(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの磁気ベアリングアレイが一つの軸を支持する磁気ベアリングシステムであって、
前記磁気ベアリングアレイは前記軸の直径方向対向側に配列された複数対の対向電磁石を有し、前記復数対が前記軸の周りに等角度間隔に配置されており、
前記磁気ベアリングアレイ用の軸位置センサと、
プラス側バスとマイナス側バスとを有する直流電源から各前記電磁石のコイルへ電流を供給するための前記コイル用の駆動回路と、を備え、
前記各駆動回路は、前記プラス側バスと前記コイルのプラス側との間に接続された第１スイッチと、前記マイナス側バスと前記コイルのマイナス側との間に接続された第２スイッチと、前記コイルの前記マイナス側から前記プラス側バスへ、及び前記コイルの前記プラス側から前記マイナス側バスへ接続された循環ダイオードと、を包含し、
前記駆動回路を繰り返しシ−ケンスで作動させるための制御回路と、
前記軸位置センサから受けた信号に依存して各電磁石対内の前記コイルへの電流を変調するための前記制御回路内のスイッチ付き変調手段と、を備え、
前記スイッチ付き変調手段は、固定周期を有するパルス幅変調システムを備え、
前記パルス幅変調システムは、それぞれのコイル内の電流パルスのデューティサイクルを制御し、
前記パルス幅変調システムは、所定の周波数で鋸歯状波を生成するランプ波発生器を設けており、
前記制御回路は、前記対のコイルの一方がスイッチオンされるのとほぼ同時期に前記対の他方のコイルがスイッチオフされるように、前記電磁石対内の前記コイルに関してオンオフのインターバルをインターリーブし、
前記循環ダイオードの極性は、オフにされつつあるコイルから前記電源へエネルギを戻し、戻された前記エネルギをオンにされつつあるコイルに利用可能として、前記電源からの正味流出電流を低減する、
磁気ベアリングシステム。
【請求項２】
前記循環ダイオードが、オフされつつある前記コイルに逆バイアスで前記電源の全電圧を印加するような極性で接続されている、
請求項１に記載の磁気ベアリングシステム。
【請求項３】
前記直流電源が５０ボルト未満の比較的低い電圧を発生する、
請求項２に記載の磁気ベアリングシステム。
【請求項４】
前記磁気ベアリングアレイが、前記コイルのＸ軸対及びコイルのＹ軸対を有し、前記軸位置センサがＸ軸センサ及びＹ軸センサを備える、
請求項１または２に記載の磁気ベアリングシステム。
【請求項５】
前記各電磁石対のそれぞれのコイル内の電流パルスのデューティサイクルが５０％をわずかに上回る同一レベルにある、休止レベルを有する、
請求項１に記載の磁気ベアリングシステム。
【請求項６】
前記パルス幅変調システムが、前記電磁石対の一方のコイルへのデューティサイクルを増加させ、前記対の他方のコイルへのデューティサイクルを減少させることによって、非休止条件における電流を変調する、
請求項５に記載の磁気ベアリングシステム。
【請求項７】
前記パルス幅変調システムが一対の比較器（コンパレータ）を包含し、エラ−信号が比較器のそれぞれに結合され、第１変調波形及び第２変調波形が前記それぞれの比較器に結合され、前記両変調波形は相互にオフセットされたそれぞれの鋸歯状波を含む、
請求項５に記載の磁気ベアリングシステム。
【請求項８】
前記両比較器が互いに逆に作用するようにそれぞれの前記比較器に前記エラー信号及び変調波形が接続されている、
請求項７に記載の磁気ベアリングシステム。
【請求項９】
前記変調波形は、互にオフセットし合うようにバイアスを掛けられたそれぞれの鋸歯状波形を含み、前記両波形がプラス方向で前記エラー信号に近づくとき、前記波形の一方が前記波形の他方に先行し、マイナス方向で前記エラー信号に近づくとき、前記波形の前記他方が前記一方の波形に先行するように前記バイアスが調整される、
請求項８に記載の磁気ベアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はアクティブ（能動型（active) ）磁気ベアリングに関し、特にそのような磁気ベアリング用の高効率駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ベアリングは各種機器において軸を支持するために用いられている。パッシブ（受動型(passive) ）磁気ベアリングは永久磁石のみを用い、電子制御手段を有しない。アクティブ磁気ベアリングは、電磁石を用いており、それらを流れる電流を制御して軸の位置を制御するための関連制御装置を有する。ハイブリッドシステムは永久磁石と電磁石の両者を用いており、後者のための電子制御装置を有する。アクティブベアリングシステムは最も信頼性のある完全な形の制御を提供するので、この発明にとって好ましい磁気ベアリング方式である。
【０００３】
磁気ベアリングにはラジアルとアキシアルとがある。アクティブラジアル磁気ベアリングにおいては、数個の電磁石が軸の周りに角度間隔をもって配置され、通電されると対向磁力を発生して、電磁石アレイによって画成される自由空間に軸を浮揚させる。軸センサが軸位置を検知し、軸を所望の芯に正確に芯合わせすることを維持するように電磁石への通電を変化させる。アキシアル磁気ベアリングはスラストベアリングとして作動し、軸の軸方向位置を維持する。アキシアル磁気ベアリングはラジアル磁気ベアリングと同様な方法で制御されるが、軸上に支持されたディスクに関連して作動するのが普通であり、一対の対向電磁コイル間で所定の関係に当該ディスクを維持するように作用する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
磁気ベアリングシステムにおいては通常、軸は回転する前に浮上させられ、その点から全運転範囲にわたって磁気ベアリングが軸を支持する。機械が受ける振動負荷などの全ての負荷は、このようにして磁気ベアリングに加えられる。制御システムは、ベアリング内において軸を所定の芯合わせされた浮揚位置に維持するため、変動荷重を補償するように成されている。
【０００５】
軸は連続的に支持されねばならないので、ベアリング用の電磁石には連続的に通電しなければならない。いくつかの用途においては、ベアリングの消費電力量はあまり重要でない。対になった対向コイルを連続的に駆動するリニア増幅器を用いることができ、リニア増幅器中の電流は、ベアリング間の芯合わせされた位置に軸を浮揚させて維持する対向する力を発生させるように、バランスされる。
【０００６】
しかし多くの場合においては、磁気ベアリングの消費電力は問題である。例えば、限られた電力量しか利用できない用途においては、しばしば消費電力の低減が望まれる。また、ベアリングの電磁石内に放散される過剰電力によって発生する大きな熱負荷が問題となる状況においては、効率の向上はすなわち熱の蓄積を少なくすることを意味する。従って、航空機用など多くの用途においては電力供給容量が限られており、効率向上が望まれる。そのような用途においては、ベアリングは、もしも過剰電力放散による熱の蓄積増大をこうむることがなければ、長期間にわたって信頼性をもって作動し続けることが望ましい。このように考えると、ベアリングを浮上させるのに実際に要する力のみに電力を集中させて、最小の電力で電磁石を駆動することが望ましい。
【０００７】
電磁石がかなりインダクタンスの大きなインダクタ (inductor) であるという事実が、数多くの複雑さをもたらす。例えばパルス幅変調電源のようなスイッチされる電源においては、コイルへの電流は変調され得る。しかし、あるインダクタを急速にスイッチオンすることは比較的に問題はない（straightforward ）が、インダクタが急速にスイッチオフされると、その電流を維持する傾向のあるインダクタの特性は、回路の中断と同時に、インダクタが比較的高電圧の電源であるかのような状態をもたらす。いくつかの用途においては、コイルを横切ってシャントダイオード(shunt diodes)を接続し、大きな過渡現象によって電子スイッチ部品が破壊されるのを防止し、コイル内の過剰エネルギを放散させるのが普通である。しかし、放散されたエネルギがコイルを介してシャントダイオードへ電流として放散され、最終的にはＩ2 Ｒ損失及び熱の蓄積に寄与する。従って、オン期間中にコイル内に蓄積されるエネルギが無駄になるのみならず、熱の蓄積への寄与によって問題を悪化させるような方法で無駄になる。
【０００８】
例えばある種の航空機用途のような多くの用途においては、最も容易に利用可能な供給電源は、磁気ベアリンのグ電磁石用に求められる急速なオンオフ要件のために必ずしも最適化できない電圧レベルにある。可変制御信号に正比例する可変かつ高度に制御可能な力を発生させることが望まれる。ひとつの磁気ベアリングが発生させる力はベアリングコイルを流れる電流に直接比例する。磁気ベアリングのバンド幅（スピード）はコイルを介していかに速く電流がスイッチされ得るか（di/dt ）に依存する。この電流スイッチング速度は、式 V = L*di/dtによって支配される。言い換えれば、コイル電圧は、コイルインダクタンスにコイル電流の時間に関する一次導関数を乗じたものに等しい。コイルインダクタンスはコイルのジオメトリ（形状寸法）と磁石の材料の関数であるので、コイルインダクタンスは比較的一定であり（磁気ベアリングギャップが一定であり、電流レベルが磁石材料の飽和レベルよりはるかに低いと仮定する）、また、コイル電圧及び電流に対して比較的独立している。従って、与えられたインダクタンス（Ｌ）に関して電流の変化率 (slew rate) (di/dt)はコイルに加えられる電圧に依存する。言い換えれば、di/dt=V/L である。従って、ベアリングのバンド幅（一定値 Lと仮定する）を増加させるには、コイル電圧を増加させる必要がある。従来の駆動回路はしかし、ターンオフ時のコイル電圧をシングルダイオードドロップ  （約 0.7ボルト）に固定していたので、サイクルのターンオフ部分の di/dtは 0.7/Lに制限されていた。この発明のスイッチング回路の利点のひとつは、サイクルのターンオフ部分に関して全供給電圧がコイルに逆バイアスで印加されることである。従って、この発明に基づいて 28 ボルト電源を想定すると、28/Lの di/dtが達成可能である。従ってコイルのターンオフ時の di/dtは従来の回路に比較して約 40 パーセント増加する。 28 ボルトというような比較的低い直流電圧における運転を考慮すると、電磁石のインダクタンス、発生する力、磁気回路、及び必要なバンド幅間の取捨選択は、この電源供給レベルにおいては、従来のアプローチを用いて所望の変化率とバンド幅を得るためには不十分である状況に遭遇することが予想される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑み、この発明の一般的な目的は、駆動回路が高効率運転用に構成され、供給電力の無駄を省くことのできる磁気ベアリングシステムを提供することである。  この発明は互いに関連する二つの目的を有する：
第一の目的は、ターンオフの際、供給電力をインダクタ内に放散することなく電源に返還し、di/dt を著しく増加させる可能性のあるダイオード回路を構成することである。
【００１０】
上記目的達成のため、この発明の更にひとつの目的は、アクティブ磁気ベアリングシステムにおける電磁石のインダクタとともに用いるスイッチング回路を提供することであり、このスイッチング回路は、コイルのターンオン時に供給電力を急速に印加することを可能にし、エネルギをコイルから電源に戻すよう、ターンオフ時にはコイルに逆バイアスで供給電力を急速に印加する。
【００１１】
第二の主要目的によれば、磁気ベアリングシステムにおける複数の電磁石を段階的に作動させ(phase) 、いくつかのコイルがターンオフされつつあるとき他のコイルがオンの状態にあるかまたはオンにされつつある状態にすることである。このようにすれば、電源にエネルギを返還するように構成されたターンオフされつつあるコイルは、ターンオンされつつあるコイルに返還エネルギを引き出させて、供給電源からの正味引き出し電力を低減する。
【００１２】
結果的な目的は、航空機への遡及取付け用途などにおけるように、システム用に利用可能な電源に著しい電力要求を課すことなく既存のシステムに遡及して取付けることのできる汎用磁気ベアリングシステムを提供することである。
【００１３】
その他の目的及び利点は、図面に関連した以下の詳細説明により明らかになるであろう。
【００１４】
【実施の形態】
特定の好ましい実施例に関連させてこの発明を説明するが、この発明をそれらの実施例に限定しようとする意図はない。むしろ、その意図は、添付の特許請求の範囲によって定義される発明の精神及び範囲に含まれる全ての代替物、修正物、及び同等物を含むという点である。
【００１５】
さて図面を参照すると、図１はこの発明を例示する磁気ベアリングシステム２０の一般的機械的構成を示す。間隔をあけた位置で軸２３を支持する一対のアクティブラジアル磁気ベアリングを一般的に２１、２２として示す。各ベアリング装置は複数の電磁石と複数の位置センサを含む。以下に詳細説明するように、位置センサから引き出された信号は制御システムにフィードバックされ、電磁石内の電流を制御し、それによって、電磁石間に形成されたギャップの中心にほぼ芯合わせされた所定位置に軸を浮揚させる。図１を詳しく参照すると、磁気ベアリングアセンブリ２１は４個のコイル３０−３３を含むものとして示されている。特定の軸芯に関して配向 (orientation)のために必要ではないが、システム内においては各要素の相対的位置決めを説明するため、直交するＸ軸とＹ軸を定義するのが便利である。その目的のため、磁気ベアリングアセンブリ２１の電磁石３０、３１をＹ軸磁石として、また電磁石３２、３３をＸ軸磁石として定義する。軸２３は電磁気材料製で、好ましくは層状であり(laminated) 、電磁石間のギャップの中心に置かれたときのクリアランスは例えば０．１３ｍｍ(0.005インチ) 程度である。
【００１６】
軸位置センサ３４、３５はそれぞれＹ軸及びＸ軸上の軸位置測定のため取付けられる。数多くの軸位置センサが利用可能であるが、ホワード・イー・テーラー(Howard E. Taylor)名義、発明の名称「位置センサ」で、この発明の譲受人と同じ譲受人に譲渡された同時出願係属中の明細書に開示され権利主張されている可変リラクタンス(reluctance)センサを用いることが望ましい。
【００１７】
右側の磁気ベアリングアセンブリ２２に目を向けると、これも左側の磁気ベアリングアセンブリ２１と同様な構造であることが分かる。一対のＹ軸コイル４０、４１が一対のＸ軸コイル４２、４３と共働し、センサ４４、４５がそれぞれＹ軸及びＸ軸における軸位置を検知する。
【００１８】
浮揚された際、軸は非常に自由に支持されるので、軸の軸方向の適当な位置を維持するための手段が設けられる。図１に示した実施例においては、アクティブアキシアル磁気ベアリングアセンブリ２４が提供される。ベアリングアセンブリ２４の物理的構成はラジアルベアリング２１、２２のそれとは若干異なるが、全体的機能はほぼ同じである。アキシアルベアリング２４は、軸２３から延びるフランジ５２に関連して機能するように成された一対の電磁石５０、５１を有する。フランジは軸と同様に電磁気材料製である。電磁石５０、５１に電流を供給し、電磁石５０、５１間のギャップの中心にフランジ５２を保持する。位置センサ５５がフランジ５２の位置を示す信号を発生し、この信号を電磁石５０、５１用のフィードバック回路に用いて、軸をセンタリングし、その位置に維持するのに適した電流レベルを与える。
【００１９】
その他の機械的要素は、電磁ベアリングシステム及びそれが駆動するメカニズムに関連するのが普通である。しかし、この発明の理解のためには、図１により紹介した要素の形状と構成で十分である。
【００２０】
これを念頭において図２を見ると、図１の磁気ベアリングシステム２０が示され、更に同システムと電子回路及び駆動回路との概略の関連が示されている。磁気ベアリング装置２１は図面の左側に示され、Ｙ駆動コイル３０、３１及びＸ駆動コイル３２、３３を含む。右側のラジアル磁気ベアリング２２及びアキシアルベアリング２４は図中に同様に示してある。
【００２１】
この発明の実施にあたっては、電磁石のコイルは駆動用にペアで配置され、駆動回路は、一般的に６０で示した電源から取出す正味電力を最小にするようなやり方でそペアを駆動するように成されている。便宜上、図２に示した電源はそれぞれのドライバにのみ接続されている。第１のドライバ６１はベアリング装置２１のＹ方向コイルペア３０、３１を駆動するように成されている。同様に、第２の同様なコイルドライバ６２がベアリングアセンブリ２１のＸペア３２、３３を駆動するように成されている。追加のドライバ６３、６４がベアリング装置２２のＹペア４０、４１及びＸペア４２、４３を駆動するように成されている。最後に、ドライバ６５がアキシアルスラストベアリングのペア５０、５１を駆動するように成されている。
【００２２】
全てのドライバは単一の、好ましくはマイクロプロセッサを用いたコントローラ７０によって駆動される。以下に更に詳しく説明するように、コントローラ７０は、コイルに結合された駆動パルスのオンオフ時間を制御することによって、制御された各電磁石コイルへの電流を変調するスイッチング型の(switching variety) 変調されたコントローラである。好ましい実施例においては、パルス幅変調が用いられる。従来のパルス幅変調制御においては、パルス周期は固定された長さであり、固定長パルス周期中のオンのインターバルの幅を調節して出力電流を変調していた。この実施例においてはパルス幅変調について説明するが、周波数変調、パルス位置変調など、他の形式のスイッチング変調も用いることができるものと理解される。説明するにつれて更に明らかになるように、いかなる形式の変調を用いようとも絶対に必要なことは、あるペアに関する両変調器の位相をずらし、ひとつのコイルがスイッチオフされる前にそのペアにおける他のコイルがスイッチオン済みまたはスイッチオンされつつあるように、そのペアにおける関連する両スイッチを駆動することである。その点に関して、使用される変調システムの代表的な運転周波数が 40 kHz 程度であることを考慮し、またインダクタのサイズが比較的大きいことを考慮すると、与えられたパルス内に任意のコイルにおける電流レベルが定常状態に到達する機会はほとんどないであろうし、したがって与えられたコイルへのコントロールスイッチがオンである限り、オンのインターバルの期間中、関連するコイルを介して電流が立ち上がることが期待される。
【００２３】
この発明の好ましいパルス幅変調の実施例においては、休止時間中、パルス幅は 50%よりわずかに大きいレベルに設定され、確定された量のエネルギが電磁石に転送されるようにするが、その量はかなり小さい。もしデューティーサイクル(duty cycles) が 50%より低く設定されると、オフサイクル中、電流は常にゼロに戻り、その結果平均値が小さいままであるので、電磁石へのエネルギ転送はほとんどない。50% を超えるデューティーサイクルについては、各オフサイクル中、電流はゼロには戻らず、各サイクル中に増加し、定常状態値に達する。デューティーサイクルが 50%を超えるとき、デューティーサイクルの与えられた %変化に対する電流変化はデューティーサイクルが 50%より下のそれに比べてはるかに大きい。したがって、好ましい実施例においては、休止デューティーサイクルを 50%の近傍またはわずかに上に維持し、非休止過渡状態または力の場合における電流の立ち上がりを早め、結果的に力の立ち上がりを早めることが望ましい。
【００２４】
コントローラ７０と各駆動回路６１−６５との間の回路接続に加えて、全ての位置センサ３４、３５、４４、４５、及び５５がコントローラに接続されていることが分かるであろう。このコントローラは、軸センサによって与えられる位置情報を用いて、各コイル用のパルス幅変調コントローラ用のデマンド信号を計算し、コイルに伝送される駆動パルスのパルス幅を制御する。磁気ベアリングの一つに関連したセンサは、当該ベアリングに関する駆動パルスのためにのみ用いられることが好ましい。例えば、センサ３４、３５は電磁石３０−３３のみの駆動パルスの制御に用いられる。特別な実施状態においては、Ｙ駆動コイル３０、３１のみを制御するためＹ軸センサのみを用い、Ｘ駆動コイル３２、３３を制御するためＸセンサ３５を用いることも可能である。或いはまた、プロセッサ７０に適切な計算能力を持たせて、センサ３４、３５からの位置信号を組み合わせ、また複合駆動信号をＸ軸及びＹ軸あるいは他の座標系上の電磁石に与えることによって、ベクトル化した情報を計算することもできる。
【００２５】
図３は、図２とはやや異なり、磁気ベアリングシステム内における物理的位置関係を示さずに、電子的構成の観点から見た制御回路である。図３は、電磁ベアリングシステムの出力要素を含むそれぞれの電磁コイル１０１を駆動する複数のパワースイッチ回路１００を示す。ディジタル信号プロセッサ１０２は、それぞれのパワースイッチ１００用の複数のスイッチ制御信号を発生させる。電源６０は、電力を電磁コイル１０１に結合するためパワースイッチ回路の全てに結合されている。図３の位置センサは一般的に１０３で示し、位置センサーインターフェイス１０４を介してデータ収集システム１０５に接続されている。このデータ収集システム１０５は更にディジタル信号プロセッサ１０２のアドレスバス１０６及びデータバス１０７に接続されている。従って、プロセッサ１０２はそのアドレス及びデータバスを調べ、必要ならば割り込み(interrupts)にも応答し、データ収集システム１０５を介して作動し、軸位置センサ１０３及びインターフェイス１０４により軸位置のサンプリング及び読み取りを行う。データ収集システム１０５は更に電源への接続１１０及び環境条件測定用に温度センサへの接続１１１を有する。これらの条件はデータ収集システム１０５を介してディジタル信号プロセッサにレポートされ、デジタル信号プロセッサはその情報を利用し、それに応じて電磁石への駆動パルスを調整するように設計されているアルゴリズムを処理する。
【００２６】
磁気ベアリング用の制御技法の多くは軸の実回転速度を利用している。例えば、軸の回転速度が分かると、制御システムが、軸の回転または負荷振動の関数であるシステマティック振動と外部から導入される非システマティック外乱とを区別することが可能になる。従って、軸の回転速度を測定するため、軸１１５をモニターする速度インターフェイスピックアップ１１４の形で速度インターフェイスを設ける。インターフェイス１１６が、軸速度を表すディジタルインプットをディジタル信号プロセッサ１０２に与える。
【００２７】
再び電磁石１０１に目を向けると、電磁石のペアを囲む破線は図３の表示を図２のそれに関係づけている。例えば、コイルの最上部ペアはドライバ６１、二番目のペアはドライバ６２、等々として示されている。スイッチ回路１００のペアを囲む破線の長方形は左側が開いており、以下に説明する程度まで、ペアのためのパルス幅変調出力を発生させるディジタル信号プロセッサ１０２の要素が駆動回路の要素であることを示している。
【００２８】
図４に目を向けると、この発明に従って構成された駆動回路１００のひとつの構成が示されている。磁気ベアリングの多くの用途において効率が重要である。過去においては、出力電流が連続的に容易に制御可能であるとの理由で、電磁石駆動用に線形増幅器が用いられてきたが、線形増幅器は効率が悪いので、この発明においては好ましくない。線形増幅器は線形領域で作動し、連続的に電力を供給せねばならず、そのため、効率が低く、電力が無駄になり、熱発生器となり得る。
【００２９】
この発明によって提供されるスイッチング回路は、磁気ベアリングシステムの電磁石に大量の電力を転送することができるにもかかわらず、電磁石によって消費されない電力を回収することができるので、効率が高い。電力は以下更に詳細説明するように回収され、システム内の他の電磁石によって利用できる。その上、このシステムは、（軸負荷が広範囲に変動する）ほどほどに過酷な環境においても、かなり大きな負荷を支持することができる一方、比較的低い電圧レベルの電源で作動可能である。もちろん、この発明による磁気ベアリングシステムを従来行われてきたように８０ボルト、１００ボルト、あるいは１５０ボルトの電源で作動させることも可能ではあるが、この磁気ベアリングシステムはまた、供給電力が５０ボルトよりはるかに低い場合であっても効率よくかつ非常に良好なシステム特性をもって作動する機会を提供する。例えば、この発明の好ましい実施例は、わずか２８ボルトＤＣにおいても作動可能である。この明細書中で普通の電圧レベルの電源で作動すると言及するときは、約５０ボルトＤＣ未満で作動する電源を意味する。
【００３０】
図４は、図３のシステムのスイッチング回路１００のひとつのみを示す。作動電磁要素である支持コイルを１０１で示す。磁気コイルに供給するＤＣ電源６０を図の左側に示す。このＤＣ電源はプラス側バス１２０、リターンバス１２１、及び両バス１２０、１２１間に接続された大容量コンデンサ１２２を有する。発明のこの面を実行するにあたっては、スイッチによる以外は電源から隔離されており、これらスイッチは、電源への接続タイミング及び、電源へ出入りする電流の方向を制御する。この目的のため、一対のコントロール可能スイッチ１３０、１３１が設けられ、第１のスイッチ１３０はプラス側バス１２０とコイル１０１のプラス端１３２の間に接続されている。第２のスイッチ１３１がマイナス端子（この例においては電源１２１の接地リターン）とコイル１０１のマイナス端子１３３との間に接続されている。これらのスイッチは同時に開閉する。スイッチ１３０、１３１を閉じると、電源６０がコイルに印加され、電流を端子１３２から端子１３３へ流す。その結果、電磁石はコイルを流れる電流に比例した大きさの磁力を発生し、その磁力がベアリング内に浮揚させられた軸の支持力となる。ディジタル制御モジュール（図３）が、スイッチ１３０、１３１をオフにすべきであると判断すると、両スイッチは同時に開く。コイルのインダクタンスにより、コイルの下側端子１３３はプラスに帯電し始める。しかし、電源６０を逆バイアス的に電磁石１０１に接続するような極性の循環ダイオード１３４、１３５により、電流がコイルに流れ続ける。従って、ダイオード１３４はプラス側バス１２０からコイル１０１のマイナス端子１３３に接続される。同様に、ダイオード１３５はマイナス側バス１２１からコイル１０１のプラス端子１３２に接続される。従って、端子１３３はプラスになり、電流は引き続き電源コンデンサ１２２、ダイオード１３５からコイルの端子１３２に流れる。その結果、端子１３３をプラスにさせたコイル中のエネルギは電源６０に、特に図４の出力コンデンサ１２２に戻される。
【００３１】
電磁コイル１０１を横切って単にひとつのシャントダイオードのみを有する従来のスイッチング回路と図４のスイッチング回路との相違は注目に値する。典型的なシャントコイルはダイオード１３５のような極性にされているが、端子１３３から端子１３２に接続されている。従って、スイッチ１３０のオフに伴ってコイル１０１中に発生するプラス電圧は単にコイル１０１とダイオード１３５との間を流れ、最終的にはこれらの要素中に放散される。コイル中の利用可能な過剰エネルギは、このようにして無駄使いされるのみならず、放散によって熱も発生する。システム中に１０個程度のコイル１０１があること、また、それらが約４０ｋＨｚの高速でスイッチオンされることを考慮すると、エネルギの浪費と熱の蓄積は明らかである。しかし図４に示したように構成された回路によれば、コイル１００中の利用可能なエネルギは電源に戻され、出力コンデンサ１２２に吸収されるか、オンになっている他のコイルに利用される。
【００３２】
この発明においては、複数のスイッチ１００（図３）は、ディジタル信号プロセッサ１０２によって、いくつかのコイルがオフにされつつあるときに、他のコイルがオンにされているかオンにされつつあるようなタイミングとなるように、制御される。その結果、オフにされつつあるコイル中の利用可能なエネルギは、電源に完全に戻されるのではなく、オンにされつつあるかまたは既にオンにされているコイルに供給される。
【００３３】
パルス幅変調を用いたこの発明の実施にあたっては、磁気ベアリング用の電磁石のコイル中の電流は、制御回路によって変調され、制御回路は好ましくは各コイルに供給される電圧パルスのデューティーサイクルを制御することによってその変調を実行する。従って、コイルはすべて同一のほぼ固定されたレートでスイッチされ、コイルがオンになっている各スイッチング間隔の時間の長さは、コイルへの平均電流を決定する。図２に示すペアのようにコイルを相補的ペアに構成し、かつコイル同士がトラック(track) するようにコイルのデューティーサイクルをペアで調節し、更に、１セットの相補ドライバがオンされつつあるとき他のドライバがオフされつつあるように、デューティーサイクル制御及びドライバを構成することにより、電源からの正味流出電力(net power drain) を最小にする。上記事項を実現するように成された回路の概要ブロック線図を図５に示す。
【００３４】
ドライバの相補ペアのためのパルス幅変調器にそれぞれ時間基準を与えるにあたっては、固定時間基準を用い、適当な関連性を有するその時間基準から一対のタイミング波を発生させることが望ましい。固定された時間基準を用いることにより、時間基準が変化する程度まで、両パルス幅変調波形は、それに応じた影響を受ける。その目的のため、所定の周波数で鋸歯状波を生成するランプ波発生器２００が設けられている。我々は４０ｋＨｚで３ボルトから９ボルトまでの間で変化する鋸歯状波を発生させたい。当該技術に精通した者は、適当な出力を実現するために必要なオペレーション増幅器やバイアス回路を構成することができる故、このランプ波発生器は単なるブロック線図として示してある。
【００３５】
ランプ波発生器２００の出力は、相補ペアのそれぞれのドライバのデューティーサイクルのための時間基準となる、互いに相殺し合う相補ランプ信号を発生させるように成された一対の個々のランプ波発生器に送られる。従って、バス２０１に接続されているランプ波発生器２００からの出力信号は、第１の増幅器２０２に与えられ、これが線２０４上にひとつの出力を発生させ、これをランプＡとし、これはバイアスネットワーク２０３によって設定されるひとつのレベルを有する。同様な増幅器２０５がそれに接続された同じ入力ランプ２０１を有するが、それに関連して異なって調節されたバイアスネットワーク２０６を有し、ランプＢとして示したランプ信号を出力線２０７上に発生させる。以下に詳細説明するように、バイアスネットワーク２０３内の可変抵抗が４０ｋＨｚの鋸歯形状を調節し、鋸歯形状の中心点が入力２０１の休止６ボルトレベルから約０．５と−０．５の間でシフトされるようにする。従って、もしランプＡ信号が約５．５ボルトレベルでバイアスされると、鋸歯形状は約２．５から８．５ボルトまで変化する。バイアスネットワーク２０６内の可変抵抗は線２０７上の出力を、同じく４０ｋＨｚの鋸歯形状がその出力上現れるが、６．５ボルトを中心として３．５ボルトと９．５ボルトの間で変化するように、調節する。従って、図示の実施例においては、線２０４、２０７上の平均バイアスレベルが約０．５ボルトだけ異なるようにバイアスネットワークを調節する。図７を一瞥すると、端子２０４及び２０７における鋸歯状出力は図の上方にプロットしてある。両者は相互に約０．５ボルトオフセットされているが、対称的に相互にトラック（追随）していることが見られる。このオフセットを利用して、残りの回路中において、ひとつのドライバがオンにされているかまたはオンにされつつあり、その後相補ペアの他のドライバがオフにされることを確実にすることができる。
【００３６】
再び図５に戻ると、一対の比較器２１０、２１１に相補ランプ信号が供給されていることが見られる。比較器２１０の出力はドライバＡ（相補ペアの一方のドライバ）への出力信号として作用し、比較器２１１はドライバＢ（相補ペアの他方のドライバ）への出力信号として作用する。例えば、ドライバＡ及びＢは、図１の磁気ベアリングのＹ磁石対とすることもできる。
【００３７】
ランプＡの鋸歯波２０４が比較器２１０の反転端子(inverting terminal)に与えられ、端子２０７上のランプＢ鋸歯波が比較器２１１の非反転端子に与えられるということが重要である。このことの効果は、鋸歯波のひとつを他の鋸歯波に対して効果的に反転し、或いは実際に比較器の作動を鋸歯波に対して反転させることである。各比較器２１０、２１１の他の入力は線２１５上で比較器に供給されるエラー信号に結合される。エラー信号が比較器２１０の非反転入力と、比較器２１１の反転入力に接続されていることが分かる。エラー信号は、一般的に２２０で示した比較器回路で作られるが、この回路は当該コイル中の実電流を当該コイルペアに要求されているコマンド電流と比較する。比較器２２０は第１の増幅器２２１を有し、この増幅器２２１は、それに結合され、それぞれのコイル内の電流を表すフィードバック信号である入力を有する。後に指摘するが、ドライバ回路は小電流シャントを有し、それを横切ってドライバ内の実電流に関するフィードバック信号が発生する。図示したように、ドライバＢに関する電流フィードバック信号は増幅器２２１の反転入力に結合され、ドライバＡからのフィードバック信号は増幅器２２１の非反転入力に結合されている。適当な位相／周波数特性を有する増幅器２２１の出力は、コイルペア内の総電流の尺度である。その信号は、更なる比較器２２２への入力として結合され、その比較器２２２は、線２２３上でそれに結合されたコマンド信号を有する。このコマンド信号は、軸位置フィードバックセンサからの信号に応答してディジタル信号プロセッサ１０２（図３）によって内部的に生成される。公知の方法においては、ディジタル信号プロセッサは位置センサから軸を所定の位置に維持するために磁気ベアリングシステムの全てのコイルに印加すべき電流を決定する。そのディジタル信号プロセッサは、各コイルペアに必要な電流レベルに比例したデマンド信号を出力し、その出力は線２２３のようなラインに結合される。対象とする特定のコイルペアに関して、この信号は増幅器２２１によって決定されるように、増幅器２２２によって、コイル内で測定される実電流と比較される。当該技術に精通した者によって対象システム用に決定される適当な進み遅れ(lead-lag)特性を有する増幅器の出力は、線２１５上に出力され、エラー信号として比較器２１０、２１１に結合される。エラー信号のレベルが高くなるに従って、ドライバＡのデューティーサイクルが増加し、ドライバＢのデューティーサイクルが減少することが分かるであろう。以下に詳細説明するように、パルス幅変調制御の出力線２２５、２２６に接続されているドライバは、関連する線の信号レベルが高いときはいつでもオンにされる。従って、線２１５上のエラー信号が増加すると、増幅器２１０の反転入力に接続された当該増加信号は、デューティーサイクル制御の全パルス期間のより長い部分にわたって、線２２５上の出力を高くする。線２１５上の同じ入力が増幅器２１１の反転入力に接続されているので、信号のレベルが増加すると、線２２６上の増幅器の出力は各パルス期間のより短い部分にわたって高くなる。その結果、ドライバＡのデューティーサイクルが増加し、ドライバＢのそれが減少し、両者は実質的に共に追随する。
【００３８】
なお、一対のトランジスタ２２７、２２８が出力線２２５、２２６に接続されているのが注目される。（回路内のどこかで発生するシャットダウン信号によって駆動される）トランジスタ２２７、２２８の機能は、単にドライバ信号がデューティーサイクルの各期間の所定最小期間、例えば２％、にわたって信号が確実に小さくなるようにすることである（即ち、ドライバはオフになる）。タイミング回路は、各ランプ信号の終わりのところで、約２％の期間を選択し、全パルス期間の２％または３％にわたって関連するドライバが確実に低レベルになるように、適当な時点において極く短いインターバルにわたってトランジスタ２２７または２２８を駆動してオンにする。要するに、もしデューティーサイクル制御がドライバを連続的にオンにしておこうとするならば、この安全特徴により、導通インターバルが約９８％を超えないことを確実にし、従ってハイサイド（高い側）のドライバが必要に応じて確実にオンになる。
【００３９】
以上一般的に示したように、休止低負荷条件において、相補ペアにおける各ドライバのデューティーサイクルが５０％よりわずかに大きい、例えば５１％または５２％となるように、デューティーサイクル制御を運転することが好ましい。デューティーサイクル制御に関する４０ｋＨｚの作動率を孝慮すると、これは約２５マイクロセカンドのパルス繰り返し率または２５マイクロセカンドのパルス周期（すなわちパルスの発生する合計期間）に相当する。従って、その率における５０％のデューティーサイクルは２５マイクロセカンドの繰り返し率において１２．５マイクロセカンドをちょうど上回るパルスを必要とする。
【００４０】
もし４０ｋＨｚの繰り返し率においてデューティーサイクルをちょうど５０％に設定すれば、当該コイルの実際的インダクタンスを考慮すると、コイルへ転送される正味エネルギは非常に少ないであろう。ドライバがスイッチオンすると、ドライバは与えられた量のエネルギをコイルに転送し、循環ダイオードが導通状態である約１２．５マイクロセカンドのオフタイム中に、殆ど全エネルギが電源に戻されるであろう。従って、インダクタ内には電流はほとんど蓄積せず、電源からインダクタへのエネルギ転送は実質的にゼロである。
【００４１】
４０ｋＨｚの繰り返し率においてデューティーサイクルが約５１％または５２％であると、５１％のオン時間中にコイルに転送されたエネルギの全てが４９％のオフタイム中に電源に戻されることはないであろうし、電流がコイル中に蓄積するであろう。これは電源からシステムへの正味エネルギ転送を表し、休止状態における好ましい運転モードである。
【００４２】
高い振動の周期中のようにベアリングにかかる負荷が大きいときは、軸センサは軸の動きを検知し、軸を所望の位置に戻すため、ドライバが追加のエネルギを必要とすることをコントロールモジュールが判定し、コマンド信号（図５の２２３）は増加（または軸の動きの方向次第で低減）させられ、相補ペアの２個のコイルの一方からの電流を高めるようコマンドを発し、それに応じてデューティーサイクルを調節する。運動の方向が、コイルＡがより強く駆動される方向であると仮定する。そのデューティーサイクルが５１％から７０％を経て８０％または９０％と進むにつれて、フェーズＢに関するドライバの対応するデューティーサイクルは同一歩調で減少する。従って、ドライバＡのデューティーサイクルが約６０％であるとき、ドライバＢのデューティーサイクルは約４０％である。一方が７０％であれば他方は３０％である、等々である。これは、それぞれの比較器に同一ではあるがオフセットされたパルス幅制御鋸歯状波を用い、両比較器に同じエラー信号を用いて、一方の比較器を他方に対して逆なものとして作動させることによって達成される。
【００４３】
その発生状況は図７−９を参照すると更によく理解されるであろう。これらの図面は、相補ペアの追随する鋸歯状、変調器信号２０４、２０７、及び修正用の３つの異なる場合を代表する３つの異なるエラー電圧と、結果としてのＡ及びＢドライバの駆動信号を示す。配向のため、ＡフェーズをＹ軸ペアの下側コイルと見なし、Ｂフェーズを上側コイルと見なし、Ａフェーズへのドライブを増加させるとともにＢフェーズへのドライブを減少させると軸が下方に動くものと見なす。そのような修正はもちろん、意図された位置の上方にある軸の位置を検知する軸位置センサからの結果である。
【００４４】
図７−９に示した駆動信号は、駆動トランジスタに関する基準駆動信号であって、インダクタ自体を介した電流パルス波形を正確に表すものではない。好ましい実施例においては変調器は４０ｋＨｚ程度の周波数で作動すことを念頭に置き、電磁石のインダクタンスが１ないし２ｍＨ程度であることを念頭に置くと、電流の立上がり時間及び立下がり時間、及び電圧波形は駆動パルスの関連する方形波よりはるかに不活発である(slugaish)。しかし、駆動パルスは識別可能な立上がり時間及び立下がり時間を有するものとして、電源回路を流れている対象となる実電流がかなり遅い立上がり時間及び立下がり時間を有することの現れとして、示してある。従って、駆動回路内の電流に関する限り、ひとつのドライバのターニングオンと他のドライバのターニングオフとの間に数マイクロセカンドのインターバルがある程度までは、インダクタの時定数が数百マイクロセカンド程度である故、そのインターバルは重要でない。従って、スイッチングトランジスタへのベースドライブがある時点で急速にスイッチオンされても、ターンオンの結果発生する電流は緩やかに立ち上がるであろう。そしてもし、もうひとつのドライバがターンオンの数マイクロセカンド以内にターンオフされても、循環ダイオード中を流れ続けようとする電流がターンオンされつつあるコイル内の電流の蓄積をアシストするように容易に振り向けられる故、両者はあたかも同時にスイッチオンされるかのようである。
【００４５】
次に図７に目を向けると、相補セットになった一対の磁気ベアリングが休止状態にあり、実施例におけるエラー電圧がほぼ中点、すなわち６ボルトである状態が示してある。Ａドライブに関する基準ランプ２０４がＢドライブに関する鋸歯状波２０７より約０．２５ボルト低い中心を有するようにバイアスされていることが分かる。
【００４６】
従って、エラー電圧を６ボルトとすると、時間の経過とともにＡドライブの基準ランプ２０４はまずエラー信号線を横切り、ほぼ横切った点において出力２２５をスイッチオンさせる。１以上数マイクロセカンド後にＢドライブの基準ランプがエラー電圧レベルを横切るが、この場合、比較器の作動は逆になり、その点においてＢドライブはスイッチオフされる。ターンオフされつつあるコイルからのエネルギはターンオンされたばかりのＡドライブコイルへ電流を供給するのに利用可能である（波形２２５と２２６とを比較のこと）。そのサイクルの後半において、エラー電圧を横切ることになる次の基準ランプは、オフセットの性質上、Ｂドライブ基準ランプ２０７となり、プラス方向に基準線を横切り、比較器２１１に反転入力及び非反転入力が接続されている方法により、Ｂドライブをターンオンさせる。これを図７に２２６として示す。１もしくは２マイクロセカンド以内に基準ランプ２０４もエラー電圧レベルを横切り、横切る方向はプラス方向であるが、比較器が逆に接続してある故、ドライブＡをターンオフさせる。従って、ターンオフされつつあるＡドライブ内のインダクタからのエネルギは、わずか数マイクロセカンド前にターンオンされはじめたばかりのＢコイルへの供給用に利用可能である。回路はこの機能で稼働を続行し、相補ペア内の後続のコイルがターンオフされる前に確実にひとつのコイルがターンオンされたばかりであるか、またはオンになっていて、常に充電中のインダクタがあって、コントロールスイッチがターンオフされたインダクタからのエネルギを受けられるようになっている。図７はＡドライブとＢドライブのデューティサイクルをちょうど５０％を越えたところにほぼ一致させた場合を示す。以上に述べたように、これは休止状態である。
【００４７】
図８に目を向けると、エラー電圧が７ボルトと高いレベルにあり、これは垂直方向の相補コイルペア用であって、意図したよりも高い位置に軸がある状態を表す。従って、そのような状況においては下側の（Ａコイル）をＢコイルより強く駆動することが望まれ、基準電圧を同じペアの両基準ランプに対して一致させるとそのような結果になることが分かるであろう。前の例と同様に、基準ランプ２０４がまずエラー信号線を横切り、Ａドライバ２２５をスイッチオンする。しかし、そのスイッチオンは図７の状態におけるよりもサイクル中の早い時期に起こる。前例と同様に数マイクロセカンド以内に、基準ランプ２０７がエラー信号レベルを横切り、Ｂドライブをスイッチオフする。それによって、ＢドライブコイルからのエネルギはターニングオンされつつあるＡコイルに転送される。サイクル中の更に後の方において、基準ランプ２０７が再び、今度はプラスの方向に、エラー信号レベルを横切り、図示のようにＢドライブ２２６をスイッチオンする。数マイクロセカンド以内にＡドライブランプ２０４が７ボルトのエラー信号線を横切り、Ａドライブ２２５をターンオフする。波形２２５と２２６を比較すると、Ａコイルのデューティサイクルがかなり増加している一方、Ｂコイルのデューティサイクルがかなり減少し、合計が１００％になり、他方のターンオフの前に一方が確実にターンオンされるようなサイクルが既に開始されている。
【００４８】
図９を一瞥すると、逆の状態例が示され、この状態において、軸位置センサは、例えば５ボルトレベルの、休止レベルより低いエラー信号を決定している。基準ランプ２０４、２０７の５ボルト電圧エラー信号の横断を他の例について行ったと同様に分析すると、図９に示す駆動信号２２５、２２６が得られる。上側のコイル（コイルＢ）用の駆動信号が下側のコイル（コイルＡ）用の駆動信号よりもはるかに長く、合計が同じく１００％であることが分かる。
【００４９】
図６は、この発明の実施にあたって有用な駆動回路を図４よりも完全な形で示す。この駆動回路は、図５の出力において発生し、図７−９に示したＡドライブまたはＢドライブの信号２２５、２２６に応答する。
【００５０】
図６を参照すると、図中の回路の２つが単一相補ペアの両パルス幅変調信号を供給するよう要求されるであろうことが理解される。入力端子２３０が設けられていることが分かる。第１の駆動回路においては、端子２３０は出力線２２５からのＡ駆動信号に接続されるであろう。他の同一駆動回路では、端子２３０がＢ駆動出力ライン２２６に接続される。特定の回路要素を参照すると、まず第一にハイ側のドライバ２３５が約１２ボルトの適切なゲート信号を確実に有するよう、パワーオン充電回路２３１が設けられている。駆動信号２３０は、インバータ２３２を介して  ＭＯＳ−ＦＥＴ  ２３３のゲートに送られる。パルス幅変調器ドライバ２２５からの信号が高いと、インバータ２３２は  ＭＯＳ−ＦＥＴ  ２３３のゲートに低位信号を発生させ、ＭＯＳ−ＦＥＴの導通を阻止する。その結果、バイポ−ラトランジスタ２３４がターンオンし、その結果、ＭＯＳ−ＦＥＴ２３５の出力がターンオンされる。ＭＯＳ−ＦＥＴ  ２３５は、電源６０のプラス端子１２０を、ＭＯＳ−ＦＥＴ  ２３５を介して、電磁コイル１０１のプラス端子１３２に接続する。
【００５１】
インバータ２３２の出力における低位信号はまた、インバータ２３６によって反転されて(inverted)ＭＯＳ−ＦＥＴ２３７のゲートにおいてハイ信号を発生させ、ＭＯＳ−ＦＥＴ２３７をターンオンする。従ってＭＯＳ−ＦＥＴ  ２３５  とＭＯＳ−ＦＥＴ２３７は同時にターンオンする。ＭＯＳ−ＦＥＴ２３７のターンオンによって、コイル１０１のマイナス端子１３３から電源６０のマイナス端子１２１までの電流の経路が完成される。この電流は、電流センサとして意図されているシャント抵抗２４０を流れる。適当にバイアスを掛けられた増幅器２４１が検知抵抗２４０を横切って接続され、その出力２４２において、コイル１０１内の電流の量を表す信号を発生する。適当なフィルタリング及び相調節回路を、出力信号２４２を発生させるため普通に用いられる増幅器に接続されるが、それらを特定の要件にかなうように調節することは当該技術に精通する者には可能である故、この回路の詳細説明は不要である。図示の実施例においては、出力２４２における信号は、コイル１０１を流れる電流１アンペア当たり約２５０ミリボルトに較正されたレベルを有する。この出力２４２は、増幅器２２１の入力  ＦＢ  ＩB   に結合され、この増幅器２２１は、ここで思い出すと、相補ペアになった両コイル中のトータル電流を測定した比較器であった。
【００５２】
詳細には説明しないが、トランジスタ２３５、２３７に関連して、循環ダイオード１３４、１３５が図４に関連して説明したような極性になっている。従って、入力線２３０の信号が低位に戻り次第、ＭＯＳ−ＦＥＴ  ２３５及び２３７はターンオフする。循環ダイオード１３４、１３５を介してコイルを流れる循環電流により電源６０がコイル１０１を横切って逆バイアスで印可され、コイル中の電流の電源への戻りを可能にする。図５の出力２２６から駆動される追加の駆動回路（図６のものと同一）がその関連するコイルを、トランジスタ２３５、２３７のターンオフの前にターンオンしたので、循環ダイオード１３４、１３５を流れる電流が同様なコイル１０１に引き出されて、電流とともに関連する駆動回路の  ＭＯＳ−ＦＥＴ  ２３５、２３７によって供給される。
【００５３】
以上提供されたものは、磁気ベアリングシステム用の高効率ドライバであって、上記目的を達成することが、ここに理解されるであろう。磁気ベアリングシステムの各コイルにひとつのスイッチング回路が関連づけられ、急速ターンオン及び急速ターンオフに適応し、ターンオフ段階においては循環ダイオードによってエネルギを電源に戻すように適応している。磁気ベアリングシステムのコイルはペアに配置され、ペアの変調は、一方のコイルが将にターンオフされようとすとき、関連するコイルがターンオン済みまたはターンオンされつつあるように編成し、その結果、ターンオフされつつあるコイルの循環ダイオードを介して戻されつつある電流を、ターンオンされつつあるコイルへの給電に利用可能とし、電源からの正味放出電流を低減する。更に、電源が逆バイアスで、ターンオフされつつあるコイルに印可されるという事実は、コイルに印可される di/dtを高め、従って通常達成されるよりも広いバンド幅を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転軸に関連した一対のラジアルベアリング及び単一のアキシアルベアリングを含む磁気ベアリングシステムの略図である。
【図２】図１のシステムの電気及び電子部品同士の関係を示す線図である。
【図３】この発明に基づく磁気ベアリングシステムの電気及び電子部品同士の関係を示すブロック線図である。
【図４】制御装置であるスイッチング回路と、電磁コイルとに対する関係の慨略線図であって、コイルに対するエネルギの往復経路を示す。
【図５】この発明に関連して用いることのできるパルス幅変調による制御回路の概略線図である。
【図６】この発明の好ましい実施例の実行において用いられる駆動回路の電子部品を示す概略線図である。
【図７】図５及び６の回路内に発生するある波形を示す線図である。
【図８】図５及び６の回路内に発生するある波形を示す線図である。
【図９】図５及び６の回路内に発生するある波形を示す線図である。
【符号の説明】
２０…磁気ベアリングシステム、２１、２２…アクテイブ磁気ベアリングアセンブリ、２３…軸、２４…アクティブアキシアル磁気ベアリングアセンブリ、３０、３１…Ｙ軸磁石、３２、３３…Ｘ軸磁石、３４、３５…軸位置センサ、４０、４１…Ｙ軸コイル、４２、４３…Ｘ軸コイル、４４、４５…位置センサ、５０、５１…電磁石、５２…フランジ、５５…位置センサ、６０…電源、６１、６２、６３、６４、６５…ドライバ（駆動回路）、７０…コントローラ（プロセッサ）、１００…パワ−スイッチ回路、１０１…電磁コイル（支持コイル）、１０２…ディジタル信号プロセッサ、１０３…位置センサ、１０４…位置センサーインターフェイス、１０５…デ−タ収集システム、１０６…アドレスバス、１０７…デ−タバス、１１０，１１１…接続、１１４…速度インタ−フェイスピックアップ、１１５…軸、１１６…インタ−フェイス、１２０…プラス側バス、１２１…リタ−ンバス（マイナス側バス）、１２２…電源コンデンサ、１３０，１３１…スイッチ、１３２，１３３…端子、１３４、１３５…循環ダイオ−ド、２００…ランプ波発生器、２０１…バス（入力ランプ）、２０２…第１の増幅器、２０３…バイアスネットワ−ク、２０４…線（基準ランプ）、２０５…増幅器、２０６…バイアスネットワ−ク、２０７…出力線、２１０，２１１…比較器、２１５…線（コマンド信号）、２２０…比較器回路、２２１…第１の増幅器、２２２…比較器、２２３…線、２２５，２２６…出力線、２２７，２２８…トランジスタ、２３０…入力端子、２３２…インバ−タ、２３３…ＭＯＳ  ＦＥＴ、２３４…バイポ−ラトランジスタ、２３５…ドライバ（ＭＯＳ  ＦＥＴ）、２３６…インバ−タ、２３７…ＭＯＳ  ＦＥＴ、２４０…抵抗、２４１…増幅器、２４２…出力信号。
【図１】
0003791948.tif 000002
【図２】
0003791948.tif 000003
【図３】
0003791948.tif 000004
【図４】
0003791948.tif 000005
【図５】
0003791948.tif 000006
【図６】
0003791948.tif 000007
【図７】
0003791948.tif 000008
【図８】
0003791948.tif 000009
【図９】
0003791948.tif 000010