(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（33）の被支持部（33a）を挟んで対向する少なくとも一対の制御電磁石（201,203）を有し、該少なくとも一対の制御電磁石（201,203）の合成電磁力（F）により該回転軸（33）を非接触に支持する磁気軸受本体（21）と、
上記一対の制御電磁石（201,203）のうち上記回転軸（33）の負荷（LD）と同方向の電磁力を発生させる第１の制御電磁石（201）のコイルに流れる第１のコイル電流（IL）に基づいて、該第１のコイル電流（IL）の電流値に依存する制御余裕度の指標となる制御指標値を検出し、該制御指標値が予め定められた目標指標値に近づくように、上記一対の制御電磁石（201,203）のコイルにそれぞれ流れる一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する制御部（11）とを備えている
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記制御部（11）は、上記第１のコイル電流（IL）の平均値が予め定められた目標電流値（I0）に近づくように、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項３】
請求項１において、
上記制御部（11）は、所定期間内における上記第１のコイル電流（IL）の最小値（ILmin）が予め定められた目標最小値（I0min）に近づくように、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記制御部（11）は、所定期間内における上記第１のコイル電流（IL）の局所最小値の平均値（ILb）が予め定められた目標平均値（I0b）に近づくように、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項５】
請求項１において、
上記制御部（11）は、所定期間内において上記第１のコイル電流（IL）の電流値が予め定められた目標電流値（I0）よりも高いハイレベル期間（HH）の時間割合が予め定められた目標時間割合に近づくように、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項６】
請求項１において、
上記制御部（11）は、所定期間毎に上記第１のコイル電流（IL）の最小値（ILmin）と予め定められた目標最小値（I0min）との差分値（IDmin）を検出し、該差分値（IDmin）の累積平均値（IDa）が予め定められた目標累積平均値（ID0）に近づくように、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記目標指標値を含む許容範囲内に上記制御指標値が収まっている場合には、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を変更しない
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記制御指標値と上記目標指標値との差分値が大きいほど、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値の変更量を多くする
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記一対のコイル電流（IU,IL）の各々の平均値の和が予め定められた制限値よりも低くならないように、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項において、
上記一対のコイル電流（IU,IL）の各々は、該一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値に対応するバイアス電流（Ib）と、該中央値と該一対のコイル電流（IU,IL）の各々の電流値との差分値に対応する制御電流（Id）とを含み、
上記制御部（11）は、上記バイアス電流（Ib）の電流値が予め定められた制限値よりも低くならないように、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記第１のコイル電流（IL）の平均値および上記一対の制御電磁石（201,203）のうち上記回転軸（33）の負荷（LD）と逆方向の電磁力を発生させる第２の制御電磁石（203）のコイルに流れる第２のコイル電流（IU）の平均値のうち少なくとも一方の平均値の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項において、
上記一対のコイル電流（IU,IL）の各々は、該一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値に対応するバイアス電流（Ib）と、該中央値と該一対のコイル電流（IU,IL）の各々の電流値との差分値に対応する制御電流（Id）とを含み、
上記制御部（11）は、上記制御電流（Id）の平均値の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項において、
上記制御部（11）は、上記第１のコイル電流（IL）の平均値および上記一対の制御電磁石（201,203）のうち上記回転軸（33）の負荷（LD）と逆方向の電磁力を発生させる第２の制御電磁石（203）のコイルに流れる第２のコイル電流（IU）の平均値のうち少なくとも一方の平均値の所定周波数以上の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか１項において、
上記一対のコイル電流（IU,IL）の各々は、該一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値に対応するバイアス電流（Ib）と、該中央値と該一対のコイル電流（IU,IL）の各々の電流値との差分値に対応する制御電流（Id）とを含み、
上記制御部（11）は、上記制御電流（Id）の平均値の所定周波数以上の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、上記一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する
ことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の磁気軸受装置（10）と、
上記磁気軸受装置（10）によって駆動軸（33）が非接触に支持される電動機（30）と、
上記電動機（30）によって駆動される圧縮機構とを備えている
ことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気軸受に関し、特に、磁気軸受の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の電磁石の合成電磁力により回転軸を非接触に支持する磁気軸受が知られている。このような磁気軸受では、複数の電磁石のコイルの各々にバイアス電流（固定電流）を予め流しておき、このバイアス電流に対して回転軸の位置偏差に応じて変化する制御電流を合成することにより、制御電流と合成電磁力との関係を線形的にしている（例えば、特許文献１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１４１３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような磁気軸受では、回転軸の負荷と逆方向の電磁力を発生させる電磁石のコイルに流れるコイル電流（上側コイル電流）と、回転軸の負荷と同方向の電磁力を発生させる電磁石のコイルに流れるコイル電流（下側コイル電流）とを制御することにより、回転軸の位置制御を行うことができる。
【０００５】
しかしながら、磁気軸受の消費電力を低減するために上側コイル電流と下側コイル電流との間の中央値（例えば、バイアス電流）を低くすると、下側コイル電流の電流値が低くなり、磁気軸受の制御余裕度が低下してしまい、磁気軸受の制御性能が低下してしまうことになる。例えば、下側コイル電流の電流値が低くなると、下側コイル電流のゼロクロスの発生頻度（下側コイル電流がゼロになる頻度）が高くなってしまう。この場合（特に、ＰＷＭスイッチング方式によりコイル電流を制御する場合）、下側コイル電流のゼロクロスによってデッドタイムが発生し、下側コイル電流の波形が歪んでしまうので、制御電流と合成電磁力との線形的な関係を維持することが困難となる。また、下側コイル電流の波形歪みにより高周波ノイズが発生してしまう。このように、磁気軸受の制御性能の低下を抑制しつつ消費電力を低減することが困難であった。
【０００６】
そこで、この発明は、磁気軸受の制御性能の低下を抑制しつつ消費電力を低減す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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の１つの態様に従うと、磁気軸受装置（10）は、回転軸（33）の被支持部（33a）を挟んで対向する少なくとも一対の制御電磁石（201,203）を有し、該少なくとも一対の制御電磁石（201,203）の合成電磁力（F）により該回転軸（33）を非接触に支持する磁気軸受本体（21）と、上記一対の制御電磁石（201,203）のうち上記回転軸（33）の負荷（LD）と同方向の電磁力を発生させる第１の制御電磁石（201）のコイルに流れる第１のコイル電流（IL）に基づいて、該第１のコイル電流（IL）の電流値に依存する制御余裕度の指標となる制御指標値を検出し、該制御指標値が予め定められた目標指標値に近づくように、上記一対の制御電磁石（201,203）のコイルにそれぞれ流れる一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する制御部（11）とを備えている。
【０００８】
上記磁気軸受装置（10）では、磁気軸受装置（10）の制御余裕度の指標となる制御指標値が目標指標値よりも高い場合（すなわち、制御余裕度が所望の余裕度よりも高い場合）には、一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値が減少して磁気軸受装置（10）の消費電力が減少する。一方、制御指標値が目標指標値よりも低い場合（すなわち、制御余裕度が所望の余裕度よりも低い場合）には、一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値が増加して磁気軸受装置（10）の制御性能が向上する。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、磁気軸受装置（10）の制御余裕度の指標となる制御指標値が目標指標値に近づくように、一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御することにより、磁気軸受装置（10）の制御性能の低下を抑制しつつ消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】磁気軸受装置を備えた圧縮機の構成例を示す概略図。
【図２】磁気軸受本体について説明するための横断面図。
【図３】磁気軸受本体について説明するための縦断面図。
【図４】制御部について説明するためのブロック図。
【図５】電源回路の構成例について説明するための回路図。
【図６】磁気軸受装置の動作について説明するためのフローチャート。
【図７】磁気軸受装置の動作について説明するためのタイミングチャート。
【図８】上側コイル電流および下側コイル電流と合成電磁力との関係を示すグラフ。
【図９】制御指標値の変形例１について説明するためのタイミングチャート。
【図１０】制御指標値の変形例２について説明するためのタイミングチャート。
【図１１】制御指標値の変形例３について説明するためのタイミングチャート。
【図１２】制御指標値の変形例４について説明するためのタイミングチャート。
【図１３】制御指標値の変形例５について説明するためのタイミングチャート。
【図１４】磁気軸受装置の動作の変形例１について説明するためのフローチャート。
【図１５】磁気軸受装置の動作の変形例２について説明するためのフローチャート。
【図１６】磁気軸受装置の動作の変形例３について説明するためのフローチャート。
【図１７】磁気軸受装置の動作の変形例４について説明するためのフローチャート。
【図１８】磁気軸受装置の動作の変形例５について説明するためのフローチャート。
【図１９】磁気軸受装置の動作の変形例６について説明するためのフローチャート。
【図２０】電源回路の変形例について説明するための回路図。
【図２１】図２０に示した電源回路を備える磁気軸受装置の動作について説明するためのタイミングチャート。
【図２２】磁気軸受本体の変形例１について説明するための横断面図。
【図２３】磁気軸受本体の変形例１について説明するための縦断面図。
【図２４】磁気軸受本体の変形例２について説明するための横断面図。
【図２５】磁気軸受本体の変形例２について説明するための縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
【００１２】
〔圧縮機〕
図１は、この発明の実施形態による磁気軸受装置（10）を備える圧縮機（1）の構成例を示している。ここでは、圧縮機（1）は、ターボ圧縮機である。圧縮機（1）は、磁気軸受装置（10）の他に、電動機（30）と、ケーシング（40）と、羽根車（50）と、２つのタッチダウン軸受（60,60）とを備えている。圧縮機（1）は、例えば、冷媒が循環して冷凍サイクル運転動作を行う冷媒回路（図示を省略）に接続され、冷媒を圧縮するものである。
【００１３】
ケーシング（40）は、両端が閉塞された円筒状に形成され、円筒軸線が水平向きとなるように配置されている。ケーシング（40）内の空間は、壁部（41）によって区画されている。壁部（41）よりも右側の空間が、羽根車（50）を収容するインペラ室（42）を形成し、壁部（41）よりも左側の空間が、電動機（30）を収容する電動機空間（43）を形成している。また、インペラ室（42）の外周側には、インペラ室（42）と連通する圧縮空間（42a）が形成されている。さらに、ケーシング（40）には、外部からの気体（例えば、冷凍回路からの冷媒）をインペラ室（42）へ導くための吸入管（44）と、インペラ室（42）内で圧縮された高圧の気体を外部（例えば、冷媒回路）へ戻すための吐出管（45）とが接続されている。羽根車（50）は、複数の羽根によって外形が略円錐形状となるように形成されている。羽根車（50）は、インペラ室（42）内に収容されている。
【００１４】
電動機（30）は、ケーシング（40）内に収容され、羽根車（50）を駆動する。この例では、電動機（30）は、いわゆる永久磁石同期モータである。電動機（30）は、ステータ（31）と、ロータ（32）と、駆動軸（33）（回転軸）とを備えている。ステータ（31）は、ケーシング（40）の内周壁に固定されている。ロータ（32）は、所定の距離を隔ててステータ（31）に対向するようにステータ（31）に挿入されている。駆動軸（33）は、その軸心がロータ（32）の軸心と同軸となるようにロータ（32）に固定されている。羽根車（50）は、駆動軸（33）の一端に固定されている。タッチダウン軸受（60,60）は、例えば、玉軸受で構成され、磁気軸受装置（10）の非通電時に駆動軸（33）を支持する。
【００１５】
〔磁気軸受装置〕
磁気軸受装置（10）は、１または複数（ここでは、２つ）の磁気軸受本体（21,21）と、制御部（11）とを備えている。磁気軸受本体（21,21）は、互いに同一の構成を有している。磁気軸受本体（21）は、後に詳述するように、駆動軸（33）の被支持部（33a）を挟んで対向する少なくとも一対の制御電磁石を有し、それらの制御電磁石の合成電磁力により駆動軸（33）を非接触に支持するように構成されている。制御部（11）は、磁気軸受本体（21,21）の動作を制御するように構成されている。
【００１６】
〈磁気軸受本体〉
次に、図２，図３を参照して、磁気軸受本体（21）について説明する。図２は、図１に示した磁気軸受本体（21）の横断面（駆動軸に垂直な方向の断面）を示し、図３は、図１に示した磁気軸受本体（21）の縦断面（駆動軸方向の断面）を示している。なお、以下の説明において、軸方向とは、回転軸方向であって、駆動軸（33）の軸心の方向をいい、径方向とは、駆動軸（33）の軸方向と直交する方向をいう。また、外周側とは、駆動軸（33）の軸心からより遠い側をいい、内周側とは、駆動軸（33）の軸心により近い側をいう。
【００１７】
ここでは、磁気軸受本体（21）は、ヘテロポーラ型のラジアル軸受を構成している。磁気軸受本体（21）は、コア部（22）と、複数（ここでは、８つ）のコイル（23-1,…,23-8）とを備えている。なお、以下の説明では、コイル（23-1,…,23-8）の総称を「コイル（23）」と表記する。
【００１８】
《コア部》
コア部（22）は、電磁鋼板を積層して構成されている。また、コア部（22）は、バックヨーク部（22a）と、複数（ここでは、８つ）のティース部（22b,…,22b）とを備えている。バックヨーク部（22a）は、略筒状に形成されている。ティース部（22b,…,22b）は、バックヨーク部（22a）と一体形成され、バックヨーク部（22a）の内周面から径方向内方へ向けて突出している。また、ティース部（22b,…,22b）は、バックヨーク部（22a）の内周に沿って４５°ピッチで配置されている。ティース部（22b）の内周側の面は、所定のギャップを隔てて駆動軸（33）に対向している。
【００１９】
《コイル》
８つのコイル（23-1,…,23-8）は、８つのティース部（22b,…,22b）にそれぞれ巻回されている。これにより、８つの電磁石（24-1,…,24-8）が形成されている。また、コイル（23-1）は、コイル（23-2）に繋がっている。したがって、コイル（23-1,23-2）にコイル電流が流れることにより、径方向の吸引力（電磁力）を発生させることができる。すなわち、ここでは、２つの電磁石（24-1,24-2）によって、径方向に吸引力（電磁力）を発生させる制御電磁石（201）が形成されている。これと同様に、コイル（23-3,23-5,23-7）は、コイル（23-4,23-6,23-8）にそれぞれ繋がっている。これにより、制御電磁石（202,203,204）がそれぞれ形成されている。なお、コイル（23-1,…,23-8）の巻回方向やコイル（23-1,…,23-8）に流れる電流の向きは、図２に示した矢印の方向に磁束が発生するように設定されている。
【００２０】
《制御電磁石》
制御電磁石（201,202）は、駆動軸（33）の被支持部（33a）を挟んで制御電磁石（203,204）にそれぞれ対向している。すなわち、制御電磁石（201）は、制御電磁石（203）と対となっており、制御電磁石（202）は、制御電磁石（204）と対となっている。また、一対の制御電磁石（201,203）のコイル（23,23）にそれぞれ流れる一対のコイル電流（すなわち、コイル（23-1,23-2）に流れるコイル電流と、コイル（23-5,23-6）に流れるコイル電流）を制御することにより、制御電磁石（201,203）の合成電磁力を制御でき、その結果、制御電磁石（201,203）が互いに対向する方向において駆動軸（33）の径方向位置を制御することが可能となる。一対の制御電磁石（202,204）についても同様である。このようにして、駆動軸（33）を非接触に支持することができる。
【００２１】
〈コイル電流〉
次に、制御電磁石（201,…,204）のコイル（23-1,…,23-8）に流れるコイル電流について説明する。なお、以下の説明において、「上側コイル」は、駆動軸（33）に作用する負荷（LD）と逆方向の吸引力（電磁力（FU））を発生させる制御電磁石のコイル（23）のことを意味し、「下側コイル」は、負荷（LD）と同方向の吸引力（電磁力（FL））を発生させる制御電磁石のコイル（23）のことを意味している。また、「上側コイル電流（IU）」は、上側コイル電流に流れるコイル電流のことを意味し、「下側コイル電流（IL）」は、下側コイル電流に流れるコイル電流のことを意味している。ここで、「上側」および「下側」という表記は、電磁力の方向と負荷（LD）の方向との関係に基づいて定めた表記であり、磁気軸受本体（21）の設置状態における上下と一致する場合もあれば一致しない場合もある。
【００２２】
《上側コイル電流および下側コイル電流》
上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の各々は、バイアス電流（Ib）と制御電流（Id）とを含んでいる。
【００２３】
バイアス電流（Ib）は、制御電流（Id）の電流値と合成電磁力（F）との関係を線形的にするための電流である。バイアス電流（Ib）は、上側コイル電流（IU）と下側コイル電流（IL）との間の中央値（以下では、上下コイル電流（IU,IL）の中央値と表記）に対応している。
【００２４】
制御電流（Id）は、合成電磁力（F）の方向や大きさを定めるための電流である。上側コイル電流（IU）に含まれる制御電流（Id）は、上下コイル電流（IU,IL）の中央値と上側コイル電流（IU）の電流値との差分値（正の値）に対応している。下側コイル電流（IL）に含まれる制御電流（Id）は、上下コイル電流（IU,IL）の中央値と下側コイル電流（IL）の電流値との差分値（負の値）に対応している。
【００２５】
上側コイル電流（IU）は、バイアス電流（Ib）および制御電流（Id）を用いて、次の数１のように表現できる。
【００２６】
【数１】
0005218636.tif 000002
【００２７】
下側コイル電流（IL）は、バイアス電流（Ib）および制御電流（Id）を用いて、次の数２のように表現できる。
【００２８】
【数２】
0005218636.tif 000003
【００２９】
合成電磁力（F）は、バイアス電流（Ib）および制御電流（Id）を用いて、次の数３のように表現できる。なお、数３において、「Ｋ」は、磁気軸受本体（21）の寸法構造によって決まる比例定数である。
【００３０】
【数３】
0005218636.tif 000004
【００３１】
数１，数３より、上側コイル電流（IU）は、バイアス電流（Ib）および合成電磁力（F）を用いて、次の数４のように表現できる。
【００３２】
【数４】
0005218636.tif 000005
【００３３】
数２，数３より、下側コイル電流（IL）は、バイアス電流（Ib）および合成電磁力（F）を用いて、次の数５のように表現できる。
【００３４】
【数５】
0005218636.tif 000006
【００３５】
〈制御部〉
制御部（11）は、制御電磁石の組合せ（図２では、制御電磁石（201,203）の組合せと、制御電磁石（202,204）の組合せ）の各々に対して、以下の処理を実行する。すなわち、制御部（11）は、上側コイル電流（IU）と下側コイル電流（IL）との間の電流値の差（以下では、上下コイル電流（IU,IL）の電流差と表記）を制御することにより、駆動軸（33）の位置制御を行う。また、制御部（11）は、制御指標値（例えば、下側コイル電流（IL）の平均値）を検出し、制御指標値が予め定められた目標指標値（例えば、目標電流値）に近づくように、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御する。制御指標値は、磁気軸受装置（10）の制御余裕度の指標となる値であり、磁気軸受装置（10）の制御余裕度は、下側コイル電流（IL）の電流値に依存している。例えば、下側コイル電流（IL）の電流値が低くなるほど、磁気軸受装置（10）の制御余裕度も低くなる。また、目標指標値は、制御余裕度が所望の余裕度である場合の制御指標値に相当する値であっても良い。
【００３６】
なお、以下の説明では、図２のように、制御電磁石（203）から制御電磁石（201）へ向かう方向の負荷（LD）が駆動軸（33）に作用しているものとする。すなわち、制御電磁石（203）および制御電磁石（201）の合成電磁力（F）によって駆動軸（33）の位置（径方向における位置）を制御する場合を例に挙げて説明する。この場合、制御電磁石（203）のコイル（23-5,23-6）が「上側コイル」に相当し、制御電磁石（201）のコイル（23-1,23-2）が「下側コイル」に相当する。
【００３７】
〈制御部の詳細〉
次に、図４を参照して、制御部（11）について詳細に説明する。制御部（11）は、ギャップセンサ（101）と、電流検出器（102）と、演算回路（103）と、電源回路（104）とを備えている。ギャップセンサ（101），電流検出器（102），演算回路（103），および電源回路（104）は、制御電磁石の組合せ（図２では、制御電磁石（201,203）の組合せと、制御電磁石（202,204）の組合せ）の各々に対して、以下の処理を実行する。以下では、制御電磁石（201,203）の組合せに関連する処理を例に挙げて説明する。
【００３８】
《ギャップセンサおよび電流検出器》
ギャップセンサ（101）は、駆動軸（33）の径方向位置（駆動軸位置（P1））を検出するように構成されている。ギャップセンサ（101）は、例えば、ケーシング（40）に取り付けられている。電流検出器（102）は、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値を検出するように構成されている。
【００３９】
《演算回路》
演算回路（103）は、ギャップセンサ（101）によって検出された駆動軸位置（P1）に基づいて、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の設定値（以下では、上下コイル電流（IU,IL）の設定値と表記）を決定する。また、演算回路（103）は、制御指標値（例えば、下側コイル電流（IL）の平均値）に基づいて、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を補正する。さらに、演算回路（103）は、上下コイル電流（IU,IL）の設定値に基づいて、上側コイルおよび下側コイルにそれぞれ対応する上側電圧指令値および下側電圧指令値を出力する。ここでは、演算回路（103）は、位置偏差演算部（111）と、制御電流演算部（112）と、バイアス電流演算部（113）と、コイル電流演算部（114）とを備えている。
【００４０】
−位置偏差演算部−
位置偏差演算部（111）は、ギャップセンサ（101）によって検出された駆動軸位置（P1）と外部からの位置指令に示された目標位置（P0）（駆動軸（33）の径方向における目標位置）との差分値を位置偏差値（P2）として出力する。例えば、位置偏差演算部（111）は、目標位置（P0）から駆動軸位置（P1）を減算することにより位置偏差値（P2）を算出している。
【００４１】
−制御電流演算部−
制御電流演算部（112）は、位置偏差演算部（111）からの位置偏差値（P2）に応じて制御電流（Id）の電流値（設定値）を周期的に更新する。例えば、制御電流演算部（112）は、位置偏差値（P2）の正負に応じて制御電流（Id）の正負を設定し、位置偏差値（P2）の絶対値が大きくなるほど制御電流（Id）の絶対値を大きくする。このように、位置偏差値（P2）に応じて制御電流（Id）を設定することにより、駆動軸位置（P1）を目標位置（P0）に近づけることができる。
【００４２】
−バイアス電流演算部−
バイアス電流演算部（113）は、電流検出器（102）によって検出された下側コイル電流（IL）の電流値に基づいて、制御指標値（例えば、下側コイル電流（IL）の平均値）を検出する。また、バイアス電流演算部（113）は、制御指標値が目標指標値（例えば、目標電流値）に近づくように、バイアス電流（Ib）の電流値（設定値）を周期的に更新する。なお、バイアス電流（Ib）の更新周期は、制御電流（Id）の更新周期よりも長いことが好ましい。例えば、バイアス電流（Ib）の更新周期は、制御電流（Id）の更新周期の１００倍〜１０００倍であることが好ましい。
【００４３】
−コイル電流演算部−
コイル電流演算部（114）は、制御電流演算部（112）によって設定された制御電流（Id）とバイアス電流演算部（113）によって設定されたバイアス電流（Ib）とに基づいて、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を決定する。例えば、コイル電流演算部（114）は、数１，数２に示された関係式に基づいて、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を決定する。
【００４４】
また、コイル電流演算部（114）は、上下コイル電流（IU,IL）の設定値に基づいて、上側コイルおよび下側コイルにそれぞれ対応する上側電圧指令値および下側電圧指令値を出力する。上側電圧指令値は、上側コイル（例えば、コイル（23-5,23-6））に印加される上側コイル電圧の設定値を示し、下側電圧指令値は、下側コイル（例えば、コイル（23-1,23-2））に印加される下側コイル電圧の設定値を示している。さらに、コイル電流演算部（114）は、電流検出器（102）によって検出される上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値（以下では、上下コイル電流（IU,IL）の検出値と表記）が上下コイル電流（IU,IL）の設定値になるように、上側電圧指令値および下側電圧指令値をフィードバック制御する。
【００４５】
《電源回路》
電源回路（104）は、上側コイル（例えば、コイル（23-5,23-6））および下側コイル（例えば、コイル（23-1,23-2））に上側コイル電圧および下側コイル電圧をそれぞれ印加する。また、電源回路（104）は、演算回路（103）からの上側電圧指令値および下側電圧指令値に応じて、上側コイル電圧および下側コイル電圧の電圧値をそれぞれ変化させる。これにより、上側コイルおよび下側コイルにそれぞれ流れる上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値を、演算回路（103）によって設定された上下コイル電流（IU,IL）の設定値に変更することができる。例えば、電源回路（104）は、図５のようなインバータ回路を、上側コイルおよび下側コイルの各々に対して備えていても良い。図５に示したインバータ回路は、４つのスイッチング素子（SW1,…,SW4）および４つの整流素子（D1,…,D4）とを備えている。スイッチング素子（SW1,…,SW4）のオン／オフは、ＰＷＭ信号（S1,…,S4）によって制御されている。このインバータ回路では、コイル（23）に流れる電流の向きを変更することが可能である。
【００４６】
このように、制御電流（Id）を更新することにより、上下コイル電流（IU,IL）の電流差を変更することができる。また、バイアス電流（Ib）を更新することにより、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を変更することができる。
【００４７】
〔動作〕
次に、図６を参照して、磁気軸受装置（10）の動作について説明する。ここでは、制御部（11）による上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御について詳しく説明する。
【００４８】
〈ステップ(ST101)〉
まず、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の更新タイミングが到来したか否かを判定する。更新タイミングが到来すると、ステップ（ST102）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST101）を繰り返す。
【００４９】
〈ステップ（ST102）〉
次に、バイアス電流演算部（113）は、制御指標値（例えば、下側コイル電流（IL）の平均値）を検出し、制御指標値が許容範囲内に収まっているか否かを判定する。許容範囲には、制御指標値の判定基準となる目標指標値（例えば、目標電流値）が含まれている。制御指標値が許容範囲内に収まっている場合には、ステップ（ST106）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST103）へ進む。
【００５０】
〈ステップ（ST103）〉
次に、バイアス電流演算部（113）は、制御指標値が目標指標値よりも大きいか否かを判定する。制御指標値が目標指標値よりも大きい場合には、ステップ（ST104）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST105）へ進む。
【００５１】
〈ステップ（ST104）〉
次に、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値を減少させる。このとき、バイアス電流演算部（113）は、制御指標値と目標指標値との差分値が大きくなるほどバイアス電流（Ib）の減少量が多くなるように、バイアス電流（Ib）を変更しても良い。コイル電流演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の減少に応じて、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を減少させる。これにより、上側電圧指令値および下側電圧指令値が更新され、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が減少するように、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が変化する。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【００５２】
〈ステップ（ST105）〉
一方、ステップ（ST103）において制御指標値が目標指標値よりも小さいと判定された場合、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値を増加させる。このとき、バイアス電流演算部（113）は、制御指標値と目標指標値との差分値が大きくなるほどバイアス電流（Ib）の増加量が多くなるように、バイアス電流（Ib）を変更しても良い。コイル電流演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の増加に応じて、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を増加させる。これにより、上側電圧指令値および下側電圧指令値が更新され、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が増加するように、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が変化する。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【００５３】
〈ステップ（ST106）〉
また、ステップ（ST102）において制御指標値が許容範囲内に収まっていると判定された場合、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値を変更せずにそのまま維持する。したがって、コイル電流演算部（114）は、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を変更せずにそのまま維持する。これにより、上下コイル電流（IU,IL）の中央値は、変更されずにそのまま維持される。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【００５４】
〈ステップ（ST107）〉
次に、上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御を継続する場合には、ステップ（ST101）へ進み、そうでない場合には、上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御を終了する。
【００５５】
〔磁気軸受装置の動作の具体例〕
次に、図７ａ，図７ｂを参照して、磁気軸受装置（10）の動作（制御部（11）による上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御）について具体的に説明する。ここでは、制御指標値は、下側コイル電流（IL）の平均値（ここでは、所定期間毎の平均値（ILa））であり、下側コイル電流（IL）の目標指標値は、目標電流値（I0）である。例えば、目標電流値（I0）は、制御余裕度が所望の余裕度である場合の下側コイル電流（IL）の平均値（ここでは、所定期間毎の平均値（ILa））に相当する。
【００５６】
〈制御指標値が目標指標値よりも高い場合〉
まず、図７ａを参照して、下側コイル電流（IL）の平均値（I0）が許容範囲よりも高い場合について説明する。ここでは、時刻（t0,t1,t2）において、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が更新されている。
【００５７】
時刻（t1）（更新タイミング）が到来すると、バイアス電流演算部（113）は、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間において電流検出器（102）によって検出された下側コイル電流（IL）の電流値に基づいて、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間における下側コイル電流（IL）の平均値（ILa）を検出する。このとき、下側コイル電流（IL）の平均値（ILa）が許容範囲よりも高いので、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値を減少させる。これにより、時刻（t1）において、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が減少することになる。
【００５８】
時刻（t2）（更新タイミング）が到来すると、バイアス電流演算部（113）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における下側コイル電流（IL）の平均値（ILa）を検出する。このとき、下側コイル電流（IL）の平均値（ILa）が許容範囲内に収まっているので、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値を変更せずにそのまま維持する。これにより、時刻（t1）において、上下コイル電流（IU,IL）の中央値は変更されずにそのまま維持されることになる。
【００５９】
〈制御指標値が目標指標値よりも低い場合〉
次に、図７ｂを参照して、下側コイル電流（IL）の平均値（ILa）が許容範囲よりも低い場合について説明する。ここでは、時刻（t0,t1,t2）において、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が更新されている。
【００６０】
時刻（t1）（更新タイミング）が到来すると、バイアス電流演算部（113）は、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間における下側コイル電流（IL）の平均値（ILa）を検出する。このとき、下側コイル電流（IL）の平均値（ILa）が許容範囲よりも低いので、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値を増加させる。これにより、時刻（t1）において、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が増加することになる。
【００６１】
時刻（t2）（更新タイミング）が到来すると、バイアス電流演算部（113）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における下側コイル電流（IL）の平均値（ILa）を検出する。このとき、下側コイル電流（IL）の平均値（ILa）が許容範囲内に収まっているので、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値を変更せずにそのまま維持する。これにより、時刻（t1）において、上下コイル電流（IU,IL）の中央値は変更されずにそのまま維持されることになる。
【００６２】
〔バイアス電流と下側コイル電流の変動範囲との関係〕
ここで、図８ａ，図８ｂを参照して、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）と合成電磁力（F）との関係について説明する。なお、図８ａ，図８ｂの合成電磁力（F）の変動範囲は、同一である。
【００６３】
図８ａの場合、合成電磁力（F）が図８ａに示した変動範囲で変動すると、下側コイル電流（IL）の電流値は、ゼロを跨いで変動することになる。この場合、下側コイル電流（IL）のゼロクロスが発生することになる。特に、図５のようなインバータ回路を用いてコイル電流を制御する場合（すなわち、ＰＷＭスイッチング方式によりコイル電流を制御する場合）、下側コイル電流（IL）のゼロクロスによってデッドタイムが発生し、下側コイル電流（IL）の波形が歪み、ＰＷＭデューティ比と下側コイル電流（IL）との関係が非線形となってしまう。そのため、制御電流（Id）と合成電磁力（F）との線形的な関係を維持することが困難となる。また、下側コイル電流の波形歪みにより高周波ノイズが発生してしまう。なお、下側コイル電流（IL）の電流値が低くなるほど、下側コイル電流（IL）のゼロクロスの発生頻度が高くなる。このように、下側コイル電流（IL）の電流値が低くなることにより、磁気軸受装置（10）の制御余裕度が低下し、磁気軸受装置（10）の制御性能が低下してしまう。
【００６４】
ここで、図８ｂのように、バイアス電流（Ib）の電流値を増加させることにより、下側コイル電流（IL）の変動範囲をゼロよりも高い領域に移動させることができる。図８ｂのようにバイアス電流（Ib）の電流値を設定することにより、下側コイル電流（IL）のゼロクロスの発生を防止することができる。すなわち、下側コイル電流（IL）の電流値が高くなることにより、磁気軸受装置（10）の制御余裕度が高くなり、磁気軸受装置（10）の制御性能が向上する。
【００６５】
〔効果〕
以上のように、この実施形態による磁気軸受装置（10）では、磁気軸受装置（10）の制御余裕度の指標となる制御指標値が目標指標値よりも高い場合（すなわち、制御余裕度が所望の余裕度よりも高い場合）には、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が減少して磁気軸受装置（10）の消費電力が減少する。一方、制御指標値が目標指標値よりも低い場合（すなわち、制御余裕度が所望の余裕度よりも低い場合）には、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が増加して磁気軸受装置（10）の制御性能が向上する。このように、磁気軸受装置（10）の制御余裕度の指標となる制御指標値が目標指標値に近づくように、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御することにより、磁気軸受装置（10）の制御性能の低下を抑制しつつ消費電力を低減することができる。
【００６６】
また、制御指標値が許容範囲内に収まっている場合に上下コイル電流（IU,IL）の中央値を変更しないように制御することにより、上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御の安定性を向上させることができる。
【００６７】
また、制御指標値と目標指標値との差分値が大きくなるほどバイアス電流（Ib）の変更量が多くなるように制御することにより、上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御が収束するまでに要する時間を短縮することができる。
【００６８】
〔制御指標値の変形例１〕
なお、図９ａ，図９ｂのように、制御部（11）は、下側コイル電流（IL）の積分平均値（ILi）を制御指標値として検出しても良い。この場合、下側コイル電流（IL）の目標指標値は、目標電流値（I0）（例えば、制御余裕度が所望の余裕度である場合の下側コイル電流（IL）の積分平均値（ILi）に相当する値）であっても良い。
【００６９】
例えば、バイアス電流演算部（113）は、電流検出器（102）によって下側コイル電流（IL）の電流値が検出される毎に、下側コイル電流（IL）の電流値を積分して平均することにより、下側コイル電流（IL）の積分平均値（ILi）を更新しても良い。
【００７０】
以上のように、制御指標値となる下側コイル電流（IL）の平均値（下側コイル電流（IL）の直流成分）は、下側コイル電流（IL）の所定期間毎の平均値（ILa）であっても良いし、下側コイル電流（IL）の積分平均値（ILi）であっても良い。
【００７１】
〔制御指標値の変形例２〕
図１０ａ，図１０ｂのように、制御部（11）は、所定期間内における下側コイル電流（IL）の最小値（ILmin）を制御指標値として検出しても良い。この場合、下側コイル電流（IL）の目標指標値は、目標最小値（I0min）（例えば、制御余裕度が所望の余裕度である場合の下側コイル電流（IL）の最小値（ILmin）に相当する値）であっても良い。
【００７２】
例えば、バイアス電流演算部（113）は、時刻（t1）（更新タイミング）が到来すると、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間において電流検出器（102）によって検出された下側コイル電流（IL）の電流値の中の最小値を、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間における下側コイル電流（IL）の最小値（ILmin）として検出しても良い。
【００７３】
〔制御指標値の変形例３〕
図１１ａ，図１１ｂのように、制御部（11）は、所定期間内における下側コイル電流（IL）の局所最小値の平均値（ILb）を制御指標値として検出しても良い。この場合、下側コイル電流（IL）の目標指標値は、目標平均値（I0b）（例えば、制御余裕度が所望の余裕度である場合の下側コイル電流（IL）の局所最小値の平均値（ILb）に相当する値）であっても良い。
【００７４】
例えば、バイアス電流演算部（113）は、時刻（t1）（更新タイミング）が到来すると、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間において電流検出器（102）によって検出された下側コイル電流（IL）の電流値の中から局所最小値（図１１ａ，図１１ｂの黒丸）を検出し、それらの局所最小値の平均値を、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間における下側コイル電流（IL）の局所最小値の平均値（ILb）として検出しても良い。
【００７５】
〔制御指標値の変形例４〕
図１２ａ，図１２ｂのように、制御部（11）は、所定期間内において下側コイル電流（IL）の電流値が目標電流値（I0）よりも高いハイレベル期間（HH）の時間割合（所定期間（PP）に対するハイレベル期間（HH）の時間割合）を制御指標値として検出しても良い。この場合、下側コイル電流（IL）の目標指標値は、目標時間割合（例えば、制御余裕度が所望の余裕度である場合の所定期間（PP）に対するハイレベル期間（HH）の時間割合に相当する割合）であっても良い。なお、図１２ａ，図１２ｂでは、目標時間割合は、５０％程度に設定されている。
【００７６】
例えば、バイアス電流演算部（113）は、次のようにして、所定期間（PP）に対するハイレベル期間（HH）の時間割合を検出しても良い。すなわち、バイアス電流演算部（113）は、時刻（t0）（更新タイミング）が到来すると、ハイレベル期間（HH）のカウント値をリセットし、下側コイル電流（IL）の電流値が目標電流値（I0）よりも高くなるとハイレベル期間（HH）のカウントを開始し、下側コイル電流（IL）の電流値が目標電流値（I0）よりも低くなるとハイレベル期間（HH）のカウントを一時中断する。次に、時刻（t1）（更新タイミング）が到来すると、バイアス電流演算部（113）は、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間におけるハイレベル期間（HH）のカウント値を、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間におけるハイレベル期間（HH）の時間割合として検出する。
【００７７】
なお、図１２ａ，図１２ｂでは、下側コイル電流（IL）の瞬時値が目標電流値（I0）よりも高い期間をハイレベル期間（HH）としているが、下側コイル電流（IL）の積分平均値（ILi）が目標電流値（I0）よりも高い期間をハイレベル期間（HH）としても良い。
【００７８】
〔制御指標値の変形例５〕
図１３ａ，図１３ｂのように、制御部（11）は、所定期間毎に下側コイル電流（IL）の最小値（ILmin）と目標最小値（I0min）との差分値(IDmin)を検出し、差分値（IDmin）の累積平均値（IDa）を制御指標値として検出しても良い。この場合、下側コイル電流（IL）の目標指標値は、目標累積平均値（ID0）（例えば、制御余裕度が所望の余裕度である場合の累積平均値（IDa）に相当する値）であっても良い。なお、図１３ａ，図１３ｂでは、目標累積平均値（ID0）はゼロに設定されている。
【００７９】
例えば、バイアス電流演算部（113）は、次のようにして、累積平均値（IDa）を検出しても良い。すなわち、時刻（t1）（更新タイミング）が到来すると、バイアス電流演算部（113）は、時刻（t0）から時刻（t1）までの期間おける下側コイル電流（IL）の最小値（ILmin）を検出し、下側コイル電流（IL）の最小値（ILmin）と目標最小値（I0min）との差分値（IDmin）を検出し、差分値（IDmin）を累積平均値（IDa）として設定する。次に、時刻（t2）（更新タイミング）が到来すると、バイアス電流演算部（113）は、時刻（t1）から時刻（t2）までの期間における下側コイル電流（IL）の最小値（ILmin）を検出し、下側コイル電流（IL）の最小値（ILmin）と目標最小値（I0min）との差分値（IDmin）を検出し、差分値（IDmin）を累積平均値（IDa）に加算して平均することにより、累積平均値（IDa）を更新する。
【００８０】
〔位置制御の安定性〕
なお、磁気軸受装置（10）では、何らかの原因により、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が過剰に低下し、その結果、駆動軸（33）の位置制御が不安定になる可能性がある。例えば、上下コイル電流（IU,IL）の中央値の減少量が多すぎて上下コイル電流（IU,IL）の中央値がゼロになると、制御電磁石（201,203）が互いに同じ大きさの電磁力で駆動軸（33）を引っ張り合うことになるので、駆動軸（33）の位置制御が不安定になってしまう。また、上下コイル電流（IU,IL）の中央値の減少量が多すぎて上下コイル電流（IU,IL）の中央値がゼロよりも低くなると（上下コイル電流（IU,IL）の中央値の正負が逆になると）、制御電磁石（201,203）の合成電磁力（F）が本来の方向（想定されていた方向）とは逆方向に作用することになるので、駆動軸（33）の位置制御が不安定になってしまう。
【００８１】
〔磁気軸受装置の動作の変形例１〕
そこで、制御部（11）は、上側コイル電流（IU）の平均値と下側電流（IL）の平均値との和（以下、上下コイル電流（IU,IL）の平均値の和と表記）が予め定められた制限値よりも低くならないように、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御するように構成されていても良い。なお、下側コイル電流（IL）の平均値は、下側コイル電流（IL）の所定期間毎の平均値（ILa）であっても良いし、下側コイル電流（IL）の積分平均値（ILi）であっても良い。これと同様に、上側コイル電流（IU）の平均値は、上側コイル電流（IU）の所定期間毎の平均値（IUa）であっても良いし、上側コイル電流（IU）の積分平均値（ILi）であっても良い。以下の説明においても同様である。
【００８２】
例えば、図１４のように、制御部（11）は、図６に示したステップ（ST104,…,ST106）に代えて、次のステップ（ST201,…,ST206）を実行するように構成されていても良い。
【００８３】
〈ステップ（ST201）〉
ステップ（ST103）において制御指標値（例えば、下側コイル電流（IL）の平均値）が目標指標値（例えば、目標電流値）よりも大きいと判定された場合、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値を減少させる。コイル電流演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の減少に応じて上下コイル電流（IU,IL）の中央値が減少するように、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を決定する。次に、ステップ（ST204）へ進む。
【００８４】
〈ステップ（ST202）〉
一方、ステップ（ST103）において制御指標値が目標指標値よりも小さいと判定された場合、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値を増加させる。コイル電流演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の増加に応じて上下コイル電流（IU,IL）の中央値が増加するように、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を決定する。次に、ステップ（ST204）へ進む。
【００８５】
〈ステップ（ST203）〉
また、ステップ（ST102）において制御指標値が許容範囲内に収まっていると判定された場合、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値を変更せずにそのまま維持する。コイル電流演算部（114）は、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が変更されないように、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を決定する。次に、ステップ（ST204）へ進む。
【００８６】
〈ステップ（ST204）〉
次に、コイル電流演算部（114）は、上下コイル電流（IU,IL）の平均値の和が制限値よりも低いか否かを判定する。例えば、コイル電流演算部（114）は、上下コイル電流（IU,IL）の前回までの設定値および今回の設定値に基づいて、上下コイル電流（IU,IL）の平均値の和を検出しても良い。上下コイル電流（IU,IL）の平均値の和が制限値よりも低い場合には、ステップ（ST205）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST206）へ進む。
【００８７】
〈ステップ（ST205）〉
次に、コイル電流演算部（114）は、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が制限値になるように、ステップ（ST201,ST202,ST203）のいずれか１つにおいて決定された上下コイル電流（IU,IL）の設定値を変更する。そして、コイル電流演算部（114）は、上下コイル電流（IU,IL）の検出値が上下コイル電流（IU,IL）の設定値（変更後の設定値）になるように、上側電圧指令値および下側電圧指令値をフィードバック制御する。このようにして、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が制限値になるように、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が制御される。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【００８８】
〈ステップ（ST206）〉
一方、ステップ（ST204）において上下コイル電流（IU,IL）の平均値の和が制限値よりも高いと判定された場合、コイル電流演算部（114）は、上下コイル電流（IU,IL）の検出値がステップ（ST201,ST202,ST203）のいずれか１つにおいて決定された上下コイル電流（IU,IL）の設定値になるように、上側電圧指令値および下側電圧指令値をフィードバック制御する。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【００８９】
〈効果〉
以上のように構成することにより、上下コイル電流（IU,IL）の中央値の過剰な低下を防止することができ、磁気軸受装置（10）の制御性能の過剰な低下を防止することができる。これにより、位置制御の安定性を維持することができる。
【００９０】
〔磁気軸受装置の動作の変形例２〕
または、制御部（11）は、バイアス電流（Ib）の電流値が予め定められた制限値よりも低くならないように、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御するように構成されていても良い。
【００９１】
例えば、図１５のように、制御部（11）は、図１４に示したステップ（ST204,ST205）に代えて、次のステップ（ST207,ST208）を実行するように構成されていても良い。
【００９２】
〈ステップ（ST207）〉
次に、コイル電流演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の電流値（例えば、バイアス電流演算部（113）によって設定されたバイアス電流（Ib）の電流値）が制限値よりも低いか否かを判定する。バイアス電流（Ib）の電流値が制限値よりも低い場合には、ステップ（ST208）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST206）へ進む。
【００９３】
〈ステップ（ST208）〉
次に、コイル電流演算部（114）は、バイアス電流（Ib）の電流値が制限値になるように、ステップ（ST201,ST202,ST203）のいずれか１つにおいて決定された上下コイル電流（IU,IL）の設定値を変更する。そして、コイル電流演算部（114）は、上下コイル電流（IU,IL）の検出値が上下コイル電流（IU,IL）の設定値（変更後の設定値）になるように、上側電圧指令値および下側電圧指令値をフィードバック制御する。このようにして、バイアス電流（Ib）の電流値が制限値になるように、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が制御される。次に、ステップ（ST107）へ進む。
【００９４】
〈効果〉
以上のように構成した場合も、上下コイル電流（IU,IL）の中央値の過剰な低下を防止することができ、磁気軸受装置（10）の制御性能の過剰な低下を防止することができる。その結果、位置制御の安定性を維持することができる。
【００９５】
なお、バイアス電流演算部（113）がバイアス電流（Ib）の電流値が制限値よりも低いか否かの判定を実行するように構成されていても良い。この場合、ステップ（ST206,ST207,ST208）では、次のような処理が実行される。ここでは、ステップ（ST201,ST202,ST203）において、コイル電流演算部（114）は、上下コイル電流（IU,IL）の設定値の決定を実行しない。
【００９６】
ステップ（ST207）では、バイアス電流演算部（113）は、ステップ（ST201,ST202,ST203）のいずれか１つにおいて決定されたバイアス電流（Ib）の電流値が制限値よりも低いか否かを判定する。バイアス電流（Ib）の電流値が制限値よりも低い場合には、ステップ（ST208）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST206）へ進む。
【００９７】
ステップ（ST208）では、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の電流値が制限値になるように、バイアス電流（Ib）の電流値を変更する。コイル電流演算部（114）は、制御電流（Id）および変更後のバイアス電流（Ib）に基づいて、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を決定する。
【００９８】
一方、ステップ（ST206）では、コイル電流演算部（114）は、制御電流（Id）およびステップ（ST201,ST202,ST203）のいずれか１つにおいて決定されたバイアス電流（Ib）に基づいて、上下コイル電流（IU,IL）の設定値を決定する。
【００９９】
〔上下コイル電流制御の安定性〕
なお、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が安定していない場合（例えば、駆動軸（33）に作用する負荷（LD）が安定していない場合）に上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御を実行すると、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が頻繁に変動することになるので、上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御の安定性が低下してしまう。また、上下コイル電流（IU,IL）の中央値が頻繁に変動すると、異音等の原因となる懸念がある。そのため、上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御は、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が安定している状態で実行されることが好ましい。
【０１００】
〔磁気軸受装置の動作の変形例３〕
そこで、制御部（11）は、上側コイル電流（IU）の平均値および下側コイル電流（IL）の平均値のうち少なくとも一方の平均値の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御するように構成されていても良い。更新閾値は、磁気軸受本体（21）によって非接触に支持される駆動軸の運転条件（ここでは、電動機（30）の運転条件）に基づいて設定されていても良い。例えば、更新閾値は、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が安定しているとみなせる場合（例えば、駆動軸（33）に作用する負荷（LD）が安定しているとみなせる場合）の上側コイル電流（IU）の平均値の変動幅（または、下側コイル電流（IL）の平均値の変動幅）に相当する。また、更新閾値は、固定値であっても良いし、可変値であっても良い。
【０１０１】
例えば、図１６のように、制御部（11）は、図６に示したステップ（ST101,…,ST107）に加えて、次のステップ（ST301）を実行するように構成されていても良い。
【０１０２】
〈ステップ（ST301）〉
まず、バイアス電流演算部（113）は、上側コイル電流（IU）の平均値および下側コイル電流（IL）の平均値のうち少なくとも一方の平均値の変動幅が更新閾値よりも小さいか否かを判定する。例えば、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の更新周期よりも短い周期で、電流検出器（102）によって検出された上側コイル電流（IU）の電流値（検出値）に基づいて上側コイル電流（IU）の平均値を複数回検出することにより、上側コイル電流（IU）の平均値の変動幅を検出しても良い。下側コイル電流（IL）の平均値の変動幅についても同様である。上側コイル電流（IU）の平均値および下側コイル電流（IL）の平均値のうち少なくとも一方の平均値の変動幅が更新閾値よりも小さい場合には、ステップ（ST101）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST301）を繰り返す。
【０１０３】
〈効果〉
以上のように構成することにより、上側コイル電流（IU）と下側コイル電流（IL）の電流値が安定している状態（例えば、駆動軸（33）に作用する負荷（LD）が安定している状態）において、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御することができる。これにより、上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御の安定性を向上させることができる。
【０１０４】
〔磁気軸受装置の動作の変形例４〕
または、制御部（11）は、制御電流（Id）の平均値の変動幅が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御するように構成されていても良い。更新閾値は、磁気軸受本体（21）によって非接触に支持される駆動軸の運転条件（ここでは、電動機（30）の運転条件）に基づいて設定されていても良い。例えば、更新閾値は、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が安定しているとみなせる場合（例えば、駆動軸（33）に作用する負荷（LD）が安定しているとみなせる場合）の制御電流（Id）の平均値の変動幅に相当する。また、更新閾値は、固定値であっても良いし、可変値であっても良い。
【０１０５】
例えば、図１７のように、制御部（11）は、図６に示したステップ（ST101,…,ST107）に加えて、次のステップ（ST302）を実行するように構成されていても良い。
【０１０６】
〈ステップ（ST302）〉
まず、バイアス電流演算部（113）は、制御電流（Id）の平均値の変動幅が更新閾値よりも小さいか否かを判定する。例えば、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の更新周期よりも短い周期で、制御電流演算部（112）によって設定された制御電流（Id）の電流値（設定値）に基づいて制御電流（Id）の平均値を複数回検出することにより、制御電流（Id）の平均値の変動幅を検出しても良い。制御電流（Id）の平均値の変動幅が更新閾値よりも小さい場合には、ステップ（ST101）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST302）を繰り返す。
【０１０７】
〈効果〉
以上のように構成した場合も、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が安定している状態（例えば、駆動軸（33）に作用する負荷（LD）が安定している状態）において、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御することができるので、上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御の安定性を向上させることができる。
【０１０８】
〔磁気軸受装置の動作の変形例５〕
または、制御部（11）は、上側コイル電流（IU）の平均値および下側コイル電流（IL）の平均値のうち少なくとも一方の平均値の所定周波数以上の変動幅（平均値の周波数成分のうち所定周波数以上の周波数成分の変動幅）が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御するように構成されていても良い。更新閾値は、磁気軸受本体（21）によって非接触に支持される駆動軸の運転条件（ここでは、電動機（30）の運転条件）に基づいて設定されていても良い。例えば、更新閾値は、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が安定しているとみなせる場合（例えば、駆動軸（33）に作用する負荷（LD）が安定しているとみなせる場合）の上側コイル電流（IU）の平均値の所定周波数以上の変動幅（または、下側コイル電流（IL）の平均値の所定周波数以上の変動幅）に相当する。また、更新閾値は、固定値であっても良いし、可変値であっても良い。
【０１０９】
例えば、図１８のように、制御部（11）は、図６に示したステップ（ST101,…,ST107）に加えて、次のステップ（ST303）を実行するように構成されていても良い。
【０１１０】
〈ステップ（ST303）〉
まず、バイアス電流演算部（113）は、上側コイル電流（IU）の平均値および下側コイル電流（IL）の平均値のうち少なくとも一方の平均値の所定周波数以上の変動幅が更新閾値よりも小さいか否かを判定する。例えば、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の更新周期よりも短い周期で、電流検出器（102）によって検出された上側コイル電流（IU）の電流値（検出値）に基づいて上側コイル電流（IU）の平均値を複数回検出することにより、上側コイル電流（IU）の平均値の所定周波数以上の変動幅を検出しても良い。下側コイル電流（IL）の平均値の所定周波数以上の変動幅についても同様である。上側コイル電流（IU）の平均値および下側コイル電流（IL）の平均値のうち少なくとも一方の平均値の所定周波数以上の変動幅が更新閾値よりも小さい場合には、ステップ（ST101）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST303）を繰り返す。
【０１１１】
〈効果〉
以上のように構成した場合も、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が安定している状態（例えば、駆動軸（33）に作用する負荷（LD）が安定している状態）において、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御することができるので、上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御の安定性を向上させることができる。
【０１１２】
〔磁気軸受装置の動作の変形例６〕
または、制御部（11）は、制御電流（Id）の平均値の所定周波数以上の変動幅（平均値の周波数成分のうち所定周波数以上の周波数成分の変動幅）が予め定められた更新閾値よりも小さい場合に、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御するように構成されていても良い。更新閾値は、磁気軸受本体（21）によって非接触に支持される駆動軸の運転条件（例えば、電動機（30）の運転条件）に基づいて設定されていても良い。例えば、更新閾値は、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が安定しているとみなせる場合（例えば、駆動軸（33）に作用する負荷（LD）が安定しているとみなせる場合）の制御電流（Id）の平均値の所定周波数以上の変動幅に相当する。また、更新閾値は、固定値であっても良いし、可変値であっても良い。
【０１１３】
例えば、図１７のように、制御部（11）は、図６に示したステップ（ST101,…,ST107）に加えて、次のステップ（ST304）を実行するように構成されていても良い。
【０１１４】
〈ステップ（ST304）〉
まず、バイアス電流演算部（113）は、制御電流（Id）の平均値の所定周波数以上の変動幅が更新閾値よりも低いか否かを判定する。例えば、バイアス電流演算部（113）は、バイアス電流（Ib）の更新周期よりも短い周期で、制御電流演算部（112）によって設定された制御電流（Id）の電流値（設定値）に基づいて制御電流（Id）の平均値を複数回検出することにより、制御電流（Id）の平均値の所定周波数以上の変動幅を検出しても良い。制御電流（Id）の平均値の所定周波数以上の変動幅が更新閾値よりも小さい場合には、ステップ（ST101）へ進み、そうでない場合には、ステップ（ST304）を繰り返す。
【０１１５】
〈効果〉
以上のように構成した場合も、上側コイル電流（IU）および下側コイル電流（IL）の電流値が安定している状態（例えば、駆動軸（33）に作用する負荷（LD）が安定している状態）において、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御することができるので、上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御の安定性を向上させることができる。
【０１１６】
〔磁気軸受装置の動作の変形例のまとめ〕
なお、磁気軸受装置（10）において、制御部（11）は、図１４に示した処理（ステップ（ST101,…,ST103,ST201,…,ST206,ST107））および図１５に示した処理（ステップ（ST101,…,ST103,ST201,…,ST203,ST206,…,ST208,ST107））のいずれか１つの処理とともに、図１６に示した処理（ステップ（ST301）），図１７に示した処理（ステップ（ST302）），図１８に示した処理（ステップ（ST303）），および図１９に示した処理（ステップ（ST304））のいずれか１つの処理を実行するように構成されていても良い。
【０１１７】
〔電源回路の変形例〕
電源回路（104）は、図２０のようなインバータ回路を、上側コイルおよび下側コイルの各々に対して備えていても良い。図２０に示したインバータ回路は、２つのスイッチング素子（SW1,SW4）と２つの整流素子（D2,D3）とを備えている。なお、このインバータ回路では、コイル（23）に流れる電流の向きを変更できない。
【０１１８】
ここで、図２１ａ，図２１ｂを参照して、電源回路（104）のインバータ回路を図２０のように構成した場合における磁気軸受装置（10）の動作（制御部（11）による上下コイル電流（IU,IL）の中央値制御）について説明する。下側コイル電流（IL）の波形は、図２０ａのように下側コイル電流（IL）の電流値がゼロになる期間がない場合には、図７ａと同様の波形となり、図２０ｂのように下側コイル電流（IL）の電流値がゼロになる期間がある場合には、図７ｂとは異なる波形となる。すなわち、電源回路（104）のインバータ回路を図２０のように構成した場合、下側コイル電流（IL）のゼロクロスは発生せず、その代わりに、下側コイル電流（IL）のゼロ一定期間（下側コイル電流（IL）の電流値がゼロである状態が継続する期間、図２１ｂの点線で囲われた部分）が発生することになる。下側コイル電流（IL）のゼロ一定期間が発生すると、制御電流（Id）と合成電磁力（F）との関係を非線形となってしまい、その結果、磁気軸受装置（10）の制御性能が低下してしまう。しかしながら、この実施形態による磁気軸受装置（10）では、磁気軸受装置（10）の制御余裕度の指標となる制御指標値が目標指標値に近づくように、上下コイル電流（IU,IL）の中央値を制御することにより、磁気軸受装置（10）の制御余裕度を適切に設定することができるので、下側コイル電流（IL）のゼロ一定期間の発生を防止することができる。したがって、電源回路（104）のインバータ回路を図２０のように構成した場合も、制御電流（Id）と合成電磁力（F）との線形的な関係を維持することができ、磁気軸受装置（10）の制御性能の低下を抑制できる。
【０１１９】
〔磁気軸受本体の変形例１〕
図２２，図２３のように、磁気軸受本体（21）は、ホモポーラ型のラジアル軸受を構成していても良い。図２３は、磁気軸受本体（21）の横断面（駆動軸に垂直な方向の断面）を示し、図２３は、磁気軸受本体（21）の縦断面（駆動軸方向の断面）を示している。この磁気軸受本体（21）も、図２，図３に示した磁気軸受本体（21）と同様に、コア部（22）と、複数（ここでは、８つ）のコイル（23-1,…,23-8）とを備えている。ただし、この磁気軸受本体（21）では、ティース部（22b,…,22b）は、軸方向から見て４つのティース部（22b,…,22b）がバックヨーク部（22a）の内周に沿って９０°ピッチで配置されるとともに軸方向において２つのティース部（22b,22b）が並んで配置されるように、形成されている。すなわち、ティース部（22b,…,22b）は、２段構造となっている。
【０１２０】
また、コイル（23-1,23-3,23-5,23-7）は、１段目の４つのティース部（22b,22b,22b,22b）にそれぞれ巻回され、コイル（23-2,23-4,23-6,23-8）は、２段目の４つのティース部（22b,22b,22b,22b）にそれぞれ巻回されている。このように構成することにより、８つの電磁石（24-1,…,24-8）が形成されている。また、１段目のコイル（23-1,23-3,23-5,23-7）は、２段目のコイル（23-2,23-4,23-6,23-8）とそれぞれ対となっている。１段目のコイル（23-1）および２段目のコイル（23-2）は、軸方向において並んで配置され、１段目のコイル（23-1）は、２段目のコイル（23-2）に繋がっている。１段目のコイル（23-3,23-5,23-7）および２段目のコイル（23-4,23-6,23-8）についても同様である。このように構成することにより、４つの制御電磁石（201,…,204）が形成されている。なお、コイル（23-1,…,23-8）の巻回方向やコイル（23-1,…,23-8）に流れる電流の向きは、図２２，図２３に示した矢印の方向に磁束が発生するように設定されている。
【０１２１】
以上のように構成した場合も、制御電磁石（201,202）は、駆動軸（33）の被支持部（33a）を挟んで制御電磁石（203,204）にそれぞれ対向していることになる。したがって、制御電磁石（201,…,204）の合成電磁力（F）によって駆動軸（33）の径方向位置を制御することができ、駆動軸（33）を非接触に支持することができる。
【０１２２】
〔磁気軸受本体の変形例２〕
また、図２４，図２５のように、磁気軸受本体（21）は、スラスト軸受を構成していても良い。図２４は、磁気軸受本体（21）の横断面（駆動軸に垂直な方向の断面）を示し、図２５は、磁気軸受本体（21）の縦断面（駆動軸方向の断面）を示している。この磁気軸受本体（21）は、２つのコア部（22,22）と、２つのコイル（23,23）とを備えている。また、駆動軸（33）には、スラストディスク（被支持部（33a））が固定されている。コア部（22,22）は、リング状となっており、スラストディスクの軸方向両側に、所定のエアギャップを隔てて配置されている。ここでは、ギャップセンサ（101）は、スラストディスクの軸方向位置を検出するように構成されている。
【０１２３】
コア部（22,22）の面（スラストディスクに対向する面）には円周溝（22c,22c）が形成され、円周溝（22c,22c）内にコイル（23,23）がそれぞれ収容されている。これにより、駆動軸（33）の被支持部（33a）を挟んで対向する一対の制御電磁石（201,203）が形成されている。ここでは、制御電磁石（201,203）の各々は、１つの電磁石（コア部（22）およびコイル（23）によって形成された電磁石）によって構成されている。なお、コイル（23,23）の巻回方向やコイル（23,23）に流れる電流の向きは、図２５に示した矢印の方向に磁束が発生するように設定されている。
【０１２４】
以上のように構成することにより、制御電磁石（201,203）の合成電磁力（F）によって駆動軸（33）の軸方向位置を制御することができ、駆動軸（33）を非接触に支持することができる。
【０１２５】
（その他の実施形態）
以上の説明では、制御部（11）（詳しくは、バイアス電流演算部（113））が電流検出器（102）によって検出された下側コイル電流（IL）の電流値に基づいて制御指標値を検出する場合を例に挙げて説明したが、制御部（11）は、下側電圧指令値から下側コイル電流（IL）の電流値を逆算するように構成されていても良い。この場合、制御部（11）は、下側電圧指令値より逆算された下側コイル電流（IL）の電流値に基づいて制御指標値を検出することになる。これと同様に、制御部（11）は、上側電圧指令値より上側コイル電流（IL）の電流値を逆算するように構成されていても良い。
【０１２６】
なお、制御指標値を検出する周期は、バイアス電流（Ib）の更新周期と同一であっても良いし、バイアス電流（Ib）の更新周期よりも短くても良い。
【０１２７】
また、制御部（11）は、バイアス電流（Ib）の更新の前後においてバイアス電流（Ib）および制御電流（Id）に基づいて定められる合成電磁力（F）（数３を参照）が変化しないように、バイアス電流（Ib）の更新とともに制御部（11）の制御パラメータ（例えば、フィードバックゲイン）を更新するように構成されていても良い。
【０１２８】
また、演算回路（103）は、マイクロコンピュータ（ソフトウェア）およびマイクロコンピュータを作動させるプログラムによって実現されていても良いし、専用回路（ハードウェア）によって実現されていても良い。
【０１２９】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
以上説明したように、上述の磁気軸受装置は、圧縮機に備えられた電動機などに好適である。
【符号の説明】
【０１３１】
１                圧縮機
１０              磁気軸受装置
３０              電動機
３３              駆動軸
４０              ケーシング
５０              羽根車
６０              タッチダウン軸受
１１              制御部
２１              磁気軸受本体
２２              コア部
２３              コイル
２４              電磁石
１０１            ギャップセンサ
１０２            コイル電流検出器
１０３            演算回路
１０４            電源回路
２０１〜２０４    制御電磁石
【要約】
【課題】制御性能の低下を抑制しつつ消費電力を低減する。
【解決手段】磁気軸受本体は、回転軸の被支持部を挟んで対向する少なくとも一対の制御電磁石（201,203）を有し、一対の制御電磁石（201,203）の合成電磁力（F）により回転軸（33）を非接触に支持する。制御部（11）は、一対の制御電磁石（201,203）のうち回転軸の負荷と同方向の電磁力を発生させる第１の制御電磁石（201）のコイルに流れる第１のコイル電流（IL）に基づいて、第１のコイル電流（IL）の電流値に依存する制御余裕度の指標となる制御指標値を検出し、制御指標値が予め定められた目標指標値に近づくように、一対の制御電磁石（201,203）のコイル（23,23）にそれぞれ流れる一対のコイル電流（IU,IL）の間の中央値を制御する。
【選択図】図４【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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