JPH1122730A - 磁気軸受および磁気軸受ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 省電力化が可能な磁気軸受を提供する。 【解決手段】 磁気軸受２は、水平な制御軸（Ｘ軸）方
向の両側から回転体１のターゲット４を挟むように配置
された１対の電磁石５、６と、回転体１の制御軸方向の
変位を検出する変位検出装置７と、回転体１を中立位置
に支持するために各電磁石５、６に一定の定常電流と回
転体１の変位によって変化する制御電流とからなる励磁
電流を供給する電磁石制御装置８とを備えている。電磁
石制御装置８が、１対の電磁石５、６の両方の定常電流
をともに０として、回転体１に作用する重力の制御軸方
向の成分と１対の電磁石５、６の定常電流による磁気吸
引力が釣合うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえばフライ
ホイール式電力貯蔵装置などに使用される磁気軸受ユニ
ットおよび磁気軸受ユニットを構成する磁気軸受に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】磁気軸受を使用したフライホイール式電
力貯蔵装置として、鉛直状の回転体を１組のアキシアル
磁気軸受ユニットと２組のラジアル磁気軸受ユニットで
非接触支持するものが知られている。また、電力貯蔵装
置には、電力貯蔵時には電動機として電力取出し時には
発電機として機能する発電兼用電動機が設けられてお
り、電力貯蔵時には、回転体は、上記の磁気軸受ユニッ
トで非接触支持された状態で、電動機により高速回転さ
せられる。

【０００３】アキシアル磁気軸受ユニットは、回転体の
軸方向の１箇所を鉛直なアキシアル制御軸（軸方向の制
御軸）方向の中立位置に非接触支持するものである。ラ
ジアル磁気軸受ユニットは、回転体の軸方向の２箇所に
おいて、それぞれ、アキシアル制御軸と直交するととも
に互いに直交する２つの水平なラジアル制御軸（径方向
の制御軸）方向の中立位置に回転体を非接触支持するも
のである。

【０００４】この明細書において、アキシアル制御軸を
Ｚ軸、ラジアル制御軸の一方をＸ軸、他方をＹ軸という
ことにする。

【０００５】アキシアル磁気軸受ユニットは、回転体を
鉛直なＺ軸方向に非接触支持する１組のアキシアル磁気
軸受（Ｚ軸磁気軸受）から構成されている。アキシアル
磁気軸受は、回転体の被支持部分であるフランジ部をＺ
軸方向の両側から挟むように配置された上下１対の電磁
石（Ｚ軸電磁石）と、回転体の中立位置からのＺ軸方向
の変位（以下単に「Ｚ軸変位」という）を検出する変位
検出装置（Ｚ軸変位検出装置）と、回転体のＺ軸変位に
基づいて各電磁石に励磁電流を供給する電磁石制御装置
（Ｚ軸電磁石制御装置）とを備えている。各電磁石に供
給される励磁電流は、定常電流と制御電流を合わせたも
のである。１対の電磁石の定常電流は互いに等しく、か
つ回転体のＺ軸変位にかかわらず一定である。制御電流
は回転体のＺ軸変位に応じて変化し、１対の電磁石につ
いて、常に、制御電流の絶対値は互いに等しく、符号は
反対である。すなわち、一方の電磁石の制御電流が正の
値であるときは、他方の電磁石の制御電流はそれと絶対
値の等しい負の値である。回転体は鉛直に配置されてい
るため、その重量はアキシアル磁気軸受によって支持さ
れる。このため、上側（Ｚ軸正（＋）側）の第１Ｚ軸電
磁石による上向きの磁気吸引力が、下側（Ｚ軸負（−）
側）の第２Ｚ軸電磁石のそれより回転体の重量分だけ大
きくなっている。つまり、常に、第１Ｚ軸電磁石の制御
電流は正の値で、第２Ｚ軸電磁石の制御電流は負の値に
なっている。

【０００６】各ラジアル磁気軸受ユニットは、回転体を
水平なＸ軸方向に非接触支持する１組のラジアル磁気軸
受（Ｘ軸磁気軸受）と、回転体を水平なＹ軸方向に非接
触支持する１組のラジアル磁気軸受（Ｙ軸磁気軸受）と
から構成されている。

【０００７】Ｘ軸磁気軸受は、回転体の外周に設けられ
た被支持部分であるターゲットをＸ軸方向の両側から挟
むように配置された１対の電磁石（Ｘ軸電磁石）と、回
転体の中立位置からのＸ軸方向の変位（以下単に「Ｘ軸
変位」という）を検出する変位検出装置（Ｘ軸変位検出
装置）と、回転体のＸ軸変位に基づいて各電磁石に励磁
電流を供給する電磁石制御装置（Ｘ軸電磁石制御装置）
とを備えている。各電磁石に供給される励磁電流は、Ｚ
軸磁気軸受の場合と同様、定常電流と制御電流を合わせ
たものである。回転体は鉛直に配置されているため、回
転体には、水平なＸ軸方向には１対のＸ軸電磁石による
磁気吸引力しか作用しない。このため、回転体がＸ軸方
向の中立位置にあるときは、各電磁石の制御電流は０で
あり、回転体が中立位置よりＸ軸負側に変位すると、Ｘ
軸正側の第１Ｘ軸電磁石の制御電流は正の値で、Ｘ軸負
側の第２Ｘ軸電磁石の制御電流はそれと絶対値の等しい
負の値となり、回転体が中立位置よりＸ軸正側に変位す
ると、Ｘ軸負側の第２Ｘ軸電磁石の制御電流は正の値
で、Ｘ軸正側の第１Ｘ軸電磁石の制御電流はそれと絶対
値の等しい負の値となる。

【０００８】Ｙ軸磁気軸受は、制御軸がＹ軸であるとい
う点を除いて、Ｘ軸磁気軸受と同じ構成を有し、１対の
Ｙ軸電磁石と、Ｙ軸変位検出装置と、Ｙ軸電磁石制御装
置を備えている。

【０００９】各磁気軸受において、電磁石制御装置は、
回転体の変位に対応する電磁石の磁気吸引力を求め、こ
れに比例する信号を制御電流信号として電磁石に供給し
ている。また、各磁気軸受において、１対の電磁石にバ
イアス電流として常に一定の定常電流を供給しているの
は、電磁石における制御電流と磁気吸引力との関係を線
形化するためである。図９は、Ｘ軸磁気軸受における電
磁石の制御電流と磁気吸引力との関係を表わすグラフで
ある。

【００１０】次に、図９を参照して、Ｘ軸磁気軸受にお
ける電磁石の制御電流と磁気吸引力との関係について説
明する。

【００１１】図９において、横軸は第１電磁石の制御電
流Ｉ1 を示し、右側が正、左側が負である。第２電磁石
の制御電流Ｉ2 は第１電磁石のそれと絶対値が等しくて
符号が逆であるから、第２電磁石の制御電流Ｉ2 につい
ては、横軸の左側が正、右側が負である。縦軸は電磁石
による磁気吸引力Ｆを示し、上側が正、下側が負であ
る。Ｆ1 は第１電磁石の磁気吸引力、Ｆ2 は第２電磁石
の磁気吸引力、Ｆt は２つの電磁石の磁気吸引力を合わ
せた電磁石全体の磁気吸引力を表わしている。磁気吸引
力は、Ｘ軸の正側向きを正、負側向きを負としている。
したがって、第１電磁石の磁気吸引力は正、第２電磁石
の磁気吸引力は負となる。各電磁石に供給される定常電
流をＩo とすると、第１電磁石については、制御電流Ｉ
1 が（−Ｉo ）のときに磁気吸引力Ｆ1 が０であり、制
御電流Ｉ1 が増加するにつれて磁気吸引力Ｆ1 は二次関
数的に増加する。第２電磁石については、制御電流Ｉ2
が（−Ｉo ）（第１電磁石の制御電流Ｉ1 がＩo ）のと
きに磁気吸引力Ｆ2 が０であり、制御電流Ｉ2 が増加
（第１電磁石の制御電流Ｉ1 が減少）するにつれて磁気
吸引力Ｆ2 の絶対値は二次関数的に増加する。制御電流
Ｉ1 、Ｉ2 が０のとき、第１電磁石の磁気吸引力はＦo
、第２電磁石の磁気吸引力は（−Ｆo ）であり、電磁
石全体の磁気吸引力は０となる。そして、電磁石全体の
磁気吸引力Ｆt は、原点(O) を通り第１電磁石の制御電
流Ｉ1 の増加に伴って増加する直線となる。すなわち、
制御電流Ｉ1 と全体の磁気吸引力Ｆt は比例する。

【００１２】Ｘ軸電磁石制御装置は、回転体のＸ軸変位
に対応する電磁石全体の磁気吸引力Ｆを求め、この磁気
吸引力Ｆに対応する第１電磁石の制御電流Ｉ1 を求め、
Ｉ1に対応する制御電流信号を第１電磁石に、（−Ｉ1
）に対応する制御電流信号を第２電磁石にそれぞれ出
力する。Ｘ軸変位に対応する電磁石全体の磁気吸引力Ｆ
は、公知のＰＩＤ制御回路などにより簡単に求めること
ができる。また、前述のように第１電磁石の制御電流Ｉ
1 と電磁石全体の磁気吸引力Ｆt とは比例するので、電
磁石全体の磁気吸引力Ｆが求まれば、上記の比例関係か
ら、容易に第１電磁石の制御電流Ｉ1 を求めることがで
きる。

【００１３】たとえば、回転体が中立位置からＸ軸方向
の負側に微小変位した場合、変位検出装置により変位が
検出され、回転体を中立位置に戻すように各電磁石に励
磁電流が供給される。図９に示すように、第１電磁石に
は、定常電流Ｉo と正の値の制御電流Ｉa を合わせた励
磁電流（Ｉo ＋Ｉa ）が供給され、これに対応するＸ軸
正側向きの磁気吸引力Ｆ1aが第１電磁石に発生する。ま
た、第２電磁石には、定常電流Ｉo と負の値の制御電流
（−Ｉa ）を合わせた励磁電流（Ｉo −Ｉa ）が供給さ
れ、これに対応するＸ軸負側向きの磁気吸引力（−Ｆ2
a）が第２電磁石に発生する。第１電磁石の磁気吸引力
Ｆ1aの絶対値は第２電磁石の磁気吸引力（−Ｆ2a）の絶
対値より大きく、両者を合わせた電磁石全体の磁気吸引
力Ｆa は正の値となり、回転体はＸ軸の正側すなわち変
位が小さくなる側に吸引される。

【００１４】回転体が中立位置からＸ軸方向の正側に微
小変位した場合は、上記とは逆に、電磁石全体の磁気吸
引力は負の値となり、第１電磁石にはこの磁気吸引力に
比例する負の値の制御電流が供給され、第２電磁石には
これと絶対値が等しい正の値の制御電流が供給される。

【００１５】このように、従来の磁気軸受では、回転体
の変位にかかわらず、１対の電磁石に常に定常電流が供
給されているため、電磁石による消費電力が大きく、し
たがって、磁気軸受、磁気軸受ユニットおよびこれを用
いた装置の消費電力が大きいという問題がある。

【００１６】上記のようなラジアル磁気軸受の電磁石に
は、従来、回転体の周方向にのびる連結部の両端に径方
向内側に突出した磁極部が形成された略馬蹄形のコアに
コイルが巻かれたヘテロポーラ型と呼ばれるものが使用
されている。このようなヘテロポーラ型の電磁石の場
合、両端の磁極部は互いに逆の極性に励磁されるため、
２対の電磁石を備えた磁気軸受ユニット全体で見ると、
回転体の回転方向に逆の極性の磁極部が４つずつ並ぶこ
とになる。このため、回転体の周囲の回転方向の磁束の
変化が大きく、回転により回転体のターゲットの表面に
渦電流が発生し、それによる回転損失が大きい。したが
って、その分、電動機の消費電力が大きくなり、やは
り、磁気軸受あるいは磁気軸受ユニットを用いた装置の
消費電力が大きいという問題がある。

【００１７】回転体を磁気軸受で非接触支持する装置に
は、回転体が水平に配置されるものや斜めに配置される
ものもあるが、そのような場合にも、上記と同様の問題
がある。

【００１８】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
省電力化が可能な磁気軸受および磁気軸受ユニットを提
供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
１の磁気軸受は、回転体を１つの制御軸方向に非接触支
持するための磁気軸受であって、回転体を磁気吸引力に
よって前記制御軸方向の所定の中立位置に非接触支持す
るために前記制御軸方向の両側から前記回転体の被支持
部分を挟むように配置された１対の電磁石と、前記回転
体の前記中立位置からの前記制御軸方向の変位を検出す
る変位検出手段と、前記回転体を前記中立位置に支持す
るために前記各電磁石に一定の定常電流と前記回転体の
前記制御軸方向の変位によって変化する制御電流とから
なる励磁電流を供給する電磁石制御手段とを備えている
磁気軸受において、前記電磁石制御手段が、前記１対の
電磁石の両方の定常電流をともに０とするか、あるいは
一方にのみ一定の定常電流を供給して、前記回転体に作
用する重力の前記制御軸方向の成分と前記１対の電磁石
の定常電流による磁気吸引力が釣合うようにするもので
あることを特徴とするものである。

【００２０】制御軸が水平である場合、電磁石制御手段
は、１対の電磁石の両方の定常電流をともに０として、
１対の電磁石の定常電流による磁気吸引力を０とする。
つまり、磁気軸受は、１対の電磁石に従来は常に供給さ
れていた定常電流を０にしたものである。この場合、制
御軸が水平であるから、回転体に作用する重力の制御軸
方向の成分は０であり、１対の電磁石の両方の定常電流
を０とすることにより、重力の制御軸方向の成分（＝
０）と１対の電磁石の定常電流による磁気吸引力（＝
０）とを釣合わせることができる。そして、回転体の変
位が０のときは、いずれの電磁石の励磁電流も０であ
り、回転体に変位が生じたときも、いずれか一方の電磁
石に制御電流のみからなる励磁電流が供給されるだけで
ある。このため、１対の電磁石の励磁電流を合わせた磁
気軸受全体の電磁石の消費電流が、従来のものに比べて
かなり小さくなる。

【００２１】制御軸が水平でない場合、すなわち鉛直で
あるか傾いている場合、１対の電磁石のうち、上側にあ
る電磁石にのみ回転体に作用する重力の制御軸方向の成
分と釣合う磁気吸引力を発生させるのに必要な最小限の
一定の定常電流を供給するとともに、下側にある電磁石
の定常電流を０とし、重力の制御軸方向の成分と１対の
電磁石の定常電流による磁気吸引力とを釣合わせる。こ
の場合も、一方の電磁石にのみ必要最小限の定常電流を
供給すればよく、１対の電磁石の励磁電流を合わせた磁
気軸受全体の電磁石の消費電流が、従来のものに比べて
かなり小さくなる。

【００２２】このように、請求項１の磁気軸受によれ
ば、１対の電磁石に供給する定常電流を０にするか、あ
るいは必要最小限にすることができ、磁気軸受全体の電
磁石の消費電流を従来のものに比べてかなり小さくする
ことができる。したがって、磁気軸受、これを用いた磁
気軸受ユニット、およびこれを用いたたとえばフライホ
イール式電力貯蔵装置などの装置の省電力化が可能であ
る。

【００２３】請求項２の磁気軸受は、請求項１の磁気軸
受において、前記制御軸が水平な制御軸であり、前記電
磁石制御手段が、前記１対の電磁石の両方の電磁石の定
常電流をともに０とするものである。つまり、請求項２
の磁気軸受は、回転体を１つの水平制御軸方向に非接触
支持するための磁気軸受であって、回転体を磁気吸引力
によって前記制御軸方向の所定の中立位置に非接触支持
するために前記制御軸方向の両側から前記回転体の被支
持部分を挟むように配置された１対の電磁石と、前記回
転体の前記中立位置からの前記制御軸方向の変位を検出
する変位検出手段と、前記回転体を前記中立位置に支持
するために前記各電磁石に一定の定常電流と前記回転体
の前記制御軸方向の変位によって変化する制御電流とか
らなる励磁電流を供給する電磁石制御手段とを備えてい
る磁気軸受において、前記電磁石制御手段が、前記１対
の電磁石の両方の定常電流をともに０として、前記回転
体に作用する重力の前記制御軸方向の成分と前記１対の
電磁石の定常電流による磁気吸引力が釣合うようにする
ものである。さらに言替えれば、請求項２の磁気軸受
は、１対の電磁石に従来は常に供給されていた定常電流
を０にしたものである。

【００２４】請求項２の磁気軸受の場合、制御軸が水平
であるから、回転体に作用する重力の制御軸方向の成分
は０であり、１対の電磁石の両方の定常電流を０とする
ことにより、重力の制御軸方向の成分（＝０）と１対の
電磁石の定常電流による磁気吸引力（＝０）とを釣合わ
せることができる。そして、回転体の変位が０のとき
は、いずれの電磁石の励磁電流も０であり、回転体に変
位が生じたときも、いずれか一方の電磁石に制御電流の
みからなる励磁電流が供給されるだけである。このた
め、１対の電磁石の励磁電流を合わせた磁気軸受全体の
電磁石の消費電流が、従来のものに比べてかなり小さく
なる。

【００２５】請求項３の磁気軸受は、請求項１の磁気軸
受において、前記制御軸が水平でない制御軸であり、前
記電磁石制御手段が、前記１対の電磁石のうち上側にあ
るものにのみ一定の定常電流を供給するものである。つ
まり、請求項３の磁気軸受は、回転体を１つの水平でな
い制御軸方向に非接触支持するための磁気軸受であっ
て、回転体を磁気吸引力によって前記制御軸方向の所定
の中立位置に非接触支持するために前記制御軸方向の両
側から前記回転体の被支持部分を挟むように配置された
１対の電磁石と、前記回転体の前記中立位置からの前記
制御軸方向の変位を検出する変位検出手段と、前記回転
体を前記中立位置に支持するために前記各電磁石に一定
の定常電流と前記回転体の前記制御軸方向の変位によっ
て変化する制御電流とからなる励磁電流を供給する電磁
石制御手段とを備えている磁気軸受において、前記電磁
石制御手段が、上側にある電磁石にのみ一定の定常電流
を供給して、前記回転体に作用する重力の前記制御軸方
向の成分と前記１対の電磁石の定常電流による磁気吸引
力が釣合うようにするものである。

【００２６】請求項３の磁気軸受の場合も、上側にある
一方の電磁石にのみ必要最小限の定常電流を供給すれば
よく、１対の電磁石の励磁電流を合わせた磁気軸受全体
の電磁石の消費電流が、従来のものに比べてかなり小さ
くなる。

【００２７】請求項４の磁気軸受は、請求項１、２また
は３の磁気軸受において、前記電磁石制御手段が、前記
回転体の前記制御軸方向の変位に対応する前記１対の電
磁石による磁気吸引力値を求めて磁気吸引力信号として
出力する磁気吸引力演算手段と、この磁気吸引力信号に
対応する前記各電磁石の制御電流値を求めて制御電流信
号として前記各電磁石に出力する制御電流補正手段とを
備えているものである。

【００２８】磁気吸引力演算手段は、回転体の制御軸方
向の変位に対応する１対の電磁石による磁気吸引力値を
求めるものであるから、従来の電磁石制御装置と同じ構
成にすることができる。１対の電磁石のうち、少なくと
も一方の定常電流は０であるから、制御電流と磁気吸引
力との関係は線形ではないが、制御電流補正手段によ
り、磁気吸引力演算手段から出力された磁気吸引力信号
に対応する各電磁石の制御電流値を求めて制御電流信号
として各電磁石に出力するので、常に、回転体の位置制
御のために必要な磁気吸引力に応じた所望の制御電流を
電磁石に供給することができる。したがって、従来の電
磁石制御装置と同じ磁気吸引力演算手段を用いて、電磁
石の制御電流を適正に制御することができる。

【００２９】請求項５の磁気軸受ユニットは、回転体を
その回転軸心と直交するとともに互いに直交する２つの
制御軸方向に非接触支持するための磁気軸受ユニットで
あって、前記回転体を第１の制御軸方向に非接触支持す
るための第１の磁気軸受と、前記回転体を第２の制御軸
方向に非接触支持するための第２の磁気軸受とを備え、
前記各磁気軸受が、前記回転体を磁気吸引力によって前
記各制御軸方向の所定の中立位置に非接触支持するため
に前記各制御軸方向の両側から前記回転体の被支持部分
を挟むように配置された１対の電磁石と、前記回転体の
前記中立位置からの前記各制御軸方向の変位を検出する
変位検出手段と、前記回転体を前記中立位置に支持する
ために前記各電磁石に一定の定常電流と前記回転体の前
記制御軸方向の変位によって変化する制御電流とからな
る励磁電流を供給する電磁石制御手段とをそれぞれ備え
ている磁気軸受ユニットにおいて、前記各磁気軸受の前
記電磁石制御手段が、前記１対の電磁石の両方の定常電
流をともに０とするか、あるいは一方にのみ一定の定常
電流を供給して、前記回転体に作用する重力の前記各制
御軸方向の成分と前記１対の電磁石の定常電流による磁
気吸引力が釣合うようにするものであることを特徴とす
るものである。

【００３０】請求項５の磁気軸受ユニットにおける各磁
気軸受は、請求項１の磁気軸受と同じものである。

【００３１】したがって、請求項１の磁気軸受の場合と
同様、磁気軸受の制御軸が水平である場合、１対の電磁
石の定常電流を０とすることができ、磁気軸受の制御軸
が水平でない場合、一方の電磁石にのみ必要最小限の定
常電流を供給すればよい。

【００３２】両方の磁気軸受の制御軸がともに水平であ
れば、両方の磁気軸受について、１対の電磁石の定常電
流をともに０とすることができる。

【００３３】一方の磁気軸受の制御軸が水平で、他方の
磁気軸受の制御軸が水平でない場合は、この他方の電磁
石の一方の電磁石にのみ必要最小限の定常電流を供給す
ればよい。

【００３４】両方の磁気軸受の制御軸がともに水平でな
い場合は、両方の磁気軸受の一方の電磁石にのみ必要最
小限の定常電流を供給すればよい。

【００３５】したがって、請求項５の磁気軸受ユニット
によれば、２つの磁気軸受の電磁石に供給する定常電流
を０にするか、あるいは必要最小限にすることができ、
磁気軸受ユニット全体の電磁石の消費電流を従来のもの
に比べてかなり小さくすることができる。したがって、
磁気軸受ユニット、およびこれを用いたたとえばフライ
ホイール式電力貯蔵装置などの装置の省電力化が可能で
ある。

【００３６】請求項６の磁気軸受ユニットは、請求項５
の磁気軸受ユニットにおいて、前記回転体の回転軸心が
鉛直状をなし、前記各磁気軸受の前記電磁石制御手段
が、前記１対の電磁石の両方の定常電流をともに０とす
るものであることを特徴とするものである。つまり、請
求項６の磁気軸受ユニットは、鉛直状の回転体をその回
転軸心と直交するとともに互いに直交する２つの水平な
制御軸方向に非接触支持するための磁気軸受ユニットで
あって、前記回転体を第１の制御軸方向に非接触支持す
るための第１の磁気軸受と、前記回転体を第２の制御軸
方向に非接触支持するための第２の磁気軸受とを備え、
前記各磁気軸受が、前記回転体を磁気吸引力によって前
記各制御軸方向の所定の中立位置に非接触支持するため
に前記各制御軸方向の両側から前記回転体の被支持部分
を挟むように配置された１対の電磁石と、前記回転体の
前記中立位置からの前記各制御軸方向の変位を検出する
変位検出手段と、前記回転体を前記中立位置に支持する
ために前記各電磁石に一定の定常電流と前記回転体の前
記制御軸方向の変位によって変化する制御電流とからな
る励磁電流を供給する電磁石制御手段とをそれぞれ備え
ている磁気軸受ユニットにおいて、前記各磁気軸受の前
記電磁石制御手段が、前記１対の電磁石の両方の定常電
流をともに０として、前記回転体に作用する重力の前記
各制御軸方向の成分と前記１対の電磁石の定常電流によ
る磁気吸引力が釣合うようにするものである。さらに言
替えれば、請求項６の磁気軸受ユニットは、２つの磁気
軸受の１対の電磁石に従来は常に供給されていた定常電
流を全て０にしたものである。

【００３７】請求項６の磁気軸受ユニットにおける磁気
軸受は、請求項２の磁気軸受と同じものである。

【００３８】したがって、請求項６の磁気軸受ユニット
の場合、請求項２の磁気軸受の場合と同様、各磁気軸受
の定常電流を全て０とすることができ、磁気軸受ユニッ
ト全体の電磁石の消費電流を非常に小さくすることがで
きる。

【００３９】請求項７の磁気軸受ユニットは、請求項５
または６の磁気軸受ユニットにおいて、前記各磁気軸受
の各電磁石が、前記回転体の回転軸心方向にのびる連結
部の両端部に前記制御軸方向の内側に突出した磁極部が
形成されたコアを備え、前記全電磁石のコアの一方の同
一端部の磁極部が同一の極性を有し、他方の同一端部の
磁極部が上記と逆の同一の極性を有するものである。

【００４０】この場合、同一極性を有する一方の同一端
部の磁極部に面する回転体の周囲の磁束の変化が小さく
なり、したがって、回転により回転体の表面に生じる渦
電流が小さくなり、回転損失が小さくなる。他方の同一
端部の磁極部についても同様であり、磁気軸受ユニット
全体の回転損失が小さくなる。したがって、電動機の消
費電力が小さくなり、磁気軸受ユニットを用いた装置の
消費電力が小さくなる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図８を参照して、こ
の発明の実施形態について説明する。

【００４２】図１〜図５は、この発明を鉛直状の回転体
を１組のアキシアル磁気軸受ユニットと上下２組のラジ
アル磁気軸受ユニットで非接触支持する装置（たとえば
フライホイール式電力貯蔵装置）に適用した実施形態を
示している。この場合、Ｚ軸は鉛直に、Ｘ軸およびＹ軸
は水平に配置される。

【００４３】図１および図２は、１組のラジアル磁気軸
受ユニットの部分を示している。

【００４４】ラジアル磁気軸受ユニットは、回転体(1)
をＸ軸方向に非接触支持するためのラジアル磁気軸受
（Ｘ軸磁気軸受）(2) と、回転体(1) をＹ軸方向に非接
触支持するためのラジアル磁気軸受（Ｙ軸磁気軸受）
(3) とを備えている。

【００４５】Ｘ軸磁気軸受(2) は、回転体(1) を磁気吸
引力によってＸ軸方向の所定の中立位置に非接触支持す
るためにＸ軸方向の両側から回転体(1) の外周のターゲ
ット（被支持部分）(4) を挟むように配置された１対の
電磁石（Ｘ軸電磁石）(5)(6)と、回転体(1) の中立位置
からのＸ軸方向の変位を検出する変位検出手段を構成す
る変位検出装置（Ｘ軸変位検出装置）(7) と、回転体
(1) を中立位置に支持するために回転体(1) のＸ軸方向
の変位に基づいて各電磁石(5)(6)に励磁電流を供給する
電磁石制御手段を構成する電磁石制御装置（Ｘ軸電磁石
制御装置）(8) とを備えている。

【００４６】１対の電磁石(5)(6)のうち、Ｘ軸正側のも
のをＸ軸第１電磁石(5) 、Ｘ軸負側のものをＸ軸第２電
磁石(6) ということにする。各電磁石(5)(6)は、回転体
(1)の回転軸心方向（Ｚ軸方向）にのびる連結部(9a)の
両端部にＸ軸方向の内側に突出した磁極部(9b)(9c)が一
体に形成されたコア(9) と、コア(9) の磁極部(9b)(9c)
に巻かれたコイル(10)とを備えている。各電磁石(5)(6)
の連結部(9a)がハウジング(11)の内周部に固定され、磁
極部(9b)(9c)が回転体(1) のターゲット(4) にＸ軸方向
の外側からわずかな空隙をあけて対向している。各電磁
石(5)(6)のコイル(10)は、電磁石制御装置(8) に接続さ
れている。そして、制御装置(8) からコイル(10)に供給
される励磁電流により、１対の電磁石(5)(6)の上側の磁
極部(9b)が同一の極性に励磁され、下側の磁極部(9c)が
上記と逆の同一の極性に励磁される。この例では、上側
の磁極部(9b)がＮ極、下側の磁極部(9c)がＳ極となる。

【００４７】Ｘ軸変位検出装置(7) は、回転体(1) をＸ
軸方向の両側から挟むように各電磁石(5)(6)のすぐ下の
ハウジング(11)の内周部に固定されて回転体(1) との間
のＸ軸方向の空隙の大きさを検出する１対の変位センサ
（Ｘ軸センサ）(12)(13)と、Ｘ軸第１センサ(12)の出力
からＸ軸第２センサ(13)の出力を減算することにより回
転体(1) のＸ軸方向の中立位置からの変位を求める減算
器(14)とを備えている。減算器(14)の出力は、制御装置
(8) に入力する。

【００４８】制御装置(8) は、両方の電磁石(5)(6)の定
常電流を０とし、回転体(1) にＸ軸方向の変位が生じた
ときに、いずれか一方の電磁石(5)(6)に制御電流のみか
らなる励磁電流を供給する。したがって、回転体(1) の
変位が０のときは、各電磁石(5)(6)の制御電流も０であ
り、定常電流と制御電流を合わせた各電磁石(5)(6)の励
磁電流も０である。この場合、制御軸であるＸ軸は水平
であるから、回転体(1) に作用する重力のＸ軸方向の成
分は０であり、回転体(1) が中立位置にあるとき、両方
の電磁石(5)(6)の励磁電流が０で、これらの磁気吸引力
が０であっても、回転体(1) に作用するＸ軸方向の力は
０で、釣合いが保たれる。そして、回転体(1) が中立位
置からＸ軸負側に変位したときは、Ｘ軸正側の第１電磁
石(5)にのみ変位量に応じた正の値の制御電流が供給さ
れ、この電磁石(5) の磁気吸引力により回転体(1) はＸ
軸正方向に吸引される。回転体(1) が中立位置からＸ軸
正側に変位したときは、Ｘ軸負側の第２電磁石(6) にの
み変位量に応じた正の値の制御電流が供給され、この電
磁石(6) の磁気吸引力により回転体(1) はＸ軸負方向に
吸引される。このように１対の電磁石(5)(6)の制御電流
が制御されることにより、回転体(1) がＸ軸方向の中立
位置に保持される。

【００４９】制御装置(8) は、磁気吸引力演算手段とし
ての磁気吸引力演算装置(15)、制御電流補正手段として
の制御電流補正装置(16)および各電磁石(5)(6)に対応す
る電力増幅器(17)(18)を備えている。

【００５０】図３は、１対の電磁石(5)(6)の制御電流と
磁気吸引力との関係を表わすグラフである。図３におい
て、横軸の原点(O) より右側の部分は第１電磁石(5) の
制御電流Ｉ1 を示し、右側が正、左側が負である。横軸
の原点(O) より左側の部分は第２電磁石(6) の制御電流
Ｉ2 を示し、左側が正、右側が負である。縦軸は電磁石
(5)(6)による磁気吸引力Ｆを示し、上側が正、下側が負
である。Ｆ1 は第１電磁石(5) の磁気吸引力、Ｆ2 は第
２電磁石(6) の磁気吸引力を表わしている。Ａは、従来
のように線形化された場合の２つの電磁石(5)(6)全体の
磁気吸引力（図９のＦt に相当）を表わしている。制御
電流Ｉ1 、Ｉ2 は０あるいは正の値であり、一方が正の
値のとき、他方は０である。両方の電磁石(5)(6)の定常
電流が０であるから、制御電流Ｉ1 、Ｉ2 が０のとき、
電磁石(5)(6)の励磁電流は０で、磁気吸引力Ｆ1 、Ｆ2
は０である。第１電磁石(5) の磁気吸引力Ｆ1 は正の値
で、制御電流Ｉ1 の増加に伴って二次関数的に増加す
る。第１電磁石(5) の制御電流Ｉ1 が正の値であると
き、第２電磁石(6) の制御電流Ｉ2 は０で、その磁気吸
引力Ｆ2 は０であるから、第１電磁石(5) の磁気吸引力
Ｆ1 がそのまま全体の磁気吸引力となる。第２電磁石
(6) の磁気吸引力Ｆ2 は負の値で、その絶対値は制御電
流Ｉ2 の増加に伴って二次関数的に増加する。第２電磁
石(6) の制御電流Ｉ2 が正の値であるとき、第１電磁石
(5) の制御電流Ｉ1 は０で、その磁気吸引力Ｆ1 は０で
あるから、第２電磁石(6) の磁気吸引力Ｆ2 がそのまま
全体の磁気吸引力となる。補正装置(16)には、第１電磁
石(5) の制御電流Ｉ1 と磁気吸引力Ｆ1 との関係、およ
び第２電磁石(6) の制御電流Ｉ2 と磁気吸引力Ｆ2 との
関係が記憶されている。

【００５１】次に、図３を参照して、制御装置(8) にお
ける電磁石(5)(6)の制御電流の制御について詳細に説明
する。

【００５２】制御装置(8) の磁気吸引力演算装置(15)
は、変位検出装置(7) で検出された回転体(1) の変位に
基づき、これに対応する１対の電磁石(5)(6)全体の磁気
吸引力値（磁気吸引力０の点からの増減値）を求め、磁
気吸引力信号として制御電流補正装置(16)に出力する。
この演算装置(15)における処理は、従来の電磁石制御装
置におけるものと同様である。制御電流補正装置(16)
は、磁気吸引力演算装置(15)からの磁気吸引力信号に基
づき、各電磁石(5)(6)に供給する制御電流値を求め、制
御電流信号として対応する増幅器(17)(18)に出力する。
各増幅器(17)(18)は、制御電流補正装置(16)からの制御
電流信号を増幅し、対応する電磁石(5)(6)に制御電流と
して供給する。

【００５３】回転体(1) の変位が０のとき、磁気吸引力
演算装置(15)で演算される電磁石(5)(6)による磁気吸引
力値は０であり、これに対応する制御電流Ｉ1 、Ｉ2 は
ともに０であるから、制御電流補正装置(16)で求められ
る各電磁石(5)(6)の制御電流値はともに０であり、補正
装置(16)から増幅器(17)(18)に出力される制御電流信号
は０である。このため、増幅器(17)(18)から各電磁石(1
7)(18)に供給される制御電流すなわち励磁電流は０で、
全体の磁気吸引力が０となり、回転体(1) に作用するＸ
軸方向の力が０で、回転体(1) は中立位置に保持され
る。

【００５４】回転体(1) が負側に変位した場合、演算装
置(15)で演算される磁気吸引力値は正の値となる。これ
をＦa とすると、補正手段(16)は、第２電磁石(6) の制
御電流値を０として、これを第２の制御電流信号として
第２増幅器(18)に出力するとともに、記憶している磁気
吸引力Ｆ1 と制御電流Ｉ1 との関係から、Ｆa に対応す
る第１電磁石(5) の制御電流値Ｉa を求めて、これを第
１の制御電流信号として第１増幅器(17)に出力する。こ
れにより、第１電磁石(5) に磁気吸引力Ｆa が発生し、
回転体(1) はＸ軸正方向に吸引される。このとき、従来
のように、線形化されたＡに基づいて、Ｆa に比例する
値を制御電流値Ｉa'としたのでは、実際の磁気吸引力は
Ｆa'となり、所望の磁気吸引力Ｆa は得られない。とこ
ろが、上記のように、実際の磁気吸引力Ｆ1 に基づいて
制御電流値を求めているので、所望の磁気吸引力Ｆa が
得られる。

【００５５】回転体(1) が正側に変位した場合、演算装
置(15)で演算される磁気吸引力値は負の値となる。これ
を（−Ｆb ）とすると、補正手段(16)は、第１電磁石
(5) の制御電流値を０として、これを第１の制御電流信
号として第１増幅器(17)に出力するとともに、記憶して
いる磁気吸引力Ｆ2 と制御電流Ｉ2 との関係から、（−
Ｆb ）に対応する第２電磁石(6) の制御電流値Ｉb を求
めて、これを第２の制御電流信号として第２増幅器(18)
に出力する。これにより、第２電磁石(6) に磁気吸引力
（−Ｆb ）が発生し、回転体(1) はＸ軸負方向に吸引さ
れる。

【００５６】上記のように電磁石(5)(6)の制御電流が制
御されることにより、回転体(1) がＸ軸方向の中立位置
に保持される。

【００５７】Ｙ軸磁気軸受(3) は、１対のＹ軸電磁石(2
0)(21)と、Ｙ軸変位検出装置(22)と、Ｙ軸電磁石制御装
置(23)とを備えている。

【００５８】Ｙ軸電磁石(20)(21)はＸ軸電磁石(5)(6)と
同じ構成を有し、同じ部分には同一の符号を付してい
る。１対のＹ軸電磁石(20)(21)の上側の磁極部(9b)は、
Ｘ軸電磁石(5)(6)の上側の磁極部(9b)と同じ極性に励磁
され、Ｘ軸電磁石(5)(6)とＹ軸電磁石(20)(21)の上側の
磁極部(9b)は回転体(1) のターゲット(4) の上部の軸方
向の同一位置に対向している。１対のＹ軸電磁石(20)(2
1)の下側の磁極部(9c)は、Ｘ軸電磁石(5)(6)の下側の磁
極部(9c)と同じ極性に励磁され、Ｘ軸電磁石(5)(6)とＹ
軸電磁石(20)(21)の下側の磁極部(9c)は回転体(1) のタ
ーゲット(4) の下部の軸方向の同一位置に対向してい
る。

【００５９】Ｙ軸変位検出装置(22)は、１対のＹ軸セン
サ(24)(25)と、減算器(26)とを備えている。Ｙ軸センサ
(24)および減算器(26)は、Ｘ軸変位検出装置(7) におけ
るＸ軸センサ(12)(13)および減算器(14)と同じものであ
る。

【００６０】Ｙ軸電磁石制御装置(23)は、Ｘ軸電磁石制
御装置(8) と同じ構成を有する。そして、Ｘ軸磁気軸受
(2) の場合と同様、Ｙ軸変位検出装置(22)で検出された
回転体(1) のＹ軸方向の変位に基づいて、各Ｙ軸電磁石
(20)(21)の制御電流が制御されることにより、回転体
(1) がＹ軸方向の中立位置に非接触支持される。

【００６１】そして、Ｘ軸磁気軸受(2) とＹ軸磁気軸受
(3) により、回転体(1) がＸ軸方向およびＹ軸方向の中
立位置に保持される。

【００６２】図示は省略したが、他の１組のラジアル磁
気軸受ユニットも上記のラジアル磁気軸受ユニットと同
じ構成を有する。そして、これら２組のラジアル磁気軸
受ユニットにより、回転体(1) がＸ軸方向およびＹ軸方
向に非接触支持される。

【００６３】図４は、アキシアル磁気軸受ユニットの部
分を示している。

【００６４】アキシアル磁気軸受ユニットは、回転体
(1) をＺ軸方向に非接触支持するためのアキシアル磁気
軸受（Ｚ軸軸受）(30)を備えている。

【００６５】Ｚ軸磁気軸受(30)は、回転体(1) を磁気吸
引力によってＺ軸方向の所定の中立位置に非接触支持す
るためにＺ軸方向の両側から回転体(1) のフランジ部
（被支持部分）(1a)を挟むようにハウジング(11)の内周
部に固定された１対の電磁石（Ｚ軸電磁石）(31)(32)
と、回転体(1) の中立位置からのＺ軸方向の変位を検出
する変位検出手段を構成する変位検出装置（Ｚ軸変位検
出装置）(33)と、回転体(1) を中立位置に支持するため
に回転体(1) のＺ軸方向の変位に基づいて各電磁石(31)
(32)に励磁電流を供給する電磁石制御手段を構成する電
磁石制御装置（Ｚ軸電磁石制御装置）(34)とを備えてい
る。

【００６６】１対の電磁石のうち、Ｚ軸正側のものをＺ
軸第１電磁石(31)、Ｚ軸負側のものをＺ軸第２電磁石(3
2)ということにする。第１電磁石(31)はフランジ部(1a)
の上端面に、第２電磁石(32)はフランジ部(1a)の下端面
にそれぞれＺ軸方向の両側からわずかな空隙をあけて対
向している。各電磁石(31)(32)は電磁石制御装置(34)に
接続されており、制御装置(34)から供給される励磁電流
により、各電磁石(31)(32)が励磁され、フランジ部(1a)
をＺ軸方向の両側に吸引する。

【００６７】Ｚ軸変位検出装置(33)は、回転体(1) の上
端面に上から対向するようにハウジング(11)の上部内面
に固定されて回転体(1) の上端面との間のＺ軸方向の空
隙の大きさを検出する変位センサ（Ｚ軸センサ）(35)
と、Ｚ軸センサ(35)の出力を増幅して回転体(1) のＺ軸
方向の変位を求める増幅器(36)とを備えている。増幅器
(36)の出力は、制御装置(34)に入力する。

【００６８】回転体(1) は鉛直状に配置されているの
で、回転体(1) には、Ｚ軸方向に重力が作用する。制御
装置(34)は、上側にある第１電磁石(31)にのみ一定の定
常電流を常時供給し、この定常電流による第１電磁石(3
1)の上向きの磁気吸引力と回転体(1) に作用するＺ軸方
向下向きの重力とを釣合わせている。そして、回転体
(1) の変位が０のときは、各電磁石(31)(32)の制御電流
は０である。第２電磁石(32)の制御電流が０であるた
め、その励磁電流も０であり、第２電磁石(32)による磁
気吸引力は０である。また、第１電磁石(31)の制御電流
が０であるため、その励磁電流は定常電流に等しく、こ
の励磁電流による上向きの磁気吸引力と回転体(1) に作
用する磁気吸引力とが釣合っている。回転体(1) が中立
位置からＺ軸負側に変位したときは、第２電磁石(32)の
制御電流は０のままであり、第１電磁石(31)に変位量に
応じた正の値の制御電流が供給される。そして、第１電
磁石(31)に供給される励磁電流は制御電流の分だけ大き
くなり、第１電磁石(31)による上向きの磁気吸引力が大
きくなって、回転体(1) は全体として上向きの力を受け
る。回転体(1) が中立位置からＺ軸正側に変位したとき
は、第１電磁石(31)に変位量に応じた負の値の制御電流
が供給され、これと絶対値が等しい正の値の制御電流が
第２電磁石(32)に供給される。そして、第１電磁石(31)
に供給される励磁電流は制御電流の分だけ小さくなっ
て、第１電磁石(31)による上向きの磁気吸引力が小さく
なり、第２電磁石(32)には制御電流による下向きの磁気
吸引力が発生する。このため、電磁石(31)(32)による上
向きの吸引力が小さくなり、回転体(1)は全体として下
向きの力を受ける。このように１対の電磁石(31)(32)の
制御電流が制御されることにより、回転体(1) がＺ軸方
向の中立位置に保持される。

【００６９】制御装置(34)は、磁気吸引力演算手段とし
ての磁気吸引力演算装置(37)、制御電流補正手段として
の制御電流補正装置(38)および各電磁石(31)(32)に対応
する電力増幅器(39)(40)を備えている。

【００７０】図５は、１対の電磁石(31)(32)の制御電流
と磁気吸引力との関係を表わすグラフである。図５にお
いて、横軸は第１電磁石(31)の制御電流Ｉ1 を示し、右
側が正、左側が負である。第２電磁石(32)の制御電流Ｉ
2 は正の値であって、第１電磁石(31)の負の値の制御電
流Ｉ1 と絶対値が等しいので、横軸の原点(O) より左側
の部分は第２電磁石(32)の制御電流Ｉ2 も示し、第２電
磁石(32)の制御電流Ｉ2 については、左側が正、右側が
負である。縦軸は電磁石(31)(32)による磁気吸引力Ｆを
示し、上側が正、下側が負である。Ｆ1 は第１電磁石(3
1)の磁気吸引力、Ｆ2 は第２電磁石(32)の磁気吸引力、
Ｆt は２つの電磁石(31)(32)の磁気吸引力Ｆ1 、Ｆ2 を
合わせた電磁石(31)(32)全体の磁気吸引力を表わしてい
る。第１電磁石(31)に供給される定常電流をＩo とする
と、制御電流Ｉ1 が（−Ｉo ）のときに第１電磁石(31)
の磁気吸引力Ｆ1 は０である。この磁気吸引力Ｆ1 は、
制御電流Ｉ1 の増加に伴って二次関数的に増加し、制御
電流Ｉ1 が０のときＦo である。第１電磁石(31)の制御
電流Ｉ1 が正である領域において、第２電磁石(32)の制
御電流Ｉ2 は０であり、第２電磁石(32)の磁気吸引力Ｆ
2 は０である。したがって、第１電磁石(31)の磁気吸引
力Ｆ1 がそのまま全体の磁気吸引力Ｆt となる。第１電
磁石(31)の制御電流Ｉ1 が０のとき、第２電磁石(32)の
制御電流Ｉ2は０であり、その磁気吸引力Ｆ2 は０であ
る。そして、第１電磁石(31)の制御電流Ｉ1 が負である
領域において、制御電流Ｉ1 の減少（制御電流Ｉ2 の増
加）に伴って、第２電磁石(32)の磁気吸引力の絶対値は
二次関数的に増加する。したがって、全体の磁気吸引力
Ｆt は、制御電流Ｉ1 が０で磁気吸引力Ｆ1 がＦo の点
を通り制御電流Ｉ1 の減少に伴って減少する直線とな
る。補正装置(38)には、第１電磁石(31)の制御電流Ｉ1
と全体の磁気吸引力Ｆt との関係が記憶されている。

【００７１】次に、図５を参照して、制御装置(34)にお
ける電磁石(31)(32)の制御電流の制御について詳細に説
明する。

【００７２】制御装置(34)の磁気吸引力演算装置(37)
は、変位検出装置(33)で検出された回転体(1) の変位に
基づき、これに対応する１対の電磁石(31)(32)全体の磁
気吸引力値（磁気吸引力Ｆo の点からの増減値）を求
め、磁気吸引力信号として制御電流補正装置(38)に出力
する。この演算装置(37)における処理も、従来の電磁石
制御装置におけるものと同様である。制御電流補正装置
(38)は、磁気吸引力演算装置(37)からの磁気吸引力信号
に基づき、各電磁石(31)(32)に供給する制御電流値を求
め、制御電流信号として対応する増幅器(39)(40)に出力
する。各増幅器(39)(40)は、制御電流補正装置(38)から
の制御電流信号を増幅し、対応する電磁石(31)(32)に制
御電流として供給する。

【００７３】回転体(1) の変位が０のとき、演算装置(3
7)で演算される磁気吸引力値は０であり、これに対応す
る制御電流Ｉ1 、Ｉ2 はともに０であるから、補正装置
(38)で求められる各電磁石(31)(32)の制御電流値はとも
に０であり、補正装置(38)から増幅器(39)(40)に出力さ
れる制御電流信号は０である。このため、第１増幅器(3
9)から第１電磁石(31)に供給される励磁電流は定常電流
Ｉo に等しく、第２増幅器(40)から第２電磁石(32)に供
給される励磁電流は０であり、全体の磁気吸引力はＦo
となる。そして、この磁気吸引力Ｆo が回転体(1) に作
用する重力と釣合い、回転体(1) は中立位置に保持され
る。

【００７４】回転体(1) が負側に変位した場合、演算装
置(37)で演算される磁気吸引力値は正の値となる。これ
をａとすると、全体の磁気吸引力はＦa となり、補正手
段(38)は、第２電磁石(32)の制御電流値を０として、こ
れを第２の制御電流信号として第２増幅器(40)に出力す
るとともに、記憶している磁気吸引力Ｆt と制御電流Ｉ
1 との関係から、Ｆa に対応する第１電磁石(31)の制御
電流値Ｉa を求めて、これを第１の制御電流信号として
第１増幅器(39)に出力する。これにより、第１電磁石(3
1)の励磁電流が（Ｉo ＋Ｉa ）となって、電磁石(31)に
よる上向きの磁気吸引力Ｆa （＝Ｆo ＋ａ）が回転体
(1) に作用する重力（＝Ｆo ）より大きくなり、回転体
(1) は全体として上向きの力を受ける。

【００７５】回転体(1) が正側に変位した場合、演算装
置(15)で演算される磁気吸引力値は負の値となる。これ
を（−ｂ）とすると、全体磁気吸引力はＦb となり、補
正手段(38)は、記憶している磁気吸引力Ｆt と制御電流
Ｉ1 との関係から、Ｆb に対応する負の制御電流（−Ｉ
b ）を求めて、これを第１の制御電流信号として第１増
幅器(39)に出力するとともに、これと絶対値の等しい正
の制御電流Ｉb に対応する制御電流信号を制御電流信号
として第２増幅器(40)に出力する。これにより、第１電
磁石(31)の励磁電流が（Ｉo −Ｉb ）、第２電磁石(32)
の励磁電流がＩb となって、電磁石(31)(32)による上向
きの磁気吸引力Ｆb （＝Ｆo −ｂ）が回転体(1) に作用
する重力より小さくなり、回転体(1) は全体として下向
きの力を受ける。

【００７６】上記のように電磁石(31)(32)の制御電流が
制御されることにより、回転体(1)がＺ軸方向の中立位
置に保持される。

【００７７】そして、このアキシアル磁気軸受ユニット
と前述の２組のラジアル磁気軸受ユニットにより、回転
体(1) がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の中立位置に非接触
支持される。図示は省略したが、装置には、回転体(1)
を高速回転させるための内蔵型電動機が設けられてお
り、回転体(1) は、上記のようにラジアル磁気軸受ユニ
ットとアキシアル磁気軸受ユニットにより非接触支持さ
れた状態で、電動機により高速回転させられる。上記の
ラジアル磁気軸受ユニットの場合、ターゲット(4) の上
部の軸方向の同一位置に対向するＸ軸電磁石(5)(6)およ
びＹ軸電磁石(20)(21)の上側の磁極部(9b)が同じ極性を
有し、ターゲット(4) の下部の軸方向の同一位置に対向
するＸ軸電磁石(5)(6)およびＹ軸電磁石(20)(21)の下側
の磁極部(9c)が同じ極性を有するので、上側の磁極部(9
b)に面するターゲット(4) の周囲の磁束の変化、および
下側の磁極部(9c)に面するターゲット(4) の周囲の磁束
の変化がともに小さくなる。このため、回転体(1) の回
転によりターゲットの表面に生じる渦電流が小さくな
り、回転損失が小さくなる。したがって、ラジアル磁気
軸受ユニット全体の回転損失が小さくなって、電動機の
消費電力が小さくなり、装置全体の消費電力も小さくな
る。

【００７８】図６〜図８は、この発明を水平状の回転体
を１組のアキシアル磁気軸受ユニットと２組のラジアル
磁気軸受ユニットで非接触支持する装置に適用した実施
形態を示している。この場合、Ｚ軸は水平に配置され、
Ｘ軸およびＹ軸については、一方が水平に配置されて他
方が鉛直に配置される場合と、両方が斜めに配置される
場合とがある。

【００７９】図６および図７は、１組のラジアル磁気軸
受ユニットの部分の１例をそれぞれ示している。

【００８０】図６はＸ軸が水平に配置されてＹ軸が鉛直
に配置される場合を示し、図１および図２のものに相当
する部分には同一の符号を付している。

【００８１】この場合、Ｘ軸が水平であるから、回転体
(1) に作用する重力のＸ軸方向の成分は０である。した
がって、Ｘ軸磁気軸受(2) における電磁石制御装置(50)
は、図１の電磁石制御装置(8) と同じ構成を有する。す
なわち、制御装置(50)は、両方の電磁石(5)(6)の定常電
流を０とし、回転体(1) にＸ軸負方向の変位が生じたと
きに、第１電磁石(5) にのみ制御電流のみからなる励磁
電流を供給し、回転体(1) にＸ軸正方向の変位が生じた
ときに、第２電磁石(6) にのみ制御電流のみからなる励
磁電流を供給する。

【００８２】Ｙ軸は鉛直であるから、回転体(1) にはＹ
軸方向に重力が作用する。したがって、Ｙ軸磁気軸受
(3) における電磁石制御装置(51)は、図４の電磁石制御
装置(34)と同じ構成を有する。すなわち、制御装置(51)
は、上側にある第１電磁石(20)にのみ一定の定常電流を
常時供給して、この定常電流による第１電磁石(20)の上
向きの磁気吸引力と回転体(1) に作用するＹ軸方向下向
きの重力とを釣合わせ、回転体(1) にＹ軸負方向の変位
が生じたときに、第１電磁石(20)にのみ正の制御電流を
供給し、回転体(1) にＹ軸正方向の変位が生じたとき
に、第１電磁石(20)に負の制御電流を供給するととも
に、これと絶対値の等しい正の制御電流を第２電磁石(2
1)に供給する。

【００８３】他は、前記実施形態の場合と同様である。

【００８４】図７はＸ軸とＹ軸の両方が斜めに配置され
る場合を示し、図６のものに相当する部分には同一の符
号を付している。

【００８５】この場合、Ｘ軸およびＹ軸がともに斜めに
なっているので、Ｘ軸磁気軸受(2)における電磁石制御
装置(52)およびＹ軸磁気軸受(3) における電磁石制御装
置(53)は、図６のＹ軸電磁石制御装置(51)とほぼ同じ構
成を有する。すなわち、Ｘ軸電磁石制御装置(52)は、上
側にある第１電磁石(5) にのみ一定の定常電流を常時供
給して、この定常電流による第１電磁石(5) のＸ軸方向
斜め上向きの磁気吸引力と回転体(1) に作用する重力の
Ｘ軸方向の斜め下向きの成分とを釣合わせ、回転体(1)
にＸ軸負方向の変位が生じたときに、第１電磁石(5) に
のみ正の制御電流を供給し、回転体(1) にＸ軸正方向の
変位が生じたときに、第１電磁石(5) に負の制御電流を
供給するとともに、これと絶対値の等しい正の制御電流
を第２電磁石(6) に供給する。Ｙ軸電磁石制御装置(53)
についても、同様である。

【００８６】他は、前記実施形態の場合と同様である。

【００８７】図８はアキシアル磁気軸受ユニットの部分
の１例を示しており、図４のものに相当する部分には同
一の符号を付している。

【００８８】この場合、Ｚ軸が水平であるから、回転体
(1) に作用する重力のＺ軸方向の成分は０である。した
がって、Ｚ軸磁気軸受(30)における電磁石制御装置(54)
は、図１の電磁石制御装置(8) と同じ構成を有する。す
なわち、制御装置(54)は、両方の電磁石(31)(32)の定常
電流を０とし、回転体(1) にＺ軸負方向の変位が生じた
ときに、第１電磁石(31)にのみ制御電流のみからなる励
磁電流を供給し、回転体(1) にＺ軸正方向の変位が生じ
たときに、第２電磁石(32)にのみ制御電流のみからなる
励磁電流を供給する。

【００８９】他は、前記実施形態の場合と同様である。

【００９０】回転体が斜めに配置される場合、Ｚ軸磁気
軸受は図４のものと同様に構成され、Ｘ軸磁気軸受およ
びＹ軸磁気軸受は図６あるいは図７のものと同様に構成
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の１実施形態を示すラジアル
磁気軸受ユニットの縦断面部分の構成図である。

【図２】図２は、図１のラジアル磁気軸受ユニットの横
断面部分の構成図である。

【図３】図３は、図１のＸ軸磁気軸受における電磁石の
制御電流と磁気吸引力との関係を示すグラフである。

【図４】図４は、この発明の１実施形態を示すアキシア
ル磁気軸受ユニットの縦断面部分の構成図である。

【図５】図５は、図４のＺ軸磁気軸受における電磁石の
制御電流と磁気吸引力との関係を示すグラフである。

【図６】図６は、この発明の１実施形態を示すラジアル
磁気軸受ユニットの横断面部分の構成図である。

【図７】図７は、この発明の１実施形態を示すラジアル
磁気軸受ユニットの横断面部分の構成図である。

【図８】図８は、この発明の１実施形態を示すアキシア
ル磁気軸受ユニットの縦断面部分の構成図である。

【図９】図９は、従来の磁気軸受における電磁石の制御
電流と磁気吸引力との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

(1) 回転体 (1a) フランジ部（被支持部分） (2) Ｘ軸磁気軸受 (3) Ｙ軸磁気軸受 (4) ターゲット（被支持部分） (5)(6) Ｘ軸電磁石 (7) Ｘ軸変位検出装置（手段） (8)(50)(52) Ｘ軸電磁石制御装置（手段） (9) コア (9a) 連結部 (9b)(9c) 磁極部 (15)(37) 磁気吸引力演算装置（手段） (16)(38) 制御電流補正装置（手段） (20)(21) Ｙ軸電磁石 (22) Ｙ軸変位検出装置（手段） (23)(51)(53) Ｙ軸電磁石制御装置（手段） (30) Ｚ軸磁気軸受 (31)(32) Ｚ軸電磁石 (33) Ｚ軸変位検出装置（手段） (34)(54) Ｚ軸電磁石制御装置（手段）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体を１つの制御軸方向に非接触支持す
   るための磁気軸受であって、回転体を磁気吸引力によっ
   て前記制御軸方向の所定の中立位置に非接触支持するた
   めに前記制御軸方向の両側から前記回転体の被支持部分
   を挟むように配置された１対の電磁石と、前記回転体の
   前記中立位置からの前記制御軸方向の変位を検出する変
   位検出手段と、前記回転体を前記中立位置に支持するた
   めに前記各電磁石に一定の定常電流と前記回転体の前記
   制御軸方向の変位によって変化する制御電流とからなる
   励磁電流を供給する電磁石制御手段とを備えている磁気
   軸受において、 前記電磁石制御手段が、前記１対の電磁石の両方の定常
   電流をともに０とするか、あるいは一方にのみ一定の定
   常電流を供給して、前記回転体に作用する重力の前記制
   御軸方向の成分と前記１対の電磁石の定常電流による磁
   気吸引力が釣合うようにするものであることを特徴とす
   る磁気軸受。
2. 【請求項２】前記制御軸が水平な制御軸であり、前記電
   磁石制御手段が、前記１対の電磁石の両方の電磁石の定
   常電流をともに０とするものであることを特徴とする請
   求項１の磁気軸受。
3. 【請求項３】前記制御軸が水平でない制御軸であり、前
   記電磁石制御手段が、前記１対の電磁石のうち上側にあ
   るものにのみ一定の定常電流を供給するものであること
   を特徴とする請求項１の磁気軸受。
4. 【請求項４】前記電磁石制御手段が、前記回転体の前記
   制御軸方向の変位に対応する前記１対の電磁石による磁
   気吸引力値を求めて磁気吸引力信号として出力する磁気
   吸引力演算手段と、この磁気吸引力信号に対応する前記
   各電磁石の制御電流値を求めて制御電流信号として前記
   各電磁石に出力する制御電流補正手段とを備えているこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の磁気軸
   受。
5. 【請求項５】回転体をその回転軸心と直交するとともに
   互いに直交する２つの制御軸方向に非接触支持するため
   の磁気軸受ユニットであって、前記回転体を第１の制御
   軸方向に非接触支持するための第１の磁気軸受と、前記
   回転体を第２の制御軸方向に非接触支持するための第２
   の磁気軸受とを備え、前記各磁気軸受が、前記回転体を
   磁気吸引力によって前記各制御軸方向の所定の中立位置
   に非接触支持するために前記各制御軸方向の両側から前
   記回転体の被支持部分を挟むように配置された１対の電
   磁石と、前記回転体の前記中立位置からの前記各制御軸
   方向の変位を検出する変位検出手段と、前記回転体を前
   記中立位置に支持するために前記各電磁石に一定の定常
   電流と前記回転体の前記制御軸方向の変位によって変化
   する制御電流とからなる励磁電流を供給する電磁石制御
   手段とをそれぞれ備えている磁気軸受ユニットにおい
   て、 前記各磁気軸受の前記電磁石制御手段が、前記１対の電
   磁石の両方の定常電流をともに０とするか、あるいは一
   方にのみ一定の定常電流を供給して、前記回転体に作用
   する重力の前記各制御軸方向の成分と前記１対の電磁石
   の定常電流による磁気吸引力が釣合うようにするもので
   あることを特徴とする磁気軸受ユニット。
6. 【請求項６】前記回転体の回転軸心が鉛直状をなし、前
   記各磁気軸受の前記電磁石制御手段が、前記１対の電磁
   石の両方の定常電流をともに０とするものであることを
   特徴とする請求項５の磁気軸受ユニット。
7. 【請求項７】前記各磁気軸受の各電磁石が、前記回転体
   の回転軸心方向にのびる連結部の両端部に前記制御軸方
   向の内側に突出した磁極部が形成されたコアを備え、前
   記全電磁石のコアの一方の同一端部の磁極部が同一の極
   性を有し、他方の同一端部の磁極部が上記と逆の同一の
   極性を有することを特徴とする請求項５または６の磁気
   軸受ユニット。