JPH056418Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は磁気軸受スピンドルに関し、特に、
磁気軸受によつてスピンドルを磁気浮上させ、そ
の浮上位置をセンサコイルで検出するような磁気
軸受スピンドルに関する。

［従来の技術］ 従来のターボ分子ポンプや工作機械に用いられ
る磁気軸受スピンドルは、本体内の磁気軸受によ
つてスピンドルを磁気浮上させかつ本体内のモー
タによつて回転させて高速回転を得るようになつ
ている。そして、スピンドルの磁気浮上位置、す
なわちスピンドル軸と磁気軸受を構成する電磁石
との間の隙間がセンサコイルによつて検出され
る。このセンサコイルはスピンドル軸に対向する
ように設けられていて、スピンドル軸に生ずる渦
電流を検出することによつて浮上位置を検出す
る。

このセンサコイルは、通常は磁気軸受スピンド
ルから３〜5m離れた位置に設けているコントロ
ーラに内蔵されている同調回路と同軸ケーブルに
よつて接続される。同調回路はセンサコイルに高
周波電流を供給するとともに、渦電流によるセン
サコイルのインダクタンス変化を電圧に変換して
検波する。センサコイルと同調回路とを同軸ケー
ブルで接続するのは、ケーブルの容量変化を小さ
くし、ケーブルの影響による電位への影響を小さ
くするためである。また、同軸ケーブルを用いる
ことによつて、ノイズに対して悪影響を小さくで
きる利点がある。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、スピンドル軸やセンサコイルに
は製造誤差が含まれており、同軸ケーブルにはイ
ンダクタンスなどにばらつきがあり、さらに同調
回路の各部品にもばらつきがあるため、センサの
感度特性を一定にするためには、センサコイルに
同調回路を接続した状態で、センサの感度特性を
調整しなければならない。このためには、磁気軸
受スピンドル本体とコントローラとは１対１に対
応させる必要があり、互換性がないという欠点が
ある。また、同軸ケーブルを移動させると、わず
かであるがケーブルのインダクタンスが変化し、
工作機械主軸用の磁気軸受スピンドルなどにおい
ては、設定位置の誤差原因となる。また、同軸ケ
ーブルの長さを変えると、インダクタンスが変化
するため、再調整が必要となり、同軸ケーブルの
長さも十分長くとることができないという種々の
欠点があつた。

それゆえに、この考案の主たる目的は、コント
ローラに含まれている同調回路を本体に一体的に
取付けたような磁気軸受スピンドルを提供するこ
とである。

［課題を解決するための具体的な手段］ この考案は磁気軸受によつて磁気浮上しながら
支持されるスピンドルと、磁気軸受の近傍に配置
され、スピンドルの浮上位置を検出するためのセ
ンサコイルとを本体に備えた磁気軸受スピンドル
において、センサコイルに高周波電流を流すとと
もに、センサコイルから出力される浮上位置に対
応した電圧を検波して出力する同調回路を本体に
取付けて構成したものである。

［作用］ この考案に係る磁気軸受スピンドルは同調回路
を本体に取付けることにより、センサコイルと同
調回路との距離を短くでき、ケーブルの長さも短
くなるので、両者の間を接続するケーブルのイン
ダクタンス変化によるセンサ感度特性の影響を少
なくすることができる。

［考案の実施例］ 第１図はこの考案の一実施例の外観斜視図およ
び制御系の概略ブロツク図である。

まず、第１図を参照して、この考案の一実施例
の構成について説明する。回転軸体２の一端は、
その軸線に直角なXY平面内に互いに90°の角度を
隔てて配置されたＸ軸用電磁石１１ＸおよびＹ軸
用電磁石１１Ｙと、Ｘ軸用電磁石１２ＸおよびＹ
軸用電磁石１２Ｙを有するラジアル磁気軸受１０
によつて径方向に軸受けされている。また、回転
軸体２の他端側は、同様にしてＸ軸用電磁石２１
ＸおよびＹ軸用電磁石２１ＹとＸ軸用電磁石２２
ＸおよびＹ軸用電磁石２２Ｙを有するラジアル磁
気軸受２０によつて径方向に軸受けされている。
そして、回転軸体２はモータ９によつて駆動され
て矢印Ｂの方向に回転する。また、回転軸体２は
軸方向（Ｚ方向）の変位を阻止するためのスラス
ト磁気軸受８によつて軸方向に軸受けされてい
る。

上述のラジアル磁気軸受１０が配置された平面
のＸ軸上およびＹ軸上には、回転軸体２の基準位
置に対するＸ軸方向およびＹ軸方向の変位を検出
し、変位量に応じた出力を発生するＸ軸用センサ
コイル１４ＸおよびＹ軸用センサコイル１４Ｙが
それぞれ配置されている。同様にして、ラジアル
磁気軸受２０が配置された平面のＸ軸上およびＹ
軸上にはＸ軸用センサコイル２４ＸおよびＹ軸用
センサコイル２４Ｙが配置されている。

Ｘ軸用位置センサコイル１４Ｘは本体に取付け
られた同調回路５０に接続されており、Ｙ軸用位
置センサコイル１４Ｙも図示しないが本体に取付
けられた同調回路に接続されている。同様にし
て、Ｘ軸用位置センサ２４Ｘは本体に取付けられ
た同調回路６０に接続されており、Ｙ軸用位置セ
ンサコイル２４Ｙも図示しないが本体に取付けら
れた同調回路に接続されている。

Ｘ軸用電磁石１１ＸおよびＹ軸用電磁石１１Ｙ
はそれぞれ電磁力を加減するため制御巻線１３
Ｘ，１３Ｙを有し、これらの制御巻線１３Ｘおよ
び１３Ｙは、それぞれＸ軸用制御回路３０および
Ｙ軸用制御回路（図示せず）によつて制御され
る。同様にして、Ｘ軸用電磁石２１ＸおよびＹ軸
用電磁石２１Ｙには、それぞれ電磁力を加減する
ための制御巻線２３Ｘおよび２３Ｙが設けられて
いて、これらの制御巻線２３Ｘ，２３Ｙの励磁電
流はＸ軸用制御回路４０およびＹ軸用制御回路
（図示せず）によつて制御される。

上述のＸ軸用制御回路３０，４０およびＹ軸用
制御回路はそれぞれ本体から３〜5m離れた位置
に設けられているコントローラ（図示せず）に内
蔵されている。そして、Ｘ軸用制御回路３０は軸
位置基準電圧発生回路３１と、比較回路３２と偏
差増幅回路３３と位相補償回路３４と電力増幅回
路３５とによつて構成される。軸位置基準電圧発
生回路３１は回転軸体２のＸ軸方向の基準位置を
示す一定の基準電圧を発生するものである。比較
回路３２は同調回路５０から与えられるフイード
バツク電圧と軸位置基準電圧発生回路３１から与
えられる基準電圧とを比較し両者の差電圧を出力
するものである。偏差増幅回路３３は比較回路３
２から出力された差電圧を増幅するものである。
位相補償回路３４は制御系の位相遅れを補償する
ためのものであり、電力増幅回路３５は位相補償
回路３４の出力を制御巻線１３Ｘの動作に必要な
適宜のレベルに増幅するためのものである。

なお、Ｘ軸用制御回路４０も前述のＸ軸用制御
回路３０とほぼ同様にして構成され、軸位置基準
電圧発生回路４１と比較回路４２と偏差増幅回路
４３と位相補償回路４４と電力増幅回路４５とを
含み、比較回路４２には前述の同調回路６０から
フイードバツク電圧が与えられる。また、図示し
ないＹ軸用制御回路もＸ軸用制御回路３０および
４０と同様にして構成される。

第２図は第１図に示した同調回路の一例を示す
電気回路図である。

第２図において、センサコイル１４Ｘと対にな
つて同調回路５０を形成するコンデンサ５２が接
続される。同調回路５０は高周波発振回路５３に
よつて駆動される。さらに、同調回路５０で生じ
た高周波信号を検波する検波部５４と、検波部５
４によつて検波された後の高周波信号成分を阻止
するローパスフイルタ５５が設けられる。

次に、同調回路５０の動作について説明する。
Ｘ軸用位置センサコイル１４Ｘと回転軸体２との
間の隙間に応じて、Ｘ軸用位置センサコイル１４
Ｘのインダクタンスが変化すると、同調回路５０
の同調周波数が変化する。その結果、検波部５４
に入力された高周波信号の強さが同調周波数と対
応して変化し、検波部５４からＸ軸用位置センサ
コイル１４Ｘと回転軸体２との隙間の値に対応す
る信号が出力される。そして、ローパスフイルタ
５５によつて検波後の信号に含まれた高周波信号
成分の出力が阻止され、変位出力のみが取出され
る。この変位出力は第１図に示した比較回路３２
にフイードバツク電圧として与えられる。なお、
第１図に示した同調回路６０も同様にして構成さ
れている。

上述のごとく、同調回路５０，６０を本体に取
付けることによつて、Ｘ軸用位置センサコイル１
４Ｘ，２４Ｘと同調回路５０，６０との間の距離
を短くすることができ、両者を接続するためのケ
ーブルとして、高価な同軸ケーブルを用いること
なく、安価なシールドケーブルでの接続が可能と
なる。しかも、Ｘ軸用位置センサコイル１４Ｘ，
２４Ｘと同調回路５０，６０が本体に設けられて
いるため、本体のみで変位に関する感度特性を調
整することが可能となる。さらに、Ｘ軸用位置セ
ンサコイル１４Ｘ，２４Ｘと同調回路５０，６０
との間のシールドケーブルはほぼ固定的に取付け
ることができるので、変位誤差が発生するおそれ
をなくすことができる。さらに、Ｘ軸用位置セン
サコイル１４Ｘ，２４Ｘと同調回路５０，６０と
を本体に取付けたことにより、本体とコントロー
ラとの互換性をとることができ、その経済上の効
果が極めて大きくなる。

第３図はこの考案の他の実施例を示す縦断面図
である。

この第３図に示した実施例は、スラスト磁気軸
受８を回転軸体２の最下部に取付け、さらに回転
軸体２の下端側にはＺ軸用位置センサ７０を設け
たものであつて、それ以外の構成は第１図と同じ
である。そして、本体８０の下部には、前述の第
２図に示したような同調回路５０を配置した基板
９０が収納される。この基板９０はゴムなどの弾
性体９１，９２によつて本体８０の底面に取付け
られる。これは、磁気浮上式のターボ分子ポンプ
の場合、制御回路の何らかの不調によつて制御が
不能となり、本体に取付けられている非常用の転
がり軸受８１，８２によつて回転軸体２が支持さ
れる場合があり、この場合にスピンドル本体の振
動が非常に大きくなり、同調回路５０を載置した
基板９０の破損を防止するためである。

［考案の効果］ 以上のように、この考案によれば、同調回路を
本体に取付けたことによつて、同調回路とセンサ
コイルとの間の距離を短くでき、高価な同軸ケー
ブルを用いることなく、安価なシールドケーブル
で両者を接続することが可能となる。しかも、シ
ールドケーブルはほぼ固定的に取付けられるの
で、ケーブルの長さが変化することがなく、イン
ダクタンスの変動がなく、本体を交換するたびに
再調整を行なう必要がなくなり、コントローラと
本体との互換性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の外観斜視図と概
略ブロツク図である。第２図は第１図に示した同
調回路の電気回路図である。第３図はこの考案の
その他の実施例を示す縦断面図である。 図において、２は回転軸体、８はスラスト磁気
軸受、９はモータ、１０，２０はラジアル磁気軸
受、１４Ｘ，２４ＸはＸ軸用位置センサコイル、
１４Ｙ，２４ＹはＹ軸用位置センサコイル、３
０，４０はＸ軸用制御回路、５０，６０は同調回
路、５２はコンデンサ、５３は高周波発振回路、
５４は検波部、５５はローパスフイルタ、８０は
本体、９０は基板、９１，９２は弾性体を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 磁気軸受によつて磁気浮上しながら支持される
   スピンドルと、前記磁気軸受の近傍に配置され、
   前記スピンドルの浮上位置を検出するためのセン
   サコイルとを本体に備えた磁気軸受スピンドルに
   おいて、 前記センサコイルに高周波電流を流すととも
   に、前記センサコイルから出力される浮上位置に
   対応した電圧を検波して出力する同調回路を前記
   本体に取付けたことを特徴とする、磁気軸受スピ
   ンドル。