(57)【要約】【課題】回転停止位置決め時における回転軸の回転方向への運動損失を増大させることにより、回転位置決め剛性を増大させることができる磁気軸受装置を提供する。【解決手段】制御電流により浮上制御される磁気軸受電磁石２によって支承され、回転、停止制御される回転体６を含み、回転体６の回転停止位置決め時に外部より印加される回転位置決め動作中信号Ｓｇ１および零速度信号Ｓｇ２に基づき前記磁気軸受電磁石２の制御電流に高周波数の電流を重畳する高周波発生装置１２を備えたものである。【選択図】    図１
2004169876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御電流により浮上制御される磁気軸受電磁石によって支承され、回転、停止制御される回転体を含み、前記回転体の回転停止位置決め時に外部より印加される回転位置決め動作中信号および零速度信号に基づき前記磁気軸受電磁石の制御電流に高周波数の電流を重畳する高周波発生装置を備えたことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
制御電流により浮上制御される磁気軸受電磁石および回転駆動用モータが一体化されたスピンドルと、前記回転駆動用モータを任意の回転位置に回転停止可能なモータ駆動装置と、前記磁気軸受電磁石に制御電流を供給する磁気軸受制御装置を備えた磁気軸受装置であって、前記回転駆動用モータの回転停止位置決め時に外部より印加されるモータ回転位置決め動作中信号および零速度信号の受信に基づき磁気軸受電磁石の浮上制御電流に高周波数の電流を重畳する高周波発生装置を備え、前記回転駆動用モータの回転停止位置決め時における前記スピンドルの回転方向への運動損失を発生させることを特徴とする磁気軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気軸受装置、特に回転体の回転停止位置決めを容易にする磁気軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には磁気軸受装置において回転体位置の位置精度を改善させようとする発明が記載されている。
【０００３】
以下図面を参照しながら従来の磁気軸受装置について説明する。図３は従来の磁気軸受装置の概略構成を示すブロック図である。
【０００４】
図３において、１はケーシング、２は磁気軸受電磁石、３はコイル、４は回転軸で、回転子ヨーク５と共に回転体６を構成している。７は変位センサ、８は補償回路、９は電力増幅器、１０は加算器であり、次のように配置、接続されて磁気軸受装置を構成している。
【０００５】
すなわち、回転子ヨーク５は回転軸４に取り付けられて回転体６を構成し、外部の制御装置（図示省略）により回転、停止制御される。回転子ヨーク５から微小間隔の距離をおいて磁気軸受電磁石２が配置され、変位センサ７は前記回転軸４とケーシング１間の相対変位を検出できる位置に配置される。また、第１の加算器１０を介して変位センサ７からの変位信号と位置目標値を示す信号が補償回路８および電力増幅器９に供給されるように接続される。なお、実際には回転体６の周囲に図示のケーシング１、磁気軸受電磁石２、コイル３に対向してこれらと対をなすケーシング、磁気軸受電磁石、コイル等が配置されて磁気軸受を構成しているのであるが、図面の煩雑化を避けるためにここでは省略してある。
【０００６】
次に、その動作を説明する。まず、回転軸４の変位を変位センサ７が測定し、その出力信号を第１の加算器１０に印加する。第１の加算器１０では回転軸４の位置目標値から変位センサ７の出力信号を減算して、この減算された信号を補償回路８に入力し、補償回路８からの出力によって電力増幅器９は動作し、コイル３に電流を流して、磁気軸受電磁石２と回転子ヨーク５間に生じる電磁吸引力によって回転軸４の位置を浮上制御している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２４２９３１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成では、回転体を任意の位置に回転停止位置決めする場合、その回転軸が空中に浮上制御されているため、回転方向への摩擦損失や粘性減衰が転がり軸受と比較して著しく少なく、回転方向へ振動しやすくなって、回転位置決め剛性を上げることが困難であるという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、回転停止位置決め時における回転体の回転方向への運動損失を増大させることにより、回転位置決め剛性を増大させることができる磁気軸受装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気軸受装置は、制御電流により浮上制御される磁気軸受電磁石によって支承され、回転、停止制御される回転体を含み、前記回転体の回転停止位置決め時に外部より印加される回転位置決め動作中信号および零速度信号に基づき前記磁気軸受電磁石の制御電流に高周波数の電流を重畳する高周波発生装置を備えたものである。
【００１１】
本発明によれば、回転停止位置決め時に磁気軸受に渦電流損失を発生させることにより回転停止時の回転損失を増大させるので、回転位置決め剛性を増大させることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、前記従来のものと同一の部分は同一符号を用いるものとする。
【００１３】
図１は本発明の磁気軸受装置の一実施の形態における構成を示すブロック図、図２は本発明の磁気軸受装置の一実施の形態において、これを適用した磁気軸受スピンドル装置の具体例を示す断面図である。
【００１４】
図１において、１はケーシング、２は磁気軸受電磁石、３はコイル、４は回転軸で回転子ヨーク５と共に回転体６を構成する。７は変位センサ、８は補償回路、９は電力増幅器、１０は第１の加算器、Ｒは抵抗で、この構成は前記従来のものと同様である。本実施の形態においては、外部より、回転位置決め動作中を示す信号Ｓｇ１および回転体が定められた一定回転数以下であることを示す零速度信号Ｓｇ２の２つの信号を受けた時、高周波数の正弦波を出力する高周波発生装置１２と、補償回路８の出力と高周波発生装置１２の出力を加算して電力増幅器９に出力する第２の加算器１３を加えた点が構成上の特長であり、補償回路８、電力増幅器９、第１の加算器１０、高周波発生装置１２、第２の加算器１３により磁気軸受制御装置１４が構成される。
【００１５】
次に、その動作を説明する。まず、回転軸４の変位を変位センサ７で測定し、その出力信号を第１の第１の加算器１０に印加する。第１の加算器１０においては回転軸４の位置目標値から変位センサ７の出力信号が減算されて補償回路８に入力され、補償回路８の出力によって電力増幅器９が動作し、コイル３に電流を流し、磁気軸受電磁石２と回転子ヨーク５間に生じる電磁吸引力によって回転軸４の位置を浮上制御する。ここまでの基本的な浮上制御動作は従来と同一であるが、回転停止位置決め時には、外部より回転位置決め動作中を示す信号Ｓｇ１と回転体６が定められた一定回転数以下であることを示す零速度信号Ｓｇ２が高周波発生装置１２に入力され、高周波発生装置１２は高周波数の正弦波を第２の加算器１３に出力する。第２の加算器１３はこの高周波発生装置１２からの正弦波出力と補償回路８からの出力とを加算して電力増幅器９に出力する。
【００１６】
このようにしてコイル３を流れる電力増幅器９の出力電流には高周波交流成分が含まれているため、回転子ヨーク５の表面上には渦電流が発生する。この渦電流はフレミングの法則により回転軸４の回転方向の運動に損失を与え、この運動損失により、回転停止位置決め時に回転方向への振動が抑制されて回転停止位置決め剛性を飛躍的に増大させることができる。また、高周波発生装置１２の出力周波数は、本実施の形態に示す磁気軸受装置を搭載した装置の機械系共振点を十分超えた値にすることにより、磁気浮上制御に影響を与えることはない。
【００１７】
なお、回転位置決め動作中信号および零速度信号は、例えば工作機械の場合、加工機に搭載されている制御装置や回転体回転駆動装置より容易に入力できる。
【００１８】
次に、本実施の形態に示す磁気軸受装置を搭載した磁気軸受スピンドル装置について図２を参照しながら説明する。
【００１９】
図２において、２０は回転体、２１は回転体２０の主軸、２２はモータロータ、２３はモータステータ、２４と２６はラジアル磁気軸受、２５と２７はラジアル電磁石、２８はスラスト磁気軸受ロータ、２９はスラスト電磁石である。これら各軸受により、回転体２０を所定位置に非接触で支持している。ラジアル電磁石軸受２５、２７は主軸２１の周囲に、例えば９０゜の中心角で左右に４個ずつ配置されており、また、スラスト電磁石２９は回転体２０を取り巻くリング状に配置されている。
【００２０】
３０，３１はラジアル変位センサ、３２はスラスト変位センサ、３３は保護ベアリング、３４は工具と係合する保護重量部、３５はケーシングである。回転体２０の軸心からの変位はセンサ３０，３１により、スラスト方向の変位はセンサ３２により検出される。センサ３０，３１，３２としては、よく知られた、渦電流形センサ、静電容量形センサ、光センサなどが用いられる。
【００２１】
このように構成された磁気軸受スピンドル装置において、固定側のラジアル軸受電磁石２５，２７およびスラスト電磁石２９への駆動電流を図１に示した磁気軸受制御装置１４により制御することにより、磁気軸受スピンドル装置の空間的位置を制御することができる。
【００２２】
以上のように、本実施の形態によれば、渦電流損失により回転停止位置決め時における回転軸の回転運動に損失を与えるので、これにより回転軸の回転方向の振動が抑制され、回転停止位置決め剛性を飛躍的に増大させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、回転停止位置決め時に意図的に発生させた渦電流損失により回転軸の回転運動に損失を与えることによって、回転軸の回転方向の振動が抑制され、回転停止位置決め剛性を飛躍的に増大させることができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気軸受装置の一実施の形態における構成を示すブロック図
【図２】本発明の磁気軸受装置の一実施の形態において、これを磁気軸受スピンドル装置に適用した具体例を示す断面図
【図３】従来の磁気軸受装置の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
１  ケーシング
２  磁気軸受電磁石
３  コイル
４  回転軸
５  回転子ヨーク
６  回転体
７  変位センサ
８  補償回路
９  電力増幅器
１０  第１の加算器
１１  制御装置
１２  高周波発生装置
１３  第２の加算器
１４  磁気軸受制御装置
２０  回転体
２１  主軸
２２  モータロータ
２３  モータステータ
２４，２６  ラジアル磁気軸受ロータ
２５，２７  ラジアル電磁石
２８  スラスト磁気軸受ロータ
２９  スラスト電磁石
３０，３１  ラジアル変位センサ
３２  スラスト変位センサ
３３  保護ベアリング
３４  保護重量部
３５  ケーシング
Ｓｇ１  回転位置決め動作中信号
Ｓｇ２  零速度信号
【図１】
2004169876.tif 000003
【図２】
2004169876.tif 000004
【図３】
2004169876.tif 000005