CN116508239B - 电源电路及包括该电源电路的轴承装置 - Google Patents

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Abstract

将径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)彼此串联，将第一上臂开关元件(21a)及第一下臂开关元件(21b)的中点与径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)的连接点(C1)连接起来，在第一上臂开关元件(21a)及第一下臂开关元件(21b)上分别并联设置续流二极管(22a、22b)，控制部(23)使第一上臂开关元件(21a)及第一下臂开关元件(21b)导通、断开，以使电流向流入连接点(C1)的方向流经径向磁轴承用线圈A(1541)，并使电流向从连接点(C1)流出的方向流经径向磁轴承用线圈C(1543)。

Description

电源电路及包括该电源电路的轴承装置
技术领域
本公开涉及一种电源电路及包括该电源电路的轴承装置，该电源电路使电流从直流电压源分别流向第一及第二执行元件线圈，以使上述第一及第二执行元件线圈利用电磁力以非接触的方式支承对象物。
背景技术
在专利文献1中公开了一种轴承装置，该轴承装置包括电源电路，该电源电路使电流从直流电压源分别流向多个执行元件线圈，以使上述多个执行元件线圈利用电磁力以非接触的方式支承对象物。在该轴承装置中，电源电路包括针对每个执行元件线圈设置的H桥电路。H桥电路包括两个桥臂，各桥臂具有彼此串联的上臂开关元件及下臂开关元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开专利公报特开2003－139136号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
在上述专利文献1中，由于在电源电路中对每个执行元件线圈设置H桥电路，因此开关元件的数量增多，导致电源电路大型化，并且成本提高。
本公开的目的在于：使电源电路小型化并降低成本。
－用以解决技术问题的技术方案－
本公开的第一方面涉及一种电源电路，该电源电路使电流从直流电压源2分别流向第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544，以使所述第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544利用电磁力以非接触的方式支承对象物131，其特征在于：所述电源电路包括：第一桥臂211，所述第一桥臂211具有彼此串联的第一上臂开关元件21a及第一下臂开关元件21b，所述第一桥臂211与所述直流电压源2相连；以及控制部23，所述控制部23使所述第一上臂开关元件21a及所述第一下臂开关元件21b导通、断开，并对流向所述第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544的电流进行控制，所述第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544彼此串联，所述第一上臂开关元件21a及所述第一下臂开关元件21b的中点、与所述第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544的连接点C1、C2相连，在所述第一上臂开关元件21a及所述第一下臂开关元件21b上分别并联有续流二极管22a、22b，所述控制部23进行控制，以使电流向流入所述连接点C1、C2的方向流经所述第一执行元件线圈161a、1541、1542，并使电流向从所述连接点C1、C2流出的方向流经所述第二执行元件线圈161a、1543、1544。
在第一方面中，由于使用共用的第一桥臂211对流经第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544这两者的电流进行控制，因而不需要对每个执行元件线圈161a、1541～1544设置H桥电路。因此，通过削减用于对流经第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544的电流进行控制的电源电路20a、20b、162的开关元件，从而能够使电源电路20a、20b、162实现小型化，并且能够削减成本。
本公开的第二方面在第一方面的基础上，其特征在于：所述电源电路包括：第二桥臂212，所述第二桥臂212具有第二下臂侧续流二极管22d及第二上臂开关元件21c，该第二上臂开关元件21c从所述第二下臂侧续流二极管22d的阴极侧与所述第二下臂侧续流二极管22d串联，所述第二桥臂212与所述直流电压源2相连；以及第三桥臂213，所述第三桥臂213具有第三上臂侧续流二极管22e及第三下臂开关元件21f，该第三下臂开关元件21f从所述第三上臂侧续流二极管22e的阳极侧与所述第三上臂侧续流二极管22e串联，所述第三桥臂213与所述直流电压源2相连，在所述第一上臂开关元件21a及所述第一下臂开关元件21b的中点、与所述第二上臂开关元件21c及所述第二下臂侧续流二极管22d的中点之间，连接有所述第一执行元件线圈161a、1541、1542，在所述第一上臂开关元件21a及所述第一下臂开关元件21b的中点、与所述第三上臂侧续流二极管22e及所述第三下臂开关元件21f的中点之间，连接有所述第二执行元件线圈161a、1543、1544。
在第二方面中，在使第一上臂开关元件21a断开的状态下，通过控制第一下臂开关元件21b和第二上臂开关元件21c的导通、断开，从而能够控制流经第一执行元件线圈161a、1541、1542的电流的量。
在使第一下臂开关元件21b断开的状态下，通过控制第一上臂开关元件21a和第三下臂开关元件21f的导通、断开，从而能够控制流经第二执行元件线圈161a、1543、1544的电流的量。
本公开的第三方面在第二方面的基础上，其特征在于：所述第一桥臂211～所述第三桥臂213收纳在同一封装体内。
在第三方面中，由于将所述第一桥臂211～第三桥臂213收纳在一个封装体中，因此与收纳在两个以上的封装体中的情况相比，能够使电源电路20a、20b、162实现小型化。
例如将三个桥臂收纳在同一封装体中的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极晶体管)模块用于三相交流，一般在市场上的售价低廉，因此通过将这样在市场上销售的IGBT的桥臂用作所述第一桥臂211～第三桥臂213，从而容易削减电源电路20a、20b、162的成本。
第四方面在第二或第三方面的基础上，其特征在于：由所述控制部23进行的控制如下：对第一指令值CV1和第一载波CW1的值进行比较，该第一载波CW1为将振幅设为A并且将最小值设为M的三角波形，在所述第一指令值CV1在所述第一载波CW1的值以上的情况下，使所述第一下臂开关元件21b导通，在所述第一指令值CV1小于所述第一载波CW1的值的情况下，使所述第一下臂开关元件21b断开；对所述第一指令值CV1和第二载波CW2的值进行比较，该第二载波CW2为将振幅设为A、将最大值设为M、并且将与所述第一载波CW1的合计值始终设为2M的载波，在所述第一指令值CV1在所述第二载波CW2的值以上的情况下，使所述第二上臂开关元件21c导通，在所述第一指令值CV1小于所述第二载波CW2的值的情况下，使所述第二上臂开关元件21c断开；对第二指令值CV2和第三载波CW3的值进行比较，该第三载波CW3为将振幅设为A并且将最小值设为M的三角波形，在所述第二指令值CV2在所述第三载波CW3的值以上的情况下，使所述第一上臂开关元件21a导通，在所述第二指令值CV2小于所述第三载波CW3的值的情况下，使所述第一上臂开关元件21a断开；对所述第二指令值CV2和第四载波CW4的值进行比较，该第四载波CW4为将振幅设为A、将最大值设为M、并且将与所述第三载波CW3的合计值始终设为2M的载波，在所述第二指令值CV2在所述第四载波CW4的值以上的情况下，使所述第三下臂开关元件21f导通，在所述第二指令值CV2小于所述第四载波CW4的值的情况下，使所述第三下臂开关元件21f断开。
在第四方面中，控制部23能够根据第一及第二指令值CV1、CV2，控制第一及第二上臂开关元件21a、21c、和第一及第三下臂开关元件21b、21f的导通、断开。
第五方面在第四方面的基础上，其特征在于：所述第一指令值CV1及所述第二指令值CV2的合计小于2M+A，所述第三载波CW3是将所述第一载波CW1的相位偏移180度而得到的。
在第五方面中，由于将第一及第二指令值CV1、CV2的合计设为小于2M+A，并且将第三载波CW3设为将第一载波CW1的相位偏移180度而得到的载波，因而第一上臂开关元件21a和第一下臂开关元件21b不会同时导通。因此，能够防止因第一上臂开关元件21a和第一下臂开关元件21b同时导通而引起直流电压源2的正极侧与负极侧之间短路。
第六方面涉及一种轴承装置，其特征在于：所述轴承装置包括：第一到第五方面中任一方面的电源电路、以及所述第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544，所述对象物131是被驱动而旋转的马达13的驱动轴，所述第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544布置成：在由所述控制部23进行的所述控制中，能够使两个执行元件线圈161a、1541～1544的电磁力向彼此相反的方向作用。
在第六方面中，如果使第一上臂开关元件21a和第一下臂开关元件21b这两者导通，则直流电压源2的正极侧与负极侧之间会发生短路，因此无法使第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544这两者的电流同时增加。在本方面中，由于第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544布置成使电磁力向彼此相反的方向作用，因此即便不使第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544这两者的电流同时增加，也能够利用第一及第二执行元件线圈161a、1541～1544的电磁力使对象物131向彼此相反的两个方向移动。
附图说明
图1是示出包括本公开的第一实施方式所涉及的径向磁轴承装置及推力磁轴承装置的涡轮压缩机的结构简图；
图2是径向磁轴承主体的剖视简图；
图3是示出第一及第二电源电路的结构的电路图；
图4A是仅使第一上臂开关元件、第一下臂开关元件、第二上臂开关元件以及第三下臂开关元件导通时的第一电源电路的电路图；
图4B是仅使第一上臂开关元件、第二上臂开关元件以及第三下臂开关元件导通时的相当于图4A的图；
图4C是仅使第一上臂开关元件及第三下臂开关元件导通时的相当于图4A的图；
图4D是仅使第一下臂开关元件、第二上臂开关元件以及第三下臂开关元件导通时的相当于图4A的图；
图4E是仅使第二上臂开关元件及第三下臂开关元件导通时的相当于图4A的图；
图4F是仅使第三下臂开关元件导通时的相当于图4A的图；
图4G是仅使第一下臂开关元件及第二上臂开关元件导通时的相当于图4A的图；
图4H是仅使第二上臂开关元件导通时的相当于图4A的图；
图4I是将所有的开关元件断开时的相当于图4A的图；
图5A是示出第一指令值、第一及第二载波、第一下臂开关元件及第二上臂开关元件的导通/断开(ON/OFF)状态、以及施加在径向磁轴承用线圈A、B上的电压的时序图；
图5B是示出第二指令值、第三及第四载波、第一上臂开关元件及第三下臂开关元件的导通/断开状态、以及施加在径向磁轴承用线圈C、D上的电压的时序图。
具体实施方式
下面，参照附图对本公开的实施方式进行说明。需要说明的是，以下的实施方式是本质上优选的示例，并没有对本发明、其应用对象或其用途的范围加以限制的意图。
图1示出涡轮压缩机1。该涡轮压缩机1设置在进行制冷循环的制冷剂回路(未图示)中，并对制冷剂进行压缩。涡轮压缩机1包括壳体11、叶轮12、马达13、一对触底轴承(touchdown bearing)14、一对本公开的第一实施方式所涉及的径向磁轴承装置15、一对本公开的第一实施方式所涉及的推力磁轴承装置16、以及功率转换装置(未图示)。
壳体11形成为近似圆筒状，且圆筒轴线呈水平布置。壳体11内的空间沿轴向被壁部111划分成用以收纳叶轮12的叶轮室S1和用以收纳马达13的电动机室S2。吸入管17和喷出管18与叶轮室S1相连。
叶轮12由多个叶片形成为外形呈近似圆锥形状。叶轮12收纳在叶轮室S1中。
马达13为永磁同步马达(permanent magnet synchronous motor)、无轴承马达(bearingless motor)等。马达13具有作为对象物的驱动轴131、定子132以及转子133。驱动轴131的一端固定在叶轮12的较宽一侧的面的中心。在驱动轴131的另一端，突出形成有圆盘部131a。转子133固定在驱动轴131上，定子132固定在壳体11上。转子133及定子132收纳在电动机室S2中。马达13通过由未图示的功率转换装置供给功率而被驱动从而旋转。
在一对触底轴承14中，一个触底轴承14设置在驱动轴131的靠近叶轮12的位置，另一个触底轴承14设置在驱动轴131的靠近圆盘部131a的位置。这些触底轴承14构成为当马达13未通电时(即，当驱动轴131未悬浮时)支承驱动轴131。
各径向磁轴承装置15具有径向磁轴承主体150、以及第一及第二电源电路20a、20b。径向磁轴承主体150在马达13的定子132及转子133的轴向两侧固定在壳体11的内周壁上。
图2是示出径向磁轴承主体150的结构示例的横向剖视图。如该图所示，径向磁轴承主体150构成为异极型。径向磁轴承主体150具有：具有背轭部152及八个齿部153的定子151、和卷绕在八个齿部153上的八个线圈1541a、1541b、1542a、1542b、1543a、1543b、1544a、1544b。八个线圈1541a、1541b、1542a、1542b、1543a、1543b、1544a、1544b被分成四对，即1541a和1541b、1542a和1542b、1543a和1543b、以及1544a和1544b，每一对线圈1541a和1541b、1542a和1542b、1543a和1543b、以及1544a和1544b均卷绕在沿周向相邻的一对齿部153上并彼此连接，由此构成作为第一及第二执行元件线圈的径向磁轴承用线圈A～D(1541～1544)。径向磁轴承用线圈A～D(1541～1544)顺着图2中的逆时针方向沿周向依次排列。径向磁轴承用线圈A～D(1541～1544)的卷绕方向以及流经径向磁轴承用线圈A～D(1541～1544)的电流的方向被设定为确保在图2所示的箭头方向上产生磁通。径向磁轴承用线圈A～D(1541～1544)分别利用在使电流流经该径向磁轴承用线圈A～D(1541～1544)时产生的电磁力以非接触的方式支承驱动轴131的径向载荷。径向磁轴承用线圈A(1541)及径向磁轴承用线圈C(1543)彼此对置，以使在后述的由第一电源电路20a的控制部23进行的控制中能够使径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)的电磁力向彼此相反的方向作用。径向磁轴承用线圈B(1542)及径向磁轴承用线圈D(1544)彼此对置，以使在后述的由第二电源电路20b的控制部23进行的控制中能够使径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)的电磁力向彼此相反的方向作用。
第一电源电路20a使电流从直流电压源2分别流向径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)，以使径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)利用电磁力以非接触的方式支承驱动轴131。
第二电源电路20b使电流从直流电压源2分别流向径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)，以使径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)利用电磁力以非接触的方式支承驱动轴131。
具体而言，如图3所示，第一及第二电源电路20a、20b分别包括第一～第三桥臂211、212、213和控制部23。
第一桥臂211具有第一上臂开关元件21a、第一下臂开关元件21b、第一上臂侧续流二极管22a、以及第一下臂侧续流二极管22b。第一上臂开关元件21a及第一下臂开关元件21b彼此串联。在第一上臂开关元件21a及第一下臂开关元件21b上，分别并联有(包括)第一上臂侧续流二极管22a及第一下臂侧续流二极管22b。第一上臂侧续流二极管22a的阴极与直流电压源2的正极侧相连，第一上臂侧续流二极管22a的阳极与第一下臂开关元件21b相连。第一下臂侧续流二极管22b的阳极与直流电压源2的负极侧相连，第一下臂侧续流二极管22b的阴极与第一上臂开关元件21a相连。如上所述的那样，第一桥臂211与直流电压源2相连。
第二桥臂212具有第二上臂开关元件21c、第二下臂开关元件21d、第二上臂侧续流二极管22c、以及第二下臂侧续流二极管22d。第二上臂开关元件21c及第二下臂开关元件21d彼此串联。在第二上臂开关元件21c及第二下臂开关元件21d上，分别并联有第二上臂侧续流二极管22c及第二下臂侧续流二极管22d。第二上臂侧续流二极管22c的阴极与直流电压源2的正极侧相连，第二上臂侧续流二极管22c的阳极与第二下臂开关元件21d相连。第二下臂侧续流二极管22d的阳极与直流电压源2的负极侧相连，第二下臂侧续流二极管22d的阴极与第二上臂开关元件21c相连。也就是说，第二上臂开关元件21c从第二下臂侧续流二极管22d的阴极侧与该第二下臂侧续流二极管22d串联。如上所述的那样，第二桥臂212与直流电压源2相连。
第三桥臂213具有第三上臂开关元件21e、第三下臂开关元件21f、第三上臂侧续流二极管22e、以及第三下臂侧续流二极管22f。第三上臂开关元件21e及第三下臂开关元件21f彼此串联。在第三上臂开关元件21e及第三下臂开关元件21f上，分别并联有第三上臂侧续流二极管22e及第三下臂侧续流二极管22f。第三上臂侧续流二极管22e的阴极与直流电压源2的正极侧相连，第三上臂侧续流二极管22e的阳极与第三下臂开关元件21f相连。也就是说，第三下臂开关元件21f从第三上臂侧续流二极管22e的阳极侧与该第三上臂侧续流二极管22e串联。第三下臂侧续流二极管22f的阳极与直流电压源2的负极侧相连，第三下臂侧续流二极管22f的阴极与第三上臂开关元件21e相连。如上所述的那样，第三桥臂213与直流电压源2相连。
如上述那样构成的第一～第三桥臂211～213收纳在同一封装体内。作为第一～第三桥臂211～213，使用了收纳在三相交流用的IGBT模块的封装体内的三个桥臂。
在第一电源电路20a中，在第一上臂开关元件21a及第一下臂开关元件21b的中点、与第二上臂开关元件21c及第二下臂侧续流二极管22d的中点之间，连接有径向磁轴承用线圈A(1541)。在第一电源电路20a中，在第一上臂开关元件21a及第一下臂开关元件21b的中点、与第三上臂侧续流二极管22e及第三下臂开关元件21f的中点之间，连接有上述径向磁轴承用线圈C(1543)。也就是说，第一上臂开关元件21a及上述第一下臂开关元件21b的中点与径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)的连接点C1相连。
在第二电源电路20b中，在第一上臂开关元件21a及第一下臂开关元件21b的中点、与第二上臂开关元件21c及第二下臂侧续流二极管22d的中点之间，连接有径向磁轴承用线圈B(1542)。在第二电源电路20b中，在第一上臂开关元件21a及第一下臂开关元件21b的中点、与第三上臂侧续流二极管22e及第三下臂开关元件21f的中点之间，连接有上述径向磁轴承用线圈D(1544)。也就是说，第一上臂开关元件21a及上述第一下臂开关元件21b的中点与径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)的连接点C2相连。
在图3中，用箭头Z表示流经径向磁轴承用线圈A～D(1541～1544)的电流的方向。控制部23进行控制，以使电流向流入上述连接点C1、C2的方向流经径向磁轴承用线圈A、B(1541、1542)，并使电流向从上述连接点C1、C2流出的方向流经径向磁轴承用线圈C、D(1543、1544)。
具体而言，第一电源电路20a的控制部23执行图4B～图4I所示的八种电流控制动作。第二电源电路20b的控制部23也执行相同的八种电流控制动作。第一及第二电源电路20a、20b的控制部23根据能够检测定子132与转子133之间的间隙的间隙传感器(未图示)的检测值，选择执行上述八种电流控制动作中的任一种，以使马达13的驱动轴131位于所希望的位置。
需要说明的是，如图4A所示，如果使第一上臂开关元件21a和第一下臂开关元件21b同时导通，则直流电压源2的正极侧与负极侧之间就会短路，因此控制部23不使第一上臂开关元件21a和第一下臂开关元件21b同时导通。
在图4B～图4I所示的电流控制动作中，控制部23使第二下臂开关元件21d和第三上臂开关元件21e始终断开。
在维持流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流，并使流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流增加的情况下，如图4B所示，控制部23使第一上臂开关元件21a、第二上臂开关元件21c以及第三下臂开关元件21f导通，使第一下臂开关元件21b断开。这样一来，使电流流动的方向成为图4B中箭头X及箭头Y所示的方向，因此流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流得以维持，并且流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流增加。
在使流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流减少，并使流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流增加的情况下，如图4C所示，使第一上臂开关元件21a及第三下臂开关元件21f导通，并且使第一下臂开关元件21b及第二上臂开关元件21c断开。这样一来，使电流流动的方向成为图4C中箭头X及箭头Y所示的方向，因此流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流减少，并且流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流增加。
在使流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流增加，并且维持流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流的情况下，如图4D所示，使第一下臂开关元件21b、第二上臂开关元件21c以及第三下臂开关元件21f导通，并且使第一上臂开关元件21a断开。这样一来，使电流流动的方向成为图4D中箭头X及箭头Y所示的方向，因此流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流增加，并且流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流得以维持。
在维持流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流，并且维持流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流的情况下，如图4E所示，使第二上臂开关元件21c及第三下臂开关元件21f导通，并且使第一上臂开关元件21a及第一下臂开关元件21b断开。这样一来，使电流流动的方向成为图4E中箭头X及箭头Y所示的方向，因此流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流得以维持，并且流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流得以维持。
在使流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流减少，并且维持流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流的情况下，如图4F所示，使第三下臂开关元件21f导通，并且使第一上臂开关元件21a、第一下臂开关元件21b以及第二上臂开关元件21c断开。这样一来，使电流流动的方向成为图4F中箭头X及箭头Y所示的方向，因此流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流减少，并且流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流得以维持。
在使流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流增加，并且使流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流减少的情况下，如图4G所示，使第一下臂开关元件21b及第二上臂开关元件21c导通，并且使第一上臂开关元件21a及第三下臂开关元件21f断开。这样一来，使电流流动的方向成为图4G中箭头X及箭头Y所示的方向，因此流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流增加，并且流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流减少。
在维持流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流，并且使流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流减少的情况下，如图4H所示，使第二上臂开关元件21c导通，并且使第一上臂开关元件21a、第一下臂开关元件21b以及第三下臂开关元件21f断开。这样一来，使电流流动的方向成为图4H中箭头X及箭头Y所示的方向，因此流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流得以维持，并且流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流减少。
在使流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流减少，并且使流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流减少的情况下，如图4I所示，使第一上臂开关元件21a、第一下臂开关元件21b、第二上臂开关元件21c以及第三下臂开关元件21f断开。也就是说，使所有的开关元件21a～21f断开。这样一来，使电流流动的方向成为图4I中箭头X及箭头Y所示的方向，因此流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流减少，并且流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流减少。
如上所述，第一电源电路20a的控制部23在使第二下臂开关元件21d及第三上臂开关元件21e断开的状态下，通过控制第一下臂开关元件21b和第二上臂开关元件21c的导通、断开，从而能够控制流经径向磁轴承用线圈A(1541)的电流的量。
第一电源电路20a的控制部23在使第二下臂开关元件21d及第三上臂开关元件21e断开的状态下，通过控制第一上臂开关元件21a和第三下臂开关元件21f的导通、断开，从而能够控制流经径向磁轴承用线圈C(1543)的电流的量。
具体而言，如图5A所示，第一及第二电源电路20a、20b的控制部23进行如下控制：对第一指令值CV1和第一载波CW1的值进行比较，在第一指令值CV1在第一载波CW1的值以上的情况下使第一下臂开关元件21b导通，在第一指令值CV1小于第一载波CW1的值的情况下使第一下臂开关元件21b断开。第一载波CW1为将振幅设为A并且将最小值设为M的三角波形。
控制部23还进行如下控制：对第一指令值CV1和第二载波CW2的值进行比较，在第一指令值CV1在第二载波CW2的值以上的情况下使第二上臂开关元件21c导通，在第一指令值CV1小于第二载波CW2的值的情况下使第二上臂开关元件21c断开。第二载波CW2为将振幅设为A、将最大值设为M、并且将与第一载波CW1的合计值始终设为2M的三角波形。
如图5B所示，控制部23还进行如下控制：对第二指令值CV2和第三载波CW3的值进行比较，在第二指令值CV2在第三载波CW3的值以上的情况下使第一上臂开关元件21a导通，在第二指令值CV2小于第三载波CW3的值的情况下使第一上臂开关元件21a断开。第三载波CW3是将振幅设为A并且将最小值设为M的三角波形。第三载波CW3是将第一载波CW1的相位偏移180度而得到的。
控制部23还进行如下控制：对第二指令值CV2和第四载波CW4的值进行比较，在第二指令值CV2在第四载波CW4的值以上的情况下使第三下臂开关元件21f导通，在第二指令值CV2小于第四载波CW4的值的情况下使第三下臂开关元件21f断开。第四载波CW4为将振幅设为A、将最大值设为M、并且将与第三载波CW3的合计值始终设为2M的三角波形。
根据检测定子132与转子133之间的间隙的间隙传感器(未图示)的检测值，每隔40μs，即在载波比较值更新时刻，设定第一及第二指令值CV1、CV2，以使该第一及第二指令值CV1、CV2的合计小于2M+A。
第一～第四载波CW1～CW4的周期为80μs。
如上所述，控制部23能够根据第一及第二指令值CV1、CV2，来控制第一及第二上臂开关元件21a、21c、和第一及第三下臂开关元件21b、21f的导通、断开。
由于将第一及第二指令值CV1、CV2的合计设为小于2M+A，并且将第三载波CW3设为将第一载波CW1的相位偏移180度而得到的载波，因而第一上臂开关元件21a和第一下臂开关元件21b不会同时导通。因此，能够防止因第一上臂开关元件21a和第一下臂开关元件21b同时导通而引起直流电压源2的正极侧与负极侧之间发生短路。由于能够使流经径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)的电流连续地增加，因此能够使响应性良好。
推力磁轴承装置16包括一对推力磁轴承用电磁铁161、和第三电源电路162。两个推力磁轴承用电磁铁161布置在圆盘部131a的轴向两侧。各推力磁轴承用电磁铁161具有作为执行元件线圈的推力磁轴承用线圈161a。推力磁轴承用线圈161a利用使电流流经该推力磁轴承用线圈161a时产生的电磁力，以非接触的方式支承驱动轴131的圆盘部131a。两个推力磁轴承用线圈161a相对而设，以使在由第三电源电路162的控制部23进行的控制中能够使这两个推力磁轴承用线圈161a的电磁力向彼此相反的方向作用。第三电源电路162具有与第一及第二电源电路20a、20b相同的结构。第三电源电路162根据能够检测圆盘部131a与推力磁轴承用电磁铁161之间的间隙的间隙传感器(未图示)的检测值，控制流向两个推力磁轴承用线圈161a的电流，由此来控制驱动轴131的圆盘部131a在轴向上的位置。
因此，根据本实施方式，由于使用第一电源电路20a的共用的第一桥臂211对流经径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)的电流进行控制，因而不需要对每个径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)设置H桥电路。因此，通过削减用于对流经径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)的电流进行控制的第一电源电路20a的开关元件，从而能够使第一电源电路20a实现小型化，并且能够削减成本。
同样地，由于使用第二电源电路20b的共用的第一桥臂211对流经径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)的电流进行控制，因而不需要对每个径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)设置H桥电路。因此，通过削减用于对流经径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)的电流进行控制的第二电源电路20b的开关元件，从而能够使第二电源电路20b实现小型化，并且能够削减成本。
同样地，由于使用第三电源电路162的共用的第一桥臂211对流经一对推力磁轴承用线圈161a的电流进行控制，因此不需要对每个推力磁轴承用线圈161a设置H桥电路。因此，通过削减用于对流经推力磁轴承用线圈161a的电流进行控制的第三电源电路162的开关元件，从而能够使第三电源电路162实现小型化，并且能够削减成本。
在第一～第三电源电路20a、20b、162的每个电源电路中，由于将第一～第三桥臂211～213收纳在一个封装体中，因此与收纳在两个以上的封装体中的情况相比，能够使第一～第三电源电路20a、20b、162实现小型化。
第一～第三电源电路20a、20b、162中设置的桥臂211～213的数量为三个，将三个桥臂收纳在同一封装体中的IGBT模块用于三相交流,一般在市场上的售价低廉，因此通过将这样在市场上销售的IGBT的桥臂用作第一～第三桥臂211～213，从而容易削减第一～第三电源电路20a、20b、162的成本。
在第一电源电路20a中，如果使第一上臂开关元件21a和第一下臂开关元件21b同时导通，则直流电压源2的正极侧与负极侧之间会发生短路，因此无法使径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)这两者的电流同时增加。但是，在本实施方式中，由于径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)布置成使电磁力向彼此相反的方向作用，因此即便不使径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)这两者的电流同时增加，也能够利用径向磁轴承用线圈A、C(1541、1543)的电磁力使驱动轴131向彼此相反的两个方向(沿着图2中y轴的两个方向)移动。
同样地，在第二电源电路20b中，如果使第一上臂开关元件21a和第一下臂开关元件21b这两者导通，则直流电压源2的正极侧与负极侧之间会发生短路，因此无法使径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)这两者的电流同时增加。但是，在本实施方式中，由于径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)布置成使电磁力向彼此相反的方向作用，因此即便不使径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)这两者的电流同时增加，也能够利用径向磁轴承用线圈B、D(1542、1544)的电磁力使驱动轴131向彼此相反的两个方向(图2中沿着x轴的两个方向)移动。
同样地，在第三电源电路162中，如果使第一上臂开关元件21a和第一下臂开关元件21b这两者导通，则直流电压源2的正极侧与负极侧之间会发生短路，因此无法使两个推力磁轴承用线圈161a的电流同时增加。但是，在本实施方式中，由于两个推力磁轴承用线圈161a布置成使电磁力向彼此相反的方向作用，因此即便不使两个推力磁轴承用线圈161a这两者的电流同时增加，也能够利用两个推力磁轴承用线圈161a的电磁力使驱动轴131向沿着两个推力磁轴承用线圈161a相对方向的两个方向移动。
需要说明的是，在本实施方式中，第一～第三电源电路20a、20b、162分别向一对线圈1541～1544、161a供电，该一对线圈1541～1544、161a布置成使电磁力向沿着共用的轴的彼此相反的两个方向作用，但也可以向布置成使电磁力向沿着不同的轴的方向作用的一对线圈供电。
在第一～第三电源电路20a、20b、162中，由于控制部23使第二下臂开关元件21d及第三上臂开关元件21e始终断开，因此也可以不设置第二下臂开关元件21d及第三上臂开关元件21e。
在本实施方式中，在第一～第三电源电路20a、20b、162中，由IGBT构成第一～第三上臂开关元件21a、21c、21e以及第一～第三下臂开关元件21b、21d、21f，但也可以由MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属-氧化物-半导体型场效应管)构成第一～第三上臂开关元件21a、21c、21e以及第一～第三下臂开关元件21b、21d、21f。
在第一～第三电源电路20a、20b、162中，也可以由IGBT的内置二极管、MOSFET的寄生二极管构成第一～第三上臂侧续流二极管22a、22c、22e以及第一～第三下臂侧续流二极管22b、22d、22f。
在本实施方式中，将本发明应用于支承马达13的驱动轴131的径向磁轴承用线圈A～D(1541～1544)，但本发明也能够应用于利用电磁力以非接触的方式支承马达13的驱动轴131以外的对象物的执行元件线圈。
－产业实用性－
综上所述，本公开对于电源电路及包括该电源电路的轴承装置是有用的，该电源电路使电流从直流电压源分别流向上述第一及第二执行元件线圈，以使第一及第二执行元件线圈利用电磁力以非接触的方式支承对象物。
－符号说明－
2 直流电压源
13 马达
15 径向磁轴承装置
16 推力磁轴承装置
20a 第一电源电路
20b 第二电源电路
21a 第一上臂开关元件
21b 第一下臂开关元件
21c 第二上臂开关元件
21f 第三下臂开关元件
22a 第一上臂侧续流二极管
22b 第一下臂侧续流二极管
22d 第二下臂侧续流二极管
22e 第三上臂侧续流二极管
23 控制部
131 驱动轴(对象物)
161a 推力磁轴承用线圈(第一及第二执行元件线圈)
162 第三电源电路
211 第一桥臂
212 第二桥臂
213 第三桥臂
1541 径向磁轴承用线圈A(第一执行元件线圈)
1542 径向磁轴承用线圈B(第一执行元件线圈)
1543 径向磁轴承用线圈C(第二执行元件线圈)
1544 径向磁轴承用线圈D(第二执行元件线圈)
C1、C2连接点
CV1 第一指令值
CV2 第二指令值
CW1 第一载波
CW2 第二载波
CW3 第三载波
CW4 第四载波

Claims (6)

1.一种电源电路，该电源电路使电流从直流电压源(2)分别流向第一及第二执行元件线圈(161a、1541～1544)，以使所述第一及第二执行元件线圈(161a、1541～1544)利用电磁力以非接触的方式支承对象物(131)，其特征在于：
所述电源电路包括：
第一桥臂(211)，所述第一桥臂(211)具有彼此串联的第一上臂开关元件(21a)及第一下臂开关元件(21b)，所述第一桥臂(211)与所述直流电压源(2)相连；以及
控制部(23)，所述控制部(23)使所述第一上臂开关元件(21a)及所述第一下臂开关元件(21b)导通、断开，并对流向所述第一及第二执行元件线圈(161a、1541～1544)的电流进行控制，
所述第一及第二执行元件线圈(161a、1541～1544)彼此串联，
所述第一上臂开关元件(21a)及所述第一下臂开关元件(21b)的中点、与所述第一及第二执行元件线圈(161a、1541～1544)的连接点(C1、C2)相连，
在所述第一上臂开关元件(21a)及所述第一下臂开关元件(21b)上分别并联有续流二极管(22a、22b)，
所述控制部(23)进行控制，以使电流向流入所述连接点(C1、C2)的方向流经所述第一执行元件线圈(161a、1541、1542)，同时使电流向从所述连接点(C1、C2)流出的方向流经所述第二执行元件线圈(161a、1543、1544)。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：
所述电源电路包括：
第二桥臂(212)，所述第二桥臂(212)具有第二下臂侧续流二极管(22d)及第二上臂开关元件(21c)，该第二上臂开关元件(21c)从所述第二下臂侧续流二极管(22d)的阴极侧与所述第二下臂侧续流二极管(22d)串联，所述第二桥臂(212)与所述直流电压源(2)相连；以及
第三桥臂(213)，所述第三桥臂(213)具有第三上臂侧续流二极管(22e)及第三下臂开关元件(21f)，该第三下臂开关元件(21f)从所述第三上臂侧续流二极管(22e)的阳极侧与所述第三上臂侧续流二极管(22e)串联，所述第三桥臂(213)与所述直流电压源(2)相连，
在所述第一上臂开关元件(21a)及所述第一下臂开关元件(21b)的中点、与所述第二上臂开关元件(21c)及所述第二下臂侧续流二极管(22d)的中点之间，连接有所述第一执行元件线圈(161a、1541、1542)，
在所述第一上臂开关元件(21a)及所述第一下臂开关元件(21b)的中点、与所述第三上臂侧续流二极管(22e)及所述第三下臂开关元件(21f)的中点之间，连接有所述第二执行元件线圈(161a、1543、1544)。
3.根据权利要求2所述的电源电路，其特征在于：
所述第一桥臂(211)～所述第三桥臂(213)收纳在同一封装体内。
4.根据权利要求2或3所述的电源电路，其特征在于：
由所述控制部(23)进行的控制如下：
对第一指令值(CV1)和第一载波(CW1)的值进行比较，该第一载波(CW1)为将振幅设为A并且将最小值设为M的三角波形，在所述第一指令值(CV1)在所述第一载波(CW1)的值以上的情况下，使所述第一下臂开关元件(21b)导通，在所述第一指令值(CV1)小于所述第一载波(CW1)的值的情况下，使所述第一下臂开关元件(21b)断开，
对所述第一指令值(CV1)和第二载波(CW2)的值进行比较，该第二载波(CW2)为将振幅设为A、将最大值设为M、并且将与所述第一载波(CW1)的合计值始终设为2M的载波，在所述第一指令值(CV1)在所述第二载波(CW2)的值以上的情况下，使所述第二上臂开关元件(21c)导通，在所述第一指令值(CV1)小于所述第二载波(CW2)的值的情况下，使所述第二上臂开关元件(21c)断开，
对第二指令值(CV2)和第三载波(CW3)的值进行比较，该第三载波(CW3)是将所述第一载波(CW1)的相位偏移180度而得到的，为将振幅设为A并且将最小值设为M的三角波形，在所述第二指令值(CV2)在所述第三载波(CW3)的值以上的情况下，使所述第一上臂开关元件(21a)导通，在所述第二指令值(CV2)小于所述第三载波(CW3)的值的情况下，使所述第一上臂开关元件(21a)断开，
对所述第二指令值(CV2)和第四载波(CW4)的值进行比较，该第四载波(CW4)为将振幅设为A、将最大值设为M、并且将与所述第三载波(CW3)的合计值始终设为2M的载波，在所述第二指令值(CV2)在所述第四载波(CW4)的值以上的情况下，使所述第三下臂开关元件(21f)导通，在所述第二指令值(CV2)小于所述第四载波(CW4)的值的情况下，使所述第三下臂开关元件(21f)断开。
5.根据权利要求4所述的电源电路，其特征在于：
所述第一指令值(CV1)及所述第二指令值(CV2)的合计小于2M+A。
6.一种轴承装置，其特征在于：
所述轴承装置包括：
权利要求1到5中任一项权利要求所述的电源电路；以及
所述第一及第二执行元件线圈(161a、1541～1544)，
所述对象物(131)是被驱动而旋转的马达(13)的驱动轴，
所述第一及第二执行元件线圈(161a、1541～1544)布置成：在由所述控制部(23)进行的所述控制中，能够使两个执行元件线圈(161a、1541～1544)的电磁力向彼此相反的方向作用。
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