(57)【要約】【課題】負荷の変動幅の変化に伴う磁気軸受の制御性の劣化を抑制する。【解決手段】磁気軸受本体（21）は、少なくとも一対の制御電磁石（201,203）の合成電磁力（F）により回転軸（33）を非接触に支持する。制御部（11）は、一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に流れる制御電流（Id）の変動幅の広さに依存する変動指標値が予め定められた目標変動指標値に近づくように、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合を制御する。【選択図】図５
2014228091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（33）の被支持部（33a）を挟んで対向するとともに各々が制御コイル（23d）およびバイアスコイル（23b）を有する少なくとも一対の制御電磁石（201,203）を有し、該少なくとも一対の制御電磁石（201,203）の合成電磁力（F）により該回転軸（33）を非接触に支持する磁気軸受本体（21）と、
上記一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に流れる制御電流（Id）の変動幅の広さに依存する変動指標値が予め定められた目標変動指標値に近づくように、該制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を制御する制御部（11）とを備えている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記変動指標値は、上記一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に流れる制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の変動幅の広さを示す変動幅値（R1）に相当し、
上記目標変動指標値は、上記変動幅値（R1）に対して予め定められた目標変動幅値（R0）に相当する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項３】
請求項１において、
上記変動指標値は、上記一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に印加される制御コイル電圧（Vd）の正電圧期間の時比率と負電圧期間の時比率との差と相関のある時比率相関値（DY1）の絶対値に相当し、
上記目標変動指標値は、上記時比率相関値（DY1）に対して予め定められた目標時比率相関値（DY0）に相当する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記一対の制御電磁石（201,203）のバイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値を制御することにより、該一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に流れる制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を制御するように構成されている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記制御電流（Id）の電流値と予め定められた制限値（PL,NL）との差に依存する飽和余裕度が予め定められた基準飽和余裕度よりも低い場合に、上記目標変動指標値を減少させるように構成されている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記制御電流（Id）の電流値とゼロとの差に依存するゼロクロス余裕度が予め定められた基準ゼロクロス余裕度よりも低い場合に、上記目標変動指標値を増加させるように構成されている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記目標変動指標値を基準とする許容範囲内に上記変動指標値が収まっている場合には、上記制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を変更しないように構成されている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記変動指標値と上記目標変動指標値との差分値が大きいほど、上記制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合の変更量を多くするように構成されている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合が予め定められた制限割合よりも低くならないように、該制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を制御するように構成されている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の平均値の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、該制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を制御するように構成されている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の平均値の所定周波数以上の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、該制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を制御するように構成されている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記制御電流（Id）と相関のある制御相関変数が予め定められた正常範囲から逸脱した場合に、該制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を減少させるように構成されている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の磁気軸受装置（10）と、
上記磁気軸受装置（10）によって回転軸（33）が非接触に支持される電動機（30）と、
上記電動機（30）によって駆動される圧縮機構とを備えている
ことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気軸受に関し、特に、磁気軸受の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の電磁石の合成電磁力により回転軸を非接触に支持する磁気軸受が知られている。また、このような磁気軸受の一種として、複数のティースの各々に対して制御コイルおよびバイアスコイルを巻回することにより複数の電磁石が構成されている磁気軸受がある（例えば、特許文献１など）。このような磁気軸受では、回転軸の位置偏差に応じて変化する制御電流を制御コイルに流すとともに、バイアス電流（固定電流）をバイアスコイルに流すことにより、制御電流と合成電磁力との間の線形性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４８６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような磁気軸受では、負荷の変動に伴って制御電流が変動する。そのため、負荷の変動幅が広くなって制御電流の変動幅が広くなると、制御電流の電流値が飽和値に到達して制御電流が飽和し、制御電流の波形が歪んでしまう可能性がある。このように制御電流の波形が歪むと、合成電磁力に誤差が生じてしまうので、磁気軸受の制御性（具体的には、制御電流の指令値と合成電磁力との間の線形性）が劣化してしまう。なお、この合成電磁力の誤差は、制御電流の変動量に対する波形歪み量の割合が大きくなるほど顕著になる傾向にある。また、負荷がゼロを跨いで変動する場合、制御電流もゼロを跨いで変動することになる。この場合、制御電流のゼロクロスの際にデッドタイムが発生して制御電流の波形が歪んでしまう。また、ゼロを跨いで変動する負荷の変動幅が狭くなって制御電流の変動幅が狭くなると、制御電流の変動幅に対する波形歪み量（ゼロクロスによる波形歪み量）の割合が増加して合成電磁力の誤差が顕著になってしまう可能性がある。このように、上記のような磁気軸受では、負荷の変動幅の変化に伴って制御電流の変動幅が変化してしまうので、磁気軸受の制御性の劣化を抑制することが困難である。
【０００５】
そこで、この発明は、負荷の変動幅の変化に伴う制御性の劣化を抑制することが可能な磁気軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、回転軸（33）の被支持部（33a）を挟んで対向するとともに各々が制御コイル（23d）およびバイアスコイル（23b）を有する少なくとも一対の制御電磁石（201,203）を有し、該少なくとも一対の制御電磁石（201,203）の合成電磁力（F）により該回転軸（33）を非接触に支持する磁気軸受本体（21）と、上記一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に流れる制御電流（Id）の変動幅の広さに依存する変動指標値が予め定められた目標変動指標値に近づくように、該制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を制御する制御部（11）とを備えていることを特徴とする磁気軸受装置である。
【０００７】
上記第１の発明では、制御電流（Id）の変動幅の広さに依存する変動指標値が目標変動指標値に近づくように制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合（以下、「変動量割合」と表記）を制御することにより、負荷（LD）の変動幅が変化した場合であっても制御電流（Id）の変動幅を一定に維持することができる。これにより、負荷（LD）の変動幅が広くなった場合に制御電流（Id）が飽和して制御電流（Id）の波形が歪んでしまう可能性を低減することができる。すなわち、制御電流（Id）の飽和による波形歪みの発生を抑制することができる。また、ゼロを跨いで変動する負荷（LD）の変動幅が狭くなった場合に制御電流（Id）の変動量に対する波形歪み量（ゼロクロスによる波形歪み量）の割合が増加して合成電磁力（F）の誤差が顕著になってしまう可能性を低減することができる。すなわち、制御電流（Id）の波形歪み割合の増加に伴う合成電磁力（F）の誤差の顕著化を抑制することができる。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記変動指標値が、上記一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に流れる制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の変動幅の広さを示す変動幅値（R1）に相当し、上記目標変動指標値が、上記変動幅値（R1）に対して予め定められた目標変動幅値（R0）に相当することを特徴とする磁気軸受装置である。
【０００９】
上記第２の発明では、一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に流れる制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の変動幅の広さを示す変動幅値（R1）が予め定められた目標変動幅値（R0）に近づくように変動量割合を制御することにより、負荷（LD）の変動幅が変化した場合であっても制御電流（Id）の変動幅を一定に維持することができる。
【００１０】
第３の発明は、上記第１の発明において、上記変動指標値が、上記一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に印加される制御コイル電圧（Vd）の正電圧期間の時比率と負電圧期間の時比率との差と相関のある時比率相関値（DY1）の絶対値に相当し、上記目標変動指標値が、上記時比率相関値（DY1）に対して予め定められた目標時比率相関値（DY0）に相当することを特徴とする磁気軸受装置である。
【００１１】
上記第３の発明では、一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に印加される制御コイル電圧（Vd）の正電圧期間の時比率と負電圧期間の時比率との差と相関のある時比率相関値（DY1）の絶対値が予め定められた目標時比率相関値（DY0）に近づくように変動量割合を制御することにより、負荷（LD）の変動幅が変化した場合であっても制御電流（Id）の変動幅を一定に維持することができる。
【００１２】
第４の発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか１つにおいて、上記制御部（11）が、上記一対の制御電磁石（201,203）のバイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値を制御することにより、該一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d）に流れる制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を制御するように構成されていることを特徴とする磁気軸受装置である。
【００１３】
上記第４の発明では、バイアス電流（Ib）の電流値を制御することにより、変動量割合を制御することができる。
【００１４】
第５の発明は、上記第１〜第４の発明のいずれか１つにおいて、上記制御部（11）が、上記制御電流（Id）の電流値と予め定められた制限値（PL,NL）との差に依存する飽和余裕度が予め定められた基準飽和余裕度よりも低い場合に、上記目標変動指標値を減少させるように構成されていることを特徴とする磁気軸受装置である。
【００１５】
上記第５の発明では、飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低い場合に目標変動指標値を減少させることにより、制御電流（Id）の電流値が飽和値（PS,NS）に到達してしまう可能性をさらに低減することができる。すなわち、制御電流（Id）の飽和による制御電流（Id）の波形歪みの発生をさらに抑制することができる。
【００１６】
第６の発明は、上記第１〜第５の発明のいずれか１つにおいて、上記制御部（11）が、上記制御電流（Id）の電流値とゼロとの差に依存するゼロクロス余裕度が予め定められた基準ゼロクロス余裕度よりも低い場合に、上記目標変動指標値を増加させるように構成されていることを特徴とする磁気軸受装置である。
【００１７】
上記第６の発明では、ゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低い場合に目標変動指標値を増加させることにより、制御電流（Id）の変動量に対する波形歪み量（ゼロクロスによる波形歪み量）の割合が増加してしまう可能性をさらに低減することができる。すなわち、制御電流（Id）の波形歪み割合の増加に伴う合成電磁力（F）の誤差の顕著化をさらに抑制することができる。
【００１８】
第７の発明は、上記第１〜第６の発明のいずれか１つにおいて、上記制御部（11）が、上記目標変動指標値を基準とする許容範囲内に上記変動指標値が収まっている場合には、上記制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を変更しないように構成されていることを特徴とする磁気軸受装置である。
【００１９】
第８の発明は、上記第１〜第７の発明のいずれか１つにおいて、上記制御部（11）が、上記変動指標値と上記目標変動指標値との差分値が大きいほど、上記制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合の変更量を多くするように構成されていることを特徴とする磁気軸受装置である。
【００２０】
第９の発明は、上記第１〜第８の発明のいずれか１つにおいて、上記制御部（11）が、上記制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合が予め定められた制限割合よりも低くならないように、該制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を制御するように構成されていることを特徴とする磁気軸受装置である。
【００２１】
上記第９の発明では、変動量割合の過小化を防止することができる。
【００２２】
第１０の発明は、上記第１〜第９の発明のいずれか１つにおいて、上記制御部（11）が、上記制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の平均値の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、該制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を制御するように構成されていることを特徴とする磁気軸受装置である。
【００２３】
第１１の発明は、上記第１〜第９の発明のいずれか１つにおいて、上記制御部（11）が、上記制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の平均値の所定周波数以上の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、該制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を制御するように構成されていることを特徴とする磁気軸受装置である。
【００２４】
上記第１０および第１１の発明では、制御電流（Id）の電流値が安定している状態において変動量割合を制御することができる。
【００２５】
第１２の発明は、上記第１〜第１１の発明のいずれか１つにおいて、上記制御部（11）が、上記制御電流（Id）と相関のある制御相関変数が予め定められた正常範囲から逸脱した場合に、該制御電流（Id）の変動量に対する上記合成電磁力（F）の変動量の割合を減少させるように構成されていることを特徴とする磁気軸受装置である。
【００２６】
上記第１２の発明では、負荷（LD）の変動幅が突発的に過大化した場合に、変動量割合を低下させて制御電流（Id）の変動幅を迅速に狭くすることができる。
【００２７】
第１３の発明は、上記第１〜第１２の発明のいずれか１つである磁気軸受装置（10）と、上記磁気軸受装置（10）によって回転軸（33）が非接触に支持される電動機（30）と、上記電動機（30）によって駆動される圧縮機構とを備えていることを特徴とする圧縮機である。
【００２８】
上記第１３の発明では、負荷（LD）の変動幅の変化に伴う磁気軸受装置（10）の制御性の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２９】
第１〜第３の発明によれば、制御電流（Id）の飽和による波形歪みの発生を抑制することができるとともに、制御電流（Id）の波形歪み割合の増加に伴う合成電磁力の誤差の顕著化を抑制することができるので、負荷（LD）の変動幅の変化に伴う磁気軸受装置（10）の制御性の劣化を抑制することができる。
【００３０】
第４の発明によれば、バイアス電流（Ib）の電流値を制御して変動量割合を制御することにより、制御電流（Id）の変動幅を制御することができる。
【００３１】
第５の発明によれば、制御電流（Id）の飽和による制御電流（Id）の波形歪みの発生をさらに抑制することができるので、負荷（LD）の変動幅の変化に伴う磁気軸受装置（10）の制御性の劣化をさらに抑制することができる。
【００３２】
第６の発明によれば、制御電流（Id）の波形歪み割合の増加に伴う合成電磁力（F）の誤差の顕著化をさらに抑制することができるので、負荷（LD）の変動幅の変化に伴う磁気軸受装置（10）の制御性の劣化をさらに抑制することができる。
【００３３】
第７の発明によれば、変動指標値が許容範囲内に収まっている場合に変動量割合を変更しないように制御することにより、変動量割合の制御における安定性を向上させることができる。
【００３４】
第８の発明によれば、変動指標値と目標変動指標値との差分値が大きいほど変動量割合の変更量を多くするように制御することにより、変動量割合の制御が安定するまでに要する時間を短縮することができる。
【００３５】
第９の発明によれば、変動量割合の過小化を防止することができるので、位置制御の安定性を維持することができる。
【００３６】
第１０および第１１の発明によれば、制御電流（Id）の電流値が安定している状態において変動量割合を制御することができるので、変動量割合の制御における安定性を向上させることができる。
【００３７】
第１２の発明によれば、負荷（LD）の変動幅が突発的に過大化した場合に変動量割合を低下させて制御電流（Id）の変動幅を迅速に狭くすることができるので、制御電流（Id）の飽和状態の長期化による磁気軸受装置（10）の制御性の劣化を抑制することができる。
【００３８】
第１３の発明によれば、負荷（LD）の変動幅の変化に伴う磁気軸受装置（10）の制御性の劣化を抑制することができるので、圧縮機（1）の駆動効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】磁気軸受装置を備えた圧縮機の構成例について説明するための概略図。
【図２】磁気軸受本体の構成例について説明するための横断面図。
【図３】磁気軸受本体の構成例について説明するための縦断面図。
【図４】制御電流と合成電磁力との関係について説明するためのグラフ。
【図５】制御部の構成例について説明するためのブロック図。
【図６】制御電源回路の構成例について説明するためのブロック図。
【図７】実施形態１による磁気軸受装置の動作（バイアス電流の制御）について説明するためのフローチャート。
【図８】実施形態１による磁気軸受装置の動作（バイアス電流の制御）について説明するためのタイミングチャート。
【図９】実施形態１による磁気軸受装置の動作（バイアス電流の制御）について説明するためのタイミングチャート。
【図１０】実施形態１による磁気軸受装置の動作（バイアス電流の制御）について説明するためのタイミングチャート。
【図１１】飽和余裕度の具体例について説明するための波形図。
【図１２】ゼロクロス余裕度の具体例について説明するための波形図。
【図１３】実施形態２による磁気軸受装置の動作（目標変動幅値の制御）について説明するためのフローチャート。
【図１４】実施形態２による磁気軸受装置の動作（目標変動幅値の制御）について説明するためのタイミングチャート。
【図１５】実施形態２による磁気軸受装置の動作（目標変動幅値の制御）について説明するためのタイミングチャート。
【図１６】実施形態２による磁気軸受装置の動作（目標変動幅値の制御）について説明するためのタイミングチャート。
【図１７】飽和余裕度の変形例１について説明するための波形図。
【図１８】飽和余裕度の変形例２について説明するための波形図。
【図１９】飽和余裕度の変形例３について説明するための波形図。
【図２０】ゼロクロス余裕度の変形例１について説明するための波形図。
【図２１】ゼロクロス余裕度の変形例２について説明するための波形図。
【図２２】ゼロクロス余裕度の変形例３について説明するための波形図。
【図２３】制御電圧指令値とデューティ比指令値との関係について説明するためのグラフ。
【図２４】デューティ比指令値と制御コイル電圧との関係について説明するための波形図。
【図２５】実施形態３による磁気軸受装置の動作（バイアス電流の制御）について説明するためのフローチャート。
【図２６】実施形態３による磁気軸受装置の動作（バイアス電流の制御）について説明するためのタイミングチャート。
【図２７】実施形態３による磁気軸受装置の動作（バイアス電流の制御）について説明するためのタイミングチャート。
【図２８】実施形態３による磁気軸受装置の動作（バイアス電流の制御）について説明するためのタイミングチャート。
【図２９】制御コイル電圧の制御方式の変形例１における制御電圧指令値とデューティ比指令値との関係について説明するためのグラフ。
【図３０】制御コイル電圧の制御方式の変形例１におけるデューティ比指令値と制御コイル電圧との関係について説明するための波形図。
【図３１】制御電源回路の変形例について説明するためのブロック図。
【図３２】制御コイル電圧の制御方式の変形例２における制御電圧指令値とデューティ比指令値との関係について説明するためのグラフ。
【図３３】制御コイル電圧の制御方式の変形例２におけるデューティ比指令値と制御コイル電圧との関係について説明するための波形図。
【図３４】実施形態４による磁気軸受装置の動作（目標時比率相関値の制御）について説明するためのフローチャート。
【図３５】磁気軸受装置の動作の変形例１について説明するためのフローチャート。
【図３６】磁気軸受装置の動作の変形例２について説明するためのフローチャート。
【図３７】磁気軸受装置の動作の変形例３について説明するためのフローチャート。
【図３８】磁気軸受装置の動作の変形例４について説明するためのフローチャート。
【図３９】磁気軸受装置の動作の変形例４について説明するためのタイミングチャート。
【図４０】磁気軸受装置の動作の変形例４について説明するためのタイミングチャート。
【図４１】磁気軸受本体の変形例１について説明するための横断面図。
【図４２】磁気軸受本体の変形例１について説明するための縦断面図。
【図４３】磁気軸受本体の変形例２について説明するための横断面図。
【図４４】磁気軸受本体の変形例２について説明するための縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
【００４１】
（実施形態１）
図１は、実施形態１による磁気軸受装置（10）を備える圧縮機（1）の構成例を示している。この例では、圧縮機（1）は、ターボ圧縮機である。圧縮機（1）は、磁気軸受装置（10）の他に、電動機（30）と、ケーシング（40）と、羽根車（50）と、２つのタッチダウン軸受（60,60）とを備えている。圧縮機（1）は、例えば、冷媒が循環して冷凍サイクル運転動作を行う冷媒回路（図示を省略）に接続され、冷媒を圧縮するものである。
【００４２】
ケーシング（40）は、両端が閉塞された円筒状に形成され、円筒軸線が水平向きとなるように配置されている。ケーシング（40）内の空間は、壁部（41）によって区画されている。壁部（41）よりも右側の空間が、羽根車（50）を収容するインペラ室（42）を形成し、壁部（41）よりも左側の空間が、電動機（30）を収容する電動機空間（43）を形成している。また、インペラ室（42）の外周側には、インペラ室（42）と連通する圧縮空間（42a）が形成されている。さらに、ケーシング（40）には、外部からの気体（例えば、冷凍回路からの冷媒）をインペラ室（42）へ導くための吸入管（44）と、インペラ室（42）内で圧縮された高圧の気体を外部（例えば、冷媒回路）へ戻すための吐出管（45）とが接続されている。羽根車（50）は、複数の羽根によって外形が略円錐形状となるように形成されている。羽根車（50）は、インペラ室（42）内に収容されている。
【００４３】
電動機（30）は、ケーシング（40）内に収容され、羽根車（50）を駆動する。この例では、電動機（30）は、いわゆる永久磁石同期モータである。電動機（30）は、ステータ（31）と、ロータ（32）と、回転軸（33）とを備えている。ステータ（31）は、ケーシング（40）の内周壁に固定されている。ロータ（32）は、所定の距離を隔ててステータ（31）に対向するようにステータ（31）に挿入されている。回転軸（33）は、その軸心がロータ（32）の軸心と同軸となるようにロータ（32）に固定されている。羽根車（50）は、回転軸（33）の一端に固定されている。タッチダウン軸受（60,60）は、例えば、玉軸受で構成され、磁気軸受装置（10）の非通電時に回転軸（33）を支持する。
【００４４】
〔磁気軸受装置〕
磁気軸受装置（10）は、１または複数（この例では、２つ）の磁気軸受本体（21,21）と、制御部（11）とを備えている。磁気軸受本体（21,21）は、互いに同一の構成を有している。磁気軸受本体（21）は、後に詳述するように、回転軸（33）の被支持部（33a）を挟んで対向する少なくとも一対の制御電磁石を有し、それらの制御電磁石の合成電磁力により回転軸（33）を非接触に支持するように構成されている。制御部（11）は、磁気軸受本体（21,21）の動作を制御するように構成されている。
【００４５】
なお、以下の説明において、軸方向とは、回転軸方向であって、回転軸（33）の軸心の方向をいい、径方向とは、回転軸（33）の軸方向と直交する方向をいう。また、外周側とは、回転軸（33）の軸心からより遠い側をいい、内周側とは、回転軸（33）の軸心により近い側をいう。
【００４６】
〈磁気軸受本体〉
次に、図２および図３を参照して、磁気軸受本体（21）について説明する。図２は、図１に示した磁気軸受本体（21）の横断面（回転軸に垂直な方向の断面）を示し、図３は、図１に示した磁気軸受本体（21）の縦断面（回転軸方向の断面）を示している。この例では、磁気軸受本体（21）は、ヘテロポーラ型のラジアル軸受を構成している。磁気軸受本体（21）は、コア部（22）と、複数（この例では、８つ）の制御コイル（23d-1,…,23d-8）と、複数（この例では、８つ）のバイアスコイル（23b-1,…,23b-8）とを備えている。
【００４７】
なお、以下の説明では、制御コイル（23d-1,…,23d-8）の総称を「制御コイル（23d）」と表記し、バイアスコイル（23b-1,…,23b-8）の総称を「バイアスコイル（23b）」と表記する。
【００４８】
《コア部》
コア部（22）は、電磁鋼板を積層して構成されている。また、コア部（22）は、バックヨーク部（22a）と、複数（この例では、８つ）のティース部（22b,…,22b）とを備えている。バックヨーク部（22a）は、略筒状に形成されている。ティース部（22b,…,22b）は、バックヨーク部（22a）と一体形成され、バックヨーク部（22a）の内周面から径方向内方へ向けて突出している。また、ティース部（22b,…,22b）は、バックヨーク部（22a）の内周に沿って４５°ピッチで配置されている。ティース部（22b）の内周側の面は、所定のギャップを隔てて回転軸（33）に対向している。
【００４９】
《制御コイルおよびバイアスコイル》
８つの制御コイル（23d-1,…,23d-8）および８つのバイアスコイル（23b-1,…,23b-8）は、８つのティース部（22b,…,22b）にそれぞれ巻回されている。これにより、８つの電磁石（24-1,…,24-8）が形成されている。また、制御コイル（23d-1,…,23d-8）およびバイアスコイル（23b-1,…,23b-8）の巻回方向，制御コイル（23d-1,…,23d-8）に流れる制御電流（Id）の向き，およびバイアスコイル（23b-1,…,23b-8）に流れるバイアス電流（Ib）の向きは、図２に示した矢印の方向に磁束が発生するように設定されている。
【００５０】
例えば、制御コイル（23d-1）は、制御コイル（23d-2）に繋がっている。また、バイアスコイル（23b-1）は、バイアスコイル（23b-2）に繋がっている。したがって、制御コイル（23d-1,23d-2）に制御電流（Id）を流すとともにバイアスコイル（23b-1,23b-2）にバイアス電流（Ib）を流すことにより、径方向の吸引力（電磁力（FL））を発生させることができる。すなわち、この例では、２つの電磁石（24-1,24-2）によって、径方向に吸引力（電磁力（FL））を発生させる制御電磁石（201）が構成されている。これと同様に、制御コイル（23d-5）は、制御コイル（23b-6）に繋がり、バイアスコイル（23b-5）は、バイアスコイル（23b-6）に繋がっている。これにより、２つの電磁石（24-5,24-6）によって、径方向に吸引力（電磁力（FU））を発生させる制御電磁石（203）が構成されている。
【００５１】
また、制御コイル（23d-3,23d-7）は、制御コイル（23b-4,23b-8）にそれぞれ繋がり、バイアスコイル（23b-3,23b-7）は、バイアスコイル（23b-4,23b-8）にそれぞれ繋がっている。これにより、制御電磁石（202,204）がそれぞれ構成されている。
【００５２】
《制御電磁石》
制御電磁石（201）は、回転軸（33）の被支持部（33a）を挟んで制御電磁石（203）に対向している。また、制御電磁石（201）の制御コイル（23d-1,23d-2）および制御電磁石（203）の制御コイル（23d-5,23d-6）は、電気的に直列に接続され、制御電磁石（201）のバイアスコイル（23b-1,23b-2）および制御電磁石（203）のバイアスコイル（23b-5,23b-6）は、電気的に直列に接続されている。すなわち、制御コイル（23d-1,23d-2,23d-5,23d-6）には共通の制御電流（Id）が流れ、バイアスコイル（23b-1,23b-2,23b-5,23b-6）には共通のバイアス電流（Ib）が流れることになる。したがって、制御コイル（23d-1,23d-2,23d-5,23d-6）に流れる制御電流（Id）およびバイアスコイル（23b-1,23b-2,23b-5,23b-6）に流れるバイアス電流（Ib）を制御することにより、制御電磁石（201,203）の合成電磁力（F）を制御でき、その結果、制御電磁石（201,203）が互いに対向する方向において回転軸（33）の径方向位置を制御することが可能となる。一対の制御電磁石（202,204）についても同様である。このようにして、回転軸（33）を非接触に支持することができる。
【００５３】
〈制御電流およびバイアス電流〉
制御電流（Id）は、一対の制御電磁石（201,203）（または、一対の制御電磁石（202,204））の合成電磁力（F）の方向や大きさを定めるための電流である。一方、バイアス電流（Ib）は、制御電流（Id）の電流値と合成電磁力（F）との関係を線形的にするための電流である。合成電磁力（F）は、バイアス電流（Ib）および制御電流（Id）を用いて、次の数１のように表現することができる。なお、数１において、「Ｋ」は、磁気軸受本体（21）の寸法構造などによって決まる比例定数である。
【００５４】
【数１】
2014228091.tif 000003
【００５５】
数１より、制御電流（Id）の電流値（または、バイアス電流（Ib）の電流値）が高くなるほど、合成電磁力（F）が大きくなることが分かる。
【００５６】
〈制御電流の変動〉
制御電流（Id）は、回転軸（33）に加えられる負荷（LD）と合成電磁力（F）とが互いに釣り合うように制御される。例えば、負荷（LD）が大きくなると、制御電流（Id）の電流値が増加して合成電磁力（F）が大きくなる。このようにして、負荷（LD）と合成電磁力（F）との釣り合いが維持される。また、負荷（LD）の変動幅が広くなると、合成電磁力（F）の変動幅を広くするために、制御電流（Id）の変動幅も広くなる。このように、制御電流（Id）の変動幅は、負荷（LD）の変動幅の変化に伴って変化することになる。
【００５７】
また、図４のように、制御電流（Id）の変動幅が広くなるほど、合成電磁力（F）の変動幅が広くなる。制御電流（Id）と合成電磁力（F）との関係は、バイアス電流（Ib）の電流値が比較的高い場合には、図４に示した直線（L1）のような関係となり、バイアス電流（Ib）の電流値が比較的低い場合には、図４に示した直線（L2）のような関係となる。このように、バイアス電流（Ib）の電流値が高くなるほど、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合が高くなる。すなわち、バイアス電流（Ib）の電流値を制御することにより、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合を制御することができる。また、負荷（LD）の変動幅が一定である場合（すなわち、合成電磁力（F）の変動幅が一定である場合）、バイアス電流（Ib）の電流値が高くなるほど、制御電流（Id）の変動幅が狭くなることになる。
【００５８】
〈制御部〉
次に、制御部（11）について説明する。制御部（11）は、制御電磁石の組合せ（図２では、制御電磁石（201,203）の組合せと、制御電磁石（202,204）の組合せ）の各々に対して、以下の処理を実行する。以下では、制御電磁石（201,203）の組合せに関連する処理を例に挙げて説明する。すなわち、制御電磁石（201）および制御電磁石（203）の合成電磁力（F）によって回転軸（33）の位置（径方向における位置）を制御する場合を例に挙げて説明する。
【００５９】
制御部（11）は、一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d-1,23d-2,23d-5,23d-6）に流れる制御電流（Id）の電流値を制御することにより、回転軸（33）の位置制御を行う。また、制御部（11）は、一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d-1,23d-2,23d-5,23d-6）に流れる制御電流（Id）の変動幅の広さに依存する変動指標値が予め定められた目標変動指標値に近づくように、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合を制御する。この例では、制御部（11）は、一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d-1,23d-2,23d-5,23d-6）に流れる制御電流（Id）と相関のある制御相関変数（この例では、制御電流（Id）の電流値）の変動幅の広さを示す変動幅値（R1）が予め定められた目標変動幅値（R0）に近づくように、一対の制御電磁石（201,203）のバイアスコイル（23b-1,23b-2,23b-5,23b-6）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値を制御する。すなわち、この例では、制御電流（Id）と相関のある制御相関変数（より具体的には、制御電流（Id）の電流値）の変動幅の広さを示す変動幅値（R1）が「変動指標値」に相当し、変動幅値（R1）に対して予め定められた目標変動幅値（R0）が「目標変動指標値」に相当する。
【００６０】
〈制御部の詳細〉
次に、図５を参照して、制御部（11）について詳細に説明する。制御部（11）は、制御電磁石の組合せ（図２では、制御電磁石（201,203）の組合せと、制御電磁石（202,204）の組合せ）の各々に対して、ギャップセンサ（101）と、制御電流検出器（102d）と、バイアス電流検出器（102b）と、演算回路（103）と、制御電源回路（104d）と、バイアス電源回路（104b）とを備えている。
【００６１】
《ギャップセンサおよび電流検出器》
ギャップセンサ（101）は、回転軸（33）の径方向位置（回転軸位置（P1））を検出するように構成されている。例えば、ギャップセンサ（101）は、ケーシング（40）に取り付けられている。制御電流検出器（102d）は、制御電流（Id）の電流値を検出するように構成されている。バイアス電流検出器（102b）は、バイアス電流（Ib）の電流値を検出するように構成されている。
【００６２】
《演算回路》
演算回路（103）は、位置偏差演算部（111）と、制御電流指令演算部（112）と、制御電圧指令演算部（113）と、バイアス電流指令演算部（114）と、バイアス電圧指令演算部（115）とを備えている。
【００６３】
−位置偏差演算部−
位置偏差演算部（111）は、ギャップセンサ（101）によって検出された回転軸位置（P1）と外部からの位置指令に示された目標位置（P0）（回転軸（33）の径方向における目標位置）との差分値を位置偏差値（P2）として出力する。例えば、位置偏差演算部（111）は、目標位置（P0）から回転軸位置（P1）を減算することにより位置偏差値（P2）を算出する。
【００６４】
−制御電流指令演算部−
制御電流指令演算部（112）は、位置偏差演算部（111）からの位置偏差値（P2）に応じて制御電流（Id）の指令値を周期的に更新する。例えば、制御電流指令演算部（112）は、位置偏差値（P2）の正負に応じて制御電流（Id）の指令値の正負を設定し、位置偏差値（P2）の絶対値が大きくなるほど制御電流（Id）の指令値の絶対値を大きくする。
【００６５】
−制御電圧指令演算部−
制御電圧指令演算部（113）は、制御電流指令演算部（112）によって設定された制御電流（Id）の指令値に基づいて、制御コイル（23d）に対応する制御電圧指令値（Sd）を出力する。制御電圧指令値（Sd）は、制御コイル（23d）に印加すべき制御コイル電圧（Vd）の電圧値を示している。さらに、制御電圧指令演算部（113）は、制御電流検出器（102d）によって検出される制御電流（Id）の電流値が制御電流（Id）の指令値に近づくように、制御電圧指令値（Sd）をフィードバック制御する。
【００６６】
−バイアス電流指令演算部−
バイアス電流指令演算部（114）は、制御電流検出器（102d）によって検出された制御電流（Id）に基づいて、制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出する。例えば、バイアス電流指令演算部（114）は、所定期間内において制御電流検出器（102d）によって検出された制御電流（Id）の電流値の中から最大値および最小値を検出し、それらの最大値と最小値との差分値（最大値から最小値を減算して得られる値の絶対値）を、その所定期間内における制御電流（Id）の変動幅値（R1）として検出しても良い。そして、バイアス電流指令演算部（114）は、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が予め定められた目標変動幅値（R0）に近づくように、バイアス電流（Ib）の指令値を周期的に更新する。なお、バイアス電流（Ib）の更新周期は、制御電流（Id）の更新周期よりも長くても良いし短くても良い。
【００６７】
−バイアス電圧指令演算部−
バイアス電圧指令演算部（115）は、バイアス電流指令演算部（114）によって設定されたバイアス電流（Ib）の指令値に基づいて、バイアスコイル（23b）に対応するバイアス電圧指令値（Sb）を出力する。バイアス電圧指令値（Sb）は、バイアスコイル（23b）に印加すべきバイアスコイル電圧（Vb）の電圧値を示している。さらに、バイアス電圧指令演算部（115）は、バイアス電流検出器（102b）によって検出されるバイアス電流（Ib）の電流値がバイアス電流（Ib）の指令値に近づくように、バイアス電圧指令値（Sb）をフィードバック制御する。
【００６８】
《制御電源回路》
制御電源回路（104d）は、制御コイル（23d）に制御コイル電圧（Vd）を印加する。また、制御電源回路（104d）は、演算回路（103）からの制御電圧指令値（Sd）に応じて、制御コイル電圧（Vd）の電圧値を変化させる。これにより、制御コイル（23d）に流れる制御電流（Id）の電流値を、演算回路（103）によって決定された制御電流（Id）の電流値（指令値）に設定することができる。
【００６９】
図６のように、制御電源回路（104d）は、スイッチング回路（120）と、デューティ比演算部（121）と、ＰＷＭアンプ（122）とを備えていても良い。すなわち、制御部（11）は、ＰＷＭスイッチング方式により制御電流（Id）およびバイアス電流（Ib）を制御するように構成されていても良い。
【００７０】
−スイッチング回路−
スイッチング回路（120）は、直流電源（130）と、インバータ（131,132）と、スイッチング素子（SW1,…,SW4）と、整流素子（D1,…,D4）とを備えている。スイッチング素子（SW1）のオン／オフは、Ｌ側ゲート信号（SGL）によって制御され、スイッチング素子（SW2）のオン／オフは、Ｌ側ゲート信号（SGL）の反転信号（すなわち、インバータ（131）によって反転されたＬ側ゲート信号（SGL））によって制御される。スイッチング素子（SW3）のオン／オフは、Ｒ側ゲート信号（SGR）によって制御され、スイッチング素子（SW4）のオン／オフは、Ｒ側ゲート信号（SGR）の反転信号（すなわち、インバータ（132）によって反転されたＲ側ゲート信号（SGR））によって制御される。
【００７１】
−デューティ比演算部−
デューティ比演算部（121）は、演算回路（103）からの制御電圧指令値（Sd）に基づいて、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）およびＲ側デューティ比指令値（DYR）を出力する。Ｌ側デューティ比指令値（DYL）は、Ｌ側ゲート信号（SGL）のデューティ比を示し、Ｒ側デューティ比指令値（DYR）は、Ｒ側ゲート信号（SGR）のデューティ比を示している。
【００７２】
−ＰＷＭアンプ−
ＰＷＭアンプ（122）は、Ｌ側ゲート信号（SGL）およびＲ側ゲート信号（SGR）を出力する。また、ＰＷＭアンプ（122）は、デューティ比演算部（121）からのＬ側デューティ比指令値（DYL）およびＲ側デューティ比指令値（DYR）に基づいて、Ｌ側ゲート信号（SGL）のデューティ比およびＬ側ゲート信号（SGR）のデューティ比をそれぞれ制御する。
【００７３】
《バイアス電源回路》
バイアス電源回路（104b）は、バイアスコイル（23b）にバイアスコイル電圧（Vb）を印加する。また、バイアス電源回路（104b）は、演算回路（103）からのバイアス電圧指令値（Sb）に応じて、バイアスコイル電圧（Vb）の電圧値を変化させる。これにより、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値を、演算回路（103）によって決定されたバイアス電流（Ib）の電流値（指令値）に設定することができる。なお、バイアス電源回路（104b）は、図６に示した制御電源回路（104d）と同様の構成を有していても良い。
【００７４】
〔位置制御系のループゲイン〕
なお、バイアス電流（Ib）の電流値が変化することにより位置制御系のループゲイン（例えば、位置偏差演算部（111）の出力（位置偏差値（P2））からギャップセンサ（101）の出力（回転軸位置（P1））までの信号増幅割合）が変化してしまう。そのため、バイアス電流（Ib）の電流値が変化しても位置制御系のループゲインが一定に維持されるように、バイアス電流（Ib）の電流値の変化に応じて位置制御系のループゲインを決定するパラメータを制御することが好ましい。
【００７５】
例えば、制御電流指令演算部（112）は、バイアス電流（Ib）の電流値が予め定められた初期値（例えば、初期状態のバイアス電流（Ib）の電流値）よりも大きくなるほど、位置偏差値（P2）の絶対値に対する制御電流（Id）の指令値の絶対値の割合が小さくなるように、制御電流（Id）の指令値を設定することが好ましい。逆に、制御電流指令演算部（112）は、バイアス電流（Ib）の電流値が初期値よりも小さくなるほど、位置偏差値（P2）の絶対値に対する制御電流（Id）の指令値の絶対値の割合が大きくなるように、制御電流（Id）の指令値を設定することが好ましい。このようにして制御電流（Id）の指令値を設定することにより、位置制御系のループゲインを予め定められたゲインに維持することができ、位置制御の安定性を維持することができる。
【００７６】
なお、この例では、位置制御系のループゲインは、位置偏差演算部（111），制御電流指令演算部（112），制御電圧指令演算部（113），制御電源回路（104d），制御コイル（23d），制御電磁石（201,203），ロータ運動系，ギャップセンサ（101）を経由する閉ループにおけるゲインに相当する。
【００７７】
〔磁気軸受装置の制御性〕
ここで、磁気軸受装置（10）の制御性（具体的には、制御電流（Id）の指令値と合成電磁力（F）との間の線形性）について説明する。負荷（LD）の変動幅が広くなって制御電流（Id）の変動幅が広くなると、制御電流（Id）の電流値が飽和値（正側飽和値（PS）または負側飽和値（NS））に到達して制御電流（Id）の波形が歪んでしまう可能性がある。なお、正側飽和値（PS）は、正の制御電流（Id）が飽和するときの電流値（制御電流（Id）の正側の変動限界値）であり、負側飽和値（NS）は、負の制御電流（Id）が飽和するときの電流値（制御電流（ID）の負側の変動限界値）である。このように制御電流（Id）の波形が歪むと、合成電磁力（F）に誤差が生じてしまうので、磁気軸受装置（10）の制御性が劣化してしまう。この合成電磁力（F）の誤差は、制御電流（Id）の変動量に対する波形歪み量の割合が大きくなるほど顕著になる傾向にある。
【００７８】
また、負荷（LD）がゼロを跨いで変動する場合、制御電流（Id）もゼロを跨いで変動することになる。この場合（特に、ＰＷＭスイッチング方式により制御電流（Id）を制御する場合）、制御電流（Id）のゼロクロスの際にデッドタイムが発生して制御電流（Id）の波形が歪んでしまう。ここで、負荷（LD）の変動幅が狭くなって制御電流（Id）の変動幅が狭くなると、制御電流（Id）の変動幅に対する波形歪み量（ゼロクロスによる波形歪み量）の割合が大きくなってしまうので、磁気軸受装置（10）の制御性の劣化が顕著になってしまう。
【００７９】
〔実施形態１による磁気軸受装置の動作〕
次に、図７を参照して、実施形態１による磁気軸受装置（10）の動作（バイアス電流（Ib）の制御）について説明する。
【００８０】
〈ステップ(ST101)〉
まず、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の更新タイミングが到来したか否かを判定する。更新タイミングが到来すると、ステップ（ST102）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST101）を繰り返す。
【００８１】
〈ステップ（ST102）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっているか否かを判定する。許容範囲（RR）は、目標変動幅値（R0）を基準とする範囲（例えば、目標変動幅値（R0）を中央値とする範囲）である。制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっている場合には、ステップ（ST106）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST103）へ進む。
【００８２】
〈ステップ（ST103）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が目標変動幅値（R0）よりも大きいか否かを判定する。制御電流（Id）の変動幅値（R1）が目標変動幅値（R0）よりも大きい場合には、ステップ（ST104）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST105）へ進む。
【００８３】
〈ステップ（ST104）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。このとき、バイアス電流指令演算部（114）は、制御電流（Id）の変動幅値（R1）と目標変動幅値（R0）との差分値（変動幅値（R1）から目標変動幅値（R0）を減算して得られる値の絶対値）が大きくなるほどバイアス電流（Ib）の増加量が多くなるように、バイアス電流（Ib）の指令値を変更しても良い。バイアス電流（Ib）の指令値の変更により、バイアス電圧指令値（Sb）が変更され、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値が増加する。これにより、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【００８４】
〈ステップ（ST105）〉
一方、ステップ（ST103）において制御電流（Id）の変動幅値（R1）が目標変動幅値（R0）よりも小さいと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を減少させる。このとき、バイアス電流指令演算部（114）は、制御電流（Id）の変動幅値（R1）と目標変動幅値（R0）との差分値（変動幅値（R1）から目標変動幅値（R0）を減算して得られる値の絶対値）が大きくなるほどバイアス電流（Ib）の減少量が多くなるように、バイアス電流（Ib）の指令値を変更しても良い。バイアス電流（Ib）の指令値の変更により、バイアス電圧指令値（Sb）が変更され、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値が減少する。これにより、制御電流（Id）の変動幅が広くなる。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【００８５】
〈ステップ（ST106）〉
また、ステップ（ST102）において制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっていると判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。この場合、バイアス電圧指令値（Sb）は変更されないので、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値は、変更されずにそのまま維持される。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【００８６】
〈ステップ（ST107）〉
次に、バイアス電流（Ib）の制御（すなわち、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合の制御）を継続する場合には、ステップ（ST101）へ進み、そうでない場合には、バイアス電流（Ib）の制御を終了する。
【００８７】
〔実施形態１による磁気軸受装置の動作の具体例〕
次に、図８，図９，図１０を参照して、実施形態１におけるバイアス電流（Ib）の制御について具体的に説明する。この例では、制御部（11）（より具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、時刻（t0,t1,t2,t3）の各々において、バイアス電流（Ib）の更新処理（すなわち、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合を更新するための処理）を実行するものとする。例えば、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）が到来すると、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間において制御電流検出器（102d）によって検出された制御電流（Id）の電流値に基づいて、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出し、その制御電流（Id）の変動幅値（R1）に基づいて、時刻（t1）におけるバイアス電流（Ib）の指令値を制御する。
【００８８】
〈正の範囲内で変動している負荷の変動幅が広くなる場合〉
図８のように、正の範囲内で変動している負荷（LD）の変動幅が時刻（t101）において広くなると、制御電流（Id）の変動幅も広くなる。その結果、制御電流（Id）の最大値が正側飽和値（PS）に近づくことになる。
【００８９】
次に、時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出する。この例では、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）を上回っているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。これにより、バイアス電流（Ib）の電流値が増加するので、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。その結果、制御電流（Id）の最大値が正側飽和値（PS）から遠ざかることになる。
【００９０】
次に、時刻（t3）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t2）から時刻（t3）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出する。この例では、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【００９１】
〈負の範囲内で変動している負荷の変動幅が広くなる場合〉
図９のように、負の範囲内で変動している負荷（LD）の変動幅が時刻（t102）において広くなると、制御電流（Id）の変動幅も広くなる。その結果、制御電流（Id）の最小値が負側飽和値（NS）に近づくことになる。
【００９２】
次に、時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出する。この例では、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）を上回っているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。これにより、バイアス電流（Ib）の電流値が増加するので、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。その結果、制御電流（Id）の最小値が負側飽和値（NS）から遠ざかることになる。
【００９３】
次に、時刻（t3）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t2）から時刻（t3）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出する。この例では、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【００９４】
〈ゼロを跨いで変動する負荷の変動幅が狭くなる場合〉
図１０のように、ゼロを跨いで変動する負荷（LD）の変動幅が時刻（t103）において狭くなると、制御電流（Id）の変動幅も狭くなる。その結果、制御電流（Id）の変動量に対する波形歪み量（ゼロクロスによる波形歪み量）の割合が大きくなる。
【００９５】
次に、時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出する。この例では、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）を下回っているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を減少させる。これにより、バイアス電流（Ib）の電流値が減少するので、制御電流（Id）の変動幅が広くなる。その結果、制御電流（Id）の変動量に対する波形歪み量（ゼロクロスによる波形歪み量）の割合が小さくなる。
【００９６】
次に、時刻（t3）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t2）から時刻（t3）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出する。この例では、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【００９７】
〔実施形態１による効果〕
以上のように、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が目標変動幅値（R0）に近づくようにバイアス電流（Ib）の電流値（すなわち、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合）を制御することにより、負荷（LD）の変動幅が変化した場合であっても制御電流（Id）の変動幅を一定に維持することができる。これにより、負荷（LD）の変動幅が広くなった場合に制御電流（Id）が飽和して制御電流（Id）の波形が歪んでしまう可能性を低減することができる。すなわち、制御電流（Id）の飽和による波形歪みの発生を抑制することができる。
【００９８】
また、負荷（LD）の変動幅が変化した場合であっても制御電流（Id）の変動幅を一定に維持することができるので、ゼロを跨いで変動する負荷（LD）の変動幅が狭くなった場合に制御電流（Id）の変動量に対する波形歪み量（ゼロクロスによる波形歪み量）の割合が増加して合成電磁力（F）の誤差が顕著になってしまう可能性を低減することができる。すなわち、制御電流（Id）の波形歪み割合の増加に伴う合成電磁力（F）の誤差の顕著化を抑制することができる。
【００９９】
このように、制御電流（Id）の飽和による波形歪みの発生を抑制することができるとともに、制御電流（Id）の波形歪み割合の増加に伴う合成電磁力の誤差の顕著化を抑制することができるので、負荷（LD）の変動幅の変化に伴う磁気軸受装置（10）の制御性（具体的には、制御電流（Id）の指令値と合成電磁力（F）との間の線形性）の劣化を抑制することができる。
【０１００】
また、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっている場合にバイアス電流（Ib）の電流値を変更しないように制御することにより、バイアス電流（Ib）の制御の安定性を向上させることができる。すなわち、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合（以下、「変動量割合」と表記）の制御における安定性を向上させることができる。
【０１０１】
さらに、制御電流（Id）の変動幅値（R1）と目標変動幅値（R0）との差分値（変動幅値（R1）から目標変動幅値（R0）を減算して得られる値の絶対値）が大きいほどバイアス電流（Ib）の変更量を多くするように制御することにより、バイアス電流（Ib）の制御（すなわち、変動量割合の制御）が安定するまでに要する時間を短縮することができる。
【０１０２】
また、負荷（LD）の変動幅の変化に伴う磁気軸受装置（10）の制御性の劣化を抑制することができるので、圧縮機（1）の駆動効率を向上させることができる。
【０１０３】
（実施形態２）
実施形態２による磁気軸受装置（10）の構成は、実施形態１による磁気軸受装置（10）の構成（図１，図２，図３，図５，図６に示した構成）と同様であるが、制御部（11）による処理が異なっている。実施形態２における制御部（11）は、実施形態１における制御部（11）による処理（制御電流（Ib）およびバイアス電流（Ib）の制御）に加えて、次の処理を実行するように構成されている。
【０１０４】
〈制御部〉
制御部（11）（より具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、飽和余裕度が予め定められた基準飽和余裕度よりも低い場合に、目標変動幅値（R0）を減少させるように構成されている。飽和余裕度は、制御電流（Id）の電流値と予め定められた制限値（正側制限値（PL），負側制限値（NL））との差に依存する評価値である。例えば、制御電流（Id）の電流値と制限値との差（絶対値）が小さくなるほど、飽和余裕度が低くなる。
【０１０５】
なお、正側制限値（PL）は、正側飽和値（PS）よりも低いか同等の電流値に設定され、負側制限値（NL）は、負側飽和値（NL）よりも高いか同等の電流値に設定される。この例では、正側制限値（PL）は、正側飽和値（PS）と同一の電流値に設定され、負側制限値（NL）は、負側飽和値（NS）と同一の電流値に設定されているものとする。
【０１０６】
また、制御部（11）（より具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、ゼロクロス余裕度が予め定められた基準ゼロクロス余裕度よりも低い場合に、目標変動幅値（R0）を増加させるように構成されている。ゼロクロス余裕度は、制御電流（Id）の電流値とゼロとの差（絶対値）に依存する評価値である。例えば、制御電流（Id）の電流値とゼロとの差が小さくなるほど、ゼロクロス余裕度が低くなる。
【０１０７】
《飽和余裕度の具体例》
例えば、図１１ａおよび図１１ｂのように、制御部（11）は、所定期間（PPP）内において制御電流（Id）と相関のある制御相関変数（この例では、制御電流（Id）の電流値）が予め定められた余裕範囲（R100）内に収まっている余裕期間（P100）の時間割合（所定期間（PPP）に対する余裕期間（P100）の時間割合）を、所定期間（PPP）内における飽和余裕度として検出しても良い。この場合、制御電流（Id）の電流値と制限値（正側制限値（PL），負側制限値（NL））との差（絶対値）が小さくなるほど、所定期間（PPP）に対する余裕期間（P100）の時間割合（すなわち、飽和余裕度）が低くなる。なお、所定期間（PPP）は、例えば、バイアス電流（Ib）の更新周期に相当する期間である。また、余裕範囲（R100）は、正側制限値（PL）と負側制限値（NL）との間の範囲内に設定される。
【０１０８】
《ゼロクロス余裕度の具体例》
また、図１２ａおよび図１２ｂのように、制御部（11）は、所定期間（PPP）内において制御電流（Id）と相関のある制御相関変数（この例では、制御電流（Id）の電流値）が予め定められた切迫範囲（R200）から逸脱している余裕期間（P200）の時間割合（所定期間（PPP）に対する余裕期間（P200）の時間割合）を、所定期間（PPP）内におけるゼロクロス余裕度として検出しても良い。この場合、制御電流（Id）の電流値とゼロとの差（絶対値）が小さくなるほど、所定期間（PPP）に対する余裕期間（P200）の時間割合（すなわち、ゼロクロス余裕度）が低くなる。
【０１０９】
〔動作〕
次に、実施形態２による磁気軸受装置（10）の動作（目標変動幅値（R0）の制御）について説明する。この磁気軸受装置（10）では、図７に示したステップ（ST101,…,ST107）に加えて、図１３に示したステップ（ST201,…,ST205）が実行される。
【０１１０】
〈ステップ（ST201）〉
更新タイミングが到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低いか否かを判定する。飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低い場合には、ステップ（ST205）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST202）へ進む。
【０１１１】
〈ステップ（ST202）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、ゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低いか否かを判定する。ゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低い場合には、ステップ（ST203）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST204）へ進む。
【０１１２】
〈ステップ（ST203）〉
ステップ（ST201）において飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも高いと判定され、且つ、ステップ（ST202）においてゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも高いと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を変更せずにそのまま維持する。次に、ステップ（ST102）へ進む。
【０１１３】
〈ステップ（ST204）〉
一方、ステップ（ST202）においてゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低いと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を増加させる。このとき、制御部（11）は、ゼロクロス余裕度と基準ゼロクロス余裕度との差分値（ゼロクロス余裕度から基準ゼロクロス余裕度を減算して得られた値の絶対値）が大きくなるほど目標変動幅値（R0）の増加量が多くなるように、目標変動幅値（R0）を変更しても良い。さらに、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を基準とする許容範囲（RR）を正の方向に移動させる（例えば、許容範囲（RR）の幅を変更せずに許容範囲（RR）の中央値が目標変動幅値（R0）に一致するように許容範囲（RR）を移動させる）。次に、ステップ（ST102）へ進む。
【０１１４】
〈ステップ（ST205）〉
また、ステップ（ST201）において飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低いと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を減少させる。このとき、制御部（11）は、飽和余裕度と基準飽和余裕度との差分値（飽和余裕度から基準飽和余裕度を減算して得られる値の絶対値）が大きいほど目標変動幅値（R0）の減少量が多くなるように、目標変動幅値（R0）を変更しても良い。さらに、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を基準とする許容範囲（RR）を負の方向に移動させる（例えば、許容範囲（RR）の幅を変更せずに許容範囲（RR）の中央値が目標変動幅値（R0）に一致するように許容範囲（RR）を移動させる）。次に、ステップ（ST102）へ進む。
【０１１５】
〔実施形態２による磁気軸受装置の動作の具体例〕
次に、図１４，図１５，図１６を参照して、目標変動幅値（R0）の制御について具体的に説明する。この例では、制御部（11）（より具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、時刻（t0,t1,t2,t3）の各々において、目標変動幅値（R0）の更新処理を実行した後にバイアス電流（Ib）の更新処理を実行するものとする。例えば、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）が到来すると、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間における飽和余裕度およびゼロクロス余裕度を検出し、それらの飽和余裕度およびゼロクロス余裕度に基づいて、時刻（t1）における目標変動幅値（R0）を制御する。
【０１１６】
〈正の範囲内で変動している負荷の変動幅が正の方向に移動した場合〉
図１４のように、正の範囲内で変動している負荷（LD）の変動幅が時刻（t201）において正の方向に移動すると、制御電流（Id）の変動幅も正の方向に移動する。その結果、制御電流（Id）の最大値が正側制限値（PL）（すなわち、正側飽和値（PS））に近づくことになる。この例では、制御電流（Id）の電流値と正側制限値（PL）との差が小さくなり、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低くなる。なお、制御電流（Id）の電流値とゼロとの差は十分に大きく、ゼロクロス余裕度は、基準ゼロクロス余裕度よりも高くなっている。
【０１１７】
次に、時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における飽和余裕度およびゼロクロス余裕度を検出する。この例では、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低くなっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を減少させるとともに、許容範囲（RR）を負の方向に移動させる。これにより、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）を上回ることになるので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。その結果、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値が増加するので、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。したがって、制御電流（Id）の最大値が正側制限値（PL）（すなわち、正側飽和値（PS））から遠ざかることになる。また、制御電流（Id）の最大値と正側制限値（PL）との差が大きくなることにより、飽和余裕度が高くなる（この例では、飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも高くなる）。
【０１１８】
次に、時刻（t3）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t2）から時刻（t3）までの期間における飽和余裕度およびゼロクロス余裕度を検出する。この例では、時刻（t2）から時刻（t3）までに期間における飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも高くなっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を変更せずにそのまま維持する。また、時刻（t2）から時刻（t3）までの制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【０１１９】
〈負の範囲内で変動している負荷の変動幅が負の方向に移動した場合〉
図１５のように、負の範囲内で変動している負荷（LD）の変動幅が時刻（t202）において負の方向に移動すると、制御電流（Id）の変動幅も負の方向に移動する。その結果、制御電流（Id）の最小値が負側制限値（NL）（すなわち、負側飽和値（NS））に近づくことになる。この例では、制御電流（Id）の電流値と負側制限値（NL）との差が小さくなり、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低くなる。なお、制御電流（Id）の電流値とゼロとの差は十分に大きく、ゼロクロス余裕度は、基準ゼロクロス余裕度よりも高くなっている。
【０１２０】
次に、時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における飽和余裕度およびゼロクロス余裕度を検出する。この例では、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低くなっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を減少させるとともに、許容範囲（RR）を負の方向に移動させる。これにより、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）を上回ることになるので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。その結果、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値が増加するので、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。したがって、制御電流（Id）の最小値が負側制限値（NL）（すなわち、負側飽和値（NS））から遠ざかることになる。また、制御電流（Id）の最小値と負側制限値（NL）との差が大きくなることにより、飽和余裕度が高くなる（この例では、飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも高くなる）。
【０１２１】
次に、時刻（t3）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t2）から時刻（t3）までの期間における飽和余裕度およびゼロクロス余裕度を検出する。この例では、時刻（t2）から時刻（t3）までに期間における飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも高くなっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を変更せずにそのまま維持する。また、時刻（t2）から時刻（t3）までの制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【０１２２】
〈負荷の変動幅が移動して負荷がゼロを跨いで変動するようになった場合〉
図１６のように、正の範囲内で変動する負荷（LD）の変動幅が時刻（t203）において負の方向に移動して負荷（LD）がゼロを跨いで変動するようになると、制御電流（Id）の変動幅も負の方向に移動して制御電流（Id）がゼロを跨いで変動するようになる。その結果、制御電流（Id）のゼロクロスの際に制御電流（Id）の波形歪み（ゼロクロスによる波形歪み）が発生することになる。この例では、制御電流（Id）の電流値とゼロとの差が小さくなり、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間におけるゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低くなる。なお、制御電流（Id）の電流値と制限値（正側制限値（PL），負側制限値（NL））との差は十分に大きく、飽和余裕度は、基準飽和余裕度よりも高くなっている。
【０１２３】
次に、時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における飽和余裕度およびゼロクロス余裕度を検出する。この例では、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間におけるゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低くなっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を増加させるとともに、許容範囲（RR）を正の方向に移動させる。これにより、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）を下回ることになるので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を減少させる。その結果、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値が減少するので、制御電流（Id）の変動幅が広くなる。したがって、制御電流（Id）の変動量に対する波形歪み量の割合が減少することになる。
【０１２４】
次に、時刻（t3）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t2）から時刻（t3）までの期間における飽和余裕度およびゼロクロス余裕度を検出する。この例では、時刻（t2）から時刻（t3）までに期間におけるゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低くなっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、目標変動幅値（R0）を増加させるとともに、許容範囲（RR）を正の方向に移動させる。この例では、時刻（t2）から時刻（t3）までの制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【０１２５】
〔実施形態２による効果〕
以上のように、飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低い場合に目標変動幅値（R0）を減少させることにより、制御電流（Id）の電流値が飽和値（正側飽和値（PS），負側飽和値（NS））に到達してしまう可能性をさらに低減することができる。すなわち、制御電流（Id）の飽和による制御電流（Id）の波形歪みの発生をさらに抑制することができる。
【０１２６】
また、ゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低い場合に目標変動幅値（R0）を増加させることにより、制御電流（Id）の変動量に対する波形歪み量（ゼロクロスによる波形歪み量）の割合が増加してしまう可能性をさらに低減することができる。すなわち、制御電流（Id）の波形歪み割合の増加に伴う合成電磁力（F）の誤差の顕著化をさらに抑制することができる。
【０１２７】
このように、制御電流（Id）の飽和による制御電流（Id）の波形歪みの発生をさらに抑制することができるとともに、制御電流（Id）の波形歪み割合の増加に伴う合成電磁力（F）の誤差の顕著化をさらに抑制することができるので、負荷（LD）の変動幅の変化に伴う磁気軸受装置（10）の制御性の劣化をさらに抑制することができる。
【０１２８】
なお、制御部（11）は、ゼロクロス余裕度に基づく制御処理（ST202,ST204）を実行した後に、飽和余裕度に基づく制御処理（ST201,ST205）を実行するように構成されていても良い。または、制御部（11）は、飽和余裕度に基づく制御処理（ST201,ST205）およびゼロクロス余裕度に基づく制御処理（ST202,ST204）のいずれか一方のみを実行するように構成されていても良い。例えば、飽和余裕度に基づく制御処理（ST201,ST205）のみを実行する場合、制御部（11）は、飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低い場合には、目標変動幅値（R0）を減少させ、飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも高い場合には、目標変動幅値（R0）を変更しない。
【０１２９】
〔飽和余裕度の変形例１〕
図１７ａおよび図１７ｂのように、制御部（11）は、所定期間（PPP）内における差分値（D101）および差分値（D102）のうち小さい方の差分値を、所定期間（PPP）内における飽和余裕度として検出しても良い。差分値（D101）は、所定期間（PPP）内における制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の平均値（この例では、制御電流（Id）の平均電流値（Iave））と正側制限値（PL）との差分値（平均電流値（Iave）から正側制限値（PL）を減算して得られる値の絶対値）に相当し、差分値（D102）は、所定期間（PPP）内における制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の平均値（この例では、制御電流（Id）の平均電流値（Iave））と負側制限値（NL）との差分値（平均電流値（Iave）から負側制限値（NL）を減算して得られる値の絶対値）に相当する。
【０１３０】
図１７ａのように制御電流（Id）が正の範囲内で変動している場合には、差分値（D101）が飽和余裕度して検出され、図１７ｂのように制御電流（Id）が負の範囲内で変動している場合には、差分値（D102）が飽和余裕度として検出されることになる。
【０１３１】
〔飽和余裕度の変形例２〕
図１８ａおよび図１８ｂのように、制御部（11）は、所定期間（PPP）内における差分値（D201）および差分値（D202）のうち小さい方の差分値を、所定期間（PPP）内における飽和余裕度として検出しても良い。差分値（D201）は、所定期間（PPP）内における制御相関変数の最大値（この例では、制御電流（Id）の最大電流値（Imax））と正側制限値（PL）との差分値（最大電流値（Imax）から正側制限値（PL）を減算して得られる値の絶対値）に相当し、差分値（D202）は、所定期間（PPP）内における制御相関変数の最小値（この例では、制御電流（Id）の最小電流値（Imin））と負側制限値（NL）との差分値（最小電流値（Imin）から負側制限値（NL）を減算して得られる値の絶対値）に相当する。
【０１３２】
図１８ａのように制御電流（Id）が正の範囲内で変動している場合には、差分値（D201）が飽和余裕度して検出され、図１８ｂのように制御電流（Id）が負の範囲内で変動している場合には、差分値（D202）が飽和余裕度として検出されることになる。
【０１３３】
〔飽和余裕度の変形例３〕
図１９ａおよび図１９ｂのように、制御部（11）は、所定期間（PPP）内における差分値（D301）および差分値（D302）のうち小さい方の差分値を、所定期間（PPP）内における飽和余裕度として検出しても良い。差分値（D301）は、所定期間（PPP）内における制御相関変数の局所最大値の平均値（この例では、制御電流（Id）の局所最大電流値（図中の丸印）の平均値（I101））と正側制限値（PL）との差分値（平均値（I101）から正側制限値（PL）を減算して得られる値の絶対値）に相当する。差分値（D302）は、所定期間（PPP）内における制御相関変数の局所最小値の平均値（この例では、制御電流（Id）の局所最小電流値（図中の四角印）の平均値（I102））と負側制限値（NL）との差分値（平均値（I102）から負側制限値（NL）を減算して得られる値の絶対値）に相当する。
【０１３４】
図１９ａのように制御電流（Id）が正の範囲内で変動している場合には、差分値（D301）が飽和余裕度して検出され、図１９ｂのように制御電流（Id）が負の範囲内で変動している場合には、差分値（D302）が飽和余裕度として検出されることになる。
【０１３５】
〔ゼロクロス余裕度の変形例１〕
図２０ａおよび図２０ｂのように、制御部（11）は、所定期間（PPP）内における差分値（D400）を、所定期間（PPP）内におけるゼロクロス余裕度として検出しても良い。差分値（D400）は、所定期間（PPP）内における制御相関変数の平均値（この例では、制御電流（Id）の平均電流値（Iave））とゼロとの差分値（絶対値）に相当する。
【０１３６】
〔ゼロクロス余裕度の変形例２〕
図２１ａおよび図２１ｂのように、制御部（11）は、所定期間（PPP）内における差分値（D501）および差分値（D502）のうち小さい方の差分値を、所定期間（PPP）内におけるゼロクロス余裕度として検出しても良い。差分値（D501）は、所定期間（PPP）内における制御相関変数の最大値（この例では、制御電流（Id）の最大電流値（Imax））とゼロとの差分値（絶対値）に相当し、差分値（D202）は、所定期間（PPP）内における制御相関変数の最小値（この例では、制御電流（Id）の最小電流値（Imin））とゼロとの差分値（絶対値）に相当する。
【０１３７】
図２１ａのように制御電流（Id）が正の範囲内で変動している場合には、差分値（D502）がゼロクロス余裕度して検出され、図２１ｂのように制御電流（Id）が負の範囲内で変動している場合には、差分値（D501）がゼロクロス余裕度として検出されることになる。
【０１３８】
なお、制御部（11）は、所定期間（PPP）内における制御電流（Id）の最大電流値（Imax）と最小電流値（Imin）との間で符号（正負）が異なる場合に、所定期間（PPP）内におけるゼロクロス余裕度が「ゼロ」であるものとして処理しても良い。
【０１３９】
〔ゼロクロス余裕度の変形例３〕
図２２ａおよび図２２ｂのように、制御部（11）は、所定期間（PPP）内における差分値（D601）および差分値（D602）のうち小さい方の差分値を、所定期間（PPP）内におけるゼロクロス余裕度として検出しても良い。差分値（D601）は、所定期間（PPP）内における制御相関変数の局所最大値の平均値（この例では、制御電流（Id）の局所最大電流値（図中の丸印）の平均値（I101））とゼロとの差分値（絶対値）に相当する。差分値（D602）は、所定期間（PPP）内における制御相関変数の局所最小値の平均値（この例では、制御電流（Id）の局所最小電流値（図中の四角印）の平均値（I102））とゼロとの差分値（絶対値）に相当する。
【０１４０】
図２２ａのように制御電流（Id）が正の範囲内で変動している場合には、差分値（D602）がゼロクロス余裕度して検出され、図２２ｂのように制御電流（Id）が負の範囲内で変動している場合には、差分値（D601）がゼロクロス余裕度として検出されることになる。
【０１４１】
なお、制御部（11）は、所定期間（PPP）内における制御電流（Id）の局所最大電流値の平均値（I101）と局所最小電流値の平均値（I102）との間で符号（正負）が異なる場合に、所定期間（PPP）内におけるゼロクロス余裕度を「ゼロ」であるものとして処理しても良い。
【０１４２】
（実施形態３）
実施形態３による磁気軸受装置（10）の構成は、実施形態１による磁気軸受装置（10）の構成（図１，図２，図３，図５，図６）と同様であるが、制御部（11）による処理が異なっている。制御部（11）については、後で詳しく説明する。なお、この例では、図６に示した制御電源回路（104d）は、次のように構成されている。
【０１４３】
《制御電源回路》
制御電源回路（104d）のデューティ比演算部（121）は、図２３に示した対応関係に基づいて、制御電圧指令値（Sd）に対応するＬ側デューティ比指令値（DYL）およびＲ側デューティ比指令値（DYR）を出力するように構成されている。図２３では、制御電圧指令値（Sd）が最小値（-Vdc）から最大値（+Vdc）までの間で増加すると、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）は、０％から１００％までの間で単調に増加し、Ｒ側デューティ比指令値（DYR）は、０％から１００％までの間で単調に減少している。
【０１４４】
また、制御電源回路（104d）のＰＷＭアンプ（122）は、三角波信号（図２４ａ〜図２４ｃにおいて破線で示された波形）とＬ側デューティ比指令値（DYL）とを比較し、三角波信号がＬ側デューティ比指令値（DYL）よりも低い場合には、Ｌ側ゲート信号（SGL）をハイレベルに設定し、三角波信号がＬ側デューティ比指令値（DYL）よりも高い場合には、Ｌ側ゲート信号（SGL）をローレベルに設定するように構成されている。これと同様に、ＰＷＭアンプ（122）は、三角波信号とＲ側デューティ比指令値（DYR）とを比較し、三角波信号がＲ側デューティ比指令値（DYR）よりも低い場合には、Ｒ側ゲート信号（SGR）をハイレベルに設定し、三角波信号がＲ側デューティ比指令値（DYR）よりも高い場合には、Ｒ側ゲート信号（SGR）をローレベルに設定する。
【０１４５】
制御電源回路（104d）において上記のような処理が実行されることにより、制御コイル電圧（Vd）は、制御電圧指令値（Sd）が正の値である場合には、図２４ａのように変動し、制御電圧指令値（Sd）がゼロである場合には、図２４ｂのようにゼロのまま維持され、制御電圧指令値（Sd）が負の値である場合には、図２４ｃのように変動することになる。なお、この例では、制御コイル（23d）のＬ側端子からＲ側端子へ向かう方向を“正”としている。すなわち、制御コイル（23d）のＬ側端子の電位（VL）がＲ側端子の電位（VR）よりも高い場合に、制御コイル電圧（Vd）が“正”となる。
【０１４６】
〈制御電流の変動と制御コイル電圧の時比率差との関係〉
次に、制御電流（Id）の変動と制御コイル電圧（Vd）の時比率差との関係について説明する。なお、制御コイル電圧（Vd）の時比率差とは、所定期間（TT）（この例では、三角波信号の周期）内における正電圧期間（TP）の時比率と負電圧期間（TN）の時比率との差（より具体的には、正電圧期間（TP）の時比率から負電圧期間（TN）の時比率を減算して得られる値）のことであり、−１００％から＋１００％までの間の値をとる。正電圧期間（TP）の時比率とは、所定期間（TT）に対する正電圧期間（TP）（制御コイル電圧（Vd）の電圧値が正の値である期間）の時間割合のことであり、０％から１００％までの間の値をとる。負電圧期間（TN）の時比率とは、所定期間（TT）に対する負電圧期間（TN）（制御コイル電圧（Vd）の電圧値が負の値である期間）の時間割合のことであり、０％から１００％までの間の値をとる。
【０１４７】
制御電流（Id）の所定時間（TT）内における変動量（増減量）は、制御コイル電圧（Vd）の所定時間（TT）内における時比率差の絶対値に依存している。例えば、制御コイル電圧（Vd）の時比率差がゼロよりも大きくなるほど、所定時間（TT）内における制御電流（Id）の増加量が大きくなり、制御コイル電圧（Vd）の時比率差がゼロよりも小さくなるほど、所定時間（TT）内における制御電流（Id）の減少量が大きくなる。また、負荷（LD）の平均値が一定である場合、制御電流（Id）の平均値も一定となる。すなわち、ある値を中心として負荷（LD）が振幅している場合、制御電流（Id）も、ある値を中心として振幅することになる。この場合、制御電流（Id）の変動幅は、制御コイル電圧（Vd）の時比率差の絶対値に依存することになる。例えば、制御コイル電圧（Vd）の時比率差の最大値（または、最小値）の絶対値が大きくなるほど、制御電流（Id）の変動幅が大きくなる。
【０１４８】
したがって、制御コイル電圧（Vd）の時比率差（すなわち、正電圧期間の時比率と負電圧期間の時比率との差）と相関のある時比率相関値（DY1）の絶対値が予め定められた目標時比率相関値（DY0）に近づくようにバイアス電流（Ib）の電流値を制御することにより、制御電流（Id）の変動幅を予め定められた目標変動幅に近づけることができる。
【０１４９】
なお、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）は、所定期間（例えば、バイアス電流（Ib）の更新周期）内における制御コイル電圧（Vd）の時比率差の最大値であっても良いし、所定期間内における制御コイル電圧（Vd）の時比率差の最小値であっても良いし、これらの最大値および最小値の差分値（最大値から最小値を減算して得られる値の絶対値）であっても良いし、これらの最大値および最小値に基づいて算出される値であっても良い。
【０１５０】
〈制御コイル電圧の時比率差の変化〉
制御コイル電圧（Vd）の時比率差の絶対値は、負荷（LD）の変動幅の変化に伴って変化することになる。例えば、負荷（LD）の変動幅が広くなると、制御電流（Id）の変動幅を広くするために（すなわち、合成電磁力（F）の変動幅を広くするために）制御コイル電圧（Vd）の時比率差の最大値（または、最小値）の絶対値が大きくなる。このようにして、負荷（LD）と合成電磁力（F）との釣り合いが維持される。また、合成電磁力（F）の変動幅が一定である場合、バイアス電流（Ib）の電流値が高くなるほど（すなわち、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合が高くなるほど）、制御コイル電圧（Vd）の時比率差の絶対値が小さくなって制御電流（Id）の変動幅が狭くなることになる。
【０１５１】
〈制御コイル電圧の時比率差の算出方法〉
なお、制御コイル電圧（Vd）の時比率差は、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）およびＲ側デューティ比指令値（DYR）に基づいて算出することが可能である。すなわち、制御コイル電圧（Vd）の時比率差は、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）からＲ側デューティ比指令値（DYR）を減算して得られる値（DYL-DYR）に対応している。
【０１５２】
例えば、制御電圧指令値（Sd）が正の値である場合（図２４ａの場合）、正電圧期間（TP）の時比率は、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）からＲ側デューティ比指令値（DYR）を減算して得られる値（DYL-DYR）となり、負電圧期間（TN）の時比率は、ゼロとなる。したがって、制御コイル電圧（Vd）の時比率差は、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）からＲ側デューティ比指令値（DYR）を減算して得られる値（DYL-DYR）となる。
【０１５３】
また、制御電圧指令値（Sd）が負の値である場合（図２４ｃの場合）、正電圧期間（TP）の時比率は、ゼロとなり、負電圧期間（TN）の時比率は、Ｒ側デューティ比指令値（DYR）からＬ側デューティ比指令値（DYL）を減算して得られる値（DYR-DYL）となる。この場合も、制御コイル電圧（Vd）の時比率差は、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）からＲ側デューティ比指令値（DYR）を減算して得られる値（DYL-DYR）となる。
【０１５４】
なお、制御電圧指令値（Sd）がゼロである場合（図２４ｂの場合）、制御コイル電圧（Vd）の時比率差は、ゼロとなる。この場合も、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）およびＲ側デューティ比指令値（DYR）の両方が５０％となっているので、制御コイル電圧（Vd）の時比率差は、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）からＲ側デューティ比指令値（DYR）を減算して得られる値（DYL-DYR）となる。
【０１５５】
〈制御部〉
次に、実施形態３による磁気軸受装置（10）における制御部（11）について説明する。この制御部（11）は、一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d-1,23d-2,23d-5,23d-6）に流れる制御電流（Id）の電流値を制御することにより、回転軸（33）の位置制御を行う。また、この制御部（11）（具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、一対の制御電磁石（201,203）の制御コイル（23d-1,23d-2,23d-5,23d-6）に印加される制御コイル電圧（Vd）の時比率差（すなわち、正電圧期間の時比率と負電圧期間の時比率との差）と相関のある時比率相関値（DY1）の絶対値が予め定められた目標時比率相関値（DY0）に近づくように、一対の制御電磁石（201,203）のバイアスコイル（23b-1,23b-2,23b-5,23b-6）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値を制御する。すなわち、この例では、制御コイル電圧（Vd）の時比率差と相関のある時比率相関値（DY1）の絶対値が「制御電流（Id）の変動幅の広さに依存する変動指標値」に相当し、時比率相関値（DY1）に対して予め定められた目標時比率相関値（DY0）が「目標変動指標値」に相当する。
【０１５６】
〔実施形態３による磁気軸受装置の動作〕
次に、図２５を参照して、実施形態３による磁気軸受装置（10）の動作（バイアス電流（Ib）の制御）について説明する。
【０１５７】
〈ステップ(ST301)〉
まず、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の更新タイミングが到来したか否かを判定する。更新タイミングが到来すると、ステップ（ST302）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST301）を繰り返す。
【０１５８】
〈ステップ（ST302）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が許容範囲（DR）内に収まっているか否かを判定する。許容範囲（DR）は、目標時比率相関値（DY0）を基準とする範囲（例えば、目標時比率相関値（DY0）を中央値とする範囲）である。時比率相関値（DY1）の絶対値が許容範囲（DR）内に収まっている場合には、ステップ（ST306）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST303）へ進む。
【０１５９】
〈ステップ（ST303）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が目標時比率相関値（DY0）よりも大きいか否かを判定する。時比率相関値（DY1）の絶対値が目標時比率相関値（DY0）よりも大きい場合には、ステップ（ST304）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST305）へ進む。
【０１６０】
〈ステップ（ST304）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。このとき、バイアス電流指令演算部（114）は、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値と目標時比率相関値（DY0）との差分値（時比率相関値（DY1）の絶対値から目標時比率相関値（DY0）を減算して得られる値の絶対値）が大きくなるほどバイアス電流（Ib）の増加量が多くなるように、バイアス電流（Ib）の指令値を変更しても良い。バイアス電流（Ib）の指令値の変更により、バイアス電圧指令値（Sb）が変更され、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値が増加する。これにより、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が小さくなり、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。次に、ステップ（ST307）へ進む。
【０１６１】
〈ステップ（ST305）〉
一方、ステップ（ST303）において制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が目標時比率相関値（DY0）よりも小さいと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。このとき、バイアス電流指令演算部（114）は、時比率相関値（DY1）の絶対値と目標時比率相関値（DY0）との差分値（時比率相関値（DY1）の絶対値から目標時比率相関値（DY0）を減算して得られる値の絶対値）が大きくなるほどバイアス電流（Ib）の減少量が多くなるように、バイアス電流（Ib）の指令値を変更しても良い。バイアス電流（Ib）の指令値の変更により、バイアス電圧指令値（Sb）が変更され、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値が減少する。これにより、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が大きくなり、制御電流（Id）の変動幅が広くなる。次に、ステップ（ST307）へ進む。
【０１６２】
〈ステップ（ST306）〉
また、ステップ（ST302）において制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）が許容範囲（DR）内に収まっていると判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。したがって、バイアス電圧指令値（Sb）は変更されないので、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値は、変更されずにそのまま維持される。次に、ステップ（ST307）へ進む。
【０１６３】
〈ステップ（ST307）〉
次に、バイアス電流（Ib）の制御（すなわち、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合の制御）を継続する場合には、ステップ（ST301）へ進み、そうでない場合には、バイアス電流（Ib）の制御を終了する。
【０１６４】
〔実施形態３による磁気軸受装置の動作の具体例〕
次に、図２６，図２７，図２８を参照して、実施形態３におけるバイアス電流（Ib）の制御について具体的に説明する。この例では、制御部（11）（より具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、時刻（t0,t1,t2,t3）の各々において、バイアス電流（Ib）の更新処理を実行するものとする。例えば、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）が到来すると、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間において算出された制御コイル電圧（Vd）の時比率差の中から絶対値が最も大きい時比率差を、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間における制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）として検出し、その制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）に基づいて、時刻（t1）におけるバイアス電流（Ib）の指令値を制御する。
【０１６５】
〈正の範囲内で変動している負荷の変動幅が広くなる場合〉
図２６のように、正の範囲内で変動している負荷（LD）の変動幅が時刻（t301）において広くなると、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が大きくなり、制御電流（Id）の変動幅が広くなる。その結果、制御電流（Id）の最大値が正側飽和値（PS）に近づくことになる。
【０１６６】
時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）を算出する。この例では、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が許容範囲（DR）を上回っているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。これにより、バイアス電流（Ib）の電流値が増加するので、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。その結果、制御電流（Id）の最大値が正側飽和値（PS）から遠ざかることになる。
【０１６７】
次に、時刻（t3）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t2）から時刻（t3）までの期間における制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）を検出する。この例では、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が許容範囲（DR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【０１６８】
〈負の範囲内で変動している負荷の変動幅が広くなる場合〉
図２７のように、負の範囲内で変動している負荷（LD）の変動幅が時刻（t302）において広くなると、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）が大きくなり、制御電流（Id）の変動幅が広くなる。その結果、制御電流（Id）の最小値が負側飽和値（NS）に近づくことになる。
【０１６９】
時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）を算出する。この例では、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が許容範囲（DR）を上回っているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。これにより、バイアス電流（Ib）の電流値が増加するので、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。その結果、制御電流（Id）の最小値が負側飽和値（NS）から遠ざかることになる。
【０１７０】
次に、時刻（t3）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t2）から時刻（t3）までの期間における制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）を検出する。この例では、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が許容範囲（DR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【０１７１】
〈ゼロを跨いで変動している負荷の変動幅が狭くなる場合〉
図２８のように、ゼロを跨いで変動している負荷（LD）の変動幅が時刻（t303）において狭くなると、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）が小さくなり、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。その結果、制御電流（Id）の変動量に対する波形歪み量（ゼロクロスによる波形歪み量）の割合が増加することになる。
【０１７２】
時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）を算出する。この例では、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が許容範囲（DR）を下回っているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を減少させる。これにより、バイアス電流（Ib）の電流値が減少するので、制御電流（Id）の変動幅が広くなる。その結果、制御電流（Id）の変動量に対する波形歪み量（ゼロクロスによる波形歪み量）の割合が減少することになる。
【０１７３】
次に、時刻（t3）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t2）から時刻（t3）までの期間における制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）を検出する。この例では、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が許容範囲（DR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【０１７４】
〔実施形態３による効果〕
以上のように、制御コイル電圧（Vd）の正電圧期間（TP）の時比率と負電圧期間（TN）の時比率との差と相関のある時比率相関値（DY1）が目標時比率相関値（DY0）に近づくようにバイアス電流（Ib）の電流値（すなわち、変動量割合）を制御することにより、負荷（LD）の変動幅が変化した場合であっても制御電流（Id）の変動幅を一定に維持することができる。これにより、制御電流（Id）の飽和による波形歪みの発生を抑制することができるとともに、制御電流（Id）の波形歪み割合の増加に伴う合成電磁力の誤差の顕著化を抑制することができるので、負荷（LD）の変動幅の変化に伴う磁気軸受装置（10）の制御性の劣化を抑制することができる。
【０１７５】
また、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値が許容範囲（DR）内に収まっている場合にバイアス電流（Ib）の電流値を変更しないように制御することにより、バイアス電流（Ib）の制御（すなわち、変動量割合の制御）における安定性を向上させることができる。
【０１７６】
さらに、制御コイル電圧（Vd）の時比率相関値（DY1）の絶対値と目標時比率相関値（DY0）との差分値（時比率相関値（DY1）の絶対値から目標時比率相関値（DY0）を減算して得られる値の絶対値）が大きいほどバイアス電流（Ib）の変更量を多くするように制御することにより、バイアス電流（Ib）の制御（すなわち、変動量割合の制御）が安定するまでに要する時間を短縮することができる。
【０１７７】
〔制御コイル電圧の制御方式の変形例１〕
なお、デューティ比演算部（121）は、図２９に示した対応関係に基づいて、制御電圧指令値（Sd）に対応するＬ側デューティ比指令値（DYL）およびＲ側デューティ比指令値（DYR）を出力するように構成されていても良い。図２９では、制御電圧指令値（Sd）が最小値（-Vdc）からゼロまでの間で増加する場合、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）は、０％から１００％までの間で単調に増加し、Ｒ側デューティ比指令値（DYR）は、１００％のまま維持される。また、制御電圧指令値（Sd）がゼロから最大値（+Vdc）までの間で増加する場合、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）は、０％から１００％までの間で単調に増加し、Ｒ側デューティ比指令値（DYR）は、０％のまま維持される。
【０１７８】
この場合、制御コイル電圧（Vd）は、制御電圧指令値（Sd）が正の値である場合には、図３０ａのように変動し、制御電圧指令値（Sd）がゼロである場合には、図３０ｂのようにゼロのまま維持され、制御電圧指令値（Sd）が負の値である場合には、図３０ｃのように変動することになる。この場合も、制御コイル電圧（Vd）の時比率差は、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）からＲ側デューティ比指令値（DYR）を減算して得られる値（DYL-DYR）に対応している。
【０１７９】
〔制御コイル電圧の制御方式の変形例２〕
また、図３１のように、制御電源回路（104d）のスイッチング回路（120）において、Ｒ側ゲート信号（SGR）を反転させるインバータ（133）がさらに設けられていても良い。この場合、デューティ比演算部（121）は、図３２に示した対応関係に基づいて、制御電圧指令値（Sd）に対応するＬ側デューティ比指令値（DYL）およびＲ側デューティ比指令値（DYR）を出力するように構成されていても良い。図３２では、制御電圧指令値（Sd）は最小値（-Vdc）からゼロまでの間で増加する場合、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）は、０％よりも大きい最小値（この例では、１５％程度）から１００％よりも小さい最大値（この例では、９５％程度）までの間で単調に増加し、Ｒ側デューティ比指令値（DYR）は、最小値のまま維持される。また、制御電圧指令値（Sd）がゼロから最大値（+Vdc）までの間で増加する場合、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）は、最小値から最大値までの間で単調に増加し、Ｒ側デューティ比指令値（DYR）は、最大値のまま維持される。
【０１８０】
この場合、制御コイル電圧（Vd）は、制御電圧指令値（Sd）が正の値である場合には、図３３ａのように変動し、制御電圧指令値（Sd）がゼロである場合には、図３３ｂのように変動し、制御電圧指令値（Sd）が負の値である場合には、図３３ｃのように変動することになる。この場合も、制御コイル電圧（Vd）の時比率差は、Ｌ側デューティ比指令値（DYL）からＲ側デューティ比指令値（DYR）を減算して得られる値（DYL-DYR）に対応している。
【０１８１】
（実施形態４）
実施形態４による磁気軸受装置（10）の構成は、実施形態１による磁気軸受装置（10）の構成（図１，図２，図３，図５，図６に示した構成）と同様であるが、制御部（11）による処理が異なっている。実施形態４における制御部（11）は、実施形態３における制御部（11）による処理（制御電流（Id）およびバイアス電流（Ib）の制御）に加えて、次の処理を実行するように構成されている。
【０１８２】
〈制御部〉
制御部（11）（より具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、飽和余裕度が予め定められた基準飽和余裕度よりも低い場合に、目標時比率相関値（DY0）を減少させるように構成されている。また、制御部（11）は、ゼロクロス余裕度が予め定められた基準ゼロクロス余裕度よりも低い場合に、目標時比率相関値（DY0）を増加させるように構成されている。
【０１８３】
〔動作〕
次に、実施形態４による磁気軸受装置（10）の動作（目標時比率相関値（DY0）の制御）について説明する。この磁気軸受装置（10）では、図２５に示したステップ（ST301,…,ST307）に加えて、図３４に示したステップ（ST401,…,ST405）が実行される。
【０１８４】
〈ステップ（ST401）〉
バイアス電流指令演算部（114）は、飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低いか否かを判定する。飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低い場合には、ステップ（ST405）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST402）へ進む。
【０１８５】
〈ステップ（ST402）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、ゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低いか否かを判定する。ゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低い場合には、ステップ（ST403）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST404）へ進む。
【０１８６】
〈ステップ（ST403）〉
ステップ（ST401）において飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも高いと判定され、且つ、ステップ（ST402）においてゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも高いと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、目標時比率相関値（DY0）を変更せずにそのまま維持する。次に、ステップ（ST302）へ進む。
【０１８７】
〈ステップ（ST404）〉
一方、ステップ（ST402）においてゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低いと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、目標時比率相関値（DY0）を増加させる。このとき、制御部（11）は、ゼロクロス余裕度と基準ゼロクロス余裕度との差分値（ゼロクロス余裕度から基準ゼロクロス余裕度を減算して得られる値の絶対値）が大きいほど目標時比率相関値（DY0）の増加量が多くなるように、目標時比率相関値（DY0）を変更しても良い。さらに、バイアス電流指令演算部（114）は、目標時比率相関値（DY0）を基準とする許容範囲（DR）を正の方向に移動させる。次に、ステップ（ST302）へ進む。
【０１８８】
〈ステップ（ST405）〉
また、ステップ（ST401）において飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低いと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、目標時比率相関値（DY0）を減少させる。このとき、制御部（11）は、飽和余裕度と基準飽和余裕度との差分値（飽和余裕度から基準飽和余裕度を減算して得られる値の絶対値）が大きいほど目標時比率相関値（DY0）の減少量が多くなるように、目標時比率相関値（DY0）を変更しても良い。さらに、バイアス電流指令演算部（114）は、目標時比率相関値（DY0）を基準とする許容範囲（DR）を負の方向に移動させる。次に、ステップ（ST302）へ進む。
【０１８９】
〔実施形態４による効果〕
以上のように、飽和余裕度が基準飽和余裕度よりも低い場合に目標時比率相関値（DY0）を減少させることにより、制御電流（Id）の飽和による制御電流（Id）の波形歪みの発生をさらに抑制することができる。また、ゼロクロス余裕度が基準ゼロクロス余裕度よりも低い場合に目標時比率相関値（DY0）を増加させることにより、制御電流（Id）の波形歪み割合の増加に伴う合成電磁力（F）の誤差の顕著化をさらに抑制することができる。したがって、負荷（LD）の変動幅の変化に伴う磁気軸受装置（10）の制御性の劣化をさらに抑制することができる。
【０１９０】
なお、制御部（11）は、ゼロクロス余裕度に基づく制御処理（ST402,ST404）を実行した後に、飽和余裕度に基づく制御処理（ST401,ST405）を実行するように構成されていても良い。または、制御部（11）は、飽和余裕度に基づく制御処理（ST401,ST405）およびゼロクロス余裕度に基づく制御処理（ST402,ST404）のいずれか一方のみを実行するように構成されていても良い。
【０１９１】
（位置制御の安定性）
なお、磁気軸受装置（10）では、何らかの原因により、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合が低くなりすぎて、その結果、回転軸（33）の位置制御が不安定になる可能性がある。例えば、バイアス電流（Ib）の電流値の減少量が多すぎてバイアス電流（Ib）の電流値が低くなりすぎると、制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合が低くなりすぎてしまい、その結果、回転軸（33）の位置制御が不安定になってしまう。
【０１９２】
（磁気軸受装置の動作の変形例１）
そこで、制御部（11）は、変動量割合（制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合）が予め定められた制限割合よりも低くならないように、変動量割合を制御するように構成されていても良い。例えば、制御部（11）は、バイアス電流（Ib）の電流値が予め定められた制限値よりも低くならないように、バイアス電流（Ib）の電流値を制御するように構成されていても良い。詳しく説明すると、制御部（11）（より具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、図７に示したステップ（ST104,ST105,ST106）に代えて、図３５に示したステップ（ST501,…,ST506）を実行するように構成されていても良い。
【０１９３】
〈ステップ（ST501）〉
ステップ（ST103）において制御電流（Id）の変動幅値（R1）が目標変動幅値（R0）よりも大きいと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を減少させる。次に、ステップ（ST504）へ進む。
【０１９４】
〈ステップ（ST502）〉
一方、ステップ（ST103）において制御電流（Id）の変動幅値（R1）が目標変動幅値（R0）よりも小さいと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。次に、ステップ（ST504）へ進む。
【０１９５】
〈ステップ（ST503）〉
また、ステップ（ST102）において制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）に収まっていると判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。次に、ステップ（ST504）へ進む。
【０１９６】
〈ステップ（ST504）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値が予め定められた制限値よりも低いか否かを判定する。バイアス電流（Ib）の指令値が制限値よりも低い場合には、ステップ（ST505）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST506）へ進む。
【０１９７】
〈ステップ（ST506）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値が制限値になるようにバイアス電流（Ib）の指令値を変更する。そして、バイアス電流指令演算部（114）は、変更後のバイアス電流（Ib）の指令値に基づいて、バイアス電圧指令値（Sb）を更新する。これにより、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値は、制限値になるように制御される。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【０１９８】
〈ステップ（ST506）〉
一方、ステップ（ST504）においてバイアス電流（Ib）の指令値が制限値よりも高いと判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、ステップ（ST501,ST502,ST503）のいずれか１つにおいて決定されたバイアス電流（Ib）の指令値に基づいて、バイアス電圧指令値（Sb）を更新する。これにより、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値は、ステップ（ST501,ST502,ST503）のいずれか１つにおいて決定されたバイアス電流（Ib）の指令値になるように制御される。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【０１９９】
〔磁気軸受装置の動作の変形例１による効果〕
以上のように制御することにより、バイアス電流（Ib）の電流値の過剰な低下（すなわち、変動量割合の過小化）を防止することができるので、位置制御の安定性を維持することができる。
【０２００】
（変動量割合の制御安定性）
制御電流（Id）の電流値が安定していない場合（例えば、回転軸（33）に加えられる負荷（LD）が安定していない場合）にバイアス電流（Ib）の制御を実行すると、バイアス電流（Ib）の電流値が頻繁に変動することになるので、バイアス電流（Ib）の制御の安定性が低下してしまう。すなわち、制御電流（Id）の電流値が安定していない場合に変動量割合（制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合）の制御を実行すると、変動量割合が頻繁に変動することになるので、変動量割合の制御における安定性が低下してしまう。また、バイアス電流（Ib）の電流値が頻繁に変動すると、異音等の原因となる懸念がある。そのため、バイアス電流（Ib）の制御は、制御電流（Id）の電流値が安定している状態で実行されることが好ましい。
【０２０１】
（磁気軸受装置の動作の変形例２）
そこで、制御部（11）は、制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の平均値の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、変動量割合を制御するように構成されていても良い。更新閾値は、磁気軸受本体（21）によって非接触に支持される回転軸の運転条件（この例では、電動機（30）の運転条件）に基づいて設定されていても良い。例えば、更新閾値は、制御電流（Id）の電流値が安定しているとみなせる場合（例えば、回転軸（33）に加えられる負荷（LD）が安定しているとみなせる場合）の制御相関変数の平均値の変動幅に相当する。また、更新閾値は、固定値であっても良いし、可変値であっても良い。
【０２０２】
例えば、制御部（11）は、制御電流（Id）の平均電流値の変動幅が更新閾値よりも小さい場合に、バイアス電流（Id）の電流値を制御するように構成されていても良い。詳しく説明すると、制御部（11）（具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、図７に示したステップ（ST101,…,ST107）に加えて、図３６に示したステップ（ST601）を実行するように構成されていても良い。
【０２０３】
〈ステップ（ST601）〉
まず、バイアス電流指令演算部（114）は、制御電流（Id）の平均電流値の変動幅が更新閾値よりも小さいか否かを判定する。例えば、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の更新周期よりも短い周期で、制御電流検出器（102d）によって検出された制御電流（Id）の電流値に基づいて制御電流（Id）の平均電流値を複数回検出することにより、制御電流（Id）の平均電流値の変動幅を検出しても良い。制御電流（Id）の平均電流値の変動幅が更新閾値よりも小さい場合には、ステップ（ST101）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST601）を繰り返す。
【０２０４】
〔磁気軸受装置の動作の変形例２による効果〕
以上のように制御することにより、制御電流（Id）の電流値が安定している状態（例えば、回転軸（33）に加えられる負荷（LD）が安定している状態）において、バイアス電流（Ib）の電流値を制御することができる。これにより、バイアス電流（Ib）の制御（すなわち、変動量割合の制御）の安定性を向上させることができる。
【０２０５】
（磁気軸受装置の動作の変形例３）
または、制御部（11）は、制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の平均値の所定周波数以上の変動幅（平均値の周波数成分のうち所定周波数以上の周波数成分の変動幅）が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、変動量割合（制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合）を制御するように構成されていても良い。更新閾値は、磁気軸受本体（21）によって非接触に支持される回転軸の運転条件（例えば、電動機（30）の運転条件）に基づいて設定されていても良い。例えば、更新閾値は、制御電流（Id）の電流値が安定しているとみなせる場合（例えば、回転軸（33）に加えられる負荷（LD）が安定しているとみなせる場合）の制御相関変数の平均値の所定周波数以上の変動幅に相当する。また、更新閾値は、固定値であっても良いし、可変値であっても良い。
【０２０６】
例えば、制御部（11）は、制御電流（Id）の平均電流値の所定周波数以上の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、バイアス電流（Ib）の電流値を制御するように構成されていても良い。詳しく説明すると、制御部（11）（具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、図７に示したステップ（ST101,…,ST107）に加えて、図３７に示したステップ（ST701）を実行するように構成されていても良い。
【０２０７】
〈ステップ（ST701）〉
まず、バイアス電流指令演算部（114）は、制御電流（Id）の平均電流値の所定周波数以上の変動幅が更新閾値よりも低いか否かを判定する。例えば、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の更新周期よりも短い周期で、制御電流検出器（102d）によって検出された制御電流（Id）の電流値に基づいて制御電流（Id）の平均電流値を複数回検出することにより、制御電流（Id）の平均電流値の所定周波数以上の変動幅を検出しても良い。制御電流（Id）の平均電流値の所定周波数以上の変動幅が更新閾値よりも小さい場合には、ステップ（ST101）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST701）を繰り返す。
【０２０８】
〔磁気軸受装置の動作の変形例３による効果〕
以上のように制御した場合も、制御電流（Id）の電流値が安定している状態（例えば、回転軸（33）に加えられる負荷（LD）が安定している状態）において、バイアス電流（Ib）の電流値を制御することができるので、バイアス電流（Ib）の制御（すなわち、変動量割合の制御）の安定性を向上させることができる。
【０２０９】
（負荷の変動幅の突発的な過大化）
負荷（LD）の変動幅が突発的に過大化して制御電流（Id）が飽和した場合、変動量割合（制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合）が低下するまで、制御電流（Id）の飽和状態が継続することになる。また、制御電流（Id）の飽和状態の継続期間が長くなるほど、磁気軸受装置（10）の制御性が劣化している期間が長くなってしまう。
【０２１０】
（磁気軸受装置の動作の変形例４）
そこで、制御部（11）は、制御電流（Id）と相関のある制御相関変数が予め定められた正常範囲から逸脱した場合に、変動量割合（制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合）を増加させるように構成されていても良い。正常範囲は、正側正常閾値（PTH）と負側正常閾値（NTH）との間の範囲に相当する。正側正常閾値（PTH）および負側正常閾値（NTH）は、制御相関変数の変動幅が突発的に過大化したか否か（すなわち、制御電流（Id）が飽和する可能性が高くなったか否か）を判定するための基準値であり、正側正常閾値（PTH）は、制御電流（Id）の電流値が正側飽和値（PS）に到達しているときの制御相関変数の値よりも低い値が同等の値に設定され、負側正常閾値（NTH）は、制御電流の電流値が負側飽和値（NS）に到達しているときの制御相関変数の値よりも高い値か同等の値に設定される。
【０２１１】
例えば、制御部（11）は、制御電流（Id）の電流値（瞬時値）が予め定められた正常範囲から逸脱した場合に、バイアス電流（Ib）の電流値を増加させるように構成されていても良い。この場合、正側正常閾値（PTH）は、正側飽和値（PS）よりも低いか同等の電流値に設定され、負側正常閾値（NTH）は、負側飽和値（NS）よりも高いか同等の電流値に設定されることになる。詳しく説明すると、制御部（11）（具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、図７に示したステップ（ST101,…,ST107）に加えて、図３８に示したステップ（ST801,ST802,ST803）を実行するように構成されていても良い。
【０２１２】
〈ステップ（ST801）〉
まず、バイアス電流指令演算部（114）は、制御電流（Id）の電流値（瞬時値）が正常範囲から逸脱したか否かを判定する。制御電流（Id）の電流値（瞬時値）が正常範囲から逸脱している場合には、ステップ（ST802）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST803）へ進む。
【０２１３】
〈ステップ（ST802）〉
次に、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。このバイアス電流（Ib）の指令値の変更により、バイアス電圧指令値（Sb）が変更され、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値が増加する。これにより、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。次に、ステップ（ST101）へ進む。
【０２１４】
〈ステップ（ST802）〉
一方、ステップ（ST801）において制御電流（Id）の電流値（瞬時値）が正常範囲内に収まっていると判定された場合、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。この場合、バイアス電圧指令値（Sb）は変更されないので、バイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値は、変更されずにそのまま維持される。次に、ステップ（ST101）へ進む。
【０２１５】
〔磁気軸受装置の動作の変形例４の具体例〕
次に、図３９，図４０を参照して、磁気軸受装置（10）の動作の変形例４について具体的に説明する。この例では、制御部（11）（より具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、時刻（t1,t2,t3）の各々において、バイアス電流（Ib）の更新処理を実行するものとする。また、正側正常閾値（PTH）は、正側飽和値（PS）よりも低い電流値に設定され、負側正常閾値（NTH）は、負側飽和値（NS）よりも低い電流値に設定されているものとする。
【０２１６】
〈正の範囲内で変動している負荷の変動幅が広くなる場合〉
図３９のように、正の範囲内で変動している負荷（LD）の変動幅が突発的に広くなると、制御電流（Id）の変動幅も突発的に広くなる。そして、時刻（t801）において制御電流（Id）の電流値（瞬時値）が正側正常閾値（PTH）（正常範囲の上限値）を上回ると、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。これにより、バイアス電流（Ib）の電流値が増加するので、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。その結果、制御電流（Id）の最大値が正側正常閾値（PTH）よりも低くなる。すなわち、制御電流（Id）の電流値が正常範囲内に収まるようになる。
【０２１７】
次に、時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出する。このとき、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t801）までの期間における制御電流（Id）の電流値を無効な電流値として破棄し、時刻（t801）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を「時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）」として検出しても良い。すなわち、バイアス電流指令演算部（114）は、制御電流（Id）の電流値が正常範囲から逸脱した場合、制御電流（Id）の電流値が正常範囲から逸脱した後にバイアス電流（Ib）の更新タイミングが到来するまでの期間における制御電流（Id）の電流値に基づいて、制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出しても良い。また、この例では、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【０２１８】
〈負の範囲内で変動している負荷の変動幅が広くなる場合〉
図４０のように、負の範囲内で変動している負荷（LD）の変動幅が突発的に広くなると、制御電流（Id）の変動幅も突発的に広くなる。そして、時刻（t802）において制御電流（Id）の電流値（瞬時値）が負側正常閾値（NTH）（正常範囲の下限値）を下回ると、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を増加させる。これにより、バイアス電流（Ib）の電流値が増加するので、制御電流（Id）の変動幅が狭くなる。その結果、制御電流（Id）の最小値が低正常閾値（LTH）よりも低くなる。すなわち、制御電流（Id）の電流値が正常範囲内に収まるようになる。
【０２１９】
次に、時刻（t2）が到来すると、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を検出する。このとき、バイアス電流指令演算部（114）は、時刻（t1）から時刻（t802）までの期間における制御電流（Id）の電流値を無効な電流値として破棄し、時刻（t802）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）を「時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における制御電流（Id）の変動幅値（R1）」として検出しても良い。また、この例では、制御電流（Id）の変動幅値（R1）が許容範囲（RR）内に収まっているので、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の指令値を変更せずにそのまま維持する。
【０２２０】
〔磁気軸受装置の動作の変形例４による効果〕
以上のように制御することにより、負荷（LD）の変動幅が突発的に過大化した場合に、バイアス電流（Ib）の電流値（すなわち、変動量割合）を低下させて制御電流（Id）の変動幅を迅速に狭くすることができる。これにより、制御電流（Id）の飽和状態の長期化による磁気軸受装置（10）の制御性の劣化を抑制することができる。
【０２２１】
（磁気軸受装置の動作の変形例のまとめ）
なお、実施形態１（または、実施形態２）の制御部（11）は、図７に示した処理（または、図７および図１３に示した処理）に加えて、図３５〜図３８に示した処理の全部または一部を実行するように構成されていても良い。これと同様に、実施形態３（または、実施形態４）の制御部（11）は、図２５に示した処理（または、図２５および図３４に示した処理）に加えて、図３５〜図３８に示した処理の全部または一部を実行するように構成されていても良い。なお、実施形態３（または、実施形態４）による磁気軸受装置（10）に図３５に示した処理を適用する場合、制御部（11）は、図２５に示したステップ（ST304,ST305,ST306）に代えて図３５に示したステップ（ST501,…,ST506）を実行することになる。
【０２２２】
（磁気軸受本体の変形例１）
図４１および図４２のように、磁気軸受本体（21）は、ホモポーラ型のラジアル軸受を構成していても良い。図４１は、磁気軸受本体（21）の変形例１の横断面（回転軸に垂直な方向の断面）を示し、図４２は、磁気軸受本体（21）の変形例１の縦断面（回転軸方向の断面）を示している。この磁気軸受本体（21）も、図２，図３に示した磁気軸受本体（21）と同様に、コア部（22）と、複数（この例では、８つ）の制御コイル（23d-1,…,23d-8）と、複数（この例では、８つ）のバイアスコイル（23b-1,…,23b-8）とを備えている。ただし、この磁気軸受本体（21）では、ティース部（22b,…,22b）は、軸方向から見て４つのティース部（22b,…,22b）がバックヨーク部（22a）の内周に沿って９０°ピッチで配置されるとともに軸方向において２つのティース部（22b,22b）が並んで配置されるように、形成されている。すなわち、ティース部（22b,…,22b）は、２段構造となっている。
【０２２３】
また、制御コイル（23d-1,23d-3,23d-5,23d-7）およびバイアスコイル（23b-1,23b-3,23b-5,23b-7）は、１段目の４つのティース部（22b,22b,22b,22b）にそれぞれ巻回され、制御コイル（23d-2,23d-4,23d-6,23d-8）およびバイアスコイル（23b-2,23b-4,23b-6,23b-8）は、２段目の４つのティース部（22b,22b,22b,22b）にそれぞれ巻回されている。このように構成することにより、８つの電磁石（24-1,…,24-8）が形成されている。
【０２２４】
なお、制御コイル（23d-1,…,23d-8）およびバイアスコイル（23b-1,…,23b-8）の巻回方向や、制御コイル（23d-1,…,23d-8）およびバイアスコイル（23b-1,…,23b-8）に流れる電流の向きは、図４１および図４２に示した矢印の方向に磁束が発生するように設定されている。例えば、１段目の制御コイル（23d-1,23d-3,23d-5,23d-7）は、２段目の制御コイル（23d-2,23d-4,23d-6,23d-8）とそれぞれ対となっている。１段目の制御コイル（23d-1）および２段目の制御コイル（23d-2）は、軸方向において並んで配置され、１段目の制御コイル（23d-1）は、２段目の制御コイル（23d-2）に繋がっている。その他の１段目の制御コイル（23d-3,23d-5,23d-7）およびその他の２段目の制御コイル（23d-4,23d-6,23d-8）についても同様である。また、１段目のバイアスコイル（23b-1,23b-3,23b-5,23b-7）は、２段目のバイアスコイル（23b-2,23b-4,23b-6,23b-8）とそれぞれ対となっている。１段目のバイアスコイル（23b-1）および２段目のバイアスコイル（23b-2）は、軸方向において並んで配置され、１段目のバイアスコイル（23b-1）は、２段目のバイアスコイル（23b-2）に繋がっている。その他の１段目のバイアスコイル（23b-3,23b-5,23b-7）およびその他の２段目のバイアスコイル（23b-4,23b-6,23b-8）についても同様である。このように構成することにより、４つの制御電磁石（201,…,204）が構成されている。
【０２２５】
また、制御電磁石（201）の制御コイル（23d-1,23d-2）および制御電磁石（203）の制御コイル（23d-5,23d-6）は、電気的に直列に接続され、制御電磁石（201）のバイアスコイル（23b-1,23b-2）および制御電磁石（203）のバイアスコイル（23b-5,23b-6）は、電気的に直列に接続されている。一対の制御電磁石（202,204）についても同様である。
【０２２６】
以上のように構成した場合も、制御電磁石（201,202）は、回転軸（33）の被支持部（33a）を挟んで制御電磁石（203,204）にそれぞれ対向していることになる。したがって、制御電磁石（201,…,204）の合成電磁力（F）によって回転軸（33）の径方向位置を制御することができ、回転軸（33）を非接触に支持することができる。
【０２２７】
（磁気軸受本体の変形例２）
また、図４３および図４４のように、磁気軸受本体（21）は、スラスト軸受を構成していても良い。図４３は、磁気軸受本体（21）の変形例２の横断面（回転軸に垂直な方向の断面）を示し、図４４は、磁気軸受本体（21）の変形例２の縦断面（回転軸方向の断面）を示している。この磁気軸受本体（21）は、２つのコア部（22,22）と、２つの制御コイル（23d,23d）と、２つのバイアスコイル（23b,23b）とを備えている。また、回転軸（33）には、スラストディスク（被支持部（33a））が固定されている。コア部（22,22）は、リング状となっており、スラストディスクの軸方向両側に、所定のエアギャップを隔てて配置されている。この例では、ギャップセンサ（101）は、スラストディスクの軸方向位置を検出するように構成されている。
【０２２８】
コア部（22,22）の面（スラストディスクに対向する面）には円周溝（22c,22c）が形成され、円周溝（22c,22c）内に制御コイル（23d,23d）およびバイアスコイル（23b,23b）がそれぞれ収容されている。これにより、回転軸（33）の被支持部（33a）を挟んで対向する一対の制御電磁石（201,203）が構成されている。この例では、制御電磁石（201,203）の各々は、１つの電磁石（コア部（22），制御コイル（23d），およびバイアスコイル（23b）によって形成された電磁石）によって構成されている。なお、制御コイル（23d,23d）およびバイアスコイル（23b,23b）の巻回方向や、制御コイル（23d,23d）およびバイアスコイル（23b,23b）に流れる電流の向きは、図４４に示した矢印の方向に磁束が発生するように設定されている。
【０２２９】
また、制御電磁石（201）の制御コイル（23d）および制御電磁石（203）の制御コイル（23d）は、電気的に直列に接続され、制御電磁石（201）のバイアスコイル（23b）および制御電磁石（203）のバイアスコイル（23b）は、電気的に直列に接続されている。
【０２３０】
以上のように構成することにより、制御電磁石（201,203）の合成電磁力（F）によって回転軸（33）の軸方向位置を制御することができ、回転軸（33）を非接触に支持することができる。
【０２３１】
（その他の実施形態）
以上の説明において、制御電流指令演算部（112）は、制御電圧指令値（Sd）から制御コイル（23d）に流れる制御電流（Id）の電流値を逆算するように構成されていても良い。バイアス電流指令演算部（114）についても同様である。さらに、バイアス電流指令演算部（114）は、バイアス電圧指令値（Sb）からバイアスコイル（23b）に流れるバイアス電流（Ib）の電流値を逆算するように構成されていても良い。
【０２３２】
また、制御電流（Id）と相関のある制御相関変数の一例として制御電流（Id）の電流値（より具体的には、制御電流検出器（102d）によって検出された制御電流（Id）の電流値）を例に挙げて説明したが、制御部（11）（より具体的には、バイアス電流指令演算部（114））は、制御電流指令演算部（112）によって設定された制御電流（Id）の指令値を制御相関変数として検出しても良い。また、制御部（11）は、制御電流（Id）の電流値や指令値の他に、制御コイル（23d）に発生する制御磁束の磁束量や磁束密度など、制御電流（Id）の電流値の変化に伴って変化し制御電流（Id）の電流値がゼロであるときにゼロとなる物理量（または、指令値）を制御相関変数として検出しても良い。なお、制御コイル（23d）に発生する制御磁束の磁束量（または、磁束密度）は、磁束センサ（図示を省略）によって検出された磁束量（または、磁束密度）であっても良いし、磁束量の指令値（または、磁束密度の指令値）であっても良い。
【０２３３】
また、バイアス電流（Ib）の電流値を制御することにより変動量割合（制御電流（Id）の変動量に対する合成電磁力（F）の変動量の割合）を制御する場合を例に挙げて説明したが、制御部（11）は、バイアスコイル（23b）に発生するバイアス磁束の磁束量を制御することにより変動量割合を制御するように構成されていても良い。例えば、バイアスコイル（23b）が可変コイルによって構成されている場合、制御部（11）は、バイアスコイル（23b）のインダクタンス値を変更することによってバイアスコイル（23b）の発生するバイアス磁束の磁束量を変更するように構成されていても良い。
【０２３４】
また、目標変動指標値（目標変動幅値（R0），目標時比率相関値（DY1））は、磁気軸受装置（10）の動作条件（例えば、回転軸（33）の運転条件や、磁気軸受装置（10）の仕様など）に基づいて設定することが可能である。目標変動指標値を基準とする許容範囲（許容範囲（RR），許容範囲（DR）），飽和余裕度に関連する制限値（正側制限値（PL），負側制限値（NL）），飽和余裕度の判定基準となる基準飽和余裕度，ゼロクロス余裕度の判定基準となる基準ゼロクロス余裕度，飽和余裕度に関連する余裕範囲（R100），ゼロクロス余裕度に関連する切迫範囲（R200），変動量割合に対して予め定められた制御割合（具体的には、バイアス電流（Ib）に関連する制限値），制御電流（Ib）と相関のある制御相関変数に対して予め定められた正常範囲（具体的には、正側正常閾値（PTH）と負側正常閾値（NTH）とで規定された正常範囲）についても同様である。
【０２３５】
また、目標変動幅値（R0）および目標時比率相関値（DY0）の更新周期（すなわち、目標変動指標値の更新周期）は、バイアス電流（Ib）の更新周期（すなわち、変動量割合の更新周期）と同一であっても良いし異なっていても良い。
【０２３６】
また、演算回路（103）は、マイクロコンピュータ（ソフトウェア）およびマイクロコンピュータを作動させるプログラムによって実現されていても良いし、専用回路（ハードウェア）によって実現されていても良い。
【０２３７】
また、以上の実施形態を適宜組み合わせて実施しても良い。以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０２３８】
以上説明したように、上述の磁気軸受装置は、圧縮機に備えられた電動機などに好適である。
【符号の説明】
【０２３９】
１                圧縮機
１０              磁気軸受装置
３０              電動機
３３              回転軸
４０              ケーシング
５０              羽根車
６０              タッチダウン軸受
１１              制御部
２１              磁気軸受本体
２２              コア部
２３ｄ            制御コイル
２３ｂ            バイアスコイル
２４              電磁石
１０１            ギャップセンサ
１０２ｄ          制御電流検出器
１０２ｂ          バイアス電流検出器
１０３            演算回路
１０４ｄ          制御電源回路
１０４ｂ          バイアス電源回路
２０１〜２０４    制御電磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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