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JP3519771B2 - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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JP3519771B2
JP3519771B2 JP02969494A JP2969494A JP3519771B2 JP 3519771 B2 JP3519771 B2 JP 3519771B2 JP 02969494 A JP02969494 A JP 02969494A JP 2969494 A JP2969494 A JP 2969494A JP 3519771 B2 JP3519771 B2 JP 3519771B2
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JP
Japan
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voltage
magnetic bearing
converter
output
power
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忠男 米田
剛史 海野
幸洋 栗田
千佳也 榛葉
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NTN Corp
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NTN Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は磁気軸受装置に関し、
たとえばターボ分子ポンプなどに用いられる磁気軸受ス
ピンドルにおいて、停電時におけるバックアップ用のバ
ッテリを用いることなく、駆動用モータの回生電力によ
って磁気軸受の機能を維持するような磁気軸受装置に関
する。 【０００２】 【従来の技術】磁気軸受スピンドルは、電磁石の磁気力
によって回転軸が磁気軸受される。ところが、商用電源
が停電してしまうと、磁気軸受の機能が失われてしまう
ため、従来より、停電時に磁気軸受の機能を維持するた
めに、バックアップ用のバッテリが用いられていた。し
かしながら、このようなバックアップ用バッテリを設け
ると、バッテリの劣化（寿命）による定期交換というメ
ンテナンスが必要であり、最近では、停電時に駆動用モ
ータの回生電力で磁気軸受の機能を維持している。 【０００３】図３は従来の磁気軸受装置の電気的構成を
示すブロック図である。図３において、交流入力は変圧
器１に与えられて降圧され、降圧された交流電圧が整流
回路２で整流され、平滑回路３で平滑されて直流電圧と
なる。この直流電圧はインバータ４に供給され、インバ
ータ４はモータと一体的に設けられた位置検出器６から
の信号に基づいて電力を駆動用モータ５に与える。 【０００４】また、交流入力は、交流−直流レギュレー
タ７で直流電圧に変換され、切換回路８に入力される。
また、平滑回路３で平滑された直流電圧は直流−直流コ
ンバータ１０にも与えられる。この直流−直流コンバー
タ１０は停電時に駆動用モータ５から発生された回生電
力を所定の直流電圧に変換するものである。直流−直流
コンバータ１０から出力された直流電圧は切換回路８に
与えられる。切換回路８は通常動作時は、交流−直流レ
ギュレータ７からの直流電圧を選択し、停電検出回路１
１によって停電が検出されたことに応じて、直流−直流
コンバータ１０からの直流電圧を選択する。選択された
直流電圧はパワー電源として磁気軸受に供給されるとと
もに、直流−直流コンバータ９によって磁気軸受制御用
の直流電源に変換される。 【０００５】図３に示した磁気軸受装置において、通常
動作時は交流入力は変圧器１によって降圧され、整流回
路２で整流され、平滑回路３によって直流電圧に平滑さ
れてインバータ４に供給され、インバータ４によって駆
動用モータ５が回転駆動される。また、交流入力は交流
−直流レギュレータ７によって直流電圧に変換され、切
換回路８を介して磁気軸受にパワー電源として供給され
るとともに、直流−直流コンバータ９によって磁気軸受
制御用直流電源に変換される。 【０００６】交流入力が停電になると、停電検出回路１
１は瞬時にそれを検出し、切換回路８を直流−直流コン
バータ１０の出力側に切換える。インバータ４では交流
電圧を整流した直流電圧が供給されなくなるため、機能
を停止するが、駆動用モータ５は惰性回転して発電機と
して機能し、回生電力がインバータ４を介して直流−直
流コンバータ１０に与えられる。そして、直流−直流コ
ンバータ１０の出力の直流電圧が切換回路８を介して磁
気軸受にパワー電源として供給されるとともに、直流−
直流コンバータ９によって磁気軸受制御用直流電源に変
換される。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】図３に示した磁気軸受
装置においては、交流入力が停電すると、交流−直流レ
ギュレータ７が所定のレベルの直流電圧を維持できるの
が、数１０ｍｓｅｃ程度であるため、その時間内に停電
検出回路１１が停電を検出しかつ直流−直流コンバータ
９の入力が直流−直流コンバータ１０の出力側に接続さ
れるように切換回路８を切換える必要がある。しかも、
停電検出回路１１や切換回路８を設けているため、構成
が複雑になってしまうという欠点がある。 【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、停
電検出回路や切換回路を設けることなく、停電時に駆動
用モータで発生された回生電力を制御電源として用いる
ことができるような磁気軸受装置を提供することであ
る。 【０００９】 【００１０】 【課題を解決するための手段】この発明に係る磁気軸受
装置は、交流電圧を整流した直流電圧をインバータに与
え、インバータの出力で磁気軸受スピンドルの駆動用モ
ータを駆動するとともに交流電圧を交流−直流レギュレ
ータで直流電圧に変換して磁気軸受を駆動し、停電時に
駆動用モータの回生電力で磁気軸受を駆動する磁気軸受
装置において、通常動作時に、交流電圧を整流した直流
電圧が入力され、停電時に駆動用モータからの回生電力
がインバータを介して入力される直流−直流コンバータ
と、交流−直流レギュレータの出力と直流−直流コンバ
ータの出力とを合成して磁気軸受に供給するための逆流
防止用ダイオードとを備え、交流−直流レギュレータの
出力電圧が直流−直流コンバータの出力電圧よりも高く
なるように設定される。 【００１１】 【００１２】 【作用】この発明に係る磁気軸受装置は、通常動作時に
は交流−直流レギュレータの出力の直流電圧によって磁
気軸受を駆動し、停電時には駆動用モータからの回生電
力を直流−直流コンバータに与え、この直流−直流コン
バータの出力で磁気軸受を駆動することにより、停電時
のバックアップを図ることができる。 【００１３】 【実施例】図１はこの発明の一実施例のブロック図であ
る。この図１に示した実施例は、図３に示した交流−直
流レギュレータ７と切換回路８と停電検出回路１１を省
略し、直流−直流コンバータ１０の出力を直接直流−直
流コンバータ９の入力に与えるようにしたものである。 【００１４】したがって、この実施例では、通常動作時
には交流入力が変圧器１で降圧され、整流回路２で整流
された後、平滑回路３で平滑された直流電圧がインバー
タ４と直流−直流コンバータ１０とに同時に供給され、
インバータ４の出力で駆動用モータ５が駆動され、直流
−直流コンバータ１０からの直流電圧が磁気軸受に電源
として供給され、この直流電圧は直流−直流コンバータ
９によって磁気軸受制御用直流電源に変換されて出力さ
れる。 【００１５】停電になると、交流入力が遮断されるた
め、インバータ４は整流された直流電圧が与えられなく
なり、機能を停止する。しかしながら、駆動用モータ５
は惰性回転し、発電機として作用するので、回転エネル
ギを交流電力としてインバータ４に供給し、インバータ
４はその交流電圧を整流して直流−直流コンバータ１０
に与える。そして、直流−直流コンバータ１０からの直
流電圧が磁気軸受にパワー電源して供給されるととも
に、この直流電圧が直流−直流コンバータ９に与えら
れ、磁気軸受制御用直流電源に変換され、磁気軸受装置
の動作が維持される。 【００１６】この図１に示した実施例では、変圧器１お
よび整流回路２として、図３に示したものよりも磁気軸
受を駆動するために負荷が増大するので、容量的に大き
いものが必要となるが、交流−直流レギュレータ７と切
換回路８と停電検出回路１１を不要にでき、構造を簡単
にできるという利点がある。 【００１７】図２はこの発明の他の実施例の構成を示す
図である。この図２に示した実施例は、図３に示した従
来例の交流−直流レギュレータ７の出力の直流電圧と直
流−直流コンバータ１０の出力の直流電圧とをそれぞれ
逆流防止用ダイオードＤ１１とＤ１２とを介して、磁気
軸受にパワー電源として供給するとともに、直流−直流
コンバータ９に直流電圧を与えるようにしたものであ
る。ただし、交流−直流レギュレータ７の出力の直流電
圧は、直流−直流コンバータ１０の出力の直流電圧より
も高くなるように設定されている。 【００１８】この実施例では、通常の運転時には、変圧
器１で降圧された交流入力が整流回路２で整流され、平
滑回路３によって平滑されて直流電圧がインバータ４に
供給されるとともに、直流−直流コンバータ１０にも供
給されている。また、交流入力は交流−直流レギュレー
タ７によって直流電圧に変換され、逆流防止用ダイオー
ド１１を介して出力される。このとき、交流−直流レギ
ュレータ７の出力の直流電圧が直流−直流コンバータ１
０の出力の直流電圧よりも高く選ばれているため、磁気
軸受用のパワー電源および直流−直流コンバータ９への
直流電圧は交流−直流レギュレータ７から供給されるこ
とになる。 【００１９】停電時には、インバータ４は整流された直
流電圧が供給されなくなるため、機能を停止し、駆動用
モータ５は惰性回転を続け、発電機として機能し、回生
電力をインバータ４に供給する。一方、交流−直流レギ
ュレータ７も停電によってその機能を停止する。そし
て、交流−直流レギュレータ７の出力の直流電圧は、停
電後、若干の時期は所定の電圧を維持するが、その後徐
々に低下し始める。このとき、直流−直流コンバータ１
０は駆動用モータ５からの回生電力によって直流電圧を
出力し、交流−直流レギュレータ７の出力の直流電圧が
直流−直流コンバータ１０の出力の直流電圧よりも低く
なったところで、磁気軸受の電力供給が直流−直流コン
バータ１０の出力の直流電圧に切換わり、回生電力によ
る磁気軸受装置のバックアップが行なわれることにな
る。 【００２０】 【発明の効果】以上のように、この発明によれば、通常
動作時には交流電圧を交流−直流レギュレータで直流電
圧に変換して磁気軸受を駆動し、停電時には駆動用モー
タからの回生電力を直流−直流コンバータに与えて磁気
軸受を駆動するようにしたので、従来のように停電検出
回路や切換回路を設けることなく、停電時のバックアッ
プを図ることができる。
【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の一実施例の電気的構成を示すブロッ
ク図である。 【図２】この発明の他の実施例の電気的構成を示すブロ
ック図である。 【図３】従来の磁気軸受装置の電気的構成を示すブロッ
ク図である。 【符号の説明】 １ 変圧器 ２ 整流回路 ３ 平滑回路 ４ インバータ ５ 駆動用モータ ７ 交流−直流レギュレータ ９，１０ 直流−直流コンバータ １１，１２ 逆流防止用ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−42196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−74081（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−18417（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−127895（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−81497（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 32/00 - 32/06

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 交流電圧を整流した直流電圧をインバー
    タに与え、前記インバータの出力で磁気軸受スピンドル
    の駆動用モータを駆動するとともに、前記交流電圧を交
    流−直流レギュレータで直流電圧に変換して前記磁気軸
    受を駆動し、停電時に前記駆動用モータの回生電力で前
    記磁気軸受を駆動する磁気軸受装置において、 通常動作時に、前記交流電圧を整流した直流電圧が入力
    され、停電時に前記駆動用モータからの回生電力が前記
    インバータを介して入力される直流−直流コンバータ
    と、 前記交流−直流レギュレータの出力と前記直流−直流コ
    ンバータの出力とを合成して、前記磁気軸受に供給する
    ための逆流防止用ダイオードとを備え、 前記交流−直流レギュレータの出力電圧が前記直流−直
    流コンバータの出力電圧よりも高くなるように設定した
    ことを特徴とする、磁気軸受装置。
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