(57)【要約】【課題】回転軸１１の変位の検出精度を向上させる。【解決手段】磁気軸受システムは、回転軸１１に向けて磁力を発生させるラジアル磁気軸受と、回転軸１１の変位を検出するための変位検出部と、制御部と、を備える。変位検出部は、回転軸１１を挟んで互いに対向するコア部３３ａ及びコア部３３ｂと、コア部３３ａに設けられる変位検出コイル３４ａ及び補償コイル３５ａと、コア部３３ｂに設けられる変位検出コイル３４ｂ及び補償コイル３５ｂと、を有する。補償コイル３５ａと補償コイル３５ｂとは、互いに直列に接続され、制御部は、変位検出コイル３４ａのインダクタンスと変位検出コイル３４ｂのインダクタンスとの差に応じた差分値を、補償コイル３５ａ及び補償コイル３５ｂの合成インダクタンスに応じて補正することによって検出値を算出するとともに、検出値に基づいて磁力を制御する。【選択図】図２
2019219049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延びる回転軸を非接触で支持する磁気軸受システムであって、
前記第１方向と交差する第２方向において前記回転軸に向けて第１磁力を発生させる第１ラジアル磁気軸受と、
前記回転軸の前記第２方向における変位を検出するための第１変位検出部と、
前記第１ラジアル磁気軸受を制御する制御部と、を備え、
前記第１変位検出部は、前記第２方向において前記回転軸を挟んで互いに対向する第１コア部及び第２コア部と、前記第１コア部に設けられる第１変位検出コイル及び第１補償コイルと、前記第２コア部に設けられる第２変位検出コイル及び第２補償コイルと、を有し、
前記第１補償コイルと前記第２補償コイルとは、互いに直列に接続され、
前記制御部は、前記第１変位検出コイルの第１インダクタンスと前記第２変位検出コイルの第２インダクタンスとの差に応じた第１差分値を、互いに直列に接続された前記第１補償コイル及び前記第２補償コイルの第１合成インダクタンスに応じて補正することによって第１検出値を算出するとともに、前記第１検出値に基づいて前記第１磁力を制御する、
磁気軸受システム。
【請求項２】
前記第１変位検出部は、前記第１コア部及び前記第２コア部を互いに連結するコア連結部をさらに有する、
請求項１に記載の磁気軸受システム。
【請求項３】
前記第１ラジアル磁気軸受は、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向において前記回転軸に向けて第２磁力を発生させ、
前記第１変位検出部は、前記回転軸の前記第３方向における変位を検出するために、前記第３方向において前記回転軸を挟んで互いに対向する第３コア部及び第４コア部と、前記第３コア部に設けられる第３変位検出コイル及び第３補償コイルと、前記第４コア部に設けられる第４変位検出コイル及び第４補償コイルと、をさらに有し、
前記第３補償コイルと前記第４補償コイルとは、互いに直列に接続され、
互いに直列に接続された前記第１補償コイル及び前記第２補償コイルと、互いに直列に接続された前記第３補償コイル及び前記第４補償コイルとは、互いに並列に接続され、
前記制御部は、
前記第３変位検出コイルの第３インダクタンスと前記第４変位検出コイルの第４インダクタンスとの差に応じた第２差分値を、互いに直列に接続された前記第３補償コイル及び前記第４補償コイルの第２合成インダクタンスと前記第１合成インダクタンスとの第３合成インダクタンスに応じて補正することによって第２検出値を算出し、
前記第２検出値に基づいて前記第２磁力を制御し、
前記第１差分値を前記第３合成インダクタンスに応じて補正することによって前記第１検出値を算出する、
請求項１又は請求項２に記載の磁気軸受システム。
【請求項４】
前記第１変位検出コイルに電流が流れることによって第１磁束が前記第１変位検出コイルから発生し、
前記第２変位検出コイルに電流が流れることによって第２磁束が前記第２変位検出コイルから発生し、
互いに直列に接続された前記第１補償コイル及び前記第２補償コイルに電流が流れることによって、第３磁束が前記第１補償コイルから発生するとともに、第４磁束が前記第２補償コイルから発生し、
前記第１磁束は前記第３磁束よりも大きく、
前記第２磁束は前記第４磁束よりも大きい、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の磁気軸受システム。
【請求項５】
前記第１変位検出コイルは、第１巻数で前記第１コア部に設けられ、
前記第２変位検出コイルは、第２巻数で前記第２コア部に設けられ、
前記第１補償コイルは、第３巻数で前記第１コア部に設けられ、
前記第２補償コイルは、第４巻数で前記第２コア部に設けられ、
前記第１巻数は、前記第３巻数よりも多く、
前記第２巻数は、前記第４巻数よりも多い、
請求項４に記載の磁気軸受システム。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の磁気軸受システムと、前記回転軸を有するとともに前記回転軸を回転させるモータ部と、前記回転軸の端部に設けられるインペラと、を備える回転機械であって、
前記磁気軸受システムは、前記第２方向において前記回転軸に向けて第３磁力を発生させる第２ラジアル磁気軸受と、前記回転軸の前記第２方向における変位を検出するための第２変位検出部と、前記第１方向において前記回転軸を非接触に支持するアキシャル磁気軸受と、をさらに有し、
前記第２変位検出部は、前記第２方向において前記回転軸を挟んで互いに対向する第５コア部及び第６コア部と、前記第５コア部に設けられる第５変位検出コイル及び第５補償コイルと、前記第６コア部に設けられる第６変位検出コイル及び第６補償コイルと、を含み、
前記第５補償コイルと前記第６補償コイルとは、互いに直列に接続され、
前記制御部は、前記第５変位検出コイルの第５インダクタンスと前記第６変位検出コイルの第６インダクタンスとの差に応じた第３差分値を、互いに直列に接続された前記第５補償コイル及び前記第６補償コイルの第４合成インダクタンスに応じて補正することによって第３検出値を算出するとともに、前記第３検出値に基づいて前記第３磁力を制御し、
前記インペラ、前記モータ部、及び前記アキシャル磁気軸受は、前記第１方向に沿ってこの順で配置され、
前記第１コア部及び前記第２コア部は、前記インペラ及び前記モータ部の間に位置し、
前記第５コア部及び前記第６コア部は、前記モータ部及び前記アキシャル磁気軸受の間に位置し、
互いに直列に接続された前記第５補償コイル及び前記第６補償コイルに電流が流れることによって、第５磁束が前記第５補償コイルから発生するとともに、第６磁束が前記第６補償コイルから発生し、
前記第３磁束及び前記第４磁束それぞれは、前記第５磁束及び前記第６磁束よりも大きい、
回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気軸受システム及び回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの回転軸を非接触で支持する磁気軸受システムが知られている。例えば特許文献１には、回転体（回転軸）をラジアル方向に非接触支持するための電磁石を備える磁気軸受装置（磁気軸受システム）が記載されている。この磁気軸受システムでは、回転軸のラジアル方向の位置が変化すると、回転軸をそのラジアル方向の両側から挟むように配置された一対の電磁石それぞれのコイルに流れる励磁電流値が変化する。この励磁電流値の変化に基づいて回転軸の変位が検出され、一対の電磁石それぞれのコイルに供給する励磁電流値が制御されることによって、回転軸が所定の位置に非接触支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１２６２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の磁気軸受システムでは、一方の電磁石の近傍に設けられた温度センサの検出信号に基づいて各コイルに供給する励磁電流の制御特性が変化される。これにより、一対の電磁石それぞれのコイルの抵抗値の温度ドリフトが補償される。このような一対の電磁石のそれぞれは、磁性体である芯（コア）とコアに巻かれたコイルとによって構成される場合がある。この場合、コアの温度変化に伴って、コイルのインダクタンス特性等の電気的特性が変化する。このため、励磁電流値の変化等の回転軸の変位に伴う検出値をコアの温度に応じて補正することによって回転軸の変位を検出することが望まれる。しかしながら、特許文献１に記載の磁気軸受システムのように電磁石の近傍に設けられた温度センサではコアの温度を正確に測定することができずに、回転軸の変位を精度よく検出することができないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、回転軸の変位の検出精度を向上させることが可能な磁気軸受システム及び回転機械を提供する。
【０００６】
本発明の一側面に係る磁気軸受システムは、第１方向に延びる回転軸を非接触で支持するシステムである。この磁気軸受システムは、第１方向と交差する第２方向において回転軸に向けて第１磁力を発生させる第１ラジアル磁気軸受と、回転軸の第２方向における変位を検出するための第１変位検出部と、第１ラジアル磁気軸受を制御する制御部と、を備える。第１変位検出部は、第２方向において回転軸を挟んで互いに対向する第１コア部及び第２コア部と、第１コア部に設けられる第１変位検出コイル及び第１補償コイルと、第２コア部に設けられる第２変位検出コイル及び第２補償コイルと、を有し、第１補償コイルと第２補償コイルとは、互いに直列に接続される。制御部は、第１変位検出コイルの第１インダクタンスと第２変位検出コイルの第２インダクタンスとの差に応じた第１差分値を、互いに直列に接続された第１補償コイル及び第２補償コイルの第１合成インダクタンスに応じて補正することによって第１検出値を算出するとともに、第１検出値に基づいて第１磁力を制御する。
【０００７】
この磁気軸受システムでは、互いに直列に接続された第１補償コイル及び第２補償コイルの第１合成インダクタンスに応じて第１差分値を補正することにより算出された第１検出値に基づいて、第１ラジアル磁気軸受によって第２方向に発生する第１磁力が制御される。第１変位検出コイルの第１インダクタンスと第２変位検出コイルの第２インダクタンスとは、回転軸の第２方向における変位だけでなく、第１コア部及び第２コア部の温度変化によっても変化する。このため、第１差分値には、回転軸の変位成分と、温度変化による成分とが含まれ得る。一方、回転軸の変位に伴う第１補償コイル及び第２補償コイルのインダクタンスの増減は互いに反対となり、第１補償コイル及び第２補償コイルは互いに直列に接続されているので、第１合成インダクタンスでは、回転軸の第２方向の変位によって生じる変位成分が低減される。また、第１変位検出コイルと第１補償コイルとは、ともに第１コア部に設けられ、第２変位検出コイルと第２補償コイルとは、ともに第２コア部に設けられる。従って、第１合成インダクタンスでは回転軸の変位に伴って生じる変位成分が低減され、第１合成インダクタンスは第１コア部及び第２コア部の温度に応じた値となる。この第１合成インダクタンスを用いることで、第１差分値から温度変化による成分が低減された第１検出値を算出することができる。その結果、回転軸の変位の検出精度を向上させることが可能となる。
【０００８】
第１変位検出部は、第１コア部及び第２コア部を互いに連結するコア連結部をさらに有してもよい。
【０００９】
この場合、第１コア部及び第２コア部が互いに連結されているので、回転軸を挟んで互いに対向する位置に第１コア部及び第２コア部を容易に配置することができる。その結果、磁気軸受システムの製造工程を簡略化することが可能となる。
【００１０】
第１ラジアル磁気軸受は、第１方向及び第２方向と交差する第３方向において回転軸に向けて第２磁力を発生させてもよい。第１変位検出部は、回転軸の第３方向における変位を検出するために、第３方向において回転軸を挟んで互いに対向する第３コア部及び第４コア部と、第３コア部に設けられる第３変位検出コイル及び第３補償コイルと、第４コア部に設けられる第４変位検出コイル及び第４補償コイルと、をさらに有してもよい。第３補償コイルと第４補償コイルとは、互いに直列に接続されてもよい。互いに直列に接続された第１補償コイル及び第２補償コイルと、互いに直列に接続された第３補償コイル及び第４補償コイルとは、互いに並列に接続されてもよい。制御部は、第３変位検出コイルの第３インダクタンスと第４変位検出コイルの第４インダクタンスとの差に応じた第２差分値を、互いに直列に接続された第３補償コイル及び第４補償コイルの第２合成インダクタンスと第１合成インダクタンスとの第３合成インダクタンスに応じて補正することによって第２検出値を算出してもよく、第２検出値に基づいて第２磁力を制御してもよく、第１差分値を第３合成インダクタンスに応じて補正することによって第１検出値を算出してもよい。
【００１１】
第１合成インダクタンスと同様に、第２合成インダクタンスでは回転軸の変位に伴って生じる変位成分が低減され、第２合成インダクタンスは第３コア部及び第４コア部の温度に応じた値となる。このため、第１補償コイル及び第２補償コイルと第３補償コイル及び第４補償コイルとが互いに並列に接続された並列回路の第３合成インダクタンスには、第１コア部及び第２コア部の温度変化の影響と第３コア部及び第４コア部の温度変化の影響とが反映される。その結果、各コア部の温度のばらつきを低減することができ、回転軸の変位をさらに精度よく検出することが可能となる。
【００１２】
第１変位検出コイルに電流が流れることによって第１磁束が第１変位検出コイルから発生してもよく、第２変位検出コイルに電流が流れることによって第２磁束が第２変位検出コイルから発生してもよい。互いに直列に接続された第１補償コイル及び第２補償コイルに電流が流れることによって、第３磁束が第１補償コイルから発生するとともに、第４磁束が第２補償コイルから発生してもよい。第１磁束は第３磁束よりも大きくてもよく、第２磁束は第４磁束よりも大きくてもよい。
【００１３】
上述の磁束の大小関係を満たすために、例えば、第１変位検出コイルの第１インダクタンスが第１補償コイルのインダクタンスよりも大きくなるとともに、第２変位検出コイルの第２インダクタンスが第２補償コイルのインダクタンスよりも大きくなるように各コイルのインダクタンスが設定される。この場合、回転軸の第２方向の変位によって生じる第１インダクタンス及び第２インダクタンスの変化率が、第１コア部及び第２コア部の温度変化によって生じる第１合成インダクタンスの変化率よりも大きくなる。その結果、第１差分値を算出するための第１インダクタンス及び第２インダクタンスそれぞれの変化に基づいた回転軸の第２方向の変位の検出を、第１差分値を補正するための第１合成インダクタンスの変化に基づいた温度変化の検出よりも、高い分解能で行うことが可能となる。
【００１４】
第１変位検出コイルは、第１巻数で第１コア部に設けられてもよく、第２変位検出コイルは、第２巻数で第２コア部に設けられてもよい。第１補償コイルは、第３巻数で第１コア部に設けられてもよく、第２補償コイルは、第４巻数で第２コア部に設けられてもよい。第１巻数は、第３巻数よりも多くてもよく、第２巻数は、第４巻数よりも多くてもよい。
【００１５】
この場合、第１変位検出コイルの第１インダクタンスが第１補償コイルのインダクタンスよりも大きくなり、第２変位検出コイルの第２インダクタンスが第２補償コイルのインダクタンスよりも大きくなる。その結果、第１差分値を算出するための第１インダクタンス及び第２インダクタンスそれぞれの変化に基づいた回転軸の第２方向の変位の検出を、第１差分値を補正するための第１合成インダクタンスの変化に基づいた温度変化の検出よりも、高い分解能で行うことが可能となる。
【００１６】
本発明の別の側面に係る回転機械は、上述の磁気軸受システムと、回転軸を有するとともに回転軸を回転させるモータ部と、回転軸の端部に設けられるインペラと、を備える回転機械である。磁気軸受システムは、第２方向において回転軸に向けて第３磁力を発生させる第２ラジアル磁気軸受と、回転軸の第２方向における変位を検出するための第２変位検出部と、第１方向において回転軸を非接触に支持するアキシャル磁気軸受と、をさらに有する。第２変位検出部は、第２方向において回転軸を挟んで互いに対向する第５コア部及び第６コア部と、第５コア部に設けられる第５変位検出コイル及び第５補償コイルと、第６コア部に設けられる第６変位検出コイル及び第６補償コイルと、を含み、第５補償コイルと第６補償コイルとは、互いに直列に接続される。制御部は、第５変位検出コイルの第５インダクタンスと第６変位検出コイルの第６インダクタンスとの差に応じた第３差分値を、互いに直列に接続された第５補償コイル及び第６補償コイルの第４合成インダクタンスに応じて補正することによって第３検出値を算出するとともに、第３検出値に基づいて第３磁力を制御する。インペラ、モータ部、及びアキシャル磁気軸受は、第１方向に沿ってこの順で配置され、第１コア部及び第２コア部は、インペラ及びモータ部の間に位置し、第５コア部及び第６コア部は、モータ部及びアキシャル磁気軸受の間に位置する。互いに直列に接続された第５補償コイル及び第６補償コイルに電流が流れることによって、第５磁束が第５補償コイルから発生するとともに、第６磁束が第６補償コイルから発生し、第３磁束及び第４磁束それぞれは、第５磁束及び第６磁束よりも大きい。
【００１７】
この回転機械では、第１変位検出部の第１コア部及び第２コア部は、ともに高温の熱を発生させるインペラ及びモータ部の間に配置される。このため、第１コア部及び第２コア部の温度変化が、モータ部とアキシャル磁気軸受との間に配置される第２変位検出部の第５コア部及び第６コア部よりも大きくなるおそれがある。上述の磁束の大小関係を満たすために、例えば、第１合成インダクタンスが第４合成インダクタンスよりも大きくなるように各補償コイルのインダクタンスが設定される。この場合、単位温度あたりの第１合成インダクタンスの変化が、単位温度あたりの第４合成インダクタンスの変化よりも大きくなる。これにより、第１合成インダクタンスの変化に基づいた第１コア部及び第２コア部の温度変化の検出を、第４合成インダクタンスの変化に基づいた第５コア部及び第６コア部の温度変化の検出よりも、高い分解能で行うことができる。その結果、第１変位検出部における温度補正を第２変位検出部に比べて高い精度で行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回転軸の変位の検出精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、一実施形態に係る磁気軸受システムを備える回転機械の概略構成図である。
【図２】図２は、アキシャル方向から見たセンサ部を示す図である。
【図３】図３は、アキシャル方向から見たセンサ部を示す図である。
【図４】図４は、変位検出コイルに接続される回路部の構成を示す図である。
【図５】図５は、補償コイルに接続される回路部の構成を示す図である。
【図６】図６は、制御部が行う処理を説明するためのブロック図である。
【図７】図７は、センサ部の第１変形例を示す図である。
【図８】図８は、センサ部の第２変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面には必要に応じてＸＹＺ直交座標系が示される。ここでは、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向は後述の回転軸１１のラジアル方向に対応し、Ｚ軸方向は回転軸１１のアキシャル方向に対応する。
【００２１】
図１は、一実施形態に係る磁気軸受システムを備える回転機械の概略構成図である。図１に示される回転機械１は、回転運動を利用することによってガスを圧縮する圧縮機（コンプレッサ）である。回転機械１は、モータ部１０と、コンプレッサ部１４と、磁気軸受システム２０と、を備える。
【００２２】
モータ部１０は、回転力をコンプレッサ部１４に伝達する装置である。モータ部１０は、Ｚ軸方向（第１方向）に延びる回転軸１１と、回転軸１１に取り付けられたロータ１２と、ロータ１２を囲むように設けられたステータ１３と、を備える。回転軸１１は、ロータ１２とステータ１３との間で作用する磁気によって回転させられる。回転軸１１は、磁気軸受システム２０によって回転可能に支持される。
【００２３】
コンプレッサ部１４は、ガスを圧縮することによって昇圧されたガスを生成する。コンプレッサ部１４は、回転軸１１のＺ軸方向における一方の端部１１ａに設けられる。コンプレッサ部１４は、インペラ１５と、インペラ１５を収容するハウジング１６と、を備える。インペラ１５は、回転軸１１の端部１１ａに接続されており、回転軸１１の回転に伴って回転する。ハウジング１６には、ハウジング１６のＺ軸方向の一端に吸気口１６ａが形成され、インペラ１５の周囲を囲むスクロール１６ｂが形成されている。吸気口１６ａからハウジング１６の内部に流入したガスは、回転するインペラ１５によって回転軸１１の回転方向に加速された後、スクロール１６ｂにより減速され昇圧される。これにより昇圧されたガスが生成される。昇圧されたガスは、例えば、不図示の接続配管等によってスクロール１６ｂからコンプレッサ部１４の外部に送出される。
【００２４】
磁気軸受システム２０は、回転軸１１を非接触で支持するシステムである。磁気軸受システム２０は、アキシャル磁気軸受２１と、ラジアル磁気軸受２４Ａ（第１ラジアル磁気軸受）と、ラジアル磁気軸受２４Ｂ（第２ラジアル磁気軸受）と、変位検出部２６Ａ（第１変位検出部）と、変位検出部２６Ｂ（第２変位検出部）と、制御部６０と、を備える。なお、モータ部１０及び磁気軸受システム２０は、不図示のケーシングに収容されている。
【００２５】
アキシャル磁気軸受２１は、回転軸１１をアキシャル方向（Ｚ軸方向）に非接触で支持する。具体的には、アキシャル磁気軸受２１は、回転軸１１のＺ軸方向における支持位置を非接触で調整する。言い換えると、アキシャル磁気軸受２１は、ロータ１２のＺ軸方向における位置を調整する。アキシャル磁気軸受２１は、スラストディスク２２と、磁極２３と、を備える。スラストディスク２２は、回転軸１１の端部１１ａとは反対の端部１１ｂに設けられる。このように、回転機械１では、コンプレッサ部１４（インペラ１５）、モータ部１０、及びアキシャル磁気軸受２１は、Ｚ軸方向において回転軸１１の端部１１ａから、この順で配置されている。
【００２６】
スラストディスク２２は、円板状の部材である。スラストディスク２２は、電磁鋼板等によって構成されている。磁極２３は、Ｚ軸方向においてスラストディスク２２を挟むように設けられ、不図示のケーシングに固定されている。スラストディスク２２と磁極２３とは、Ｚ軸方向において互いに離間している。磁極２３は、例えば電磁石である。アキシャル磁気軸受２１は、磁極２３に駆動電流が流れることにより磁極２３から発生した磁力によって、スラストディスク２２を吸引し、回転軸１１のＺ軸方向における支持位置を調整する。アキシャル磁気軸受２１は、他の周知の手法によってＺ軸方向における回転軸１１の支持位置を調整してもよい。
【００２７】
ラジアル磁気軸受２４Ａ及びラジアル磁気軸受２４Ｂは、回転軸１１を回転可能に非接触で支持する。言い換えると、ラジアル磁気軸受２４Ａ及びラジアル磁気軸受２４Ｂは、回転軸１１のラジアル方向における支持位置を調整する。ここでは、ラジアル磁気軸受２４Ａ及びラジアル磁気軸受２４Ｂは、回転軸１１のＸ軸方向及びＹ軸方向における支持位置を調整する。ラジアル磁気軸受２４Ａは、Ｚ軸方向においてコンプレッサ部１４とモータ部１０との間に配置され、ラジアル磁気軸受２４Ｂは、Ｚ軸方向においてモータ部１０とアキシャル磁気軸受２１との間に配置される。ラジアル磁気軸受２４Ａ及びラジアル磁気軸受２４Ｂは、配置位置を除き、互いに同様の機能及び構成を有している。
【００２８】
ラジアル磁気軸受２４Ａは、Ｘ軸方向において回転軸１１を挟んで互いに対向する一対の磁極２５ａを備え、Ｙ軸方向において回転軸１１を挟んで互いに対向する一対の磁極２５ａを備える。これらの磁極２５ａは、不図示のケーシングに固定されている。磁極２５ａは、例えば回転軸１１に向けて磁気吸引力を発生させる電磁石である。ラジアル磁気軸受２４Ａは、Ｙ軸方向において互いに対向する一対の磁極２５ａに駆動電流が流れることにより磁極２５ａから回転軸１１に向けて発生した磁力（第１磁力）によって、回転軸１１のＹ軸方向（第２方向）における支持位置を調整する。ラジアル磁気軸受２４Ａは、Ｘ軸方向において互いに対向する一対の磁極２５ａに駆動電流が流れることにより磁極２５ａから回転軸１１に向けて発生した磁力（第２磁力）によって、回転軸１１のＸ軸方向（第３方向）における支持位置を調整する。
【００２９】
ラジアル磁気軸受２４Ｂは、Ｘ軸方向において回転軸１１を挟んで互いに対向する一対の磁極２５ｂを備え、Ｙ軸方向において回転軸１１を挟んで互いに対向する一対の磁極２５ｂを備える。これらの磁極２５ｂは、不図示のケーシングに固定されている。磁極２５ｂは、例えば回転軸１１に向けて磁気吸引力を発生させる電磁石である。ラジアル磁気軸受２４Ｂは、Ｙ軸方向において互いに対向する一対の磁極２５ｂに駆動電流が流れることにより磁極２５ｂから回転軸１１に向けて発生した磁力（第３磁力）によって、回転軸１１のＹ軸方向における支持位置を調整する。ラジアル磁気軸受２４Ｂは、Ｘ軸方向において互いに対向する一対の磁極２５ｂに駆動電流が流れることにより磁極２５ｂから回転軸１１に向けて発生した磁力によって、回転軸１１のＸ軸方向における支持位置を調整する。
【００３０】
変位検出部２６Ａ及び変位検出部２６Ｂは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれにおける回転軸１１の変位を検出するための装置（センサ）である。言い換えると、変位検出部２６Ａ及び変位検出部２６Ｂは、ラジアル方向における回転軸１１の支持位置の変化を検出するための装置である。変位検出部２６Ａは、ターゲット２７Ａと、センサ部２８Ａと、回路部２９Ａと、を備える。変位検出部２６Ｂは、ターゲット２７Ｂと、センサ部２８Ｂと、回路部２９Ｂと、を備える。変位検出部２６Ａ及び変位検出部２６Ｂは、配置位置を除き、互いに同様の機能及び構成を有している。
【００３１】
ターゲット２７Ａ及びターゲット２７Ｂは、回転軸１１に設けられる。ターゲット２７Ａ及びターゲット２７Ｂのそれぞれは、電磁鋼板等によって構成されている。ターゲット２７Ａ及びターゲット２７Ｂのそれぞれは、例えば、Ｚ軸方向から見て回転軸１１の中心軸線Ｐ（図２参照）を中心としたリング状に形成されており、回転軸１１に嵌め込まれている。Ｚ軸方向から見たターゲット２７Ａ及びターゲット２７Ｂそれぞれの外周面は、回転軸１１の外周面と略一致する。ターゲット２７Ａ及びターゲット２７Ｂそれぞれの外周面は、回転軸１１から露出している。ターゲット２７Ａは、コンプレッサ部１４とモータ部１０との間に設けられ、ターゲット２７Ｂは、モータ部１０とアキシャル磁気軸受２１との間に設けられる。
【００３２】
図２及び図３は、アキシャル方向から見たセンサ部を示す図である。図２に示されるように、センサ部２８Ａは、Ｙ軸方向において回転軸１１（ターゲット２７Ａ）を挟んで互いに対向する磁路形成部３１ａ及び磁路形成部３１ｂと、Ｘ軸方向において回転軸１１（ターゲット２７Ａ）を挟んで互いに対向する磁路形成部３２ａ及び磁路形成部３２ｂと、を備える。磁路形成部３１ａ及び磁路形成部３１ｂのそれぞれと回転軸１１とは、Ｙ軸方向において離間している。
【００３３】
磁路形成部３１ａは、コア部３３ａ（第１コア部）と、変位検出コイル３４ａ（第１変位検出コイル）と、補償コイル３５ａ（第１補償コイル）と、を備える。コア部３３ａと、ターゲット２７Ａと、コア部３３ａ及びターゲット２７Ａの間の空間（ギャップ）と、によって磁路Ｍｐ１が形成される。磁路形成部３１ｂは、コア部３３ｂ（第２コア部）と、変位検出コイル３４ｂ（第２変位検出コイル）と、補償コイル３５ｂ（第２補償コイル）と、を備える。コア部３３ｂと、ターゲット２７Ａと、コア部３３ｂ及びターゲット２７Ａの間の空間（ギャップ）と、によって磁路Ｍｐ２が形成される。
【００３４】
コア部３３ａ及びコア部３３ｂは、Ｙ軸方向において回転軸１１（ターゲット２７Ａ）を挟んで互いに対向するように設けられる。コア部３３ａ及びコア部３３ｂのそれぞれと回転軸１１（ターゲット２７Ａ）とは、Ｙ軸方向において離間している。コア部３３ａ及びコア部３３ｂのそれぞれは、不図示のケーシングに固定されている。コア部３３ａ及びコア部３３ｂのそれぞれは、Ｚ軸方向において所定の厚さを有している。コア部３３ａ及びコア部３３ｂは、Ｚ軸方向においてコンプレッサ部１４とモータ部１０との間に配置されている。コア部３３ａ及びコア部３３ｂのそれぞれは、磁性体（磁性材料）から構成されている。コア部３３ａは、磁路Ｍｐ１に沿って磁束Φ１を発生させるための芯であり、コア部３３ｂは、磁路Ｍｐ２に沿って磁束Φ２を発生させるための芯である。
【００３５】
コア部３３ａは、Ｘ軸方向に沿って延びる基部３６ａと、基部３６ａの両端それぞれからＹ軸方向に沿って回転軸１１（ターゲット２７Ａ）に向かって延びる突出部３７ａ及び突出部３８ａと、によって構成されている。コア部３３ｂは、Ｘ軸方向に沿って延びる基部３６ｂと、基部３６ｂの両端それぞれからＹ軸方向に沿って回転軸１１（ターゲット２７Ａ）に向かって延びる突出部３７ｂ及び突出部３８ｂと、によって構成されている。コア部３３ａとコア部３３ｂとは、互いに同一形状に構成されている。回転軸１１が基準位置（目標位置）に位置しているとき、コア部３３ａ及びコア部３３ｂのそれぞれと回転軸１１（ターゲット２７Ａ）との間の距離が、互いに同一である。言い換えると、Ｚ軸方向から見たコア部３３ａとコア部３３ｂとは、回転軸１１が基準位置に位置するときの回転軸１１の中心軸線Ｐを中心として点対称である。
【００３６】
変位検出コイル３４ａ及び補償コイル３５ａは、コア部３３ａに設けられる。具体的には、変位検出コイル３４ａ及び補償コイル３５ａのそれぞれは、コア部３３ａの基部３６ａに巻き回されることによって、基部３６ａに設けられる。ここでは、変位検出コイル３４ａが基部３６ａのうちの突出部３８ａに近い位置に設けられ、補償コイル３５ａが基部３６ａのうちの突出部３７ａに近い位置に設けられる。変位検出コイル３４ａと補償コイル３５ａとの巻き方向は、互いに同じである。変位検出コイル３４ａと補償コイル３５ａとにそれぞれ電流が流れたときに、磁束Φ１が、磁路Ｍｐ１に沿って基部３６ａ、突出部３７ａ、ターゲット２７Ａ、及び突出部３８ａの順で循環するように、変位検出コイル３４ａ及び補償コイル３５ａは基部３６ａに巻き回される。磁束Φ１は、変位検出コイル３４ａから発生する磁束Φ１１（第１磁束）と、補償コイル３５ａから発生する磁束Φ１２（第３磁束）と、を含んでいる。
【００３７】
本実施形態では、磁束Φ１１の大きさは、磁束Φ１２の大きさよりも大きい。磁束Φ１１と磁束Φ１２との大小関係は、変位検出コイル３４ａ及び補償コイル３５ａのそれぞれに流れる電流値の大小関係、又は変位検出コイル３４ａのインダクタンスＬ１（第１インダクタンス）と補償コイル３５ａのインダクタンスＬ２との大小関係によって定まる。ここでは、インダクタンスＬ１は、インダクタンスＬ２よりも大きい。具体的には、変位検出コイル３４ａの巻数ｎ１（第１巻数）は、補償コイル３５ａの巻数ｎ２（第３巻数）よりも多い。なお、インダクタンスＬ１は、磁路Ｍｐ１に含まれる磁性体（コア部３３ａ及びターゲット２７Ａ）の透磁率、磁性体及び空間それぞれの磁路長、並びに巻数ｎ１によって定まる。インダクタンスＬ２は、磁路Ｍｐ１に含まれる磁性体の透磁率、磁性体及び空間それぞれの磁路長、並びに巻数ｎ２によって定まる。
【００３８】
変位検出コイル３４ｂ及び補償コイル３５ｂは、コア部３３ｂに設けられる。具体的には、変位検出コイル３４ｂ及び補償コイル３５ｂのそれぞれは、コア部３３ｂの基部３６ｂに巻き回されることによって、基部３６ｂに設けられる。ここでは、変位検出コイル３４ｂが基部３６ｂのうちの突出部３８ｂに近い位置に設けられ、補償コイル３５ｂが基部３６ｂのうちの突出部３７ｂに近い位置に設けられる。変位検出コイル３４ｂと補償コイル３５ｂとの巻き方向は、互いに同じである。変位検出コイル３４ｂと補償コイル３５ｂとにそれぞれ電流が流れたときに、磁束Φ２が、磁路Ｍｐ２に沿って基部３６ｂ、突出部３７ｂ、ターゲット２７Ａ、及び突出部３８ｂの順で循環するように、変位検出コイル３４ｂ及び補償コイル３５ｂは基部３６ｂに巻き回される。磁束Φ２は、変位検出コイル３４ｂから発生する磁束Φ２１（第２磁束）と、補償コイル３５ｂから発生する磁束Φ２２（第４磁束）と、を含んでいる。
【００３９】
本実施形態では、磁束Φ２１の大きさは、磁束Φ２２の大きさよりも大きい。磁束Φ２１と磁束Φ２２との大小関係は、変位検出コイル３４ｂ及び補償コイル３５ｂのそれぞれに流れる電流値の大小関係、又は変位検出コイル３４ｂのインダクタンスＬ３（第２インダクタンス）と補償コイル３５ｂのインダクタンスＬ４との大小関係によって定まる。ここでは、インダクタンスＬ３は、インダクタンスＬ４よりも大きい。具体的には、変位検出コイル３４ｂの巻数ｎ３（第２巻数）は、補償コイル３５ｂの巻数ｎ４（第４巻数）よりも多い。なお、インダクタンスＬ３は、磁路Ｍｐ２に含まれる磁性体（コア部３３ｂ及びターゲット２７Ａ）の透磁率、磁性体及び空間それぞれの磁路長、並びに巻数ｎ３によって定まる。インダクタンスＬ４は、磁路Ｍｐ２に含まれる磁性体の透磁率、磁性体及び空間それぞれの磁路長、並びに巻数ｎ４によって定まる。
【００４０】
磁路形成部３２ａ及び磁路形成部３２ｂは、磁路形成部３１ａ及び磁路形成部３１ｂと同様に構成される。磁路形成部３２ａ及び磁路形成部３２ｂは、Ｘ軸方向において互いに対向しており、磁路形成部３１ａ及び磁路形成部３１ｂと同一のＺ軸方向に直交する平面に設けられる。磁路形成部３２ａ及び磁路形成部３２ｂは、回転軸１１（ターゲット２７Ａ）とＸ軸方向において離間している。
【００４１】
磁路形成部３２ａは、コア部３９ａ（第３コア部）と、変位検出コイル４０ａ（第３変位検出コイル）と、補償コイル４１ａ（第３補償コイル）と、を備える。コア部３９ａと、ターゲット２７Ａと、コア部３９ａ及びターゲット２７Ａの間の空間（ギャップ）と、によって磁路Ｍｐ３が形成される。磁路形成部３２ｂは、コア部３９ｂ（第４コア部）と、変位検出コイル４０ｂ（第４変位検出コイル）と、補償コイル４１ｂ（第４補償コイル）と、を備える。コア部３９ｂと、ターゲット２７Ａと、コア部３９ｂ及びターゲット２７Ａの間の空間（ギャップ）と、によって磁路Ｍｐ４が形成される。
【００４２】
コア部３９ａ及びコア部３９ｂは、Ｘ軸方向において回転軸１１（ターゲット２７Ａ）を挟んで互いに対向するように設けられる。コア部３９ａ及びコア部３９ｂのそれぞれと回転軸１１（ターゲット２７Ａ）とは、Ｘ軸方向において離間している。コア部３９ａ及びコア部３９ｂのそれぞれは、不図示のケーシングに固定されている。コア部３９ａ及びコア部３９ｂのそれぞれは、Ｚ軸方向において所定の厚さを有している。コア部３９ａ及びコア部３９ｂのそれぞれは、磁性体（磁性材料）から構成されている。コア部３９ａは、磁路Ｍｐ３に沿って磁束Φ３を発生させるための芯であり、コア部３９ｂは、磁路Ｍｐ４に沿って磁束Φ４を発生させるための芯である。
【００４３】
コア部３９ａは、Ｙ軸方向に沿って延びる基部４２ａと、基部４２ａの両端それぞれからＸ軸方向に沿って回転軸１１（ターゲット２７Ａ）に向かって延びる突出部４３ａ及び突出部４４ａと、によって構成されている。コア部３９ｂは、Ｙ軸方向に沿って延びる基部４２ｂと、基部４２ｂの両端それぞれからＸ軸方向に沿って回転軸１１（ターゲット２７Ａ）に向かって延びる突出部４３ｂ及び突出部４４ｂと、によって構成されている。コア部３９ａとコア部３９ｂとは、互いに同一形状に構成されている。回転軸１１が基準位置（目標位置）に位置しているとき、コア部３９ａ及びコア部３９ｂのそれぞれと回転軸１１（ターゲット２７Ａ）との間の距離が、互いに同一である。言い換えると、Ｚ軸方向から見たコア部３９ａとコア部３９ｂとは、回転軸１１が基準位置に位置しているときの回転軸１１の中心軸線Ｐを中心として点対称である。例えば、コア部３９ａはコア部３３ａと同一形状に構成され、コア部３９ｂはコア部３３ｂと同一形状に構成されている。
【００４４】
変位検出コイル４０ａ及び補償コイル４１ａは、コア部３９ａに設けられる。具体的には、変位検出コイル４０ａ及び補償コイル４１ａのそれぞれは、コア部３９ａの基部４２ａに巻き回されることによって、基部４２ａに設けられる。ここでは、変位検出コイル４０ａが基部４２ａのうちの突出部４４ａに近い位置に設けられ、補償コイル４１ａが基部４２ａのうちの突出部４３ａに近い位置に設けられる。変位検出コイル４０ａと補償コイル４１ａとにそれぞれ電流が流れたときに、磁束Φ３が、磁路Ｍｐ３に沿って基部４２ａ、突出部４３ａ、ターゲット２７Ａ、及び突出部４４ａの順に循環するように、変位検出コイル４０ａ及び補償コイル４１ａは基部４２ａに巻き回される。磁束Φ３は、変位検出コイル４０ａに電流が流れることによって発生する磁束Φ３１と、補償コイル４１ａに電流が流れることによって発生する磁束Φ３２と、を含んでいる。
【００４５】
変位検出コイル４０ｂ及び補償コイル４１ｂは、コア部３９ｂに設けられる。具体的には、変位検出コイル４０ｂ及び補償コイル４１ｂのそれぞれは、コア部３９ｂの基部４２ｂに巻き回されることによって、基部４２ｂに設けられる。ここでは、変位検出コイル４０ｂが基部４２ｂのうちの突出部４４ｂに近い位置に設けられ、補償コイル４１ｂが基部４２ｂのうちの突出部４３ｂに近い位置に設けられる。変位検出コイル４０ｂと補償コイル４１ｂとにそれぞれ電流が流れたときに、磁束Φ４が、磁路Ｍｐ４に沿って基部４２ｂ、突出部４３ｂ、ターゲット２７Ａ、及び突出部４４ｂの順に循環するように、変位検出コイル４０ｂ及び補償コイル４１ｂは基部４２ｂに巻き回される。磁束Φ４は、変位検出コイル４０ｂに電流が流れることによって発生する磁束Φ４１と、補償コイル４１ｂに電流が流れることによって発生する磁束Φ４２と、を含んでいる。
【００４６】
変位検出コイル４０ａ及び補償コイル４１ａにおける互いの巻き方向、巻数、及びインダクタンスの関係、並びにそれぞれから発生する磁束の大きさの関係は、変位検出コイル３４ａ及び補償コイル３５ａにおける関係と同様である。変位検出コイル４０ｂ及び補償コイル４１ｂにおける互いの巻き方向、巻数、及びインダクタンスの関係、並びにそれぞれから発生する磁束の大きさの関係は、変位検出コイル３４ｂ及び補償コイル３５ｂにおける関係と同様である。
【００４７】
本実施形態のセンサ部２８Ａでは、コア部３３ａ，３３ｂ，３９ａ，３９ｂそれぞれの突出部の回転軸１１（ターゲット２７Ａ）と対向する先端における極性が、中心軸線Ｐを中心とした周方向に沿って交互となるように、磁路Ｍｐ１〜Ｍｐ４が形成される。つまり、中心軸線Ｐを中心とした周方向において互いに隣り合う突出部同士の先端の極性は、互いに反対となっている。例えば、突出部３７ａの先端の極性はＮ極であり、突出部４４ｂの先端の極性はＳ極である。これにより、中心軸線Ｐを中心とした周方向にて互いに隣り合う磁路同士において磁束の混入が生じることが抑制されている。
【００４８】
続いて、回転軸１１のＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれにおける変位に伴って生じる各コイルのインダクタンスの変化について説明する。回転軸１１がＹ軸方向に変位すると、突出部３７ａ及び突出部３８ａのターゲット２７Ａと対向するそれぞれの先端とターゲット２７Ａとの間の距離が変化する。これにより、磁路Ｍｐ１に含まれる空間の磁路長が変化するので、変位検出コイル３４ａのインダクタンスＬ１は、式（１）に示されるように変化し、補償コイル３５ａのインダクタンスＬ２は、式（２）に示されるように変化する。
【数１】
2019219049.tif 000003
【数２】
2019219049.tif 000004
【００４９】
式（１）に示されるように、インダクタンスＬ１は、回転軸１１が基準位置に位置しているときの変位検出コイル３４ａのインダクタンスＬｄｓに、回転軸１１のＹ軸方向の変位に伴う変化量ΔＬｄｙを加えた値となる。式（２）に示されるように、インダクタンスＬ２は、回転軸１１が基準位置に位置しているときの補償コイル３５ａのインダクタンスＬｃｓに、回転軸１１のＹ軸方向の変位に伴う変化量ΔＬｃｙを加えた値となる。ここで、回転軸１１がＹ軸方向の正方向に変位したときに、変化量ΔＬｄｙ，ΔＬｃｙは正の値としており、回転軸１１がＹ軸方向の負方向に変位したときに、変化量ΔＬｄｙ，ΔＬｃｙは負の値としている。なおＹ軸方向の正方向とは、回転軸１１がコア部３３ａ（磁路形成部３１ａ）に近づく方向であり、Ｙ軸方向の負方向とは、回転軸１１がコア部３３ａから離れる方向である。
【００５０】
また、回転軸１１がＹ軸方向に変位すると、突出部３７ｂ及び突出部３８ｂのターゲット２７Ａと対向するそれぞれの先端とターゲット２７Ａとの間の距離も変化する。これにより、磁路Ｍｐ２に含まれる空間の磁路長が変化するので、変位検出コイル３４ｂのインダクタンスＬ３は、式（３）に示されるように変化し、補償コイル３５ｂのインダクタンスＬ４は、式（４）に示されるように変化する。
【数３】
2019219049.tif 000005
【数４】
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【００５１】
式（３）に示されるように、インダクタンスＬ３は、回転軸１１が基準位置に位置しているときの変位検出コイル３４ｂのインダクタンスＬｄｓから、回転軸１１のＹ軸方向の変位に伴う変化量ΔＬｄｙを減じた値となる。式（４）に示されるように、インダクタンスＬ４は、回転軸１１が基準位置に位置しているときの補償コイル３５ｂのインダクタンスＬｃｓから、回転軸１１のＹ軸方向の変位に伴う変化量ΔＬｃｙを減じた値となる。
【００５２】
本実施形態では、回転軸１１が基準位置に位置するときに、インダクタンスＬ１とインダクタンスＬ３とが互いに略同一の値となるとともに、インダクタンスＬ２とインダクタンスＬ４とが互いに略同一の値となるように、磁路形成部３１ａ及び磁路形成部３１ｂは構成されている。また、回転軸１１のＹ軸方向における変位に伴うインダクタンスＬ１，Ｌ２における変化量（絶対値）及びインダクタンスＬ３，Ｌ４における変化量（絶対値）が互いに略同一となるように、磁路形成部３１ａ及び磁路形成部３１ｂは構成されている。
【００５３】
回転軸１１がＸ軸方向に変位した場合も、Ｙ軸方向に変位した場合と同様である。変位検出コイル４０ａのインダクタンスＬ５（第３インダクタンス）は、式（５）に示されるように、基準位置でのインダクタンスＬｄｓに、回転軸１１のＸ軸方向の変位に伴う変化量ΔＬｄｘを加えた値となる。補償コイル４１ａのインダクタンスＬ６は、式（６）に示されるように、基準位置でのインダクタンスＬｃｓに、回転軸１１のＸ軸方向の変位に伴う変化量ΔＬｃｘを加えた値となる。ここで、回転軸１１がＸ軸方向の正方向に変位したときに、変化量ΔＬｄｘ，ΔＬｃｘは正の値としており、回転軸１１がＸ軸方向の負方向に変位したときに、変化量ΔＬｄｘ，ΔＬｃｘは負の値としている。なお、Ｘ軸方向の正方向とは、回転軸１１がコア部３９ａ（磁路形成部３２ａ）に近づく方向であり、Ｘ軸方向の負方向とは、回転軸１１がコア部３９ａから離れる方向である。
【数５】
2019219049.tif 000007
【数６】
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【００５４】
変位検出コイル４０ｂのインダクタンスＬ７（第４インダクタンス）は、式（７）に示されるように、基準位置でのインダクタンスＬｄｓから、変化量ΔＬｄｘを減じた値となる。補償コイル４１ｂのインダクタンスＬ８は、式（８）に示されるように、基準位置でのインダクタンスＬｃｓから、変化量ΔＬｃｘを減じた値となる。
【数７】
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【数８】
2019219049.tif 000010
【００５５】
本実施形態では、回転軸１１が基準位置に位置するときに、インダクタンスＬ５及びインダクタンスＬ７が互いに略等しくなるとともに、インダクタンスＬ６及びインダクタンスＬ８が互いに略等しくなるように、磁路形成部３２ａ及び磁路形成部３２ｂは構成されている。また、回転軸１１のＸ軸方向における変位に伴うインダクタンスＬ５，Ｌ６における変化量（絶対値）及びインダクタンスＬ７，Ｌ８における変化量（絶対値）が互いに略同一となるように、磁路形成部３２ａ及び磁路形成部３２ｂは構成されている。さらに、回転軸１１が基準位置に位置するときに、インダクタンスＬ１及びインダクタンスＬ３のそれぞれが、インダクタンスＬ５及びインダクタンスＬ７と略等しくなるとともに、インダクタンスＬ２及びインダクタンスＬ４のそれぞれが、インダクタンスＬ６及びインダクタンスＬ８と略等しくなるように、センサ部２８Ａは構成されている。磁気軸受システム２０では、このようなインダクタンスの変化から回転軸１１の変位が検出されるが、検出方法の詳細については後述する。
【００５６】
図３に示されるセンサ部２８Ｂは、センサ部２８Ａと同様の構成を有する。センサ部２８Ｂは、Ｙ軸方向において回転軸１１（ターゲット２７Ｂ）を挟んで互いに対向する磁路形成部３１ｃ及び磁路形成部３１ｄと、Ｘ軸方向において回転軸１１（ターゲット２７Ｂ）を挟んで互いに対向する磁路形成部３２ｃ及び磁路形成部３２ｄと、を備える。磁路形成部３１ｃは、コア部３３ｃ（第５コア部）と、コア部３３ｃに設けられた変位検出コイル３４ｃ（第５変位検出コイル）及び補償コイル３５ｃ（第５補償コイル）と、を備える。磁路形成部３１ｄは、コア部３３ｄ（第６コア部）と、コア部３３ｄに設けられた変位検出コイル３４ｄ（第６変位検出コイル）及び補償コイル３５ｄ（第６補償コイル）と、を備える。磁路形成部３２ｃは、コア部３９ｃと、コア部３９ｃに設けられた変位検出コイル４０ｃ及び補償コイル４１ｃと、を備える。磁路形成部３２ｄは、コア部３９ｄと、コア部３９ｄに設けられた変位検出コイル４０ｄ及び補償コイル４１ｄと、を備える。センサ部２８Ｂの各コア部は、ターゲット２７Ｂと対向する位置に設けられる。このように、コア部３３ｃ及びコア部３３ｄとコア部３９ｃ及びコア部３９ｄとは、モータ部１０とアキシャル磁気軸受２１との間に位置する。
【００５７】
磁路Ｍｐ５に沿って発生する磁束Φ５は、変位検出コイル３４ｃに電流が流れることによって発生する磁束Φ５１と、補償コイル３５ｃに電流が流れることによって発生する磁束Φ５２（第５磁束）と、を含んでいる。磁路Ｍｐ６に沿って発生する磁束Φ６は、変位検出コイル３４ｄに電流が流れることによって発生する磁束Φ６１と、補償コイル３５ｄに電流が流れることによって発生する磁束Φ６２（第６磁束）と、を含んでいる。磁路Ｍｐ７に沿って発生する磁束Φ７は、変位検出コイル４０ｃに電流が流れることによって発生する磁束Φ７１と、補償コイル４１ｃに電流が流れることによって発生する磁束Φ７２と、を含んでいる。磁路Ｍｐ８に沿って発生する磁束Φ８は、変位検出コイル４０ｄに電流が流れることによって発生する磁束Φ８１と、補償コイル４１ｄに電流が流れることによって発生する磁束Φ８２と、を含んでいる。
【００５８】
本実施形態では、磁束Φ１２及び磁束Φ２２のそれぞれは、磁束Φ５２及び磁束Φ６２よりも大きい。磁束Φ３２及び磁束Φ４２のそれぞれは、磁束Φ７２及び磁束Φ８２よりも大きい。例えば、補償コイルの巻数（インダクタンス）の大小関係、又は補償コイルに流れる電流値の大小関係が調整されることによって、上述の磁束の大小関係が満たされる。なお、磁束Φ１１に対する磁束Φ１２の比及び磁束Φ２１に対する磁束Φ２２の比のそれぞれが、磁束Φ５１に対する磁束Φ５２の比及び磁束Φ６１に対する磁束Φ６２の比よりも大きくてもよい。磁束Φ３１に対する磁束Φ３２の比及び磁束Φ４１に対する磁束Φ４２の比のそれぞれが、磁束Φ７１に対する磁束Φ７２の比及び磁束Φ８１に対する磁束Φ８２の比よりも大きくてもよい。
【００５９】
図４は、変位検出コイルに接続される回路部の構成を示す図である。図５は、補償コイルに接続される回路部の構成を示す図である。回路部２９Ａは、回路部５０ａと、回路部５０ｂと、を備える。
【００６０】
図４に示されるように、回路部５０ａは、電源５１ａと、制限抵抗器Ｒ１〜Ｒ４と、を備える。電源５１ａは、例えば所定周波数の交流電圧を発生する定電圧源である。電源５１ａは、制限抵抗器Ｒ１を介して変位検出コイル３４ａの一端に電気的に接続され、変位検出コイル３４ａの他端は接地電位に接続される。電源５１ａは、制限抵抗器Ｒ２を介して変位検出コイル３４ｂの一端に電気的に接続され、変位検出コイル３４ｂの他端は接地電位に接続される。電源５１ａは、制限抵抗器Ｒ３を介して変位検出コイル４０ａの一端に電気的に接続され、変位検出コイル４０ａの他端は接地電位に接続される。電源５１ａは、制限抵抗器Ｒ４を介して変位検出コイル４０ｂの一端に電気的に接続され、変位検出コイル４０ｂの他端は接地電位に接続される。制限抵抗器Ｒ１〜Ｒ４は、例えば互いに同一の抵抗値を有する。なお、電源５１ａは所定周波数の交流電流を発生する定電流源であってもよい。
【００６１】
変位検出コイル３４ａ，３４ｂ，４０ａ，４０ｂそれぞれに、制限抵抗器Ｒ１〜Ｒ４を介して電源５１ａが接続されることによって、変位検出コイル３４ａ，３４ｂ，４０ａ，４０ｂにそれぞれ電流が流れる。例えば、回転軸１１が変位可能な範囲において、回転軸１１のＹ軸方向の変位に対してインダクタンスＬ１，Ｌ３が略線形に変化するとともに、回転軸１１のＸ軸方向の変位に対してインダクタンスＬ５，Ｌ７が略線形に変化するように、変位検出コイル３４ａ，３４ｂ，４０ａ，４０ｂに流れる電流値が設定される。
【００６２】
このように、制限抵抗器Ｒ１と変位検出コイル３４ａとが互いに直列に接続されることで検出回路部５２ａが構成される。検出回路部５２ａは、変位検出コイル３４ａの両端に発生する電圧Ｖａｙを制御部６０に出力する。制限抵抗器Ｒ２と変位検出コイル３４ｂとが互いに直列に接続されることで検出回路部５２ｂが構成される。検出回路部５２ｂは、変位検出コイル３４ｂの両端に発生する電圧Ｖｂｙを制御部６０に出力する。制限抵抗器Ｒ３と変位検出コイル４０ａとが互いに直列に接続されることで検出回路部５３ａが構成される。検出回路部５３ａは、変位検出コイル４０ａの両端に発生する電圧Ｖａｘを制御部６０に出力する。制限抵抗器Ｒ４と変位検出コイル４０ｂとが互いに直列に接続されることで検出回路部５３ｂが構成される。検出回路部５３ｂは、変位検出コイル４０ｂの両端に発生する電圧Ｖｂｘを制御部６０に出力する。検出回路部５２ａ，５２ｂ及び検出回路部５３ａ，５３ｂは、電源５１ａに対して互いに並列に接続される。
【００６３】
電圧Ｖａｙは、変位検出コイル３４ａの両端電圧であるので、変位検出コイル３４ａのインダクタンスＬ１（インピーダンス）に応じて変化する。式（１）に示されるように、インダクタンスＬ１は、回転軸１１のＹ軸方向の変位に応じて変化するので、電圧Ｖａｙは、回転軸１１のＹ軸方向の変位に応じて変化する。電圧Ｖｂｙは、変位検出コイル３４ｂの両端電圧であるので、変位検出コイル３４ｂのインダクタンスＬ３（インピーダンス）に応じて変化する。式（３）に示されるように、インダクタンスＬ３は、回転軸１１のＹ軸方向の変位に応じて変化するので、電圧Ｖｂｙは、回転軸１１のＹ軸方向の変位に応じて変化する。また、コア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度が変化すると、コア部３３ａ及びコア部３３ｂを構成する磁性体の透磁率が変化するので、インダクタンスＬ１及びインダクタンスＬ３が変化する。つまり、コア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度変化によっても、電圧Ｖａｙ及び電圧Ｖｂｙは変化する。電圧Ｖａｘ及び電圧Ｖｂｘも同様に、回転軸１１のＸ軸方向の変位に応じて変化するとともに、コア部３９ａ及びコア部３９ｂの温度変化によって変化する。
【００６４】
図５に示されるように、回路部５０ｂは、電源５１ｂと、制限抵抗器Ｒ５と、を備える。電源５１ｂは、電源５１ａとは別の定電圧源であり、例えば所定周波数の交流電圧を発生する。電源５１ｂは、制限抵抗器Ｒ５を介して並列合成コイル部５６の一端に電気的に接続され、並列合成コイル部５６の他端は接地電位に接続される。並列合成コイル部５６は、直列合成コイル部５５ｙと直列合成コイル部５５ｘとが互いに並列に接続された並列回路である。直列合成コイル部５５ｙは、補償コイル３５ａと補償コイル３５ｂとが互いに直列に接続された直列回路である。直列合成コイル部５５ｘは、補償コイル４１ａと補償コイル４１ｂとが互いに直列に接続された直列回路である。なお、電源５１ｂは所定周波数の交流電流を発生する定電流源であってもよい。また、並列合成コイル部５６（各補償コイル）に、電源５１ｂに代えて電源５１ａが接続されてもよい。つまり、回路部２９Ａにおいて、単一の定電圧源に対して、各変位検出コイル及び並列合成コイル部５６が互いに並列に接続されてもよい。
【００６５】
並列合成コイル部５６に制限抵抗器Ｒ５を介して電源５１ｂが接続されることによって、補償コイル３５ａ，３５ｂ，４１ａ，４１ｂにそれぞれ電流が流れる。例えば、回転軸１１が変位可能な範囲において、回転軸１１のＹ軸方向の変位に対してインダクタンスＬ２，Ｌ４が略線形に変化するとともに、回転軸１１のＸ軸方向の変位に対してインダクタンスＬ６，Ｌ８が略線形に変化するように、補償コイル３５ａ，３５ｂ，４１ａ，４１ｂに流れる電流値が設定される。
【００６６】
互いに直列に接続された制限抵抗器Ｒ５と並列合成コイル部５６とによって検出回路部５７が構成される。検出回路部５７は、並列合成コイル部５６の両端に発生する電圧Ｖｃを制御部６０に出力する。
【００６７】
電圧Ｖｃは、並列合成コイル部５６の両端電圧であるので、並列合成コイル部５６の合成インダクタンスＬｔ（第３合成インダクタンス）に応じて変化する。補償コイル３５ａと補償コイル３５ｂとが互いに直列に接続されているので、直列合成コイル部５５ｙの合成インダクタンスＬｙ（第１合成インダクタンス）は、式（９）に示されるように求められる。合成インダクタンスＬｙでは、回転軸１１のＹ軸方向の変位に伴うインダクタンスの変化量ΔＬｃｙが相殺される。補償コイル４１ａと補償コイル４１ｂとが互いに直列に接続されているので、直列合成コイル部５５ｘの合成インダクタンスＬｘ（第２合成インダクタンス）は、式（１０）に示されるように求められる。合成インダクタンスＬｘでは、回転軸１１のＸ軸方向の変位に伴うインダクタンスの変化量ΔＬｃｘが相殺される。合成インダクタンスＬｔは、式（１１）に示されるように求められる。
【数９】
2019219049.tif 000011
【数１０】
2019219049.tif 000012
【数１１】
2019219049.tif 000013
【００６８】
式（９）〜式（１１）に示されるように、合成インダクタンスＬｔ，Ｌｙ，Ｌｘは、回転軸１１の変位に伴って変化せずに、回転軸１１が基準位置に位置するときの各補償コイルのインダクタンスＬｃｓに応じて変化する。インダクタンスＬｃｓは各コア部の温度に応じて変化する。このため、合成インダクタンスＬｙは、回転軸１１のＹ軸方向の変位に依存せずに、コア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度変化に応じて変化する。合成インダクタンスＬｘは、回転軸１１のＸ軸方向の変位に依存せずに、コア部３９ａ及びコア部３９ｂの温度変化に応じて変化する。合成インダクタンスＬｔは、回転軸１１の変位に依存せずに、コア部３３ａ，３３ｂ及びコア部３９ａ，３９ｂの温度変化に応じて変化する。つまり、電圧Ｖｃは、コア部３３ａ，３３ｂ及びコア部３９ａ，３９ｂの温度変化に応じて変化する。
【００６９】
回路部２９Ｂは、回路部２９Ａと同様に構成される。例えば、回路部２９Ｂによって、補償コイル３５ｃと補償コイル３５ｄとは互いに直列に接続され、補償コイル４１ｃと補償コイル４１ｄとは互いに直列に接続される。回路部２９Ａと同様に、各変位検出コイルの両端に発生する電圧が制御部６０に入力され、それぞれ直列に接続された二対の補償コイル同士を互いに並列に接続することによって構成された並列合成コイル部の両端に発生する電圧が制御部６０に入力される。
【００７０】
図６は、制御部が行う処理を説明するためのブロック図である。制御部６０は、ラジアル磁気軸受２４Ａ及びラジアル磁気軸受２４Ｂの制御を行う装置である。制御部６０は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit)、ＲＯＭ(Read  Only  Memory)、及びＲＡＭ(Random  Access  Memory)並びに入出力インターフェース等を有するコンピュータを備える。ラジアル磁気軸受２４Ａの制御では、制御部６０は、変位検出部２６Ａによって検出された電圧Ｖａｙ，Ｖｂｙ及び電圧Ｖｃに基づいて、例えば、Ｙ軸方向において互いに対向する一対の磁極２５ａに流す駆動電流Ｉａｙ，Ｉｂｙの値を調整する。また、制御部６０は、変位検出部２６Ａによって検出された電圧Ｖａｘ，Ｖｂｘ及び電圧Ｖｃに基づいて、Ｘ軸方向において互いに対向する一対の磁極２５ａに流す駆動電流Ｉａｘ，Ｉｂｘの値を調整する。
【００７１】
図６に示されるように、制御部６０は、差動出力部６１と、温度補正部６２と、偏差算出部６３と、制御量算出部６４と、アンプ部６５と、を有する。ここでは、温度補正部６２、偏差算出部６３、及び制御量算出部６４は、制御部６０が有するコンピュータに含まれる。なお、図６では、Ｙ軸方向における回転軸１１の変位の検出に基づいたラジアル磁気軸受２４Ａの制御を行う場合のブロック図が例として示されている。
【００７２】
制御部６０の具体的な処理を説明すると、差動出力部６１には、電圧Ｖａｙ及び電圧Ｖｂｙが入力される。差動出力部６１は、例えば差動アンプである。なお、ここでは差動アンプの増幅度は１である。差動出力部６１は、電圧Ｖａｙと電圧Ｖｂｙとの差分値である電圧Ｖｄｙ（第１差分値）を算出する。差動出力部６１は、例えば電圧Ｖａｙから電圧Ｖｂｙを減算することによって電圧Ｖｄｙを算出する。差動出力部６１は、例えば、アナログ−ディジタル変換回路を介して電圧Ｖｄｙを温度補正部６２に出力する。
【００７３】
電圧Ｖｄｙは、電圧Ｖａｙと電圧Ｖｂｙとの差分値であるので、変位検出コイル３４ａのインダクタンスＬ１と変位検出コイル３４ｂのインダクタンスＬ３との差に応じた値となる。式（１）及び式（３）によれば、インダクタンスＬ１とインダクタンスＬ３との差は変化量ΔＬｄｙの２倍（２×ΔＬｄｙ）となるので、電圧Ｖｄｙは変化量ΔＬｄｙに応じた値である。例えば、回転軸１１が変位する範囲において、電圧Ｖｄｙが変化量ΔＬｄｙに略比例するように、磁路形成部３１ａ及び磁路形成部３１ｂ（センサ部２８Ａ）が構成される。このように、電圧Ｖｄｙを算出することによって、回転軸１１のＹ軸方向の変位成分が抽出される。インダクタンスＬ１及びインダクタンスＬ３のそれぞれは、コア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度に応じて変化するので、電圧Ｖｄｙには、コア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度変化による成分も含まれ得る。
【００７４】
温度補正部６２には、電圧Ｖｃ及び電圧Ｖｄｙが入力される。温度補正部６２は、例えば補正テーブルを参照することによって、入力された電圧Ｖｃの値に応じた補正値αを取得する。補正テーブルは、電圧Ｖｃの各値と補正値αとを対応づけたテーブルであり、制御部６０が有するコンピュータに予め記憶されている。補正値αは、例えば、電圧Ｖｄｙを基準温度での電圧値に変換するための値である。例えば、補正テーブルは、回転軸１１を基準位置に固定した状態で、コア部の温度を変化させた場合の電圧Ｖｃの値を事前に測定するとともに、各温度での電圧Ｖａｙ，Ｖｂｙの基準温度での電圧からの変化率を事前に測定することによって得られる。
【００７５】
温度補正部６２は、補正値αに基づいて電圧Ｖｄｙを補正することによって電圧Ｖｅｙ（第１検出値）を算出する。例えば、温度補正部６２は、電圧Ｖｄｙに補正値αを乗算することによって電圧Ｖｅｙを算出する。電圧Ｖｅｙは、電圧Ｖｄｙを温度補正した値となる。つまり、電圧Ｖｅｙには回転軸１１のＹ軸方向の変位成分が含まれるとともに、電圧Ｖｅｙでは電圧Ｖｄｙに含まれ得るコア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度変化による成分が低減される。温度補正部６２は、電圧Ｖｅｙを偏差算出部６３に出力する。このように、電圧Ｖｅｙは、電圧Ｖｄｙを合成インダクタンスＬｔ（合成インダクタンスＬｙ）に応じて補正することによって算出される。
【００７６】
偏差算出部６３は、電圧Ｖｅｙと目標電圧Ｖｓｙとの偏差δｙを算出する。目標電圧Ｖｓｙは、回転軸１１が基準位置（目標位置）に位置するときの電圧Ｖｅｙの値である。目標電圧Ｖｓｙは、制御部６０が有するコンピュータに予め記憶されている。目標電圧Ｖｓｙは、例えば０Ｖである。例えば、偏差算出部６３は、目標電圧Ｖｓｙから電圧Ｖｅｙを減算することによって偏差δｙを算出する。偏差算出部６３は、偏差δｙを制御量算出部６４に出力する。例えば、偏差δｙがゼロに近いほど、回転軸１１は基準位置の近くに位置しており、偏差δｙがゼロである場合、回転軸１１はＹ軸方向において基準位置と等しい位置に支持されている。
【００７７】
制御量算出部６４は、偏差δｙに基づいて制御量Ｃａｙ及び制御量Ｃｂｙを算出する。例えば、制御量Ｃａｙ，Ｃｂｙは電圧値（ディジタル値）であり、制御量Ｃａｙ，Ｃｂｙに応じてアンプ部６５から出力される駆動電流Ｉａｙ，Ｉｂｙの値が変化する。例えば偏差δｙがゼロに近づくような値を有する駆動電流Ｉａｙ，Ｉｂｙがアンプ部６５から出力されるように、制御量Ｃａｙ，Ｃｂｙが算出される。制御量算出部６４は、例えば、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御方式での制御量Ｃａｙ，Ｃｂｙを算出する。この場合、制御量算出部６４には、偏差δｙとともに電圧Ｖｅｙが入力されてもよい。制御量算出部６４は、ディジタル−アナログ変換回路を介してアンプ部６５にアナログ値の制御量Ｃａｙ，Ｃｂｙを出力する。
【００７８】
アンプ部６５は、アナログ値の制御量Ｃａｙ，Ｃｂｙに応じた値を有する駆動電流Ｉａｙ，Ｉｂｙを生成する。アンプ部６５は、例えば制御量Ｃａｙ，Ｃｂｙを増幅することによって得られる電圧と、磁極２５ａに接続された定抵抗値を有する抵抗器と、によって駆動電流Ｉａｙ，Ｉｂｙを生成する。このように、制御量Ｃａｙ，Ｃｂｙに応じて駆動電流Ｉａｙ，Ｉｂｙの値が変化する。アンプ部６５は、駆動電流Ｉａｙ，Ｉｂｙをラジアル磁気軸受２４Ａに出力する。これにより、ラジアル磁気軸受２４ＡのＹ軸方向において互いに対向する一対の磁極２５ａから回転軸１１に向けて発生する磁力が制御される。
【００７９】
制御部６０は、電圧Ｖｄｙの算出から駆動電流Ｉａｙ，Ｉｂｙの出力までの処理を繰り返す。これによって、回転軸１１のＹ軸方向における変位がゼロとなるようにラジアル磁気軸受２４Ａの制御が行われ、回転軸１１がＹ軸方向において基準位置と略等しい位置に支持される。
【００８０】
制御部６０は、電圧Ｖａｘ，Ｖｂｘ及び電圧Ｖｃに基づいて、ラジアル磁気軸受２４ＡのＸ軸方向における制御をＹ軸方向の制御と同様に行う。例えば、差動出力部６１は、電圧Ｖａｘと電圧Ｖｂｘとの差分値である電圧Ｖｄｘ（第２差分値）を温度補正部６２に出力し、温度補正部６２は、補正テーブルに基づいた補正値αで電圧Ｖｄｘを補正することによって電圧Ｖｅｘ（第２検出値）を算出する。つまり、電圧Ｖｅｘは、電圧Ｖｄｘを合成インダクタンスＬｔ（合成インダクタンスＬｘ）に応じて補正することによって算出される。偏差算出部６３は、電圧Ｖｅｘと目標電圧Ｖｓｘとの差である偏差δｘを算出する。制御部６０は、例えば、偏差δｘがゼロに近づくような値を有する駆動電流Ｉａｘ，Ｉｂｘをラジアル磁気軸受２４Ａに出力する。これにより、ラジアル磁気軸受２４ＡのＸ軸方向において互いに対向する一対の磁極２５ａから回転軸１１に向けて発生する磁力が制御される。つまり、回転軸１１のＸ軸方向における変位がゼロとなるようにラジアル磁気軸受２４Ａの制御が行われ、回転軸１１がＸ軸方向において基準位置と略等しい位置に支持される。
【００８１】
制御部６０は、ラジアル磁気軸受２４Ｂの制御もラジアル磁気軸受２４Ａと同様に行う。例えば、制御部６０は、変位検出コイル３４ｃの両端に発生する電圧と変位検出コイル３４ｄの両端に発生する電圧との差である差分値（第３差分値）を取得する。この差分値は、変位検出コイル３４ｃのインダクタンスＬ９（第５インダクタンス）と変位検出コイル３４ｄのインダクタンスＬ１０（第６インダクタンス）との差に応じた値である。そして、制御部６０は、センサ部２８Ｂの各補償コイルによって構成される並列合成コイル部の合成インダクタンスＬｔＢに応じて上記差分値を補正することによって、回転軸１１のＹ軸方向の変位に応じた検出値（第３検出値）を算出する。制御部６０は、この検出値に基づいてラジアル磁気軸受２４ＢのＹ軸方向において互いに対向する一対の磁極２５ｂから回転軸１１に向けて発生する磁力を制御する。制御部６０は、ラジアル磁気軸受２４ＢのＸ軸方向において互いに対向する一対の磁極２５ｂから回転軸１１に向けて発生する磁力を、Ｙ軸方向と同様にして制御する。なお、合成インダクタンスＬｔＢは、互いに直列に接続された補償コイル３５ｃ及び補償コイル３５ｄの合成インダクタンスＬｙＢ（第４合成インダクタンス）に応じた値となる。
【００８２】
以上説明したように、磁気軸受システム２０では、互いに直列に接続された補償コイル３５ａ及び補償コイル３５ｂの合成インダクタンスＬｙに応じて電圧Ｖｄｙを補正することにより算出された電圧Ｖｅｙに基づいて、ラジアル磁気軸受２４ＡによってＹ軸方向に発生する磁力が制御される。変位検出コイル３４ａのインダクタンスＬ１と変位検出コイル３４ｂのインダクタンスＬ３とは、回転軸１１のＹ軸方向における変位だけでなく、コア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度変化によっても変化する。このため、電圧Ｖｄｙには、回転軸１１の変位成分と、温度変化による成分とが含まれ得る。一方、補償コイル３５ａ及び補償コイル３５ｂは互いに直列に接続されているので、合成インダクタンスＬｙでは、回転軸１１のＹ軸方向の変位によって生じる補償コイル３５ａ及び補償コイル３５ｂのそれぞれのインダクタンスの変化量ΔＬｃｙが相殺される。
【００８３】
また、変位検出コイル３４ａと補償コイル３５ａとは、ともにコア部３３ａに設けられ、変位検出コイル３４ｂと補償コイル３５ｂとは、ともにコア部３３ｂに設けられる。従って、合成インダクタンスＬｙは、回転軸１１のＹ軸方向の変位に依存せずにコア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度に応じた値となる。この合成インダクタンスＬｙ（合成インダクタンスＬｔ）を用いることで、電圧Ｖｄｙから温度変化による成分が低減された電圧Ｖｅｙを算出することができる。ラジアル磁気軸受２４ＡによってＸ軸方向に発生する磁力が制御される場合も同様に、電圧Ｖｄｘからコア部３９ａ及びコア部３９ｂの温度変化による成分が低減された電圧Ｖｅｘを算出することができる。その結果、回転軸１１の変位の検出精度を向上させることが可能となる。
【００８４】
温度補正を行うために、コア部３３ａ及びコア部３３ｂの少なくとも一方の近傍に、例えばバイメタル式の温度センサを設けることも考えられる。この場合と比べて、磁気軸受システム２０ではコア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度変化が直接反映される合成インダクタンスＬｙ（合成インダクタンスＬｔ）に応じて温度補正が行われるので、より精度よく温度補正を行うことが可能となる。また、コア部３３ａ（コア部３３ｂ）の近傍に温度センサを設けた場合に、Ｚ軸方向において温度センサがコア部３３ａ（コア部３３ｂ）の厚さよりも厚いと、温度センサが設けられていないときと比べて回転軸１１の全長が長くなってしまうおそれがある。これに対して、磁気軸受システム２０では、各補償コイルが、変位検出コイルと同じ各コア部に巻き回されるので、Ｚ軸方向におけるセンサ部２８Ａの厚さは、温度補正機能を有しない場合と同一となり得る。つまり、磁気軸受システム２０では、温度補正機能を追加することに伴って回転軸１１の全長が長くなることが抑制されつつ、回転軸１１の変位の検出精度を向上させることが可能となる。
【００８５】
合成インダクタンスＬｙと同様に、合成インダクタンスＬｘは、回転軸１１のＸ軸方向の変位に依存せずにコア部３９ａ及びコア部３９ｂの温度に応じた値となる。このため、合成インダクタンスＬｔには、コア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度変化の影響とコア部３９ａ及びコア部３９ｂの温度変化の影響とが反映される。これにより、各コア部において温度にばらつきがある場合、そのばらつきの影響を低減させることができ、回転軸１１の変位をさらに精度よく検出することが可能となる。
【００８６】
変位検出コイル３４ａのインダクタンスＬ１が補償コイル３５ａのインダクタンスＬ３よりも大きく、変位検出コイル３４ｂのインダクタンスＬ２が補償コイル３５ｂのインダクタンスＬ４よりも大きい。このため、インダクタンスＬ１及びインダクタンスＬ３のそれぞれが、合成インダクタンスＬｔ（合成インダクタンスＬｙの半分の値）よりも大きくなる。これにより、回転軸１１の変位によって生じるインダクタンスＬ１，Ｌ３（電圧Ｖａｙ，Ｖｂｙ）の変化率が、コア部３３ａ，３３ｂの温度変化によって生じる合成インダクタンスＬｔ（電圧Ｖｃ）の変化率よりも大きくなる。その結果、電圧Ｖｄｙを算出するためのインダクタンスＬ１及びインダクタンスＬ３それぞれの変化に基づいた回転軸１１のＹ軸方向の変位の検出を、電圧Ｖｄｙを補正するための合成インダクタンスＬｔ（合成インダクタンスＬｙ）の変化に基づいた温度変化の検出よりも、高い分解能で行うことが可能となる。
【００８７】
回転機械１では、コア部３３ａ及びコア部３３ｂは、ともに高温の熱を発生させるインペラ１５及びモータ部１０の間に配置される。このため、コア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度変化が、モータ部１０とアキシャル磁気軸受２１との間に配置されるコア部３３ｃ及びコア部３３ｄよりも大きくなるおそれがある。磁束Φ１２及び磁束Φ２２それぞれは、磁束Φ５２及び磁束Φ６２よりも大きい。この磁束の大小関係を満たすために、合成インダクタンスＬｙが合成インダクタンスＬｙＢよりも大きくなるようにセンサ部２８Ａ及びセンサ部２８Ｂは構成される。この場合、単位温度あたりの合成インダクタンスＬｙの変化が、単位温度あたりの合成インダクタンスＬｙＢの変化よりも大きくなる。これにより、合成インダクタンスＬｙの変化に基づいたコア部３３ａ及びコア部３３ｂの温度変化の検出を、合成インダクタンスＬｙＢの変化に基づいたコア部３３ｃ及びコア部３３ｄの温度変化の検出よりも、高い分解能で行うことができる。その結果、変位検出部２６Ａにおける温度補正を変位検出部２６Ｂに比べて高い精度で行うことが可能となる。
【００８８】
本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。
【００８９】
図７は、センサ部の第１変形例を示す図である。図７に示されるセンサ部２８Ｃは、各コア部を連結するコア連結部４７ａ〜４７ｄをさらに有する点において、センサ部２８Ａと主に相違する。コア部３３ａとコア部３９ａとは、コア連結部４７ａによって互いに連結される。コア部３３ａとコア部３９ｂとは、コア連結部４７ｂによって互いに連結される。コア部３３ｂとコア部３９ａとは、コア連結部４７ｃによって互いに連結される。コア部３３ｂとコア部３９ｂとは、コア連結部４７ｄによって互いに連結される。このように、コア部３３ａとコア部３３ｂとは、コア部３９ａを介してコア連結部４７ａ及びコア連結部４７ｃによって連結されるとともに、コア部３９ｂを介してコア連結部４７ｂ及びコア連結部４７ｄによって連結される。コア部３９ａとコア部３９ｂとは、コア部３３ａを介してコア連結部４７ａ及びコア連結部４７ｂによって連結されるとともに、コア部３３ｂを介してコア連結部４７ｃ及びコア連結部４７ｄによって連結される。
【００９０】
言い換えると、センサ部２８Ｃは、各コア部とコア連結部４７ａ〜４７ｄとが一体に構成されたセンサコア４６を備える。センサコア４６は、回転軸１１の中心軸線Ｐを中心とした周方向に沿って延びる環状のリング部と、リング部から回転軸１１に向かってＸ軸方向及びＹ軸方向のいずれか一方に沿って延びる突出部と、を備える。リング部のうちの各コア部の一対の突出部の間に位置する部分が各コア部の基部であり、基部以外がコア連結部４７ａ〜４７ｄである。センサコア４６は、不図示のケーシングに固定される。
【００９１】
センサ部２８Ｃを備える磁気軸受システム２０では、センサコア４６をケーシングに組み付けることによって、コア部３３ａ，３３ｂ（コア部３９ａ，３９ｂ）が回転軸１１を挟んで互いに対向する位置に配置される。その結果、磁気軸受システム２０の製造工程におけるセンサ部の組付工程を、センサ部２８Ａに比べて簡略化することが可能となる。
【００９２】
図８は、センサ部の第２変形例を示す図である。図８に示されるセンサ部２８Ｄは、磁路形成部３２ａに代えて磁路形成部４８ａを備える点、及び磁路形成部３２ｂに代えて磁路形成部４８ｂを備える点において、センサ部２８Ａと主に相違する。磁路形成部４８ａは、補償コイル４１ａを備えない点において磁路形成部３２ａと相違し、磁路形成部４８ｂは、補償コイル４１ｂを備えない点において磁路形成部３２ｂと相違する。この場合、回路部５０ｂの検出回路部５７は、直列合成コイル部５５ｙと、制限抵抗器Ｒ５と、によって構成される。検出回路部５７は、直列合成コイル部５５ｙの両端に発生する電圧を電圧Ｖｃとして制御部６０に出力する。
【００９３】
センサ部２８Ｄでは、Ｙ軸方向において互いに対向するコア部３３ａ及びコア部３３ｂにのみ補償コイル３５ａ，３５ｂが設けられるので、センサ部２８Ａ〜２８Ｃに比べて、補償コイルに接続される回路部及びセンサ部を簡略化することが可能となる。
【００９４】
なお、コア部３３ａ及びコア部３３ｂに補償コイル３５ａ，３５ｂが設けられずに、コア部３９ａに補償コイル４１ａが設けられるとともに、コア部３９ｂに補償コイル４１ｂが設けられてもよい。この場合、互いに直列に接続された補償コイル４１ａ及び補償コイル４１ｂによって構成された直列合成コイル部５５ｘの両端に発生する電圧に応じて、電圧Ｖｄｙ及び電圧Ｖｄｘのそれぞれが補正されてもよい。センサ部２８Ｄは、センサ部２８Ｃと同様のコア連結部を備えてもよい。つまり、第２変形例に第１変形例が適用されてもよい。
【００９５】
回転機械１は、圧縮機に限られない。回転機械１は、回転軸１１と、磁気軸受システム２０と、を備えていればよい。
【００９６】
センサ部２８Ａ，２８Ｃ，２８Ｄにおいて、コア部３３ａ及びコア部３３ｂのそれぞれを構成する磁性材と、コア部３９ａ及びコア部３９ｂのそれぞれを構成する磁性材とは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。センサ部２８Ｂにおいて、コア部３３ｃ及びコア部３３ｄのそれぞれを構成する磁性材と、コア部３９ｃ及びコア部３９ｄのそれぞれを構成する磁性材とは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
【００９７】
コア部３９ａ（コア部３９ｂ）は、コア部３３ａ及びコア部３３ｂのそれぞれと異なる形状を有してもよい。
【００９８】
変位検出コイル３４ａは、突出部３７ａに設けられてもよく、突出部３８ａに設けられてもよい。補償コイル３５ａは、突出部３７ａに設けられてもよく、突出部３８ａに設けられてもよい。磁路形成部３１ｂ，３２ａ，３２ｂにおいても、各変位検出コイル及び各補償コイルのそれぞれは、各突出部に設けられてもよい。
【００９９】
磁路Ｍｐ１に沿って発生する磁束Φ１が変位検出コイル３４ａ及び補償コイル３５ａを通る順番では、どちらのコイルが先であってもよい。磁路Ｍｐ２〜Ｍｐ４に沿って発生する各磁束が変位検出コイル及び補償コイルを通る順番においても、どちらのコイルが先であってもよい。
【０１００】
センサ部２８Ａにおける各補償コイルから発生する磁束の大きさは、センサ部２８Ｂにおける各補償コイルから発生する磁束の大きさ以下であってもよい。センサ部２８Ａにおける各補償コイルの巻数は、センサ部２８Ｂにおける各補償コイルの巻数よりも多くてもよく、センサ部２８Ｂにおける各補償コイルの巻数以下であってもよい。
【０１０１】
回転軸１１のＹ軸方向における変位に伴うインダクタンスＬ１，Ｌ２の変化量及びインダクタンスＬ３，Ｌ４の変化量は、互いに略同一でなくてもよく、回転軸１１がＹ軸方向の正方向又は負方向に変位したときにインダクタンスの増減が互いに反対であればよい。回転軸１１のＸ軸方向における変位に伴うインダクタンスＬ５，Ｌ６の変化量及びインダクタンスＬ７，Ｌ８の変化量は互いに略同一でなくてもよく、回転軸１１がＸ軸方向の正方向又は負方向に変位したときにインダクタンスの増減が互いに反対であればよい。
【０１０２】
各変位検出コイル及び並列合成コイル部５６の両端に発生する電圧が制御部６０に入力されることによって、各インダクタンスの変化が検出されるが、インダクタンスの変化の検出方法はこれに限られない。例えば、制限抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の両端の発生する電圧によって各変位検出コイルのインダクタンスの変化が検出されてもよく、制限抵抗器Ｒ５の両端に発生する電圧によって合成インダクタンスＬｔの変化が検出されてもよい。各変位検出コイルに流れる電流によって各変位検出コイルのインダクタンスの変化が検出されてもよく、制限抵抗器Ｒ５に流れる電流によって合成インダクタンスＬｔの変化が検出されてもよい。
【０１０３】
制御部６０において、電圧Ｖａｙ（電圧Ｖａｘ）と電圧Ｖｂｙ（電圧Ｖｂｘ）との差分である電圧Ｖｄｙ（電圧Ｖｄｘ）が温度補正されることによって、電圧Ｖｅｙ（電圧Ｖｅｘ）が算出されるが、電圧Ｖｅｙの算出方法はこれに限られない。制御部６０は、電圧Ｖａｙを温度補正した電圧と電圧Ｖｂｙを温度補正した電圧との差分から電圧Ｖｅｙを算出してもよい。電圧Ｖｅｘについても上述と同様に算出されてもよい。
【０１０４】
制御部６０に、直列合成コイル部５５ｘの両端の電圧が入力されるとともに、直列合成コイル部５５ｙの両端の電圧が入力されもよい。この場合、直列合成コイル部５５ｘの両端の電圧に基づいて、電圧Ｖｄｘが温度補正されてもよく、直列合成コイル部５５ｙの両端の電圧に基づいて、電圧Ｖｄｙが温度補正されてもよい。
【０１０５】
変位検出部２６Ｂは、センサ部２８Ｂに代えて、センサ部２８Ｃ又はセンサ部２８Ｄを備えてもよい。変位検出部２６Ａが備えるセンサ部と変位検出部２６Ｂが備えるセンサ部との構成が互いに異なってもよい。
【０１０６】
アキシャル磁気軸受２１（スラストディスク２２）は、回転軸１１の端部１１ｂではなく、Ｚ軸方向において回転軸１１の端部１１ｂから離間する位置に設けられてもよい。この場合、端部１１ｂに別のコンプレッサ部（インペラ）が設けられてもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
１  回転機械
１０  モータ部
１１  回転軸
１５  インペラ
２０  磁気軸受システム
２１  アキシャル磁気軸受
２４Ａ  ラジアル磁気軸受
２４Ｂ  ラジアル磁気軸受
２６Ａ  変位検出部
２６Ｂ  変位検出部
３３ａ  コア部
３３ｂ  コア部
３３ｃ  コア部
３３ｄ  コア部
３４ａ  変位検出コイル
３４ｂ  変位検出コイル
３４ｃ  変位検出コイル
３４ｄ  変位検出コイル
３５ａ  補償コイル
３５ｂ  補償コイル
３５ｃ  補償コイル
３５ｄ  補償コイル
３９ａ  コア部
３９ｂ  コア部
４０ａ  変位検出コイル
４０ｂ  変位検出コイル
４１ａ  補償コイル
４１ｂ  補償コイル
４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ  コア連結部
６０  制御部
【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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