JP2019015303A - 磁気軸受の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの振動モードの分離を確実に行うことで、制御装置の負担を減らし、磁気軸受の安定化設計を容易にすることを目的とする。
【解決手段】ロータ１００の一端１０１側と他端１０２側に電磁石１０ａ、２０ａを設け、当該電磁石１０ａ、２０ａの磁気吸引力によりロータ１００の一端１０１側と他端１０２側とを非接触支持する磁気軸受１０、２０と、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と、ロータ１００の他端１０２側の傾きＦ２を計測する変位センサ３０、４０と、を有し、変位センサ３０、４０で計測した傾きＦ１と傾きＦ２とに基づいて、電磁石１０ａ、２０ａの磁気吸引力を制御する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気軸受の制御装置および制御方法に関する。

従来、ロータ（軸）を非接触で支持する能動型磁気軸受が広く用いられている。この磁気軸受は、当該磁気軸受とロータとの間のエアギャップを制御して、ロータを安定して支持するための制御装置により制御される。

特許文献１及び特許文献２には、磁気軸受の制御装置が開示されている。

特開昭６３−３０８２１５号公報 特開平７−２５９８５３号公報

特許文献１に開示されている磁気軸受の制御装置は、剛体モードで振動（低速から中速回転）するロータを制御するものであり、高次の曲げモードで振動（高速回転）するロータを安定して制御することは困難である。

また、特許文献２に開示されている磁気軸受の制御装置では、ロータの振動モードを分離すると共に、分離した振動モードごとに制御を行うことで、ロータを安定して支持するものである。しかし、特許文献２の制御装置は、ロータの回転軸方向の重心位置が左右対称であることを前提としており、ロータの回転軸方向の重心位置が左右非対称である場合、ロータの振動モードを適切に分離することができず、ロータを安定して支持することが困難となる。

特に、ターボ圧縮機などの高速回転機械の場合、高速回転するロータの振動モードの数が多くなる。そのため、高速回転機械のロータを非接触支持する磁気軸受の制御装置では、ロータの振動モードを分離して制御装置の負担を減らすことで、磁気軸受の安定化設計を行うことが望ましい。
しかし、前述したように、ロータの振動モードを適切に分離できない場合、制御装置の負担を減らすことができず、磁気軸受の安定化設計が困難となる。

したがって本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、磁気軸受の制御装置において、ロータの振動モードの分離を確実に行うことで、制御装置の負担を減らし、磁気軸受の安定化設計を容易にすることを目的とする。

上記課題を解決するため、軸部材の一端側と他端側に電磁石を設け、当該電磁石の磁気吸引力により軸部材の一端側と他端側とを非接触支持する磁気軸受と、軸部材の一端側の第１の傾きと、軸部材の他端側の第２の傾きを計測する傾き計測装置と、を有し、傾き計測装置で計測した第１の傾きと第２の傾きとに基づいて、電磁石の磁気吸引力を制御する磁気軸受の制御装置とした。

本発明によれば、ロータの振動モードの分離を確実に行うことで、制御装置の負担を減らし、磁気軸受の安定化設計を容易にすることができる。

実施の形態にかかる磁気軸受の制御装置を説明するブロック図である。 ロータの振動モードの一例を説明する図である。 制御装置の動作のフローチャートである。 制御装置の動作のフローチャートである。 第２の実施の形態にかかる制御装置を説明するブロック図である。 第２の実施の形態におけるロータの振動モードの一例を説明する図である。 第３の実施の形態にかかる制御装置を説明するブロック図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる磁気軸受の制御装置１を説明する。
図１は、実施の形態にかかる磁気軸受の制御装置１を説明するブロック図である。
実施の形態では、磁気軸受の制御装置１を、重心位置が回転軸Ｘ１方向で左右非対称となる形状を成すロータ１００を非接触で支持する磁気軸受１０、２０の制御に適用した場合について説明する。

ロータ１００では、当該ロータ１００の回転軸Ｘ１方向の一端１０１側に形成された段部に磁石１０１ａが設けられており、当該ロータ１００の回転軸Ｘ１方向の他端１０２側に形成された段部に磁石１０２ａが設けられている。

ロータ１００には、回転軸Ｘ１方向の途中位置に円盤１１０又はモータ等が設けられている。ロータ１００の回転軸Ｘ１方向の重心位置Ｇから磁気軸受１０（磁石１０１ａが設けられているロータ１００の段部）までの回転軸Ｘ１方向の長さＬ１は、ロータ１００の回転軸Ｘ１方向の重心位置Ｇから磁気軸受２０（磁石１０２ａが設けられているロータ１００の段部）までの回転軸Ｘ１方向の長さＬ２よりも短い長さとなっている（Ｌ１＜Ｌ２）。よって、ロータ１００の回転軸Ｘ１方向の重心位置Ｇは、図１における一端１０１側に偏った左右非対称となっている。

［磁気軸受の制御装置］
図１に示すように、磁気軸受の制御装置１（以下、単に制御装置１と表記する場合もある）は、ロータ１００の一端１０１側を非接触で支持する磁気軸受１０と、ロータ１００の他端１０２側を非接触で支持する磁気軸受２０と、変位センサ３０、４０と、モード分離部５０と、パラレルモード制御器６０と、コニカルモード制御器７０と、モード合成部８０と、係数選択部９０と、を有している。

磁気軸受１０は、ロータ１００の磁石１０１ａの径方向外側に設けられている。磁気軸受１０では、電磁石１０ａ（コイル）が、磁気軸受１０の中心軸（図１における回転軸Ｘ１と同軸）周りの周方向に沿って設けられている。磁気軸受１０は、この電磁石１０ａと、ロータ１００の磁石１０１ａとの磁力的な吸引（磁気吸引力）による磁気浮上によって、ロータ１００を非接触で支持する能動型磁気軸受である。

磁気軸受１０では、電磁石１０ａの内径と、ロータ１００の磁石１０１ａの外径との間に所定のエアギャップが設けられている。
磁気軸受１０では、電磁石１０ａ（コイル）を通流する電流（電磁石１０ａに供給される制御電力Ｚ１）によって、電磁石１０ａとロータ１００の磁石１０１ａとの間に生じる磁気吸引力が制御され、電磁石１０ａと磁石１０１ａとの間のエアギャップが規定される。

磁気軸受１０の一端１０１側には、変位センサ３０が設けられている。この変位センサ３０は、第１変位センサ３１と、第２変位センサ３２と、演算部３３と、を有している。

第１変位センサ３１は、ロータ１００の一端１０１側であって、磁気軸受１０よりも回転軸Ｘ１方向の外側（一端１０１側）に設けられている。この第１変位センサ３１は、ロータ１００の外径と径方向外側に間隔を空けて設けられており、ロータ１００の回転軸Ｘ１に直交する径方向の変位ｅ１１を計測する。

第２変位センサ３２は、第１変位センサ３１よりも回転軸Ｘ１方向の内側（他端１０２側）で、第１変位センサ３１と回転軸Ｘ１方向に間隔を空けて並行に設けられている。この第２変位センサ３２もまた、ロータ１００の外径と径方向外側に間隔を空けて設けられており、ロータ１００の回転軸Ｘ１に直交する径方向の変位ｅ１２を計測する。

第１変位センサ３１で計測された変位ｅ１１と、第２変位センサ３２で計測された変位ｅ１２は、演算部３３で演算処理される。

演算部３３は、第１変位センサ３１で計測された径方向の変位ｅ１１と、第２変位センサ３２で計測された径方向の変位ｅ１２のうち、何れか一方の変位を変位Ｅ１として算出し、この変位Ｅ１をモード分離部５０に送信する。

また、演算部３３は、第１変位センサ３１で計測された径方向の変位ｅ１１と、第２変位センサ３２で計測された径方向の変位ｅ１２とから、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１を算出し、この傾きＦ１を係数選択部９０に送信する。

磁気軸受２０は、ロータ１００の他端１０２側を、磁気吸引力による磁気浮上によって支持する能動型磁気軸受である。磁気軸受２０では、電磁石２０ａ（コイル）を通流する電流（電磁石２０ａに供給される制御電力Ｚ２）によって、電磁石２０ａとロータ１００の磁石１０２ａとの間に生じる磁気吸引力が制御され、電磁石２０ａと磁石１０２ａとの間のエアギャップが規定される。
この磁気軸受２０によるロータ１００の支持構造は、前述した磁気軸受１０とほぼ同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。

磁気軸受２０の他端１０２側には、変位センサ４０が設けられている。この変位センサ４０は、ロータ１００の他端１０２側に設けられており、第１変位センサ４１と、第２変位センサ４２と、演算部４３と、を有している。

第１変位センサ４１は、磁気軸受２０よりも回転軸Ｘ１方向の外側（他端１０２側）に設けられている。この第１変位センサ４１は、ロータ１００の外径と径方向外側に間隔を空けて設けられており、ロータ１００に直交する径方向の変位ｅ２１を計測する。

第２変位センサ４２は、第１変位センサ４１よりも回転軸Ｘ１方向の外側（他端１０２側）で、第１変位センサ４１と回転軸Ｘ１方向に互いに間隔を空けて並行に設けられている。この第２変位センサ４２もまた、ロータ１００と径方向外側に間隔を空けて設けられており、ロータ１００の回転軸Ｘ１方向に直行する径方向の変位ｅ２２を計測する。

第１変位センサ４１で計測された変位ｅ２１と、第２変位センサ４２で計測された変位ｅ２２は、演算部４３で演算処理される。

演算部４３は、第１変位センサ４１で計測された径方向の変位ｅ２１と、第２変位センサ４２で計測された径方向の変位ｅ２２のうち、何れか一方の変位を変位Ｅ２として算出し、この変位Ｅ２をモード分離部５０に送信する。

また、演算部４３は、第１変位センサ４１で計測された径方向の変位ｅ２１と、第２変位センサ４２で計測された径方向の変位ｅ２２とから、ロータ１００の他端１０２側の傾きＦ２を算出し、この傾きＦ２を係数選択部９０に送信する。

ここで、係数選択部９０は、演算部３３から送信されたロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と、演算部４３から送信されたロータ１００の他端１０２側の傾きＦ２と、に基づいて、振動モードの分離に使用する係数Ｕを選択するための制御パラメータＫ１と、振動モードの合成に使用する係数Ｖを選択するための制御パラメータＫ２とを選択する。

そして、係数選択部９０は、制御パラメータＫ１をモード分離部５０に送信すると共に、制御パラメータＫ２をモード合成部８０に送信する。

次に、モード分離部５０は、演算部３３から送信されたロータ１００の一端１０１側の変位Ｅ１と、演算部４３から送信されたロータ１００の他端１０２側の変位Ｅ２と、係数選択部９０から送信された制御パラメータＫ１と、に基づいて、所定のモード分離係数Ｕを設定し、振動モードを分離する。

実施の形態では、モード分離部５０は、ロータ１００の振動モードがパラレルモード（並進モード）ある場合は、入力値Ｕ１を制御器６０へ出力する。ロータ１００の振動モードがコニカルモード（傾きモード）である場合は、入力値Ｕ２を制御器７０へ出力する。

ここで、モード分離係数Ｕは、ロータ１００の振動モード（図２の振動モード１〜振動モード８）に応じて整数Ｎ（図２参照）と関連付けられた組み合わせで予め算出されている。モード分離部５０は、ロータ１００の振動モードに応じて係数選択部９０で決定された制御パラメータＫ１により所定のモード分離係数Ｕを設定する。

ここで、パラレルモード（並進モード）とは、ロータ１００が並行状態で振動するモードであり、振動（回転）しているロータ１００の一端１０１と他端１０２とを結ぶ線分が並行となっている状態である。

コニカルモード（傾きモード）とは、ロータ１００が傾き状態で振動するモードであり、振動し（回転）ているロータ１００の一端１０１と他端１０２とを結ぶ線分が傾いている状態である。

パラレルモード制御器６０は、ロータ１００の振動モードが、パラレルモード的な動きが強いモードの制御を行うための出力値Ｊ１をモード合成部８０に出力する。

コニカルモード制御器７０は、ロータ１００の振動モードが、コニカルモード的な動きが強いモードの制御を行うための出力値Ｊ２をモード合成部８０に出力する。

モード合成部８０は、係数選択部９０から出力された制御パラメータＫ２に基づいて、前述したパラレルモード制御器６０から出力された出力値Ｊ１と、コニカルモード制御器７０から出力された出力値Ｊ２とを合成するためのモード合成係数Ｖを設定し、振動モードを合成する。

そして、モード合成部８０は、出力値Ｊ１、Ｊ２及びモード合成係数Ｖに基づいて、磁気軸受１０の制御を行うための制御電力Ｚ１と、磁気軸受２０の制御を行うための制御電力Ｚ２とを生成し、それぞれ磁気軸受１０（電磁石１０ａ）と磁気軸受２０（電磁石２０ａ）に送信する。

モード合成部８０で合成された制御電力Ｚ１、Ｚ２は、パラレルモード制御器６０の出力値Ｊ１及びコニカルモード制御器７０の出力値Ｊ２に基づいて合成されるので、ロータ１００のパラレルモード的な動きが強い振動モードに適した制御電力又はコニカルモード的な動きの強い振動モードに適した制御電力となっている。

そして、磁気軸受１０、２０では、モード合成部８０で生成された、ロータ１００のパラレルモード的な動きが強い振動モードに適した制御電力Ｚ１又はロータ１００のコニカルモード的な動きが強い振動モードに適した制御電力Ｚ２により、電磁石１０ａとロータ１００の磁石１０１ａとの間のエアギャップ及び電磁石２０ａとロータ１００の磁石１０２ａとの間のエアギャップが適切に制御される。

［振動モード］
次に、ロータ１００の振動モードを説明する。
図２は、ロータ１００の振動モードの一例を説明する図である。

図２に示すように、ロータ１００は、材質や形状などに基づいて固有の振動モードを有している。図２では、ロータ１００の振動数が低い方から高い方へ向かうにつれて振動モード１から振動モード８に移行する一例が示されている。

実施の形態では、ロータ１００では、円盤１１０が回転軸Ｘ１方向で左右非対称の位置に設けられており、ロータ１００の回転軸Ｘ１方向の重心位置Ｇが、図２における一端１０１側に偏った左右非対称となっているため、ロータ１００の振動モードも左右非対称となる。
なお、ロータ１００の振動数は、ロータ１００の回転数と共に変わるので、以下の説明では、ロータ１００の振動数とロータ１００の回転数とを特に区別しないときには、ロータ１００の振動数又はロータ１００の回転数の何れかの文言を使用する。

図２に示すように、ロータ１００の振動モード１は、ロータ１００の振動数が低く、ロータ１００が剛体状態で振動すると共に、ロータ１００が並行状態で振動するパラレルモードである。

ロータ１００における一端１０１の傾きＦ１は、第１変位センサ３１で計測したロータ１００の変位ｅ１１と、第２変位センサ３２で計測したロータ１００の一端１０１側での変位ｅ１２との差分（ｅ１１−ｅ１２）となる。

ここで、振動モード１では、ロータ１００の変位ｅ１１＞変位ｅ１２となるので、ロータ１００の一端１０１側での傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）＞０となる。

また、ロータ１００の他端１０２の傾Ｆ２きは、第１変位センサ４１で計測したロータ１００の変位ｅ２１と第２変位センサ４２で計測したロータ１００の変位ｅ２２との差分（ｅ２１−ｅ２２）となる。

ここで、振動モード１では、ロータ１００の変位ｅ２１＞変位ｅ２２となるので、ロータ１００の他端１０２側での傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）＞０となる。

よって、振動モード１では、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）と、他端１０２側の傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）とは同一方向の傾き（Ｆ１＞０、Ｆ２＞０）となる。

振動モード２もまた、ロータ１００の振動数が低く、ロータ１００が剛体状態で振動すると共に、ロータ１００が傾き状態で振動するコニカルモードである。
図２に示すように、振動モード２では、ロータ１００の変位ｅ１１＜変位ｅ１２となるので、ロータ１００の一端１０１側での傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）＜０となり、ロータ１００の変位ｅ２１＜変位ｅ２２となるので、ロータ１００の他端１０２側での傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）＜０となる。

よって、振動モード２では、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）と、他端１０２側の傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）とは同一方向の傾き（Ｆ１＜０、Ｆ２＜０）となる。

振動モード３は、ロータ１００の振動数が高くなり、ロータ１００が曲がり状態で振動すると共に、ロータ１００が並行状態で振動するパラレルモードである。
図２に示すように、振動モード３では、ロータ１００の変位ｅ１１＜変位ｅ１２となるので、ロータ１００の一端１０１側での傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）＜０となり、ロータ１００の変位ｅ２１＞変位ｅ２２となるので、ロータ１００の他端１０２側での傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）＞０となる。

よって、振動モード３では、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）と、他端１０２側の傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）とは反対方向の傾き（Ｆ１＜０、Ｆ２＞０）となる。

振動モード４は、ロータ１００の振動数が高くなり、ロータ１００が曲がり状態で振動すると共に、ロータ１００が傾き状態で振動するコニカルモードである。
図２に示すように、振動モード４では、ロータ１００の変位ｅ１１＞変位ｅ１２となるので、ロータ１００の一端１０１側での傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）＞０となり、ロータ１００の変位ｅ２１＞変位ｅ２２となるので、ロータ１００の他端１０２側での傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）＞０となる。

よって、振動モード４では、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）と、他端１０２側の傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）とは同一方向の傾き（Ｆ１＞０、Ｆ２＞０）となる。

振動モード５は、ロータ１００の振動数が高くなり、ロータ１００が曲がり状態で振動すると共に、ロータ１００が並行状態で振動するパラレルモードである。
図２に示すように、振動モード５では、ロータ１００の変位ｅ１１＜変位ｅ１２となるので、ロータ１００の一端１０１側での傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）＜０となり、ロータ１００の変位ｅ２１＞変位ｅ２２となるので、ロータ１００の他端１０２側での傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）＞０となる。

よって、振動モード５では、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）と、他端１０２側の傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）とは反対方向の傾き（Ｆ１＜０、Ｆ２＞０）となる。

振動モード６は、ロータ１００の振動数が高くなり、ロータ１００が曲がり状態で振動すると共に、ロータ１００が傾き状態で振動するコニカルモードである。
図２に示すように、振動モード６では、ロータ１００の変位ｅ１１＞変位ｅ１２となるので、ロータ１００の一端１０１側での傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）＞０となり、ロータ１００の変位ｅ２１＞変位ｅ２２となるので、ロータ１００の他端１０２側での傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）＞０となる。

よって、振動モード６では、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）と、他端１０２側の傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）とは同一方向の傾き（Ｆ１＞０、Ｆ２＞０）となる。

振動モード７は、ロータ１００の振動数が高くなり、ロータ１００が曲がり状態で振動すると共に、ロータ１００が並行状態で振動するパラレルモードである。
図２に示すように、振動モード７では、ロータ１００の変位ｅ１１＞変位ｅ１２となるので、ロータ１００の一端１０１側での傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）＞０となり、ロータ１００の変位ｅ２１＜変位ｅ２２となるので、ロータ１００の他端１０２側での傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）＜０となる。

よって、振動モード７では、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）と、他端１０２側の傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）とは反対方向の傾き（Ｆ１＞０、Ｆ２＜０）となる。

振動モード８は、ロータ１００の振動数が高くなり、ロータ１００が曲がり状態で振動すると共に、ロータ１００が傾き状態で振動するコニカルモードである。
図２に示すように、振動モード８では、ロータ１００の変位ｅ１１＜変位ｅ１２となるので、ロータ１００の一端１０１側での傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）＜０となり、ロータ１００の変位ｅ２１＜変位ｅ２２となるので、ロータ１００の他端１０２側での傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）＜０となる。

よって、振動モード８では、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１（ｅ１１−ｅ１２）と、他端１０２側の傾きＦ２（ｅ２１−ｅ２２）とは同一方向の傾き（Ｆ１＜０、Ｆ２＜０）となる。

このように、ロータ１００では、振動モード１を除いて、ロータ１００の振動数（回転数）によって、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と他端１０２側の傾きＦ２とが、同一方向となる振動モード（振動モード２、４、６、８）と、反対方向となる振動モード（振動モード３、５、７）とが交互に発生する。

また、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と他端１０２側の傾きＦ２とが同一方向となる振動モード２、４、６、８は、ロータ１００が傾き状態で振動するコニカルモードとなる。
そして、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と他端１０２側の傾きＦ２とが反対方向となる振動モード３、５、７は、ロータ１００が並行状態で振動するパラレルモードとなる。

ここで、図２に示すように、ロータの回転軸方向の重心位置が左右非対称となるロータでは、振動モードが、実際にはパラレルモードであっても、ロータ１００の一端１０１側と他端１０２側を結ぶ線分が傾いて振動するコニカルモード的な動きをする場合があり、左右非対称のロータの振動モードを、パラレルモードとコニカルモードとに正確に分離することが困難であった。

本願発明者は、鋭意研究の結果、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と他端１０２側の傾きＦ２とを計測し、この計測した傾きＦ１とＦ２とに基づいて、パラレルモードとコニカルモードとを正確に分離できることを見出した。

図２に示すように、実施の形態では、制御装置１は、ロータ１００の回転数を上げる際、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と他端１０２側の傾きＦ２の方向が同一方向から反対方向に変わった場合、振動モードが、コニカルモード（傾きモード）からパラレルモード（並進モード）に変わったと判断することができる。

また、制御装置１は、ロータ１００の回転数を下げる際、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と他端１０２側の傾きＦ２の方向が反対方向から同一方向に変わった場合に、振動モードが、パラレルモード（並進モード）からコニカルモード（傾きモード）に変わったと判断することができる。

そして、図２に示すように、制御装置１では、ロータ１００の振動数の低い方から（１）振動モード１（パラレルモード）と振動モード２（コニカルモード）の組み合わせに整数Ｎ＝１を設定し、（２）振動モード３（パラレルモード）と振動モード４（コニカルモード）の組み合わせに整数Ｎ＝２を設定し、（３）振動モード５（パラレルモード）と振動モード６（コニカルモード）の組み合わせに整数Ｎ＝３を設定し、（４）振動モード７（パラレルモード）と振動モード８（コニカルモード）の組み合わせに整数Ｎ＝４を設定した。

このように、ロータ１００のパラレルモードとコニカルモードとを一組みとして、各々の組に整数Ｎ＝１〜４を設定し、予めこれらのモードの組み合わせでモード分離係数Ｕ及びモード合成係数Ｖを算定しておく。そして、ロータ１００の傾きＦ１、Ｆ２の値に基づき、係数選択部９０で決定された制御パラメータＫ１に対応した整数Ｎのモード分離係数Ｕを設定し直すことで、左右非対称のロータ１００の振動モードを、パラレルモードとコニカルモードとに確実に分離することができる。

よって、ロータ１００を非接触支持する磁気軸受１０、２０の変位を、パラレルモード制御器６０又はコニカルモード制御器７０に分離して処理することができる。その結果、制御装置１では、各々の制御器６０、７０での処理負担を減らすことができ、磁気軸受の安定化設計が容易となる。

［磁気軸受の制御方法］
次に、制御装置１による磁気軸受１０、２０の制御方法を説明する。
図３は、制御装置による磁気軸受の制御方法のフローチャートであり、ロータ１００の回転数が徐々に増加する場合を示している。

図３に示すように、ステップＳ１０１において、予めロータ１００の振動モードを計測する。実施の形態では、図２に示す、ロータ１００の振動モード１〜８を予め計測（取得）する。このロータ１００の振動モードの計測は、有限要素法などの数値解析で算出しても良く、打撃試験などで計測しても良い。

次に、ステップＳ１０２において、各々の振動モード１〜８のモード分離係数Ｕ及びモード合成係数Ｖを算出し、モード分離係数Ｕをモード分離部５０へ設定すると共に、モード合成係数Ｖをモード合成部８０へ設定する。
実施の形態では、ロータ１００の回転数の低い方から２つずつ振動モードを組み合わせて（例えば、振動モード１と２、振動モード３と４、振動モード５と６、振動モード７と８）、各組み合せ（整数１〜４）ごとにモード分離係数Ｕ及びモード合成係数Ｖを算出する。

ステップＳ１０３において、係数選択部９０は、カウンタｉ＝１とし、制御パラメータＫ１、Ｋ２を設定する。

ステップＳ１０４において、制御装置１は、ロータ１００の回転数を増加させる。

ステップＳ１０５において、制御装置１は、変位センサ３０によるロータ１００の一端１０１側の変位ｅ１１と他端１０２側の変位ｅ１２、及び変位センサ４０によるロータ１００の一端１０１側の変位ｅ２１と他端１０２側の変位ｅ２２の計測結果に基づいて、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と、他端１０２側の傾きＦ２を算出する。

ステップＳ１０６において、係数選択部９０は、ステップＳ１０５で算出したロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と、他端１０２側の傾きＦ２とが反対方向か否かを判定する。

係数選択部９０は、傾きＦ１と傾きＦ２とが反対方向であると判定した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０７に進み、カウンタｉに１を加え（ｉ＝ｉ＋１）、制御パラメータＫ１、Ｋ２を設定する。係数選択部９０は、傾きＦ１とＦ２とが反対方向でないと判定した場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、カウンタｉの値は変えないでステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８において、モード分離部５０は、カウンタｉ（ｉ＝１〜４）に対応した係数選択部９０の制御パラメータＫ１に基づいて、モード分離係数Ｕを選択し、パラレルモード制御器６０への入力値Ｕ１又はコニカルモード制御器７０への入力値Ｕ２を出力する。
また、モード合成部８０は、係数選択部９０の制御パラメータＫ２に基づいて、モード合成係数Ｖを選択する。

ステップＳ１０９において、制御装置１は、モード合成部８０で選択されたモード合成係数Ｖに基づいて、パラレルモード制御器６０の出力値Ｊ１とコニカルモード制御器７０の出力値Ｊ２を合成して、制御電力Ｚ１、Ｚ２を生成する。これら制御電力Ｚ１、Ｚ２は、磁気軸受１０、２０に出力される。

ステップＳ１１０において、制御装置１は、ロータ１００の回転数が定格回転数か否かを判定する。制御装置１は、ロータ１００の回転数が定格回転数であると判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、磁気軸受１０、２０の制御処理を終了し、定格回転数でないと判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ステップＳ１０４に戻って、ロータ１００の回転数を増加させる処理を行う。

次に、ロータ１００の回転数を減少させる場合の制御装置１による磁気軸受１０、２０の制御方法を説明する。
図４は、制御装置による磁気軸受の制御方法のフローチャートであり、ロータ１００の回転数が徐々に減少する場合を示している。

前述したステップＳ１０１と同様に、制御装置１では、ロータ１００の振動モード（振動モード１〜８）を計測した後（ステップＳ２０１）、ステップＳ１０２と同様に、各々の振動モード１〜８のモード分離係数Ｕ及びモード合成係数Ｖを算出し（ステップＳ２０２）、モード分離係数Ｕをモード分離部５０へ設定すると共に、モード合成係数Ｖをモード合成部８０へ設定する。

そして、係数選択部９０は、カウンタｉ＝Ｎを設定した後（ステップＳ２０３）、ロータ１００の回転数を減少させる（ステップＳ２０４）。

ステップＳ１０５と同様に、制御装置１は、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と、他端１０２側の傾きＦ２とを算出した後（ステップＳ２０５）、係数選択部９０は、傾きＦ１と傾きＦ２の方向が同一方向か否かの判定を行う（ステップＳ２０６）。係数選択部９０は、傾き方向が同一方向であると判定した場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、カウンタｉを１減算し（ステップＳ２０７）、傾き方向が同一方向でないと判定した場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、カウンタｉの値はそのままでステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８において、モード分離部５０は、係数選択部９０の制御パラメータＫ１に基づいて、モード分離係数Ｕを選択し、パラレルモード制御器６０への入力値Ｕ１又はコニカルモード制御器７０への入力値Ｕ２を出力する。

また、モード合成部８０は、係数選択部９０の制御パラメータＫ２に基づいて、モード合成係数Ｖを設定する。

ステップＳ２０９において、制御装置１は、モード合成部８０で設定されたモード合成係数Ｖに基づいて、パラレルモード制御器６０の出力値Ｊ１とコニカルモード制御器７０の出力値Ｊ２を合成して、制御電力Ｚ１、Ｚ２を生成する。これら制御電力Ｚ１、Ｚ２は、磁気軸受１０、２０に出力される。

そして、ステップＳ２１０において、制御装置１は、ロータ１００の回転数が０（ゼロ）となった場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、磁気軸受１０、２０の制御を行う処理を終了し、ロータ１００の回転数が０（ゼロ）でない場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、ステップＳ２０４に戻ってロータ１００の回転数を減少させる。

以上説明した通り、実施の形態では、
（１）ロータ１００（軸部材）の一端１０１側と他端１０２側に電磁石１０ａ、２０ａを設け、当該電磁石１０ａ、２０ａの磁気吸引力によりロータ１００の一端１０１側と他端１０２側とを非接触支持する磁気軸受１０、２０と、
ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１（第１の傾き）と、ロータ１００の他端１０２側の傾きＦ２（第２の傾き）を計測する変位センサ３０、４０（傾き計測装置）と、を有し、
変位センサ３０、４０で計測した傾きＦ１と傾きＦ２とに基づいて、電磁石１０ａ、２０ａの磁気吸引力を制御する構成とした。

このように構成すると、制御装置１では、変位センサ３０、４０により、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と、他端１０２側の傾きＦ２を計測することができ、この傾きＦ１、Ｆ２に基づいてロータ１００の一端１０１側と他端１０２側を非接触支持する磁気軸受１０、２０の磁気吸引力を適切に制御することができる。
よって、制御装置１では、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と、他端１０２側の傾きＦ２に基づいて、磁気軸受１０、２０の磁気吸引力を簡単に制御できるので、制御装置１の負担が減り、磁気軸受１０、２０の安定化設計が容易となる。

（２）変位センサ３０、４０は、ロータ１００の一端１０１側に設けられた第１変位センサ３１と、この第１変位センサ３１とロータ１００の回転軸Ｘ１方向で隣接して設けられた第２変位センサ３２と、を有すると共に、
ロータ１００の他端１０２側に設けられた第１変位センサ４１（第３変位センサ）と、この第１変位センサ４１とロータ１００の回転軸Ｘ１方向で隣接して設けられた第２変位センサ４２（第４変位センサ）と、を有している構成とした。

このように構成すると、制御装置１では、ロータ１００の回転軸Ｘ１方向に、それぞれ２つの変位センサ（第１変位センサ３１及び第２変位センサ３２、第１変位センサ４１及び第２変位センサ４２）が並行に設けられているので、これら各々２つの変位センサに基づくロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と他端１０２側の傾きＦ２を、簡単な構成でより精度よく計測することができる。

（３）変位センサ３０、４０は、演算部３３、３４をそれぞれ有しており、演算部３３は、第１変位センサ３１で計測したロータ１００の変位ｅ１１（第１変位）と、第２変位センサ３２で計測したロータ１００の変位ｅ１２（第２変位）とに基づいて、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１を算出し、演算部４３は、第１変位センサ４１で計測したロータ１００の変位ｅ２１（第３変位）と、第２変位センサ４２で計測したロータ１００の変位ｅ２２（第４変位）とに基づいて、ロータ１００の他端１０２側の傾きＦ２を算出する構成とした。

このように構成すると、制御装置１では、変位センサ３０が有する演算部３３は、変位センサ３０で計測したロータ１００の一端１０１側の変位ｅ１１、ｅ１２に基づいて、一端１０１側の傾きＦ１を容易に算出することができる。また、変位センサ４０が有する演算部４３は、変位センサ４０で計測したロータ１００の他端１０２側の変位ｅ２１、ｅ２２に基づいて、他端１０２側の傾きＦ２を容易に算出することができる。
よって、制御装置１では、これらの傾きＦ１、Ｆ２に基づいてロータ１００の一端１０１側と他端１０２側を非接触支持する磁気軸受１０、２０の磁気吸引力の制御を確実に行うことができる。

（４）ロータ１００に固有の振動モード１〜８を、制御パラメータＫ１（第１制御パラメータ）に基づいて分離するモード分離部５０（モード分離装置）と、この分離した振動モード１〜８に応じて、電磁石１０ａ、２０ａに供給する制御電力Ｚ１，Ｚ２を生成するパラレルモード制御器６０及びコニカルモード制御器７０（複数の制御器）と、パラレルモード制御器６０及びコニカルモード制御器７０とで生成した出力値Ｊ１（制御電力）を、制御パラメータＫ２（第２制御パラメータ）に基づいて合成するモード合成部８０（モード合成装置）と、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と、ロータ１００の他端１０２側の傾きＦ２とに基づいて、制御パラメータＫ１と制御パラメータＫ２とを設定する係数選択部９０（制御パラメータ設定部）と、を有する構成とした。

このように構成すると、制御装置１では、ロータ１００の固有の振動モード１〜８が、モード分離部５０により分離されて、それぞれの振動モードに応じた制御器に入力されて処理される。その結果、各々の制御器（パラレルモード制御器６０及びコニカルモード制御器７０）での処理負担が減少し、磁気軸受１０、２０の安定化設計が容易となる。

（５）係数選択部９０は、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と、ロータ１００の他端１０２側の傾きＦ２が同一方向（Ｆ１＞０、Ｆ２＞０又はＦ１＜０、Ｆ２＜０）または反対方向（Ｆ１＞０、Ｆ２＜０又はＦ１＜０、Ｆ２＞０）となった場合に、制御パラメータＫ１と制御パラメータＫ２とを、振動モード１〜８に合わせて変更する構成とした。

このように構成すると、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と、他端１０２側の傾きＦ２の方向に基づいて、ロータ１００の振動モードを分離するのに使用する制御パラメータＫ１、Ｋ２を適切に設定することができる結果、ロータ１００の振動モードの分離を確実に行うことができる。

（６）第１変位センサ３１と第２変位センサ３２は、ロータ１００の一端１０１側を非接触支持する磁気軸受１０の回転軸Ｘ１方向外側（一端１０１側）に設けられていると共に、第１変位センサ４１と第２変位センサ４２は、ロータ１００の他端１０２側を非接触支持する磁気軸受２０の回転軸Ｘ１方向外側（他端１０２側）に設けられている構成とした。

このように構成すると、ロータ１００の一端１０１側に設けられた第１変位センサ３１及び第２変位センサ３２と、他端１０２側に設けられた第１変位センサ４１及び第２変位センサ４２とは、ロータ１００の両端近傍に設けられている。
よって、各々の変位センサ３１、３２、４１、４２が、ロータ１００の中心側に設けられている場合よりも、ロータ１００の各々の端部１０１、１０２側の変位を精度よく計測することができる。

（７）ロータ１００に固有の振動モード１〜８は、ロータ１００が並行状態で振動するパラレルモードと、ロータ１００が傾き状態で振動するコニカルモードと、を有し、モード分離部５０は、制御パラメータＫ１に基づいて、固有の振動モード１〜８をパラレルモードとコニカルモードの何れかに分離する構成とした。

このように構成すると、制御装置１では、ロータ１００の振動モード１〜８を、パラレルモードとコニカルモードの何れかに確実に分離することができる。

（８）ロータ１００は、ロータ１００の回転軸Ｘ１方向の重心位置が左右非対称である構成とした。

このように構成すると、回転軸Ｘ１方向の重心位置が左右非対称のロータ１００の振動モードを確実に分離し、各々の振動モードに適した制御器に入力できる。よって、各々の制御器の負担を減らすことができ、磁気軸受１０、２０の安定化設計を容易にすることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図５は、第２の実施の形態にかかる制御装置１Ａを説明するブロック図である。
第２の実施の形態にかかる制御装置１Ａでは、係数選択部９０に、ロータ１００の回転数Ｒ（回転周波数）又は加振周波数Ｍが入力されるようになっており、係数選択部９０は、このロータ１００の回転数Ｒ（回転周波数）又は加振周波数Ｍ基づいて、制御パラメータＫ１、Ｋ２を設定するようになっている。

そのため、制御装置１Ａでは、ロータ１００の一端１０１と他端１０２に設けた２つの変位センサで、ロータ１００の傾きＦ１、Ｆ２を計測する必要がないため、変位センサ３０Ａと変位センサ４０Ａは、各々一つの第１の変位センサ３１と第１の変位センサ４１のみ有している。

その他、制御装置１Ａにおいて、前述した実施の形態の制御装置１と同一の構成については同一の符号を付し、必要に応じて説明する。

図５に示すように、制御装置１Ａでは、ロータ１００の回転数Ｒ（回転周波数）又は加振周波数Ｍの何れかが、係数選択部９０に入力されるようになっている。

係数選択部９０は、ロータ１００の回転数Ｒ（回転周波数）又は加振周波数Ｍの値に基づいて、モード分離部５０に送信される制御パラメータＫ１と、モード合成部８０に送信される制御パラメータＫ２とを設定すると共に、当該制御パラメータＫ１、Ｋ２を、それぞれモード分離部５０とモード合成部８０に送信する。

モード分離部５０は、この制御パラメータＫ１に基づいて、モード分離係数Ｕを選択する。また、モード合成部８０は、制御パラメータＫ２に基づいて、モード合成係数Ｖを選択する。

次に、第２の実施の形態におけるロータ１００の振動モードを説明する。
図６は、第２の実施の形態におけるロータ１００の振動モードの一例を説明する図である。

図６に示すように、制御装置１Ａでは、ロータ１００の回転数Ｒ（又は加振周波数Ｍ）と、整数Ｎとの関係が予め決められており、係数選択部９０に入力されたロータ１００の回転数Ｒ（又は加振周波数）に基づいて、所定の整数Ｎが選択され、制御パラメータＫ１と制御パラメータＫ２とを設定する。

これにより、制御装置１Ａでは、ロータ１００の回転数Ｒ（又は加振周波数Ｍ）に基づいて、整数Ｎを選択して、振動モード１〜８に対応したモード分離係数Ｕと、モード合成係数Ｖを設定することができる。よって、制御装置１では、ロータ１００の回転数Ｒ（又は加振周波数Ｍ）に基づいて、振動モードをパラレルモードとコニカルモードに確実に分離することができる。

以上説明した通り、実施の形態では、
（９）ロータ１００の固有の振動モード１〜振動モード８を、制御パラメータＫ１に基づいて分離するモード分離部５０と、この分離した振動モード１〜８に応じて、電磁石１０ａ、２０ａに供給する出力値Ｊ１、Ｊ２（制御電力）を生成するパラレルモード制御器６０及びコニカルモード制御器７０（複数の制御器）と、これらパラレルモード制御器６０及びコニカルモード制御器７０で生成した出力値Ｊ１、Ｊ２を、制御パラメータＫ２に基づいて合成するモード合成部８０と、ロータ１００の回転数Ｒまたは加振周波数Ｍに基づいて、制御パラメータＫ１と制御パラメータＫ２とを設定する係数選択部９０と、を有する構成とした。

このように構成すると、係数選択部９０は、ロータ１００の回転数Ｒ又は加振周波数Ｍに基づいて、制御パラメータＫ１、Ｋ２を設定する。このため、制御装置１Ａでは、変位センサ３０Ａ、４０Ａによるロータ１００の傾きＦ１、Ｆ２を算出する必要がないので、変位センサ３０Ａ、４０Ａは、少なくとも一つの変位センサ（第１変位センサ３１、４１又は第２変位センサ３２、４２）を有していれば良い。

よって、制御装置１Ａでは、変位センサを減らすことができ、製造コストを抑えることが出来ると共に、狭いスペースに変位センサを設けることが可能となり、変位センサの設計の柔軟性を高めることが出来る。

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態にかかる制御装置１Ｂを説明する。
図７は、第３の実施の形態にかかる制御装置１Ｂを説明するブロック図である。

第３の実施の形態にかかる制御装置１Ｂでは、ロータ１００が、回転軸Ｘ１の軸方向に移動可能に設けられている点が、前述した実施の形態と異なる。前述した実施の形態の制御装置１と同一の構成については同一の符号を付し、必要に応じて説明する。

図７に示すように、制御装置１Ｂでは、ロータ１００の他端１０２側が、磁気軸受２０及びスラスト軸受２５で支持されている。

変位センサ３０Ａは、ロータ１００の一端１０１側で、磁気軸受１０の一端１０１側（ロータ１００の回転軸Ｘ１方向の外側）に設けられた第１の変位センサ３１を有している。

変位センサ４０Ａは、ロータ１００の他端１０２側で、磁気軸受２０の他端１０２側（ロータ１００の回転軸Ｘ１方向の外側）に設けられた第１の変位センサ４１を有している。

変位センサ４０Ａの回転軸Ｘ１方向外側には、スラスト軸受２５が設けられている。
このスラスト軸受２５は、ロータ１００の他端１０２を、回転軸Ｘ１回りに回転可能、かつ回転軸Ｘ１方向にスライド可能に支持している。

このスラスト軸受２５は、ロータ１００を、回転軸Ｘ１方向の基準位置（図示せず）とスライド位置（図示せず）との間で移動可能に支持している。このスラスト軸受２５によるロータ１００のスライド機構は、本願発明のスライド機構を構成する。

よって、制御装置１Ｂでは、基準位置で、ロータ１００の一端１０１側の変位ｅ１１と、他端１０２側の変位ｅ２１を計測した後、ロータ１００を回転軸Ｘ１方向のスライド位置にスライドさせる。そして、ロータ１００をスライドさせたスライド位置で、当該ロータ１００の一端１０１側の変位ｅ１２と、他端１０２側の変位ｅ２２を計測する。

よって、制御装置１Ｂでは、ロータ１００を回転軸Ｘ１方向の基準位置とスライド位置との間でスライドさせることで、一つの変位センサで、ロータ１００の一端１０１側の２か所の変位ｅ１１、ｅ１２と、他端１０２側の２か所の変位ｅ２１、ｅ２２を計測することができる。

この結果、制御装置１Ｂでは、ロータ１００の一端１０１側の２か所の変位ｅ１１、ｅ１２と、他端１０２側の２か所の変位ｅ２１、ｅ２２とから、傾きＦ１、Ｆ２を算出することができ、この傾きＦ１、Ｆ２に基づいて、振動モードをパラレルモードとコニカルモードに確実に分離することができる。

以上説明した通り、実施の形態では、
（１０）変位センサ３０Ａ、４０Ａは、ロータ１００の一端１０１側の変位ｅ１１を計測する第１変位センサ３１と、ロータ１００の他端１０２側の変位ｅ２１を計測する第１変位センサ４１と、を有すると共に、ロータ１００を回転軸Ｘ１方向の基準位置（第１の位置）と、スライド位置（第２の位置）との間で移動させるスラスト軸受２５（スライド機構）と、をさらに有し、演算部３３は、変位センサ３１で計測したロータ１００の基準位置での変位ｅ１１（第５変位）と、移動位置での変位ｅ１２（第６変位）とに基づいて、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１を算出すると共に、
演算部４３は、第１変位センサ４１で計測したロータ１００の基準位置での変位ｅ２１（第７変位）と、移動位置での変位ｅ２２（第８変位）とに基づいて、ロータ１００の他端１０２側の傾きＦ２を算出する構成とした。

このように構成すると、スラスト軸受２５を用いて、ロータ１００を、回転軸Ｘ１方向に移動させることで、ロータ１００の一端１０１側と他端１０２側に設けられた、各々１つの第１変位センサ３１、４１で、ロータ１００の２か所の変位ｅ１１、ｅ１２及びｅ２１、ｅ２２を計測することが出来る。そして、演算部３３、４３は、これらの変位ｅ１１、ｅ１２及びｅ２１、ｅ２２から、ロータ１００の一端１０１側の傾きＦ１と他端１０２側の傾きＦ２とを算出することが出来る。
このようにしても、制御装置１Ｂでは、変位センサを減らすことができ、製造コストを抑えることが出来ると共に、狭いスペースに変位センサを設けることが可能となり、変位センサの設計の柔軟性を高めることが出来る。

なお、前述した実施の形態では、回転軸Ｘ１方向の重心位置が左右非対称のロータ１００の振動モードを確実に分離する場合を例示して説明したが、制御装置１〜１Ｂを、回転軸Ｘ１方向の重心位置が左右対称となるローラに適用しても良い。

なお、前述した実施の形態では、ロータ１００の振動モードは、パラレルモード又はコニカルモードの何れかの振動モード１〜８の場合を例示して説明したが、ロータ１００の振動モードは、これに限定されるものではない。
例えば、振動モードの数がより少なくても、多くても良く、また、パラレルモード又はコニカルモード以外のモードでも良い。

なお、実施の形態では、変位センサ３０（第１変位センサ３１及び第２変位センサ３２）は、ロータ１００の回転軸Ｘ１方向における、磁気軸受１０よりも外側（一端１０１側）に設けられており、変位センサ４０（第１変位センサ４１及び第２変位センサ４２）は、ロータ１００の回転軸Ｘ１方向における、磁気軸受２０よりも外側（他端１０２側）に設けられているのが望ましく、そのような場合を例示して説明したが、変位センサ３０、４０を設ける位置はこれに限定されるものではない。

例えば、変位センサ３０を、ロータ１００の回転軸Ｘ１方向における、磁気軸受１０よりも内側（他端１０２側）に設け、変位センサ４０を、ロータ１００の回転軸Ｘ１方向における、磁気軸受２０よりも内側（一端１０１側）に設けても良い。このようにしても、変位センサ３０、４０により、ロータ１００の一端１０１側の変位ｅ１１、ｅ１２及び他端１０２側の変位ｅ２１、ｅ２２を計測することが出来る。

１：制御装置、１０、２０：磁気軸受、２５：スラスト軸受、３０：変位センサ、３１：第１の変位センサ、３２：第２の変位センサ、３３：演算部、４０：変位センサ、４１：第１の変位センサ、４２：第２の変位センサ、４３：演算部、５０：モード分離部、６０：パラレルモード制御器、７０：コニカルモード制御器、８０：モード合成部、９０係数選択部、１００：ロータ、１０１：一端、１０１ａ：磁石、１０２：他端、１０２ａ：磁石、１１０：円盤、Ｅ１、Ｅ２：変位、Ｆ１、Ｆ２：傾き、Ｕ１、Ｕ２：モード分離係数、Ｊ１、Ｊ２：出力値、Ｖ：モード合成係数、Ｚ１、Ｚ２：制御電力、Ｒ：回転数、Ｍ：加振周波数、ｉ：カウンタ、Ｎ：整数

Claims (15)

1. 軸部材の一端側と他端側に電磁石を設け、当該電磁石の磁気吸引力により前記軸部材の前記一端側と前記他端側とを非接触支持する磁気軸受と、
   前記軸部材の前記一端側の第１の傾きと、前記軸部材の前記他端側の第２の傾きを計測する傾き計測装置と、を有し、
   前記傾き計測装置で計測した前記第１の傾きと前記第２の傾きとに基づいて、前記電磁石の磁気吸引力を制御する磁気軸受の制御装置。
2. 前記傾き計測装置は、
   前記軸部材の前記一端側に設けられた第１変位センサと、当該第１変位センサと前記軸部材の軸方向で隣接して設けられた第２変位センサと、を有すると共に、
   前記軸部材の前記他端側に設けられた第３変位センサと、当該第３変位センサと前記軸部材の軸方向で隣接して設けられた第４変位センサと、を有している請求項１に記載の磁気軸受の制御装置。
3. 前記傾き計測装置は、演算部を有しており、
   前記演算部は、
   前記第１変位センサで計測した前記軸部材の第１変位と、前記第２変位センサで計測した前記軸部材の第２変位とに基づいて、前記軸部材の前記一端側の前記第１の傾きを算出し、
   前記第３変位センサで計測した前記軸部材の第３変位と、前記第４変位センサで計測した前記軸部材の第４変位とに基づいて、前記軸部材の前記他端側の前記第２の傾きを算出する請求項２に記載の磁気軸受の制御装置。
4. 前記軸部材に固有の振動モードを、第１制御パラメータに基づいて分離するモード分離装置と、
   前記分離した振動モードに応じて、前記電磁石に供給する制御電力を生成する複数の制御器と、
   前記複数の制御器で生成した制御電力を、第２制御パラメータに基づいて合成するモード合成装置と、
   前記軸部材の前記一端側の前記第１の傾きと、前記軸部材の前記他端側の前記第２の傾きとに基づいて、前記第１制御パラメータと前記第２制御パラメータとを設定する制御パラメータ設定部と、を有する請求項３に記載の磁気軸受の制御装置。
5. 前記軸部材に固有の振動モードを、第１制御パラメータに基づいて分離するモード分離装置と、
   前記分離した振動モードに応じて、前記電磁石に供給する制御電力を生成する複数の制御器と、
   前記複数の制御器で生成した制御電力を、第２制御パラメータに基づいて合成するモード合成装置と、
   前記軸部材の回転数または加振周波数に基づいて、前記第１制御パラメータと前記第２制御パラメータとを設定する制御パラメータ設定部と、を有する請求項３に記載の磁気軸受の制御装置。
6. 前記制御パラメータ設定部は、
   前記軸部材の前記一端側の前記第１の傾きと、前記軸部材の前記他端側の前記第２の傾きが同一方向または反対方向となった場合に、前記第１制御パラメータと前記第２制御パラメータとを、前記分離した振動モードに合わせて変更する請求項４または請求項５に記載の磁気軸受の制御装置。
7. 前記第１変位センサと前記第２変位センサは、前記軸部材の前記一端側を非接触支持する前記磁気軸受の軸方向外側に設けられていると共に、
   前記第３変位センサと前記第４変位センサは、前記軸部材の前記他端側を非接触支持する前記磁気軸受の軸方向外側に設けられている請求項６に記載の磁気軸受の制御装置。
8. 前記軸部材の前記固有の振動モードは、
   前記軸部材が並行状態で振動するパラレルモードと、
   前記軸部材が傾き状態で振動するコニカルモードと、を有し、
   前記モード分離装置は、
   前記第１制御パラメータに基づいて、前記固有の振動モードを前記パラレルモードと前記コニカルモードの何れかに分離する請求項７に記載の磁気軸受の制御装置。
9. 前記傾き計測装置は、前記軸部材の前記一端側の変位を計測する前記第１変位センサと、前記軸部材の前記他端側の変位を計測する前記第３変位センサと、を有すると共に、
   前記軸部材を軸方向の第１の位置と、第２の位置との間で移動させるスライド機構と、をさらに有し、
   前記演算部は、
   前記第１変位センサで計測した前記軸部材の前記第１の位置での第５変位と、前記第２の位置での第６変位とに基づいて、前記軸部材の前記一端側の傾きを算出すると共に、
   前記第３変位センサで計測した前記軸部材の前記第１の位置での第７変位と、前記第２の位置での第８変位とに基づいて、前記軸部材の前記他端側の傾きを算出する請求項３に記載の磁気軸受の制御装置。
10. 前記軸部材は、当該軸部材の軸方向の重心位置が左右非対称である請求項９に記載の磁気軸受の制御装置。
11. 軸部材の一端側と他端側に電磁石を設け、当該電磁石の磁気吸引力により前記軸部材の前記一端側と前記他端側とを非接触支持する磁気軸受の制御方法であって、
    前記軸部材の前記一端側の第１の傾きと、前記他端側の第２の傾きとを計測する傾き計測工程と、
    前記計測した前記第１の傾きと前記第２の傾きに基づいて、前記電磁石の磁気吸引力を制御する制御工程と、を有する磁気軸受の制御方法。
12. 前記軸部材に固有の振動モードを計測する振動モード計測工程と、
    前記軸部材の固有の振動モードを、第１制御パラメータに基づいて分離するモード分離工程と、
    前記分離した振動モードに応じて、前記電磁石に供給する制御電力を生成する制御電力生成工程と、
    前記制御電力生成工程で生成した制御電力を、第２制御パラメータに基づいて合成するモード合成工程と、
    前記軸部材の前記一端側の前記第１の傾きと、前記軸部材の前記他端側の前記第２の傾きとに基づいて、前記第１制御パラメータと前記第２制御パラメータとを設定する制御パラメータ設定工程と、を有する請求項１１に記載の磁気軸受の制御方法。
13. 前記制御パラメータ設定工程は、
    前記軸部材の前記一端側の前記第１の傾きと、前記軸部材の前記他端側の前記第２の傾きが同一方向または反対方向となった場合に、前記第１制御パラメータと前記第２制御パラメータとを、前記軸部材の前記分離した振動モードに合わせて変更する請求項１２に記載の磁気軸受の制御方法。
14. 前記軸部材に前記固有の振動モードは、
    前記軸部材が並行状態で振動するパラレルモードと、
    前記軸部材が傾き状態で振動するコニカルモードと、を有し、
    前記モード分離工程は、
    前記第１パラメータに基づいて、前記固有の振動モードを前記パラレルモードと前記コニカルモードの何れかに分離する請求項１３に記載の磁気軸受の制御方法。
15. 前記軸部材は、当該軸部材の軸方向の重心位置が左右非対称である請求項１１から請求項１４の何れか一項に記載の磁気軸受の制御方法。

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