特許 7192502 磁気軸受

(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】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】磁気軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 32/04 20060101AFI20221213BHJP

【ＦＩ】

F16C32/04 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019000461

(22)【出願日】2019-01-07

(65)【公開番号】P2020109305

(43)【公開日】2020-07-16

【審査請求日】2021-09-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】岡 諒太朗

(72)【発明者】

【氏名】山田 達郎

(72)【発明者】

【氏名】軸丸 武弘

(72)【発明者】

【氏名】松田 朋浩

【審査官】西藤 直人

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－０６８２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２４８６４０（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】

一対のティースと、
前記一対のティースに連結された連結部と、
前記ティース及び前記連結部のうちの一部分を少なくとも含む領域である第１領域の周囲に配置されたコイルと、
前記コイルに供給される電流を制御する電流制御部と、を備え、
前記ティース及び前記連結部のうちの前記コイルに係る領域である第２領域に可変磁力磁石が設けられ、
前記電流制御部は、シャフトの回転時において、前記コイルの電流値を、第１基準電流値から第２基準電流値に上昇させた後、前記第１基準電流値よりも低い第３基準電流値に低下させる磁気軸受。

【請求項2】

一対のティースと、
前記一対のティースに連結された連結部と、
前記ティース及び前記連結部のうちの一部分を少なくとも含む領域である第１領域の周囲に配置されたコイルと、
前記コイルに供給される電流を制御する電流制御部と、を備え、
前記ティース及び前記連結部のうちの前記コイルに係る領域である第２領域に可変磁力磁石が設けられ、
前記電流制御部は、シャフトの回転時において、前記コイルの電流値を、第４基準電流値から負の電流値である第５基準電流値に低下させた後、前記第４基準電流値よりも高い第６基準電流値に上昇させる磁気軸受。

【請求項3】

一対のティースと、
前記一対のティースに連結された連結部と、
前記ティース及び前記連結部のうちの一部分を少なくとも含む領域である第１領域の周囲に配置されたコイルと、
前記コイルに供給される電流を制御する電流制御部と、を備え、
前記ティース及び前記連結部のうちの前記コイルに係る領域である第２領域に可変磁力磁石が設けられ、
前記電流制御部は、シャフトの始動直後において、前記コイルの電流値を、第１基準電流値から第２基準電流値に上昇させた後、前記第２基準電流値よりも低い第３基準電流値に低下させる磁気軸受。

【請求項4】

一対のティースと、
前記一対のティースに連結された連結部と、
前記ティース及び前記連結部のうちの一部分を少なくとも含む領域である第１領域の周囲に配置されたコイルと、
前記一対のティース、前記連結部及び前記コイルを含む複数のユニットと、
前記コイルに供給される電流を制御する電流制御部と、を備え、
前記ティース及び前記連結部のうちの前記コイルに係る領域である第２領域に可変磁力磁石が設けられ、
前記複数のユニットは、シャフトの周方向に間隔をとって配置され、
前記シャフトの第１径方向に対向する第１ユニット及び第２ユニットと、
前記シャフトの前記第１径方向と交差する第２径方向に対向する第３ユニット及び第４ユニットと、を含み、
前記電流制御部は、前記第１ユニット及び前記第２ユニットにおける前記可変磁力磁石の磁力を増加又は減少させた後に、前記第３ユニット及び前記第４ユニットにおける前記可変磁力磁石の磁力を増加又は減少させる磁気軸受。

【請求項5】

前記第１領域及び前記第２領域は、前記ティースに配置されている請求項１～４の何れか一項に記載の磁気軸受。

【請求項6】

前記第２領域は前記ティースのシャフト側の端部を含む請求項５に記載の磁気軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、磁気軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば回転機械では、回転抵抗を低減してシャフトを支持するために、磁気軸受が用いられているものがある。磁気軸受では、電磁石による磁力によってシャフトを吸引してシャフトを保持する（例えば特許文献１，２参照）。磁気軸受として、シャフトの径方向の荷重を支持するラジアル磁気軸受と、シャフトの軸方向の荷重を支持するアキシャル磁気軸受とがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１－１５８２１５号公報

【文献】特開平４－２１９４９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

磁気軸受では、シャフトの周囲に配置された電磁石のコイルに流す電流値を変更して、電磁石による吸引力を変更し、シャフトに作用する力を変更することができる。電磁石による吸引力は例えばシャフトの回転数又は変位によって異なる。本開示は、コイルの電流値に対するゲイン（応答）特性を変更可能な磁気軸受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】

【0005】

本開示の一態様に係る磁気軸受は一対のティースと、一対のティースに連結された連結部と、ティース及び連結部のうちの一部分を少なくとも含む領域である第１領域の周囲に配置されたコイルと、を備え、ティース及び連結部のうちのコイルに係る領域である第２領域に可変磁力磁石が設けられている。

【0006】

この磁気軸受では、コイルによって形成された磁界により、一対のティース及び連結部を通る磁気回路が形成される。磁気軸受によれば、吸引力を発生させてシャフトの荷重を支えることができる。この磁気軸受では、磁気回路が形成されるところに可変磁力磁石が設けられているので、コイルに流す電流を制御して、可変磁力磁石による磁力を増加又は減少させることができる。これにより、可変磁力磁石による磁力の変更後において、コイルの電流値に対するゲイン特性は、可変磁力磁石による磁力の変更前と比較して変更される。なお、「コイルに係る領域」とは、コイルに囲まれている領域、又はコイルに隣接する領域を含み、コイルの磁界による影響を受ける領域を含む。

【0007】

可変磁力磁石による磁力は、コイルに電流を流す前後で、コイルに電流を流していない状態での磁力に変化が生じうる。そのため、磁力の変更前と変更後について、コイルに電流を流していない状態において可変磁力磁石による磁力を測定することで、可変磁力磁石による磁力の増加又は減少を検出することができる。例えば、可変磁力磁石ではない永久磁石では、コイルに電流を流していない状態において、磁力の変化を検出することはできない。可変磁力磁石ではない磁性体では、コイルに電流を流していない状態において、磁力の変化を検出することができる。

【0008】

いくつかの態様において、第１領域及び第２領域は、ティースに配置されていてもよい。すなわち、コイルはティースの周囲に配置され、可変磁力磁石は、コイルが配置されたティースに設けられていてもよい。いくつかの態様において、第２領域はティースのシャフト側の端部を含んでもよい。すなわち、可変磁力磁石は、ティースのシャフト側の端部に設けられていてもよい。

【0009】

いくつかの態様において、コイルに供給される電流を制御する電流制御部を備え、電流制御部は、シャフトの回転時に、コイルの電流値を、第１基準電流値から第２基準電流値に上昇させた後、第１基準電流値よりも低い第３基準電流値に低下させてもよい。これにより、シャフトの回転中に、可変磁力磁石による磁力を増加させることができる。その結果、可変磁力磁石による磁力が増加する（増磁）前と比較して、コイルの電流値に対するゲインは増加する。可変磁力磁石の増磁前と比較して少ない電流で、シャフトを保持することができる。シャフトを支えるための支持力を同一とした場合には、増磁後の消費電力は、増磁前の消費電力より減少する。

【0010】

いくつかの態様において、コイルに供給される電流を制御する電流制御部を備え、電流制御部は、シャフトの回転時に、コイルの電流値を、第４基準電流値から負（マイナス）の電流値である第５基準電流値に低下させた後、第４基準電流値よりも高い第６基準電流値に上昇させてもよい。これにより、シャフトの回転中に、可変磁力磁石による磁力を低下させることができる。その結果、可変磁力磁石による磁力が減少する（減磁）前と比較して、コイルの電流値に対するゲインは低下する。電流値を同一とした場合には、減磁後の吸引力は、減磁前の吸引力より弱くなる。コイルの電流値に対するゲインが大きくなり過ぎることを抑制することができる。ゲインが大きくなり過ぎることを抑制し、吸引力の制御精度を向上させることができる。

【0011】

いくつかの態様において、コイルに供給される電流を制御する電流制御部を備え、電流制御部は、シャフトの停止時に、コイルの電流値を、第７基準電流値から第８基準電流値に上昇させた後、第７基準電流値よりも低い第９基準電流値に低下させてもよい。これにより、シャフトの停止時（回転前又は回転後）に、可変磁力磁石による磁力を増加させることができる。その結果、可変磁力磁石が増磁される前と比較して、コイルの電流値に対するゲインは増加する。

【0012】

いくつかの態様において、コイルに供給される電流を制御する電流制御部を備え、電流制御部は、シャフトの始動直後において、コイルの電流値を、第１基準電流値から第２基準電流値に上昇させた後、第２基準電流値よりも低い第３基準電流値に低下させてもよい。これにより、シャフトの始動直後に、可変磁力磁石による磁力を増加させることができる。その結果、可変磁力磁石が増磁される前と比較して、コイルの電流値に対するゲインは増加する。

【0013】

いつくかの態様において、磁気軸受は、一対のティース、連結部及びコイルを含む複数のユニットと、コイルに供給される電流を制御する電流制御部と、を備えていてもよい。複数のユニットは、シャフトの周方向に間隔をとって配置され、シャフトの第１径方向に対向する第１ユニット及び第２ユニットと、シャフトの第１径方向と交差する第２径方向に対向する第３ユニット及び第４ユニットと、を含み、電流制御部は、第１ユニット及び第２ユニットにおける可変磁力磁石の磁力を増加又は減少させた後に、第３ユニット及び第４ユニットにおける可変磁力磁石の磁力を増加又は減少させてもよい。これにより、複数のユニットにおいて、コイルの電流値が同時にゼロとなることが回避される。そのため、磁気軸受における吸引力が消失してしまうことが抑制される。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、コイルの電流値に対するゲイン特性を変更可能な磁気軸受を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態の磁気軸受を備えた回転機械の構成を示す図である。

【図2】ラジアル磁気軸受をシャフトの長手方向から示す断面図である。

【図3】ラジアル磁気軸受のユニットを拡大して示す断面図である。

【図4】アキシャル磁気軸受のユニットを拡大して示す断面図である。

【図5】従来技術に係る磁気軸受のシャフト回転数と電磁石平均電流値との関係を示すグラフである。

【図6】図６（ａ）は、シャフトの回転数の変化を示すグラフである。図６（ｂ）は、コイルに供給される瞬時電流値の変化を示すグラフである。

【図7】一実施形態の磁気軸受のシャフト回転数と電磁石平均電流値との関係を示すグラフである。

【図8】磁気軸受のコイルの電流値を制御する制御装置を示すブロック構成図である。

【図9】シャフト回転時における磁気軸受の電流制御の手順を示すフローチャートである。

【図10】シャフト停止時における磁気軸受の電流制御の手順を示すフローチャートである。

【図11】第２実施形態に係るラジアル磁気軸受のユニットを拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0017】

第１実施形態に係る回転機械１は、図１に示されるように、シャフト２、モータ３、ラジアル磁気軸受４及びアキシャル磁気軸受５を備える。回転機械１は、例えば圧縮機である。シャフト２の第１端部には、タービンインペラ６が設けられ、シャフト２の第２端部には、コンプレッサインペラ７が設けられている。回転機械１は、圧縮機に限定されず、電動機など、その他の回転機械でもよい。シャフト２、モータ３、ラジアル磁気軸受４、アキシャル磁気軸受５、タービンインペラ６及びコンプレッサインペラ７は、回転機械１のハウジングに収容されている。モータ３は、シャフト２に設けられたロータ８と、ロータ８の周囲に配置されたステータ９とを備える。モータ３は、ロータ８を回転させることで、シャフト２を回転させる。なお、図１に示すＸ方向は、シャフト２が延在する方向（アキシャル方向、軸線方向、長手方向）であり、Ｙ方向は、シャフト２の径方向（ラジアル方向）である。

【0018】

回転機械１は、一対のラジアル磁気軸受４を備える。一対のラジアル磁気軸受４は、シャフト２の長手方向に離間して配置されている。シャフト２は、一対のラジアル磁気軸受４によって回転可能に支持されている。ラジアル磁気軸受４は、シャフト２の径方向の荷重を受ける。アキシャル磁気軸受５は、シャフト２の長手方向において、一対のラジアル磁気軸受４間に配置されている。アキシャル磁気軸受５は、シャフト２の長手方向の荷重を受ける。アキシャル磁気軸受５は、シャフト２から径方向外側に張り出すアキシャルディスク１０の両側に設けられている。アキシャルディスク１０は円盤状を成している。アキシャルディスク１０の板厚方向は、シャフト２の長手方向に沿う方向である。アキシャル磁気軸受５は、シャフト２の長手方向において、アキシャルディスク１０を挟むように配置されている。なお、アキシャル磁気軸受５は、一対のラジアル磁気軸受４間に配置されているものに限定されず、シャフト２の長手方向において、ラジアル磁気軸受４の外側に配置されていてもよい。

【0019】

図２及び図３を参照してラジアル磁気軸受４について説明する。ラジアル磁気軸受４は、一対のティース１１，１２、ヨーク１３及びコイル１４，１５を備える。ラジアル磁気軸受４は、シャフト２の周方向に間隔をとって配置された複数のユニット１６～１９を備える。このユニット１６は、一対のティース１１，１２、連結部（ヨーク１３の一部）２０及びコイル１４，１５を含む。ユニット１６～１９は、配置が異なるだけであり、同じ構成である。ユニット１６～１９は、異なる構成でもよい。

【0020】

複数のユニット１６～１９は、シャフト２の周囲に配置されている。ユニット（第１ユニット）１６及びユニット（第２ユニット）１７は、シャフト２の第１径方向Ｙ１に対向して配置されている。ユニット（第３ユニット）１８及びユニット（第４ユニット）１９は、シャフト２の第２径方向Ｙ２に対向して配置されている。ユニット１６、ユニット１８、ユニット１７、ユニット１９は、シャフト２の周方向において９０度ずつずれて配置されている。第１径方向Ｙ１及び第２径方向Ｙ２は、例えば互いに直交する方向である。なお、第１径方向Ｙ１及び第２径方向Ｙ２は、直交していなくてもよい。また、ユニットの個数は、４個に限定されず、４個未満でもよく、５個以上でもよい。

【0021】

一対のティース１１，１２は、シャフト２の周方向に離間して配置され、シャフト２の径方向に沿う方向に延在している。ティース１１，１２は、棒状の部材であり、磁性体からなる。ティース１１，１２の長手方向に交差する断面は、矩形でもよく、円形でもよい。ティース１１，１２の先端部１１ａ，１２ａは、シャフト２側に配置されている。ティース１１，１２の基端部１１ｂ，１２ｂは、先端部１１ａ，１２ａよりもシャフト２の径方向において外方に配置されている。

【0022】

ヨーク１３は、一対のティース１１，１２に連結されている。ヨーク１３は、一対のティース１１，１２の基端部１１ｂ，１２ｂ同士を連結している。ヨーク１３は、リング状の部材であり、磁性体からなる。ヨーク１３の中心線が延在する方向は、シャフト２の中心線が延在する方向に対応している。ヨーク１３は、シャフト２の周方向に沿って延在する円弧を含む。一対のティース１１，１２は、ヨーク１３からシャフト２の外周面に向かって延在している。一対のティース１１，１２の基端部１１ｂ，１２ｂは、ヨーク１３に連結されている。一対のティース１１，１２に連結された連結部２０は、ヨーク１３の一部であり、基端部１１ｂ，１２ｂ間の部分を含む。一対のティース１１，１２と、連結部２０とは、例えば接着されていてもよく、一体的に成形されていてもよい。一対のティース１１，１２と連結部２０との間で磁気回路Ｍ１が形成可能であればよい。

【0023】

ティース１１にはコイル１４が巻回され、ティース１２にはコイル１５が巻回されている。コイル１４，１５は、ティース１１，１２の長手方向において、所定の長さを有する。コイル１４，１５は、例えばティース１１，１２の長手方向において、先端部１１ａ，１２ａ側に配置されている。コイル１４，１５は、ティース１１，１２の長手方向の中央部に配置されていてもよく、基端部１１ｂ，１２ｂ側に配置されていてもよい。コイルは、一対のティース１１，１２の一方のみに設けられていてもよい。コイル１４，１５は電源に接続されている。コイル１４，１５に通電することで、コイル１４，１５の周囲に磁界が生じる。コイル１４，１５には例えばパルス波が供給される。

【0024】

シャフト２の外周面には、磁性体部２１が形成されている。この磁性体部２１は、所定の厚みを有する板状を成し、全周にわたって連続している。磁性体部２１は円環状を成している。磁性体部２１は、シャフト２の長手方向において、一対のティース１１，１２に対応する位置に配置されている。一対のティース１１，１２の先端部１１ａ，１２ａは、磁性体部２１に対向して配置されている。シャフト２において、磁性体部２１以外は、非磁性体により形成されている。

【0025】

ここで、一対のティース１１，１２の先端部１１ａ，１２ａには、可変磁力磁石２２，２３が設けられている。ティース１１，１２の先端部１１ａ，１２ａは、可変磁力磁石２２，２３によって構成されている。ティース１１，１２は、磁性体からなる部分と、可変磁力磁石からなる部分と、を含む。可変磁力磁石２２，２３は、低保磁力永久磁石である。可変磁力磁石２２，２３は、コイル１４，１５による磁界によって不可逆的に磁束密度が変化する程度の保磁力を有する低保磁力永久磁石である。可変磁力磁石２２，２３は、隣接する磁性体に対して接合されている。可変磁力磁石２２，２３は、例えば磁性体に接着されている。ティース１１，１２には、可変磁力磁石２２，２３と磁性体との境界が形成されている。

【0026】

可変磁力磁石２２，２３は、ティース１１，１２の長手方向において所定の長さを有する。可変磁力磁石２２，２３の一部は、ティース１１，１２の長手方向において、コイル１４，１５の内部に配置されている。すなわち、コイル１４，１５は、可変磁力磁石２２，２３を囲んでいる。コイル１４，１５は、可変磁力磁石２２，２３の外周に沿って巻回されている。可変磁力磁石２２，２３のうち、磁性体に隣接する部分がコイル１４，１５の内部に配置されている。可変磁力磁石２２，２３のうち、シャフト２側の部分は、コイル１４，１５から露出している。コイル１４，１５は、可変磁力磁石２２，２３から隣接する磁性体にわたる部位を囲んで延伸している。コイル１４，１５に流す瞬時電流値を制御することで、可変磁力磁石２２，２３に作用する磁界を変化させ、可変磁力磁石２２,２３の磁力を変化させることができる。

【0027】

次に図１及び図４を参照してアキシャル磁気軸受５について説明する。アキシャル磁気軸受５は、一対のティース３１，３２、ヨーク３３及びコイル３４，３５を備える。アキシャル磁気軸受５は、シャフト２の周方向に間隔をとって配置された複数のユニット３６を備える。複数のユニット３６は、アキシャルディスク１０を挟むように、シャフト２の長手方向の両側に設けられている。シャフト２の長手方向に離間するユニット３６の中間位置に、アキシャルディスク１０が配置されている。このユニット３６は、一対のティース３１，３２、ヨーク３３及びコイル３４，３５を含む。ユニット３６は、配置が異なるだけであり、同じ構成である。ユニット３６は、異なる構成でもよい。

【0028】

複数のユニット３６は、アキシャルディスク１０の両側において、シャフト２の周囲に配置されている。例えば、複数のユニット３６は、アキシャルディスク１０の片側において、シャフト２の周囲に４個配置されている。複数のユニット３６のうち第１ユニット及び第２ユニットは、シャフト２の第１径方向Ｙ１に対向して配置されている。複数のユニット３６のうち第３ユニット及び第４ユニットは、シャフト２の第２径方向Ｙ２に対向して配置されている。第１ユニット、第３ユニット、第２ユニット、第４ユニットは、シャフト２の周方向において９０度ずつずれて配置されている。また、ユニットの個数は、アキシャルディスク１０の片側において、４個に限定されず、４個未満でもよく、５個以上でもよい。

【0029】

一対のティース３１，３２は、シャフト２の径方向に離間して配置され、シャフト２の長手方向に延在している。ティース３１，３２は、棒状の部材であり、磁性体からなる。ティース３１，３２の長手方向に交差する断面は、矩形でもよく、円形でもよい。ティース３１，３２の先端部３１ａ，３２ａは、アキシャルディスク１０側に配置されている。ティース３１，３２の基端部３１ｂ，３２ｂは、先端部３１ａ，３２ａよりもアキシャルディスク１０から遠い位置に配置されている。ティース３１は、シャフト２の径方向において、ティース３２よりも外側に配置されている。

【0030】

ヨーク３３は、一対のティース３１，３２に連結されている。ヨーク３３は、一対のティース３１，３２の基端部３１ｂ，３２ｂ同士を連結している。ヨーク３３は、棒状の部材であり、磁性体からなる。ヨーク３３は、シャフト２の径方向に延在している。一対のティース３１，３２は、ヨーク３３からアキシャルディスク１０に向かって延在している。一対のティース３１，３２の基端部３１ｂ，３２ｂはヨーク３３に連結されている。一対のティース３１，３２と、ヨーク３３とは、例えば接着されていてもよく、一体的に成形されていてもよい。一対のティース３１，３２とヨーク３３との間で磁気回路Ｍ２が形成可能であればよい。

【0031】

ティース３１にはコイル３４が巻回され、ティース３２にはコイル３５が巻回されている。コイル３４，３５は、ティース３１，３２の長手方向において、所定の長さを有する。コイル３４，３５は、例えばティース３１，３２の長手方向において、先端部３１ａ，３２ａ側に配置されている。コイル３４，３５は、ティース３１，３２の長手方向の中央部に配置されていてもよく、基端部３１ｂ，３２ｂ側に配置されていてもよい。コイルは、一対のティース３１，３２の一方のみに設けられていてもよい。コイル３４，３５は電源に接続されている。コイル３４，３５に通電することで、コイル３４，３５の周囲に磁界が生じる。コイル３４，３５には例えばパルス波が供給される。

【0032】

アキシャルディスク１０は、円盤状を成し、磁性体からなる。アキシャルディスク１０は、シャフト２に取り付けられ、シャフト２と一体として回転する。アキシャルディスク１０は、シャフト２の径方向において、ユニット３６よりも外側まで形成されている。アキシャルディスク１０の板厚方向は、シャフト２の長手方向に対応している。一対のティース３１，３２の先端部３１ａ，３２ａは、アキシャルディスク１０の外面に対向して配置されている。

【0033】

ここで、一対のティース３１，３２の先端部３１ａ，３２ａには、可変磁力磁石４２，４３が設けられている。ティース３１，３２の先端部３１ａ，３２ａは、可変磁力磁石４２，４３によって構成されている。ティース３１，３２は、磁性体からなる部分と、可変磁力磁石からなる部分と、を含む。可変磁力磁石４２，４３は、低保磁力永久磁石である。可変磁力磁石４２，４３は、コイル３４，３５による磁界によって不可逆的に磁束密度が変化する程度の保磁力を有する低保磁力永久磁石である。可変磁力磁石４２，４３は、隣接する磁性体に対して接合されている。可変磁力磁石４２，４３は、例えば磁性体に接着されている。ティース３１，３２には、可変磁力磁石４２，４３と磁性体との境界が形成されている。

【0034】

可変磁力磁石４２，４３は、ティース３１，３２の長手方向において所定の長さを有する。可変磁力磁石４２，４３の一部は、ティース３１，３２の長手方向において、コイル３４，３５の内部に配置されている。すなわち、コイル３４，３５は、可変磁力磁石４２，４３を囲んでいる。コイル３４，３５は、可変磁力磁石４２，４３の外周に沿って巻回されている。可変磁力磁石４２，４３のうち、磁性体に隣接する部分がコイル３４，３５の内部に配置されている。可変磁力磁石４２，４３のうち、アキシャルディスク１０側の部分は、コイル３４，３５から露出している。コイル３４，３５は、可変磁力磁石４２，４３から隣接する磁性体にわたる部位を囲んで延伸している。コイル３４，３５に流す瞬時電流値を制御することで、可変磁力磁石４２，４３に作用する磁界を変化させ、可変磁力磁石４２,４３の磁力を変化させることができる。

【0035】

次に図５を参照して、従来技術に係る磁気軸受におけるシャフト回転数と、電磁石平均電流値（要求吸引力）との関係について説明する。また、従来技術に係る磁気軸受における課題について説明する。従来技術に係る磁気軸受のティースは磁性体から構成され、可変磁力磁石を含んでいない。図５では、横軸にシャフトの回転数［ｒｐｍ］を示し、縦軸に電磁石平均電流値［Ａ］を示す。磁気軸受の電磁石における要求吸引力は、磁気軸受の電磁石平均電流値［Ａ］に比例する。電磁石は、ティース及びコイルを含む。電磁石平均電流値は、単位時間当たりにコイルに供給された電流の値（電流値）［Ａ］である。

【0036】

Ｎ次危険速度は、シャフトの固有振動数と共振する回転速度（単位時間当たりの回転数）である。例えばシャフトの回転数が低い方から、１次危険速度範囲ＣＳ１、２次危険速度範囲ＣＳ２、３次危険速度範囲ＣＳ３、・・・、Ｎ次危険速度範囲となる（Ｎは自然数）。Ｎ次危険速度範囲における要求吸引力は、Ｎ次危険速度範囲の前後における要求吸引力と比較して大きい。Ｎ次危険速度でシャフトを回転する場合における平均電流値は、Ｎ次危険速度ではない回転数でシャフトを回転する場合における平均電流値と比較して高い。

【0037】

シャフトの回転数を例えば定格回転数まで上昇させる際に、Ｎ次回転速度範囲を超えて回転数を上昇させる必要がある。Ｎ次危険速度範囲においては、シャフトの振動を抑制するために、電磁石による吸引力を大きくする必要があるので、吸引力の要求値（要求吸引力）が大きくなる。Ｎ次危険速度範囲において、コイルの電流値を増加させて、吸引力を大きくすると、コイルに供給する電流値（電磁石コイル電流）を増大する。これにより、省エネルギー化が抑制されると共に、コイルにおける発熱損失が増える。

【0038】

また、コイルの電流容量の観点からコイルの導線径を大きくすると、コイルの小型化が阻害される。コイルの電流値を増加させると、コイル内を通過するティースにおける磁気飽和を防ぐために、ティース（磁路幅）を大きくする必要があるので、電磁石の小型化が阻害される。

【0039】

次に図６を参照して、ラジアル磁気軸受４におけるシャフト２の回転数と、瞬時電流値との関係について説明する。図６（ａ）では、横軸に時間経過［ｓｅｃ］を示し、縦軸にシャフト２の回転数［ｒｐｍ］を示している。図６（ｂ）では、横軸に時間経過［ｓｅｃ］を示し、縦軸にコイル１４，１５に供給された瞬時電流値［Ａ］を示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）における時間は同時刻である。

【0040】

図６（ａ）に示されるように、時間ｔ１から時間ｔ６まで、シャフト２の回転数ｆは例えば一定である（ｆ＝ｆ１）。時間ｔ６から時間ｔ７まで、シャフト２の回転数ｆは増加している。時間ｔ７では、シャフト２の回転数ｆは、「ｆ２」となっている。時間ｔ７から時間ｔ８まで、シャフト２の回転数ｆは例えば一定である（ｆ＝ｆ２）。時間ｔ８から時間ｔ９まで、シャフト２の回転数ｆは増加している。時間ｔ９から時間ｔ１４まで、シャフト２の回転数ｆは例えば一定である（ｆ＝ｆ３）

【0041】

図６（ｂ）に示されるように、時間ｔ１から時間ｔ２まで、コイル１４，１５に供給される瞬時電流値ｉは、一定である（ｉ＝ｉ１）。時間ｔ２から時間ｔ３まで、瞬時電流値ｉは増加している。時間ｔ３では、瞬時電流値ｉは、「ｉ２」となっている。時間ｔ３から時間ｔ４まで、瞬時電流値ｉは一定である（ｉ＝ｉ２）。時間ｔ４から時間ｔ５まで、瞬時電流値ｉは減少している。時間ｔ５では、瞬時電流値ｉは、「ｉ３」となっている。瞬時電流値ｉ３は、瞬時電流値ｉ１よりも低い値である。

【0042】

時間ｔ５から時間ｔ６まで、瞬時電流値ｉは一定である（ｉ＝ｉ３）。時間ｔ６から時間ｔ７まで、瞬時電流値ｉは増加している。時間ｔ６から時間ｔ７まで、時間の経過に伴って、瞬時電流値ｉの変化率は増加している。時間ｔ７では、瞬時電流値ｉは、「ｉ４」となっている。時間ｔ７から時間ｔ８まで、瞬時電流値ｉは一定である（ｉ＝ｉ４）。時間ｔ８から時間ｔ９まで、瞬時電流値ｉは減少している。時間ｔ８から時間ｔ９まで、時間の経過に伴って、瞬時電流値ｉの変化率は減少している。時間ｔ９では、瞬時電流値ｉは、「ｉ５」となっている。瞬時電流値ｉ５は、瞬時電流値ｉ３と同じ値とすることができる。瞬時電流値ｉ５は、瞬時電流値ｉ３と同じ値でなくてもよい。なお、図６（ｂ）では、増磁していない場合の瞬時電流値ｉの変化を一点鎖線で示している。時間ｔ６から時間ｔ９において、増磁状態の瞬時電流値ｉは、増磁していない状態の瞬時電流値よりも低下している。

【0043】

時間ｔ９から時間ｔ１０まで、瞬時電流値ｉは一定である（ｉ＝ｉ５）。時間ｔ１０から時間ｔ１１まで、瞬時電流値ｉは減少している。時間ｔ１１では、瞬時電流値ｉは、「ｉ６」となっている。時間ｔ１１から時間ｔ１２まで、瞬時電流値ｉは一定である（ｉ＝ｉ６）。瞬時電流値ｉ６は、マイナスの値であり、瞬時電流値ｉ５とは逆向きの電流の値である。減磁状態（瞬時電流値がマイナスの状態）では、増磁状態（瞬時電流値がプラスの状態）とは逆向きの磁界が可変磁力磁石２２，２３に生じている。

【0044】

時間ｔ１２から時間ｔ１３まで、瞬時電流値ｉは増加している。時間ｔ１３では、瞬時電流値ｉは、「ｉ７」となっている。瞬時電流値ｉ７は、瞬時電流値ｉ１と同じ値とすることができる。瞬時電流値ｉ７は、瞬時電流値ｉ１と同じ値でなくてもよい。瞬時電流値ｉ７は、プラスの値である。時間ｔ１３から時間ｔ１４まで、瞬時電流値ｉは一定である（ｉ＝ｉ７）。

【0045】

図７は、ラジアル磁気軸受４におけるシャフト２の回転数と、電磁石平均電流値との関係を示すグラフである。図７では、横軸にシャフト２の回転数［ｒｐｍ］を示し、縦軸に電磁石平均電流値［Ａ］を示す。図７では、Ｎ次危険速度範囲における従来の電磁石平均電流値を一点鎖線で示している。図７では、Ｎ危険度速度範囲とその前後において、電磁石平均電流値は略同じ値となっている。Ｎ次危険速度範囲において、図６に示されるように、瞬時電流値を変化させて、可変磁力磁石２２，２３を増磁状態とすることで、コイル１４，１５の平均電流値を、従来と比較して低下させることができる。

【0046】

次に、図８を参照して、磁気軸受のコイルの電流値を制御する制御装置について説明する。回転機械１は、コイル１４，１５，３４，３５に供給される電流値を制御する制御装置５０を備える。制御装置５０は、制御ユニット５１を含む。制御ユニット５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。制御ユニット５１は、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などを含む。制御ユニット５１には、ラジアル磁気軸受４のコイル１４，１５が電気的に接続されている。制御ユニット５１には、アキシャル磁気軸受５のコイル３４，３５が電気的に接続されている。

【0047】

制御装置５０は、ラジアル磁気軸受４のコイル１４，１５に電気的に接続された回路部を含んでもよい。制御装置５０は、アキシャル磁気軸受５のコイル３４，３５に電気的に接続された回路部を含んでもよい。これらの回路部は、例えば、ダイオード、コンデンサ、スイッチ等を備える。

【0048】

制御ユニット５１には、例えば回転角センサ５２が電気的に接続されている。回転角センサ５２は、シャフト２の単位時間当たりの回転角を検出する。回転角センサ５２は、シャフト２の回転角に関する検出信号を制御ユニット５１に送信する。制御ユニット５１には、例えば変位センサ５３が電気的に接続されていてもよい。変位センサ５３は、シャフト２の位置を検出する。変位センサ５３は、シャフト２の径方向の位置、及び長手方向の位置を検出する。変位センサ５３は、シャフト２の径方向の位置、及び長手方向の位置に関する検出信号を制御ユニット５１に送信することができる。

【0049】

制御ユニット５１は、回転数検出部５４、変位検出部５５、判定部５６、電流制御部５７及び記憶部５８を備える。記憶部５８は、例えば判定部５６による判定に用いられる判定閾値に関するデータを記憶する。また、記憶部５８は、シャフト２のＮ次危険速度範囲に関するデータを記憶する。

【0050】

回転数検出部５４は、回転角センサ５２から出力された検出信号に基づいて、シャフト２の単位時間当たりの回転数（回転角）を算出する。回転数検出部５４は、例えばその他のセンサ又は制御ユニットから信号を受信して、シャフト２の回転数を算出してもよい。例えば、モータ３の制御を司るモータ制御ユニットから、シャフト２の回転数に関する信号を受信して、シャフト２の回転数を算出してもよい。変位検出部５５は、変位センサ５３から出力された検出信号に基づいて、シャフト２の径方向の位置、及び長手方向の位置を算出する。

【0051】

判定部５６は、例えば制御ユニット５１による制御の実行時期を判定する。判定部５６は、回転数検出部５４で算出されたシャフト２の回転数に基づいて、シャフト２が回転時であるか、停止時であるかを判定することができる。また、判定部５６は、例えば記憶部５８に記憶された判定閾値を参照して、シャフト２の回転数がＮ次危険度範囲内であるか否かを判定してもよい。判定部５６は、シャフト２の回転数に基づいて、所定の条件が成立しているか否かを判定してもよい。判定部５６は、例えば、コイルに１４，１５，３４，３５に供給される瞬時電流値ｉの変更時期等を判定するための判定条件が成立しているか否かを判定してもよい。判定部５６は、例えばシャフト２の径方向の位置、及び長手方向の位置に基づいて、判定条件が成立しているか否かを判定してもよい。また、判定部５６は、例えば運転開始からの経過時間に基づいて、判定条件が成立しているか否かを判定してもよい。

【0052】

電流制御部５７は、コイル１４，１５，３４，３５に供給される電流値を制御する。電流制御部５７は、例えばパルス波を送信して、瞬時電流値を制御することができる。電流制御部５７は、単位時間当たりのパルス波数、パルス波の大きさ、パルス波の長さを変化させて、瞬時電流値を制御することができる。電流制御部５７は、判定部５６による判定結果に基づいて、コイル１４，１５，３４，３５に供給する電流値を制御する。

【0053】

電流制御部５７は、シャフト２の回転時において、コイル１４，１５の瞬時電流値を第１基準電流値から第２基準電流値に上昇させた後、第１基準電流値よりも低い第３基準電流値に低下させる処理（第１電流制御処理）を実行することができる。電流制御部５７は、シャフト２の回転時において、図６（ｂ）に示されるように、時間ｔ２から時間ｔ５までの瞬時電流値の制御を行う。この場合において、第１基準電流値は瞬時電流値ｉ１であり、第２基準電流値は瞬時電流値ｉ２であり、第３基準電流値は瞬時電流値ｉ３である。このような第１電流制御処理を実行することで、可変磁力磁石２２，２３に作用する磁界を一時的に強めて、可変磁力磁石２２，２３の磁力を、第１電流制御処理の実行前と比較して増加させることができる。

【0054】

電流制御部５７は、シャフト２の回転時において、コイル１４，１５の瞬時電流値を第４基準電流値から第５基準電流値に低下させた後、第４基準電流値よりも高い第６基準電流値に上昇させる処理（第２電流制御処理）を実行することができる。第５基準電流値は、負の電流値である。電流制御部５７は、シャフト２の回転時において、図６（ｂ）に示されるように、時間ｔ１０から時間ｔ１３までの瞬時電流値の制御を行う。この場合において、第４基準電流値は瞬時電流値ｉ５であり、第５基準電流値は瞬時電流値ｉ６であり、第６基準電流値は瞬時電流値ｉ７である。このような第２電流制御処理を実行することで、可変磁力磁石２２，２３に逆向きの磁界を生じさせて、可変磁力磁石２２，２３の磁力を、第２電流制御処理の実行前と比較して減少させることができる。

【0055】

第２電流制御処理によって可変磁力磁石２２，２３による磁力を減少させる場合、第１電流制御処理によって増加した磁力に対応して、磁力の減少量を設定することができる。例えば、第１電流制御処理による磁力の増加分を、第２電流制御処理によって減少させることで、可変磁力磁石２２，２３の磁力を元に戻すことができる。また、第２電流制御処理において、第１電流制御処理による磁力の増加分を超える磁力を減少させてもよい。第２電流制御処理において、第１電流制御処理による磁力の増加分よりも少ない磁力を減少させてもよい。

【0056】

電流制御部５７は、シャフト２の停止時において、コイル１４，１５の瞬時電流値を第７基準電流値から第８基準電流値に上昇させた後、第７基準電流値よりも低い第９基準電流値に低下させる処理（第３電流制御処理）を実行することができる。電流制御部５７は、シャフト２の停止時において、図６（ｂ）に示されるように、時間ｔ２から時間ｔ５までの瞬時電流値の制御を行う。この場合において、第７基準電流値は瞬時電流値ｉ１であり、第８基準電流値は瞬時電流値ｉ２であり、第９基準電流値は瞬時電流値ｉ３である。このような第３電流制御処理を実行することで、可変磁力磁石２２，２３に作用する磁界を一時的に強めて、可変磁力磁石２２，２３の磁力を、第３電流制御処理の実行前と比較して増加させることができる。この第３電流制御処理では、シャフト２は停止しているので、シャフト２の回転数は０である。

【0057】

電流制御部５７は、シャフト２の回転時において、Ｎ次危険速度範囲における電流制御処理を実行することができる。Ｎ次危険速度範囲における電流制御処理は、例えばＮ次危険速度範囲の直前の時間（ｔ６～ｔ７）、Ｎ次危険速度範囲の時間（ｔ７～ｔ８）、及びＮ次危険速度範囲の直後の時間（ｔ８～ｔ９）を含む時間に実行される。電流制御部５７は、Ｎ次危険速度範囲前に、コイル１４，１５の瞬時電流値を第１０基準電流値から第１１基準電流値まで上昇させる。電流制御部５７は、Ｎ次危険速度範囲において、コイル１４，１５の電流値を第１１基準電流値で維持する。電流制御部５７は、Ｎ次危険速度範囲後に、コイル１４、１５の瞬時電流値を第１１基準電流値から第１２基準電流値まで低下させる。この場合において、第１０基準電流値は瞬時電流値ｉ３であり、第１１基準電流値は瞬時電流値ｉ４であり、第１２基準電流値は瞬時電流値ｉ５である。また、第１０基準電流値及び第１２基準電流値は同じ値でもよく、異なる値でもよい。

【0058】

電流制御部５７は、アキシャル磁気軸受５のコイル３４，３５に対して、ラジアル磁気軸受４のコイル１４，１５に対する電流制御処理と同様の制御処理を実行することができる。電流制御部５７は、アキシャル磁気軸受５に対して、ラジアル磁気軸受４とは異なる制御処理を実行してもよい。

【0059】

次に、図９を参照してシャフト２の回転時におけるラジアル磁気軸受４の電流制御の手順（磁気軸受の運転方法）について説明する。回転機械１のシャフト２は、モータ３によって駆動されて回転する。制御ユニット５１の判定部５６は、判定条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１）。ここでは、第１電流制御処理の開始時期を判定するための判定条件が成立しているか否かを判定する。判定部５６は、回転数検出部５４で算出されたシャフト２の回転数に基づいて、判定条件が成立しているか否かを判定する。判定部５６は、例えば、Ｎ次危険速度範囲より小さいシャフト回転数（判定閾値）を超えた場合に、判定条件が成立していると判定することができる。判定部５６は、シャフト回転数がＮ次危険速度に達したときに、判定条件が成立していると判定してもよい。また、判定部５６は、運転開始からの時間に基づいて、所定の時間が経過したときに、判定条件が成立していると判定してもよい。また、判定部５６は、コイル１４，１５に供給する瞬時電流値に基づいて、判定条件が成立しているか否かを判定してもよい。

【0060】

判定条件が成立していない場合（ステップＳ１；ＮＯ）には、ステップＳ１の処理を再度実施する。判定条件が成立している場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）には、ステップＳ２に進む。

【0061】

ステップＳ２では、制御ユニット５１の電流制御部５７は、第１電流制御処理を実行する。ここでは、上述したように、コイル１４，１５の瞬時電流値を第１基準電流値ｉ１から第２基準電流値ｉ２に上昇させた後、第３基準電流値ｉ３に低下させる。これにより、可変磁力磁石２２，２３による磁力を増加させる。可変磁力磁石２２，２３は増磁状態となる。

【0062】

続くステップＳ３では、電流制御部５７はＮ次危険速度範囲における電流制御処理を実行する。例えば電流制御部５７は、シャフト２の回転数に応じて、コイル１４，１５に供給される瞬時電流値を制御することができる。ここでは、上述したように、電流制御部５７は、Ｎ次危険速度範囲前において、コイル１４，１５の瞬時電流値を第１０基準電流値ｉ３から第１１基準電流値ｉ４まで上昇させる。電流制御部５７は、Ｎ次危険速度範囲内において、瞬時電流値を第１１基準電流値ｉ４に維持する。電流制御部５７は、Ｎ次危険速度範囲後において、瞬時電流値を第１１基準電流値ｉ４から第１２基準電流値ｉ５まで低下させる。これにより、シャフト２がＮ次危険速度範囲を通過する際に、ラジアル磁気軸受４による吸引力を増加させることができる。

【0063】

なお、ここでは、ステップＳ２を実行した後に、ステップＳ３を連続して実行しているが、ステップＳ３の実行前において、Ｎ次危険速度範囲における電流制御処理の開始時期を判定するための判定条件が成立しているか否かを判定してもよい。

【0064】

続くステップＳ４では、電流制御部５７は、第２電流制御処理を実行する。ここでは、上述したように、コイル１４，１５の瞬時電流値を第４基準電流値ｉ５から負の電流値である第５基準電流値ｉ６に低下させた後、第６基準電流値ｉ７に上昇させる。これにより、可変磁力磁石２２，２３による磁力を低下させる。可変磁力磁石２２，２３は減磁状態となる。例えば、減磁状態において、可変磁力磁石２２，２３による磁力は、増磁前の磁力と同じとすることができる。

【0065】

また、ステップＳ４において、複数のユニット１６～１９のコイル１４，１５に瞬時電流値を印加する場合には、ユニット１６～１９ごとに瞬時電流値を変更する時期を異なるようにすることができる。例えば、ユニット１６、ユニット１７、ユニット１８、ユニット１９の順に、第２電流制御処理を実行する。これにより、第１径方向Ｙ１に対向するユニット１６，１７に対して、第２電流制御処理を実行した後に、第２径方向Ｙ２に対向するユニット１８，１９に対して、第２電流制御処理を実行することができる。各ユニットに対して、第２電流制御処理を実行する順番は、その他の順番でもよく、例えば、シャフト２の周方向に、ユニット１６、ユニット１８，ユニット１７，ユニット１９の順に、第２電流制御処理を実行してもよい。

【0066】

なお、ここでは、ステップＳ３を実行した後に、ステップＳ４を連続して実行しているが、ステップＳ４の実行前において、Ｎ次危険速度範囲における電流制御処理の開始時期を判定するための判定条件が成立しているか否かを判定してもよい。

【0067】

続くステップＳ５では、判定部５６は定格運転中であるか否かを判定する。ここでは、回転数検出部５４で算出されたシャフト２の回転数に基づいて、定格運転中であるか否かを判定する。シャフト２の回転数が、定格回転数に達している場合には、定格運転中であると判定する。シャフト２の回転数が、定格回転数に達していない場合には、定格運転中ではないと判定する。また、判定部５６は、例えばモータ３の制御を司る制御ユニットからの信号を受信して、回転機械１が定格運転中であるか否かを判定してもよい。

【0068】

回転機械１が定格運転中である場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）には、ここでの処理を終了する。回転機械１が定格運転となっていない場合（ステップＳ５；ＮＯ）には、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１～Ｓ５までの処理を繰り返す。その後、回転機械１が定格運転となったらここでの処理を終了する。なお、アキシャル磁気軸受５の電流制御も、ラジアル磁気軸受４の電流制御と同様に実施することができる。

【0069】

次に、図１０を参照してシャフト２の停止時におけるラジアル磁気軸受４の電流制御の手順について説明する。回転機械１では、シャフト２の停止時において、ラジアル磁気軸受４の可変磁力磁石２２，２３による磁力を変更することができる。図１０に示す制御は、例えば図９に示す制御が終了した後に実行される。

【0070】

制御ユニット５１の判定部５６は、シャフト２の回転が停止しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。判定部５６は、回転数検出部５４で算出されたシャフト２の回転数に基づいて、シャフト２が停止しているか否かを判定する。シャフト２が停止していない場合（ステップＳ１１；ＮＯ）には、ここでの処理を終了する。シャフト２が停止している場合（ステップＳ１１；ＹＥＳ）には、ステップＳ１２に進む。

【0071】

ステップＳ１２では、電流制御部５７は、第３電流制御処理を実行する。ここでは、上述したように、コイル１４，１５の瞬時電流値を第２基準電流値ｉ２に上昇させた後、第３基準電流値ｉ３に低下させる。これにより、可変磁力磁石２２，２３による磁力を増加させる。可変磁力磁石２２，２３は増磁状態となる。ステップＳ１２の処理を終了したら、ここでの処理を終了する。

【0072】

なお、図１０に示す制御では、シャフト２の回転が停止した場合に、第３電流制御処理を実行しているが、シャフト２の回転が停止する前であり、シャフト２の回転が所定の判定閾値以下の低速となった場合に、第３電流制御処理を実行してもよい。例えば、回転機械１の運転停止ボタンが操作された場合に、第３電流制御処理を実行してもよい。

【0073】

また、シャフト２の停止時において、可変磁力磁石２２，２３による磁力を検出し、この検出結果に基づいて、第３電流制御処理を実行してもよい。可変磁力磁石２２，２３による磁力を検出する磁力計、及びコイル１４，１５に供給される瞬時電流値を計測する電流計を備える構成とし、これらの磁力計及び電流計による計測値に基づいて、可変磁力磁石２２，２３による磁力を検出することができる。例えば、シャフト２の停止時において、コイル１４，１５に正の瞬時電流値を印加して、可変磁力磁石２２，２３を増磁させてもよい。また、シャフト２の停止時において、コイル１４，１５に負の瞬時電流値を印加して、可変磁力磁石２２，２３を減磁させてよい。なお、アキシャル磁気軸受５の電流制御も、ラジアル磁気軸受４の電流制御と同様に実施することができる。

【0074】

コイル１４，１５に供給される電流値の絶対値は、例えば可変磁力磁石２２，２３の保磁力よりも大きい値の磁界を生じさせる電流値とすることができる。電流制御部５７は、コイル１４，１５の電流値の絶対値として、可変磁力磁石２２，２３の保磁力よりも大きい値の磁界を生じさせる電流値を印加して、可変磁力磁石２２，２３による磁力を増加又は減少させることができる。例えば、コイル１４，１５の電流値として正（プラス）の電流値を印加する場合に、可変磁力磁石２２，２３の保磁力よりも大きい値の磁界を生じさせる電流値を印加して、可変磁力磁石による磁力を増加させることができる。コイル１４，１５の電流値として負の電流値を印加する場合には、可変磁力磁石２２，２３の保磁力よりも大きな値であり、正の場合とは逆向きの磁界を生じさせる電流値を印加して、可変磁力磁石２２，２３による磁力を減少させることができる。

【0075】

この回転機械１のラジアル磁気軸受４では、コイル１４，１５によって形成された磁場により、一対のティース１１，１２、連結部２０、及びシャフト２の外周面（磁性体部２１）を通る磁気回路Ｍ１が形成される。これにより、シャフト２の周囲に吸引力を発生させて、シャフト２の径方向の荷重を支えることができる。このラジアル磁気軸受４では、一対のティース１１，１２に可変磁力磁石２２，２３が設けられているので、コイル１４，１５に流す電流を制御して、可変磁力磁石２２，２３による磁力を増加又は減少させることができる。これにより、可変磁力磁石２２，２３による磁力の変更後において、コイル１４，１５の電流値に対するゲイン特性は、可変磁力磁石２２，２３による磁力の変更前と比較して変更される。

【0076】

ラジアル磁気軸受４では、一対のティース１１，１２の先端部１１ａ，１２ａに可変磁力磁石２２，２３が設けられているので、可変磁力磁石２２，２３と、これに隣接する磁性体との境界を少なくすることができる。可変磁力磁石２２，２３がティースの長手方向の中間部に配置されている場合と比較して、可変磁力磁石２２，２３と磁性体との境界を少なくすることができる。これにより、製造時において、可変磁力磁石２２，２３と磁性体との接合の手間を省くことができる。例えば、製造時において境界における不具合の発生を抑制することができる。

【0077】

ラジアル磁気軸受４では、シャフト２の回転時に、コイル１４，１５の電流値を、第１基準電流値から第２基準電流値に上昇させた後、第１基準電流値よりも低い第３基準電流値に低下させることができる。これにより、シャフト２の回転中に、可変磁力磁石２２，２３による磁力を増加（増磁）させることができる。その結果、可変磁力磁石２２，２３が増磁される前と比較して、コイル１４，１５の電流値に対するゲインが増加する。例えば、増磁前と比較して少ない電流値で、増磁前と同等の吸引力を発生させることができる。

【0078】

ラジアル磁気軸受４では、シャフト２の回転時に、コイル１４，１５の電流値を、第４基準電流値から負の電流値である第５基準電流値に低下させた後、第４基準電流値よりも高い第６基準電流値に上昇させることができる。これにより、シャフト２の回転中に、可変磁力磁石２２，２３による磁力を低下させることができる。その結果、可変磁力磁石２２，２３が減磁される前と比較して、コイル１４，１５の電流値に対するゲインは低下する。電流値を同一とした場合には、減磁後の吸引力は、減磁前の吸引力より弱くなる。コイルの電流値に対するゲインが大きくなり過ぎることを抑制することができる。ゲインが大きくなり過ぎることを抑制し、吸引力の制御精度を向上させることができる。例えば、減磁前と比較して同一の電流値を供給した場合に、減磁後において吸引力の変化を抑制することができるので、より細かい吸引力の制御を行うことができる。そのため、シャフト２の変位を調整する際に、精度よくシャフト２の位置を調整することが可能となる。

【0079】

ラジアル磁気軸受４では、シャフト２の停止時に、コイル１４，１５の電流値を、第７基準電流値から第８基準電流値に上昇させた後、第７基準電流値よりも低い第９基準電流値に低下させることができる。これにより、シャフト２の停止時（回転前又は回転後）に、可変磁力磁石２２，２３による磁力を増加させることができる。その結果、可変磁力磁石２２，２３が増磁される前と比較して、コイルの電流値に対するゲインは増加する。

【0080】

ラジアル磁気軸受４では、第２電流制御処理を実行して、可変磁力磁石２２，２３の磁力を減少させる場合に、ユニット１６，ユニット１７，ユニット１８，ユニット１９の順に、瞬時電流値を変更することができる。これにより、複数のユニット１６～１９において、コイル１４，１５の電流値が同時にゼロとなることが回避される。そのため、ラジアル磁気軸受４における吸引力が喪失してしまうことが抑制される。

【0081】

このようなラジアル磁気軸受４によれば、コイル１４，１５に供給される電流を低減することができるので、消費電力の増大を抑制することができる。また、回転機械１では、コイル１４，１５に供給される電流を低減できるので、コイル１４，１５の導線径を抑制することができる。その結果、ラジアル磁気軸受４の小型化を図ることができる。ラジアル磁気軸受４の大型化を抑制することができる。また、ラジアル磁気軸受４の小型化を図ることで、シャフト２の長さを抑制することができる。シャフト２の長さを短くすることで、シャフト２による振動の影響を抑制することができる。ラジアル磁気軸受４によれば、コイル１４，１５に供給される電流を低減することができるので、コイル１４，１５における発熱を抑制することができる。

【0082】

また、回転機械１のアキシャル磁気軸受５では、コイル３４，３５によって形成された磁場により、一対のティース３１，３２、ヨーク３３、及びアキシャルディスク１０を通る磁気回路Ｍ２が形成される。これにより、シャフト２の周囲において、シャフト２の軸線方向に吸引力を発生させて、シャフト２の長手方向の荷重を支えることができる。このアキシャル磁気軸受５では、一対のティース３１，３２に可変磁力磁石４２，４３が設けられているので、コイル３４，３５に流す電流を制御して、可変磁力磁石４２，４３による磁力を増加又は減少させることができる。これにより、可変磁力磁石４２，４３による磁力の変更後において、コイル３４，３５の電流値に対するゲイン特性は、可変磁力磁石４２，４３による磁力の変更前と比較して変更される。このようにアキシャル磁気軸受５において、ラジアル磁気軸受４と同様の作用効果を奏することができる。

【0083】

回転機械１では、図６（ａ）に示されるように、段階的（ステップ状）にシャフト２の回転数ｆを増加させているが、例えば連続的にシャフト２の回転数ｆを増加させてもよい。また、シャフト２の回転数を、減少させる場合において、可変磁力磁石２２，２３による磁力を増加又は減少させてもよい。また、回転機械１において、Ｎ次危険速度範囲内に、シャフト２の回転数を維持するように運転してもよい。

【0084】

上記の第１実施形態のラジアル磁気軸受４では、コイル１４，１５を備え、コイル１４、１５に供給される電流値を制御して、吸引力を制御すると共に、可変磁力磁石２２，２３による磁力を変更しているが、吸引力を制御するためのコイル（吸引力制御用コイル）と、可変磁力磁石２２，２３による磁力を変更するためのコイル（可変磁力磁石用コイル）と、を別々に備える構成でもよい。同様に、アキシャル磁気軸受５において、吸引力制御用コイルと、可変磁力磁石用コイルと、を別々に備える構成でもよい。

【0085】

電流制御部５７は、シャフト２の始動直後（回転時）において、コイル１４，１５の瞬時電流値を第１基準電流値から第２基準電流値に上昇させた後、第２基準電流値よりも低い第３基準電流値に低下させる処理（第４電流制御処理）を実行することができる。電流制御部５７は、シャフト２の始動直後において、図６（ｂ）に示されるように、時間ｔ２から時間ｔ５までの瞬時電流値の制御を行う。この場合において、第１基準電流値は瞬時電流値ｉ１であり、第２基準電流値は瞬時電流値ｉ２であり、第３基準電流値は瞬時電流値ｉ３である。このような第４電流制御処理を実行することで、可変磁力磁石２２，２３に作用する磁界を一時的に強めて、可変磁力磁石２２，２３の磁力を、第４電流制御処理の実行前と比較して増加させることができる。シャフト２の始動直後とは、シャフト２が停止している状態から回転し始めた後の時間を含む。例えば、シャフト２が回転し始めてからの時間経過に応じて、シャフト２の始動直後であるか否かを判定してもよい。例えば、シャフト２が回転し始めてからの回転数に応じて、シャフト２の始動直後であるか否かを判定してもよい。

【0086】

次に図１１を参照して、第２実施形態に係るラジアル磁気軸受について説明する。図１１に示される第２実施形態のラジアル磁気軸受６１が、第１実施形態のラジアル磁気軸受４と異なる点は、可変磁力磁石６２の配置が異なる点である。第２実施形態の説明において、第１実施形態と同様の説明は省略する。

【0087】

ラジアル磁気軸受６１は、一対のティース１１，１２、ヨーク１３及びコイル１４，１５を備える。一対のティース１１，１２に連結された連結部２０の中央部２０ａには、可変磁力磁石６２が設けられている。中央部２０ａは、ヨーク１３の円周方向において、一対のティース１１，１２間の中央の部分である。

【0088】

可変磁力磁石６２の周囲には、可変磁力磁石用コイル（以下「ＶＭ用コイル」という）６３が配置されている。ＶＭ用コイル６３は、可変磁力磁石６２に巻回されている。ＶＭ用コイル６３は、ヨーク１３の円周方向において所定の長さを有する。可変磁力磁石６２は、ＶＭ用コイル６３の内側のみに配置されていてもよく、ＶＭ用コイル６３の外側に配置されていてもよい。ＶＭ用コイル６３には、電源が接続されている。ＶＭ用コイル６３を通電することで、ＶＭ用コイル６３の周囲に磁界が生じる。ＶＭ用コイル６３には例えばパルス波が供給される。

【0089】

ＶＭ用コイル６３には、制御ユニットが接続されている。制御ユニットの電流制御部は、上述した第１電流制御処理、第２電流制御処理及び第３電流制御処理を実行し、ＶＭ用コイル６３に供給される瞬時電流値を制御する。これにより、可変磁力磁石６２による磁力を増加又は減少させることができる。また、制御ユニットの電流制御部は、上述したＮ次危険速度範囲における電流制御処理を実行し、一対のコイル１４，１５に供給される瞬時電流値を制御する。このような第２実施形態に係るラジアル磁気軸受６１を備えた回転機械においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0090】

なお、連結部２０に設けられる可変磁力磁石及びＶＭ用コイルは、連結部２０の中央部に設けられたものに限定されず、例えば、連結部２０の端部に設けられていてもよい。また、アキシャル磁気軸受においても、ヨーク３３に可変磁力磁石及びＶＭ用コイルが設けられていてもよい。

【0091】

次に、第１変形例に係るラジアル磁気軸受について説明する。第１変形例に係るラジアル磁気軸受が、第１実施形態と違う点について説明する。第１変形例に係るラジアル磁気軸受は、一つのユニットにおいて複数の連結部を備えている。複数の連結部は、シャフト２の径方向において、異なる位置に配置されている。複数の連結部は、ヨーク１３の一部である第１連結部２０と、ヨーク１３の外側（シャフト２の径方向外側）に配置された第２連結部とを含む。

【0092】

第２連結部は、ヨーク１３から外側に延びる一対の延長部と、一対の延長部を連結する外側連結部とを含む。一対の延長部は、一対のティース１１，１２に対応する位置に配置されている。シャフト２の長手方向から見た場合に、ティース及び延長部は、例えば直線上に連続して配置されている。外側連結部には、可変磁力磁石が設けられている。この可変磁力磁石の周囲には、ＶＭ用コイルが設けられている。第１変形例では、一対のティース１１，１２、一対の延長部及び外側連結部を通る磁気回路が形成される。

【0093】

第１変形例では、一対のティース及び第１連結部２０には、可変磁力磁石は設けられていない。アキシャル磁気軸受においても、ヨーク３３の外側に第２連結部が設けられていてもよい。アキシャル磁気軸受において、第２連結部に可変磁力磁石が設けられ、この可変磁力磁石の周囲にＶＭ用コイルが設けられていてもよい。

【0094】

次に、第２変形例に係るラジアル磁気軸受について説明する。第２変形例に係るラジアル磁気軸受が、第１実施形態と違う点について説明する。第２変形例に係るラジアル磁気軸受は、複数の連結部を備えている。複数の連結部は、ヨーク１３の一部である第１連結部２０と、ヨーク１３の内側（シャフト２の径方向内側）に配置された第３連結部とを含む。第３連結部は、ヨーク１３の内側で、一対のティース１１，１２に連結されている。この第３連結部には、可変磁力磁石が設けられている。この可変磁力磁石の周囲には、ＶＭ用コイルが設けられている。第２変形例では、一対のティース１１，１２及び第３連結部を通る磁気回路が形成される。

【0095】

第２変形例では、一対のティース及び第１連結部２０には、可変磁力磁石は設けられていない。アキシャル磁気軸受においても、ヨーク３３の内側に第３連結部が設けられていてもよい。アキシャル磁気軸受において、第３連結部に可変磁力磁石が設けられ、この可変磁力磁石の周囲にＶＭ用コイルが設けられていてもよい。

【0096】

次に、第３変形例に係るラジアル磁気軸受について説明する。第３変形例に係るラジアル磁気軸受が、第２変形例に係るラジアル磁気軸受と違う点は、第１連結部２０に、可変磁力磁石及びＶＭ用コイルが設けられている点である。第３変形例では、一対のティース及び第３連結部には、可変磁力磁石は設けられていない。アキシャル磁気軸受においても同様に、可変磁力磁石及びＶＭ用コイルを配置することができる。

【0097】

次に、第４変形例に係るラジアル磁気軸受について説明する。第４変形例に係るラジアル磁気軸受が、第１実施形態のラジアル磁気軸受４と違う点は、連結部２０からシャフト２の長手方向に延在する第４連結部と、この第４連結部からシャフト２の外周面に向かって延びるティースとを含む点である。ラジアル磁気軸受において、３本以上のティースを備える構成でもよい。ラジアル磁気軸受において、シャフト２の長手方向に離間する複数のティースを備える構成でもよい。第４変形例では、シャフト２の長手方向に延在する第４連結部に可変磁力磁石及びＶＭ用コイルが設けられている。第４連結部からシャフト２の外周面に向かって延びるティースに可変磁力磁石及びＶＭ用コイルが設けられていてもよい。

【0098】

アキシャル磁気軸受において、３本以上のティースを備える構成でもよい。アキシャル磁気軸受において、アキシャルディスクの周方向に延在する連結部を備える構成でもよい。アキシャル磁気軸受において、アキシャルディスクの周方向に延在する連結部に可変磁力磁石及びＶＭ用コイルが設けられていてもよい。

【0099】

次に、第５変形例に係るラジアル磁気軸受について説明する。第５変形例に係るラジアル磁気軸受が、第１実施形態のラジアル磁気軸受４と違う点は、可変磁力磁石を備えていないユニットを備えている点である。第５変形例に係るラジアル磁気軸受では、シャフト２の周方向において隣接するユニット１６～１９間に、可変磁力磁石を備えていないユニットが配置されている。可変磁力磁石を備えていないユニットは、磁性体からなる一対のティース及び連結部を備えている。このようにラジアル磁気軸受は、可変磁力磁石２２，２３を備えるユニット１６～１９と、可変磁力磁石を備えていないユニットとを備えていてもよい。同様に、アキシャル磁気軸受においても、可変磁力磁石を備えるユニットと、可変磁力磁石を備えていないユニットと、を含んでもよい。

【0100】

次に、第６変形例に係るラジアル磁気軸受について説明する。第６変形例に係るラジアル磁気軸受が、第１実施形態のラジアル磁気軸受４と違う点は、ティース１１，１２に可変磁力磁石２２，２３の他に、永久磁石が設けられている点である。ティース１１，１２の長手方向において、可変磁力磁石２２，２３と永久磁石とが隣接して配置されている。例えば、ティース１１，１２の長手方向において、シャフト２に近い方に、永久磁石が配置され、シャフト２から遠い方に、可変磁力磁石２２，２３が配置されている。なお、シャフト２から近い方に可変磁力磁石２２，２３が配置され、シャフト２から遠い方に、永久磁石が配置されていてもよい。同様に、アキシャル磁気軸受においても、ティース３１，３２に可変磁力磁石４２，４３の他に，永久磁石が設けられていてもよい。また、連結部に可変磁力磁石が設けられている磁気軸受において、可変磁力磁石の他に永久磁石が設けられていてもよい。また、複数のユニットを備える磁気軸受において、可変磁力磁石及び永久磁石を備えるユニットと、可変磁力磁石を備えていないユニットと、を含んでもよい。また、複数のユニットを備える磁気軸受において、可変磁力磁石を備えるユニットと、永久磁石を備えるユニットと、可変磁力磁石及び永久磁石を備えていないユニットと、を含んでもよい。

【0101】

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

【0102】

上記の実施形態では、磁気軸受を備える回転機械として圧縮機を例示しているが、回転機械は圧縮機に限定されず、例えばターボチャージャ、ポンプ、ブロア、モータ等その他の回転機械でもよい。また、磁気軸受は、回転機械に適用されるものに限定されず、シャフトを回転可能に支持するその他の装置に適用可能である。また、磁気軸受は、シャフトの径方向の荷重を受けるラジアル軸受のみに適用されていてもよく、シャフトの軸方向の荷重を受けるアキシャル軸受のみに適用されていてもよい。

【0103】

また、一対のティースは棒状を成すものに、限定されず、例えば同心円状に配置された複数の筒体を備えるものでもよく、その他の形状のティースでもよい。また、連結部は、複数のユニットに共通するヨークの一部であるものに限定されない。磁気軸受は、ユニットごとに、別々の連結部を備える構成でもよい。

【0104】

また、例えば一対のティース及び連結部は、連続して円弧状を成していてもよい。ティースは直線的に配置されているものに限定されず、湾曲していてもよい。また、上記の実施形態では、ティースのみ又は連結部のみに可変磁力磁石が設けられている構成について説明しているが、ティース及び連結部に連続して、可変磁力磁石が設けられている構成でもよい。同様に、コイルは、可変磁力磁石の配置に対応して、ティース及び連結部に連続するように設けられていてもよい。

【0105】

コイルは、ティース及び連結部のうちの一部分を少なくとも含む領域である第１領域の周囲に配置されていればよい。第１領域は、ティースのみに形成されていてもよく、連結部のみに形成されていてもよく、ティース及び連結部に形成されていてもよい。

【0106】

可変磁力磁石は、ティース及び連結部のうち、第１領域の周囲に配置されたコイルに係る領域である第２領域に設けられていればよい。コイルに係る第２領域とは、コイルによる磁界による影響を受ける領域を含み、コイルの磁界によって、可変磁力磁石の磁力を変更することができる領域を含む。第２領域は、ティースのみに形成されていてもよく、連結部のみに形成されていてもよく、ティース及び連結部に形成されていてもよい。また、第１領域及び第２領域は、同じ領域を含んでもよく、互いに隣り合うように設定されていてもよく、離れていてもよい。

【符号の説明】

【0107】

２ シャフト
４ ラジアル磁気軸受（磁気軸受）
５ アキシャル磁気軸受（磁気軸受）
１１、１２ ティース
１１ａ、１２ａ 先端部（ティースのシャフト側の端部）
１４、１５ コイル
１６～１９ ユニット
２０ 連結部
２２、２３ 可変磁力磁石
３１、３２ ティース
３３ ヨーク（連結部）
３４、３５ コイル
３６ ユニット
４２、４３ 可変磁力磁石
５７ 電流制御部
６１ ラジアル磁気軸受（磁気軸受）
６２ 可変磁力磁石
６３ 可変磁力磁石用コイル（ＶＭ用コイル）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】