JP5133758B2 - 磁気軸受用位置センサ装置及び磁気軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数組の磁気軸受で、例えばモータのシャフトなどの回転体をスラスト方向（軸方向又はアキシアル方向ともいう。）及びラジアル方向（径方向ともいう。）に磁気浮上させて非接触で支持する磁気軸受のための位置センサ装置及びそれを用いた磁気軸受装置に関する。

磁気軸受用位置センサは、軸伸び等の影響をできるだけ小さくするため、磁気軸受（磁石）と近接することが望ましく、また、回転機械では軸長をできるだけ短くする方が、ロータの共振周波数を高くできて制御が容易になるため、特に軸方向に対してコンパクトであることが望ましい。位置センサとしては、例えば渦電流式、静電容量式、光学式、インダクタンス式が用いられる。ここで、インダクタンス式は、スリップセンサと呼ばれる形式を採用することで、スラスト方向の位置センサとラジアル方向の位置センサを同じ位置、同じ向きに設置することが可能であるため、軸方向に対してコンパクトに設計可能であるという利点を有している。

図８は従来技術に係るインダクタンス式位置センサの外観を示す斜視図である。図８において、インダクタンス式位置センサは、積層鋼板のティース９１に巻線９２を巻回してなるステータ９０と、計測場所にリング型の積層鋼板を配置したロータ９３からなる。図８において、積層鋼板の磁気抵抗、及び漏れ磁束を無視すると、当該位置センサのコイルの鎖交磁束Φ及びインダクタンスＬは、センサコアと軸受（ロータ側）コアとの１極当たりの重なり面積（ティース断面積）Ｓ、空隙間隔ｈ、巻数Ｎ、真空の透磁率μ_０を用いて、次式で与えられる。

ここで、φは巻線１回当たりの鎖交磁束である。また、ｗはティース断面の幅であり、ｌはティース断面の長さであり、その断面積はＳ＝ｗｌで表される。

インダクタンス式位置センサでは、ブリッジ回路等を用いて、Ｌの変化を電位差の変移量として測定し、その値から位置の変位を求めることができる。また、ラジアル位置センサでは、ロータ変位で空隙間隔ｈが変化することによる、インダクタンスの変化を計測する。

これに対し、スラスト位置センサでは、図９乃至図１１のようにセンサコアをロータコアに対してスラスト方向（ロータ軸方向）にオフセットして配置して、センサの重なり部分ｚの変化によるインダクタンスの変化を計測する。当該スラスト位置センサは、スリップセンサとも呼ばれる。図９は従来技術に係るスラスト位置センサ（スリップセンサ）のＲ−Ｚ面の構成及び動作を示す側面図であり、図１０は図９のスラスト位置センサ（スリップセンサ）のラジアル方向を含む面（スラスト方向に対して直交する面）の構成及び動作を示す側面図である。また、図１１は図９のスラスト位置センサ（スリップセンサ）の漏れ磁束を示す側面図である。

図９乃至図１０において、位置センサステータコア９４に巻線９５がＮ回巻回され、当該位置センサステータコア９４が積層鋼板にてなるロータコア９６に対向するように構成される。ここで、９７はロータコア９６に連結された非磁性体である。スリップセンサのインダクタンスは、センサコイルの発生する磁束が全てステータコアとロータコアの重なり部分の空隙に集中すると仮定した場合、式（２）の長さｌをｚに変えて次式で表される。

なお、特許文献１では、「回転体をアキシアル方向およびラジアル方向に非接触支持して磁気浮上させるための複数の電磁石を有する複数組の磁気軸受、前記回転体のアキシアル方向およびラジアル方向の位置を検出するための複数の位置センサを有する位置検出手段、ならびに前記位置検出手段による位置の検出結果に基づいて前記磁気軸受の電磁石を制御する電磁石制御手段を備えている磁気軸受装置において、前記回転体のアキシアル方向の位置を検出するためのアキシアル位置センサおよびラジアル方向の位置を検出するためのラジアル位置センサがインダクタンス検出方式のものであることを特徴とする」一般的な磁気軸受装置が開示されている。

特開２００１−２１４９３４号公報。

実際のスリップセンサでは、図１１に示すように、ステータコア９４とロータコア９６の重なり部分の磁束９８以外にも漏れ磁束９９が生じる。これは、スラスト方向変位に対して比例しないため、位置センサとして機能しない。すなわち、実際の位置センサでは、漏れ磁束の分だけ感度が減少することを意味する。漏れ磁束を少なくするためには、ステータコア９４とロータコア９６の重なり長ｚ（スラスト方向）を大きくして磁路を増やすことが必要であるが、その場合、その変位Δｚに対するインダクタンスＬの変化率が小さくなり、これも変位Δｚに対する感度を下げることになる。

すなわち、スリップセンサはラジアル方向の変位に対してもインダクタンスが変化するため、その影響をキャンセルする必要がある。また、ステータの磁極（ティース）とロータがスラスト方向にオフセットしているため漏れ磁束が多くなり、ラジアル方向センサに比べて感度が低くなるという問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して小型化することができ、しかもスラスト方向の位置センサ感度を大幅に向上させることができる磁気軸受用位置センサ装置及びそれを用いた磁気軸受装置を提供することにある。

第１の発明に係る磁気軸受用位置センサ装置は、ロータをスラスト方向及びラジアル方向に非接触支持して磁気浮上させる磁気軸受装置のための位置センサ装置において、
各積層鋼板において９０度毎に計４組のティースを有し、上記各ティースにセンサコイルを巻回してなる第１層、第２層及び第３層の３枚の積層鋼板を、、当該３枚の積層鋼板のうち互いに隣接する積層鋼板の各コイルが互いに干渉しないようにずらして重ねて構成されたステータと、
上記ステータの内側に所定の間隙を介して配置されたリング型積層鋼板であって、第１層及び第３層のステータと少なくとも対向するように配置されたロータとを備え、
上記第２層のステータの互いに直交する位置の各センサコイルのインダクタンスの変化をそれぞれ、当該各インダクタンスを含むように構成された第１と第２のブリッジ回路に発生する２つの電位差で検出することによりラジアル方向の変位を計測する一方、上記第１層のステータ及び第３層のステータの各センサコイルのインダクタンスの変化を、当該各インダクタンスを含むように構成された第３のブリッジ回路に発生する電位差で検出することによりスリップセンサを形成してスラスト方向の変位を計測することを特徴とする。

上記磁気軸受用位置センサ装置において、上記第１層のステータの各センサコイルと、上記第３層のステータの各センサコイルとの合計８対のセンサコイルのうち、互いに対向する各２対のセンサコイルを並列に接続してそれぞれ１組のセンサコイルのインダクタンスにより合計４組のスリップセンサを形成し、当該各インダクタンスを含むように構成された第３のブリッジ回路に発生する電位差で検出することによりスラスト方向の変位を計測することを特徴とする。

また、上記磁気軸受用位置センサ装置において、上記ロータは、上記ステータの厚さの２／３の厚さを有することを特徴とする。

さらに、上記磁気軸受用位置センサ装置において、上記ステータは、上記第１層、第２層及び第３層の３枚の積層鋼板を、当該３枚の積層鋼板のうち互いに隣接する積層鋼板の各コイルが互いに干渉しないように３０度ずつずらして重ねて構成されたことを特徴とする。

第２の発明に係る磁気軸受装置は、ロータをスラスト方向及びラジアル方向に非接触支持して磁気浮上させる磁気軸受装置において、上記磁気軸受用位置センサ装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係る磁気軸受用位置センサ装置によれば、各積層鋼板において９０度毎に計４組のティースを有し、上記各ティースにセンサコイルを巻回してなる第１層、第２層及び第３層の３枚の積層鋼板を、当該３枚の積層鋼板のうち互いに隣接する積層鋼板の各コイルが互いに干渉しないようにずらして重ねて構成されたステータと、上記ステータの内側に所定の間隙を介して配置されたリング型積層鋼板であって、第１層及び第３層のステータと少なくとも対向するように配置されたロータとを備える。従って、本発明に係る磁気軸受用位置センサ装置は以下の特有の効果を有する。
（１）ラジアル方向とスラスト方向の位置センサをコンパクトに一体化でき、大幅に小型できる。
（２）当該位置センサを同一形状の積層鋼板を用いて製造することができ、製作コストを大幅に削減できる。
（３）スラスト方向の位置センサとなるスリップセンサでは、ラジアル方向の影響をキャンセルすることができ、スラスト方向の位置センサ感度を向上させることができる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

本発明の実施形態に係る磁気軸受装置は、図１乃至図３の３層式の位置センサを用いて、モータのロータシャフトの位置の偏差を検出して、その検出結果に基づいて上記ロータシャフトを所定の位置に定位させることを特徴としている。ここで、特に、第２層のステータコア１２に係る位置センサによりラジアル方向の変位を検出し、第１層及び第３層のステータコア１１，１３に係る位置センサによりスラスト方向の変位を計測することを特徴としている。

図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る磁気軸受装置に用いる位置センサステータコア１０の側面図であり、図１（ｂ）は当該位置センサステータコア１０の平面図である。また、図２（ａ）は本実施形態に係る磁気軸受装置に用いる位置センサロータコア１４の側面図であり、図２（ｂ）は当該位置センサロータコア１４の平面図である。さらに、図３（ａ）は図１の位置センサステータコア１０の第１層のステータコア１１の平面図であり、図３（ｂ）は図１の位置センサステータコア１０の第２層のステータコア１２の平面図であり、図３（ｃ）は図１の位置センサステータコア１０の第３層のステータコア１３の平面図である。またさらに、図４（ａ）は図１の位置センサステータコア１０の各ティース対にコイルを巻回して構成されたセンサステータ１０Ａの平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’線の縦断面図である。また、図５は本実施形態に係る磁気軸受装置の位置センサにより構成される３個のブリッジ回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３からの検出信号に基づいてアクチュエータ５２を駆動する電気回路の回路図である。なお、図５において、矩形の中に●印がある素子はコアコイルのインダクタンスであり、●印が公知の通り巻始め位置を表す。

図３のように、２個１組として、９０度毎にそれぞれ計４組のティース（１１１，１１２，１１３，１１４；１２１，１２２，１２３，１２４；１３１，１３２，１３３，１３４）を内周縁端に中心に向かって突出するように設けた厚さｌの合計３枚の積層鋼板であるステータコア１１，１２，１３を形成する。ここで、対向するティース間の間隙は２Ｒ＋２ｈであり、Ｒは図２の位置センサロータコア１４の直径であり、ｈは位置センサロータコア１４とティースとの間の間隙である。次いで、上記形成したステータコア１１，１２，１３を、図１に示すように当該ステータコア１１，１２，１３の中心を中心として、３枚のステータコア１１，１２，１３のうち互いに隣接するステータコアの各コイルが互いに干渉しないように３０度ずつずらして、各ティースが重ならないように、３層重ねた構造の位置センサステータコア１０を形成する。そして、図４に示すように各ティース（１１１，１１２，１１３，１１４；１２１，１２２，１２３，１２４；１３１，１３２，１３３，１３４）に巻線を施してコイルを形成し、図５のように各コイルを結線する。すなわち、
（１）ステータコア１１は、図３（ａ）に示すように、ティース１１１，１１２，１１３，１１４を有し、また、図４に示すように、ティース１１１にはコイルｚ１−及びｚ２−が巻回され、ティース１１３にはコイルｚ３−及びｚ４−が巻回され、ティース１１２にはコイルｚ７−及びｚ８−が巻回され、ティース１１４にはコイルｚ５−及びｚ６−が巻回される。
（２）ステータコア１２は、図３（ｂ）に示すように、ティース１２１，１２２，１２３，１２４を有し、また、図４に示すように、ティース１２１にはコイルｘｍ１及びｘｍ２が巻回され、ティース１２３にはコイルｘｍ３及びｘｍ４が巻回され、ティース１２２にはコイルｙｍ３及びｙｍ４が巻回され、ティース１２４にはコイルｙｍ１及びｙｍ２が巻回される。
（３）ステータコア１３は、図３（ｃ）に示すように、ティース１３１，１３２，１３３，１３４を有し、また、図４に示すように、ティース１３１にはコイルｚ５＋及びｚ６＋が巻回され、ティース１３３にはコイルｚ７＋及びｚ８＋が巻回され、ティース１３２にはコイルｚ３＋及びｚ４＋が巻回され、ティース１３４にはコイルｚ１＋及びｚ２＋が巻回される。

また、３層の位置センサステータコア１０の積層鋼板（厚さ３ｌ）に対して、好ましくはおよそ２／３の積厚（２ｌ）であるリング型積層鋼板にてなり、第１層のステータコア１１及び第３層のステータコア１３とそれぞれ軸方向におよそ半分（ｌ／２）だけ重なって対向するように配置した直径２Ｒの位置センサロータコア１４を設ける。なお、本発明はこれに限らず、ロータコア１４については、第１層のステータコア１１及び第３層のステータコア１３の一部と少なくとも重なって対向するように配置しても位置検出可能である。この場合、ロータコア１４の厚さは、ｌを越えて３ｌ未満である。

図５において、４つのコイルｘｍ１，ｘｍ２，ｘｍ３，ｘｍ４のインダクタンスと、２個の抵抗Ｒ１，Ｒ２とによりｘｍ方向の位置偏差（位置センサステータコア１０の中心軸に対して位置センサロータコア１４がｘｍ方向にどれだけずれているかを示す偏差をいう。）を検出するためのブリッジ回路Ｂ１を形成する。また、４つのコイルｙｍ１，ｙｍ２，ｙｍ３，ｙｍ４のインダクタンスと、２個の抵抗Ｒ３，Ｒ４とによりｙｍ方向の位置偏差（位置センサステータコア１０の中心軸に対して位置センサロータコア１４がｙｍ方向にどれだけずれているかを示す偏差をいう。）を検出するためのブリッジ回路Ｂ２を形成する。さらに、１６個のコイル（ｚ１＋，ｚ２＋，ｚ３＋，ｚ４＋；ｚ１−，ｚ２−，ｚ３−，ｚ４−；ｚ５＋，ｚ６＋，ｚ７＋，ｚ８＋；ｚ５−，ｚ６−，ｚ７−，ｚ８−）のインダクタンスによりスラスト方向（ｚ方向）の位置偏差（位置センサステータコア１０に対して位置センサロータコア１４がｚ方向にどれだけずれているかを示す偏差をいう。）を検出するためのブリッジ回路Ｂ３を形成する。これら３個のブリッジ回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、例えば１０〜３０ｋＨｚの高周波の矩形パルス信号発生器５１により駆動され、各ブリッジ回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３からそれぞれ出力される偏差電圧はコントローラ５０に入力される。コントローラ５０は入力される３個の偏差電圧に基づいて位置センサステータコア１０に対する位置センサロータコア１４の偏差位置を検出し、所定の位置を保持するように（非接触で磁気浮上するように）ロータシャフト６３（図７）の３次元方向を制御するアクチュエータ５２を制御する。

以上のように構成された位置センサ回路では、３層のうち第２層のステータコア１２の各ティースに巻回したコイルのインダクタンスを用いてラジアル方向（ｘｍ方向及びｙｍ方向）の変位Δｘｍ，Δｙｍを計測する。第１層のステータコア１１と第３層のステータコア１３の各ティースに巻回したコイルのインダクタンスを用いてスリップセンサを形成し、スラスト方向（ｚ方向）の変位Δｚを計測する。このように、同一形状の積層鋼板のステータコア１１，１２，１３を、角度をずらして３層重ねることで、ラジアル方向、スラスト方向いずれも計測できる位置センサをコンパクトに一体化して形成できる。

ここで、ステータコア１１，１２，１３は、打ち抜き法やワイヤカット法などの手法で製作することができ、ステータコア１１，１２，１３の各層に同一形状の積層鋼板を用いることで、打ち抜き型やワイヤカットのプログラムを１セットで製作できるため、製作コストを削減可能である。

また、上述のように、第１層及び第３層のステータコア１１，１３の各コイルの磁極（図５のｚ１＋〜ｚ８＋、ｚ１−〜ｚ８−）でスラスト位置センサを形成することができる。ここで、第１層のステータコア１１の各コイルと、第３層のステータコア１３の各コイルとの合計８対のコイルのうち、互いに対向する各２対のセンサコイルを並列に接続してそれぞれ１組のセンサコイルのインダクタンスにより合計４組のスリップセンサを形成し、当該各インダクタンスを含むように構成されたブリッジ回路Ｂ３に発生する電位差で検出することによりスラスト方向の変位を計測することを特徴としている。すなわち、図５のように、対抗する２対（ｚ１〜ｚ２とｚ３〜ｚ４、ｚ５〜ｚ６とｚ７〜ｚ８）を並列結線して１組とし、ラジアル方向の変位に対する影響をキャンセルできる。これにより、４組でスリップセンサを２セット構成し、検出回路をフルブリッジ回路とすることで、感度を大幅に上げることができる。

本実施形態に係るインダクタンス式位置センサは、例えば１０〜３０ｋＨｚの高周波で励磁するため、コア材料として、鉄損の少ない電磁鋼板を使用する。コアの形状精度を出すため、ワイヤカットや打ち抜きで図３のような形状とする。３層一体で積層し、接着剤等で散けないよう固定する。

図６（ａ）〜（ｊ）は本実施形態に係る磁気軸受装置に用いる位置センサステータ１８を製造する組み立て工程を示す平面図である。図６（ａ）の第１層のステータコア１１を、図６（ｂ）に示すように第２層のステータコア１２上に重ね、その結果物を、図６（ｃ）に示すように第３層のステータコア１３上に重ねて位置センサステータコア１０を形成する。そしてコイルを装荷して図６（ｄ）のセンサステータ１０Ａを形成する。一方、図６（ｅ）のステータリング１５を図６（ｄ）のセンサステータ１０Ａ上に重ねた後（図６（ｆ））、その結果物上にステータ押さえ板１６を載置する（図６（ｇ））。さらに、その結果物上に図５の電気回路を有するプリント配線板１７を重ねて位置センサステータ１８を得る。

ここで、ステータリング１５及びステータ押さえ板１６などの位置センサケースは非磁性材料で製作する。センサコイルの配線をプリント配線板１７上に形成することで、配線の手間を省略するとともに、寸法を小さくすることが可能となる。

図７は本実施形態に係るモータの磁気軸受装置の機械的部分の縦断面図である。図７の例では、本実施形態に係る位置センサを磁気軸受式モータに使用した例を示す。図７において、モータハウジング６０の中央部をスラスト方向にモータシャフト６３が貫通しており、その中央部の周囲にモータステータコア６１が設けられ、そのモータステータコア６１にモータステータコイル６２が巻回される。上記モータシャフト６３は図上左右方向の端部で補助軸受６５，６８により支持されている。また、上記モータシャフト６３の図上左側であって補助軸受６５の右側に、位置センサロータコア（駆動側）７０及び位置センサステータコア（駆動側）７１が設けられ、図５のアクチュエータ５２のうちの一部のアクチュエータであるｘｍ方向及びｙｍ方向の位置補正を行うラジアル磁気軸受（駆動側）６４が設けられる。さらに、上記モータシャフト６３の図上右側であって補助軸受６５の左側に、位置センサロータコア（反駆動側）７２及び位置センサステータコア（反駆動側）７３が設けられ、図５のアクチュエータ５２のうちの一部のアクチュエータであるｘｍ方向及びｙｍ方向の位置補正を行うラジアル磁気軸受（反駆動側）６９が設けられる。さらに、上記モータシャフト６３の図上右側端部であって補助軸受６５の右側に、スラストディスク６７が配置され、それがスラスト磁気軸受（電磁石）６６により支持されている。ここで、スラスト磁気軸受（電磁石）６６は図５のアクチュエータ５２のうちの一部のアクチュエータであるｚ方向の位置補正を行う。

すなわち、図７において、モータハウジング６０に収納された位置センサは、ラジアル磁気軸受６４，６９に取り付けられ、駆動側及び反駆動側のラジアル磁気軸受６４，６９の間にモータのロータシャフト６３が存在するように設けられる。本実施形態では、スラスト磁気軸受６６の制御は駆動側又は反駆動側のスラスト位置センサの値を用いて行っている（図５のブリッジ回路Ｂ３参照。）。スラスト磁気軸受の制御で使用しない側のスラスト位置センサは、駆動側、反駆動側の二つのスラスト位置センサの間における、ロータシャフト６３のモータハウジング６０に対する相対的な伸びを計測する。この伸びと二つのスラスト位置センサの距離から、ロータシャフト６３とモータハウジング６０との（平均）温度差を推定できるため、モータハウジング６０の温度から、ロータシャフトの温度を推定することが可能である。なお、モータ、磁気軸受、位置センサの同芯度は、各機器取り付け部の嵌め合い公差で決まるが、磁気軸受と位置センサについては、センサを軸受に組み込んだ状態で磁極面を研磨することで、同芯度や精度を改善することが可能である。

変形例．
図１２（ａ）は本発明の変形例に係る磁気軸受装置に用いる位置センサステータコア１０の側面図であり、図１２（ｂ）は当該位置センサステータコア１０の平面図であり、図１２（ｃ）は当該変形例に係る磁気軸受装置に用いる位置センサロータコア１４の側面図であり、図１２（ｄ）は当該位置センサロータコア１４の平面図であり、図１２（ｅ）は上記位置センサステータコア１０の第１層のステータコア１１の平面図であり、図１２（ｆ）は図１の位置センサステータコア１０の第２層のステータコア１２の平面図であり、図１２（ｇ）は図１の位置センサステータコア１０の第３層のステータコア１３の平面図である。また、図１３（ａ）は図１２の位置センサステータコア１０の各ティースにコイルを巻回して構成されたセンサステータ１０Ａの平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＢ−Ｂ’線の縦断面図であり、図１３（ｃ）は当該変形例に係る磁気軸受装置の位置センサにより構成される３個のブリッジ回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３からの検出信号に基づいてアクチュエータ５２を駆動する電気回路の回路図である。なお、図１２及び図１３において、上記実施形態と対応するものについては同一の符号を付している。

図１２及び図１３の変形例は、図１乃至図５の実施形態に比較して、以下の点が異なる。
（１）１個のティース当り２本のティース１１１〜１３４に代えて、１個のティース当り３本のティース１１１〜１３４を備えたこと。ここで、３本のティースのうち両端のティースについては、真ん中のティースの幅の半分程度にした。
（２）２本のティースの場合の２倍の巻数のコイルを巻回したときに同等の性能を有するセンサを構築できる。この場合、ブリッジ回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３では、例えばコイルｘｍ１とｘｍ２、コイルｘｍ３とｘｍ４を一体にしたことになる。他のコイルについても同様である。

以上詳述したように、本発明に係る磁気軸受用位置センサ装置によれば、各積層鋼板において９０度毎に計４組のティースを有し、上記各ティースにセンサコイルを巻回してなる第１層、第２層及び第３層の３枚の積層鋼板を、当該３枚の積層鋼板のうち互いに隣接する積層鋼板の各コイルが互いに干渉しないようにずらして重ねて構成されたステータと、上記ステータの内側に所定の間隙を介して配置されたリング型積層鋼板であって、第１層及び第３層のステータと少なくとも対向するように配置されたロータとを備える。従って、本発明に係る磁気軸受用位置センサ装置は以下の特有の効果を有する。
（１）ラジアル方向とスラスト方向の位置センサをコンパクトに一体化でき、大幅に小型できる。
（２）当該位置センサを同一形状の積層鋼板を用いて製造することができ、製作コストを大幅に削減できる。
（３）スラスト方向の位置センサとなるスリップセンサでは、ラジアル方向の影響をキャンセルすることができ、スラスト方向の位置センサ感度を向上させることができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る磁気軸受装置に用いる位置センサステータコア１０の側面図であり、（ｂ）は当該位置センサステータコア１０の平面図である。 （ａ）は本実施形態に係る磁気軸受装置に用いる位置センサロータコア１４の側面図であり、（ｂ）は当該位置センサロータコア１４の平面図である。 （ａ）は図１の位置センサステータコア１０の第１層のステータコア１１の平面図であり、（ｂ）は図１の位置センサステータコア１０の第２層のステータコア１１の平面図であり、（ｃ）は図１の位置センサステータコア１０の第３層のステータコア１１の平面図である。 （ａ）は図１の位置センサステータコア１０の各ティースにコイルを巻回して構成されたセンサステータ１０Ａの平面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’線の縦断面図である。 本実施形態に係る磁気軸受装置の位置センサにより構成される３個のブリッジ回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３からの検出信号に基づいてアクチュエータ５２を駆動する電気回路の回路図である。 （ａ）〜（ｊ）は本実施形態に係る磁気軸受装置に用いる位置センサステータ１８を製造する組み立て工程を示す平面図である。 本実施形態に係るモータの磁気軸受装置の機械的部分の縦断面図である。 従来技術に係るインダクタンス式位置センサの外観を示す斜視図である。 従来技術に係るスラスト位置センサ（スリップセンサ）のＲ−Ｚ面の構成及び動作を示す側面図である。 図９のスラスト位置センサ（スリップセンサ）のラジアル方向を含む面（スラスト方向に対して直交する面）の構成及び動作を示す側面図である。 図９のスラスト位置センサ（スリップセンサ）の漏れ磁束を示す側面図である。 （ａ）は本発明の変形例に係る磁気軸受装置に用いる位置センサステータコア１０の側面図であり、（ｂ）は当該位置センサステータコア１０の平面図であり、（ｃ）は当該変形例に係る磁気軸受装置に用いる位置センサロータコア１４の側面図であり、（ｄ）は当該位置センサロータコア１４の平面図であり、（ｅ）は上記位置センサステータコア１０の第１層のステータコア１１の平面図であり、（ｆ）は図１の位置センサステータコア１０の第２層のステータコア１２の平面図であり、（ｇ）は図１の位置センサステータコア１０の第３層のステータコア１３の平面図である。 （ａ）は図１２の位置センサステータコア１０の各ティースにコイルを巻回して構成されたセンサステータ１０Ａの平面図であり、（ｂ）は図１３（ａ）のＢ−Ｂ’線の縦断面図であり、（ｃ）は当該変形例に係る磁気軸受装置の位置センサにより構成される３個のブリッジ回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３からの検出信号に基づいてアクチュエータ５２を駆動する電気回路の回路図である。

符号の説明

１０…位置センサステータコア、
１０Ａ…センサステータ、
１１…第１層のステータコア、
１２…第２層のステータコア、
１３…第３層のステータコア、
１４…位置センサロータコア、
１５…ステータリング、
１６…ステータ押さえ板、
１７…プリント配線板、
１８…位置センサステータ、
５０…コントローラ、
５１…矩形パルス信号発生器、
５２…アクチュエータ、
６０…モータハウジング、
６１…モータステータコア、
６２…モータステータコイル、
６３…ロータシャフト、
６４…ラジアル磁気軸受（駆動側）、
６５，６８…補助軸受、
６６…スラスト磁気軸受（電磁石）、
６７…スラストディスク、
６９…ラジアル磁気軸受（反駆動側）
７０…位置センサロータコア（駆動側）、
７１…位置センサステータコア（駆動側）
７２…位置センサロータコア（反駆動側）、
７３…位置センサステータコア（反駆動側）
１１１，１１２，１１３，１１４，１２１，１２２，１２３，１２４，１３１，１３２，１３３，１３４…ティース、
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…ブリッジ回路、
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…抵抗。

Claims (5)

1. ロータをスラスト方向及びラジアル方向に非接触支持して磁気浮上させる磁気軸受装置のための位置センサ装置において、
   各積層鋼板において９０度毎に計４組のティースを有し、上記各ティースにセンサコイルを巻回してなる第１層、第２層及び第３層の３枚の積層鋼板を、当該３枚の積層鋼板のうち互いに隣接する積層鋼板の各コイルが互いに干渉しないようにずらして重ねて構成されたステータと、
   上記ステータの内側に所定の間隙を介して配置されたリング型積層鋼板であって、第１層及び第３層のステータと少なくとも対向するように配置されたロータとを備え、
   上記第２層のステータの互いに直交する位置の各センサコイルのインダクタンスの変化をそれぞれ、当該各インダクタンスを含むように構成された第１と第２のブリッジ回路に発生する２つの電位差で検出することによりラジアル方向の変位を計測する一方、上記第１層のステータ及び第３層のステータの各センサコイルのインダクタンスの変化を、当該各インダクタンスを含むように構成された第３のブリッジ回路に発生する電位差で検出することによりスリップセンサを形成してスラスト方向の変位を計測することを特徴とする磁気軸受用位置センサ装置。
2. 上記第１層のステータの各センサコイルと、上記第３層のステータの各センサコイルとの合計８対のセンサコイルのうち、互いに対向する各２対のセンサコイルを並列に接続してそれぞれ１組のセンサコイルのインダクタンスにより合計４組のスリップセンサを形成し、当該各インダクタンスを含むように構成された第３のブリッジ回路に発生する電位差で検出することによりスラスト方向の変位を計測することを特徴とする請求項１記載の磁気軸受用位置センサ装置。
3. 上記ロータは、上記ステータの厚さの２／３の厚さを有することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気軸受用位置センサ装置。
4. 上記ステータは、上記第１層、第２層及び第３層の３枚の積層鋼板を、当該３枚の積層鋼板のうち互いに隣接する積層鋼板の各コイルが互いに干渉しないように３０度ずつずらして重ねて構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の磁気軸受用位置センサ装置。
5. ロータをスラスト方向及びラジアル方向に非接触支持して磁気浮上させる磁気軸受装置において、
   請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の磁気軸受用位置センサ装置を備えたことを特徴とする磁気軸受装置。

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