JPH03135346A

JPH03135346A - 磁気軸受装置

Info

Publication number: JPH03135346A
Application number: JP26484989A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1991-06-10

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

【特許請求の範囲】

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。