(57)【要約】【課題】  回転体のラジアル制御軸方向およびアキシアル制御軸方向の変位を正確に検出することができ、しかも、変位センサユニットの構造が簡単で、部品点数が少なくてすみ、製作が容易で、コストダウンが可能な磁気軸受装置の変位検出装置を提供する。【解決手段】  ２組の変位センサユニット6,7のそれぞれが、回転体1のターゲット部15,17の片側の縁部に対向するとともに２つのラジアル制御軸上に位置するように周方向に等間隔をおいて配置された４個の変位センサ16a,16b,16c,16d,18a,18b,18c,18dを備えている。変位演算手段が、８個の変位センサの出力を用いて所定の演算を行うことにより、一方の変位センサユニット6の部分における２つのラジアル制御軸方向の回転体1の変位、他方の変位センサユニット7の部分における２つのラジアル制御軸方向の回転体1の変位、および回転体1のアキシアル制御軸方向の変位を求めるものである。【選択図】  図１
2006214528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の軸方向に間隔をおいて配置された２組の変位センサユニットと、変位センサユニットを構成する変位センサの出力から回転体のラジアル制御軸方向およびアキシアル制御軸方向の変位を演算する変位演算手段とを備えており、
各変位センサユニットが、それぞれ、回転体に設けられたターゲット部の片側の縁部に対向するとともに互いに直交する２つのラジアル制御軸上に位置するように周方向に等間隔をおいて配置された４個の変位センサを備えており、変位演算手段が、８個の変位センサの出力を用いて所定の演算を行うことにより、一方の変位センサユニットの部分における互いに直交する２つのラジアル制御軸方向の回転体の変位、他方の変位センサユニットの部分における上記２つのラジアル制御軸方向の回転体の変位、および回転体のアキシアル制御軸方向の変位を求めるものであることを特徴とする磁気軸受装置の変位検出装置。
【請求項２】
第１のラジアル制御軸をＸ軸、第２のラジアル制御軸をＹ軸、アキシアル制御軸をＺ軸とし、一方の変位センサユニットにおいて、Ｘ軸上に配置された２個の変位センサの出力をＸ1a、Ｘ1b、Ｙ軸上に配置された２個の変位センサの出力をＹ1c、Ｙ1dとし、他方の変位センサユニットにおいて、Ｘ軸上に配置された２個の変位センサの出力をＸ2a、Ｘ2b、Ｙ軸上に配置された２個の変位センサの出力をＹ2c、Ｙ2dとしたとき、変位演算手段が、次の式により、一方の変位センサユニットの部分における回転体のＸ軸方向の変位ΔＸ1およびＹ軸方向の変位ΔＹ1、他方の変位センサユニットの部分における回転体のＸ軸方向の変位ΔＸ2およびＹ軸方向の変位ΔＹ2、ならびに回転体のＺ軸方向の変位ΔＺを求めるものであることを特徴とする請求項１の磁気軸受装置の変位検出装置。
ΔＸ1＝（Ｘ1a−Ｘ1b）／２
ΔＹ1＝（Ｙ1c−Ｙ1d）／２
ΔＸ2＝（Ｘ2a−Ｘ2b）／２
ΔＹ2＝（Ｙ2c−Ｙ2d）／２
ΔＺ＝（Ｘ1a＋Ｘ1b＋Ｙ1c＋Ｙ1d）／４−（Ｘ2a＋Ｘ2b＋Ｙ2c＋Ｙ2d）／４
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気軸受装置の変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気軸受装置として、回転体と、回転体をラジアル制御軸方向（径方向）に非接触支持する２組の制御型ラジアル磁気軸受と、回転体をアキシアル制御軸方向（軸方向）に非接触支持する１組の制御型アキシアル磁気軸受と、回転体を高速回転させる内蔵電動モータと、回転体のラジアル制御軸方向およびアキシアル制御軸方向の変位を検出する変位検出装置と、変位検出装置の出力に基づいてラジアル磁気軸受およびアキシアル磁気軸受の電磁石を制御する電磁石制御装置とを備えたいわゆる５軸制御型磁気軸受装置が知られている。
【０００３】
変位検出装置は、２組のラジアル変位センサユニットと、１組のアキシアル変位センサユニットと、ラジアル変位センサユニットを構成するラジアル変位センサおよびアキシアル変位センサユニットを構成するアキシアル変位センサの出力から回転体のラジアル制御軸方向およびアキシアル制御軸方向の変位を演算する変位演算手段とを備えている。
【０００４】
各ラジアル変位センサユニットは、それぞれ、回転体に設けられたターゲット部に対向するように周方向に等間隔をおいて配置された４個のラジアル変位センサから構成されている。また、アキシアル変位センサユニットは、従来は、回転体の端面に対向するように配置された１個のアキシアル変位センサから構成されていた。
【０００５】
ところが、このようなアキシアル変位センサユニットの構成では、回転体の端面に他の部品を取り付けることが困難であり、また、磁気軸受装置の長さが長くなるという問題があった。
【０００６】
そこで、アキシアル変位センサユニットが、回転体に設けられたターゲット部の軸方向両縁部に対向するように配置された１対のアキシアル変位センサを備え、かつ、アキシアル変位センサユニットが、いずれか一方のラジアル変位センサユニットとターゲット部を共有するようにした変位検出装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２４１４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような１対のアキシアル変位センサを備えたアキシアル変位センサユニットでは、回転体に傾きが生じない場合は、回転体のアキシアル制御軸方向の変位を正確に検出することができるが、回転体に傾きが生じた場合は、回転体のアキシアル制御軸方向の変位を正確に検出することができない。
【０００８】
回転体の傾きの影響をなくすためには、ターゲット部の周囲に４対のアキシアル変位センサを周方向に等間隔をおいて配置する必要がある。
【０００９】
しかし、このようにすると、アキシアル変位センサユニットの構成が複雑で、部品点数が増加し、変位検出装置の製作が難しく、コストアップの原因となる。
【００１０】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、回転体のラジアル制御軸方向およびアキシアル制御軸方向の変位を正確に検出することができ、しかも、変位センサユニットの構造が簡単で、部品点数が少なくてすみ、製作が容易で、コストダウンが可能な磁気軸受装置の変位検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明による磁気軸受装置の変位検出装置は、回転体の軸方向に間隔をおいて配置された２組の変位センサユニットと、変位センサユニットを構成する変位センサの出力から回転体のラジアル制御軸方向およびアキシアル制御軸方向の変位を演算する変位演算手段とを備えており、各変位センサユニットが、それぞれ、回転体に設けられたターゲット部の片側の縁部に対向するとともに互いに直交する２つのラジアル制御軸上に位置するように周方向に等間隔をおいて配置された４個の変位センサを備えており、変位演算手段が、８個の変位センサの出力を用いて所定の演算を行うことにより、一方の変位センサユニットの部分における互いに直交する２つのラジアル制御軸方向の回転体の変位、他方の変位センサユニットの部分における上記２つのラジアル制御軸方向の回転体の変位、および回転体のアキシアル制御軸方向の変位を求めるものであることを特徴とするものである。
【００１２】
ターゲット部は磁性材料よりなり、これに軸方向に隣接する部分は非磁性材料よりなる。
【００１３】
一方の変位センサユニットの部分において、４個の変位センサが、互いに直交する２つのラジアル制御軸上に位置するように周方向に等間隔をおいて配置されているので、従来のラジアル変位センサユニットの場合と同様に、これら４個の変位センサの出力から、この変位センサユニットの部分における回転体のラジアル制御軸方向の変位を求めることができる。他方の変位センサユニットについても、同様である。
【００１４】
また、８個の変位センサが、回転体の周囲を４等分する位置に１対ずつ配置され、各変位センサが、ターゲット部の片側の縁部に対向しているので、従来のアキシアル変位センサの場合と同様に、これら８個の変位センサの出力から、回転体のアキシアル制御軸方向の変位を求めることができる。
【００１５】
２組の変位センサユニットのそれぞれが４個の変位センサで構成されているので、各変位センサユニットの構成が簡単で、部品点数が少なくてすむ。このため、変位検出装置の製造工程が削減でき、コストダウンが可能である。
【００１６】
たとえば、第１のラジアル制御軸をＸ軸、第２のラジアル制御軸をＹ軸、アキシアル制御軸をＺ軸とし、一方の変位センサユニットにおいて、Ｘ軸上に配置された２個の変位センサの出力をＸ1a、Ｘ1b、Ｙ軸上に配置された２個の変位センサの出力をＹ1c、Ｙ1dとし、他方の変位センサユニットにおいて、Ｘ軸上に配置された２個の変位センサの出力をＸ2a、Ｘ2b、Ｙ軸上に配置された２個の変位センサの出力をＹ2c、Ｙ2dとしたとき、変位演算手段が、次の式により、一方の変位センサユニットの部分における回転体のＸ軸方向の変位ΔＸ1およびＹ軸方向の変位ΔＹ1、他方の変位センサユニットの部分における回転体のＸ軸方向の変位ΔＸ2およびＹ軸方向の変位ΔＹ2、ならびに回転体のＺ軸方向の変位ΔＺを求めるものである。
【００１７】
ΔＸ1＝（Ｘ1a−Ｘ1b）／２
ΔＹ1＝（Ｙ1c−Ｙ1d）／２
ΔＸ2＝（Ｘ2a−Ｘ2b）／２
ΔＹ2＝（Ｙ2c−Ｙ2d）／２
ΔＺ＝（Ｘ1a＋Ｘ1b＋Ｙ1c＋Ｙ1d）／４−（Ｘ2a＋Ｘ2b＋Ｙ2c＋Ｙ2d）／４
【発明の効果】
【００１８】
この発明の磁気軸受装置の変位検出装置によれば、上述のように、回転体のラジアル制御軸方向およびアキシアル制御軸方向の変位を正確に検出することができ、しかも、変位センサユニットの構造が簡単で、部品点数が少なくてすみ、製作が容易で、コストダウンが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、この発明を５軸制御型磁気軸受装置に適用した実施形態について説明する。
【００２０】
図１は磁気軸受装置の主要部を概略的に示す縦断面図、図２は図１の水平断面図、図３は磁気軸受装置の電気的構成を示すブロック図である。
【００２１】
磁気軸受装置は、図示しない鉛直な筒状のハウジングの内側で鉛直な回転体(1)が回転する縦型のものであり、回転体(1)の周囲のハウジングの部分に、回転体(1)をラジアル制御軸方向に非接触支持する２組の制御型ラジアル磁気軸受(2)(3)、回転体(1)をアキシアル制御軸方向に非接触支持する１組の制御型アキシアル磁気軸受(4)、変位検出装置(5)を構成する２組の変位センサユニット(6)(7)、回転体(1)を回転させる内蔵電動モータのステータ(8)、回転体(1)の回転数を検出するための回転センサ（図示略）、タッチダウン用の保護軸受（図示略）などが配置されている。
【００２２】
この明細書において、アキシアル制御軸（軸方向の制御軸）をＺ軸、Ｚ軸に直交するとともに互いに直交する２つのラジアル制御軸（径方向の制御軸）をＸ軸およびＹ軸とする。
【００２３】
各ラジアル磁気軸受(2)(3)は、それぞれ、回転体(1)の外周部に設けられたターゲット部(10)(11)に対向し、かつ回転体(1)をＸ軸方向およびＹ軸方向の両側から挟むように周方向に等間隔をおいて配置された４個（２対）の電磁石（ラジアル電磁石）(12)(13)を備えている。
【００２４】
アキシアル磁気軸受(4)は、回転体(1)に形成されたフランジ部(1a)をＺ軸方向の両側から挟むように配置された１対の環状の電磁石（アキシアル電磁石)(14)を備えている。
【００２５】
上側変位センサユニット(6)は、回転体(1)の外周部に設けられたターゲット部(15)の上側の縁部に対向し、かつ回転体(1)をＸ軸方向およびＹ軸方向の両側から挟むように周方向に等間隔をおいて配置された４個（２対）の変位センサ(16a)(16b)(16c)(16d)を備えている。これらのセンサは符号(16)で総称し、区別する必要があるときは、それぞれ、Ｘ軸正側のものを上側第１変位センサ(16a)、Ｘ軸負側のものを上側第２変位センサ(16b)、Ｙ軸正側のものを上側第３変位センサ(16c)、Ｙ軸負側のものを上側第４変位センサ(16d)と呼ぶことにする。
【００２６】
下側変位センサユニット(7)は、回転体(1)の外周部に設けられたターゲット部(17)の下側の縁部に対向し、かつ回転体(1)をＸ軸方向およびＹ軸方向の両側から挟むように周方向に等間隔をおいて配置された４個（２対）の変位センサ(18a)(18b)(18c)(18d)を備えている。これらのセンサは符号(18)で総称し、区別する必要があるときは、それぞれ、Ｘ軸正側のものを下側第１変位センサ(18a)、Ｘ軸負側のものを下側第２変位センサ(18b)、Ｙ軸正側のものを下側第３変位センサ(18c)、Ｙ軸負側のものを下側第４変位センサ(18d)と呼ぶことにする。
【００２７】
各変位センサ(16)(18)は、従来のラジアル変位センサと同様のインダクタンス型変位センサである。
【００２８】
各ターゲット部(10)(11)(15)(17)は、磁性材料である環状の珪素鋼板が積層されたものであり、各ターゲット部(10)(11)(15)(17)に隣接する回転体(1)の外周部は非磁性材料で構成されている。
【００２９】
変位検出装置(5)は、上記の変位センサユニット(6)(7)と、変位センサ(16)(18)の出力から回転体(1)のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の変位を演算する変位演算手段(20)と、変位センサ(16)(18)を個別に駆動して変位センサ(16)(18)からの信号を出力する８個のセンサ駆動回路(21)と、センサ駆動回路(21)からの変位センサ(16)(18)の出力をＡＤ変換して変位演算手段(20)に出力する８個のＡＤ変換器(22)とを備えている。
【００３０】
磁気軸受装置には、変位検出装置(5)で検出された回転体(1)のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の変位に基づいて各磁気軸受(2)(3)(4)の電磁石(12)(13)(14)を制御する電磁石制御手段(23)が設けられている。
【００３１】
電磁石制御手段(23)からの電磁石制御信号は、ＤＡ変換器(24)を介して電力増幅器(25)に入力し、電力増幅器(25)から電磁石(12)(13)(14)に励磁電流が供給される。
【００３２】
変位演算手段(20)および電磁石制御手段(23)は、ソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段によって構成されている。この例では、ＤＳＰによって構成されている。
【００３３】
変位演算手段(20)において、上側第１変位センサ(16a)の出力Ｘ1a、上側第２変位センサ(16b)の出力Ｘ1b、上側第３変位センサ(16c)の出力Ｙ1c、上側第４ラジアル変位センサ(16d)の出力Ｙ1d、下側第１変位センサ(18a)の出力Ｘ2a、下側第２変位センサ(18b)の出力Ｘ2b、下側第３変位センサ(18c)の出力Ｙ2cおよび下側第４変位センサ(18d)の出力Ｙ2dに基づき、次の式により、上側変位センサユニット(6)の部分における回転体(1)のＸ軸方向の変位ΔＸ1およびＹ軸方向の変位ΔＹ1、下側変位センサユニット(7)の部分における回転体(1)のＸ軸方向の変位ΔＸ2およびＹ軸方向の変位ΔＹ2、ならびに回転体(1)のＺ軸方向の変位ΔＺが求められる。
【００３４】
ΔＸ1＝（Ｘ1a−Ｘ1b）／２
ΔＹ1＝（Ｙ1c−Ｙ1d）／２
ΔＸ2＝（Ｘ2a−Ｘ2b）／２
ΔＹ2＝（Ｙ2c−Ｙ2d）／２
ΔＺ＝（Ｘ1a＋Ｘ1b＋Ｙ1c＋Ｙ1d）／４−（Ｘ2a＋Ｘ2b＋Ｙ2c＋Ｙ2d）／４
磁気軸受装置の全体構成および各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。
【００３５】
たとえば、上記実施形態では、軸状の回転体(1)の外周部にターゲット部(15)(17)が設けられて、変位センサ(16)(18)がターゲット部(15)(17)の径方向外側に配置されているが、円筒状の回転体の内周部にターゲット部が設けられて、変位センサがターゲット部の径方向内側に配置されている場合もある。
【００３６】
また、この発明による変位検出装置は、回転体が水平に配置される横型の磁気軸受装置にも適用される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示す磁気軸受装置の主要部の概略縦断面図である。
【図２】図２は、図１の水平断面図である。
【図３】図３は、図１の磁気軸受装置の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
(1)     回転体
(5)     変位検出装置
(6)(7)    変位センサユニット
(15)(17)    ターゲット部
(16a)(16b)(16c)(16d)(18a)(18b)(18c)(18d)    変位センサ
(20)    変位演算手段
【図１】
2006214528.tif 000003
【図２】
2006214528.tif 000004
【図３】
2006214528.tif 000005