JPH02286911A - 磁気軸受装置 - Google Patents

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） この発明は磁気軸受装置に関するものである。

（従来の技術） まずこの発明の一実施例を説明するための第２図を参照
して、磁気軸受装置の具体的な構造例について説明する
。同図において、１は軟磁性体より成る可動体であって
、この可動体１を挟んで両側にそれぞれ配置されている
第１、第２支持体２．３内に永久磁石４．１１がそれぞ
れ設けられ、各永久磁石４．１１による磁気吸引力が上
記可動体１にそれぞれ両側から作用するように構成され
ている。さらに各支持体２．３内には、コイル７．１４
がそれぞれ設けられ、これらのコイル７．１４に、永久
磁石４．１１による磁束の方向と同方向、或いは逆方向
に磁束が生じるように通電することで上記各磁気吸引力
の増減を行うようになされている。そして可動体ｌを各
支持体２．３間で非接触状態の基準位置に保持するため
に、この可動体１が基準位置から変位する場合、その変
位方向とは逆方向の磁気吸引力の増加、或いは変位方向
と同方向の磁気吸引力の減少が生じるように各コイル７
．１４への通電を制御する。

この場合、各コイル７．１４への通電をそれぞれ独立に
制御する構成となし、可動体１の変位方向に応じて選択
された一方のコイルに通電し、他方のコイルには通電し
ない制御構成とすることも可能である。しかしながらこ
の構成では、可動体ｌと各支持体２．３との位置関係に
対して不安定ばね定数の非線形性が極端に大きくなり、
充分に安定した制御性が得にくいことから、通常、両コ
イル７．１４を相互に直列接続して両コイル７．１４に
同時に通電し、この場合に生じる磁束の方向が、一方の
コイルで永久磁石の磁束の方向と同方向、他方のコイル
で永久磁石の磁束の方向と逆方向となるような構成が採
用されている。すなわち可動体１の変位方向とは逆方向
に位置する支持体からの磁気吸引力の増加、及び変位方
向に位置する支持体からの磁気吸引力の減少とを同時に
生じさせて、可動体１をより安定的に基準位置に保持す
るような制御を行うのである。

第３図には、上記のような両コイル７．１４への通電を
制御するための従来の回路構成を示している。同図にお
いて、４１は、例えばシングルエンドプッシュプル回路
により構成された駆動回路であって、この駆動回路４１
と接地ライン４２との間に、上記の相互に直列接続され
たコイル７．１４が接続されている。そして上記駆動回
路４１には、正極性電源４３と負極性電源４４とがそれ
ぞれ接続され、可動体１の基準位置からの変位が状態検
出回路４５で検出される場合に、制御回路４６によって
、図中実線矢印で示す正極性電源４３から接地ライン４
２に至る電流径路、或いは図中破線矢印で示す接地ライ
ン４２から負極性電源４４に至る電流径路が変位方向に
応じて択一的に形成され、これにより上記両コイル７．
１４への通電方向が可動体１の変位方向に応じて切換わ
るようになされている。

（発明が解決しようとする課題） ところで上記のような制御回路構成においては、可動体
１の基準位置からの変位方向に応じてコイル７．１４へ
の通電方向の切換えを行うために、正極性電源４３と負
極性電源４４との二個の電源を必要とし、この結果、構
造が大形化し、また製作費が高くなるという問題がある
。特に各電源４３．４４に、停電時のバックアップ用と
してバッテリをそれぞれ搭載させる構成とする場合には
、このバッテリも二個必要となるために、さらに構造の
大形化と製作費の増加とを生じるものとなっている。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、小形化が可能であると共に、製作費をより安価にな
し得る磁気軸受装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこでこの発明の磁気軸受装置は、第１コイル及び永久
磁石を有する第１支持体と、第２コイル及び永久磁石を
有する第２支持体とを可動体を挟んで配置すると共に、
上記第１コイルと第２コイルとを相互に直列接続し、さ
らに上記可動体の変位等の状態を検出する状態検出手段
を設け、この状態検出手段での検出状態に応じて上記両
コイルへの通電方向の切換えを行うことにより上記第１
、第２支持体からそれぞれ可動体に作用する吸引力を変
化させて、上記可動体を各支持体への非接触状態で支持
すべく構成して成る磁気軸受装置において、直流電源と
接地ラインとの間に第１通電用配線と第２通電用配線と
を互いに並列に接続すると共に、上記第１通電用配線に
は第１スイッチ回路と第１駆動回路とを、また上記第２
通電用配線には第２スイッチ回路と第２駆動回路とを、
上記直流電源側からの介設順序を同一にしてそれぞれ順
次介設し、上記第１コイルにおける反第２コイル側の接
続端子を上記第１スイッチ回路と第１駆動回路との間に
、また上記第２コイルにおける反第１コイル側の接続端
子を上記第２スイッチ回路と第２駆動回路との間にそれ
ぞれ接続すると共に、上記状態検出手段での検出状態に
応じて、上記第１スイッチ回路及び第２駆動回路の同時
閉成状態と、上記第２スイッチ回路及び第１駆動回路の
同時閉成状態とを切換えて上記両コイルへの通電方向の
切換えを行う切換手段を設けている。

（作用） 上記構成の磁気軸受装置において、例えば第１スイッチ
回路、第２スイッチ回路がそれぞれ第１駆動回路、第２
駆動回路よりも直流電源側に介設されている場合を例に
挙げると、第１スイッチ回路及び第２駆動回路の同時閉
成状態では、直流電源から第１スイッチ回路、第１コイ
ル、第２コイル、第２駆動回路を順次介する径路で電流
が接地ラインへと流れる一方、上記から第２スイッチ回
路及び第１駆動回路の同時閉成状態に切換わることによ
って、上記直流電源から、第２スイッチ回路、第２コイ
ル、第１コイル、第１駆動回路を順次介する径路で電流
が接地ラインへと流れ、したがって両コイルには上記と
は逆方向の通電状態に切換わる。このように上記では、
状態検出手段での検出状態に応じた両コイルへの通電方
向の切換えを、−個の直流電源を設けた構成で行うこと
ができる。

（実施例） 次にこの発明の磁気軸受装置の具体的な実施例について
、図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず磁気軸受装置の具体的な構造の一例について第２図
を参照して説明する。同図において、■は軟磁性体より
成る可動体であって、この可動体ｌを挟んで両側に、第
１、第２支持体２．３がそれぞれ配置されている。第１
支持体２内には、永久磁石４、この永久磁石４のＮ磁極
面に取着されたＮ極側磁極片５、上記永久磁石４のＳ磁
極面に取着された断面り字状のＳ極側磁極片６、このＳ
極側磁極片６に巻装された第１コイル７から成る第１軸
受要素８が設けられている。上記Ｎ極側磁極片５とＳ極
側磁極片６との各先端面は、可動体ｌにおける図におい
て左側の端面に沿って上下に離間する箇所で、上記可動
体１に近接してそれぞれ位置するようになされており、
これにより図中実線矢印で示すように、永久磁石４によ
る磁束がＮ極側磁極片５から可動体１、Ｓ極側磁極片６
を介して流れる閉ループ状の磁路が形成され、したがっ
てこの磁路における磁束密度に応じた磁気吸引力が第１
支持体２から可動体ｌに作用する。

そして上記第１コイル７へ通電する場合、永久磁石４に
よる磁束と同方向、或いは逆方向の磁束が通電方向に応
じて上記磁路内に生じ、これによって上記の磁気吸引力
が、第１コイル７への通電電流値に応じて増減される０
図の場合には、第１コイル７にその一方の接続端子ａ側
から他方の接続端子す側へと向かう方向で通電する場合
に、永久磁石４による磁束と逆方向の磁束が生じる一方
、接続端子す側から接続端子ａ側へと向かう方向で通電
する場合に、永久磁石４による磁束の方向と同方向の磁
束が生じるように、第１コイル７のＳ極側磁極片６への
巻付は方向が設定されている。

一方、第２支持体３内にも、上記第１支持体２内の構成
と同様に、永久磁石１１、この永久磁石１１のＮ、Ｓの
各磁極面にそれぞれ取着されたＮ極側磁極片１２及びＳ
極側磁極片１３、そしてＳ極側磁極片１３に巻装された
第２コイル１４から成る第２軸受要素１５が、可動体ｌ
を挟んで上記第１軸受要素８と対称位置に設けられてい
る。上記第２コイル１４に、その一方の接続端子Ｃ側か
ら他方の接続端子ｄ側へと向かう方向で通電することに
よって、第２支持体３から、図において右方向に可動体
１に作用する磁気吸引力の増加がなされる一方、上記第
２コイル１４に接続端子ｄ側から接続端子Ｃ側へと向か
う方向で通電する場合に、上記磁気吸引力が減少するよ
うになされている。

そして上記第１コイル７と第２コイル１４とは、接続端
子すと接続端子Ｃとを接続することで相互に直列接続さ
れており、したがって両コイル７．１４には同時通電が
行われ、この通電を接続端子ａ側から接続端子ｄ側に向
かう方向で行う場合に、第１支持体２から可動体ｌに作
用する磁気吸引力の減少と、第２支持体３から可動体１
に作用する磁気吸引力の増加とが同時になされ、これに
より可動体１には、これを第２図において右方向に移動
させる力の増加を生じる。一方、接続端子ｄ側から接続
端子ａ側に向かう方向の通電を行う場合に、第１支持体
２から可動体１に作用する磁気吸引力の増加と、第２支
持体３から可動体ｌに作用する磁気吸引力の減少とが同
時になされ、これにより可動体ｌには、これを第２図に
おいて左方向に移動させる力の増加を生じる。

なお図示してはいないが、上記可動体１との離間距離に
応じてインダクタンスの変化を生じるセンサコイル等で
構成される状態検出素子が、上記可動体ｌに近接する位
置にさらに配置されており、第２図において可動体１の
左右方向の移動に応じた電気信号が上記状態検出素子か
ら出力されるようになされている。

第１図には、上記コイル７．１４への通電を制御する制
御ブロック図を示している。同図において、２０は例え
ば正極性の直流電源であり、この直流電源２０には、停
電時のバックアップ用のバッテリ２１が付設されている
。そして上記直流電源２０と接地ライン２２との間に、
第１通電用配置ｌｌＡ２３と第２通電用配線２４とが互
いに並列に接続され、第１通電用配線２３には、例えば
ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ　）で構成される第１スイッチ回路２５及び第１駆
動回路２６が、また第２通電用配線２４には第２スイッ
チ回路２７及び第２駆動回路２８がそれぞれ上記直流電
源２０側から順次介設されている。なお上記各スイッチ
回路２５．２７は、上記ＦＥＴの他、バイポーラトラン
ジスタや機械式スイッチ等で構成することも可能である
。

一方、上記各スイッチ回路２５．２７の開閉と各駆動回
路２６．２８の作動を、上記した状態検出素子からの電
気信号に基づいて制御するために、状態検出回路（状態
検出手段）２９、制御回路３０、スイッチ切換回路３１
がそれぞれ設けられている。上記状態検出回路２９は、
状態検出素子からの電気信号を、可動体１が基準位置、
例えば第２図において第１、第２支持体２．３間におけ
る空間部の左右方向の中心に可動体１の中心が合致する
位置に位置するときの基準値と比較し、基準値に対する
大小関係で可動体１の変位方向信号を求め、さらに基準
値との差の絶対値に応じた変位量信号を求めて、これら
を制御面１ＩＩ３０へと出力する。上記変位方向信号は
、制御回路３０を介してスイッチ切換回路３１に入力さ
れ、これによって、上記第１スイッチ回路２５と第２ス
イッチ回路２６とが上記変位方向信号に応じて択一的に
閉成される。

一方、上記制御回路３０では、状態検出回路２９から入
力される変位量信号に応じた駆動信号を発生し、これを
上記変位方向信号に応じて第１［動画路２６と第２駆動
回路２８との一方を択一的に選択して出力する。これに
よりこの駆動信号の入力された駆動回路を介する電流径
路が形成される。なお後述するように、第１スイッチ回
路２５が閉成される場合には第２駆動回路２８に、また
第２スイッチ回路２７が閉成される場合には第１駆動回
路２６にそれぞれ上記駆動信号が入力されるようにスイ
ッチ切換回路３１と制御回路３０とは連動し、したがっ
て上記スイッチ切換回路３１と制御回路３０とによって
、切換手段３２を構成している。

そして、前記のように相互に直列接続された第１、第２
コイル７．１４は、前記接続端子ａが、第１通電用配線
２３における第１スイッチ回路２５と第１駆動回路２６
との間に、また接続端子ｄが第２通電用配線２４におけ
る第２スイッチ回路２７と第２駆動回路２８との間にそ
れぞれ接続されている。

次に上記構成における磁気軸受装置での作動状態につい
て説明する。

まず可動体ｌがほぼ基準位置で保持されている状態、す
なわち第１支持体２及び第２支持体３からの上記可動体
ｌに対する各磁気吸引力がバランスしている状態から、
外力の変化で上記可動体１が第２図において左方向に変
位した場合について説明する。このときこの左方向への
変位方向信号と変位量信号とが状態検出回路２９から制
御回路３０に入力され、さらに上記変位方向信号はスイ
ッチ切換回路３１に入力される。これにより第１スイッ
チ回路２５が選択されて、この第１スイッチ回路２５の
閉成作動が上記スイッチ回路３１によって行われる。一
方、制御回路３０では、上記変位量信号に応じた大きさ
の駆動信号を発生すると共に、上記左方向の変位方向信
号に対応して第２駆動回路２８の選択を行い、上記駆動
信号を第２駆動回路２８に入力する。これにより、第２
駆動回路２日における出力トランジスタＴ２がＯＮ作動
し、この結果、第１図において実線矢印で示すように、
直流電源２０から、第１スイッチ回路、第１コイル７、
第２コイル１４、第２駆動回路２８を介して、この第２
駆動回路への駆動信号に応じた電流値の電流が接地ライ
ン２２へと流れる。したがって両コイル７．１４には、
第２図において接続端子ａ側から接続端子ｄ側へと電流
が流れることから、前記したように、第１支持体２から
可動体１に作用する磁気吸引力の減少と、第２支持体３
から可動体１に作用する磁気吸引力の増加とが同時にな
され、これにより可動体１への磁気吸引力の総和は、第
２図において右方向に作用する。

この結果、左方向に変位した可動体１の基準位置への復
帰移動が行われる。

一方、可動体１が第２図において基準位置から右方向に
変位した場合には、状態検出回路２９から右方向の変位
信号と変位量信号とが発生され、このときには、スイッ
チ切換回路３１によって、第２スイッチ回路２７が閉成
される。また制御回路３０における駆動信号は、第１駆
動回路２６に入力され、この第１駆動回路２６における
出力トランジスタＴ１がＯＮ作動される。この結果、第
１図中破線矢印で示すように、直流電源２０から、第２
スイッチ回路、第２コイル１４、第１コイル７、第１駆
動回路２６を介して接地ライン２２へと電流が流れる。

したがって各コイル７．１４には、第２図において接続
端子ｄ側から接続端子ａ側へと電流が流れることから、
前記したように、第１支持体２から可動体ｌに作用する
磁気吸引力の増加と、第２支持体３から可動体ｌに作用
する磁気吸引力の減少とを生じ、これにより可動体１へ
の磁気吸引力の総和は、第２図において左方向に作用し
、この結果、右方向に変位した可動体ｌの基準位置への
復帰作動が行われる。

このように、可動体ｌの基準位置からの変位方向と変位
量とを検出し、検出される変位方向に応じて各コイル７
．１４への通電方向を切換え、また変位量に応じて通電
電流値を制御することによって、上記可動体ｌは第１、
第２支持体２．３間で、かつこれらとは非接触状態での
基準位置に位置するように制御される。

以上の説明のように上記実施例においては、個の直流電
源２０を設ける構成でコイル７．１４への通電方向の切
換えを行うことが可能である。

このためにスイッチ回路と駆動回路とをそれぞれ２組設
けることが必要となっているが、駆動回路は、択一的に
機能させる二個の出力トランジスタを内蔵する従来の駆
動回路を二つに分割した構成となされているものであり
、したがって構成部品や専有空間に大きな変化はな（、
また各スイッチ回路及びスイッチ切換回路は比較的少な
い構成部品で構成し得るものである。したがって全体的
には、電源及びバッテリをそれぞれ二個ずつ必要として
いた従来の制御回路構成に比べて、上記では、電源及び
バッテリの容量を半減することができ、したがって製作
費を大幅に低減することが可能であると共に、全体の形
状を小形化することができる。

なお上記実施例においては、状態検出回路２９で可動体
１の基準位置からの変位を検出する構成としたが、可動
体１の速度や加速度を検出してコイル７．１４への通電
を制御する構成とすることも可能であり、また第１、第
２通電用配線２３．２４へのスイッチ回路２５．２７と
駆動回路２６、２８の介設順序を上記とは逆にした回路
構成とすることも可能である。さらに可動体１の状態変
化の方向信号を制御回路３０を介さずにスイッチ切換回
路３１に入力することも可能である。しかも駆動回１２
６．２８は、コイル７．１４に流れる電流を制御するた
めに定電流駆動回路に構成可能であり、また出力トラン
ジスタは、ＦＥＴ、サイリスタ等を用いることも可能で
ある。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の磁気軸受装置においては、−個
の直流電源を設ける構成でコイルへの通電方向の切換え
を行うことができるので、正極性の直流電源と負極性の
直流電源とを必要とした従来構成に比べて、構造をより
小形化することが可能であり１．またより安価に製作す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における磁気軸受装置での
コイルへの通電を制御する回路ブロック図、第２図は磁
気軸受装置の具体的構造の一例の模式図、第３図は従来
の磁気軸受装置でのコイルへの通電を制御する回路ブロ
ック図である。 ｌ・・・可動体、２・・・第１支持体、３・・・・第２
支持体、７・・・第１コイル、１４・・・第２コイル、
４．１１・・・永久磁石、２０・・・直流電源、２２・
・・接地ライン、２３・・・第１通電用配線、２４・・
・第２通電用配線、２５・・・第１スイッチ回路、２６
・・・第１駆動回路、２７・・・第２スイッチ回路、２
８・・・第２駆動回路、２９・・・状態検出回路（状態
検出手段）、３２・・・切換手段。 特許出願人　　　　日本フェロ−フルイデイクス株式会
社 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、第１コイル及び永久磁石を有する第１支持体と、第
   ２コイル及び永久磁石を有する第２支持体とを可動体を
   挟んで配置すると共に、上記第１コイルと第２コイルと
   を相互に直列接続し、さらに上記可動体の変位等の状態
   を検出する状態検出手段を設け、この状態検出手段での
   検出状態に応じて上記両コイルへの通電方向の切換えを
   行うことにより上記第１、第２支持体からそれぞれ可動
   体に作用する吸引力を変化させて、上記可動体を各支持
   体への非接触状態で支持すべく構成して成る磁気軸受装
   置において、直流電源と接地ラインとの間に第１通電用
   配線と第２通電用配線とを互いに並列に接続すると共に
   、上記第１通電用配線には第１スイッチ回路と第１駆動
   回路とを、また上記第２通電用配線には第２スイッチ回
   路と第２駆動回路とを、上記直流電源側からの介設順序
   を同一にしてそれぞれ順次介設し、上記第１コイルにお
   ける反第２コイル側の接続端子を上記第１スイッチ回路
   と第１駆動回路との間に、また上記第２コイルにおける
   反第１コイル側の接続端子を上記第２スイッチ回路と第
   ２駆動回路との間にそれぞれ接続すると共に、上記状態
   検出手段での検出状態に応じて、上記第１スイッチ回路
   及び第２駆動回路の同時閉成状態と、上記第２スイッチ
   回路及び第１駆動回路の同時閉成状態とを切換えて上記
   両コイルへの通電方向の切換えを行う切換手段を設けて
   いることを特徴とする磁気軸受装置。