特許 7093683 磁気軸受制御装置および磁気軸受制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-22

(45)【発行日】2022-06-30

(54)【発明の名称】磁気軸受制御装置および磁気軸受制御方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 32/04 20060101AFI20220623BHJP

【ＦＩ】

F16C32/04 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018114788

(22)【出願日】2018-06-15

(65)【公開番号】P2019218968

(43)【公開日】2019-12-26

【審査請求日】2021-04-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹村 聡一郎

(72)【発明者】

【氏名】▲徳▼山 和馬

(72)【発明者】

【氏名】古賀 毅

(72)【発明者】

【氏名】関 雄樹

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 賢

【審査官】藤村 聖子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０７９６７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ３２／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータと、前記ロータを電磁気力により浮上させる一対の電磁石と、前記ロータの非浮上時に前記ロータの回転軸を支持する補助軸受と、前記ロータの浮上方向位置を検出するロータ位置検出器と、を備えた磁気浮上モータの磁気軸受制御装置であって、
位置指令値と前記ロータ位置検出器で検出されたロータ位置との偏差に応じた操作電流値を生成する操作電流生成部を備え、
前記操作電流生成部は、前記ロータの前記回転軸が前記補助軸受に支持された状態から前記ロータを所定の目標位置に位置させるための浮上開始時において、前記操作電流値に、前記位置指令値と前記ロータ位置との前記偏差とは無関係に、０より大きい所定の初期値を与えるように構成される、磁気軸受制御装置。

【請求項2】

前記操作電流生成部は、前記位置指令値と前記ロータ位置との前記偏差に基づく値に前記初期値を加算する初期値加算部を有するように構成される、請求項１に記載の磁気軸受制御装置。

【請求項3】

前記操作電流生成部は、前記位置指令値と前記ロータ位置との前記偏差を積分する積分器を備え、
前記積分器の初期値として０より大きい前記所定の初期値が設定される、請求項１に記載の磁気軸受制御装置。

【請求項4】

前記操作電流生成部は、前記浮上開始時においてランプ入力波形にステップ入力波形が重ね合わされた波形を有する前記位置指令値を用いて前記操作電流値を生成するように構成される、請求項１に記載の磁気軸受制御装置。

【請求項5】

ロータと、前記ロータを電磁気力により浮上させる一対の電磁石と、前記ロータの非浮上時に前記ロータの回転軸を支持する補助軸受と、前記ロータの浮上方向位置を検出するロータ位置検出器と、を備えた磁気浮上モータの磁気軸受制御方法であって、
位置指令値と前記ロータ位置検出器で検出されたロータ位置との偏差に応じた操作電流値を生成するステップを含み、
前記ロータの前記回転軸が前記補助軸受に支持された状態から前記ロータを所定の目標位置に位置させるための浮上開始時において、前記操作電流値に、前記位置指令値と前記ロータ位置との前記偏差とは無関係に、０より大きい所定の初期値を与える、磁気軸受制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気浮上モータの磁気軸受制御装置および磁気軸受制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機のロータの軸受として、電磁石を用い、ロータを空中に浮上させた状態で回転させる磁気軸受を備えた磁気浮上モータが知られている。このような磁気浮上モータは、例えば回転軸が水平方向に配置されるロータと、ロータの上方および下方にそれぞれ配置され、ロータを電磁気力により浮上させる一対の電磁石と、ロータの停止時にロータを支持する補助軸受と、ロータの上下方向位置を検出するロータ位置検出器と、ロータの浮上位置制御を行う磁気軸受制御装置と、を備えている。

【0003】

磁気軸受制御装置は、ロータの浮上位置制御において、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御を行っている。すなわち、磁気軸受制御装置は、位置指令値とロータ位置検出器で検出されたロータ位置との偏差よって決められた操作電流と予め定められたバイアス電流によって定められる電流とによって決まる電流をロータに通電している。

【0004】

ロータが補助軸受に支持されている状態（ロータ非浮上時）からロータを浮上させて所定の目標位置（ロータの定常位置）に位置させるための浮上開始時において、従来は位置指令値としてランプ状の位置指令値が入力される。すなわち、浮上開始時において、補助軸受上に停止したロータの位置（ロータの初期位置）を０とすると、０から目標位置まで比例的に増加するような位置指令値（すなわち、この場合の初期値は０）が磁気軸受制御装置に入力される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－７９６７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

このような従来の浮上開始時の制御においては、電磁石への通電開始後、ロータが補助軸受から離れるまでに時間を要し、その間、ロータに過大な振動が生じたり、そのような振動によりロータと補助軸受とが複数回衝突したりする問題があった。ロータの振動またはロータと補助軸受との衝突が生じると、騒音が発生したり、補助軸受が損傷したりするおそれがある。

【0007】

ロータの浮上開始時における他の制御態様としては、例えば上記特許文献１に記載されたものがある。特許文献１における制御態様では、ロータを目標位置（基準位置）に浮上させるために、目標位置を段階的に設定する（補助軸受に支持されている位置と最終的な目標位置との間で一度停止させる）制御を行っている。これによれば、ロータを一度に目標位置まで移動させることによりロータが急浮上して、目標位置を超えて上方の補助軸受に衝突するオーバーシュートを防止することができる。

【0008】

しかしながら、上記特許文献１のような制御態様であっても、ロータが補助軸受から離れるまでの間に生じる振動等の上記問題は解決できない。

【0009】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ロータの浮上開始時において、ロータが補助軸受上で振動したり、離間および接触を繰り返したりすることを抑制することができる磁気軸受制御装置および磁気軸受制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様に係る磁気軸受制御装置は、ロータと、前記ロータを電磁気力により浮上させる一対の電磁石と、前記ロータの非浮上時に前記ロータの回転軸を支持する補助軸受と、前記ロータの浮上方向位置を検出するロータ位置検出器と、を備えた磁気浮上モータの磁気軸受制御装置であって、位置指令値と前記ロータ位置検出器で検出されたロータ位置との偏差に応じた操作電流値を生成する操作電流生成部を備え、前記操作電流生成部は、前記ロータの前記回転軸が前記補助軸受に支持された状態から前記ロータを所定の目標位置に位置させるための浮上開始時において、前記操作電流値に０より大きい所定の初期値を与えるように構成される。

【0011】

上記構成によれば、ロータの浮上開始時において、補助軸受に支持されているロータの初期位置における操作電流値が０より大きい所定の初期値となる。したがって、操作電流が急峻に立ち上がり（増大し）、ロータが補助軸受から離れるために必要な電磁気力が生じる。これにより、ロータが迅速に浮上し、ロータの浮上開始時において、ロータが補助軸受上で振動したり、離間および接触を繰り返したりすることを抑制することができる。

【0012】

前記操作電流生成部は、前記位置指令値と前記ロータ位置との前記偏差に基づく値に前記初期値を加算する初期値加算部を有するように構成されてもよい。あるいは、前記操作電流生成部は、前記位置指令値と前記ロータ位置との前記偏差を積分する積分器を備え、前記積分器の初期値として０より大きい前記所定の初期値が設定されてもよい。この場合、ロータの浮上開始時において、位置指令値にかかわらず操作電流値が直接的に急峻に立ち上がる。したがって、ロータが補助軸受から離れるために必要な電磁気力を生じる電流が急峻に立ち上がるような操作電流値を、位置指令値を変更することなく容易に生成することができる。

【0013】

前記操作電流生成部は、前記浮上開始時においてランプ入力波形にステップ入力波形が重ね合わされた波形を有する前記位置指令値を用いて前記操作電流値を生成するように構成されてもよい。この場合、ロータの浮上開始時において、位置指令値がステップ状に立ち上がるため、結果として生成される操作電流値が間接的に急峻に立ち上がる。したがって、ロータが補助軸受から離れるために必要な電磁気力を生じる電流が急峻に立ち上がるような操作電流値を、位置指令値を変更するだけで容易に生成することができる。

【0014】

本発明の他の態様に係る磁気軸受制御方法は、ロータと、前記ロータを電磁気力により浮上させる一対の電磁石と、前記ロータの停止時に前記ロータの回転軸を支持する補助軸受と、前記ロータの前記所定方向位置を検出するロータ位置検出器と、を備えた磁気浮上モータの磁気軸受制御方法であって、位置指令値と前記ロータ位置検出器で検出されたロータ位置との偏差に応じた操作電流値を生成するステップを含み、前記ロータの前記回転軸が前記補助軸受に支持された状態から前記ロータを所定の目標位置に位置させるための浮上開始時において、前記操作電流値に０より大きい所定の初期値を与えるものである。

【0015】

上記方法によれば、ロータの浮上開始時において、補助軸受に支持されているロータの初期位置における操作電流値が０より大きい所定の初期値となる。したがって、操作電流が急峻に立ち上がり（増大し）、ロータが補助軸受から離れるために必要な電磁気力が生じる。これにより、ロータが迅速に浮上し、ロータの浮上開始時において、ロータが補助軸受上で振動したり、離間および接触を繰り返したりすることを抑制することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、ロータの浮上開始時において、ロータが補助軸受上で振動したり、離間および接触を繰り返したりすることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の実施の形態１に係る磁気軸受制御装置が適用された磁気浮上モータシステムの概略構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、図１に示す磁気軸受制御装置の操作電流生成部における制御ブロックを示す図である。

【図3】図３は、実施の形態１における浮上開始時の位置指令値波形、操作電流値波形、およびロータ位置波形を示すグラフである。

【図4】図４は、本発明の実施の形態２に係る磁気軸受制御装置の操作電流生成部における制御ブロックを示す図である。

【図5】図５は、実施の形態２における浮上開始時の位置指令値波形、操作電流値波形、およびロータ位置波形を示すグラフである。

【図6】図６は、本発明の実施の形態の変形例に係る磁気軸受制御装置の操作電流生成部における制御ブロックを示す図である。

【図7】図７は、本発明の実施の形態の変形例に係る磁気浮上モータの概略構成を示す図である。

【図8】図８は、比較例における浮上開始時の位置指令値波形、操作電流値波形、およびロータ位置波形を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

【0019】

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る磁気軸受制御装置が適用された磁気浮上モータシステムの概略構成を示すブロック図である。磁気浮上モータシステム１は、水処理システム等に用いられる曝気用のブロワとして利用される。本実施の形態において、磁気浮上モータシステム１は、磁気浮上モータ２と、磁気軸受制御装置３とを備えている。

【0020】

磁気浮上モータ２は、ロータ５と、ステータ６と、一対の磁気軸受機構７ａ，７ｂと、を備えている。ロータ５は、水平方向に伸びる回転軸４と、回転軸４に固定されたロータ本体８と、ロータ本体８の軸方向両側において回転軸４に固定された一対の軸受対応部９ａ，９ｂと、を備えている。ロータ５は、これらの構成４，８，９ａ，９ｂが一体的に回転軸４回りに回転する。

【0021】

一対の磁気軸受機構７ａ，７ｂは、一対の軸受対応部９ａ，９ｂに対応して配置された電磁石対１０ａ，１０ｂを備えている。各電磁石対１０ａ，１０ｂは、ロータ５の回転軸４の上方および下方にそれぞれ配置された一対の電磁石（上側電磁石１１および下側電磁石１２）を備えている。さらに、一対の磁気軸受機構７ａ，７ｂは、それぞれ、ロータ５の回転軸４の位置が逸脱するのを防止する補助軸受１３ａ，１３ｂと、ロータ５の浮上方向位置（上下方向位置）を検出するロータ位置検出器１４ａ，１４ｂと、を備えている。ロータ位置検出器１４ａ，１４ｂは、例えばロータリエンコーダ等により構成される。

【0022】

補助軸受１３ａ，１３ｂは、それぞれ、上側補助軸受１５および下側補助軸受１６を備えている。補助軸受１３ａ，１３ｂの下側補助軸受１６は、ロータ５の停止時（図１において想像線で示される）にロータ５の回転軸４を支持する。下側補助軸受１６に支持された状態（停止状態）のロータ５の上下方向位置（図１における回転軸４の軸線位置）を０とする。

【0023】

磁気軸受制御装置３は、第１磁気軸受機構７ａに対して制御を行う第１磁気軸受制御装置３ａと、第２磁気軸受機構７ｂに対して制御を行う第２磁気軸受制御装置３ｂと、を備えている。各磁気軸受制御装置３ａ，３ｂは、それぞれ、位置指令値Ｐｃａ，Ｐｃｂとロータ位置検出器１４ａ，１４ｂで検出されたロータ位置Ｐａ，Ｐｂとの偏差に応じた操作電流値Ｉｍａ，Ｉｍｂを生成する操作電流生成部１７を備えている。

【0024】

各磁気軸受制御装置３ａ，３ｂは、操作電流生成部１７で生成された操作電流値Ｉｍａ，Ｉｍｂから対応する上側電磁石１１に流す上側電流Ｉｍａ１，Ｉｍｂ１および下側電磁石１２に流す下側電流Ｉｍａ２，Ｉｍｂ２を生成し、当該上側電磁石１１および下側電磁石１２に出力する。上側電磁石１１および下側電磁石１２に電流が流れることにより、電磁石対１０ａ，１０ｂに電磁気力が生じ、ロータ５が浮上する。各磁気軸受制御装置３ａ，３ｂは、ロータ位置検出器１４ａ，１４ｂで検出されたロータ位置Ｐａ，Ｐｂが位置指令値Ｐｃａ，Ｐｃｂに一致するように操作電流値Ｉｍａ，Ｉｍｂを生成することによりロータ５の浮上制御を行う。

【0025】

ロータ５の浮上後は、駆動制御装置（図示せず）によりロータ５の回転制御が行われる。なお、磁気軸受制御装置３（３ａ，３ｂ）は、駆動制御装置と同じ制御装置により実現されてもよいし、駆動制御装置とは別に構成されてもよい。また、第１磁気軸受制御装置３ａと、第２磁気軸受制御装置３ｂとは、１つの制御装置（マイクロコントローラ等のコンピュータ）により構成されてもよいし、個別（２つ）の制御装置により構成されてもよい。

【0026】

ここで、各磁気軸受制御装置３ａ，３ｂは、ロータ５の回転軸４が補助軸受１３ａ，１３ｂ（の下側補助軸受１６）に支持された状態からロータ５を所定の目標位置（ロータ５の定常回転位置）Ｐｔに位置させるための浮上開始時において浮上開始制御を行う。浮上開始制御において、各磁気軸受制御装置３ａ，３ｂは、操作電流値に０より大きい所定の初期値を与えるように構成される。

【0027】

初期値は、例えば、従来の構成において同じ目標位置Ｐｔにロータ５の位置を制御するために必要な操作電流の最大値（図８のグラフ（ｂ）における最大値）に基づいて設定される。

【0028】

図２は、図１に示す磁気軸受制御装置の操作電流生成部における制御ブロックを示す図である。図２および以下の説明では、第１磁気軸受制御装置３ａにおける操作電流生成部１７について主に説明するが、第２磁気軸受制御装置３ｂにおける操作電流生成部１７も同様の構成を備えている。

【0029】

図２に示すように、本実施の形態における操作電流生成部１７は、ロータ５の浮上開始時において出力する操作電流値に初期値を与えるように構成される。より具体的には、操作電流生成部１７は、位置指令値Ｐｃａとロータ位置Ｐａとの偏差ΔＰａに対してＰＩＤ制御を行うためのＰＩＤ制御部１８と、浮上開始時において生成された操作電流値Ｉｍａに初期値Ｉｉｎを加算して操作電流値Ｉｍｃａを生成する初期値加算部１９と、を備えている。さらに、各磁気軸受制御装置３ａ，３ｂは、操作電流生成部１７から出力される操作電流値Ｉｍｃａから上側電磁石１１に出力する上側電流Ｉｍａ１および下側電磁石１２に出力する下側電流Ｉｍａ２を生成する電流出力部２０を備えている。

【0030】

ＰＩＤ制御部１８は、減算器２１、比例演算部２２、積分演算部２３、微分演算部２４および加算器２５を備えている。減算器２１は、位置指令値Ｐｃａからロータ位置Ｐａを差し引いて偏差ΔＰａを求める。比例演算部２２は、偏差ΔＰａに対して所定のゲインＫｐを掛け、比例演算を行う。積分演算部２３は、偏差ΔＰａに対して所定のゲインＫｉを掛け、積分演算を行う。微分演算部２４は、偏差ΔＰａに対して所定のゲインＫｄを掛け、微分演算を行う。加算器２５は、各演算部２２～２４の出力を足し合わせて操作電流値（ベース値）Ｉｍａを生成する。

【0031】

電流出力部２０は、所定のバイアス電流値Ｉｂａに操作電流値（後述する初期値加算部１９の出力）Ｉｍｃａを足し合わせた電流値を上側電流Ｉｍａ１として出力し、所定のバイアス電流値Ｉｂａから操作電流値Ｉｍｃａを差し引いた電流値を下側電流Ｉｍａ２として出力する。このようにして、電流出力部２０は、１つの操作電流値Ｉｍｃａから上側電磁石１１に流す上側電流Ｉｍａ１および下側電磁石１２に流す下側電流Ｉｍａ２を生成する。

【0032】

ＰＩＤ制御部１８から出力される操作電流値Ｉｍａは、初期値加算部１９に入力される。初期値加算部１９は、浮上開始時において、ＰＩＤ制御部１８の出力（操作電流値Ｉｍａ）に初期値Ｉｉｎを加算し、浮上開始時における補正後の操作電流値Ｉｍｃａを生成する。図３は、実施の形態１における浮上開始時の位置指令値の時間的変化を示す位置指令値波形、操作電流値の時間的変化を示す操作電流値波形、およびロータ位置の時間的変化を示すロータ位置波形を示すグラフである。また、図８は、比較例における浮上開始時の位置指令値波形、操作電流値波形、およびロータ位置波形を示すグラフである。何れの図においても、グラフ（ａ）は、位置指令値波形を示し、グラフ（ｂ）は、操作電流値波形を示し、グラフ（ｃ）は、ロータ位置波形を示す。なお、図３および図８においては、第１磁気軸受制御装置３ａにおける各値のグラフを示す。

【0033】

本実施の形態における位置指令値Ｐｃａおよび比較例における位置指令値Ｐｃａは、同じ波形を有している。すなわち、位置指令値Ｐｃａは、時刻ｔ１に第１磁気軸受機構７ａの電磁石対１０ａに電流を流すことにより、ロータ５が浮上を開始し、時刻ｔ２に第１磁気軸受機構７ａ側におけるロータ５の浮上が完了する（所定の目標位置Ｐｔに到達する）ような波形を有している。このため、位置指令値Ｐｃａは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、ランプ状に上昇する（時間経過に伴って線形に上昇する）。時刻ｔ１における位置指令値Ｐｃａは０である。

【0034】

この場合、図８に示すように、従来の構成では、時刻ｔ１からランプ状に上昇する位置指令値Ｐｃａに応じて生成される操作電流値Ｉｍａが、０から徐々に上昇する。このため、図８のグラフ（ｃ）に示されるように、実際のロータ位置は、しばらくの間（期間ｔｘ）、下側補助軸受１６上で振動したり、完全に浮上せず下側補助軸受１６に再衝突したりする。

【0035】

これに対し、本実施の形態によれば、図３に示すように、ロータ５の浮上開始時の時刻ｔ１において、位置指令値Ｐｃａが０であるにもかかわらず、操作電流値Ｉｍｃａとして０より大きい所定の初期値Ｉｉｎが出力される。したがって、操作電流が急峻に立ち上がり（増大し）、ロータ５が補助軸受１３ａ（下側軸受１６）から離れるために必要な電磁気力が生じる。このため、ロータ５が迅速に浮上し、図３のグラフ（ｃ）に示されるように、実際のロータ位置Ｐａも、位置指令値Ｐｃａに追従してランプ状に上昇する。このように、本実施の形態によれば、ロータ５の浮上開始時において、ロータ５が補助軸受１３ａ，１３ｂ上で振動したり、離間および接触を繰り返したりすることを抑制することができる。

【0036】

特に、本実施の形態では、ロータ５の浮上開始時において、ＰＩＤ制御部１８により生成された操作電流値Ｉｍａに初期値Ｉｉｎが加算される。これにより、既存の磁気軸受制御装置における操作電流値Ｉｍａの出力に初期値Ｉｉｎを加算する演算を行うだけで、ロータ５が補助軸受１３ａから離れるために必要な電磁気力を生じる電流（操作電流値Ｉｍｃａ）が直接的に急峻に立ち上がる。したがって、位置指令値Ｐｃａを変更することなく、ロータ５が補助軸受１３ａから離れるために必要な電流が急峻に立ち上がるような操作電流値Ｉｍｃａを容易に生成することができる。

【0037】

本実施の形態において、第２磁気軸受制御装置３ｂは、第１磁気軸受機構７ａ側においてロータ５が目標位置Ｐｔに浮上してから第２磁気軸受機構７ｂ側におけるロータ５の浮上を開始するように第２磁気軸受機構７ｂを制御する。図３および図８の例では、時刻ｔ３に第２磁気軸受機構７ｂ側におけるロータ５の浮上を開始している（電磁石対１０ｂに電流を流している）。このような場合においても、第２磁気軸受制御装置３ｂは、第１磁気軸受制御装置３ａと同様に、ＰＩＤ制御部１８により生成された操作電流値Ｉｍａに初期値Ｉｉｎを加算する制御を行う。

【0038】

従来の構成では、第２磁気軸受機構７ｂ側においても第１磁気軸受機構７ａ側の振る舞いと同様に、ロータ５の浮上制御開始時にロータ５が補助軸受１３ｂ上で振動する等によりロータ５全体が振動する。図８のグラフ（ｃ）において、時刻ｔ３以降にグラフが振動しているのは、第２磁気軸受機構７ｂにおけるロータ５の振動が第１磁気軸受機構７ａ側にも伝わって影響を及ぼしていることを示している。これに伴い、第１磁気軸受制御装置３ａから出力される操作電流値Ｉｍａも第１磁気軸受機構７ａ側におけるロータ５の位置を目標位置に保持しようとして大きく上下に振れる結果となっている。

【0039】

これに対し、本実施の形態によれば、第２磁気軸受制御装置３ｂの操作電流生成部１７から出力される操作電流値Ｉｍｃａも位置指令値Ｐｃａが０であるにもかかわらず、操作電流値Ｉｍｃａとして０より大きい所定の初期値Ｉｉｎが出力される。したがって、ロータ５が補助軸受１３ｂから離れるために必要な電磁気力を生じる電流が急峻に立ち上がる。このため、実際のロータ位置Ｐｂも、位置指令値Ｐｃｂに追従してランプ状に上昇する。したがって、図３のグラフ（ｃ）に示すように、時刻ｔ３において第２磁気軸受機構７ｂが浮上を開始した際に、第１磁気軸受機構７ａ側におけるロータ位置Ｐａの変動が抑制されている。また、図３のグラフ（ｂ）に示すように、第１磁気軸受制御装置３ａから出力される操作電流値Ｉｍｃａもほとんど変化しない。これにより、ロータ５の浮上開始時におけるロータ位置制御を高精度に行うことができ、ロータ５の損傷の発生を防止することができる。

【0040】

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る磁気軸受制御装置の操作電流生成部における制御ブロックを示す図である。本実施の形態において、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態における磁気軸受制御装置３Ｂが実施の形態１と異なる点は、操作電流生成部１７Ｂが、浮上開始時においてランプ入力波形にステップ入力波形が重ね合わされた波形を有する位置指令値を用いて操作電流値を生成するように構成されることである。

【0041】

より具体的には、操作電流生成部１７Ｂは、浮上開始時において、ランプ状の位置指令値Ｐｃａにステップ状の初期値Ｐｉｎを加算し、浮上開始時における補正後の位置指令値Ｐｃｃａを生成する初期値加算部１９Ｂを備えている。本実施の形態において、初期値加算部１９Ｂは、位置指令値Ｐｃａに初期値Ｐｉｎを加えた値に、所定のゲインを掛けたものを補正後の位置指令値Ｐｃｃａとして出力している。これにより、補正後の位置指令値Ｐｃｃａにおいて目標位置Ｐｔに対応する位置指令値の大きさが、元の位置指令値Ｐｃａと同じになるように調整される。その他の構成は、図１に示す磁気浮上モータシステム１と同様に構成される。

【0042】

図５は、実施の形態２における浮上開始時の位置指令値波形、操作電流値波形、およびロータ位置波形を示すグラフである。図５のグラフ（ａ）は、補正後の位置指令値Ｐｃｃａの波形を示す。補正前の位置指令値Ｐｃａの波形は、図３のグラフ（ａ）と同じ波形である。

【0043】

図５のグラフ（ａ）に示すように、補正後の位置指令値Ｐｃｃａは、時刻ｔ１において初期値成分Ｐｉｎ’（初期値加算部１９Ｂに入力されるステップ状の初期値Ｐｉｎに対してゲイン処理された値）が加えられている。これにより、図５のグラフ（ｂ）に示すように、時刻ｔ１から操作電流値Ｉｍａは、急峻に立ち上がり、図３のグラフ（ｂ）における操作電流値の初期値Ｉｉｎとほぼ同じ値となる。この結果、図５のグラフ（ｃ）に示すように、ロータ位置Ｐａが時刻ｔ１直後から立ち上がる（ロータ５が時刻ｔ１直後から浮上する）。

【0044】

このように、本実施の形態によれば、ロータ５の浮上開始時において、補正後の位置指令値Ｐｃｃａがステップ状に立ち上がるため、結果として生成される操作電流値Ｉｍａが間接的に急峻に立ち上がる。したがって、ロータ５が補助軸受１３ａ，１３ｂの下側補助軸受１６から離れるために必要な電磁気力が生じる電流が急峻に立ち上がるような操作電流値Ｉｍａを、位置指令値Ｐｃａに初期値Ｐｉｎを加えて補正後の位置指令値Ｐｃｃａに変更するだけで容易に生成することができる。

【0045】

［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

【0046】

例えば、操作電流値Ｉｍａ，ＩｍｂまたはＩｍｃａ，Ｉｍｃｂの生成態様は、ロータ５の浮上開始時において、操作電流値Ｉｍａ，Ｉｍｂに０より大きい所定の初期値を与える限り、上記実施の形態に限定されない。なお、「０より大きい」とは、電磁石対１０ａ，１０ｂに流れる電流においてロータ５が浮上する方向の操作電流値の大きさが０からランプ状に増大する操作電流値では取り得ない有意の値であることを意味し、操作電流値Ｉｍａ，ＩｍｂまたはＩｍｃａ，Ｉｍｃｂ自体が正の値であることに限られず、負の値である場合も含まれ得る。

【0047】

また、上記実施の形態においては、第１磁気軸受制御装置３ａにより第１磁気軸受機構７ａ側におけるロータ５の浮上制御を行った後、第２磁気軸受制御装置３ｂにより第２磁気軸受機構７ｂ側におけるロータ５の浮上制御を行う態様を例示したが、第１磁気軸受機構７ａおよび第２磁気軸受機構７ｂの双方に対して同時にロータ５の浮上制御を開始してもよい。この場合、磁気軸受制御装置３は、第１磁気軸受制御装置３ａのみで構成されてもよい。すなわち、第１磁気軸受制御装置３ａから出力される上側電流Ｉｍａ１および下側電流Ｉｍａ２が電磁石対１０ａ，１０ｂの双方（における上側電磁石１１および下側電磁石１２）に流れるように構成されてもよい。

【0048】

また、上記実施の形態においては、一の操作電流値Ｉｍｃａ，Ｉｍａ，Ｉｍｃｂ，Ｉｍｂから上側電流Ｉｍａ１，Ｉｍｂ１および下側電流Ｉｍａ２，Ｉｍｂ２を生成する態様について説明した。これに代えて、上側電流Ｉｍａ１，Ｉｍｂ１のための操作電流値と、下側電流Ｉｍａ２，Ｉｍｂ２のための操作電流値とを、それぞれ個別に生成してもよい。

【0049】

また、上記実施の形態１において、初期値加算部１９は、浮上開始時において、ＰＩＤ制御部１８の出力（操作電流値Ｉｍａ）に初期値Ｉｉｎを加算し、浮上開始時における補正後の操作電流値Ｉｍｃａを生成する態様について説明した。これに代えて、初期値加算部１９は、ＰＩＤ制御部１８において演算部２２～２４の出力を加算器２５に加算する前に、例えば積分演算部２３の出力に、初期値Ｉｉｎを加算するように構成してもよい。すなわち、初期値加算部１９は、位置指令値Ｐｃａとロータ位置Ｐａとの偏差ΔＰａに基づく値（少なくとも積分演算部２３の出力および操作電流値Ｉｍａを含む）に初期値Ｉｉｎを加算するように構成されていればよい。

【0050】

さらに、ＰＩＤ制御部１８の積分器２３の初期値として０より大きい所定の初期値が設定されていてもよい。図６は、本発明の実施の形態の変形例に係る磁気軸受制御装置の操作電流生成部における制御ブロックを示す図である。図６に示す磁気軸受制御装置３Ｃの操作電流生成部１７Ｃは、実施の形態１における初期値加算部１９（図２）に代えて、ＰＩＤ制御部１８Ｃの積分器２３に初期値Ｃｉを与える初期値設定部２６が設けられている。この場合、ロータ５の浮上制御開始時の積分器２３の出力が位置指令値Ｐｃａとロータ位置Ｐａとの偏差ΔＰａにかかわらず当該初期値となる。

【0051】

また、上記実施の形態２において、操作電流生成部１７Ｂの初期値加算部１９Ｂが、浮上開始時において、ランプ状の位置指令値Ｐｃａにステップ状の初期値Ｐｉｎを加算し、浮上開始時における補正後の位置指令値Ｐｃｃａを生成する態様について説明した。これに代えて、位置指令値Ｐｃａ，Ｐｃｂ自体がランプ入力波形にステップ入力波形が重ね合わされた波形として各磁気軸受制御装置３ａ，３ｂに入力されるように構成されてもよい。

【0052】

また、上記実施の形態においては、操作電流生成部１７，１７ＢがＰＩＤ制御部１８を有する例について説明したが、ＰＩＤ制御部１８の代わりに、ＰＩ制御を行うＰＩ制御部または比例制御を行う比例制御部を有していてもよい。

【0053】

また、上記実施の形態においては、ロータ５の回転軸４が水平方向に伸び、一対の電磁石１１，１２が回転軸４の上下方向にそれぞれ配置される構成に基づいて説明したが、ロータ５の回転軸４の伸長方向は、水平方向以外であってもよい。例えば、図７に示すように、ロータ５の回転軸４が鉛直方向に伸び、ロータ５が回転軸４の方向に浮上する軸浮上モータ２Ｂについても、本制御態様を適用可能である。図７の例において、一対の電磁石１１Ｂ，１２Ｂは、回転軸４に設けられた円板状の軸受対応部９の軸方向下方を向く第１面側（電磁石１１Ｂ）と軸受対応部９の軸方向上方を向く第２面側（電磁石１２Ｂ）とに設けられる。なお、図７の例では、軸受対応部９、一対の電磁石１１Ｂ，１２Ｂ、補助軸受１５，１６は、ロータ本体８の下方にのみ設けられ、ロータ位置検出器１４は、ロータ本体８の上方にのみ設けられる例を示しているが、図１の構成と同様に、ロータ本体８を挟んで両側にこれらの構成が設けられてもよい。

【0054】

このように、ロータの浮上方向にかかわらず、ロータを電磁気力により浮上させる一対の電磁石と、ロータの停止時にロータの回転軸を支持する補助軸受と、ロータの浮上方向位置を検出するロータ位置検出器と、を備えた磁気浮上モータであれば、本制御態様を適用可能である。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明は、ロータの浮上開始時において、ロータが補助軸受上で振動したり、離間および接触を繰り返したりすることを抑制することができる磁気軸受制御装置および磁気軸受制御方法を提供するために有用である。

【符号の説明】

【0056】

２ 磁気浮上モータ
３，３ａ，３ｂ，３Ｂ 磁気軸受制御装置
４ 回転軸
５ ロータ
１１，１２ 一対の電磁石
１３ａ，１３ｂ 補助軸受
１４ａ，１４ｂ ロータ位置検出器
１７ 操作電流生成部
１８ ＰＩＤ制御部
１９ 初期値加算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】