(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被浮上体を浮上支持する少なくとも一対の対向する電磁石と、前記被浮上体を回転させるモータと、これらを駆動制御するコントローラを具備する磁気軸受制御装置において、
前記モータを駆動するインバータに駆動電力を供給すると共に、前記電磁石を駆動する軸受用ドライバに出力を供給する軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータにも電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを設け、
前記インバータは、ＰＷＭ制御方式とＰＡＭ制御方式を併用して前記モータを回転駆動し、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータが前記被浮上体を浮上支持させるのに必要な磁気軸受支持電圧以上の電圧を出力し、
停電時には前記モータで発電する電力を前記インバータを介して前記軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータに供給するように構成したことを特徴とする磁気軸受制御装置。
【請求項２】
被浮上体を浮上支持する少なくとも一対の対向する電磁石と、前記被浮上体を回転させるモータと、これらを駆動制御するコントローラを具備する磁気軸受制御装置において、
前記モータを駆動するインバータに駆動電力を供給すると共に、前記電磁石を駆動する軸受用ドライバにも電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを設け、
前記インバータは、ＰＷＭ制御方式とＰＡＭ制御方式を併用して前記モータを回転駆動し、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記軸受用ドライバが前記被浮上体を浮上支持させるのに必要な磁気軸受支持電圧と同等の電圧を出力し、
停電時には前記モータで発電する電力を前記インバータを介して前記軸受用ドライバに供給するように構成したことを特徴とする磁気軸受制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気軸受制御装置において、
前記インバータは、その出力が前記軸受支持電圧以下ではＰＷＭ制御方式で動作し、前記軸受支持電圧以上及び定格運転時ではＰＡＭ制御方式で動作することを特徴とする磁気軸受制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の磁気軸受制御装置において、
前記インバータは、前記モータの加速時にはＰＷＭ制御方式で動作し、定格運転時にはＰＡＭ制御方式で動作することを特徴とする磁気軸受制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被浮上体を電磁気力で浮上制御する磁気軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来のこの種の磁気軸受制御装置の構成を示す図である。商用電源１から交流電源が力率改善回路（ＰＦＣ）２を通して、インバータ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３及び軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ４へ入力される。インバータ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力はインバータ５に供給され、その出力はモータＭに供給される。軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力は、制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ８及び軸受用ドライバ７に供給され、該軸受用ドライバ７の出力は磁気軸受電磁石（図示せず）の励磁コイル９に供給される。これにより、被浮上体（図示せず）は磁気力で浮上すると共に、モータＭの回転力により回転する。
【０００３】
停電時は、回生電力を利用し、モータＭで発電された電力をインバータ５を介して、周波数を制御しながら、回生電圧を一定に制御し、バックアップ用ＤＣ／ＤＣコンバータ６へ供給される。該バックアップ用ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力は、制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ８及び軸受用ドライバ７へ供給され、安全な回転数（タッチダウンベアリングで安全に支持できる回転数）まで被浮上体を浮上支持させながら減速させる。
【０００４】
上記構成の磁気軸受制御装置において、インバータ５をＰＡＭ（パルス振幅変調）制御方式で運転した場合は、インバータ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３は始動と共に、徐々に上昇した電圧をインバータ５に供給し、インバータ５で周波数変換されモータＭへ供給される。ＰＡＭ制御方式は、一般的には低騒音であるが、リップル電流が大きいため、効率、トルクリップル等に問題がある。また、低電圧時に入力力率が悪いという問題もある。
【０００５】
また、インバータ５をＰＷＭ（パルス幅変調）制御方式で運転した場合は、インバータ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、一定電圧をインバータ５に供給し、インバータ５でパルス変調及び周波数変換されモータＭへ供給される。ＰＷＭ制御方式は、一般的には、加減速運転時の応答は優れているが、モータＭの騒音の点ではＰＡＭ制御方式より劣っている。
【０００６】
また、上記従来構成の磁気軸受制御装置においては、インバータ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３、軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ４、バックアップ用ＤＣ／ＤＣコンバータ６、制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ８と電源用コンバータが多く、装置寸法も大きく、且つ高価で、システムも複雑となるという問題もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、モータを低騒音で運転でき、システム構成が簡単で、小型で安価な磁気軸受制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、被浮上体を浮上支持する少なくとも一対の対向する電磁石と、被浮上体を回転させるモータと、これらを駆動制御するコントローラを具備する磁気軸受制御装置において、モータを駆動するインバータに駆動電力を供給すると共に、電磁石を駆動する軸受用ドライバに出力を供給する軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータにも電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを設け、インバータは、ＰＷＭ制御方式とＰＡＭ制御方式を併用してモータを回転駆動し、ＤＣ／ＤＣコンバータは、軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータが被浮上体を浮上支持させるのに必要な磁気軸受支持電圧以上の電圧を出力し、停電時にはモータで発電する電力をインバータを介して軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータに供給するように構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、被浮上体を浮上支持する少なくとも一対の対向する電磁石と、被浮上体を回転させるモータと、これらを駆動制御するコントローラを具備する磁気軸受制御装置において、モータを駆動するインバータに駆動電力を供給すると共に、電磁石を駆動する軸受用ドライバにも電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを設け、インバータは、ＰＷＭ制御方式とＰＡＭ制御方式を併用してモータを回転駆動し、ＤＣ／ＤＣコンバータは、軸受用ドライバが被浮上体を浮上支持させるのに必要な磁気軸受支持電圧と同等の電圧を出力し、停電時にはモータで発電する電力をインバータを介して軸受用ドライバに供給するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
ＰＷＭ制御方式は、一般的には、加減速運転時の応答は優れているが、モータの騒音はＰＡＭ制御方式より劣っており、ＰＡＭ制御方式は、一般的には低騒音であるが、リップル電流が大きいため、効率、トルクリップル等に問題があり、低電圧時に入力力率が悪い。本願の請求項１又は２に記載の発明では上記のように、インバータがＰＷＭ制御方式とＰＡＭ制御方式を併用して該モータを回転駆動するので、モータの加速運転時はＰＷＭ制御方式で、定格運転時はＰＡＭ制御方式で動作させることにより、低騒音で効率のよい運転が可能となる。また、インバータがＰＷＭ制御方式とＰＡＭ制御方式を併用してモータを回転駆動するように構成したことで、軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータあるいは軸受用ドライバにも電力を供給しているＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を、被浮上体を浮上支持させるのに必要な磁気軸受支持電圧と同等ないしはそれ以上の電圧に維持することが可能となる。これにより、従来必要であった停電時のバックアップ用のＤＣ／ＤＣコンバータが不要となるので、磁気軸受装置の構成を簡単にでき、従来よりも小型で安価な磁気軸受装置を提供できる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の磁気軸受制御装置において、インバータは、その出力が軸受支持電圧以下ではＰＷＭ制御方式で動作し、軸受支持電圧以上及び定格運転時ではＰＡＭ制御方式で動作することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の磁気軸受制御装置において、インバータは、モータの加速時にはＰＷＭ制御方式で動作し、定格運転時にはＰＡＭ制御方式で動作することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係る磁気軸受制御装置の構成例を示す図である。商用電源１１から交流電源が力率改善回路（ＰＦＣ）１２を通して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３へ入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力はインバータ１４に供給されると共に、軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５に供給される。インバータ１４の出力はモータＭに供給される。また、軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力は、制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７及び軸受用ドライバ１６に供給され、該軸受用ドライバ１６の出力は磁気軸受電磁石（図示せず）の励磁コイル１８に供給される。これにより、被浮上体（図示せず）は磁気力で浮上すると共に、モータＭにより回転する。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５が磁気軸受電磁石が被浮上体を浮上支持するのに必要な軸受支持電圧を出力しており、モータＭの加速時に前記軸受支持電圧より高い電圧が必要な場合は、更にその出力電圧を上昇させる。その時、軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力は一定とする。インバータ１４は、インバータ１４及び軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力が、前記軸受支持電圧以下ではＰＷＭ制御方式で動作し、該軸受支持電圧以上及び定格運転時ではＰＡＭ制御方式で動作する。
【００１５】
停電時は、回生電力を利用し、モータＭで発電される電力をインバータ１４を介して周波数を制御しながら、回生電圧を一定に制御し、軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５へ供給する。更に、軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力は、制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７及び軸受用ドライバ１６へ供給され、被浮上体の回転が安全な回転数に達するまで、該被浮上体を浮上支持しながら減速させる。
【００１６】
図４は上記磁気軸受制御装置の動作を説明するための図で、同図（ａ）はモータＭの回転数を、同図（ｂ）はインバータ１４の出力電圧を、同図（ｃ）はＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力をそれぞれ示す。図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力は磁気軸受電磁石が被浮上体を浮上支持するのに必要な電圧を出力しており、モータＭの加速に応じて、前記磁気軸受電磁石が被浮上体を浮上支持するのに必要な電圧以上の電圧が必要となった場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３はその出力を上昇させる。
【００１７】
その際、インバータ１４はその出力電圧が磁気軸受電磁石が被浮上体を浮上支持するのに必要な軸受支持電圧Ｖ１’になるか（時間Ｔ２）若しくは、ＰＷＭのデューティー最大までＰＷＭ制御方式で動作し、出力電圧を制御する。該軸受支持電圧Ｖ１’以上（時間Ｔ２〜Ｔ３）若しくはＰＷＭのデューティー最大以上及び定格運転時間（時間Ｔ３〜Ｔ４）ではＰＡＭ制御方式で動作し、出力電圧を制御する。
【００１８】
また、負荷運転時（時間Ｔ４〜Ｔ７）はインバータ１４の出力電圧は磁気軸受磁石が被浮上体を浮上支持するのに必要な軸受支持電圧Ｖ１’以上若しくは、ＰＷＭのデューティー最大以上ではＰＡＭ制御方式で動作し、磁気軸受電磁石が被浮上体を浮上支持するのに必要な軸受支持電圧Ｖ１’以下（時間Ｔ５〜Ｔ６）になるか若しくは、ＰＷＭのデューティー最大以下ではＰＷＭ制御方式で動作し、出力電圧を制御する。
【００１９】
また、停電時（時間Ｔ７〜Ｔ８）は回生制動で減速する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、モータＭの加速時、インバータ１４の出力が軸受電圧Ｖ１になるまで（時間Ｔ１〜Ｔ２）は前記軸受支持電圧Ｖ１を出力し、定格運転電圧Ｖ２になるまで（時間Ｔ２〜Ｔ３）上昇し、定格運転時は定格運転電圧Ｖ２を出力する。
【００２０】
図３は本発明に係る磁気軸受制御装置の構成例を示す図である。商用電源１１から交流電源が力率改善回路（ＰＦＣ）１２を通して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３へ入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力はインバータ１４に供給されると共に、軸受用ドライバ１６及び制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７に供給される。インバータ１４の出力はモータＭに供給される。軸受用ドライバ１６の出力は磁気軸受電磁石（図示せず）の励磁コイル１８に供給される。これにより、被浮上体（図示せず）は磁気力で浮上すると共に、モータＭにより回転する。
【００２１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、磁気軸受電磁石が被浮上体を浮上支持するのに必要な軸受支持電圧を軸受用ドライバ１６に出力している。インバータ１４はモータＭの加速時にはＰＷＭ制御方式で動作し、定格運転時ではＰＡＭ制御方式で動作する。
【００２２】
停電時は、回生電力を利用し、モータＭで発電される電力をインバータ１４を介して周波数を制御しながら、回生電圧を一定に制御し、制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７及び軸受用ドライバ１６へ供給され、被浮上体の回転が安全な回転数に達するまで、該被浮上体を浮上支持しながら減速させる。
【００２３】
図５は上記磁気軸受制御装置の動作を説明するための図で、同図（ａ）はモータＭの回転数を、同図（ｂ）はインバータ１４の出力電圧を、同図（ｃ）はＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力をそれぞれ示す。図５に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力は磁気軸受電磁石が浮上体を浮上支持するのに必要な電圧を出力しており、モータＭの加速時（時間Ｔ１〜Ｔ２）、インバータ１４はその出力電圧がＶ１’（時間Ｔ２）まではＰＷＭ制御方式で動作し、出力電圧を制御する。定格運転時（時間Ｔ２〜Ｔ３）ではＰＡＭ制御方式で動作し、出力電圧を制御する。
【００２４】
また、負荷運転時（時間Ｔ３〜Ｔ４）はインバータ１４の出力電圧はＰＷＭ制御方式で動作し、出力電圧を制御する。また、停電時（時間Ｔ４〜Ｔ５）は回生制動で減速する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、磁気軸受電磁石が被浮上体を浮上支持する必要な一定の軸受電圧Ｖ１をインバータ１４、軸受用ドライバ１６及び制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ１７に出力している。
【００２５】
上記のように本実施形態例によれば、インバータ１４はモータＭの加速運転時はＰＷＭ制御方式で動作し、定格運転時はＰＡＭ制御方式で動作するので、モータＭは低騒音で効率のよい運転が可能となる。なお、上記実施形態例のいずれの場合も、被浮上体の位置を検出する検出手段を設けても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００２７】
インバータがＰＷＭ制御方式とＰＡＭ制御方式を併用して該モータを回転駆動するので、モータの加速運転時はＰＷＭ制御方式で、定格運転時はＰＡＭ制御方式で動作させることにより、低騒音で効率のよい運転が可能となる。また、インバータがＰＷＭ制御方式とＰＡＭ制御方式を併用してモータを回転駆動するように構成したことで、軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータあるいは軸受用ドライバにも電力を供給しているＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を、被浮上体を浮上支持させるのに必要な磁気軸受支持電圧と同等ないしはそれ以上の電圧に維持することが可能となる。これにより、従来必要であった停電時のバックアップ用のＤＣ／ＤＣコンバータが不要となるので、磁気軸受装置の構成を簡単にでき、従来よりも小型で安価な磁気軸受装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の磁気軸受制御装置の構成例を示す図である。
【図２】  本発明に係る磁気軸受制御装置の構成例を示す図である。
【図３】  本発明に係る磁気軸受制御装置の構成例を示す図である。
【図４】  本発明に係る磁気軸受制御装置の動作を説明するための図である。
【図５】  本発明に係る磁気軸受制御装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１１            商用電源
１２            力率改善回路（ＰＦＣ）
１３            ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４            インバータ
１５            軸受用ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６            軸受用ドライバ
１７            制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ
１８            励磁コイル
Ｍ              モータ
【図１】
0003753923.tif 000002
【図２】
0003753923.tif 000003
【図３】
0003753923.tif 000004
【図４】
0003753923.tif 000005
【図５】
0003753923.tif 000006