JPH01284701A

JPH01284701A - 磁気軸受用の非接触型変位検出装置

Info

Publication number: JPH01284701A
Application number: JP11399088A
Authority: JP
Inventors: Kazumichi Kato; 加藤　一路; Yutaka Kurita; 裕栗田
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1989-11-16
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JP2573995B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野〕この発明は検出の信頼性および安定性に優れる電磁／静
電誘導式変位検出装置に係り、詳しくは、磁気軸受用の
非接触型変位検出装置に関する。

［従来の技術］従来、たとえば、ターボ分子ポンプ、精密加工機械用の
スピンドルモータなどにおいては、超高速回転を達成す
るため、回転軸の支承には、低摩擦、低振動、低騒音な
どの点において優れる磁気軸受が用いられている。

ところで、上記磁気軸受にあっては、回転軸を非接触状
態で支承するため、回転軸とのギャップ長の変位を検出
し、制御する必要がある。

このため、上記非接触型変位検出装置として、第３図〜
第５図に示す渦電流式のものが提供されている。

第３図において、符号ｌは回転軸であって、この回転軸
ｌは、その一端部および他端部に格別に設けられた磁気
軸受（図示せず）によって支承されている。一方の磁気
軸受の近傍には同一構成の４個のセンサ（変位センサ）
２ａ、〜２ａ、が回転軸ｌと同心円をなす円周上に、等
間隔に、かつ、それぞれの検出面を軸中心に向けて、配
設されている。他方の磁気軸受の近傍にもセンサ２　ａ
　＋〜２ａ４と同一構成の４個のセンサ２ｂ、〜２１２
カ＜回転軸１と同心円をなす円周上に等間隔に、かつ、
それぞれの検出面を軸中心に向けて、配設されている。

そして、これらセンサ２ａ、〜２ａ＊；２ｂＩ〜２ｂ４
の代表として選んだセンサ２ａ＋について、第４図に示
すように、センサ２ａ＋は、検出面３ａが平坦な検出コ
イル３、この検出コイル３のリード線４．４、これらを
収容するセンサケース５および外部電気ケーブル６によ
り構成されている。上記検出面３ａは回転軸ｌの回転面
（被検出面）から、所定のギャップＸ（約０．３〜１ｍ
ｍ程度）を隔てて配設されている。また、上記センサケ
ース５には、位置決めのためのネジＭが切られている。

このネジＭにより、センサ２ａｔは取付は部（図示せず
）に固定されている。

次に、第３図において、７ａ、〜７ａａ；７ｂ＋〜７ｂ
、は同一構成の計測回路であって、これらの代表として
７ａ＋について、第５図においてその電気的構成を示す
ように、トランジスタを用いたコルピッツ発振回路８と
フィルタ回路９とからなっている。次に、ｌ　Ｏａｌ〜
ｌ　Ｏａ４；　１０　ｂ＋〜１０ｂ４は共に同一構成の
センサアンプであって、計測回路７　ａｔ〜７　ａａ；
　７　ｂ＋〜７ｂ、の出力を増幅する。１１　ａ、、ｌ
　ｌ　ａｔ、１　ｌ　ｂ、、１　ｌ　ｂ。

は共に同一構成の差動アンプであって、対置された２つ
のセンサアンプｌｏａ、と１Ｏａ３，１０ａ、と１０ａ
＊、１ＯｂｌとｌＯｂ＊、１Ｏｂｔと１Ｏｂ４との出力
差信号を増幅する。

以上のように構成された非接触型変位検出装置にあって
、各センサ２ａ＋、２ｂ、、・・・による変位検出機構
の等価回路は回転軸ｌを単コイルと考えると、第５図の
ように表される。

同図において、ｒｔおよびＬＩはそれぞれ検出コイル３
の抵抗とその自己インダクタンス、ｒ、およびり、はそ
れぞれ回転軸重の抵抗とその自己インダクタンス、また
Ｍは回転軸ｌと検出コイル３との相互インダクタンスで
ある。コルピッツ発振回路８に設けられたコンデンサの
静電容量Ｃ＋　、　Ｃ２は固定型であり、各センサ２ａ
＋、２ｂ、、・・・は共に同一の発振周波数に固定され
ている。

上記の等価回路において、コルピッツ発振回路８から見
た実効インピーダンスＺは発振周波数をωとするととなる。

上式において、相互インダクタンスＭは回転軸ｌの変位
により変動する。このため、実効インピーダンスＺが変
化し発振電圧が変わり、この発振電圧によってギャップ
長Ｘを検出するようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ところで、上記従来の非接触型変位検出装置にあっては
、計測回路７ａ、、７ｂ、、・・・、センサアンプ１０
　ａａ＋１０　ｂｌ、・・・および差動アンプ１１ユ、
、ｌｌｂ、、・・・は回転軸ｌから隔てられた制御部（
図示せず）内に設置されていた。一方、センサ２ａ、、
２ｂ、、・・・は回転軸ｌの一端部および他端部近傍に
配設されていた。

このため、各計測回路７ａ＋、７ｂｔ、・・・と各セン
サ２ａｔ、２ｂ＋、・・・とを接続する外部電気ケーブ
ル６（第５図におけるＡＢ間）の長さや取回しにより、
等価回路における自己インダクタンスＬｈ抵抗ｒｌ＋相
互インダクタンスＭの値が変動し、これにより発振電圧
が影響されるという不都合があった。

また、各センサ２ａ＋、２ｂｔ、・・・から出力される
信号は微弱のため、外部電気ケーブル６を長くすると、
ノイズの影響を受は易いという欠点がある。

さらに、従来は、取付は部に各センサ２ａ＋、２ｂ３．
・・・を取付ける際、各センサ２λ、、２　ｂ　ｌ＋・
・・毎にネジ回転を行うことにより最適ギャップに調整
していた。その際、各センサ２ａｌ、２ｂ＋、・・・に
ついてギャップがまちまちとなりがちで、所定の同心度
が得られないおそれがあった。このため、精度の良い変
位検出特性が得られにくいという欠点があった。一方、
センサ２　ａ　＋、　２　ｂ　＋、・・・の取付けを高
い精度で行うには非常に手間がかかった。

この発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、外部
電気ケーブルの長さや取回しなどの影響を受けずに、常
に安定した変位検出特性を示す磁気軸受用の非接触型変
位検出装置を提供することを目的としている。

さらに、この発明は、回転軸への取付けが容易で、かつ
取付精度が高い磁気軸受用の非接触型変位検出装置を提
供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］この発明は、磁気軸受によって支承される回転軸の変位
に応じた電磁／静電誘導変化により、上記変位を検知す
る変位センサと、上記電磁／静電誘導変化をもとに、発
振電圧の振幅が変化する発振回路と、上記発振電圧の振
幅変化を変位検出信号として通過させるフィルタ回路と
を具備してなる磁気軸受用の非接触型変位検出装置にお
いて、上記回転軸が挿入される貫通孔を有し、該貫通孔
の周囲に、上記変位センサと発振回路とフィルタ回路と
を搭載配置した搭載部を備えることにより上記課題を解
決している。

さらに、上記搭載部に、上記変位センサと発振回路とフ
ィルタ回路とを一体的に固定化したモールド層を設ける
ことが好ましい。

［作用］搭載部に、変位センサと発振回路とフィルタ回路とを搭
載一体化した。このため、第５図に示す等価回路におけ
るＡＢ間を極力短くすることができる。一方、搭載部に
搭載された上記回路の出力端から引出される外部電気ケ
ーブルは、発振回路の一部を構成するものではなくなる
。

したがって、変位検出特性が外部電気ケーブルの長さや
取回しの影響を受けて変動することを回避することがで
きる。また、ノイズの影響を軽減することもできる。こ
のため、用途や回転軸の大きさに即して、回転軸と制御
部間との距離を任意に設定することができる。

また、上記搭載部に、変位センサと発振回路とフィルタ
回路とをモールド層により一体的に固定化すれば、−段
と確実に、上記目的を達成することができる。

さらに、貫通孔を有し、変位センサと発振回路とフィル
タ回路とを搭載一体化することによって、回転軸への取
付けの容易化、取付精度の向上化を図ることができる。

′　［実施例コ以下、図面を参照してこの発明の非接触型変位検出装置
の実施例について説明する。

第１図および第２図はこの発明の一実施例を示し、第１
図はこの例の非接触型変位検出装置の概略平面図、第２
図は第１図の■−■線に沿う断面図である。これらの図
において、上記従来例と同一構成部分には同一符号を付
して説明を簡略化する。

この例の非接触型変位検出装置が上記従来のものと異な
る点は、コルピッツ発振回路８とフィルタ回路９とから
なる各計測回路７２Ｌ１〜７ａ、と、これら各計測回路
７ａ、〜７ａ、に接続される各センサ２ａ、〜２ａａと
を、モールド材を用いて、−体的に固定化した点である
。センサ２ｂ、〜２ｂ、、計測回路７　ｂ’、〜７ｂ、
につぃても同様であるので、以下、センサ２　ａｌ〜２
ａ４、計測回路７ａｌ〜７ａ４の構成について説明する
。

すなわち、図中、符号１２はセンサ２ａ、〜２ａ４やコ
ルピッツ発振回路８、フィルタ回路９の構成電気部品を
搭載するラジアルケース（搭載部）である。このラジア
ルケース１２は第１図に示すようにドーナツ状の平面形
状をしており、第２図に示すように、半径方向の断面形
状が凹字形となっている。すなわち、このラジアルケー
ス１２は内周縁を形成する内壁部１２ａと外周縁を形成
する外壁部１２ｂとドーナツ状の底部１２ｃとからなっ
ている。上記内壁部１２ａ、外壁部１２ｂの径精度、同
心度も切削加工、研磨加工などにより十分出されている
。上記ラジアルケース１２の内壁部１２ａおよび外壁部
１２ｂのそれぞれの十字の方向には円形状の穴部１３ａ
、１３ａ、・・・、ネジか部１３ｂ、１３ｂ、・・・が
設けられている。また、底部１２ｃには、共に同一構成
の４個のセンサ２ａｌ〜２ａａが搭載されている。これ
らセンサ２ａ、〜２ａ４はいずれも、ボビン１４，１４
．・・・と検出コイル３．３．・・・と係止ピン１５，
１５．・・・とリード線４．４．・・・とからなってい
る。上記ボビン１４．１４．−−−は基体部１４　ａ、
ｌ　４ａ、・・・と線巻部１４ｂ、１４ｂ、−−−とっ
は部１４ｃ、１４ｃ、・・・とからなっている。上記つ
ば部１４ｃ、１４ｃ、・・・はラジアルケース１２の内
壁部１２ａの穴部１３ａ、１３　ａ、・・・に嵌着され
ている。この時、つば部１４ｃ、１４ｃ、・・・の先端
部は内壁部１２ａの内周縁を基準に組付けている。上記
線巻部１４ｂ。

１４ｂ、・・・にはリード線４．４．・・・が巻回され
、検出コイル３．３．・・・が形成されている。検出コ
イル３．３．・・・の両端部は係止ピン１５，１５．・
・・によって係止されている。１６，１６．・・・はボ
ビン押えであって、ボビン１４，１４．・・・を内壁部
１２ａの穴部１３　ａ、ｌ　３　ａ、・・・に嵌着し固
定するためのものである。上記ボビン押え１６．１Ｂ、
・・・にはネジが切られており、これらネジにより、外
壁部１２ｂのネジ穴部１３ｂ、１３ｂ、・・・に螺着さ
れている。１７はトランジスタ、コンデンサ、抵抗など
の電気部品が実装されたプリント基板であって、これに
より、コルピッツ発振回路８とフィルタ回路９とからな
る計測回路７ａ、〜７ａ４が形成されている。上記プリ
ント基板１７はラジアルケース１２に搭載し得るように
、ドーナツ状に形成されている。上記センサ２ａ＋〜２
ａ、およびプリント基板１７が搭載されているラジアル
ケース１２の底部１２ｃにはモールド部材を充填固化す
ることにより、モールド層１８が形成されている。この
モールド層１８によって、センサ２ａ＋〜２ａａおよび
実装されたプリント基板１７は被覆され、固定され、一
体化されている。

以上の構成に実装されたラジアルケース１２を２個作製
する。そして、−の実装されたラジアルケース１２を、
その貫通孔１９（１図参照）に回転軸１を貫通させるこ
とにより、回転軸ｌの一端部に所定のギャップ（０，３
〜ｌ　ｍ　ｍ　）を保って、非接触状態で取付ける。同
様に、他の実装されたラジアルケース１２を回転軸ｌの
他端部に取付ける。

以上の構成によれば、変位センサと発振回路とフィルタ
回路とをモールド層１８によって固定化一体化したので
、回転軸への取付けの容易化、コンパクト化を図ること
ができる。また、ラジアルケース１２から引出される外
部電気ケーブルは、発振回路の一部を構成するものでは
なくなるので、変位検出特性が外部電気ケーブルの長さ
や取回しの影響を受けて変動することを回避することが
できる。さらにまた、ノイズの影響を軽減することもで
きる。このため、用途や回転軸の大きさに即して、回転
軸と制御部間との距離を任意に設定することができる。

さらに、従来のように、変位センサ２ａ＋、２ｂ１、・
・・に直接、ネジ切りを設けることを廃止し、代わりに
、ボビン押え１６．１６．・・・にネジ切りを設けたの
で、取付精度の向上化を図ることができる。

なお、上述の実施例においては、モールド層１８を設け
た場合について述べたが、モールド層１８を設けなくと
も、一体化、固定化することができる場合には、モール
ド層１８を設けなくとも良い。

また、上述の実施例においては、コルピッツ発振回路８
とフィルタ回路９とからなる各計測回路？ａ、〜７ａ４
と、これら各計測回路？ａ、〜７ａ。

に接続される各センサ２ａ＋〜２ａ、とを、モールド社
を用いて、一体的に固定化した場合について述べたが、
これに限らず、さらにセンサアンプ１Ｏａ１〜１Ｏａ４
や差動アンプｌ　１　ａ、、ｌ　１　ａｔを含めて一体
化しても良い。

さらにまた、上述の実施例においては、渦電流式の非接
触型変位検出装置について述べたが、これに限らず、た
とえば、静電容量式の変位検出装置であっても上記した
と同様の効果を得ることができる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明の磁気軸受用の非接触型
変位検出装置は、回転軸が挿入される貫通孔を有し、該
貫通孔の周囲に、変位センサと発振回路とフィルタ回路
とを搭載配置した搭載部を備えたらのであるので、変位
検出特性が外部電気ケーブルの長さや取回しの影響を受
けることを回避することができる。このため、用途や回
転軸の大きさに即して、回転軸と制御部間との距離を任
意に設定することができる。

また、上記搭載部に、変位センサと発振回路とフィルタ
回路とをモールド層により一体的に固定化すれば、−段
と確実に、上記効果を得ることができる。

さらに、回転軸への取付けの容易化、コンパクト化、取
付精度の向上化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例を示し、第１
図はこの例の非接触型変位検出装置の概略平面図、第２
図は第１図の■−■線に沿う断面図、第３図は従来の非
接触型変位検出装置のブロック図、第４図は従来の変位
センサの概略構成図、第５図は非接触型変位検出装置に
係り、変位センサを用いた変位検出機構の等価回路図で
ある。１−−−−−−回転軸、２　ａ　１〜２　ａａ；　２　
ｂ　＋〜２　ｂ４・・・・・・センサ（変位センサ）、
８・・・・・・発振回路、９・・・・・・フィルタ回路
、１２・・・・・・ラジアルケース（搭載部）、１８・
・・・・・モールド層、１９・・・・・・貫通孔。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁気軸受によって支承される回転軸の変位に応じ
た電磁／静電誘導変化により、上記変位を検知する変位
センサと、上記電磁／静電誘導変化をもとに、発振電圧の振幅が変
化する発振回路と、上記発振電圧の振幅変化を変位検出信号として通過させ
るフィルタ回路とを具備してなる磁気軸受用の非接触型
変位検出装置において、上記回転軸が挿入される貫通孔を有し、該貫通孔の周囲
に、上記変位センサと発振回路とフィルタ回路とを搭載
配置した搭載部を備えた磁気軸受用の非接触型変位検出
装置。
（２）上記搭載部に、上記変位センサと発振回路とフィ
ルタ回路とを一体的に固定化したモールド層を設けた請
求項１記載の磁気軸受用の非接触型変位検出装置。