(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体を電磁石によって非接触支持する磁気軸受装置と、
前記磁気軸受装置の保有する情報を表示する表示装置と、
前記回転体を回転させるとともに、前記回転体の回転により発電可能なモータと、
前記磁気軸受装置、表示装置及びモータに給電する常用電源の停電を検出する停電検出回路と、
停電検出によって、前記磁気軸受装置の電源を、前記常用電源から前記モータの発電による電源に切り換える切換手段と、
停電検出によって、前記表示装置を含む、前記電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷を、前記モータの発電による電源から遮断する負荷遮断手段と
を備えたことを特徴とする磁気軸受の停電補償システム。
【請求項２】
前記負荷遮断手段は、前記電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷への信号出力を停止することにより実質的に当該負荷を遮断することを特徴とする請求項１記載の磁気軸受の停電補償システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気軸受装置の電源が停電したとき磁気浮上状態を一定時間維持する磁気軸受の停電補償システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平９−１９１７７号公報に記載された従来の磁気軸受装置では、停電時に、慣性で回転する回転体によりモータが発電機となって発電し、その電力により磁気浮上状態を維持しつつ回転数を徐々に低下させる。その後、回転数が低下した回転体を、タッチダウン軸受により受け止めて、回転体を停止させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現実には、発電した電力が磁気軸受装置以外の周辺装置でも消費されるため、回転数がまだ十分に低下しないうちに、磁気軸受装置に供給できる電力が低下する場合が多い。この場合、磁気浮上力が維持できなくなり、回転体は、まだ高速回転のままタッチダウン軸受に「着地」する。高速回転の回転体を受け止める際、タッチダウン軸受は強い衝撃荷重を受けるため、損傷を受ける。従って、タッチダウン軸受の寿命が短くなる。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、停電時に、回転体が十分に減速するまで磁気浮上状態を維持することのできる磁気軸受の停電補償システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気軸受の停電補償システムは、回転体を電磁石によって非接触支持する磁気軸受装置と、前記磁気軸受装置の保有する情報を表示する表示装置と、前記回転体を回転させるとともに、前記回転体の回転により発電可能なモータと、前記磁気軸受装置、表示装置及びモータに給電する常用電源の停電を検出する停電検出回路と、停電検出によって、前記磁気軸受装置の電源を、前記常用電源から前記モータの発電による電源に切り換える切換手段と、停電検出によって、前記表示装置を含む、前記電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷を、前記モータの発電による電源から遮断する負荷遮断手段とを備えたものである（請求項１）。
上記のように構成された磁気軸受の停電補償システムにおいては、停電検出によって、切換手段が、磁気軸受装置の電源を常用電源からモータの発電による電源に切り換えるとともに、負荷遮断手段が電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷を、モータの発電による電源から遮断する。従って、回転体の発電電力は磁気浮上にのみ用いられるので、磁気浮上状態を長時間安定して維持することができ、その間に回転体は十分に減速される。回転体が十分に減速されてからタッチダウン軸受に受け止められることにより、その衝撃荷重は小さい。従って、タッチダウン軸受の損傷が低減され、タッチダウン軸受の寿命が延びる。
【０００６】
また、上記停電補償システムにおいて、負荷遮断手段は、電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷への信号出力を停止することにより実質的に当該負荷を遮断するものであってもよい（請求項２）。
この場合、信号出力の停止により、当該負荷における電力消費が抑制される。従って、遮断接点等の強制的な負荷遮断手段を別途設けなくてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の磁気軸受の停電補償システムを適用する制御型磁気軸受装置の機械本体１を示す縦断面図である。
この機械本体１は、円筒状のケーシング２の内側で、鉛直軸状の回転体３が回転する縦型のものである。
横械本体１は、上記ケーシング２及び回転体３の他、アキシャル磁気軸受４Ａ、ラジアル磁気軸受４Ｒ、アキシャル変位センサ５Ａ、ラジアル変位センサ５Ｒ、モータ６、及びタッチダウン軸受７を備えている。
【０００８】
アキシャル磁気軸受４Ａは、回転体３のフランジ部３ａを挟んで上下に配置され、回転体３を軸方向に非接触支持する。ラジアル磁気軸受４Ｒは、軸方向上の２箇所においてそれぞれ、回転体３の周囲に９０度間隔で４個配置されている。また、ラジアル変位センサ５Ｒは、ラジアル磁気軸受４Ｒと周方向における同じ位置に、かつ、軸方向上で近接して、４個２組で配置されている。アキシャル変位センサ５Ａは、回転体３の軸方向端部３ｂに対向して配置されている。モータ６は、ケーシング２の内壁に取り付けられたステータ部６ａと、回転体３に設けられたロータ部６ｂとによって、回転体３を高速回転させる。このモータ６は、誘導電動機又はＤＣブラシレスモータであり、停電時には発電機となる。タッチダウン軸受７は一対設けられ、回転体３の軸方向および径方向の可動範囲を規制するとともに、回転体３の磁気的な非接触支持ができなくなったときなどに、回転体３を接触支持する。
【０００９】
図１は、上記機械本体１と接続される本発明の第１の実施形態による磁気軸受の停電補償システムを構成する電源回路及び制御回路を示すブロック図である。図中、太線は電源回路を示し、それ以外は制御回路を示している。電源回路は、交流電源１０を常用電源としており、この交流電源１０からインバータ１２を経て周波数可変の交流電圧がモータ６に供給される。また、交流電源１０には、電源電圧が所定値より低くなったとき、これを停電として検出する停電検出回路１４、及び、交流電圧を所定の直流電圧に変換する直流電源回路１５が接続されている。
【００１０】
直流電源回路１５の出力する直流電圧は、半導体スイッチ等からなる切換スイッチ１６を介して、ＤＳＰボード１７の電源端子１７ａに供給される。ＤＳＰボード１７には、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）１８、Ａ／Ｄ変換器１９及びＤ／Ａ変換器２０が搭載されており、これらは上記直流電圧を受けて動作する。変位センサ（アキシャル変位センサ５Ａ及びラジアル変位センサ５Ｒの総称）５は、Ａ／Ｄ変換器１９を介してＤＳＰ１８に接続されている。また、ＤＳＰ１８は、Ｄ／Ａ変換器２０及び増幅器２１を介して、電磁石４（アキシャル磁気軸受４Ａ及びラジアル磁気軸受４Ｒの総称）に接続されている。上記変位センサ５、Ａ／Ｄ変換器１９、ＤＳＰ１８、Ｄ／Ａ変換器２０、増幅器２１及び電磁石４は、磁気軸受装置を構成している。
【００１１】
上記直流電圧は、増幅器２１及び変位センサ５にも供給される。さらに、上記直流電圧は、停電検出回路１４の出力接点（交流電源１０が正常のとき閉）である負荷遮断手段としての遮断接点１４ａを介して、インターフェース回路２２及び表示装置２３にも供給されている。インターフェース回路２２は例えばシリアル通信ボードである。また、表示装置２３はＤＳＰ１８の保有する情報を表示するための液晶表示部やＬＥＤ等を備えている。なお、ＤＳＰ１８は、インバータ１２に対して、回転速度に関する制御信号を与える。
【００１２】
上記切換スイッチ１６の接点は、交流電源１０の電圧が正常であるときはＮ側に接続されており、従って、切換スイッチ１６の２次側電路ＬDCには、直流電源装置１５の出力する電圧が供給されている。一方、切換スイッチ１６のＥ側にはコンバータ１３が接続されている。コンバータ１３は、停電検出回路１４から指令信号を受けて電路ＬACに接続される。モータ６が発電機として動作するときは、モータ６の発電する交流電圧がコンバータ１３により所定の直流電圧に変換される。インバータ１２及びコンバータ１３は、モータ６に対する双方向変換装置１１を構成している。双方向変換装置１１及び切換スイッチ１６は、停電検出によって電源を、交流電源１０からモータ６の発電による電源に切り換える切換手段を構成している。
【００１３】
上記のように構成された電源回路及び制御回路において、回転体３は、電磁石４により非接触支持された状態で、モータ６によって駆動され、高速回転する。回転体３の変位は、変位センサ５によって検出される。変位センサ５から出力されたアナログ変位信号は、Ａ／Ｄ変換器１９によってディジタル変位信号に変換され、ＤＳＰ１８に入力される。ＤＳＰ１８は、入力されたディジタル変位信号に基づき、電磁石制御のためのディジタル制御信号を出力する。Ｄ／Ａ変換器２０はこれをアナログ電流指令信号に変換し、増幅器２１に与える。増幅器２１はこれを増幅して得た制御電流を、電磁石４に与える。電磁石４はこれを受けて、回転体３の位置制御を行う。また、回転体３の回転数制御は、ＤＳＰ１８からインバータ１２に制御信号を与えることによって行われる。
【００１４】
回転体３が所定位置に磁気浮上して高速回転している状態において交流電源１０が停電すると、停電検出回路１４がこれを検出し、切換スイッチ１６をＥ側に切り換えるとともに、遮断接点１４ａを開く。また、停電検出回路１４から双方向変換装置１１に指令信号が送られ、コンバータ１３が電路ＬACに接続される。慣性によって高速回転を続ける回転体３により、モータ６は発電機となって発電する。発電された電圧はコンバータ１３によって所定の直流電圧に変換され、この直流電圧は、切換スイッチ１６を介して電路ＬDCに供給される。従って、ＤＳＰ１８、Ａ／Ｄ変換器１９、Ｄ／Ａ変換器２０、増幅器２１、電磁石４及び変位センサ５は停電前と変わりなく動作して、回転体３の磁気浮上状態が維持される。
【００１５】
一方、遮断接点１４ａが開いたことにより、インターフェース回路２２及び表示装置２３は電源電圧を絶たれる。従って、これらは電力を消費しない。表示装置２３の液晶表示部及びＬＥＤ等はとりわけ消費電力が大きいため、ここでの電力消費が排除されることの節電効果は大きい。この結果、回転体３の発電電力は磁気浮上にのみ用いられる。従って、磁気浮上状態を長時間安定して維持することができ、その間に回転体３は十分に減速される。回転体３が減速して発電電力が低下すると、磁気浮上状態を維持できなくなり、回転体３はタッチダウン軸受７に「着地」して、その後停止する。「着地」の時点で回転体３は十分に減速されているため、衝撃荷重は小さい。従って、タッチダウン軸受７の損傷を低減することができる。この結果、タッチダウン軸受７の寿命が延びる。
【００１６】
図２は、本発明の第２の実施形態による磁気軸受の停電補償システムを構成する電源回路及び制御回路を示すブロック図である。第１の実施形態との違いは、第１の実施形態における遮断接点１４ａ（図１）がないこと、及び、停電検出回路１４からＤＳＰ１８に停電検出の信号が送られていることである。
図２において、ＤＳＰ１８は、停電検出回路１４から停電検出の信号を受けると、表示装置２３に対する信号出力をすべて停止する。これにより、表示装置２３における消費電力が低下する。前述のように表示装置２３は消費電力が大きいため、表示をオフにすることによる節電効果が大きい。このように、本実施形態ではＤＳＰ１８が、負荷遮断手段としての機能を有している。
その他の動作は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００１７】
上記第２の実施形態においても、停電後、回転体３の発電電力のほとんどは、磁気浮上に用いられる。そのため、磁気浮上状態を長時間安定して維持することができ、その間に回転体３は十分に減速される。従って、「着地」の時点で回転体３は十分に減速されているため、衝撃荷重は小さく、タッチダウン軸受７の損傷を低減することができる。この結果、タッチダウン軸受７の寿命が延びる。また、第１の実施形態のような遮断接点１４ａを別途設けなくてもよい点で構成が簡素である。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の磁気軸受の停電補償システムによれば、停電検出によって、電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷がモータの発電による電源から遮断されるので、回転体の発電電力は磁気浮上にのみ用いられる。従って、磁気浮上状態を長時間安定して維持することができ、その間に回転体を十分に減速させることができる。回転体が十分に減速されてからタッチダウン軸受に受け止められることにより、その衝撃荷重が小さくなるので、タッチダウン軸受の損傷が低減され、タッチダウン軸受の寿命が延びる。
【００１９】
請求項２の磁気軸受の停電補償システムによれば、信号出力の停止により、電磁石の制御に関与する負荷以外の全ての負荷における電力消費が抑制されるので、回転体の発電電力は実質的に磁気浮上にのみ用いられる。従って、磁気浮上状態を長時間安定して維持することができ、その間に回転体を十分に減速させることができる。また、遮断接点等の強制的な負荷遮断手段を別途設けなくてもよい点で、構成が簡素である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による磁気軸受の停電補償システムを構成する電源回路及び制御回路を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による磁気軸受の停電補償システムを構成する電源回路及び制御回路を示すブロック図である。
【図３】本発明の磁気軸受の停電補償システムを適用する制御型磁気軸受装置の機械本体を示す縦断面図である。
【符号の説明】
３    回転体
４    電磁石
５    変位センサ
６    モータ
１０    交流電源
１４    停電検出回路
１４ａ  遮断接点
１６    切換スイッチ
１８    ＤＳＰ
１９    Ａ／Ｄ変換器
２０    Ｄ／Ａ変換器
２１    増幅器
２２    インターフェース回路
２３    表示装置
【図１】
0003779105.tif 000002
【図２】
0003779105.tif 000003
【図３】
0003779105.tif 000004