JPH03135346A - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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JPH03135346A
JPH03135346A JP26484989A JP26484989A JPH03135346A JP H03135346 A JPH03135346 A JP H03135346A JP 26484989 A JP26484989 A JP 26484989A JP 26484989 A JP26484989 A JP 26484989A JP H03135346 A JPH03135346 A JP H03135346A
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JP
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magnetic
excitation coil
circuit
voltage
rotor
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JP26484989A
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Itsuki Ban
伴 五紀
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Secoh Giken Co Ltd
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Secoh Giken Co Ltd
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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〕 高速回転体の軸受、クリーンルーム内で使用される電動
機の軸受、長い耐用時間を必要とする電動機の軸受とし
て利用される。
〔従来の技術〕
磁気軸受装置は広い産業分野ですでに利用され、周知の
技術も多数ある。
〔本発明が解決しようとしている課題〕第1の課題 従来の磁気軸受装置は、電動機の製造業者が、電動機と
ともに1体に製造している。
従って、高価となり、有効性は認識されているが、広い
用途が期待できない現状にある。
ボールベアリングの業界に見られるように、軸受として
規格され、大量生産されて妥当な価格の磁気軸受の構成
のものが開発されていない問題点がある。
第2の課題 1般に、XY力方向、軸対称の位置に固定された電磁石
の磁極の磁気吸引力により回転軸を浮止せしめて軸受を
構成している。従って、回転軸のXY力方向位置をセン
サにより検出し、この検出出力により、電磁石の励磁コ
イルの通電制御を行なって目的を達成している。
励磁コイルのインダクタンスが大きいので、その励磁電
流の制御を迅速に行なうことが困難となる。この困難な
問題を解決する為に、制御回路が錯雑高価となり広い用
途が見出せない問題点がある。
しかし、尚励磁コイルの通電制御が不正確となり、回転
軸に振動を発生し、位置制御が不正確となる問題点があ
る。
〔課題を解決する為の手段〕
回転軸を駆動して回転する駆動源と、回転軸の端部に所
定の間隔で固定された第1.第2の磁性体円板と、円環
状の磁性体の内側より突出された2個1組の磁極が、等
しい離間角で3組以上配設された第1.第2の磁性体固
定子と、2個1組の各磁極の磁路開放端が僅かな空隙を
介して、第1゜第2の磁性体円板の外周回転面にそれぞ
れ対向して保持されるように第1.第2の磁性体固定子
を外筺に固定する手段と、2個1組の磁極と対向する磁
性体円板との距離に比例した電気信号が得られる距離セ
ンサと、2個1組の磁極をN、S極に励磁するように捲
着された励磁コイルと、励磁コイルの両端に接続された
第1.第2の半導体スイッチング素子と、第1.第2の
半導体スイッチング素子を介して励磁コイルに供電する
直流電源と、第1の半導体スイッチング素子と励磁コイ
ルとの直列接続体に逆接続された第1のダイオードと、
第2の半導体スイッチング素子と励磁コイルとの直列接
続体に逆接続された第2のダイオードと、励磁コイルの
通電電流を検出して検出電圧を得る電流検出回路と、励
磁コイルに供電する直流電源側に順方向に挿入された逆
流防止用ダイオードと、第1.第2の半導体スイッチン
グ素子と励磁コイルと電流検出回路の直列接続体に並列
に接続された小容量のコンデンサと、電流検出回路の検
出電圧が制御電圧を越えると第1.第2の半導体スイッ
チング素子を不導通に転化して、励磁コイルの蓄積磁気
エネルギが、直流電源正極側に流入することを逆流防止
用ダイオードにより阻止し、第1゜第2のダイオードを
介して前記した蓄積磁気エネルギを小容量のコンデンサ
の静電エネルギとして転換せしめることにより、急速に
通電電流を降下せしめ、所定値まで降下すると第1.第
2の半導体スイッチング素子を導通せしめて、小容量の
コンデンサの高電圧により、通電電流の立上りを急速と
するチョッパ回路により、前記した制御電圧に対応する
励磁コイルの通電電流を得る手段と、距離センサより得
られる電気信号により、前記した制御電圧を制御して、
対応する2個1組の磁極の励磁制御を行って、対向する
磁性体円板との距離を設定値に保持せしめる電気回路と
より構成されたものである。
〔作 用〕
磁気軸受が、第2図に示す構成となっているので、磁気
軸受として量産することができ、電動機メーカが購入す
ることにより、ボールベアリングと同様に利用すること
ができる。
従って、電動機の出力トルクに対応した数種類の規格化
された磁気軸受を量産することができるので、廉価に供
給できて、第1の課題を解決できる作用がある。
又前記した励磁コイルの通電電流は、その大きいインダ
クタンスの大きい磁気エネルギを利用した、チョッパ回
路により制御されている。従って、電流制御は、マイク
ロセコンドのオーダて制御することができるので、回転
軸の位置を所定位置に保持する作用が正確となり、振動
の発生を抑止する作用がある。
又制御回路の構成も簡素化される。
従って、第2の課題が解決できる作用がある。
〔実施例〕
第1図以降の実施例につき、本発明装置の詳細を説明す
る。図面の同一記号のものは同一部材なのでその重複し
た説明は省略する。
第1図は、駆動源となる電動機により、駆動回転される
回転軸20の磁気軸受を示す説明図である。
第1図において、記号21は円筒形の外筺で、その内側
には、電機子23aの外周が嵌着されている。
電機子23aは、周知のブラシレス直流電動機(以降は
半導体電動機と呼称する。)の電機子で、図示していな
いが、磁極と電機子コイルがある。
磁極に対向して、回転子23(マグネット回転子)が、
回転軸20に固定されて駆動回転される半導体電動機と
なっている。
記号Aは負荷で、回転軸20により駆動されている。負
荷としては例えば、クリーンルーム内で使用される送風
用のファンがある。外筺21の両端には、カップ状の円
筒21a、21bが図示のように嵌着されている。
円筒21a、21bの底面の中央部には、円形の空孔2
2a、22bが設けられ、該空孔に回転軸20が貫挿し
ている。空孔22a、22bの径は回転軸20の径より
所定値だけ大きくされている。
点線で示す記号C,Dは、第2図に詳細が示されている
磁気軸受である。
回転軸20を駆動する駆動源としては他の周知の電動機
でもよい。磁気軸受C,Dは全く同じ構成なので、磁気
軸受りを第2図につき次に説明する。
第2図において、円筒21aの内周には、珪素鋼板を積
層して作られた円環状の磁性体固定子24の外周が嵌入
固定されている。
固定子24を矢印E方向よりみた図が、第3図(a)に
示されているので第3図(a)とともに説明をする。
固定子24の内周面には、突出した磁極24a。
b、・・・・が捲着されている。
磁極24a、24a、磁極24b、24b、−・・はそ
れぞれ2個1組の磁極となり、励磁コイル27a、27
a、27b、27b、−・・により、N。
S磁極に励磁される。
又各2個1組の磁極は、互いに90度離間して配設され
る。2個1組の磁極をN、Sに励磁する理由を磁極24
a、24aを例として次に説明する。
磁極27a(N極)、磁極27a(S極)の励磁とする
と、N、  S磁極による磁束は、磁路となる円環状の
磁性体24及び各磁極及び回転子25(回転軸20に中
央部が固定され、外周面が僅かな空隙を介して磁極に対
向し、珪素鋼板の積層体により作られている。)を通っ
て閉じられている。
磁極24b、24b、24c、24c、24d。
24dを通過する磁束は互いに消し合って磁束が消滅す
る。
従って、XY力方向配設された2個1組の磁極により、
回転子23をXY力方向磁気的に吸引する力はそれぞれ
独立し、他磁極の影響を受けなくなる特徴がある。
回転子26は、中央部が回転軸に固定されたソフトフェ
ライト製の円板である。
円筒21aの底板の1部突出部に距離センサ19a、1
9b、19c、19dが固定され、各センサの位置は、
図示のように、2個1組の磁極の位置と同位相の位置と
なっている。
距離センサの詳細が第4図に示されている。
第4図において、つぼ型のソフトフェライト製のコア2
8にはコイル28aが装着され、コア28の磁路開放端
は、僅かな空隙を介して回転子26の回転面に対向して
いる。
他の距離センサも全く同じ構成である。
磁極24a、24a、磁極24b、24b、、、。
に対応する距離センサ19 a、  19 b、  1
9 c。
19dに装着されたコイルをそれぞれコイル28a  
28b、28c、28dとする。コイル28a、28c
はY方向に、コイル28b、28dはX方向に配設され
ている。
次に、回転子26のXY力方向変位を検出する距離セン
サのコイル28a、28b、・・・の作用を説明する。
第5図(a)のコイル28a、28cはY方向の回転子
26の変位を検出するものである。
コイル28a、28C%抵抗30a、30bはブリッジ
回路となっている。記号29は発振器で、1メガサイク
ルの発振が行なわれて、ブリッジ回路に発振電圧が印加
されている。
第3図(a)の回転子26がY方向に(点線矢印Y方向
)に所定距離だけ移動すると、コイル28aのインピー
ダンスが増大し、コイル28cのインピーダンスが減少
する。
コイル28aとコイル28cのインピーダンスが等しい
とき、即ち回転子26と各コイルのつは型コアの開放端
部との距離が等しいときに、ブリッジ回路は平衡して抵
抗30aの電圧降下のダイオード31a1コンデンサ3
1bよりなるローパスフィルタを介する出力と抵抗30
bの電圧降下のローパスフィルタによる出力は等しくな
るように設定されている。
従って、上述したように、回転子26がY方向に変位す
ると、オペアンプ32aの出力(端子33aの出力)は
所定値だけ大きくなり、その出力電圧は、回転子26の
変位量に比例する。
このときに、オペアンプ32bの出力は負となるが、整
流回路によりアースレベルとなるように構成されている
ので、端子32bの出力はアースレベルに保持されてい
る。
回転子26がY方向で反対方向即ち下方に所定距離だけ
変位すると、オペアンプ32bの出力が得られ、端子3
3bの出力電圧は正となり変位量に比例する出力電圧と
なる。
このとき、オペアンプ32aの出力は負となるが、整流
回路によりアースレベルに保持されている。
回転子26がX方向即ち右方若しくは左方に変位した場
合にも、コイル28b、28dによる第5図(a)と同
じ回路により、変位量に比例した正電圧を独立に得るこ
とができる。
本実施例では、第4図示のっぽ型コアの形式のセンサを
利用したが、同じ目的を達するものであれば、周知の他
の形式のものでも利用することができる。
コイル28a、28b、・・・のセンサの出力により、
励磁コイル27a、27a、励磁コイル27b、27b
、・・・の通電を制御して、各磁極の磁気吸引力により
回転子25、回転軸20を設定された位置に保持するこ
とができる磁気軸受となっている。
このときに、励磁コイルは大きいインダクタンスなので
、対応して大きい磁気エネルギの出入が行なわれ、励磁
電流の増減を急速に行なうことが困難となる問題点があ
る。
本発明装置では、次に説明する手段により、励磁電流の
サーボ制御を急速に行ない、回転軸20の保持を安定に
確実に行なうことが1つの特徴となっている。
第6図(a)において、励磁コイルGは、励磁コイル2
7a、27aの直列若しくは並列接続体である。
励磁コイルGの両端には、トランジスタ3a。
3bが接続され、ダイオード4a、4bが、各トランジ
スタと励磁コイルGとに逆接続されている。
励磁電流は、抵抗9の電圧降下として検出され、絶対値
回路(整流回路)10により整流され、その出力は、オ
ペアンプ11の一端子に入力されている。十端子の入力
は加算回路12の出力となっている。
基準電圧端子34の電圧は、可変抵抗34aにより、設
定された値に分割され、この電圧が基準電圧として、加
算回路12の1つの入力となる。
端子12aの入力端子が他の1つの入力となる。
端子11aより、第7図のタイムチャートの曲線14で
示す電圧が入力される場合につき説明する。
直流電源端子2a、2bにより、励磁コイルGは、順方
向に接続されたダイオード6を介して供電される。
第7図の曲線14で示す電圧がオペアンプ11に入力さ
れると、オペアンプ]1の出力はハイレベルとなり、増
11回路7でその出力が増巾され、反転回路を介して、
トランジスタ3aが導通する。
図の点線曲線15に示すように通電が行なわれる。
抵抗9の電圧降下(励磁電流に比例している。)が、オ
ペアンプ11の十端子の電圧を越えると、オペアンプ1
1の出力はローレベルに転化するので、トランジスタ3
a、3bは不導通となる。
励磁コイルGに蓄積された大きい磁気エネルギは、ダイ
オード4a、4bを介して電源正極2a側に還流されて
、消滅せしめるのが、周知の手段であるが、本発明装置
では、逆流防止用のダイオード6により、上記した還流
が阻止されるので、コンデンサ5を充電して高電圧とす
る。
従って、電流は急速に降下し、所定値だけ降下すると、
オペアンプ11のヒステリシス特性により、その出力が
ハイレベルに復帰する。
従って、トランジスタ3a、3bが導通し、コンデンサ
5の充電電圧により、励磁電流は急速に立上るが、第7
図の曲線14の電圧まで、絶対値回路10の出力が増大
すると、トランジスタ3a。
3bは再び不導通となる。かかるサイクルを繰返すチョ
ッパ回路となり、励磁コイルGの励磁電流の曲線15は
、曲線14の電圧に比例したものとなる。
上述したチョッパ作用を第7図の点線16の近傍のみを
時間的に拡大して示したのがその下段の電流曲線である
点線14bは、入力端子14に比例した励磁たものであ
る。
トランジスタ3a、3bが導通すると、曲線15aに示
すように電流が立上るが、このときに、コンデンサ5に
蓄積された静電エネルギによる高電圧により電流の立上
りは急速となる。
点線14bまて立上ると、トランジスタ3a。
3bは不導通となるので、電流は曲線15bに示すよう
に降下する。このときに、励磁コイルGに蓄積された磁
気エネルギは、コンデンサ5を充電して高電圧とするの
で、降下は急速となる。
かかるサイクルを繰返して、励磁電流は曲線14bを上
限値として変化するものである。
曲線15a、15b、・・・の時間中は、コンデンサ5
の容量により変化され、容量が小さい程時間巾が小さく
なる特徴がある。
以上の事実は、励磁コイルGとコンデンサ5は並列共振
回路と相似した性質があるので、コンデンサ5の容量が
小さくなる程共振周波数が大きくなることからも推定さ
れるものである。
励磁コイルGの抵抗によるジュール損失分だけは、直流
電源より電流の立上り部の末期において供給される。
周知の手段によると、直流電源電圧を高くして、磁気エ
ネルギの蓄積を急速とすることにより電流の立上りを急
速とし、蓄積磁気エネルギを電源に還流することにより
降下を急速としている。
従って、印加電圧は高い電圧となり、チョッパ周波数(
曲線15a、15b、・・・の時間巾)を小さくするこ
とには限界がある。
従って、電圧曲線14のリプル電圧の巾が小さく数マイ
クロセコンド位となると、曲線14の図示のような凹凸
に対応する時定数の小さい応答は不可能となる欠点があ
る。
本発明装置によると、印加電圧を低くしても、コンデン
サ5の容量を小さくすることにより、応答性を高速度と
することができる効果がある。
実測によると、0.2ヘンリ位の励磁コイルの通電制御
を行なった場合に、印加直流電圧50ボルトで、曲線1
5a、15b、−の11は0. 5フイクロセコンドと
なる。このときのコンデンサ5の容量は、0,1マイク
ロフアラツドである。
従って、大きいインダクタンスの励磁コイルの場合でも
、励磁電流の応答性のよい通電制御を行なうことができ
るので、磁気軸受の励磁コイルの通電制御を行なうこと
により、回転体の磁気浮上をより正確に行なうことがで
きる作用効果がある。
この詳細については後述する。
トランジスタ3a、3bの代りに、IGBTのような高
速度スイッチング素子を使用すると、上述した応答性は
更に良好となる。
第6図(a)において、ダイオード6は電源正極2a側
に挿入されているが、電源負極2b側の点線6aで示す
位置に、順方向に挿入しても本発明を実施することがで
きる。
第6図(b)の実施例は、チョッパ回路を変形したもの
である。第6図(b)において、励磁電流が増大して、
抵抗9の電圧降下が、入力電圧端子11bの電圧(第7
図の曲線14)を越えると、オペアンプ11の出力がハ
イレベルに転化する。
この出力は、微分回路13bにより立上り部の微分パル
スが得られ、微分パルスは単安定回路13を付勢するの
で所定の時間巾の電気パルスが得られる。
この電気パルスは、反転回路13aで反転されて、トラ
ンジスタ3a、3bを付勢して不導通とする。
上述した不導通となる電気パルスの時間中は、第7図の
曲線15b、15d、・・・の11と等しくされる。
かかる電気パルスの時間中は、コンデンサ5の容量に対
応して定められる単安定回路13の出力中となり、所要
の応答性のチョッパ回路を構成することができるので、
本発明を実施する他の手段となるものである。ブロック
回路Fは、第6図(a)の加算回路12、基準電圧34
、抵抗34a、端子12aを含む電気回路を示している
ものである。
第6図(a)の端子12aの人力は、第5図(a)の端
子33bの出力電圧となっている。
端子33bの出力電圧は、第3図(a)の回転子26が
図示の位置より矢印Y方向(上方)に移動するとアース
レベルに保持され、反対方向に移動すると、移動量に比
例して出力電圧が上昇する。
従って、回転子26の下方(Y方向の反対方向)の移動
が回転中に発生し、その移動量に対応する端子33bの
出力電圧が第7図の曲線14と直線14aの間の電圧と
すると、曲線14に対応する励磁電流が励磁コイルGに
流れる。
直線14aの電圧は、可変抵抗34aによる分割電圧で
ある。従って、回転子26の下方の移動は、励磁コイル
Gの磁気吸引力の増加により抑止される。
励磁コイル27c、27cは直列若しくは並列に接続さ
れて、第6図(a)の励磁コイルGと置換した別の電気
回路により通電制御が行なわれる。
この場合の加算回路12の端子12aの入力は、第5図
(a)の端子33aの出力電圧となる。
従って、回転子26がY方向と反対方向(下方)に移動
すると、端子33aの出力がアースレベルに保持され、
Y方向部ち上方に移動すると、移動量に対応して増大す
る。回転子26が上方に移動すると、加算回路12の出
力は、可変抵抗34の分割電圧と移動量に対応した検出
電圧が加算されたものとなる。従って、励磁コイル27
c。
27cの励磁電流は、端子11aに対応した電流となり
、回転子26を下方に吸引する力が増大して移動が抑止
される。
以上の説明より理解されるように、回転子26が平衡位
置(回転子26と距離センサ19a。
19cとの距離が等しい位置)では、励磁コイル27a
、27aと励磁コイル27c、27cの励磁電流は等し
く、磁気吸引力も等しい。
回転子26が平衡位置より、矢印Y方向(上方向)若し
くは下方に移動すると、対応して励磁コイル27c、2
7c若しくは励磁コイル27a、27aの励磁電流が増
大して、回転子26を復帰せしめるサーボ装置を構成し
ている。
第5図(a)の回路と同じ手段により、距離センサ19
b、19dのコイルより、回転子26のX方向の左右の
移動に比例した2つの出力電圧が得られる。
励磁コイル27b、27b及び励磁コイル27d、27
dの励磁電流を第5図(a)の回路と同じ手段により、
上記した2つの出力電圧により制御することにより、回
転子26をX方向の平衡位置に保持することができる。
従って、回転子26即ち回転軸20の右端は、平衡位置
に保持されて回転することができる。第6図(a)の可
変抵抗34は、平衡位置における各磁極の磁気吸引力を
調整する為のものである。第5図(a)(b)について
前述したように、励磁コイルの通電制御が著しく早く行
なわれるので、応答性の良好なサーボ作用が行なわれ、
振動のない安定な磁気軸受装置を構成することができる
第2図において、回転軸20と円孔22aの空隙長は次
に述べる所定の値とされる。即ち回転軸20が円孔に当
接したときに、回転子26と距離センサ19a、19b
、・・・と接触しないように、又回転子25の外周が磁
極24a、24a、24b、24b、・・・と接触しな
いように空隙長が設定される。
磁気軸受が作動すると、回転軸20は空孔22aより離
間して回転する。
回転軸20の左右の移動は、回転子25のアキシアル方
向の外周面の巾と対向する磁極中を等しくすることによ
り抑止することができる。
第1図の左側の磁気軸受Cも右側の磁気軸受りと全(同
じ構成となり、その作用効果も又同様である。
第3図(a)の場合には、2個1組の磁極は4組となり
、対称の位置に配設されているが、第3図(b)に示す
ように、3組の磁極を使用しても同じ目的が達成される
第3図(a)の磁極24d、24dが除去され、他の3
組の磁極が120度の離間角で配設されているのが第3
図(b)の構成である。
距離センサも3個となり、図示の位置で、回転子26の
外周面に対向している。
上記した距離センサより、検出出力を得る回路が第5図
(b)に示されている。
第5図(b)において、コイル28aは距離センサ19
aのコイルで、第4図のコイル28aを示している。
コイル28a1抵抗1a、lb、lcはブリッジ回路を
構成している。
距離センサ19aの磁路開放端が、回転子26の外周面
に当接したときに、オペアンプ32の2つの入力が同じ
レベルとなるように抵抗1cの値が調整されている。従
ってオペアンプ32の出力はアースレベルとなる。発振
器29の出力は、ブリッジ回路に印加され、抵抗1aの
電圧降下は、ローパスフィルタ31a、31bにより直
流化される。抵抗1bの電圧降下も同じくローパスフィ
ルタにより直流化される。
距離センサ19aが、回転子26の外周より離間すると
、その離間距離に対応してオペアンプ32の子端子の入
力電圧が上昇するので、端子33の出力電圧も増大する
端子33の出力は、第6図(c)の端子8aに入力され
る。他の距離センサ19b、19c (第3図(b)図
示)についても第5図(b)と同じ回路手段により、回
転子26の外周面との距離に対応した2つの出力電圧が
得られて、それぞれ第6図(C)の端子8b、8cに入
力されている。
第6図(C)は、第3図(b)の励磁コイルの励磁電流
の制御回路である。第6図(C)において、励磁コイル
L、 M、 Nはそれぞれ第3図(b)の励磁コイル2
7a、27aの直列若しくは並列接続体及び励磁コイル
27b、27bの同様な接口(b)の励磁コイルGの電
気回路に相似している。異なっているのは、オペアンプ
11の下側の人力のみである。この端子層3人力は、距
離センサ19aの出力電圧即ち第5図(b)の端子33
の出力となっている。ブロック回路Fは除去されている
。従って、チョッパ回路により制御される励磁電流は、
端子に%人力に比例したものとなる。
励磁コイルMの通電制御回路による励磁電流も同様に端
子力(の人力即ち距離センサ19bの出力電圧に比例し
たものとな。
励磁コイルNの通電制御回路による励磁電流も同様に端
子層の入力即ち距離センサ]、 9 cの出力電圧に比
例したものとなる。
第6図(C)のトランジスタ3c、3d及びトランジス
タ3e、3fは、トランジスタ3a、3bと同じ作用を
行ない、ダイオード4c、4d及びダイオード4e、4
fは、ダイオード4a、4bと同じ作用を行なっている
反転回路13a−1,13a−2は反転回路13gと同
じ作用を行ない、単安定回路13−1゜13−2、微分
回路13b−1,13b−2も単安定回路13、微分回
路13bと同じ作用を行なっている。ダイオード6c、
6d及びコンデンサ5a、5bについてもその作用は同
じ事情にある。
オペアンプ11−1.11−2は、オペアンプ11と同
じ作用を行なっている。従って、励磁コイルL、M、N
の励磁電流は、前述したように、端子層に、8Aの入力
電圧にそれぞれ比例したものとなる。
電動機の起動時には、回転軸20は、第1図の両側の空
孔22a、22bに支持されている。
このときに、回転子25の外周面が磁極の1部に近接し
、従って例えば、距離センサ19bが回転子26の外周
面に近接し、他の距離センサが離間しているとする。
磁極24a、24g及び磁極24 c、  24 cに
よる回転子26に対する磁気吸引力は、磁極24b、2
4bによる回転子26に対する磁気吸引力を大きく越え
るので回転子26は移動する。
回転子26と距離センサ19a、19b、19Cとの距
離が等しい状態のときに、磁極24a。
24aと磁極24b、24bと磁極24c、24Cによ
る回転子26に対する磁気吸引力がバランスし、この位
置より回転子26が移動すると復帰力が発生するサーボ
装置が構成される。回転軸20の他端にも第1図で説明
したように同じ構成の磁気軸受が構成されているので、
第6図(b)において前述したように、時定数の著しく
小さいサーボ作用があり、回転軸20は、空孔22a。
22bの中心部で、接触することなく回転する特徴があ
る。
第1図の点線Cで示す装置も、第3図(b)と全く同じ
構成となっているので同じ作用効果がある。
従ッテ、回転軸20は、空孔22a、22bの内周面よ
り離間して回転する磁気軸受となる。
電源を断つと、回転軸2oは、空孔22a。
22bの内周面の1部に当接して停止する。このときに
回転子25は磁極と離間し、又回転子26も距離センサ
19 a、  19 b、  19 cと離間している
ように各部材の空隙長が設定されている。
第1図の外筺21は内周面は円筒形となるが、外周は角
形として電動機を支持体に締着し易くすることがよい。
第2図の円筒21aの底面に、プリント基板21cを貼
着し、励磁コイルの各端子を空孔を介して導出半田付け
し、又距離センサのコイルの各端子を空孔を介して導出
半田付けし、励磁コイルの通電制御回路を構成すると、
電動機の量産時に有効な手段となる。
第3図(a)の磁極と励磁コイルは4組であるが、4組
以上としても同じ目的が達成される。又第3図(b)に
おいても磁極数を3組以上として構成することができる
ものである。
〔効 果〕
第1の効果 第2図に示す構成より理解されるように、回転子25.
26の中央空孔に金属スリーブを嵌着して1体に作り、
円筒21a、21bに磁極を嵌着し、励磁コイルを磁極
に捲着し、プリント基板21cを使用して所要の電気回
路を構成することにより、1組の磁気軸受の部品とする
ことができる。
従って、ボールベアリングのように規格化して量産する
ことができ、廉価に供給することができる。
第2の効果 第6図(a)(b)(c)において説明したように、回
転軸20の浮上の位置制御に、ダイオドロ、6b、6c
及びコンデンサ5,5a、5bによるチョッパ制御を利
用しているので、応答性の迅速な位置制御を行なうこと
ができて、回転軸20の外力による位置のずれを小さく
して、安定に作動する磁気軸受装置を得ることができる
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明装置の構成の説明図、第2図は、本発
明装置の要部の説明図、第3図は、第2図の装置を矢印
E方向よりみた平面図、第4図は、距離センサの説明図
、第5図は、距離センサより距離信号を得る電気回路図
、第6図は、磁極の励磁コイルの通電制御回路図、第7
図は、第6図のチョッパ回路の励磁電流とその制御信号
のタイムチャートをそれぞれ示す。 2a、2b・・・直流電源圧負極、3a、3b、・・・
3f・・・トランジスタ、7・・・増巾回路、10・・
・絶対値回路、1.1.11−1.11−2・・・オペ
アンプ、12・・・加算回路、A・・・負荷、F・・・
オペアンプ11、加算回路12、抵抗34aを含む回路
、G、  L。 M、N、27a、27a、27b、27b−−−励磁コ
イル、13.13−1.13−2・・・単安定回路、1
3b、13b−1,13b−2・・・微分回路、21.
21a、21b−・・外筺、20−・・回転軸、22a
、22b・・・円形空孔、23,25.26−・・回転
子、23a・・・電機子、 24a、24a、24b、24b−−−磁極、19a。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 回転軸を駆動して回転する駆動源と、回転軸の端部に所
    定の間隔で固定された第1、第2の磁性体円板と、円環
    状の磁性体の内側より突出された2個1組の磁極が、等
    しい離間角で3組以上配設された第1、第2の磁性体固
    定子と、2個1組の各磁極の磁路開放端が僅かな空隙を
    介して、第1、第2の磁性体円板の外周回転面にそれぞ
    れ対向して保持されるように第1、第2の磁性体固定子
    を外筺に固定する手段と、2個1組の磁極と対向する磁
    性体円板との距離に比例した電気信号が得られる距離セ
    ンサと、2個1組の磁極をN、S極に励磁するように捲
    着された励磁コイルと、励磁コイルの両端に接続された
    第1、第2の半導体スイッチング素子と、第1、第2の
    半導体スイッチング素子を介して励磁コイルに供電する
    直流電源と、第1の半導体スイッチング素子と励磁コイ
    ルとの直列接続体に逆接続された第1のダイオードと、
    第2の半導体スイッチング素子と励磁コイルとの直列接
    続体に逆接続された第2のダイオードと、励磁コイルの
    通電電流を検出して検出電圧を得る電流検出回路と、励
    磁コイルに供電する直流電源側に順方向に挿入された逆
    流防止用ダイオードと、第1、第2の半導体スイッチン
    グ素子と励磁コイルと電流検出回路の直列接続体に並列
    に接続された小容量のコンデンサと、電流検出回路の検
    出電圧が制御電圧を越えると第1、第2の半導体スイッ
    チング素子を不導通に転化して、励磁コイルの蓄積磁気
    エネルギが、直流電源正極側に流入することを逆流防止
    用ダイオードにより阻止し、第1、第2のダイオードを
    介して前記した蓄積磁気エネルギを小容量のコンデンサ
    の静電エネルギとして転換せしめることにより、急速に
    通電電流を降下せしめ、所定値まで降下すると第1、第
    2の半導体スイッチング素子を導通せしめて、小容量の
    コンデンサの高電圧により、通電電流の立上りを急速と
    するチョッパ回路により、前記した制御電圧に対応する
    励磁コイルの通電電流を得る手段と、距離センサより得
    られる電気信号により、前記した制御電圧を制御して、
    対応する2個1組の磁極の励磁制御を行って、対向する
    磁性体円板との距離を設定値に保持せしめる電気回路と
    より構成されたことを特徴とする磁気軸受装置。
JP26484989A 1989-10-16 1989-10-16 磁気軸受装置 Pending JPH03135346A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5741438A (en) * 1989-04-25 1998-04-21 Sumitomo Chemical Company, Limited Optically active biphenyl derivative, process for preparation thereof, liquid crystal composition containing the same as an effective component, and liquid crystal element using the same
JP2000087968A (ja) * 1998-09-18 2000-03-28 Mitsubishi Electric Corp ラジアル磁気軸受装置
EP3562001A1 (de) * 2018-04-27 2019-10-30 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur magnetischen lagerung eines rotors

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5741438A (en) * 1989-04-25 1998-04-21 Sumitomo Chemical Company, Limited Optically active biphenyl derivative, process for preparation thereof, liquid crystal composition containing the same as an effective component, and liquid crystal element using the same
JP2000087968A (ja) * 1998-09-18 2000-03-28 Mitsubishi Electric Corp ラジアル磁気軸受装置
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