JPH04302712A - 磁気軸受 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タ−ボ分子ポンプ、回
転陽極Ｘ線管、工作機械用スピンドル、遠心分離機、ロ
ボットなどの各種回転機械に利用される磁気軸受に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気軸受は、制御軸方向に、被支持物を
挟んで対向する一対の電磁石と、同方向への被支持物の
変位量を検出する変位センサとを設け、これら変位セン
サと電磁石との間に被支持物を所定位置に保持するため
の軸受制御回路を構成してなる。軸受制御回路は、オペ
レーショナルアンプ等を主体とするセンサ回路を有して
おり、変位センサから取り出される電圧信号は先ずこの
センサ回路に入力され、この回路において基準電圧と比
較されて、差圧に比例した電圧が出力されるようになっ
ている。そして、次段に配設されるＰＩＤ回路や電流ア
ンプ等を経て、電磁石に駆動電流が出力されるようにな
っている。この磁気軸受が加工、組立誤差等に影響され
ず適正に機能できるためには、装置に完全に組み込まれ
た状態で被支持物の所定変位量に対して電磁石に所定の
駆動電流が与えられるためのオペレ−ショナルアンプの
出力（以下、ゲインと称する）に関する条件と、被支持
物が中心位置に在るときにオペレ−ショナルアンプの出
力電圧が０からオフセットしないための条件とが整えら
れていなければならない。これらのゲイン調整およびオ
フセット調整は、従来から、被支持物が変位センサに対
して最近点および最遠点に達した状態を基準とするフル
スケ−ル調整によって行っているのが通例である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、磁気軸受を
使用した装置には、組立が完了した状態で被支持物が外
部から完全に遮断されるものが極めて多い。このため、
被支持物を変位センサに対して最近点および最遠点に移
動させるためには、装置全体を傾けるか、あるいは逆さ
にするかして、重力により移動させるほかはない。この
ため、作業者の労力負担が極めて大きく、調整作業に困
難を伴う不都合がある。また、装置を組立てた状態で被
支持物の一部が外部に露出しているようなものでも、被
支持物の重量が大きければ移動が困難であり、さらに、
重量が比較的小さくたとえ移動させることができたにし
ても、人為的な操作は加減次第で調整誤差を生じ易い欠
点がある。

【０００４】本発明は、このような不具合を有効に解消
することのできる磁気軸受を提供することを目的として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、次のような構成を採用したものである
。

【０００６】すなわち、本発明に係る磁気軸受は、制御
軸方向に、被支持物を挟んで対向する一対の電磁石と、
同方向への被支持物の変位量を検出する変位センサとを
設け、これら変位センサと電磁石との間に被支持物を所
定位置に保持するための軸受制御回路を構成したものに
おいて、前記軸受制御回路が機能しない状態で前記一対
の電磁石を各々独立して励磁することのできる励磁回路
を設けたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】このような構成のものであれば、組立が完了し
た状態で対向位置にある一対の電磁石を励磁回路を通じ
て各々独立して励磁することができる。このため、磁気
軸受が装置に組み込まれた状態でも、人為的な力を介さ
ずに被支持物を簡単かつ確実に変位センサの最遠点と最
近点に移動させることが可能になる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【０００９】この磁気軸受は、図１に示すように、制御
軸たるＸ軸方向に、被支持物３を挟んで対向する一対の
電磁石Ａ、Ｂと、同方向への被支持物３の変位量を検出
する変位センサ４とを設けている。電磁石Ａ、Ｂは、磁
極ａ１　、ｂ１　と、それらの磁極ａ１　、ｂ１　に巻
回された励磁コイルａ２　、ｂ２　とを具備してなる。 変位センサ４は、例えば渦電流方式のもので、センサヘ
ッド４ａが磁気軸受Ｂ側の磁極ｂ１　の内方端面と同一
ラジアル位置に配設されており、このセンサヘッド４ａ
から測距面たる被支持物３の外周面３ａまでの距離に比
例した電圧が取り出されるようになっている。そして、
これら変位センサ４と電磁石Ａ、Ｂとの間に被支持物３
を中心位置に保持するための軸受制御回路５を構成して
いる。

【００１０】軸受制御回路５は、基本的に、センサ回路
６と、ＰＩＤ（比例積分微分）回路７と、電流アンプ８
とにより構成される。センサ回路６は、例えば図２に簡
略図示するようにオペレ−ショナルアンプ６ａを主体と
するもので、その入力側に変位センサ４からの出力と、
オフセット調整を行うために設けられた可変抵抗６ｂか
らの中間タップ電位とが入力され、その差を増幅して出
力側に取り出すようになっている。６ｃは中間タップ位
置によってオペレ−ショナルアンプ６ａの増幅率（ゲイ
ン）を調整するための可変抵抗である。これらの可変抵
抗６ｂ、６ｃのタップ位置は外部からのオフセット調整
信号ｓ１　およびゲイン調整信号ｓ２　によって可変と
されている。また、図１におけるＰＩＤ回路７は、前記
オペレ−ショナルアンプ６ａからの出力を適宜に変形し
、急俊な行き過ぎ制御をなくすことができるようになっ
ている。そして、このＰＩＤ回路７からの出力が電流ア
ンプ８で増幅され、電磁石Ａ、Ｂの何れか一方の励磁コ
イルａ２　、ｂ２　に駆動電流として流されるようにな
っている。一方の電磁石Ａ（Ｂ）の駆動電流を増加させ
ると、他方の電磁石Ｂ（Ａ）の駆動電流は減少する。

【００１１】このような構成において、本実施例は、前
記センサ回路６のゲイン調整及びオフセット調整を自動
的に行うためのマイクロコンピュ−タ９を備えている。 このマイクロコンピュ−タ９は、ＣＰＵ９ａ、メモリ９
ｂおよびインタ−フェ−ス９ｃからなる通常のもので、
センサ回路６からの出力を入力し、予めメモリ９ｂ内に
格納されているプログラムに沿って所定の演算を行い、
前記センサ回路６の可変抵抗６ｂにオフセット調整信号
ｓ１　を、また可変抵抗６ｃにゲイン調整信号ｓ２　を
それぞれ出力するようになっている。また、このマイク
ロコンピュ−タ９は、前記電流アンプ８との間を２本の
ケ−ブルａ３　、ｂ３　によって接続されており、これ
らマイクロコンピュ−タ９、ケ−ブルａ３　、ｂ３　、
電流アンプ８、並びに前述した励磁コイルａ２　、ｂ２
　が本発明の励磁回路１０を構成している。すなわち、
マイクロコンピュ−タ９からケ−ブルａ３　（ｂ３　）
に励磁信号ｓａ　（ｓｂ　）が出力された時に、前記電
磁石Ａ（Ｂ）を独立して励磁し、図３（図４）に示すよ
うに被支持物３を変位センサ４からの最遠点（最近点）
にまで吸引、移動させることができるようになっている
。これらの励磁信号ｓａ　、ｓｂ　は前述したセンサ回
路調整用プログラムの中の特定のステップから発せられ
るようにしてある。さらに、この実施例では前記ＰＩＤ
回路７と前記電流アンプ８との間に軸受制御回路５を適
宜遮断し得るスイッチ回路１１が介設してあり、このス
イッチ回路１１にマイクロコンピュ−タ９から切換信号
ｓｏｎ、ｓｏｆｆ　が出力されるようになっている。こ
れらの切換信号ｓｏｎ、ｓｏｆｆ　も前述したプログラ
ムの中の特定のステップからそれぞれ発せられるように
なっている。

【００１２】図５は、そのプログラムの概要を示すフロ
−チャ−ト図である。以下、このフロ−チャ−ト図に沿
ってマイクロコンピュ−タ９の作動を説明する。なお、
変位センサ４が適正に調整されている場合には、その出
力は電磁石Ａ側で＋ＶＦＳ、Ｂ側で−ＶＦＳになるもの
とする。

【００１３】プログラムがスタ−トすると、先ずステッ
プ２１でスイッチ回路１１に切換信号ｓｏｆｆ　を出力
し、軸受制御回路５を遮断する。しかる後、ステップ２
２で励磁信号ｓａ　を出力し、被支持物３を電磁石Ａ側
に吸引して該被支持物３を変位センサ４からの最遠点に
位置づける（図３参照）。そして、ステップ２３におい
てこの時の変位センサ４からの出力値ＶＡ　を読み込み
、メモリ９ｂ内に記憶する。次に、ステップ２４で励磁
信号ｓｂ　を出力し、被支持物３を電磁石Ｂ側に吸引し
て該被支持物３を変位センサ４からの最近点に位置づけ
る（図４参照）。そして、ステップ２５においてこの時
の変位センサ４からの出力値ＶＢ　を読み込み、メモリ
９ｂ内に記憶する。さらに、ステップ２６に移り、先に
読み込んだ値ＶＡ　、ＶＢ　から、Ｖｅ＝（ＶＡ　＋Ｖ
Ｂ　）／２なる演算を行う。このＶｅはオフセットのズ
レ量に対応している。 そして、ステップ２７でオフセット調整信号ｓ１　を出
力し、最近点での変位センサ４の出力がＶＢ　−Ｖｅと
なるように調整する。さらに、ステップ２８でゲイン調
整信号ｓ２　を出力し、最近点での変位センサ４の出力
全体が−ＶＦＳとなるようにゲイン調整する。そして、
ステップ２９に移って再び電磁石Ａに励磁信号ｓａ　を
出力して被支持物３を変位センサ４からの最遠点に位置
づけ、ステップ３０で変位センサ４の出力が＋ＶＦＳに
なっているか否かを判断する。ＹＥＳの場合にはゲイン
およびオフセットが正確に調整されている状態を示して
おり、ステップ３１でスイッチ回路１１に切換信号ｓｏ
ｎを出力して軸受制御回路５を接続した後、プログラム
を終える。また、ＮＯの場合にはステップ２３の手前に
戻って当該ステップ２３以降の手順を繰り返す。

【００１４】このような構成のものであると、組立が完
了した状態でプログラムをスタ−トさせるだけで、マイ
クロコンピュ−タ９が励磁回路１０を通じて被支持物３
を変位センサ４からの最遠点および最近点に移動させ、
フルスケ−ル調整によってセンサ回路６のゲイン調整お
よびオフセット調整を自動的に行うことになる。このた
め、人為的な労力を一切必要とせず、調整の正確さも期
することができるものとなる。

【００１５】なお、電磁石Ａ、Ｂに急俊に電流を流すと
、過渡的に大きな逆起電力が発生したり、被支持物３が
吸収された時のショックで磁気軸受が破損する事がある
。このような場合には、励磁信号ｓａ　、ｓｂ　を徐々
に大きくしたり、小さくしたりする制御をプログラム中
に含ませる制御も有効になる。また、以上の説明では変
位センサは電磁石Ｂ側にのみ設けられているが、一般的
には電磁石Ａ、Ｂ側にともに設けられる場合が多い。こ
のような場合には、センサ回路のオペレ−ショナルアン
プには両変位センサの検出値の差を入力し、これをオフ
セット調整するようにすればよい。さらに、マイクロコ
ンピュ−タは必ずしも回路中に組み込まれる必要はなく
、調整が必要とされる時だけ外部から接続するようにし
てもよい。また、本発明は上記実施例のような完全自動
調整に限られず、少なくとも励磁回路を設けておき、他
の調整は手作業で進めるようなものを含む。さらにまた
、センサ回路の調整は必ずしもゲイン調整とオフセット
調整とを一対に行う必要はなく、使用するセンサの種類
や、要求される検出精度によっては、それらのうちの一
方または双方を省略することもできる。その他、本発明
の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【００１６】

【発明の効果】本発明の磁気軸受は、以上のような構成
であるから、装置に組み込まれた状態でも、人為的な力
を介さずに被支持物を簡単かつ確実に変位センサの最遠
点と最近点に移動させることができる。このため、その
装置の被支持物が外部から遮断されていたり、被支持物
の重量が過大である場合等にも、ゲイン調整やオフセッ
ト調整を極めて簡単な作業で、あるいは全く人為的な作
業を要せずに、正確に完了することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すフロック図。

【図２】同実施例のセンサ回路を簡略に示す回路図。

【図３】同実施例の作用を示す図１に対応した図。

【図４】同実施例の作用を示す図１および図３に対応し
た図。

【図５】同実施例において行われる制御の概要を示すフ
ロ−チャ−ト図。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ…電磁石 Ｘ…制御軸 ３…被支持物 ４…変位センサ ５…軸受制御回路 １０…励磁回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御軸方向に、被支持物を挟んで対向する
   一対の電磁石と、同方向への被支持物の変位量を検出す
   る変位センサとを設け、これら変位センサと電磁石との
   間に被支持物を所定位置に保持するための軸受制御回路
   を構成したものにおいて、前記軸受制御回路が機能しな
   い状態で前記一対の電磁石を各々独立して励磁すること
   のできる励磁回路を設けたことを特徴とする磁気軸受。