(57)【要約】【課題】負荷が異なっても汎用的に使用することができるＤ級アンプ出力回路、及び、これを用いた磁気軸受制御装置を提供する。【解決手段】磁気軸受制御装置のＤ級アンプ出力回路として、パルス幅変調された信号によって制御されるスイッチング素子３１を有するＤ級アンプ３と、当該スイッチング素子３１を介して電力供給される電磁石２のコイル２ｃと、当該コイル２ｃと直列に接続され、電流を可変的に制限する電流制限素子としての可変抵抗器６等とを設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅変調された信号によって制御されるスイッチング素子を有するＤ級アンプと、
前記スイッチング素子を介して電力供給される出力要素と、
前記出力要素と直列に接続され、電流を可変的に制限する電流制限素子と
を備えたことを特徴とするＤ級アンプ出力回路。
【請求項２】
前記電流制限素子はリニア領域で使用されるパワートランジスタであり、前記出力要素に流れる電流に基づくフィードバック信号に基づいて、当該パワートランジスタを制御する制御回路を備えた請求項１記載のＤ級アンプ出力回路。
【請求項３】
電磁石により回転体を非接触支持する磁気軸受制御装置において、
パルス幅変調された信号によって制御されるスイッチング素子を有し、このスイッチング素子を介して前記電磁石に電力供給するＤ級アンプと、
前記電磁石のコイルと直列に接続され、電流を可変的に制限する電流制限素子と
を備えたことを特徴とする磁気軸受制御装置。
【請求項４】
前記電流制限素子はリニア領域で使用されるパワートランジスタであり、前記コイルに流れる電流に基づくフィードバック信号に基づいて、当該パワートランジスタを制御する制御回路を備えた請求項３記載の磁気軸受制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｄ級アンプ出力回路及び、これを電磁石の励磁回路に用いた磁気軸受制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｄ級アンプを出力段に用いて磁気軸受の電磁石を励磁する制御装置（例えば特許文献１参照。）においては、ピーク電流を抑えてＤ級アンプのスイッチング素子を保護すべく、電磁石への印可電圧を適正に設定する必要がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３２１８１２号公報（第２〜３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常、磁気軸受においては、非接触支持する回転体のサイズや重量に応じた磁力を電磁石が発生するように、機種が決定される。この磁気軸受の機種によって電磁石の抵抗値も異なるため、機種が異なれば印可電圧を変更する必要がある。印可電圧を変更するには、回路の基準電圧を変更しなければならず、それには、制御装置全体を別なものにする必要がある。すなわち、従来のＤ級アンプ出力回路は、負荷（電磁石）に対する汎用性がないので不便である。
【０００５】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、負荷が異なっても汎用的に使用することができるＤ級アンプ出力回路、及び、これを用いた磁気軸受制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のＤ級アンプ出力回路は、パルス幅変調された信号によって制御されるスイッチング素子を有するＤ級アンプと、前記スイッチング素子を介して電力供給される出力要素と、前記出力要素と直列に接続され、電流を可変的に制限する電流制限素子とを備えたものである。
このように構成されたＤ級アンプ出力回路は、出力要素の抵抗値に応じて補償的に電流制限素子の電流制限の度合いを調整すれば、スイッチング素子に流れる電流を一定値以下に制限することができる。従って、Ｄ級アンプの出力回路の電源が定電圧であっても、タイプの異なる出力要素に汎用的に使用できる。
【０００７】
また、上記Ｄ級アンプ出力回路において、電流制限素子はリニア領域で使用されるパワートランジスタであり、出力要素に流れる電流に基づいて、当該パワートランジスタを制御する制御回路を設けてもよい。
この場合、出力要素に流れる電流に基づいて、電流制限素子の抵抗値を適切に変化させることができる。
【０００８】
一方、本発明の磁気軸受制御装置は、電磁石により回転体を非接触支持するものであって、パルス幅変調された信号によって制御されるスイッチング素子を有し、このスイッチング素子を介して前記電磁石に電力供給するＤ級アンプと、前記電磁石のコイルと直列に接続され、電流を可変的に制限する電流制限素子とを備えたものである。
このように構成された磁気軸受制御装置は、電磁石のコイルの抵抗値に応じて補償的に電流制限素子の電流制限の度合いを調整すれば、スイッチング素子に流れる電流を一定値以下に制限することができる。従って、Ｄ級アンプの出力回路の電源が定電圧であっても、機種の異なる磁気軸受に汎用的に使用できる。
【０００９】
また、上記磁気軸受制御装置において、電流制限素子はリニア領域で使用されるパワートランジスタであり、コイルに流れる電流に基づいて、当該パワートランジスタを制御する制御回路を設けてもよい。
この場合、コイルに流れる電流に基づいて、電流制限素子の抵抗値を適切に変化させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態によるＤ級アンプ出力回路を含む磁気軸受制御装置の主要な構成を示すブロック回路図である。図示しているのは、回転体１をラジアル方向に非接触支持する一対の電磁石２について、その一方を制御するための装置部分である。他方の電磁石２についても、回路を一部共有した同様な制御装置が構成されるが、ここでは簡略化して一方の電磁石２の制御装置についてのみ説明する。
【００１１】
図において、当該磁気軸受制御装置におけるＤ級アンプ出力回路は、パルス幅変調された信号によって制御されるスイッチング素子３１を有するＤ級アンプ３と、出力用の定電圧電源４（直流電圧：＋Ｖｓ）からスイッチング素子３１を介して電力供給される出力要素としての電磁石２のコイル２ｃと、このコイル２ｃと直列に接続されるフィードバック抵抗５及び、同様にコイル２ｃと直列に接続され、電流を可変的に制限する電流制限素子としての可変抵抗器６とを備えている。上記Ｄ級アンプ３は、コンパレータ７１及び三角波（鋸歯状波）の発振器７２によって構成されるパルス幅変調器７と、コンパレータ７１の出力によって制御されるスイッチング素子３１とによって構成される。このスイッチング素子３１はＭＯＳＦＥＴをスイッチング領域で使用するものであり、逆導通用のダイオード３２を備えている。
【００１２】
上記電磁石２の近傍には変位センサ８が設けられ、その出力はＡ／Ｄ変換器９を経てＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１０に入力される。ＤＳＰ１０の出力はＤ／Ａ変換器１１を経て信号増幅器（オペアンプ）１２に入力される。また、フィードバック抵抗５には電流−電圧変換器（オペアンプ）１３が接続され、コイル２ｃに流れる電流に応じた電圧が、フィードバック信号として信号増幅器１２に入力される。信号増幅器１２の出力信号は、パルス幅変調器７に入力される。
【００１３】
上記のように構成された磁気軸受制御装置では、回転体１のラジアル方向への変位が変位センサ８によって検出され、その検出出力がＡ／Ｄ変換されてＤＳＰ１０により演算処理される。演算処理によって得られた制御指令信号はＤ／Ａ変換され、信号増幅器１２に入力される。信号増幅器１２は、入力された制御指令信号とフィードバック信号とに基づいて増幅した信号を出力し、この信号が、パルス幅変調器７に入力される。パルス幅変調器７のコンパレータ７１では、入力された当該信号と、発振器７２から入力される三角波との比較が行われ、その結果、パルス幅変調信号が出力される。
【００１４】
スイッチング素子３１は、上記パルス幅変調信号によってスイッチングされる。スイッチング素子３１の導通時には、コイル２ｃ、フィードバック抵抗５、及び可変抵抗器６の直列回路に電流が流れ、電磁石２には、パルス列のデューティに応じた電磁力が発生する。ここで、コイル２ｃに流れる電流は、可変抵抗器６の抵抗により制限することができる。従って、コイル２ｃの抵抗値に応じて補償的に可変抵抗器６を調整すれば、スイッチング素子３１に流れる電流を一定値以下に制限することができる。具体的には、例えば、適用対象とする磁気軸受のうち、コイル２ｃの抵抗値が最大である機種の場合に、可変抵抗器６の抵抗値を０に設定するようにし、コイル２ｃの抵抗値がより小さい機種になるほど可変抵抗器６の抵抗値を増大させて使用する。このようにして、当該Ｄ級アンプ出力回路は、出力回路の電源が定電圧（＋Ｖｓ）でありながら、電磁石２が異なっても汎用的に使用できる。すなわち、磁気軸受の機種が異なっても汎用的に使用できる磁気軸受制御装置を提供することができる。
【００１５】
図２は、第２実施形態によるＤ級アンプ出力回路を含む磁気軸受制御装置の主要な構成を示すブロック回路図である。第１実施形態との違いは、電流制限素子にあり、その他の構成は第１実施形態と同様である。図において、本実施形態の電流制限素子は、逆導通用のダイオード１５を備えたＭＯＳＦＥＴ１４である。これは主としてリニア領域で使用され、そのゲート−ソース間には制御電源電路１５から固定抵抗器１６及び可変抵抗器１７によって分圧された電圧が付与される。
【００１６】
可変抵抗器１７により設定されたゲート−ソース間電圧ＶＧＳが供給されると、ＭＯＳＦＥＴ１４のＶＧＳ−ＩＤ特性に応じてドレイン電流ＩＤが流れる状態となる。すなわち、電圧ＶＧＳに応じたＭＯＳＦＥＴ１４のチャネルの抵抗値が与えられる。この抵抗値は、スイッチング素子３１に流れる電流を制限するので、コイル２ｃの抵抗値に応じて補償的に電圧ＶＧＳを可変抵抗器１７により調整すれば、スイッチング素子３１に流れる電流を一定値以下に制限することができる。従って、第１実施形態と同様に、電磁石２が異なっても汎用的に使用できる磁気軸受制御装置を提供することができる。なお、電流を制限する必要がない場合には、ＭＯＳＦＥＴ１４をスイッチング領域で導通状態にしておくことにより、ＭＯＳＦＥＴ１４の内部での損失を抑えることができる。
【００１７】
図３は、第３実施形態によるＤ級アンプ出力回路を含む磁気軸受制御装置の主要な構成を示すブロック回路図である。第２実施形態と同様に電流制限素子としてＭＯＳＦＥＴ１４をリニア領域で使用するが、そのゲートに対する制御が第２実施形態と異なる。すなわち、第２実施形態との違いは、電流−電圧変換器１３の出力信号に基づいて、ゲート制御回路１８によりＭＯＳＦＥＴ１４のゲート−ソース間電圧ＶＧＳを供給する点である。
【００１８】
このゲート制御回路１８は、例えば電磁石２が出力回路に挿入された直後の制御開始時に、所定のゲート−ソース間電圧ＶＧＳを出力し、その状態でコイル２ｃ及びフィードバック抵抗５に電流が流れることにより、そのときのフィードバック信号（電圧）から想定される電磁石のタイプに合わせた適切な抵抗値がＭＯＳＦＥＴ１４によって発揮されるように電圧ＶＧＳを変更する。こうして、コイル２ｃに流れる電流に基づいて、電流制限素子であるＭＯＳＦＥＴ１４の抵抗値を適切に変化させることができる。なお、第２実施形態と同様に、電流を制限する必要がない場合には、ＭＯＳＦＥＴ１４をスイッチング領域で導通状態にしておくことにより、ＭＯＳＦＥＴ１４の内部での損失を抑えることができる。
【００１９】
なお、上記第２，第３実施形態では、電流制限素子としてＭＯＳＦＥＴ１４を用いているが、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ等の、他のパワートランジスタを用いてもよいことは言うまでもない。
また、上記各実施形態におけるＤ級アンプ出力回路は、磁気軸受の電磁石２のコイル２ｃを出力要素とするものであるが、これに限らず、異なる抵抗値の製品ラインアップを備えた各種負荷（例えば電磁クラッチ、ＣＲＴの偏向コイル等）に対しても汎用的に使用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明のＤ級アンプ出力回路は、出力要素の抵抗値に応じて補償的に電流制限素子の電流制限の度合いを調整すれば、スイッチング素子に流れる電流を一定値以下に制限することができる。従って、Ｄ級アンプの出力回路の電源が定電圧であっても、タイプの異なる出力要素に汎用的に使用できる。
また、本発明の磁気軸受制御装置は、電磁石のコイルの抵抗値に応じて補償的に電流制限素子の電流制限の度合いを調整すれば、スイッチング素子に流れる電流を一定値以下に制限することができる。従って、Ｄ級アンプの出力回路の電源が定電圧であっても、機種の異なる磁気軸受に汎用的に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるＤ級アンプ出力回路を含む磁気軸受制御装置の主要な構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態によるＤ級アンプ出力回路を含む磁気軸受制御装置の主要な構成を示すブロック回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態によるＤ級アンプ出力回路を含む磁気軸受制御装置の主要な構成を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１    回転体
２    電磁石
２ｃ  コイル（出力要素）
３    Ｄ級アンプ
６    可変抵抗器（電流制限素子）
７    パルス幅変調器
１３    電流−電圧変換器
１４    ＭＯＳＦＥＴ（電流制限素子）
１８    ゲート制御回路
３１    スイッチング素子
【図１】
2004293574.tif 000003
【図２】
2004293574.tif 000004
【図３】
2004293574.tif 000005