JP3222403B2 - 磁気軸受の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空ポンプや工作
機械の主軸などに使用される磁気軸受を制御する磁気軸
受の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の磁気軸受の制御装置とし
ては、例えば図１１に示すようなものが知られている。
この装置は、図１１に示すように、ロータ１と、このロ
ータ１を磁気的に支持する電磁石２、３と、電磁石２、
３の各近傍に配置され、ロータ１の半径方向の変位を検
出するセンサコイル４、５とを備えている。センサコイ
ル４、５は、図１２に示すように、発振器１１と組み合
わされて変位センサ１７を構成している。すなわち、セ
ンサコイル４とセンサコイル５とは、図１２に示すよう
に直列接続され、かつ発振器１１内の位相が１８０°異
なる２つの正弦波信号源１２、１３との間でブリッジ回
路を構成し、これにより変位センサ１７を構成してい
る。そして、このブリッジ回路の中点間の信号が変位セ
ンサ１７のセンサ信号Ｖｓとして位置検出回路６に入力
される。位置検出回路６は、その入力されたセンサ信号
に基づきロータ１の位置を示す位置信号を作成し、この
作成した位置信号を制御回路７に出力する。

【０００３】位置検出回路６は、図１３に示すように、
発信器１１からの出力信号を入力して検波用同期信号を
出力する同期回路１４と、上述のセンサ信号Ｖｓを検波
して検波信号Ｖｄを出力する検波回路１５と、この検波
回路１５からの検波信号をフィルタ処理して位置信号Ｖ
ｐを出力するローパスフィルタ１６とから構成されてい
る。同期回路１４は、図１４に示すようにオペアンプや
抵抗などから構成され、また、検波回路１５は、図１４
に示すように３つのオペアンプや複数の抵抗などから構
成されている。図１１に示す制御回路７は、ＰＩＤ補償
器やノッチフィルタなどから構成され、位置検出回路６
から位置信号を入力すると、その位置信号が零となるよ
うな電磁石電流指令値をパワーアンプ８に直接出力する
一方、インバータ９を介してパワーアンプ１０に出力す
る。パワーアンプ８はその電磁石電流指令値により電磁
石２を駆動し、他方、パワーアンプ１０はその電磁石電
流指令値により電磁石３を駆動することにより、ロータ
１が目標位置（中心位置）に制御される。

【０００４】次に、このような構成からなる従来装置の
動作について説明する。センサコイル４（またはセンサ
コイル５）とロータ１との距離（以下、ギャップとい
う）をｇｐとすると、センサコイルのインダクタンスＬ
は、ギャップｇｐに反比例して次の（１）式となる。 Ｌ＝ｋ／ｇｐ・・・（１） ここで、ｋは比例係数である。図１２において、ロータ
１が中心に位置する時のギャップをｘ、ギャップの変化
量をΔｘとすると、センサコイル４のインダクタンスＬ
１と、センサコイル５のインダクタンスＬ２とは、次の
（２）式および（３）式となる。 Ｌ１＝ｋ／（ｘ＋Δｘ）・・・（２） Ｌ２＝ｋ／（ｘ−Δｘ）・・・（３） このときのセンサ信号Ｖｓは、次の（４）式となる。 Ｖｓ＝Ｖｃ×ｓｉｎωｔ×（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｌ２＋Ｌ１）・・・（４） 次に、この（４）式に（２）、（３）式を代入すると、
センサ信号Ｖｓは、次の（５）式となる。 Ｖｓ＝（Δｘ／ｘ）×Ｖｃ×ｓｉｎωｔ・・・（５） この（５）式からわかるように、センサ信号Ｖｓの振幅
は、ギャップの変化量Δｘに比例し、変化量Δｘ＝０で
はセンサ信号Ｖｓ＝０になる。

【０００５】このようにして得られるセンサ信号Ｖｓ
は、検波回路１５によって変化量Δｘに比例した直流か
らなる検波信号Ｖｄに変換される。この検波信号Ｖｄ
は、高周波の信号成分を含むため、ローパスフィルタ１
６によりフィルタリングされて位置信号Ｖｐに変換され
る。この変換された位置信号Ｖｐは制御回路７に入力さ
れ、制御回路７は、その入力された位置信号Ｖｐを零と
する方向へ電磁力を発生するための電磁石電流指令値
を、パワーアンプ８、１０に出力する。パワーアンプ
８、１０は、その電磁石電流指令値が入力されると、そ
の電流指令値に従った電流を電磁石に流す。このため、
ロータ１は中心に位置するように制御される。図１５
は、図１３の各部の波形を示し、図１６は、ロータ１の
位置の違いによる各部の波形の変化を示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上の説明は、磁気軸
受の１軸分についてであるが、磁気軸受が複数軸の場合
には、図１３に示す検波回路１５やローパスフィルタ１
６などがその制御軸数の分だけ必要になる。このため、
広く普及している５軸制御型の磁気軸受では、位置検出
回路６の構成が複雑になり、製作費用も嵩むという問題
がある。また、ローパスフィルタ１６は、遮断周波数以
下の低周波信号に対しても位相の遅れを生じさせる。こ
の結果、磁気軸受の制御特性を悪化させ、外乱が加わっ
た場合に発振などの不安定現象を起こし易くなるという
問題がある。

【０００７】さらに、制御回路７をマイクロプロセッサ
などで構成し、アナログ信号をＡ／Ｄ変換器によってデ
ィジタル信号に変換してから処理する場合には、Ａ／Ｄ
変換器のサンプリング周波数と搬送波周波数（発振器の
出力周波数の２倍の周波数）との差の周波数のノイズを
発生する（エイリアシング現象）。このエイリアシング
現象の防止のためには、高次のローパスフィルタを使用
したり、搬送波周波数とサンプリング周波数の差が大き
くなるように周波数を設定する必要があった。しかし、
高次のローパスフィルタは位相遅れも大きく、制御特性
をより悪化させてしまうという問題がある。また、サン
プリング周波数はマイクロプロセッサの計算時間によっ
て決まってしまうため、搬送波周波数とサンプリング周
波数の差を大きくできず、低周波のノイズが発生し、制
御特性に悪影響を与えてしまうという問題がある。

【０００８】ところで、電磁石２、３などからなる磁気
軸受と、位置検出回路６を含んだコントローラとは離れ
た位置に設けられ、通常、数ｍ〜数１０ｍのケーブルで
電気的に接続されている。ケーブルはノイズ防止のため
に金属網などでシールドされるが、ケーブルとシールド
間は浮遊容量によって分布的に結合されている。特に、
ケーブルが長い場合には、その浮遊容量の影響により伝
送される信号に位相差が生ずる。この結果、図１７に示
すように検出用同期信号とセンサ信号Ｖｓとの間に位相
ずれが生じ、位置信号Ｖｐの感度が変化してしまうとい
う問題がある。このため、従来は、各軸ごとに感度補償
回路などを設け、ケーブルの長さに応じて感度調整をい
ちいち行う必要があった。

【０００９】そこで、本発明の第１の目的は、部品点数
の削減による製作費用の低減化、およびマイクロプロセ
ッサで制御する場合に問題となるエイリアシング現象の
発生防止などを図るようにした磁気軸受の制御装置を提
供することにある。本発明の第２の目的は、磁気軸受と
コントローラ間を電気的に接続するケーブルの長さに応
じて変位センサの感度が自動補正できるようにした磁気
軸受の制御装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の第１の目的を達成
するために、本発明は、ロータの少なくとも半径方向を
磁気的な力により支持する電磁石と、この電磁石を駆動
する電磁石駆動手段と、発振器とセンサコイルにより構
成し、ロータの半径方向の変位に応じたセンサ信号を出
力する変位センサと、発振器の出力信号と所定の位相差
を保った状態で同期するサンプル信号を発生し、このサ
ンプル信号により変位センサから出力されるセンサ信号
を取り込んでセンサ信号の値を保持し、この保持された
値をロータの半径方向の位置を示す信号として出力する
位置検出手段と、位置検出手段から出力される信号に基
づき、ロータが目標位置になるように電磁石の電磁力を
制御する制御手段とを備えている。

【００１１】上記の位置検出手段は、位相差を設定する
位相差設定手段と、この位相差設定手段により設定され
た位相差を保った状態で発振器の出力信号と同期するサ
ンプル信号を発生するサンプル信号発生手段と、このサ
ンプル信号発生手段から出力されるサンプル信号の立上
りで変位センサから出力されるセンサ信号を取り込み、
この取り込み後は、次のセンサ信号の取り込み時までそ
の取り込んだセンサ信号の値を保持するサンプルホール
ド手段とから構成する。

【００１２】また、上述の第２の目的を達成するため
に、本発明は、ロータの少なくとも半径方向を磁気的な
力により支持する電磁石と、この電磁石を駆動する電磁
石駆動手段と、発振器とセンサコイルにより構成され、
ロータの半径方向の変位に応じたセンサ信号を出力する
変位センサと、変位センサが出力するセンサ信号と発振
器の出力信号との位相差を検出し、この検出した位相差
により所定の位相差を補正する一方、発振器の出力信号
とその補正された位相差を保った状態で同期するサンプ
ル信号を発生し、このサンプル信号により前記変位セン
サから出力されるセンサ信号を取り込んでセンサ信号の
値を保持し、この保持された値をロータの半径方向の位
置を示す信号として出力する位置検出手段と、位置検出
手段から出力される信号に基づき、ロータが目標位置に
なるように電磁石の電磁力を制御する制御手段とを備え
ている。

【００１３】上記の位置検出手段は、変位センサが出力
するセンサ信号の発振器の出力信号に対する位相遅れを
検出して記憶する位相遅れ検出手段と、位相差を設定す
る位相差設定手段と、この位相差設定手段で設定された
位相差を、位相遅れ検出手段で検出して記憶された位相
遅れにより補正する補正手段と、この補正手段で補正さ
れた位相差を保った状態で発振器の出力信号と同期する
サンプル信号を発生するサンプル信号発生手段と、この
サンプル信号発生手段から出力されるサンプル信号の立
上りで変位センサから出力されるセンサ信号を取り込
み、この取り込み後は、次のセンサ信号の取り込み時ま
でその取り込んだセンサ信号の値を保持するサンプルホ
ールド手段とから構成する。

【００１４】このように本発明では、発振器の出力信号
と所定の位相差を保った状態で同期するサンプル信号を
発生し、このサンプル信号により変位センサから出力さ
れるセンサ信号を取り込んでセンサ信号の値を保持し、
この保持された値をロータの半径方向の位置を示す信号
として出力するようにした。このため、本発明では、そ
の位置信号として出力される信号中から発振器の周波数
成分が除去されるために、従来のようなローパスフィル
タが不要となり、全体として部品点数の削減による製作
費用の低減化できる上に、制御特性が向上する。さら
に、制御手段をマイクロプロセッサで制御する場合に問
題となるエイリアシング現象の発生防止などが図れる。

【００１５】また、本発明では、変位センサが出力する
センサ信号と発振器の出力信号との位相差を検出し、こ
の検出した位相差により所定の位相差を補正する一方、
発振器の出力信号とその補正された位相差を保った状態
で同期するサンプル信号を発生し、このサンプル信号に
より前記変位センサから出力されるセンサ信号を取り込
んでセンサ信号の値を保持し、この保持された値をロー
タの半径方向の位置を示す信号として出力するようにし
た。このため、本発明では、磁気軸受とコントローラ間
を電気的に接続するケーブルの長さに応じて変位センサ
の感度が自動的に補正できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施の形態
について、図１ないし図１０を参照して説明する。図１
は、本発明の第１の実施の形態である磁気軸受の制御装
置の全体の構成を示すブロック図であり、いわゆる１軸
制御型の場合を示す。この第１の実施の形態の磁気軸受
の制御装置は、図１１に示す従来装置の位置検出回路６
を、図１に示すような位置検出回路２１に代えたもので
ある。この位置検出回路２１は、図１に示すように、位
相差設定器２３と、ＰＬＬ回路２２と、サンプルホール
ド回路２４とから構成される。

【００１７】位相差設定器２３は、発振器１１（図１２
参照）の出力信号とＰＬＬ回路２２が出力するサンプル
信号との位相差を任意に設定できるように構成される。
ＰＬＬ回路２２は、位相差設定器２３で設定された位相
差を保った状態で、発振器１１の出力信号と同期したサ
ンプル信号を発生するように構成される。サンプルホー
ルド回路２４は、ＰＬＬ回路２２から出力されるサンプ
ル信号の立上りで変位センサ１７からのセンサ信号を取
り込み、この取り込み後は、次のセンサ信号の取り込み
時までその取り込んだセンサ信号の値を保持するように
構成される。図１において、この第１の実施の形態の他
の部分の構成および機能は、図１１で示した従来装置と
同様であるので、同一部分には同一符号を付してその詳
細な説明は省略する。

【００１８】図２は、図１に示した位相差設定器２３の
構成を示す図である。この位相差設定器２３は、図２に
示すように、４つの開閉スイッチからなるディップスイ
ッチ２３１を備え、開閉スイッチの各一端は共通接続さ
れて接地されるとともに、その開閉スイッチの各他端は
Ｄ／Ａコンバータ２３２の入力側に接続されている。ま
た、開閉スイッチの各他端側は、対応する各抵抗２３３
を介して電源に接続されている。

【００１９】図３は、図１に示したＰＬＬ回路２２の構
成を示すブロック図である。このＰＬＬ回路２２は、図
３に示すように、位相比較器２２１と、ループフィルタ
２２２と、加算器２２３と、電圧制御発振器２２４とか
ら構成される。位相比較器２２１には、発振器１１の出
力信号と電圧制御発振器２４から出力されるサンプル信
号とが入力されるように構成される。位相比較器２２１
の出力信号は、ループフィルタ２２２に入力されてフィ
ルタ処理されるように構成される。ループフィルタ２２
２の出力信号と、位相差設定器２３で設定された位相差
指令値とは、加算器２２３で加算され、その加算処理さ
れた信号が電圧制御発振器２２４に入力されるように構
成される。電圧制御発振器２２４は、加算器２２３から
の出力信号に基づいてサンプル信号を出力するように構
成される。

【００２０】図４は、図１に示したサンプルホールド回
路２４の回路の構成の一例を示す回路図である。このサ
ンプルホールド回路２４は、図４に示すように、入力端
子とオペアンプ２４３の＋端子との間に、サンプル信号
により開閉するスイッチ２４１と抵抗２４２とが直列に
接続されている。オペアンプ２４３の＋端子にコンデン
サ２４４の一端が接続され、コンデンサ２４４の他端は
接地されている。オペアンプ２４３の−端子は、その出
力端子に接続されている。このような構成により、サン
プル信号の立上りでスイッチ２４１が一時的に閉じてコ
ンデンサ２４４を充電し、その後にスイッチ２４１が開
くと、コンデンサ２４４の充電された電圧に対応する振
幅が一定の位置信号が、オペアンプ２４３から出力され
る。

【００２１】次に、このように構成される第１の実施の
形態の動作について、図面を参照して説明する。まず、
図２に示すディップスイッチ２３１の４つの開閉スイッ
チが、図示のようにいずれも開状態の場合において、図
３に示すＰＬＬ回路２２の動作について説明する。この
場合には、位相比較器２２１は、電圧制御発振器２２４
から出力されるパルス波からなるサンプル信号の位相
と、発振器１１の出力信号（基準信号）の位相とを比較
し、サンプル信号の位相が発振器１１の出力信号より進
んでいたら電圧制御発振器２２４の周波数を下げて位相
を遅らせ、他方、その反対であれば電圧制御発振器２２
４の周波数を上げて位相を進める。いま、上記のように
ディップスイッチ２３１の４つの開閉スイッチが、いず
れも開状態にある。このため、サンプル信号と基準信号
との周波数が一致すると、位相差が零となり、この位相
差が零の状態でサンプル信号は発振器１１の出力信号と
同期した状態になる。

【００２２】次に、図２に示したディップスイッチ２３
１の４つの開閉スイッチのうちの所定の開閉スイッチを
閉状態とし、位相差指令値が設定された場合について説
明する。この場合には、その設定された位相差指令値が
加算器２２３により加算されるので、電圧制御発振器２
２４に入力される信号のレベルがその位相差指令値の分
だけ高くなる。このため、電圧制御発振器２２４から出
力されるパルス波からなるサンプル信号は、図５に示す
ように、発振器１１の出力信号との間で位相差φを保っ
て同期した状態になる。すなわち、サンプル信号は、発
振器１１の出力信号と周波数が同一であり、位相差φが
保たれた状態になる。なお、その位相差φは、ディップ
スイッチ２３１の開閉スイッチの操作により０°〜３６
０°の範囲で任意に設定可能であり、この設定により変
位センサ１７の検出感度を変更できる。

【００２３】ところで、変位センサ１７からのセンサ信
号は、図５の実線で示すように正弦波からなり、サンプ
ルホールド回路２４に入力される。サンプルホールド回
路２４は、ＰＬＬ回路２２から出力されるサンプル信号
の立上り時にそのセンサ信号を取り込み、この取り込み
後は、次のサンプル信号の立上り時までその取り込んだ
センサ信号のサンプル値をホールド（維持）する。この
結果、サンプルホールド回路２４からは、図５に示すよ
うな直線からなる位置信号が出力される。この位置信号
は制御回路７に入力され、制御回路７は、その入力され
た位置信号を零とする方向へ電磁力を発生するための電
磁石電流指令値を、パワーアンプ８、１０に出力する。
パワーアンプ８、１０は、その電磁石電流指令値が入力
されると、その電磁石電流指令値に従った電流を電磁石
２、３に流す。このため、ロータ１は中心（目標位置）
に位置するように制御される。

【００２４】次に、第１の実施の形態を従来装置と比較
するために、サンプルホールド回路２４とこれに対応す
る従来の１次ローパスフィルタ１６と周波数特性を比較
するための測定を行い、図１０に示すような測定結果を
得た。ここで、図１０（Ａ）は周波数−利得特性を示
し、同図（Ｂ）は周波数−位相特性を示す。また、図１
０において、実線はサンプルホールド回路２４の測定結
果を示し、破線はローパスフィルタ１６の測定結果を示
す。この測定結果によれば、周波数−利得特性は、図１
０（Ａ）に示すようにサンプルホールド回路２４の方
が、ローパスフィルタ１６に比べて高域の周波数まで利
得の低下が小さく、その特性が向上していることがわか
る。一方、周波数−位相特性は、図１０（Ｂ）からわか
るように、サンプルホールド回路２４の方が、１次ロー
パスフィルタに比べて制御周波数帯域において位相遅れ
が小さく、磁気軸受の制御特性を悪化させることがな
い。

【００２５】以上説明したように、第１の実施の形態で
は、発振器１１の出力信号と所定の位相差を保った状態
で同期するサンプル信号をＰＬＬ回路２２で作り、サン
プルホールド回路２４はそのサンプル信号によりセンサ
信号を取り込んでセンサ信号の値を保持し、この保持さ
れた値をロータの半径方向の位置を示す位置信号として
出力するようにした。このように、第１の実施の形態で
は、変位センサ１７からのセンサ信号のサンプリングが
発振器１１の出力信号に同期するようにしたので、制御
回路７に入力される位置信号中から発振器１１の周波数
成分を完全に除去でき、もって、従来のようなローパス
フィルタが不要である。また、第１の実施の形態では、
従来のように磁気軸受の各軸ごとに検波回路とフィルタ
を設ける代わりに、サンプルホールド回路２４だけで良
いので、部品点数の削減や製作コストの低減化が図れ
る。しかも、本発明を３軸や５軸制御型の磁気軸受に適
用する場合には、ＰＬＬ回路２２等は各軸に共通に使用
できるので、この場合には部品点数の削減や製作コスト
の低減化の大幅な向上が図れる。さらに、第１の実施の
形態では、制御回路７に入力される位置信号中から発振
器１１の周波数成分が完全に除去できるので、制御回路
７をマイクロプロッセサで構成した場合でもエイリアシ
ング現象が発生しない。また、第１の実施の形態では、
サンプル信号と発振器１１の出力信号との間の位相差φ
を任意に設定できる位相差設定器２３を設けるようにし
たので、位相差設定器２３の設定により、位置検出回路
２１から出力される位置信号の感度（Ｖ／μｍ）を変化
できる。このため、この第１の実施の形態では、磁気軸
受の種類に応じてその感度を変更することにより、多種
多様の磁気軸受の制御に対応できる。

【００２６】なお、第１の実施の形態では、上記の位相
差φを設定する手段としてディップスイッチ２３１によ
る場合について説明したが、これに代えてマイクロプロ
セッサからＤ／Ａコンバータ２３２に位相差φを直接設
定するようにしても良い。また、アナログ電圧を可変抵
抗を介して加算器２２３に直接印加するとともに、その
可変抵抗の抵抗変化により加算器２２３に印加する電圧
を変えるようにしても良い。

【００２７】次に、本発明の第２の実施の形態につい
て、図６ないし図９を参照して説明する。この第２の実
施の形態は、磁気軸受とコントローラとを電気的に接続
するケーブルが長い場合に、センサコイル４、５に基づ
いて得られるセンサ信号は発振器１１の出力信号よりも
位相の遅れが生じるので、この位相の遅れ分を検出して
位相差設定値に加算して位相差設定値を補正するため
に、第１の実施の形態の位置検出回路２１を、図６に示
すような位置検出回路３１に代えたものである。この位
置検出回路３１は、図６に示すように、位相検出回路３
２、ホールド回路３３、位相差検出指令回路３４、加算
器３５、位相差設定器２３、ＰＬＬ回路２２、およびサ
ンプルホールド回路２４から構成される。

【００２８】位相差検出器３２は、変位センサ１７から
のセンサ信号と発振器１１（図１２参照）の出力信号と
の位相差（位相遅れ）を検出するように構成される。ホ
ールド回路３３は、位相差検出器３２が検出した位相差
を記憶（保持）するように構成される。位相差検出指令
回路３４は、位相差検出器３２の位相差検出の開始を指
示するように構成される。位相差設定器２３は、位相差
を任意に設定できるように構成される。加算器３５は、
位相差設定器２３で設定された位相差と、位相差検出器
３２で検出されてホールド回路３３に保持されている位
相差（位相差オフセット値）とを加算し、その加算した
値を位相差指令値として出力するように構成される。従
って、加算器３５は、位相差設定値２３で設定された位
相差に位相差検出器３２で検出された位相遅れを加算す
ることで、その設定された位相差を補正する機能を有し
ている。ＰＬＬ回路２２は、加算器３５から出力される
位相差を保った状態で、発振器１１の出力信号と同期し
たサンプル信号を発生するように構成される。サンプル
ホールド回路２４は、ＰＬＬ回路２２から出力されるサ
ンプル信号の立上りでセンサコイル４、５に基づいて得
られるセンサ信号を取り込み、この取り込み後は、次の
センサ信号の取り込み時までその取り込んだセンサ信号
の値を保持するように構成される。

【００２９】図７は、図６に示した位相差検出器３２と
ホールド回路３３の詳細なブロック図である。位相差検
出器３２は、図７に示すように、発振器１１の出力信号
が入力されるコンパレータ３２１と、センサ信号が入力
されるコンパレータ３２２と、コンパレータ３２１の出
力とコンパレータ３２２の出力とからその論理積を求め
る論理積回路３２３と、この論理積回路３２３の出力の
平滑化を行うフィルタ３２４から構成される。ホールド
回路３３は、図７に示すように、位相差検出器３２のフ
ィルタ３２４からの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変
換器３３１と、このＡ／Ｄ変換器３３１からの出力を記
憶するラッチ３３２と、このラッチ３３２から出力され
るディジタル値をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換器３
３３から構成される。なお、この第２の実施の形態の他
の部分の構成および機能は、図１で示した第１の実施の
形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

【００３０】次に、このように構成される第２の実施の
形態の動作について、図面を参照して説明する。いま、
コントローラを形成する位置検出回路３１と変位センサ
１７を形成するコイルセンサ４、５との距離が長く、こ
の間が長いケーブルで電気的に接続されている場合に
は、図８に示すように、コイルセンサ４、５に基づいて
得られるセンサ信号は、発振器１１の出力信号に対して
位相遅れを生じる。このため、この第２の実施の形態で
は、磁気軸受の使用開始時やケーブルの交換時に、その
位相遅れ分を位相差検出器３２で検出し、この検出した
位相差を以後使用できるようにホールド回路３３に記憶
させておく。

【００３１】そこで、まずその位相遅れの検出について
説明する。ロータ１が中心付近（目標位置付近）に位置
している場合には、変位センサ１７からのセンサ信号の
振幅はほとんど「０」になる。このため、電気磁石２、
３からなる磁気軸受を動作させ、そのセンサ信号の位相
遅れをオンラインで検出することは困難である。そこ
で、その位相遅れの検出は、図９に示すようなシーケン
スで行う。このシーケンスは、外部割り込みなどによっ
て開始される。これが開始されると、まず、ロータ１の
回転数検出信号などに基づきロータ１が回転中か否かを
判定する（ステップ１）。この判定の結果、ロータ１が
停止中であれば（ステップ；Ｎ）、磁気軸受をＯＦＦ
（電磁石２、３への電流を「０」）とする（ステップ
２）。次に、位相差検出器３２のフィルタ３２４の出力
が定常値になるまで一定時間サンプリングを行う（ステ
ップ３）。その後、ホールド回路３３がサンプリング結
果をホールド（記憶）して出力する（ステップ４）。そ
して、電磁石２、３の通電を開始し、磁気軸受をＯＮと
する（ステップ５）。

【００３２】このような処理により検出されるセンサ信
号の発振器１１の出力信号に対する位相遅れφ１は、図
８に示すようになり、この位相遅れφ１はホールド回路
３３から出力される位相差オフセット値が対応する。位
相遅れの検出が終了すると、加算器３５から位相差指令
値が出力される。そして、この位相差指令値は、位相差
設定値２３で設定された位相差が位相差検出器３２で検
出された位相遅れにより補正（加算）されたものであ
る。このため、ＰＬＬ回路２２から出力されるサンプル
信号は、図８に示すように、発振器１１の出力信号との
間でその加算器３５から出力される位相差指令値に対応
する位相差φを保って同期した状態になる。すなわち、
サンプル信号は、図８に示すように、発振器１１の出力
信号と周波数が同一であり、位相差φが保たれた状態に
なる。サンプルホールド回路２４は、ＰＬＬ回路２２か
ら出力されるサンプル信号の立上り時にそのセンサ信号
を取り込み、この取り込み後は、次のサンプル信号の立
上り時までその取り込んだセンサ信号のサンプル値をホ
ールド（維持）する。この結果、サンプルホールド回路
２４からは、図８に示すような直線からなる位置信号が
出力される。

【００３３】以上説明したように、この第２の実施の形
態では、磁気軸受とコントローラ間を電気的に接続する
ケーブルの長さが変化してもセンサの感度を自動的に補
正することができるので、各軸ごとにセンサの感度を調
整する調整回路を設け、ケーブルの長さが変わるたびに
感度調整をする必要がない。なお、第２の実施の形態で
は、上述した第１の実施の形態と同様な効果も同時に得
られる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、発振
器の出力信号と所定の位相差を保った状態で同期するサ
ンプル信号を発生し、このサンプル信号により変位セン
サから出力されるセンサ信号を取り込んでセンサ信号の
値を保持し、この保持された値をロータの半径方向の位
置を示す信号として出力するようにした。このため、本
発明では、その位置信号として出力される信号中から発
振器の周波数成分が除去されるために、従来のようなロ
ーパスフィルタが不要となり、全体として部品点数の削
減による製作費用の低減化できる上に、制御特性が向上
する。さらに、制御手段をマイクロプロセッサで制御す
る場合に問題となるエイリアシング現象の発生防止など
が図れる。

【００３５】また、本発明では、変位センサが出力する
センサ信号と発振器の出力信号との位相差を検出し、こ
の検出した位相差により所定の位相差を補正する一方、
発振器の出力信号とその補正された位相差を保った状態
で同期するサンプル信号を発生し、このサンプル信号に
より前記変位センサから出力されるセンサ信号を取り込
んでセンサ信号の値を保持し、この保持された値をロー
タの半径方向の位置を示す信号として出力するようにし
た。このため、本発明では、磁気軸受とコントローラ間
を電気的に接続するケーブルの長さが変化してもセンサ
の感度が自動的に補正できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】位相差設定器の詳細な構成を示すブロック図で
ある。

【図３】ＰＬＬ回路の詳細な構成を示すブロック図であ
る。

【図４】サンプルホールド回路の詳細な構成を示すブロ
ック図である。

【図５】図１の各部の信号波形の一例を示す波形図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施の形態の要部の構成を示す
ブロック図である。

【図７】図６に示した位相差検出器とホールド回路の詳
細な構成を示すブロック図である。

【図８】図６の各部の信号波形の一例を示す波形図であ
る。

【図９】位相差検出の手順を示すフローチャートであ
る。

【図１０】この実施の形態と従来例との周波数特性を比
較するための測定結果を示す図である。

【図１１】従来装置の構成を示すブロック図である。

【図１２】変位センサの構成を示す図である。

【図１３】図１１に示す位置検出回路の詳細な構成を示
すブロック図である。

【図１４】図１３に示す検波回路と同期回路の詳細な構
成を示す回路図である。

【図１５】各部の信号波形の一例を示す波形図である。

【図１６】ロータの各位置に対応する各部の信号波形の
一例を示す波形図である。

【図１７】ケーブルが長く、センサ信号に位相遅れがあ
る場合の各部の波形図である。

【符号の説明】

１ ロータ ２、３ 電磁石 ４、５ センサコイル ７ 制御回路 ８、１０ パワーアンプ １１ 発振器 １７ 変位センサ ２１、３１ 位置検出回路 ２２ ＰＬＬ回路 ２３ 位相差設定器 ２４ サンプルホールド回路 ３２ 位相差設定器 ３３ ホールド回路 ３４ 位相差検出指令回路 ３５ 加算器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータの少なくとも半径方向を磁気的な
   力により支持する電磁石と、 この電磁石を駆動する電磁石駆動手段と、 発振器とセンサコイルにより構成され、前記ロータの半
   径方向の変位に応じたセンサ信号を出力する変位センサ
   と、 前記変位センサが出力するセンサ信号と前記発振器の出
   力信号との位相差を検出し、この検出した位相差により
   所定の位相差を補正する一方、前記発振器の出力信号と
   その補正された位相差を保った状態で同期するサンプル
   信号を発生し、このサンプル信号により前記変位センサ
   から出力されるセンサ信号を取り込んでセンサ信号の値
   を保持し、この保持された値を前記ロータの半径方向の
   位置を示す信号として出力する位置検出手段と、 前記位置検出手段から出力される信号に基づき、前記ロ
   ータが目標位置になるように前記電磁石の電磁力を制御
   する制御手段と、 を具備することを特徴とする磁気軸受の制御装置。
2. 【請求項２】 前記位置検出手段は、 前記変位センサが出力するセンサ信号の前記発振器の出
   力信号に対する位相遅れを検出して記憶する検出手段
   と、 位相差を設定する位相差設定手段と、 この位相差設定手段で設定された位相差を、前記位相遅
   れ検出手段で検出して記憶された位相遅れにより補正す
   る補正手段と、 この補正手段で補正された位相差を保った状態で前記発
   振器の出力信号と同期するサンプル信号を発生するサン
   プル信号発生手段と、 このサンプル信号発生手段から出力されるサンプル信号
   の立上りで前記変位センサから出力されるセンサ信号を
   取り込み、この取り込み後は、次のセンサ信号の取り込
   み時までその取り込んだセンサ信号の値を保持するサン
   プルホールド手段と、 から構成することを特徴とする請求項１記載の磁気軸受
   の制御装置。
3. 【請求項３】 前記位相差設定手段は、前記位相差を
   任意に設定できるスイッチを備えていることを特徴とす
   る請求項２記載の磁気軸受の制御装置。