JPS63199506A

JPS63199506A - 磁気吸引力発生用パワ−アンプ

Info

Publication number: JPS63199506A
Application number: JP62030688A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ishida; 石田　精; Koji Ohata; 浩司大畑; Hiromichi Yamada; 弘道山田
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1987-02-14
Filing date: 1987-02-14
Publication date: 1988-08-18
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPH0738542B2

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〕この発明は、非接触支持する磁気軸受装置や、磁気浮上
装置等に用いる磁気吸引力発生のための電流増幅用のパ
ワーアンプに関するものである。

〔従来の技術〕

摩擦を少なくして高精度位置決めを可能としたり、回転
体を高速で回すことを可能としたり、真空などの特殊環
境下での使用を可能とする支持方法として、磁気力を利
用した磁気軸受装置や磁気浮上装置が多（用いられるよ
うになった。

このような磁気力を発生させる方法の１つとして、電磁
石を使用したものがあり、電磁石コイルに電流を供給し
て生じる磁気吸引力が主に利用されている。その電流供
給手段、すなわちパワーアンプにはいくつかの方法があ
るが、そこで要求されるものは、主に応答性と、効率で
ある。

ここで、従来の方法をみると、第１の方法として、特開
昭５８−５４２２０号公報に示されているプッシュプル
方式のりニヤアンプがある。この方法では、応答性を良
くするには、電源電圧を上げねばならず、そうすれば供
給電力のほとんどがトランジスタの発熱となって消費さ
れ、効率が極めて悪くなるのみならず、熱容量の大きな
トランジスタあるいは冷却装置が必要となり、高価とな
る欠点があった。また、発熱を減らすため電源電圧を下
げれば、それだけ電流の立上りが悪く、応答性が悪くな
り、場合によっては磁気軸受制御ループの応答性を極端
に悪くするという欠点をも備えていた。

そこで、その改善案として例えば特開昭５７−７３２２
３号公報に示されるようなＰＷＭ方式のパワーアンプが
考えられた。この方法によると、トランジスタをオンす
ると、電磁石コイルの電流は与えられた直流電源電圧Ｖ
ＯＣに従い、およそＩＶｏｃ＝Ｌ□で関係づけられる立上りをする。

ｔしかし、トランジスタをオフすると、フライホイール電
流はダイオードとで作られるループを循環する。ダイオ
ードの順方向電圧ｖ４によって電流が減衰するが、■、
が１ｖ以下であるので、ｉＶ、１Ｉ＝Ｌ□から非常にゆるい減衰しかできｔないのである。このことは、電流制御しようとしても応
答性を高くすることは期待できないことを意味しており
、磁気軸受制御ループの応答性はもとより、安定化も期
待出来ないことを意味している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のように従来方法では、リニヤアンプにおける極め
て悪い効率や、スイッチング方式における極めて悪い応
答性が問題となっていたのである。

そこでこの発明はそのような問題点のない磁気吸引力発
生用パワーアンプを提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、これを改善するために、主回路の直流電源
とグランド間を、第１のスイッチングと電磁石コイルと
第２のスイッチング素子の順に接続し、アノードをグラ
ンドに接続した第１のダイオードのカソードを前記第１
のスイッチング素子と電磁石の接続部に接続し、カソー
ドを直流電源に接続した第２のダイオードのアノードを
前記電磁石コイルと第２のスイッチング素子の接続部に
接続するとともに、電磁石コイルの電流を検出する検出
手段を設け、電流指令値と該電流検出手段の検出信号を
受けた電流制御器がオン・オフ指令を出して、前記２つ
のスイッチング素子をオン・オフさせるようにし、電磁
石コイルに流れる電流が電流指令値に応じたものとなる
よう構成したのである。

〔作　用）このように構成することにより、２つのスイッチング素
子がオンすると、電磁石コイルの両端には、直流電源電
圧ＶｆｌＣがかかり、Ｖｏｃ””Ｌ□で関係づけられる変化率で電ｔ流が大きくなり、一方２つのスイッチング素子がオフす
ると、電磁石コイルの両端には、゛直流電源ｉ圧ＶＯＣが逆向きにかかり、　ＶＤＣ＝Ｌ　　　　　”
’Ｑｔで関係づけられる変化率で電流が小さくなるのである。

このように電流の立上りと立下がりの両方において同じ
大きさの変化率で変化することができるので、全体とし
て電流制御の応答性をよくすることができるのである。

〔実施例〕第１図はこの発明の実施例を示すもので、Ｏｖは、主回
路のグランド線、ＶＯＣは主回路の直流電源であり、そ
の電圧を示すものである。直流電源に一方を接続した第
１のスイッチング素子１１は、他方を第１のダイオード
２１．のカソードと、電磁石コイル３の一端と接続され
ている。

また、グランドに一方を接続した第２のスイッチング素
子１２は、他方を第２のダイオード２２のアノードと、
電流検出手段の一端に接続されている。

電流検出手段の他端は、前記電磁石コイルのもう一端と
接続され、２つのスイッチング素子１１゜１２がオンで
あれば、ＶＤＣが供給する電流は、第１のスイッチング
１１．電磁石コイル３．電流検出手段４．第２のスイッ
チング素子１２を通ってグランドＯｖに流れる。図には
そのもようを実線の矢印で示している。そして、電磁石
コイル３に流れる電流に応じた信号が電流検出手段４に
よって得られる。

第１のダイオード２１のアノードはグランド０■に接続
され、第２のダイオード２２のカソードは直流電源に接
続されている。

スイッチング素子１１．１２はスイッチング素子の駆動
装置５１．５２により駆動され、その駆動装置５１．５
２の入力信号がオンのときスイッチング素子１１．１２
はオンされ、駆動装置の入力信号がオフのときはスイッ
チング素子１「。

１２はオフされる。このスイッチング素子１１及び１２
がトランジスタであれば、駆動装置５１゜５２は、ベー
ス（ゲート）ドライブ回路であり、入出力間が絶縁され
ているもので構成することもあるし、絶縁されていない
もので構成することもできる。電流制御回路６は、電流
の指令信号ｒ３と、電流検出手段４によって得られる電
磁石コイルの電流に相当する検出信号の差により動作し
、駆動装置５１．５２にオン−オフ指令を与えて電磁石
コイル３に流れる電流が指令信号！、に追従するよう制
御される。

電流制御回路６は、少なくとも位相補償回路とコンパレ
ータから成っている。

このような構成において、電流指令Ｉｓが与えられ、そ
の時の電磁石コイル３の電流がゼロであったとしよう。

その時、電流制御回路６の入力信号は十であり、電流制
御回路６の中のコンパレータ入力は十となる。従って、
電流制御回路６の出力はオンになり、駆動装置５１．５
２が働いて第１及び第２のスイッチング素子１１．１２
がオンされ、電磁石コイル３の電流が流れ始める。

電磁石コイル３はインダクタンスであるため、ｔ電磁石コイル３の電流が増加して、電流検出手段４の出
力が■３をこえると電流制御回路６の入力信号は−とな
り、電流制御回路６の中のコンパレータ入力も−となる
。従って電流制御回路６の出力はオフとなり、駆動装置
５１．５２が働いてスイッチング素子１１．１２がオフ
される。このとき、電磁石コイル３はインダクタンスで
ありフライホイール電流が流れるので、電磁石コイル３
の上側はＯＶより低く、電磁石コイル３の下側はＶＤＣ
より高くなり、グランド−第１のダイオード２１−電磁
石コイル３−電流検出手段４−第２のダイオードの順に
通ってｖＩｌｃに流れ込む。電流の流れのもようを破線
の矢印で図示している。

電磁石コイル３の両端にはおよそ一■ｌ、ｃの電圧がか
かるので、　Ｖ　ｏｃ　＝Ｌ□に従って電流がｔ減少していく。

電磁石コイル３の電流が減少して電流検出手段４の出力
がＩ３を下まわると電流制御回路６の入力信号は十とな
り以下上記の手順に従って同じことをくり返すのである
。

電流制御回路６のコンパレータの部分では、コンパレー
タの入力の一方は位相補償器の信号をうけ、他方を別途
設けた基準となる三角波発振器の信号をうける構成とし
てもよいし、その他の構成であってもよい。

以上のように第１及び第２のスイッチング素子１１．１
２がオンしても、オフしても電磁石コイル３に流れる電
流の変化率の大きさがＶｏｃ／Ｌで増加又は減少するの
で、指令信号■３の変化率が大であっても電磁石コイル
３の電流は追従することができ、電流制御の応答性を高
くすることができるのである。

〔発明の効果〕

以上のように電磁石コイル３の両端にかかる電圧はＶＤ
ｅか−ＶＤＣとなるので、電流の立上り又は立下がりが
大きく、電流制御の応答性を高（することができる、従
って磁気軸受の応答性もよくすることができる。。

また、スイッチング素子１１．１２がオンすると、そこ
に電流が流れるものの、各々にかかる電圧は小さく（例
えばトランジスタであれば１ｖ以下）スイッチング素子
１１．１２の消費するロスは極めて小さいのである。従
って、ロスの小さなアンプを構成できるのである。

更にスイッチング素子１１．１２の熱容量を小さくする
ことができ、冷却装置も不要とできるので、コストの低
減をも可能とする効果がある。

〔変形例〕

第１図における電流検出手段は、ホール効果を利用した
ホール素子により電流を検出するのでもよいし、電磁石
コイル３と第１のスイッチング素子１１の間にシャント
抵抗を接続し、その両端電圧を差動増幅あるいは絶縁増
幅してもよい。

シャントの位置は第１のダイオード２１と第２のスイッ
チング１２の下側に２つ設け、各々に生じるーと十の電
圧の差をとってもよい。

シャントを設け、シャントの上側電圧を絶対値増幅して
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例のブロック図である。１１・・・第１のスイッチング素子１２・・・第２のスイッチング素子２１・・・第１のダイオード２２・・・第２のダイオード３・・・電磁石コイル４・・・電流検出手段５１・・・第１のスイッチング素子の駆動装置５２・・
・第２のスイッチング素子の駆動装置６・・・電流制御
回路第　　　１　　　図１１・・・第１のスイッチング素子１２・・・第２のスイッチング素子２１・・・第１のダイオード２２・・・第２のダイオード３・・・電磁石コイル４・・・電流検出手段５１・・・第１のスイッチング素子の駆動装置５２・・
・第２のスイッチング素子の駆動装置６・・・電流制御
回路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁気吸引力により非接触支持する磁気軸受装置や
、磁気浮上装置等に用いられる電流増幅用パワーアンプ
において、直流電源とグランド間を第１のスイッチング
素子と電磁石コイルと第２のスイッチング素子の順に接
続し、アノードをグランドに接続した第１のダイオード
のカソードを、前記第１のスイッチング素子と電磁石コ
イルの接続部に接続し、カソードを直流電源に接続した
第２のダイオードのアノードを前記電磁石コイルと第２
のスイッチング素子の接続部に接続し、電磁石コイルの
電流を検出する電流検出手段によって、前記２つのスイ
ッチング素子のオン・オフ指令を得るようにしたことを
特徴とする磁気吸引力発生用パワーアンプ。
（２）スイッチング素子がトランジスタであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気吸引力発生用
パワーアンプ。
（３）電流検出手段がホール素子を利用したものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気吸引
力発生用パワーアンプ。
（４）電流検出手段がシャント抵抗の電位差を利用した
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の磁気吸引力発生用パワーアンプ。