JPH04102716A - 磁気軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ロータ軸を支持する磁気軸受装置に関し、
特にロータ軸の振動モードにおける磁気軸受の発振を防
止する技術に関する。

（従来の技術） 従来、この種の磁気軸受装置は例えば第７図に示す如く
、ロータ軸１の外周にラジアル方向用変位センサ２とラ
ジアル方向用電磁石３とが互いに間隔をおいて設けられ
ており、このような磁気軸受装置によれば変位センサ２
でロータ軸１の変位量を変位信号として検出し、その変
位信号に基づいて電磁石３を励磁することによりロータ
軸１を所定の位置で支持するように構成されている。

また、上記変位センサ２は第８図に示す如く、コア本体
４の＋ｘ、　−ｘ、　＋ｙ、および−Ｙ方向にコア４ａ
、４ｂ、４ｃ、４ｄを設け、それらのコアにそれぞれコ
イル５を巻装したもので、一方上記電磁石３にあっては
第９図に示す如く、コア本体６に＋Ｘ、−Ｘ方向用の一
対のコア６ａ、６ｂおよび＋Ｙ、−Ｙ方向用の一対のコ
ア６ｃ、６ｄを設け、それらのコアにそれぞれコイル７
が巻装されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のように磁気軸受装置で支持されるロー
タ軸１にあっては、例えば第７図Ａ１Ａ１線で示す如く
、ロータ軸１の固有振動数で曲げ振動が生ずることは避
けられない。

しかしながら、従来の磁気軸受装置にあっては上記の如
く、変位センサ２と電磁石３とが互いに間隔をおいてロ
ータ軸１の外周に単に設けられているのみであるため、
これにより変位センサ２は変位検出点が平面α上に、−
刃型磁石３は力の作用点ｆが上記甲面αとは異なる平面
β十にそれぞれ設定されている。

そのため、上記磁気軸受装置において第７図に示す如く
、上述のような曲げ振動における振動モトの節０１が、
七記両平面α、βの間に生ずるような構造上の制約を受
ける場合、変位検出点と力の作用点がその節０１をはざ
むので、変位センサ２の変位信号と電磁石３へ出力され
る励磁電流との位相が１−８０度ずれ、これによりロー
タ軸１を正常に制御することが不可能となり、磁気軸受
が発振するという問題点があった。

（課題を解決するだめの手段） この発明は一ト述の事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、ロータ軸の曲げ振動による磁気軸
受の発振を防止することにあり、上記目的を達成−４る
ためにこの発明は、ロータ軸の変位を変位信号として検
出する変位センサと、この変位センサの変位信！彊、二
基づいて出力される励磁電流で一１ユ記ロータ軸を所定
の位置へ支持する電磁石とを備える磁気軸受装置であっ
て、 上記変位センサの変位検出点と上記電磁石における力の
作用点とを等価的に同一甲面−Ｌにそれぞれ設定したこ
とを特徴とする。

（作用） この発明によれば、変位センサの変位検出点と電磁石に
おける力の作用点とが等価的に同−甲面上にそれぞれ設
定されるように作用する。

（実施例） 以下、この発明に係る磁気軸受装置の実施例について、
第１図ないし第６図を用いて詳細に説明する。

第１図に示すものは、磁気軸受装置の第１の実施例を示
すもので、ロータ軸外周にラジアル方向用の電磁石が配
設されていることは従来と同様なため、同一部材には同
一符号を付１．てその詳細説明は省略する。

この磁気軸受装置は、第１図に示す如く、電磁石３の１
−下方向にそれぞれ変位センサ８，９を備えており、そ
れらの変位センサ８，９によれば電磁石３における力の
作用点ｆ、　　ｆを有する平面β上の０２点に関Ｉ〜、
互いに点対称となる平面ａおよび平面すに配設するよう
構成されている。

また、上記変位センサ８は第２図（ａ）に示す如く、半
ドーナツ状コア本体］、０の＋Ｘａ方向および＋Ｙａ方
向にそれぞれコア１０ａ、１０ｂを設け、それらのコア
１０ａ、１０ｂにそれぞれ」−Ｘａ方向用コイル１］−
ａおよび＋Ｙａ方向用コイルｌｌｂを巻装置７たもので
、一方上記変位センサ９は第２図（１））に示す如く、
半ドーナツ状コア本体１２の−ｘｂ方向および−Ｙｂ方
向にそれぞれコア１２ａ、１２ｂを設げ、それらのコア
１２ａ、１２ｂにはそれぞれ−ｘｂ方向用コイル１３ａ
および−ｙｂ方向用コイル１３ｂが巻装されている。

次に、上記の如く構成された変位センサ８，９の電気回
路部分について、第３図を用いて説明する。

これらの変位センサ８，９は第３図に示す如く、＋　Ｘ
　ａ方向用コイルｌｌａと−ｘｂ方向用コイル１３ａと
が直列接続されており、この各コイル１１ａ、１３ａに
よれば発振器１４．１４から出力される高周波の電圧が
印加されるとともに、ロタ輔１が変位すると、その変位
に応じて各コイル１１ａ、１３ａのインダクタンスが変
化して、−を記高周波の振幅を変調するもので、この変
調された高周波は変位信号としてコイルｌｌａ、１３ａ
の直列接続点よりセンサ回路１５へ出力されるように構
成されている。

また、センサ回路１５は上記変位信号を直流電圧に変換
して電圧信号を出力するもので、この電圧信号によれば
図示（７ない位相補償回路、及びパワーアンプを介［７
て電磁石を励磁して、これによりロータ軸１を所定の位
置で支持するように構成されている。

一方、十Ｙａ方向用コイル］、〕ｂおよび−Ｙｂ方向用
コイル１３ｂにあっては、互いに直列接続され上記と同
様にセンサ回路へ変位信号を出力するように構成されて
いる。

したがって、このような構成によれば、第１図Ａ２−Ａ
２線で示すようにロータ軸１が変位して、その変位ΔＸ
ａ、　Δｘｂを各変位センサ８，９が検出すると、上記
の如くセンサ回路１５に出力される変位信号は、式（１
）に示す如く各変位ΔＸａ、Δｘｂの平均値ΔＸａｂと
なり、この平均値ΔＸａｂは平面β−ヒでロータ軸１が
変位したものと同一であるから、各変位センサの変位検
出点は、等価的に平面βに存在することになる。一方、
電磁石３における力の作用点ｆ、　　ｆは、平面β上に
設定されているので、上記変位検出点と、上記力の作用
点ｆ、　　ｆは同一平面β上に設定されている。

（ΔＸａ＋ΔＸｂ）／２＝ΔＸａｂ・（１）第４図に示
すものは、磁気軸受装置の第２の実施例を示すもので、
この磁気軸受装置は第１の実施例における変位センサ８
，９に代えて、第８図に示すものと同形状の変位センサ
１６，１７を備えており、その変位センサ１６，１７に
よれば電磁石３における力の作用点ｆ、　　ｆを有する
平面βに関し、互いに面対称となる平面ａおよび平面す
上にそれぞれ配設するよう構成されている。

また、上記変位センサ１６は＋Ｘａ方向用コイル１８ａ
および−Ｘａ方向用コイル１８ｂを、力変位センサ１７
は＋ｘｂ方向用コイル１９ａおよび−ｘｂ方向用コイル
１９ｂを備えるもので、これらの各コイルは第５図に示
す如く、コイル１８ａ、コイル１９ａ、コイル１８ｂ、
コイル１９ｂの順に直列接続されており、これらのコイ
ルによれば第１の実施例と同様に、発振器１４．、．１
．４から出力される高周波の電圧が印加されるとともに
、コイル１９ａとコイル１８ｂとの直列接続点より変位
信号がセンサ回路１５へ出力されるように構成されてい
る。

さらに、上記変位センサ１６にあっては、図示しない＋
Ｙａ方向用コイル及び−Ｙａ方向用コイルを、−力変位
センサ１７にあっては、＋ｙｂ方向用コイル及び−ｙｂ
方向用コイルを備えており、これらの各コイルによれば
上記と同様に直列接続され、変位信号をセンサ回路へ出
力するように構成されている。

なお、上記センサ回路は第１の実施例と同様な構成のた
め、その詳細説明は省略する。

したがって、上記のような構成にあっても、第１の実施
例と同様に第４図に示す如く変位センサ１６．１７の変
位検出点が等価的に平面β上に存在することになり、−
刃型磁石３における力の作用点が平面β上に設定されて
いるので、その結果力の作用点ｆ、ｆと上記変位検出点
とが、同一平面β上に設定されるように構成されている
。

第６図に示すものは、磁気軸受装置の第３の実施例を示
すもので、この磁気軸受装置はロータ軸１外周に第８図
に示すものと同形状の変位センサ２０が配設されており
、その変位センサ２０の上下方向には、第９図に示すも
のと同形状のラジアル方向用電磁石２１．２２を備え、
これらの電磁石２１．２２によれば変位センサ２０にお
ける変位検出点を有する平面αに関し、互いに面対称と
なる平面ａおよび平面す上にそれぞれ配設するよう構成
されている。

すなわち、上記のような構成によれば、変位センサ２０
の変位検出点は平面α上に設定されており、一方各電磁
石２１．２２における力の作用点ｆ　　ｔ、ｆ　　１．
　　ｆ　２．　　ｆ　２は力の合成により、等価的に平
面α上に存在することになり、その結果力の作用点と変
位検出点が同一平面α上に設定されるように構成されて
いる。

したがって、上記のような各実施例にあっては、変位セ
ンサの変位検出点と電磁石における力の作用点とを等価
的に同一平面上にそれぞれ設定したため、曲げ振動にお
ける振動モードの節がロータ軸に生じた場合であっても
、変位センサの変位信号と電磁石へ出力される励磁電流
との位相が常時一定に保たれるので、ロータ軸を正常に
制御することができる。

（発明の効果） この発明に係る磁気軸受装置は、変位センサの変位検出
点と電磁石における力の作用点とを等価的に同一平面１
−にそれぞれ設定したため、曲げ振動における振動モー
ドの節がロータ軸に生じた場合であっても、変位センサ
の変位信号と電磁石へ出力される励磁電流との位相が常
時一定に保たれるので、ロータ軸は正常に制御され、磁
気軸受の発振を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る磁気軸受装置の第１の実施例を
示す説明図、第２図（ａ）（ｂ）は変位センサの平面図
、第３図は変位センサの電気回路図、第４図は磁気軸受
装置の第２の実施例を示す説明図、第５図は変位センサ
の電気回路図、第６図は磁気軸受装置の第３の実施例を
示す説明図、第７図は従来の磁気軸受装置を示す説明図
、第８図は変位センサの平面図、第９図は電磁石の平面
図である。 １・・・ロータ軸 ３、２］、、　２２・・・電磁石 ８、　９．　１６．　１−７．　２０・・・変位センサ
α、β・・・平面 Ｊ−の発明り係る磁気軸受）た置の第１の実施例を示す
ぶ（明図第２ 変位センサの平面図 （ｂ） Ｙｂ 第３ 図 変位センサの電気回路図 第５図 変位センサの電気回路図 第４ 図 磁気軸受装置の第２の実″Ｉ５倭１を示す説明２第６ 図 磁気軸受装置の第６の実施例を示す説８月図第７図 従来の磁気軸受装置を示す説明７ Ａ。 第８ 図 変位センサの工面区 ゴＹ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロータ軸の変位を変位信号として検出する変位セン
   サと、この変位センサの変位信号に基づいて出力される
   励磁電流で上記ロータ軸を所定の位置へ支持する電磁石
   とを備える磁気軸受装置であって、 上記変位センサの変位検出点と上記電磁石における力の
   作用点とを等価的に同一平面上にそれぞれ設定したこと
   を特徴とする磁気軸受装置。