JP4144046B2 - 磁気浮上装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の磁気浮上装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の磁気浮上装置として、常電導による吸引形磁気浮上タイプのものがある。図６はこれを模式的に示すものであって、磁性体１と、この磁性体１を挟んで対向位置に配設される一対の電磁石２ａ、２ｂと、これらの電磁石２ａ、２ｂにフィードバック制御用の電磁石電流Ｉａ、Ｉｂを入力する駆動回路３とを具備してなる。そして、前記一対の電磁石２ａ、２ｂによって磁性体１を逆方向に吸引し合うことで、該磁性体１の浮上を実現するようにしている。
【０００３】
ところで、従来の駆動回路３は、磁性体１の浮上位置を検出するセンサ回路４からの検出信号に基づきフィードバック回路５にて該磁性体１の位置変位を修正するための駆動信号Ｓを作り、この駆動信号Ｓにバイアスを加えたものをＶ／Ｉ変換回路６で電磁石電流Ｉａにして一方の電磁石２ａにそのまま入力するとともに、前記駆動信号Ｓを反転回路５ａで反転後にこれにバイアスを加えたものをＶ／Ｉ変換回路６で電磁石電流Ｉｂとして他方の電磁石２ｂに入力するように構成されている。その際、この種の駆動回路３は各部がトランジスタ等の整流素子からなる点、駆動信号Ｓが負の領域では電磁石２のゲインが逆になり制御が不安定になる点などの理由から、図７に破線で示すように負の電磁石電流Ｉａ、Ｉｂは実際には電磁石２ａ、２ｂに流れない（或いは流さない）構成になっている。駆動信号Ｓが零を中心とした一定範囲内では両方の電磁石２ａ、２ｂが動作し、これ以外の範囲では何れか一方の電磁石２にのみ正の電流Ｉａ又はＩｂが流れ、吸引が行われるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような構成では、重力などの片荷重が大きく掛かった状態では電磁石２ａ又は２ｂの一方のみしか駆動することができない。このため、両方の電磁石２ａ、２ｂを有効利用しえないため制御の効率も半減したものにならざるを得ない。
【０００５】
加えて、磁気軸受用電磁石とセンサ用電磁石が実際には略同一構造である点に鑑みて、近時、前記センサ回路４を、磁気軸受用電磁石２ａ、２ｂへの入力電流からセンサ情報を取り出し得るようにしたいわゆるセンサレス形磁気軸受なるものも開発されているが、このようなものにおいても、電磁石２ａ、２ｂへの電磁石電流Ｉａ又はＩｂが零になる領域では、それらの電磁石２ａ、２ｂからのセンサ情報がなくなり、浮上位置を正しく読めなくなるので、系が不安定になるという問題もある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明は、従来ならば電流が零になるような負の駆動信号が入っても、電磁石に流れる電流を常に零より大きな一定値に保ち、その電流に駆動信号に基づく交流成分を乗せて当該電磁石を駆動するように構成することとしている。
【０００７】
このように構成すれば、駆動信号が零を中心とした一定範囲を越えても電磁石電流の何れが零になることもなく、オフセット電流に駆動信号による交流成分が重畳して伝えられるため、双方の電磁石を常に有効に機能させることができる。また、センサレスの場合には、両方の電磁石からセンサ情報を得ることができるため、浮上位置を正しく読むことが可能となる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を、図１〜図５を参照して説明する。
図１に、この実施例の磁気浮上装置が磁気軸受として適用されるターボ分子ポンプを示す。このターボ分子ポンプは、ケーシング１１内にロータシャフト１２に支持させてロータ１３を配設し、ロータ１３とケーシング１１の内周との間にタービン翼列１４を構成して、ロータ１３の回転に伴い吸気口１５から吸入した気体をタービン翼列１４で叩き飛ばし、排気口１６より強制排気するものである。
【０００９】
しかして、本実施例は、前記ロータシャフト１２をラジアル方向に浮上支持するラジアル軸受用の磁気浮上装置ＸおよびＹと、前記ロータシャフト１２をスラスト方向に浮上支持するスラスト軸受用の磁気浮上装置Ｚとを設けている。ラジアル軸受用の磁気浮上装置Ｘは、ロータシャフト１２の外周の少なくとも一部を磁性体１とする一方、ケーシング２の内周に２軸方向に各対をなして電磁石２ａ、２ｂを対向配置し、これらの電磁石２ａ、２ｂに図２に示す駆動回路３からフィードバック制御用の電流Ｉａ、Ｉｂを入力することによって、ロータシャフト１２をラジアル方向に浮上支持するものである。また、スラスト軸受用の磁気浮上装置Ｚは、ロータシャフト１２にスラストランナ１２ａを固設してこのスラストランナ１２ａの少なくとも一部を磁性体１とする一方、ケーシング１１内の対向位置に一対に電磁石２ａ、２ｂを配設し、それらの電磁石２ａ、２ｂに駆動回路３からフィードバック制御用の電流Ｉａ、Ｉｂを入力することによって、ロータシャフト１２をスラスト方向に浮上支持するものである。
【００１０】
以下、スラスト軸受用の磁気浮上装置に代表して、その駆動回路３の構成を詳述する。この駆動回路３は、基本的には図６に示したものと概ね同様であるが、バイアス点とＶ／Ｉ変換回路６との間にオフセット付加手段７を設けた点を構成上の相違点としているものである。
このオフセット付加手段７は、図３に示すように、駆動信号ＳをそのままＶ／Ｉ変換回路６に入力するラインと、駆動信号Ｓを折れ線回路７１及びローパスフィルタ７２を介してＶ／Ｉ変換回路６に入力するラインとを並列に設けたもので、図４はそのうちの折れ線回路７１の入出力特性を示している。オフセットは、これによる電磁石電流が零より大きくバイアス電流より小さくなるように定める。また、ローパスフィルタ７２のカットオフ周波数は、磁気浮上のフィードバック特性に影響する周波数より十分低くする。
【００１１】
本実施例による入出力特性を図５に示す。直流的には、従来は電流が零となる部分が折れ線回路７１によって持ち上げられ、最低でも一定のオフセット電流が流れるようになっている。交流的には、折れ線回路７１を出た後のローパスフィルタ７２によって交流成分がカットされ、トータルとしての交流成分は残るので、図中網掛けで示す範囲で電流値が変化し、駆動信号Ｓに対応する交流成分が電磁石２ａ、２ｂに伝わることとなる。
【００１２】
したがって、このように構成すれば、駆動信号Ｓが零を中心とした一定範囲を越えても電磁石電流Ｉａ又はＩｂの何れも零になることがなく、オフセット電流を利用して駆動信号Ｓによる交流成分を有効に伝えることができる。このため、双方の電磁石２ａ、２ｂを常に有効に機能させることが可能となる。
また、センサレスの場合にも、常に両方の電磁石２ａ、２ｂからセンサ情報を得ることができるため、ロータシャフト１２の浮上位置を正しく読むことが可能となる。
【００１３】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば、折れ線回路とローパスフィルタの配列を前後逆にしても同様に機能させることができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した構成であるから、双方の電磁石に常に有効に電磁石電流を供給してそれらの電磁石を機能させることができる。このため、従来に比べて磁性体或いはこの磁性体を付帯した回転体等の支持を安定して高い効率で行うことが可能となる。特に、センサレスの磁気浮上の場合、電磁石電流から常に有効に位置情報を得ることができるので、センサ信号がとぎれて制御が不安定な状態に陥るという不都合を確実に解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を適用したターボ分子ポンプの概略的な断面図。
【図２】同実施例で用いた磁気浮上装置のブロック図。
【図３】図２の要部詳細図。
【図４】同実施例における折れ線回路の入出力特性を示すグラフ。
【図５】同実施例における磁気浮上装置全体の入出力特性を示すグラフ。
【図６】磁気浮上装置の従来例を示すブロック図。
【図７】同従来例における磁気浮上装置全体の入出力特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１…磁性体
２ａ、２ｂ…電磁石
３…駆動回路
１２…ロータシャフト
Ｉａ、Ｉｂ…電磁石電流
Ｓ…駆動信号
Ｘ、Ｙ、Ｚ…磁気浮上装置

Claims (1)

1. 磁性体と、この磁性体を挟んで対向位置に配設される一対の電磁石と、これらの電磁石にフィードバック制御用の電磁石電流を入力する駆動回路とを具備してなり、前記一対の電磁石によって磁性体を浮上支持するようにした磁気浮上装置において、
   前記駆動回路を、バイアスと折れ線回路を備え駆動信号に基づいてオフセットを発生させるオフセット付加手段とを有し、最低でも一定のオフセット電流とフィードバック制御用の駆動信号に対応する交流成分とを重畳させた電磁石電流を各電磁石に入力し得るように構成して、前記オフセット電流が前記一対の電磁石に流れる電流が何れも零になることなく電磁石の双方に電磁石電流の交流成分を伝えるように印加されることを特徴とし、
   前記折れ線回路の入出力特性は、入力電圧が所定のオフセット値に近づくよう増大するにつれて出力電圧が低下する傾きをなし、入力電圧が前記オフセット値以上の場合に出力電圧を零に設定するものであり、前記オフセット値は、前記電磁石電流が零より大きくなるように定める磁気浮上装置。

Images