JP2021148153A

JP2021148153A - 磁気軸受装置および低温液化ガス送液ポンプ

Info

Publication number: JP2021148153A
Application number: JP2020046265A
Authority: JP
Inventors: 裕之山田; Hiroyuki Yamada
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2021-09-27
Anticipated expiration: 2040-03-17
Also published as: JP7290590B2

Abstract

【課題】発熱量を低減させつつ、安定に回転する磁気軸受装置と低温液化ガス送液ポンプを提供する。【解決手段】磁気軸受装置３００は、第１磁石Ｍ１および第２磁石Ｍ２と、変位センサ１２１，１２２と、演算部１００とを備える。第１磁石Ｍ１は、第１バイアス磁束を発生させる第１永久磁石７６を含む。第２磁石Ｍ２は、第２バイアス磁束を発生させる第２永久磁石７７を含む。第１バイアス磁束は、回転軸２０に第１方向の力を発生させる。第２バイアス磁束は、回転軸２０に第１方向と逆向きの第２方向の力を発生させる。演算部１００は、回転軸の変位に基づいて、第１電磁石７８および第２電磁石７９について制御電流ｉｃを算出し、制御電流ｉｃの増減に応じて、第１電磁石７８および第２電磁石７９についてバイアス電流ｉｂを算出し、制御電流ｉｃおよびバイアスｉｂ電流を加算して、コイル電流ｉｃ１，ｉｃ２を算出する。【選択図】図１４

Description

この発明は、磁気軸受装置およびそれを備える低温液化ガス送液ポンプに関する。

磁気軸受は、回転体を磁気によって浮上させて支持する軸受であり、特殊環境下における回転機に利用されている。磁気軸受は、非接触支持を行なうため潤滑油が不要であり、軸受の寿命は半永久的である。潤滑油を必要としないため、従来の軸受では困難であった真空環境や超低温環境での運転が可能となる。

このような磁気軸受は、たとえば、特開２０１３−５７２５０号公報および特開２００４−１６２８３４号公報に開示されている。

特開２０１３−５７２５０号公報特開２００４−１６２８３４号公報

玉軸受などの転がり軸受は、一定期間ごとに軸受のメンテナンスが必要であり、特に長期間連続運転が要求される超電導機器の冷却用に使用する低温液化ガスポンプには使用できなかった。そこで、特開２０１３−５７２５０号公報では、低温液化ガスポンプの軸受に定期的なメンテナンスが不要な磁気軸受を採用した装置を開示する。

磁気軸受はインペラに発生する外乱に対応するため、一般的には最大負荷に応じた一定電流（バイアス電流）を常に磁気軸受の電磁石コイルに印加しておく必要がある。高吐出圧ポンプでは、インペラ周囲の圧力バランスからインペラの径方向に大きな負荷が掛かるので、負荷容量を大きくする必要がある。このため磁気軸受のバイアス電流を大きくする必要があり、この影響による電磁石部の消費電力が増大と発熱が課題であった。

また、特開２００４−１６２８３４号公報に開示された磁気軸受は、永久磁石によるバイアス磁束方式で、主にホモポーラ型磁気軸受で永久磁石と電磁鋼板の接続部において渦電流の発生を抑制することを目的としている。永久磁石を用いることでバイアス電流を減らし損失を低減する効果も示している。バイアス電流をゼロとする場合には、設置した永久磁石によるバイアス磁束以上の負荷が発生した場合の安定性確保は出来ない。また負荷が大きい場合には永久磁石を大きくしなければならず、磁路の磁気抵抗が増加し制御電流が大きくなるという課題があった。バイアス電流を残す場合でも、負荷に対してどのようなバイアス電流としておくかについては検討の余地があった。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、発熱量を低減させつつ、安定に回転する磁気軸受装置およびそれを備える低温液化ガス送液ポンプを提供することである。

この発明は、要約すると、回転軸を支持する磁気軸受装置であって、回転軸を挟むように配置された第１磁石および第２磁石を備える。第１磁石は、第１電磁石と、第１バイアス磁束を発生させる第１永久磁石とを含む。第２磁石は、第２電磁石と、第２バイアス磁束を発生させる第２永久磁石とを含む。第１バイアス磁束は、回転軸に第１方向の力を発生させる。第２バイアス磁束は、回転軸に第１方向と逆向きの第２方向の力を発生させる。磁気軸受装置は、回転軸の変位を検出するセンサと、第１電磁石および第２電磁石に流す電流を演算する演算部とをさらに備える。演算部は、（ａ）センサが検出した変位に基づいて、第１電磁石および第２電磁石について逆符号で同値の制御電流を算出し、（ｂ）制御電流の増減に応じて、第１電磁石および第２電磁石について同符号で同値のバイアス電流を算出し、（ｃ）制御電流およびバイアス電流を加算して、第１電磁石および第２電磁石の各々に対して流すコイル電流を算出する。

好ましくは、バイアス電流には下限値が規定されている。演算部は、制御電流の直流成分が増加し、かつ、制御電流の直流成分があらかじめ設定された第１しきい値より大きくなった場合に、バイアス電流を増加させ、制御電流の直流成分が減少し、かつ、制御電流の直流成分があらかじめ設定された第２しきい値より小さくなった場合に、下限値を下回らない範囲内でバイアス電流を減少させる。

より好ましくは、第１しきい値は、第２しきい値よりも大きく設定され、バイアス電流の増減特性は、ヒステリシスを有する。

好ましくは、バイアス電流には下限値が規定されている。演算部は、制御電流の交流成分の振幅が増加し、制御電流の交流成分の振幅があらかじめ設定された第３しきい値より大きくなった場合に、バイアス電流を増加させ、制御電流の交流成分の振幅が減少し、制御電流の交流成分の振幅があらかじめ設定された第４しきい値より小さくなった場合に、下限値を下回らない範囲内でバイアス電流を減少させる。

より好ましくは、第３しきい値は、第４しきい値よりも大きく設定され、バイアス電流の増減特性は、ヒステリシスを有する。

好ましくは、演算部は、バイアス電流を、予め設定した増減幅で段階的に変化させる。

好ましくは、演算部は、ＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を実行して制御電流を算出し、バイアス電流の更新と同時にＰＩＤ制御の制御パラメータを更新する。

より好ましくは、制御パラメータは、ＰＩＤ制御の一巡伝達関数のゲインである。演算部は、バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、バイアス電流を増加させた場合、ゲインを大きくし、バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、バイアス電流を減少させた場合、ゲインを小さくする。

より好ましくは、制御パラメータは、ＰＩＤ制御の積分ゲインである。演算部は、バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、バイアス電流を増加させた場合、積分ゲインを小さくし、バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、バイアス電流を減少させた場合、積分ゲインを大きくする。

この発明は、他の局面では、上記いずれかの磁気軸受装置を備える、低温液化ガス送液ポンプである。

本発明によれば、バイアス電流を適正な値に制御するので、発熱量を抑えつつ安定に回転させることができる。

磁気軸受を用いた低温液化ガスを送液する第１例のポンプ装置の構成を示す図である。磁気軸受を用いた低温液化ガスを送液する第２例のポンプ装置の構成を示す図である。アキシャル磁気軸受の回転軸を含む断面における構造を示す図である。ラジアル磁気軸受（ホモポーラ型磁気軸受）の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。ラジアル磁気軸受（ホモポーラ型磁気軸受）の第１例の回転軸を含む断面における構造を示す図である。ラジアル磁気軸受（ホモポーラ型磁気軸受）の第２例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。ラジアル磁気軸受（ホモポーラ型磁気軸受）の第２例の回転軸を含む断面における構造を示す図である。ラジアル磁気軸受（ヘテロポーラ型磁気軸受）の第１例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。ラジアル磁気軸受（ヘテロポーラ型磁気軸受）の第２例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。ラジアル磁気軸受（ヘテロポーラ型磁気軸受）の第３例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。ラジアル磁気軸受（ヘテロポーラ型磁気軸受）の第４例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。電磁石のコイル電流と磁力との関係を示す図である。回転軸を挟んで電磁石を対向させた場合の電磁石のコイル電流と磁力との関係を示す図である。磁気軸受装置のバイアス電流方式を適用した制御を説明するための制御ブロック図である。アンプの内部回路とコイルの接続を示した図である。バイアス磁束によってコイル電流と磁力との関係が線形化された状態を説明するためのグラフである。バイアス電流を変化させた際のコイル電流と磁力との関係を説明するためのグラフである。磁気軸受のバイアス電流と剛性の関係を示すグラフである。バイアス電流の大きさによって制御対象の伝達関数が変化することを示したグラフである。磁気軸受システムのブロック図である。図２０の磁気軸受システムの一巡伝達関数の周波数特性を示したボード線図である。図２１の状態からバイアス電流を大きくした場合の一巡伝達関数の周波数特性を示したボード線図である。図２２の状態から全体のゲインを大きくした場合の一巡伝達関数の周波数特性を示したボード線図である。図２２の状態から積分ゲインを下げ、低周波数側の位相への影響を小さくした場合の一巡伝達関数の周波数特性を示したボード線図である。磁気軸受のメイン処理のフローチャートである。図２５のＳ２における電流指令値を決定する処理のフローチャートである。図２６のＳ１２におけるバイアス電流指令値を決定する処理の第１例を示したフローチャートである。図２６のＳ１２におけるバイアス電流指令値を決定する処理の第２例を示したフローチャートである。バイアス電流指令値を決定する処理の第２例に対応するブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

［ポンプ装置の全体構成］
図１は、磁気軸受を用いた低温液化ガスを送液する第１例のポンプ装置の構成を示す図である。図２は、磁気軸受を用いた低温液化ガスを送液する第２例のポンプ装置の構成を示す図である。

低温液化ガスは、例えば液体窒素である。図１に示すポンプ１０は、電磁石部分がインペラ４０から離れている構成であり、図２に示すポンプ１０Ａは、電磁石部分がインペラ４０と近い構成である。ポンプ１０Ａは、サブマージドポンプという低温液体にポンプの筐体が浸漬されるタイプのポンプである。ポンプ１０およびポンプ１０Ａは、低温液化ガスを貯留する容器の天板や蓋に装着され、容器内の液体を吸い上げ送り出す。

図１および図２を参照して、ポンプ１０およびポンプ１０Ａは、インペラ４０と、ポンプケーシング５０と、駆動部（モータ）３０と、回転軸２０と、磁気軸受６０，７０，８０とを含む。

インペラ４０は、ポンプケーシング５０に収容されている。ポンプケーシング５０は、下部に吸入口が設けられ、回転軸の側方に吐出口が設けられている。インペラ４０は、回転軸２０の下端部に装着されている。回転軸２０は、駆動部３０によって回転駆動される。

磁気軸受６０，７０，８０は、回転軸２０を非接触状態で磁力によって支持する。磁気軸受６０は、軸方向位置を支持するアキシャル軸受であり、磁気軸受７０は、反ポンプ側ラジアル軸受であり、磁気軸受８０は、インペラ側ラジアル軸受である。

図１、図２の構成とも、モータの熱がインペラに伝わるのを避けるように構成されている。ポンプは、遠心ポンプ型であり、インペラ４０が回転すると下方から液体を吸入して、径方向外側の吐出口から吐き出す。

図１、図２に示したような低温液化ガスを送液するポンプにおいて、熱の液化ガス部への侵入を最小限にすることが望ましい。よって、断熱性能の向上と軸受部およびモータの発熱低減は重要である。

軸受に磁気軸受を採用した場合、想定される最大負荷からバイアス電流の大きさを設定する方法が一般的であるため、例えば、ポンプの動作点が高吐出圧、低流量時と低吐出圧、高流量時ではインペラに発生する流体力が異なる。高吐出圧、低流量時に合わせてバイアス電流を決定すると、低吐出圧、高流量時ではポンプ室内での圧力バランスの差が小さくインペラに印加させる外乱が小さいため余分なバイアス電流を流すことになる。

バイアス電流は磁気軸受の銅損を増加させるため、発熱低減のためには小さい方が望ましい。しかしながらバイアス電流を小さくすることは、磁気軸受の支持剛性を低下させる。従来はポンプの動作点に応じた最適化が図れていなかったが、本実施の形態では、変位や電流指令値の直流成分、交流成分から外乱の状態を検出し、外乱に応じてバイアス電流を変化させて制御の安定化を図る。また、バイアス電流を変更すると制御対象が変化するため、予めバイアス電流の制御幅を決めておき、バイアス電流の制御範囲で必要に応じて制御系のパラメータを切替えることで、広い動作範囲で安定した浮上制御が可能になる。

［各磁気軸受の構成］
図３は、アキシャル磁気軸受の回転軸を含む断面における構造を示す図である。図３を参照して、磁気軸受６０は、回転軸２０に固定されたスラストディスク６１を挟むステータコア６２，６４と、ステータコイル６３，６５と、ギャップセンサ６６とを含む。ステータコイル６３に流す電流とステータコイル６５に流す電流によって破線に示すように磁束が発生し、スラストディスク６１を吸引する磁力のバランスを変化させることができる。ステータコイル６３に流す電流とステータコイル６５に流す電流を制御することによって、スラストディスク６１の軸方向の位置、すなわち回転軸２０の軸方向位置が制御される。

図４は、ラジアル磁気軸受（ホモポーラ型磁気軸受）の第１例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。図５は、ラジアル磁気軸受（ホモポーラ型磁気軸受）の第１例の回転軸を含む断面における構造を示す図である。図４、図５を参照して、磁気軸受７０は、回転軸２０を挟むステータコア７２，７４と、ステータコイル７３，７５と、図示しないギャップセンサとを含む。ステータコア７２とステータコイル７３は、第１電磁石を構成する。第１磁石Ｍ１は、第１電磁石（７２，７３）と、永久磁石７６とを含む。ステータコア７４とステータコイル７５は、第２電磁石を構成する。第２磁石Ｍ２は、第２電磁石（７４，７５）と、永久磁石７７とを含む。ステータコイル７３に流す電流とステータコイル７５に流す電流によって破線に示すように磁束が発生し、回転軸２０を吸引する第１磁石Ｍ１、第２磁石Ｍ２の磁力のバランスを変化させることができる。ステータコイル７３に流す電流とステータコイル７５に流す電流を制御することによって、回転軸２０の径方向の位置が制御される。なお、第１磁石Ｍ１、第２磁石Ｍ２とは９０°回転した位置に、同様に第３磁石Ｍ３、第４磁石Ｍ４が配置されており、９０°回転した径方向における回転軸２０の位置が制御される。

本実施の形態では、ステータコア７２に永久磁石７６が挟持されており、ステータコア７４に永久磁石７７が挟持されている。これらの永久磁石によって、バイアス磁束が発生される。

図６は、ラジアル磁気軸受（ホモポーラ型磁気軸受）の第２例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。図７は、ラジアル磁気軸受（ホモポーラ型磁気軸受）の第２例の回転軸を含む断面における構造を示す図である。図４，図５に示す磁気軸受７０ではステータコイルが２つに分かれてステータコアの端部に配置されていたが、図６、図７に示す磁気軸受７０Ａでは、ステータコイル７３，７５が中央部にそれぞれ永久磁石７６，７７を取り囲むように配置されている。

なお、磁気軸受７０，７０Ａに代えてヘテロポーラ型磁気軸受を使用しても良い。図８は、ラジアル磁気軸受（ヘテロポーラ型磁気軸受）の第１例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。図８に示す磁気軸受７０Ｂでは、断面の外周部が円形のステータコア７２，７４のヨーク部に永久磁石７６，７７が挟持されている。永久磁石７６，７７は破線で示すようにバイアス磁束を発生させる。

磁気軸受７０Ｂは、ティース部で回転軸２０を挟むステータコア７２，７４と、ステータコイル７３，７５と、図示しないギャップセンサとを含む。ステータコイル７３に流す電流とステータコイル７５に流す電流によって破線に示す磁束の強さが変化し、回転軸２０を吸引する磁力のバランスを変化させることができる。ステータコイル７３に流す電流とステータコイル７５に流す電流を制御することによって、回転軸２０の径方向の位置が制御される。

図９は、ラジアル磁気軸受（ヘテロポーラ型磁気軸受）の第２例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。図９に示す磁気軸受７０Ｃでは、断面の外周部が四角形のステータコア７２，７４のヨーク部に永久磁石７６，７７が挟持されている。四角形の角部に永久磁石を配置することによって、同じ厚さでもバイアス磁束を大きくすることができる。

図１０は、ラジアル磁気軸受（ヘテロポーラ型磁気軸受）の第３例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。図１１は、ラジアル磁気軸受（ヘテロポーラ型磁気軸受）の第４例の回転軸に直交する断面における構造を示す図である。図１０に示す磁気軸受７０Ｄ、図１１に示す磁気軸受７０Ｅは、ともに永久磁石を配置するヨーク部分を回転軸中心に向けて太くしてその部分に永久磁石を配置している。これにより、同じバイアス磁束を発生させるのに必要な永久磁石の厚さを薄くすることができる。

図１２は、電磁石のコイル電流と磁力との関係を示す図である。図１２に示すように、コイル電流ｉの２乗に比例して回転軸を引き寄せる磁力Ｆが増加する。磁力Ｆは、式（１）に示すように電磁石のコイル電流ｉの２次関数である。

式（１）において、Ｂは、磁束密度を示し、Ｓは磁路断面積を示し、Ｎはコイル巻き数を示し、ｉはコイル電流を示し、ｘはギャップ長を示し、μ_０は真空の透磁率を示す。

永久磁石併用方式の磁気回路での起磁力を式（２）に示す。式（２）において、ｌｉは磁路長を示し、ｌｐは永久磁石長を示し、Ｈは永久磁石内部の磁界の強さを示す。

永久磁石の起磁力が加算され、磁束密度は（Ｎｉ‐Ｈｌｐ）の関数となり、コイル電流で磁気力を制御することができる。磁石は、主にネオジム（Nd-Fe-B）磁石、サマコバ（Sm-Co）磁石、アルニコ（Al-Ni-Co）磁石等を使用することができる。

図１３は、回転軸を挟んで電磁石を対向させた場合の電磁石のコイル電流と磁力との関係を示す図である。図１２に示した構成を図１３に示すように対向型にする。ｉ＞０の範囲では、ｉｃ２＝０とし、ｉ＜０の範囲ではｉｃ１＝０として、対向する一方の電磁石のコイルにのみ電流を流すと、磁力Ｆ（ｉｃ１），Ｆ（ｉｃ２）の合成磁力が非線形となり、ｉ＝０のごく近傍では電流を増やしても磁力Ｆがあまり増加しない。このため、ｉ＝０のごく近傍では、回転軸が中心からずれた場合に電流を流しても磁力が小さく、ずれを補正する力が弱い、すなわち剛性が低い状態になってしまう。

図１３の構成では電流ゼロ付近での傾きが小さいため剛性が低くなり、また非線形のため制御系の安定性検証に用いられるボード線図が利用できないなどの問題がある。さらに、この場合では負荷が発生した際、コイルに制御電流が流れると、磁気軸受と磁気軸受で支持された回転軸からなる制御対象が大きく変化してしまうため、安定性を確保することが困難である。

［磁気軸受装置の制御］
電流ゼロ付近の剛性を高めるために、コイルにバイアス電流を流すことが行なわれる。

図１４は、磁気軸受装置のバイアス電流方式を適用した制御を説明するための制御ブロック図である。図１５は、アンプの内部回路とコイルの接続を示した図である。図１４、図１５を参照して、磁気軸受装置３００は、回転軸２０を挟むように配置された第１磁石Ｍ１および第２磁石Ｍ２と、回転軸２０の変位を検出する変位センサ１２１，１２２と、第１磁石Ｍ１および第２磁石Ｍ２の電磁石７８．７９に流す電流を演算する演算部１００とを備える。

第１磁石Ｍ１は、第１バイアス磁束を発生させる第１永久磁石７６を含む。第２磁石Ｍ２は、第２バイアス磁束を発生させる第２永久磁石７７を含む。第１バイアス磁束は、回転軸２０に第１方向の力（吸引力）を発生させる。第２バイアス磁束は、回転軸２０に第１方向と逆向きの第２方向の力（吸引力）を発生させる。

演算部１００は、（ａ）変位センサ１２１，１２２が検出した変位に基づいて、第１電磁石７８および第２電磁石７９について逆符号で同値の制御電流ｉｃを算出し、（ｂ）制御電流ｉｃの増減に応じて、第１電磁石７８および第２電磁石７９について同符号で同値のバイアス電流ｉｂを算出し、（ｃ）制御電流ｉｃおよびバイアスｉｂ電流を加算して、第１電磁石７８および第２電磁石７９の各々に対して流すコイル電流ｉｃ１，ｉｃ２を算出する。

本実施の形態の軸受装置は、磁気軸受の磁気回路の一部を構成する位置に配置された永久磁石７６，７７を含み、永久磁石７６，７７によってバイアス磁束を発生する。外乱が大きく永久磁石７６，７７のバイアス磁束より大きなバイアス磁束が必要な際、電磁石のステータコイル７３または７５に電流を印加することでバイアス磁束を増加させる。一般的にバイアス電流は最大負荷を考慮して予め決定した固定値としているが、本実施の形態では定常状態で発生する負荷に対して永久磁石７６，７７のみによるバイアス磁束でまかない、それ以上負荷が大きくなった場合、負荷に応じてバイアス電流ｉｂによりバイアス磁束を調整する。このため、負荷が小さい動作条件ではステータコイル７３，７５の銅損を低減し発熱を抑制することができる。

図１４、図１５に示すように一対の電磁石のヨークには永久磁石７６，７７が組込まれており一定方向のバイアス磁束が印加されている。定常時は演算部のバイアス電流設定部の出力Ｖｉｂはゼロで、永久磁石７６，７７のみでバイアス磁束を発生させている。コイル電流指令値Ｖｉｃ１，Ｖｉｃ２はプラス方向とマイナス方向を持ち、アンプ１１１，１１２によってコイルに印加される電流の向きが制御される。なお、定常時の演算部のバイアス電流設定部の出力Ｖｉｂは必ずしもゼロでなくても良く、所定値（下限値）であってもよい。この場合でも永久磁石の磁束により定常時のバイアス電流を小さく抑えることができる。

磁気軸受７０によって支持される回転軸２０の中心からの変位が変位センサ１２１，１２２によって検出され、センサ回路１２０に入力される。センサ回路１２０は、中心からの回転軸のずれに相当する制御量を演算部１００に出力する、演算部１００はこれを受けてアンプ１１１，１１２にそれぞれコイル電流指令値を出力する。アンプ１１１は磁気軸受のステータコイル７３にコイル電流ｉｃ１を供給し、アンプ１１２は磁気軸受のステータコイル７３に対向するステータコイル７５にコイル電流ｉｃ２を供給する。

演算部１００は、センサ回路１２０の出力を受けて、ゲイン調整、位相補償、フィルタ処理を行ない、制御電流指令値Ｖｉｃを出力する制御器１０１と、制御電流指令値Ｖｉｃに応じてバイアス電流指令値Ｖｉｂを出力するバイアス電流設定部１０２と、加算器１０３と、減算器１０４とを含む。

加算器１０３は、制御電流指令値Ｖｉｃとバイアス電流指令値Ｖｉｂとを加算したコイル電流指令値Ｖｉｃ１をアンプ１１１に出力し、アンプ１１１はステータコイル７３にコイル電流ｉｃ１（＝ｉｂ＋ｉｃ）を出力する。減算器１０４は、バイアス電流指令値Ｖｉｂから制御電流指令値Ｖｉｃを減算したコイル電流指令値Ｖｉｃ２をアンプ１１２に出力し、アンプ１１２はステータコイル７５にコイル電流ｉｃ２（＝ｉｂ−ｉｃ）を出力する。

一般的な磁気軸受は、バイアス電流ｉｂが一定で、外乱に応じた制御電流ｉｃを流すことで軸を回転中心に支持する。

図１６は、バイアス磁束によってコイル電流と磁力との関係が線形化された状態を説明するためのグラフである。図１３に示した状態からコイルにバイアス電流ｉｂを印加すると、グラフＦ（ｉｃ１）は左にシフトし、グラフＦ（ｉｃ２）は右にシフトする。このため、バイアス磁束によりコイル電流と合成磁力Ｆの関係が線形化される。電磁石７８で発生する磁力をＦ１とし、電磁石７９で発生する磁力をＦ２とすると、Ｆ１とＦ２は逆向きであり合成磁力Ｆｔは、式（１）から以下のように表される。なお、ギャップｘは厳密には釣り合い位置において電磁石７８，７９について等しくｘ０であるとし、釣り合い位置からのずれをΔｘとすると、電磁石７８についてはｘ＝ｘ０＋Δｘ、電磁石７９についてはｘ０−Δｘとすべきであるが、原点近傍の領域ではΔｘ＝０として、ギャップ長は電磁石７８，７９で同じとした。
Ｆｔ＝Ｆ１−Ｆ２＝ｋ（ｉｂ＋ｉｃ）^２／ｘ０^２−ｋ（ｉｂ−ｉｃ）^２／ｘ０^２
Ｆｔ＝ｋ・４ｉｂ・ｉｃ／ｘ０^２ ∝ｉｃ
従って、合力Ｆは−ｉｂ＜ｉｃ＜ｉｂの範囲では、制御電流ｉｃに比例する線形な関数となる。

図１４に示した本実施の形態の演算部１００は、バイアス電流設定部１０２がバイアス電流指令値Ｖｉｂを制御電流指令値Ｖｉｃに応じて変化させる。このため磁力の線形化の状態も変化する。

図１７は、バイアス電流を変化させた際のコイル電流と磁力との関係を説明するためのグラフである。バイアス電流をｉｂ１，ｉｂ２，ｉｂ３に変化させることにより、バイアス磁束も変化する。バイアス磁束を大きくすると、図１７に示すようにコイル電流に対する発生力の線形範囲が拡大し、コイル電流に対する力の傾きも大きくなる。バイアス電流の大きさをｉｂ１＜ｉｂ２＜ｉｂ３とすると、合成磁力Ｆｔの大きさもＦｔ１＜Ｆｔ２＜Ｆｔ３のように大きくなる。バイアス電流ｉｂが大きいほど剛性も強くなり、回転軸の変位が生じたときに回転中心に引き戻す力が大きくなる。

図１６、図１７からわかるように、バイアス電流の２倍の領域までコイル電流と磁力の関係を線形化することができる。対向する電磁石のコイルに同値の電流を印加することでバイアス磁束をかけるバイアス電流方式において、回転軸に発生する負荷の大きさに応じてバイアス電流を可変させる。一般的にバイアス電流は最大負荷を考慮して予め決定した固定値としているが、本実施の形態では負荷に応じて変化させるため、負荷が小さい動作条件ではバイアス電流も小さくなりコイルの銅損や回転時の回転軸の鉄損を低減し発熱を抑制することができる。

回転軸２０にかかる負荷（例えば流体力など）は、電磁石のコイル電流ｉｃ１，ｉｃ２や変位センサ１２１，１２２の出力から推定できる。コイル電流ｉｃ１，ｉｃ２は演算部１００の出力であるコイル電流指令値Ｖｉｃ１，Ｖｉｃ２と等価であるため、演算部１００はコイル電流ｉｃ１，ｉｃ２を知ることが出来る。磁気軸受７０，８０の電磁石諸元は既知であるため、電流値が分かれば磁気軸受部での負荷を推定することができる。また軸受の配置およびインペラ４０の位置も既知であることから、インペラ４０にかかるラジアル荷重も推定することが出来る。バイアス電流ｉｂは、ラジアル磁気軸受毎（電磁石（Ｍ１〜Ｍ４）４個で１セット）を同じ値で可変させてもよいし、Ｘ軸、Ｙ軸毎（対向する電磁石（Ｍ１，Ｍ２）２個で１セット、対向する電磁石（Ｍ３，Ｍ４）２個で１セット）に可変させてもよい。

また負荷が大きい場合も予め設定した最大電流の範囲まで大きくすることができ、線形範囲の拡大による制御安定性の向上や剛性向上が期待できる。

図１８は、磁気軸受のバイアス電流と剛性の関係を示すグラフである。図１８には、磁気軸受に変位センサをつけて、フィードバックループによって位置制御をした場合の、軸受剛性が示されている。周波数が高周波側の剛性は、軸の質量によって決まるためバイアス電流の影響は小さい。周波数が低周波側の剛性は、バイアス電流の影響を受け、バイアス電流が大きいほど、剛性は高くなる。剛性の式は下式（３）で表される。

式（３）において、Ｆｄは外乱、ｘは変位、ｍはロータの質量、Ｋ_ＩＦは、電流−力変換定数（電磁石の電流と発生する力の関係を示すゲイン）を示し、Ｋ_ＧＦは、ギャップ−力変換定数（ギャップと力の関係を示すゲイン）、Ｇｓはセンサゲイン、Ｇａはアンプゲイン、Ｇｃは制御パラメータ（ＰＩＤ）を示す。

図１９は、バイアス電流の大きさによって制御対象の伝達関数が変化することを示したグラフである。ここでの制御対象は磁気軸受である。ここで図１９の制御対象の伝達関数の縦軸Ｋは以下の式（４）で表される。

式（４）において、Ｋ_IFは、電流−力変換定数（電磁石の電流と発生する力の関係を示すゲイン）を示し、Ｋ_GFは、ギャップ−力変換定数（ギャップと力の関係を示すゲイン）を示し、ｍはロータの質量を示す。Ｋ_ＩＦもＫ_ＧＦもバイアス電流によって値が変化するパラメータである。

図１９に示すように、高周波側ではバイアス電流の大小は伝達関数に影響を与えないが、低周波側では、バイアス電流が小さいほど伝達関数は上がり、バイアス電流が大きいほど伝達関数は下がる。以下の式（５）にフィードバック系の一巡伝達関数の式を示す。

式（５）において、ｍはロータの質量、Ｋ_IFは、電流−力変換定数（電磁石の電流と発生する力の関係を示すゲイン）を示し、Ｋ_GFは、ギャップ−力変換定数（ギャップと力の関係を示すゲイン）を示し、Ｇsはセンサゲインを示し、Ｇaはアンプゲインを示し、Ｇcは制御パラメータ（ＰＩＤ）を示す。

つまり一巡伝達関数は制御対象の伝達関数にセンサゲイン、アンプゲイン、制御ゲインを乗じたものである。系の安定性の判定では一巡伝達関数のボード線図においてクロスオーバー周波数（ボード線図で上から下に０ｄＢ（ゼロデシベル）を横切る周波数）で位相が-180度より遅れていない必要がある（位相余裕）。

一巡伝達関数のクロスオーバー周波数は制御対象の変化によって変わる。場合によって位相余裕がない領域にクロスオーバー周波数が移動したり、新たなクロスオーバー周波数が発生したりして不安定となる。

図２０は、磁気軸受システムのブロック図である。図２０において、アンプ２０４は、制御器２０３からの指令どおりに電流を出力する。制御対象２０５（回転軸）の変位は変位センサ２０６で検出され、目標値（中央位置）との差は減算器２０２によって算出される。制御器２０３は、ＰＩＤ制御（ゲイン調整、位相補償、フィルタ処理）を行なっている。

磁気軸受のコイル電流は図２０に示すような電流フィードバックループを有している。制御電流ｉｃは、所定の周波数帯域までは電流指令値に追従するため、電流指令値から実際の制御電流の大きさを推定することが出来る。また、この制御電流にバイアス電流を加えることによって、バイアス磁束によって、磁気軸受の制御電流に対し、発生力を線形化することができる（図１２〜図１６）。

図２１は、図２０の磁気軸受システムの一巡伝達関数の周波数特性を示したボード線図である。ゲインが０ｄＢを横切るときの周波数（クロスオーバー周波数ｆｃ）において、位相が−１８０°より上に来ていないと、系は発振してしまうことが知られている。図２１では、ｆｃにおいて位相φ＞−１８０°で安定である。

図２２は、図２１の状態からバイアス電流を大きくした場合の一巡伝達関数の周波数特性を示したボード線図である。バイアス電流を大きくすると、軸の振れに対して剛性が上がる。しかし、ゲインが下がって新たなクロスオーバー周波数ｆｃ１を持ってしまう。図２２では、クロスオーバー周波数ｆｃ１において位相φ＜−１８０°で不安定である。

図２３は、図２２の状態から一巡伝達関数の全体のゲインを大きくした場合の一巡伝達関数の周波数特性を示したボード線図である。図２３では、一巡伝達関数のゲインを大きくすることによって、図２２のｆｃ１がクロスオーバー周波数でなくなった。クロスオーバー周波数ｆｃにおいては位相φ＞−１８０°で安定である。

図２４は、図２２の状態から積分ゲインを下げ、低周波数側の位相への影響を小さくした場合の一巡伝達関数の周波数特性を示したボード線図である。図２４では、積分ゲインを下げることによって、ｆｃ１における位相がφ＞−１８０°に変化したので安定である。本実施の形態では、図２３の処理、図２４の処理のいずれか一方を実行しても良いし、図２３の処理に加えて図２４の処理も実行しても良い。

予め磁気軸受の安定性を検証しておき、バイアス電流の増減に応じて全体のゲイン、積分ゲインなどの制御パラメータも同時に可変させる。演算部１００は、ＰＩＤ制御を実行して制御電流指令値Ｖｉｃを算出し、バイアス電流の更新と同時にＰＩＤ制御の制御パラメータを更新する。

バイアス電流を大きくすると図１９に示すように制御対象の周波数特性（ボード線図：図２１）で低周波数側のゲインが低下（図２２）するため、ゲイン余裕から判断して、ＰＩＤ制御の全体のゲインを大きくする。

このときに更新する制御パラメータは、ＰＩＤ制御の一巡伝達関数の全体のゲインである。演算部１００は、バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、バイアス電流を増加させた場合、ゲインを大きくし、バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、バイアス電流を減少させた場合、ゲインを小さくする。

具体的には制御器２０３において、全体のゲインの調整（図２３）や積分ゲインにより低周波側の位相状態を変更（図２４）する。図２４の状態は制御対象の変化に対し不安定のため、図２４の処理は図２３の全体のゲインの調整と併せておこなう。

このときに併せて更新する制御パラメータは、ＰＩＤ制御の積分ゲインである。演算部１００は、バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、バイアス電流を増加させた場合、積分ゲインを小さくし、バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、バイアス電流を減少させた場合、積分ゲインを大きくする。

図２５は、磁気軸受のメイン処理のフローチャートである。図１４、図２５を参照して、ステップＳ１において演算部１００はセンサ回路１２０を介して変位センサ１２１，１２２の信号を取得する。そしてステップＳ２において演算部１００は対向する電磁石７８，７９の各々の電流指令値を決定する。そしてステップＳ３において、演算部１００からの指令値によってアンプ１１１、アンプ１１２からステータコイル７３，７５にコイル電流ｉｃ１，ｉｃ２を印加する。メイン処理では、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３の処理が繰り返し実行される。

図２６は、図２５のＳ２における電流指令値を決定する処理のフローチャートである。図１４、図２６を参照して、演算部１００は、ステップＳ１１において制御に係る位相補償、ＰＩＤ処理、ゲイン調整、フィルタ処理などの演算を行ない制御電流指令値Ｖｉｃを決定する。演算部１００は、制御電流指令値Ｖｉｃの決定と並行してステップＳ１２においてバイアス電流指令値Ｖｉｂを決定する。さらにステップＳ１３において、演算部１００は、一方でバイアス電流指令値Ｖｉｂに制御電流指令値Ｖｉｃを加算し、他方ではバイアス電流指令値Ｖｉｂから制御電流指令値Ｖｉｃを減算して、コイル電流ｉｃ１，ｉｃ２に対応するコイル電流指令値Ｖｉｃ１，Ｖｉｃ２を決定し出力する。磁気軸受７０は回転軸を挟んで対向する一対の電磁石７８，７９を含み、各々の電磁石のコイル電流ｉｃ１、ｉｃ２によって発生する合成磁力によって非接触に軸を支持する。

図２７は、図２６のＳ１２におけるバイアス電流指令値を決定する処理の第１例を示したフローチャートである。図２７に示すように、演算部１００は、制御電流指令値の直流成分Ｖｉｃｄｃが増加し、かつ、制御電流指令値の直流成分Ｖｉｃｄｃがあらかじめ設定された第１しきい値Ｖｔｈ１より大きくなった場合に、バイアス電流を増加させ、制御電流指令値の直流成分Ｖｉｃｄｃが減少し、かつ、制御電流指令値の直流成分Ｖｉｃｄｃがあらかじめ設定された第２しきい値Ｖｔｈ２より小さくなった場合に、バイアス電流を減少させる。好ましくは、第１しきい値Ｖｔｈ１は、第２しきい値Ｖｔｈ２よりも大きく設定され、バイアス電流ｉｂの増減特性は、ヒステリシスを有する。

図２７のフローチャートに示すように対向する電磁石の制御電流指令値Ｖｉｃの直流成分Ｖｉｃｄｃを監視し、負荷が大きくなった際は（Ｓ２３でＹＥＳ）、対向する電磁石の制御電流指令値Ｖｉｃの直流成分Ｖｉｃｄｃが判定値Ｖｔｈ１より大きくなったタイミング（Ｓ２４でＮＯ）で、バイアス電流ｉｂを増加させる（Ｓ２５）。負荷が小さくなった際は（Ｓ２３でＮＯ）、対向する電磁石の制御電流指令値Ｖｉｃの直流成分Ｖｉｃｄｃが小さくなるため、判定値Ｖｔｈ２より小さくなったタイミング（Ｓ２６でＮＯ）で、バイアス電流ｉｂを減少させる（Ｓ２７）。判定値Ｖｔｈ１と判定値Ｖｔｈ２を異なる値とし、バイアス電流ｉｂを増減させるしきい値にヒステリシスを設けることによって、負荷変動の交流成分において、不必要なバイアス電流の切替えを抑制する。

バイアス電流ｉｂの初期値は無負荷時において、回転軸２０を安定に浮上させることができる値ｉｂＬとし、バイアス電流ｉｂの設定値はこの初期値より小さくしない。つまり、初期値をバイアス電流ｉｂの下限値ｉｂＬ（最小値）とする。また、バイアス電流の上限値ｉｂＵ（最大値）は電磁石、アンプおよび電源の制約から決定される。ステップＳ２１〜Ｓ２７の処理によってバイアス電流が決定されるとステップＳ２８のガード処理において、バイアスｉｂが上限値ｉｂＵを超えていた場合にはバイアス電流ｉｂ＝ｉｂＵとし、逆にバイアスｉｂが下限値ｉｂＬより小さくなっていた場合にはバイアス電流ｉｂ＝ｉｂＬとする。

バイアス電流ｉｂを増減させると軸受剛性が変化する（図１８）。バイアス電流ｉｂが大きくなると軸受剛性が高くなり、バイアス電流ｉｂが小さくなると軸受剛性は低下する。そのため、制御電流指令値Ｖｉｃの直流成分Ｖｉｃｄｃが一定値（Ｖｔｈ１）より高くなり、これに応じてバイアス電流ｉｂを大きくすると、剛性が高くなる。剛性が高くなると、負荷が同じ場合であれば、制御電流指令値Ｖｉｃの直流成分Ｖｉｃｄｃは小さくなる。同様に制御電流指令値Ｖｉｃの直流成分Ｖｉｃｄｃが一定値（Ｖｔｈ２）より低くなり、バイアス電流ｉｂを小さくすると、剛性が低下する。剛性が低下すると、負荷が同じ場合であれば、制御電流指令値Ｖｉｃの直流成分Ｖｉｃｄｃは大きくなる。

演算部１００は、ＰＩＤ制御等を用いてバイアス電流ｉｂを連続的に変化させてもよい。または、演算部１００は、予め設定した増減幅（例えば０．１Ａ等）で、バイアス電流ｉｂを段階的に変化させてもよい。

図２８は、図２６のＳ１２におけるバイアス電流指令値を決定する処理の第２例を示したフローチャートである。図２９は、バイアス電流指令値を決定する処理の第２例に対応するブロック図である。なお図２７の処理がメイン処理であり、図２８の処理を行なうときは図２７の処理と同時に適用される。図２８、図２９に示すように、演算部１００は、制御電流指令値の交流成分Ｖｉｃａｃの振幅が増加し、制御電流指令値の交流成分Ｖｉｃａｃの振幅があらかじめ設定された第３しきい値Ｖｔｈ３より大きくなった場合に、バイアス電流を増加させ、制御電流指令値の交流成分Ｖｉｃａｃの振幅が減少し、制御電流指令値の交流成分Ｖｉｃａｃの振幅があらかじめ設定された第４しきい値Ｖｔｈ４より小さくなった場合に、バイアス電流を減少させる。好ましくは、第３しきい値Ｖｔｈ３は、第４しきい値Ｖｔｈ４よりも大きく設定され、バイアス電流の増減特性は、ヒステリシスを有する。この場合、バイアス電流設定部１０２は、センサ回路１２０の出力とＶｉｃの２ヶ所の信号を受ける構成となる。交流成分は制御部１００Ａの位相補償等の処理で、周波数によってゲインに重み付けされる。そのため主に高周波成分ではセンサ回路１２０の出力をバイアス電流設定部１０２内でフィルタ処理等して得られた値からＶｉｂが生成される。また交流成分の低周波成分はＶｉｃを用いた場合の方が判断しやすい場合があり、両方の出力を利用する。

直流成分と同様に、交流成分については、図２８のフローチャートに示すようにセンサ信号もしくは対向する電磁石の制御電流指令値Ｖｉｃの交流成分Ｖｉｃａｃの振幅値を監視、抽出（Ｓ３１，Ｓ３２）する。負荷が増加中である場合は（Ｓ３３でＹＥＳ）、センサ信号もしくは対向する電磁石の制御電流指令値Ｖｉｃの交流成分Ｖｉｃａｃの振幅が判定値Ｖｔｈ３より大きくなったタイミングで（Ｓ３４でＮＯ）、バイアス電流を増加させる（Ｓ３５）。負荷が減少中である場合は（Ｓ３３でＮＯ）、センサ信号もしくは対向する電磁石の制御電流指令値Ｖｉｃの交流成分Ｖｉｃａｃの振幅が小さくなるため、制御電流指令値Ｖｉｃの交流成分Ｖｉｃａｃの振幅が判定値Ｖｔｈ４より小さくなったタイミングで（Ｓ３６でＮＯ）、バイアス電流を減少させる（Ｓ３７）。判定値Ｖｔｈ３と判定値Ｖｔｈ４を異なる値とし、バイアス電流を増減させるしきい値にヒステリシスを設けることによって、負荷変動の交流成分において、不必要なバイアス電流の切替えを抑制する。

交流成分Ｖｉｃａｃの抽出には、回転同期成分と低周波領域を分離する。回転軸の回転速度の加減速時には回転同期成分の振れを監視し、回転軸のアンバランスによる振れが大きい場合には、バイアス電流を大きくして剛性を高める。また回転装置の設置環境や地震など外乱による振動は低周波領域（例えば５０Ｈｚ以下）であるので、外乱の有無はセンサ信号もしくは対向する電磁石の制御電流指令値Ｖｉｃの交流成分Ｖｉｃａｃの振幅値から判断し、外乱発生時にはバイアス電流を大きくして剛性を高める。

バイアス電流の初期値は無負荷時において、回転軸２０を安定に浮上させることができる値とし、バイアス電流ｉｂの設定値はこの初期値より小さくしない。つまり、初期値をバイアス電流ｉｂの下限値ｉｂＬ（最小値）とする。また、バイアス電流の上限値ｉｂＵ（最大値）は電磁石、アンプおよび電源の制約から決定される。ステップＳ３１〜Ｓ３７の処理によってバイアス電流が決定されるとステップＳ３８のガード処理において、バイアスｉｂが上限値ｉｂＵを超えていた場合にはバイアス電流ｉｂ＝ｉｂＵとし、逆にバイアスｉｂが下限値ｉｂＬより小さくなっていた場合にはバイアス電流ｉｂ＝ｉｂＬとする。

バイアス電流を増減させると軸受剛性が変化する（図１８）。バイアス電流が大きくなると軸受剛性が高くなり、バイアス電流が小さくなると軸受剛性は低下する。そのため、変位センサ１２１，１２２の信号もしくは制御電流指令値Ｖｉｃの交流成分Ｖｉｃａｃの振幅が一定値（Ｖｔｈ３）より大きくなり、これに応じてバイアス電流を大きくすると軸受剛性は高くなる。軸受剛性が高くなると、負荷が同じ場合であれば、センサ信号もしくは制御電流指令値Ｖｉｃの交流成分Ｖｉｃａｃの振幅は小さくなる。同様にセンサ信号もしくは制御電流指令値Ｖｉｃの交流成分Ｖｉｃａｃの振幅が一定値（Ｖｔｈ４）より小さくなり、これに応じてバイアス電流を小さくすると、軸受剛性が低下する。軸受剛性が低下すると、負荷が同じ場合であれば、センサ信号もしくは制御電流指令値Ｖｉｃの交流成分Ｖｉｃａｃの振幅は大きくなる。

バイアス電流ｉｂはＰＩＤなどの制御を用いて連続的に可変してもよい。もしくは予め設定した値、例えば０．１Ａで段階的に変化させてもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係る磁気軸受装置では、電磁石のバイアス電流を回転軸に発生する負荷に応じて可変するため、負荷が小さい動作条件ではコイルの銅損や回転時の回転軸の鉄損を低減し発熱を抑制することができる。さらに、本実施の形態では定常状態で発生する負荷に対して永久磁石７６，７７のみによるバイアス磁束でまかない、それ以上負荷が大きくなった場合、負荷に応じてバイアス電流ｉｂによりバイアス磁束を調整する。このため、負荷が小さい動作条件ではステータコイル７３，７５の銅損を低減し発熱を抑制することができる。また負荷が大きい場合も予め設定した最大電流の範囲までバイアス磁束を制御電流に従って大きくすることができ、線形範囲の拡大による制御安定性の向上や剛性向上が期待できる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ａポンプ、２０回転軸、３０駆動部、４０インペラ、５０ポンプケーシング、６０，７０，７０Ａ〜７０Ｅ，８０磁気軸受、６１スラストディスク、６２，６４，７２，７４ステータコア、６３，６５，７３，７５ステータコイル、６６ギャップセンサ、７６，７７永久磁石、１００，１００Ａ演算部、１０１，２０３制御器、１０２バイアス電流設定部、１０３加算器、１０４，２０２減算器、１１１，１１２，２０４アンプ、１２０センサ回路、１２１，１２２，１２３，２０６変位センサ、Ｍ１第１電磁石、Ｍ２第２電磁石。

Claims

回転軸を支持する磁気軸受装置であって、
前記回転軸を挟むように配置された第１磁石および第２磁石とを備え、
前記第１磁石は、第１電磁石と、第１バイアス磁束を発生させる第１永久磁石とを含み、
前記第２磁石は、第２電磁石と、第２バイアス磁束を発生させる第２永久磁石とを含み、
前記第１バイアス磁束は、前記回転軸に第１方向の力を発生させ、
前記第２バイアス磁束は、前記回転軸に前記第１方向と逆向きの第２方向の力を発生させ、
前記磁気軸受装置は、
前記回転軸の変位を検出するセンサと、
前記第１電磁石および前記第２電磁石に流す電流を演算する演算部とをさらに備え、
前記演算部は、
（ａ）前記センサが検出した変位に基づいて、前記第１電磁石および前記第２電磁石について逆符号で同値の制御電流を算出し、
（ｂ）前記制御電流の増減に応じて、前記第１電磁石および前記第２電磁石について同符号で同値のバイアス電流を算出し、
（ｃ）前記制御電流および前記バイアス電流を加算して、前記第１電磁石および前記第２電磁石の各々に対して流すコイル電流を算出する、磁気軸受装置。
前記バイアス電流には下限値が規定されており、
前記演算部は、前記制御電流の直流成分が増加し、かつ、前記制御電流の直流成分があらかじめ設定された第１しきい値より大きくなった場合に、前記バイアス電流を増加させ、前記制御電流の直流成分が減少し、かつ、前記制御電流の直流成分があらかじめ設定された第２しきい値より小さくなった場合に、前記下限値を下回らない範囲内で前記バイアス電流を減少させる、請求項１に記載の磁気軸受装置。
前記第１しきい値は、前記第２しきい値よりも大きく設定され、前記バイアス電流の増減特性は、ヒステリシスを有する、請求項２に記載の磁気軸受装置。
前記バイアス電流には下限値が規定されており、
前記演算部は、前記制御電流の交流成分の振幅が増加し、前記制御電流の交流成分の振幅があらかじめ設定された第３しきい値より大きくなった場合に、前記バイアス電流を増加させ、前記制御電流の交流成分の振幅が減少し、前記制御電流の交流成分の振幅があらかじめ設定された第４しきい値より小さくなった場合に、前記下限値を下回らない範囲内で前記バイアス電流を減少させる、請求項１に記載の磁気軸受装置。
前記第３しきい値は、前記第４しきい値よりも大きく設定され、前記バイアス電流の増減特性は、ヒステリシスを有する、請求項４に記載の磁気軸受装置。
前記演算部は、前記バイアス電流を、予め設定した増減幅で段階的に変化させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気軸受装置。
前記演算部は、ＰＩＤ制御を実行して前記制御電流を算出し、前記バイアス電流の更新と同時に前記ＰＩＤ制御の制御パラメータを更新する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気軸受装置。
前記制御パラメータは、前記ＰＩＤ制御の一巡伝達関数のゲインであり、
前記演算部は、前記バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、前記バイアス電流を増加させた場合、前記ゲインを大きくし、前記バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、前記バイアス電流を減少させた場合、前記ゲインを小さくする、請求項７に記載の磁気軸受装置。
前記制御パラメータは、前記ＰＩＤ制御の積分ゲインであり、
前記演算部は、前記バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、前記バイアス電流を増加させた場合、前記積分ゲインを小さくし、前記バイアス電流が予め設定した判定値を超えており、かつ、前記バイアス電流を減少させた場合、前記積分ゲインを大きくする、請求項７に記載の磁気軸受装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁気軸受装置を備える、低温液化ガス送液ポンプ。