JP7029096B1 - 電力供給回路及びそれを備えた軸受装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力供給回路を小型化するとともに、コストを低減する。【解決手段】ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)を、互いに直列に接続し、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)の接続点(C1)とを接続し、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び第1の下アームスイッチング素子(21b)のそれぞれに、還流ダイオード(22a,22b)を並列に設け、制御部(23)に、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)には、接続点(C1)に流入する向きに電流が流れ、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)には、接続点(C1)から流出する向きに電流が流れるように、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び第1の下アームスイッチング素子(21b)をオンオフさせる。【選択図】図3
Description
本開示は、第1及び第2のアクチュエータコイルが電磁力によって対象物を非接触で支持するように、直流電圧源から前記第1及び第2のアクチュエータコイルにそれぞれ電流を流す電力供給回路及びそれを備えた軸受装置に関する。
特許文献1には、複数のアクチュエータコイルが電磁力によって対象物を非接触で支持するように、直流電圧源から前記複数のアクチュエータコイルにそれぞれ電流を流す電力供給回路を備えた軸受装置が開示されている。この軸受装置では、電力供給回路が、Hブリッジ回路をアクチュエータコイル毎に備えている。Hブリッジ回路は、2つのレグを備え、各レグは、互いに直列に接続された上アームスイッチング素子、及び下アームスイッチング素子を有するものである。
前記特許文献1では、電力供給回路に、Hブリッジ回路をアクチュエータコイル毎に設けるので、スイッチング素子の数が多くなり、電力供給回路が大型化するとともに、コストが高騰する。
本開示の目的は、電力供給回路を小型化するとともに、コストを低減することにある。
本開示の第1の態様は、第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)が電磁力によって対象物(131)を非接触で支持するように、直流電圧源(2)から前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)にそれぞれ電流を流す電力供給回路であって、互いに直列に接続された第1の上アームスイッチング素子(21a)、及び第1の下アームスイッチング素子(21b)を有し、前記直流電圧源(2)に接続された第1のレグ(211)と、前記第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)をオンオフして、前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)に流す電流を制御する制御部(23)とを備え、前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)は、互いに直列に接続されたものであり、前記第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)の接続点(C1,C2)が接続され、前記第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)のそれぞれには、還流ダイオード(22a,22b)が並列に備えられ、前記制御部(23)は、前記第1のアクチュエータコイル(161a,1541,1542)には、前記接続点(C1,C2)に流入する向きに電流が流れ、前記第2のアクチュエータコイル(161a,1543,1544)には、前記接続点(C1,C2)から流出する向きに電流が流れるように制御することを特徴とする。
第1の態様では、第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)の両方の電流の制御に、共通の第1のレグ(211)を用いるので、アクチュエータコイル(161a,1541~1544)毎にHブリッジ回路を設ける必要がない。したがって、第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)の電流の制御に用いる電力供給回路(20a,20b,162)のスイッチング素子を削減することにより、電力供給回路(20a,20b,162)を小型化するとともに、コストを削減できる。
本開示の第2の態様は、第1の態様において、第2の下アーム側還流ダイオード(22d)、及び前記第2の下アーム側還流ダイオード(22d)にカソード側から直列に接続された第2の上アームスイッチング素子(21c)を有し、前記直流電圧源(2)に接続された第2のレグ(212)と、第3の上アーム側還流ダイオード(22e)、及び前記第3の上アーム側還流ダイオード(22e)にアノード側から直列に接続された第3の下アームスイッチング素子(21f)を有し、前記直流電圧源(2)に接続された第3のレグ(213)とを備え、前記第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、前記第2の上アームスイッチング素子(21c)及び前記第2の下アーム側還流ダイオード(22d)の中点との間には、前記第1のアクチュエータコイル(161a,1541,1542)が接続され、前記第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、前記第3の上アーム側還流ダイオード(22e)及び前記第3の下アームスイッチング素子(21f)の中点との間には、前記第2のアクチュエータコイル(161a,1543,1544)が接続されることを特徴とする。
第2の態様では、第1の上アームスイッチング素子(21a)をオフした状態で、第1の下アームスイッチング素子(21b)と第2の上アームスイッチング素子(21c)とのオンオフを制御することにより、第1のアクチュエータコイル(161a,1541,1542)に流れる電流の量を制御できる。
また、第1の下アームスイッチング素子(21b)をオフした状態で、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第3の下アームスイッチング素子(21f)とのオンオフを制御することにより、第2のアクチュエータコイル(161a,1543,1544)に流れる電流の量を制御できる。
本開示の第3の態様は、第2の態様において、前記第1~第3のレグ(211~213)は、同一パッケージ内に収められていることを特徴とする。
第3の態様では、前記第1~第3のレグ(211~213)を1つのパッケージに収めるので、2つ以上のパッケージに収める場合に比べ、電力供給回路(20a,20b,162)を小型化できる。
また、例えば3つのレグを同一パッケージに収めたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュールは三相交流用に一般に安価に市販されているので、このような市販のIGBTのレグを前記第1~第3のレグ(211~213)として用いることにより、電力供給回路(20a,20b,162)のコストを削減しやすい。
第4の態様は、第2又は第3の態様において、前記制御部(23)による制御は、第1の指令値(CV1)と、振幅をAとし、かつ最小値をMとする三角波形である第1の搬送波(CW1)の値とを比較し、前記第1の下アームスイッチング素子(21b)を、前記第1の指令値(CV1)が前記第1の搬送波(CW1)の値以上である場合にはオン、前記第1の指令値(CV1)が前記第1の搬送波(CW1)の値未満である場合にはオフし、前記第1の指令値(CV1)と、振幅をAとし、最大値をMとし、かつ前記第1の搬送波(CW1)との合計値を常に2Mとする第2の搬送波(CW2)の値とを比較し、前記第2の上アームスイッチング素子(21c)を、前記第1の指令値(CV1)が前記第2の搬送波(CW2)の値以上である場合にはオン、前記第1の指令値(CV1)が前記第2の搬送波(CW2)の値未満である場合にはオフし、第2の指令値(CV2)と、振幅をAとし、かつ最小値をMとする三角波形である第3の搬送波(CW3)の値とを比較し、前記第1の上アームスイッチング素子(21a)を、前記第2の指令値(CV2)が前記第3の搬送波(CW3)の値以上である場合にはオン、前記第2の指令値(CV2)が前記第3の搬送波(CW3)の値未満である場合にはオフし、前記第2の指令値(CV2)と、振幅をAとし、最大値をMとし、かつ前記第3の搬送波(CW3)との合計値を常に2Mとする第4の搬送波(CW4)の値との比較を行い、前記第3の下アームスイッチング素子(21f)を、前記第2の指令値(CV2)が前記第4の搬送波(CW4)の値以上である場合にはオン、前記第2の指令値(CV2)が前記第4の搬送波(CW4)の値未満である場合にはオフする制御であることを特徴とする。
第4の態様では、制御部(23)は、第1及び第2の指令値(CV1,CV2)に基づいて、第1及び第2の上アームスイッチング素子(21a,21c)と、第1及び第3の下アームスイッチング素子(21b,21f)のオンオフを制御できる。
第5の態様は、第4の態様において、前記第1及び第2の指令値(CV1,CV2)の合計は、2M+A未満であり、前記第3の搬送波(CW3)は、前記第1の搬送波(CW1)の位相を180度ずらしたものであることを特徴とする。
第5の態様では、第1及び第2の指令値(CV1,CV2)の合計を、2M+A未満とし、かつ第3の搬送波(CW3)を、前記第1の搬送波(CW1)の位相を180度ずらしたものとしたので、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第1の下アームスイッチング素子(21b)が同時にオンすることがない。したがって、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第1の下アームスイッチング素子(21b)が同時にオンすることに起因する直流電圧源(2)のプラス側とマイナス側との短絡を防止できる。
第6の態様は、第1~第5の態様のいずれか1つの電力供給回路と、前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)とを備えた軸受装置であって、前記対象物(131)は、回転駆動するモータ(13)の駆動軸であり、前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)は、前記制御部(23)による前記制御中に両アクチュエータコイル(161a,1541~1544)の電磁力を互いに反対の方向に作用させることが可能なように配置されていることを特徴とする。
第6の態様では、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第1の下アームスイッチング素子(21b)の両方をオンすると直流電圧源(2)のプラス側とマイナス側とが短絡されるので、第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)の両方の電流を同時に増加させることはできない。本態様では、第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)が互いに反対の方向に電磁力を作用させるように配置されているので、第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)の両方の電流を同時に増加させなくても、第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)の電磁力により、対象物(131)を互いに反対の2方向に移動させることができる。
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
図1は、ターボ圧縮機(1)を示す。このターボ圧縮機(1)は、冷凍サイクルを行う冷媒回路(図示せず)に設けられて冷媒を圧縮するものである。ターボ圧縮機(1)は、ケーシング(11)と、インペラ(12)と、モータ(13)と、1対のタッチダウン軸受(14)と、1対の本開示の実施形態1に係るラジアル磁気軸受装置(15)及びスラスト磁気軸受装置(16)と、電力変換装置(図示せず)とを備えている。
ケーシング(11)は、略円筒状に形成され、円筒軸線が水平向きとなるように配置されている。ケーシング(11)内の空間は、インペラ(12)を収容するためのインペラ室(S1)と、モータ(13)を収容するための電動機室(S2)とに壁部(111)によって軸方向に区画されている。インペラ室(S1)には、吸入管(17)と、吐出管(18)とが接続される。
インペラ(12)は、複数の羽根によって外形が略円錐形状となるように形成されている。インペラ(12)は、インペラ室(S1)に収容されている。
モータ(13)は、永久磁石同期モータ、ベアリングレスモータ等である。モータ(13)は、対象物としての駆動軸(131)と、固定子(132)と、回転子(133)とを有している。駆動軸(131)の一端は、インペラ(12)の幅広側の面の中心に固定されている。駆動軸(131)の他端には、円盤部(131a)が張出形成されている。回転子(133)は、駆動軸(131)に固定され、固定子(132)は、ケーシング(11)に固定されている。回転子(133)及び固定子(132)は、電動機室(S2)に収容されている。モータ(13)は、図示しない電力変換装置の電力供給によって回転駆動する。
1対のタッチダウン軸受(14)のうち、一方のタッチダウン軸受(14)は、駆動軸(131)のインペラ(12)近傍に設けられ、他方のタッチダウン軸受(14)は、駆動軸(131)の円盤部(131a)近傍に設けられている。これらのタッチダウン軸受(14)は、モータ(13)が非通電であるとき(すなわち、駆動軸(131)が浮上していないとき)に駆動軸(131)を支持するように構成されている。
各ラジアル磁気軸受装置(15)は、ラジアル磁気軸受本体(150)と、第1及び第2の電力供給回路(20a,20b)とを有している。ラジアル磁気軸受本体(150)は、モータ(13)の固定子(132)及び回転子(133)の軸方向両側で、ケーシング(11)の内周壁に固定されている。
図2は、ラジアル磁気軸受本体(150)の構成例を示す横断面図である。同図に示すように、ラジアル磁気軸受本体(150)は、ヘテロポーラ型に構成されている。ラジアル磁気軸受本体(150)は、バックヨーク部(152)及び8つのティース部(153)を有する固定子(151)と、8つのティース部(153)に巻回された8つのコイル(1541a,1541b,1542a,1542b,1543a,1543b,1544a,1544b)とを有する。8つのコイル(1541a,1541b,1542a,1542b,1543a,1543b,1544a,1544b)は、周方向に隣り合う1対のティース部(153)に巻回された1対のコイル(1541a,1541b,1542a,1542b,1543a,1543b,1544a,1544b)毎に互いに接続されて第1及び第2のアクチュエータコイルとしてのラジアル磁気軸受用コイルA~D(1541~1544)を構成する。ラジアル磁気軸受用コイルA~D(1541~1544)は、図2における反時計回り方向に周方向に順に並んでいる。ラジアル磁気軸受用コイルA~D(1541~1544)の巻回方向、及びラジアル磁気軸受用コイルA~D(1541~1544)に流れる電流の向きは、図2に示した矢印の方向に磁束が発生するように設定されている。ラジアル磁気軸受用コイルA~D(1541~1544)は、それぞれ、そのラジアル磁気軸受用コイルA~D(1541~1544)に電流を流したときに生じる電磁力によって駆動軸(131)のラジアル荷重を非接触で支持する。ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)及びラジアル磁気軸受用コイルC(1543)は、後述する第1の電力供給回路(20a)の制御部(23)による制御中にラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)の電磁力を互いに反対の方向に作用させることが可能なように互いに対向させて配置されている。ラジアル磁気軸受用コイルB(1542)及びラジアル磁気軸受用コイルD(1544)は、後述する第2の電力供給回路(20b)の制御部(23)による制御中にラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)の電磁力を互いに反対の方向に作用させることが可能なように互いに対向させて配置されている。
第1の電力供給回路(20a)は、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)が電磁力によって駆動軸(131)を非接触で支持するように、直流電圧源(2)からラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)にそれぞれ電流を流す。
第2の電力供給回路(20b)は、ラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)が電磁力によって駆動軸(131)を非接触で支持するように、直流電圧源(2)からラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)にそれぞれ電流を流す。
具体的には、第1及び第2の電力供給回路(20a,20b)は、それぞれ、図3に示すように、第1~第3のレグ(211,212,213)と、制御部(23)とを備えている。
第1のレグ(211)は、第1の上アームスイッチング素子(21a)、第1の下アームスイッチング素子(21b)、第1の上アーム側還流ダイオード(22a)、及び第1の下アーム側還流ダイオード(22b)を有している。第1の上アームスイッチング素子(21a)、及び第1の下アームスイッチング素子(21b)は、互いに直列に接続されている。第1の上アームスイッチング素子(21a)、及び第1の下アームスイッチング素子(21b)には、第1の上アーム側還流ダイオード(22a)及び第1の下アーム側還流ダイオード(22b)がそれぞれ並列に接続され(備えられ)ている。第1の上アーム側還流ダイオード(22a)のカソードは、直流電圧源(2)のプラス側に接続され、第1の上アーム側還流ダイオード(22a)のアノードは、第1の下アームスイッチング素子(21b)に接続されている。第1の下アーム側還流ダイオード(22b)のアノードは、直流電圧源(2)のマイナス側に接続され、第1の下アーム側還流ダイオード(22b)のカソードは、第1の上アームスイッチング素子(21a)に接続されている。このように、第1のレグ(211)は、直流電圧源(2)に接続されている。
第2のレグ(212)は、第2の上アームスイッチング素子(21c)、第2の下アームスイッチング素子(21d)、第2の上アーム側還流ダイオード(22c)、及び第2の下アーム側還流ダイオード(22d)を有している。第2の上アームスイッチング素子(21c)、及び第2の下アームスイッチング素子(21d)は、互いに直列に接続されている。第2の上アームスイッチング素子(21c)、及び第2の下アームスイッチング素子(21d)には、第2の上アーム側還流ダイオード(22c)及び第2の下アーム側還流ダイオード(22d)がそれぞれ並列に接続されている。第2の上アーム側還流ダイオード(22c)のカソードは、直流電圧源(2)のプラス側に接続され、第2の上アーム側還流ダイオード(22c)のアノードは、第2の下アームスイッチング素子(21d)に接続されている。第2の下アーム側還流ダイオード(22d)のアノードは、直流電圧源(2)のマイナス側に接続され、第2の下アーム側還流ダイオード(22d)のカソードは、第2の上アームスイッチング素子(21c)に接続されている。つまり、第2の上アームスイッチング素子(21c)は、第2の下アーム側還流ダイオード(22d)に、当該第2の下アーム側還流ダイオード(22d)のカソード側から直列に接続されている。このように、第2のレグ(212)は、直流電圧源(2)に接続されている。
第3のレグ(213)は、第3の上アームスイッチング素子(21e)、第3の下アームスイッチング素子(21f)、第3の上アーム側還流ダイオード(22e)、及び第3の下アーム側還流ダイオード(22f)を有している。第3の上アームスイッチング素子(21e)、及び第3の下アームスイッチング素子(21f)は、互いに直列に接続されている。第3の上アームスイッチング素子(21e)、及び第3の下アームスイッチング素子(21f)には、第3の上アーム側還流ダイオード(22e)及び第3の下アーム側還流ダイオード(22f)がそれぞれ並列に接続されている。第3の上アーム側還流ダイオード(22e)のカソードは、直流電圧源(2)のプラス側に接続され、第3の上アーム側還流ダイオード(22e)のアノードは、第3の下アームスイッチング素子(21f)に接続されている。つまり、第3の下アームスイッチング素子(21f)は、第3の上アーム側還流ダイオード(22e)に、当該第3の上アーム側還流ダイオード(22e)のアノード側から直列に接続されている。第3の下アーム側還流ダイオード(22f)のアノードは、直流電圧源(2)のマイナス側に接続され、第3の下アーム側還流ダイオード(22f)のカソードは、第3の上アームスイッチング素子(21e)に接続されている。このように、第3のレグ(213)は、直流電圧源(2)に接続されている。
上述のように構成された第1~第3のレグ(211~213)は、同一パッケージ内に収められている。第1~第3のレグ(211~213)として、3相交流用のIGBTモジュールのパッケージ内に収められた3つのレグが用いられる。
第1の電力供給回路(20a)では、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、第2の上アームスイッチング素子(21c)及び第2の下アーム側還流ダイオード(22d)の中点との間には、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)が接続されている。第1の電力供給回路(20a)では、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、第3の上アーム側還流ダイオード(22e)及び第3の下アームスイッチング素子(21f)の中点との間には、前記ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)が接続されている。つまり、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)の接続点(C1)とが接続されている。
第2の電力供給回路(20b)では、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、第2の上アームスイッチング素子(21c)及び第2の下アーム側還流ダイオード(22d)の中点との間には、ラジアル磁気軸受用コイルB(1542)が接続されている。第2の電力供給回路(20b)では、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、第3の上アーム側還流ダイオード(22e)及び第3の下アームスイッチング素子(21f)の中点との間には、前記ラジアル磁気軸受用コイルD(1544)が接続されている。つまり、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、ラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)の接続点(C2)とが接続されている。
図3中において、ラジアル磁気軸受用コイルA~D(1541~1544)に流れる電流の向きを矢印Zで示す。制御部(23)は、ラジアル磁気軸受用コイルA,B(1541,1542)には、前記接続点(C1,C2)に流入する向きに電流が流れ、ラジアル磁気軸受用コイルC,D(1543,1544)には、前記接続点(C1,C2)から流出する向きに電流が流れるように制御する。
詳しくは、第1の電力供給回路(20a)の制御部(23)は、図4(b)~図4(i)に示す8つの電流制御動作を実行する。第2の電力供給回路(20b)の制御部(23)も同様の8つの電流制御動作を実行する。第1及び第2の電力供給回路(20a,20b)の制御部(23)は、モータ(13)の駆動軸(131)の位置が所望の位置となるように、固定子(132)と回転子(133)との間のギャップを検出可能なギャップセンサ(図示せず)の検出値に応じて、前記8つの電流制御動作のうちのいずれか1つを選択して実行する。
なお、図4(a)に示すように、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第1の下アームスイッチング素子(21b)を同時にオンすると、直流電圧源(2)のプラス側とマイナス側とが短絡されるので、制御部(23)は、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第1の下アームスイッチング素子(21b)を同時にオンしない。
また、図4(b)~図4(i)に示す電流制御動作において、制御部(23)は、第2の下アームスイッチング素子(21d)と第3の上アームスイッチング素子(21e)を常にオフにする。
ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流を維持し、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流を増加させる場合には、図4(b)に示すように、制御部(23)は、第1の上アームスイッチング素子(21a)、第2の上アームスイッチング素子(21c)、及び第3の下アームスイッチング素子(21f)をオンし、第1の下アームスイッチング素子(21b)をオフする。これにより、電流を流せる向きが、図4(b)中矢印X及び矢印Yで示す向きとなるので、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流が維持されるとともに、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流が増加する。
ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流を減らし、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流を増加させる場合には、図4(c)に示すように、第1の上アームスイッチング素子(21a)、及び第3の下アームスイッチング素子(21f)をオンするとともに、第1の下アームスイッチング素子(21b)及び第2の上アームスイッチング素子(21c)をオフする。これにより、電流を流せる向きが、図4(c)中矢印X及び矢印Yで示す向きとなるので、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流が減少するとともに、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流が増加する。
ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流を増やし、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流を維持する場合には、図4(d)に示すように、第1の下アームスイッチング素子(21b)、第2の上アームスイッチング素子(21c)、及び第3の下アームスイッチング素子(21f)をオンするとともに、第1の上アームスイッチング素子(21a)をオフする。これにより、電流を流せる向きが、図4(d)中矢印X及び矢印Yで示す向きとなるので、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流が増加するとともに、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流が維持される。
ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流を維持し、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流を維持する場合には、図4(e)に示すように、第2の上アームスイッチング素子(21c)、及び第3の下アームスイッチング素子(21f)をオンするとともに、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び第1の下アームスイッチング素子(21b)をオフする。これにより、電流を流せる向きが、図4(e)中矢印X及び矢印Yで示す向きとなるので、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流が維持されるともに、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流が維持される。
ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流を減らし、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流を維持する場合には、図4(f)に示すように、第3の下アームスイッチング素子(21f)をオンするとともに、第1の上アームスイッチング素子(21a)、第1の下アームスイッチング素子(21b)、及び第2の上アームスイッチング素子(21c)をオフする。これにより、電流を流せる向きが、図4(f)中矢印X及び矢印Yで示す向きとなるので、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流が減少するとともに、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流が維持される。
ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流を増やし、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流を減らす場合には、図4(g)に示すように、第1の下アームスイッチング素子(21b)、及び第2の上アームスイッチング素子(21c)をオンするとともに、第1の上アームスイッチング素子(21a)及び第3の下アームスイッチング素子(21f)をオフする。これにより、電流を流せる向きが、図4(g)中矢印X及び矢印Yで示す向きとなるので、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流が増加するとともに、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流が減少する。
ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流を維持し、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流を減らす場合には、図4(h)に示すように、第2の上アームスイッチング素子(21c)をオンするとともに、第1の上アームスイッチング素子(21a)、第1の下アームスイッチング素子(21b)、及び第3の下アームスイッチング素子(21f)をオフする。これにより、電流を流せる向きが、図4(h)中矢印X及び矢印Yで示す向きとなるので、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流が維持されるとともに、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流が減少する。
ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流を減らし、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流を減らす場合には、図4(i)に示すように、第1の上アームスイッチング素子(21a)、第1の下アームスイッチング素子(21b)、第2の上アームスイッチング素子(21c)、及び第3の下アームスイッチング素子(21f)をオフする。つまり、全てのスイッチング素子(21a~21f)をオフする。これにより、電流を流せる向きが、図4(i)中矢印X及び矢印Yで示す向きとなるので、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流が減少するとともに、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流が減少する。
このように、第1の電力供給回路(20a)の制御部(23)は、第2の下アームスイッチング素子(21d)及び第3の上アームスイッチング素子(21e)をオフした状態で、第1の下アームスイッチング素子(21b)と第2の上アームスイッチング素子(21c)とのオンオフを制御することにより、ラジアル磁気軸受用コイルA(1541)に流れる電流の量を制御できる。
また、第1の電力供給回路(20a)の制御部(23)は、第2の下アームスイッチング素子(21d)及び第3の上アームスイッチング素子(21e)をオフした状態で、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第3の下アームスイッチング素子(21f)とのオンオフを制御することにより、ラジアル磁気軸受用コイルC(1543)に流れる電流の量を制御できる。
具体的には、第1及び第2の電力供給回路(20a,20b)の制御部(23)は、図5(a)に示すように、第1の指令値(CV1)と、第1の搬送波(CW1)の値とを比較し、第1の下アームスイッチング素子(21b)を、第1の指令値(CV1)が第1の搬送波(CW1)の値以上である場合にはオン、第1の指令値(CV1)が第1の搬送波(CW1)の値未満である場合にはオフする制御を行う。第1の搬送波(CW1)は、振幅をAとし、かつ最小値をMとする三角波形である。
また、制御部(23)は、第1の指令値(CV1)と、第2の搬送波(CW2)の値とを比較し、第2の上アームスイッチング素子(21c)を、第1の指令値(CV1)が第2の搬送波(CW2)の値以上である場合にはオン、第1の指令値(CV1)が第2の搬送波(CW2)の値未満である場合にはオフする制御を行う。第2の搬送波(CW2)は、振幅をAとし、最大値をMとし、かつ第1の搬送波(CW1)との合計値を常に2Mとする三角波形である。
また、制御部(23)は、図5(b)に示すように、第2の指令値(CV2)と、第3の搬送波(CW3)の値とを比較し、第1の上アームスイッチング素子(21a)を、第2の指令値(CV2)が第3の搬送波(CW3)の値以上である場合にはオン、第2の指令値(CV2)が第3の搬送波(CW3)の値未満である場合にはオフする制御を行う。第3の搬送波(CW3)は、振幅をAとし、かつ最小値をMとする三角波形である。第3の搬送波(CW3)は、第1の搬送波(CW1)の位相を180度ずらしたものである。
また、制御部(23)は、第2の指令値(CV2)と、第4の搬送波(CW4)の値との比較を行い、第3の下アームスイッチング素子(21f)を、第2の指令値(CV2)が第4の搬送波(CW4)の値以上である場合にはオン、第2の指令値(CV2)が第4の搬送波(CW4)の値未満である場合にはオフする制御を行う。第4の搬送波(CW4)は、振幅をAとし、最大値をMとし、かつ第3の搬送波(CW3)との合計値を常に2Mとする三角波形である。
第1及び第2の指令値(CV1,CV2)は、当該第1及び第2の指令値(CV1,CV2)の合計が2M+A未満となるように、固定子(132)と回転子(133)との間のギャップを検出するギャップセンサ(図示せず)の検出値に応じて、40μs毎のキャリア比較値更新タイミングに設定される。
第1~第4の搬送波(CW1~CW4)の周期は、80μsである。
このように、制御部(23)は、第1及び第2の指令値(CV1,CV2)に基づいて、第1及び第2の上アームスイッチング素子(21a,21c)と、第1及び第3の下アームスイッチング素子(21b,21f)のオンオフを制御できる。
また、第1及び第2の指令値(CV1,CV2)の合計を、2M+A未満とし、かつ第3の搬送波(CW3)を、第1の搬送波(CW1)の位相を180度ずらしたものとしたので、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第1の下アームスイッチング素子(21b)が同時にオンすることがない。したがって、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第1の下アームスイッチング素子(21b)が同時にオンすることに起因する直流電圧源(2)のプラス側とマイナス側との短絡を防止できる。また、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)に流れる電流を連続的に増加させることができるので、応答性を良くできる。
スラスト磁気軸受装置(16)は、1対のスラスト磁気軸受用電磁石(161)と、第3の電力供給回路(162)とを備えている。両スラスト磁気軸受用電磁石(161)は、円盤部(131a)の軸方向両側に配設されている。各スラスト磁気軸受用電磁石(161)は、アクチュエータコイルとしてのスラスト磁気軸受用コイル(161a)を有している。スラスト磁気軸受用コイル(161a)は、当該スラスト磁気軸受用コイル(161a)に電流を流したときに生じる電磁力によって駆動軸(131)の円盤部(131a)を非接触で支持する。両スラスト磁気軸受用コイル(161a)は、第3の電力供給回路(162)の制御部(23)による制御中に当該両スラスト磁気軸受用コイル(161a)の電磁力を互いに反対の方向に作用させることが可能なように対向配置されている。第3の電力供給回路(162)は、第1及び第2の電力供給回路(20a,20b)と同様の構成を有している。第3の電力供給回路(162)は、円盤部(131a)とスラスト磁気軸受用電磁石(161)との間のギャップを検出可能なギャップセンサ(図示せず)の検出値に基づいて、両スラスト磁気軸受用コイル(161a)に流す電流を制御することにより、駆動軸(131)の円盤部(131a)の軸方向の位置を制御する。
したがって、本実施形態によると、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)の電流の制御に、第1の電力供給回路(20a)の共通の第1のレグ(211)を用いるので、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)毎にHブリッジ回路を設ける必要がない。したがって、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)の電流の制御に用いる第1の電力供給回路(20a)のスイッチング素子を削減することにより、第1の電力供給回路(20a)を小型化するとともに、コストを削減できる。
同様に、ラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)の電流の制御に、第2の電力供給回路(20b)の共通の第1のレグ(211)を用いるので、ラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)毎にHブリッジ回路を設ける必要がない。したがって、ラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)の電流の制御に用いる第2の電力供給回路(20b)のスイッチング素子を削減することにより、第2の電力供給回路(20b)を小型化するとともに、コストを削減できる。
同様に、1対のスラスト磁気軸受用コイル(161a)の電流の制御に、第3の電力供給回路(162)の共通の第1のレグ(211)を用いるので、スラスト磁気軸受用コイル(161a)毎にHブリッジ回路を設ける必要がない。したがって、スラスト磁気軸受用コイル(161a)の電流の制御に用いる第3の電力供給回路(162)のスイッチング素子を削減することにより、第3の電力供給回路(162)を小型化するとともに、コストを削減できる。
また、第1~第3の電力供給回路(20a,20b,162)のそれぞれにおいて、第1~第3のレグ(211~213)を1つのパッケージに収めるので、2つ以上のパッケージに収める場合に比べ、第1~第3の電力供給回路(20a,20b,162)を小型化できる。
また、第1~第3の電力供給回路(20a,20b,162)に設けられるレグ(211~213)の数は3つであり、3つのレグを同一パッケージに収めたIGBTモジュールは三相交流用に一般に安価に市販されているので、このような市販のIGBTのレグを第1~第3のレグ(211~213)として用いることにより、第1~第3の電力供給回路(20a,20b,162)のコストを削減しやすい。
また、第1の電力供給回路(20a)において、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第1の下アームスイッチング素子(21b)を同時にオンすると直流電圧源(2)のプラス側とマイナス側とが短絡されるので、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)の両方の電流を同時に増加させることはできない。しかし、本実施形態では、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)が互いに反対の方向に電磁力を作用させるように配置されているので、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)の両方の電流を同時に増加させなくても、ラジアル磁気軸受用コイルA,C(1541,1543)の電磁力により、駆動軸(131)を互いに反対の2方向(図2中y軸に沿う2方向)に移動させることができる。
同様に、第2の電力供給回路(20b)においても、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第1の下アームスイッチング素子(21b)の両方をオンすると直流電圧源(2)のプラス側とマイナス側とが短絡されるので、ラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)の両方の電流を同時に増加させることはできない。しかし、本実施形態では、ラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)が互いに反対の方向に電磁力を作用させるように配置されているので、ラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)の両方の電流を同時に増加させなくても、ラジアル磁気軸受用コイルB,D(1542,1544)の電磁力により、駆動軸(131)を互いに反対の2方向(図2中x軸に沿う2方向)に移動させることができる。
同様に、第3の電力供給回路(162)においても、第1の上アームスイッチング素子(21a)と第1の下アームスイッチング素子(21b)の両方をオンすると直流電圧源(2)のプラス側とマイナス側とが短絡されるので、両スラスト磁気軸受用コイル(161a)の電流を同時に増加させることはできない。しかし、本実施形態では、両スラスト磁気軸受用コイル(161a)が互いに反対の方向に電磁力を作用させるように配置されているので、両スラスト磁気軸受用コイル(161a)の両方の電流を同時に増加させなくても、両スラスト磁気軸受用コイル(161a)の電磁力により、駆動軸(131)を、両スラスト磁気軸受用コイル(161a)対向方向に沿う2方向に移動させることができる。
なお、本実施形態では、第1~第3の電力供給回路(20a,20b,162)が、それぞれ、共通の軸に沿う互いに反対の2方向に電磁力を作用させるように配置された1対のコイル(1541~1544、161a)に電力を供給したが、異なる軸に沿う方向に電磁力を作用させるように配置された1対のコイルに電力を供給するようにしてもよい。
また、第1~第3の電力供給回路(20a,20b,162)において、第2の下アームスイッチング素子(21d)及び第3の上アームスイッチング素子(21e)は、制御部(23)によって常にオフされるので、設けなくてもよい。
また、本実施形態では、第1~第3の電力供給回路(20a,20b,162)において、第1~第3の上アームスイッチング素子(21a,21c,21e)及び第1~第3の下アームスイッチング素子(21b,21d,21f)をIGBTで構成したが、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)で構成してもよい。
また、第1~第3の電力供給回路(20a,20b,162)において、第1~第3の上アーム側還流ダイオード(22a,22c,22e)、及び第1~第3の下アーム側還流ダイオード(22b,22d,22f)は、IGBTの内蔵ダイオードや、MOSFETの寄生ダイオードによって構成してもよい。
また、本実施形態では、モータ(13)の駆動軸(131)を支持するラジアル磁気軸受用コイルA~D(1541~1544)に本発明を適用したが、本発明は、モータ(13)の駆動軸(131)以外の対象物を電磁力によって非接触で支持するアクチュエータコイルにも適用できる。
以上説明したように、本開示は、第1及び第2のアクチュエータコイルが電磁力によって対象物を非接触で支持するように、直流電圧源から前記第1及び第2のアクチュエータコイルにそれぞれ電流を流す電力供給回路及びそれを備えた軸受装置について有用である。
2 直流電圧源
13 モータ
15 ラジアル磁気軸受装置
16 スラスト磁気軸受装置
20a 第1の電力供給回路
20b 第2の電力供給回路
21a 第1の上アームスイッチング素子
21b 第1の下アームスイッチング素子
21c 第2の上アームスイッチング素子
21f 第3の下アームスイッチング素子
22a 第1の上アーム側還流ダイオード
22b 第1の下アーム側還流ダイオード
22d 第2の下アーム側還流ダイオード
22e 第3の上アーム側還流ダイオード
23 制御部
131 駆動軸(対象物)
161a スラスト磁気軸受用コイル(第1及び第2のアクチュエータコイル)
162 第3の電力供給回路
211 第1のレグ
212 第2のレグ
213 第3のレグ
1541 ラジアル磁気軸受用コイルA(第1のアクチュエータコイル)
1542 ラジアル磁気軸受用コイルB(第1のアクチュエータコイル)
1543 ラジアル磁気軸受用コイルC(第2のアクチュエータコイル)
1544 ラジアル磁気軸受用コイルD(第2のアクチュエータコイル)
C1、C2 接続点
CV1 第1の指令値
CV2 第2の指令値
CW1 第1の搬送波
CW2 第2の搬送波
CW3 第3の搬送波
CW4 第4の搬送波
13 モータ
15 ラジアル磁気軸受装置
16 スラスト磁気軸受装置
20a 第1の電力供給回路
20b 第2の電力供給回路
21a 第1の上アームスイッチング素子
21b 第1の下アームスイッチング素子
21c 第2の上アームスイッチング素子
21f 第3の下アームスイッチング素子
22a 第1の上アーム側還流ダイオード
22b 第1の下アーム側還流ダイオード
22d 第2の下アーム側還流ダイオード
22e 第3の上アーム側還流ダイオード
23 制御部
131 駆動軸(対象物)
161a スラスト磁気軸受用コイル(第1及び第2のアクチュエータコイル)
162 第3の電力供給回路
211 第1のレグ
212 第2のレグ
213 第3のレグ
1541 ラジアル磁気軸受用コイルA(第1のアクチュエータコイル)
1542 ラジアル磁気軸受用コイルB(第1のアクチュエータコイル)
1543 ラジアル磁気軸受用コイルC(第2のアクチュエータコイル)
1544 ラジアル磁気軸受用コイルD(第2のアクチュエータコイル)
C1、C2 接続点
CV1 第1の指令値
CV2 第2の指令値
CW1 第1の搬送波
CW2 第2の搬送波
CW3 第3の搬送波
CW4 第4の搬送波
Claims (6)
- 第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)が電磁力によって対象物(131)を非接触で支持するように、直流電圧源(2)から前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)にそれぞれ電流を流す電力供給回路であって、
互いに直列に接続された第1の上アームスイッチング素子(21a)、及び第1の下アームスイッチング素子(21b)を有し、前記直流電圧源(2)に接続された第1のレグ(211)と、
前記第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)をオンオフして、前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)に流す電流を制御する制御部(23)とを備え、
前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)は、互いに直列に接続されたものであり、
前記第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)の接続点(C1,C2)が接続され、
前記第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)のそれぞれには、還流ダイオード(22a,22b)が並列に備えられ、
前記制御部(23)は、前記第1のアクチュエータコイル(161a,1541,1542)には、前記接続点(C1,C2)に流入する向きに電流が流れ、前記第2のアクチュエータコイル(161a,1543,1544)には、前記接続点(C1,C2)から流出する向きに電流が流れるように制御することを特徴とする電力供給回路。 - 請求項1に記載の電力供給回路において、
第2の下アーム側還流ダイオード(22d)、及び前記第2の下アーム側還流ダイオード(22d)にカソード側から直列に接続された第2の上アームスイッチング素子(21c)を有し、前記直流電圧源(2)に接続された第2のレグ(212)と、
第3の上アーム側還流ダイオード(22e)、及び前記第3の上アーム側還流ダイオード(22e)にアノード側から直列に接続された第3の下アームスイッチング素子(21f)を有し、前記直流電圧源(2)に接続された第3のレグ(213)とを備え、
前記第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、前記第2の上アームスイッチング素子(21c)及び前記第2の下アーム側還流ダイオード(22d)の中点との間には、前記第1のアクチュエータコイル(161a,1541,1542)が接続され、
前記第1の上アームスイッチング素子(21a)及び前記第1の下アームスイッチング素子(21b)の中点と、前記第3の上アーム側還流ダイオード(22e)及び前記第3の下アームスイッチング素子(21f)の中点との間には、前記第2のアクチュエータコイル(161a,1543,1544)が接続されることを特徴とする電力供給回路。 - 請求項2に記載の電力供給回路において、
前記第1~第3のレグ(211~213)は、同一パッケージ内に収められていることを特徴とする電力供給回路。 - 請求項2又は3に記載の電力供給回路において、
前記制御部(23)による制御は、第1の指令値(CV1)と、振幅をAとし、かつ最小値をMとする三角波形である第1の搬送波(CW1)の値とを比較し、前記第1の下アームスイッチング素子(21b)を、前記第1の指令値(CV1)が前記第1の搬送波(CW1)の値以上である場合にはオン、前記第1の指令値(CV1)が前記第1の搬送波(CW1)の値未満である場合にはオフし、
前記第1の指令値(CV1)と、振幅をAとし、最大値をMとし、かつ前記第1の搬送波(CW1)との合計値を常に2Mとする第2の搬送波(CW2)の値とを比較し、前記第2の上アームスイッチング素子(21c)を、前記第1の指令値(CV1)が前記第2の搬送波(CW2)の値以上である場合にはオン、前記第1の指令値(CV1)が前記第2の搬送波(CW2)の値未満である場合にはオフし、
第2の指令値(CV2)と、振幅をAとし、かつ最小値をMとする三角波形である第3の搬送波(CW3)の値とを比較し、前記第1の上アームスイッチング素子(21a)を、前記第2の指令値(CV2)が前記第3の搬送波(CW3)の値以上である場合にはオン、前記第2の指令値(CV2)が前記第3の搬送波(CW3)の値未満である場合にはオフし、
前記第2の指令値(CV2)と、振幅をAとし、最大値をMとし、かつ前記第3の搬送波(CW3)との合計値を常に2Mとする第4の搬送波(CW4)の値との比較を行い、前記第3の下アームスイッチング素子(21f)を、前記第2の指令値(CV2)が前記第4の搬送波(CW4)の値以上である場合にはオン、前記第2の指令値(CV2)が前記第4の搬送波(CW4)の値未満である場合にはオフする制御であることを特徴とする電力供給回路。 - 請求項4に記載の電力供給回路において、
前記第1及び第2の指令値(CV1,CV2)の合計は、2M+A未満であり、
前記第3の搬送波(CW3)は、前記第1の搬送波(CW1)の位相を180度ずらしたものであることを特徴とする電力供給回路。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の電力供給回路と、
前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)とを備えた軸受装置であって、
前記対象物(131)は、回転駆動するモータ(13)の駆動軸であり、
前記第1及び第2のアクチュエータコイル(161a,1541~1544)は、前記制御部(23)による前記制御中に両アクチュエータコイル(161a,1541~1544)の電磁力を互いに反対の方向に作用させることが可能なように配置されていることを特徴とする軸受装置。
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JP2019138415A (ja) | 2018-02-14 | 2019-08-22 | 株式会社島津製作所 | 磁気浮上制御装置および真空ポンプ |
WO2020196325A1 (ja) | 2019-03-28 | 2020-10-01 | ダイキン工業株式会社 | スラスト磁気軸受およびそれを備えたターボ圧縮機 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3937533A (en) * | 1974-02-08 | 1976-02-10 | The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Office Of General Counsel-Code Gp | Axially and radially controllable magnetic bearing |
CA2202442A1 (en) * | 1997-04-11 | 1998-10-11 | Revolve Technologies Inc. | Current mode switching for tri-state amplifiers in magnetic bearing control systems |
JP3986293B2 (ja) | 2001-11-06 | 2007-10-03 | 三菱重工業株式会社 | 磁気軸受け制御装置、ターボ分子ポンプおよび磁気軸受け制御方法 |
JP4747968B2 (ja) * | 2006-06-30 | 2011-08-17 | トヨタ自動車株式会社 | モータ駆動装置 |
EP2209204B1 (en) * | 2007-10-23 | 2019-06-05 | Daikin Industries, Ltd. | Current detecting device, air conditioning apparatus, correction constant calculating system and correction constant calculating method |
JP4821902B2 (ja) * | 2009-09-30 | 2011-11-24 | ダイキン工業株式会社 | モータ及びそれを備えたモータ駆動システム |
CN102843053B (zh) * | 2012-08-10 | 2014-12-17 | 北京航空航天大学 | 一种基于三维空间矢量的磁轴承系统开关功率放大器 |
RU2702288C2 (ru) * | 2014-10-28 | 2019-10-07 | Кэрриер Корпорейшн | Отказоустойчивая приводная система магнитного подшипника |
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-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019138415A (ja) | 2018-02-14 | 2019-08-22 | 株式会社島津製作所 | 磁気浮上制御装置および真空ポンプ |
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