(57)【要約】【課題】磁気軸受の制御において位置検出装置の出力を微分して速度を求めて制御ループの入力としていたが、ノイズなどの影響を受けて磁気軸受の安定な浮上が損なわれていたので、ノイズレベルの低い速度検出装置を用いて安定に浮上する制御を可能にした。【解決手段】磁気軸受の浮上位置を検出する位置検出装置に、位置の変化速度を直接的に検出する検出装置を併設して、磁気浮上の制御を安定化した。また、Ｓ／Ｎ比の高い速度情報が得られるので、速度を微分して加速度を求めて制御を行うことが可能になり、従来から困難とされていた過酷な条件の磁気軸受を実現する。【選択図】  図１
2006090539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気吸引力により浮揚支持されている回転軸の軸受に対する相対位置を検出する位置検出装置と、回転軸の軸受に対す相対位置変化速度を検出する相対速度検出装置を備える磁気軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の速度検装置が浮揚支持されている前記回転軸または前記回転軸に取り付けられた導電性部分と、導電性部分に対向して軸受側に設けた電極によって形成された蓄電器と、蓄電器に直流電圧を印加する回路と蓄電器の電極間距離の変化速度に従って蓄電電器の電極に出入する電流または、蓄電器の電極間電圧を検出する回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項３】
請求項１に記載の速度検装置が浮揚支持されている前記回転軸または回転軸に取り付けられた磁性体部分と、磁性体部分と電磁的に結合する状態で軸受側に設けたサーチコイルと、前記サーチコイルにバイアス磁界を与える手段と、サーチコイルと前記回転体の距離の変化速度に従ってサーチコイルに誘導された電流または電圧を検出する回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の磁気軸において、１軸の相対速度を検出する為に一対の検出器を差動動作をするような関係位置に装着して、前記相対速度の差動出力を得る回路を備え、速度検出装置の出力の波形歪を減少させる機能を備える請求項１乃至３に記載の磁気軸受。
【請求項５】
請求項１乃至３に記載の磁気軸受において位置検出装置の出力信号を用いて速度検出器の感度を補正する装置を備え、速度検出装置の波形歪を減少させる機能を備える請求項１乃至３に記載の磁気軸受。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の磁気軸受において出力される相対速度に相当する信号を積分する装置を備える請求項１乃至３に記載の磁気軸受け。
【請求項７】
請求項１乃至５に記載の磁気軸受において出力される相対速度に相当する信号を微分する装置を備える請求項１乃至４に記載の磁気軸受。
【請求項８】
請求項１乃至７に記載の磁気軸受において回転軸の位置と位置の変化速度の検出器を浮上用電磁石の磁化が作用する面の反対側を代表とする電磁石の磁化が作用する面以外の面で、前記磁気軸受電磁石の吸引力の力学的中心に近づくように配置した請求項１乃至７に記載の磁気軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は磁気吸引力によって浮上させる磁気浮上装置の制御に関するものであって磁気軸受と総称する支持装置の制御方法を改良して磁気軸受の性能を向上させる技術に関わる。
【背景技術】
【０００２】  従来から磁気軸受や、磁気吸引力によって浮上させる磁気浮上装置の制御は、支持体と浮上体との間の相対距離を検出する位置検出装置を備え、位置検装置の出力信号を微分して速度信号を得た上で位置検出装置の出力信号と、速度信号を帰還増幅器に入力して軸受装置である電磁石の磁化力を調節して磁気浮上力を安定に浮上させるべく制御する負帰還ループで構成されている。【０００３】  位置検出装置の出力信号を微分する際に高域ノイズが含まれ易く，ローパスフィルターを用いている。また、処理速度の高いコンピューターを使用して数値計算を行っても、高域ノイズを除去しようとすると時間遅れが避けられず、制御ループが不安定になり易いので位置検出装置の出力を微分して変化速度計測に替えて予測制御なども用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来技術による距離検装置の出力の微分操作は、原理的には正しい手段であるが、磁気軸受や磁気吸引力によって浮上させる磁気浮上式搬送装置などに適用する場合で、特に高速回転する磁気軸受に適用する場合には、回転体の加工精度誤差や、表面粗さや回転に伴う遠心力による回転体の弾性歪による変位や振動、更に軸受制御に伴う漏洩磁束変動などの影響が位置検装置の出力信号に混入しやすく、距離検出器の出力を微分する際にそれらがノイズとして出力されて、磁気軸受などを良好に制御することを妨げている。【０００５】  また、微分操作は原理的に高域利得が大きくなるので、正確な微分出力信号波形を得ることが困難であり、軸の回転角度に同期して相対位置検出器の出力に修正を加えるなどの対策が採られていたが、抜本的な解決には至らず、ＤＳＰなどを用いた対症療法的な手段によって磁気浮上を実現していた。【０００６】  また、アナログ演算による直接微分、デジタルプロセッサーによる数値微分はともに原理的にハイパスフィルターであるので、位置検出装置の出力からローパスフィルターで除去した位置検出装置の出力を微分すると、微分操作によってノイズが再生されて正常な制御を損なうなど、磁気軸受を構成する上での問題があった。【０００７】  本発明はノイズによる障害の問題を解決しようとしてなされたもので、磁気吸引力で浮上している回転軸の状態を検知する検出装置が受けるノイズのレベルを下げるとともに、より正確な情報を得るために、磁気軸受電磁石の漏洩磁束のレベルが低く、且つ、磁気軸受の作動力の力学的な中心近傍に位置検出装置、または速度検出装置、または位置検出装置と速度検出装置の両方を配置することが課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  磁気力により浮揚支持されている対象物の軸受側からの距離の変化速度を検出する相対速度検出装置と、該相対速度検出装置の出力信号を磁気軸受の磁束を制御する回路の速度信号として磁気軸受の磁化力を制御する装置を備える磁気軸受においては原理的に相対速度を検出する速度検出装置を設けることによって相対速度信号を直接的に出力して，微分操作を経ないで軸受制御を行い安定な磁気軸受制御を実現した．【０００９】  微分操作による高域ノイズが再生される問題を解決すべく、相対速度を理学上の原理に基づいて検出する速度検出器を設けることによって、相対速度信号を直接的に出力して磁気軸受の制御を行い、磁気軸受などの制御型磁気浮上装置の安定な制御を実現するように構成した。【００１０】  請求項１に記載の速度検装置が浮揚支持されている前記回転軸または前記回転軸に取り付けられた導電性部分と、導電性部分に対向して軸受側に設けた電極によって形成された蓄電器と、蓄電器に直流電圧を印加する回路と蓄電器の電極間距離の変化速度に従って蓄電電器の電極に出入する電流または蓄電器の電極間の電圧を検出する回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受において、相対速度検出装置として公知の静電容量の変化を利用する方法があるが、工学上の原理的な速度電気変換手段であって構造が簡単であるとともに出力の忠実度が高く原理的にＳ／Ｎ比が高いという特徴を備える．【００１１】  公知の速度検出装置の一例としては、静電容量を利用する方法では静電マイクロフォンが広く知られており、検出装置としての性能の高さと、Ｓ／Ｎ比の高さはすでに実証されている。【００１２】  請求項１に記載の速度検装置が浮揚支持されている前記回転軸、または回転軸に取り付けられた磁性体と、磁性体と電磁的に結合する状態で軸受側に設けたサーチコイルと、サーチコイルにバイアス磁界を与える手段と、サーチコイルと前記回転体の距離の変化速度に従ってサーチコイルに誘導された電流または電圧を検出する回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受けにおいて、相対速度検出装置として公知の電磁誘導を利用する方法が知られているが、何れも工学上で原理的な速度電気変換手段であって構造が簡単であるとともに速度に対応する出力の忠実度が高く原理的にＳ／Ｎ比が高いという特徴を備える。【００１３】  公知の速度検出装置の一例としては、電磁誘導を利用する方法は電話等に広く利用されていた受話器と送話器が広く知られており、感度と忠実度が高いので長期に亘って独占的に電話に利用されていた。この技術を磁気軸受の速度検出装置に利用している。【００１４】  明細書１０乃至１３項に記載の本発明において、検出装置を構成する要素として用いた速度検出手段には既に充分に性能が実証されている公知の手段であるか、または、それらを組み合わせて利用できるので磁気軸受等の浮上制御安定化を実現するためにそれらを利用した。【００１５】  明細書１０乃至１４項に記載の様に，本発明における速度検出手段には，既に充分に性能が実証されている公知の手段またはそれらを組み合わせるか、新たに発明される速度検出装置、新たに発見される原理を利用した速度検出装置などを利用する事によって，��れらの原理及び構造を磁気軸受の浮上体と支持体との間の相対速度検出手段として用いることができる。【００１６】  請求項１乃至３に記載の磁気軸受において検出軸毎に複数個の速度検出器を設け、出力回路を差動接続して奇数次歪を減少させる機能を備える速度検出装置を構成して、理学原理による相対速度検出器の位置によって検出感度が変化するという原理的な欠陥を補正して磁気浮上制御に応用することを可能にする。【００１７】  請求項１乃至３に記載の磁気軸受において位置検出信号によって相対速度検出器の感度を補正する手段を備えて、位置の如何を問わず速度検出信号の出力を速度に比例するように補正することを可能にする．【００１８】  請求項１乃至５に記載の磁気軸受において出力される相対速度に相当する信号を微分する装置を備え、相対速度を微分することによって磁気浮上系の相対的な加速度を知ることができ設計当上明らかな磁気軸受を構成する各部分の質量や剛性と、軸受電磁石と検出器との位置関係などから、電磁石が吸引して浮上させている力を直接的に検出することができる。【００１９】  明細書１８項に記載の手段で磁気軸受の動作している力を検出が可能となり、磁気軸受などで軸受部分と浮上部分の一方か両方の剛性が低い場合や、軸受支持点が多数にのぼる場合に、装置全体の応力歪を検出できるので、良好な制御が可能になて、大型の磁気浮上装置や高速回転の磁気軸受の性能向上に利用できる。【００２０】  明細書１８項に記載の相対速度を微分する操作は、相対速度検出器が原理的検出法による検出器であることによって初めて成立する。位置出器の出力の２階微分は理論上では可能であるが、ノイズの障害を受けやすく殆ど実現できないが、相対速度検出器の出力を微分して、明細書１９項に記載の制御を行うことは容易である。【００２１】  請求項１乃至５に記載の磁気軸受において、速度検出装置の出力信号を積分する装置を備え，不定積分された出力の積分定数に位置測定装置の出力の時間平均値を与えれば，前記不定積分の出力に積分定数として回転軸の現在位置の平均値を与えることができて、速度信号積分により位置出力が得られるので、位置検出器の出力に代るか、それと複合して制御を行うことができる。【００２２】  請求項１乃至７に記載の磁気軸受において回転軸の位置と位置の変化速度の検出器または、いずれかを浮上用電磁石の磁化が作用する面の反対側を代表とする電磁石の磁化が作用する面以外の面に配置して前記電磁石の漏洩磁束または励磁電流を供給する給電線からの静電及び電磁ノイズを遮ることができる場所に検出器を装着する。【００２３】  請求項１乃至７に記載の磁気軸受において回転軸の位置と位置の変化速度の検出器または、いずれかを浮上用電磁石の磁化が作用する面の反対側を代表とする電磁石の磁化が作用する面以外の面で、前記磁気軸受電磁石の吸引力の力学的中心に近づくように配置した請求項１乃至７に記載の磁気軸受により、磁気軸受で支持する場合に磁気軸受の機能上の中心位置に検出器を装着することを可能にする。
【発明の効果】
【００２４】  速度検出装置を備えて位置変化速度を直接的に検出するので、磁気浮上制御ループの安定化に必要な位置変化速度を、位置出器の出力を微分して作り出す必要がなく、速度信号に、微分に際して発生するノイズによる影響と、ノイズを除去しようとすると避けられない信号の伝達遅延による影響を除去して、磁気軸受の制御特性を改善して磁気浮上制御ループの動作を安定化できる。【００２５】  非接触で電気信号を得ることを目的とする相対速度検出器は物理現象として古くから知られて居り、原理的に良質の出力信号が得られるので磁気浮上制御ループの速度帰還入力として用いれば、磁気軸受等の浮上安定化に効果的である。【００２６】  しかし物理現象を直接的に利用する速度検出器は検出対象物との距離によって検出感度が変化し、一般に近づくと感度が高くなり、遠ざかると感度が低くなる傾向を示すので回転体の直径上に相対速度検出器気を回転体の直径上の２箇所に配置して両者の検出出力を加算することによって位置による検出感度の変化を著しく軽減する効果が得られる。【００２７】  また，相対位置検出器の出力によって相対速度検出器の検出感度を修正する方法でも効果が得られる．【００２８】  位置検出器の出力の２階微分を行えば、理論的に加速度が算出されて、上記の軸受力を求められるが、微分ノイズなどが原因となって現実的には困難であり、現在までは試みられていないが、相対速度検出器の出力は原理的にノイズが少ないので微分するのに都合がよい上に、加速度を得るために２階微分の必要がなくなる。【００２９】  磁気軸受で支持する回転体の回転数数が極めて高い場合、歳差運動を伴う場合、剛性の低い回転体の場合、多数の軸受を備える回転体の場合などに適用する磁気軸受などの磁気浮揚装置に制御の安定化の可能性をもたらした。【００３０】  請求項１乃至５に記載の磁気軸受において出力される相対速度に相当する信号を積分する装置を備える請求項１乃至５に記載の磁気軸受けを用いれば、位置検出信号を創生することができ、位置検出装置の出力を積分定数の決定に用いれば、位置検出装置の出力よりも質の高い位置検出信号が得られる。【００３１】  請求項１乃至６に記載の磁気軸受において出力される相対速度に相当する信号を微分する装置を備える請求項１乃至６に記載の磁気軸受を用いれば、速度検出装置の出力を微分して力を求めることができるので、柔軟な回転体の場合や、磁気軸受の支持点が多数に上る場合に、制御を容易にする効果が得られる。【００３２】  請求項１乃至７に記載の磁気軸受において浮上対象物の位置や位置の変化速度の検出器を浮上用電磁石の磁化が作用する面の反対側を代表とする前記電磁石の磁化が作用する面以外の面に配置して検出器の出力にノイズが混入することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００３３】  図１は本発明の相対速度検出器を適用して成る磁気軸受の概念を説明する実施例であって、回転軸に相当する磁性円柱１を、その両端部に吸引電磁石２，２ａを配置して吊り上げる形態の磁気浮上システムを説明している。なを、実用に供する磁気軸受では、円柱を挟んで吸引電磁石２，２ａの反対側にも吸引電磁石を設けて、それぞれ両者が必要に応じて吸引する構造になっていて、一対の吸引電磁石で１制御軸を形成する。更に、直交方向と、円柱の軸方向にも制御軸を設けて円柱の位置と姿勢を制御するのを基本形として一般に５軸制御と呼ばれている。本説明では１軸の半分を重力加速度にゆだねて、半軸を２組示して説明する。【００３４】  位置検出装置３，３ａは磁性円柱１の位置に相当する電気信号を出力する。４，４ａは従来の磁気軸受では使用されていなかった速度検出装置であって、磁気軸受に対する円柱の相対速度に相当する電気信号を出力する。【００３５】  出力増幅器を兼ねる演算増幅器５，５ａを加算器として用いて位置と速度による制御、即ち、ＰＤ制御を行って円柱１を安定に静止状態で浮上させる。詳細な説明は省くが、それぞれの検出装置３，４、３ａ，４ａの加算抵抗６，７、６ａ，７ａを介して演算増幅器に入力され、帰還抵抗８，８ａを介して帰還される帰還入力と平衡してリファレンス電圧と同じ値を保って円柱１を、それぞれの磁気軸受２，２ａによって安定に浮上させる。なを、リファレンス電圧は図１でｒｅｆ．の記号で示した。【００３６】  図２は従来から実施されている磁気軸受の概念を説明する実施例であって、図１の説明図から、更に一方の磁気軸受が省略されている。従来技術では、速度検出措置を備えないで、位置検出装置の円柱１の位置に相当する電気信号を微分して  位置検出装置の出力信号に替えている。演算増幅器９及び、抵抗１１，１２，１３の機能は図１の実施例の説明と同じである。演算増幅器９、キャパシタ１４、抵抗１５で微分回路を構成して、位置の変化速度として演算増幅器１０に入力している。説明は省くが、微分回路の動作には実務上の問題が多く、応答周波数大域幅やノイズの発生などが障害になって、磁気軸受が技術的に困難を伴うものとされてきた。【００３７】  明細書３６に記載の欠陥が放置されていた理由の一つには、速度検出装置の適当な物を磁気軸受関係技術者が発見できなかった所にある。以下、公知の理論と公知の技術を用いて成した本発明の、速度検出装置に関して詳細に説明をする。【００３８】  図３のＢは速度検出装置を磁気軸受に適用した一実施例の該当部分の斜視図、Ａは、同断面図である。円柱１の電極１６，１６ａ，１７，１７ａ，１８，１８ａ，１９，１９ａに対向する部分は連続で導電性表面を備えるものとすると、例えば、電極１６と１６ａののそれぞれの端子２０と２０ａから見ると、キャパシタを形成している。該キャパシタの静電容量はそれぞれ電極１６，１６ａと円柱１の対向面積と、距離と、雰囲気の誘電率とによって決定され、端子２０と２０ａとの間の静電容量は、電極１６，１６ａによってそれぞれ形成されたキャパシタを直列に接続した値となり、円柱１、電極１６，１６ａの電位は無関係である。但し、理論上は対向する電極の面積が充分に大きいか���電極間の距離が充分に小さい場合に限られるが、速度検出装置として考える場合には静電容量を修正する係数を用意すれば充分である。【００３９】  ストレイキャパシタンス、リークカレント等を無視して、理想的な状態を仮定すれば、電極２０，２０ａ、２１，２１ａ、２２，２２ａ、２３，２３ａ、それぞれの間に同電位差の電圧を与えるべく直流電源に接続して、円柱を半径方向に移動させると各電極間にそれぞれ速度成分に対応する電流が流れる。【００４０】  図４は前記速度成分に対応する電流を検出して増幅する回路の一施例を示すが、回路に使用する演算増輻器２４，２５は入力抵抗値が高くバイアス電流の少ない演算増幅器を使用することが好ましい。本実施例では基準電圧端子３５を信号接地として、端子３６にプラス、３７にマイナスの絶対値の等しい直流電圧を印加する。電極１６には、演算増幅器２４の出力端子から帰還抵抗２７を介して充電電流が流れて、端子３６に印加された電圧に達する、電極１６ａの電圧も同様にして端子３７の電圧に達する。【００４１】  円柱の移動によって電極１６，１６ａと円柱１との間の静電容量が変化して、帰還抵抗２７，２８を介して電流が流れて、円柱の変位速度が演算増幅器２４，２５の出力電圧に変換される。演算増幅器２６によって信号レベルを整えて端子３８に変位速度信号を出力する。【００４２】  図５の速度検出装置Ｃ，Ｄは本発明の電磁型速度検出装置の実施例であって、速度検出装置Ｃはサーチコイル４０にバイアス磁界を与えるために永久磁石４１を備えてマグネットヨーク３９を励磁し、速度検出装置Ｄはサーチコイル４０ａにバイアス磁界を与えるために励磁コイル４３を備え、励磁コイル４３には、記載しない定電流電源によって制御された一定電流を流してマグネットヨーク４２を励磁する。その結果、Ｃ、Ｄ、の速度検出装置は全く同一の速度検出動作を行うことになる。【００４３】  Ｃ、Ｄいずれもマグネットヨーク３９，４２の磁束は、ほぼ、マグネットヨークの端面と円柱表面との距離、即ち、ギャップ長さで決まり、磁束はギャップの長さの分数関数で表され、明細書３９乃至４１項に記載の静電型速度検出装置と同じ動作特性を示す。【００４４】  図６は、本発明の電磁型速度検出装置を磁気軸受けに適用する場合の一回路例であって、演算増幅器４４によってサーチコイルに誘導された速度に対応する誘導電流を帰還抵抗４６で電圧に変換して端子４７に出力する。入力抵抗４５はゲインの設定と温度補償などの機能を持ち、端子４８は信号接地線である。【００４５】  静電型速度検出装置、電磁誘導型速度検出装置のいずれも明細書４３項に記載のように円柱１の表面からの距離の分数関数として速度検出感度が変化するので、磁気軸受けを制御する上で不都合な場合が多い。図７に図３Ｂを再掲するが、電極１６，１６ａ、１７，１７ａと、１８，１８ａ、１９，１９ａを、それぞれ一対にして磁気軸受制御の一軸の速度検出装置を構成すれば速度検出出力の位置による変化を減少させることができる。【００４６】  図９は、図７の電極１６，１６ａ，１７，１７ａと、１８，１８ａ、１９，１９ａを、を一対として位置による感度の変化を減少させて、特性を改善する回路の一例であって、図４の回路を２組、位相を反転して加算するものである。４９は信号設置、端子５０は正直流電圧、端子５１は負の直流電圧、端子５２は速度検出出力である。【００４７】  図８は誘導型検出装置を各制御軸に一対ずつ設けたものであって、Ｅは検出装置のバイアス磁界の励磁を直列に配置した例で、Ｆは励磁を並列に行い、戻りの磁路は拡散さた例であるが、磁気軸受周辺の構造によって、いずれかの方法を選択する。【００４８】  図１０は、図８の誘導型速度検出装置の一対を接続した例であって、位置による速度検出の感度変化を除去する効果は大きく、回路は極めて簡単である。演算増幅器５４、抵抗５５，５６で構成する増幅器で所定の電圧に整えられて端子５８に出力する。端子５７は信号設置である。【００４９】  図１１は、速度検出装置の特性を評価するために、図４に示した回路と位置検出装置を併設して、円柱１に偏心量を与えて回転させた時の位置検出装置の出力５９と、速度検出装置の出力６０を同時に記録したものであって、速度検出装置の出力６０に著しい波形歪が認められるが、図９の回路を用いると、速度検出波形は、図１２の波形６２になり、図１１の出力波形６０に比べて著しく改善された。図１２の波形６１は、併設した位置検出装置の出力波形である。【００５０】  図１３は、図１０の回路に位置検出装置を併設して、明細書４９項に記載の説明と同様に円柱１に偏心量を与えて回転させた時の併設された位置検出装置の出力６３と、速度検出装置の出力６４を同時に記録したもので、速度検出装置の出力５６に、殆ど波形歪が認められず、図１０の回路による効果が明らかに認められる。【００５１】  図１４は、円柱１の軸方向に相当する、図１７に示す検出装置１０２ａまたは、図１８の検出装置１０９ａのように、速度検出装置を対にして装着することが困難な場合などに用いる手段であって、位置検出装置３の出力を用いて速度検出装置４の出力の非直線性を補正する回路の一例である。演算増幅器６７の帰還ループに制御非線形素子７１を配置したが、補正は順方向回路で行うこともできる。端子７２は位置検出出力、端子７３は補正された速度検出出力、端子７４は信号接地端子である。【００５２】  図１５は、速度検出装置４の出力を積分する回路を備える本発明の一実施例であって、演算増幅器７７、速度信号入力抵抗８０、積分キャパシタ８１で構成する積分器に位置信号入力抵抗８２と、直流ゲインを設定する帰還抵抗８３を付加してあり、積分器の出力は円柱１の速度が零の時に位置検出出力に相当する値を出力し、速度を積分した位置に相当する信号を重畳して出力することができる。この方法を用いれば位置検出信号の周波数応答特性に対する制約が無くなり、高い精度の磁気軸受の制御が可能になる。端子８４は直接の位置検出出力であり、端子８５が速度検出出力、端子８６が積分回路による高精度位置検出出力、端子８７が信号接地である。【００５３】  図１６は、速度検出装置４の出力を微分する回路を備える本発明の一実施例であって、演算増幅器９０、微分キャパシタ９３、帰還抵抗９４で微分器を構成している。端子９５は位置検出出力であり、端子９６は速度検出出力、端子９７は速度を微分した出力、端子９８が信号接地である。【００５４���  明細書５３項に記載の速度を微分した出力は円柱１の加速度であって、速度微分回路を備えることによって、円柱１が吸引電磁石２を初めとする磁気軸受電磁石から受けている力の他に、円柱１の撓み、ジャイロモーメントなどによる力の総和を知ることができ、例えば円柱１の撓み量が大きい場合や、慣性モーメントが大きい場合、回転角速度が大きい場合、軸受が多数設けられている場合、磁気軸受を据え付ける架台の剛性が低い場合などの、従来技術による磁気軸受では困難とされていた種類の回転体などの磁気浮揚が容易に実現できる。【００５５】  図１７は、円柱１に同心状に空洞部分９９を設けて、空洞部分９９の内面１００の位置または速度、または、位置と速度を検出するべく、空洞部分９９に検出装置１０２，１０２ａを設けて、磁気軸受電磁石１０３及び励磁コイル１０４から漏洩する磁束が、検出装置１０２，１０２ａに影響するのを遮蔽する構造の本発明の一実施例を示す図である。磁気軸受電磁石をスイッチング制御する場合には、軸受部分から発生するノイズのレベルが高くなるので、図１７に示す構造並びに検出装置の配置は検出器の誘導ノイズ低減のために有効である。１０１は円柱１に嵌装された円筒状の磁性体、１０５は検出装置を支持する構造体を示す。【００５６】  図１８は、図１７に示す磁気軸受の構造を半径方向において反転した構造の本発明の一実施例を示す図である。円柱１に同心状に空洞部分１０７を設けて、空洞部分１０７に磁気軸受電磁石１１０及び励磁コイル１１１を配置した構造の本発明の一実施例を示す図である。１０８は円柱１の空洞部分１０７の内面に嵌装された円筒状の磁性体、１１２は磁気軸受電磁石と検出装置を支持する構造体である。【００５７】  この様に、磁気軸受電磁石と同心上で、異なる半径上に検出装置を配置することによって、軸受電磁石が発生する吸引力の軸方向の分布の中心部分に検出装置を配置することが可能になって、磁気軸受制御回路または制御プログラムの単純化が可能になる。【００５８】  明細書３４乃至５７に記載の実施例では制御手段を示す場合にはアナログ技術を以って表現したが、簡単に説明を行うことが目的であって、制御手段を限定するものではなく、ディタルプロセッサーを用いてソフトウェアによって本発明を実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の磁気軸受の構成要素を示す図である。
【図２】  従来の技術による磁気軸受制御を示す図である。
【図３】  Ａは本発明の速度検出装置を磁気軸受に適用した一実施例の該当部分の斜視図、Ｂは断面図である。
【図４】  前記速度成分に対応する電流を検出して増幅する回路の実施例を示す図である。
【図５】  速度検出装置Ｃ，Ｄは電磁型速度検出装置の実施例を示す図である。
【図６】  電磁型速度検出装置を磁気軸受けに適用する場合の回路例を示す図である。
【図７】  図３Ｂを再掲した図である。
【図８】  誘導型検出装置を各制御軸に一対ずつ設けた例を示す図である。
【図９】  図７に示した電極を一対として位置による感度の変化を減少させた例を示す図である。
【図１０】  図８に示した誘導型速度検出装置の一対を接続した例を示す図である。
【図１１】  速度検出装置の特性を評価するために測定した波形を示す図である。
【図１２】  出力波形が著しく改善されたのを示す図である。
【図１３】  位置検出装置の出力５５と、速度検出装置の出力５６を同時に記録した図である。
【図１４】  位置検出器５７の出力を用いて速度検出装置５８の出力の非直線性を補正する回路の一例を示す図である。
【図１５】  速度検出装置５８の出力を積分する回路を備える実施例を示す図である。
【図１６】  速度検出装置５８の出力を微分する回路を備える実施例を示す図である。
【図１７】  図１７は、円柱に同心状に空洞部分を設けて、該空洞部分に検出装置を設ける構造の一実施例を示す図である。
【図１８】  図１８は、円柱に同心状に空洞部分を設けて、該空洞部分に磁気軸受電磁石を配置した構造の実施例を示す図である。
【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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