7587173 磁気軸受制御装置、磁気軸受装置及びターボ機械

(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】2024-11-12

(45)【発行日】2024-11-20

(54)【発明の名称】磁気軸受制御装置、磁気軸受装置及びターボ機械

(51)【国際特許分類】

   F16C 32/04 20060101AFI20241113BHJP

【ＦＩ】

F16C32/04 A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023058886

(22)【出願日】2023-03-31

(65)【公開番号】P2024146153

(43)【公開日】2024-10-15

【審査請求日】2024-02-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤本 俊平

(72)【発明者】

【氏名】阪脇 篤

(72)【発明者】

【氏名】日比野 寛

【審査官】西藤 直人

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－１３９１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１９５７７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－１６６５３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ３２／０４

Ｈ０２Ｋ ７／０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転体(A)と、前記回転体(A)の軸方向(X)及び半径方向(R)のうちの一方である第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持する第１磁気軸受(B1)と、前記第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持して前記回転体(A)と前記第１磁気軸受(B1)との接触を抑制する第１保護軸受(C1)と、前記回転体(A)の前記軸方向(X)及び前記半径方向(R)のうちの他方である第２方向(D2)に前記回転体(A)を支持する第２保護軸受(C2)と、を備える磁気軸受装置(10)を制御する磁気軸受制御装置(90)であって、
前記第１磁気軸受(B1)は、第１電流(J1)が供給されることによって、前記回転体(A)に対して前記第１方向(D1)に第１電磁力(F1)を作用させるよう構成されており、
前記第１保護軸受(C1)に対する前記回転体(A)の前記第１方向(D1)における位置である第１方向位置(H1)を調整する位置調整時(Q)に、
所定値(J1v)の前記第１電流(J1)を供給してから、前記第１電流(J1)の供給を停止する第１動作(M1)と、
前記第１電流(J1)の供給前から前記回転体(A)の前記第１方向位置(H1)が変化しない場合に、前記所定値(J1v)を増大し、前記第１電流(J1)の供給前から前記回転体(A)の前記第１方向位置(H1)が変化した場合に、前記所定値(J1v)を低減する第２動作(M2)と、を繰り返し実行する、磁気軸受制御装置。

【請求項2】

回転体(A)と、前記回転体(A)の軸方向(X)及び半径方向(R)のうちの一方である第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持する第１磁気軸受(B1)と、前記第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持して前記回転体(A)と前記第１磁気軸受(B1)との接触を抑制する第１保護軸受(C1)と、前記回転体(A)の前記軸方向(X)及び前記半径方向(R)のうちの他方である第２方向(D2)に前記回転体(A)を支持する第２保護軸受(C2)と、を備える磁気軸受装置(10)を制御する磁気軸受制御装置(90)であって、
前記第１磁気軸受(B1)は、第１電流(J1)が供給されることによって、前記回転体(A)に対して前記第１方向(D1)に第１電磁力(F1)を作用させるよう構成されており、
前記第１保護軸受(C1)に対する前記回転体(A)の前記第１方向(D1)における位置である第１方向位置(H1)を調整する位置調整時(Q)に、
前記回転体(A)の前記第１方向位置(H1)の変化を検出するまで、前記第１電流(J1)を増大させる第３動作(M3)と、
前記回転体(A)の前記第１方向位置(H1)の変化を検出した後に、前記第１電流(J1)をゼロよりも大きな範囲で低減する第４動作(M4)と、を実行する、磁気軸受制御装置。

【請求項3】

回転体(A)と、前記回転体(A)の軸方向(X)及び半径方向(R)のうちの一方である第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持する第１磁気軸受(B1)と、前記第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持して前記回転体(A)と前記第１磁気軸受(B1)との接触を抑制する第１保護軸受(C1)と、前記回転体(A)の前記軸方向(X)及び前記半径方向(R)のうちの他方である第２方向(D2)に前記回転体(A)を支持する第２保護軸受(C2)と、を備える磁気軸受装置(10)を制御する磁気軸受制御装置(90)であって、
前記第１磁気軸受(B1)は、第１電流(J1)が供給されることによって、前記回転体(A)に対して前記第１方向(D1)に第１電磁力(F1)を作用させるよう構成されており、
前記第１保護軸受(C1)に対する前記回転体(A)の前記第１方向(D1)における位置である第１方向位置(H1)を調整する位置調整時(Q)に、
前記第１磁気軸受(B1)に対して印加する第１電圧(E1)の極性を反転してから前記第１電流(J1)の供給を停止する、磁気軸受制御装置。

【請求項4】

回転体(A)と、前記回転体(A)の軸方向(X)及び半径方向(R)のうちの一方である第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持する第１磁気軸受(B1)と、前記第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持して前記回転体(A)と前記第１磁気軸受(B1)との接触を抑制する第１保護軸受(C1)と、前記回転体(A)の前記軸方向(X)及び前記半径方向(R)のうちの他方である第２方向(D2)に前記回転体(A)を支持する第２保護軸受(C2)と、前記第２方向(D2)に前記回転体(A)を支持する第２磁気軸受(B2)と、を備える磁気軸受装置(10)を制御する磁気軸受制御装置(90)であって、
前記第１磁気軸受(B1)は、第１電流(J1)が供給されることによって、前記回転体(A)に対して前記第１方向(D1)に第１電磁力(F1)を作用させるよう構成されており、
前記第２磁気軸受(B2)は、第２電流(J2)が供給されることによって、前記回転体(A)に対して前記第２方向(D2)に第２電磁力(F2)を作用させるよう構成されており、
前記第１方向(D1)は、前記軸方向(X)であり、前記第２方向(D2)は、前記半径方向(R)であり、前記第１磁気軸受(B1)は、スラスト磁気軸受(50)であり、前記第２磁気軸受(B2)は、ラジアル磁気軸受(40)であり、
前記軸方向（X）は、水平方向であり、
前記第１保護軸受(C1)に対する前記回転体(A)の前記第１方向(D1)における位置である第１方向位置(H1)を調整する位置調整時(Q)に、
前記第２保護軸受(C2)による前記回転体(A)に対する垂直抗力(N)が、前記第１電流(J1)及び前記第２電流(J2)の供給を停止した時よりも小さくゼロよりも大きな範囲となるように、前記第２磁気軸受(B2)に前記第２電流(J2)を供給する、磁気軸受制御装置。

【請求項5】

回転体(A)と、前記回転体(A)の軸方向(X)及び半径方向(R)のうちの一方である第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持する第１磁気軸受(B1)と、前記第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持して前記回転体(A)と前記第１磁気軸受(B1)との接触を抑制する第１保護軸受(C1)と、前記回転体(A)の前記軸方向(X)及び前記半径方向(R)のうちの他方である第２方向(D2)に前記回転体(A)を支持する第２保護軸受(C2)と、前記第２方向(D2)に前記回転体(A)を支持する第２磁気軸受(B2)と、を備える磁気軸受装置(10)を制御する磁気軸受制御装置(90)であって、
前記第１磁気軸受(B1)は、第１電流(J1)が供給されることによって、前記回転体(A)に対して前記第１方向(D1)に第１電磁力(F1)を作用させるよう構成されており、
前記第２磁気軸受(B2)は、第２電流(J2)が供給されることによって、前記回転体(A)に対して前記第２方向(D2)に第２電磁力(F2)を作用させるよう構成されており、
前記第１方向(D1)は、前記軸方向(X)であり、前記第２方向(D2)は、前記半径方向(R)であり、前記第１磁気軸受(B1)は、スラスト磁気軸受(50)であり、前記第２磁気軸受(B2)は、ラジアル磁気軸受(40)であり、
前記軸方向（X）は、水平方向であり、
前記第１保護軸受(C1)に対する前記回転体(A)の前記第１方向(D1)における位置である第１方向位置(H1)を調整する位置調整時(Q)に、
前記回転体(A)を周方向(θ)に振動させるように、前記第１電流(J1)又は前記第２電流(J2)を供給する、磁気軸受制御装置。

【請求項6】

前記第４動作(M4)は、前記第１電流(J1)をゼロよりも大きな所定値(J1v)まで低減する、請求項２に記載の磁気軸受制御装置。

【請求項7】

前記第４動作(M4)は、前記回転体(A)の前記第１方向(D1)への移動の速度(U)が一定になるように、前記第１電流(J1)を低減する、請求項２又は６に記載の磁気軸受制御装置。

【請求項8】

前記位置調整時(Q)に、前記回転体(A)を磁気浮上制御する場合における最大電流変化率(δ’a)よりも小さな電流変化率(δa)にて前記第１電流(J1)を供給する、請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気軸受制御装置。

【請求項9】

前記磁気軸受装置(10)は、前記第２方向(D2)に前記回転体(A)を支持する第２磁気軸受(B2)を備え、
前記第２磁気軸受(B2)は、第２電流(J2)が供給されることによって、前記回転体(A)に対して前記第２方向(D2)に第２電磁力(F2)を作用させる、請求項１から３のいずれか１つに記載の磁気軸受制御装置。

【請求項10】

前記回転体(A)の前記第１方向位置(H1)を変化させた後に、前記第２保護軸受(C2)による前記回転体(A)に対する垂直抗力(N)が、前記第１電流(J1)及び前記第２電流(J2)の供給を停止した時よりも大きくなるように、前記第２電流(J2)を供給する、請求項４又は５に記載の磁気軸受制御装置。

【請求項11】

前記第１方向(D1)は、前記軸方向(X)であり、前記第２方向(D2)は、前記半径方向(R)であり、前記第１磁気軸受(B1)は、スラスト磁気軸受(50)であり、前記第２磁気軸受(B2)は、ラジアル磁気軸受(40)である、請求項９に記載の磁気軸受制御装置。

【請求項12】

請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気軸受制御装置(90)を備える、磁気軸受装置。

【請求項13】

請求項１２に記載の磁気軸受装置(10)を備える、ターボ機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、磁気軸受制御装置、磁気軸受装置及びターボ機械に、関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、保護軸受(タッチダウン軸受)を備える磁気軸受装置が、開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１７３８２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

磁気軸受装置では、保護軸受は、回転体が移動した時に、磁気軸受よりも先に回転体に接触することによって、磁気軸受と回転体との接触を抑制する。保護軸受を有効に機能させるためには、保護軸受に対する回転体の基準位置を調整する必要がある。通常、回転体の磁気浮上制御を行う前に、磁気軸受により回転体に対して電磁力を作用させながら、保護軸受に対する回転体の位置調整を行う。

【0005】

保護軸受に対する回転体の位置調整時に、磁気軸受によって回転体に対して電磁力を作用させると、回転体が勢いよく動き出して保護軸受に対して強く接触してしまい、保護軸受やその固定部品が破損してしまうことがある。

【0006】

本開示の目的は、磁気軸受装置において、保護軸受に対する回転体の位置調整時に保護軸受やその固定部品が破損するのを抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１の態様は、磁気軸受制御装置(90)を対象とする。磁気軸受制御装置(90)は、磁気軸受装置(10)を制御する。磁気軸受装置(10)は、回転体(A)と、前記回転体(A)の軸方向(X)及び半径方向(R)のうちの一方である第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持する第１磁気軸受(B1)と、前記第１方向(D1)に前記回転体(A)を支持して前記回転体(A)と前記第１磁気軸受(B1)との接触を抑制する第１保護軸受(C1)と、前記回転体(A)の前記軸方向(X)及び前記半径方向(R)のうちの他方である第２方向(D2)に前記回転体(A)を支持する第２保護軸受(C2)と、を備える。前記第１磁気軸受(B1)は、第１電流(J1)が供給されることによって、前記回転体(A)に対して前記第１方向(D1)に第１電磁力(F1)を作用させるよう構成されている。磁気軸受制御装置(90)は、前記第１保護軸受(C1)に対する前記回転体(A)の前記第１方向(D1)における位置である第１方向位置(H1)を調整する位置調整時(Q)に、前記回転体(A)と前記第１保護軸受(C1)との接触時における前記回転体(A)の速度(U)を抑制するように、前記第１電流(J1)を制御する。

【0008】

第１の態様によれば、磁気軸受制御装置(90)は、第１保護軸受(C1)に対する回転体(A)の第１方向位置(H1)の位置調整時(Q)に、回転体(A)と第１保護軸受(C1)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制する。磁気軸受装置(10)において、第１保護軸受(C1)に対する回転体(A)の第１方向位置(H1)の位置調整時(Q)に、第１保護軸受(C1)やその固定部品が破損するのを抑制することができる。

【0009】

本開示の第２の態様では、第１の態様において、磁気軸受制御装置(90)は、所定値(J1v)の前記第１電流(J1)を供給してから、前記第１電流(J1)の供給を停止する第１動作(M1)と、前記第１電流(J1)の供給前から前記回転体(A)の前記第１方向位置(H1)が変化しない場合に、前記所定値(J1v)を増大し、前記第１電流(J1)の供給前から前記回転体(A)の前記第１方向位置(H1)が変化した場合に、前記所定値(J1v)を低減する第２動作(M2)と、を繰り返し実行する。

【0010】

第２の態様によれば、第１動作(M1)と第２動作(M2)とが繰り返し実行されることによって、第１保護軸受(C1)に対する回転体(A)の第１方向位置(H1)が小刻みに変化する。回転体(A)と第１保護軸受(C1)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制する上で、より有利になる。

【0011】

本開示の第３の態様では、第１の態様において、磁気軸受制御装置(90)は、前記回転体(A)の前記第１方向位置(H1)の変化を検出するまで、前記第１電流(J1)を増大させる第３動作(M3)と、前記回転体(A)の前記第１方向位置(H1)の変化を検出した後に、前記第１電流(J1)をゼロよりも大きな範囲で低減する第４動作(M4)と、を実行する。

【0012】

第３の態様によれば、第１磁気軸受(B1)に対する第１電流(J1)をゼロよりも大きな範囲で低減するので、回転体(A)の移動を停止させることなく、回転体(A)と第１保護軸受(C1)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制することができる。

【0013】

本開示の第４の態様によれば、第３の態様において、前記第４動作(M4)は、前記第１電流(J1)をゼロよりも大きな所定値(J1v)まで低減する。

【0014】

第４の態様によれば、接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制することが容易になる。

【0015】

本開示の第５の態様では、第３又は第４の態様において、前記第４動作(M4)は、前記回転体(A)の前記第１方向(D1)への移動の速度(U)が一定になるように、前記第１電流(J1)を低減する。

【0016】

第５の態様によれば、回転体(A)の第１方向(D1)への移動を停止させることなく、回転体(A)と第１保護軸受(C1)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制できる。

【0017】

本開示の第６に態様では、第１から第５のいずれか１つの態様において、磁気軸受制御装置(90)は、前記位置調整時(Q)に、前記回転体(A)を磁気浮上制御する場合における最大電流変化率(δ’a)よりも小さな電流変化率(δa)にて前記第１電流(J1)を供給する。

【0018】

第６の態様によれば、位置調整時(Q)における電流変化率(δa)を小さくすることによって、第１磁気軸受(B1)に対する第１電流(J1)が急激に増大することが抑制されるので、回転体(A)が急速に移動することを抑制することができる。

【0019】

本開示の第７の態様では、第１から第６のいずれか１つの態様において、磁気軸受制御装置(90)は、前記第１磁気軸受(B1)に対して印加する第１電圧(E1)の極性を反転してから前記第１電流(J1)の供給を停止する。

【0020】

第７の態様によれば、第１磁気軸受(B1)に対して印加する第１電圧(E1)の極性を反転しなかった場合に比較して、(絶対値として)大きな電流変化率にて、第１磁気軸受(B1)に対する第１電流(J1)を低減することができる。

【0021】

本開示の第８の態様では、第１から第７のいずれか１つの態様において、前記磁気軸受装置(10)は、前記第２方向(D2)に前記回転体(A)を支持する第２磁気軸受(B2)を備え、前記第２磁気軸受(B2)は、第２電流(J2)が供給されることによって、前記回転体(A)に対して前記第２方向(D2)に第２電磁力(F2)を作用させる。

【0022】

本開示の第９の態様では、第８の態様において、磁気軸受制御装置(90)は、前記第２保護軸受(C2)による前記回転体(A)に対する垂直抗力(N)が、前記第１電流(J1)及び前記第２電流(J2)の供給を停止した時よりも小さくゼロよりも大きな範囲となるように、前記第２磁気軸受(B2)に前記第２電流(J2)を供給する。

【0023】

第９の態様によれば、第２保護軸受(C2)による回転体(A)に対する垂直抗力(N)が、第１電流(J1)及び第２電流(J2)の供給を停止した時よりも小さくなるため、第１電流(J1)を供給し回転体(A)の移動を開始するとき、回転体(A)に作用する最大静止摩擦力を小さくすることができる。その結果、回転体(A)に作用させる第１電磁力(F1)を小さくすることができ、第１方向(D1)への急速な移動が抑制されるので、回転体(A)と第１保護軸受(C1)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制する上で有利になる。

【0024】

本開示の第１０の態様では、第８又は第９の態様において、磁気軸受制御装置(90)は、前記回転体(A)を周方向(θ)に振動させるように、前記第１電流(J1)又は前記第２電流(J2)を供給する。

【0025】

第１０の態様によれば、回転体(A)を周方向(θ)に振動させることによって、回転体(A)に発生する摩擦が静摩擦から動摩擦になるため、第１磁気軸受(B1)に対して第１電流(J1)を供給し回転体(A)の移動を開始するとき、回転体(A)に作用する摩擦力を小さくすることができる。その結果、回転体(A)に作用させる第１電磁力(F1)を小さくすることができ、回転体(A)の第１方向(D1)への急速な移動が抑制されるので、回転体(A)と第１保護軸受(C1)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制する上で有利になる。

【0026】

本開示の第１１の態様では、第８から第１０のいずれか１つの態様において、磁気軸受制御装置(90)は、前記回転体(A)の前記第１方向位置(H1)を変化させた後に、前記第２保護軸受(C2)による前記回転体(A)に対する垂直抗力(N)が、前記第１電流(J1)及び前記第２電流(J2)の供給を停止した時よりも大きくなるように、前記第２電流(J2)を供給する。

【0027】

第１１の態様によれば、回転体(A)の第１方向位置(H1)を変化させた後に、第２保護軸受(C2)による回転体(A)に対する垂直抗力(N)を大きくすることによって、回転体(A)に作用する動摩擦力を大きくすることができ、回転体(A)の第１方向(D1)への急速な移動が抑制されて、回転体(A)と第１保護軸受(C1)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制する上で有利になる。

【0028】

本開示の第１２の態様では、第８から第１１のいずれか１つの態様において、前記第１方向(D1)は、前記軸方向(X)であり、前記第２方向(D2)は、前記半径方向(R)であり、前記第１磁気軸受(B1)は、スラスト磁気軸受(50)であり、前記第２磁気軸受(B2)は、ラジアル磁気軸受(40)である。

【0029】

本開示の第１３の態様は、磁気軸受装置(10)を対象とする。磁気軸受装置(10)は、第１から第１２のいずれか１つの態様の磁気軸受制御装置(90)を備える。

【0030】

本開示の第１４の態様は、ターボ機械(1)を対象とする。ターボ機械(1)は、第１３の態様の磁気軸受装置(10)を備える。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、第１実施形態に係る磁気軸受装置(10)を断面図で示す。

【図2】図２は、第１実施形態に係る前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の位置調整を示す。

【図3】図３は、第１実施形態に係る前側保護軸受(60)やその固定部品の破損を抑制するための手法をフローチャートで示す。

【図4】図４は、第１実施形態に係る前側保護軸受(60)やその固定部品の破損を抑制するための手法をグラフで示す。

【図5】図５は、第２実施形態に係る図３相当図である。

【図6】図６は、第２実施形態に係る図４相当図である。

【図7】図７は、第３実施形態に係る図２相当図である。

【図8】図８は、第４実施形態に係る図２相当図である。

【図9】図９は、第５実施形態に係る図２相当図である。

【図10】図１０は、第６実施形態に係る後側保護軸受(70)に対する回転体(A)の位置調整を示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

＜第１実施形態＞
(磁気軸受装置)
図１は、第１実施形態に係る磁気軸受装置(10)を断面図で示す。磁気軸受装置(10)は、ターボ機械としてのターボ圧縮機(1)に適用される。ターボ圧縮機(1)は、空気調和機などの冷凍装置に適用される。冷凍装置は、冷媒が循環する冷媒回路を備える。ターボ圧縮機(1)は、冷媒回路の冷媒を圧縮する。冷媒回路では、冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。

【0033】

ターボ圧縮機(1)は、ハウジング(2)と、回転体(A)の一部としてのインペラ(3)と、磁気軸受装置(10)と、を備える。ハウジング(2)及びインペラ(3)については、後述する。

【0034】

磁気軸受装置(10)は、回転体(A)の一部としてのシャフト(20)と、モータ(30)と、第２磁気軸受(B2)としてのラジアル磁気軸受(40)と、第１磁気軸受(B1)としてのスラスト磁気軸受(50)と、第１保護軸受(C1)及び第２保護軸受(C2)としての前側保護軸受(60)と、第２保護軸受(C2)としての後側保護軸受(70)と、軸位置センサ(81)と、半径位置センサ(82)と、磁気軸受制御装置(90)と、を備える。

【0035】

シャフト(20)の軸心(O)は、水平方向に延びる。シャフト(20)の軸心(O)の延びる方向を、第１方向(D1)としての軸方向(X)という。軸方向(X)におけるインペラ(3)側を、軸方向(X)の前側という。軸方向(X)におけるインペラ(3)とは反対側を、軸方向(X)の後側という。シャフト(20)の軸方向(X)に対して直交する方向を、第２方向(D2)としての半径方向(R)という。半径方向(R)におけるシャフト(20)の軸心(O)から離れる側を、半径方向(R)の外(周)側という。半径方向(R)におけるシャフト(20)の軸心(O)に近づく側を、半径方向(R)の内(周側という。半径方向(R)における図１の上側は、鉛直方向(V)の上側に対応しており、単に上側という。半径方向(R)における図１の下側は、鉛直方向(V)の下側に対応しており、単に下側という。シャフト(20)の軸心(O)回りの回転方向を、周方向(θ)という。

【0036】

ハウジング(2)内は、壁部(2a)によって軸方向(O)に区画されている。ハウジング(2)の軸方向(O)の両端部は、閉塞されている。ハウジング(2)内における壁部(2a)よりも前側の前側空間(2b)には、シャフト(20)の前端部と、インペラ(3)と、が収容されている。ハウジング(2)内における壁部(2a)よりも後側の後側空間(2c)には、シャフト(20)の大部分と、モータ(30)と、ラジアル磁気軸受(40)と、スラスト磁気軸受(50)と、前側保護軸受(60)と、後側保護軸受(70)と、軸位置センサ(81)と、半径位置センサ(82)と、が収容されている。

【0037】

インペラ(3)は、シャフト(20)の前端部に回転一体に固定されている。インペラ(3)は、ハウジング(2)内の前側空間(2b)に収容されている。前側空間(2b)には、吸入管及び吐出管が接続されている。吸入管を介して前側空間(2b)に導入されたガスは、前側空間(2b)で圧縮されて高圧となって、吐出管を介して外部へ吐出される。

【0038】

モータ(30)は、ハウジング(2)内の後側空間(2c)に収容されている。モータ(30)は、回転体(A)の一部としてのモータロータ(31)と、モータステータ(32)と、を有する。モータロータ(31)は、シャフト(20)の中間部に回転一体に固定されている。モータステータ(32)は、ハウジング(2)の内周面に固定されている。モータロータ(31)の外周面とモータステータ(32)の内周面とは、半径方向(R)に所定の間隔を隔てて互いに対向している。モータ(30)は、シャフト(20)を回転させる。

【0039】

ラジアル磁気軸受(40)は、２つある。２つのラジアル磁気軸受(40)は、ハウジング(2)内の後側空間(2c)に収容されている。２つのラジアル磁気軸受(40)は、モータ(30)を軸方向(X)に挟んで配置されている。

【0040】

ラジアル磁気軸受(40)は、回転体(A)の一部としてのラジアル磁気軸受ロータ(41)と、上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)と、下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)と、を含む。ラジアル磁気軸受ロータ(41)は、シャフト(20)に回転一体に固定されている。上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)は、ハウジング(2)の内周面における上側部分に固定されている。下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)は、ハウジング(2)の内周面における下側部分に固定されている。ラジアル磁気軸受ロータ(41)の外周面と上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)の内周面及び下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)の内周面とは、半径方向(R)に間隔を隔てて互いに対向している。

【0041】

スラスト磁気軸受(50)は、ハウジング(2)内の後側空間(2c)に収容されている。スラスト磁気軸受(50)は、ラジアル磁気軸受(40)よりも軸方向(X)の前側に配置されている。スラスト磁気軸受(50)は、回転体(A)の一部としてのスラスト磁気軸受ロータ(51)と、前側スラスト磁気軸受ステータ(52)と、後側スラスト磁気軸受ステータ(53)と、を含む。

【0042】

スラスト磁気軸受ロータ(51)は、シャフト(20)に回転一体に固定されている。前側スラスト磁気軸受ステータ(52)及び後側スラスト磁気軸受ステータ(53)は、ハウジング(2)の内周面に固定されている。前側スラスト磁気軸受ステータ(52)及び後側スラスト磁気軸受ステータ(53)は、円環状である。前側スラスト磁気軸受ステータ(52)は、スラスト磁気軸受ロータ(51)よりも軸方向(X)の前側に配置されている。後側スラスト磁気軸受ステータ(53)は、スラスト磁気軸受ロータ(51)よりも軸方向(X)の後側に配置されている。スラスト磁気軸受ロータ(51)の前面と前側スラスト磁気軸受ステータ(52)の後面とは、軸方向(X)に間隔を隔てて互いに対向している。スラスト磁気軸受ロータ(51)の後面と後側スラスト磁気軸受ステータ(53)の前面とは、軸方向(X)に間隔を隔てて互いに対向している。

【0043】

前側保護軸受(60)は、ハウジング(2)内の後側空間(2c)に収容されている。前側保護軸受(60)は、軸方向(X)において、ラジアル磁気軸受(40)とスラスト磁気軸受(50)との間に配置されている。前側保護軸受(60)は、円環状である。前側保護軸受(60)は、タッチダウン軸受とも呼ばれる。前側保護軸受(60)は、ハウジング(2)の内周面における半径方向(R)の内方に突出した突出部(2d)に、固定されている。

【0044】

シャフト(20)の外周部における前側保護軸受(60)に臨む部分には、半径方向(R)の内方に凹んだ凹部(21)が設けられている。凹部(21)は、半径方向(R)の内側に位置する内底面(21a)と、軸方向(R)の前側に位置する前側面(21b)と、軸方向(R)の後側に位置する後側面(21c)と、を含む。前側保護軸受(60)の内周面(61)は、半径方向(R)において、シャフト(20)の凹部(21)における内底面(21a)に臨んでいる。前側保護軸受(60)の前面(62)は、軸方向(R)において、シャフト(20)の凹部(21)における前側面(21b)に臨んでいる。前側保護軸受(60)の後面(63)は、軸方向(R)において、シャフト(20)の凹部(21)における後側面(21c)に臨んでいる。

【0045】

前側保護軸受(60)の前面(62)及び後面(63)と凹部(21)における前側面(21b)及び後側面(21c)との間隔は、前側スラスト磁気軸受ステータ(52)及び後側スラスト磁気軸受ステータ(53)とスラスト磁気軸受ロータ(51)との間隔よりも、小さい。さらに、前側保護軸受(60)の内周面(61)と凹部(21)の内底面(21a)との間隔は、上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)及び下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)とラジアル磁気軸受ロータ(41)との間隔よりも、小さい。

【0046】

後側保護軸受(70)は、ハウジング(2)内の後側空間(2c)に収容されている。後側保護軸受(70)は、ラジアル磁気軸受(40)よりも軸方向(X)の後側に配置されている。後側保護軸受(70)は、円環状である。後側保護軸受(70)は、タッチダウン軸受とも呼ばれる。後側保護軸受(70)は、ハウジング(2)の内周面における半径方向(R)の内方に突出した突出部(2e)に、固定されている。

【0047】

後側保護軸受(70)の内周面(71)は、半径方向(R)において、シャフト(20)の外周面に臨んでいる。後側保護軸受(70)の内周面(71)とシャフト(20)の外周面との間隔は、上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)及び下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)とラジアル磁気軸受ロータ(41)との間隔よりも、小さい。

【0048】

軸位置センサ(81)は、ハウジング(2)内の後側空間(2c)に収容されている。軸位置センサ(81)は、スラスト磁気軸受(50)の近傍におけるハウジング(2)の壁部(2a)に固定されている。軸位置センサ(81)の検出部は、スラスト磁気軸受ロータ(51)に臨んでいる。軸位置センサ(81)は、軸位置センサ(81)の検出部とスラスト磁気軸受ロータ(51)との隙間を、検出する。

【0049】

半径位置センサ(82)は、２つある。半径位置センサ(82)は、ハウジング(2)内の後側空間(2c)に収容されている。各半径位置センサ(82)は、各ラジアル磁気軸受(40)の近傍におけるハウジング(2)の内周面に固定されている。半径位置センサ(82)の検出部は、シャフト(20)の外周面に臨んでいる。半径位置センサ(82)は、半径位置センサ(82)の検出部とシャフト(20)の外周面との隙間を、検出する。

【0050】

回転体(A)は、インペラ(3)と、シャフト(20)と、モータロータ(31)と、ラジアル磁気軸受ロータ(41)と、スラスト磁気軸受ロータ(51)と、で構成されている。

【0051】

スラスト磁気軸受(50)は、軸方向(X)に回転体(A)を支持する。スラスト磁気軸受(50)は、第１電磁力(F1)としてのスラスト電磁力(Fx)を、回転体(A)に対して軸方向(X)に作用させる。前側スラスト磁気軸受ステータ(52)とスラスト磁気軸受ロータ(51)との間には、スラスト電磁力(Fx)が、軸方向(X)の前方(Xa)に作用する。後側スラスト磁気軸受ステータ(53)とスラスト磁気軸受ロータ(51)との間には、スラスト電磁力(Fx)が、軸方向(X)の後方(Xb)に作用する。

【0052】

ラジアル磁気軸受(40)は、半径方向(R)に回転体(A)を支持する。ラジアル磁気軸受(40)は、第２電磁力(F2)としてのラジアル電磁力(Fr)を、回転体(A)に対して半径方向(R)に作用させる。上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)とラジアル磁気軸受ロータ(41)との間には、ラジアル電磁力(Fr)が、半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の上方(Va)に作用する。下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)とラジアル磁気軸受ロータ(41)との間には、ラジアル電磁力(Fr)が、半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)に作用する。

【0053】

前側保護軸受(60)は、軸方向(X)に回転体(A)を支持して、回転体(A)とスラスト磁気軸受(50)との接触を抑制する。前側保護軸受(60)は、スラスト磁気軸受ロータ(51)と前側スラスト磁気軸受ステータ(52)及び後側スラスト磁気軸受ステータ(53)との接触を、抑制する。前側保護軸受(60)は、回転体(A)が軸方向(X)に移動した時に、スラスト磁気軸受(50)よりも先に、回転体(A)に接触する。

【0054】

さらに、前側保護軸受(60)は、半径方向(X)に回転体(A)を支持して、回転体(A)とラジアル磁気軸受(40)との接触を抑制する。前側保護軸受(60)は、ラジアル磁気軸受ロータ(41)と上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)及び下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)との接触を抑制する。前側保護軸受(60)は、回転体(A)が半径方向(R)に移動した時に、ラジアル磁気軸受(40)よりも先に、回転体(A)に接触する。

【0055】

後側保護軸受(70)は、半径方向(X)に回転体(A)を支持して、回転体(A)とラジアル磁気軸受(40)との接触を抑制する。後側保護軸受(70)は、ラジアル磁気軸受ロータ(41)と上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)及び下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)との接触を抑制する。後側保護軸受(70)は、回転体(A)が半径方向(R)に移動した時に、ラジアル磁気軸受(40)よりも先に、回転体(A)に接触する。

【0056】

(磁気軸受制御装置)
磁気軸受制御装置(90)は、磁気軸受装置(10)に内蔵されている。磁気軸受制御装置(90)は、制御部としてのコントローラ(91)と、電源(92)と、を含む。コントローラ(91)は、例えば、マイコン及びプログラムで構成されている。電源(92)は、コントローラ(91)からの指令信号に基づいて、ラジアル磁気軸受(40)及びスラスト磁気軸受(50)に、電流を供給する。電源(92)は、例えば、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)方式で電力制御される。コントローラ(91)には、軸位置センサ(81)の検出値及び半径位置センサ(82)の検出値が入力される。

【0057】

磁気軸受制御装置(90)は、磁気軸受装置(10)を制御する。磁気軸受制御装置(90)は、第１電流(J1)を、スラスト磁気軸受(50)に供給する。磁気軸受制御装置(90)は、第１電圧(E1)を、スラスト磁気軸受(50)に印加する。第１電流(J1)と第１電圧(E1)とは、互いに対応する。スラスト磁気軸受(50)は、磁気軸受制御装置(90)から第１電流(J1)が供給されることによって、スラスト電磁力(Fx)を、回転体(A)に対して軸方向(X)に作用させる。

【0058】

磁気軸受制御装置(90)は、第１電流(J1)を前側スラスト磁気軸受ステータ(52)に供給することによって、前側スラスト磁気軸受ステータ(52)とスラスト磁気軸受ロータ(51)との間に、スラスト電磁力(Fx)を軸方向(X)の前方(Xa)に作用させて、回転体(A)を軸方向(X)の前方(Xa)に移動させようとする。磁気軸受制御装置(90)は、第１電流(J1)を後側スラスト磁気軸受ステータ(53)に供給することによって、後側スラスト磁気軸受ステータ(53)とスラスト磁気軸受ロータ(51)との間に、スラスト電磁力(Fx)を軸方向(X)の後方(Xb)に作用させて、回転体(A)を軸方向(X)の後方(Xb)に移動させようとする。

【0059】

磁気軸受制御装置(90)は、第２電流(J2)を、ラジアル磁気軸受(40)に供給する。磁気軸受制御装置(90)は、第２電圧(E2)を、ラジアル磁気軸受(40)に印加する。第２電流(J2)と第２電圧(E2)とは、互いに対応する。ラジアル磁気軸受(40)は、磁気軸受制御装置(90)から第２電流(J2)が供給されることによって、ラジアル電磁力(Fr)を、回転体(A)に対して半径方向(R)に作用させる。

【0060】

磁気軸受制御装置(90)は、第２電流(J2)を上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)に供給することによって、上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)とラジアル磁気軸受ロータ(41)との間に、ラジアル電磁力(Fr)を半径方向(X)の外方且つ鉛直方向(V)の上方(Va)に作用させて、回転体(A)を半径方向(X)の外方且つ鉛直方向(V)の上方(Va)に移動させようとする。磁気軸受制御装置(90)は、第２電流(J2)を下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)に供給することによって、下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)とラジアル磁気軸受ロータ(41)との間に、ラジアル電磁力(Fr)を半径方向(X)の外方且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)に作用させて、回転体(A)を半径方向(X)の外方且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)に移動させようとする。

【0061】

磁気軸受制御装置(90)は、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)に供給し且つ第２電流(J2)をラジアル磁気軸受(40)に供給する。磁気軸受制御装置(90)は、スラスト電磁力(Fx)及びラジアル電磁力(Fr)を、回転体(A)に対して、軸方向(X)及び半径方向(R)に作用させる。磁気軸受制御装置(90)は、回転体(A)を、軸方向(X)及び半径方向(R)に、磁気浮上制御する。以下、回転体(A)が磁気浮上制御される時を、磁気浮上制御時(L)という場合がある。磁気浮上制御時(L)には、回転体(A)は、前側保護軸受(60)及び後側保護軸受(70)に接触しない。

【0062】

(前側保護軸受に対する回転体の位置調整)
図２は、本実施形態に係る前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の位置調整を示す。前側保護軸受(60)を有効に機能させるためには、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向(X)における位置である第１方向位置(H1)としての軸方向位置(Hx)を、調整(較正)する必要がある。通常、回転体(A)の磁気浮上制御を行う前に、スラスト磁気軸受(50)により回転体(A)に対してスラスト電磁力(Fx)を作用させながら、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向(X)における軸方向位置(Hx)を調整する。

【0063】

以下、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向位置(Hx)を調整する時を、位置調整時(Q)という場合がある。図２では、軸方向位置(Hx)を、シャフト(20)の凹部(21)における前側面(21b)と前側保護軸受(60)の前面(62)との距離にて、表現した。

【0064】

位置調整時(Q)において、モータ(30)を停止する。位置調整時(Q)において、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向位置(Hx)を、調整する。具体的には、位置調整時(Q)において、シャフト(20)の凹部(21)における後側面(21c)が前側保護軸受(60)の後面(63)に接触したときの回転体(A)の位置と、シャフト(20)の凹部(21)における前側面(21b)が前側保護軸受(60)の前面(62)に接触したときの回転体(A)の位置と、の中間位置に、回転体(A)を位置付ける。位置調整時(Q)において、磁気軸受制御装置(90)には、軸位置センサ(81)の検出値が入力される。

【0065】

位置調整時(Q)において、スラスト磁気軸受(50)によって回転体(A)に対して軸方向(X)にスラスト電磁力(Fx)を作用させて、回転体(A)を移動させる。位置調整時(Q)において、回転体(A)に大きなスラスト電磁力(Fx)を作用させると、回転体(A)に大きな加速度がつき、回転体(A)の速度(U)が増大する。その結果、回転体(A)が大きな運動量を持った状態で前側保護軸受(60)に対して接触してしまい、回転体(A)との接触によって前側保護軸受(60)やその固定部品(例えば止め輪など)が破損してしまうことがある。具体的には、位置調整時(Q)において、シャフト(20)の凹部(21)における後側面(21c)が前側保護軸受(60)の後面(63)に強く接触したり、シャフト(20)の凹部(21)における前側面(21b)が前側保護軸受(60)の前面(62)に強く接触したりする。

【0066】

本実施形態では、後述する手法によって、磁気軸受装置(10)において、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向位置(Fx)を調整するための位置調整時(Q)に、回転体(A)との接触により前側保護軸受(60)やその固定部品が破損するのを抑制する。

【0067】

(回転体に作用する合力)
以下、ラジアル磁気軸受(40)及びスラスト磁気軸受(50)のいずれにも電流(J1,J2)を供給しない状態で回転体(A)に作用する全ての力の合計を、合力(W)という。合力(W)は、主に、重力及び磁化力で構成される。重力は、回転体(A)に対して、半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)に作用する。

【0068】

磁化力は、主に、モータロータ(31)とモータステータ(32)との間、ラジアル磁気軸受ロータ(41)と上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)との間、ラジアル磁気軸受ロータ(41)と下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)との間、スラスト磁気軸受ロータ(51)と前側スラスト磁気軸受ステータ(52)との間、及びスラスト磁気軸受ロータ(51)と後側スラスト磁気軸受ステータ(53)との間に、作用する。

【0069】

磁化力は、モータロータ(31)、モータステータ(32)、磁気軸受ロータ(41，51)及び磁気軸受ステータ(42,43,52,53)の材料である磁性材料に磁場をかけた後、磁場をゼロにしても磁性材料に残留する磁束密度によって生じるものであり、磁気軸受(40,50)やモータ(30)に電流(J1,J2)を供給しない状態でも作用する。磁化力は、回転体(A)に対して、軸方向(X)、半径方向(R)及び周方向(θ)の様々な方向に作用する。

【0070】

合力(W)の中で、重力は、磁化力よりも支配的な場合が多い。本例では、簡単のため、合力(W)は、半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)に作用するとした。

【0071】

(回転体の移動)
本実施形態では、図２に示すように、位置調整時(Q)において、磁気軸受制御装置(90)は、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)に供給する一方、第２電流(J2)をラジアル磁気軸受(40)に供給しない。

【0072】

位置調整時(Q)において、ラジアル磁気軸受(40)に第２電流(J2)が供給されないので、回転体(A)に対して半径方向(R)にラジアル電磁力(Fr)が作用しない。位置調整時(Q)において、回転体(A)は、合力(W)によって、半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)に移動しようとして、前側保護軸受(60)の内周面(61)の下側部分及び後側保護軸受(70)の内周面(71)の下側部分に接触する。

【0073】

回転体(A)には、前側保護軸受(60)から前側垂直抗力(N60)が与えられる。回転体(A)には、後側保護軸受(70)から後側垂直抗力(N70)が与えられる。前側垂直抗力(N60)及び後側垂直抗力(N70)は、半径方向(R)の内方且つ鉛直方向(V)の上方(Va)に作用する。前側垂直抗力(N60)と後側垂直抗力(N70)との和である合計垂直抗力(N)は、合力(W)に等しい(N=W)。

【0074】

ここで、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)に供給せず且つ第２電流(J2)をラジアル磁気軸受(40)に供給しない時も、同様に、回転体(A)は、合力(W)によって、半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)に移動して、前側保護軸受(60)の内周面(61)及び後側保護軸受(70)の内周面(71)に接触する。第１電流(J1)及び第２電流(J2)の供給を停止した時における停止時合計垂直抗力(N’)は、合力(W)の鉛直方向(V)におけるベクトルの大きさと等しい。

【0075】

本実施形態では、合計垂直抗力(N)は、停止時合計垂直抗力(N’)に等しい(N=N’)。

【0076】

位置調整時(Q)において、磁気軸受制御装置(90)は、先ず、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)の前側スラスト磁気軸受ステータ(52)に供給することによって、スラスト電磁力(Fx)を回転体(A)に対して軸方向(X)の前方(Xa)に作用させて、回転体(A)を軸方向(X)の前方(Xa)に移動させようとする。このとき、スラスト磁気軸受(50)の後側スラスト磁気軸受ステータ(53)には、第１電流(J1)が供給されない。

【0077】

スラスト電磁力(Fx)を回転体(A)に対して軸方向(X)の前方(Xa)に作用し且つ回転体(A)が未だ移動しないとき、回転体(A)には、前側保護軸受(60)による前側静止摩擦力(K60)及び後側保護軸受(70)による後側静止摩擦力(K70)が作用する。前側静止摩擦力(K60)及び後側静止摩擦力(K70)は、回転体(A)が移動しようとする方向とは逆方向に、回転体(A)に対して作用する。前側静止摩擦力(K60)と後側静止摩擦力(K70)との和である合計静止摩擦力(K)は、スラスト電磁力(Fx)に等しい。

【0078】

回転体(A)に対して軸方向(X)の前方(Xa)へ作用するスラスト電磁力(Fx)が、合計静止摩擦力(K)の最大値(最大静止摩擦力)を越えると、回転体(A)が軸方向(X)の前方(Xa)に移動して、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化する。

【0079】

詳細な説明を省略するが、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)の後側スラスト磁気軸受ステータ(53)に供給して、回転体(A)を軸方向(X)の後方(Xb)に移動させるときも、同様である。なお、以下の説明において、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)の前側スラスト磁気軸受ステータ(52)に供給することを、単に、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)に供給すると、いう場合がある。

【0080】

(前側保護軸受の破損の抑制)
図３は、本実施形態に係る前側保護軸受(60)やその固定部品の破損を抑制するための手法をフローチャートで示す。図４は、本実施形態に係る前側保護軸受(60)やその固定部品の破損を抑制するための手法をグラフで示す。図４において、横軸は時刻(t)であって単位が例えば[s]、縦軸は第１電流(J1)の値であって単位が例えば[A]である。

【0081】

図４に示すように、本実施形態では、スラスト磁気軸受(50)に対して供給される第１電流(J1)は、ランプ状である。第１電流(J1)では、複数のランプ波(J1p)が連続して形成される。各ランプ波(J1p)の時間当たりの電流増加率(α)は、一定である。本例では、ランプ波(J1p)は、三角波である。各ランプ波(J1p)は、増大したり低減したりする。第１電流(J1)は、ランプ波(J1p)毎に、所定値(J1v)を有する。

【0082】

図３に示すように、磁気軸受制御装置(90)は、第１動作(M1)と、第２動作(M2)と、を繰り返し実行する。第１動作(M1)では、所定値(J1v)の第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)に対して供給してから、回転体(A)の軸方向位置(Hx)を参照(確認)することなく、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)の供給を直ぐに停止する。

【0083】

第２動作(M2)では、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)の供給前から回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化しない場合に、所定値(J1v)を増大する。第２動作(M2)では、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)の供給前から回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化した場合に、所定値(Jv1)を低減する。

【0084】

図３に示すように、スタートから出発して、第１ステップ(S1)において、第１電流(J1)の所定値(J1v)を、初期値に設定する。具体的には、第１ステップ(S1)において、第１電流(J1)の所定値(J1v)を、第１所定値(J1v1)に設定する。図４に示すように、第１所定値(J1v1)は、第１ランプ波(J1p1)の最大値に対応する。第１所定値(J1v1)は、ゼロよりも大きな所定値(J1v)の中で、最小である。以下、所定値(J1v)は、同じ番号のランプ波(J1p)の最大値に対応するものとする。所定値(J1v)は、番号が大きいほど大きいものとする。

【0085】

第２ステップ(S2)及び第３ステップ(S3)において、第１動作(M1)を行う。第２ステップ(S2)では、第１動作(M1)の一部として、第１電流(J1)を、ランプ波(J1p)によって、スラスト磁気軸受(50)に対して供給する。具体的には、第２ステップ(S2)では、第１動作(M1)の一部として、第１所定値(J1v1)の第１電流(J1)を、第１ランプ波(J1p1)によって、スラスト磁気軸受(50)に対して供給する。

【0086】

第３ステップ(S3)では、第１動作(M1)の一部として、回転体(A)の軸方向位置(Hx)を参照することなく、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)(第１ランプ波(J1p1))の供給を直ぐに停止する。

【0087】

第４ステップ(S4)～第６ステップ(S6)において、第２動作(M2)を行う。第４ステップ(S4)では、第２動作(M2)の一部として、直前の第１電流(J1)(第１ランプ波(J1p1))の供給前と比較して、回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化したか否かを判定する。なお、回転体(A)の軸方向位置(Hx)の変化は、軸位置センサ(81)の検出値に基づいて検出される。

【0088】

第４ステップ(S4)において回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化しないと判定された場合、第５ステップ(S5)に進む。第５ステップ(S5)では、第２動作(M2)の一部として、第１電流(J1)の所定値(J1v)を、増大する。具体的には、第５ステップ(S5)では、第１電流(J1)の所定値(J1v)を、第１所定値(J1v1)から第２所定値(J1v2)に増大する。第２所定値(J1v2)は、第２ランプ波(J1p2)の最大値に対応する。第５ステップ(S5)において第１電流(J1)の所定値(J1v)を増大させると、第２ステップ(S2)に戻る。

【0089】

以下、直前の第１電流(J1)の供給前と比較して、回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化するまで、第２ステップ(S2)から第５ステップ(S5)までを繰り返す。

【0090】

第２ステップ(S2)から第５ステップ(S5)までを繰り返すことによって、第１電流(J1)の所定値(J1v)は、第３所定値(J1v3)まで増大したとする(図４参照)。第３所定値(J1v3)は、第３ランプ波(J1p3)の最大値に対応する。

【0091】

第２ステップ(S2)において、第１動作(M1)の一部として、第３所定値(J1v3)の第１電流(J1)を、第３ランプ波(J1p3)によって、スラスト磁気軸受(50)に対して供給する。第３ステップ(S3)において、第１動作(M1)の一部として、回転体(A)の軸方向位置(Hx)を参照することなく、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)(第３ランプ波(J1p3))の供給を直ぐに停止する。

【0092】

第４ステップ(S4)では、第２動作(M2)の一部として、直前の第１電流(J1)(第３ランプ波(J1p3))の供給前と比較して、回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化したか否かを判定する。

【0093】

第４ステップ(S4)において回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化したと判定された場合、第６ステップ(S6)に進む。第６ステップ(S6)では、第２動作(M2)の一部として、第１電流(J1)の所定値(J1v)を、低減する。具体的には、第６ステップ(S6)では、第１電流(J1)の所定値(J1v)を、第３所定値(J1v3)から、初期値としての第１所定値(J1v1)に低減する。第１所定値(J1v1)は、第１ランプ波(J1p1)の最大値に対応する。第６ステップ(S6)において第１電流(J1)の所定値(J1v)を低減させると、第７ステップ(S7)に進む。

【0094】

第７ステップ(S7)では、回転体(A)が前側保護軸受(60)に接触したか否かを判定する。例えば、第７ステップ(S7)において、シャフト(20)の凹部(21)における後側面(21c)が前側保護軸受(60)の後面(63)に接触したか否かを判定する。例えば、回転体(A)と前側保護軸受(60)との接触は、軸位置センサ(81)の検出値に基づいて検出される。

【0095】

第７ステップ(S7)において回転体(A)が前側保護軸受(60)に接触していないと判定されると、第２ステップ(S2)に戻る。第７ステップ(S7)において回転体(A)が前側保護軸受(60)に接触したと判定されると、エンドに至る。

【0096】

磁気軸受制御装置(90)は、第１動作(M1)(第２ステップ(S2)及び第３ステップ(S3))と第２動作(M2)(第４ステップ(S4)～第６ステップ(S6))とを繰り返し実行する。位置調整時(Q)において、磁気軸受制御装置(90)は、回転体(A)と前側保護軸受(60)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制するように、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)の供給を制御する。

【0097】

(作用効果)
本実施形態によれば、磁気軸受制御装置(90)は、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向位置(Hx)の位置調整時(Q)に、回転体(A)と前側保護軸受(60)との接触時における回転体(A)の速度(U)が抑制される。磁気軸受装置(10)において、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向位置(Hx)の位置調整時(Q)に、前側保護軸受(60)やその固定部品が破損するの抑制することができる。

【0098】

第１動作(M1)と第２動作(M2)とが繰り返し実行されることによって、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向位置(Hx)が小刻みに変化する。回転体(A)と前側保護軸受(60)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制する上で、より有利になる。

【0099】

特に本実施形態によれば、第１動作(M1)において回転体(A)の軸方向位置(Hx)を参照しないので、回転体(A)の軸方向位置(Hx)の変化を、より小刻みにすることができる。

【0100】

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係る図３相当図であって、前側保護軸受(60)やその固定部品の破損を抑制するための手法をフローチャートで示す。図６は、第２実施形態に係る図４相当図であって、前側保護軸受(60)やその固定部品の破損を抑制するための手法をグラフで示す。図６において、破線は第１パターン(P1)、実線は第２パターン(P2)を示す。なお、以下の第２実施形態の説明において、上記実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。

【0101】

図５，６に示すように、磁気軸受制御装置(90)は、第３動作(M3)と、第４動作(M4)と、を実行する。第３動作(M3)では、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向位置(Hx)の変化を検出するまで、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)を増大させる。第４動作(M4)では、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の軸方向位置(Hx)の変化を検出した後に、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)をゼロよりも大きな範囲で低減する。

【0102】

図６に示すように、第３動作(M3)及び第４動作(M4)は、第１パターン(P1)及び第２パターン(P2)の２種類ある。

【0103】

具体的には、図５に示すように、スタートから出発して、第１ステップ(G1)において、第１電流(J1)を、ゼロに設定する。

【0104】

第２ステップ(G2)において、第３動作(M3)を行う。第２ステップ(G2)において、第３動作(M3)として、第１電流(J1)を増大させる。第１電流(J1)は、例えばランプ状に増大する。

【0105】

第３ステップ(G3)において、回転体(A)の軸方向位置(Hx)の変化を検出する。第３ステップ(G3)において、回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化したか否かを判定する。

【0106】

第３ステップ(G3)において回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化していないと判定された場合、第２ステップ(G2)に戻る。第３ステップ(G3)において回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化したと判定された場合、第４ステップ(G4)に進む。

【0107】

第４ステップ(G4)において、第４動作(M4)を行う。第４ステップ(G4)において、第４動作(M4)として、第１電流(J1)を、ゼロよりも大きな範囲で低減する。そして、エンドに至る。

【0108】

図６に破線に示すように、第１パターン(P1)では、第４動作(M4)は、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)を、ゼロよりも大きな所定値(J1v)まで低減する。所定値(J1v)は、ゼロよりも大きな一定の値である。

【0109】

図６に実線で示すように、第２パターン(P2)では、第４動作(M4)は、回転体(A)の軸方向(X)への移動の速度(U)が一定になるように(軸方向位置(Hx)の変化率が一定になるように)、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)を、低減する。

【0110】

図６に示すように、第１パターン(P1)及び第２パターン(P2)では、磁気軸受制御装置(90)は、第３動作(M3)において、回転体(A)を磁気浮上制御する場合(磁気浮上制御時(L))における最大電流変化率(δ’a)(二点鎖線参照)よりも小さな電流変化率(δa)にて、位置調整時(Q)に、スラスト磁気軸受(50)に対して第１電流(J1)を供給する。

【0111】

図６に示すように、第１パターン(P1)及び第２パターン(P2)では、磁気軸受制御装置(90)は、第４動作(M4)において、スラスト磁気軸受(50)に対して印加する第１電圧(E1)の極性を反転してから、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)の供給を停止する。スラスト磁気軸受(50)に対して印加する第１電圧(E1)の極性を反転することによって、第１電圧(E1)の極性を反転しなかった場合における電流変化率(δ’b)(二点鎖線参照)よりも(絶対値として)大きな電流変化率(δb)にて、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)が低減する。

【0112】

その他の構成は、第１実施形態と同様である。

【0113】

本実施形態によれば、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)をゼロよりも大きな範囲で低減するので、回転体(A)の移動を停止させることなく、回転体(A)と前側保護軸受(60)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制することができる。

【0114】

第１電流(J1)を所定値(J1v)にすることによって、接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制することが容易になる。

【0115】

回転体(A)の軸方向(X)への移動の速度(U)が一定になるように、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)を低減するので、回転体(A)の軸方向(X)への移動を停止させることなく、回転体(A)と前側保護軸受(60)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制できる。

【0116】

位置調整時(Q)における増大時の電流変化率(δa)を小さくすることによって、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)が急激に増大することが抑制されるので、回転体(A)が軸方向(X)に急速に移動することを抑制することができる。

【0117】

スラスト磁気軸受(50)に対して印加する第１電圧(E1)の極性を反転することによって、第１電圧(E1)の極性を反転しなかった場合における電流変化率(δ’b)よりも(絶対値として)大きな電流変化率(δb)にて、スラスト磁気軸受(50)に対する第１電流(J1)を低減することができる。回転体(A)の軸方向(X)への移動の速度(U)を抑制する上で、有利になる。

【0118】

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態に係る図２相当図であって、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の位置調整を示す。以下の第３実施形態の説明において、上記実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。

【0119】

本実施形態では、図７に示すように、位置調整時(Q)において、磁気軸受制御装置(90)は、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)に供給するとともに、第２電流(J2)をラジアル磁気軸受(40)にも供給する。特に、磁気軸受制御装置(90)は、第２電流(J2)をラジアル磁気軸受(40)の上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)に供給する一方、第２電流(J2)をラジアル磁気軸受(40)の下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)には供給しない。

【0120】

磁気軸受制御装置(90)には、軸位置センサ(81)の検出値及び半径位置センサ(82)の検出値が入力される。

【0121】

ラジアル磁気軸受(40)の上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)に第２電流(J2)が供給されるので、回転体(A)に対して半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の上方(Va)にラジアル電磁力(Fr)が作用する。一方、回転体(A)には、半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)に、合力(W)が作用する。

【0122】

磁気軸受制御装置(90)は、ラジアル磁気軸受(40)による回転体(A)に対する半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の上方(Va)へのラジアル電磁力(Fr)が、回転体(A)に対する半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)への合力(W)よりも小さくなるように、第２電流(J2)をラジアル磁気軸受(40)に供給する。

【0123】

下方(Vb)への合力(W)が上方(Va)へのラジアル電磁力(Fr)よりも大きいので、回転体(A)は、前側保護軸受(60)の内周面(61)の下側部分及び後側保護軸受(70)の内周面(71)の下側部分に接触する。

【0124】

回転体(A)には、前側保護軸受(60)から前側垂直抗力(N60)が与えられる。回転体(A)には、後側保護軸受(70)から後側垂直抗力(N70)が与えられる。前側垂直抗力(N60)及び後側垂直抗力(N70)は、半径方向(R)の内方且つ鉛直方向(V)の上方(Va)に作用する。

【0125】

位置調整時(Q)において、前側垂直抗力(N60)と後側垂直抗力(N70)との和である合計垂直抗力(N)は、合力(W)からラジアル電磁力(Fr)を引いた値に、等しい(N=W-Fr)。

【0126】

本実施形態では、合計垂直抗力(N)は、第１電流(J1)及び第２電流(J2)の供給を停止した時の停止時合計垂直抗力(N’)よりも、小さい(N＜N’)。

【0127】

回転体(A)には、前側保護軸受(60)による前側静止摩擦力(K60)及び後側保護軸受(70)による後側静止摩擦力(K70)が作用する。前側静止摩擦力(K60)及び後側静止摩擦力(K70)は、回転体(A)が移動しようとする方向とは逆方向に、回転体(A)に対して作用する。前側静止摩擦力(K60)と後側静止摩擦力(K70)との和である合計静止摩擦力(K)は、スラスト電磁力(Fx)に等しい。

【0128】

磁気軸受制御装置(90)は、前側保護軸受(60)及び後側保護軸受(70)による回転体(A)に対する合計垂直抗力(N)が、第１電流(J1)及び第２電流(J2)の供給を停止した時の停止時合計垂直抗力(N’)よりも、小さく且つゼロよりも大きな範囲となるように、ラジアル磁気軸受(40)に第２電流(J2)を供給する。回転体(A)は、磁気浮上しない。

【0129】

その他の構成は、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。

【0130】

本実施形態によれば、回転体(A)は、前側保護軸受(60)の内周面(61)及び後側保護軸受(70)の内周面(71)に接触する。前側保護軸受(60)及び後側保護軸受(70)による回転体(A)に対する合計垂直抗力(N)が、第１電流(J1)及び第２電流(J2)の供給を停止した時よりも小さくなるため、第１電流(J1)を供給し回転体(A)の移動を開始するとき、回転体(A)に作用する最大静止摩擦力を小さくすることができる。

【0131】

その結果、回転体(A)に作用させるスラスト電磁力(Fx)を小さくすることができ、軸方向(X)への急速な移動が抑制されるので、回転体(A)と前側保護軸受(60)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制する上で有利になる。

【0132】

＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態に係る図２相当図であって、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の位置調整を示す。以下の第４実施形態の説明において、上記実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。

【0133】

本実施形態では、図８に示すように、位置調整時(Q)において、回転体(A)の軸方向位置(Hx)が変化した後、磁気軸受制御装置(90)は、ラジアル磁気軸受(40)の上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)に対する第２電流(J2)の供給を停止する一方、ラジアル磁気軸受(40)の下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)に対して第２電流(J2)を供給する。

【0134】

回転体(A)に対して半径方向(R)の外方且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)にラジアル電磁力(Fr)及び合力(W)が作用する。回転体(A)は、前側保護軸受(60)の内周面(61)の下側部分及び後側保護軸受(70)の内周面(71)の下側部分に接触する。

【0135】

回転体(A)には、前側保護軸受(60)から前側垂直抗力(N60)が与えられる。回転体(A)には、後側保護軸受(70)から後側垂直抗力(N70)が与えられる。前側垂直抗力(N60)及び後側垂直抗力(N70)は、半径方向(R)の内方且つ鉛直方向(V)の上方(Va)に作用する。

【0136】

位置調整時(Q)において、前側垂直抗力(N60)と後側垂直抗力(N70)との和である合計垂直抗力(N)は、合力(W)とラジアル電磁力(Fr)との和に等しい(N=W+Fr)。

【0137】

本実施形態では、合計垂直抗力(N)は、第１電流(J1)及び第２電流(J2)の供給を停止した時の停止時合計垂直抗力(N’)よりも、大きい(N＞N’)。

【0138】

回転体(A)には、前側保護軸受(60)による前側動摩擦力(Kv60)及び後側保護軸受(kv70)による後側動摩擦力(Kv70)が作用する。前側動摩擦力(Kv60)及び後側動摩擦力(Kv70)は、回転体(A)が移動する方向とは逆方向に、回転体(A)に対して作用する。前側動摩擦力(Kv60)と後側動摩擦力(Kv70)との和である合計動摩擦力(Kv)は、スラスト電磁力(Fx)に等しい。

【0139】

磁気軸受制御装置(90)は、回転体(A)の軸方向位置(Hx)を変化させた後に、前側保護軸受(60)及び後側保護軸受(70)による回転体(A)に対する合計垂直抗力(N)が、第１電流(J1)及び第２電流(J2)の供給を停止した時の停止時合計垂直抗力(N’)よりも、大きくなるように、ラジアル磁気軸受(40)に第２電流(J2)を供給する。

【0140】

その他の構成は、第３実施形態と同様である。

【0141】

本実施形態によれば、回転体(A)の軸方向位置(Hx)を変化させた後に、前側保護軸受(60)及び後側保護軸受(70)による回転体(A)に対する合計垂直抗力(N)を大きくすることによって、回転体(A)に作用する合計動摩擦力(Kv)を大きくすることができる。回転体(A)の軸方向(X)への急速な移動が抑制されて、回転体(A)と前側保護軸受(60)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制する上で有利になる。

【0142】

＜第５実施形態＞
図９は、第５実施形態に係る図２相当図であって、前側保護軸受(60)に対する回転体(A)の位置調整を示す。以下の第５実施形態の説明において、上記実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。

【0143】

本実施形態では、図９に示すように、位置調整時(Q)において、磁気軸受制御装置(90)は、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)に供給するとともに、第２電流(J2)をラジアル磁気軸受(40)にも供給する。

【0144】

特に、磁気軸受制御装置(90)は、第２電流(J2)をラジアル磁気軸受(40)の上側ラジアル磁気軸受ステータ(42)に供給してもよいし、第２電流(J2)をラジアル磁気軸受(40)の下側ラジアル磁気軸受ステータ(43)に供給してもよい。また、磁気軸受制御装置(90)は、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)の前側スラスト磁気軸受ステータ(52)に供給するのみならず、第１電流(J1)をスラスト磁気軸受(50)の後側スラスト磁気軸受ステータ(53)に供給してもよい。

【0145】

磁気軸受制御装置(90)は、回転体(A)を周方向(θ)に振動させるように、スラスト磁気軸受(50)に対して第１電流(J1)を供給する、又はラジアル磁気軸受(40)に対して第２電流(J2)を供給する。

【0146】

その他の構成は、第３実施形態及び第４実施形態と同様である。

【0147】

本実施形態によれば、回転体(A)に発生する摩擦が静摩擦から動摩擦になるため、スラスト磁気軸受(50)に対して第１電流(J1)を供給し回転体(A)の移動を開始するとき、回転体(A)に作用する摩擦力を小さくすることができる。その結果、回転体(A)に作用させるスラスト電磁力(Fx)を小さくすることができる。回転体(A)の軸方向(X)への急速な移動が抑制されるので、回転体(A)と前側保護軸受(60)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制する上で有利になる。

【0148】

＜第６実施形態＞
図１０は、第６実施形態に係る図２相当図であって、後側保護軸受(70)に対する回転体(A)の位置調整を示す。以下の第６実施形態の説明において、上記実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。

【0149】

磁気軸受装置(10)は、第１磁気軸受(B1)としてのラジアル磁気軸受(40)と、第２磁気軸受(B2)としてのスラスト磁気軸受(50)と、第１保護軸受(C1)及び第２保護軸受(C2)としての前側保護軸受(60)と、第１保護軸受(C1)としての後側保護軸受(70)と、を備える。

【0150】

シャフト(20)の軸心(O)は、鉛直方向(V)に延びる。シャフト(20)の軸心(O)の延びる方向を、第２方向(D2)としての軸方向(X)という。シャフト(20)の軸方向(X)に対して直交する方向を、第１方向(D1)としての半径方向(R)という。軸方向(X)の前方(Xa)は、鉛直方向(V)の下方(Vb)に対応する。軸方向(X)の後方(Xb)は、鉛直方向(V)の上方(Va)に対応する。

【0151】

磁気軸受制御装置(90)は、第２電流(J2)を、スラスト磁気軸受(50)に供給する。磁気軸受制御装置(90)は、第２電圧(E2)を、スラスト磁気軸受(50)に印加する。スラスト磁気軸受(50)は、磁気軸受制御装置(90)から第２電流(J2)が供給されることによって、第２電磁力(F2)としてのスラスト電磁力(Fx)を、回転体(A)に対して軸方向(X)に作用させる。

【0152】

磁気軸受制御装置(90)は、第１電流(J1)を、ラジアル磁気軸受(40)に供給する。磁気軸受制御装置(90)は、第１電圧(E1)を、ラジアル磁気軸受(40)に印加する。ラジアル磁気軸受(40)は、磁気軸受制御装置(90)から第１電流(J1)が供給されることによって、第１電磁力(F1)としてのラジアル電磁力(Fr)を、回転体(A)に対して半径方向(R)に作用させる。

【0153】

後側保護軸受(70)に対する回転体(A)の半径方向(R)における位置を、第１方向位置(H1)としての半径方向位置(Hr)という。後側保護軸受(70)に対して回転体(A)の半径方向位置(Hr)を調整する時を、位置調整時(Q)という。図１０では、半径方向位置(Hr)を、シャフト(20)の外周面(20a)と後側保護軸受(70)の内周面(71)との距離にて、表現した。

【0154】

重力及び磁化力で主に構成された合力(W)は、軸方向(X)の前方(Xa)且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)に作用する。位置調整時(Q)において、回転体(A)は、合力(W)によって、軸方向(X)の前方(Xa)且つ鉛直方向(V)の下方(Vb)に移動しようとする。位置調整時(Q)において、回転体(A)におけるシャフト(20)の凹部(21)の後側面(21c)は、前側保護軸受(60)の後面(63)に接触する。

【0155】

回転体(A)には、前側保護軸受(60)から前側垂直抗力(N60)が与えられる。前側垂直抗力(N60)は、軸方向(X)の後方(Xb)且つ鉛直方向(V)の上方(Va)に作用する。前側垂直抗力(N60)は、合計垂直抗力(N)に等しい。合計垂直抗力(N)は、合力(W)に等しい。

【0156】

位置調整時(Q)において、磁気軸受制御装置(90)は、第１電流(J1)をラジアル磁気軸受(40))に供給することによって、ラジアル電磁力(Fr)を回転体(A)に対して半径方向(R)に作用させて、回転体(A)を半径方向(R)に移動させようとする。

【0157】

ラジアル電磁力(Fr)を回転体(A)に対して半径方向(R)に作用し且つ回転体(A)が未だ移動しないとき、回転体(A)には、前側保護軸受(60)による前側静止摩擦力(K60)が作用する。前側静止摩擦力(K60)は、合計静止摩擦力(K)に等しい。合計静止摩擦力(K)は、ラジアル電磁力(Fr)に等しい。

【0158】

回転体(A)に対して半径方向(R)へ作用するラジアル電磁力(Fr)が、合計静止摩擦力(K)の最大値(最大静止摩擦力)を越えると、回転体(A)が半径方向(R)に移動して、後側保護軸受(70)に対する回転体(A)の半径方向位置(Hr)が変化する。

【0159】

位置調整時(Q)において、磁気軸受制御装置(90)は、回転体(A)と後側保護軸受(70)との接触時における回転体(A)の速度(U)を抑制するように、ラジアル磁気軸受(40)に対する第１電流(J1)の供給を制御する。

【0160】

＜その他の実施形態＞
第１実施形態において、ランプ波(J1p)は、三角波ではなく、例えばノコギリ波でもよい。また、第１実施形態において、第１電流(J1)は、ランプ波(J1p)で形成されるのではなく、例えば正弦波で形成されてもよい。

【0161】

第１実施形態において、第２動作(M2)では、第１電流(J1)の所定値(J1v)を、初期値(第１所定値(J1v1))まで低減する必要は無く、直前の所定値(J1v)に対して一段階のみ低減するのでもよい。

【0162】

ラジアル磁気軸受(40)として、ベアリングレスモータ(シャフト(20)を非接触で支持する機能を有するモータ)の支持機構を用いてもよい。

【0163】

スラスト磁気軸受ロータ(51)を、前側スラスト磁気軸受ロータと後側スラスト磁気軸受ロータとに分けてもよい。その場合、前側スラスト磁気軸受ステータ(52)及び前側スラスト磁気軸受ロータは、モータ(30)に対して軸方向(X)におけるインペラ(3)側(前側(Xa))に配置され、後側スラスト磁気軸受ステータ(53)及び後側スラスト磁気軸受ロータは、モータ(30)に対して軸方向(X)におけるインペラ(3)側とは反対側(後側(Xb))に配置される。

【0164】

センサレス方式(位置センサ(81,82)を使用せずにシャフト(20)の位置検出を行う方式)の場合には、位置センサ(81,82)は、省略されてもよい。

【0165】

磁気軸受装置(10)(ターボ圧縮機(1))におけるシャフト(20)の軸心(O)は、第１～第５実施形態のように、水平方向に延びてもよいし、第６実施形態のように、鉛直方向(V)に延びてもよい。また、シャフト(20)の軸心(O)は、水平方向(又は鉛直方向(V))に対して、９０度未満の角度で傾いてもよい。

【0166】

上記実施形態では、磁気軸受装置(10)(ターボ圧縮機(1))の構成部品の配置について、インペラ(3)をシャフト(20)の軸方向(X)における前側(Xa)の端部に配置し、インペラ(3)から、軸方向(X)における後側(Xb)に向かって、スラスト磁気軸受(50)、前側保護軸受(60)、ラジアル磁気軸受(40)、半径位置センサ(82)、モータ(30)、ラジアル磁気軸受(40)、半径位置センサ(82)、後側保護軸受(70)、軸位置センサ(81)の順に配置したが、これに限定されない。例えば、スラスト磁気軸受(50)は、軸方向(X)におけるインペラ(3)側(前側(Xa))とは反対側(後側(Xb))の端部に配置されてもよい。その他の構成部品も、同様に、任意に配置されてよい。

【0167】

インペラ(3)は、１つに限定されるものではなく、２つ以上あってもよい。また、インペラ(3)の取付位置は、シャフト(20)の前端部に限定されるものではなく、シャフト(20)の後端部や、シャフト(20)の端部以外であってもよい。例えば、２つのインペラ(3)がシャフト(20)の前端部に連続して取り付けられてもよいし、２つのインペラ(3)がシャフト(20)の前端部と後端部とに１つずつ取り付けられてもよい。

【0168】

モータ(30)は、シャフト(20)に対して２つ以上あってもよい。

【0169】

１つの保護軸受(C1,C2)が、第１保護軸受(C1)及び第２保護軸受(C2)の両方の機能を兼ねなくてもよい。その場合、スラスト磁気軸受(50)との接触を抑制する１つの保護軸受(C1,C2)と、ラジアル磁気軸受(40)との接触を抑制する２つの保護軸受(C1,C2)と、を用意するのが好ましい。

【0170】

磁気軸受制御装置(90)は、磁気軸受装置(10)とは別体でもよい。ターボ機械(1)は、ターボ圧縮機に限定されず、例えばポンプなどでもよい。磁気軸受装置(10)は、ターボ機械(1)以外の回転機械(例えば減速機など)に適用されてもよい。

【0171】

以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。以上の実施形態、変形例、その他の実施形態に係る要素を適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。

【符号の説明】

【0172】

Ａ 回転体
Ｂ１ 第１磁気軸受
Ｂ２ 第２磁気軸受
Ｃ１ 第１保護軸受
Ｃ２ 第２保護軸受
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｘ 軸方向
Ｒ 半径方向
θ 周方向
Ｖ 鉛直方向
Ｆ１ 第１電磁力
Ｆ２ 第２電磁力
Ｆｘ スラスト電磁力
Ｆｒ ラジアル電磁力
Ｊ１ 第１電流
Ｊ２ 第２電流
Ｅ１ 第１電圧
Ｅ２ 第２電圧
Ｈ１ 第１方向位置
Ｈｘ 軸方向位置
Ｈｒ 半径方向位置
Ｕ 速度
Ｗ 合力
Ｎ 合計垂直抗力(垂直抗力)
Ｋ 合計静止摩擦力
Ｋｖ 合計動摩擦力
Ｌ 磁気浮上制御時
Ｑ 位置調整時
Ｊ１ｖ 所定値
Ｊ１ｐ ランプ波
δａ 電流変化率
δ’ａ 最大電流変化率
δｂ 電流変化率
Ｍ１ 第１動作
Ｍ２ 第２動作
Ｍ３ 第３動作
Ｍ４ 第４動作
１ ターボ圧縮機(ターボ機械)
２ ハウジング
３ インペラ
１０ 磁気軸受装置
２０ シャフト
３０ モータ
４０ ラジアル磁気軸受
４１ ラジアル磁気軸受ロータ
４２ 上側ラジアル磁気軸受ステータ
４３ 下側ラジアル磁気軸受ステータ
５０ スラスト磁気軸受
５１ スラスト磁気軸受ロータ
５２ 前側スラスト磁気軸受ステータ
５３ 後側スラスト磁気軸受ステータ
６０ 前側保護軸受
７０ 後側保護軸受
９０ 磁気軸受制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】