JP2003021140A - 制御型ラジアル磁気軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成で、良好な検出感度を得つつ安定
した検出結果を得ることを可能とする。 【解決手段】 回転体１の軸線方向の同一位置において
回転体１の周方向に所定の間隔をおいて配置された複数
の電磁石磁極Ｍ1〜Ｍ12による磁束密度が、回転体１の
周方向に徐々に変化するようになされたものであって、
磁束密度の最大値と最小値との間に差があっても、隣接
する電磁石磁極の間の変化が小さく、かつ滑らかに変化
するように構成したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギ貯蔵フラ
イホイールや、超高速回転体などに用いられる回転体
を、ラジアル方向に非接触で支持する制御型ラジアル磁
気軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転体を磁気浮上させて非接触支持する
制御型磁気軸受装置は、回転に伴う損失を格段に減少す
ることができるものであることから、近年、多くの用途
に広く使用されるようになっている。

【０００３】一般に、制御型磁気軸受装置は、回転体を
アキシアル方向に非接触支持する１組の制御型アキシア
ル磁気軸受と、回転体をラジアル方向に非接触支持する
２組の制御型ラジアル磁気軸受とを備えているが、その
うち、ラジアル磁気軸受は、回転体の周方向に等間隔を
おいて配置された複数個（通常は４個）の電磁石を備え
ている。それらの各電磁石は、ラジアル方向の内側に突
出して回転体の外周面に対向する突極を有する磁極を備
えているとともに、励磁電流を流すためのコイルが巻か
れている。そのときの励磁電流は、一定のバイアス電流
と、回転体の変位によって制御される制御電流とを合わ
せたものであり、上記各磁極には、バイアス電流による
一定のバイアス磁束と、制御電流による制御磁束とを合
わせた磁束が形成されることとなる。

【０００４】このような制御型ラジアル磁気軸受では、
高速回転時に、回転体の内部に生じる渦電流による渦電
流損が問題となっている。渦電流は、回転体の周方向に
磁束密度が変化することにより発生するこものであり、
その渦電流の大きさは、磁束密度の変化に比例してい
る。

【０００５】一方、ラジアル磁気軸受には、電磁石の構
造によって、ヘテロポーラ型のものとホモポーラ型のも
のとがあり、ヘテロポーラ型のラジアル磁気軸受の場
合、各電磁石は、回転体周方向の２箇所に磁極を有し、
コイルに励磁電流を流すことによって２つの磁極が互い
に逆極性に励磁される。そして、このような電磁石が回
転体周方向に複数個配置されていることから、回転体周
方向に逆極性の磁極が隣り合って配置されることにな
る。そのため、回転体の周囲の磁束密度が回転体周方向
に大きく変化することとなり、回転体の内部に大きな渦
電流が流れて渦電流損が生じ、それによる回転損失が大
きくなる。

【０００６】これに対して、ホモポーラ型のラジアル磁
気軸受の場合、各電磁石は、回転体軸線方向の２箇所に
磁極を有し、コイルに励磁電流を流すことにより、２つ
の磁極が互いに逆極性に励磁されるが、回転体軸線方向
の同じ箇所の磁極が同極性になるように励磁電流を流す
ことによって、同じ箇所では、回転体周方向に同極性の
磁極だけが配置されることになる。従って、回転体周方
向の磁束密度の変化は小さくなる。しかし、それでも、
磁極のある部分と、ない部分とで磁束密度に差があるこ
とから、回転体の周方向に隣接する磁極の間で磁束密度
の変化が生じることとなり、上述したヘテロポーラ型の
場合の半分程度の渦電流が流れて、ヘテロポーラ型の場
合の半分程度の回転損失が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような渦電流
は、電磁石に対向する回転体のロータ部に積層鋼板を使
用することによって、通常の装置では問題のないレベル
まで減少することができるが、近年、エネルギ貯蔵フラ
イホールや、超高速回転体などの装置のように、回転体
のロータ部に積層鋼板を使用したとしても、渦電流及び
それによる回転損失が実用上問題となるような用途が多
くなってきている。

【０００８】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
渦電流の発生を抑制して、それによる回転損失を減少で
きるようにした制御型ラジアル磁気軸受を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による制御型ラジアル磁気軸受は、回転体の軸
線方向の同一位置において回転体周方向に所定の間隔を
おいて配置された複数の電磁石磁極を備え、全電磁石磁
極が同一極性である制御型ラジアル磁気軸受において、
電磁石磁極による磁束密度が回転体周方向に徐々に変化
するようになされていることを特徴とするものである。
ここで、磁束密度が徐々に変化するとは、磁束密度の最
大値と最小値との間に差があっても、隣接する電磁石磁
極の間の変化が小さく、かつ滑らかに変化することを意
味する。

【００１０】通常、複数の電磁石磁極は、回転体の周方
向に等間隔をおいて配置される。この発明は、電磁石が
コイルのみによって磁場を形成する従来のホモポーラ型
ラジアル磁気軸受、電磁石が永久磁石によってバイアス
磁束を形成してコイルにより制御磁束を形成するハイブ
リッド型ラジアル磁気軸受のいずれの場合にも適用する
ことができる。また、回転体をアキシアル方向及びラジ
アル方向の両方に非接触支持するアキシアル兼用ラジア
ル磁気軸受にも適用することができる。いずれの場合
も、電磁石はコイルを有する磁極を備えているが、その
磁極は、突極を有するものであってもよいし、突極を備
えずに円環状のステータの内周面にコイルが直接設けら
れたものであってもよい。また、突極の先端面を細い張
出によって結合した、いわゆる閉スロット型としてもよ
い。

【００１１】各電磁石磁極による磁束密度は、回転体を
磁気吸引する側で最大になって、反対側で最小になる
が、その間で、例えば磁束密度の変化が余弦波状（ある
いは正弦波状）になるようにして、磁束密度が徐々に連
続変化するようにする。なお、電磁石が永久磁石を有す
るハイブリット型ラジアル磁気軸受の場合においては、
上記永久磁石によるバイアス磁束と、コイルによる制御
磁束を合わせた全体の磁束による極性が、全電磁石につ
いて同一になるようにする。

【００１２】従って、この発明の制御型ラジアル磁気軸
受によれば、電磁石磁極による磁束密度が回転体周方向
に徐々に連続変化するので、回転体周方向における磁束
密度の変化が小さく滑らかになり、回転に伴って回転体
に発生する渦電流が減少することとなって、渦電流損及
び回転損失が小さくなる。

【００１３】また、本発明の制御型ラジアル磁気軸受に
おいては、例えば、少なくとも３個の電磁石磁極が設け
られ、各電磁石磁極による磁束密度が回転体周方向に徐
々に連続変化する。そして、各電磁石磁極による磁束密
度が徐々に変えられることによって、全体として、回転
体周方向の磁束密度の変化が小さくなり、渦電流が減少
して、渦電流損及び回転損失が小さくなる。

【００１４】このとき、電磁石磁極の数が多い方が、回
転体周方向の磁束密度の変化をより小さくすることがで
きるが、その電磁石磁極の数は、４又は３の倍数である
のが望ましい。そのようにすれば、周方向に４個の電磁
石磁極を有する従来の制御型ラジアル磁気軸受と同様に
制御電流の制御を行うことができ、制御電流の制御が容
易化される。従って、電磁石磁極の数は８個以上である
のが望ましい。３の倍数の場合には、モータ駆動で広く
使われている３相インバータを使って制御できる。

【００１５】さらに、本発明にかかる上記の制御型ラジ
アル磁気軸受においては、例えば、各電磁石磁極のコイ
ルに供給する制御電流を調整することによって、各電磁
石磁極による磁束密度が回転体周方向に徐々に変えられ
る。そして、各電磁石磁極のコイルに供給する制御電流
を調整することにより、各電磁石磁極による磁束密度の
変化が小さくなって、渦電流が減少し、渦電流損及び回
転損失が小さくなるものである。

【００１６】そのときの上記各電磁石磁極における制御
電流は、例えば、回転体を吸収する側で正方向（バイア
ス磁束と同じ向きの制御磁束を発生させる制御電流の方
向を「正方向」という）の最大の値になって、反対側で
負方向（バイアス磁束と反対向きの制御磁束を発生させ
る制御電流の方向を「負方向」という）の最小の値にな
り、しかも、これらの間の制御電流の変化が余弦波状に
なるようにする。そうすれば、各電磁石磁極における磁
束密度が、回転体を吸引する側で最大になって、反対側
で最小になり、しかもこれらの間の磁束密度の変化が余
弦波状になる。

【００１７】例えば、電磁石磁極の数が４の倍数である
場合、４個の電磁石を有する従来の制御型ラジアル磁気
軸受の場合と同様に、互いに直交するラジアル方向の２
つの制御軸の各々に電磁石を２個ずつ配置して、これら
４個の電磁石を主電磁石とし、主電磁石とする。この場
合、各電磁石磁極におけるコイルの巻き数は、正弦波又
は余弦波に比例した巻き数とする。

【００１８】すなわち、８個の磁極がある場合は、上下
方向へ制御する場合のコイルの巻き数を、上側の磁極か
ら、１：０．７０７：０：−０．７０７：−１：−０．
７０７：０：０．７０７の比に巻いた（負は逆方向に巻
く）コイルを直列に結線して使う。ここで、０．７０７
＝ｃｏｓ４５°であり、この数値は、磁界を余弦波に近
い形にするための巻線である。そしてこの場合には、上
下方向の変位信号を検出して、定位置に制御する操作信
号を作り、その信号をコイルに流すことで制御する。

【００１９】一方、ハイブリッド型のラジアル磁気軸受
の場合には、ラジアル方向に対向する位置にある２個の
電磁石磁極のコイルを直列に接続し、これら２個のコイ
ルに同じ制御電流を供給する。そして、対向する２個の
電磁石磁極のコイルに同じ制御電流を流したときに、そ
れらのコイルによって形成される磁束が互いに逆極性に
なるように、２個のコイルの巻き方向を逆にする。すな
わち、対向する２個の電磁石磁極のコイルに同じ制御電
流を流したときに、一方では正方向、他方では負方向と
なるようにする。従って、アンプの数は、電磁石磁極の
数の半数で済む。

【００２０】そして、この場合にも、各制御軸について
２個の主電磁石の磁極のコイルに同じ基準制御電流を供
給することにより、一方の主電磁石の磁極のコイルには
正方向の基準制御電流を、他方の主電磁石の磁極のコイ
ルには負方向の基準制御電流をそれぞれ制御電流として
供給する一方、副電磁石には、正方向の基準制御電流を
「１」として余弦波状に変化する制御電流を供給する。
これにより、各電磁石磁極における制御電流が、回転体
を吸引する側で正方向の最大の値になって、反対側で負
方向の最小の値になり、しかも回転体の周方向全体とし
て、制御電流の変化が余弦波状になる。その結果、永久
磁石によるバイアス磁束と制御電流による制御磁束とを
合わせた全体の磁束密度は、回転体を吸引する側で最大
の値になって、反対側で最小の値になり、回転体周方向
全体の磁束密度の変化が余弦状になる。

【００２１】また、本発明にかかる制御型ラジアル磁気
軸受においては、例えば、個別に制御電流が供給される
複数組のコイルが設けられ、それら各組のコイルが、所
定の複数の電磁石磁極に直列に巻かれて、同一組のコイ
ルの各電磁石磁極における巻き数が調整されることによ
り、各電磁石磁極による磁束密度が回転体周方向に徐々
に変えられる。このようにして、各電磁石磁極による磁
束密度が回転体周方向に徐々に変えられていれば、全体
として、回転体周方向の磁束密度の変化が小さくなり、
渦電流が減少し、渦電流損及び回転損失が小さくなる。

【００２２】この場合には、複数組のコイルが複数の電
磁石磁極に巻かれる結果、ある電磁石磁極には、複数組
のコイルが巻かれることになる。

【００２３】また、各電磁石磁極におけるコイルの組数
及び各組のコイルの巻き数は、各電磁石磁極における全
体の磁束密度が、回転体を吸引する側で最大の値になっ
て、反対側で最小の値になり、回転体周方向全体の磁束
密度の変化が例えば余弦波状になるように決定する。例
えば、電磁石磁極の数が４の倍数である場合、前記同様
に、４個の電磁石を主電磁石、残りの電磁石を副電磁石
とし、４個の主電磁石について、従来と同様に制御電流
を求める。

【００２４】ホモポーラ型のラジアル磁気軸受の場合
は、各主電磁石について１組のコイルが設けられ、各組
のコイルに個別にバイアス電流と制御電流を合わせた励
磁電流が供給される。従って、全体で４組のコイルが設
けられ、アンプは４個必要である。この場合、各組のコ
イルを、その組の主電磁石と、回転体の中心に対してこ
の主電磁石の制御軸方向の同じ側にある副電磁石の磁極
に巻き、各電磁石磁極のコイルの巻き数は、主電磁石を
１として余弦波状に変化するように決定する。そして、
各組のコイルに対して、上記のようにして求めた制御電
流をそれぞれ供給する。これにより、各組のコイルにお
ける励磁電流による磁束密度が、その組の主電磁石を
「１」として余弦波状に変化し、全体として、各電磁石
磁極により磁束密度が、回転体を吸引する側で正の最大
の値になって、反対側で負の最小の値になり、しかも回
転体周方向の磁束密度の変化が余弦波状になる。

【００２５】ハイブリッド型のラジアル磁気軸受の場合
は、各制御軸について１組のコイルが設けられ、各組の
コイルに個別に制御電流が供給される。従って、全体で
２組のコイルが設けられ、アンプは２個必要である。こ
の場合、各組のコイルを、その組の制御軸の２個の主電
磁石と全ての副電磁石に巻き、各電磁石磁極のコイルの
巻数は、主電磁石を「１」として余弦波状に変化するよ
うに決定する。また、各組のコイルに制御電流を流した
ときに、回転体の中心に対してその制御軸方向の両端
で、コイルによって形成される制御磁束が互いに逆特性
になるように、コイルの巻き方向を逆にする。これによ
り、各組のコイルに同じ制御電流を流したときに、その
制御軸方向の片側では正方向、反対側では負方向とな
る。そして、各組のコイルに対して、上記のようにして
求めた制御電流を供給する。これにより、各組のコイル
における制御電流による制御磁束密度が、その組の主電
磁石を「１」として余弦波状に変化し、バイアス磁束と
制御磁束とを合わせた全体の磁束密度が、回転体を吸引
する側で最大の値になって、反対側で最小の値になり、
回転体周方向全体の磁束密度の変化が余弦波状になる。

【００２６】また、磁極数が３の倍数の場合には、モー
タの駆動アンプとして一般的に使われる３相アンプを使
って制御することができる。例として、６突極の場合に
は、対向する磁極を正負反対の電流を通すことで、３相
インバータを使って安価に本発明を実現することができ
る。この場合のラジアル磁気軸受の構成例が、図１５に
示されている。図１５において、軸Ａのｘ方向、ｙ方向
は、ＸセンサＳｘ及びＹセンサＳｙによって検出され
る。軸Ａが中心になければ、それらのセンサ信号が、コ
ントローラＣoｎｔに入れられて、軸中心に戻るような
操作信号が作られる。このｘ，ｙ方向の２相の操作信号
は、２相・３相変換ＣＶによって３相のＵ，Ｖ，Ｗの操
作信号に変換されて、３相駆動アンプＡＰで増幅され
る。そして、この電流によって６突極の制御電流が制御
される。

【００２７】一方、本発明の制御型ラジアル磁気軸受
は、例えば、少なくとも３個の電磁磁石磁極を備え、各
電磁石磁極が、ラジアル方向内側に突出した突極を有
し、各突極の回転体に面する部分の回転体周方向全体の
両端に、回転体周方向に張り出した張出部が互いに近接
している。

【００２８】この場合、各電磁石磁極のコイルの巻き数
を同数にし、各電磁石磁極における制御電流の制御は、
従来と同様に行うことができる。そして、突極に張出部
が形成されることにより、突極の部分においても磁束密
度が回転体周方向に徐々に変化するようになり、隣接す
る突極の互いに近接していることにより、突極のある部
分とない部分との磁束密度の差が小さくなり、突極の間
の変化が小さくなって、渦電流が減少し、渦電流損及び
回転損が小さくなる。

【００２９】また、本発明にかかる電磁石磁極として、
上記各突極の先端を細い張出しによって隣接する突極と
結合した、いわゆる閉スロット型のものを採用すること
も可能である。このような閉スロット型のものにしてお
けば、突極の部分において、磁束密度が回転体周方向に
連続的に極めて滑らかに変化するようになり、隣接する
突極の互いに結合されていることにより、突極のある部
分とない部分との磁束密度の差はほとんどなくなり、突
極の間の変化が極めて円滑的な状態となって、渦電流損
及び回転損はほとんどなくなる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１〜図３は、第１実施形
態を示している。第１実施形態の制御型ラジアル磁気軸
受はホモポーラ型のものであり、図１は横平断面を、図
２は縦断面を、図３は制御系の構成を示している。な
お、以下の説明において、互いに直交する２つのラジア
ル方向制御軸のうち、一方をｘ軸、他方をｙ軸とする。

【００３１】図１に示すように、ラジアル磁気軸受は、
１２個のホモポーラ型電磁石Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，
Ｍ５，Ｍ６，Ｍ7，Ｍ８，Ｍ９，Ｍ１０，Ｍ１１，Ｍ12
を備えている。以下、これらの電磁石を、符号「Ｍ」で
総称することとする。上記１２個の電磁石Ｍは、例えば
鉛直状に延在する回転体１の周囲に、当該回転体１の周
方向（以下、「周方向」と略す）に等間隔をおいて配置
されている。このときの各電磁石Ｍの配置間隔（角度）
はπ／６（＝３０°）であり、これをαとする。第１電
磁石Ｍ１は、ｘ軸の正側（図１の右側）に、第７電磁石
Ｍ7はｘ軸の負側（図１の左側）に、第４電磁石Ｍ４は
ｙ軸の正側（図１上右側）に、第１０電磁石Ｍ１０はｙ
軸の負側（図１の下側）にそれぞれ配置されている。こ
れらを主電磁石ということにする。残りの電磁石Ｍ２，
Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ８，Ｍ９，Ｍ１１，Ｍ12は、上記
主電磁石Ｍ１，Ｍ４，Ｍ7，Ｍ１０の間に等間隔をおい
て配置されている。これらを副電磁石ということにす
る。

【００３２】上記回転体１の外周部には、当該回転体１
の軸線方向（以下、「軸線方向」と略す）、すなわち図
２の上下方向に所定の間隔をおいた２箇所に、積層鋼板
を使用したロータ部２，３がそれぞれ形成されている。
これらのロータ部２，３の周囲には、円環状のステータ
４が、上記回転体１と同心状となるように配置されてお
り、そのステータ４の部分に上記電磁石Ｍが設けられて
いる。

【００３３】このとき、特に図２に示されているよう
に、上記各電磁石Ｍは、縦断面略コ字状の積層鋼板から
なるコア５を備えており、軸方向の上下両端に、ラジア
ル方向の内側に突出して磁極６，７を構成する突極８，
９を有している。図２上側突極８は、同じく図２上側の
ロータ部２に対向し、下側突極９は、下側のロータ部３
に対向している。これらのロータ部２，３に外周面に対
面する上記各突極８，９のラジアル方向内側の面（先端
面）は、上記ロータ部２，３の外周面に沿う凹状の円筒
面となっており、この先端面の周方向両端に、周方向に
張り出した張出部８ａ，８ａが一体的に形成されてお
り、周方向に隣接する張出部８ａの周方向先端部どうし
が互いに近接するように配置されている。

【００３４】また、上記各電磁石Ｍの上下の突極８，９
には、それぞれ励磁電流を流すためのコイル１０，１１
が巻かれており、これによって磁極６，７が形成されて
いる。各電磁石Ｍのコイル１０，１１の巻き数は、互い
に等しくなるように設定されていて、各電磁石Ｍにおい
て、図示上下の磁極６，７のコイル１０，１１どうし
は、互いに直列に接続されている。

【００３５】次に、図３を参照して、第１実施形態なか
かるラジアル磁気軸受の制御系について説明する。な
お、図３には、回転体１と各電磁石Ｍの磁極６の部分だ
けを示している。

【００３６】詳細な図示は省略したが、電磁石Ｍの近傍
に、回転体１のｘ軸方向の変位を検出するための２個の
ｘ軸方向位置センサ１２，１３と、回転体２のｙ軸方向
の変位を検出するための２個のｙ軸方向位置センサ１
４，１５が設けられている。

【００３７】ラジアル磁気軸受には、また、上記位置セ
ンサ１２〜１５の出力信号に基づいて各電磁石Ｍのコイ
ル１０，１１に供給する励磁電流を制御するラジアル方
向制御用のコントローラ（制御手段）１６が設けられて
いる。このコントローラ１６には、上述した２個のｘ軸
方向位置センサ１２，１３の出力信号の差を演算するこ
とによって回転体１のｘ軸方向の変位を求めるｘ軸方向
変位演算部１７、及び２個のｙ軸方向位置センサ１４，
１５の出力信号の差を演算することによって回転体１の
ｙ軸方向の変位を求めるｙ軸方向変位演算部１８が設け
られているとともに、回転体１のｘ軸方向の変位及びｙ
軸方向の変位に基づいて、上記各電磁石Ｍに対する励磁
電流信号を出力するＰＩＤ制御部１９が設けられてい
る。このＰＩＤ制御部１９から各電磁石Ｍに出力される
励磁電流信号は、各電磁石Ｍのコイル１０に対応して設
けられた１２個のアンプ（電流増幅器）Ａ１，Ａ２，Ａ
３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７，Ａ８，Ａ９，Ａ１０，Ａ
１１，Ａ１２により増幅して供給される構成になされて
いる。これらのアンプは、符号Ａで総称する。

【００３８】上記コントローラ１６のＰＩＤ制御部１９
は、４個の電磁石を有する従来の制御型ラジアル磁気軸
受の場合と同様の方法により、回転体１のｘ軸方向の変
位に基づいて、ｘ軸方向の２個の主電磁石Ｍ１，ｍ7に
対するｘ軸方向の制御電流値Ｉxcを演算するとともに、
回転体１のｙ軸方向の変位に基づいて、ｙ軸方向の２個
の主電磁石Ｍ４，Ｍ１０に対するｙ軸方向の制御電流値
Ｉycを演算する機能を備えている。これらの制御電流値
Ｉxc，Ｉycを、基準制御電流値ということにする。

【００３９】次に、上記ＰＩＤ制御部１９は、各電磁石
Ｍにおける制御電流が、回転体１を磁気吸引する側で正
方向の最大の値になって、反対側で負方向の最小の値に
なり、しかも周方向に徐々に変化するように、上記基準
制御電流値Ｉxc，Ｉycに基づいて、各電磁石Ｍのコイル
１０に供給する制御電流値を決定するように構成されて
いる。この上記各電磁石Ｍのコイル１０に供給する制御
電流値をＩｃで総称する。そして、上記ＰＩＤ制御部１
９は、一定のバイアス電流値Ｉｃに比例するバイアス電
流値信号と、上記のようにして求めた制御電流値Ｉｃに
比例する制御電流値信号との和を励磁電流値信号を増幅
してアンプＡに出力する。そして、１２個のアンプＡ
が、１２個の励磁電流値信号を増幅して、対応する１２
個の電磁石Ｍのコイル１０に励磁信号を供給する。

【００４０】この例における上記ＰＩＤ制御部１９は、
各電磁石Ｍにおける制御電流が余弦波状に変化するよう
に、各電磁石Ｍのコイル１０に供給する制御電流値Ｉｃ
を決定する。このようにした場合、一般的に、任意の位
置にある電磁石Ｍに供給する制御電流値Ｉｃは、次の式
で表される。次式において、θは、電磁石Ｍの位置を表
す角度であり、第１電磁石Ｍ１の位置（ｘ軸の正方向の
位置）を「０」として反時計回りに表している。

【００４１】 Ｉｃ＝Ｉxc・｜ｃｏｓθ｜＋Ｉyc・｜ｓｉｎθ｜・・・・（１） （０≦θ≦π／４のとき） Ｉｃ＝−Ｉxc・｜ｃｏｓθ｜＋Ｉyc・｜ｓｉｎθ｜・・・（２） （π／４≦θ≦π／２のとき） Ｉｃ＝−Ｉxc・｜ｃｏｓθ｜−Ｉyc・｜ｓｉｎθ｜・・・（３） （π／２≦θ≦３π／４のとき） Ｉｃ＝Ｉxc・｜ｃｏｓθ｜−Ｉyc・｜ｓｉｎθ｜・・・・（４） （３π／４≦θ≦πのとき）

【００４２】従って、上記のようにした場合に、１２個
のアンプＡから各電磁石Ｍのコイル１０に供給される励
磁電流（＝Ｉｏ＋Ｉｃ）のうちの制御電流値Ｉｃを、そ
れぞれ、Ｉc1，Ｉc2，Ｉc3，Ｉc4，Ｉc5，Ｉc6，Ｉc7，
Ｉc8，Ｉc9，Ｉc10，Ｉc11及びＩc12とすると、これら
は次のようになる。 Ｉc1＝Ｉxc・ｃｏｓ０＋Ｉyc・ｓｉｎ０ ＝Ｉxc・・・・・（５） Ｉc2＝Ｉxc・ｃｏｓα＋Ｉyc・ｓｉｎα ＝０．８６６・Ｉxc＋０．５・Ｉyc・・・・・・・・（６） Ｉc3＝Ｉxc・ｃｏｓ２α＋Ｉyc・ｓｉｎ２α ＝０．５・Ｉxc＋０．８６６・Ｉyc・・・・・・・・（７） Ｉc4＝Ｉxc・ｃｏｓ３α＋Ｉyc・ｓｉｎ３α ＝Ｉyc・・・・・（８） Ｉc5＝−Ｉxc・ｃｏｓ２α＋Ｉyc・ｓｉｎ２α ＝−０．５・Ｉxc＋０．８６６・Ｉyc・・・・・・・（９） Ｉc6＝−Ｉxc・ｃｏｓα＋Ｉyc・ｓｉｎα ＝−０．８６６・Ｉxc＋０．５・Ｉyc・・・・・・（１０） Ｉc7＝−Ｉxc・ｃｏｓ０＋Ｉyc・ｓｉｎ０ ＝−Ｉxc・・・・・（１１） Ｉc8＝−Ｉxc・ｃｏｓα−Ｉyc・ｓｉｎα ＝−０．８６６・Ｉxc−０．５・Ｉyc・・・・・・（１２） Ｉc9＝−Ｉxc・ｃｏｓ２α−Ｉyc・ｓｉｎ２α ＝−０．５・Ｉxc−０．８６６・Ｉyc・・・・・・（１３） Ｉc10＝Ｉxc・ｃｏｓ３α−Ｉyc・ｓｉｎ３α ＝−Ｉyc・・・・・（１４） Ｉc11＝Ｉxc・ｃｏｓ２α−Ｉyc・ｓｉｎ２α ＝０．５・Ｉxc−０．８６６・Ｉyc・・・・・・（１５） Ｉc12＝Ｉxc・ｃｏｓα＋Ｉyc・ｓｉｎα ＝０．８６６・Ｉxc−０．５・Ｉyc・・・・・・（１６）

【００４３】これにより、各電磁石Ｍにおける制御電流
が、回転体１を吸引する側で正方向の最大の値になっ
て、反対側で負方向の最小の値になり、しかも周方向全
体として制御電流の変化が余弦波状になる。その結果、
励磁電流が、回転体１を吸収する側で最大の値になると
ともに、反対側で最小の値になって、これらの間で余弦
波状に変化し、周方向全体の磁束密度の変化が余弦波状
になる。

【００４４】図４及び図５は、第２の実施形態を示して
いる。この第２実施形態にかかるラジアル磁気軸受は、
ハイブリッド型のものであり、図４は縦断面を、図５は
制御系の構成を示している。そして、この第２実施形態
にかかる図４及び図５において、上述した第１実施形態
の図２及び図３のものに対応する部分には、同一の符号
を付している。また、

【００４５】ラジアル磁気軸受は、第１実施形態の場合
と同様に配置された１２個のハイブリッド型電磁石ｍ1
〜ｍ12を備えているが、図４に示すように、各電磁石ｍ
は、上下両端に磁極を有する永久磁石２０を備えてお
り、その永久磁石２０の図示上端には、コイル１０が巻
かれて磁極６を構成する突極８が設けられている。ま
た、上記永久磁石２０の図示下端には、バイアス用ヨー
ク２１が設けられて、電磁石ｍ全体がコ字状になされて
いる。

【００４６】ここで、上記突極８は、積層鋼板により構
成されいて、回転体１のロータ部２の外周面に対向する
ように配置されている。また、上記ヨーク２１は、回転
体１のロータ部２の図示下方に形成されたフランジ部２
２の外周面に対向している。上記永久磁石２０は、図示
上下の同じ側の極性が全て同一になるように配置されて
いる。この例では、上側がＮ極、下側がＳ極となるよう
に永久磁石２０が配置されている。このため、永久磁石
２０により、当該永久磁石２０の上端から、突極８、回
転体１及びヨーク２１を通って永久磁石２０の下端に戻
る閉じた磁路が形成されることとなり、上記突極８の先
端部には、Ｎ極のバイアス磁極が形成され、ヨーク２１
の先端部には、Ｓ極のバイアス磁極が形成されるように
なっている。このとき、上記各電磁石ｍのコイル１０の
巻き数は互いに等しく設定されている。

【００４７】一方、図５に示すように、ラジアル方向に
対向する位置にある２個の電磁石ｍのコイル１０同士は
直列に接続されている。すなわち、第１電磁石ｍ1と第
７電磁石ｍ7のコイル１０同士、第２電磁石Ｍ２と第８
電磁石Ｍ８のコイル１０同士、第３電磁石Ｍ３と第９電
磁石Ｍ９のコイル１０同士（図示省略）、第４電磁石Ｍ
４と第１０電磁石ｍ1０のコイル１０同士（図示省
略）、第５電磁石Ｍ５と第１１電磁石ｍ1ｌのコイル１
０同士（図示省略）、第６電磁石Ｍ６と第１２電磁石ｍ
12のコイル１０同士（図示省略）が、それぞれ、直列に
接続されている。そして、直列に接続された対向する２
個の電磁石ｍのコイル１０に、それぞれ、同一の制御電
流が供給されるようになっている。また、対向する２個
の電磁石ｍのコイル１０に同一の制御電流を流したとき
に、制御電流により形成される磁束の極性が２個の電磁
石ｍで互いに逆極性になるように、２個の電磁石ｍのコ
イル１０の巻き方向が互いに逆になっている。すなわ
ち、対向する２個の電磁石ｍのコイル１０に同一の制御
電流を流したときに、一方では正方向、他方では負方向
となるようにしている。

【００４８】コントローラ１６の構成は、アンプＡの数
と制御部１９における処理の一部を除いて、第１実施形
態の場合と同じである。すなわち、上記コントローラ１
６には、第１電磁石ｍ1と第７電磁石ｍ7の組、第２電磁
石Ｍ２と第８電磁石Ｍ８の組、第３電磁石Ｍ３と第９電
磁石Ｍ９の組、第４電磁石Ｍ４と第１０電磁石Ｍ１０の
組、第５電磁石ｍ５と第１１電磁石ｍ1ｌの組及び第６
電磁石ｍ６と第１２電磁石ｍ12の組にそれぞれ対応する
６個のアンプＡｌ〜Ａ６が設けられている。なお、図５
では、アンプＡ３〜Ａ６に関する接続関係が省略されて
いるが、上述したように、アンプＡｌ，Ａ２と同様な関
係で接続されている。

【００４９】このようなコントローラ１６において、制
御部１９は、第１実施形態の場合と同様に、Ｘ軸方向の
基準制御電流値Ｉxc及びＹ軸方向の基準制御電流値Ｉyc
を演算し、これらの基準制御電流値Ｉxc、Ｉｙｅに基づ
いて、各電磁石Ｍのコイル１０に供給する制御電流値Ｉ
ｃを決定し、この制御電流値Ｉｃに比例する制御電流値
信号をアンプＡに出力する。そして、６個のアンプＡ
が、６つの制御電流値信号を増幅して、対応する６組の
電磁石Ｍのコイル１０に制御電流Ｉｃを供給する。

【００５０】この例の場合も、制御部１９は、各電磁石
ｍにおける制御電流が余弦波状に変化するように、６組
の２個ずつの電磁石ｍのコイル１０に供給する制御電流
値Ｉｃを決定する。このようにした場合、一般的に、任
意の位置θにある電磁石に供給する制御電流値Ｉｃは、
第１実施形態における前記の式（１）〜（４）で表され
る。従って、６個のアンプＡから６組の２個ずつの電磁
石ｍのコイル１０に供給される制御電流値Ｉｃを、それ
ぞれ、Ｉc1、Ｉc2、Ｉc3、Ｉc4、Ｉc5及びＩc6とする
と、これらは第１実施形態における前記の式〈５）〜
（１０）のようになる。これにより、第１電磁石ｍ1〜
第６電磁石Ｍ６のコイル１０には、前記の式（５）〜
（１０）で表される制御電流が供給される。また、第７
電磁石ｍ7〜第１２電磁石ｍ12のコイル１０の巻き方向
は、対向する第１電磁石ｍ1〜第６電磁石Ｍ６のコイル
１０の巻き方向と逆になっているから、第７電磁石ｍ7
〜第１２電磁石ｍ12のコイル１０には、前記の（１１）
〜（１６）で表される制御電流が供給されることにな
る。

【００５１】上記のように各電磁石ｍのコイル１０に制
御電流が供給されることにより、各電磁石ｍの磁極６
に、水久磁石２０によるバイアス磁束と制御電流による
制御磁束を合わせた結束が形成される。このとき、各組
の２個の電磁石ｍのコイル１０には同一の制御電流が供
給されるが、一方では正方向、他方では負方向となるた
め、各組の２個の電磁石ｍに発生する制御磁束の極性は
逆で、制御滋束密度の絶対値は互いに等しい。そして、
回転体１を吸引する側では、制御磁束の極性はバイアス
磁束の極性Ｎ極と同一であり、反対側では、制御磁束の
極性はバイアス磁束の極性と逆になる。このため、回転
体１を吸引する側では、全件の磁束密度がバイアス磁束
密度よりも大きくなり、反対側では、全件の磁束密度が
バイアス磁束密度よりも小さくなる。また、制御電流Ｉ
ｃの最大値は、制御磁束密度の絶対値がバイアス磁束密
度の絶対値より小さくなるように設定されており、その
ため、バイアス磁束と制御磁束を合わせた全件の磁束
は、全電磁石Ｍについて同極性（Ｎ極）となる。

【００５２】他は、第１実施形態の場合と同様である
が、このような第２実施形態の場合においては、必要な
アンプＡの数が電磁石ｍの数の半数ですむ。

【００５３】図６は、本発明にかかる第３の実施形態を
示している。この第３実施形態では、図示上下２組の制
御型ラジアル磁気軸受２３，２４が一体に形成された一
体型ラジアル磁気軸受装置であり、図６は縦断面を示し
ている。この第３実施形態の図６において、前述した第
１実施形態の図２及び第２実施形態の図４のものに対応
する部分には同一の符号を付している。

【００５４】まず、上側ラジアル磁気軸受２３は、上述
した第２実施形態の場合と同様に配置された１２個の電
磁石（上側電磁石）ｍ1〜ｍ12を備えている。各電磁石
ｍは、コイル１０が巻かれて磁極６を構成する突極８を
備えている。各突極８は、回転体１の上側ロータ部２の
外周面に対向している。図示下側ラジアル磁気軸受２４
は、図示上側電磁石ｍと同様に配置された１２個の電磁
石（下側電磁石）ｍ1〜ｍ12を備えている。なお、図６
には、２個の下側電磁石ｍ1，ｍ7だけが示されている。
下側電磁石は、符号ｍで総称する。また、下側電磁石ｍ
の構成は、上側電磁石ｍと同じであり、同じ部分には同
一の符号を付している。

【００５５】図示下側電磁石ｍの突極８は、回転体１の
下側ロータ部３の外周面に対向している。互いに対応す
る上側電磁石ｍの突極８と下側電磁石ｍの突極８のラジ
アル方向外側端部同士が、鉛直棒状の永久磁石２０によ
って連結されている。第２実施形態の場合と同様、永久
磁石２０の上端がＮ極、下端がＳ極となっている。この
ため、永久磁石２０により、水久磁石２０の上端から上
側電磁石Ｍの突極８、回転体１及び下側電磁石ｍの突極
８を通って永久磁石２０の下端に戻る閉じた磁路が形成
され、上側電磁石ｍの磁極６の部分にはＮ極のバイアス
形成が形成され、下側電磁石ｍの磁極６の部分にはＳ極
のバイアス磁極が形成される。

【００５６】上側ラジアル磁気軸受２３及び下側ラジア
ル磁気軸受２４の構成は、第２実施形態の場合と同様で
ある。

【００５７】図７は、第４実施形態を示している。第４
実施形態は、図示上側の制御型アキシアル磁気軸受２５
と、図示下側の制御型ラジアル磁気軸受２６とが一体に
形成されたアキシアル兼用ラジアル磁気軸受装置であ
り、図７は、縦断面を示している。この第４実施形態に
かかる図７において、前述した第２実施形態の図４のも
のに対応する部分には、同一の符号を付している。

【００５８】まず、アキシアル磁気軸受２５は、回転体
１に形成されたフランジ部２７の周囲に配置された円環
状のコア２８を備えている。コア２８の縦断面形状は略
コ字状で、図示上下の両端に、上記フランジ部２７を上
下両側から挟む円環状の磁極２９，３０が形成されてい
る。また、上記コア２８内のラジアル方向外寄りの部分
に、アキシアル方向の制御電流を流すための円環状のコ
イル３１が設けられている。

【００５９】一方、ラジアル磁気軸受２６は、第２実施
形態の場合と同様の１２個の電磁石ｍ1〜ｍ12を備えて
いる。そして、各電磁石ｍの突極８のラジアル方向外側
端部とアキシアル磁気軸受２５のコア２８のラジアル方
向外側部分とが、第２実施形態の場合と同様の永久磁石
２０により連結されている。永久磁石２０により、図７
に実線で示すように、水久磁石２０の上端からアキシア
ル磁気軸受２５のコア２８の上下の磁極２９，３０、回
転体１のフランジ部２７、回転体１及びラジアル磁気触
受２６の突極８を通って永久磁石２０の下端に戻る閉じ
た磁路が形成される。これにより、アキシアル磁気軸受
２５の上下の磁極２９，３０とフランジ部２７との問に
バイアス磁束が形成され、ラジアル磁気軸受２６の突極
８にＳ極の磁束が形成される。

【００６０】アキシアル磁気軸受２５において、コイル
３１には、図示しないアキシアル方向制御用のコントロ
ーラから制御電流が供給され、これにより、図７に鎖線
で示すように、上下の磁極２９，３０及び回転体１のフ
ランジ部２７を通る環状の制御磁束が形成される。制御
電流の向きが変わると刺御磁束の向きも変わり、フラン
ジ部２７と磁極２９，３０の一方との間では制御磁束に
よってバイアス磁束が強められ、他方との間では制御磁
束によってバイアス磁束が弱められる。そして、図示し
ないアキシアル位置センサにより検出した回転体１のア
キシアル方向変位に基づいて、コイル３１に流す制御電
流の向き及び大きさを制御することにより、回転体１が
アキシアル方向の中立位置に保持される。ラジアル磁気
軸受２６の構成は、第２実施形態の場合と同様である。

【００６１】図８及び図９は、本発明にかかる第５の実
施形態を示している。この第５実施形態におけるラジア
ル磁気軸受は、前述した第１実施形態の場合と同様のホ
モポーラ型のものであり、図８は横断面を、図９は制御
系の構成を示している。当該第５実施形態の図８及び図
９において、第１実施形態の図１及び図３のものに対応
する部分には同一の符号を付している。

【００６２】ラジアル磁気軸受は、第１実施形態の場合
と同様に配置された１２個のホモポーラ型電磁石Ｍ1〜
Ｍ12を備えている。各電磁石Ｍの構成は、次に説明する
コイルの巻き方を除いて、図２に示す第１実施形態の場
合と同じである。ラジアル磁気軸受には、４個の主電磁
石Ｍ1，Ｍ４，Ｍ7，Ｍ１０にそれぞれ対応する４組のコ
イルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4が設けられている。コイルは、
符号Ｃで総称する。そして、コントローラ１６から各組
のコイルＣに個別にバイアス電流と制御電流を合わせた
励磁電流が供給される。各組のコイルＣは、その組の主
電磁石Ｍと、回転体１の中心に対してこの主電磁石Ｍの
制御紬方向の同じ側にある副電磁石Ｍに巻かれ、各電磁
石ＭのコイルＣの巻き数は、主電磁石Ｍを１として余弦
波状に変化するように決定される。

【００６３】具体的に説明すると、第１組のコイル（第
１コイル）Ｃ1は第１〜第３、第１１及び第１２電磁石
Ｍ1，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ1ｌ，Ｍ12に、第２組のコイル（第
２コイルＣ2は第２〜第６電磁石Ｍ２〜Ｍ６に、第３組
のコイル（第３コイル）Ｃ3は第５〜第９電磁石Ｍ５〜
Ｍ９に、第４組のコイル（第４コイル）Ｃ4は第８〜第
１２電磁石Ｍ８〜Ｍ12に巻かれる。

【００６４】第１電磁石Ｍ1及び第７電磁石Ｍ7における
第１コイルＣ1及び第３コイルＣ3の巻き数をＮx0、第４
電磁石Ｍ４及び第１０電磁石Ｍ１０における第２コイル
Ｃ2及び第４コイルＣ4の巻き数をＮy0とすると、一般的
に、任意の位置θにある電磁石のコイルに巻かれる第１
コイルＣ1あるいは第３コイルＣ3の巻き数Ｎx、第２コ
イルＣ2あるいは第４コイルＣ4の巻き数Ｎｙ次の式で表
される。 Ｎｘ＝Ｎx0・｜ｃｏｓθ｜ ・・・・・（１７） Ｎｙ＝Ｎy0・｜ｓｉｎθ｜ ・・・・・（１８） 従って、上記のようにした楊合に、各電磁石Ｍにおける
第１コイルＣ1あるいは第３コイルＣ3の巻き数をＮx1〜
Ｎx12、第２コイルＣ2あるいは第４コイルＣ4の巻き数
をＮx1〜Ｎy12とすると、これらは次のようになる。 Ｎx1＝Ｎx7＝Ｎx0・ｃｏｓ０＝Ｎx0 ・・・・・・（１９） Ｎx2＝Ｎx6＝Ｎx8＝Ｎx12 ＝Ｎx0・ｃｏｓθ＝０．８６６・Ｎx0 ・・・・・・（２０） Ｎx3＝Ｎx5＝Ｎx9＝Ｎx11 ＝Ｎx0・ｃｏｓ２θ＝０．５・Ｎx0 ・・・・・・（２１） Ｎx4＝Ｎx10＝Ｎx0・ｃｏｓ３θ＝０ ・・・・・・（２２） Ｎy1＝Ｎy7＝Ｎx0・ｓｉｎ０＝０ ・・・・・・（２３） Ｎy2＝Ｎy6＝Ｎy8＝Ｎy12 ＝Ｎy0・ｓｉｎα＝０．５・Ｎy0 ・・・・・・・・（２４） Ｎy3＝Ｎy5＝Ｎy9＝Ｎy11 ＝Ｎy0・ｓｉｎ２α＝０．８６６・Ｎy0 ・・・・・（２５） Ｎy4＝Ｎy10＝Ｎy0・ｓｉｎ３α＝Ｎy0 ・・・・・（２６） 通常、Ｎx0とＮy0は等しい。

【００６５】コントローラ１６の構成は、アンプＡの数
と制御部１９における処理の一部を除いて、第１実施形
態の場合と同じであるが、当該コントローラ１６には、
４組のコイルＣにそれぞれ対応する４個のアンプＡｌ，
Ａ２，Ａ３，Ａ４が設けられている。

【００６６】上記コントローラ１６において、制御部１
９は、第１実施形態の場合と同様に、Ｘ軸方向の制御電
流値Ｉxc及びＹ軸方向の制御電流値Ｉycを演算し、一定
のバイアス電流値Ｉｏに比例するバイアス電流値信号と
制御電流値Ｉxc，Ｉycに比例する制御電流値信号を合わ
せた信号を励磁電流値信号として対応するアンプＡに出
力する。そして、４個のアンプＡが、４つの励磁電流値
信号を増幅して、対応する４つのコイルＣに励磁電流を
供給する。第１アンプＡ１から第１コイルＣ1に供給さ
れる励磁電流値をＩ1、第２アンプＡ２から第２コイル
Ｃ2に供給される励磁電流値をＩ2、第３アンプＡ３から
第３コイルＣ3に供給される励磁電流値をＩ3、第４アン
プ４から第４コイルＣ4に供給される励磁電流値をＩ4と
すると、これらは次のようになる。

【００６７】Ｉ1＝Ｉ0＋Ｉxc ・・・・・・（２７） Ｉ2＝Ｉ0＋Ｉyc ・・・・・・（２８） Ｉ3＝Ｉ0−Ｉxc ・・・・・・（２９） Ｉ4＝Ｉ0−Ｉyc ・・・・・・（３０）

【００６８】この場合、各組のコイルＣにそれぞれ同一
の励磁電流が供給されるが、上記のように、電磁石Ｍの
位置によって各組のコイルＣの巻き数が変えられている
ため、各組のコイルＣにおける励磁電流による磁束密度
が、その組の主電磁石Ｍを１として余弦波状に変化し、
全体として、各電磁石Ｍによる磁束密度が、回転体１を
吸引する側で正の最大の値になって、反対側で負の最小
の値になり、しかも周方向の磁束密度の変化が余弦液状
になる。

【００６９】図１０及び図１１は、本発明にかかる第６
実施形態を示している。この第６実施形態のラジアル磁
気軸受は、第２実施形態の場合と同様のハイブリッド型
のものであり、第５実施形態のものと類似の構成を有す
る。図１０は横平断面を、図１１は制御系の構成を示し
ている。当該第６実施形態の図１０及び図１１におい
て、上述した第５実施形態の図８及び図９のものに対応
する部分には同一の符号を付している。

【００７０】ラジアル磁気軸受は、第２実施形態の場合
と同様に配置された１２個のハイブリッド型電磁石Ｍ11
〜Ｍ12を備えている。各電磁石Ｍの構成は、次に説明す
るコイルの巻き方を除いて、図４に示す第２実施形態の
場合と同じである。

【００７１】本実施形態におけるラジアル磁気軸受に
は、Ｘ軸及びＹ軸にそれぞれ対応する２組のコイルＣ
1，Ｃ2が設けられている。そして、コントローラ１６か
ら各組のコイルＣに個別に制御電流が供給される。各組
のコイルＣは、その組の制御軸の２個の主電磁石Ｍと全
ての副電磁石Ｍに巻かれ、各電磁石ＭのコイルＣの巻き
数は、主電磁石Ｍを１として余弦波状に変化するように
決定される。

【００７２】具体的に説明すると、第１組のコイル（第
１コイル）Ｃは、第１〜第３電磁石Ｍ１〜Ｍ３、第５〜
第９電磁石Ｍ５〜Ｍ９、第１１及び第１２電磁石Ｍ1
ｌ，Ｍ12に、第２組のコイル（第２コイル）Ｃ2は、第
２〜第６電磁石Ｍ２〜Ｍ６、第７〜第１２電磁石Ｍ7〜
Ｍ12に巻かれている。

【００７３】上記第１電磁石Ｍ1及び第７電磁石Ｍ7にお
ける第１コイルＣ1の巻き数をＮx0、第４電磁石Ｍ４及
び第１０電磁石Ｍ１０における第２コイルＣ2の巻き数
をＮy0とすると、一般的に、任意の位置θにある電磁石
のコイルに巻かれる第１コイルＣ1の巻き数Ｎx及び第２
コイルＣ2の巻き数をＮyは、前記式（１７）及び（１
８）で表される。

【００７４】従って、上記のようにした場合に、各電磁
石Ｍにおける第１コイルＣ1の巻き数をＮx1〜Ｎx12、第
２コイルＣ2の巻き数をＮy1〜Ｎy12とすると、これらは
前記の式（１９）〜（２６）で表される。

【００７５】第１コイルＣ1はラジアル方向に対向する
５対の電磁石Ｍに巻かれているが、これに後述するよう
に制御電流を流したときに、対向する電磁石Ｍの一方で
は正方向、他方では負方向となるように、対向する２個
の電磁石Ｍのコイルc1の巻き方向が互いに逆になってい
る。

【００７６】コントローラ１６の横成は、アンプＡの数
と制御部１９における処理の一部を除いて、第５実施形
態の湯合と同じであるが、上記コントローラ１６には、
２組のコイルＣにそれぞれ対応する２個のアンプＡｌ，
Ａ２が設けられている。

【００７７】コントローラ１６において、制御部１９
は、第２実施形態の場合と同様に、Ｘ軸方向の制御電流
値Ｉxc及びＹ軸方向の制御電流値Ｉycを演算し、これら
の制御電流値Ｉxc、Ｉycに比例する制御電流値信号を対
応するアンプＡに出力する。そして、第１アンプＡｌか
ら第１コイルＣ1に制御電流Ｉxcが供給され、第２アン
プＡ２から第２コイルＣ2に制御電流Ｉycが供治され
る。これにより、第１〜第３電磁石Ｍ1〜Ｍ３、第１１
及び第１２電磁石Ｍ1ｌ，Ｍ12の第１コイル１に制御電
流Ｉxcが流れるが、これらに対向する第５〜第９電磁石
Ｍ５〜Ｍ９では、前記のように第１コイルＣ1の巻き方
向が泣になっているため、逆方向の制御電流（−Ｉxc）
が流れることになる。同様に、第２〜第６電磁石Ｍ２〜
Ｍ６の第２コイルＣ2に制御電流Ｉycが流れるが、これ
らに対向する第８〜第１２電磁石Ｍ８〜Ｍ12では、前記
のように第２コイルＣ2の巻き方向が逆になっているた
め、逆方向の制御電流（−Ｉyc）が流れることになる。

【００７８】この場合も、各組のコイルＣにそれぞれ同
一の励磁電流が供給されるが、上記のように、電磁石Ｍ
の位置によって各組のコイルＣの巻き数が変えられてい
るため、各組のコイルＣにおける制御電流による磁束密
度が、その組の２個の主電磁石Ｍを１として余弦波状に
変化し、バイアス磁束と制御磁束を合わせた全体の磁束
密度が、回転体１を吸引する側で正の最大の値になっ
て、反対側で負の最小の値になり、しかも周方向の磁束
密度の変化が余弦波状になる。

【００７９】上記の第１〜第６実施形態のラジアル磁気
軸受においては、回転体１のロータ部２，３に面する各
電磁石Ｍの突極８，９の部分に張出部８ａが形成されて
いるため、突極８，９の部分においても磁束密度が周方
向に徐々に変化するようになり、隣接する突極８，９の
張出部８ａが互いに近接しているため、突板８，９のあ
る部分とない部分との磁束密度の差が小さくなり、突極
８，９の間における磁束密度の変化が小さくなる。その
結果、全体として、周方向の磁束密度の変化がより小さ
くなる。しかしながら、第１〜第６実施形態のような構
成のラジアル磁気軸受では、このような突極８，９の張
出部８ａは必ずしも必要ではない。

【００８０】図１２は、本発明の第７実施形態を示して
いる。この第７実施形態のラジアル磁気軸受はホモポー
ラ型のものであり、図１２は横断面と制御系の横成を示
している。第７実施形態にかかる図１２において、第１
実施形態の図１及び図３のものに対応する部分には、同
一の符号を付している。

【００８１】ラジアル磁気軸受は、従来のホモポーラ型
ラジアル磁気軸受と同様に、周方向に等間隔をおいて配
置された４個のホモポーラ型電磁石Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，
Ｍ４を備えている。これら４個の電磁石Ｍ1，Ｍ２，Ｍ
３，Ｍ４は、第１実施形態における４個の主電磁石Ｍ
1，Ｍ４，Ｍ7，Ｍ１０にそれぞれ相当する。

【００８２】各電磁石Ｍの構成は、図２に示す第１実施
形態のものと同様である。ロータ部２，３に面する各突
極８，９のラジアル方向内側の面（先端面）は、ロータ
部２，３の外周面に沿う凹状の円両面となっており、こ
の先端面の周方向両端に、周方向に張り出した張出部８
ａ，８ａが一体に形成されており、周方向に隣接する張
出部８ａの軸線方向の先端部が互いに近接している。ま
た、各電磁石Ｍの突極８には、個別に励磁電流が供給さ
れるコイル１０が巻かれている。

【００８３】コントローラ１６の構成は、図９に示す第
５実施形態のものと同じであり、コントローラ１６から
各電磁石Ｍのコイル１０に前記の式２７〜３０で表され
る励磁電流Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、Ｉ4が供給される。他は、第
１実施形態及び第５実施形態の場合と同様である。

【００８４】図１３は、本発明の第８実施形態を示して
いる。この第８実施形態のラジアル磁気軸受はハイブリ
ッド型のものであり、第７実施形態と類似の構成を有す
る。図１３は、横断面と制御系の構成を示している。当
該第８実施形態にかかる図１３において、第１実施形態
及び第７実施形態の図３、図５及び図１２のものに対応
する部分には同一の符号を付している。

【００８５】ラジアル磁気軸受は、第７実施形値の場合
と同様に配置された４個のハイブリツド型電磁石Ｍ１〜
Ｍ４を備えている。各電磁石Ｍの構成は、図４に示す第
２実施形態のものと同様であって、Ｘ軸方向の２個の電
磁石Ｍ1，Ｍ３のコイル１０が直列に接続され、これら
のコイル１０に同一の制御電流が供給されるようになっ
ている。そして、２個の電磁石Ｍ1，Ｍ３のコイル１０
に同一の制御電流を流したときに、一方では正方向、他
方では逆方向となるように、各電磁石Ｍ１，Ｍ３のコイ
ル１０の巻き方向が互いに逆になっている。Ｙ軸方向の
２個の電磁石Ｍ２，Ｍ４についても、同様である。

【００８６】コントローラ１６の構成は、図１１に示す
第６実施形態のものと同じであり、コントローラ１６か
らＸ触方向の２個の電磁石Ｍ１，Ｍ３のコイル１０に制
御電流Ｉxcが、Ｙ軸方向の２個の電磁石Ｍ２，Ｍ４に制
御電流Ｉycが供給されるようになっている。

【００８７】他は、第２実施形態、第６実施形態及び第
７実施形態の場合と同様であるが、この第８実施形態の
電磁石には、図６または図７に示すようなものを用いる
こともできる。

【００８８】前述した第７及び第８実施形態のラジアル
磁気軸受においては、回転体１のロータ部２，３に面す
る各電磁石Ｍの突極８，９の部分に張出部８ａが形成さ
れているため、突極８，９の部分においても磁束密度が
周方向に徐々に変化するようになり、隣接する突極８，
９の張出部８ａが互いに近接しているため、突極８，９
のある部分とない部分との磁束密度の差が小さくなり、
突極８，９の間における磁束密度の変化が小さくなる。
その結果、全体として、周方向の磁束密度の変化がより
小さくなる。

【００８９】一方、図１４に示された実施形態における
ラジアル磁気軸受は、いわゆる閉スロット型の電磁石磁
極を用いたものであるが、前述した第１の実施形態と同
様に、１２個のホモポーラ型電磁石Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，
Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ7，Ｍ８，Ｍ９，Ｍ１０，Ｍ１
１，Ｍ12を備えているとともに、それらの各電磁石Ｍ
に、ラジアル方向の内側に突出するように突極８が設け
られ、それらの各の突極８のラジアル方向内側の面（先
端面）の周方向両端に、周方向に張り出した張出部８
ａ，８ａが一体的に形成されている。そして、それらの
周方向に隣接する張出部８ａの周方向先端部どうしが互
いに結合されている。

【００９０】このような閉スロット型のものを採用すれ
ば、突極８の部分において、磁束密度が回転体周方向に
連続的に極めて滑らかに変化するようになり、隣接する
突極８，８が互いに結合されていることにより、突極の
ある部分とない部分との磁束密度の差はほとんどなくな
り、突極８の間の変化が極めて円滑的な状態となって、
渦電流損及び回転損はほとんどなくなる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
にかかる制御型ラジアル磁気軸受は、回転体の軸線方向
の同一位置において回転体周方向に所定の間隔をおいて
配置された複数の電磁石磁極を備え、全電磁石磁極が同
一極性である制御型ラジアル磁気軸受において、電磁石
磁極による磁束密度が回転体周方向に徐々に変化するよ
うに構成したことによって、電磁石磁極による磁束密度
を回転体周方向に徐々に連続変化させ、回転体周方向に
おける磁束密度の変化を小さく滑らかにし、それにより
回転に伴って回転体に発生する渦電流を減少させて渦電
流損及び回転損失を小さくしたものであるから、簡易・
低コストな構造で、極めて良好な回転特性を得ることが
できる。

【００９２】また、本発明の請求項２にかかる制御型ラ
ジアル磁気軸受は、少なくとも３個の電磁石磁極を設け
ることによって、上述した効果を得ることができるよう
にしている。

【００９３】さらに、本発明の請求項３にかかる制御型
ラジアル磁気軸受は、各電磁石磁極のコイルに供給する
制御電流を調整することによって、各電磁石磁極による
磁束密度を回転体周方向に徐々に変えるとともに、各電
磁石磁極のコイルに供給する制御電流を調整することに
より、各電磁石磁極による磁束密度の変化を小さくする
ことによって、渦電流を減少させて渦電流損及び回転損
失を小さくしたものであるから、上述した効果を容易に
得ることができる。

【００９４】また、本発明の請求項４にかかる制御型ラ
ジアル磁気軸受は、個別に制御電流が供給される複数組
のコイルを設け、それら各組のコイルを、所定の複数の
電磁石磁極に直列に巻き、同一組のコイルの各電磁石磁
極における巻き数を調整することにより、各電磁石磁極
による磁束密度が回転体周方向に徐々に変え、各電磁石
磁極による磁束密度を回転体周方向に徐々に変えられる
こととして、全体として回転体周方向の磁束密度の変化
を小さくし、渦電流を減少させて渦電流損及び回転損失
を小上述した効果を容易に得ることができる。

【００９５】一方、本発明の請求項５にかかる制御型ラ
ジアル磁気軸受は、各電磁石磁極にラジアル方向内側に
突出した突極を設け、各突極の回転体に面する部分の回
転体周方向全体の両端に、回転体周方向に張り出した張
出部を互いに近接して設けたことによって、上述した効
果を一層向上させることができるようにしている。

【００９６】また、本発明の請求項６にかかる制御型ラ
ジアル磁気軸受は、電磁石磁極として各突極の先端を細
い張出しによって隣接する突極と結合した、いわゆる閉
スロット型のものを採用することにより、突極の部分に
おいて磁束密度を回転体周方向に連続的に極めて滑らか
に変化させ、突極のある部分とない部分との磁束密度の
差をほとんどなくして突極の間の変化を極めて円滑的な
状態とし、渦電流損及び回転損をほとんどなくしたもの
であるから、上述した効果を一層向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の第１実施形態を示す制御型
ラジアル磁気軸受の横断面図である。

【図２】図２は、同縦断面図である。

【図３】図３は、同制御系の構成を表したブロック図で
ある。

【図４】図４は、この発明の第２実施形態を示す制御型
ラジアル磁気軸支の縦断面図である。

【図５】図５は、同制御系の構成を表したブロック図で
ある。

【図６】図６は、この発明の第３実施形態を示す制御型
ラジアル磁気軸受の縦断面図である。

【図７】図７は、この発明の第４実施形態を示す制御型
ラジアル磁気軸受の縦断面図である。

【図８】図８は、この発明の第５実施形態を示す制御型
ラジアル磁気軸受の横断面図である。

【図９】図９は、同制御系の構成を表したブロック図で
ある。

【図１０】図１０は、この発明の第６実施形態を示す制
御型ラジアル磁気軸受の横断面図である。

【図１１】図１１は、同制御系の構成を表したブロック
図である。

【図１２】図１２は、この発明の第７実施形態を示す制
御型ラジアル磁気軸受の横断面と制御系の構成を表した
ブロック図である。

【図１３】図１３は、この発明の第８実施形態を示す制
御型ラジアル磁気軸受の横断面と制御系の横成を表した
ブロック図である。

【図１４】図１４は、閉スロット型の電磁石磁極を採用
した実施形態における制御型ラジアル磁気軸受の横断面
図である。

【図１５】３相インバータを使用して６突極の制御電流
を制御する場合のラジアル磁気軸受の構成例を表したブ
ロック線図である。

【符号の説明】

１ 回転体 ６，７ 磁極 ８，９ 突極 ８ａ 張出部 １０，１１ コイル ２３，２４ ラジアル磁気軸受 Ｍ1〜Ｍ12 電磁石 ｍ1〜ｍ12 電磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金箱 秀樹 長野県諏訪郡原村10801番地の２ 株式会 社三協精機製作所諏訪南工場内 (72)発明者 岡田 養二 茨城県日立市台原３丁目４番６号 (72)発明者 安部 恵輔 千葉県船橋市北本町１−７−８ 株式会社 千葉精密内 Ｆターム(参考） 3J102 AA01 BA17 CA10 CA28 DA09 DB05 DB10 GA09

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体の軸線方向における同一位置に、
   当該回転体の周方向に所定の間隔をおいて複数の電磁石
   磁極が配置され、それらの全電磁石磁極が、同一極性に
   設定された制御型ラジアル軸受において、 上記電磁石磁極による磁束密度が、前記回転体の周方向
   において徐々に変化する構成になされていることを特徴
   とする制御型ラジアル軸受磁気軸受。
2. 【請求項２】 前記電磁石磁極が、少なくとも３個設け
   られていることを特徴とする請求項１記載の制御型ラジ
   アル磁気軸受。
3. 【請求項３】 前記各電磁石磁極に設けられたコイルに
   供給する制御電流を調整することにより、当該各電磁石
   磁極による磁束密度が、回転体の周方向に徐々に変えら
   れる構成になされていることを特徴とする請求項２記載
   の制御型ラジアル磁気軸受。
4. 【請求項４】 前記各電磁石磁極には、個別に制御電流
   が供給される複数組のコイルが設けられ、 それら各組のコイルが、所定の複数の電磁石磁極に直列
   に巻かれ、同一組の各コイルの電磁石磁極に対する巻き
   数が調整されることによって、各電磁石磁極による磁束
   密度が回転体の周方向に徐々に変えられる構成になされ
   ていることを特徴とする請求項２記載の制御型ラジアル
   磁気軸受。
5. 【請求項５】 前記電磁石磁極に、ラジアル方向に突出
   した突極が設けられているとともに、 当該各突極の回転体に面する部分の回転体周方向の両端
   に、回転体周方向に張り出した傘部が形成されたもので
   あって、 前記回転体周方向に隣接する突極の傘部が、互いに近接
   していることを特徴とする請求項２記載の制御型ラジア
   ル磁気軸受。
6. 【請求項６】 前記電磁石磁極に、ラジアル方向に突出
   した突極が設けられているとともに、 当該各突極の回転体に面する部分の回転体周方向の両端
   に、回転体周方向に張り出した傘部が形成されたもので
   あって、 前記回転体周方向に隣接する突極の傘部が、互いに結合
   していることによって、回転体周方向の磁束変化が連続
   的に変化するように構成されていることを特徴とする請
   求項２記載の制御型ラジアル磁気軸受。