(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の１次曲げモード固有振動数における固有振動のみを検出し、この固有振動のレベルに基づいて警告信号を出力する振動検出手段を備えており、
振動検出手段が、２つのラジアル方向についてそれぞれ振動検出回路を備えており、各振動検出回路が、回転体のラジアル方向の変位を検出する変位検出手段の出力から回転体の１次曲げモードの前回り固有振動数を中心とする周波数帯域の成分のみを通過させる、電磁石制御装置とは別に設けられた第１帯域フィルタと、上記変位検出手段の出力から回転体の１次曲げモードの後回り固有振動数を中心とする周波数帯域の成分のみを通過させる、電磁石制御装置とは別に設けられた第２帯域フィルタとを備え、回転体の１次曲げモードの前回り固有振動および後回り固有振動の少なくとも一方が判定レベルより大きくなると警告信号を出力することを特徴とする磁気軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転体を磁気軸受で非接触支持する磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気軸受装置として、磁気吸引力により回転体を非接触支持する電磁石を有する磁気軸受と、回転体の変位を検出する変位検出装置と、変位検出装置の出力に基づいて磁気軸受の電磁石を制御する電磁石制御装置とを備えたものが知られている。
【０００３】
このような磁気軸受装置の電磁石の制御においては、回転体の曲げモード固有振動数における固有振動の抑制が重要となる場合が多い。その対策として、変位検出装置の出力から回転体の固有振動数と同じ周波数の成分を除去するノッチフィルタを電磁石制御装置に設け、固有振動数における制御を行わないようにする方法などが用いられるが、いずれの方法においても、固有振動を発生させないようにする制御が主であった。
【０００４】
上記のような制御を行っていても、固有振動が発生する場合もあり、回転体の回転中に固有振動が発生した場合、とくに高速回転体やターボ分子ポンプなどの大型回転体において非常に危険である。ところが、従来は、回転中の回転体に固有振動が発生した場合の検出手段などは設けられておらず、したがって、回転体の固有振動の発生を検出することは不可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、回転体の固有振動を初期段階において検出して、必要な処置ができる安全な磁気軸受装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明による磁気軸受装置は、回転体の１次曲げモード固有振動数における固有振動のみを検出し、この固有振動のレベルに基づいて警告信号を出力する振動検出手段を備えており、振動検出手段が、２つのラジアル方向についてそれぞれ振動検出回路を備えており、各振動検出回路が、回転体のラジアル方向の変位を検出する変位検出手段の出力から回転体の１次曲げモードの前回り固有振動数を中心とする周波数帯域の成分のみを通過させる、電磁石制御装置とは別に設けられた第１帯域フィルタと、上記変位検出手段の出力から回転体の１次曲げモードの後回り固有振動数を中心とする周波数帯域の成分のみを通過させる、電磁石制御装置とは別に設けられた第２帯域フィルタとを備え、回転体の１次曲げモードの前回り固有振動および後回り固有振動の少なくとも一方が判定レベルより大きくなると警告信号を出力することを特徴とするものである。
【０００７】
回転中に回転体の１次曲げモードの前回り固有振動あるいは後回り固有振動が判定レベルより大きくなった場合、これが振動検出回路によって検出され、警告信号が出力される。したがって、回転体に固有振動が発生した初期段階において、その異常検出が可能となり、回転体を停止させるなどの必要な処置をして、事故を未然に防止することができる。
【０００８】
また、磁気軸受装置の経年変化などによる固有振動の発生が検知可能となり、磁気軸受装置の信頼性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図面は、この発明を鉛直状の回転体を１組のアキシアル磁気軸受と上下２組のラジアル磁気軸受で非接触支持する磁気軸受装置に適用した実施形態を示している。なお、以下の説明において、軸方向（アキシアル方向）の制御軸をＺ軸、これと直交するとともに互いに直交する２つの径方向（ラジアル方向）の制御軸をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする。したがって、この実施形態の場合、Ｚ軸は鉛直に、Ｘ軸およびＹ軸は水平に配置される。
【００１３】
アキシアル磁気軸受は、回転体の軸方向の１箇所をＺ軸方向の所定の中立位置に非接触支持するものである。ラジアル磁気軸受は、回転体の軸方向の２箇所において、それぞれ、回転体をＸ軸方向およびＹ軸方向の所定の中立位置に非接触支持するものである。
【００１４】
アキシアル磁気軸受については、公知の構成をとりうるので、図示および説明を省略する。
【００１５】
２組のラジアル磁気軸受は同じ構成を有し、そのうちの１組のラジアル磁気軸受の部分だけを図面に示している。
【００１６】
ラジアル磁気軸受は、回転体(1)を磁気吸引力によってＸ軸方向の中立位置に 非接触支持するためにＸ軸方向の両側から回転体(1)を挟むように配置された１ 対のＸ軸電磁石(2)(3)と、回転体(1)の中立位置からのＸ軸方向の変位を検出す る変位検出手段を構成するＸ軸変位検出装置(4)と、回転体(1)を中立位置に支持するために回転体(1)のＸ軸方向の変位に基づいて各電磁石(2)(3)に励磁電流を 供給するＸ軸電磁石制御装置(5)と、回転体(1)を磁気吸引力によってＹ軸方向の中立位置に非接触支持するためにＹ軸方向の両側から回転体(1)を挟むように配 置された１対のＹ軸電磁石(6)(7)と、回転体(1)の中立位置からのＹ軸方向の変 位を検出する変位検出手段を構成するＹ軸変位検出装置(8)と、回転体を中立位 置に支持するために回転体(1)のＹ軸方向の変位に基づいて各電磁石(6)(7)に励 磁電流を供給するＹ軸電磁石制御装置(9)とを備えている。電磁石制御装置(5)(9)は、磁気軸受制御装置(10)の中に設けられている。
【００１７】
各Ｘ軸電磁石(2)(3)は、Ｘ軸電磁石制御装置(5)に接続されている。
【００１８】
Ｘ軸変位検出装置(4)は、回転体(1)をＸ軸方向の両側から挟むように各Ｘ軸電磁石(2)(3)の近傍に配置されて回転体(1)の外周面との間のＸ軸方向の空隙の大 きさを検出する１対のＸ軸変位センサ(11)(12)と、一方の変位センサ(11)の出力から他方の変位センサ(12)の出力を減算することにより回転体(1)のＸ軸方向の 中立位置からの変位を演算する変位演算回路(13)とを備えている。回転体(1)の Ｘ軸方向の変位を表わす演算回路(13)の出力は、Ｘ軸電磁石制御装置(5)に入力 する。
【００１９】
Ｘ軸電磁石制御装置(5)は、図示しないＰＩＤ制御回路や電力増幅器などを備 えており、変位演算回路(13)の出力に基づき、各Ｘ軸電磁石(2)(3)に励磁電流を供給する。そして、１対の電磁石(2)(3)には、励磁電流により磁気吸引力が発生し、励磁電流が制御されることにより、これらの磁気吸引力が制御されて、回転体(1)がＸ軸方向の中立位置に保持される。
【００２０】
各Ｙ軸電磁石(6)(7)は、Ｙ軸電磁石制御装置(9)に接続されている。
【００２１】
Ｙ軸変位検出装置(8)は、１対のＹ軸変位センサ(14)(15)と、変位演算回路(16)とを備えている。Ｙ軸変位センサ(14)(15)および変位演算回路(16)は、Ｘ軸変 位検出装置(4)におけるＸ軸変位センサ(11)(12)および変位演算回路(13)と同じ ものである。
【００２２】
Ｙ軸電磁石制御装置(9)は、Ｘ軸電磁石制御装置(5)と同じ構成を有し、Ｘ軸電磁石制御装置(5)の場合と同様、Ｙ軸変位検出装置(8)で検出された回転体(1)の Ｙ軸方向の変位に基づいて、各Ｙ軸電磁石(6)(7)に励磁電流が供給され、各Ｙ軸電磁石(6)(7)の励磁電流が制御されることにより、回転体(1)がＹ軸方向の中立 位置に保持される。
【００２３】
そして、Ｘ軸電磁石(2)(3)とＹ軸電磁石(6)(7)により、回転体(1)が径方向の 中立位置に非接触支持され、これら２組のラジアル磁気軸受と１組のアキシアル磁気軸受により、回転体(1)が所定の中立位置に非接触支持される。図示は省略 したが、磁気軸受装置には内蔵型の電動機が設けられており、これにより、回転体(1)が上記のように中立位置に支持された状態で高速回転させられる。
【００２４】
磁気軸受制御装置(10)内に、次に説明するように、回転体(1)の固有振動数に おけるＸ軸方向の固有振動のみを検出し、この固有振動のレベルに基づいて警告信号を出力する振動検出手段を構成するＸ軸方向振動検出回路（第１振動検出回路）(17)が設けられている。
【００２５】
Ｘ軸変位検出装置(4)の変位演算回路(13)の出力が２つのＢＰＦ（帯域フィル タ）(18)(19)に入力し、各ＢＰＦ(18)(19)の出力がそれぞれレベル検出回路(20)(21)に入力する。そして、各レベル検出回路(20)(21)の出力がＯＲ回路(22)に入力し、ＯＲ回路(22)の出力が警告信号として磁気軸受制御装置(10)の外部に出力される。第１ＢＰＦ(18)の中心周波数は、回転体(1)の定格回転数あるいは使用 回転数における１次曲げモード固有振動数の前回り固有振動数と同じ周波数に設定され、第２ＢＰＦ(19)の中心周波数は、上記１次曲げモード固有振動数の後回り固有振動数と同じ周波数に設定されている。すなわち、第１ＢＰＦ(18)は、上記前回り固有振動数を中心とする周波数帯域を通過帯域とし、第２ＢＰＦ(19)は、上記後回り固有振動数を中心とする周波数帯域を通過帯域とする。第１レベル検出回路(20)は、第１ＢＰＦ(18)の出力レベルを調べ、これが所定の判定レベル以下のときはオフ（Ｌレベル）の信号をＯＲ回路(22)に出力し、これが判定レベルより大きいときはオン（Ｈレベル）の信号をＯＲ回路(22)に出力する。同様に、第２レベル検出回路(21)の出力は、第２ＢＰＦ(19)の出力レベルが所定の判定レベル以下のときはオフ、判定レベルより大きいときはオンとなる。そして、２つのレベル検出回路(20)(21)の出力がともにオフのときは、ＯＲ回路(22)の出力である警告信号はオフであり、それ以外のとき、すなわち、２つのレベル検出回路(20)(21)の少なくとも一方の出力がオンのときに、警告信号がオンになる。
【００２６】
Ｘ軸変位検出装置(4)の出力のうち、回転体(1)の１次曲げモード固有振動数の前回り固有振動数を中心とする周波数帯域の成分のみが第１ＢＰＦ(18)を通過する。したがって、第１ＢＰＦ(18)により、回転体(1)のＸ軸方向の前回り固有振 動のみが検出され、しかもそのレベルが判定レベルより大きいときに第１レベル検出回路(20)の出力がオンになる。また、Ｘ軸変位検出装置(4)の出力のうち、 回転体(1)の１次曲げモード固有振動数の後回り固有振動数を中心とする周波数 帯域の成分のみが第２ＢＰＦ(19)を通過する。したがって、第２ＢＰＦ(19)により、回転体(1)のＸ軸方向の後回り固有振動のみが検出され、しかもそのレベル が判定レベルより大きいときに第２レベル検出回路(21)の出力がオンになる。そして、回転体(1)の１次曲げモード固有振動数の前回り固有振動および後回り固 有振動のＸ軸方向成分の少なくとも一方があるレベルより大きくなると、ＯＲ回路(22)の出力である警告信号がオンになり、磁気軸受制御装置(10)から外部に警告信号が出力される。
【００２７】
磁気軸受制御装置(10)内に、回転体(1)の固有振動数におけるＹ軸方向の固有 振動のみを検出し、この固有振動のレベルに基づいて警告信号を出力する振動検出手段を構成するＹ軸方向振動検出回路（第２振動検出回路）(23)が設けられている。第２振動検出回路(23)は、第１振動検出回路(17)と同じ構成を有し、Ｙ軸変位検出装置(8)の出力から、回転体(1)の定格回転数あるいは使用回転数における１次曲げモード固有振動数の前回り固有振動および後回り固有振動のみを検出し、これらの少なくとも一方があるレベルより大きくなると、警告信号をオンにして、磁気軸受制御装置(10)の外部に警告信号を出力する。
【００２８】
第１振動検出回路(17)あるいは第２振動検出回路(23)から警告信号が出力されると、たとえば、電動機による回転体(1)の駆動が停止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示す磁気軸受装置のラジアル磁気軸受の横断面部分の構成図である。
【符号の説明】
(1)               回転体
(4)(8)            変位検出装置（変位検出手段）
(17)(23)          振動検出回路（振動検出手段）
(18)(19)          帯域フィルタ
【図１】
0004058724.tif 000002