JPS6396315A

JPS6396315A - 磁気軸承装置

Info

Publication number: JPS6396315A
Application number: JP24153086A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1986-10-13
Filing date: 1986-10-13
Publication date: 1988-04-27

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〕本発明は、油分の散乱を嫌うクリーンルーム内の回転軸
とその軸承に利用される。

又レザービームを反射走査するポリゴンミラーの駆動源
となる電動機の回転子の軸承として利用される。かかる
ミラーの回転は、毎分コ万〜３万回位となるので、ベア
リングの寿命がみじかい欠点がある。本発明によれば、
摩耗部分がないので長寿命が得られる特徴がある。

回転体の軸承として利用すると、長寿命と機械ノイズの
発生がないので、かかる要求のある機器に利用できるも
のである。

〔従来の技術〕

実用化されている技術としては、回転軸を磁性体で構成
し、ＸＹ方向に電磁石を対向し、回転軸のＸＹ方向の偏
差を検出するセンサを利用して、電磁石の励磁コイルの
通電をサーボ制御して、回転軸を所定位置に保持する装
置がある。

〔本発明が解決しようとしている問題点〕電磁石と軟鋼
材との磁気吸引力を利用する磁気軸承には、次の問題点
がある。

第１に、磁気吸引力は、不安定な平衡となるので、サー
ボ装置が不安定となり、大型高価となる問題点がある。

第２に、回転軸の位置の移動を検出する為距離センサの
装置が大型高価となる問題点がある。

第３に、励磁コイルのインダクタンスの為に、急速な励
磁電流の制御が困難となり、サーボ特性が悪くなる問題
点がある。

〔問題点を解決する為の手段〕

回転軸に同期回転するフェライトマグネットを設け、本
体側に固定電磁石を設けて、両者間の磁気吸引力により
、回転軸を浮上せしめているので、両者が近接したとき
の吸引力の増加が減少して、安定なサーボ装置となる。

両者間を磁気反撥力とするとより安定する。

上述した手段により第１の問題点を解決している。

回転軸と電磁石との間の距離情報を得る為に、コンデン
サ容量若しくは、ホール素子（磁電変換素子の１種）を
利用しているので、第２の問題点が解決される。

励磁コイルのインダクタンスに蓄積される磁気エネルギ
を電源に還流することにより、急速なサーボ作用を保持
できるので第３の問題点が解決される。特に、大型の磁
気軸承の場合に効果がある。

回転子となる上記したマグネットの代りＫ、磁性体を使
用すると、回転子と外周の電磁石との間の吸引力が、空
隙長の次乗に逆比例して、不安定な動作となる不都合を
生ずる。本発明装置では、距離センサとして容量変化を
利用して変化する磁界の影響を遮断して、安定な動作を
行なっている。

又磁気吸引労苦しくは反撥力を発生せしめる外周の電磁
石の配設を特別な構成にして動作を安定化している。

〔作用〕

電磁石と鉄材との磁気吸引力は、両者の磁気誘導常数が
大きい為に、両者が近接すると、急速に吸引力を増加す
る。

従って、サーボ装置が不安定となり、これを安定化する
と大型高価となる。

本発明装置では、電磁石とマグネットの組合せとなる。

フェライトマグネット（又は希土属マグネット）の磁気
誘導常数は、真空と同じ程度となるので、近接時の磁気
吸引力の増加は小さく、廉価で安定なサーボ装置を得る
ことができる。

又必要によって、硼気反撥力を利用することができるの
で、より安定なサーボ装置を得ることができる。以上が
第１の問題点である。

回転軸の移動を検出して電気信号を得る為に、後述する
特別な構成のコンデンサ若しくは、磁極の１つに埋設さ
れたホール素子を利用しているので、小型、軽量、廉価
な電気信号を得ることができる。これが第２の問題点で
ある。

大型で重量のある負荷例えば大出力の電動機の場合には
、電磁石の励磁電流も大きくなり、インダクタンスの為
にスピードのあるサーボ作用が失なわれる。

かかる磁気エネルギを電源に還流することにより、励磁
電流の制御を速くして、サーボ特性を良くしている。こ
れが第３の問題点である。

従って、長い耐用時間と高速回転ができ、又機械音の発
生のない実用性のある軸承を得ることができる。

前項で説明したように、回転子となるマグネットの代り
に磁性体の回転子を使用することができる。

この場合には、距離センサとして容量変化若しくはホー
ル素子を利用することにより、励磁電流の制御の為のサ
ーボ装置が簡略化され、しかも安定して作動する構成が
採用されている。

〔実施例〕

次に、本発明装置を図面に示す実施例により、その詳細
を説明する。尚図面中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、本発明装置を、半導体電動機に応用した場合
を示すものである。点線コは、電動機の外筺を示し、そ
の両側には外筐となる突出空孔２ｍ、コｂが設けられ、
これ等の空孔に、軸承Ａ、Ｂが嵌着されている。

軸承Ａ、Ｂには、回転軸ｌが支持されている。

点線記号Ｊは、駆動トルクを発生する為の電動機のマグ
ネット回転子で、回転軸ｌに固定さ枳その負荷となって
いる。

第２図は、上述した軸承Ａ、Ｈの詳細を示すものである
。回転軸ｌの負荷３は省略され、軸承Ａは左側に、軸承
Ｂは右側に示されている。

マグネット７は円筒状で、その中心孔には、回転軸ｌが
嵌着されている。マグネットは、フェライトマグネット
が利用されるが、他の種類のマグネットでもよい。又図
面は、すべて断面が示されている。回転軸／は非磁性体
で作られている。

記号７は、マグネットで円筒形となり、その中心空孔に
は回転軸ｌが嵌着され℃いる。

マグネット７は、断面より判るように中央部が凹部とな
り、両端面は突出し、この部分が図示の記号のようＫＮ
、Ｓ磁極り叱、りｂとなっている。Ｎ、Ｓ磁極ｑａ、７
ｂは、全円周に亘って一様の強さとなるように磁化され
ている。

軟鋼材で作られたコ型の磁心ｑの磁極４７Ｇ。

ｌＩｈには、励磁コイルざΦ、ｇｂが装着されて、電磁
石となり、励磁コイルに通電すると、磁極ｌＩ４．ｔａ
ｂは図示のように磁化される。

磁極４）ｔｘ、ダｂと磁極７ａ、７６の巾は等しくされ
ている。又磁極ｐｃとりｔ及び磁極ｔｔｂと７ｂ間の空
隙長は等しく、実用上はｏ、　ｓ　ミ＋Ｊメートル〜Ｏ
０Ｓミリメートル位となっている。

矢印Ｃ方向よりみた図が第３図である。

外液コの２６部の内側に磁心ダが固定されている。第２
図の励磁コイルざ６．磁極４（αのみが示されている。

マグネット７は、磁極７ｆＬのみが示され、全円周に亘
ってＮ極となっている。ｌコＯ度離間して、全（同じ構
成の電磁石が外＠２ｂの内側に固定されている。磁心は
記号！、６で、励磁コイルは９’Ｌ、１０＠で示されて
いる。以上の構成なので、磁極１Ｉｒｔ、ｙｂ、ｍ心６
．磁心Ｓの磁極とマグネット７の磁極７α、７ｈは互い
に磁気吸引力が発生する。

上述した磁気吸引力を励磁コイ／ｌ／ざ４．ざす。

ｑａ、９ｈ（図示せず）　、　ｌｏ　ａ　、　１０　ｂ
　（図示せず）の励磁電流を制御して平衡せしめると、
回転軸ｌは、マグネット７とともに浮上して回転する磁
気軸承となる。

本実施例では、３個の電磁石を使用して、最も経済性の
ある手段となっているが、各電磁石が軸対称の位置で、
等しいピッチで配設されれば目的が達成されるものであ
る。

第２図に戻り、その右側の図の説明をする。

これは、第１図の記号Ｂで示す磁気軸承を示すものであ
るが、その構成は、左側のものと全く同じ構成となって
いる。従って説明の詳細は省略する。磁心／／、は、外
筺コの２１部の内側に固定され、磁極／／　ａ　、　／
／　ｈには、励磁コイル／！＠。

／ｒ　ｂが装着され、図示のようＫＮ、Ｓ磁極に励磁さ
れる。

記号／４はマグネットで、その磁極は記号／４（４゜／
４ｉ　ｂで示されている。上述した電磁石３個が、第３
図で示した場合と同様に、外筐コ４の内側に固定されて
いる。

作用効果も同じで、回転軸ｌは、マグネット／ｌＩとと
もに浮上して回転する磁気軸承となる。

第４図（り丹ま、第２図のものを拡大して図示したもの
である。これにつき詳細を次に説明する。

第４図（４）において、点線りは、回転軸ｌの中心線で
、これより下側は省略して図示していない。

外筺コｂ、２１は、プラスチック材若しくは金属で作ら
れ、その内面の凹部に、磁心り、／／は埋設嵌着されて
いる。

第２図と異なっているのは、磁極り、りｂ及び磁極／ダ
ａ　、　ｔａ　ｂの端面には、ナイロン若しくはテフロ
ンの皮膜／Ａ　ｃ　、　／Ａ　ｈ　、　／Ａ　ｃ　、　
ｔ６ｄが被覆されている。本発明軸承は、励磁コイルの
通電を断つと、マグネットク０、／４ＩＫより対応する
電磁石の磁心４）　、　／／が吸引されて衝合する。

このときにマグネット端面の破損を防止する為のもので
ある。

次に第５図につき説明する。第Ｓ図は、電磁石磁心ダの
磁極４！αの部分の断面図である。

マグネットクは、一部のみが示されている。

記号ｌりは、プラスチック製の巻枠即ちコアで、これに
励磁コイルＳ１が捲回された後Ｋ、磁極ダｔに挿入固定
されている。

マグネット７の外周磁極面には、全周に亘って導体メッ
キが行なわれ、その上に、プラスチックコーティング（
第４図（４）で記号／４４．／Ａｂ。

第２、…で示したもの）がされている。記号１９は導体
メッキ面を示している。

コア／りの下面は、図示のように曲面となり、等しい空
隙長で、上記した導体メッキ面に対向している。曲面に
は−、ニッケル薄膜片／ｌ　４　、　／ｌｂが貼着され
、それ等の導出端子が記号／９Φ。

／９　ｈとして示されている。記号ｔｇ　ａ　、　／ｌ
　ｂ　、、　／？は導体薄膜となっているものである。

マグネット７が磁極ダαより離間し若しくは近接するこ
とにより、容量が変化するので、マグネット７の位置を
検出する位置検知信号を得ることができる。

同じ目的の他の手段は、ホール素子を利用することであ
る。即ち磁極ｔｅａの下端面に空孔を設け、その内部に
ホール素子グアを埋設する。

マグネットクの近接若しくは離間することにより、ホー
ル素子ｑりを貫挿する磁束密度が変化するので、位置検
知信号を得ることができる。

ホール素子の出力が飽和する場合には、記号ダク４（点
線）で示すように、軟鋼片を被冠するとよい。

他の電磁石にも、全く同じ構成の位置検知信号を得る為
の位置検知装置が設けられている。

第９図体）の左側は、磁気吸引力により、回転気軸承と
なっている。

第４図（ｂ）は、マグネット７を変形したものである。

即ち、マグネット督囃同筒形で、回転軸ｌに、その中央
空孔が嵌着されている。下半分は省略して図示していな
い。

マグネツ）　１１１７は、回転軸ｌの方向にＮＳ極に磁
化され、両端面には、軟鋼円環（渦流損失を避ける場合
には、珪素鋼の積層体が利用される。）侮４　、　ｙ４
　ｈが圧着されている。

円環’１６１１　、４＜４６の回転外周面は、それぞれ
Ｎ。

Ｓ磁極となるので、第４図（勾のマグネット７と同じ効
果がある。

プラスチック薄膜ダ！は、第９図（勾の記号／ル喀。

／６ｈ、第２、…忙対応するものである。この構成の利
点は、マグネットフ０着磁が容易なことである。

次に第６図（４）　Ｋより、励磁コイルの通電制御手段
につき説明する。第６図（４）において、記号Ｘは発振
回路で、その周波数は、ｌメガサイクル位となっている
。

コンデンサ２／、−１ｂは、それぞれ第３図で説明した
導体メッキ膜／９とニッケル皮膜ｉｔ　ａ　。

ｉｔ　ｂによるコンデンサを示している。

上述した一組のコンデンサは、コイルのコア１７の両側
に設けられ、マグネットクと磁心ダ（電磁石）との距離
の変化に対応して容量が変化する位置検知素子となって
いる。

かかる位置検知素子は、第３図の磁心Ｑ、！；。

乙の少なくとも２組の磁心のコアに設ける必要がある。

３個以上の磁心がある場合には、回転軸ｌＫ関して軸対
称の位置にある一組の磁心の一方の磁心のコイルの゛コ
アに装着する必要がある。

上述したコンデンサコ個１組よりなる位置検知素子に１
１、すべて第６図（ｆＬ）に示すサーボ回路が付設され
るものである。

マグネット７と磁心ダとの距離の変化忙対応して、コン
デンサコｔ　＠、　ｓｌｂの容量が変化するので、抵抗
−の通電電流が変化する。

この電流は、ダイオードｎ、コンデンサ評により直流化
され、誤差増巾回路おの端子ｕｂの入力となる。− 規準電圧は端子８傷より入力されている。

従って、端子ｗｈの入力が、端子Ｘａの入力より大きい
か小さいかに対応して、トランジスタコアのペース入力
は、それぞれアースレベルにより小さくなるか若しくは
大きくなる。即ち、設定された値（この値は、端子コ儂
の入力により規制される。）より、磁心ｑとマグネット
７が近づ（と、トランジスタ２７は不導通となり、励磁
コイルｌａ、ｌｂの通電が断たれる。励磁コイｆｉｖｌ
＊、ｇｂは直列若しくは並列に接続されている。

従って、磁心ダとマグネット７間の吸り、１力が消滅す
るので、他の磁心、マグネット間の吸引力により、マグ
ネットクと磁心弘とは離間し始め、前記した設定値を越
えて離間すると、トランジスタλりのベース入力は増大
して、励磁コイルざｃ、ｔｂの通電電流も増大する。

従って、マグネット７と磁心ｑの吸引力が他のマグネッ
ト、磁心との吸引力と平衡した点で、マグネット７即ち
回転軸ｌは浮上して保持される。

第３図の他の磁心Ｓとマグネット７との間にも、同じ構
成のコンデンサコ個（位置検知素子）が設けられ、第６
図（勾のサーボ回路が付設されているので、上述した事
情は全く同じで、マグネットクと回転軸ｌは浮上して保
持される。

第３図の磁心６の励磁コイル１０　ｆＬ、　ＩＯＡには
、設定された電流が通電されて、磁心６とマグネット７
との間の吸引力は、設定された値となっている。磁心の
数がり個で、９０度離間して設けられている場合には、
１１０度離離間た磁心の１個の励磁コイルに第６図（勾
のサーボ回路が付設されているもので、他の磁心の励磁
コイルは、設定された一定の値の通電電流となっている
。

従って、ｔｏ度度量間た２個の磁心の励磁コイルにのみ
第６図００サーボ回路が付設されている。

第６図（ｆＬ）の記号２６は直流電源正極、又発振回路
〃の交流出力は正弦波となっている。第６図（りのコン
デンサコ／ＩＫ、コｔｂは、距離センナとなるものであ
る。

コンデンサコｔ　８．　Ｊ／　ｂと並列したインダクタ
ンスにより、コルピッツ発振回路を構成すると、その発
振周波数が、距離に対応するものとなる。

従って、一定時間の周波数を計測し、その数をアナログ
量に転換することにより、距離センサとして利用できる
。かかるセンサの出力により、励磁コイルｇｆＬ、ｇｂ
の通電制御をしても同じ目的が達成できる。励磁コイル
ｇａ、ｇｂの通電電流が大きい場合には、この電流を制
御すべきトランジスタは飽和領域で作動することがよい
。又磁気吸引力を大きくする為には、励磁コイルｔａ、
　ｔＡのインダクタンスが大きくなり、その蓄積磁気エ
ネルギも大きくなる。

従って、サーボ回路の作動が遅延して応答性が悪くなり
、完全な磁気浮上が困難となる。

この欠点を除去した回路につき、次に説明する。

第６図（ＩＳ）の点線Ｅで囲んだ部分は、第６図Ｃｂ）
のように変更される。第６図（勾において、励磁−コイ
ルざａ、ｇｂの両端には、トランジスタコク。

２？ ’ｄ６＝挿入され、トランジスター７、励磁コイルざａ
、ｌ；ｂには、ダイオ−トコ９が並列に逆接続されてい
る。ダイオード、１０は、トランジスタｄ。

励磁コイルＩ４．ｔｂＫ並列に逆接続されている。

抵抗３１の電圧降下は、励磁電流に比例し、オペアンプ
６デの一端子の入力となっている。

端子６デαの入力は、第６図（４）の誤差増巾回路おの
出力となっている。

第Ｓ図のタイムチャートは、励磁コイルＳ１゜ｔｂを流
れる電流曲線を示すものである。

第５図の電気信号グコ４．ダコｂ、第２、…は、第を図
（ｂ）の発振回路ｊ＆　、単安定回路５乙による出力パ
ルスである。

この出力パルスにより、フリップフロップ回路ｕｊα、
ｔ３−ｈが付勢されて、その出力をハイレベルとする。

端子６テ１の入力信号即ち第６図（１）の誤差増巾回路
おの出力が、第を図の点線ｌＩｊとする。

トランジスタコク、コは導通するので、第５図の曲線グ
３１に示すよ５に励磁電流が増大する。

励磁電流が増大して、点線曲線侵（これはオペアンプ６
りの十端子の入力となっている。）を越えると、オペア
ンプ６りの出力はローレベルに転化し、フリップフロッ
プ回路ｔＩ！ｒ　ａ　、　ａｓ　ｂはリセットされて、
ベース入力がローレベルとなるので、トランジスタコク
、コは不導通となる。

励磁コイルｇｒｘ、ｇｈに蓄積された磁気エネルギは、
ダイオード２ｑ　％　、電源、抵抗３／　、ダイオード
、７θを介して放電され、この曲線が第５図で曲線ｌＩ
３　ｂとして示される。

゛電源を充電する形式となっているので、印加電圧を高
くすることにより、曲線ｆｊ　Ａは急速に降下する。又
曲線１Ｉ３４の上昇も急速となる。

次に、電気信号Ａの到来により、フリップフロップ回路
４）ｊ　１！　、　ｌＩｊ　ｂは再び付勢されるので、
励磁コイルＨａ、１ｂの通電が開始され、曲線’７３　
ｅのように電流が上昇する。曲線ダ３との交点で通電が
停止され、曲線ｕ、ｔ　ｄ−に示すよ５に励磁電流は減
少する。

上述したサイクルを繰返すことにより、励磁電流の曲線
は、電気信号グ３と同形のものとなる。

曲線ｌＩ３は、第６図（勾の誤差増巾回路コの出力とな
っているので、励磁電流は、第６図（勾のトランジスタ
コクによる励磁電流と全く同じものとなる。従って、第
６図（＄ンの場合と全（同じく励磁コイルざｃ、ｆｂの
通電制御が行なわれ、更に又、トランジスタ２７．コは
飽和領域で作動するので、電力損失が小さくなり、ダイ
オード２９゜、？Ｏにより、蓄積磁気エネルギは急速に
放出されるので、誤差増巾回路コの出力の急速な変化に
対応して励磁電流の制御ができる特徴がある。

従って、励磁電流の急速なサーボ回路が得られ、安定な
磁気浮上効果が得られるものである。

上述した励磁電流の制御は他の周知の手段でも同じ目的
が達成されるものである。

磁気吸引力は、磁心とマグネット７の距離が大きい場合
には距離の次乗に反比例するが、本発明装置のように、
距離が０．５ミリメートル以下となると、距離の０乗乃
至１乗に反比例する。

従って、吸引力のみＫよっても磁気浮上は比較的安定し
て得られる。

第１図の磁気軸承装置Ａ及びＢを、第７図（勾の右側の
磁気吸引力のみによる装置で構成することができる。

この場合に、回転軸ｌをその軸方向に移動する力が加え
られても、磁心とマグネット７間の磁気吸引力により復
帰して、安定な回転が保持される。

しかし、第７図（勾に示すように、右側の磁気軸承を磁
心とマグネットが反撥する形式としても、左側の磁気軸
承の磁気吸引力により、回転軸ｌの左右の移動が抑止さ
れるので本発明を実施することができる。

第１図（勾において、円筒形のマグネットｌり。

磁心／／、励磁コイルｔｚ　Ｉｚ、　ｌｒ　ｂ等は、そ
れぞれマグネットク、磁心ｑ、励磁コイルざ、ざｂ等と
全く同じ構成となっている。

異なっている点は、磁極／／４と／ダα及び磁極ｉｉ　
ｈとＩＩＱ　ｂが互いに反撥していること−である。

第６図（４）と同じサーボ回路が使用されるが、誤差増
巾回路コの出力は反転されている。即ち端子ｘｂの入力
が端子コ１の入力より大きいときには、正の出力となり
、反対の場合には負の出力となる。

コンデンサコ／Φ、　２／　ｂに相当するものは、励磁
コイルｉｒ　ｒＬ、　ｔｒ　ｂのコア及びマグネット／
蓼の外周に設けられていることは前実施例と同じである
。本実施例では、磁気反撥力を利用しているので、サー
ボ作用は安定となる特徴がある。

次に、ホール素子を位置検知素子として使用する場合の
説明をする。第Ｓ図において前述したように、ホール素
子ｑりは、磁極ｑりの端面に埋設されている。

ホール素子ダクは、磁心でなく、コア／りとマグネット
７との対向面において、コアｌりに埋設してもよい。

磁心とマグネットとの磁極面の距離情報を感度よ（得る
為には、マグネットが磁心の磁極に近接したときに、マ
グネットによるホール素子を貫挿する磁力線が多くなる
必要がある。

この為には、第１図（４）に記号ｑ７で示すよ５Ｋ、ホ
ール素子ゲ７を磁極面の端部（磁極ｔｉｂに近い端部）
に埋設することがよい。磁極ｑａ、ｑｈ間の磁力線は、
磁極ダ１と７１が近接すると、導磁率の大きい磁心ｑを
通るようになり、従って、ホール素子ｑ７を通る磁力線
が多（なるからである。

又マグネット７が、第９図（句において説明したように
、マグネツ）　ＩＩＱとその両側に貼着された磁性体円
環１Ｉ６１Ｋ　、　１１Ａｂにより構成されたものの場
合にも、ホール素子ダ７は、磁極１Ｉｅｔの対向面の中
央部でなく、縁部に埋設して、磁極間の距離センナとし
て使用することができる。

ホール素子を、磁極間の空隙の距離センサとして使用す
る場合には次の問題がある。

第５図において、マグネット７が、図面上下方に移動す
ると、磁極ｐａ、７ｃ間の空隙の距離が増大して、糸−
ル素子ダ７の出力は減少する。

空隙が小さくなればホール素子グクの出方が増大する。

このときに、励磁コイルざ１の通電電流が変化すると、
ホール素子ダ７の出力が変化し、この変化量は空隙長に
無関係となり、従って距離センサとして利用できな（な
る。従って、サーボ系を構成することができない。しか
し次の構成とすることにより、この難点は除去される。

第９図に示すように、磁心と励磁コイルよりなる電磁石
を１個とし、磁心ｑ、６はｔｇｏ度離間離間磁心５．−
一１ＩｒＯ度離間して、外１ｈに固定される。

磁心ダと３はｑｏ度度量間ている。

磁心夕０．励磁コイルタＯΦは、磁心Ｓ、励磁コイルｑ
ｔｚと対応する構成の電磁石となり、磁心りＯの両極の
端面は、空隙を介して、マグネット７の磁極と対向して
いる。磁心５０の両磁極には、励磁コイル！０　’！　
、　！ｒＯｂが装着されている。電磁石偶数個により、
即ち６個２ｇ個により同じ構成で、同じ目的を達するも
のを得ることもできる。

第ダ図（り図示のように、ホール素子ｌりは、磁極ｌＩ
ｃの対向面右端に埋設されている。

磁心６（第９図）の磁極面には、ホール素子はない。

マグネット７がＹ方向に移動すると、磁心ダの磁極とマ
グネット７の磁極７ｇ、７ｂの空隙が小さくなる。従っ
てホール素子弘りの出力が増大する。

ホール出力により、励磁コイルざａ、ｇ；ｂの通電を制
御して、磁極間の磁気吸引力を減少して、マグネットク
を復帰せしめる手段は、前述した理由即ち励磁コイルｇ
ｆＬの通電電流の変化による磁界変化により、ホール素
子ｔＩｔの出力も変化するので、距離センサとして利用
できなくなり、不可能となる。

従って、励磁フィルざａ、ｇｂは、設定された定電流が
通電され、Ｙ軸方向の復帰スプリングとしての作用を行
なわしめる。

マグネット７がＹ軸方向く移動すると、磁心６の磁極面
とマグネット７の磁極７■、７ｂ面との間の空隙が増大
するので、励磁コイル１ＯＩＬ。

ｉｏ　ｈの通電電流を増大して、マグネット７をＹ軸と
反対方向に復帰せしめるサーボ手段を採用することによ
り、マグネット７のＹ軸方向の位置定めを行なうことが
できる。励磁コイル１０　ｂは磁心６の他の裏面磁極に
装着されたもので、励磁コイルｇ６に対応するものであ
る。次にその制御回路を第１Ｏ図につき説明する。

第７０図（りにおいて、ホール素子ｑ７の出力は、リニ
ヤ増巾回路となるオペアンプｑ！：に入力される。オペ
アンプ＜＜ｒの出力は、励磁フィルｆａ。

ｇｂによる磁束とマグネット７の磁束のベクトル和のＹ
軸方向の分値に比例している。

励磁コイルｇｔｚ、Ｈ７１は、定電流となっているので
、これによる磁束も設定値となっている。

この成分を除去する為に、オペアンプｋｌが使用されて
いる。オペアンブタｌの一端子には、可変抵抗！／１を
介する規準電圧が入力されているので、この値との差の
出力が、オペアンプよ／の出力となる。

一端子の入力電圧を抵抗よ／ＩＫより調整して、励磁コ
イルｔ１、ざｂによる磁束に対応するホール素子ｑ７の
出力分を除去する。

オペアンプ３１の出力は、マグネットクと磁心ｑとの距
離のみに対応した値とすることができる。

電源正端子ムは周知の手段により定電圧化されている。

記号ＳＳは、誤差増巾回路で、端子５コ喀より規準電圧
が入力されている。

第９図の磁心ダ、乙の磁極とマグネット７の磁極７α、
７ｈとの空隙をθ、ｌミリメートルとして、回転軸ｌを
磁気浮上せしめる場合について説明する。励磁コイ／ｌ
／ｌａ、ｔｈには、抵抗６２１を介して、所定の電流が
通電され、マグネット７をＹ軸方向に吸引している。

誤差増巾回路見の出力により、トランジスタ６１は活性
領域で付勢されている。空隙が０．ｔミ引力は、上述し
た磁心ダによる吸引力と平衡しているように、端子Ｓ２
１の規準電圧が設定されている。感心ダとマグネット７
の空隙が０．７ミリメードルより小さくなると、ホール
素子タフの出力が増大し、オペアンプ５）の出力も増大
するので、誤差増巾回路Ｓ２の出力も増大して、トラン
ジスタ６１のコレクタ電流即ち励磁コイル１０４゜１０
　ｂの電流も増大する。従って、マグネットクは、Ｙ軸
と反対方向に移動して平衡する。

磁心ダとマグネット７の空隙が０．　／ミリメートルよ
り大きくなった場合は、上述した場合と反対の制御が行
なわれて、空隙長は０．　／　ミ！７メートルに保持さ
れる。

磁心ｌとマグネットクの空隙が、著しく小さくなったと
き、例えば始動時即ち電源の投入時に、マグネットクに
磁心ダが吸着されている場合には、励磁コイル／Ｑ　ａ
　、　１０　ｂの電流も対応して太き（なり、磁心６は
マグネット７を吸引して、吸着しているマグネットクを
引離すことができる。この為に、励磁コイルｇφ、ｇｂ
の通電は、抵抗６コ藝により１、所要の値に制限されて
いる。

又始動時に、マグネット７が磁心１ｍ吸着されていると
、ホール素子ダ７の出力は減少する。

このときに、端子６ｏ　ａの規準電圧より、ホール出力
が小さくなるので、オペアンプ６０の出力もハイレベル
に転化して、トランジスタ６コを導通するので、励磁コ
イル１ｅｆＬ、ｊｉｂの通電電流が増加する。

従って、磁心ダにより、マグネット７は吸引されて、磁
心６とマグネット７の吸着は解除され、空隙長がｏ−ｔ
　ミリメートル位に近くなると、前述したサーボ作用に
より、空隙長は設定値に保持される。

以上の説明のように、マグネット７と磁心ダ。

６との空隙は、常に設定値に保持される。

第７図の磁心Ｓの磁極にもホール素子が、磁心ダの場合
と同じ手段により埋設され、又このホール出力により、
第１０図（４）と全く同じ回路を使用して、励磁コイル
テ傷、デｂ（記号ｑｂｋｔ。

磁心３の他の１つの磁極に装着され℃いるもの）及び励
ニジイヤ、。。、よ。、９に号よ。ｂ、よ、ヨ２゜５０
の他の１つの磁極に装着されているもの）の通電制御を
行なっている。従って、磁心３とマグネット７及び磁心
！０とマグネット７の空隙は０、７ミリメードルに保持
される。即ちＸ軸方向の各磁極間の空隙を設定値に保持
するサーボ作用が行なわれるものである。

以上の説明より理解されるように、回転軸ｌが浮上して
回転する磁気軸承を構成することができる効果がある。

トランジスタ６１のベース電流の制御により、励磁コイ
ル１０４　、　ｔｏ　ｂの通電を変化してサーボ作用を
行なっているが、励磁コイルｌｏ　ｔｔ　、　１０　ｂ
のインダクタンスにより、通電電流の迅速な変化が妨げ
られ、サーボ特性が劣化する場合がある。特に大型のこ
の種の磁気軸承の場合に、励磁コイルのインダクタンス
が大きくなるので問題がある。

この場合には、第６図（ｈ）において説明した手段によ
り、通電電流を迅速に変化できるので問題はない。

本実施例では、磁心とマグネットとの磁気吸引力により
、回転＠ｌを浮上せしめているので、例えば、第１図（
勾において、回転軸ｌに、点線りの方向即ち軸方向の外
力が加わったときに、復帰力が作用するので安定な磁気
軸承装置となる効果がある。この性能を良好とする為に
は、磁極ダ１と磁極７＠の巾を等しくすることがよい。

他の磁極についても事情は全く同じである。

磁気軸承は、回転軸ｌの両端に各１個、計２個が使用さ
れるものである。

この場合に、第１図（勾の右側の磁気軸承のみを、各磁
極の対向極を同極性とし、反撥力により回転軸ｌを浮上
せしめる方法もある。

マグネットｉｅは、マグネット７と同じ構成となり、円
環状の磁極／’Ｉ　４　、　／ダｂを備え、磁心／／。

励磁コイル／ｊ　４　、　／！　Ｉｓは、磁心ｑ、励磁
コイルｇ＜、ｔｈに対応するもので、同じ構成となって
いる。

磁極／／　ＬＬ　、　／／　Ａと磁極／４）　＠　、　
／ｌＩｂとは対向し、互いに同極となっているので反撥
力が作用している。

磁心／ｌは、第２図の外筺コｂに埋設固定されている。

上述した電磁石は、外＠コｂに等しいピッチで３個若し
くは第９図に示すように偶数個配設されている。

各磁極間の反撥力は、左側の磁極１ＩｒＬ、４Ｉｈ。

７１、りｂの吸引力より小さいものである必要がある。

この理由は、反撥力により、回転軸ｌは左右に脱出する
力を発生するからである。

磁極間の空隙長のセンサとしては、コンデンサ若しくは
ホール素子が利用でき、又サーボ回路として、第６図（
勾及び第１Ｏ図（勾のものが利用できる。この場合に、
誤差増巾回路コ、５コの出付設したトランジスタ６２を
含む制御回路は不要となる。

空隙長のセンナとして、コンデンサを利用するサーボ回
路は、第６図（４）において前述したが、この場合にも
始動時に、磁極とマグネットクが７０図（ｂ）につき後
述する励磁コイルの通電を反転して引離す手段が必要と
なる。コンデンサをセ。

ンサとして利用する場合にも、第を図に示すように、７
個の磁心と励磁コイルを使用する構成とすることができ
る。この場合には、コンデンサのセンサは対向する磁心
のいずれか１つに設ければよい。

第１Ｏ図（ｂ）に示す回路は、マグネット７と磁極が吸
着したときに、これ等を確実に引離す手段を付加したサ
ーボ回路で、第１０図（勾の回路を改良したものである
。

第１Ｏ図（りと同一記号のものは同じ部材、同じ作用な
ので説明は省略する。

第１Ｑ図Ｃｂ）において、トランジスタＳＪα、！；Ｊ
ｌ）。

第２、…及びトランジスタｚａ　ａ　、　ｔｐ　ｂ　、
第２、…は、それぞれ励磁コイルｇ唇、ざｂ及び励磁コ
イル１０　儂。

１０　ｂを往復して通電する為のトランジスタブリクジ
回路である。各トランジスタに並列に逆接続されたダイ
オードは省略して図示していな（・。

第７図の磁心ゲの磁極ダａ、４ｔｈがマグネット７の磁
極７、りｂに吸着しているとき九電源が投入されると、
ホーＡＩ素子ｑりの出力が最大となるので、オペアンプ
タロのソー子の入力は、端子具〇の規準電圧を越えて、
その出力はローレベルに転化して、トランジスタｙａを
導通する。

又同時に、反転回路５７　ｂを介して、トランジスタｓ
ｉｔ　ａのベースはハイレベルとなり不導通となる。又
トランジスタ！Ｆ　ｄのベースはハイレベルとなり導通
する。又トランジスタ評すのベースはローレベルとなり
不導通となる。電気回路りｔｂは、単安定回路で、オペ
アンプ見の出力がローレベルに転化したときに、、単安
定回路タロ６より、短時間のローレベルの電気信号を出
力して、励磁；イルｇａ、ｇｂの左方の通電を対応した
時間だげ行なうものである。

単安定回路ｓＡ　ｂは、コンデンサで代用することもで
きる。

かかる手段は、励磁コイルｇａ、ｇｂの左方向の通電に
より、ホール素子ダクの出力が消滅する為に必要となる
ものである。

従って、抵抗Ｓｑにより規制された電流が、励磁コイル
ｇｒｔ、ｇｂを左方に流れるので、磁心ダの磁極の極性
は、マグネットクの磁極と同極性となり、反撥力が作用
するので両者を離間せしめる力が作用する。

離間すると、ホール出力が減少するので、オペアンプタ
ロの出力は、ハイレベルに転化して、トランジスタ外信
、　ｊ−ダｂ、第２、…の導通、不導通も反転する。

従って、励磁コイルｇｔｇ、ｔｂの通電方向も反転し、
磁気吸引力となるので、励磁コイル１０ｃ　、　ｉｏ　
ｂの通電制御により、吸引力が平衡して磁気軸承として
作動する。

磁心６がマグネット７の磁極ｆｅｚ、７ｂに、始動時に
おいて吸着していると、ホール出力は小さいので、−励
磁コイルｔΦ、ｔｂは正規の方向に通電されて吸引力と
なっている。

オペアンプ５５の十端子の入力が、端子５り１の規準電
圧より低いので、オペアンプｓ５の出力は、ローレベル
となり、トランジスタｓ３ａは導通する。又トランジス
タｓ３ｑは、反転回路５７１Ｋを介して、ハイレベルの
ペース入力となるのテ不４通となり、トランジスタｓ３
ｄは導通する。

このときに、誤差増巾回路３２の出力は負となっている
ので、トランジスタ５３ｂは不導通である。

従って、励磁コイル１０　’Ｉ　、　１０　ｂは、抵抗
５ｇを介して、設定値の通電が行なわれるので、マグネ
ット７と磁心６には離間する反撥力が作用して両者を離
間する。この反撥力は、抵抗５ｇにより規制され、次の
サーボ作用が正しく行なわれるように小さい力とされて
いる。

離間すると、ホール出方が増大するので、オペアンプＳ
Ｓの出力はハイレベルとなる。従って、各トランジスタ
の導通、不導通は反転して、励磁コイＡ／１０■、１０
ｈの通電方向も反転し、又誤差増巾回路５２の出力によ
り、トランジスタＳ３ｂのベース制御が行なわれること
は第１Ｏ図（勾と全く同じである。従って吸引力を平衡
しく磁気浮上が行なわれる磁気軸承となる特徴がある。

励磁コイル１０４　、１０　ｈの通電制御を迅速とする
為に、第６図（ｂ）の手段を付加すると、サーボ特性が
良好となる。

当然であるが、第７図の励磁コイル？４，９ｂ及び励磁
コイル左Ｏα、ｓｏｂもホール素子による第１Ｏ図（ｂ
）の通電制御と同じ通電制御が行なわれるものである。

励磁コイルｇｃ、ｇｂ及び励磁コイル１０１’ｌ　。

１０　ｂをパイファラ巻きをすると、これ等の通電制御
の為のトランジスタの数はｌ／２とすることができるも
のである。

第１Ｏ図（ｂ）について説明したのは、距離センサとし
てホール素子を使用した場合である。

第Ｓ図について前述したように、コンデンサの容量変化
により、各磁極間の距離を検出するセンサを使用した場
合に、第７０図Ｃｂ）の点線Ｆで示す回路により、始動
時に、各磁極の吸着を離間せしめることができる。

次に第１Ｏ図Ｃｄ）につき、その作用を説明する。

第１Ｏ図Ｃｄ）において、発損回路Ｊ、コンデンサ２ｔ
　ＬＬ、　２／　ｂ　、λり、ダイオード２３．誤差増
巾回路コ、規準電圧入力端子Ｊαは、第６図（りの同一
記号の部材と同じで作用効果も又同じである。

記号Ｆで示す点線で囲まれた電気回路は、第１Ｏ図（ｂ
）の点線で囲んだ記号Ｆで示す電気回路と同じである。

直流電源正端子２乙の出力は、２４４点より第ｉ。

図（ｂ）のトランジスタブリッジ回路の印加電圧となっ
ている。

記号ＸＣの点の電圧は、第１Ｏ図Ｃｈ）のトランジスタ
３３　ｈのベース入力となり、記号ｎα、ｎｂの電圧は
、第１Ｏ図（ｈ）のオペアンプ！！；、！Ａの入力とな
っている。

記号ｘｈで示す点の入力は、第５図の磁極夢６と磁極７
８との距離の増大とともに減少するので、ホール素子の
出力と相似している。

従って、点線Ｆの回路により、始動時において、各磁極
間の吸着を離間して、３０点の入力により、サーボ回路
が作動して回転子を浮上して、磁気軸承となる。

この場合の電磁石の配設は、第９図示のものとなり、磁
心左にも距離センサとして、コンデンサの容量変化を利
用するものが付設され、第１Ｏ図＜ｃｔ）と同じ回路に
より、励磁コイルの通電制御が行なわれているものであ
る。

第６図（Ａ）の回路を付設することにより、励磁コイル
のインダクタンスが大きい場合にも迅速なサーボ作用を
同様に行なうことができる。次に第７図につき説明する
。

本発明による磁気軸承を電動機に適用する場合に、反撥
型の電動機の場合には問題はないが、一般の直流機は、
反撥と吸引が同時に行なわれ、又起動前九は、界磁マグ
ネットと電機子磁心とが吸引し、吸着している場合があ
る。

かかる場合に、電動機と磁気軸承に同時に通電すると、
電動機の回転子と固定子が機械的に接触したまま駆動さ
れる不都合がある。マグネット回転子のない励磁型の界
磁を有する直流機の場合には、比較的問題が少ないが、
若干の不都合が発生する。これを防止する為には、磁気
軸承に先に通電し、次に電動機に通電する必要がある。

又停止時には、電動機の通電を断ち、停止してから磁気
軸承の通電を断つ必要がある。

上述した手段が第７図に示されている。

第７図において、記号＜４／は電動機で、トランジスタ
ｔｌ−Ｏが導通すると通電されて回転する。記号３７は
、本発明による磁気軸承の全部即ち回転軸ｌの両端に装
着した一個の磁気軸承を示している。

トランジスタ３６が導通すると、各磁気軸承の励磁コイ
ルの通電が行なわれる。端子３２より、装置３７を作動
せしめる電気信号（電気パルス）が入力されると、単安
定回路３り１より、設定された巾の正の電気信号が出力
される。

従って、トランジスタ３６が導通して、磁気軸承３７が
作動し、回転軸ｌを設定位置に浮上せしめる。

又端子３コの入力信号は、単安定回路３ａ　ｂに入力さ
れ、その出力の正の信号は、微分回路３ｇで微分され、
正の矩形波信号の後縁の負の微分パルスにより、フリッ
プフロップ回路３ヂが付勢され、Ｑ端子はハイレベルに
、Ｑ端子はローレベルとなる。従ってトランジスタａＯ
が導通して、電動機４（／は始動する。

電動機ダｌの回転軸には、シャフトエンコーダ（図示せ
ず）が付勢され、その出力パルスは、端子３３に入力さ
れているので、単安定回路ＪＱαの出力は連続して得ら
れる。

従って、トランジスタ３Ａの導通は持続され、磁気軸承
も作動する。上述した作動の為には、単安定回路評１の
出力信号の巾が単安定回路３４ｂの出力信号の巾より大
きいことが必要となる。

端子３テｔより、負の電気パルスを入力させ、ると、フ
リップフロップ回路が反転して、ｑ端子の出力がハイレ
ベルとなるので、トランジスタダ０は不導通となる。慣
性により電動機が回転している間は、端子Ｊ３の入力パ
ルスが持続されるので、トランジスタ３６が導通してい
るが、停止すると、端子３３の入力が消滅し、従って設
定時間後に、トランジスタ３６も不導通となる。従って
、磁気軸承装置３りの作動も停止する。

以上の説明より判るように、磁気軸承と電動機の回転子
と固定子の摺動を防止できるものである。

第９図の磁気軸承の配列の場合に、第１図（１）に示す
構成で、マグネット７０代りに、磁性体ｌ１図を用いて
説明する。

第１／図において、外筐２ｂに固定したコ組の電磁石は
、第９図（α）と同じ構成なので、同一記号で示しであ
る。

回転軸ｌの下側（点線りの下側）には、磁心６、励磁コ
イル１０α、１０６が設けられ、磁心６の磁極は、回転
軸ｌＫ嵌着した岳性体円環６３１゜６Ｊ　ｈの外周面と
空隙を介し℃対向している。

円環＆Ｊ　’Ｌ　、　４Ｊ　ｂは、円形の珪素鋼板を積
層化して作られ、円筒（軟鋼製）評の両端に貼着されて
いる。

ホール素子μ７は、磁極４）ａの縁部に埋設されている
ことは前実施例と全（同じである。

ホール素子ｑりの埋設された側の励磁コイルｔａ、Ｉｈ
には、所定値の電流が通電され、空隙長を一定に保持す
る為には、ホール素子／１７のない側の励磁コイル／θ
ａ、／θｂの通電のサーボ制御が行なわれていることも
、前実施例と同じである。

次に、第７０図（ｅ）の回路により、その動作を説明す
る。

第１０図（Ｃ）において、トランジスタ６５ｂは、飽和
領域で作動している。トランジスタ６Ｓ　ａは活性領域
で作動している。

始動時に、回転子（記号４３４　、６．？　ｂ　、　６
４４　）が、紙面上で下方に移動して、円板４３ＩＩ　
、　６Ｊ　ｂの外周が、磁心６の磁極に接触していると
きには、励研−ｚイ）ｖｇ　ｃ、ｔ　ｂ、１Ｏｒｔ、１
０ｈの通電により、回転子は磁心６に吸着される。

このときに、ホール素子ｔ１７の出力は最も小さい。ホ
ール出力は、第１Ｏ図（ｃ）の誤差増巾回路見に入力さ
れ、端子５２１の規準電圧より低くなるので、出力はロ
ーレベルとなり、トランジスタ６３１は不導通となり、
励磁コイル／Ｑ　ｉ　、　１０　ｂの通電が断たれる。

又、オペアンプ、＜ｌｌの端子６り１の規漁電圧より、
ホール出力が小さいので、オペアンプ６ｑの出力はハイ
レベルとなり、トランジスタ乙ｓｂは導通して、励磁コ
イルざａ、ｇｂは通電される。

従って、回転子は、紙面上で上方への力を受は移動する
。回転子と磁心ダ、乙の空隙が等しくなると、ホール素
子ｑ７の出力は減少する。しかしこの状態では、オペア
ングルｌの出力は未だハイレベルに保持されて、吸引力
が作用し℃いる。

このときに、誤差増巾回路５コのホール出力による入力
は、端子５２なの入力を越えるように設定されているの
で、その出力により、トランジスタ６ｓ　ａのペース入
力が得られ、励磁コイル１０ａ　、　／Ｑ　ｅＬが通電
され、回転子を磁心ダが吸引し、磁心６による吸引力と
平衡した点で、回転子と回転軸ｌは浮上して保持される
。

このときの吸引力は、各磁極間の空隙が小さいので、空
隙長をｒとすると、ｒｏ　とｒλ　との中間の値に逆比
例する力となる。しかし、実測によると、ｒが小さい為
に、０　に近くなり、前記したサーボ作用は比較的安定
である。

抵抗６ｓ　ｃは、必ずしも必要なものではないが、磁極
間の空隙長を等しく保持する為のものである。

第１／図の磁心ダと６の磁極は、同極が対向するように
着磁されているが、この理由を次に説明する。

空隙長が等しい図示の状態で、磁心ダ、乙の磁束のｑｏ
％は、円環６３ｔＬ　、　４Ｊ　ｂ　、円筒６ダにより
、それぞれ独立に閉じられている。

しかし、７０％位は、洩れ磁束として、磁心ｌの磁束は
磁心６により閉じられ、磁心６の磁束は磁心４）により
閉じられている。この洩れ磁束は、空隙部の磁束を減少
する方向となつくいる。

円環＆３　Ｇ　、　４ｊ　ｂの外周が、磁心６の磁極に
、図示の状態より近接すると、磁心６による磁心亭を通
る磁束は減少するので、磁極ｑＬＬ、ｑｂと回転子の外
周面＆３０，１，３ＣＬとの空隙の磁束は若干増加する
傾向となる。従って、回転子の浮上作用が安定となる効
果がある。

サーボ動作中におい℃は、回転子が磁心６に近接するよ
うに移動すると、励磁フィル１０ｉ。

１０　ｈの通電電流は減少する。従って、外周面６３ｃ
、４３ｃＬと磁極４ｔｅＬ、ｔｕｂ間の空隙の磁束は増
加する傾向となり、吸引力が増加し設定位置への復帰力
が増加し、サーボ作用が安定して行なわれる効果がある
。

回転子が、磁心弘に近接する方向に移動した場合にも、
上記した効果は全く同じなので、回転子と回転軸ｌの磁
気浮上作用が安定するものである。

始動時において、回転子の外周面４Ｊ　ｅ　、　６３ｄ
が、磁心ダに接触している場合には、ホール出力が大き
いので、オペアンプ６弘の出力はローレベルとなり、ト
ランジスタｂｓ　ｂは不導通となり、励磁コイルＳ、ざ
ｂの通電が断たれる。誤差増巾回路５コの出力は最大と
なり、トランジスタ６ｓ　ａが導通して、励磁コイル１
０　＜　、　１０　ｈが通電して、回転子には、第１／
図で、下方への力が作。

用して、移動する。空隙長が等しくなると、前述したサ
ーボ作用により、その位置に回転子と回転軸ｌが保持さ
れるものである。

第を図の磁心り、乙と回転子との間の作動は以上の説明
のようであるが、回転子のＸ方向の作動は、磁心、１　
、１０と回転子との間の作動となり、回転子は、磁心ｔ
　、　ｇｏ及びその励磁コイルｙａ、デｂ　、　！０４
　、　！Ｑ　ｂの吸引力の制御により、Ｘ方向の制御が
行なわれる。

図示していないが、ホール素子が、磁心５若しくは夕０
の磁極面のいずれかに埋設され、第１Ｏ図＜６）と全く
同じ回路により、励磁コイルの通電制御が行なわれてい
る。従ってその作用効果も又同じである。

ｘ、Ｙ方向に制御を受けた回転子と回転軸ｌは、磁気浮
上し℃、空隙長が等しく保持されて、磁気軸承を構成す
ることができる。ホール素子は、第１０図Ｃｅ）で判る
ように、サーボ作用のない、定電流の励磁コイル側の磁
極に埋設されている。

励磁コイル１０　ｉ　、　１０　ｂの通電は、サーボ作
用により増減せしめられるが、この影響を小さくする為
に、磁極グα、グｂの側にホール素子ダクが埋設されて
いる。かかる事情は、磁心ｊ　、　！０に埋設するホー
ル素子の場合も同じである。

第１／図において、ホール素子グクは磁極面の縁部に埋
設されているが、これは空隙長が変化したときに、変化
に対する感度を大きくする効果がある。第７図の磁心！
、りθによる洩れ磁束も、磁心４ｔ：６を通り、サーボ
作用に悪い影響を与える。

これを防止する為には、図示のように磁心Ｓ。

ｊθをともにＳ極の励磁とするか、ともにＮ極の励磁と
する。即ち磁心ダ、６はＳ極となり、磁心ｒ　、　ｒｏ
はともにＳ極若しくはＮ極となるようにする。

磁心３，５０は同極が対向するので、その作用効果は、
磁極４（、Ａと同じである。

又９０度離間した磁心ダ、乙に対する磁心！による洩れ
磁束は、等しく、従って磁心４）．Ａの磁極面の空隙の
磁束密度は増大、減少の両者のいずれかとなるが、平衡
された吸引力に変化を与えることはない。

上述した意味で、第７図の磁心の配設が理想的で、磁心
は４個がよい。

第１／図の装置は、磁極ダ１と磁極６３　ｅとの距離は
ホール出力により検出している。

しかし、第５図で説明したように、コンデンサの容素変
化を距離に対応するあのとして検出する手段を採用する
ことができる。

第１Ｏ図＜１）に示すものは、上記した手段の為の回路
である。点線Ｇで囲んだ回路は、第１Ｏ図（Ｄ）の点線
Ｇで囲んだ回路と同じものである。

発振回路Ｊ、コンデンサ：１／　ｅＬ、コ／ｂ、コダ、
ダイオード３は、第６図（勾の回路の同一記号の部材と
同じで、その作用効果も同じである。

従つ℃、評１点の入力は、磁極間の距離が近接すると大
きくなり、ホール素子の出力と相似したものとなる。

第１Ｏ図（Ｃ）の誤差増巾回路５２の入力は、評１点よ
り入力され、オペアンプ６ｑの一端子の入力＆気２ｔｂ
点より入力される。

従って点線Ｇの回路は、ホール素子を使用した場合と全
く同じく作動して、励磁コイルｇ　４゜ｇ　ｂ　、　ｉ
ｏα、　／Ｑ　ｈの通電制御を行なう。

従って、各磁極が、始動時に吸着したとき、これ等を離
間し、その後に、トランジスタ６５αによるサーボ作用
により、回転子を浮上せしめて磁気軸承を構成すること
ができる。

第９図の磁心５．５０及びその励磁コイル２α。

？　ｂ　、　ｓｏ　ａ　、　ｓｏ　ｂにも同じ制御回路
が設けられている゛ものである。

〔効果〕

以上の各実施例の説明より理解されるようＫ、本発明装
置は次に述べる効果がある。

（１）一般のポール、摺動軸承の欠点は、次の三つであ
る。即ち摺動、転動音の発生及び摩耗による有限の寿命
及び油の空中への拡散である。

本発明装置は、上記した三つの欠点を除去することに成
功したもので、ある。

（２）従って、レーザビーム走査用のポリゴン。

ミラーの駆動モータの軸承として利用すると、毎分３万
回の回転を得ることができ、しかも長寿命が保証できる
効果がある。

（３）　　クリーンルーム内の種々の負荷の軸承とする
ことにより潤滑油の拡散が除去されるので有効な手段と
なる。

（４）空隙部の長さの距離センサとしてコンデンサを使
用したものは、外部磁界の影響がなく、精度よく、しか
も小型となり、サーボ装置を作動するセンサとして有効
である。

（５）距離センサとして、ホール素子を使用する場合に
も、洩れ磁束その他の無効な磁束の影響を遮断でき、し
かも簡素なサーボ装置を得ることができる。従って、磁
気軸承を廉価に構成できる効果がある。

（６）上記した精度のよい簡素な構成の距離センサを使
用しているので、回転子と固定子間の空隙の保持が正確
容易となる効果がある□ｑ図の簡単な説明第１図は、本発明装置の全体を示す説明図、第２図は、
回転軸の両端に設けた本発明装置の断面図、第３図は、
本発明装置を回転軸の方向よりみた平面図、第１Ｉ図は
、第２図の更に詳細を示す断面図、第５図は、磁心ｑ、
励磁コイルざ１等の詳細な説明図、第６図は、励磁コイ
ルｇα、ｇｂの通電制御回路図、第り図は、本発明装置
を電動機の軸承とした使用したときの始動と停止を制御
する電気回路図、第３図は、励磁コイルの通電電流のタ
イムチャート、第９図は、磁心及び励磁コイルを９組使
用したときのイルｆａ、ｆｂ及び１０１！　、　１０　
ｂの通電制御回路図、第１／図は、回転軸を含む回転子
を磁性体とした場合の説明図をそれぞれ示す。

ｌ第２、…回転軸、　　コ、コ喀、コｂ第２、…外筐、
３第２、…マグネット回転子、　　　’Ｉ、！、Ａ、！
ｆＯ。

／／　第２、…磁心、　　　ざ１　ざす、デａ、９ｂ、
／Ｑａ。

１０　ｂ　、　／ｊ　＠、　／！　ｂ　、　！０４　、
　！Ｏｂ　、　−・・励磁コイル、４ｔり、ダｂ　、　
７　ａ　、　７　ｈ　、　／／　ａ　、　／／　ｂ　、
　／弘４゜１４ｔｂ第２、…磁極、　　　７．ｌ／第２
、…マグネット、ｌＡ　４　、　ｌＡ　ｈ　、…プラス
チック皮膜、　　／Ｋ　４　。

ｉｔ　ｂ　、　／ｑ第２、…導体薄膜、　　件第２、…
マグネット、μ７第２、…ホール素子、　　瘍信、グＡ
　ｂ　、　６３４　、６Ｊ　ｈ第２、…磁性体円環、　
　５３．３第２、…発振回路、コｌΦ、λｔｂ第２、…
コンデンサ、　　５．３２第２、…誤差増巾回路、　　
コロ第２、…直流電源正端子、　　コク、３゜３６、功
、ＩＧ／、６コ、　Ａ！　４　、６３　ｂ　、夕３４　
、　！Ｊ　ｂ　、第２、…＆Ｊ　ｃｔ、　！’Ｉ　４　
、第２、…、　評ｄ−）ランジスタ、３１Ａａ　、　、
３ａ　ｂ　、　見−単安定回路、　　６り、ダに、５／
。

６０．６弘、！３．タロ第２、…オペアンプ、　　ｑｒ
ＬＬ、ｕｂ。

３ｑ第２、…フリップフロップ回路、　　３７第２、…
本発明装置の磁気軸承、　　４’／第２、…電動機、　
　ｌＩコ、グコｂ、第２、…、第２、…フリップフロッ
プ回路ｔｉ３　ｐｇ　、　ｕ３　ｂの入カハルス、”　
”　＃ダＪｂ、第２、…、第２、…励磁コイルの通電曲
線、　　６ｔ第２、…軟鋼円筒。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転軸に中央空孔が嵌着された円筒形のマグネッ
トと、該マグネットの軸方向の両端外周面のそれぞれに
着磁されたＮ、Ｓ磁極と、円筒形のマグネットの円周面
にそつて固着された円環状導体薄膜と、回転軸に関して
対称の位置で、回転軸を支持すべき本体に等しいピッチ
で固定されたコ型の磁心を有する複数個の電磁石と、等
しい空隙長で、前記したマグネットのＮ、Ｓ磁極面に対
向するとともに、回転軸方向に並置されている前記した
各電磁石の２個１組の磁極と、各電磁石に装着され、そ
れぞれの磁極をＮ、Ｓ極に励磁し、マグネットのＮ、Ｓ
磁極と吸引力若しくは反撥力を発生せしめる励磁コイル
と、等しい空隙長で、前記した円環状導体薄膜に対向し
、互いに離間して、各電磁石の近傍において本体に固定
された２個１組よりなる導体片と、該導体片と円環状導
体薄膜とで形成されるコンデンサを第１、第２、…のコ
ンデンサと呼称したときに、該コンデンサ群の両極板間
の距離を検知して、第１、第２、…の位置検知信号を得
る第１、第２、…の位置検知回路と、各コンデンサのそ
れぞれに対応する電磁石の励磁電流を、位置検知信号に
より制御して、両極板間の距離が等しくなるように、励
磁コイルを通電する第１、第２、…のサーボ回路とより
構成されたことを特徴とする磁気軸承装置。
（２）第（１）項記載の特許請求の範囲において、第１
、第２、…の位置検知信号により作動せしめられる第１
、第２、…の誤差増巾回路と、直流電源正負端子間に接
続されたトランジスタと励磁コイルよりなる第１、第２
、…の直列接続体と、第１、第２、…の誤差増巾回路の
出力により、対応する前記したトランジスタを活性領域
で作動する第１、第２、…のサーボ回路とより構成され
たことを特徴とする磁気軸承装置。
（３）第（１）項記載の特許請求の範囲において、第１
、第２、…の位置検知信号により作動せしめられる第１
、第２、…の誤差増巾回路と、直流電源正負端子間に接
続された２個１組のトランジスタ及びそれ等の中間にあ
る励磁コイルとよりなる第１、第２、…の直列接続体と
、前記した２個１組のトランジスタを第１のトランジス
タ及び第２のトランジスタと呼称したときに、第１のト
ランジスタと励磁コイルに並列に逆接続されたダイオー
ドならびに第２のトランジスタと励磁コイルに並列に逆
接続されたダイオードと、各励磁コイルの通電電流を検
出して、対応する第１、第２、…の電気信号を得る第１
、第２、…の励磁電流検出回路と、第１、第２、…の電
気信号が設定値より降下したときに、第１、第２のトラ
ンジスタを導通し、第１、第２、…の位置検知信号を越
えたときには、第１、第２のトランジスタを不導通に転
化する第１、第２、…のサーボ回路とより構成されたこ
とを特徴とする磁気軸承装置。
（４）回転軸に中央空孔が嵌着された円筒形のマグネッ
トと、該マグネットの軸方向の両端外周面のそれぞれに
着磁されたＮ、Ｓ磁極と、回転軸に関して対称の位置で
、回転軸を支持すべき本体に等しいピッチで固定された
コ型の磁心を有する複数個の電磁石と、等しい空隙長で
、前記したマグネットのＮ、Ｓ磁極面に対向するととも
に、回転軸方向に並置されている前記した各電磁石の２
個１組の磁極と、各電磁石に装着され、それぞれの磁極
をＮ、Ｓ極に励磁し、マグネットのＮ、Ｓ磁極と吸引力
若しくは反撥力を発生せしめる励磁コイルと、電磁石の
磁極の端面に埋設された第１、第２、…の磁電変換素子
と、該磁電変換素子の出力により、各電磁石の磁極面と
マグネットの磁極面との距離に対応する位置検知信号を
得る第１、第２、…の位置検知回路と、各磁電変換素子
のそれぞれに対応する電磁石の励磁電流を位置検知信号
により制御して、各対向磁極間の空隙長が等しくなるよ
うに、励磁コイルを通電する第１、第２、…のサーボ回
路とより構成されたことを特徴とする磁気軸承装置。
（５）回転軸に中央空孔が嵌着された磁性体円筒と、該
円筒の両端に設けられ、回転軸が中央空孔を貫挿すると
ともに外周面が円筒より外方に突出した２個の磁性体円
環と、回転軸に関して対称の位置で、回転軸を支持すべ
き本体に、互いに９０度離間して、磁極面が、前記した
磁性体円環の外周面に対向するよう固定されたコ型の磁
心を有する４個の電磁石と、等して空隙長で、前記した
磁性体円環外周に対向するとともに、回転軸方向に並置
されている前記した各電磁石の２個１組の磁極と、各電
磁石に装着され、それぞれの磁極をＮ、Ｓ極に励磁し、
磁性体円環の外周との間に磁気吸引力を発生せしめる励
磁コイルと、磁性体円環の外周面に円周面にそつて固着
された円環状導体薄膜と、等しい空隙長で、円環状導体
薄膜に対向し、互いに離間して、２個の電磁石の近傍に
おいて本体に固定された２個１組よりなる導体片と、該
導体片と円環状導体薄膜とで形式されるコンデンサを第
１、第２のコンデンサと呼称したときに、該コンデンサ
の両極板間の距離を検知して、第１、第２の位置検知信
号を得る第１、第２の位置検知回路と、各コンデンサの
それぞれに対応する電磁石の励磁電流を位置検知信号に
より制御して、両極板間の距離が等しくなるように励磁
コイルを通電する第１、第２のサーボ回路とより構成さ
れたことを特徴とする磁気軸承装置。
（６）回転軸に中央空孔が嵌着された磁性体円筒と、該
円筒の両端に設けられ、回転軸が中央空孔を貫挿すると
ともに外周面が円筒より外方に突出した２個の磁性体円
環と、回転軸に関して対称の位置で、回転軸を支持すべ
き本体に、互いに９０度離間して、磁極面が、前記した
磁性体円環の外周面に対向するよう固定されたコ型の磁
心を有する４個の電磁石と、等しい空隙長で、前記した
磁性体円環外周に対向するとともに、回転軸方向に並置
されている前記した各電磁石の２個１組の磁極と、各電
磁石に装着され、それぞれの磁極をＮ、Ｓ極に励磁し、
磁性体円環外周との間に磁気吸引力を発生せしめる励磁
コイルと、２個の電磁石の磁極の端面に埋設された第１
、第２の磁電変換素子と、該磁電変換素子の出力により
、電磁石の磁極面と磁性体円環外周面との距離に対応す
る第１、第２の位置検知信号を得る第１、第２の位置検
知回路と、各磁電変換素子のそれぞれに対応する電磁石
の励磁電流を位置検知信号により制御して、電磁石の各
磁極と磁性体円環外周面との距離が等しくなるように励
磁コイルを通電する第１、第２のサーボ回路とより構成
されたことを特徴とする磁気軸承装置。