギャップ長演算器１４及び電流指令演算器１５を備え、並進変位指令制御系２０’は回転座標変換器２２’、低域通過フィルタ２３、積分器２４’及び固定座標変換器２５を備え、回転変位指令制御系４０’は回転座標変換器４２’、低域通過フィルタ４３、積分器４４’及び固定座標変換器４５を備えている。
【０１３７】
図１２に示す軸受制御系１０’は、上記実施の形態４に示したように、ロータ変位演算器１２を上記式（９）及び上記式（８）で構成し、その出力として得られる５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙは、ロータ重心Ｇの３自由度並進変位、及びロータ慣性主軸Ｐの２自由度回転変位と大略一致している。また、ギャップ長演算器１４も上記式（１１）で構成し、その出力として得られるギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎは、ロータ重心Ｇの３自由度並進変位、及びロータ慣性主軸Ｐの２自由度回転変位に基づき、電磁石２の各々とロータとの真のギャップ長と大略一致している。
【０１３８】
また、並進変位指令制御系２０’は制御指令演算器１３の出力であるラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙを回転座標変換器２２に対して入力し、同様に回転変位指令制御系４０’も、制御指令演算器１３の出力であるラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙを回転座標変換器４２に対して入力する構成となっている。
【０１３９】
すなわち、並進変位指令制御系２０’は制御指令演算器１３により算出されたラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙに基づき、ロータ１のラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃを算出する。特に、この実施の形態５では、並進変位指令制御系２０’はラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱力の１Ｎ成分を低減するためのラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃを算出する。
【０１４０】
また、回転変位指令制御系４０’は制御指令演算器１３により算出されたラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙに基づき、ロータ１のラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃを算出する。特に、この実施の形態５では、回転変位指令制御系４０’はラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分を低減するためのラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃを算出する。
【０１４１】
次に動作について説明する。
軸受制御系１０’のロータ変位演算器１２を上記式（９）及び上記式（８）で構成し、ギャップ長演算器１４を上記式（１１）で構成したことにより、ロータ変位演算器１２の出力として得られる５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙは、ロータ重心Ｇの３自由度並進変位、及びロータ慣性主軸Ｐの２自由度回転変位と大略一致し、ギャップ長演算器１４の出力として得られるギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｎは、ロータ重心Ｇの３自由度並進変位、及びロータ慣性主軸Ｐの２自由度回転変位に基づき、電磁石２の各々とロータ１との真のギャップ長と大略一致している。
【０１４２】
このとき、制御指令演算器１３の出力であるラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙ、及びラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙは、実際に作用するラジアル方向軸受力、及びラジアル方向軸受モーメントと大略一致し、さらに、ロータ回転時に磁気軸受手段１１が発生するラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙ、及びラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙと、実際に作用するラジアル方向軸受力、及びラジアル方向軸受モーメントの関係は、作用方向が逆で大きさが同一となる。したがって、ラジアル方向擾乱力Ｆｄｘ，Ｆｄｙ、及びラジアル方向擾乱モーメントＮｄｘ，Ｎｄｙは、次の式（１２）に示すように、ラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙ、及びラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙの逆極性ベクトルとして近似することができる。
Ｆｄｘ≒−Ｆｘ、  Ｆｄｙ≒−Ｆｙ
Ｎｄｘ≒−Ｎｘ、  Ｎｄｙ≒−Ｎｙ                                （１２）
【０１４３】
そこで、この実施の形態５では、並進変位指令制御系２０’において、ラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙ及びアキシャル方向回転速度ωｚに基づいて、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力を低減するためのラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃを生成し、回転変位指令制御系４０’において、ラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙ及びアキシャル方向回転速度ωｚに基づいて、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱モーメントを低減するためのラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃを生成する。
【０１４４】
並進変位指令制御系２０’では、ラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙ及びアキシャル方向回転速度ωｚが回転座標変換器２２’に入力され、回転座標変換器２２’において、ラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙの、固定座標系をＺ軸回りにロータ１のＺ軸回り回転と同一方向に同一速度で回転させた回転座標系表現Ｆｘｒ，Ｆｙｒが、次の式（１３）により算出される。
Ｆｘｒ＝  Ｆｘ・ｃｏｓ（ωｚｔ）＋Ｆｙ・ｓｉｎ（ωｚｔ）
Ｆｙｒ＝−Ｆｘ・ｓｉｎ（ωｚｔ）＋Ｆｙ・ｃｏｓ（ωｚｔ）                （１３）
【０１４５】
このラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現Ｆｘｒ，Ｆｙｒは、通過周波数帯域を大略０．１〜１Ｈｚ程度と設定した低域通過フィルタ２３に入力され、ここでラジアル方向軸受力指令におけるロータ回転同期成分が抽出される。低域通過フィルタ２３の出力は、積分器２４’において符号反転せずに積分され、ラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現Ｘｃｒ，Ｙｃｒとして出力される。この積分器２４’の出力は固定座標変換器２５に入力され、上記式（２）に示すように、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量α（ωｚ）を重畳したうえで固定座標系表現に変換され、軸受制御系１０’に対するラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃとして出力される。
【０１４６】
ただし、固定座標変換器２５における進相量α（ωｚ）は、任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて、ラジアル方向軸受力指令におけるロータ回転同期成分の回転座標系表現ベクトルが、並進変位指令制御系２０’の作用後、回転せずに零ベクトルに収束するような値に設定する必要がある。
【０１４７】
これにより、アキシャル方向回転速度ωｚが軸受制御系１０’の位置制御帯域内、サーボ共振周波数域、及び位置制御帯域外のどの周波数領域にある場合でも、ロータ重心Ｇを回転座標系原点近傍に収束させることが可能となり、ラジアル方向擾乱力計測器２１を使用しなくても、ラジアル方向擾乱力のロータ回転同期成分を低減させることができる。
【０１４８】
また、回転変位指令制御系４０’では、ラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙ、及びアキシャル方向回転速度ωｚが回転座標変換器４２’に入力され、回転座標変換器４２’において、ラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙの、固定座標系をＺ軸回りにロータ１のＺ軸回り回転と同一方向に同一速度で回転させた回転座標系表現Ｎｘｒ，Ｎｙｒが次の式（１４）により算出される。
Ｎｘｒ＝  Ｎｘ・ｃｏｓ（ωｚｔ）＋Ｎｙ・ｓｉｎ（ωｚｔ）
Ｎｙｒ＝−Ｎｘ・ｓｉｎ（ωｚｔ）＋Ｎｙ・ｃｏｓ（ωｚｔ）              （１４）
【０１４９】
このラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現Ｎｘｒ，Ｎｙｒは、通過周波数帯域を大略０．１〜１Ｈｚ程度と設定した低域通過フィルタ４３に入力され、ここでラジアル方向軸受モーメント指令におけるロータ回転同期成分が抽出される。低域通過フィルタ４３の出力は、積分器４４’において、ロータ１のアキシャル方向慣性モーメントがラジアル方向慣性モーメントに比して大きい円板状ロータでは符号反転の後に積分され、ロータ１のラジアル方向慣性モーメントがアキシャル方向慣性モーメントに比して大きい円柱状ロータでは符号反転せずに積分されて、ラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現θｘｃｒ，θｙｃｒとして出力される。積分器４４’の出力は固定座標変換器４５に入力され、上記式（４）に示すように、アキシャル方向回転速度ωｚに応じて所定の進相量β（ωｚ）を重畳したうえで固定座標系表現に変換され、軸受制御系１０’に対するラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃとして出力される。
【０１５０】
ただし、固定座標変換器４５における進相量β（ωｚ）は、任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて、ラジアル方向軸受モーメント指令におけるロータ回転同期成分の回転座標系表現ベクトルが、回転変位指令制御系４０’の作用後、回転せずに零ベクトルに収束するような値に設定する必要がある。
【０１５１】
これにより、アキシャル方向回転速度ωｚが軸受制御系１０’の位置制御帯域内、サーボ共振周波数域、及び位置制御帯域外のどの周波数領域にある場合でも、ロータ慣性主軸ＰをＺ軸とほぼ平行にすることが可能となり、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１を使用しなくても、ラジアル方向擾乱モーメントのロータ回転同期成分を低減させることができる。
【０１５２】
以上のように、この実施の形態５の磁気軸受制御装置によれば、ラジアル方向擾乱力計測器、及びラジアル方向擾乱モーメント計測器を使用しなくても、磁気軸受のサーボ共振を含めた全周波数領域において、回転座標系と同一方向に同一速度で回転するラジアル方向擾乱力成分、及びラジアル方向擾乱モーメント成分を低減することができるという効果が得られる。特に、この実施の形態５では、回転座標系の回転方向及び回転速度をロータ回転に一致させたので、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントのうち、ロータの静不釣合い及び動不釣合いに起因するロータ回転同期成分（１Ｎ成分）を低減することができるという効果が得られる。
【０１５３】
実施の形態６．
図１３はこの発明の実施の形態６による磁気軸受制御装置における並進変位指令制御系２０’及び回転変位指令制御系４０’の構成を示すブロック図であり、図１３において、図１０及び図１２と同一の符号を付したのもは、同一部分又は相当部分を示す。また、この磁気軸受制御装置における軸受制御系１０’の構成は、上記実施の形態５の図１２に示すものと同じである。
【０１５４】
図１３における並進変位指令制御系２０’は、制御指令演算器１３（図示せず）の出力であるラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙからロータ１のラジアル方向並進変位指令Ｘｃ，Ｙｃを算出して軸受制御系１０’に対して出力する。また、回転変位指令制御系４０’は、制御指令演算器１３の出力であるラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙからロータ１のラジアル方向回転変位指令θｘｃ，θｙｃを算出して軸受制御系１０’に対して出力する。
【０１５５】
並進変位指令制御系２０’は１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系（第１の順回り並進変位指令制御系）２０１１’、１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系（第１の逆回り並進変位指令制御系）２０１２’、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系（第２の順回り並進変位指令制御系）２０２１’及び２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系（第２の逆回り並進変位指令制御系）２０２２’を備えている。
【０１５６】
並進変位指令制御系２０’における１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１’は、ラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器２２’、低域通過フィルタ２３、積分器２４’、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器２５を備えている。
【０１５７】
１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２’は、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１’において設定した回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標系変換器、低域通過フィルタ、積分器、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器を備えている。
【０１５８】
２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１’は、ラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙのロータ回転高調波成分（２Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器、低域通過フィルタ、積分器、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器を備えている。
【０１５９】
２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２’は、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１’において設定した回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標系変換器、低域通過フィルタ、積分器、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器を備えている。
【０１６０】
また、並進変位指令制御系２０’において、Ｘｃ１及びＹｃ１は、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１’から出力されるラジアル方向順回り並進変位指令と、１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２’から出力されるラジアル方向逆回り並進変位指令との加算値である。同様に、Ｘｃ２及びＹｃ２は、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１’から出力されるラジアル方向順回り並進変位指令と、２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２’から出力されるラジアル方向逆回り並進変位指令との加算値である。そして、Ｘｃ１とＸｃ２の加算値を軸受制御系１０’に対するラジアル方向並進変位指令Ｘｃとし、Ｙｃ１とＹｃ２の加算値を軸受制御系１０’に対するラジアル方向並進変位指令Ｙｃとしている。
【０１６１】
回転変位指令制御系４０’は１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系（第１の順回り回転変位指令制御系）４０１１’、１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系（第１の逆回り回転変位指令制御系）４０１２’、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系（第２の順回り回転変位指令制御系）４０２１’及び２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系（第２の逆回り回転変位指令制御系）４０２２’を備えている。
【０１６２】
回転変位指令制御系４０’における１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１’は、ラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器４２’、低域通過フィルタ４３、積分器４４’、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器４５を備えている。
【０１６３】
１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２’は、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１’において設定した回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標変換器４６’、低域通過フィルタ４７、積分器４８’、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器４９を備えている。
【０１６４】
回転変位指令制御系４０’における２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１’は、ラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙのロータ回転高調波成分（２Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器、低域通過フィルタ、積分器、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器を備えている。
【０１６５】
２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２’は、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１’において設定した回転座標系とは逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系表現に変換する逆回転座標変換器、低域通過フィルタ、積分器、及び任意のアキシャル方向回転速度ωｚにおいて進相量を最適値に設定した固定座標変換器を備えている。
【０１６６】
また、回転変位指令制御系４０’において、θｘｃ１及びθｙｃ１は、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１’から出力されるラジアル方向順回り回転変位指令と、１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２’から出力されるラジアル方向逆回り回転変位指令との加算値である。同様に、θｘｃ２及びθｙｃ２は、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１’から出力されるラジアル方向順回り回転変位指令と、２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２’から出力されるラジアル方向逆回り回転変位指令との加算値である。そして、θｘｃ１とθｘｃ２の加算値を軸受制御系１０’に対するラジアル方向回転変位指令θｘｃとし、θｙｃ１とθｙｃ２の加算値を軸受制御系１０’に対するラジアル方向回転変位指令θｙｃとしている。
【０１６７】
次に動作について説明する。
並進変位指令制御系２０’では、制御指令演算器１３の出力であるラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙ、及びアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）が、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１’、１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２’、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１’及び２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２’に入力される。
【０１６８】
１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１’においては、ラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱力の１Ｎ順回り成分を低減させるためのラジアル方向順回り並進変位指令が算出される。また、１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２’においては、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１’における回転座標系と逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱力の１Ｎ逆回り成分を低減させるためのラジアル方向逆回り並進変位指令が算出される。
【０１６９】
したがって、１Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０１１’から出力されるラジアル方向順回り並進変位指令と、１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２’から出力されるラジアル方向逆回り並進変位指令との加算値Ｘｃ１及びＹｃ１を、軸受制御系１０’に対するラジアル方向並進変位指令とすることにより、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力の１Ｎ成分を低減させることができる。
【０１７０】
同様に、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１’においては、ラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙの２Ｎ成分と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱力の２Ｎ順回り成分を低減させるためのラジアル方向順回り並進変位指令が算出される。また、２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２’においては、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１’における回転座標系と逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱力の２Ｎ逆回り成分を低減させるためのラジアル方向逆回り並進変位指令が算出される。
【０１７１】
したがって、２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系２０２１’から出力されるラジアル方向順回り並進変位指令と、２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２’から出力されるラジアル方向逆回り並進変位指令との加算値Ｘｃ２及びＹｃ２を、軸受制御系１０’に対するラジアル方向並進変位指令とすることにより、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力の２Ｎ成分を低減させることができる。
【０１７２】
この実施の形態６における並進変位指令制御系２０’では、Ｘｃ１とＸｃ２の加算値、及びＹｃ１とＹｃ２の加算値を軸受制御系１０’に対するラジアル方向並進変位指令としており、これによって、ラジアル方向擾乱力計測器２１を使用しなくても、磁気軸受手段１１が発生するラジアル方向擾乱力の１Ｎ成分及び２Ｎ成分を低減させることが可能となる。
【０１７３】
また、回転変位指令制御系４０’では、制御指令演算器１３の出力であるラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙ、及びアキシャル方向回転速度ωｚ（図示せず）が、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１’、１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２’、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１’及び２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２’に入力される。
【０１７４】
１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１’においては、ラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙのロータ回転同期成分（１Ｎ成分）と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ順回り成分を低減させるためのラジアル方向順回り回転変位指令が算出される。また、１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２’においては、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１’における回転座標系と逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ逆回り成分を低減させるためのラジアル方向逆回り回転変位指令が算出される。
【０１７５】
したがって、１Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０１１’から出力されるラジアル方向順回り回転変位指令と、１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２’から出力されるラジアル方向逆回り回転変位指令との加算値θｘｃ１及びθｙｃ１を、軸受制御系１０’に対するラジアル方向回転変位指令とすることにより、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分を低減させることができる。
【０１７６】
同様に、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１’においては、ラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙの２Ｎ成分と同一方向に同一速度で回転する回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントの２Ｎ順回り成分を低減させるためのラジアル方向順回り回転変位指令が算出される。また、２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２’においては、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１’における回転座標系と逆方向に同一速度で回転する逆回転座標系を設定することにより、ラジアル方向擾乱モーメントの２Ｎ逆回り成分を低減させるためのラジアル方向逆回り回転変位指令が算出される。
【０１７７】
したがって、２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系４０２１’から出力されるラジアル方向順回り回転変位指令と、２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２’から出力されるラジアル方向逆回り回転変位指令との加算値θｘｃ２及びθｙｃ２を、軸受制御系１０’に対するラジアル方向回転変位指令とすることにより、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力の２Ｎ成分を低減させることができる。
【０１７８】
この実施の形態６における回転変位指令制御系４０’では、θｘｃ１とθｘｃ２の加算値、及びθｙｃ１とθｙｃ２の加算値を軸受制御系１０’に対するラジアル方向回転変位指令としており、これによって、ラジアル方向擾乱モーメント計測器４１を使用しなくても、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分及び２Ｎ成分を低減させることが可能となる。
【０１７９】
なお、この実施の形態６では、ラジアル方向軸受力指令及びラジアル方向軸受モーメント指令の１Ｎ成分及び２Ｎ成分が、固定座標系ラジアル方向面内で楕円形のリサージュを描く場合の、並進変位指令制御系２０’及び回転変位指令制御系４０’における構成を示したが、ラジアル方向軸受力指令及びラジアル方向軸受モーメント指令の１Ｎ成分及び２Ｎ成分のうち、所定成分が固定座標系ラジアル方向面内で円形のリサージュを描く場合、当該成分に対応するラジアル方向逆回り変位指令を生成するための１Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０１２’、２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系２０２２’、１Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０１２’又は２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系４０２２’を除去しても、当該成分に対応する擾乱成分を低減させることができる。
【０１８０】
また、この実施の形態６では、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの１Ｎ成分及び２Ｎ成分を低減する場合の構成を示したが、ロータ回転同期成分（１Ｎ成分）及びロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…成分）のうち、低減させたい複数の成分に対応して並進変位指令制御系２０’や回転変位指令制御系４０’の構成を設定することにより、ラジアル方向擾乱力やラジアル方向擾乱モーメントの所望の複数成分を低減させることができる。
【０１８１】
以上のように、この実施の形態６の磁気軸受制御装置によれば、ラジアル方向擾乱力計測器及びラジアル方向擾乱モーメント計測器を使用しなくても、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントがラジアル方向面内で描くリサージュによらず、磁気軸受のサーボ共振周波数域を含めた全周波数領域において、磁気軸受が発生するラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントの主成分であるロータ回転同期成分（１Ｎ成分）、及びロータ回転高調波成分（２Ｎ，３Ｎ，…成分）のうち、所望の複数成分を低減することができるという効果が得られる。また、特に実施の形態６では、回転座標系の回転座標系の回転方向及び回転速度を、ラジアル方向軸受力指令及びラジアル方向軸受モーメント指令の１Ｎ成分及び２Ｎ成分の回転方向及び回転速度に一致させたので、ラジアル方向擾乱力及びラジアル方向擾乱モーメントのうち、１Ｎ成分及び２Ｎ成分を低減することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１８２】
【図１】磁気軸受手段の構成要素であるロータ、電磁石及び変位検出手段の配置例を示す構成図である。
【図２】磁気軸受手段の構成要素であるロータ、電磁石及び変位検出手段の別の配置例を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による磁気軸受制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による磁気軸受制御装置を説明するためのラジアル方向面内におけるロータ断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による磁気軸受制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２による磁気軸受制御装置を説明するためのロータ断面図及び各種信号の回転座標系表現を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２による磁気軸受制御装置を説明するためのロータ断面図及び各種信号の回転座標系表現を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２による磁気軸受制御装置を説明するためのロータ断面図及び各種信号の回転座標系表現を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２による磁気軸受制御装置を説明するためのラジアル方向擾乱力又はラジアル方向擾乱モーメントの所定成分が固定座標系ラジアル方向面内で描くリサージュを示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による磁気軸受制御装置における並進変位指令制御系及び回転変位指令制御系の構成を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による磁気軸受制御装置における軸受制御系の構成を示すブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態５による磁気軸受制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態６による磁気軸受制御装置における並進変位指令制御系及び回転変位指令制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１８３】
１  ロータ、２  電磁石、３  変位検出手段、１０，１０’  軸受制御系、１１  磁気軸受手段、１２  ロータ変位演算器、１３  制御指令演算器、１４  ギャップ長演算器、１５  電流指令演算器、２０，２０’  並進変位指令制御系、２１  ラジアル方向擾乱力計測器、２２，２２’  回転座標変換器、２３  低域通過フィルタ、２４，２４’  積分器、２５  固定座標変換器、３０  ラジアル方向擾乱力成分におけるロータ回転同期成分の回転座標系表現ベクトル、３１  積分器出力の回転座標系表現ベクトル、３２  固定座標変換器出力の回転座標系表現ベクトル、３３  ロータ幾何中心Ｓ移動方向の回転座標系表現ベクトル、３４  ロータ回転方向、４０，４０’  回転変位指令制御系、４１  ラジアル方向擾乱モーメント計測器、４２，４２’  回転座標変換器、４３  低域通過フィルタ、４４，４４’  積分器、４５  固定座標変換器、４６  逆回転座標変換器、４７  低域通過フィルタ、４８  積分器、４９  固定座標変換器、５０  ラジアル方向擾乱モーメント成分におけるロータ回転同期成分の回転座標系表現ベクトル、５１  積分器出力の回転座標系表現ベクトル、５２  固定座標変換器出力の回転座標系表現ベクトル、５３  ロータ幾何中心軸回転方向の回転座標系表現ベクトル、２０１１，２０１１’  １Ｎ成分順回り並進変位指令制御系、２０１２，２０１２’  １Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系、２０２１，２０２１’  ２Ｎ成分順回り並進変位指令制御系、２０２２，２０２２’  ２Ｎ成分逆回り並進変位指令制御系、４０１１，４０１１’  １Ｎ成分順回り回転変位指令制御系、４０１２，４０１２’  １Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系、４０２１，４０２１’  ２Ｎ成分順回り回転変位指令制御系、４０２２，４０２２’  ２Ｎ成分逆回り回転変位指令制御系。
【図１】
2006258266.tif 000006
【図２】
2006258266.tif 000007
【図３】
2006258266.tif 000008
【図４】
2006258266.tif 000009
【図５】
2006258266.tif 000010
【図６】
2006258266.tif 000011
【図７】
2006258266.tif 000012
【図８】
2006258266.tif 000013
【図９】
2006258266.tif 000014
【図１０】
2006258266.tif 000015
【図１１】
2006258266.tif 000016
【図１２】
2006258266.tif 000017
【図１３】
2006258266.tif 000018