JP2001021305A - 浮上体の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置検出体と位置検出回路との間を比較的離
しても、浮上体の位置を安定に制御可能な信号を位置検
出回路で出力することができる浮上体の位置検出装置を
提供する。 【解決手段】 浮上体１１と、該浮上体１１を磁気力で
浮上させる電磁石と、該浮上体の位置を検出する位置検
出装置とを備え、この位置検出装置で検出した浮上体１
１の位置情報に基づいて前記電磁石を制御して浮上体１
１の浮上位置を所定位置に制御するシステムにおいて、
浮上体１１の近くに配置されるコイル１３を有する位置
検出体１２と、その位置検出体１２のコイル１３に位置
検出用の搬送波信号を送るとともに、浮上体１１と位置
検出体１２との間の相対位置の変化に基づいて生じる位
置検出体１２で変調された位置検出信号を受け取り、該
信号を復調して位置信号を出力する位置検出回路１７と
を備え、該位置検出体１２と位置検出回路１７との間
を、静電容量の小さなケーブル２５で接続した。

Description

【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、磁気浮
上搬送装置、及び磁気浮上制振装置等の磁気力を用いた
浮上体の位置制御システムにおける位置検出装置に係
り、特に浮上体の位置を検出する位置検出体と、この位
置検出体で検出した浮上体の位置情報から位置信号を出
力する位置検出回路とからなる浮上体の位置検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば磁気軸受を例にとると、近年、真
空用ターボ分子ポンプなどに多く搭載されて、その機能
を十二分に発揮している。更に、一般産業用機械である
コンプレッサーやブロワにも利用されはじめている。タ
ーボ分子ポンプなどでは、ポンプ本体と制御装置との互
換性などについても改善されてきている。この場合に
は、ポンプ本体に位置検出体（センサ）が組み込まれて
おり、搬送波を送るとともに変調された信号を復調する
位置検出回路（センサ回路）がポンプ本体とは別体の制
御装置に組み込まれており、このポンプと制御装置をケ
ーブルで結合している。一部のターボ分子ポンプには位
置検出回路がポンプ本体に組み込まれているものもあ
る。

【０００３】図１は、ターボ分子ポンプなどに装備され
ている磁気軸受の浮上体の位置検出装置の例を示す。タ
ーボ分子ポンプは、高速回転する回転軸を磁気軸受で非
接触支持しており、磁気軸受は浮上体の位置検出装置で
検出された回転軸の浮上位置の信号に基づいて、回転軸
の周囲に配置された電磁石の磁気吸引力を制御すること
で、回転軸を目標位置に浮上支持する。例えば、図示し
ないターボ分子ポンプには、制御対象である浮上体（回
転軸）１１の変位を測定するコイル１３を備えた位置検
出体１２が取り付けられている。又、ポンプ本体とは別
体の図示しない制御装置には、位置検出体に搬送波信号
を送るとともに、変調された位置検出信号を受け取り復
調する位置検出回路１７が取り付けられている。この位
置検出体１２と、位置検出回路１７との間は、従来は図
３に示すような静電容量が小さくない２芯ツイストシー
ルド線などのケーブル１５で結ばれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
磁気軸受搭載機械を使用する場合に、磁気軸受搭載機の
設置環境の都合により、搭載機本体に位置検出回路を組
み込めない場合がある。例えば、搭載機が高温或いは低
温状態にさらされる場合には、位置検出回路の電子部品
が高温或いは低温に耐えられないので不可能な場合が生
じる。そこでこのような場合には、搭載機の近くで、且
つ環境のよい場所に位置検出回路を設置し、搭載機本体
と位置検出回路の間をケーブルで結んでいる。位置検出
回路で位置信号を検出した後段では磁気軸受制御装置と
の距離をかなり離すことは可能であるが、位置検出体を
搭載した搭載機本体と位置検出回路を収納した制御装置
との間はあまり離せないのが実状である。ターボ分子ポ
ンプ或いは液体の移送ポンプの場合にはその距離は１５
ｍ程度が限界である。

【０００５】例えば、磁気軸受搭載機を極低温の液化天
然ガスタンク内に設置する場合などには、搭載機本体と
制御装置との間のケーブルの長さは５０ｍは必要となっ
てくる。このような場合には、現状では磁気軸受の使用
は困難な状況となる。ちなみに、その長さを５０ｍと長
くすると、そのセンサの静特性は図５に示すように、変
位に対して、実線で示すように感度が非常に小さくなる
か、或いは、点線で示すように線形範囲が非常に狭くな
るような特性となる。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みて為されたもの
で、位置検出体と位置検出回路との間を比較的離して
も、浮上体の位置を安定に制御可能な信号を位置検出回
路で出力することができる浮上体の位置検出装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の浮上体の位置検
出装置は、浮上体と、該浮上体を磁気力で浮上させる電
磁石と、該浮上体の位置を検出する位置検出装置とを備
え、この位置検出装置で検出した浮上体の位置情報に基
づいて前記電磁石を制御して浮上体の浮上位置を所定位
置に制御するシステムにおいて、浮上体の近くに配置さ
れるコイルを有する位置検出体と、その位置検出体のコ
イルに位置検出用の搬送波信号を送るとともに、浮上体
と位置検出体との間の相対位置の変化に基づいて生じる
位置検出体で変調された位置検出信号を受け取り、該信
号を復調して位置信号を出力する位置検出回路とを備
え、該位置検出体と位置検出回路との間を、静電容量の
小さなケーブルで接続したことを特徴とする。

【０００８】上述した本発明によれば、位置検出体と位
置検出回路との間を、静電容量の小さなケーブルで接続
したので、位置検出体で検出した信号を十分な線形性を
確保して位置検出回路に伝達することができる。これに
より、位置検出体と位置検出回路との間を、例えば５０
ｍ程度に離した場合でも、位置検出回路出力に浮上体の
位置に概略線形に対応した電気出力が得られる。このた
め、位置検出体と位置検出回路とを離さない場合と比べ
て、感度自体は低下するが、浮上体を位置制御するのに
支障のない程度の十分な出力が得られる。従って、例え
ば極低温のタンク中に浸漬したポンプに装着した磁気軸
受を、数十ｍのケーブルで地上側に配置した制御装置か
ら、良好に浮上位置制御することができる。

【０００９】又、ケーブルは芯線の回りを絶縁材で被覆
し、該芯線間を離隔して配置し、更に離隔して配置した
シールド体で覆うことによりケーブルの静電容量を低減
することが好ましい。これにより位置検出体と位置検出
回路との間を比較的離しても、線形性を有する信号の伝
達が可能となり、これを位置検出回路で出力することが
できる。係るケーブルの採用により、磁気軸受の搭載機
の利用範囲を拡大できる。

【００１０】又、前記位置検出体が、インダクタンスの
変化により相対位置を計測する誘導型位置検出体として
作動することが好ましいが、前記位置検出体が、渦電流
の変化により相対位置の変化を計測する渦電流型位置検
出体として作動するものであってもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。

【００１２】この浮上体の位置検出装置は、磁気軸受、
磁気浮上搬送装置、磁気浮上制振装置等の電磁石の磁気
力を制御して、浮上体の浮上位置を制御するシステムに
用いられるものである。磁気軸受は、回転軸をその周囲
に配置した電磁石の磁気吸引力を利用して非接触で浮上
支持する軸受であり、摩耗が生ぜず高速回転に好適な軸
受であることから、近年上述したようにターボ分子ポン
プ等に広く採用されている。磁気浮上搬送装置は、搬送
台車を磁気吸引力で浮上支持しつつ、同様に非接触のリ
ニアモータ等で駆動することにより、非接触で搬送台車
を走行させるシステムである。又、磁気浮上制振装置
は、振動を嫌う機器を搭載した床板を電磁石の磁気吸引
力を利用して浮上保持し、設置床から非接触とすること
から、設置床に生じる振動を、該床板に伝達せず、又該
床板上に生じる振動を能動的に減衰させるようにしたも
のである。

【００１３】これらの浮上体を電磁石の磁気力で浮上さ
せ、その位置を制御するシステムにおいては、浮上体を
磁気吸引力で浮上させる電磁石と、浮上体の位置を検出
する位置検出装置と、この位置検出装置で検出した浮上
体の位置情報に基づいて、上述の電磁石を制御して浮上
体の浮上位置を所定位置に制御するフィードバック制御
装置とから構成されている。ここで浮上体の位置検出装
置は、浮上体の位置を非接触で検出する位置検出体と、
該位置検出体に搬送波信号を送出して位置検出体で変調
された信号を取り出す位置検出回路と、両者間を接続す
るケーブルとから構成されている。

【００１４】図１に示すように、回転軸等の浮上体１１
は、その近傍に配置された位置検出体１２により浮上位
置が検出される。位置検出体１２はセンサであり、コイ
ル１３を内蔵していて、渦電流発生を抑制して、浮上体
と位置検出体との間の距離に応じて変化するインダクタ
ンス又は渦電流を積極的に発生させ、それにより浮上体
と位置検出体との距離などの相対位置に応じて変化する
インダクタンスから、浮上体１１の位置検出体１２に対
する相対変位を計測する。コイル１３は静電容量の低い
ケーブル２５を介して搭載機と離隔して配置された制御
装置内の位置検出回路１７と電気的に接続されている。

【００１５】位置検出回路１７は、発振器１８を備え、
例えば数十ｋＨｚの搬送波信号を生成し、ケーブル１５
を介して位置検出体１２のコイル１３に供給する。コイ
ル１３は、浮上体１１の位置に応じてそのインダクタン
ス又は渦電流が変化するので、搬送波が振幅変調を受け
ることになる。この浮上体の位置に応じて振幅変調され
たケーブルの出力信号は、差動増幅器２０に入り増幅さ
れ、同期検波器２１で検波され、その低周波成分が浮上
体の位置に応じた信号として取り出される。この信号
は、ローパスフィルタ２２により高調波成分が除去さ
れ、出力端子２３から外部に取り出される。従って、位
置検出回路１７の出力端子２３からは、浮上体の位置に
対応した信号が出力され、図示しない制御回路に入力さ
れ、目標値と比較され、その差分をゼロとするように浮
上体を支持する電磁石の磁気吸引力が制御される。

【００１６】図２は、本発明のケーブル２５の具体的構
造例を示し、図３は従来のケーブル１５の構造例を示
す。図３に示す従来の構造は、芯線３０が絶縁層３１で
被覆され、２本の絶縁被覆された芯線３１，３１がツイ
ストされて（図３（ｂ））、シールド層３３に被覆さ
れ、更に、シールド層３３の外側が絶縁層３４で被覆さ
れている。ここで絶縁層３２は芯線３１のツイストされ
た外形を示す。これに対して本発明の具体的構造例の静
電容量の小さなケーブル２５は、図２に示すように２本
の芯線３０，３０がそれぞれ絶縁層３１，３１で被覆さ
れ、且つ連結部材３５によりそれぞれが離隔して配置さ
れている。又、２本の芯線３０，３０を被覆するシール
ド層３３も、２本の芯線３０，３０から絶縁層３２を介
して離隔して配置されている。

【００１７】本発明のケーブル２５は、例えばＴＶ等の
信号線として用いられるＶＨＦ用平行線を、断面が円形
の絶縁体で埋め込むよう被覆し、あるいはその断面を空
間などの絶縁層で構成し、その外周をジャンパ線で被覆
し、更にその外周をチューブ状の絶縁体で被覆したもの
である。このため、図３に示すケーブル構造と比較し
て、著しくケーブルの静電容量を低減できる。即ち、２
本の芯線間の線間静電容量及び芯線のシールド層に対す
る対地静電容量からなるケーブルの静電容量を低減する
ことができる。係るケーブルによれば、５０ｍの長さの
場合、２本の芯線間の線間静電容量を２ｎＦ程度に、芯
線とシールド層間の対地静電容量を１．６ｎＦ程度に低
減できる。

【００１８】図４は、上述した静電容量の低いケーブル
を用いた場合の位置検出装置の出力特性を示す。この場
合は、位置検出体を装着した磁気軸受搭載機と、位置検
出回路を装着した制御装置とを、５０ｍ程度離隔した位
置に配置し、その間を図２に示すケーブルを用いて接続
している。搬送波としては、数十ｋＨｚの２５Ｖ（ｐ−
ｐ）正弦波低電圧信号が定電圧型信号として発振器１８
から送出される。尚、発振器１８から定電流型信号とし
て送出されてもよい。図示するように変位に対して出力
の変化が大きく、線形性が保たれていることが判る。そ
の理由としては、静電容量を小さくすることにより、搬
送波及び変調波信号が静電容量を通して漏洩する量が減
少する。静電容量は交流信号（特に高周波信号）を透過
するためである。よって静電容量を小さくすれば、信号
の減衰が防止できることになる。よって搬送波信号を数
十ｋＨｚ程度にすることも有効である。

【００１９】従って、係るケーブルを用いることによ
り、従来不可能であった、例えば液化天然ガスタンク中
に磁気軸受を搭載したポンプを載置して、数十ｍ離れた
地上部に制御装置を載置して、該制御装置によりポンプ
に搭載した磁気軸受を安定に動作させることが可能とな
る。

【００２０】尚、上述の説明は一実施例に関するもので
あり、磁気軸受に限らず、磁気浮上搬送装置や磁気浮上
制御装置についても同様に適用可能なことは勿論であ
る。又、搬送波信号の周波数、位置検出体を渦電流の発
生を抑制した上でのインダクタンスの変化により位置を
検出する誘導型として用いるか、渦電流を利用したイン
ダクタンスの変化により位置を検出する渦電流型として
用いるか等は、適宜設置現場の状況において選択すれば
よい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば浮
上体の位置検出装置において、位置検出体と位置検出回
路との間を静電容量の低いケーブルで接続することによ
り、位置検出体と位置検出回路との間が比較的離れてい
て長いケーブルを用いなければならない場合において
も、良好な浮上体の位置検出特性が得られる。これによ
り、例えば磁気軸受を搭載した機械を、設置環境の都合
により搭載機本体に位置検出回路を組み込めない場合に
も、位置検出回路をケーブルで接続して環境のよい場所
に配置することができ、そのような場合にも浮上体の位
置制御を安定・確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】浮上体の位置検出装置の概要を示すブロック図
である。

【図２】本発明の実施の形態の静電容量の低いケーブル
の断面図である。

【図３】従来のこの種の装置に用いられるケーブルの
（ａ）垂直面の断面図と（ｂ）長手方向に沿った断面図
である。

【図４】図２に示すケーブルを用いた場合の浮上体の位
置検出装置の検出特性を示す図である。

【図５】図３に示すケーブルを用いた場合の浮上体の位
置検出装置の検出特性を示す図である。

【符号の説明】

１１ 浮上体 １２ 位置検出体 １３ コイル １５，２５ ケーブル １７ 位置検出回路 １８ 発振器 ２０ 差動増幅器 ２１ 同期検波機 ２２ ローパスフィルタ ２３ 出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 忠 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 Ｆターム(参考） 2F063 AA02 BA30 CA01 GA03 GA08 LA06 LA23 LA30 NA02 3J102 AA01 BA03 BA17 CA10 CA19 CA27 DA03 DB01 DB05 GA06 5H303 AA30 BB01 BB06 BB11 CC01 CC10 DD12 FF04 GG21 HH01 HH07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浮上体と、該浮上体を磁気力で浮上させ
   る電磁石と、該浮上体の位置を検出する位置検出装置と
   を備え、この位置検出装置で検出した浮上体の位置情報
   に基づいて前記電磁石を制御して浮上体の浮上位置を所
   定位置に制御するシステムにおいて、浮上体の近くに配
   置されるコイルを有する位置検出体と、その位置検出体
   のコイルに位置検出用の搬送波信号を送るとともに、浮
   上体と位置検出体との間の相対位置の変化に基づいて生
   じる位置検出体で変調された位置検出信号を受け取り、
   該信号を復調して位置信号を出力する位置検出回路とを
   備え、該位置検出体と位置検出回路との間を、静電容量
   の小さなケーブルで接続したことを特徴とする浮上体の
   位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記ケーブルは各芯線の回りを絶縁材で
   被覆し、該芯線間を離隔して配置し、更に該芯線から離
   隔して配置したシールド体で覆うことによりケーブルの
   静電容量を低減したことを特徴とする請求項１記載の浮
   上体の位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記位置検出体が、インダクタンスの変
   化により相対位置を計測する誘導型位置検出体として作
   動することを特徴とする請求項１又は２記載の浮上体の
   位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記位置検出体が、渦電流の変化により
   相対位置を計測する渦電流型位置検出体として作動する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の浮上体の位置検
   出装置。