(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体を非接触支持するための電磁石の励磁コイルに直列に電流検出用抵抗が接続され、上記励磁コイルに励磁電流を供給するための電磁石制御回路が、回転体の位置変化に伴って変化する励磁電流値を上記電流検出用抵抗を用いて検出し、この励磁電流検出値に基づいて上記励磁コイルに供給する励磁電流値を制御するようになされた磁気軸受装置において、
上記励磁コイルの抵抗値の１．５倍以上の抵抗値を有する温度補償用抵抗が、上記励磁コイルに直列に接続されていることを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
回転体を非接触支持するための電磁石の励磁コイルに直列に電流検出用抵抗が接続され、上記励磁コイルに励磁電流を供給するための電磁石制御回路が、回転体の位置変化に伴って変化する励磁電流値を上記電流検出用抵抗を用いて検出し、この励磁電流検出値に基づいて上記励磁コイルに供給する励磁電流値を制御するようになされた磁気軸受装置において、
上記電流検出用抵抗として、上記励磁コイルの抵抗値の１．５倍以上の抵抗値を有する抵抗が用いられていることを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項３】
回転体を非接触支持するための電磁石の励磁コイルに直列に電流検出用抵抗が接続され、上記励磁コイルに励磁電流を供給するための電磁石制御回路が、回転体の位置変化に伴って変化する励磁電流値を上記電流検出用抵抗を用いて検出し、この励磁電流検出値に基づいて上記励磁コイルに供給する励磁電流値を制御するようになされた磁気軸受装置において、
温度上昇に伴って抵抗値が低下する負性抵抗素子が、上記励磁コイルに直列に接続されてい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】
この発明は、磁気軸受装置、さらに詳しくは、回転体を非接触支持するための電磁石の励磁コイルを回転体の位置検出用のコイルとして共用するいわゆるセンサレス磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の磁気軸受装置として、たとえば特開平５−８７１４０号公報に記載されているようなものが知られている。この磁気軸受装置では、回転体を非接触支持するための電磁石の励磁コイルに直列に電流検出用抵抗が接続され、電磁石制御回路から励磁コイルに励磁電流が供給されるようになっている。通常、励磁コイルの抵抗値は１Ω程度、電流検出用抵抗の抵抗値は０．１〜０．３Ω程度である。このような磁気軸受装置では、回転体の位置が変化すると、それに伴って励磁コイルに流れる励磁電流値が変化する。そして、電磁石制御回路が、電流検出用抵抗を用いて励磁電流値を検出し、この励磁電流検出値から回転体の位置変化を推定し、その結果に基づいて励磁コイルに供給する励磁電流値を制御するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の磁気軸受装置では、駆動時に温度上昇の影響を受けやすく、閉ループ制御系が不安定になりやすいという問題がある。すなわち、上記のような磁気軸受装置の場合、励磁コイルに通電すると、オーム損などによる発熱が生じ、約１５０℃まで温度が上昇するので、励磁コイルの抵抗値が常温（２０℃）時よりも約５０％上昇する。電磁石は、磁気軸受装置を利用したターボ分子ポンプや工作機械用スピンドルなどのケーシング内の回転体の周囲に配設されるため、励磁コイルを強制冷却してその温度上昇を抑えることは困難であり、したがって、その抵抗値の上昇を抑えることも困難である。しかも、励磁コイルの抵抗値は電流検出用抵抗の抵抗値よりかなり大きいので、温度上昇により、電磁石制御回路側から見た励磁コイル側の全抵抗値が大きく上昇し、この全抵抗値が±２０％変動すると、閉ループ制御系が不安定になることが予想される。
【０００４】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、駆動時の温度上昇の影響を受けにくい磁気軸受装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による磁気軸受装置は、回転体を非接触支持するための電磁石の励磁コイルに直列に電流検出用抵抗が接続され、上記励磁コイルに励磁電流を供給するための電磁石制御回路が、回転体の位置変化に伴って変化する励磁電流値を上記電流検出用抵抗を用いて検出し、この励磁電流検出値に基づいて上記励磁コイルに供給する励磁電流値を制御するようになされた磁気軸受装置において、上記励磁コイルの抵抗値の１．５倍以上の抵抗値を有する温度補償用抵抗が、上記励磁コイルに直列に接続されていることを特徴とするものである。
【０００６】
第２の発明による磁気軸受装置は、上記電流検出用抵抗として、上記励磁コイルの抵抗値の１．５倍以上の抵抗値を有する抵抗が用いられていることを特徴とするものである。
【０００７】
第３の発明による磁気軸受装置は、温度上昇に伴って抵抗値が低下する負性抵抗素子が、上記励磁コイルに直列に接続されていることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
第１の発明において、温度補償用抵抗は電磁石から離れた位置に配置することができるので、駆動時に冷却などによって温度補償用抵抗の温度上昇を抑えることができ、したがって、駆動時の温度補償用抵抗の抵抗値の上昇を抑えることができる。そして、温度補償用抵抗の抵抗値は電磁石の励磁コイルの抵抗値の１．５倍以上であるので、駆動時に温度上昇により励磁コイルの抵抗値が５０％上昇しても、電磁石制御回路側から見た励磁コイル側の全抵抗値の変動は２０％以下になる。
【０００９】
第２の発明において、上記の温度補償用抵抗と同様に、電流検出用抵抗を電磁石から離れた位置に配置して駆動時の抵抗値の上昇を抑えることができる。そして、電流検出用抵抗の抵抗値は電磁石の励磁コイルの抵抗値の１．５倍以上であるので、上記同様、駆動時の電磁石制御回路側から見た励磁コイル側の全抵抗値の変動は２０％以下になる。
【００１０】
第３の発明において、駆動時に温度が上昇すると、励磁コイルの抵抗値は上昇するが、負抵抗素子の抵抗値は低下する。したがって、駆動時の電磁石制御回路側から見た励磁コイル側の全抵抗値の変動は小さくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明をラジアル磁気軸受装置に適用したいくつかの実施例について説明する。
【００１２】
図１は、第１実施例を示している。
【００１３】
図１には、回転体(1) の横断面とこれをラジアル方向に非接触支持するためのラジアル磁気軸受装置の要部が概略的に示されている。なお、以下の説明において、１つのラジアル方向をＸ軸方向、これと直交するもう１つのラジアル方向をＹ軸方向とする。
【００１４】
ラジアル磁気軸受装置は、回転体(1) をラジアル方向に非接触支持するための４個の電磁石(2a)(2b)(2c)(2d)を備えている。電磁石は符号(2) で総称し、区別する必要があるときは、それぞれ、第１電磁石(2a)、第２電磁石(2b)、第３電磁石(2c)、第４電磁石(2d)と呼ぶことにする。第１および第２電磁石(2a)(2b)は回転体(1) をＸ軸方向の両側から挟むように配置され、第３および第４電磁石(2c)(2d)は回転体(1) をＹ軸方向の両側から挟むように配置されている。各電磁石(2) の励磁コイル(3a)(3b)(3c)(3d)には、それぞれ、温度補償用抵抗(4a)(4b)(4c)(4d)と電流検出用抵抗(5a)(5b)(5c)(5d)が直列に接続されており、これら各直列回路に電磁石制御回路(6) からそれぞれ電力増幅器(7a)(7b)(7c)(7d)を介して励磁電流が供給されるようになっている。電磁石(2) の場合と同様、励磁コイルは符号(3) で、温度補償用抵抗は符号(4) で、電流検出用抵抗は符号(5) で、電力増幅器は符号(7) でそれぞれ総称することにする。たとえば、励磁コイル(3) の抵抗値は１〜２Ω、電流検出用抵抗(5) の抵抗値は０．１〜０．３Ωである。温度補償用抵抗(4) の抵抗値は励磁コイル(3) のそれの１．５倍以上、たとえば５Ω程度である。温度補償用抵抗(4) は励磁コイル(3) から離れた温度上昇の変化を受けにくい場所に配置され、必要があれば、強制空冷などの適宜な手段により冷却される。
【００１５】
電磁石制御回路(6) は、各電流検出用抵抗(5) の両端の端子電圧を測定することにより、各電磁石(2) の励磁コイル(3) に流れる励磁電流値を検出するようになっている。この種の磁気軸受装置では、回転体(1) のラジアル方向の位置が変化すると、それに伴って励磁コイル(3) に流れる励磁電流値が変化する。そして、電磁石制御回路(6) は、第１および第２電磁石(2a)(2b)の励磁コイル(3a)(3b)に流れる励磁電流検出値から回転体(1) のＸ軸方向の位置変化を推定するとともに、第３および第４電磁石(2c)(2d)の励磁コイル(3c)(3d)に流れる励磁電流検出値から回転体(1) のＹ軸方向の位置変化を推定し、その結果に基づいて各励磁コイル(3) に供給する励磁電流値を制御するようになっており、これにより回転体(1) が所定の位置に非接触支持される。
【００１６】
上記の磁気軸受装置において、温度補償用抵抗(4) は励磁コイル(3) から離れた位置に配置し、必要があれば冷却を行って、その温度上昇を抑えることができ、したがって、駆動時の温度補償用抵抗(4) の抵抗値の上昇を抑えることができる。そして、温度補償用抵抗(4) の抵抗値は励磁コイル(3) の抵抗値の１．５倍以上であるので、駆動時に温度上昇により励磁コイル(3) の抵抗値が５０％上昇しても、電磁石制御回路(6) 側から見た励磁コイル(3) 側の全抵抗値の変動は２０％以下になり、温度上昇の影響を受けにくい。このため、温度上昇によって閉ループ制御系が不安定になるおそれが少ない。
【００１７】
図２は、第２実施例を示す第１実施例と同様の図面である。
【００１８】
第２実施例では、各電磁石(2) の励磁コイル(3) には電流検出用抵抗(8a)(8b)(8c)(8d)（符号(8) で総称）が直列に接続されているだけであり、第１実施例の温度補償用抵抗(4) に相当するものは設けられていない。そして、電流測定用抵抗(8) の抵抗値は励磁コイル(3) の抵抗値（たとえば１〜２Ω）の１．５倍以上、たとえば５Ω程度である。また、電流測定用用抵抗(8) は励磁コイル(3) から離れた温度上昇の変化を受けにくい場所に配置され、必要があれば、強制空冷などの適宜な手段により冷却される。他は第１実施例の場合と同じであり、同じ部分には同一の符号を付している。
【００１９】
第２実施例の場合も、第１実施例における温度補償用抵抗(4)と同様に、電流検出用抵抗(8)を励磁コイル(3)から離れた位置に配置して駆動時の抵抗値の上昇を抑えることができる。そして、電流検出用抵抗(8)の抵抗値は励磁コイル(3)の抵抗値の１．５倍以上であるので、第１実施例の場合と同様、駆動時の電磁石制御回路(6)側から見た励磁コイル(3)側の全抵抗値の変動は２０％以下になる。
【００２０】
図３は、第３実施例を示す第１実施例と同様の図面である。
【００２１】
第３実施例では、温度上昇に伴って抵抗値が低下する負性抵抗素子であるサーミスタ(9a)(9b)(9c)(9d)（符号(9) で総称）が第１実施例の温度補償用抵抗(4) のかわりに設けられており、これが各電磁石(2) の励磁コイル(3) と電流検出用抵抗(5) との間に直列に接続されている。サーミスタ(9) は、励磁コイル(3) の温度上昇の影響を受ける場所に配置される。他は第１実施例の場合と同じであり、同じ部分には同一の符号を付している。
【００２２】
第３実施例の場合、駆動時に温度が上昇すると、励磁コイル(3) の抵抗値は上昇するが、負性抵抗素子であるサーミスタ(9) の抵抗値は低下する  このため、駆動時の電磁石制御回路(6) 側から見た励磁コイル(3) 側の全抵抗値の変動値は小さくなる。
【００２３】
磁気軸受装置の構成は、上記実施例のものに限らず、適宜変更可能である。そして、この発明は、上記と構成の異なるラジアル磁気軸受装置にも適用することができる。また、回転体のフランジ部をアキシアル方向の両側から挟むように配置された２個の電磁石により回転体を非接触支持するアキシアル磁気軸受装置に適用することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明の磁気軸受装置によれば、上述のように、駆動時に温度上昇により電磁石の励磁コイルの抵抗値が上昇しても、電磁石制御回路側から見た励磁コイル側の全抵抗値の変動を小さくすることができ、したがって、温度上昇の影響を受けにくく、温度上昇によって閉ループ制御系が不安定になるおそれが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例を示すラジアル磁気軸受装置の主要部の概略構成図である。
【図２】この発明の第２実施例を示す図１相当の図面である。
【図３】この発明の第３実施例を示す図１相当の図面である。
【符号の説明】
(1)                     回転体
(2a)(2b)(2c)(2d)      電磁石
(3a)(3b)(3c)(3d)      励磁コイル
(4a)(4b)(4c)(4d)      温度補償用抵抗
(5a)(5b)(5c)(5d)      電流検出用抵抗
(6)                   電磁石制御回路
(8a)(8b)(8c)(8d)      電流検出用抵抗
(9a)(9b)(9c)(9d)      サーミスタ（負性抵抗素子）
【図１】
0003731091.tif 000002
【図２】
0003731091.tif 000003
【図３】
0003731091.tif 000004