(57)【要約】【課題】  磁気軸受装置が発生する擾乱を、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低擾乱化制御装置を提供する。【解決手段】  ロータ変位情報を検出する変位検出手段１１、変位検出手段１１の出力から、ロータ変位を算出するロータ変位演算器１２、ロータ変位から、ロータの位置制御をするラジアル方向及びアキシャ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を出力するＰＩＤ制御器１５、並びに磁気軸受けとロータとのギャップ長を出力するギャップ長演算器１３を有する軸受制御系１０と、ラジアル方向軸受力指令を、ロータ回転座標系に変換する回転座標変換器２１、回転座標変換器２１の出力からロータ回転同期成分を抽出するＬＰＦ２２、ＬＰＦ２２の出力を積分する積分器２３、積分器２３の出力を磁気軸受中心を原点とする固定座標系に変換する固定座標変換器２４を有する並進変位指令制御系２０とを備える。【選択図】        図３
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【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、中心軸をＺ軸とする固定座標系において、上記ロータの幾何中心軸が上記ラジアル方向に並進運動するラジアル方向並進変位及び上記ロータの幾何中心軸が上記固定座標系のアキシャル方向（Ｚ軸方向）に並進運動するアキシャル方向並進変位の３自由度ロータ変位と、上記ロータの幾何中心軸が上記固定座標系の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自由度ロータ変位からなる５自由度ロータ変位に関係する情報（ロータ変位情報）を検出する変位検出手段と、
上記変位検出手段の出力を、上記５自由度ロータ変位に変換するロータ変位演算器と、  上記ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記ロータを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、上記ロータのラジアル方向回転変位を制御する軸受力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出力手段と、
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を備えた軸受制御系、
上記軸受制御系における制御指令出力手段の出力を、上記ロータの幾何中心軸をＺ軸、上記Ｚ軸に垂直な方向をＸ軸及びＹ軸としてロータと共にＺ軸まわりに回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器と、
上記回転座標変換器の出力のロータ回転同期成分を抽出するＬＰＦと、
上記ＬＰＦの出力を積分して、ラジアル方向に並進させる回転座標系のラジアル方向並進変位を出力する積分器と、
上記積分器の出力を上記固定座標系表現に変換して上記ロータの重心位置が上記回転座標系原点に位置するように上記ロータの幾何中心軸をラジアル方向に並進させるラジアル方向並進変位指令を算出する固定座標変換器を備えた並進変位指令制御系、
を備え、
上記固定座標系に変換したラジアル方向並進変位指令により、上記軸受制御系が上記電磁石を制御して上記ロータの浮上位置を所定位置に制御することを特徴とする磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【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、中心軸をＺ軸とする固定座標系において、上記ロータの幾何中心軸が上記ラジアル方向に並進運動するラジアル方向並進変位及び上記ロータの幾何中心軸が上記固定座標系のアキシャル方向（Ｚ軸方向）に並進運動するアキシャル方向並進変位の３自由度ロータ変位と、上記ロータの幾何中心軸が上記固定座標系の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自由度ロータ変位からなる５自由度ロータ変位に関係する情報（ロータ変位情報）を検出する変位検出手段と、
上記変位検出手段の出力を、上記５自由度ロータ変位に変換するロータ変位演算器と、
上記ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記ロータを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、上記ロータのラジアル方向回転変位を制御する軸受力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出力手段と、
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を備えた軸受制御系、
上記軸受制御系における制御指令出力手段の出力を、上記ロータの幾何中心軸をＺ軸、上記Ｚ軸に垂直な方向をＸ軸及びＹ軸としてロータと共にＺ軸周りに回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器と、
上記回転座標変換器の出力のロータ回転同期成分を抽出するＬＰＦと、
上記ＬＰＦの出力を積分してラジアル方向に回転させる回転座標系のラジアル方向回転変位を出力する積分器、
上記積分器から出力されるラジアル方向回転変位を上記固定座標系表現に変換して上記ロータの慣性主軸が上記磁気軸受けの中心軸と平行になるように上記ロータの幾何中心軸を上記固定座標系のＺ軸を含む平面内で回動させるラジアル方向回転変位指令を算出する固定座標変換器とを備えた回転変位指令制御系、
を備え、
上記固定座標系に変換したラジアル方向回転変位指令により、上記軸受制御系が上記電磁石を制御して上記ロータの浮上位置を所定位置に制御することを特徴とする磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【請求項３】
上記ＬＰＦの通過周波数帯域を大略１Ｈｚ程度の狭帯域としたことを特徴とする請求項１または２記載の磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【請求項４】
上記並進変位指令制御系の固定座標変換器が、上記積分器の出力を固定座標系表現に変換する際に、上記軸受制御系の位相特性を考慮して、アキシャル方向ロータ回転速度に応じて所定の位相量を進めて固定座標系表現に変換した信号を出力することを特徴とする請求項１記載の磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【請求項５】
上記回転変位指令制御系の固定座標変換器が、上記積分器の出力を固定座標系表現に変換する際に、上記軸受制御系の位相特性を考慮して、アキシャル方向ロータ回転速度に応じて所定の位相量を進めて固定座標系表現に変換した信号を出力することを特徴とする請求項２記載の磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【請求項６】
上記軸受制御系の制御指令出力手段は、５自由度変位指令と５自由度ロータ変位の偏差に基づいて、５自由度の速度指令を出力する位置制御ループと上記５自由度ロータ変位の微分値と５自由度の速度指令との偏差に基づいて速度制御を行う速度制御ループの２重ループ制御からなり、位置制御閉ループゲイン特性が平坦となるように制御することを特徴とする請求項１または２記載の磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【請求項７】
上記速度制御の帯域がアキシャル方向ロータ回転速度の近傍に属することが無いように、上記アキシャル方向ロータ回転速度に応じて速度制御ループゲインを変化させることを特徴とする請求項６記載の磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【請求項８】
上記ロータ変位演算器は、真のロータ変位に対する出力５自由度ロータ変位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１または２記載の磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【請求項９】
上記磁気軸受の保護を目的としたタッチダウン軸受を設け、上記タッチダウン軸受によって上記ロータを機械的に拘束した場合のロータ変位情報に基づいて、上記補正関数を導出することを特徴とする請求項８記載の磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【請求項１０】
上記ロータを静止浮上させた場合の静力学及び軸受電磁石供給電流計測値に基づいて、上記補正関数を導出したことを特徴とする請求項８記載の磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【請求項１１】
上記ギャップ長演算器は、真のギャップ長に対する出力ギャップ長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１または２記載の磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【請求項１２】
上記ロータを静止浮上させた場合の静力学及び軸受電磁石供給電流計測値に基づいて、上記補正関数を導出することを特徴とする請求項１１記載の磁気軸受の低擾乱化制御装置。
【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低擾乱化制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気軸受の擾乱抑制装置として、同期妨害補償装置がある。この同期妨害補償装置は、ロータ半径方向位置ｘ，ｙの検出手段と、二入力加算器から出力されるロータ半径方向位置ｘ，ｙに基づいて、予め設定した半径方向位置にロータを保持するように軸受電磁石コイル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装置に対して、ロータ半径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、アキシャル方向ロータ回転速度の周波数に中心を置く帯域消去フィルタとして作用し、ロータ半径方向位置ｘ，ｙから回転同期成分を除去するため、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、ロータは慣性主軸周りに回転するため、ロータ回転時に磁気軸受装置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（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、磁気軸受の共振周波数域通過を容易にする装置として、臨界周波数減衰装置がある。この臨界周波数減衰装置は、通常の磁気軸受装置に対して、進相網と並列にディジタル回路を配置した構成となっている。このディジタル回路は、アキシャル方向ロータ回転速度と等しい周波数に中心を置く周波数帯域において、ロータ半径方向位置ｘ，ｙの位相または進相利得の選択的増幅を行う手段として作用し、回転同期周波数域における磁気軸受制御系の位相、即ち進相利得の増大を可能にする。これにより、回転同期周波数域において軸受剛性が増加し、特に、磁気軸受の共振周波数域においてはロータ振れ回り量を抑制して共振周波数域を容易に超えることが可能となる（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、従来、ロータの擾乱抑制装置として、磁気軸受制御装置がある。この磁気軸受制御装置は、同期妨害補償装置と等価なＡＢＳ制御、及び臨界周波数減衰装置と等価なＮクロス制御、ＦＦ制御の適用度を調整するゲインを、アキシャル方向ロータ回転速度に応じてＣＰＵが設定する構成となっている。従って、アキシャル方向ロータ回転速度が磁気軸受の共振周波数域以外にある場合はＡＢＳ制御のみを適用して、回転同期周波数域における軸受剛性を減少させて慣性主軸回りのロータ回転による低擾乱化を実現し、ロータ回転速度が磁気軸受の共振周波数域にある場合はＮクロス制御、またはＦＦ制御を適用することにより、回転同期周波数域における軸受剛性を増加させてロータ振れ回り量の抑制による共振周波数域の容易な通過を可能とすることができる（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特公昭６０−１４９２９号公報（第３頁−第５頁、第４図及び８図）
【特許文献２】特開昭５２−９３８５３号公報（第３頁−第４頁、第４図及び第６図）
【特許文献３】特開平０６−１９３６３３号公報（第１０頁−１４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の制御方法では、ロータ回転同期周波数域のみ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。この従来の制御方法で低擾乱化を実現するためには、回転同期周波数域における軸受剛性の低下量を所定量以上に設定する必要があるが、磁気軸受のサーボ共振周波数域において軸受剛性の低下量を大きくす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問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献２及び３の制御方法では、回転同期周波数域における軸受剛性を増加させてロータ振れ回り量の抑制による共振周波数域の容易な通過を可能とすることができ、特許文献３では、さらに、ロータ回転同期周波数域のみ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ることができるが、サーボ共振周波数域では軸受剛性を増加させることによって、発生擾乱も増加してしまうという問題がある。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、磁気軸受装置が発生する擾乱を、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低擾乱化制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る第１の磁気軸受の低擾乱化制御装置は、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、中心軸をＺ軸とする固定座標系において、上記ロータの幾何中心軸が上記ラジアル方向に並進運動するラジアル方向並進変位及び上記ロータの幾何中心軸が上記固定座標系のアキシャル方向（Ｚ軸方向）に並進運動するアキシャル方向並進変位の３自由度ロータ変位と、上記ロータの幾何中心軸が上記固定座標系の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自由度ロータ変位からなる５自由度ロータ変位に関係する情報（ロータ変位情報）を検出する変位検出手段と、
上記変位検出手段の出力を、上記５自由度ロータ変位に変換するロータ変位演算器と、  上記ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記ロータを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、上記ロータのラジアル方向回転変位を制御する軸受力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出力手段と、
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を備えた軸受制御系、
上記軸受制御系における制御指令出力手段の出力を、上記ロータの幾何中心軸をＺ軸、上記Ｚ軸に垂直な方向をＸ軸及びＹ軸としてロータと共にＺ軸まわりに回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器と、
上記回転座標変換器の出力のロータ回転同期成分を抽出するＬＰＦと、
上記ＬＰＦの出力を積分して、ラジアル方向に並進させる回転座標系のラジアル方向並進変位を出力する積分器と、
上記積分器の出力を上記固定座標系表現に変換して上記ロータの重心位置が上記回転座標系原点に位置するように上記ロータの幾何中心軸をラジアル方向に並進させるラジアル方向並進変位指令を算出する固定座標変換器を備えた並進変位指令制御系、
を備え、
上記固定座標系に変換したラジアル方向並進変位指令により、上記軸受制御系が上記電磁石を制御して上記ロータの浮上位置を所定位置に制御するものである。
【００１０】
この発明に係る第２の磁気軸受の低擾乱化制御装置は、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、中心軸をＺ軸とする固定座標系において、上記ロータの幾何中心軸が上記ラジアル方向に並進運動するラジアル方向並進変位及び上記ロータの幾何中心軸が上記固定座標系のアキシャル方向（Ｚ軸方向）に並進運動するアキシャル方向並進変位の３自由度ロータ変位と、上記ロータの幾何中心軸が上記固定座標系の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自由度ロータ変位からなる５自由度ロータ変位に関係する情報（ロータ変位情報）を検出する変位検出手段と、
上記変位検出手段の出力を、上記５自由度ロータ変位に変換するロータ変位演算器と、
上記ロータ変位演算器の出力に基づいて、上記ロータを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、上記ロータのラジアル方向回転変位を制御する軸受力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出力手段と、
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を備えた軸受制御系、
上記軸受制御系における制御指令出力手段の出力を、上記ロータの幾何中心軸をＺ軸、上記Ｚ軸に垂直な方向をＸ軸及びＹ軸としてロータと共にＺ軸周りに回転する回転座標系表現に変換する回転座標変換器と、
上記回転座標変換器の出力のロータ回転同期成分を抽出するＬＰＦと、
上記ＬＰＦの出力を積分してラジアル方向に回転させる回転座標系のラジアル方向回転変位を出力する積分器、
上記積分器から出力されるラジアル方向回転変位を上記固定座標系表現に変換して上記ロータの慣性主軸が上記磁気軸受けの中心軸と平行になるように上記ロータの幾何中心軸を上記固定座標系のＺ軸を含む平面内で回動させるラジアル方向回転変位指令を算出する固定座標変換器とを備えた回転変位指令制御系、
を備え、
上記固定座標系に変換したラジアル方向回転変位指令により、上記軸受制御系が上記電磁石を制御して上記ロータの浮上位置を所定位置に制御するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る第１の磁気軸受の低擾乱化制御装置によれば、ロータの重心位置を上記回転座標系Ｚ軸上に位置するようにしているので、ロータ静不釣合いに起因する擾乱力を低減することができる。
【００１２】
この発明に係る第２の磁気軸受の低擾乱化制御装置によれば、ロータ慣性主軸を磁気軸受中心軸と平行になるようにしているので、ロータ動不釣合いに起因する擾乱モーメントを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、磁気軸受装置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り、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【００１４】
図１に示したように、この実施の形態１における磁気軸受装置は、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、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を備えており、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は磁気軸受（図示していないステータに対して固定されている）に固定された固定座標系の座標軸で、Ｚ軸は磁気軸受中心軸（アキシャル方向）、Ｘ軸、Ｙ軸は磁気軸受中心軸に垂直で、互いに直交するラジアル軸であり、固定座標系原点はロータ１の幾何中心位置となっている。
【００１５】
また、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を制御する磁気軸受装置において、円柱状のロータ１の周囲に１０個の電磁石２a〜２ｊ及び１０個の変位検出手段３a〜３jを配置している。
【００１６】
ロータ１には、ロータ１の幾何中心軸が固定座標系原点からラジアル方向に並進運動するラジアル方向並進変位Ｘ，Ｙ、ロータ１の幾何中心軸が固定座標のアキシャル方向（Ｚ軸方向）に並進運動するアキシャル方向並進変位Ｚ、及びロータ１の幾何中心軸が固定座標系の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といったロータ変位が生じる。
【００１７】
この構成の磁気軸受装置では、変位検出手段３a〜３hから出力される、ロータ変位に関する情報（以下、ロータ変位情報という）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（すなわち、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）。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。
【００１８】
図２は、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装置の正面図（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）であり、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。
【００１９】
図３は、この発明に係る低擾乱化制御装置における実施の形態１を説明するためのブロック図、図４は、実施の形態１を説明するためのロータ半径方向断面図である。
【００２０】
図３に示したように、低擾乱化制御装置は、ロータ１の幾何中心軸を磁気軸受の所定の位置に制御するための軸受力となる軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びロータ１のラジアル方向回転変位を制御する軸受力となるラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙを出力する軸受制御系１０及び軸受制御系１０に対して軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙからロータ１のラジアル方向並進変位指令を算出して出力する並進変位指令制御系２０を備える。
【００２１】
軸受制御系１０は、ロータ１、ロータ１を電磁力によって浮上させる電磁石２及びロータ１の変位を検出する変位検出手段３からなる構成要素１１、ｎ個の変位検出手段（変位センサ）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自由度ロータ変位を算出するロータ変位演算器１２、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の各々におけるギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…Ｇｎを算出するギャップ長演算器１３、ロータ変位の偏差（５自由度ロータ変位Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙと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との偏差）に基づいて軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙを算出するＰＩＤ制御器１５、軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、軸受モーメント指令Ｎｘ，Ｎｙ及び軸受電磁石ギャップ長Ｇ１，Ｇ２，…Ｇｎに基づいて、電磁石２の各々に対して供給電流Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｎを分配して供給する電力分配器１４を備える。図にはＸ軸方向並進運動に対するＰＩＤ制御器１５ｘ及びＹ軸方向並進運動に対するＰＩＤ制御器１５ｙのみを図示している。
【００２２】
また、並進変位指令制御系２０は、軸受制御系１０において出力されたラジアル方向軸受力指令Ｆｘ，Ｆｙを、アキシャル方向ロータ回転角度θｚを用いてロータに固定された回転座標系表現Ｆｘｒ，Ｆｙｒに変換する回転座標変換器２１、ラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現Ｆｘｒ，Ｆｙｒに対して、通過低周波数帯域を大略１Ｈｚ程度の狭帯域とすることで、ラジアル方向軸受力指令のロータ回転同期成分のみを抽出するＬＰＦ（ローパス・フィルタ）２２、ＬＰＦ２２の出力を積分し、ロータ１のラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現Ｘｃｒ，Ｙｃｒを出力する積分器２３、積分器２３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、アキシャル方向ロータ回転角度θzを用いて固定座標系表現Ｘｃ，Ｙｃに変換する固定座標変換器２４を備えている。
【００２３】
図４は、ロータ半径方向断面を示す断面図であり、図４（ａ）は並進変位指令制御系を適用した直後、図４（ｂ）は並進変位指令制御系を適用後十分時間が経過した後の状態を示している。図４において、ロータ１の回転軸に垂直で互いに直交し、かつ、ロータに対して固定された回転座標系の座標軸をＸｒ，Ｙｒとし、この回転座標系の原点は上記固定座標系原点と一致している。また、ロータの重心位置をＧ、変位検出手段で検出したロータ変位情報により決定するロータの幾何中心位置をＳ、ロータの静不釣合いに起因する振れ回り力を３０、回転座標変換器２１から出力されるラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現Ｆｘｒ，Ｆｙｒを要素とするベクトルを３１、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３２としている。
【００２４】
次に、動作について説明する。軸受制御系１０において、ロータ変位を検出する電磁石／ロータ／変位検出手段からなる構成要素１１から出力されるロータ変位情報Ｓｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、ロータ変位演算器１２によってロータの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自由度のロータ変位に変換される。この５自由度ロータ変位はフィードバックされ、５自由度ロータ変位と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との偏差信号をＰＩＤ制御器１５に入力する。ＰＩＤ制御器１５では入力された偏差信号に基づいて、磁気軸受に対する軸受力指令Ｆｘ、Ｆｙ、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。ギャップ長演算器１３では、ロータ変位演算器１２から出力される５自由度ロータ変位に基づいて、磁気軸受を構成するｎ個の電磁石の各々におけるギャップ長Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｎを算出して出力する。電力分配器１４では、ギャップ長演算器１３から出力される軸受電磁石ギャップ長Ｇｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）において、ＰＩＤ制御器１５から出力される軸受力指令Ｆｘ、Ｆｙ、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、ｎ個の電磁石の各々に対する供給電流Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎを分配して供給する。
ただし図３では、簡単のためにアキシャル方向並進運動及びラジアル方向回転運動のフィードバック・ループは図示していない。
【００２５】
このような軸受制御系１０の動作により、ロータ浮上位置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、ラジアル方向回転変位指令θｘｃ、θｙｃ（５自由度のロータ変位指令）と一致するように制御することが可能となる。
【００２６】
しかしながら、従来の磁気軸受制御装置では、５自由度のロータ変位指令を常に零値としており、従ってアキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系１０の位置制御帯域よりも低い場合のロータ半径方向断面図は、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、ロータ幾何中心位置Ｓは回転座標系の原点に位置し、ロータ重心位置Ｇはロータ幾何中心位置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、ロータ重心位置Ｇには静不釣合いに起因する振れ回り力（遠心力）３０が作用し、振れ回り力３０の作用下でロータ浮上位置、すなわちロータ幾何中心位置Ｓを回転座標系原点に保持するために、ラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現Ｆｘｒ、Ｆｙｒを要素とするベクトル３１は振れ回り力３０と逆極性ベクトルとなる。このとき、ロータに作用するラジアル方向軸受力の反作用がステータに作用し、これが磁気軸受装置のハウジングに伝達する力の振動、すなわち、擾乱の主要因となる。
【００２７】
そこで、この実施の形態１の低擾乱化制御装置では、並進変位指令制御系２０を設け、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ロータ回転角度θｚに基づいて、ロータ重心位置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。
【００２８】
ＰＩＤ制御器１５から出力されるラジアル方向軸受力指令Ｆｘ、Ｆｙ及びアキシャル方向ロータ回転角度θｚは並進変位指令制御系２０の回転座標変換器２１に入力され、回転座標変換器２１ではラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現Ｆｘｒ、Ｆｙｒを次式（１）、（２）により算出する。
【００２９】
【数１】
2005188545.tif 000003
【００３０】
このラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現Ｆｘｒ、Ｆｙｒは、通過低周波数帯域を大略１Ｈｚ程度の狭帯域に設定したＬＰＦ２２に入力され、ここでラジアル方向軸受力指令のロータ回転同期成分のみが抽出される。ＬＰＦ２２の出力は、図４（ａ）においてベクトル３１で表され、これが積分器２３において積分された結果、ベクトル３２で表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が積分器２３から出力される。固定座標変換器２４では、積分器２３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、アキシャル方向ロータ回転角度θｚを用いて次式（３）、（４）のように固定座標系表現のラジアル方向並進変位指令Ｘｃ、Ｙｃに変換し、軸受制御系１０に対して出力する。
【００３１】
【数２】
2005188545.tif 000004
【００３２】
こうして求められたラジアル方向並進変位指令Ｘｃ、Ｙｃに追従するように軸受制御系１０がロータ浮上位置を制御することにより、ロータ幾何中心位置Ｓは回転座標系上をベクトル３２に従って移動し、定常状態では図４（ｂ）に示すようにロータ重心位置Ｇが回転座標系原点に位置するようになる。これにより、ロータ静不釣合いに起因する振れ回り力３０及びラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現３１は共に零ベクトルに収束し、従って、ロータ１に作用するラジアル方向軸受力及びステータに作用するラジアル方向軸受力反作用が共に低減した結果、ロータ静不釣合いに起因する擾乱力のレベルが低下する。
【００３３】
このように、この実施の形態１による低擾乱化制御装置により、特にアキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系１０の位置制御帯域内にある場合において、ロータ重心位置Ｇが磁気軸受回転軸上に位置するようになり、ロータ静不釣合いに起因する擾乱力を低減することができる。
【００３４】
また、並進変位指令制御系２０におけるＬＰＦ２２によって、ロータ回転同期成分以外の周波数域に属する信号成分を容易に除去することができる。
【００３５】
実施の形態２．
図５は、この発明に係る低擾乱化制御装置における実施の形態２を説明するためのブロック図、図６は、実施の形態２を説明するためのロータ半径方向断面図であり、図５及び図６において、図３及び図４と同一の符号を付したものは、同一部分または相当部分を示す。
【００３６】
図６（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）は、アキシャル方向ロータ回転速度を磁気軸受のサーボ共振周波数域以上まで上昇させた場合において、固定座標変換器／位相変換器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を適用した直後を示し、図６（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）は、各々図６（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）において並進変位指令制御系を適用後十分時間が経過した後を示している。
【００３７】
図５に示したように、この実施の形態２の低擾乱化制御装置は、位置制御ループにおけるＰＩ制御器１６、速度制御ループにおいてゲインＫＤを施すＰ制御器１７、ロータ変位に基づいてロータ速度を算出する微分器１８、積分器２３の出力であるＸｃｒ’、Ｙｃｒ’を固定座標系表現に変換し、かつ、軸受制御系の位相特性を考慮してアキシャル方向ロータ回転速度に応じて所定の位相量を進めた信号を軸受制御系１０のラジアル方向並進変位指令Ｘｃ、Ｙｃとして出力する固定座標変換器／位相変換器２５を備えている。
【００３８】
図６において、固定座標変換器／位相変換器２５でアキシャル方向ロータ回転速度に応じて進める所定の位相量をα、ロータ回転方向を３３、ロータ幾何中心位置Ｓの移動方向ベクトルを３４とする。
【００３９】
次に、動作について説明する。軸受制御系１０において、電磁石／ロータ／変位検出手段１１から出力されるロータ変位情報Ｓｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、ロータ変位演算器１２によってロータの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。
【００４０】
この５自由度ロータ変位はフィードバックされ、５自由度ロータ変位と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との偏差信号が、位置制御ループにおけるＰＩ制御器１６に入力される。ＰＩ制御器１６では入力された偏差信号に基づいて、磁気軸受に対する５自由度の速度指令を算出して出力する。
【００４１】
ロータ変位演算器１２から出力される５自由度ロータ変位は、更に、微分器１８において微分され、５自由度ロータ速度に変換され、ＰＩ制御器１６の出力である５自由度速度指令と微分器１８の出力である５自由度のロータ速度から、速度制御ループにおける速度偏差信号が得られる。この速度偏差信号は速度制御ループにおけるＰ制御器１７に入力され、速度制御ループゲインＫＤを施した信号を磁気軸受に対する軸受力指令Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ、Ｎｙとして出力する。
【００４２】
ギャップ長演算器１３では、ロータ変位演算器１２から出力される５自由度ロータ変位に基づいて、磁気軸受を構成するｎ個の電磁石の各々におけるギャップ長Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｎを算出して出力し、電力分配器１４では、ギャップ長演算器１３から出力される軸受電磁石ギャップ長Ｇｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）において、速度制御ループにおけるＰ制御器１７から出力される軸受力指令Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ、Ｎｙにより、ｎ個の電磁石の各々に対する供給電流Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎが分配して供給される。
【００４３】
ただし、図５では、簡単のためにアキシャル方向並進運動及びラジアル方向回転運動のフィードバック・ループは図示していない。
【００４４】
このような軸受制御系１０の動作により、ロータ浮上位置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、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り、かつ軸受制御系１０を位置制御ループと速度制御ループの２重ループ制御としたことで、図３に示した単一フィードバック・ループのＰＩＤ制御器に比べて、位置制御閉ループゲイン特性が平坦となるように軸受制御系１０を設計することができ、これによって磁気軸受のサーボ共振周波数域におけるロータ振れ回り量及び磁気軸受装置の発生擾乱を抑制することができる。
【００４５】
また、並進変位指令制御系２０の作用により、固定座標変換器／位相変換器２５における進相量を零値としても、実施の形態１と同様にアキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系１０の位置制御帯域内にある場合において、ロータ重心位置Ｇが磁気軸受の回転軸上に位置するようになり、ロータ静不釣合いに起因する擾乱力を低減することができる。
【００４６】
しかしながら、従来は、固定座標変換器／位相変換器２５における進相量を零値にしており、固定座標変換器／位相変換器２５における進相量を零値に保持したままアキシャル方向ロータ回転速度をサーボ共振周波数域まで上昇させると、ロータ幾何中心位置Ｓは、図６（ａ）に示したように、ベクトル３２で表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に対して、軸受制御系１０の位置制御閉ループ位相特性の遅れに対応した位相角だけロータ回転方向３３と逆方向に回転したベクトル３４に沿って、回転座標系上を移動するようになる。その結果、所定の時間が経過した後のロータ重心位置Ｇ及びロータ幾何中心位置Ｓは、図６（ｂ）に示す配置となり、ロータ静不釣合いに起因する振れ回り力及びラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現が各々ベクトル３０’及び３１’となる結果、ラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現ベクトル３１はロータ回転方向３３と同一方向に回転し、ロータ重心位置Ｇと磁気軸受回転軸との距離が零値に収束しないために、ロータ静不釣合いに起因する擾乱力を低減することができなくなる。
【００４７】
そこで、この実施の形態２の低擾乱化制御装置では、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、アキシャル方向ロータ回転角度θｚ及び軸受制御系１０の位置制御閉ループ位相特性に基づいて、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系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、ロータ重心位置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。
【００４８】
Ｐ制御器１７から出力されるラジアル方向軸受力指令Ｆｘ、Ｆｙは、アキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいて、回転座標変換器２１により、上記式（１）及び（２）に示した回転座標系表現Ｆｘｒ、Ｆｙｒに変換される。このラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現Ｆｘｒ、Ｆｙｒは、通過低周波数帯域を大略１Ｈｚ程度の狭帯域に設定したＬＰＦ２２によってロータ回転同期成分のみが抽出される。ＬＰＦ２２の出力は、図６（ｃ）においてベクトル３１で表され、これが積分器２３において積分され、積分されて得られた信号Ｘｃｒ’、Ｙｃｒ’が固定座標変換器／位相変換器２５に入力される。
【００４９】
固定座標変換器／位相変換器２５では、積分器２３の出力Ｘｃｒ’、Ｙｃｒ’を、アキシャル方向ロータ回転角度θｚを用いて固定座標系表現に変換するが、このとき、軸受制御系１０の位置制御閉ループ位相特性を考慮して、次式（５）及び（６）に示すようにアキシャル方向ロータ回転速度に応じて所定の位相量αを進めた上で固定座標系表現に変換した信号を、ラジアル方向並進変位指令Ｘｃ、Ｙｃとして軸受制御系１０に対して出力する。
【００５０】
【数３】
2005188545.tif 000005
【００５１】
このラジアル方向並進変位指令Ｘｃ、Ｙｃの回転座標系表現Ｘｃｒ、Ｙｃｒは、図６（ｃ）においてベクトル３２で表され、ロータ幾何中心位置Ｓはベクトル３２に対して、軸受制御系１０の位置制御閉ループ位相特性の遅れに対応した位相角だけ、ロータ回転方向３３と逆方向に回転したベクトル３４に沿って回転座標系上を移動するため、定常状態では図６（ｄ）に示すようにロータ重心位置Ｇが回転座標系原点に位置するようになる。
【００５２】
これにより、ロータ静不釣合いに起因する振れ回り力３０及びラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現３１は共に零ベクトルに収束し、従って、ロータに作用するラジアル方向軸受力及びステータに作用するラジアル方向軸受力反作用が共に低減した結果、ロータ静不釣合いに起因する擾乱力のレベルが低下する。
【００５３】
ここで、固定座標変換器／位相変換器２５における進相量αを、図６（ｅ）に示したように過大値に設定した場合、ロータ幾何中心位置Ｓの移動方向ベクトル３４は、ラジアル方向軸受力指令ベクトル３１に対してロータ回転方向３３に所定位相角だけ回転した配置となる。
【００５４】
その結果、所定の時間が経過した後のロータ重心位置Ｇ及びロータ幾何中心位置Ｓは、図６（ｆ）に示す配置となり、ロータ静不釣合いに起因する振れ回り力及びラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現が各々３０’及び３１’で表されるベクトルとなる結果、ラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現ベクトル３１はロータ回転方向３３と逆方向に回転する。
【００５５】
すなわち、ラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現ベクトル３１は、固定座標変換器／位相変換器２５における進相量αが最適値に対して小さい場合（図６（ａ）、（ｂ））はロータ回転方向３３と同一方向に回転し、最適値に対して大きい場合（図６（ｅ）、（ｆ））はロータ回転方向３３と逆方向に回転し、最適値の場合（図６（ｃ）、（ｄ））はベクトルの方向は変化せずに零ベクトルに収束する。
【００５６】
従って、どのようなアキシャル方向ロータ回転速度においても、固定座標変換器／位相変換器２５における進相量αをラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現ベクトル３１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、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系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、ロータ静不釣合いに起因する振れ回り力３０及びラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現３１を共に零ベクトルに収束させることができ、ロータに作用するラジアル方向軸受力及びステータに作用するラジアル方向軸受力反作用が共に低減するため、ロータ静不釣合いに起因する擾乱力のレベルがサーボ共振周波数域を含めた全周波数域において低下するようになる。
【００５７】
このように、この実施の形態２の低擾乱化制御装置により、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系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、ロータ重心位置Ｇが磁気軸受の回転軸上に位置するようになり、ロータ静不釣合いに起因する擾乱力を、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ことができる。
【００５８】
また、並進変位指令制御系２０におけるＬＰＦ２２がロータ回転同期成分のみを抽出することで、ロータ回転同期成分以外の周波数域に属する信号成分を容易に除去することができる。
【００５９】
更に、軸受制御系１０を位置制御ループと速度制御ループの２重ループ制御とし、位置制御ループゲイン特性が平坦となるように軸受制御系１０を設計することにより、磁気軸受のサーボ共振周波数域におけるロータ振れ回り量及び磁気軸受装置の発生擾乱の更なる抑制を図ることができる。
【００６０】
実施の形態３．
図７は、この発明に係る実施の形態３の低擾乱化制御装置を説明するためのブロック図、図８は、閉ループゲイン特性を示したボード線図であり、図９、図１０及び図１１は、この実施の形態３の低擾乱化制御装置を説明するためのロータ断面図であり、図７において、図３及び図５と同一の符号を付したものは、同一部分または相当部分を示し、図９、図１０及び図１１において、図２、図４及び図６と同一の符号を付したものは、同一部分または相当部分を示す。
【００６１】
図７に示したように、この実施の形態３の低擾乱化制御装置は、軸受制御系１０におけるラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ、Ｎｙから、軸受制御系１０に対するラジアル方向回転変位指令を算出して出力する回転変位指令制御系４０を備える。
【００６２】
回転変位指令制御系４０は、軸受制御系１０におけるラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ、Ｎｙを、アキシャル方向ロータ回転角度θｚを用いてロータに固定された回転座標系表現Ｎｘｒ、Ｎｙｒに変換する回転座標変換器４１、軸受モーメント指令の回転座標系表現Ｎｘｒ、Ｎｙｒに対して、通過低周波数帯域を大略１Ｈｚ程度の狭帯域とすることで、軸受モーメント指令のロータ回転同期成分のみを抽出するＬＰＦ（ローパス・フィルタ）４２、ＬＰＦ４２の出力を積分してラジアル方向回転変位の信号θｘｃｒ’、θｙｃｒ’を出力する積分器４３、信号θｘｃｒ’、θｙｃｒ’を固定座標系表現に変換し、かつ軸受制御系１０の位相特性を考慮してアキシャル方向ロータ回転速度に応じて所定の位相量を進めた信号を軸受制御系１０のラジアル方向回転変位指令θｘｃ、θｙｃとして出力する固定座標変換器／位相変換器４５を備える。
【００６３】
また、図８において、２重ループ制御で構成した軸受制御系１０の位置制御閉ループゲイン特性を５０、軸受制御系１０の速度制御閉ループゲイン特性を５１、位置制御周波数帯域をｆｐ、速度制御周波数帯域をｆＤ、アキシャル方向ロータ回転速度をｆ、速度制御ループゲイン切換閾値をｆ１としている。
【００６４】
図９（ａ）、（ｂ）は円柱状ロータ（図１）の磁気軸受装置でアキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系１０の位置制御帯域内にある場合において、回転変位指令制御系４０を適用した直後を示し、図９（ｃ）、（ｄ）は回転変位指令制御系４０を適用後十分時間が経過した後を示し、図１０（ａ）、（ｂ）は円板状ロータ（図２）の磁気軸受装置でアキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系１０の位置制御帯域内にある場合において、回転変位指令制御系４０を適用した直後を示し、図１０（ｃ）、（ｄ）は回転変位指令制御系４０を適用後十分時間が経過した後を示している。
【００６５】
また、図９〜図１１において、アキシャル方向のロータ慣性主軸をＰ、アキシャル方向ロータ慣性主軸Ｐ上の固定点をａ、ロータを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、ロータの動不釣合いに起因する振れ回りモーメントを６０、回転座標変換器４１から出力される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を要素とするモーメントを６１、ラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現を６２としている。
【００６６】
図１１（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）は、アキシャル方向ロータ回転速度を磁気軸受のサーボ共振周波数域以上まで上昇させた場合において、固定座標変換器／位相変換器４５における進相量を各々零値、最適値及び過大値として回転変位指令制御系４０を適用した直後を示し、図１１（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）は、各々図１１（ａ）、（ｃ）及び（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ロータ半径方向断面図である。
【００６７】
更に、図１１において、固定座標変換器／位相変換器４５における、アキシャル方向ロータ回転速度に応じて進める所定の位相量をβ、ロータ回転方向を６３、アキシャル方向ロータ慣性主軸Ｐの回転方向ベクトルを６４としている。
【００６８】
次に、動作について説明する。図７では、簡単のためにラジアル方向並進運動及びアキシャル方向並進運動のフィードバック・ループは図示していないが、軸受制御系１０の動作は実施の形態２と同一である。このとき、軸受制御系１０の位置制御閉ループゲイン特性５０及び速度制御閉ループゲイン特性５１は、図８（ａ）に示した通りであり、速度制御周波数帯域ｆＤが位置制御周波数帯域ｆＰよりも十分高くなるように軸受制御系１０を設計する。このような設計とすることで位置制御ループゲイン特性が平坦となり、磁気軸受のサーボ共振周波数域（位置制御周波数帯域ｆＰ）におけるロータ振れ回り量及び磁気軸受装置の発生擾乱を抑制することができるが、その反面、速度制御系ゲイン交点周波数域（速度制御周波数帯域ｆＤ）における磁気軸受装置の発生擾乱が多少増加する傾向を示す。
【００６９】
そこで、この実施の形態３の低擾乱化制御装置では、速度制御ループゲイン切換閾値ｆ１を設定し、アキシャル方向ロータ回転速度ｆがｆ１よりも低い場合は、図８（ａ）に示したように、ロータ回転速度ｆ＜ｆ１＜  速度制御周波数帯域ｆＤ、となるように軸受制御系１０の速度制御ループゲインＫＤを増加させ、アキシャル方向ロータ回転速度ｆがｆ１よりも高い場合は、図８（ｂ）に示したように、速度制御周波数帯域ｆＤ  ＜  ｆ１  ＜  ロータ回転速度ｆとなるように軸受制御系１０の速度制御ループゲインＫＤを減少させることで、速度制御周波数帯域ｆＤがアキシャル方向ロータ回転速度ｆの近傍に属することが無い構成とし、軸受制御系１０の安定性を損なうことなく、速度制御系ゲイン交点周波数域（速度制御周波数帯域ｆＤ）における磁気軸受装置の発生擾乱を抑制することができる。
【００７０】
このような軸受制御系１０の動作により、ロータ浮上位置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、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り、かつ、軸受制御系１０を位置制御ループと速度制御ループの２重ループ制御としたことで、図３に示した単一フィードバック・ループのＰＩＤ制御器に比べて、位置制御閉ループゲイン特性が平坦となるように軸受制御系１０を設計することができ、これによって磁気軸受のサーボ共振周波数域におけるロータ振れ回り量及び磁気軸受装置の発生擾乱を抑制することができる。
【００７１】
加えて、軸受制御系１０において速度制御周波数帯域ｆＤがアキシャル方向ロータ回転速度ｆの近傍に属することが無いように、ロータ回転速度ｆに応じて速度制御ループゲインＫＤを変化させることにより、軸受制御系１０の安定性を損なうことなく、速度制御系ゲイン交点周波数域における磁気軸受装置の発生擾乱の更なる抑制を図ることができる。
【００７２】
従来の磁気軸受制御装置では、軸受制御系１０に対するラジアル方向回転変位指令θｘｃ、θｙｃを常に零値としており、従ってアキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系１０の位置制御帯域よりも低い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９（ａ）、（ｂ）に示した通りとなり、円板状ロータ（図２）で図１０（ａ）、（ｂ）に示した通りとなる。つまり、ロータ回転軸（Ｚ軸）に垂直に直交し、かつ、ロータに対して固定された回転座標系Ｘｒ−Ｙｒから見た場合、ロータ変位演算器１２で算出されるラジアル方向２自由度回転変位θｘ、θｙは零値に保持され、アキシャル方向ロータ慣性主軸Ｐはロータ回転軸（Ｚ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９及び１０では簡単のために、アキシャル方向ロータ慣性主軸ＰがＺｒ−Ｘｒ平面内に位置する場合を記載している。
【００７３】
このとき、ロータを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９（ａ）、図１０（ａ）に示した通りとなり、その結果、ロータには動不釣合いに起因する振れ回りモーメント６０が作用する。振れ回りモーメント６０の作用下でロータ浮上位置、すなわちラジアル方向２自由度回転変位θｘ、θｙを零値に保持するために、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を要素とするモーメント６１は、振れ回りモーメント６０と逆極性となる。このとき、ロータに作用するラジアル方向軸受モーメントの反作用がステータに作用し、これが磁気軸受装置のハウジングに伝達するモーメントの振動、すなわち擾乱の主要因となる。
【００７４】
そこで、この実施の形態３の低擾乱化制御装置では、回転変位指令制御系４０において、第１に、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ロータ回転角度θｚに基づいて、ロータ慣性主軸Ｐが磁気軸受回転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。
【００７５】
Ｐ制御器１７から出力されるラジアル方向軸受モーメント指令Ｎｘ、Ｎｙは、アキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいて、回転座標変換器４１により次式（７）、（８）のように回転座標系表現Ｎｘｒ、Ｎｙｒに変換される。
【００７６】
【数４】
2005188545.tif 000006
【００７７】
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、通過低周波数帯域を大略１Ｈｚ程度の狭帯域に設定したＬＰＦ４２によってロータ回転同期成分のみが抽出される。ＬＰＦ４２の出力は、図９（ａ）、（ｂ）及び図１０（ａ）、（ｂ）においてモーメント６１で表され、このモーメント６１が円柱状ロータでは同極性（図９（ｂ））で、円板状ロータでは逆極性（図１０（ｂ））で積分器４３において積分された結果、回転ベクトル６２で表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’が積分器４３から出力される。固定座標変換器／位相変換器４５では、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系１０の位置制御帯域内にある場合において、積分器４３の出力θｘｃｒ’、θｙｃｒ’を、アキシャル方向ロータ回転角度θｚを用いて次式（９）、（１０）のように固定座標系表現θｘｃ、θｙｃに変換し、軸受制御系１０に対して出力する。
【００７８】
【数５】
2005188545.tif 000007
【００７９】
このようにして求められたラジアル方向回転変位指令θｘｃ、θｙｃに追従するように軸受制御系１０がロータ浮上位置を制御することにより、アキシャル方向ロータ慣性主軸Ｐは回転座標系上を回転ベクトル６２に従って回転し、定常状態では図９（ｃ）、（ｄ）及び図１０（ｃ）、（ｄ）に示すようにロータ慣性主軸Ｐが磁気軸受中心軸に対して平行となる。これにより、ロータ動不釣合いに起因する振れ回りモーメント６０及びラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現６１は共に零値に収束し、従ってロータに作用するラジアル方向軸受モーメント及びステータに作用するラジアル方向軸受モーメント反作用が共に低減した結果、ロータ動不釣合いに起因する擾乱モーメントのレベルが低下する。
【００８０】
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振れ回りモーメント６０、従ってラジアル方向軸受モーメント指令６１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。従って、ラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現６２を算出するために積分器４３で実行する積分動作の極性が、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）では同極性、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）では逆極性となることに注意を要する。
【００８１】
このように、回転変位指令制御系４０の作用により、固定座標変換器／位相変換器４５における進相量を零値としても、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系１０の位置制御帯域内にある場合において、アキシャル方向ロータ慣性主軸Ｐが磁気軸受回転軸に対して平行となり、ロータ動不釣合いに起因する擾乱モーメントを低減することができる。
【００８２】
しかしながら、固定座標変換器／位相変換器４５における進相量を零値に保持したままアキシャル方向ロータ回転速度をサーボ共振周波数域まで上昇させると、ロータ慣性主軸Ｐは、図１１（ａ）に示すように、回転ベクトル６２で表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’に対して、軸受制御系１０の位置制御閉ループ位相特性の遅れに対応した位相角だけロータ回転方向６３と逆方向に回転した回転ベクトル６４に従って、回転座標系上を回転するようになる。その結果、所定の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１１（ｂ）に示す配置となり、ロータ動不釣合いに起因する振れ回りモーメント及びラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現が各々６０’及び６１’で表されるモーメントとなる結果、ラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現６１はロータ回転方向６３と同一方向に回転し、ロータ慣性主軸Ｐと磁気軸受回転軸との角度が零値に収束しないために、ロータ動不釣合いに起因する擾乱モーメントを低減することができなくなる。
【００８３】
そこで、この実施の形態３の低擾乱化制御装置では、回転変位指令制御系４０において、軸受制御系１０の位置制御閉ループ位相特性に基づいて、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系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が磁気軸受回転軸と平行になるように固定座標変換器／位相変換器４５における進相量を調整し、ラジアル方向回転変位指令θｘｃ、θｙｃを制御している。
【００８４】
固定座標変換器／位相変換器４５では、積分器４３の出力θｘｃｒ’、θｙｃｒ’を、アキシャル方向ロータ回転角度θｚを用いて固定座標系表現に変換するが、このとき、軸受制御系１０の位置制御閉ループ位相特性を考慮して、次式（１１）、（１２）に示すようにアキシャル方向ロータ回転速度に応じて所定の位相量βを進めた上で固定座標系表現に変換した信号を、ラジアル方向回転変位指令θｘｃ、θｙｃとして軸受制御系１０に対して出力する。
【００８５】
【数６】
2005188545.tif 000008
【００８６】
このラジアル方向回転変位指令θｘｃ、θｙｃの回転座標系表現θｘｃｒ、θｙｃｒは、図１１（ｃ）において回転ベクトル６２で表され、ロータ慣性主軸Ｐは回転ベクトル６２に対して、軸受制御系１０の位置制御閉ループ位相特性の遅れに対応した位相角だけ、ロータ回転方向６３と逆方向に回転した回転ベクトル６４に従って回転座標系上を回転するため、定常状態では、図１１（ｄ）に示したように、ロータ慣性主軸Ｐが磁気軸受回転軸に対して平行となる。これにより、ロータ動不釣合いに起因する振れ回りモーメント６０及びラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現６１は共に零値に収束し、従ってロータに作用するラジアル方向軸受モーメント及びステータに作用するラジアル方向軸受モーメント反作用が共に低減した結果、ロータ動不釣合いに起因する擾乱モーメントのレベルが低下する。
【００８７】
ここで、固定座標変換器／位相変換器４５における進相量βを図１１（ｅ）に示したように過大値に設定した場合、ロータ慣性主軸Ｐの回転方向ベクトル６４は、ラジアル方向軸受モーメント指令ベクトル６１に対してロータ回転方向６３に所定位相角だけ回転した配置となる。その結果、所定の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１１（ｆ）に示す配置となり、ロータ動不釣合いに起因する振れ回りモーメント及びラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現が各々６０’、および６１’で表されるモーメントとなる結果、ラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現６１はロータ回転方向６３と逆方向に回転する。
【００８８】
すなわち、ラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現６１は、固定座標変換器／位相変換器４５における進相量βが最適値に対して小さい場合（図１１（ａ）、（ｂ））はロータ回転方向６３と同一方向に回転し、最適値に対して大きい場合（図１１（ｅ）、（ｆ））はロータ回転方向６３と逆方向に回転し、最適値の場合（図１１（ｃ）、（ｄ））は方向は変化せずに零値に収束する。従って、どのようなアキシャル方向ロータ回転速度においても、固定座標変換器／位相変換器４５における進相量βをラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現６１が回転せずに零値に収束するような値に設定することにより、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系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が磁気軸受中心軸と平行になることで、ロータ動不釣合いに起因する振れ回りモーメント６０及びラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現６１を共に零値に収束させることがでる。これにより、ロータに作用するラジアル方向軸受モーメント及びステータに作用するラジアル方向軸受モーメント反作用が共に低減するため、ロータ動不釣合いに起因する擾乱モーメントのレベルがサーボ共振周波数域を含めた全周波数域において低下するようになる。
【００８９】
このように、この実施の形態３の低擾乱化制御装置により、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系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、ロータ慣性主軸が磁気軸受の回転軸と平行になり、ロータ動不釣合いに起因する擾乱モーメントを、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ことができる。
【００９０】
また、回転変位指令制御系４０におけるＬＰＦ４２がロータ回転同期成分のみを抽出することで、ロータ回転同期成分以外の周波数域に属する信号成分を容易に除去することができる。
【００９１】
更に、軸受制御系１０を位置制御ループと速度制御ループの２重ループ制御とし、位置制御ループゲイン特性が平坦となるように軸受制御系１０を設計することにより、磁気軸受のサーボ共振周波数域におけるロータ振れ回り量及び磁気軸受装置の発生擾乱の更なる抑制を図ることができる。
【００９２】
加えて、軸受制御系１０において速度制御帯域５１がアキシャル方向ロータ回転速度ｆの近傍に属することが無いように、ロータ回転速度ｆに応じて速度制御ループゲインＫＤを変化させることにより、軸受制御系１０の安定性を損なうことなく、速度制御系ゲイン交点周波数域における磁気軸受装置の発生擾乱の更なる抑制を図ることができる。
【００９３】
また、この実施の形態３では、速度制御ループゲインＫＤの切換閾値が単一周波数ｆ１である場合について説明したが、この切換閾値はｆ１を中心として所定のヒステリシス幅を持たせてもよい。この場合、上記実施の形態３と同様の効果があることに加えて、更にロータ回転速度信号ｆにノイズが重畳している場合、またはロータ回転速度ｆが速度制御ループゲイン切換閾値ｆ１の近傍で増減する場合において、より安定して速度制御ループゲインＫＤの切換を実現することができる。
【００９４】
実施の形態４．
図１２は、この発明に係る低擾乱化制御装置の実施の形態４を説明するためのブロック図であり、図３及び図５と同一の符号を付したものは、同一部分または相当部分を示す。
【００９５】
次に動作について説明する。図１２では、簡単のためにアキシャル方向並進運動及びラジアル方向回転運動のフィードバック・ループは図示していないが、軸受制御系１０の動作はロータ変位演算器１２を除いて実施の形態３と同一である。また、並進変位指令制御系２０の動作は実施の形態２と同一である。
【００９６】
この実施の形態４において、ロータ変位演算器１２では、電磁石／ロータ／変位検出手段１１から出力されるロータ変位情報Ｓｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）に対して、例えばロータ１が幾何中心に位置する場合のロータ変位情報Ｓｉ０（ｉ  ＝  １、２、…、ｎ）及び変換係数γを用いて、次式（１３）に示すようなロータが幾何中心に位置する場合を基準とした変位検出手段３とロータ１とのギャップ長変動量ΔＸｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）に変換する。
【００９７】
【数７】
2005188545.tif 000009
【００９８】
次に、上記ギャップ長変動量ΔＸｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）に対して、ロータ幾何形状及び変位検出手段３の配置を考慮して、次式（１４）に示すようにロータの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自由度ロータ変位を算出する。
【００９９】
【数８】
2005188545.tif 000010
【０１００】
上記式（１４）において、Ａは５行ｎ列の変換行列である。
変位検出手段３がターゲットとするロータ１の変位検出面が真円であり、かつ変位検出手段３がロータ回転軸を中心とする同心円上に配置されているという前提のもとでは、ロータ１が幾何中心に位置する場合のロータ変位情報Ｓｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、アキシャル方向ロータ回転角度θｚに依存せずに全て同一の値（ＤＣ）となる。通常、ロータが幾何中心に位置する場合のロータ変位情報Ｓｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、上記前提が成り立つと仮定してアキシャル方向ロータ回転角度θｚと独立に全て同一のＤＣ値を用いる場合が一般的であるが、この場合、ロータ変位検出面が真円に対して歪をもっている場合、または変位検出手段３の配置がロータ回転軸を中心とする同心円上にない場合において、ロータ変位演算器１２の出力と、真のロータ変位との誤差が拡大する傾向を示す。このとき、軸受制御系１０では誤差を含んだロータ５自由度変位に基づいて軸受力指令、ラジアル方向軸受モーメント指令及び軸受電磁石ギャップ長を算出し、この軸受力指令、ラジアル方向軸受モーメント指令及び軸受電磁石ギャップ長に基づいて電力分配器１４において軸受電磁石に対して供給電流Ｉｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を分配して供給する。
【０１０１】
従って、ロータ変位演算器１２の出力が誤差を含んだ結果、軸受力指令及びラジアル方向軸受モーメント指令と、ロータに作用する真の軸受力及び真のラジアル方向軸受モーメントとの誤差が拡大し、並進変位指令制御系２０及び回転変位指令制御系４０において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が零ベクトルとなるように制御しても、静不釣合いに起因する擾乱力及び動不釣合いに起因する擾乱モーメントは所定の大きさで磁気軸受装置から発生し続けることとなる。
【０１０２】
そこで、この実施の形態４の低擾乱化制御装置では、ロータ変位演算器１２の出力と、真のロータ変位との誤差が低減するように、ロータ変位演算器１２に対してアキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を導入する。上述のように、ロータ変位演算器１２の出力が誤差を含む要因としては、ロータ変位検出面の真円に対する歪及び変位検出手段３配置のロータ回転軸を中心とする同心円上からのずれが挙げられ、ロータ１が幾何中心に位置する場合のロータ変位情報Ｓｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）に対して、前者はアキシャル方向ロータ回転角度θｚに応じて変動するＡＣ成分誤差、後者は変位検出手段３の各々で個別にばらつくＤＣ成分誤差として作用する。
【０１０３】
従って、幾何中心におけるロータ変位情報Ｓｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）に対して、上述のＡＣ成分誤差及びＤＣ成分誤差を除去するようにアキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を導入し、次式（１５）に示すようにギャップ長変動量ΔＸｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を算出する。
【０１０４】
【数９】
2005188545.tif 000011
【０１０５】
上記式（１５）におけるＳｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、ロータを回転軸回りに回転させることなく静止浮上させた場合の静力学及びこのときの軸受電磁石供給電流計測値に基づいて導出することができる。図１２に示したブロック図において、並進変位指令制御系２０を停止させ、軸受制御系１０に対して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として全て零値を入力した場合、ロータが回転せずに静止浮上しているならば、ＰＩ制御器１６における積分器の作用により指令に対する定常偏差が零となり、ロータ変位演算器１２の出力である５自由度ロータ変位Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙは全て零値に保持される。このとき、ロータ重心の真の３自由度並進変位をＸｔ、Ｙｔ、Ｚｔ、ロータ慣性主軸Ｐの真のラジアル方向２自由度回転変位をθｘｔ、θｙｔ、ロータ質量をＭ、重力加速度をｇ、磁気軸受によりロータに作用する真の３自由度軸受力をＦｘｔ、Ｆｙｔ、Ｆｚｔ、真のラジアル方向２自由度軸受モーメントをＮｘｔ、Ｎｙｔとすると、図２に示した固定座標系において次式（１６）、（１７）の静力学が成り立つ。
【数１０】
2005188545.tif 000012
【０１０６】
このとき、軸受電磁石で発生している真の磁気吸引力をＦｉｔ（ｉ＝１、２、…、ｎ）とすると、真の軸受力Ｆｘｔ、Ｆｙｔ、Ｆｚｔ、真のラジアル方向軸受モーメントＮｘｔ、Ｎｙｔと真の磁気吸引力Ｆｉｔ（ｉ＝１、２、…、ｎ）との関係は、Ｂを５行ｎ列の変換行列として次式（１８）のように表される。
【０１０７】
【数１１】
2005188545.tif 000013
【０１０８】
また、軸受電磁石における真の磁気吸引力Ｆｉｔ（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、各軸受電磁石に対する供給電流計測値をＩｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）、各軸受電磁石とロータ吸引面との真のギャップ長をＧｉｔ（ｉ＝１、２、…、ｎ）、変換係数をｋとして次式（１９）のように表される。
【０１０９】
【数１２】
2005188545.tif 000014
【０１１０】
更に、真の軸受電磁石ギャップ長Ｇｉｔ（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、ロータが幾何中心に位置する場合の軸受電磁石ギャップ長をＧｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）、Ｃをｎ行５列の変換行列として次式（２０）で与えられる。
【０１１１】
【数１３】
2005188545.tif 000015
【０１１２】
上記式（１８）〜（２０）を上記式（１６）、（１７）に代入し、所定のアキシャル方向ロータ回転角度θｚで静止浮上させた場合の軸受電磁石供給電流計測値Ｉｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を適用することで、当該回転角度θｚにおける真の５自由度ロータ変位Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ、θｘｔ、θｙｔに関する非線形連立方程式を得る。この非線形連立方程式は、Ｎｅｗｔｏｎ法等の計算手法により数値解を導出することができ、更にこのとき、ロータ変位演算器１２の出力である５自由度ロータ変位Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙは全て零値に保持されているので、この数値解（真の５自由度ロータ変位Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ、θｘｔ、θｙｔ）はロータ変位演算器１２における出力誤差と一致する。
【０１１３】
上記手順により、所定の回転角度θｚにおけるロータ変位演算器１２の出力誤差、従って上記式（１５）におけるＳｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）を導出することができる。そして、上記式（１５）によって得られたギャップ長変動量ΔＸｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を上記式（１４）に適用することにより、ロータ変位演算器１２の出力と、真のロータ変位との誤差を低減することができ、従って軸受制御系１０における軸受力指令、およびラジアル方向軸受モーメント指令と、ロータに作用する真の軸受力、および真のラジアル方向軸受モーメントとの誤差が減少し、磁気軸受装置の発生擾乱をより一層低減することができる。
【０１１４】
このように、この発明の実施の形態４の低擾乱化制御装置により、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系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、ロータ重心位置Ｇが磁気軸受の回転軸上に位置するようになり、ロータ静不釣合いに起因する擾乱力を、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ことができる。
【０１１５】
また、並進変位指令制御系２０におけるＬＰＦ２２がロータ回転同期成分のみを抽出することで、ロータ回転同期成分以外の周波数域に属する信号成分を容易に除去することができる。
【０１１６】
更に、軸受制御系１０を位置制御ループと速度制御ループの２重ループ制御とし、位置制御ループゲイン特性が平坦となるように軸受制御系１０を設計することにより、磁気軸受のサーボ共振周波数域におけるロータ振れ回り量及び磁気軸受装置の発生擾乱の更なる抑制を図ることができるばかりか、軸受制御系１０において速度制御帯域５１がアキシャル方向ロータ回転速度ｆの近傍に属することが無いように、ロータ回転速度ｆに応じて速度制御ループゲインＫＤを変化させることにより、軸受制御系１０の安定性を損なうことなく、速度制御系ゲイン交点周波数域における磁気軸受装置の発生擾乱の更なる抑制を図ることができる。
【０１１７】
加えて、ロータ変位演算器１２の出力と、真のロータ変位との誤差を低減することにより、軸受制御系１０における軸受力指令及びラジアル方向軸受モーメント指令と、ロータに作用する真の軸受力及び真のラジアル方向軸受モーメントとの誤差が低減し、磁気軸受装置の発生擾乱をより一層低減することができる。
【０１１８】
実施の形態５．
図１３は、この発明に係る低擾乱化制御装置の実施の形態５を説明するためのブロック図、図１４は、補正関数を導出するためのデータ計測における変位検出手段及びロータ変位検出面の配置を示した図であり、図１３において、図３及び図５と同一の符号を付したものは、同一部分または相当部分を示す。
【０１１９】
図１４に示したように、この実施の形態５の低擾乱化制御装置は、ロータ変位検出方向７１を検出する任意の変位検出手段７０、変位検出手段７０により、ロータ変位検出方向７１のロータ変位が計測されるロータ変位検出面７２、ロータ回転軸（Ｚ軸）７３を備える。
【０１２０】
次に動作について説明する。図１３では、簡単のためにアキシャル方向並進運動及びラジアル方向回転運動のフィードバック・ループは図示していないが、軸受制御系１０の動作はロータ変位演算器１２及びギャップ長演算器１３を除いて実施の形態３と同一である。また、並進変位指令制御系２０の動作は実施の形態２と同一である。
【０１２１】
この実施の形態５においては、ロータ変位演算器１２では、電磁石／ロータ／変位検出手段１１から出力されるロータ変位情報Ｓｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）に対して、アキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を導入したロータ幾何中心時のロータ変位情報Ｓｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）及び変換係数γを用いて、上記式（１５）により変位検出手段７０とロータとのギャップ長変動量ΔＸｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を算出し、次いでギャップ長変動量ΔＸｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を用いて上記式（１４）により５自由度ロータ変位Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ算出することにより、ロータ変位演算器１２の出力と、真のロータ変位との誤差を低減することができる。
【０１２２】
また、ギャップ長演算器１３では、ロータが幾何中心に位置する場合の軸受電磁石ギャップ長Ｇｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）、ｎ行５列変換行列Ｃを用いて、ロータ変位演算器１２の出力である５自由度ロータ変位Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙから次式（２１）に示すように軸受電磁石とロータ吸引面とのギャップ長Ｇｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を算出する。
【０１２３】
【数１４】
2005188545.tif 000016
【０１２４】
ここで、軸受電磁石がターゲットとするロータ吸引面が真円であり、かつ軸受電磁石がロータ回転軸を中心とする同心円上に配置されているという前提のもとでは、ロータが幾何中心に位置する場合の軸受電磁石ギャップ長Ｇｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、アキシャル方向ロータ回転角度θｚに依存せずに全て同一のＤＣ値となる。通常、Ｇｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、上記前提が成り立つと仮定してアキシャル方向ロータ回転角度θｚと独立に全て同一のＤＣ値を用いる場合が一般的であるが、ロータ吸引面が真円に対して歪をもっている場合、または、軸受電磁石の配置がロータ回転軸を中心とする同心円上にない場合において、ギャップ長演算器１３の出力と、真の軸受電磁石ギャップ長との誤差が拡大する傾向を示す。このとき、軸受制御系１０における電力分配器１４では誤差を含んだ軸受電磁石ギャップ長に基づいて、軸受力指令、およびラジアル方向軸受モーメント指令を実現するための供給電流Ｉｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を軸受電磁石に対して分配して供給する。
【０１２５】
従って、ギャップ長演算器１３の出力が誤差を含んだ結果、軸受力指令及びラジアル方向軸受モーメント指令と、ロータに作用する真の軸受力及び真のラジアル方向軸受モーメントとの誤差が拡大し、並進変位指令制御系２０及び回転変位指令制御系４０において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が零ベクトルとなるように制御しても、静不釣合いに起因する擾乱力及び動不釣合いに起因する擾乱モーメントは所定の大きさで磁気軸受装置から発生し続けることとなる。
【０１２６】
そこで、この実施の形態５の低擾乱化制御装置では、ギャップ長演算器１３の出力と、真の軸受電磁石ギャップ長との誤差が低減するように、ギャップ長演算器１３に対してアキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を導入する。上述のように、ギャップ長演算器１３の出力が誤差を含む要因としては、ロータ吸引面の真円に対する歪及び軸受電磁石配置のロータ回転軸を中心とする同心円上からのずれが挙げられ、ロータ幾何中心時の軸受電磁石ギャップ長Ｇｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）に対して、前者はアキシャル方向ロータ回転角度θｚに応じて変動するＡＣ成分誤差、後者は軸受電磁石の各々で個別にばらつくＤＣ成分誤差として作用する。
【０１２７】
従って、幾何中心における軸受電磁石ギャップ長Ｇｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）に対して、上述のＡＣ成分誤差及びＤＣ成分誤差を除去するようにアキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を導入し、次式（２２）に示すように軸受電磁石ギャップ長Ｇｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を算出する。
【０１２８】
【数１５】
2005188545.tif 000017
【０１２９】
このように、この実施の形態５の低擾乱化制御装置では、アキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を、ロータ変位演算器１２における上記式（１５）及びギャップ長演算器１３における上記式（２２）に導入しており、上記式（１５）におけるＳｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）は磁気軸受の保護を目的としたタッチダウン軸受によってロータを機械的に拘束した場合のロータ変位情報に基づいて、上記式（２２）におけるＧｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）はロータを回転軸回りに回転させることなく静止浮上させた場合の静力学及びこのときの軸受電磁石供給電流計測値に基づいて導出することができる。
【０１３０】
一般に、磁気軸受装置には、軸受電磁石及び変位検出手段とロータとの接触を回避して磁気軸受装置を保護するために、ロータがその幾何学中心から所定量だけ変位した場合に、ロータを機械的に拘束できるようなタッチダウン軸受が装備されている。そこで、軸受制御系１０を動作させずにタッチダウン軸受でロータを機械的に拘束し、特に変位検出手段のロータ変位検出方向にロータ１をタッチダウンさせた場合のロータ変位情報を用いることで、ロータ幾何中心時のロータ変位情報Ｓｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）を得ることができる。
【０１３１】
例えば、円柱形状ロータ（図１）のラジアル方向並進変位を計測する変位検出手段と、ロータ変位検出面の関係は、図１４（ａ）のように示すことができる。ロータ回転軸７３回りに回転する円柱形状ロータでは、ロータのラジアル方向並進変位を計測する変位検出手段７０に対して、ロータ側面がロータ変位検出面７２となる。ロータが幾何中心に位置する場合のロータ変位検出面７２に対して、ロータ変位検出方向７１のうち、変位検出手段７０とのギャップ長が小さくなる向きに、ロータをタッチダウン軸受により機械的に拘束した場合のロータ変位検出面が７２’、ロータ変位検出方向７１のうち、変位検出手段７０とのギャップ長が大きくなる向きに、ロータをタッチダウン軸受により機械的に拘束した場合のロータ変位検出面が７２’’である。通常、ロータ変位検出方向７１に対するロータ変位検出面７２とロータ変位検出面７２’との距離及びロータ変位検出面７２とロータ変位検出面７２’’との距離は同一であるので、ロータ変位検出面７２’におけるロータ変位情報及びロータ変位検出面７２’’におけるロータ変位情報の平均により、ロータ幾何中心時（ロータ変位検出面７２）のロータ変位情報Ｓｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）を推定することができる。
【０１３２】
また、ロータ変位検出面７２、従ってロータ変位検出方向７１がロータ回転軸７３に対して傾斜するような形状のロータ（図２）において、変位検出手段とロータ変位検出面の関係は図１４（ｂ）の如く示すことができる。ロータが幾何中心に位置する場合のロータ変位検出面７２に対して、ロータ配置をアキシャル方向（Ｚ軸方向）には正方向、ラジアル方向には変位検出手段７０とのギャップ長が小さくなる向きに、タッチダウン軸受により機械的に拘束した場合のロータ変位検出面が７２’、ロータ配置をアキシャル方向（Ｚ軸方向）には正方向、ラジアル方向には変位検出手段７０とのギャップ長が大きくなる向きに、タッチダウン軸受により機械的に拘束した場合のロータ変位検出面が７２’’、ロータ配置をアキシャル方向（Ｚ軸方向）には負方向、ラジアル方向には変位検出手段７０とのギャップ長が大きくなる向きに、タッチダウン軸受により機械的に拘束した場合のロータ変位検出面が７２’’’、ロータ配置をアキシャル方向（Ｚ軸方向）には負方向、ラジアル方向には変位検出手段７０とのギャップ長が小さくなる向きに、タッチダウン軸受により機械的に拘束した場合のロータ変位検出面が７２’’’’である。
【０１３３】
このとき、ロータ変位検出面７２’〜７２’’’’におけるロータ変位情報の平均により、ロータ幾何中心時（ロータ変位検出面７２）のロータ変位情報Ｓｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）を推定することができる。
【０１３４】
上記手順により、所定の回転角度θｚにおけるロータ幾何中心時のロータ変位情報Ｓｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）、従って上記式（１５）におけるＳｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）を導出することができる。
【０１３５】
次に、上記式（２２）におけるＧｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、ロータを回転軸回りに回転させることなく静止浮上させた場合の静力学及びこのときの軸受電磁石供給電流計測値に基づいて導出することができる。図１３に示すブロック図において、ロータ変位演算器１２に対して上述のアキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を導入し、かつ、並進変位指令制御系２０を停止させた状態で軸受制御系１０に対して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として全て零値を入力した場合、ロータが回転せずに静止浮上しているならば、ＰＩ制御器１６における積分器の作用により指令に対する定常偏差が零となり、ロータ変位演算器１２の出力である５自由度ロータ変位Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙは全て零値に保持される。
【０１３６】
この５自由度ロータ変位は、ロータ変位演算器１２においてアキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を導入していることから、真の５自由度ロータ変位と見なすことができ、従って、ロータ質量をＭ、重力加速度をｇ、磁気軸受によりロータに作用する真の３自由度軸受力をＦｘｔ、Ｆｙｔ、Ｆｚｔ、真のラジアル方向２自由度軸受モーメントをＮｘｔ、Ｎｙｔとすると、図１及び図２に示した固定座標系において次式（２３）、（２４）のような静力学が成り立つ。
【０１３７】
【数１６】
2005188545.tif 000018
【０１３８】
このとき、軸受電磁石で発生している真の磁気吸引力をＦｉｔ（ｉ＝１、２、…、ｎ）とすると、真の軸受力Ｆｘｔ、Ｆｙｔ、Ｆｚｔ、真のラジアル方向軸受モーメントＮｘｔ、Ｎｙｔと真の磁気吸引力Ｆｉｔ（ｉ＝１、２、…、ｎ）との関係は、Ｂを５行ｎ列の変換行列として上記式（１８）のように表される。
【０１３９】
また、軸受電磁石における真の磁気吸引力Ｆｉｔ（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、各軸受電磁石に対する供給電流計測値をＩｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）、各軸受電磁石とロータ吸引面との真のギャップ長をＧｉｔ（ｉ＝１、２、…、ｎ）、変換係数をｋとして上記式（１９）のように表される。
【０１４０】
更に、真の軸受電磁石ギャップ長Ｇｉｔ（ｉ＝１、２、…、ｎ）は、ロータが幾何中心に位置する場合の軸受電磁石ギャップ長をＧｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）として、上記式（２０）において真の５自由度ロータ変位が全て零値であるとして、次式（２５）で与えられる。
【０１４１】
【数１７】
2005188545.tif 000019
【０１４２】
上記式（１８）、（１９）、（２５）を上記式（２３）、（２４）に代入し、所定のアキシャル方向ロータ回転角度θｚで静止浮上させた場合の軸受電磁石供給電流計測値Ｉｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を適用することで、当該回転角度θｚにおける真のロータ幾何中心時の軸受電磁石ギャップ長Ｇｉ０（ｉ＝１、２、…、ｎ）に関する非線形連立方程式を得る。この非線形連立方程式は、Ｎｅｗｔｏｎ法等の計算手法により数値解を導出することができ、上記手順を所定の回転角度θｚにおいて実施することにより、上記式（２２）におけるＧｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）を導出することができる。上記式（２２）によってギャップ長演算器１３を構成することにより、ギャップ長演算器１３の出力と、真の軸受電磁石ギャップ長との誤差を低減することができ、従って、軸受制御系１０における軸受力指令及びラジアル方向軸受モーメント指令と、ロータに作用する真の軸受力及び真のラジアル方向軸受モーメントとの誤差が低減し、磁気軸受装置の発生擾乱をより一層低減することができる。
【０１４３】
このように、この発明における低擾乱化制御装置の実施の形態５により、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系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、ロータ重心位置Ｇが磁気軸受の回転軸上に位置するようになり、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、ロータ静不釣合いに起因する擾乱力を低減することができる。
【０１４４】
また、並進変位指令制御系２０におけるＬＰＦ２２がロータ回転同期成分のみを抽出することで、ロータ回転同期成分以外の周波数域に属する信号成分を容易に除去することができる。
【０１４５】
更に、軸受制御系１０を位置制御ループと速度制御ループの２重ループ制御とし、位置制御ループゲイン特性が平坦となるように軸受制御系１０を設計することにより、磁気軸受のサーボ共振周波数域におけるロータ振れ回り量及び磁気軸受装置の発生擾乱の更なる抑制を図ることができるばかりか、軸受制御系１０において速度制御帯域５１がアキシャル方向ロータ回転速度ｆの近傍に属することが無いように、ロータ回転速度ｆに応じて速度制御ループゲインＫＤを変化させることにより、軸受制御系１０の安定性を損なうことなく、速度制御系ゲイン交点周波数域における磁気軸受装置の発生擾乱の更なる抑制を図ることができる。
【０１４６】
加えて、ロータ変位演算器１２の出力と真のロータ変位との誤差及びギャップ長演算器１３の出力と真の軸受電磁石ギャップ長との誤差を低減することにより、軸受制御系１０における軸受力指令及びラジアル方向軸受モーメント指令と、ロータに作用する真の軸受力及び真のラジアル方向軸受モーメントとの誤差が低減し、磁気軸受装置の発生擾乱をより一層低減することができる。
【０１４７】
実施の形態６．
図１５は、この発明に係る低擾乱化制御装置の実施の形態６を説明するためのブロック図であり、図７と同一の符号を付したものは、同一部分または相当部分を示す。
【０１４８】
次に、動作について説明する。図１５では、簡単のためにラジアル方向並進運動及びアキシャル方向並進運動のフィードバック・ループは図示していないが、軸受制御系１０の動作は実施の形態５と同一である。また、回転変位指令制御系４０の動作は実施の形態３と同一である。
【０１４９】
上記実施の形態４における低擾乱化制御装置では、アキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を、ロータ変位演算器１２における上記式（１５）に導入しており、上記式（１５）におけるＳｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）はロータを回転軸回りに回転させることなく静止浮上させた場合の静力学及びこのときの軸受電磁石供給電流計測値に基づいて導出している。
【０１５０】
一方、上記実施の形態５による低擾乱化制御装置では、アキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を、ロータ変位演算器１２における上記式（１５）及びギャップ長演算器１３における上記式（２２）に導入しており、上記式（１５）におけるＳｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）は磁気軸受の保護を目的としたタッチダウン軸受によってロータを機械的に拘束した場合のロータ変位情報に基づいて、上記式（２２）におけるＧｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）はロータを回転軸回りに回転させることなく静止浮上させた場合の静力学及びこのときの軸受電磁石供給電流計測値に基づいて導出している。
【０１５１】
このように、ロータ変位演算器１２における補正関数の導出方法には、タッチダウン軸受によってロータを機械的に拘束した場合のロータ変位情報に基づく方法と、ロータを静止浮上させた場合の静力学及びこのときの軸受電磁石供給電流計測値に基づく方法の２通りがある。このうち、ロータ変位演算器１２の出力と真のロータ変位との誤差をより低減できる方法は後者であると考えられる。
【０１５２】
そこで、この実施の形態６の低擾乱化制御装置では、アキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を、ロータ変位演算器１２における上記式（１５）及びギャップ長演算器１３における上記式（２２）に導入し、上記式（１５）におけるＳｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）及び上記式（２２）におけるＧｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）の双方を、ロータを回転軸回りに回転させることなく静止浮上させた場合の静力学及びこのときの軸受電磁石供給電流計測値に基づいて導出する。
【０１５３】
このときの導出手順としては、第１に、実施の形態５と同様、タッチダウン軸受によってロータを機械的に拘束した場合のロータ変位情報に基づいて、ロータ変位演算器１２における補正関数を導出する。
【０１５４】
第２に、これも実施の形態５と同様、ロータを静止浮上させた場合の静力学及びこのときの軸受電磁石への供給電流計測値に基づいて、ギャップ長演算器１３における補正関数を導出する。実施の形態６による低擾乱化制御装置では更に、実施の形態４と同様にロータを静止浮上させた場合の静力学である上記式（１６）、（１７）に対して、真の軸受力及びラジアル方向軸受モーメントと、真の電磁石磁気吸引力の関係式である上記式（１８）、真の電磁石磁気吸引力と、各電磁石に対する供給電流計測値及び各電磁石とロータ吸引面との真のギャップ長との関係式である上記式（１９）、アキシャル方向ロータ回転角度θｚに基づいた補正関数を導入し、真の軸受電磁石ギャップ長を算出する上記式（２２）を代入し、所定のアキシャル方向ロータ回転角度θｚで静止浮上させた場合の軸受電磁石供給電流計測値Ｉｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を適用することで、当該回転角度θｚにおける真の５自由度ロータ変位Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ、θｘ、θｙに関する非線形連立方程式を得る。
【０１５５】
この非線形連立方程式の数値解を算出することで、所定の回転角度θｚにおけるロータ変位演算器１２の出力誤差、従って上記式（１５）におけるＳｉ０（θｚ）（ｉ＝１、２、…、ｎ）をより高精度に導出することができる。
【０１５６】
これにより、ロータ変位演算器１２の出力と、真のロータ変位との誤差を更に低減することができ、従って、軸受制御系１０における軸受力指令及びラジアル方向軸受モーメント指令と、ロータに作用する真の軸受力及び真のラジアル方向軸受モーメントとの誤差が減少し、磁気軸受装置の発生擾乱を更に一層低減することができる。
【０１５７】
このように、この発明の実施の形態６による低擾乱化制御装置により、アキシャル方向ロータ回転速度が軸受制御系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が磁気軸受回転軸と平行になり、ロータ動不釣合いに起因する擾乱モーメントを、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ことができる。
【０１５８】
また、回転変位指令制御系４０におけるＬＰＦ４２がロータ回転同期成分のみを抽出することで、ロータ回転同期成分以外の周波数域に属する信号成分を容易に除去することができる。
【０１５９】
更に、軸受制御系１０を位置制御ループと速度制御ループの２重ループ制御とし、位置制御ループゲイン特性が平坦となるように軸受制御系１０を設計することにより、磁気軸受のサーボ共振周波数域におけるロータ振れ回り量及び磁気軸受装置の発生擾乱の更なる抑制を図ることができるのみならず、軸受制御系１０において速度制御帯域５１がアキシャル方向ロータ回転速度ｆの近傍に属することが無いように、ロータ回転速度ｆに応じて速度制御ループゲインＫＤを変化させることにより、軸受制御系１０の安定性を損なうことなく、速度制御系ゲイン交点周波数域における磁気軸受装置の発生擾乱の更なる抑制を図ることができる。
【０１６０】
加えて、ロータ変位演算器１２の出力と真のロータ変位との誤差及びギャップ長演算器１３の出力と真の軸受電磁石ギャップ長との誤差を低減することにより、軸受制御系１０における軸受力指令及びラジアル方向軸受モーメント指令と、ロータに作用する真の軸受力及び真のラジアル方向軸受モーメントとの誤差が低減し、磁気軸受装置の発生擾乱をより一層低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
この発明は、回転電機の回転体（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のに利用される。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】磁気軸受装置の構成要素であるロータ、電磁石、および変位検出手段の配置例を説明するための構成図である。
【図２】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装置の正面図（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図３】この発明に係る低擾乱化制御装置の実施の形態１を説明するためのブロック図である。
【図４】実施の形態１の低擾乱化制御装置を説明するためのロータ半径方向断面図である。
【図５】この発明に係る低擾乱化制御装置の実施の形態２を説明するためのブロック図である。
【図６】実施の形態２の低擾乱化制御装置を説明するためのロータ半径方向断面図である。
【図７】この発明に係る低擾乱化制御装置の実施の形態３を説明するためのブロック図である。
【図８】実施の形態３の低擾乱化制御装置を説明するための閉ループゲイン特性を示したボード線図である。
【図９】実施の形態３を説明するためのロータ断面図である。
【図１０】実施の形態３を説明するためのロータ断面図である。
【図１１】実施の形態３を説明するためのロータ断面図である。
【図１２】この発明に係る低擾乱化制御装置の実施の形態４を説明するためのブロック図である。
【図１３】この発明に係る低擾乱化制御装置の実施の形態５を説明するためのブロック図である。
【図１４】実施の形態５の補正関数を導出するためのデータ計測における変位検出手段及びロータ変位検出面の配置を示した図である。
【図１５】この発明に係る低擾乱化制御装置の実施の形態６を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【０１６３】
１  ロータ、２  電磁石、３  変位検出手段、１０  軸受制御系、
１１  電磁石、ロータ及び変位検出手段からなる構成要素、１２  ロータ変位演算器、
１３  ギャップ長演算器、１４  電力分配器、１５  ＰＩＤ制御器、１６  ＰＩ制御器、１７  Ｐ制御器、１８  微分器、２０  並進変位指令制御系、
２１，４１  回転座標変換器、２２，４２  ＬＰＦ、２３，４３  積分器、
２４  固定座標変換器、２５，４５  固定座標変換器／位相変換器、
３０  ロータ静不釣合いに起因する振れ回り力、
３１  ラジアル方向軸受力指令の回転座標系表現、
３２  ラジアル方向並進変位指令の回転座標系表現、３３，６３  ロータ回転方向、
３４  ロータ幾何中心位置の移動方向ベクトル、４０  回転変位指令制御系、
５０  位置制御閉ループゲイン特性、５１  速度制御閉ループゲイン特性、
６０  ロータの動不釣合いに起因する振れ回りモーメント、
６１  ラジアル方向軸受モーメント指令の回転座標系表現、
６２  ラジアル方向回転変位指令の回転座標系表現、
６４  ロータ慣性主軸の回転方向ベクトル、７０  変位検出手段、
７１  ロータ変位検出方向、７２  ロータ変位検出面、７３  ロータ回転軸（Ｚ軸）。
【図１】
2005188545.tif 000020
【図２】
2005188545.tif 000021
【図３】
2005188545.tif 000022
【図４】
2005188545.tif 000023
【図５】
2005188545.tif 000024
【図６】
2005188545.tif 000025
【図７】
2005188545.tif 000026
【図８】
2005188545.tif 000027
【図９】
2005188545.tif 000028
【図１０】
2005188545.tif 000029
【図１１】
2005188545.tif 000030
【図１２】
2005188545.tif 000031
【図１３】
2005188545.tif 000032
【図１４】
2005188545.tif 000033
【図１５】
2005188545.tif 000034