(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気軸受によって支持された状態で回転する回転体の変位を検出する変位センサと、
前記回転体の回転数に応じてパルスを出力する回転センサと、
前記変位センサの出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
前記磁気軸受の電磁石制御を行うものであって、リミット値が記憶されたメモリを有し、このリミット値と前記ディジタル信号との比較判定に基づいて、変位の異常発生を知らせる信号を出力するディジタルシグナルプロセッサとを備え、
前記ディジタルシグナルプロセッサは、前記回転センサの出力に基づいて前記回転体の回転数を検出し、かつ、検出された回転数に応じて前記リミット値を変更することを特徴とする磁気軸受の制御装置。
【請求項２】
前記ディジタルシグナルプロセッサは、自己の出力する電磁石制御信号を前記メモリに記憶された所定値と比較して負荷の異常発生を知らせる信号を出力することを特徴とする請求項１記載の磁気軸受の制御装置。
【請求項３】
前記ディジタルシグナルプロセッサは、前記異常発生を知らせる信号の出力を、設定自在の所定時間だけ猶予する手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気軸受の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気軸受の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、磁気軸受によって支持された回転体の変位を検出する変位センサの出力はアナログ回路で所定値と比較され、この比較結果に基づいて変位異常の有無の判定が行われていた（例えば、特開平２−２２１６９７号公報参照）。
しかしながら、アナログ回路は回路構成素子によって特性が決まるため、異常の有無の判定基準を任意に変更することは困難であった。従って、かかるアナログ回路を含む磁気軸受の制御装置は、同一の回転体にのみ適用でき、回転体が異なれば、ハードウェアを変更しなければならなかった。
【０００３】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、異常判定基準の変更が容易な磁気軸受の制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気軸受の制御装置は、磁気軸受によって支持された状態で回転する回転体の変位を検出する変位センサと、前記回転体の回転数に応じてパルスを出力する回転センサと、前記変位センサの出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記磁気軸受の電磁石制御を行うものであって、リミット値が記憶されたメモリを有し、このリミット値と前記ディジタル信号との比較判定に基づいて、変位の異常発生を知らせる信号を出力するディジタルシグナルプロセッサとを備え、前記ディジタルシグナルプロセッサは、前記回転センサの出力に基づいて前記回転体の回転数を検出し、かつ、検出された回転数に応じて前記リミット値を変更するものである（請求項１）。
このように構成された磁気軸受の制御装置は、変位センサの出力に基づくディジタル信号が、ディジタルシグナルプロセッサによって、メモリに記憶されたリミット値と比較判定され、この判定結果に基づいて変位の異常発生を知らせる信号が出力される。ここで、リミット値を変更することにより、異常判定基準が容易に変更される。また、回転体の回転数に応じてリミット値を変更することにより、異常判定基準を変更することができる。また、異常判定のためのアナログ回路を要しない。
【０００５】
上記制御装置（請求項１）において、ディジタルシグナルプロセッサは、自己の出力する電磁石制御信号を前記メモリに記憶された所定値と比較して負荷の異常発生を知らせる信号を出力するものであってもよい（請求項２）。
この場合、ハードウェアを追加することなくディジタルシグナルプロセッサによって負荷の異常を監視することができる。また、当該所定値を変更することにより、異常判定基準が容易に変更される。
【０００７】
上記制御装置（請求項１又は２）において、ディジタルシグナルプロセッサは、異常発生を知らせる信号の出力を、設定自在の所定時間だけ猶予する手段を有していてもよい（請求項３）。
この場合、異常の状態が、自在に設定された所定時間継続することにより、ディジタルシグナルプロセッサは、異常発生を知らせる信号を出力する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態による磁気軸受の制御装置の構成を示すブロック図である。図において、ターボ分子ポンプ等の回転体１は、磁気軸受により非接触支持された状態で、モータ１１によって駆動され、高速で回転する。回転中の回転体１の変位は、変位センサ２によって検出される。変位センサ２から出力されたアナログ変位信号は、Ａ／Ｄコンバータ３によってディジタル変位信号Ｓｄに変換され、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）４に入力される。ＤＳＰ４は、入力されたディジタル変位信号Ｓｄに基づき、磁気軸受の電磁石制御のためのディジタル制御信号Ｓｃを出力する。Ｄ／Ａコンバータ５はこれをアナログ電流指令信号に変換し、増幅器６に与える。増幅器６はこれを増幅して得た制御電流を、磁気軸受の電磁石７に与える。電磁石７はこれを受けて、回転体１の位置制御を行う。
【０００９】
上記ＤＳＰ４は、実行プログラムの他、種々の所定値を記憶するメモリを内蔵している。このメモリには、上記ディジタル変位信号（以下、変位信号という。）Ｓｄに関して、変位の許容限界値に相当するリミット値Ｓｄlimが記憶されているとともに、上記ディジタル制御信号（以下、制御信号という。）Ｓｃに関して、電磁石７に供給しうる最大励磁電流に相当するリミット値Ｓｃlimが記憶されている。変位信号のリミット値Ｓｄlimは、回転体１の回転数に応じて許容限界値が異なるため、回転数に対応したデータテーブルとして、複数個の値が記憶されている。また、上記メモリには、後述するカウント数Ｃ１及びＣ２が設定され、記憶されている。
【００１０】
回転体１の近傍に配置された回転センサ８は、回転体１の回転数に応じてパルスを出力し、出力されたパルスはＤＳＰ４に入力される。パルスを受けたＤＳＰ４は、例えば、パルス入力の時間的間隔の逆数から回転体１の回転数を求める。
一方、ＤＳＰ４からの回転数指令信号はインバータ１０に送られ、インバータ１０はこれに基づいてモータ１１の回転を制御する。
ＤＳＰ４には、ＤＳＰ４が保有する情報を表示するための表示装置９が接続されている。また、ＤＳＰ４は、必要に応じて、シリアル通信ボード１２を介して遠隔のパーソナルコンピュータ１３とも接続される。従って、パーソナルコンピュータ１３にＤＳＰ４の情報を表示することができる。
【００１１】
次に、上記磁気軸受の制御装置による異常監視動作について説明する。
図２は、変位信号Ｓｄ及び制御信号Ｓｃに関する異常監視動作を示すフローチャートである。当該フローチャートに示すルーチンは、ＤＳＰ４によって所定のサンプリング時間ごとに実行される。まず、ステップ１０１においてＤＳＰ４は、回転センサ８及び変位センサ２の出力に基づいて、回転数Ｎ及び変位信号Ｓｄをそれぞれ読み取る。次に、ＤＳＰ４は、当該回転数Ｎに対応する変位信号のリミット値Ｓｄlimをメモリから読み出して、変位信号Ｓｄと比較する（ステップ１０２）。
【００１２】
ステップ１０２において、変位信号Ｓｄが、そのリミット値Ｓｄlim以下である場合、ＤＳＰ４は内部カウンタのカウント数Ｃ１を０として（ステップ１０３）、次のステップ１０７へ進む。一方、Ｓｄ＞Ｓｄlimである場合、ＤＳＰ４は内部カウンタのカウント数を１増加させ（ステップ１０４）、その結果としてのカウント数Ｃ１が、所定のカウント数Ｃｘ以下か否かを判断する（ステップ１０５）。ここで、ＤＳＰ４は、Ｃ１≦Ｃｘであれば、ステップ１０７に進む。このステップ１０５におけるカウント数Ｃｘは、Ｓｄ＞Ｓｄlimの状態になってからの所定時間の経過を意味しており、変位異常と認定するための猶予時間に相当する回数が設定される。また、カウント数Ｃ１の増加中に、ステップ１０２においてＳｄ≦Ｓｄlimとなった場合は、ステップ１０３においてカウント数Ｃ１がリセットされる。従って、ステップ１０５における判断結果がノーとなるためには、Ｓｄ＞Ｓｄlimの状態が所定時間継続することが必要である。
【００１３】
ステップ１０５において、Ｃ１＞Ｃｘであれば、ＤＳＰ４は変位異常の出力を行い（ステップ１０６）、その後ステップ１０７へ進む。変位異常の出力は、ＤＳＰ４から表示装置９に対して行われるとともに、シリアル通信ボード１２を介してパーソナルコンピュータ１３に対しても行われる。パーソナルコンピュータ１３には変位異常の表示がなされるとともに、その履歴が記録される。これらにより、監視者は、変位の異常を察知することができる。
【００１４】
次に、ステップ１０７においてＤＳＰ４は、自ら出力する制御信号Ｓｃが、メモリに記憶されたリミット値Ｓｃlim以下であるか否かの判断を行う（ステップ１０７）。ここで、制御信号Ｓｃが、そのリミット値Ｓｃlim以下である場合、ＤＳＰ４は内部カウンタのカウント数Ｃ２を０として（ステップ１０８）、本ルーチンの処理を終える。一方、Ｓｃ＞Ｓｃlimである場合、ＤＳＰ４は内部カウンタのカウント数Ｃ２を１増加させ（ステップ１０９）、その結果としてのカウント数Ｃ２が、所定のカウント数Ｃｙ以下か否かを判断する（ステップ１１０）。ここで、ＤＳＰ４は、Ｃ２≦Ｃｙであれば、処理を終える。このステップ１１０におけるカウント数Ｃｙは、Ｓｃ＞Ｓｃlimの状態になってからの所定時間の経過を意味しており、負荷異常と認定するための猶予時間に相当する回数が設定される。また、カウント数Ｃ２の増加中に、ステップ１０７においてＳｃ≦Ｓｃlimとなった場合は、ステップ１０８においてカウント数Ｃ２がリセットされる。従って、ステップ１１０における判断結果がノーとなるためには、Ｓｃ＞Ｓｃlimの状態が所定時間継続することが必要である。
【００１５】
ステップ１１０において、Ｃ２＞Ｃｙであれば、ＤＳＰ４は負荷異常の出力を行い（ステップ１１１）、処理を終える。負荷異常の出力は、ＤＳＰ４から表示装置９に対して行われるとともに、シリアル通信ボード１２を介してパーソナルコンピュータ１３に対しても行われる。パーソナルコンピュータ１３には負荷異常の表示がなされるとともに、その履歴が記録される。これにより、監視者は、負荷の異常を察知することができる。
【００１６】
なお、上記各リミット値Ｓｄlim及びＳｃlimは、ＤＳＰ４のメモリに記憶させる値を変更することにより、所望の値に設定可能である。従って、異常判定の基準を容易に変更することができ、制御対象である回転体が異なっても、同一ハードウェアの制御装置を適用することができる。また、同様に、カウント数Ｃｘ及びＣｙについても、所望の値に設定可能である。従って、異常判定の応答性を任意に設定することができる。
さらに、上記実施形態では、図２のステップ１０４におけるカウントにおいて増加数は１であるが、増加数をＫとして、Ｃ１＝Ｃ１＋Ｋとしてもよい。そして、このＫの値を、（Ｓｄ−Ｓｄlim）の値に応じて増減すれば限時特性を得ることができ、変位の超過の程度が小さい場合には比較的緩慢に、変位の超過の程度が大きい場合には迅速に、変位異常の出力を発生させることができる。これは、ステップ１０９の処理においても同様である。
【００１７】
次に、変位異常監視の他の例について説明する。図３は、回転体１の振回り（ふれまわり）量に関する異常監視動作を示すフローチャートである。当該フローチャートに示すルーチンは、ＤＳＰ４によって所定のサンプリング時間ごとに実行される。上記振回り量とは、回転体１の回転中におけるラジアル方向への変位をいい、ここでは特に、回転速度の立ち上がりに伴って回転体１が慣性中心制御に入り、ほぼ重心を中心に回転し始めることによって所定値に安定した後における変位をいう。この所定値は、回転体１の回転中心である重心Ｇに対する、回転形状的中心Ｓの偏心量に相当する。振回り量の変化は、例えば、ターボ分子ポンプにおける生成物が、回転体１の羽の部分に徐々に付着することにより起こる。過度に生成物が付着すると、回転体１は、回転バランスが崩れてタッチダウンに至る。かかる事態を事前に察知すべく、図３に示す異常監視動作が行われる。
【００１８】
図３において、ＤＳＰ４は、ステップ２０１において、回転センサ８の出力パルスに基づいて回転体１の回転数の読み取りを行う。続いて、ＤＳＰ４は、読み取った回転数が所定の回転数Ｎｓに達したか否かを判断する（ステップ２０２）。この所定の回転数Ｎｓとは、回転体１が慣性中心制御に入ったと認められる回転数である。回転開始直後はまだ所定の回転数Ｎｓに達しないので、ノーとなり、ＤＳＰ４は本ルーチンの１回目の処理を終える。２回目以降のステップ２０２の処理において、回転体１の回転数が所定の回転数Ｎｓに達した場合、ＤＳＰ４はステップ２０３に進み、変位センサ２の出力に基づいて変位信号Ｓｄを読み取る。
【００１９】
次に、ＤＳＰ４は読み取った変位信号Ｓｄを規定値Ｓthと比較し（ステップ２０４）、変位信号Ｓｄの値が規定値Ｓth以下である場合、処理を終える。また、変位信号Ｓｄの値が規定値Ｓthを超える場合、警告信号の出力を行う（ステップ２０５）。ここで、規定値Ｓthとは、慣性中心制御における正常時の変位量より大きい所定量に相当する値であり、この値を超えると回転体１がタッチダウンに至る恐れがある。警告信号の出力は、図２のステップ１０６又は１１１の場合と同様に、表示装置９及びパーソナルコンピュータ１３に対して行われる。これにより、監視者は、振回り量の異常を察知して、回転停止等の適切な措置をとることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の磁気軸受の制御装置によれば、変位センサの出力に基づくディジタル信号が、ディジタルシグナルプロセッサによって、メモリに記憶されたリミット値と比較判定され、この判定結果に基づいて変位の異常発生を知らせる信号が出力されるので、リミット値を変更することにより、異常判定基準を容易に変更することができる。これにより、制御対象の回転体が異なっても同一ハードウェアの制御装置を適用することができる。また、異常判定基準を、回転数に応じて変更することができるので、回転数に関わらず常に適切な異常判定を行うことができる。また、異常判定のためのアナログ回路を要しないので、制御装置のコストダウンにも寄与する。
【００２１】
請求項２の磁気軸受の制御装置によれば、ハードウェアを追加することなく負荷の異常を監視することができる。また、所定値を変更することにより、異常判定基準を容易に変更することができる。
【００２３】
請求項３の磁気軸受の制御装置によれば、異常発生を知らせる信号が出力されるまでの猶予時間を自在に設定することができるので、異常判定の応答性を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による磁気軸受の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】変位異常及び負荷異常に関する異常監視動作を示すフローチャートである。
【図３】回転体の振回り量に関する異常監視動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    回転体
２    変位センサ
３    Ａ／Ｄコンバータ
４    ＤＳＰ
７    電磁石
８    回転センサ
【図１】
0004003338.tif 000002
【図２】
0004003338.tif 000003
【図３】
0004003338.tif 000004