JPH08177855A

JPH08177855A - 磁気ラジアル軸受用電磁石の駆動回路

Info

Publication number: JPH08177855A
Application number: JP33508294A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sato; 雄志佐藤
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】構成要素の数を減らし、しかも特性良く経済
的で省スペースを図る。【構成】直列に接続する２組のスイッチング機能を３
組並列に接続したスイッチング回路２を構成し、第１の
スイッチング回路を構成するスイッチング機能２ａ、２
ｂの中間接続点は第１の電磁石３のコイル３ａの第１の
端子に接続し、第２のスイッチング回路を構成するスイ
ッチング機能２ｃ、２ｄの中間接続点は第１の電磁石３
のコイル３ａの第２の端子と第２の電磁石４のコイル４
ａの第１の端子とに接続し、第３のスイッチング回路を
構成するスイッチング機能２ｅ、２ｆの中間接続点は第
２の電磁石４のコイル４ａの第２の端子に接続し、この
１対の電磁石３、４の各コイル３ａ、４ａに供給する電
流値を所定電流値に維持するよう１組の制御機能で６個
のスイッチング機能を操作するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高速回転する回転軸
を安定に回転自在に無接触で軸支する磁気ラジアル軸受
に係り、特に、この磁気ラジアル軸受を構成する電磁石
の駆動回路を簡略化することによって所望される性能を
発揮し、しかも経済的かつ省スペースに構成できる磁気
ラジアル軸受用電磁石の駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】２０ＫＷで４万乃至８万回転のような高
速回転をするモータ等の回転機の回転軸を低摩擦で安定
に軸支するラジアル軸受として、しばしば磁気軸受が使
用される。このような磁気ラジアル軸受用電磁石の駆動
回路は、軸受と回転軸とのギャップを０．１ｍｍ程度の
高精度に維持するために例えば図１１に示すような回路
に構成される。図１１において、１は交流電源回路を示
していて、交流電源回路１から供給される交流電力は第
１の整流回路２０Ａによって直流に変換されて第１のス
イッチング回路２Ａに接続している。また、交流電源回
路１から供給される交流電力は第２の整流回路２０Ｂに
よって直流に変換されて第２のスイッチング回路２Ｂに
接続している。第１のスイッチング回路２Ａは、２個の
スイッチング機能２Ａ_a、２Ａ_bが直列に接続した第１の
直列回路と２個のスイッチング機能２Ａ_c、２Ａ_dが直列
に接続した第２の直列回路とを並列に接続して構成され
ている。同様に第２のスイッチング回路２Ｂは、２個の
スイッチング機能２Ｂ_a、２Ｂ_bが直列に接続した第１の
直列回路と２個のスイッチング機能２Ｂ_c、２Ｂ_dが直列
に接続した第２の直列回路とが並列に接続して構成され
ている。第１のスイッチング回路２Ａを構成する第１の
直列回路の各２個のスイッチング機能２Ａ_aと２Ａ_bの接
続点と、第２の直列回路の各２個のスイッチング機能２
Ａ_cと２Ａ_dの接続点との間に第１の電磁石３のコイル３
ａが接続され、第２のスイッチング回路２Ｂを構成する
第１の直列回路の各２個のスイッチング機能２Ｂ_aと２
Ｂ_bの接続点と、第２の直列回路の各２個のスイッチン
グ機能２Ｂ_cと２Ｂ_dの接続点との間に第２の電磁石４の
コイル４ａが接続されている。第１の電磁石３と第２の
電磁石４の夫々のコイルに均等な電流が流されると、第
１の電磁石３と第２の電磁石４による吸引力が釣り合っ
て、回転軸５は第１の電磁石３と第２の電磁石４のいず
れにも接触することなく回転自在に軸支される。

【０００３】第１の電磁石３のコイル３ａを流れる電流
値は第１の直流電流値検出機能（以下ＤＣＣＴ（ＤＣ
ＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）と略記す
る）６によって検出されて第１の減算機能７の−端子
（減算入力端子）に入力する。一方、第１のバイアス電
流指令回路８から出力されるバイアス電流指令信号と力
指令回路９から出力される力指令信号とは夫々加算機能
１０の夫々の＋端子（加算入力端子）に入力している。
第１のバイアス電流指令回路８からは後述する第２のバ
イアス電流指令回路１４と共に２個の電磁石３、４に対
して夫々同じ大きさの吸引力である定常吸引力を発生す
るための等しい値のバイアス電流指令信号が入力してい
る。力指令回路９は図示しないこの磁気ラジアル軸受用
電磁石の駆動回路の上位制御装置（図示せず）に接続さ
れている。この上位制御装置からは所定の制御条件に従
って、２個の電磁石３、４と回転軸５とのギャップを両
者等しくするための力指令信号を出力している。この力
指令信号は、詳細を後述する回路構成により上述したバ
イアス電流指令指令信号に差動的に与えられ、よって力
指令信号に比例した電磁力が回転軸５に与えられる。即
ち、上位制御装置（図示せず）は回転軸５を無接触で軸
支する対称に設けられた２個の電磁石３、４夫々と回転
軸５とのギャップを計測する渦電流式等のギャップ寸法
測定器（図示せず）による計測値によって、このギャッ
プが両者等しくなるように所定値の電流が第１の電磁石
３及び第２の電磁石４夫々のコイル３ａ、４ａに流れる
ように力指令信号を出力する。バイアス電流指令信号と
力指令信号とを加算する加算機能１０の出力は第１の減
算機能７の＋端子（加算入力端子）に接続している。第
１の減算機能７の出力は偏差増幅機能１１に入力し、偏
差増幅機能１１の出力は比較機能１７Ａに入力して予め
設定されている基準値と比較され、操作信号となって駆
動機能１８Ａに入力する。操作信号は駆動機能１８Ａに
おいて第１のスイッチング回路２Ａを構成する各スイッ
チング機能を操作するに適した信号となり、信号線１９
Ａを介して第１のスイッチング回路２Ａを構成する各ス
イッチング機能２Ａ_a乃至２Ａ_dを夫々オンオフ操作す
る。図１１においては信号線１９Ａは一本の線で示して
いるが、第１のスイッチング回路２Ａを構成する各スイ
ッチング機能の数の信号線を含んでいる。また、図に示
すスイッチング機能２Ａ_a乃至２Ａ_dは夫々便宜上ハード
ウェアのスイッチのように表示しているが、一般に半導
体のスイッチング素子であるサイリスタやトランジスタ
等によって構成されている。従って、駆動機能１８Ａは
スイッチング機能を構成する要素素子に対応する適切な
出力機能を備えている。

【０００４】第１の電磁石３と同様に、第２の電磁石４
のコイル４ａを流れる電流値は第２のＤＣＣＴ１２によ
って検出されて第２の減算機能１３の−端子（減算入力
端子）に供給されている。前述した、第２のバイアス電
流指令回路１４から出力されるバイアス電流指令信号は
第３の減算機能１５の＋端子（加算入力端子）に入力
し、力指令回路９がら出力される力指令信号は第３の減
算機能１５のー端子（減算入力端子）に入力している。
従って、第２のバイアス電流指令回路１４から入力する
バイアス電流指令信号を力指令回路９から入力する力指
令信号により減算する。バイアス電流指令信号から力指
令信号を減算した第３の減算機能１５の出力は第２の減
算機能１３の＋端子（加算入力端子）に接続している。
第２の減算機能１３の出力は偏差増幅機能１６に入力
し、偏差増幅機能１６の出力は比較機能１７Ｂに入力し
て予め設定されている基準値と比較されて操作信号とな
り、さらに駆動機能１８Ｂによって第２のスイッチング
回路２Ｂを構成する各スイッチング機能を操作するに適
した信号となって、信号線１９Ｂを介して第２のスイッ
チング回路２Ｂを構成する各スイッチング機能２Ｂ_a乃
至２Ｂ_dを夫々オンオフ操作する。信号線１９Ｂの構成
及び各スイッチング機能２Ｂ_a乃至２Ｂ_dとの関係は第１
のスイッチング回路２Ａの場合と同様である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な回路構成においては、図１１から明確に理解できるよ
うにスイッチング機能が８個必要であり、スイッチング
機能を制御し駆動する制御機能が２組必要である。磁気
軸受を構成する電磁石には高速で変化する大電流を供給
する必要があるため、各機能を実現する要素の価格も高
く、また、要素の容積も大きくなるため、電磁石駆動回
路を構成するのに大きなスペースを必要とした。さら
に、高速で回転する回転軸と軸受を構成する電磁石との
間のギャップを適切に維持するために電磁石のコイル電
流を高速で制御する手段が望まれていた。本発明は従来
のものの上記課題（問題点）を解決し、構成要素の数を
減らしてしかも特性の良い経済的で省スペースをはかる
ことができると共に各電磁石のコイル電流の良好な応答
性を得ることができる磁気ラジアル軸受用電磁石の駆動
回路を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に基づく磁気ラジアル軸受用電磁石の駆動回
路においては、電源回路に並列に第１乃至第３のスイッ
チング回路を接続し、これらの各スイッチング回路は直
列に接続する一対のスイッチング機能によって構成さ
れ、第１のスイッチング回路を構成するスイッチング機
能の中間接続点は第１の電磁石のコイルの第１の端子に
接続し、第２のスイッチング回路を構成する一対のスイ
ッチング機能の中間接続点は前記第１の電磁石のコイル
の第２の端子と第２の電磁石のコイルの第１の端子とに
接続し、第３のスイッチング回路を構成する一対のスイ
ッチング機能の中間接続点は前記第２の電磁石のコイル
の第２の端子に接続し、この一対の電磁石の各コイルに
供給する電流値を所定電流値に維持するように１組の制
御機能で６個のスイッチング機能を操作するように構成
した。この場合、一対の電磁石夫々の吸引力を制御する
力指令信号の値と極性に対応して、上記した第１乃至第
３のスイッチング回路を夫々構成する各一対のスイッチ
ング機能を夫々のコイルに予め設定された制御条件に従
って所定値が通電するように操作するのが望ましく、さ
らに、負荷条件と状態に対応し予め設定した条件に従っ
て上記の各スイッチング機能のオンオフを組合わせて構
成できるスイッチングモードから、適切なスイッチング
モードを、順次選択して各コイルに所定の平均値電流が
流れるように構成することが望ましい。上述した各スイ
ッチングモードを選択するには、２個の電磁石に対応さ
せて夫々形成した所定タイミングで変化する所定振幅を
有する基準信号を作成し、各電磁石の実稼働条件に対応
して値を補正した各電磁石に指定する所定の信号と基準
信号の夫々と比較し、比較結果によって予め設定した条
件に従って行うようにすれば良い。さらに、２個の電磁
石に対応させて夫々形成した基準レベルに対して対称な
各２個の交番電圧と、負荷条件及び２個の各電磁石の駆
動状況に対応し所定の自動制御機能によって各電磁石に
対して夫々形成される電圧指令信号値との相互関係に対
応して適切なスイッチングモードを選択するようにして
も良い。また、その他の手段によってスイッチングモー
ドを選択するようにしても良い。なお、上記の各基準信
号は三角波形であるようにするのが望ましい。

【０００７】

【作用】本発明は、上述のように並列に接続した３回路
のスイッチング回路によってラジアル軸１軸分を構成す
る２つの電磁石に対して電圧指令信号値に応じて電圧を
印加し電流を流すように構成したので、従来のものと同
等の機能を備えながら２組必要であった制御機能が１組
で済み、８個必要であったスイッチング機能が６個で構
成できるようになった。この場合、一対の電磁石夫々の
吸引力を制御する力指令信号の値と極性に対応して、各
スイッチング機能を夫々のコイルに予め設定された制御
条件に従って所定値が通電するようにし、さらに、負荷
条件と状態に対応し予め設定した条件に従って構成され
るスイッチングモードから選択組み合わせて各コイルに
所定の平均値電流が流れるようにすることによって精密
な電流制御が可能であり、高精度の磁気ラジアル軸受を
得ることができる。上述したスイッチングモードには電
磁石のコイルに正規の電流方向とは逆方向に電圧を印加
する状態を含むスイッチングモードがあり、このスイッ
チングモードを適切に選択することによって、電磁石の
コイルに流れる電流変化が速い特性が得られる。上述し
た各スイッチングモードを選択するには、２個の電磁石
に対応させて夫々形成した基準信号、例えば基準レベル
に対して対称な各２個の交番電圧と、負荷条件及び２個
の各電磁石の駆動状況に対応し、所定の自動制御機能に
よって各電磁石に対して夫々形成される電圧指令信号と
の相互関係に対応して選択するようにし、さらに各基準
信号を三角波形にすることによって上記の機能が容易確
実に実現できる。しかし、その他の手段によっても適切
なスイッチングモードの選択は可能である。

【０００８】

【実施例】本発明に基づく磁気ラジアル軸受用電磁石の
駆動回路の一実施例を図１、図２を参照して説明する。
図１において従来の技術の要素機能と相当または同一の
要素機能については図１１と同一の符号を使用し、その
説明を省略している。図１において、交流電源回路１か
ら供給される交流電力は整流回路２０によって直流に変
換されてスイッチング回路２に接続している。スイッチ
ング回路２は２個一対のスイッチング機能２ａ、２ｂを
直列に接続した第１の直列回路（以下、第１のスイッチ
ング回路という）と、２個一対のスイッチング機能２
ｃ、２ｄを直列に接続した第２の直列回路（以下、第２
のスイッチング回路という）及び２個一対のスイッチン
グ機能２ｅ、２ｆを直列に接続した第３の直列回路（以
下、第３のスイッチング回路という）とを並列に接続し
て構成されている。第１のスイッチング回路の各２個の
スイッチング機能２ａと２ｂの接続点と、第２のスイッ
チング回路の各２個のスイッチング機能２ｃと２ｄの接
続点との間に第１の電磁石３のコイル３ａが接続され、
第２のスイッチング回路の各２個のスイッチング機能２
ｃと２ｄの接続点と、第３のスイッチング回路の各２個
のスイッチング機能２ｅと２ｆの接続点との間に第２の
電磁石４のコイル４ａが接続されている。第１、第２の
各電磁石３、４のコイルの巻き方向と上記の接続方向と
の対応は後述する各スイッチング機能の操作条件に対応
し、所定方向に電流を流してラジアル軸受機能を適切に
実現するように設定される。第１の電磁石３と第２の電
磁石４の間には回転軸５が回転自在に無接触で軸支され
る。なお、各電磁石３及び４のコイル３ａ及び４ａを流
れる電流に関連する次の構成、即ちＤＣＣＴ６、１２、
バイアス電流指令回路８、１４、力指令回路９、加算回
路１０、減算機能７、１３、１５及び偏差増幅機能１
１、１６の構成と作用については図１１の従来例のもの
と同等のため説明は省略する。

【０００９】第１の偏差増幅機能１１の出力は第１の電
磁石３のコイル３ａに印加すべき第１の電圧指令信号ｅ
₁として詳細を後述する比較・駆動順序指令信号作成機
能（以下比較順序機能と略記する）１７に入力してい
る。この第１の偏差増幅機能１１に備えられている諸特
性と、第１のＤＣＣＴ６から得られる第１の電磁石３の
コイル３ａを流れる電流値のフィードバック特性は、こ
の第１の電磁石３のコイル３ａの特性値に対応し、第１
の電磁石３と後述する第２の電磁石４とが対応して所望
される軸受機能を実現するのに必要な応答特性が得られ
るように適切に設定されている。

【００１０】第２の偏差増幅機能１６の出力は第２の電
磁石４のコイル４ａに印加すべき第２の電圧指令信号ｅ
₂として比較順序機能１７に入力している。この第２の
偏差増幅機能１６に備えられている諸特性と、第２のＤ
ＣＣＴ１２から得られる第２の電磁石４のコイル４ａを
流れる電流値のフィードバック特性は、この第２の電磁
石４のコイル４ａの特性値に対応し、この第２の電磁石
４が前述した第１の電磁石３と対応して所望される軸受
機能を実現するのに必要な応答特性が得られるように適
切に設定されている。

【００１１】比較順序機能１７に入力した２個の電圧指
令信号ｅ₁、ｅ₂は詳細を後述する機能によって各スイッ
チング回路を構成する夫々のスイッチング機能を操作す
る例えば、ＰＷＭ信号に形成される操作信号に変換され
て駆動機能１８に入力し、操作信号は駆動機能１８にお
いて各スイッチング機能を駆動するのに適切な所定の電
力または電圧の駆動信号となり信号線１９を介して各ス
イッチング機能２ａ〜２ｆを夫々オンオフ操作する。各
スイッチング機能２ａ〜２ｆがＰＷＭ信号によって操作
される場合は、整流回路２０により変換された直流電力
（電圧）は操作信号に従って適切にオン、オフされ、第
１の電磁石３のコイル３ａと第２の電磁石４のコイル４
ａ夫々にＰＷＭで定まる平均値の直流電流が流れる。従
って、第１の電磁石３と第２の電磁石４によって回転軸
５は第１の電磁石３にも第２の電磁石４にも接触するこ
となく軸支される。

【００１２】図１に示したブロック図は本発明の技術思
想を実現するための基本機能を示したものであって、本
発明の技術思想を具体的に実現するには適宜必然的に必
要とする機能を付加し、また相互に合成することは当然
である。例えば、一般に第１の減算機能７と第１の偏差
増幅機能１１、第２の減算機能１３と第２の偏差増幅機
能１６とは夫々一体に構成される。また、第１のＤＣＣ
Ｔ６と第１の減算機能７との間、第２のＤＣＣＴ１２と
第２の減算機能１３との間には増幅機能を含むこの機能
回路として所望される特性を備えたフィードバック回路
として必然的に必要となる機能要素が接続されているこ
とは当然である。また、その構成例を詳細に後述する比
較順序機能１７は、上述したように一対の電磁石３、４
夫々の吸引力を制御するバイアス電流指令信号の値と力
指令信号の値と極性に対応して第１乃至第３のスイッチ
ング回路（直列回路）を夫々構成するスイッチング機能
を適切に操作するように、入力信号値を適切に変換する
制御条件が設定されていれば、その他の信号変換機能で
あっても良い。また、信号線１９は一本の線で示してい
るが各スイッチング機能の数に対応する数の信号線を含
んでいる。また、図に示す各スイッチング機能は夫々便
宜上ハードウェアのスイッチのように表示しているが、
一般に半導体のスイッチング素子であるサイリスタやト
ランジスタ等によって構成されている。従って、駆動機
能１８はスイッチング機能を構成する要素素子の種類と
特性に対応する適切な出力機能と特性を備えている。ま
た、駆動機能１８とスイッチング機能のように電力を必
要とするような所定回路を含めてその他の各機能もアナ
ログ回路によって構成しても、ディジタル回路によって
構成しても、適切な機能はマイクロコンピュータ等を使
用したソフトウェア処理によって実行するようにしても
良い。アナログ回路とディジタル回路を複合して処理を
するように構成した場合は両方の結合部にはＡ／Ｄコン
バータやＤ／Ａコンバータを使用することも当然であ
る。ソフトウェア処理によって実行する機能は、本発明
の技術思想を実現する専用のマイクロコンピュータを設
けても、上位の制御機能を実行するマイクロコンピュー
タと兼用するようにしても良い。図１は後述する図２と
共に、各信号処理機能の実現手段は各種ＩＣ類を組合わ
せる等の手段によって容易適切に構成できるので、その
詳細回路や電源回路等の詳細回路の図示は省略してい
る。

【００１３】次に、上述した比較順序機能１７の詳細構
成例を図２によって説明する。図２において、１７ａは
基準信号作成機能である。基準信号作成機能１７ａで作
成される基準信号は、例えば、図３に示すように４個の
同一振幅・同一形状の所定周波数の三角波、、、
によって構成されており、各電磁石のコイルに供給さ
れる電流は、詳細を後述するようにこの三角波の周波数
によってパルス幅変調（ＰＷＭ）されて電流値が調節さ
れる。基準信号は比較順序機能１７の構成条件に対応し
て、アナログ値であってもディジタル値であっても良
い。図３において０は例えばゼロボルトに維持される基
準レベルである。図３に示すは第１の電磁石３のコイ
ル電流を操作するポジティブ信号（以降基準信号と略
記する）であって、本実施例では、基準レベル０よりポ
ジティブ側の所定振幅の三角波がこの磁気ラジアル軸受
を安定に制御するのに必要な所定の周期で繰り返される
交番信号である。は第２の電磁石４のコイル電流を操
作するポジティブ信号（以降基準信号と略記する）で
あって、基準信号と同一振幅同一波形でかつ同一周期
であり基準信号と１８０゜の位相差を有している。ま
た、は第１の電磁石３のコイル電流を操作するネガテ
ィブ信号（以降基準信号と略記する）であって、基準
レベル０に対して基準信号を反転させた形状と振幅及
び位相をもった交番信号である。同様に、は第２の電
磁石４のコイル電流を操作するネガティブ信号（以降基
準信号と略記する）であって、基準レベル０に対して
基準信号を反転させた形状と振幅及び位相をもった交
番信号である。図２において、基準信号作成機能１７ａ
から出力する第１の基準信号は第１の比較機能Ｃ₁の
−端子（減算入力端子）に入力し、第２の基準信号は
第２の比較機能Ｃ₂の−端子（減算入力端子）に入力
し、第３の基準信号は第３の比較機能Ｃ₃の＋端子
（被減算入力端子）に入力し、第４の基準信号は第４
の比較機能Ｃ₄の＋端子（被減算入力端子）に入力して
いる。また、前述した第１の偏差増幅機能１１から出力
する第１の電圧指令信号ｅ₁は第１の比較機能Ｃ₁の＋端
子（被減算入力端子）と第３の比較機能Ｃ₃の−端子
（減算入力端子）に入力し、第２の偏差増幅機能１６か
ら出力する第２の電圧指令信号ｅ₂は第２の比較機能Ｃ₂
の＋端子（被減算入力端子）と第４の比較機能Ｃ₄の−
端子（減算入力端子）に入力している。

【００１４】第１の比較機能Ｃ₁から出力する第１の偏
差信号Ｔ₁、第２の比較機能Ｃ₂から出力する第２の偏差
信号Ｔ₂、第３の比較機能Ｃ₃から出力する第３の偏差信
号Ｔ₃、第４の比較機能Ｃ₄から出力する第４の偏差信号
Ｔ₄はいずれもモード選定信号選択機能１７ｂに入力し
ており、モード選定信号選択機能１７ｂにはまた第１の
電圧指令信号ｅ₁と、第２の電圧指令信号ｅ₂が選択信号
として入力している。モード選定信号選択機能１７ｂに
おいては第１の電圧指令信号ｅ₁の正負に従って詳細を
後述するように、第１の偏差信号Ｔ₁と第３の偏差信号
Ｔ₃のいずれかを選択して第１のモード選択信号Ｐ₁をモ
ード選択機能１７ｃに出力し、第２の電圧指令信号ｅ₂
の正負に従って詳細を後述するように、第２の偏差信号
Ｔ₂と第４の偏差信号Ｔ₄のいずれかを選択して第２のモ
ード選択信号Ｐ₂をモード選択機能１７ｃに出力してい
る。また、モード選択機能１７ｃには、第１の電圧指令
信号ｅ₁と、第２の電圧指令信号ｅ₂が選択信号として入
力している。モード選択機能１７ｃにおいては、スイッ
チング回路２（詳細を後述する）を構成する６個のスイ
ッチング機能のオンオフの組み合わせによって所望する
機能を発揮するように形成することができる８個のスイ
ッチングモード（以下モードと略記する）から所定のモ
ードを選択し、そのモードに対応するスイッチング機能
のオンオフを操作する操作信号を作成し、出力回路ＳＭ
_Sによって駆動機能１８に出力している。なお、図２で
は出力回路ＳＭ_Sはモード選択機能１７ｃから出力する
信号線を総括して示している。モード選択機能１７ｃに
おいて作成し出力される操作信号は、駆動機能１８にお
いて各スイッチング機能を駆動するのに適切な所定の電
力または電圧の基準周波数のＰＷＭ信号となり、各スイ
ッチング機能２ａ〜２ｆを夫々作動させるスイッチング
信号を夫々指定されたスイッチング機能に出力する。な
お、スイッチング信号を伝送する信号線１９で総括して
示している。

【００１５】次に、６個のスイッチング機能２ａ〜２ｆ
を夫々操作した場合における各オンオフの組合わせによ
る本発明の技術思想に基づいて選択し、活用可能な８個
のモードを図４によって説明する。図４における各符号
は図１に示した６個のスイッチング機能２ａ〜２ｆ及び
第１の電磁石３のコイル３ａと第２の電磁石４のコイル
４ａを夫々示している。また、Ｅ（Ｖ）及び０（Ｖ）は
夫々整流回路２０から供給される正の所定電圧及び基準
電位を示している。本実施例では、各スイッチング機能
の種類と極性、各電磁石のコイルの巻き方や磁気軸受と
しての必要機能等によって定まる正規の電流方向に対応
して、電磁石のコイルに印加する電圧の方向を正または
逆に、基準電位０に対する電圧Ｅが印加させるとして説
明する。図４において、は第１のモードを示している
（以降第１のモードをモードと略記する。また、第２
〜第８の各モードを同様にモード〜モードと略記す
る）。モードにおいては、スイッチング機能２ａ、２
ｄ及び２ｆを夫々オンにし、スイッチング機能２ｂ、２
ｃ及び２ｅを夫々オフにしている。即ち、モードにお
いては第１の電磁石３のコイル３ａには正方向に電圧が
印加され、第２の電磁石４のコイル４ａは負の電源回路
側で短絡されている。次に、モードにおいては、スイ
ッチング機能２ａ、２ｃ及び２ｆを夫々オンにし、スイ
ッチング機能２ｂ、２ｄ及び２ｅを夫々オフにしてい
る。即ち、モードにおいては、第１の電磁石３のコイ
ル３ａは正の電源回路側で短絡され、第２の電磁石４の
コイル４ａには正方向に電圧が印加されている。

【００１６】モードにおいては、スイッチング機能２
ａ、２ｃ及び２ｅを夫々オンにし、スイッチング機能２
ｂ、２ｄ及び２ｆを夫々オフにしている。即ち、モード
においては、第１の電磁石３のコイル３ａと第２の電
磁石４のコイル４ａがいずれも正の電源回路側で短絡さ
れている。また、モードにおいては、スイッチング機
能２ｂ、２ｄ及び２ｆを夫々オンにし、スイッチング機
能２ａ、２ｃ及び２ｅを夫々オフにしている。即ち、モ
ードにおいては、第１の電磁石３のコイル３ａと第２
の電磁石４のコイル４ａがいずれも負の電源回路側で短
絡されている。

【００１７】モードにおいては、スイッチング機能２
ｂ、２ｃ及び２ｆを夫々オンにし、スイッチング機能２
ａ、２ｄ及び２ｅを夫々オフにしている。即ち、モード
においては、第１の電磁石３のコイル３ａには逆方向
に電圧が印加され、第２の電磁石４のコイル４ａには正
方向に電圧が印加されている。モードにおいては、ス
イッチング機能２ａ、２ｄ及び２ｅを夫々オンにし、ス
イッチング機能２ｂ、２ｃ及び２ｆを夫々オフにしてい
る。即ち、モードにおいては、第１の電磁石３のコイ
ル３ａには正方向に電圧が印加され、第２の電磁石４の
コイル４ａには逆方向に電圧が印加されている。

【００１８】モードにおいては、スイッチング機能２
ｂ、２ｃ及び２ｅを夫々オンにし、スイッチング機能２
ａ、２ｄ及び２ｆを夫々オフにしている。即ち、モード
においては、第１の電磁石３のコイル３ａには逆方向
に電圧が印加され、第２の電磁石４のコイル４ａは正の
電源回路側で短絡されている。モードにおいては、ス
イッチング機能２ｂ、２ｄ及び２ｅを夫々オンにし、ス
イッチング機能２ａ、２ｃ及び２ｆを夫々オフにしてい
る。即ち、モードにおいては、第１の電磁石３のコイ
ル３ａは負の電源回路側で短絡され、第２の電磁石４の
コイル４ａには逆方向に電圧が印加されている。

【００１９】上述した各モードを選択すると、第１の電
磁石３のコイル３ａと第２の電磁石４のコイル４ａには
同時に同一方向に電圧が印加される瞬間はない。また、
後述するように、これらの各モードは電圧指令信号値に
対応し、前述した基準信号の周期に従い所定の制御条件
によって切り替えられるので、夫々の電磁石のコイルに
はコイルに蓄えられた電気的エネルギーによって、逆方
向に電圧が印加されても逆方向に電流が流れることな
く、短絡されても正方向に電流が流れる。即ち、コイル
に流れる電流を急速に減少させる必要のある条件になっ
た場合は、逆方向の電圧を印加させることによって所期
の目的が達成できる。従って、この磁気軸受の稼働状態
に対応して詳細を後述するように適切なモードを高速に
切替選択することによって高速回転する回転軸を安定に
保持する。上述したモードとモードとは第１の電磁
石３のコイル３ａと第２の電磁石４のコイル４ａを夫々
同時に短絡するので回路機能的には同一である。従っ
て、実用上はいずれかを選定するようにすれば良いの
で、実際的に使用するモードは７個で良い。

【００２０】第１の実施態様：次に、本実施例の動作の
第１の実施態様を図５（Ａ）乃至（Ｃ）の各図を参照し
て説明する。図５（Ａ）は、第１の基準信号、第２の
基準信号、第１の電圧指令信号値ｅ₁゜、第２の電圧指
令信号値ｅ₂゜及びバイアス電圧指令信号値ｅ₀゜を示す
ものである。ここで、第１の基準信号は、図２によっ
て示した比較順序機能１７の基準信号作成機能１７ａで
作成され比較順序機能１７の第１の比較機能Ｃ₁の−端
子に入力する信号である。また、第２の基準信号は、
第２の比較機能Ｃ₂の−端子に入力する信号である。ま
た、第１の電圧指令信号値ｅ₁゜は第１の偏差増幅機能
１１から比較順序機能１７の第１の比較機能Ｃ₁の＋端
子に入力する電圧指令信号値である。また、第２の電圧
指令信号値ｅ₂゜は、第２の比較機能Ｃ₂の＋端子に入力
する電圧指令信号値である。また、バイアス電圧指令信
号値ｅ₀゜は、第１のバイアス電流指令回路８から入力
するバイアス電流指令値と第２のバイアス電流指令回路
１４から入力するバイアス電流指令値とが等しく、且
つ、力指令回路９から入力する力指令信号値がゼロで、
第１の電磁石３のコイル３ａを流れる実電流値と第２の
電磁石４のコイル４ａを流れる実電流値がいずれも指令
通りである場合に、比較順序機能１７に入力する第１の
電圧指令信号値ｅ₁゜と第２の電圧指令信号値ｅ₂゜の値
を総括して示したもので、このような条件の定常状態に
おいては、第１の電圧指令信号値ｅ₁゜と第２の電圧指
令信号値ｅ₂゜は相互に等しくなる。第１のバイアス電
流指令回路８から入力するバイアス電流指令値と第２の
バイアス電流指令回路１４から入力するバイアス電流指
令値とは、夫々２個の電磁石３、４に同じ大きさの吸引
力（定常吸引力）を発生させるための等しい値の電流指
令値である。例えば、駆動機能１８を電磁石３のコイル
３ａに流す電流値と電磁石４のコイル４ａに流す電流値
とを適切に調節するように形成することによって、力指
令回路９から入力する力指令信号値がゼロの場合におけ
る第１の電圧指令信号値ｅ₁゜と第２の電圧指令信号値
ｅ₂゜の各値を、上述したように等しい値のｅ₀゜になる
ように構成すれば良い。第１のバイアス電流指令回路８
から入力するバイアス電流指令値と第２のバイアス電流
指令回路１４から入力するバイアス電流指令値とは等し
いので、力指令信号値がゼロであると、加算機能１０か
ら出力する加算値と第３の減算機能１５から出力する減
算値とは夫々バイアス電流指令値に等しい。また、第１
のＤＣＣＴ６で検出された第１の電磁石３のコイル３ａ
を流れる実電流値が指令通りの電流値であり、第２のＤ
ＣＣＴ１２で検出された第２の電磁石４のコイル４ａを
流れる実電流値が夫々指令通りの電流値であると第１の
偏差増幅機能１１と第２の偏差増幅機能１６からは夫々
等しい値のバイアス電圧指令信号値ｅ₀゜が比較順序機
能１７に出力される。

【００２１】比較順序機能１７の第１の比較機能Ｃ₁に
おいては、バイアス電圧指令信号値ｅ₀゜と第１の基準
信号とを比較し、図５（Ａ）に示すバイアス電圧指令
信号値ｅ₀゜が第１の基準信号よりも大なる範囲で１
になる第１の偏差信号Ｔ₁を出力する。比較順序機能１
７の第３の比較機能Ｃ₃においては、バイアス電圧指令
信号値ｅ₀゜と第３の基準信号とを比較するが、図５
（Ａ）に示すようにバイアス電圧指令信号値ｅ₀゜はレ
ベル的に第３の基準信号よりも全て大なので（図５
（Ａ）において第３の基準信号は第１の基準信号よ
りも下側になるので図示されていない）、第３の偏差信
号Ｔ₃は全て０である。同様に、比較順序機能１７の第
２の比較機能Ｃ₂においては、バイアス電圧指令信号値
ｅ₀゜と第２の基準信号とを比較し、図５（Ａ）に示
すバイアス電圧指令信号値ｅ₀゜が第２の基準信号よ
りも大なる範囲で１になる第２の偏差信号Ｔ₂を出力す
る。また、比較順序機能１７の第４の比較機能Ｃ₄にお
いては、バイアス電圧指令信号値ｅ₀゜と第４の基準信
号とを比較するが、図５（Ａ）に示すようにバイアス
電圧指令信号値ｅ₀゜はレベル的に第４の基準信号よ
りも全て大なので（図５（Ａ）において第４の基準信号
は第２の基準信号よりも下側になるので図示されて
いない）、第４の偏差信号Ｔ₄は全て０である。モード
選定信号選択機能１７ｂにおいては、第１の電圧指令信
号値ｅ₁゜が正であると、入力する第１の偏差信号Ｔ₁と
第３の偏差信号Ｔ₃から第１の偏差信号Ｔ₁を選択する。
この実施態様では第１の電圧指令信号値ｅ₁゜はバイア
ス電圧指令信号値ｅ₀゜と等しく図５（Ａ）に示すよう
に正である。従って、図５の（Ｂ）に示すように第１の
基準信号がバイアス電圧指令信号値ｅ₀゜よりも大な
る範囲で０のレベルが１に変化する（以下フラグｅ₁を
立てると略記する）第１のモード選択信号Ｐ₁が連続し
て出力される。同様に、モード選定信号選択機能１７ｂ
において第２の電圧指令信号値ｅ₂゜が正であると、入
力する第２の偏差信号Ｔ₂と第４の偏差信号Ｔ₄から第２
の偏差信号Ｔ₂を選択する。この実施態様では第２の電
圧指令信号値ｅ₂゜はバイアス電圧指令信号値ｅ₀°と等
しく図５（Ａ）に示すように正である。従って、図５の
（Ｂ）に示すように第２の基準信号がバイアス電圧指
令信号値ｅ₀゜よりも大なる範囲で０のレベルが１に変
化する（以下フラグｅ₂を立てると略記する）第２のモ
ード選択信号Ｐ₂が連続して出力される。この実施態様
においては、第１のモード選択信号Ｐ₁の１と０の繰返
し時間比率と第２のモード選択信号Ｐ₂の１と０の繰返
し時間比率とは図５（Ａ）、（Ｂ）から理解されるよう
に等しくなる。

【００２２】比較順序機能１７のモード選択機能１７ｃ
においては、予め設定された条件に従い第１の電圧指令
信号値ｅ₁゜及び第２の電圧指令信号値ｅ₂゜の極性とも
対応して、（この実施態様においてはいずれもバイアス
電圧指令信号値ｅ₀゜の極性とも対応して）図５（Ｃ）
に示すように時間推移においてフラグｅ₁が立っている
範囲では図３によって前述したモードを選択してモー
ドを実行するように操作信号を作成出力し、駆動機能
１８を介して所定のスイッチング機能をオンにしてその
他のスイッチング機能をオフとする。さらに、時間推移
してフラグｅ₁が倒れてフラグｅ₂が立っていない範囲で
は、予め設定した条件に従ってモードまたはモード
を選択してモードまたはモードを実行するように操
作信号を作成出力し、駆動機能１８を介して所定のスイ
ッチング機能をオンにしてその他のスイッチング機能を
オフとする。フラグｅ₂が立つとモードを選択してモ
ードを実行するように操作信号を作成出力し、駆動機
能１８を介して所定のスイッチング機能をオンにしてそ
の他のスイッチング機能をオフとする。フラグｅ₂が倒
れてフラグｅ₁が立つまでは予め設定した条件に従って
モードまたはモードを選択してモードまたはモー
ドを実行するように操作信号を作成出力し、駆動機能
１８を介して所定のスイッチング機能をオンにしてその
他のスイッチング機能をオフとする。再び、フラグｅ₁
が立つとモードが選択されて上述の動作が繰り返され
る。従って、第１の電磁石３のコイル３ａ、第２の電磁
石４のコイル４ａには、上述した各モードで設定される
パルス幅と周期によってパルス幅変調（ＰＷＭ）された
電圧が連続的に印加されて所定の電流が流される。上述
した第１の実施態様は、前述したように第１の電圧指令
信号値と第２の電圧指令信号値がいずれもバイアス電圧
指令信号値に一致し、各電磁石のコイル電流値も指令信
号通りの場合の例であって本発明における基準態様を示
している。

【００２３】第２の実施態様：次に、本実施例の動作の
第２の実施態様を図５（Ａ）、（Ｄ）及び（Ｅ）の各図
を参照して説明する。力指令回路９から出力される力指
令信号は、従来の技術と同様、このラジアル軸受が軸支
する回転軸とラジアル軸受との間隔を計測する図示しな
い計測器（例えば渦電流式センサ）による計測値を処理
して出力するように予め設定された機能を設けた制御装
置（図示せず）から、このラジアル軸受が回転にともな
って位置が変動する回転軸を正しく保持するのに必要な
修正保持力を２個の電磁石３、４が夫々出力するための
信号値として出力される。例えば、回転軸５が２個の電
磁石３、４の丁度中間位置に保持されている場合の過電
流式センサの出力値がゼロになるように調節されている
場合は、力指令信号がゼロになるように設定する。この
第２の実施態様においては、バイアス電流指令値と力指
令信号値との関係によって第１の偏差増幅機能１１から
出力される第１の電圧指令信号ｅ₁と、第２の偏差増幅
機能１６から出力される第２の電圧指令信号ｅ₂とがい
ずれも正の場合を説明している。第１のバイアス電流指
令回路８から入力するバイアス電流指令値と力指令回路
９から入力する力指令信号値とは加算機能１０で加算さ
れ、さらに第１の減算機能７で第１のＤＣＣＴ６で検出
された第１の電磁石３のコイル３ａを流れる実電流値と
比較減算された偏差値が、第１の偏差増幅機能１１によ
って増幅処理されて得られる第１の電圧指令信号値ｅ₁
゜が比較順序機能１７の第１の比較機能Ｃ₁と第３の比
較機能Ｃ₃に入力する。従って、第１の電圧指令信号値
ｅ₁゜は第１の電磁石３のコイル３ａを流れる実電流値
が変動すると加算機能１０から出力される加算結果の上
下に変動する。また、回転軸５と各電磁石３、４との位
置関係の変動等によって力指令信号値が変動しているの
で加算機能１０の出力値もまた変動している。また、第
２のバイアス電流指令回路１４から入力するバイアス電
流指令値から力指令回路９から入力する力指令信号値が
第３の減算機能１５で減算され、さらに第２の減算機能
１３で第２のＤＣＣＴ１２で検出された第２の電磁石４
のコイル４ａを流れる実電流値と比較減算された偏差値
が、第２の偏差増幅機能１６によって増幅処理されて得
られる第２の電圧指令信号値ｅ₂゜が比較順序機能１７
の第２の比較機能Ｃ₂と第４の比較機能Ｃ₄に入力する。
第２の電圧指令信号値ｅ₂゜は第１の電圧指令信号値ｅ₁
゜と同様時間的に変動している。

【００２４】前述したように第１の電圧指令信号値ｅ₁
゜と第２の電圧指令信号値ｅ₂゜はいずれも正の値であ
って、第３の基準信号と第４の基準信号とは本処理
には関係しないので図示していない。比較順序機能１７
内においては、前述した実施態様１と同様の働きによっ
て、図５（Ｄ）に示すように第１のモード選択信号Ｐ₁
及び第２のモード選択信号Ｐ₂が連続して出力される。
また、比較順序機能１７のモード選択機能１７ｃにおい
ては、実施態様１と同様の働きによって図５（Ｅ）に示
すように時間推移においてフラグｅ₁が立っている範囲
では、図３によって前述したモードを選択してモード
を実行するように操作信号を作成出力し、駆動機能１
８を介して所定のスイッチング機能をオンにしてその他
のスイッチング機能をオフとする。さらに、時間推移し
てフラグｅ₁が倒れてフラグｅ₂が立っていない範囲で
は、予め設定した条件に従ってモードまたはモード
を選択してモードまたはモードを実行するように操
作信号を作成出力し、駆動機能１８を介して所定のスイ
ッチング機能をオンにしてその他のスイッチング機能を
オフとする。フラグｅ₂が立つとモードを選択してモ
ードを実行するように操作信号を作成出力し、駆動機
能１８を介して所定のスイッチング機能をオンにしてそ
の他のスイッチング機能をオフする。フラグｅ₂が倒れ
てフラグｅ₁が立つまでは予め設定した条件に従ってモ
ードまたはモードを選択し、モードまたはモード
を実行するように操作信号を作成出力し、駆動機能１
８を介して所定のスイッチング機能をオンにしてその他
のスイッチング機能をオフとする。再び、フラグｅ₁が
立つとモードが選択されて上述の動作が繰返される。
上述の処理の結果、各モードに従って駆動機能１８は順
次所定のスイッチング機能をオンにしてその他のスイッ
チング機能をオフとする。上述の動作において、力指令
信号値が変動すると第１のモード選択信号Ｐ₁の１と０
の繰り返し時間比率と第２のモード選択信号Ｐ₂の１と
０の繰り返し時間比率とは図５（Ａ）、（Ｄ）から理解
されるように相互に反対方向に変化する。

【００２５】第３の実施態様：次に、本実施例の動作の
第３の実施態様を図６（Ａ）乃至（Ｃ）の各図を参照し
て説明する。図６（Ａ）には第１の基準信号と第４の
基準信号及び第１の電圧指令信号値ｅ₁゜と第２の電
圧指令信号値ｅ₂゜との関係を図示し、バイアス電圧指
令信号値ｅ₀゜を参照信号として図示している。また、
同図（Ｂ）には第１のモード選択信号Ｐ₁と第２のモー
ド選択信号Ｐ₂、同図（Ｃ）にはモード選択状況を図示
している。前述した第２の実施態様が第１のバイアス電
流指令回路８及び第２のバイアス電流指令回路１４から
入力するバイアス電流値信号の値に比べて力指令回路９
から入力する力指令信号の値が小さく、第１の電圧指令
信号ｅ₁と第２の電圧指令信号ｅ₂がいずれも正の場合を
示していたのに対して、第３の実施態様は、第２の電圧
指令信号ｅ₂が負の場合を示している。即ち、例えば、
力指令信号の繰り返し周期が早く、第２の偏差増幅機能
１６に備えた等価的微分機能によって高周波成分が強調
される等の場合には、第２の電圧指令信号ｅ₂が負にな
る場合が発生する。従って、比較順序機能１７のモード
選定信号選択機能１７ｂからは、前述した第２の実施態
様と同様、図６（Ａ）に示す第１の電圧指令信号値ｅ₁
゜が第１の基準信号よりも小なる範囲で０のレベルが
１に変化する信号、即ちフラグｅ₁が立った第１のモー
ド選択信号Ｐ₁が連続して出力される。一方、比較順序
機能１７の第２の比較機能Ｃ₂においては、第２の電圧
指令信号ｅ₂°と第２の基準信号とを比較するが、第
２の電圧指令信号ｅ₂°は負なので、第２の偏差信号Ｔ₂
は全て０である。また、第３の偏差信号Ｔ₃は前述した
第１、第２の実施態様と同様、全て０である。従って、
図６には説明に関係しない、第２の基準信号と第３の
基準信号の図示は省略している。比較順序機能１７の
第４の比較機能Ｃ₄では、第２の電圧指令信号値ｅ₂゜と
第４の基準信号とを比較し、図６（Ａ）及び（Ｂ）に
示すように第２の電圧指令信号値ｅ₂゜が第４の基準信
号よりも小なる範囲で１になる。即ち、フラグｅ₂が
立った第４の偏差信号Ｔ₄を出力する。従って、モード
選定信号選択機能１７ｂにおいては、図６（Ｂ）に示す
ように第２の電圧指令信号値ｅ₂゜が負なので、第４の
偏差信号Ｔ₄を選択して第２の電圧指令信号値ｅ₂゜が第
４の基準信号よりも小なる範囲でフラグｅ₂が立った
第２のモード選択信号Ｐ₂が連続して出力される。比較
順序機能１７内においては予め設定した機能によって、
時間推移において図６（Ｃ）に示すようにフラグｅ₁が
立っている範囲ではモードを選択してモードを実行
するように操作信号を作成出力する。さらに、時間推移
してフラグｅ₁が倒れてフラグｅ₂が立っていない範囲で
は、予め設定した条件に従ってモードまたはモード
を選択してモードまたはモードを実行するように操
作信号を作成出力する。フラグｅ₂が立つと、この実施
態様においては、第２の電圧指令信号値ｅ₂゜が負なの
でモードを選択しモードを実行するように操作信号
を作成出力する。フラグｅ₂が倒れてフラグｅ₁が立つま
では、予め設定した条件に従ってモードまたはモード
を選択してモードまたはモードを実行するように
操作信号を作成出力する。再び、フラグｅ₁が立つとモ
ードが選択されて上述の動作が繰返される。上述の処
理の結果、各モードに従って駆動機能１８は順次所定の
スイッチング機能をオンにし、その他のスイッチング機
能をオフとする。

【００２６】第４の実施態様：次に、本実施例の動作の
第４の実施態様を図７（Ａ）乃至（Ｃ）の各図を参照し
て説明する。図７（Ａ）乃至（Ｃ）の各図は第４の実施
態様を説明するもので、各図は夫々前述した図６に対応
している。前述した第１乃至第３の実施態様がいずれ
も、図５（Ｂ）または同図（Ｄ）及び図６（Ｂ）に示し
たように、フラグｅ₁とフラグｅ₂のいずれかまたはいず
れもが倒れている時間が存在する（以下この状態を通電
率が１以下と称し、後述する図１０には１＞と記す）
が、第４の実施態様はフラグｅ₁とフラグｅ₂のいずれも
が同時に立っている時間が存在する（以下この状態を通
電率が１以上と称し、図１０には１＜と記す）場合を示
している。また、第４の実施態様においては、第３の実
施態様と同様、第１の電圧指令信号値ｅ₁゜が正であっ
て、第２の電圧指令信号値ｅ₂゜が負である状態を例示
している。従って、図７（Ａ）には図６と同様第１の電
圧指令信号値ｅ₁゜と第２の電圧指令信号値ｅ₂゜及び、
第１の基準信号と第４の基準信号を図示している
が、第１の電圧指令信号値ｅ₁゜と第２の電圧指令信号
値ｅ₂゜の各レベルは図６（Ａ）とは異なっている。従
って、第３の実施態様と同様に比較順序機能１７内にお
ける働きによって、図７（Ｂ）に示すような第１のモー
ド選択信号Ｐ₁と第２のモード選択信号Ｐ₂が得られる。
図７（Ａ）には図６（Ａ）同様バイアス電圧指令信号値
ｅ₀゜を参照信号として図示している。比較順序機能１
７内においては、図７（Ｃ）に示すように、時間推移に
おいてフラグｅ₁のみが立っている範囲では第３の実施
態様と同様モードを選択し、フラグｅ₂のみが立って
いる範囲ではモードを選択する。第４の実施態様で
は、図７（Ｂ）から明確なように、フラグｅ₁とフラグ
ｅ₂が同時に倒れている瞬間はないが、ｅ₁のフラグとｅ
₂のフラグが同時に立っている瞬間が存在する。この状
態においては図７（Ｃ）に示すようにモードを選択す
る。上述の処理の結果、各モードに従って駆動機能１８
は順次所定のスイッチング機能をオンにしてその他のス
イッチング機能をオフとする。

【００２７】第５の実施態様：次に、本実施例の動作の
第５の実施態様を図８（Ａ）乃至（Ｃ）を参照して説明
する。図８（Ａ）には第２の基準信号と第３の基準信
号及び、第１の電圧指令信号値ｅ₁゜と第２の電圧指
令信号値ｅ₂゜との関係を図示し、バイアス電圧指令信
号値ｅ₀゜を参照信号として図示している。また、同図
（Ｂ）には第１のモード選択信号Ｐ₁と第２のモード選
択信号Ｐ₂、同図（Ｃ）にはモード選択状況を図示して
いる。前述した第３、第４の実施態様においては第１の
電圧指令信号ｅ₁が正で第２の電圧指令信号ｅ₂が負の場
合について説明したが、本実施態様においては第１の電
圧指令信号ｅ₁が負で第２の電圧指令信号ｅ₂が正の場合
について説明する。第１の電圧指令信号ｅ₁が負なの
で、比較順序機能１７の第１の比較機能Ｃ₁において
は、第１の電圧指令信号値ｅ₁゜と第１の基準信号と
を比較するが第１の偏差信号Ｔ₁は全て０である。第２
の比較機能Ｃ₂においては、第２の電圧指令信号値ｅ₂゜
と第２の基準信号とを比較し、図８（Ａ）及び（Ｂ）
に示すように第２の電圧指令信号値ｅ₂゜よりも第２の
基準信号が大なる範囲で１になる。第３の比較機能Ｃ
₃においては、第１の電圧指令信号値ｅ₁゜と第３の基準
信号とを比較し、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように
第１の電圧指令信号値ｅ₁゜が第３の基準信号よりも
小なる範囲で１になる。第４の比較機能Ｃ₄において
は、第２の電圧指令信号値ｅ₂゜と第４の基準信号と
を比較するが、第４の偏差信号Ｔ₄は全て０である。従
って、比較順序機能１７のモード選定信号選択機能１７
ｂからは、図８（Ｂ）に示すように第１の電圧指令信号
値ｅ₁゜が第３の基準信号よりも小なる範囲で１にな
る。即ちフラグｅ₁が立った第１のモード選択信号Ｐ
₁と、第２の電圧指令信号値ｅ₂゜よりも第２の基準信号
が大なる範囲で１になる状態、即ちフラグｅ₂が立っ
た第２のモード選択信号Ｐ₂が出力される。従って、図
８（Ａ）には、説明に関係しない第１の基準信号と第
４の基準信号の図示は省略している。比較順序機能１
７内においては、予め設定した機能によって、時間推移
において図８（Ｃ）に示すようにフラグｅ₁が立ってフ
ラグｅ₂が倒れている範囲ではモードを選択し、モー
ドを実行するように操作信号を作成出力する。さら
に、時間推移してフラグｅ₁もフラグｅ₂も倒れている範
囲ではモードまたはモードを選択し、モードまた
はモードを実行するように操作信号を作成出力する。
さらに、時間推移してフラグｅ₁が倒れてフラグｅ₂が立
っている範囲ではモードを選択し、モードを実行す
るように操作信号を作成出力する。上述の処理の結果、
各モードに従って駆動機能１８は順次所定のスイッチン
グ機能をオンにしてその他のスイッチング機能をオフと
する。

【００２８】第６の実施態様：次に、本実施例の動作の
第６の実施態様を図９（Ａ）乃至（Ｃ）の各図を参照し
て説明する。図９（Ａ）乃至（Ｃ）の各図は第６の実施
態様を説明するもので、夫々前述した図８に対応してい
る。本実施態様は前述した第５の実施態様と同様、第１
の電圧指令信号値ｅ₁゜が負であって、第２の電圧指令
信号値ｅ₂゜が正であり、第４の実施態様同様フラグｅ₁
とフラグｅ₂のいずれもが同時に立っている時間が存在
する通電率が１以上の場合を説明する。従って、図９
（Ａ）には図８（Ａ）と同様第１の電圧指令信号値ｅ₁
゜と第２の電圧指令信号値ｅ₂゜及び、第２の基準信号
と第３の基準信号を図示しているが、第１の電圧指
令信号値ｅ₁゜と第２の電圧指令信号値ｅ₂゜の各レベル
は図８（Ａ）とは異なっている。また、第１の基準信号
と第４の基準信号は図示していない。従って、第５
の実施態様と同様に比較順序機能１７内における働きに
よって、図９（Ｂ）に示すような第１のモード選択信号
Ｐ₁と第２のモード選択信号Ｐ₂が得られる。また、比較
順序機能１７内においては、予め設定した機能によって
時間推移において前述した第５の実施態様と同様に図９
（Ｃ）に示すように、フラグｅ₁が立ってフラグｅ₂が倒
れている範囲ではモードを選択し、フラグｅ₁が倒れ
てフラグｅ₂が立っている範囲ではモードを選択す
る。本実施態様においては第４の実施態様と同様にフラ
グｅ₁とフラグｅ₂が同時に倒れている瞬間は存在しない
が、フラグｅ₁とフラグｅ₂が同時に立っている瞬間が存
在する。フラグｅ₁とフラグｅ₂が同時に立っている範囲
ではモードを選択する。その結果、比較順序機能１７
は上述した各モードを実行するように操作信号を作成出
力し、駆動機能１８を介して順次所定のスイッチング機
能をオンにし、その他のスイッチング機能をオフとす
る。

【００２９】通電率１以上の場合は実施態様４または実
施態様６に示したようにフラグｅ₁とフラグｅ₂のいずれ
もが同時に立っている時間が存在する場合の他に、フラ
グｅ₁が連続して立っている場合またはフラグｅ₂が連続
して立っている場合があるが、本実施例に示す各実施態
様を参照すれば容易に理解が可能であり、フラグｅ₁が
連続して立っている場合またはフラグｅ₂が連続して立
っている場合に選択するモード番号を図１０に示す図表
によって後述するので実施態様の説明は省略する。

【００３０】次に、前述した比較順序機能１７の働きを
図１０に示す図表に総括して記している。図１０におい
て、左側の欄には、第１の電圧指令信号ｅ₁と第２の電
圧指令信号ｅ₂が夫々が正（記号＋で記す）または負
（記号−で記す）の条件を縦方向に記している。波形選
択信号と記載した縦方向の欄には、第１の電圧指令信号
ｅ₁のレベルに対応してモード選定信号選択機能１７ｂ
において、第１の偏差信号Ｔ₁と第３の偏差信号Ｔ₃のい
ずれかを選択して出力する第１のモード選択信号Ｐ₁及
び第２の電圧指令信号ｅ₂のレベルに対応してモード選
定信号選択機能１７ｂにおいて第２の偏差信号Ｔ₂と第
４の偏差信号Ｔ₄のいずれかを選択して出力する第２の
モード選択信号Ｐ₂の状態を記している。即ち、Ｐ₁の欄
には、第１の電圧指令信号ｅ₁と第１の偏差信号Ｔ₁とを
比較した結果または第１の電圧指令信号ｅ₁と第３の偏
差信号Ｔ₃と比較した結果のいずれかの信号状態を示す
もので、第１のモード選択信号Ｐ₁の出力が１の状態、
即ち、フラグが立っている状態を１と、一方、第１のモ
ード選択信号Ｐ₁が０の状態、即ち、フラグが倒れてい
る状態を０と夫々記載している。同様に、Ｐ₂の欄に
は、第２の電圧指令信号ｅ₂と第２の偏差信号Ｔ₂とを比
較した結果または第２の電圧指令信号ｅ₂と第４の偏差
信号Ｔ₄とを比較した結果のいずれかの信号状態を示す
もので、第２のモード選択信号Ｐ₂の出力が１の状態、
即ち、フラグが立っている状態を１と、一方、フラグが
倒れている状態を０と夫々記載している。上記の右の欄
には通電率が１以下か１以上かの条件を縦方向に記載し
ている。最も右側の欄には上述した各欄に記載される条
件によって選択され決定されるモードの番号を記載して
いる。

【００３１】上述した各モードの選択によって、例え
ば、第１の電磁石３のコイル３ａの電流を増加するか所
定値に維持するために電圧を印加する場合は、モード
、モードのいずれかを選択し、第２の電磁石４のコ
イル４ａの電流を増加するか所定値に維持するために電
圧を印加する場合は、モード、モードのいずれかを
選択する。また、第１の電磁石３のコイル３ａの電流を
減少するために逆電圧を印加する場合は、モード、モ
ードのいずれかを選択し、第２の電磁石４のコイル４
ａの電流を減少するために逆電圧を印加する場合は、モ
ード、モードのいずれかを選択する。また、フラグ
ｅ₁が立っていないので、第１の電磁石３のコイル３ａ
の電流を環流するにはモード、モード、モード及
びモードのいずれかを、その前に選択された条件とフ
ラグｅ₂との条件等に対応して選択する。この場合、フ
ラグｅ₂が立っていないので、第２の電磁石４のコイル
４ａの電流を環流するにはモード、モード、モード
及びモードのいずれかを、その前に選択された条件
とフラグｅ₁との条件等に対応して選択する。上述した
複数の選択可能モードのうちのいずれを選択するかは２
個の電磁石夫々の選択条件の組み合わせによって定まる
のは当然である。即ち、比較順序機能１７には第１の電
圧指令信号値ｅ₁゜と第２の電圧指令信号値ｅ₂゜のレベ
ル条件に対応し、さらに立てられたフラグとの関係で夫
々対応する適切なモードを選択するように予め設定して
いる。

【００３２】上述したように本実施例の動作を第１乃至
第６の実施態様に従って、各モードの選択手段を説明し
たが、いうまでもなく各実施態様は独立したものではな
く、上述したある実施態様に従って３種類のモードが切
替えて選択された結果による電磁石による回転軸の保持
状況の変化に従って、第１の電圧指令信号値ｅ₁゜と第
２の電圧指令信号値ｅ₂゜が連続的に変化し、その値の
状況に従って、上述した実施態様のいずれかが実行され
ることになる。このような機能の実行特性を決定する偏
差増幅機能等信号処理機能の応答特性の設定は対象とす
る回転軸の条件によって定まる磁気軸受として所望され
る特性に対応して設計すれば良い。

【００３３】上述の説明は本発明の技術思想を実現する
ための基本方法と構成を示したものであって、例えば、
基準信号は必ずしも図３によって説明したような波形条
件ではなくても良く、比較する電圧指令信号の設定内容
との対応で適切な基準レベルと任意適切な波形形状とを
設定し、基準信号と電圧指令信号との比較結果に従って
各電磁石夫々のコイルに指令値通りの電流が流れるとと
もに、同時には所定方向に電流が流れないように適切な
モードを選択するようにすれば良い。即ち、図３に示し
た基準信号では第１の電磁石に対応する信号と及び
ととは夫々１８０゜の位相差を有しているように説
明したが、これらの位相差は同相であっても良い。また
基準信号のと及びととは夫々相互に基準レベル
に対して対称であるように説明したが対称でなくても、
夫々の基準信号と電圧指令信号の条件と比較結果に基づ
くモード選択基準を適切に設定すれば良い。即ち、本発
明の技術思想に従って実施例に説明した基準信号と電圧
指令信号とを比較して、所定のモードを選択する手段と
同等の手段を適切に設定することによって、適切なスイ
ッチング機能を選択操作するようにすれば良いことは当
然である。また、図２によって示した比較順序機能１７
の具体的内容構成とその機能に基づいて説明した各実施
態様の働きは、本発明の基本的技術思想を説明するため
に必要な要素機能を分解して示したものであって、各入
力信号の条件または電圧指令信号ｅ₁及びｅ₂の値と極性
及び対応させる各基準信号との相対関係に従い、各スイ
ッチング機能に対するオン、オフ信号を直接的に作成し
出力するようにしても良いことは当然である。即ち、例
えば、８個のスイッチングモードから適切なスイッチン
グモードを選択するように説明したが、スイッチングモ
ードとして区別し説明したのは便宜上の問題でもあっ
て、所望される電流値を各電磁石のコイルに通電するよ
うに各スイッチング機能を適切にオンオフする状態を整
理したものが８個のスイッチングモードであって、スイ
ッチングモードにこだわる必要のないことは当然であ
る。上記の処理機能を含む各要素機能はアナログ回路に
よって処理するようにしてもディジタル回路によって処
理するようにしても良く、マイクロコンピュータ等を使
用する場合は上述した本発明に対応する機能専用にマイ
クロコンピュータと記憶機能等を設けても、この磁気ラ
ジアル軸受を備えた上位制御装置の一部機能を使用する
ようにしても良いことは前述したように当然である。ま
た、電磁石の構成とその制御機能の構成条件等に対応し
て上述した実施例に示す技術思想を活用し、各部で検出
し、また構成する信号の条件等に対応して実施例に説明
した以外の手段を適切に構成させても良いことも当然で
ある。

【００３４】

【発明の効果】本発明は上述のように、ラジアル軸１軸
分を構成する２つの電磁石に対して電流指令値に応じて
適切なスイッチング機能を選択して電流を流すように構
成したので、次のような優れた効果を有する。従来と同等の機能を備えながら２組必要であった制御
機能が１組で済み、８個必要であったスイッチング機能
が６個で構成できるようになった。上記の結果、本発明に基づく駆動回路を構成する制御
装置は、従来よりも小さいスペースまたは容積にするこ
とができる。また、上記の結果、本発明に基づく駆動回路を構成す
る制御装置は、従来よりも安い価格で実現でき、低価格
の駆動回路が得られる。負荷条件と状態に対応し、予め設定した条件に従って
適切なスイッチングモードを選択組み合わせて各電磁石
のコイルに適切な電圧を印加することによって、精密な
電流制御が可能である。各モードの高速切替えが可能なので、各電磁石のコイ
ルに流す電流値の負荷変動に対する速やかな応答制御が
可能である。各電磁石のコイルに流す電流値の精密制御と高速切替
えが可能になるので、高精度の磁気ラジアル軸受を得る
ことができる。適切に設定した基準信号と電圧指令信号とを比較し、
その相互関係に対応して実行するようにした場合は適切
なスイッチングモードを容易確実に選択できる。交番電圧に三角波を使用すれば、回転軸と磁気軸受と
の相互位置関係等の変動に対応して、各電磁石のコイル
に適切な電圧を印加することができる。上述の手段以外によっても、その条件に対応した適切
な機能が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気ラジアル軸受用電磁石の駆動回路
の一実施例の構成を示す概要ブロック図である。

【図２】本発明に適用する比較順序機能の構成を示す概
要ブロック図である。

【図３】本発明に適用する比較順序機能に設けた基準信
号の時間推移に対応させた説明用信号波形図である。

【図４】本発明に基づく電磁石の８つの駆動モード（ス
イッチングモード）によって動作する各スイッチング回
路のスイッチング機能のオン、オフ状況を示す概略ブロ
ック図である。

【図５】本発明に適用する比較順序機能の時間推移に対
応させた説明図であって、同図（Ａ）は基準信号とバイ
アス電圧信号及び基準電圧信号との関係例を示す第１及
び第２の実施態様の説明図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）に
対応する第１の実施態様におけるフラグ状態の説明図、
同図（Ｃ）は同図（Ｂ）に対応する第１の実施態様にお
けるスイッチングモードの選択状況の説明図、同図
（Ｄ）は同図（Ａ）に対応する第２の実施態様における
フラグ状態の説明図、同図（Ｅ）は同図（Ｄ）に対応す
る第２の実施態様におけるスイッチングモードの選択状
況の説明図である。

【図６】本発明に適用する比較順序機能の時間推移に対
応させた説明図であって、同図（Ａ）は基準信号とバイ
アス電圧信号及び基準電圧信号との関係例を示す第３の
実施態様の説明図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）に対応する
第３の実施態様におけるフラグ状態の説明図、同図
（Ｃ）は同図（Ｂ）に対応する第３の実施態様における
スイッチングモードの選択状況の説明図である。

【図７】本発明に適用する比較順序機能の時間推移に対
応させた説明図であって、同図（Ａ）は基準信号とバイ
アス電圧信号及び基準電圧信号との関係例を示す第４の
実施態様の説明図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）に対応する
第４の実施態様におけるフラグ状態の説明図、同図
（Ｃ）は同図（Ｂ）に対応する第４の実施態様における
スイッチングモードの選択状況の説明図である。

【図８】本発明に適用する比較順序機能の時間推移に対
応させた説明図であって、同図（Ａ）は基準信号とバイ
アス電圧信号及び基準電圧信号との関係例を示す第５の
実施態様の説明図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）に対応する
第５の実施態様におけるフラグ状態の説明図、同図
（Ｃ）は同図（Ｂ）に対応する第５の実施態様における
スイッチングモードの選択状況の説明図である。

【図９】本発明に適用する比較順序機能の時間推移に対
応させた説明図であって、同図（Ａ）は基準信号とバイ
アス電圧信号及び基準電圧信号との関係例を示す第６の
実施態様の説明図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）に対応する
第６の実施態様におけるフラグ状態の説明図、同図
（Ｃ）は同図（Ｂ）に対応する第６の実施態様における
スイッチングモードの選択状況の説明図である。

【図１０】第１乃至第６の実施態様等本発明におけるス
イッチングモードの選定条件を総括し説明する図表であ
る。

【図１１】従来の磁気ラジアル軸受用電磁石の駆動回路
の機能構成例を示した概要ブロック図である。

【符号の説明】

１：交流電源回路２：スイッチング回路２ａ〜２ｆ：スイッチング機能３、４：電磁石３ａ、４ａ：コイル５：回転軸６、１２：ＤＣＣＴ（直流電流値検出機能）７、１３、１５：減算機能８、１４：バイアス電流指令回路９：力指令回路１０：加算機能１１、１６：偏差増幅機能１７：比較順序機能１８：駆動機能

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の回転軸を一対の電磁石によって回
転自在に無接触で軸支する磁気ラジアル軸受用電磁石の
駆動回路であって、電源回路に並列に第１乃至第３のス
イッチング回路を接続し、これらの各スイッチング回路
は直列に接続する一対のスイッチング機能によって構成
され、前記第１のスイッチング回路を構成する一対のス
イッチング機能の中間接続点は第１の電磁石のコイルの
第１の端子に接続し、前記第２のスイッチング回路を構
成する一対のスイッチング機能の中間接続点は前記第１
の電磁石のコイルの第２の端子と第２の電磁石のコイル
の第１の端子とに接続し、前記第３のスイッチング回路
を構成する一対のスイッチング機能の中間接続点は前記
第２の電磁石のコイルの第２の端子に接続し、当該一対
の電磁石の各コイルに供給する電流値を所定電流値に維
持するように前記６個のスイッチング機能を１組の制御
機能で操作するようにしたことを特徴とする磁気ラジア
ル軸受用電磁石の駆動回路。
【請求項２】当該一対の電磁石夫々の吸引力を制御す
る力指令信号の値と極性に対応して上記第１乃至第３の
スイッチング回路を夫々構成する各一対のスイッチング
機能から選択操作し、夫々のコイルに予め設定された制
御条件に従って所定値が通電するようにした請求項１に
記載の磁気ラジアル軸受用電磁石の駆動回路。
【請求項３】回転軸と一対の電磁石夫々との対応状況
に従って、第１の電磁石のコイルに所定方向に電圧を印
加して第２の電磁石のコイルを負電源回路に短絡する第
１のスイッチングモードと、第１の電磁石のコイルを正
電源回路に短絡して第２の電磁石のコイルに所定方向に
電圧を印加する第２のスイッチングモードと、第１の電
磁石のコイルと第２の電磁石のコイルのいずれをも正電
源回路に短絡する第３のスイッチングモードと、第１の
電磁石のコイルと第２の電磁石のコイルのいずれをも負
電源回路に短絡する第４のスイッチングモードと、第１
の電磁石のコイルに前記所定方向とは逆方向に電圧を印
加して第２の電磁石のコイルに所定方向に電圧を印加す
る第５のスイッチングモードと、第１の電磁石のコイル
に所定方向に電圧を印加して第２の電磁石のコイルに所
定方向とは逆方向に電圧を印加する第６のスイッチング
モードと、第１の電磁石のコイルに所定方向とは逆方向
に電圧を印加して第２の電磁石のコイルを正電源回路に
短絡する第７のスイッチングモードと、第１の電磁石の
コイルを負電源回路に短絡して第２の電磁石のコイルに
所定方向とは逆方向に電圧を印加する第８のスイッチン
グモードのうちから所定のスイッチングモードを順次選
択し、該選択したスイッチングモードを満足するように
夫々のスイッチング機能を操作することによって第１の
電磁石のコイルと第２の電磁石のコイルに順次周期的に
電圧を印加し、各コイルに流れる電流の平均値の夫々が
制御すべき所定値になるようにした請求項１または２に
記載の磁気ラジアル軸受用電磁石の駆動回路。
【請求項４】第１の電磁石のコイルに印加するタイミ
ングによって定まる所定振幅を有する基準信号と、第２
の電磁石のコイルに印加するタイミングによって定まる
前記第１の電磁石に対する基準信号と０゜または１８０
゜の位相差を有して該第１の電磁石に対する基準信号と
同一形状と振幅に形成された第２の電磁石に対する基準
信号とを備え、各電磁石の実稼働条件に対応して値を補
正した各電磁石に指定する所定の信号を前記各基準信号
の夫々と比較し、該比較結果と予め設定した条件に従
い、磁気軸受としての機能を出力するように上記所定の
スイッチングモードを選択し、対応するスイッチング機
能を操作して夫々の電磁石のコイルに適宜通電するよう
にした請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気ラジアル
軸受用電磁石の駆動回路。
【請求項５】第１の電磁石に対応する所定の繰返し周
期で変化する所定振幅の基準レベルに対して対称な２個
の交番電圧と、第２の電磁石に対応する所定の繰返し周
期で変化する所定値の基準レベルに対して対称な２個の
交番電圧であって、第１の電磁石に対応する交番電圧と
第２の電磁石に対応する交番電圧とは電気角で１８０゜
位相差を設けた合計４個の基準信号を設け、負荷条件及
び２個の各電磁石の駆動状況に対応して夫々自動制御さ
れる各電磁石に対する操作値を示す電圧指令信号と、上
記交番信号のうちの対応する所定の交番信号との比較偏
差値が予め設定する所定のレベル方向にある場合は、当
該電磁石のコイルに所定方向に電圧を印加する状態を含
む上記モードのうちの一つのモードを選択し、負荷条件
及び２個の各電磁石の駆動状況に対応し所定の自動制御
機能によって各電磁石に対する操作値を示して夫々形成
される電圧指令信号と、上記交番信号のうちの前記所定
の交番信号とは対称な交番信号との比較偏差値が予め設
定する方向にある場合は、当該電磁石のコイルに所定方
向とは逆方向に電圧を印加する状態を含む上記モードの
うちの一つのモードを選択し、２個の電磁石夫々の電圧
指令信号と夫々の電磁石に対応する交番信号との比較偏
差値が上記とは別の状態においては、当該電磁石のコイ
ルを短絡する状態を含むモードのうちの一つのモードを
選択し、対応するスイッチング機能を操作して夫々の電
磁石のコイルに適宜通電するようにした請求項１乃至４
のいずれかに記載の磁気ラジアル軸受用電磁石の駆動回
路。
【請求項６】上記各基準信号は対称な三角波形である
ようにした請求項４または５に記載の磁気ラジアル軸受
用電磁石の駆動回路。
【請求項７】上記した磁気ラジアル軸受用電磁石の駆
動回路における基準信号と電圧指令信号とを比較して所
定のモードを選択する手段において、その他の態様の基
準信号を使用し同等手段によってスイッチングモードを
選択し、対応するスイッチング機能を操作して夫々の電
磁石のコイルに適宜通電するようにした請求項４乃至６
のいずれかに記載の磁気ラジアル軸受用電磁石の駆動回
路。