CN117377828A - 真空泵 - Google Patents

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Abstract

提供一种通过将旋转体使用交流磁场加热、也包括旋转体的停止时而防止生成物的附着、此外能够实现加热所需要的消耗电力的效率化的真空泵。在保护轴承(1)与上侧径向传感器(107)之间，隔着旋转体(103)对置而配设有2极的加热用电磁铁(3A)和加热用电磁铁(3B)。该加热用电磁铁(3A)和加热用电磁铁(3B)相当于加热装置(3)，从加热用电源(21)对该加热装置(3)供给交流电流。借助该交流电流，加热用电磁铁(3A)和加热用电磁铁(3B)被励磁而产生交流磁场。在这样的结构中，所产生的交流磁场与旋转体(103)交叉。在交叉的交流磁场的周围产生涡电流。而且，借助该涡电流而将旋转体(103)加热。借助该加热，能够进一步防止生成物的堆积，能实现泵的运转效率提高。

Description

真空泵
技术领域
本发明涉及真空泵，特别涉及通过将旋转体使用交流磁场加热、也包括旋转体的停止时能够防止生成物的附着，此外能够将旋转体高效率地加热的真空泵。
背景技术
随着近年来的电子学的发展，存储器、集成电路这样的半导体的需要急剧地增大。
这些半导体是对纯度极高的半导体基板掺杂杂质而赋予电性质、或借助蚀刻在半导体基板上形成微细的电路等而制造的。
而且，这些作业为了避免因空气中的灰尘等带来的影响而需要在高真空状态的腔室内进行。在该腔室的排气中，一般使用真空泵，特别是从残留气体较少、维护较容易等的方面而较多使用作为真空泵中的一种的涡轮分子泵。
此外，在半导体的制造工序中，有数量较多的使各种各样的工艺气体作用于半导体的基板的工序，涡轮分子泵不仅使腔室内成为真空，也用于将这些工艺气体从腔室内排出。
可是，有工艺气体为了提高反应性而以高温的状态被导入到腔室中的情况。而且，有这些工艺气体如果在被排出时被冷却而成为某个温度则成为固体而向排气系统析出生成物的情况。而且，有这种工艺气体在涡轮分子泵内成为低温而成为固体状、附着堆积在涡轮分子泵内部的情况。
如果工艺气体的析出物堆积在涡轮分子泵内部，则该堆积物使泵流路变窄，成为使涡轮分子泵的性能下降的原因。
为了解决该问题，对于涡轮分子泵在基座部周围配设加热器，进行该加热器的加热控制。
可是，为了效率更好地防止生成物的附着，希望并不仅限于对于基座部周边、定子的加热，对于旋转体侧也进行加热。
作为向旋转体的加热的方法，例如在专利文献1中公开了使由永久磁铁、电磁铁生成的直流磁场与旋转体交叉的方法。此外，在专利文献2中公开了通过降低马达的效率使旋转体加热的方法。进而，还可以考虑将定子侧加热而用其辐射热使旋转体侧加热的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭59－32697号公报
专利文献2：日本特开2019－031969号公报
发明内容
发明要解决的课题
可是，关于这样的生成物的附着防止，希望不仅在泵的运转中、在泵的停止时也继续进行。在专利文献1的结构中，由于与旋转体交叉的磁场为直流，所以不需要设置能够供给交流电流的加热用电源，另一方面，能够将旋转体加热的仅是旋转体的旋转时，在旋转体的停止时不能将旋转体加热。
此外，关于生成物的附着防止时的加热控制，要求加热所需要的消耗电力的效率化。
本发明是鉴于这样的以往的课题而做出的，目的是提供一种通过将旋转体使用交流磁场加热、也包括旋转体的停止时能够防止生成物的附着、此外能够将旋转体高效率地加热的真空泵。
用来解决课题的手段
因此，本发明(技术方案1)的特征在于，具备：旋转体；马达，使该旋转体旋转驱动；马达用电源，对该马达供给旋转驱动用的电力；加热用电磁铁，为了将前述旋转体加热而产生规定的磁场频率的交流磁场；以及加热用电源，借助交流电流对该加热用电磁铁供给电力；通过使由前述加热用电磁铁产生的前述交流磁场与前述旋转体交叉，在前述旋转体中在该交叉的前述交流磁场的周围产生涡电流。
加热用电磁铁借助从加热用电源供给的交流电流，产生规定的磁场频率的交流磁场。通过交流磁场与旋转体交叉，在旋转体中在该交叉的交流磁场的周围产生涡电流。由于借助该涡电流而产生涡电流损耗，所以能够将旋转体加热。由于加热用电磁铁产生的磁场是交流磁场，所以即使在旋转体的旋转停止时也能够产生涡电流损耗，能够将旋转体加热。由于可以设想到堆积物即使在旋转体的停止中也产生，所以能够有效果地防止堆积物的生成。此外，在本发明中，由于能够在旋转体直接产生涡电流损耗，所以与将定子侧加热、借助其辐射热使旋转体侧加热的情况相比，能够将旋转体高效率地加热。
此外，本发明(技术方案2)的特征在于，在前述旋转体具备加热对象物，所述加热对象物成为前述交流磁场的交叉的对象，具有规定的导电性。
在该方法中，通过在旋转体具备加热对象物，能够效率良好地产生涡电流。因此，能够将旋转体高效率地加热。
进而，本发明(技术方案3)的特征在于，当将前述旋转体的刚体模式固有振动频率定义为ωres时，前述磁场频率比大。
交流磁场使旋转体加热，另一方面也同时产生对旋转体的吸引力。该吸引力成为使旋转体的振动变大的原因。但是，通过将磁场频率设为比大，与使相同大小的磁通密度的直流磁场与旋转体交叉的情况相比，能够使旋转体的振动变小。
进而，本发明(技术方案4)的特征在于，前述磁场频率比基于前述旋转体的机械角定义的额定旋转频率大。
一般在因旋转体的旋转而产生的泵的振动的频谱中，呈现旋转体的旋转频率成分的较大的峰值。该峰值频率根据运转状态而变化，最大值是基于旋转体的机械角定义的额定旋转频率。因而，在由加热用电磁铁产生的交流磁场的频率比基于旋转体的机械角定义的额定旋转频率大的情况下，因交流磁场而产生的泵的振动频谱的峰值与因旋转体的旋转而产生的振动频谱的峰值不一致。因此，能够使泵的振动变小。
进而，本发明(技术方案5)的特征在于，前述磁场频率比流动于前述马达的电流的额定旋转时的频率大。
一般在因流动于马达的电流而产生的泵的振动的频谱中，呈现流动于马达的电流的频率成分的较大的峰值。该峰值频率根据运转状态而变化，最大值是流动于马达的电流的额定旋转时的频率。因而，在由加热用电磁铁产生的交流磁场的频率比流动于马达的电流的额定旋转时的频率大的情况下，因交流磁场而产生的泵的振动频谱的峰值与因流动于马达的电流而产生的振动频谱的峰值不一致。因此，能够使泵的振动变小。
进而，本发明(技术方案6)的特征在于，具备：马达用逆变器，将前述马达用电源的输出电压变换，对前述马达附加电压；以及马达用逆变器控制器，对该马达用逆变器进行控制；前述磁场频率比前述马达用逆变器控制器的控制频率的一半大。
如果磁场频率比马达用逆变器控制器的控制频率的一半大，则与马达用逆变器使交流电流叠加于流动于马达的电流而流动、叠加于马达的磁场而产生加热用的交流磁场、由此将旋转体加热的情况相比，能够用较大的频率的交流磁场进行加热。因此，能够减小为了得到相同的旋转体的涡电流损耗所需要的交流磁场的磁通密度，能够使因交流磁场而在旋转体产生的外力变小，能够使旋转体的振动变小。
进而，本发明(技术方案7)的特征在于，具备：磁轴承，将前述旋转体悬浮支承在空中；磁轴承用电源，对该磁轴承供给电力；磁轴承用逆变器，将前述磁轴承用电源的输出电压变换，对前述磁轴承附加电压；以及磁轴承用逆变器控制器，对该磁轴承用逆变器进行控制；前述磁场频率比前述磁轴承用逆变器控制器的控制频率的一半大。
如果磁场频率比磁轴承用逆变器控制器的控制频率的一半大，则与磁轴承用逆变器使交流电流叠加于流动于磁轴承的电流而流动、叠加于磁轴承的磁场而产生加热用的交流磁场、由此将旋转体加热的情况相比，能够用较大的频率的交流磁场进行加热。因此，能够减小为了得到相同的旋转体的涡电流损耗所需要的交流磁场的磁通密度，能够使因交流磁场而在旋转体产生的外力变小，能够使旋转体的振动变小。
进而，本发明(技术方案8)的特征在于，具备：磁轴承，将前述旋转体悬浮支承在空中；磁轴承用电源，对该磁轴承供给电力；变位传感器，基于以规定的传感器频率调制后的位置信号，非接触地计测前述旋转体的位置；以及解调电路，使前述位置信号解调，包括低通滤波器；前述磁场频率比前述低通滤波器的截止频率大。
如果磁场频率比将变位传感器的位置信号解调的低通滤波器的截止频率大，则在被解调后的变位传感器的位置信号中包含的、因交流磁场而产生的泵的振动成分变小。因此，因交流磁场而产生的泵的振动不给旋转体的位置控制带来影响，能够实现更稳定的磁轴承控制。
进而，本发明(技术方案9)的特征在于，具备：磁轴承，将前述旋转体悬浮支承在空中；磁轴承用电源，对该磁轴承供给电力；以及变位传感器，基于以规定的传感器频率调制后的位置信号，非接触地计测前述旋转体的位置；前述磁场频率比前述传感器频率大。
如果磁场频率比传感器频率大，则在变位传感器的位置信号中包含的、因交流磁场而产生的泵的振动成分变小。因此，因交流磁场而产生的泵的振动不给旋转体的位置控制带来影响，能够实现更稳定的磁轴承控制。
进而，本发明(技术方案10)的特征在于，前述加热用电源被兼用作前述马达用电源。
对于加热用电磁铁从马达用电源供给交流电流。因此，能够节省空间且便宜地构成。
进而，本发明(技术方案11)的特征在于，具备将前述旋转体悬浮支承在空中的磁轴承和对该磁轴承供给电力的磁轴承用电源，前述加热用电源被兼用作前述磁轴承用电源。
对于加热用电磁铁从磁轴承用电源供给交流电流。因此，能够节省空间且便宜地构成。
进而，本发明(技术方案12)的特征在于，前述加热用电源被兼用作前述磁轴承用电源。
对于加热用电磁铁从磁轴承用电源供给交流电流。因此，能够节省空间且便宜地构成。
发明效果
如以上说明那样，根据本发明，由于具备为了将旋转体加热而产生规定的磁场频率的交流磁场的加热用电磁铁，构成为，使由加热用电磁铁产生的交流磁场与旋转体交叉，所以交流磁场能够在旋转体中在该交叉的交流磁场的周围产生涡电流。由于借助该涡电流而产生涡电流损耗，所以能够将旋转体加热。由于加热用电磁铁产生的磁场是交流磁场，所以即使在旋转体的旋转停止时也能够产生涡电流损耗。由于可以设想到堆积物即使在旋转体的停止中也产生，所以能够有效果地防止堆积物的生成。此外，由于能够在旋转体直接产生涡电流损耗，所以能够将旋转体高效率地加热。
附图说明
图1是在本发明的实施方式中使用的涡轮分子泵的结构图。
图2是控制装置的电源周边的结构图。
图3是表示因交流磁场而产生外力的状况的图。
图4是强制振动模型的结构图。
图5是表示振幅与频率的关系的图。
图6是PWM控制的时间图。
图7是说明提取位置信号时的低通滤波器的截止频率的图。
图8是4极的加热装置的结构例。
图9是4极的加热装置的另一结构例。
图10是2极的加热装置的另一结构例。
图11是说明加热装置对于涡轮分子泵的设置方法的图。
图12是被设置在由箭头A表示的部位的加热装置的结构图。
图13是被设置在由箭头B表示的部位的加热装置的结构图。
图14是被设置在由箭头C、D表示的部位的加热装置的结构图。
图15是将加热装置应用于离心式泵的例子。
图16是将加热装置配设在泵的多个部位时的例子。
图17是将加热装置彼此串联地连接而进行交流电流的供给的例子。
图18是将加热装置彼此并联地连接而进行交流电流的供给的例子。
图19是对于加热装置的各自独立地配设加热用电源的例子。
图20是马达用电源兼作为加热用电源的例子。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。在图1中表示在本发明的实施方式中使用的涡轮分子泵的结构图。在图1中，涡轮分子泵100在圆筒状的外筒127的上端形成有吸气口101。而且，在外筒127的内方具备旋转体103，所述旋转体103在周部以放射状且多层地形成有用来将气体抽吸排出的作为涡轮机叶片的多个旋转叶片102(102a、102b、102c……)。在该旋转体103的中心安装有转子轴113，该转子轴113例如由5轴控制的磁轴承悬浮支承在空中并被进行位置控制。旋转体103一般由铝或铝合金等金属构成。
上侧径向电磁铁104在X轴和Y轴上成对地配置有4个电磁铁。与该上侧径向电磁铁104接近且与上侧径向电磁铁104的各自对应而具备4个上侧径向传感器107。上侧径向传感器107使用例如具有传导绕组的电感传感器、涡电流传感器等，基于根据转子轴113的位置而变化的该传导绕组的电感的变化来检测转子轴113的位置。该上侧径向传感器107构成为，检测转子轴113即固定于其上的旋转体103的径向变位，发送到图2所示的控制装置200的内部的未图示的中央运算处理装置(CPU)。
在该中央运算处理装置中，搭载有磁轴承控制器的功能，例如具有PID调节功能的补偿电路基于由上侧径向传感器107检测到的位置信号，生成上侧径向电磁铁104的励磁控制指令信号，图2所示的磁轴承用逆变器(inverter)16基于该励磁控制指令信号，对上侧径向电磁铁104进行励磁控制，由此调整转子轴113的上侧的径向位置。
而且，该转子轴113由高导磁率材料(铁、不锈钢等)等形成，被上侧径向电磁铁104的磁力吸引。这样的调整在X轴方向和Y轴方向上分别独立地进行。此外，下侧径向电磁铁105及下侧径向传感器108与上侧径向电磁铁104及上侧径向传感器107同样地配置，将转子轴113的下侧的径向位置与上侧的径向位置同样地调整。
进而，轴向电磁铁106A、106B上下夹着装备在转子轴113的下部的圆板状的金属盘111而配置。金属盘111由铁等高导磁率材料构成。为了检测转子轴113的轴向变位而具备轴向传感器109，构成为，将其轴向位置信号发送到控制装置200的中央运算处理装置(CPU)。
而且，在搭载于中央运算处理装置的磁轴承控制器中，例如具有PID调节功能的补偿电路基于由轴向传感器109检测到的轴向位置信号，生成轴向电磁铁106A和轴向电磁铁106B的各自的励磁控制指令信号，磁轴承用逆变器16基于这些励磁控制指令信号对轴向电磁铁106A和轴向电磁铁106B分别进行励磁控制，由此，轴向电磁铁106A借助磁力将金属盘111向上方吸引，轴向电磁铁106B将金属盘111向下方吸引，转子轴113的轴向位置被调整。
这样，控制装置200适当地调节该轴向电磁铁106A、106B施加给金属盘111的磁力，使转子轴113在轴向上磁悬浮，将其在空间上非接触地保持。
另一方面，马达121具备以将转子轴113包围的方式周状地配置的多个磁极。各磁极被控制装置200控制，以经由作用在与转子轴113之间的电磁力将转子轴113旋转驱动。此外，在马达121装入有未图示的例如霍尔元件、旋转变压器(resolver)、编码器等旋转速度传感器，根据该旋转速度传感器的检测信号来检测转子轴113的旋转速度。
进而，例如在下侧径向传感器108近旁安装有未图示的相位传感器，检测转子轴113的旋转的相位。在控制装置200中，将该相位传感器和旋转速度传感器的检测信号一起使用来检测磁极的位置。
与旋转叶片102(102a、102b、102c……)隔开稍稍的空隙而配设有多片固定叶片123(123a、123b、123c……)。旋转叶片102(102a、102b、102c……)为了分别借助碰撞将排出气体的分子向下方移送，从与转子轴113的轴线垂直的平面以规定的角度倾斜而形成。固定叶片123(123a、123b、123c……)例如由铝、铁、不锈钢、铜等金属或包含这些金属作为成分的合金等金属构成。
此外，固定叶片123也同样从与转子轴113的轴线垂直的平面以规定的角度倾斜而形成，且朝向外筒127的内方、与旋转叶片102的层相互错开而配设。而且，固定叶片123的外周端以嵌插在多个层积的固定叶片间隔件125(125a、125b、125c……)之间的状态被支承。
固定叶片间隔件125是环状的部件，例如由铝、铁、不锈钢、铜等金属或包含这些金属作为成分的合金等金属构成。在固定叶片间隔件125的外周，隔开稍稍的空隙固定有外筒127。在外筒127的底部配设有基座部129。在基座部129形成有排气口133，与外部连通。从腔室(真空腔室)侧进入到吸气口101并被移送到基座部129的排出气体被向排气口133输送。
进而，根据涡轮分子泵100的用途，在固定叶片间隔件125的下部与基座部129之间，配设有带螺纹的间隔件131。带螺纹的间隔件131是由铝、铜、不锈钢、铁或以这些金属为成分的合金等金属构成的圆筒状的部件，在其内周面刻设有多条螺旋状的螺纹槽131a。螺纹槽131a的螺旋的方向是当排出气体的分子在旋转体103的旋转方向上移动时该分子被向排气口133侧移送的方向。在旋转体103的与旋转叶片102(102a、102b、102c……)接着的最下部，垂下有圆筒部102d。该圆筒部102d的外周面是圆筒状，且朝向带螺纹的间隔件131的内周面伸出，与该带螺纹的间隔件131的内周面隔开规定的间隙而接近。由旋转叶片102及固定叶片123移送到螺纹槽131a的排出气体一边被螺纹槽131a引导一边被向基座部129输送。
基座部129是构成涡轮分子泵100的基底部的圆盘状的部件，一般由铁、铝、不锈钢等金属构成。基座部129将涡轮分子泵100物理地保持，并且还兼具备热的传导路的功能，所以优选的是使用铁、铝、铜等有刚性且热传导率也较高的金属。
在这样的结构中，如果用马达121将旋转叶片102与转子轴113一起旋转驱动，则借助旋转叶片102和固定叶片123的作用，从未图示的腔室经由吸气口101将排出气体吸入。旋转叶片102的旋转速度通常为20000rpm～90000rpm，旋转叶片102的前端处的圆周速度达到200m/s～400m/s。被从吸气口101吸入的排出气体经过旋转叶片102与固定叶片123之间被向基座部129移送。
另外，在上述中，假设带螺纹的间隔件131配设在旋转体103的圆筒部102d的外周、在带螺纹的间隔件131的内周面刻设有螺纹槽131a而进行了说明。但是，也有与此相反而在圆筒部102d的外周面刻设螺纹槽、在其周围配置具有圆筒状的内周面的间隔件的情况。
此外，根据涡轮分子泵100的用途，也有将电装部周围用定子柱122覆盖、并将该定子柱122内用吹扫气体(purge gas)保持为规定压力、以使被从吸气口101抽吸的气体不侵入到电装部的情况，所述电装部由上侧径向电磁铁104、上侧径向传感器107、马达121、下侧径向电磁铁105、下侧径向传感器108、轴向电磁铁106A、106B、轴向传感器109等构成。
在此情况下，在基座部129配设有未图示的配管，经由该配管将吹扫气体导入。被导入的吹扫气体经过保护轴承120与转子轴113间、马达121的转子与定子间、定子柱122与旋转叶片102的内周侧圆筒部之间的间隙被向排气口133送出。
这里，涡轮分子泵100需要机种的确定和基于被分别调整后的固有的参数(例如，与机种对应的各特性)的控制。为了将该控制参数保存，上述涡轮分子泵100在其主体内具备电子电路部141。电子电路部141由EEP－ROM等半导体存储器及用于其访问的半导体元件等电子零件、它们的安装用的基板143等构成。该电子电路部141被收容在构成涡轮分子泵100的下部的基座部129的例如中央附近的未图示的旋转速度传感器的下部，被气密性的底盖145封闭。
可是，在半导体的制造工序中，在被导入到腔室的工艺气体之中，有具有如果其压力变得比规定值高或其温度变得比规定值低则成为固体的性质的工艺气体。在涡轮分子泵100内部，排出气体的压力在吸气口101处最低，在排气口133处最高。在工艺气体被从吸气口101向排气口133移送的途中，如果其压力变得比规定值高，或其温度变得比规定值低，则工艺气体成为固体状，附着堆积在涡轮分子泵100内部。
例如，在Al蚀刻装置中作为工艺气体而使用SiCl4的情况下，根据蒸气压曲线可知，在低真空(760[torr]～10－2[torr])且低温(约20[℃])时，固体生成物(例如AlCl3)析出，附着堆积在涡轮分子泵100内部。由此，如果工艺气体的析出物堆积在涡轮分子泵100内部，则该堆积物使泵流路变窄，成为使涡轮分子泵100的性能下降的原因。而且，前述的生成物处于在排气口133附近、带螺纹的间隔件131附近的压力较高的部分容易凝固、附着的状况。
因此，为了解决该问题，以往使未图示的加热器、环状的水冷管149卷装在基座部129等的外周，且例如在基座部129将未图示的温度传感器(例如热敏电阻)埋入，基于该温度传感器的信号，进行加热器的加热、由水冷管149进行的冷却的控制(以下称作TMS。TMS；Temperature Management System；温度管理系统)，以将基座部129的温度保持为一定的较高的温度(设定温度)。
接着，对旋转体103的加热控制进行说明。
如上述那样，以往进行对于基座部129侧的加热，但为了由生成物的堆积防止带来的泵的运转效率提高，近年来还希望也包括旋转体103侧的进一步的加热。
基于图1和图2说明这样进行旋转体103的加热控制的方法。在图1中，在保护轴承1与上侧径向传感器107之间，隔着转子轴113对置而配设有2极的加热用电磁铁3A和加热用电磁铁3B。该加热用电磁铁3A和加热用电磁铁3B相当于加热装置3，对于该加热装置3，如图2所示，从加热用电源21供给交流电流。借助该交流电流，加热用电磁铁3A和加热用电磁铁3B被励磁而产生交流磁场。
在这样的结构中，所产生的交流磁场与转子轴113交叉。在交叉的交流磁场的周围产生涡电流。此时，也可以在转子轴113上固着未图示的具有导电性的加热对象物，交流磁场对于该加热对象物贯通，产生涡电流。作为加热对象物的材料，可以举出铁、不锈钢、铝等具有导电性的金属，但更优选的是铁、不锈钢等强磁性体。而且，借助该涡电流而将旋转体103加热。
交流磁场既可以是正弦波，也可以是方形波、三角波等其他波形或它们的相加。此外，也可以对于该交流磁场偏置直流磁场。在其他波形的情况下，将各波形的基本波成分看作磁场的频率。
关于此时产生的涡电流损耗，根据《用于旋转机械设计者的磁轴承指南》日本工业出版第59页((2)涡电流损耗)，当定义为板厚t、磁场的变动频率f、受到磁场的变动的磁性体的体积V、最大的磁通密度Bm、磁性体的固有电阻ρ时，涡电流损耗Pe可由数式1表示。
[数式1]
根据数式1可知，涡电流损耗Pe以交流磁场的频率的平方来增加。因而，通过使用交流磁场，能够非接触地效率良好地产生伴随着涡电流损耗Pe的发热。此外可知，得到相同的涡电流损耗Pe所需要的磁场的磁通密度Bm与磁场的变动频率f成反比例而减小。
此外，在使交流磁场与旋转体103交叉的情况下，使涡电流损耗Pe即使在转子轴113的旋转停止时也能够产生。由于设想到堆积物即使在泵的停止中也产生，所以能够有效果地防止堆积物的生成。
接着，对旋转体103及泵的振动进行研究。旋转体103的振动成为旋转体103的故障的原因。特别是，在使用磁轴承使旋转体103悬浮的泵中，有可能因旋转体103的振动的增大而不能进行磁轴承控制、产生转子轴113与保护轴承1、120接触的着陆(touch down)。此外，旋转体103的振动经由轴承、马达121等向泵整体传递。
进而，在泵的定子部，存在构成磁轴承的上侧径向电磁铁104、下侧径向电磁铁105、轴向电磁铁106A、106B、马达121的电磁铁、加热装置3的加热用电磁铁3A、3B等。在这些电磁铁中，通过电流流动于线圈、产生磁场，因磁场与芯部(core)的相互作用而产生芯部的变形，产生振动。该振动向泵整体传递。
这些振动的结果是有噪声的产生、产生因振动经由吸气口101传递到未图示的腔室侧造成的对于半导体制造工序的不良影响等的可能。因而，希望尽量抑制旋转体及泵的振动。
对伴随着使交流磁场相对于转子轴113交叉的旋转体103的振动进行研究。
如果为了产生涡电流损耗Pe而使交流磁场相对于转子轴113交叉，则因该交流磁场而产生外力。在图3中表示因该交流磁场而产生外力的状况。图3表示图1、图2所示的2极的配置中的磁场及外力的状况。在各向同性的极配置的情况下，理想是左右的外力FL与FR应该均衡。但是，在现实中因由加工精度带来的形状的离差、由不平衡造成的转子轴113的偏心、材料的磁性的离差等的主要原因，产生对转子轴113的外力。此外，即使在非各向同性的极配置的情况下，也有可能产生对转子轴113的外力。因此，为了将旋转体103以低振动稳定地转动，希望减小对转子轴113的外力FL、FR。
伴随着交流磁场相对于转子轴113交叉而产生的外力FR如数式2所示，与加热用电磁铁3B和转子轴113间的缝隙(gap)的磁通密度Bg的平方成比例。
[数式2]
FR∝Bg 2
这里，使用比例常数Kg将数式2的外力FR定义为数式3。
[数式3]
FR＝KgBg 2
如果将时刻t的缝隙的磁通密度Bg假定为数式4的振幅Bg1、角振动频率ω0的正弦波，则
[数式4]
Bg＝Bg1cosω0t
作用于转子轴113的外力FR成为数式5。
[数式5]
这里，由于为数式6，
[数式6]
0≤cos2ω0t≤1
所以，如果能够将Bg1设为1/n倍，则外力FR的最大值成为1/n2倍。
对于图4的强制振动模型研究由该外力FR带来的影响。这里，定义为旋转体/定子的外力方向的弹簧常数k、旋转体/定子的外力方向的衰减系数γ、旋转体的质量m、由磁场赋予的外力F。
此时，如果将外力被施加的方向的旋转体刚体模式固有角振动频率ωres定义为
[数式7]
则当衰减系数γ为数式8时，成为数式9。
[数式8]
[数式9]
另一方面，当衰减系数γ为数式10时，定义为数式11。
[数式10]
[数式11]
ωres＝0
此时，如果是满足数式12的交流，则转子轴113对于相同的磁通密度的变位(强制振动的响应)与数式13的直流的情况相比变小。而且，交流磁场的频率越高，该变位越小。在图5中表示了该期间的状况。
[数式12]
[数式13]
ω0＝0
接着，进行关于该强制振动模型的证明。
设强制振动模型的运动方程式为数式14，将F/m假定为基于数式15的强制振动的正弦波。其中，x为转子轴的变位，ω1为外力F的角振动频率。
[数式14]
[数式15]
如果将x的解设为数式16，则a成为数式17。
[数式16]
a cos(ω1t-δ)
[数式17]
在使直流磁场与转子轴交叉的情况下，即在ω0＝0的情况下，外力F成为数式18，所以ω1＝0，a为数式19。
[数式18]
[数式19]
另一方面，在使交流磁场与转子轴交叉的情况下，外力F为数式20，由直流成分与交流成分的和表示。
[数式20]
转子轴113对于力的直流成分的振幅a为数式21。
[数式21]
由此，如果外力中的角振动频率ω1的交流成分的振幅小于数式22，则由交流磁场带来的强制振动的转子轴113的变位的振幅比施加了与交流磁场的磁通密度最大值相同的直流磁场的情况小。
[数式22]
成为数式23的ω1为数式24。此外，在ω0和ω1间有数式25的关系。
[数式23]
[数式24]
[数式25]
ω1＝2ω0
因此，在满足数式26的交流磁场的频率中，由交流磁场带来的强制振动的转子轴113的变位的振幅比施加了与交流磁场的磁通密度最大值相同的直流磁场的情况小。
[数式26]
接着，对因由加热装置的加热用电磁铁3A、3B产生交流磁场而在泵产生的振动进行研究。在图3中，加热用电磁铁3A、3B主要通过由层叠钢板、铁氧体(ferrite)形成的芯部6、以及被卷绕在芯部6的突极部7a、7b的线圈4a、4b等构成。通过从加热用电源供给的交流电流流动于线圈4a、4b而产生磁动势，在芯部6产生与交流电流相同频率的交流磁场。所产生的交流磁场经由缝隙而与转子轴113交叉，形成磁力线的闭环5a、5b。
在交流磁场的产生时，因交流磁场与芯部6的相互作用而产生芯部6的变形，在加热用电磁铁3A、3B产生交流磁场的频率成分的振动。该加热用电磁铁3A、3B的振动经由加热用电磁铁3A、3B与泵的结合部等向泵整体传递。
接着，对因旋转体103的旋转而产生的旋转体103的振动进行研究。如果旋转体103旋转，则因由加工精度带来的形状的离差、由不平衡带来的旋转体103的偏心、材料的磁性的离差等的主要原因，产生对旋转体103的外力，产生振动。在该振动的频谱中，呈现出旋转体103的旋转频率成分的较大的峰值。该峰值频率根据运转状态而变化，最大值是基于旋转体103的机械角定义的额定旋转频率。
因而，在由加热用电磁铁3A、3B产生的交流磁场的频率比基于旋转体103的机械角定义的额定旋转频率大的情况下，因交流磁场而产生的泵的振动频谱的峰值与因旋转体103的旋转而产生的振动频谱的峰值不一致。因此，能够使泵的振动频谱的峰值变小。
接着，对因流动于马达121的电流而产生的泵的振动进行研究。马达121由定子和转子构成，所述定子由在芯部卷绕着线圈的电磁铁构成，被固定于泵，所述转子将因与从定子产生的磁场的相互作用而产生的转矩传递给旋转体。另外，在马达121例如为永久磁铁同步马达的情况下，额定旋转时的电流的频率等于电角频率，此外，该电角频率可以借助机械角频率×极对数来计算。
在马达121的定子中，因磁场与芯部的相互作用产生芯部的变形，产生流动于马达的电流的频率成分的振动。该振动经由马达与泵的结合部向泵整体传递。
关于马达121的旋转驱动，进行使用马达用逆变器18的PWM(Pulse WidthModulation；脉冲宽度调制)控制。如图6所示，在该PWM控制中，以周期t0进行控制。此时的控制频率f0＝1/t0相当于马达用逆变器控制器的控制频率。而且，马达用逆变器18能够输出的电压的频率f为控制频率f0的1/2倍的f＝f0/2。即，如果以比马达用逆变器控制器的控制频率的2倍大的频率进行借助交流磁场的旋转体103的加热，则与马达用逆变器18使交流电流叠加于流动于马达121的电流而流动、叠加于马达121的磁场而产生加热用的交流磁场、由此将旋转体103加热的情况相比，能够以较大的频率的交流磁场进行加热。因此，能够减小得到相同的旋转体103的涡电流损耗所需要的交流磁场的磁通密度，能够减小因交流磁场而在旋转体103产生的外力，能够减小旋转体103的振动。
进而，这一点关于使用对磁轴承进行控制的磁轴承用逆变器16的PWM控制也是同样的。时间图与图6同样，所以省略。与图6同样，关于对磁轴承进行控制的PWM控制也以周期t0进行控制。即，如果以比磁轴承用逆变器控制器的控制频率的2倍大的频率进行借助交流磁场的旋转体103的加热，则与磁轴承用逆变器16使交流电流叠加于流动于磁轴承的电流而流动、叠加于磁轴承的磁场而产生加热用的交流磁场、由此将旋转体103加热的情况相比，能够以较大的频率的交流磁场进行加热。因此，能够减小得到相同的旋转体103的涡电流损耗所需要的交流磁场的磁通密度，能够减小因交流磁场而在旋转体103产生的外力，能够减小旋转体103的振动。
进而，在下侧径向传感器108、上侧径向传感器107中，使用电感传感器或涡电流传感器。对于由该下侧径向传感器108、上侧径向传感器107检测到的变位信号叠加规定的传感器频率的调制波，基于该调制波，尝试判断由加热用电磁铁3A和加热用电磁铁3B产生的交流磁场的适当的频率。
在图7中，从下侧径向传感器108、上侧径向传感器107输出的位置信号在被包括低通滤波器(LPF)的解调电路11解调后，被磁轴承控制器13进行信号调整后，将下侧径向电磁铁105、上侧径向电磁铁104励磁驱动。如果由加热用电磁铁3A和加热用电磁铁3B产生的交流磁场的频率比低通滤波器的截止频率(从通过域平坦部下降3dB的频率)大，则在被解调后的变位传感器的位置信号中包含的因交流磁场而产生的泵的振动成分变小。因此，因交流磁场而产生的泵的振动不给旋转体103的位置控制带来影响，能够实现更稳定的磁轴承控制。
此外，如果由加热用电磁铁3A和加热用电磁铁3B产生的交流磁场的频率比传感器频率大，则变位传感器的位置信号中包含的因交流磁场而产生的泵的振动成分变小。因此，因交流磁场而产生的泵的振动不给旋转体103的位置控制带来影响，能够实现更稳定的磁轴承控制。
接着，在图1、图2的加热装置3中，表示了由加热用电磁铁3A和加热用电磁铁3B的2极构成的例子，但在图8中表示4极的加热装置的结构例。在此情况下，作为加热装置23，加热用电磁铁23A、加热用电磁铁23B、加热用电磁铁23C、加热用电磁铁23D相互各隔开90度而存在于转子轴113周围，线圈24a、24b、24c、24d对于芯部26的突极部27a、27b、27c、27d被均等地配置。而且，磁场经过转子轴113，在转子轴113周围形成经过突极部27a、27b、27c、27d的4个磁场的闭环25a、25b、25c、25d。
此外，在图9中表示4极的加热装置的另一结构例。在此情况下，作为加热装置31，借助加热用电磁铁33A、加热用电磁铁33B，在x轴正方向上形成磁场的闭环35a，所述加热用电磁铁33A、加热用电磁铁33B由对于コ字状的芯部36a的两个突极部37a、37b分别配设的线圈34a、34b构成；另一方面，借助加热用电磁铁33C、加热用电磁铁33D，在x轴负方向上形成磁场的闭环35b，所述加热用电磁铁33C、加热用电磁铁33D由对于コ字状的芯部36b的两个突极部37c、37d分别配设的线圈34c、34d构成。
进而，在图10中表示2极的加热装置的另一结构例。在此情况下，作为加热装置41，借助加热用电磁铁33A、加热用电磁铁33B，仅在x轴正方向上形成磁场的闭环35a，所述加热用电磁铁33A、加热用电磁铁33B由对于コ字状的芯部36a的两个突极部37a、37b分别配设的线圈34a、34b构成。即使在这样非对称地构成的情况下，也能够在相对于旋转体103交叉的交流磁场的周围产生涡电流损耗Pe。
加热用电磁铁的线圈优选的是对于一个加热用电源串联地连接。但是，也可以将加热用电磁铁的线圈并联地连接，或对于线圈准备多个加热用电源。
此外，各加热用电磁铁的芯部的材料优选的是层叠钢板、铁氧体等导电率较小、导磁率较大的材料。但是，例如也可以使用通常的铁、不锈钢。该结构在与旋转体同时将定子侧加热的情况下是有用的。此外，也可以使用铝等非磁性金属、塑料等绝缘体，或使用不使用芯部材料的空芯线圈作为加热用电磁铁。
接着，在图11中加热装置对于涡轮分子泵100的设置方法进行说明。首先，在图11中被设置在由箭头A表示的部位的加热装置41如图12那样对于转子轴113的周围向单向卷绕有线圈43。此外，在转子轴113的外周面挖有槽，对于该槽埋设有具有导电性的加热对象物45。而且，使交流电流对于线圈43流动，在其周围产生交流磁场。通过该交流磁场相对于加热对象物45交叉，在加热对象物45产生涡电流，借助该涡电流而能够产生涡电流损耗Pe。因此，加热对象物45发热。由于不是以往那样的将基座部129加热时的借助辐射热的加热等，而能够将加热对象物45直接加热，所以能够对旋转体103进行效率良好的加热。
此外，在图11中被设置在由箭头B表示的部位的加热装置51通过如图13那样对于转子轴113的周围向单向卷绕线圈53而构成。
而且，使交流电流对于线圈53流动，在其周围产生交流磁场。通过该交流磁场相对于旋转叶片102交叉，在旋转叶片102产生涡电流，借助该涡电流而能够产生涡电流损耗Pe。因此，旋转叶片102发热。由于能够将旋转叶片102直接加热，所以能够对旋转体103进行效率良好的加热。
进而，在图11中被设置在由箭头C表示的部位的加热装置61通过如图14所示那样在固定叶片间隔件125或外筒127的内部在转子轴113周围向单向卷绕线圈63而构成。
而且，使交流电流对于线圈63流动，在其周围产生交流磁场。通过该交流磁场相对于旋转叶片102交叉，在旋转叶片102产生涡电流，借助该涡电流而能够产生涡电流损耗Pe。因此，旋转叶片102发热。由于能够将旋转叶片102直接加热，所以能够对旋转体103进行效率良好的加热。
进而，在图11中被设置在由箭头D表示的部位的加热装置71通过如图14所示那样在带螺纹的间隔件131的内部在转子轴113周围向单向卷绕线圈71而构成。
而且，使交流电流对于线圈71流动，在其周围产生交流磁场。通过该交流磁场相对于旋转叶片102的圆筒部102d交叉，在旋转叶片102产生涡电流，借助该涡电流而能够产生涡电流损耗Pe。因此，旋转叶片102发热。由于能够将旋转叶片102直接加热，所以能够对旋转体103进行效率良好的加热。
但是，也可以在定子柱122侧埋设线圈73。而且，也可以通过使由该线圈73产生的交流磁场相对于旋转叶片102的圆筒部102d交叉来产生涡电流损耗Pe。
接着，对将本发明的加热装置应用于离心式泵的情况进行说明。如图15所示，在转子轴113的头部安装有多片叶片81。以与叶片81的前端部对峙的方式在定子侧配设有线圈83。而且，使交流电流对于该线圈83流动，在其周围产生交流磁场。通过该交流磁场相对于叶片81的前端部分交叉，在叶片81的前端部分产生涡电流，借助该涡电流而能够产生涡电流损耗Pe。因此，叶片81发热。
另外，也可以为了将叶片81的侧部加热而以与叶片81的侧部对峙的方式配设线圈85。在此情况下，由线圈85产生的交流磁场与叶片81的侧部交叉。因此，在叶片81的侧部产生涡电流，借助该涡电流而能够产生涡电流损耗Pe。
接着，对将本发明的加热装置配设在泵的多个部位时的加热用电源的连接方法进行说明。
在图16中表示为转子轴113的加热用而配设加热装置91、另一方面为旋转叶片102的加热用而将加热装置93和加热装置95配设于在轴向上隔开的两处的例子。加热用电源97既可以如图17所示那样将加热装置91、加热装置93、加热装置95彼此串联连接而进行交流电流的供给，也可以如图18所示那样将加热装置91、加热装置93、加热装置95彼此并联地连接而进行交流电流的供给。或者，也可以如图19所示那样，对于加热装置91、加热装置93、加热装置95的各自独立地配设加热用电源97A、97B、97C而进行交流电流的供给。
此外，也可以如图20所示那样，将加热装置91连接在马达121的U相线缆的途中，将加热装置93连接在V相线缆的途中，将加热装置95连接在W相线缆的途中。在此情况下，马达用电源19及马达用逆变器18兼作为加热用电源。对于加热装置91、加热装置93、加热装置95，从马达用电源19及马达用逆变器18供给交流电流。在此情况下，优选的是对于马达的三相分别串联地连接相同电阻/电感的加热装置。但是，也可以仅与马达的某个相连接，或马达与加热装置的连接是并联，或电阻、电感按每个加热装置而不同。
虽然图示省略，但这一点关于磁轴承用电源17也是同样的，磁轴承用电源17也可以构成为兼作为加热用电源。
加热用电源可以由逆变器、LC共振电路、线性放大器等构成。此外，加热用电源例如也可以成为与马达用逆变器并联地设置逆变器并将其输出与加热装置连接、将马达用电源的电力对加热装置供给的结构。此外，例如在马达用电源是交流的商用电源的情况下，也可以通过将马达用电源直接与加热装置连接，将其作为加热用电源。在将磁轴承用电源和加热用电源兼用的情况下也可以考虑同样的结构。
另外，本发明只要不脱离本发明的精神就能够进行各种改变，而且，本发明当然也包含该改变后的形态。此外，也可以将上述的各实施方式各种各样地组合。
附图标记说明
1 保护轴承
3、23、31、41、51、61、71、91、93、95 加热装置
3A、3B 加热用电磁铁
4a、4b、24a、24b、24c、24d、34a、34b、34c、34d 线圈
5a、5b、25a、25b、25c、25d、35a、35b 磁场的闭环
6、26、36a、36b 芯部
7a、7b、27a、27b、27c、27d、37a、37b、37c、37d 突极部
11 解调电路
13 磁轴承控制器
16 磁轴承用逆变器
17 磁轴承用电源
18 马达用逆变器
19 马达用电源
21、97、97A、97B、97C 加热用电源
23A、23B、23C、23D、33A、33B、33C、33D 加热用电磁铁
43、53、63、71、73、83、85 线圈
45 加热对象物
81 叶片
100 涡轮分子泵
101 吸气口
102、102a、102b、102c 旋转叶片
102d 圆筒部
103 旋转体
104 上侧径向电磁铁
105 下侧径向电磁铁
106A、106B 轴向电磁铁
107 上侧径向传感器
108 下侧径向传感器
111 金属盘
113 转子轴
120 保护轴承
121 马达
122 定子柱
123、123a、123b、123c 固定叶片
125、125a、125b、125c 固定叶片间隔件
127 外筒
129 基座部
131 带螺纹的间隔件
131a 螺纹槽
200 控制装置

Claims (12)

1.一种真空泵，其特征在于，
具备：
旋转体；
马达，使该旋转体旋转驱动；
马达用电源，对该马达供给旋转驱动用的电力；
加热用电磁铁，为了将前述旋转体加热而产生规定的磁场频率的交流磁场；以及
加热用电源，借助交流电流对该加热用电磁铁供给电力；
通过使由前述加热用电磁铁产生的前述交流磁场与前述旋转体交叉，在前述旋转体中在该交叉的前述交流磁场的周围产生涡电流。
2.如权利要求1所述的真空泵，其特征在于，
在前述旋转体具备加热对象物，所述加热对象物成为前述交流磁场的交叉的对象，具有规定的导电性。
3.如权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，
当将前述旋转体的刚体模式固有振动频率定义为ωres时，前述磁场频率比大。
4.如权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，
前述磁场频率比基于前述旋转体的机械角定义的额定旋转频率大。
5.如权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，
前述磁场频率比流动于前述马达的电流的额定旋转时的频率大。
6.如权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，
具备：
马达用逆变器，将前述马达用电源的输出电压变换，对前述马达附加电压；以及
马达用逆变器控制器，对该马达用逆变器进行控制；
前述磁场频率比前述马达用逆变器控制器的控制频率的一半大。
7.如权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，
具备：
磁轴承，将前述旋转体悬浮支承在空中；
磁轴承用电源，对该磁轴承供给电力；
磁轴承用逆变器，将前述磁轴承用电源的输出电压变换，对前述磁轴承附加电压；以及
磁轴承用逆变器控制器，对该磁轴承用逆变器进行控制；
前述磁场频率比前述磁轴承用逆变器控制器的控制频率的一半大。
8.如权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，
具备：
磁轴承，将前述旋转体悬浮支承在空中；
磁轴承用电源，对该磁轴承供给电力；
变位传感器，基于以规定的传感器频率调制后的位置信号，非接触地计测前述旋转体的位置；以及
解调电路，使前述位置信号解调，包括低通滤波器；
前述磁场频率比前述低通滤波器的截止频率大。
9.如权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，
具备：
磁轴承，将前述旋转体悬浮支承在空中；
磁轴承用电源，对该磁轴承供给电力；以及
变位传感器，基于以规定的传感器频率调制后的位置信号，非接触地计测前述旋转体的位置；
前述磁场频率比前述传感器频率大。
10.如权利要求1～9中任一项所述的真空泵，其特征在于，
前述加热用电源被兼用作前述马达用电源。
11.如权利要求1～6中任一项所述的真空泵，其特征在于，
具备将前述旋转体悬浮支承在空中的磁轴承和对该磁轴承供给电力的磁轴承用电源，前述加热用电源被兼用作前述磁轴承用电源。
12.如权利要求7～9中任一项所述的真空泵，其特征在于，
前述加热用电源被兼用作前述磁轴承用电源。
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