(57)【要約】能動型磁気軸受１が、電磁石巻線２１と第１の強磁性積層体のスタック２２とが装着された固定子２と、第２の強磁性積層体のスタック９が装着された回転子３と、サーボ制御回路１０と、位置検出器４、５、６とを有する。第１の強磁性積層体のスタック２２は、軸方向に連続して、電磁石巻線２１を収容する第１の切り欠き部を有する少なくとも一つの第１の積層体２２ａのサブセット２ａと、電磁石巻線２１を収容する第１の切り欠き部と半径方向の検出器６を収容する第２の切り欠き部の両方を有する第２の積層体２２ｂのサブセット２ｂと、電磁石巻線２１を収容する第１の切り欠き部を有する第３の積層体２２ａのサブセット２ａとを備える。第１の強磁性積層体のスタック２２は、さらに、その端部にて、互いに同一の複数の切り欠き部を有し、かつ、第１および第２の軸方向の検出器４、５をそれぞれ収容する第４および第５の積層体２２ｃのサブセット２ｃを備える。
2004522111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸００′を有する回転機械用の半径方向の磁束を有する能動型磁気軸受（１、１０１）であって、電磁石巻線（２１、１２１）と前記回転軸００′に対して基本的に垂直方向に伸びる第１の強磁性積層体のスタック（２２、１２２）とが装着された固定子（２、１０２）と、前記回転軸００′に対して基本的に垂直方向に伸びる第２の強磁性積層体のスタック（９、１０９）が装着された回転子（３、１０３）と、前記固定子（２、１０２）と前記回転子（３、１０３）とが接触することなく、該固定子（２、１０２）と該回転子（３、１０３）との間でつり合いがとれた状態に保持するためのサーボ制御回路（１０、１１０）と、前記回転子の半径方向の位置を検出するための少なくとも一つの検出器（６、１０６）と、前記回転子の軸方向の位置を検出するための少なくとも一つの検出器（４、５、１０４および１０５）とを有しており、前記半径方向の位置および前記軸方向の位置を検出するための位置検出器（４、５、６、１０４、１０５および１０６）は、前記サーボ制御回路（１０、１１０）に対して信号を供給し、前記電流に基づいて、前記固定子（２、１０２）の電磁石（２１、１２１）を流れる電流に関するサーボ制御が行われる能動型磁気軸受（１、１０１）において、
前記固定子（２、１０２）の前記第１の強磁性積層体のスタック（２２、１２２）は、軸方向に対し連続して、前記固定子（２、１０２）の電磁石巻線（２１、１２１）を収容する第１の切り欠き部（７０）を有する少なくとも一つの第１の積層体（２２ａ）のサブセット（２ａ）と、前記固定子（２、１０２）の電磁石巻線（２１、１２１）を収容する第１の切り欠き部（６０）と半径方向の検出器（６、１０６）を収容する第２の切り欠き部の両方を有する第２の積層体（２２ｂ）のサブセット（２ｂ）と、前記固定子（２、１０２）の電磁石巻線（２１、１２１）を収容する第１の切り欠き部（７０）を有する第３の積層体（２２ａ）のサブセット（２ａ）とを具備し、
前記固定子（２、１０２）の前記第１の強磁性積層体のスタック（２２、１２２）は、さらに、その端部にて、互いに同一の複数の切り欠き部を有し、かつ、第１および第２の軸方向の検出器（４、５、１０４および１０５）をそれぞれ収容する第４および第５の積層体（２２ｃ）のサブセット（２ｃ）を具備することを特徴とする能動型磁気軸受。
【請求項２】
前記位置検出器（４、５、６、１０４、１０５および１０６）が前記回転子（３、１０３）の位置を検出する際の検出点が、前記能動型磁気軸受（１、１０１）の応答点と一致することを特徴とする請求項１記載の磁気軸受。
【請求項３】
前記回転子の前記第２の強磁性積層体のスタック（９、１０９）は、前記固定子の前記第１の強磁性積層体のスタック（２２、１２２）の長さよりもわずかに長く軸方向に伸びていることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受。
【請求項４】
前記回転子（３、１０３）は、該回転子の前記第２の強磁性積層体のスタック（９、１０９）の両端部に配置された個々の材質の均一な非磁性リング（７、８、１０７および１０８）を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気軸受。
【請求項５】
前記非磁性リング（７、７、１０７および１０８）は、鋼、青銅またはアルミニウムから作製されることを特徴とする請求項４記載の磁気軸受。
【請求項６】
各々の前記軸方向または前記半径方向の前記位置検出器（４、５、６、１０４、１０５および１０６）は、複数の検出器要素を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気軸受。
【請求項７】
各々の前記軸方向または前記半径方向の前記位置検出器（４、５、６、１０４、１０５および１０６）は、４つの検出器要素（４５、４６、４７および４８）または（５５、５６、５７および５８）または（６５、６６、６７および６８）を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気軸受。
【請求項８】
前記検出器要素は、誘導形の巻線であることを特徴とする請求項６または７記載の磁気軸受。
【請求項９】
前記第２の強磁性積層体のスタック（９、１０９）からなる積層体と前記非磁性リング（７、８、１０７および１０８）との間の面の平行状態からの逸脱が、各々の前記軸方向の検出器（４、５）の前記検出器要素（４５、４６、４７および８）または（５５、５６、５７および５８）を直列に接続することによって平均化されることを特徴とする請求項４、６、７および８のいずれか一項に記載の磁気軸受。
【請求項１０】
前記軸方向の位置の検出が、前記半径方向の位置の検出と同一の場所において規定されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気軸受。
【請求項１１】
一つの前記軸方向の検出器（４）の前記検出器要素（４５、４６、４７および４８）は、他の前記軸方向の検出器（５）の前記検出器要素（５５、５６、５７および５８）と接続されてブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項１０記載の磁気軸受。
【請求項１２】
前記検出器（４、５、６、１０４、１０５および１０６）を励磁する発振器の周波数ｆdが、前記磁気軸受の前記電磁石に供給される電流の周波数ｆpに対して非結合状態になっていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の磁気軸受。
【請求項１３】
前記非結合状態は、前記検出器を励磁するための周波数ｆdと前記磁気軸受の前記電磁石に供給される周波数ｆpとを１：２の比率でｆd＝ｆp／２となるように同期させることによって実行されることを特徴とする請求項１２記載の磁気軸受。
【請求項１４】
前記非結合状態は、フィルタを介して前記磁気軸受に電流を供給することによって実行されることを特徴とする請求項１２または１３記載の磁気軸受。
【請求項１５】
前記第２の強磁性積層体のスタック（９、１０９）からなる積層体の厚さは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲になっていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の磁気軸受。
【請求項１６】
前記能動型磁気軸受は、ラジアル形（１）のものによって構成されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の磁気軸受。
【請求項１７】
前記能動型磁気軸受は、半径方向および軸方向の動きを有する円錐形（１０１）のものによって構成されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の磁気軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸００′を有する回転機械用の半径方向の磁束を有する能動型磁気軸受に関するものである。この能動型磁気軸受は、電磁石巻線と回転軸００′に対して基本的に垂直方向に伸びる第１の強磁性積層体のスタック（first stack of ferromagnetic laminations）とが装着された固定子と、回転軸００′に対して基本的に垂直方向に伸びる第２の強磁性積層体のスタック（second stack of ferromagnetic laminations ）が装着された回転子と、固定子と回転子とが接触することなく、当該固定子と当該回転子との間でつり合いがとれた状態に保持するためのサーボ制御回路と、回転子の半径方向の位置を検出するための少なくとも一つの検出器と、回転子の軸方向の位置を検出するための少なくとも一つの検出器とを有している。上記の半径方向の位置および軸方向の位置を検出するための位置検出器は、サーボ制御回路に対して信号を供給し、この信号に基づいて、固定子の電磁石を流れる電流に関するサーボ制御が行われる。
【背景技術】
【０００２】
磁気軸受を使用した応用例の大部分は、図８に図示されているような概念に従っている。この概念によれば、種々の構成要素が互いに明瞭に分離されており、特に、ラジアル磁気軸受２００、半径方向の位置検出器２０１、および軸方向の位置検出器３０１が、それぞれ明瞭に分離されている。
【０００３】
幾つかのケースでは、例えば、仏国特許第２，６３２，４５１号の文書に記述されているように、ラジアル磁気軸受および円錐形磁気軸受の近傍にそれぞれ配設された第１および第２の半径方向の検出器であって、１８０°の角度の扇形になって回転子の周囲に伸びている第１および第２の半径方向の検出器を備えた装置も存在している。この種の装置は、さらに、１８０°以下の角度にわたって回転子の周囲に伸び、かつ、第２の半径方向の検出器とほぼ同一の半径方向の面内で円錐形磁気軸受の近傍に配設された軸方向の検出器を備えている。このような構成では、上記の軸方向および半径方向の検出器が組み合わせられ、同一の回転子積層体のリングを使用している。しかしながら、それにもかかわらず、上記の軸方向および半径方向の検出器は、軸受に内蔵されていない。
【０００４】
その他のケースでは、例えば、仏国特許第２，０９４，３２６号に記述されているように、半径方向の検出器はラジアル軸受間に挿入されているものの、軸方向の検出は独立した状態のままになっている。
【０００５】
これらのケースのいずれにおいても、軸受のスタック（stack ）、半径方向の検出器、および軸方向の検出器が互いに独立して配置されており、この結果、全体として軸受機能の長さが長く、かつ、回転子の動特性によって問題が生ずるようなシステムになっている。
【０００６】
さらに、図９からわかるように、ラジアル軸受の半径方向の検出点２０２とラジアル軸受の応答点２０３との間で位置ずれがあるために（すなわち、ラジアル軸受の半径方向の検出点２０２とラジアル軸受の応答点２０３とが一致していないために）、サーボ制御の規定が非常に複雑になる。回転子の機械的設計により発生する歪みによって、ノード２０４が、ラジアル軸受２００と半径方向の検出器２０２との間に位置する事態が起こり得る。この場合には、ラジアル軸受の検出と応答との間で位相の逆転が生じ、磁気軸受の応答の際にエラーが発生することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消するために考え出されたものであり、特に、比較的コンパクト形の磁気軸受アセンブリを提供することによって回転機械の長さを短縮することを可能にすることを目的とするものである。
【０００８】
本発明の他の目的は、回転子の能動型磁気サスペンション（suspension）における検出点と応答点との間の不一致を回避することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、本願明細書の冒頭の部分で規定されているタイプの磁気軸受によって達成される。この磁気軸受は、本発明に従い、固定子の第１の強磁性積層体のスタックが、軸方向に対し連続して、固定子の電磁石巻線を収容する第１の切り欠き部を有する少なくとも一つの第１の積層体のサブセット（sub-set ）と、固定子の電磁石巻線を収容する第１の切り欠き部と半径方向の検出器を収容する第２の切り欠き部の両方を有する第２の積層体のサブセットと、固定子の電磁石巻線を収容する第１の切り欠き部を有する第３の積層体のサブセットとを具備しており、上記固定子の第１の強磁性積層体のスタックは、さらに、その端部にて、互いに同一の複数の切り欠き部を有し、かつ、第１および第２の軸方向の検出器をそれぞれ収容する第４および第５の積層体のサブセットを具備することを特徴としている。
【００１０】
好ましくは、位置検出器が回転子の位置を検出する際の検出点が、能動型磁気軸受の応答点と一致する。
【００１１】
本発明の一つの特徴によれば、回転子の第２の強磁性積層体のスタックは、固定子の第１の強磁性積層体のスタックの長さよりもわずかに長く軸方向に伸びている。
【００１２】
本発明の他の特徴によれば、回転子は、回転子の第２の強磁性積層体のスタックの両端部に配置された個々の材質の均一な非磁性リングを有している。
【００１３】
上記非磁性リングは、鋼、青銅またはアルミニウムから作製されることが可能である。
【００１４】
本発明の一実施例において、各々の軸方向または半径方向の位置検出器は、複数の検出器要素を有している。
【００１５】
特定の実施例において、各々の軸方向または半径方向の位置検出器は、４つの検出器要素を有している。
【００１６】
これらの検出器要素は、誘導形の巻線であってよい。
【００１７】
本発明の一つの特徴によれば、第２の強磁性積層体のスタックからなる積層体と非磁性リングとの間の面の平行状態からの逸脱が、各々の軸方向の検出器の検出器要素を直列に接続することによって平均化される。
【００１８】
好ましくは、軸方向の位置の検出が、半径方向の位置の検出と同一の場所において規定されている。
【００１９】
本発明の一つの態様によれば、一つの軸方向の検出器の検出器要素は、他の軸方向検出器の検出器要素と接続されてブリッジ回路を構成している。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、検出器を励磁する発振器の周波数ｆdが、磁気軸受の電磁石に供給される電流の周波数ｆpに対して非結合状態になっている。
【００２１】
好ましくは、この非結合状態は、検出器を励磁するための周波数ｆdと磁気軸受の電磁石に供給される周波数ｆpとを１：２の比率で（ｆd＝ｆp／２になるように）同期させることによって実行される。
【００２２】
一つの例として、上記の非結合状態は、フィルタを介して磁気軸受に電流を供給することによって実行される。
【００２３】
本発明の他の特徴によれば、第２の積層体のスタックからなる積層体の厚さは、０．１ミリメートル（ｍｍ）〜０．２ｍｍの範囲になっている。
【００２４】
第１の特定の実施例において、能動型磁気軸受は、ラジアル形のものによって構成される。
【００２５】
他の実施例において、能動型磁気軸受は、半径方向および軸方向の動きを有する円錐形のものによって構成される。
【００２６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付の図面を参照すると共に、幾つかの例として提示される特定の実施例に関する以下の説明を参照することによって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、回転機械に装着するための、半径方向の磁束を有する本発明のコンパクト形の能動型磁気軸受の一例を示すものである。この能動型磁気軸受１は、互いに回転運動を行う関係にある固定子２および回転子３を有しており、この回転子３は、固定子２の内部または外部のいずれに配置されてもよい。固定子２には、電磁石巻線２１と、強磁性積層体のスタック２２と、回転子３の半径方向の位置を検出する検出器６と、回転子３の軸方向の位置を検出する２つの検出器４および５とが装着されている。回転子３には、固定子の強磁性積層体のスタック２２の長さよりもわずかに長く軸方向に伸びる強磁性積層体のスタック９と、回転子の強磁性積層体のスタック９の相対向する端部にそれぞれ位置する２つの材質の均一な非磁性リング７および８とが装着されている。一例として、これらの非磁性リング７および８は、鋼、青銅またはアルミニウムによって作製されることが可能である。
【００２８】
強磁性積層体のスタック９が装着されている回転子３は、固定子２に配設された電磁石によって生成される磁界により支持されている。したがって、この回転子３は、固定子２と機械的に接触することなく、固定子２とつり合った状態に保たれている。上記回転子３の位置は、検出器４、５、および６によって識別され、これらの検出器は、誘導形のものによって構成されることが好ましいが、その他のタイプの検出器によって構成することも同様に可能である。上記の検出器は、回転子が公称の位置を逸脱した場合に磁気吸引力によって回転子を公称の位置に復帰させるようにするために、上記公称の位置からの逸脱による変位を検知し、電子サーボ制御ループを介して、電磁石巻線２１に電流を流すための信号を供給するべく継続的に機能する。
【００２９】
図２に示されている実施例においては、磁気軸受は、巻線２１が装着された固定子２のヨークを有している。上記磁気軸受の固定子２の部分は、固定子２のヨークに面し回転軸００′上に装着された回転子３の強磁性体のアーマチュア（armature）９と協働する。回転子においては、複数枚の層が積層された積層体からなる単一のスタックが使用されており、この積層体の厚さは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲になっている。この積層体は、例えば、鉄またはシリコンによって作製される。ラジアル磁気軸受として機能させる場合には、回転子内のラジアル軸受が加熱するのを回避するために、回転子の積層体のスタックは、固定子の積層体のスタックよりもわずかに長くなっている。さらに、このラジアル磁気軸受は、図２には図示されていない一般的な軸方向の磁気架台（magnetic abutment）をも有している。この軸方向の磁気架台は、ラジアル軸受に内蔵されている一対の軸方向の検出器４、５に基づいて制御される。
【００３０】
固定子２の部分のヨークには、強磁性積層体のスタック２２が装着されている。この固定子の強磁性積層体のスタックは、軸方向に対し連続して、５つの組（sets）の積層体を有している。第１の積層体の組（set ）２ａは、ラジアル軸受機能用の固定子の電磁石巻線２１のみを収容している（図２Ａ）。第２の積層体の組２ｂは、ラジアル軸受機能用の電磁石巻線２１に加え、さらに半径方向の検出器６を収容している（図２Ｂ）。第３の積層体の組２ａは、第１の積層体の組２ａと同じであり、ラジアル軸受機能用の固定子の電磁石巻線２１のみを収容している（図２Ａ）。固定子２の強磁性積層体のスタック２２の端部は、上記の第１、第２および第３の積層体の組を有する中央部の積層体のグループの相対向する端部に配置された第１および第２の軸方向の検出器４および５（図２Ｃ）をそれぞれ収容する第４および第５の積層体の組２ｃを有している。
【００３１】
図２の実施例において、軸方向の検出器４、５および半径方向の検出器６は、誘導形のものによって構成されており、一般的なサーボ制御回路１０によって、ラジアル磁気軸受の巻線を流れる電流と軸方向の磁気架台（図示されていない）の電流に関するサーボ制御を行うための信号を供給する。このサーボ制御回路１０の目的は、位置検出器から供給される信号に基づいて電磁石を流れる電流に作用し回転子３の位置を制御することである。
【００３２】
回転子３の積層体のスタック９の両端部に配置された非磁性リング７および８は、基準リングとして機能する。これらの非磁性リング７および８によって、軸方向の検出器４および５が、固定子アセンブリ２に対する回転子３の軸方向の位置を正確に判定することができるようになっている。軸方向の検出器４および５は、それぞれ、上記の非磁性リング７および８と協働する。この場合、回転子３が軸方向に変位すると、非磁性リング７および８の各々と回転子３のアーマチュア９との部分的なオーバーラップの状態が異なるものになり、それゆえに、軸方向の検出器４および５から供給される信号も相違することになる。この結果、回転子の軸方向の位置に関する情報が倍精度で提供され、軸方向の架台に対して適切にサーボ制御を行うことが可能になり、予め定められた軸方向の位置を維持することができる。なお、軸方向の公称の位置においては、非磁性リング７および８は、軸方向の検出器４および５をそれぞれ構成する固定の積層体のスタックの半分とオーバーラップしている。
【００３３】
半径方向の検出器６は、空隙（すなわち、回転子３と固定子２との間の空間）に関する変動を検出する。サーボ制御回路１０は、半径方向の検出器６からの信号と、回転子３の公称の位置を規定する基準信号とを比較する。この結果、半径方向の回転軸００′上の位置に固定子２の中心を保持するべく、ラジアル軸受に対して適切にサーボ制御を行うことが可能になっている。
【００３４】
図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃは、固定子２の積層体を切断するための種々の方法を示すものである。
【００３５】
図２Ａは、第１および第３の積層体の組２ａに属する積層体２２ａを示している。この積層体２２ａは、ラジアル軸受機能用の電磁石巻線２１のみを収容する複数の切り欠き部７０を有している。
【００３６】
図２Ｂは、第２の積層体の組２ｂに属する積層体２２ｂを示している。この積層体２２ｂは、軸Ｘおよび軸Ｙに沿ったラジアル軸受機能用の電磁石巻線２１を収容する複数の切り欠き部６０を有している。軸Ｘおよび軸Ｙに挟まれた軸Ａおよび軸Ｂに沿って伸びる複数の切り欠き部の幾つかには、付加的な歯部６１、６２、６３および６４が含まれており、これらの歯部の周囲には、半径方向の検出器機能を実行するべく検出器巻線６５、６６、６７および６８が巻きつけられている。ラジアル軸受の軸Ｘと軸Ｙとの間に半径方向の検出器を挿入すると、能動型軸受の動作領域（working area）が多少減少することになり、この結果、軸受をある程度大きくすることによって補償しなければならない負荷損失が生じる。しかしながら、損失領域が軸受の軸に対して大きな角度をなしており、この軸上への負荷の投影による動作領域の減少が限定的なものになる。それゆえに、負荷の損失は非常に小さなレベルに留まることになる。１５０ｍｍの直径を有する実際の軸受に関して行った正確な計算によれば、半径方向の検出器を内蔵させたことに起因する負荷損失によって生じる損失は、線形負荷の約１０％にすぎないが、軸受全体のサイズにおける縮小効果は、上記損失よりも格段に大きいことが明らかになっている。
【００３７】
図２Ｃは、第４および第５の積層体の組２ｃに属する積層体２２ｃを示すものである。この積層体２２ｃは、ラジアル軸受が作用する軸を表す積層体の軸Ｘおよび軸Ｙに挟まれた軸Ａおよび軸Ｂに沿って配置された同一形状の複数の歯部４１、４２、４３および４４、または、５１、５２、５３および５４を有している。この歯部４１、４２、４３および４４を有すると共にそれぞれ対応する電磁石巻線４５、４６、４７および４８を収容する積層体の組は、第１の軸方向の検出器４を表しており、歯５１、５２、５３および５４を有すると共にそれぞれ対応する電磁石巻線５５、５６、５７および５８を収容する積層体の組は、第２の軸方向の検出器５を表している。これらの２つの検出器４および５が協働して遂行する誘導検出によって、回転子３の軸方向の位置に関する表示値が提供される。
【００３８】
本発明に係る磁気軸受の軸方向のサイズを従来技術に係る磁気軸受の軸方向のサイズと比較すると、その軸方向の長さに関する減少の度合は、１５７ｍｍに対して３４ｍｍになる。これによって、同等の負荷に対して約２２％の縮小効果がもたらされることは明らかになるであろう。
【００３９】
図３および図４は、半径方向の検出器６と軸方向の検出器４、５の両方を有する本発明のラジアル軸受の特定の実施例を示すものである。
【００４０】
図５は、ブリッジ回路として構成された半径方向の検出器６の巻線６５、６６、６７および６８を示している。巻線６５および６６は、軸Ｂに沿った検出値を提供し、この検出値においては偶数調波が除去されている。巻線６７および６８は、軸Ａに沿った検出値を提供し、この検出値においては偶数調波が除去されている。ラジアル軸受の軸Ｘおよび軸Ｙに沿った検出値は、サーボ制御回路１０内の電子回路を使用して合成することによって取得することができる。より詳しくいえば、半径方向の軸Ｘに沿った検出値は、信号Ｘ＝Ａ＋Ｂを取得するべく、軸Ａに沿った検出信号と軸Ｂに沿った検出信号とを加算することによって取得することができる。また一方で、半径方向の軸Ｙに沿った検出は、信号Ｙ＝Ｂ−Ａを取得するべく、軸Ｂに沿った検出信号から軸Ａに沿った検出信号を減算することによって取得することができる。
【００４１】
第１の軸方向の検出器４の巻線４５、４６、４７および４８は、直列に接続されており、この結果、回転子３のアーマチュアの積層体に対する非磁性リングの側面における平行状態からの逸脱を平均化するための第１の組が形成されている。第２の組は、軸受のもう一方の端部に配置された第２の軸方向の検出器５の巻線５５、５６、５７および５８を直列に接続することにより形成されている。さらに、上記の第１の組は、第２の組と接続され、ブリッジ回路を構成している。このブリッジ回路は、検出感度を倍増させると共に、２つの軸方向の検出リングの中央部（すなわち、半径方向の検出と同一場所におけるラジアル軸受の中央部）に位置する仮想的な軸方向の検出点をも規定している。この結果、軸方向および半径方向の位置検出器４、５、および６により検出される回転子３の位置は、能動型磁気軸受１の応答点に対応する点と同じ点に相当することになる。このような検出点と応答点との一致によって、制御システムを実行させることが比較的容易になり、サーボ制御の精度が向上する。
【００４２】
軸方向の検出器および半径方向の検出器をラジアル軸受に内蔵すると、検出器と軸受との間で磁気的および電気的な結合が増大してしまう危険性がある。このような磁気的および電気的な結合を回避するために、検出器４、５、および６を励磁する発振器の周波数ｆdが、磁気軸受の電磁石に供給される電流の周波数ｆpに対して非結合状態になるようにしている。
【００４３】
この非結合状態は、検出器の周波数ｆdと磁気軸受の電磁石の周波数ｆpとを１：２の比率（すなわち、ｆd＝ｆp／２）で同期させることによって実現され得る。
【００４４】
このような同期化によって、上記の２つの機能が完全に切り離されて非結合状態になる。一つの選択肢として、増幅器のチョッパ高周波が軸受の金属部分に現れるのを防止して前述の結合状態を回避するために、増幅器の出力側に配置された誘導容量型（ＬＣ）フィルタを介して磁気軸受に電流を供給することによって上記の非結合状態を実現することも可能である。
【００４５】
図７は、本発明の第２の実施例を構成する能動型磁気軸受１０１の軸方向における断面図である。この実施例において、能動型磁気軸受１０１は、半径方向および軸方向の動きの両方を提供する円錐形軸受であり、アキシャル軸受（axial bearing ）、ラジアル軸受、軸方向の検出器、および半径方向の検出器の機能の全てが同一のユニットに内蔵されている。
【００４６】
磁気軸受１０１は、磁気巻線１２１が設けられた円錐形状の固定子１０２のヨークを有している。上記磁気軸受の固定子１０２の部分は、回転軸００′上に位置し固定子１０２のヨークに面している回転子１０３の強磁性体の円錐形状のアーマチュア１０９と協働する。この磁気軸受の円錐形状によって、磁場の半径方向の成分に加え、磁場の軸方向の成分が生成される。この結果、軸方向の磁気架台を追加する必要がなくなる。
【００４７】
固定子２の部分のヨークには、円錐形の強磁性積層体のスタック１２２が装着されている。この固定子の強磁性積層体のスタック１２２は、軸方向に対し連続して、５つの組の積層体を有している。第１の積層体の組は、ラジアル軸受機能用の電磁石巻線１２１のみを収容している。第２の積層体の組は、ラジアル軸受機能用の電磁石巻線１２１に加え、さらに半径方向の検出器１０６を収容している。第３の積層体の組は、ラジアル軸受機能用の電磁石巻線１２１のみを収容している。固定子１０２の強磁性積層体のスタック１２２の端部は、第１および第２の軸方向の検出器１０４および１０５をそれぞれ収容する第４および第５の積層体の組を有している。サーボ制御回路１１０によって、上記の軸方向の検出器１０４および１０５から供給される信号、および、半径方向検出器１０６から供給される信号に基づいて、ラジアルおよびアキシャル磁気軸受の巻線を流れる電流に関するサーボ制御が行われる。
【００４８】
非磁性リング１０７および１０８は、その形状が円錐形になっており、回転子の積層体のスタック１０９の相対向する端部に配置されている。これらの非磁性リング１０７および１０８は、基準リングとして機能する。これらの非磁性リング１０７および１０８によって、軸方向の検出器１０４および１０５が、固定子アセンブリ１０２に対する回転子１０３の軸方向の位置を正確に判定することができるようになっている。
【００４９】
空隙を規定するための固定子１０２および回転子１０３の壁が円錐台（frustoconical ）の形状になっている点、および、半径方向の検出器１０６および軸方向の検出器１０４および１０５からサーボ制御回路１１０へ伝送される信号に対して軸受が直接応答することが可能であるという点を除き、固定子１０２の構成は、図２の軸受の固定子２の構成と類似しており、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図３〜図６に示されている構成要素の各々は、この図７の実施例にも同様に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る能動型磁気軸受の一実施例の軸方向における半断面図である。
【図２】上部の軸方向における半断面では、軸受巻線が図示され、下部の半断面では、サーボ制御回路に信号を供給する一つの半径方向の検出器および２つの軸方向の検出器が図示されているような能動型磁気軸受を示す図である。
【図２Ａ】図２のラインＩＩＡ−ＩＩＡに沿った図であり、固定子の積層体を切断してラジアル軸受機能用の第１の切り欠き部を形成する方法が示されている。
【図２Ｂ】図２のラインＩＩＢ−ＩＩＢに沿った図であり、固定子の積層体を切断してラジアル軸受機能用の第１の切り欠き部と半径方向の検出器機能用の第２の切り欠き部の両方を形成する方法が示されている。
【図２Ｃ】図２のラインＩＩＣ−ＩＩＣに沿った図であり、固定子の積層体を切断して軸方向の検出器機能用の切り欠き部を形成する方法が示されている。
【図３】図２Ｂの変形例を示す図である。
【図４】図３の矢印Ｆの方向から見た図である。
【図５】図２Ｂにおける半径方向の検出器の巻線のブリッジ回路を示す図である。
【図６】図２Ｃにおける軸方向の検出器の巻線のブリッジ回路を示す図である。
【図７】図２の図と類似した図であるが、この場合には、能動型磁気軸受が、半径方向および軸方向の動きを有する円錐形のものによって構成されている。
【図８】従来技術に係る能動型磁気軸受の一例の軸方向における半断面図である。
【図９】従来技術に係るラジアル軸受の半径方向の検出点と応答点との間で不一致が生ずる現象を示す図である。
【図２Ｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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