CN117795214A - 磁轴承装置及真空泵 - Google Patents

Abstract

提供一种在使用磁轴承的悬浮系统中能够高灵敏度地测定旋转体的固有振动模式的磁轴承装置及真空泵。在步骤1中，开始第二运转模式的运转。在步骤3中，控制器7的增益比第一运转模式时的增益增大。在步骤5中，在该状态下测定固有振动频率。作为测定对象的固有振动是旋转体103的弯曲模式、旋转叶片102的固有振动模式、起因于定子的振动模式、旋转体103的刚体模式。由控制装置的中央运算处理装置(CPU)进行运算处理，但也可以在外部进行运算处理。在步骤5中的固有振动频率的测定后，在步骤7中使控制器7的增益返回到第一运转模式时的增益。在步骤9中，第二运转模式的运转结束。因此，能够高灵敏度地检测固有振动模式。

Description

磁轴承装置及真空泵

技术领域

本发明涉及一种磁轴承装置及真空泵，特别涉及一种在使用磁轴承的悬浮系统中能够高灵敏度地测定旋转体的固有振动模式的磁轴承装置及真空泵。

背景技术

随着近年来的电子学的发展，对存储器、集成电路等半导体的需求急剧增大。

这些半导体通过在纯度极高的半导体基板上掺杂杂质而赋予电性质、或利用蚀刻在半导体基板上形成微细的电路等来制造。

而且，为了避免空气中的尘埃等所造成的影响，这些作业需要在高真空状态的腔室内进行。该腔室的排气中一般使用真空泵，但特别地，从残留气体少、容易保养等方面出发，多使用作为真空泵中之一的涡轮分子泵。

另外，在半导体的制造工序中，有许多使各种工艺气体作用于半导体的基板的工序，涡轮分子泵不仅用于使腔室内成为真空，还用于从腔室内排出这些工艺气体。

进而，在电子显微镜等设备中，为了防止因粉尘等的存在引起的电子束的折射等，涡轮分子泵也用于使电子显微镜等的腔室内的环境成为高度的真空状态。

该涡轮分子泵具备磁轴承装置，以便对旋转体进行磁悬浮控制。而且，在该磁轴承装置中，在旋转体的加速运转中通过共振点时、在定速运转中发生了外部干扰时等，需要以高速且强的力进行旋转体的位置控制。

该旋转体的位置控制通过反馈控制进行。在反馈控制中，当旋转体发生振动时，通过与振动同步的磁力来抑制振动。因此，当反馈控制的设计不适当时，有时会发生振荡现象。为了防止该振荡现象，需要设定适当的滤波器，该滤波器事先掌握固有振动模式，切断与例如旋转体的固有振动频率对应的频带的信号等(参照专利文献1)。在该滤波器的设定不适当的情况下，有可能产生振动的增加、旋转体的故障的可能性、或者需要滤波器的重新调整。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-121477号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，该固有振动模式的数量很多。特别地，数量多的例子是转子轴的弯曲模式、涡轮分子泵的旋转叶片的固有振动模式。因此，难以事先掌握所有的固有振动模式。因此，由于事先无法掌握的固有振动模式，在旋转体的温度变化、形状变化、经时变化等系统的状态变化时，旋转体可能振荡。因此，需要尽可能高灵敏度地测定固有振动模式的方法。

另外，为了测定固有振动模式，需要提高信号的S/N比。特别地，在基于固有振动模式的振动分量的信号小于传感器分辨率的情况下，不能检测出固有振动模式。

以下基于附图来说明该现象。在此，图12中示出了基于磁轴承的控制系统的模型块的闭环传递函数增益特性。由图12可知，例如在传感器分辨率为虚线的情况下，由于示出固有振动的增益的峰值点A超过传感器分辨率，所以能够观测到，但是由于峰值点B的峰值小于传感器分辨率，所以不能观测到。

因此，在某种状态下，影响小的峰值点B的固有振动模式在如上述那样系统的状态发生了变化的情况下，也可能成为振荡的原因。

本发明是鉴于这样的以往的课题而完成的，其目的在于提供一种在使用磁轴承的悬浮系统中能够高灵敏度地测定旋转体的固有振动模式的磁轴承装置及真空泵。

用于解决课题的方案

因此，本发明(技术方案1)是一种磁轴承装置，具备：旋转体；磁轴承，利用磁力在空中悬浮支承该旋转体；以及磁轴承控制器，控制该磁轴承，其特征在于，在由所述磁轴承控制器进行的磁轴承控制中，具有以第一磁轴承控制增益进行所述旋转体的通常运转的第一运转模式、以及以第二磁轴承控制增益进行所述旋转体的暂时运转并测定所述磁轴承装置的固有振动频率的第二运转模式，所述第二磁轴承控制增益大于所述第一磁轴承控制增益。

第二运转模式时的磁轴承控制增益大于第一运转模式时。因此，与包括在磁轴承装置的输出中的固有振动模式对应的信号变大，信号的S/N比改善，能够高灵敏度地检测固有振动模式。

另外，本发明(技术方案2)是磁轴承装置的发明，其特征在于，所述第二运转模式的固有振动频率的测定在所述旋转体的旋转中进行。

第二运转模式的磁轴承控制增益的增加可以在旋转体的旋转中进行。在这种情况下，能够高灵敏度地测定包括陀螺效应等的影响的、旋转体的旋转时的固有振动模式。

进而，本发明(技术方案3)是磁轴承装置的发明，其特征在于，所述第二运转模式的固有振动频率的测定在所述旋转体的旋转的停止中进行。

第二运转模式的固有振动频率的测定能够在旋转体的停止中进行。而且，在像这样在旋转体的停止中进行了磁轴承控制增益的增加的情况下，万一由于磁轴承控制增益的增加而使控制不稳定化而着陆时，对旋转体或着陆轴承的冲击比旋转时小，安全性高。

另外，本发明(技术方案4)是磁轴承装置的发明，其特征在于，基于在所述第二运转模式下测定的固有振动频率，进行所述第一运转模式下的控制所述磁轴承的至少一个控制参数的调整。

由此，能够进行更最佳的滤波器设计，磁轴承控制更稳定。

另外，本发明(技术方案5)是磁轴承装置的发明，其特征在于，所述控制参数的调整在所述旋转体的旋转中进行。

通过在旋转体的旋转中进行参数的调整，能够高效地进行系统的运用。到为了调整参数而停止为止的时间没有浪费，到旋转体的额定运转为止的时间缩短。

另外，本发明(技术方案6)是磁轴承装置的发明，构成为，所述第二运转模式具备：第一工序，使所述磁轴承控制的增益从所述第一磁轴承控制增益增大到所述第二磁轴承控制增益；第二工序，在所述第二磁轴承控制增益下测定所述固有振动频率；以及第三工序，在该第二工序中的测定完成时，从所述第二磁轴承控制增益返回到所述第一磁轴承控制增益。

能够高效地进行第二运转模式下的磁轴承控制增益的增大、磁轴承控制增益较大的阶段中的固有振动频率的测定、向第一运转模式的恢复。

进而，本发明(技术方案7)是磁轴承装置的发明，其特征在于，重复进行从所述第一运转模式向所述第二运转模式的转变和从所述第二运转模式向所述第一运转模式的转变。

通过重复进行从第一运转模式向第二运转模式的转变和从第二运转模式向第一运转模式的转变，能够测定多个状态下的固有振动模式，能够逐渐使控制稳定化。

进而，本发明(技术方案8)是磁轴承装置的发明，其特征在于，根据所述旋转体的转速来进行从所述第一运转模式向所述第二运转模式的转变。

能够根据旋转体的转速来逐渐使控制稳定化。特别地，能够对于伴随陀螺效应等转速的变化的固有振动频率的变化，实现更稳定的控制。

另外，本发明(技术方案9)是磁轴承装置的发明，其特征在于，在所述第二运转模式下，增大为了在所述第一运转模式下使所述磁轴承控制的相位前进而配设的滤波器的相位前进量。

在磁轴承控制中需要用于使相位前进的滤波器。利用该滤波器，使相位的前进量大于第一运转模式，由此，增大磁轴承控制增益。由此，在不增加多余的滤波器的个数的情况下提高测定灵敏度。因此，能够实现中央运算处理装置(CPU)的轻量化。

进而，本发明(技术方案10)是磁轴承装置的发明，其特征在于，在所述第二运转模式下，调整所述滤波器的控制参数以使得减弱为了在所述第一运转模式下降低所述磁轴承控制的增益而配设的滤波器的增益的降低量，或者删除所述滤波器。

在磁轴承控制中需要用于降低磁轴承控制增益的滤波器。通过在第二运转模式时将该滤波器调整为减弱增益的降低量或解除滤波器，从而增大磁轴承控制增益。通过解除滤波器等而增大磁轴承控制增益，从而在第二运转模式下容易观测固有振动模式。特别地，容易观测被该滤波器抑制的固有振动模式的频率变化。

另外，本发明(技术方案11)是磁轴承装置的发明，其特征在于，在所述第二运转模式的固有振动频率测定时，将在所述磁轴承控制器的内部生成的激振信号施加到所述磁轴承控制。

激振信号可以在磁轴承控制器的内部通过CPU等简单地生成。通过施加该激振信号，能够在第二运转模式下高灵敏度地测定固有振动模式，因此容易观测固有振动模式。另外，由于不需要外部的激振信号发生器或A/D变换装置，所以能够实现小型化、成本降低。

进而，本发明(技术方案12)是磁轴承装置的发明，其特征在于，在所述第二运转模式的固有振动频率测定时，不对所述磁轴承控制施加激振信号。

通过增大磁轴承控制增益，从而容易产生自激振动。通过测定该自激振动，能够测定固有振动模式。在该结构中，由于不需要外部的激振信号发生器或A/D变换装置、CPU中的激振信号的运算，所以能够实现小型化、成本降低。

进而，本发明(技术方案13)是磁轴承装置的发明，其特征在于，在所述第二运转模式中，使所述第二磁轴承控制增益在规定时间内逐渐增大，在检测到因该第二磁轴承控制增益的增大而产生的振荡时，或者在确认到该第二磁轴承控制增益达到了规定的控制增益量时，停止该第二磁轴承控制增益的增大。

在规定时间内逐渐增大第二磁轴承控制增益。然后，在检测到因第二磁轴承控制增益的增大而产生的振荡时，或者在确认到第二磁轴承控制增益达到了规定的控制增益量时，停止第二磁轴承控制增益的增大。由此，能够防止振荡的急剧增大而进行更安全的磁轴承控制。

进而，本发明(技术方案14)是真空泵的发明，其特征在于，搭载有技术方案1～13中任一项所述的磁轴承装置。

在真空泵中具备旋转体等固有振动模式的数量较多，容易产生由其固有振动引起的振荡，但由于能够高精度地测定固有振动频率，所以对抑制振荡有效。

发明效果如以上说明的那样，根据本发明，在磁轴承控制中具有以第一磁轴承控制增益进行旋转体的通常运转的第一运转模式、以及以第二磁轴承控制增益进行旋转体的暂时运转并测定磁轴承装置的固有振动频率的第二运转模式，构成为第二磁轴承控制增益大于第一磁轴承控制增益，因此，能够高灵敏度地检测固有振动模式。其结果，能够实现更最佳的滤波器设计，导致控制的稳定化。

附图说明

图1是本发明的实施方式中使用的涡轮分子泵的结构图；

图2是磁轴承的控制系统的模型框图；

图3是闭环传递函数增益特性；

图4是第二运转模式的运转流程；

图5是各模式间转变的运转流程；

图6是关于开环传递函数特性，比较了第一运转模式和第二运转模式的控制系统的增益和相位的图(相位前进时)；

图7是相位前进滤波器的波特图(Bode plot)例；

图8是陷波滤波器的波特图的例子；

图9是关于闭环传递函数特性，比较了第一运转模式和第二运转模式的控制系统的增益和相位的图(解除陷波滤波器时)；

图10是示出在存在陀螺效应的情况下固有振动频率随着转速的变化而变化的情况的图；

图11是示出调整滤波器的作业顺序的图；

图12是基于以往的磁轴承的控制系统的模型块的闭环传递函数增益特性。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。图1示出了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的内侧具备作为用于对气体进行吸引排气的涡轮叶片的多个旋转叶片102(102a、102b、102c…)。旋转体103是伴随旋转叶片102旋转的构件的总称，由旋转叶片102、安装在其中心的转子轴113、以及安装在转子轴113上的金属盘111等构成。转子轴113例如通过5轴控制的磁轴承悬浮支承在空中并被位置控制。

上侧径向电磁铁104的4个电磁铁相对于X轴和Y轴成对配置。与该上侧径向电磁铁104接近且与上侧径向电磁铁104分别对应地具备4个上侧径向传感器107。上侧径向传感器107例如使用具有传导绕组的电感传感器或涡流传感器等，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被构成为检测转子轴113即固定在转子轴113上并成为一体的旋转体103的径向位移，并将其送至未图示的控制装置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检测的位置信号，生成上侧径向电磁铁104的励磁控制指令信号，未图示的磁轴承用逆变器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。这样的调整分别在X轴方向和Y轴方向上独立地进行。另外，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，与上侧的径向位置同样地调整转子轴113的下侧的径向位置。

而且，轴向电磁铁106A、106B上下夹着设置在转子轴113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的轴向位移，具备轴向传感器109，构成为其轴向位置信号被送到未图示的控制装置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检测的轴向位置信号，生成轴向电磁铁106A和轴向电磁铁106B各自的励磁控制指令信号，未图示的磁轴承用逆变器基于这些励磁控制指令信号，分别对轴向电磁铁106A和轴向电磁铁106B进行励磁控制，由此，轴向电磁铁106A利用磁力向上方吸引金属盘111，轴向电磁铁106B向下方吸引金属盘111，从而调整转子轴113的轴向位置。

这样，控制装置适当地调节该轴向电磁铁106A、106B对金属盘111施加的磁力，使转子轴113沿轴向磁悬浮，以非接触的方式保持在空间中。

另一方面，电动机121具备以包围转子轴113的方式呈周状配置的多个磁极。各磁极由控制装置控制，使得经由作用于与转子轴113之间的电磁力对转子轴113进行旋转驱动。另外，在电动机121中组装有未图示的例如霍尔元件、分解器(resolver)、编码器等旋转速度传感器，通过该旋转速度传感器的检测信号检测转子轴113的旋转速度。

进而，例如在下侧径向传感器108附近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，同时使用该相位传感器和旋转速度传感器的检测信号来检测磁极的位置。

与旋转叶片102(102a、102b、102c…)隔开微小的空隙配设有多个固定叶片123(123a、123b、123c…)。旋转叶片102(102a、102b、102c…)分别从与转子轴113的轴线垂直的平面倾斜规定的角度而形成，以便通过碰撞将排气气体的分子向下方向移送。固定叶片123(123a、123b、123c…)由例如铝、铁、不锈钢、铜等金属、或包括这些金属作为成分的合金等金属构成。

另外，固定叶片123也同样从与转子轴113的轴线垂直的平面倾斜规定的角度而形成，并且朝向外筒127的内侧与旋转叶片102的级相互不同地配设。而且，固定叶片123的外周端以嵌插在多个层叠的固定叶片间隔件125(125a、125b、125c…)之间的状态被支承。

固定叶片间隔件125是环状的构件，例如由铝、铁、不锈钢、铜等金属、或包括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，隔开微小的空隙固定有外筒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)侧进入吸气口101并被移送至基座部129的排气气体被送向排气口133。

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之间配设有带螺纹间隔件131。带螺纹间隔件131是由铝、铜、不锈钢、铁或以这些金属作为成分的合金等金属构成的圆筒状的构件，在其内周面上刻设有螺旋状的多个螺纹槽131a。螺纹槽131a的螺旋的方向是排气气体的分子沿旋转体103的旋转方向移动时，该分子向排气口133那方移送的方向。在旋转体103的旋转叶片102(102a、102b、102c…)之后的最下部垂下圆筒部102d。该圆筒部102d的外周面为圆筒状，且朝向带螺纹间隔件131的内周面伸出，与该带螺纹间隔件131的内周面隔开规定的间隙而接近。通过旋转叶片102和固定叶片123移送到螺纹槽131a的排气气体被螺纹槽131a引导并被送向基座部129。

基座部129是构成涡轮分子泵100的基底部的圆盘状构件，一般由铁、铝、不锈钢等金属构成。基座部129在物理上保持涡轮分子泵100，并且还兼具热的传导路的功能，因此优选使用铁、铝、铜等具有刚性、热传导率也高的金属。另外，在上侧径向传感器107与旋转体103之间的定子柱122的上端部配设有着陆(touchdown)轴承141。另一方面，在下侧径向传感器108的下方配设有着陆轴承143。

着陆轴承141和着陆轴承143都由球轴承构成。着陆轴承141和着陆轴承143被设置为在如旋转体103的旋转异常时或停电时等那样旋转体103由于某种原因而变得不能磁悬浮时，使旋转体103能够安全地转移到非悬浮状态。

在这样的结构中，当旋转叶片102与转子轴113一起由电动机121驱动旋转时，通过旋转叶片102与固定叶片123的作用，排气气体通过吸气口101从未图示的腔室吸入。旋转叶片102的旋转速度通常为20,000rpm～90,000rpm，旋转叶片102的前端处的圆周速度达到200m/s～400m/s。从吸气口101吸入的排气气体通过旋转叶片102与固定叶片123之间，向基座部129移送。

在此，图2中示出了磁轴承的控制系统的模型框图。设施1例如是涡轮分子泵的上侧径向电磁铁104、下侧径向电磁铁105、轴向电磁铁106A、106B、以及旋转体103。然后，例如利用传感器3提取作为设施1的输出信号的旋转体103的位置的位移X，用减法器5计算与位移指令值X*的偏差信号。传感器3例如是上侧径向传感器107、下侧径向传感器108、轴向传感器109。偏差信号由控制器7进行信号调整后，作为位置调整用的控制信号输入到设施1，调整旋转体的位置。

图3中示出了该模型的闭环传递函数增益特性。在图3中，第一运转模式是进行涡轮分子泵100的通常的运转时的磁轴承的系统的闭环传递函数增益特性。示出此时的固有振动的增益的峰值点A和峰值点B都能够有富余地超过传感器分辨率。因此，暂时提高控制器7的磁轴承控制增益。由此，第一运转模式的闭环传递函数增益特性的增益被提高到第二运转模式的闭环传递函数增益特性。

图4中示出了第二运转模式的运转流程。在图4中，在步骤1(图中省略为S1。以下相同)，开始第二运转模式的运转。在步骤3，控制器7的磁轴承控制增益比第一运转模式时的磁轴承控制增益增大。在步骤5，在该状态下测定固有振动频率。此时的固有振动频率的测定方法优选为高速傅立叶变换，也可以是离散傅立叶变换。作为测定对象的固有振动是旋转体103的弯曲模式、旋转叶片102的固有振动模式、起因于定子的振动模式、旋转体103的刚体模式。由控制装置的中央运算处理装置(CPU)进行运算处理，但也可以在外部进行运算处理。在步骤5中的固有振动频率的测定后，在步骤7中，控制器7的磁轴承控制增益返回到第一运转模式时的磁轴承控制增益。然后，在步骤9中结束第二运转模式的运转。

第二运转模式时的磁轴承控制增益比第一运转模式时的磁轴承控制增益大。因此，与包括在磁轴承装置的输出中的固有振动模式对应的信号变大，信号的S/N比改善，能够高灵敏度地检测固有振动模式。其结果，能够实现进一步最佳的滤波器设计，导致控制的稳定化。另外，作为该信号的种类，存在位移信号、电流信号等。

涡轮分子泵具备旋转叶片102，容易产生由其固有振动引起的振荡，但能够高精度地测定旋转叶片102的固有振动频率。

图5中示出了各模式间转变的运转流程。在图5中，步骤11所示的第一运转模式是进行通常运转的模式。步骤13所示的第二运转模式是进行固有振动频率的测定的模式。

从第一运转模式向第二运转模式转变时的条件例如是出货稍后或初始设定时、接通电源时、经过一定时间时、从错误状态恢复时、用户的操作时、泵的安装或拆卸时、电缆更换时、存在温度变化时等。

另一方面，从第二运转模式向第一运转模式转变时的条件例如是固有振动的测定完成时，如果在第二运转模式中找不到固有振动模式，则直接返回到第一运转模式。另一方面，如果在第二运转模式中发现固有振动模式，则返回到第一运转模式，然后设计滤波器。

另外，在第二运转模式中发现了固有振动模式的情况下，也可以在从第二运转模式返回到第一运转模式之前，更新第一运转模式的滤波器。

进而，也可以在检测到规定值以上的位移或振动频谱时从第二运转模式转变到第一运转模式。即，在振荡大且危险的情况等下，中断测定，立即返回到第一运转模式。

进而，也可以在第一运转模式下进行通常运转，之后，在必要时例如以1秒以下的程度在仅一瞬间进行第二运转模式的运转，测定固有振动频率，之后立即返回到第一运转模式。在这种情况下，由于第二运转模式下的磁轴承控制增益的增大是瞬间性的，所以即使在仅一瞬间成为不稳定的控制条件，只要在振荡变大之前返回到第一运转模式，则是安全的。只要取得瞬间波形数据，即使在返回到第一运转模式之后，也能够进行频谱解析。

接着，对固有振动模式测定后的第一运转模式的控制参数的调整方法进行说明。在该调整中，还加入后面详述的内容，例如可举出以下那样的方法。

1、基于测定的固有振动模式，新制作滤波器。

2、变更现有的滤波器的中心频率、线宽、大小等参数。

3、取得与转速、温度等信息的相关，根据它们对滤波器的参数进行变更。

4、变更控制参数的比例增益或积分增益。

5、在固有振动的影响被认为足够小的情况下，不特别进行任何变更。

接着，对增大磁轴承控制增益的方法进行说明。首先，基于图6来说明通过增加相位前进量来增大磁轴承控制增益的方法。图6是关于图2所示的磁轴承的控制系统的模型框图的位移指令值X*到位移X为止的开环传递函数特性，比较了第一运转模式和第二运转模式的控制系统的增益和相位的图。

作为磁轴承控制，控制器7中通常需要作为PID控制的微分增益或相位前进滤波器。微分增益由完全微分或不完全微分的滤波器构成。在第二运转模式中，通过使该微分增益或相位前进滤波器的相位的前进量大于第一运转模式，从而增大磁轴承控制增益。

如图6的开环传递函数的相位特性所示，相位大幅前进的结果是，如增益特性所示，随着该相位前进，高频侧的增益上升。如图7的相位前进滤波器的波特图例所示，可知越使相位前进，高频侧的增益越增大。另外，该图7所示的相位前进滤波器是由阶数为2阶、中心频率100Hz构成的例子。相位前进是所谓的PID控制的“D”的功能，由于对磁轴承控制是必要的，所以不增加多余的滤波器的个数而提高测定灵敏度。因此，能够实现中央运算处理装置(CPU)的轻量化。

接着，基于图8、图9来说明通过暂时解除陷波滤波器或低通滤波器来增大磁轴承控制增益的方法。

作为磁轴承控制，在控制器7上通常配设有陷波滤波器或低通滤波器。通过在第二运转模式时解除该陷波滤波器或低通滤波器，从而增大磁轴承控制增益。例如，图8中示出了中心频率1000Hz的陷波滤波器的波特图的例子。通过在第二运转模式时解除该陷波滤波器，从而增大磁轴承控制增益。

图9是关于图2所示的磁轴承的控制系统的模型框图的位移指令值X*到位移X为止的闭环传递函数特性，比较了第一运转模式和第二运转模式的控制系统的增益的图。如图9所示，通过解除陷波滤波器并增大增益，从而在第二运转模式中容易观测固有振动模式。特别地，容易观测被该滤波器抑制的固有振动模式的频率变化。

另外，也可以调整滤波器的控制参数，以使得在第一运转模式下为了降低磁轴承控制增益而配设的滤波器的增益的降低量在第二运转模式下减弱。在这种情况下也能够起到同样的效果。

接着，说明将在磁轴承控制器的内部生成的激振信号施加到磁轴承控制的方法。

在第二运转模式下，控制器7将由中央运算处理装置(CPU)生成的激振信号施加到磁轴承控制系统，在位移X下观测对该激振信号的响应。激振信号例如是阶跃信号、脉冲信号、白噪声、单一频率下的正弦波、频率扫描引起的正弦波、扫描正弦信号。通过像这样在第二运转模式下暂时施加激振信号，位移X下的固有振动模式的响应变大，能够高灵敏度地测定固有振动模式，因此容易观测固有振动模式。由于不需要外部的激振信号发生器或A/D变换装置，所以能够实现小型化、成本降低。

另外，即使使用外部的激振信号发生器，也同样能够高灵敏度地测定固有振动模式。

接着，说明不对磁轴承控制施加激振信号的结构。在第二运转模式中，磁轴承控制增益较大，所以容易产生以磁轴承的电流高次谐波、来自电动机121或外部的冲击等引起的外部干扰、信号噪声等为起源的自激振动。通过测定该自激振动，能够测定固有振动模式。在该结构中，由于不需要外部的激振信号发生器或A/D变换装置、CPU中的激振信号的运算，所以能够实现小型化、成本降低。

接着，对逐渐提高控制器7的磁轴承控制增益的方法进行说明。在第二运转模式下，逐渐提高控制器7的磁轴承控制增益。然后，在检测到振荡时，或者在控制器7的磁轴承控制增益增加达到了规定的增益值时，停止第二磁轴承控制增益的增大。

由此，能够防止磁轴承控制变得更不稳定，防止振荡的急剧增大，能够进行更安全的磁轴承控制。另外，在检测到振荡的情况下，优选的是，在第二磁轴承控制增益的增大停止后，立即从第二运转模式转变到第一运转模式，减小磁轴承控制增益。

接着，对通过追加滤波器来增大磁轴承控制增益的方法进行说明。优选为，此时追加的是微分器、相位前进滤波器、高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器等。为了增大磁轴承控制增益，将微分器、相位前进滤波器、高通滤波器等滤波器相对于PID控制器串联连接。另外，也可以将微分器、相位前进滤波器、高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器等滤波器相对于PID控制器并联连接。

另外，上述各方式中的第二运转模式的磁轴承控制增益的增加能够在旋转体103的停止中进行。而且，在像这样在旋转体103的停止中进行了磁轴承控制增益的增加的情况下，万一由于磁轴承控制增益的增加而使控制不稳定化而着陆时，对旋转体103或着陆轴承141、143的冲击比旋转时小，安全性高。

另外，上述各方式中的第二运转模式的磁轴承控制增益的增加也可以在旋转体103的旋转中进行。在这种情况下，能够高灵敏度地测定包括陀螺效应等的影响的、旋转体的旋转时的固有振动模式。特别地，在以多个转速进行了使用第二运转模式的固有振动模式的测定的情况下，能够高灵敏度地追踪假定陀螺效应等时的转速的变化所引起的固有振动模式的变化。图10中示出了伴随陀螺效应的转速所引起的固有振动模式频率的变化。在存在陀螺效应的情况下，如图10所示，固有振动频率随着转速的变化而变化。在旋转体103的旋转中确认该变化，在各转速下适当地设定滤波器的参数。例如，通过根据测定值改变陷波滤波器的中心频率，能够进行更最佳的滤波器设计，控制更稳定。该参数的设定可以在旋转体103旋转中时进行，或者也可以在旋转体103未旋转的状态时进行。

接着，以进行出货稍后的初始设定的情况为例，说明滤波器的调整方法。图11中示出了以组合了未使旋转体103旋转的状态下的固有振动模式的观测和使旋转体103旋转的状态下的固有振动模式的观测的形式，适当地调整滤波器的作业顺序。首先，在步骤15中，开始出货稍后的初始设定。在步骤17中，在第一运转模式下使磁轴承动作，但旋转体103不旋转。在步骤19中，在旋转体103不旋转的状态下实施第二运转模式。即，此时大致完成滤波器的调整。

接着，在步骤21中返回到第一运转模式，在步骤23中，以转速ω1实施第二运转模式。同样，以转速ω2、转速ω3…进行同样的处理。作为转速的设定例，将ω＝0～额定转速分割为5～10个区域左右。例如，对于额定30,000rpm，以0、6,000、12,000、18,000、24,000、30,000rpm实施第一运转模式和第二运转模式。各第二运转模式的时间优选为1秒以下左右。这是因为希望缩短磁轴承控制增益大且不稳定的时间，并且在一定程度上减小傅立叶变换的频率分辨率(＝1/(测定时间))。例如，在测定时间1秒的数据的情况下，傅立叶变换频谱的频率分辨率为1Hz。

之后，在步骤29中返回到第一运转模式，在步骤31中以额定转速实施第二运转模式。像这样逐渐调整滤波器。在步骤33中完成滤波器的调整，返回到第一运转模式。然后，在步骤35中完成出货稍后的初始设定。滤波器的调整可以在第二运转模式时进行，但也可以在第二运转模式时仅进行数据的收集，数据的解析和滤波器的调整可以在接下来的第一运转模式中进行。图11的处理可以在工厂内制造时等进行，但通过在出货交付后进行，从而能够进行考虑了制造偏差、使用环境的滤波器调整，因此能够进行更稳定的控制。

另外，虽然在第二运转模式中容易产生振荡，但在该振荡不危险的情况下，可以在不停止运转的情况下重新调整参数，另一方面，在危险的情况下，可以立即停止运转。

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，本发明当然也涉及该改变的内容。另外，上述各实施方式也可以进行各种组合。

附图标记的说明

1：设施

3：传感器

5：减法器

7：控制器

100：涡轮分子泵

102：旋转叶片

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

109：轴向传感器

111：金属盘

113：转子轴

121：电动机

141、143：着陆轴承。

Claims (14)

1.一种磁轴承装置，具备：

旋转体；

磁轴承，利用磁力在空中悬浮支承该旋转体；以及

磁轴承控制器，控制该磁轴承，

其特征在于，

在由所述磁轴承控制器进行的磁轴承控制中，具有以第一磁轴承控制增益进行所述旋转体的通常运转的第一运转模式、以及以第二磁轴承控制增益进行所述旋转体的暂时运转并测定所述磁轴承装置的固有振动频率的第二运转模式，

所述第二磁轴承控制增益大于所述第一磁轴承控制增益。

2.根据权利要求1所述的磁轴承装置，其特征在于，所述第二运转模式的固有振动频率的测定在所述旋转体的旋转中进行。

3.根据权利要求1或2所述的磁轴承装置，其特征在于，所述第二运转模式的固有振动频率的测定在所述旋转体的旋转的停止中进行。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的磁轴承装置，其特征在于，基于在所述第二运转模式下测定的固有振动频率，进行所述第一运转模式下的控制所述磁轴承的至少一个控制参数的调整。

5.根据权利要求4所述的磁轴承装置，其特征在于，所述控制参数的调整在所述旋转体的旋转中进行。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的磁轴承装置，其特征在于，所述第二运转模式具备：

第一工序，使所述磁轴承控制的增益从所述第一磁轴承控制增益增大到所述第二磁轴承控制增益；

第二工序，在所述第二磁轴承控制增益下测定所述固有振动频率；以及

第三工序，在该第二工序中的测定完成时，从所述第二磁轴承控制增益返回到所述第一磁轴承控制增益。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的磁轴承装置，其特征在于，重复进行从所述第一运转模式向所述第二运转模式的转变和从所述第二运转模式向所述第一运转模式的转变。

8.根据权利要求7所述的磁轴承装置，其特征在于，根据所述旋转体的转速来进行从所述第一运转模式向所述第二运转模式的转变。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的磁轴承装置，其特征在于，在所述第二运转模式下，增大为了在所述第一运转模式下使所述磁轴承控制的相位前进而配设的滤波器的相位前进量。

10.根据权利要求1～8中任一项所述的磁轴承装置，其特征在于，在所述第二运转模式下，调整所述滤波器的控制参数以使得减弱为了在所述第一运转模式下降低所述磁轴承控制的增益而配设的滤波器的增益的降低量，或者删除所述滤波器。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的磁轴承装置，其特征在于，在所述第二运转模式的固有振动频率测定时，将在所述磁轴承控制器的内部生成的激振信号施加到所述磁轴承控制。

12.根据权利要求1～10中任一项所述的磁轴承装置，其特征在于，在所述第二运转模式的固有振动频率测定时，不对所述磁轴承控制施加激振信号。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的磁轴承装置，其特征在于，在所述第二运转模式中，使所述第二磁轴承控制增益在规定时间内逐渐增大，在检测到因该第二磁轴承控制增益的增大而产生的振荡时，或者在确认到该第二磁轴承控制增益达到了规定的控制增益量时，停止该第二磁轴承控制增益的增大。

14.一种真空泵，其搭载有根据权利要求1～13中任一项所述的磁轴承装置。