DE60320072T2

DE60320072T2 - Magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung, und Pumpvorrichtung mit eingebauten magnetischen Lagervorrichtungen

Info

Publication number: DE60320072T2
Application number: DE60320072T
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu BOC Edwards Japan Ltd Ohtachi; Hideo BOC Edwards Japan Ltd Fukami; Hirotaka BOC Edwards Japan Ltd Namiki
Original assignee: Edwards Japan Ltd
Current assignee: Edwards Japan Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: DE60320072D1; US20040041478A1; JP4287213B2; EP1396649A3; US6806606B2; KR20040020852A; USRE41035E1; EP1396649B1; EP1396649A2; JP2004150628A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, eine magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung und eine Pumpvorrichtung mit eingebauten magnetischen Lagervorrichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, eine magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung und eine Pumpvorrichtung mit eingebauten magnetischen Lagervorrichtungen, in welchen es möglich ist, eine Verringerung in der Schwingung in dem gesamten Apparatesystem, einschließlich der Geräte, die zu der Vakuumpumpe gehören, zu erreichen, ohne einen Schwingungssensor von neuem bereitzustellen.
Mit der Entwicklung im Bereich der Elektronik in den letzten Jahren ist ein rasch steigender Bedarf an Halbleitern zur Bildung von Speichern, integrierten Schaltungen usw. verbunden.
Solche Halbleiter werden zum Beispiel durch Dotieren eines Halbleitersubstrats sehr hoher Reinheit mit Unreinheiten, um diesem elektrische Eigenschaften zu verleihen, oder durch Stapeln von Halbleitersubstraten mit winzigen darauf gebildeten Schaltungsmustern hergestellt.
Der Vorgang zur Herstellung solcher Halbleiter muss in einer Hochvakuumkammer durchgeführt werden, um Einflüsse von Staub usw. in der Luft zu verhindern. Diese Kammer wird im Allgemeinen mit Hilfe einer Vakuumpumpe evakuiert. Insbesondere wird allgemein eine Turbomolekularpumpe verwendet, die eine Art von Vakuumpumpe ist, da sie wenig Restgas erzeugt und leicht zu warten ist.
Ein Halbleiterherstellungsprozess enthält eine Reihe von Schritten, in welchen verschiedene Prozessgase auf ein Halbleitersubstrat wirken, und die Turbomolekularpumpe wird nicht nur zum Evakuieren der Kammer verwendet, sondern auch zur Ableitung dieser Prozessgase aus der Kammer.
Ferner wird in einem Apparat, wie einem Elektronenmikroskop, eine Turbomolekularpumpe verwendet, um einen Hochvakuumszustand in der Kammer des Apparats zu erzeugen, um eine Brechung usw. eines Elektronenstrahls aufgrund von Staub oder dergleichen zu verhindern.
Eine solche Turbomolekularpumpe besteht aus einem Turbomolekularpumpenhauptkörper zum Ansaugen und Abgeben von Gas aus der Kammer eines Halbleiterherstellungsapparats, eines Elektronenmikroskops oder dergleichen, und einer Steuervorrichtung zum Steuern des Turbomolekularpumpenhauptkörpers.
10 ist eine Längsschnittansicht eines Turbomolekularpumpenhauptkörpers und 11 ist ein schematisches Diagramm, das ein gesamtes Apparatesystem zeigt, in dem der Turbomolekularpumpenhauptkörper zum Evakuieren einer Kammer verwendet wird.
In 10 enthält ein Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 einen äußeren Zylinder 127, an dessen Oberseite eine Einlassöffnung 101 gebildet ist. Im Inneren des äußeren Zylinders 127 ist ein Rotor 103 bereitgestellt, der an seinem Umfang mehrere Rotorschaufeln 102a, 102b, 102c, ... aufweist, die als Turbinenschaufeln zum Ansaugen und Abgeben von Gas dienen und radial zahlreichen Stufen gebildet sind.
In der Mitte des Rotors 103 ist eine Rotorwelle 113 montiert, die in einem Schwebezustand gehalten wird und in ihrer Position zum Beispiel durch ein so genanntes 5-achsiges magnetisches Steuerungslager gesteuert wird.
Obere radiale Elektromagneten 104 bestehen aus vier Elektromagneten, die in Paaren in die X- und Y-Achsenrichtungen angeordnet sind, die senkrecht zueinander stehen, und einander gegenüber liegen, wobei die Rotorwelle 113 dazwischen liegt. Es wird angenommen, dass die X- und Y-Achsen in einer Ebene senkrecht zu der Achse der Rotorwelle 113 liegen, wenn sich die Rotorwelle 113 an einer Steuerungszielposition des magnetischen Lagers befindet. Ferner ist ein oberer radialer Sensor 107 bereitgestellt, der aus vier Spulen besteht, die um Kerne gewickelt sind und in großer Nähe zu und in Übereinstimmung mit den oberen radialen Elektromagneten 104 angeordnet sind. Der obere radiale Sensor 107 erfasst eine radiale Verschiebung des Rotors 103, wobei er ein Detektionssignal zu einer Steuervorrichtung 200 sendet, die in 11 dargestellt ist.
Die Steuervorrichtung 200 ist mit einem Rückkopplungssteuermittel des magnetischen Lagers ausgestattet, das aus einem Kompensator 201, einem Verstärker 202 usw. besteht. In dieser Steuervorrichtung 200 wird die Erregung der oberen radialen Elektromagneten 104 durch den Ausgang des Verstärkers 202, der durch den Kompensator 201 mit einer PID-Einstellfunktion zugeleitet wird, auf der Basis eines Verschiebungssignals, das von dem oberen radialen Sensor 107 erfasst wird, gesteuert, wodurch eine Einstellung der radialen Position des oberen Abschnitts der Rotorwelle 113 vorgenommen wird.
Die Rotorwelle 113 ist aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität gebildet (z. B. Eisen) und dazu ausgebildet, durch die Magnetkraft der oberen radialen Elektromagneten 104 angezogen zu werden. Eine solche Einstellung wird unabhängig in die X-Achsenrichtung und in die Y-Achsenrichtung durchgeführt.
Ferner sind untere radiale Elektromagneten 105 und ein unterer radialer Sensor 108 auf dieselbe Weise wie die oberen radialen Elektromagneten 104 und der obere radiale Sensor 107 angeordnet. Wie die radiale Position des oberen Abschnitts der Rotorwelle 113 wird die radiale Position des unteren Abschnitts der Rotorwelle 113 durch das Rückkopplungssteuermittel des magnetischen Lagers in der Steuervorrichtung 200 eingestellt.
Ferner sind axiale Elektromagneten 106A und 106E an der oberen beziehungsweise unteren Seite einer Metallscheibe 111 angeordnet, die in dem unteren Abschnitt der Rotorwelle 113 bereitgestellt ist. Die Metallscheibe 111 ist aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität, wie Eisen, gebildet. Zum Erfassen einer axialen Verschiebung des Rotors 103 ist ein axialer Sensor 109 bereitgestellt, der ein Axialverschiebungssignal zu der Steuervorrichtung 200 sendet.
Die Erregung der axialen Elektromagneten 106A und 106B wird durch den Ausgang des Verstärkers 202, der durch den Kompensator 201 mit einer PID-Einstellfunktion zugeleitet wird, der Steuervorrichtung 200 auf der Basis des Axialverschiebungssignals gesteuert. Der axiale Elektromagnet 106A zieht die Metallscheibe 111 magnetisch nach oben an und der axiale Elektromagnet 106B zieht die Metallscheibe 111 magnetisch nach unten an.
Auf diese Weise wird in der Steuervorrichtung 200 die Magnetkraft, die die axialen Elektromagneten 106A und 106B auf die Metallscheibe 111 ausüben, passend durch das Rückkopplungssteuermittel des magnetischen Lagers gesteuert, wodurch die Rotorwelle 113 in axialer Richtung magnetisch schwebt und in dem Raum in einem kontaktlosen Zustand gehalten wird.
Ein Motor 121 ist mit mehreren Magnetpolen ausgestattet, die aus Permanentmagneten bestehen, die um den Umfang an der Rotorseite angeordnet sind, so dass sie die Rotorwelle 113 umgeben. Diesen Permanentmagnet-Magnetpolen wird von den Elektromagneten an der Statorseite des Motors 121 eine Drehmomentkomponente zum Drehen der Rotorwelle 113 verliehen, wodurch der Rotor 103 dreht.
Ferner sind ein RPM-Sensor und ein Motortemperatursensor (nicht dargestellt) an dem Motor 121 montiert, und die Drehung der Rotorwelle 113 wird in der Steuervorrichtung 200 abhängig von Detektionssignalen von dem RPM-Sensor und dem Motortemperatursensor gesteuert.
Mehrere stationäre Schaufeln 123a, 123b, 123c, ... sind so angeordnet, dass sie von den drehenden Schaufeln 102a, 102b, 102c, ... durch kleine Spalten beabstandet sind. Damit die Moleküle von Abgas durch Kollision nach unten befördert werden, sind die drehenden Schaufeln 102a, 102b, 102c, ... in einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu der Achse der Rotorwelle 113 geneigt.
Ebenso sind auch die stationären Schaufeln 123 in einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu der Achse der Rotorwelle 113 geneigt und erstrecken sich zu der Innenseite des äußeren Zylinders 127, so dass sie abwechselnd mit den drehenden Schaufeln 102 angeordnet sind.
Die stationären Schaufeln 123 werden an einem Ende gehalten, indem sie in Spalten zwischen mehreren Abstandshaltern für stationäre Schaufeln 125a, 125b, 125c, ... eingesetzt werden, die in Stufen übereinander gestapelt sind.
Die Abstandshalter für stationäre Schaufeln 125 sind ringförmige Elemente, die aus einem Metall, wie Aluminium, Eisen, rostfreiem Stahl oder Kupfer, gebildet sind, oder aus einer Legierung, die ein solches Metall als eine Komponente enthält.
In dem äußeren Umfang der Abstandshalter für stationäre Schaufeln 125 ist der äußere Zylinder 127 in Position mit einem kleinen Spalt dazwischen gesichert. Am Boden des äußeren Zylinders 127 ist ein Basisabschnitt 129 angeordnet und ein gewindeförmiger Abstandshalter 131 ist zwischen dem untersten der Abstandshalter für stationäre Schaufeln 125 und dem Basisabschnitt 129 angeordnet.
In dem Abschnitt des Basisabschnitts 129 unter dem gewindeförmigen Abstandshalter 131 ist eine Auslassöffnung 133 gebildet. An die Auslassöffnung 133 ist ein trocken abgedichteter Vakuumpumpenkanal (nicht dargestellt) angeschlossen, und die Auslassöffnung 133 ist an eine trocken laufende Vakuumpumpe (nicht dargestellt) durch diesen trocken abgedichteten Vakuumpumpenkanal angeschlossen.
Der gewindeförmige Abstandshalter 131 ist ein zylindrisches Element, das aus einem Metall, wie Aluminium, Kupfer rostfreiem Stahl oder Eisen, oder aus einer Legierung, die ein solches Metall als eine Komponente enthält, gebildet ist, und hat mehrere spiralförmige Gewindenuten 131a in seiner Umfangsfläche.
Die Spiralrichtung der Gewindenuten 131a wird so bestimmt, dass, wenn die Moleküle des Abgases sich in die Drehrichtung des Rotors 103 bewegen, diese Moleküle zu der Auslassöffnung 133 befördert werden.
An die unterste der drehenden Schaufeln 102a, 102b, 102c, ... des Rotors 103 ist ein zylindrischer Abschnitt 102d angeschlossen, der sich vertikal nach unten erstreckt. Die äußere Umfangsfläche dieses zylindrischen Abschnitts 102d erstreckt sich nach außen zu der inneren Umfangsfläche des gewindeförmigen Abstandshalters 131 und befindet sich in großer Nähe zu der inneren Umfangsfläche des gewindeförmigen Abstandshalters 131 mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen.
Der Basisabschnitt 129 ist ein scheibenförmiges Element, das die Basis des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100 bildet, und ist im Allgemeinen aus einem Metall, wie Eisen, Aluminium oder rostfreien Stahl, gebildet. Der Basisabschnitt 129 hält den Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 physisch und dient auch als Wärmeleitungskanal. Somit ist der Basisabschnitt 129 vorzugsweise aus einem Metall gebildet, das starr ist und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie Eisen, Aluminium oder Kupfer.
Ferner ist an den Basisabschnitt 129 ein Verbinder 160 angeschlossen, an den eine Signalleitung zwischen dem Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 und der Steuervorrichtung 200 angeschlossen ist.
Wenn in der zuvor beschriebenen Konstruktion die drehenden Schaufeln 102 von dem Motor 121 gemeinsam mit der Rotorwelle 113 angetrieben und gedreht werden, wird Abgas von einer Kammer 300, die in 11 dargestellt ist, aufgrund der Wirkung der drehenden Schaufeln 102 und der stationären Schaufeln 123 durch die Einlassöffnung 101 angesaugt.
Das Abgas, das durch die Einlassöffnung 101 angesaugt wird, strömt zwischen den drehenden Schaufeln 102 und den stationären Schaufeln 123 und wird zu dem Basisabschnitt 129 befördert. Das Abgas, das zu dem Basisabschnitt 129 befördert wird, wird zu der Auslassöffnung 133 geleitet, während es von den Gewindenuten 131a des gewindeförmigen Abstandshalters 131 geführt wird.
Damit ferner ein Eindringen des Abgases, das durch die Einlassöffnung 101 angesaugt wird, in den elektrischen Abschnitt verhindert wird, der aus dem Motor 121, den oberen radialen Elektromagneten 104, dem oberen radialen Sensor 107, den unteren radialen Elektromagneten 105, dem unteren radialen Sensor 108 usw. besteht, ist der elektrische Abschnitt mit einer Statorsäule 122 bedeckt, und das Innere dieses elektrischen Abschnitts wird mit einem Spülgas bei einem vorbestimmten Druck gehalten.
Zu diesem Zweck ist der Basisabschnitt 129 mit Leitungen (nicht dargestellt) ausgestattet, und das Spülgas wird durch die Leitungen eingeleitet. Das eingeleitete Spülgas wird durch den Spalt zwischen einem Schutzlager 120 und der Rotorwelle 113, den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator des Motors 121 und den Spalt zwischen der Statorsäule 122 und den drehenden Schaufeln 102 geleitet, bevor es zu der Auslassöffnung 133 befördert wird.
Der Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 erfordert eine Identifizierung des Modells und eine Steuerung, die auf einzeln eingestellten, spezifischen Parametern (z. B. Eigenschaften, die dem Modell entsprechen) beruht. Zum Speichern der Steuerparameter enthält der Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 einen elektronischen Schaltungsabschnitt 141. Der elektronische Schaltungsabschnitt 141 besteht aus einem Halbleiterspeicher, wie einem EEP-ROM, elektronischen Teilen, wie Halbleitervorrichtungen für einen Zugriff auf den Halbleiterspeicher, einem Substrat 143 zum Montieren dieser Komponenten darauf, usw.
Dieser elektronische Schaltungsabschnitt 141 ist unter einem RPM-Sensor (nicht dargestellt) nahe dem Mittelpunkt des Basisabschnitts 129 aufgenommen, der den unteren Abschnitt des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100 bildet, und ist durch eine hermetische Bodenabdeckung 145 verschlossen.
Übrigens ist eine Verringerung in der Schwingung des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100 erforderlich, der für die Kammer 300 eines Halbleiterherstellungsapparats, eines Elektronenmikroskops oder dergleichen verwendet wird.
Wenn zum Beispiel eine Schwingung in der Kammer 300 des Halbleiterherstellungsapparats während der Belichtung eines Schaltungsmusterns erzeugt wird, tritt eine Fehlausrichtung mit einem darunter liegenden Schaltungsmuster auf, wodurch es unmöglich wird, einen normalen Schaltungsbetrieb auszuführen.
Auch im Falle der Kammer 300 des Elektronenmikroskops ist bei einer Erzeugung einer Schwingung, während ein Objekt betrachtet wird, das Objekt nicht im Brennpunkt, wodurch eine Bildstörung entsteht.
Angesichts dessen hängt der Turbomolekularpumpenhauptkörper 100, wie in 11 dargestellt ist, mit Hilfe eines Pumpendämpfers 301 von der Kammer 300 herab.
Der Pumpendämpfer 301, der in 11 dargestellt ist, ist mit einem Balg 302 ausgestattet, um dessen äußeren Umfang ein Gummielement 306 gewunden ist. Zwischen dem Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 und der Kammer 300 wird die Schwingung aufgrund der Drehung des Rotors 103 absorbiert. Ein Ende des Balgs 302 ist an der Kammer 300 mit Hilfe eines Flansches (nicht dargestellt) befestigt, und sein anderes Ende ist an der Einlassöffnung 101 des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100 mit Hilfe eines Flansches 303 befestigt.
Ferner wird die Kammer 300 von einem Gestell 402 gehalten, das am Boden 400 angeordnet ist, und ein Vorrichtungsdämpfer 401 ist zwischen der Kammer 300 und dem Gestell 402 bereitgestellt.
Wie der Pumpendämpfer 301 absorbiert dieser Vorrichtungsdämpfer 401 auch eine Schwingung zwischen dem Gestell 402 und der Kammer 300.
Selbst wenn in der zuvor beschriebenen Konstruktion eine Schwingung in dem Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 erzeugt wird, wird die Schwingung von dem Pumpendämpfer 301 absorbiert, so dass sie nicht leicht zu der Kammer 300 übertragen wird.
Ferner wird die Schwingung, die vom Boden 400 erzeugt wird, gleichermaßen von dem Vorrichtungsdämpfer 401 absorbiert und nicht leicht zu der Kammer 300 übertragen.
Auf diese Weise wird eine Verringerung in der Schwingung für die Kammer 300 erreicht.
Im Falle einer Schwingungsdämpfung mit einem solchen mechanischen Dämpfer besteht jedoch ein Problem, da es ziemlich schwierig ist, eine zufrieden stellende Schwingungsdämpfungswirkung, insbesondere in dem Niederfrequenzband, für eine Schwingung zu erzielen, die durch den Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 und das Gestell 402 übertragen wird.
Somit sind mehrere Pumpendämpfer 301 und mehrere Vorrichtungsdämpfer 401 in Serie zwischen der Kammer 300 und dem Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 beziehungsweise zwischen der Kammer 300 und dem Gestell 402 bereitgestellt, wodurch eine Verbesserung im Sinne der Schwingungsdämpfungswirkung für die Kammer 300 erreicht wird. Um jedoch der Miniaturisierung in dem Halbleiterherstellungsprozess, der Erhöhung der Auflösung für Elektronenmikroskope usw. der letzten Jahre gerecht zu werden, besteht ein Bedarf an einer weiteren Verringerung in der Schwingung in den Niederfrequenzbändern.
Ferner besteht infolge des jüngsten Anstiegs im Volumen der Kammer 300 eines Halbleiterherstellungsapparats oder dergleichen ein Bedarf an einer Erhöhung der Evakuierungsgeschwindigkeit für den Turbomolekularpumpenhauptkörper 100.
Zu diesem Zweck wurden der Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 und der Pumpendämpfer 301 vergrößert.
Wenn dessen Schwingungsdämpfungswirkung bei einem festgesetzten Wert oder höher gehalten werden soll, könnte eine solche Vergrößerung des Pumpendämpfers 301 zu einer Erhöhung der Kosten führen.
Ferner erzeugt die trocken laufende Vakuumpumpe (nicht dargestellt), die an den Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 angeschlossen ist, eine Schwingung, die, wenn sie auch nur gering ist, zu dem Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 usw. durch den trocken abgedichteten Vakuumpumpenkanal übertragen wird und die Kammer 300 in Schwingung versetzt. Ferner werden auch eine Schwingung, die durch diese trocken laufende Vakuumpumpe und andere Halbleiterherstellungsapparate usw. erzeugt wird, eine Schwingung, die durch gehende Menschen erzeugt wird, usw. auf den Boden 400 übertragen und können die Kammer 300 in Schwingung versetzen.
Eine solche Schwingung der Kammer 300 kann durch Verringerung der Schwingung des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100 selbst nicht vermieden werden, und es besteht ein Bedarf an einer Verringerung in der Schwingung in dem gesamten Apparatesystem, das nicht nur den Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 sondern auch die Kammer 300 einschließt.
Zur Lösung dieses Problems offenbart JP 2002-147454 A eine drehende Maschine, die mit einer magnetischen Lagervorrichtung ausgestattet ist, die eine Schwingung an einer Stelle verringern kann, die von dem magnetischen Lagern bis zu einem gewissen Grad entfernt ist. In der drehenden Maschine, die mit dieser magnetischen Lagervorrichtung ausgestattet ist, ist ein Schwingungsdektektionssensor an dem Flansch 303 des Pumpendämpfers 301, einem Flansch (nicht dargestellt) an der Seite der Kammer 300 oder dergleichen angeordnet und auf der Basis eines Detektionssignals, das von diesem Schwingungsdetektionssensor erfasst wird, wird der Rotor 103 in eine Umkehrphasenschwingung versetzt, wodurch die Schwingung des gesamten Apparatesystems aufgehoben wird.
Im Falle von JP 2002-147454 A ist es jedoch notwendig, einen Schwingungsdetektionssensor von neuem für den Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 herzustellen, wodurch die Kosten der Teile steigen.
Da dieser Schwingungsdetektionssensor an der Seite des Pumpendämpfers 301, der Seite der Kammer 300 usw. angeordnet ist, muss zuvor ein Installationsraum um den Pumpendämpfer 301, die Kammer 300 usw. gesichert werden, und zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Schwingungsdetektionssensor und der Steuervorrichtung 200 ist es notwendig, eine Signalleitung zwischen dem Pumpendämpfer 301, der Kammer 300 usw. von neuem bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben genannten herkömmlichen Problems gemacht und daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer magnetischen Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, einer magnetischen Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung und einer Pumpvorrichtung mit den eingebauten magnetischen Lagervorrichtungen, in welchen es möglich ist, eine Verringerung in der Schwingung in dem gesamten Apparatesystem, einschließlich der Geräte, die zu der Vakuumpumpe gehören, zu erreichen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Erfindung daher eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, umfassend: einen Rotor; Elektromagneten, die eine Schwebekraft auf den Rotor ausüben; einen Statorabschnitt, an dem die Elektromagneten befestigt sind; ein Verschiebungserfassungsmittel zum Erfassen einer relativen radialen und/oder axialen Verschiebung des Rotors in Bezug auf den Statorabschnitt; einen Steuerkompensator für das magnetische Lager, der ein Einstellungsmaß der Schwebekraft auf der Basis der relativen Verschiebung berechnet, die von dem Verschiebungserfassungsmittel erfasst wird; ein Elektromagnetsteuermittel zum Einstellen der Schwebekraft entsprechend einem Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird; ein Schwingungserfassungsmittel zum Erfassen einer vorbestimmten physikalischen Größe eines stationären Geräteabschnitts, dessen Position relativ zu dem Statorabschnitt festgesetzt ist; und ein Additionsmittel zum Addieren eines Ausgangs des Schwingungserfassungsmittels, mit umgekehrter Ausgangspolarität, zu einem Übertragungssignal eines Rückkopplungssteuermittels des magnetischen Lagers, das mindestens aus dem Verschiebungserfassungsmittel, dem Steuerkompensator für das magnetische Lager und dem Elektromagnetsteuermittel gebildet ist; wobei die magnetische Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die vorbestimmte physikalische Größe mindestens eines von einer Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts, einer Verschiebung, einer Geschwindigkeit und einer Zuwachsbeschleunigung ist, wobei jedes von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung durch Differenzieren oder Integrieren der Beschleunigung in erforderlichen Wiederholungen erhalten wird; und die Beschleunigung ein Transformationsergebnis ist, das durch Transformation eines ersten Multiplikationsergebnisses in eine Zeitdomäne erhalten wird, wobei das erste Multiplikationsergebnis durch Multiplizieren einer Laplace-Transformation der relativen Verschiebung des Rotors, die von dem Verschiebungserfassungsmittel erfasst wird, mit einer vorbestimmten Übertragungsfunktion erhalten wird.
Das Schwingungserfassungsmittel erfasst die vorbestimmte physikalische Größe des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts und gibt diese an das Additionsmittel aus. Ferner kehrt das Additionsmittel die Polarität des Signals um, das von dem Schwingungserfassungsmittel ausgegeben wird, und addiert dieses zu dem Ausgang des Rückkopplungssteuermittels des magnetischen Lagers.
Infolgedessen kann die magnetische Lagervorrichtung mit einer Schwingungsbegrenzungsfunktion versehen werden.
Die Laplace-Transformation der Verschiebung des Rotors bezieht sich auf Y(s) in Gleichung 5.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, die ein Ungleichgewichtskrafterfassungsmittel zum Erfassen oder Schätzen einer Ungleichgewichtskraft, die auf den Rotor wirkt, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung ein Transformationsergebnis ist, das durch Transformation eines Additionsergebnisses in die Zeitdomäne erhalten wird, wobei das Additionsergebnis durch Addieren eines zweiten Multiplikationsergebnisses, das durch Multiplizieren einer Laplace-Transformation einer Variation in der Ungleichgewichtskraft, die auf den Rotor wirkt, die von dem Ungleichgewichtskrafterfassungsmittel erfasst oder geschätzt wird, mit einem Reziprokwert einer Masse des Rotors erhalten wird, zu dem ersten Multiplikationsergebnisses erhalten wird.
Infolgedessen kann die magnetische Lagervorrichtung mit einer Schwingungsbegrenzungsfunktion versehen werden, um die Schwingung zu begrenzen, die in dem stationären Geräteabschnitt und/oder dem Statorabschnitt aufgrund der Ungleichgewichtskraft erzeugt wird, die auf den Rotor wirkt.
Die Laplace-Transformation der Änderung in der Ungleichgewichtskraft bezieht sich auf u_b(s) in Gleichung 4.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Übertragungsfunktion durch eine Übertragungsfunktion, die dem Rückkopplungssteuermittel des magnetischen Lagers eigen ist, wobei die Übertragungsfunktion ein Verhältnis zwischen der relativen Verschiebung des Rotors und einer Kraft ist, die zwischen den Elektromagneten und dem Rotor aufgrund der relativen Verschiebung wirkt, und durch eine Masse des Rotors ausgedrückt wird.
Die vorbestimmte Übertragungsfunktion ist eine Funktion, die durch die Masse des Rotors und die Übertragungsfunktion, die dem Rückkopplungssteuermittel des magnetischen Lagers eigen ist, definiert ist. Hier ist die Übertragungsfunktion, die dem Rückkopplungssteuermittel des magnetischen Lagers eigen ist, eine Funktion, die in der Konstruktionsstufe für das magnetische Lager bestimmt wird.
Infolgedessen ist es möglich, die vorbestimmte Übertragungsfunktion nur mit den Parametern in der magnetischen Lagervorrichtung zu berechnen, ohne einen Schwingungssensor von neuem bereitstellen zu müssen.
Die Übertragungsfunktion, die dem Rückkopplungssteuermittel des magnetischen Lagers eigen ist, bezieht sich auf F(s) in Gleichung 4 und 5.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, enthaltend: einen Rotor; Elektromagneten, die eine Schwebekraft auf den Rotor ausüben; einen Statorabschnitt, an dem die Elektromagneten befestigt sind; ein Verschiebungserfassungsmittel zum Erfassen einer relativen radialen und/oder axialen Verschiebung des Rotors in Bezug auf den Statorabschnitt; einen Steuerkompensator für das magnetische Lager, der ein Einstellungsmaß der Schwebekraft auf der Basis der relativen Verschiebung berechnet, die von dem Verschiebungserfassungsmittel erfasst wird; ein Elektromagnetsteuermittel zum Einstellen der Schwebekraft entsprechend einem Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird; ein Schwingungserfassungsmittel zum Erfassen einer vorbestimmten physikalischen Größe eines stationären Geräteabschnitts, dessen Position relativ zu dem Statorabschnitt festgesetzt ist; und ein Additionsmittel zum Addieren eines Ausgangs des Schwingungserfassungsmittels, mit umgekehrter Ausgangspolarität, zu einem Übertragungssignal eines Rückkopplungssteuermittels des magnetischen Lagers, das mindestens aus dem Verschiebungserfassungsmittel, dem Steuerkompensator für das magnetische Lager und dem Elektromagnetsteuermittel gebildet ist; wobei die magnetische Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die vorbestimmte physikalische Größe mindestens eines von einer Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts, einer Verschiebung, einer Geschwindigkeit und einer Zuwachsbeschleunigung ist, wobei jedes von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung durch Differenzieren oder Integrieren der Beschleunigung in erforderlichen Wiederholungen erhalten wird; und die Beschleunigung ein Subtraktionsergebnis ist, das durch Subtrahieren eines Ergebnisses, das durch Durchführen einer Differenzierung zweiter Ordnung an der relativen Verschiebung des Rotors, die von dem Verschiebungserfassungsmittel erfasst wird, erhalten wird, von einem dritten Multiplikationsergebnis erhalten wird, das durch Multiplizieren entweder des Berechnungsergebnisses des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird, oder eines Additionsergebnisses von dem Additionsmittel mit einem Reziprokwert einer Masse des Rotors erhalten wird.
Wenn das Additionsmittel den Ausgang des Schwingungserfassungsmittels mit umgekehrter Polarität des Ausgangs zu dem Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft addiert, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird, ist die Beschleunigung das Subtraktionsergebnis, das durch Subtrahieren des Ergebnisses, das durch Durchführen einer Differenzierung zweiter Ordnung an der relativen Verschiebung des Rotors, die von dem Verschiebungserfassungsmittel erfasst wird, erhalten wird, von dem dritten Multiplikationsergebnis erhalten wird, das als Ergebnis der Multiplikation des Additionsergebnisses, das von dem Additionsmittel erhalten wird, mit dem Reziprokwert der Masse des Rotors erhalten wird.
Anders als im ersten Aspekt der Erfindung wird keine Berechnung der Übertragungsfunktion durchgeführt, wenn die Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts erfasst wird. Stattdessen wird die Schwebekraft selbst, die an den Rotor von den Elektromagneten angelegt wird, verwendet. Als Schwebekraft wird das Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird, oder das Additionsergebnis, das durch Addition von dem Additionsmittel erhalten wird, verwendet.
Auf diese Weise wird beim Erfassen der Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts das Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird, oder das Additionsergebnis, das durch Addition von dem Additionsmittel erhalten wird, das bereits bekannt ist, verwendet, so dass die Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts unter Verwendung einer kostengünstigen Rechnervorrichtung exakt berechnet werden kann.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, die ein Magnetflusserfassungsmittel zum Erfassen einer Variation in einem Magnetfluss umfasst, der zwischen den Elektromagneten und dem Rotor erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Multiplikationsergebnis als das dritte Multiplikationsergebnis verwendet wird, das durch Verwendung eines Wertes erhalten wird, der proportional zu der Variation in dem Magnetfluss ist, die von dem Magnetflusserfassungsmittel erfasst wird, anstelle des Berechnungsergebnisses des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird.
Als das Einstellungsmaß der Schwebekraft, die auf den Rotor von den Elektromagneten ausgeübt wird, wird ein Wert verwendet, der zu der Variation in dem Magnetfluss proportional ist, die von dem Magnetflusserfassungsmittel erfasst wird.
Somit wird die Berechnung der Übertragungsfunktion nicht ausgeführt, und somit ist es möglich, die Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts unter Verwendung einer kostengünstigen Rechnervorrichtung exakt zu berechnen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, enthaltend: einen Induktionsmotor zum Drehen des Rotors; und ein Motorsteuermittel zum Steuern eines Erregungszustandes des Induktionsmotors, dadurch gekennzeichnet dass, wenn die vorbestimmte physikalische Größe von dem Schwingungserfassungsmittel erfasst werden soll, das Motorsteuermittel den Induktionsmotor in einen nicht erregten Zustand bringt.
Allgemein gesagt, wenn ein Motor einen Permanentmagneten als Feldmittel verwendet, ist es wegen der ungewissen Änderungen in den Eigenschaften, wie einer Entmagnetisie rung des Permanentmagneten, schwierig, die Kraft, die auf den Rotor wirkt, exakt zu bestimmen.
Unter Verwendung eines Induktionsmotors ohne Permanentmagneten jedoch ist es möglich, wenn eine vorbestimmte physikalische Größe von dem Schwingungserfassungsmittel erfasst wird, den Einfluss des Induktionsmotors auf den Rotor zu beseitigen, indem dem Induktionsmotor keine Elektrizität zugeleitet wird.
Daher ist es möglich, die vorbestimmte physikalische Größe exakt zu erfassen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, die ein Kerbfilter vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung enthält, das zum Verfolgen einer Rotationsfrequenz des Rotors ausgebildet ist, um eine Frequenzkomponente der Rotationsfrequenz zu eliminieren, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines von Beschleunigung, der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung ein Ergebnis ist, das durch Hindurchleiten des Subtraktionsergebnisses durch das Kerbfilter vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung erhalten wird.
Die Ungleichgewichtskraft, die auf den Rotor wirkt, wird auf eine Sinuswelle genähert, deren Frequenz die Rotationsfrequenz des Rotors ist. Angesichts dessen ist durch Bereitstellen eines Kerbfilters vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung, das die Rotationsfrequenz des Rotors verfolgt, um die Frequenzkomponente zu beseitigen, möglich, die Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts zu erfassen, ohne das Ergebnis zu berücksichtigen, dass um die Rotationsfrequenz des Rotors erhalten wird.
Dies führt zur Erzeugung eines Totbandes um die Rotationsfrequenz des Rotors. In den anderen Frequenzbändern jedoch ist es möglich, den Einfluss der Ungleichgewichtskraft zu beseitigen, um die Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts exakt zu berechnen.
Die Rotationsfrequenz bezieht sich auf die Anzahl von Umdrehungen pro Sekunde.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, die ein Tiefpassfilter enthält, durch das mindestens eines von der Beschleunigung, der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung hindurchgeleitet wird.
Aufgrund der Bereitstellung des Tiefpassfilters, durch das die Beschleunigung usw. hindurchgeleitet wird, ist es möglich, die Berechnung durch eine strictly-proper Formel in der Laplace-Domäne durchzuführen.
Infolgedessen ist kein Differentiator in dem Berechnungsprozess erforderlich, so dass es möglich ist, die Stabilität des Rückkopplungssteuersystems zu verbessern, dass die Schwingungsbegrenzungssteuerung auf der Basis der Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts durchführt, und eine Verringerung im Rauschen zu erreichen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, die ein Schwingungsbegrenzungssteuerkompensationsmittel zum Durchführen mindestens einer von einer Verstärkungseinstellung und/oder Phasenkompensation, einer PID-Steuerung und anderen Steuerkompensation an dem Ausgang des Schwingungserfassungsmittels enthält.
Das Schwingungsbegrenzungssteuerkompensationsmittel kann aus einem Kompensator bestehen, der eine Verstärkungseinstellung und/oder Phasenkompensation an dem Ausgangssignal des Schwingungserfassungsmittels vornimmt, oder aus einem PID-Steuerkompensator oder einer anderen Art von Steuerkompensatoren, wie einem Optimalsteuerkompensator, einem H∞-Steuerkompensator oder einem Gleitmodussteuerkompensator. Ferner ist es auch möglich, eine Kombination von mindestens zwei dieser Kompensatoren zu verwenden.
Die oben genannte Anordnung ermöglicht, die Schwingung effektiv ohne streuende Schwingung des Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts zu begrenzen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung, enthaltend: einen Rotor; Elektromagneten, die eine Schwebekraft auf den Rotor ausüben; einen Statorabschnitt, an dem die Elektromagneten befestigt sind; ein Verschiebungserfassungsmittel zum Erfassen einer relativen radialen und/oder axialen Verschiebung des Rotors in Bezug auf den Statorabschnitt; einen Steuerkompensator für das magnetische Lager, der ein Einstellungsmaß der Schwebekraft auf der Basis der relativen Verschiebung berechnet, die von dem Verschiebungserfassungsmittel erfasst wird; ein Elektromagnetsteuermittel zum Einstellen der Schwebekraft entsprechend einem Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird; ein Schwingungserfassungsmittel zum Erfassen einer vorbestimmten physikalischen Größe eines stationären Geräteabschnitts, dessen Position relativ zu dem Statorabschnitt festgesetzt ist, wobei die magnetische Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die vorbestimmte physikalische Größe mindestens eines von einer Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts, einer Verschiebung, einer Geschwindigkeit und einer Zuwachsbeschleunigung ist, wobei jedes von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung durch Differenzieren oder Integrieren der Beschleunigung in erforderlichen Wiederholungen erhalten wird; und die Beschleunigung ein Transformationsergebnis ist, das durch Transformation eines ersten Multiplikationsergebnisses in eine Zeitdomäne erhalten wird, wobei das erste Multiplikationsergebnis durch Multiplizieren einer Laplace-Transformation der relativen Verschiebung des Rotors, die von dem Verschiebungserfassungsmittel erfasst wird, mit einer vorbestimmten Übertragungsfunktion erhalten wird.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung, enthaltend: einen Rotor; Elektromagneten, die eine Schwebekraft auf den Rotor ausüben; einen Statorabschnitt, an dem die Elektromagneten befestigt sind; ein Verschiebungserfassungsmittel zum Erfassen einer relativen radialen und/oder axialen Verschiebung des Rotors in Bezug auf den Statorabschnitt; einen Steuerkompensator für das magnetische Lager, der ein Einstellungsmaß der Schwebekraft auf der Basis der relativen Verschiebung berechnet, die von dem Verschiebungserfassungsmittel erfasst wird; ein Elektromagnetsteuermittel zum Einstellen der Schwebekraft entsprechend einem Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird; ein Schwingungserfassungsmittel zum Erfassen einer vorbestimmten physikalischen Größe eines stationären Geräteabschnitts, dessen Position relativ zu dem Statorabschnitt festgesetzt ist, wobei die magnetische Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die vorbestimmte physikalische Größe mindestens eines von einer Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts und/oder des Statorabschnitts, einer Verschiebung, einer Geschwindigkeit und einer Zuwachsbeschleunigung ist, wobei jedes von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung durch Differenzieren oder Integrieren der Beschleunigung in erforderlichen Wiederholungen erhalten wird; und die Beschleunigung ein Subtraktionsergebnis ist, das durch Subtrahieren eines Ergebnisses, das durch Durchführen einer Differenzierung zweiter Ordnung an der relativen Verschiebung des Rotors, die von dem Verschiebungserfassungsmittel erfasst wird, erhalten wird, von einem dritten Multiplikationsergebnis erhalten wird, das durch Multiplizieren des Berechnungsergebnisses des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird, mit einem Reziprokwert einer Masse des Rotors erhalten wird.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung, die ein Magnetflusserfassungsmittel zum Erfassen einer Variation in einem Magnetfluss enthält, der zwischen den Elektromagneten und dem Rotor erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Multiplikationsergebnis als das dritte Multiplikationsergebnis verwendet wird, das durch Verwendung eines Wertes erhalten wird, der proportional zu der Variation in dem Magnetfluss ist, die von dem Magnetflusserfassungsmittel erfasst wird, anstelle des Berechnungsergebnisses des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator für das magnetische Lager erhalten wird.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Pumpvorrichtung mit entweder einer Schwingungsbegrenzung oder Schätzungsfunktion für die Schwingung, die eine Vakuumpumpe mit einer eingebauten magnetischen Lagervorrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe in einem zugehörigen Gerät eingebaut und dazu ausgebildet ist, ein vorbestimmtes Gas aus dem zugehörigen Gerät anzusaugen.
Die Vakuumpumpe ist in dem zugehörigen Gerät eingebaut und an ihr ist die magnetische Lagervorrichtung entweder mit Schwingungsbegrenzung oder mit Schätzungsfunktion für die Schwingung montiert.
Die oben genannte Anordnung ermöglicht, eine Verringerung oder Schätzung der Schwingung in dem gesamten Apparatesystem zu erreichen, einschließlich der Geräte, die zu der Vakuumpumpe gehören, ohne einen Schwingungssensor von neuem bereitzustellen.
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur anhand eines weiteren Beispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von welchen:
1 ein schematisches Diagramm ist, das ein gesamtes Apparatesystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Blockdiagramm ist, das das gesamte Apparatesystem zeigt;
3 ein Diagramm ist, das ein Bewegungsmodell des gesamten Apparatesystems zeigt;
4 ein schematisches Diagramm ist, das ein gesamtes Apparatesystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein schematisches Diagramm ist, das ein anderes Beispiel eines gesamten Apparatesystems gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Diagramm ist, das ein Bewegungsmodell des gesamten Apparatesystems zeigt;
7 ein Blockdiagramm ist, das eine Hochverstärkungs-Magnetfluss-Rückkopplungsteuerung zeigt;
8 ein Blockdiagramm ist, das das Prinzip eines Kerbfilters vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung zeigt;
9 ein Blockdiagramm ist, das ein Verfahren zum Berechnen der Beschleunigung eines stationären Geräteabschnitts zeigt;
10 eine Längsschnittansicht einer herkömmlichen Turbomolekularpumpe ist; und
11 ein schematisches Diagramm ist, das ein gesamtes herkömmliches Apparatesystem zeigt.
In der Folge wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein gesamtes Apparatesystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Komponenten, die dieselben wie in 11 sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und eine Beschreibung solcher Komponenten wird unterlassen.
Eine Steuervorrichtung 500, die in 1 dargestellt ist, enthält, zusätzlich zu der herkömmlichen Steuervorrichtung 200, die mit einem Rückkopplungssteuermittel des magnetischen Lagers ausgestattet ist, einen Schwingungsdetektor 503, der als Schwingungserfassungsmittel dient, einen Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504, der als Schwingungsbegrenzungssteuerkompensationsmittel dient, und einen Addierer 505, der als Additionsmittel dient.
In den Schwingungsdetektor 503 werden Verschiebungssignale eingegeben, die von Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100 ausgegeben werden.
Ferner werden in den Schwingungsdetektor 503 ein erstes Multiplikationsergebnis, das durch Multiplikation einer Laplace-Transformation einer Verschiebung des Rotors 103 und einer vorbestimmten Übertragungsfunktion erhalten wird, und ein zweites Multiplikationsergebnis, das durch Multiplikation einer Laplace-Transformation einer Variation in einer Ungleichgewichtskraft, die auf den Rotor 103 wirkt, und dem Reziprokwert der Masse des Rotors 103 erhalten wird, addiert, und das Additionsergebnis wird in eine Zeitdomäne transformiert, wobei das Transformationsergebnis als Beschleunigungssignal eines stationären Geräteabschnitts 600 ausgegeben wird.
Ferner werden in dem Schwingungsdetektor 503 die erforderlichen Parameter für die Berechnung einer Übertragungsfunktion zuvor bestimmt (oder zuvor gemessen) und in einer Speichervorrichtung (nicht dargestellt) oder dergleichen gespeichert. Das Ausgangssignal des Schwingungsdetektors 503 wird an den Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 als Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 ausgegeben.
Der stationäre Geräteabschnitt 600 bezieht sich auf die Kammer 300 und den Abschnitt des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100, der nicht der Rotor 103 ist.
Der Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 multipliziert das Beschleunigungssignal, das von dem Schwingungsdetektor 503 ausgegeben wird, mit einem Verstärkungsfaktor mit einer vorbestimmten Frequenzeigenschaft, um die Verstärkung einzustellen, und führt eine Phasenkompensation durch, um eine Divergenz oder Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 zu verhindern.
In den Addierer 505 werden ein Positionssteuerkraftbefehlssignal, das ein Ausgangssignal des Kompensators 201 ist, und ein Beschleunigungseinstellsignal, das ein Ausgangssignal des Schwingungsbegrenzungssteuerkompensators 504 ist, eingegeben. Zur Begrenzung der Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 ist der Addierer 505 dazu ausgebildet, die Polarität (positiv/negativ) des Beschleunigungseinstellsignals umzukehren und dieses zu dem Positionssteuerkraftbefehlssignal zu addieren.
Ein Steuerkraftbefehlswert, der ein Additionsergebnis ist, das von dem Addierer 505 erhalten wird, wird an den Verstärker 202 ausgegeben, der als das Elektromagnetensteuermittel dient. Infolgedessen wird eine Schwebestützkraft an den Rotor 103 von dem Verstärker 202 durch die Elektromagneten 104, 105, 106A und 106E angelegt. Zu diesem Zeitpunkt empfangen die Elektromagneten 104, 105, 106A und 106B (das heißt, der stationäre Geräteabschnitt 600) die Reaktionskraft der Schwebestützkraft. Da die Reaktionskraft eine Kraft enthält, die die Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 begrenzt, wird eine Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 durch diese Kraft begrenzt.
Anders als bei dem Apparatesystem, das in 11 dargestellt ist, hat das Apparatesystem, das in 1 dargestellt ist, einen Pumpenbefestigungsabschnitt 304, der zwischen dem Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 und der Kammer 300 bereitgestellt ist.
Dieser Pumpenbefestigungsabschnitt 304 ist mit einer zylindrischen Befestigungssäule 305 ausgestattet, und dazu ausgebildet, den Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 an der Kammer 300 zu befestigen.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein Ende der Befestigungssäule 305 an der Kammer 300 mit Hilfe eines Flansches (nicht dargestellt) befestigt, und ihr anderes Ende wird an der Einlassöffnung 101 des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100 mit Hilfe eines Flansches 303 befestigt.
Anschließend wird der Betrieb des Apparatesystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Zunächst wird ein Verfahren zum Ableiten der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, die ein Blockdiagramm ist, das das gesamte Apparatesystem zeigt. Die Komponenten, die dieselben wie jene von 1 sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und eine Beschreibung solcher Komponenten wird unterlassen.
2 zeigt einen Gerätedämpfer 401, dessen Funktion durch ein elastisches Element 401a mit einer Federkonstante kg und einen Reibungswiderstand 401b mit einem Viskositätskoeffizienten c_s modelliert werden kann.
Ferner wird der Rotor 103 des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100 durch die Elektromagneten 104, 105, 106A und 106B in einem Schwebezustand gehalten.
In der Laplace-Domäne kann die Steifigkeit in dieser Schwebehalterung radial durch eine Übertragungsfunktion F_r(s) ausgedrückt werden, deren Eingang die Laplace-Transformation der radialen Verschiebung des Rotors 103 in Bezug auf den stationären Geräteabschnitt 600 ist und deren Ausgang die Laplace-Transformation einer Änderung in der Kraft ist, die von den Elektromagneten 104 und 105 an den Rotor 103 angelegt wird.
Ferner kann in Bezug auf die Achsenrichtung die Steifigkeit in dieser Schwebehalterung durch eine Übertragungsfunktion F_a(s) ausgedrückt werden, deren Eingang die Laplace-Transformation der axialen Verschiebung des Rotors 103 in Bezug auf den stationären Geräteabschnitt 600 ist und deren Ausgang die Laplace-Transformation einer Änderung in der Summe der Kräfte ist, die von den Elektromagneten 106A und 106B an den Rotor 103 angelegt werden.
Somit können diese Übertragungsfunktionen F_r(s) und F_a(s) als Übertragungsfunktionen betrachtet werden, die dem Rückkopplungssteuermittel des magnetischen Lagers eigen sind, das aus dem Kompensator 201, dem Verstärker 202 usw. der Steuervorrichtung 500 besteht.
Ferner ist der Turbomolekularpumpenhauptkörper 100, im Gegensatz zu dem herkömmlichen, an der Kammer 300 befestigt, so dass der stationäre Geräteabschnitt 600, das heißt, die Kammer 300 und der Abschnitt des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100, der nicht der Rotor 103 ist, als integrale Einheit betrachtet werden können.
Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, dass das Bewegungsmodell zwischen dem Boden 400, dem stationären Geräteabschnitt 600 und dem Rotor 103 als das Modell, das in 3 gezeigt ist, sowohl in radialer Richtung wie auch in axialer Richtung dargestellt werden kann.
In 3 stellt die Verschiebung x_b(t) die absolute Verschiebung des Bodens 400 dar. Und die Verschiebung x_s(t) zeigt die absolute Verschiebung des stationären Geräteabschnitts 600, und die Verschiebung x_r(t) zeigt die absolute Verschiebung des Rotors 103.
Ferner gibt die Masse m_s die Masse des stationären Geräteabschnitts 600 an, und die Masse m_r gibt die Masse des Rotors 103 an.
Ferner gibt die Störkraft b_p(t) die Störkraft an, die auf den stationären Geräteabschnitt 600 wirkt. Die Störkraft b_p(t) kann zum Beispiel eine Schwingung usw. sein, die von der trocken laufenden Vakuumpumpe, die an den Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 angeschlossen ist, übertragen wird.
Ferner ist die Ungleichgewichtskraft u_b(t) die unausgeglichene Kraft, die aufgrund einer Positionsabweichung zwi schen der Konfigurationsmittelachse und der Trägheitsmittelachse des Rotors 103 erzeugt wird.
Unter der Annahme, dass die relative Verschiebung des Rotors 103 in Bezug auf den stationären Geräteabschnitt 600 y(t) ist, kann diese relative Verschiebung wie in Gleichung 1 definiert werden. y(t) = xr(t) – xs(t) Gleichung 1
Ferner kann in 2 durch Definition einer Funktion f, während die Tatsache ausgedrückt wird, dass der Rotor 103 von dem stationären Geräteabschnitt 600 in einem Schwebezustand gehalten wird, als Verhältnis zwischen der relativen Verschiebung y(t) und der Kraft, die auf den Rotor 103 von den Elektromagneten 104 und 105 oder den Elektromagneten 106A und 106B ausgeübt wird, eine Gleichung der Bewegung des Rotors 103 wie in Gleichung 2 dargestellt ausgedrückt werden. –mr·ẍr(t) – f(y(t)) + ub(t) = 0 Gleichung 2
Durch Einfügen von Gleichung 1 kann Gleichung 2 ferner wie in Gleichung 3 dargestellt ausgedrückt werden. –mr{ÿ(t) + ẍs(t)} – f(y(t)) + ub(t)= 0 Gleichung 3
Hier kann f(y)(t) als lineare Gleichung von y(t) ausgedrückt werden, so dass durch Laplace-Transformation von Gleichung 3, wobei der Anfangswert 0 ist, Gleichung 4 erhalten wird. Das Symbol s gibt den Laplace-Operator an.
Die linke Seite von Gleichung 4 drückt die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 in der Laplace-Domäne aus. Durch Tranformation beider Seiten der Gleichung 4 in die Zeitdomäne ist es möglich, die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 zu erhalten.
Hier kann die relative Verschiebung y(t) durch die Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 erfasst werden. Bezüglich der Ungleichgewichtskraft u_b(t) kann diese durch Bilden eines Beobachters aus der Steuerkraft, mit der das magnetische Lager den Rotor 103 in einem Schwebezustand hält, und Verschiebung des Rotors 103, die von den Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 erfasst wird, geschätzt werden, wie zum Beispiel in "Construction of Magnetic Bearing Control System Endowed with Unbalance Compensating Function" (von Mizuno und Higuchi, Transactions of Society of Instrument and Control Engineers, 20, 12, S1095), und "Resilient Rotor Feed Forward Type Unbalance Force Compensating Control" (International Journal of Japan Society of Mechanical Engineers, Band C, 56, 528 (1990), S. 2056-2064) offenbart.
In diesen Beispielen wird die Ungleichgewichtskraft, die auf den Rotor 103 wirkt, von einem Beobachter geschätzt, und die Ungleichgewichtskraft, die auf den Rotor 103 wirkt, wird durch Optimalwertsteuerung ausgeglichen, wodurch die Schwingung des Rotors 103 begrenzt wird. In der vorliegenden Erfindung jedoch wird die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 durch Berechnung auf der Basis des Transformationsergebnisses von Gleichung 4 oder 5 (in der Folge beschrieben) in die Zeitdomäne erhalten, und diese Beschleunigung ist begrenzt, was bedeutet, dass sich die vorliegende Erfindung von den oben genannten Beispielen im Steuerobjekt- und Steuerverfahren unterscheidet. Während in diesen Beispielen die Schwingung des Rotors 103 begrenzt ist, wird in der vorliegenden Erfindung ferner der Rotor 103 absichtlich in Schwingung versetzt und durch Nutzung der Kraft, die auf den stationären Geräteabschnitt 600 aufgrund der Schwingung wirkt, wird die Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 begrenzt.
Wie aus Gleichung 4 oder 5 hervorgeht, hängt ferner die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 nicht von der Bedingung an der Seite des stationären Geräteabschnitts 600 ab und kann aus einem Parameter, der an der Seite des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100 vorliegt, und Verschiebungssignalen, die von den Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 erfasst werden, erhalten werden.
Anschließend wird der Betrieb zur Schwingungsbegrenzung des stationären Geräteabschnitts 600 auf der Basis der berechneten Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 beschrieben.
Der Schwingungsdetektor 503 der Steuervorrichtung 500 erhält die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 durch Berechnung des Ergebnisses der Transformation beider Seiten von Gleichung 4 in die Zeitdomäne, und gibt ein Signal aus, das diese Beschleunigung anzeigt.
Dieses Signal wird in den Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 eingegeben, wo die Verstärkung, wenn eine Addition zu dem Ausgang des Kompensators 201 ausgeführt wird, eingestellt wird. Ferner bilden in dem Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 die Steuervorrichtung 500, der Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 und der Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 das Rückkopplungssteuersystem, so dass eine Phasenkompensation oder dergleichen an dem Beschleunigungssignal vorgenommen wird, so dass der stationäre Geräteabschnitt 600 nicht divergieren oder schwingen kann.
Das Beschleunigungseinstellsignal, das von dem Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 ausgegeben wird, wird zu dem Addierer 505 gesendet, wo seine Polarität (positiv/negativ) umgekehrt wird, so dass die Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 begrenzt wird, und zu dem Positionssteuerkraftbefehlssignal addiert, das der Ausgang des Kompensators 201 ist.
Das Additionsergebnis, d. h., der Steuerkraftbefehlswert, wird an den Verstärker 202 ausgegeben, der die Elektromagneten 104, 105, 106A und 106B auf der Basis des Steuerkraftbefehlswertes von dem Addierer 505 erregt, um den Rotor 103 im Schwebezustand zu halten. Zu diesem Zeitpunkt empfangen die Elektromagneten 104, 105, 106A und 106B (das heißt, der stationäre Geräteabschnitt 600) eine Reaktionskraft der Schwebestützkraft, die an den Rotor 103 angelegt wird. Da diese Reaktionskraft eine Kraft anhält die die Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 begrenzt, wird die Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 durch diese Kraft begrenzt.
Auf diese Weise wird in Bezug auf die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 eine Kraft, die diese Beschleunigung begrenzt, in der Reaktionskraft der Schwebestützkraft erzeugt, die auf die Elektromagneten 104, 105, 106A und 106B wirkt, wodurch es möglich ist, die Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 zu begrenzen.
Somit können der Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 und die Steuervorrichtung 500 die Schwingung des gesamten Apparatesystems begrenzen.
Diese Schwingungsbegrenzung kann durch Verwendung nur der Verschiebungssignale der Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 und des Parameters an der Seite des Turbomolekularpumpenhauptkörpers 100 erreicht werden, ohne einen Schwingungsdetektionssensor oder dergleichen von neuem zu installieren.
Somit ist es möglich, eine Verringerung in der Schwingung in dem gesamten Apparatesystem, einschließlich der Geräte, die zu der Vakuumpumpe gehören, zu erreichen, ohne einen Sensor von neuem bereitzustellen.
Während in dieser zuvor beschriebenen Ausführungsform der Schwingungsdetektor 503 die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 durch Berechnung des Transformationsergebnisses von Gleichung 4 in die Zeitdomäne erhält, sollte dies nicht als einschränkend verstanden werden.
Das heißt, wenn der Einfluss, den die Ungleichgewichtskraft u_b(t), die auf den Rotor 103 wirkt, auf den stationären Geräteabschnitt 600 hat, vernachlässigt wird, ist es auch möglich, die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 durch Berechnung des Ergebnisses der Transformation in die Zeitdomäne des Multiplikationsergebnisses zu erhalten, das durch Multiplizieren der Verschiebung des Rotors 103 mit einer vorbestimmten Übertragungsfunktion erhalten wird, z. B. durch Berechnung des Ergebnisses der Transformation in die Zeitdomäne beider Seiten von Gleichung 5, die in der Folge dargestellt ist.
Während ferner in dieser Ausführungsform der Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 eine Verstärkungseinstellung und Phasenkompensation an dem Ausgangssignal des Schwingungdetektors 503 vornimmt, sollte dies nicht als ein schränkend verstanden werden. Es ist auch möglich, einen PID-Steuerkompensator, einen Optimalsteuerkompensator, einen H∞-Steuerkompensator, einen Gleitmodussteuerkompensator oder einen Kompensator einer anderen Art zu verwenden, oder eine Kombination aus mindestens zwei dieser Kompensatoren. Wenn ferner die Verschiebung des Rotors 103, der das Steuerobjekt des Kompensators 201 ist, und die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600, die das Steuerobjekt des Schwingungsbegrenzungssteuerkompensators 504 ist, nicht divergieren oder schwingen, besteht kein Bedarf, den Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 bereitzustellen.
Während ferner in dieser zuvor beschriebenen Ausführungsform der Addierer 505 das Beschleunigungseinstellsignal, das von dem Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 ausgegeben wird, zu dem Ausgangssignal des Kompensators 201 addiert, nachdem die Polarität (positiv/negativ) des Beschleunigungseinstellsignals umgekehrt wurde, und den Steuerkraftbefehlswert, der das Additionsergebnis davon ist, an den Verstärker 202 ausgibt, sollte dies nicht als einschränkend verstanden werden. Der Addierer 505 kann das Beschleunigungseinstellsignal zu jedem Signal addieren, solange es ein Übertragungssignal in der Rückkopplungssteuerschleife der Steuervorrichtung 500 ist.
Zum Beispiel kann der Addierer 505 zwischen den Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 und dem Kompensator 201 angeschlossen sein, und das Beschleunigungseinstellsignal, das von dem Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 ausgegeben wird, zu den Verschiebungssignalen von den Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 addieren, nachdem die Polarität (positiv/negativ) des Beschleunigungseinstellsignals umgekehrt wurde, und kann das Additionsergebnis an den Kompensator 201 ausgeben. Zu diesem Zeitpunkt führt der Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 eine Steuerkompensation entsprechend dem Übertragungssignal in der Rückkopplungssteuerschleife aus, in der das Beschleunigungseinstellsignal von dem Addierer 505 addiert wird, nachdem seine Polarität (positiv/negativ) umgekehrt wurde.
Wenn ferner, wie zuvor beschrieben, der Addierer 505 zwischen den Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 und dem Kompensator 201 angeschlossen ist, wird dem Kompensator 201 im Allgemeinen eine Funktion verliehen, durch die er andere Steuerkompensationen ausführt, wie eine Signalverstärkungseinstellung, Signalphasenkompensation, PID-Steuerkompensation, Optimalsteuerkompensation, M∞-Steuerkompensation, Gleitmodussteuerkompensation usw. Somit kann die Funktion, die von dem Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 ausgeführt wurde, leicht in den Kompensator 201 eingebaut werden.
Ferner ist diese Ausführungsform nicht nur bei einem 5-achsigen magnetischen Steuerlager anwendbar, sondern auch bei 3-achsigen und 1-achsigen magnetischen Steuerlagern. Zum Beispiel ist im Falle der 1-achsigen Steuerung nur ein Elektromagnet mit der Steuerfunktion für eine Achse vorhanden, so dass, wenn der stationäre Geräteabschnitt 600 schwingt, die Richtung, in die eine Kraft, die die Schwingung begrenzt, angelegt werden kann, eine Richtung ist, die eine Steuerung durch den Elektromagneten zulässt.
Während in dieser Ausführungsform die Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 durch Berechnen der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 begrenzt wird, kann dies auch durch Berechnen einer physikalischen Größe erreicht werden, die dem Ergebnis entspricht, das durch Differenzieren oder Integrieren der Beschleunigung in erforderlichen Wiederholungen erhalten wird, wie die Zuwachsbeschleunigung, Geschwindigkeit, Position des stationären Geräteabschnitts 600.
Anschließend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Während in dem Apparatesystem der ersten Ausführungsform Übertragungsfunktionen F_r(s) und F_a(s) berechnet werden, wenn die Kraft erhalten wird, die von den Elektromagneten 104 und 105 oder den Elektromagneten 106A und 106B auf den Rotor 103 ausgeübt wird, wird in dem Apparatesystem dieser Ausführungsform ein Steuerkraftbefehlswert usw., der von dem Addierer 505 ausgegeben wird, anstelle der Berechnung der Übertragungsfunktion F_r(s) und F_a(s) verwendet.
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein gesamtes Apparatesystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Komponenten, die dieselben wie jene von 1 sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und eine Beschreibung solcher Komponenten wird unterlassen.
Die Steuervorrichtung 550, wie in 4 dargestellt ist, ist anstelle des Schwingungsdetektors 503 der ersten Ausführungsform mit einer Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 ausgestattet, die als Schwingungserfassungsmittel und Motorsteuermittel dient.
Ein Steuerkraftbefehlswert, der der Ausgang des Addierers 505 ist, wird in diese Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 eingegeben. In der Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 wird dieser Steuerkraftbefehlswert verwendet, wenn die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 erhalten wird.
Ferner wird in dem Turbomolekularpumpenhauptkörper 150 dieser Ausführungsform ein Induktionsmotor 171 anstelle des Motors 121 der ersten Ausführungsform mit einem Permanentmagneten verwendet. Der Ausgang an diesen Induktionsmotor 171 von der Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 ist ein Nicht-Erregungssignal. Während die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 in der Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 533 berechnet wird, befindet sich der Induktionsmotor 171 in einem nicht erregten (frei laufenden) Zustand.
Ferner ist die Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 mit einem Kerbfilter 806 vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung (das in der Folge ausführlich beschrieben wird) versehen, um den Fehler aufgrund der Ungleichgewichtskraft u_b(t) auszugleichen, die auf den Rotor 103 wirkt.
Anstelle des Steuerkraftbefehlswertes, der von dem Addierer 505 ausgegeben wird, kann ein Magnetflusserfassungssignal, das eine Variation im Magnetfluss anzeigt, die zwischen dem Rotor 103 und den Elektromagneten 104 und 105 oder den Elektromagneten 106A und 106B erzeugt wird, in die Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 dieser Ausführungsform eingegeben werden. Dann ist es ebenso möglich, die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 auf der Basis der Variation in diesem Magnetfluss zu erhalten.
In diesem Fall, wie in 5 dargestellt ist, ist der Turbomolekularpumpenhauptkörper 150 mit einem Magnetflussdetektor 181 zum Erfassen der Variation in dem Magnetfluss, die zwischen dem Rotor 103 und den Elektromagneten 104 und 105 oder den Elektromagneten 106A und 106B erzeugt wird, ausgestattet, und das Erfassungsergebnis wird an die Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 ausgegeben.
Anschließend wird der Betrieb des Apparatesystems der zweiten Ausführungsform beschrieben.
Zunächst wird ein Verfahren zum Ableiten der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 beschrieben.
Bei der Beschreibung dieses Verfahrens zum Ableiten der Beschleunigung wird auf 2 Bezug genommen, die dasselbe Blockdiagramm ist, das das gesamte Apparatesystem zeigt und zur Beschreibung der ersten Ausführungsform verwendet wurde. 6 zeigt ein Bewegungsmodell, das auf der Basis dieses Blockdiagramms erstellt wurde.
Die Unterschiede zwischen dem Bewegungsmodell, das in 6 dargestellt ist, und jenem der ersten Ausführungsform (das in 3 dargestellt ist) sind wie folgt.
Erstens, während in dem Bewegungsmodell der ersten Ausführungsform die Funktionen f_r und f_a als Verhältnis zwischen der relativen Verschiebung y(t) und der Kraft, die durch die Elektromagneten 104 und 105 oder die Elektromagneten 106A und 106B auf den Rotor 103 ausgeübt wird, definiert ist, wird in dieser Ausführungsform keine Definition dieser Funktionen f_r und f_a vorgenommen. Stattdessen wird in dieser Ausführungsform das Einstellungsmaß der Schwebekraft für das magnetische Lager f_mb(t) selbst als die Kraft definiert, die durch die Elektromagneten 104 und 105 oder die Elektromagneten 106A und 106B auf den Rotor 103 ausgeübt wird.
Ferner berücksichtigt im Gegensatz zu dem Bewegungsmodell der ersten Ausführungsform das Bewegungsmodell dieser Ausführungsform eine Motorkraft f_mt(t) als die Kraft, die auf den Rotor 103 durch den Induktionsmotor 171 ausgeübt wird.
Wenn selbst in dem Fall der Turbomolekularpumpenhauptkörper 100 der ersten Ausführungsform die S- und N-Pole des Permanentmagneten an der Rotorseite des Motors 121 einander gegenüber liegen, wobei die Achse der Rotorwelle 113 dazwischen liegt, und die Elektromagneten an der Statorseite einander gegenüber liegen, wobei die Achse der Rotorwelle 113 dazwischen liegt, wird normalerweise nur die Drehmo mentkomponente in dem Rotor 103 erzeugt, und die Kraft, die zwischen den Magnetpolen des Permanentmagneten und den Elektromagneten des Motors 121 wirkt, wird vollständig ausgeglichen und somit Null. Somit besteht in diesem Fall kein Bedarf, die Motorkraft f_mt(t) zu berücksichtigen.
Tatsächlich jedoch kann ein Fehler im Magnetfluss des Permanentmagneten, versetzt zu der Rotorwelle 113 in Bezug auf die Elektromagneten an der Statorseite usw., auftreten. Aufgrund dieser Ursachen wird die Motorkraft f_mt(t) nicht auf Null gesetzt. Somit ist zur Minimierung des Fehlers in der Berechnung der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 wünschenswert, diese Motorkraft f_mt(t) zu berücksichtigen.
Ferner wird in dem Bewegungsmodell dieser Ausführungsform die Ungleichgewichtskraft u_b(t) auf eine Sinuswelle der Winkelgeschwindigkeit genähert, die gleich der Drehwinkelgeschwindigkeit ω des Rotors 103 ist (in der Folge als Ungleichgewichtskraft u_b(ωt) bezeichnet. Wie zuvor angeführt, ist diese Ungleichgewichtskraft u_b(ωt) eine Ungleichgewichtskraft, die aufgrund einer Positionsabweichung zwischen der Konstruktionsmittelachse und der Trägheitsmittelachse des Rotors 103 erzeugt wird, so dass die Ungleichgewichtskraft u_b(ωt) somit auf eine Sinuswelle genähert werden kann, deren Winkelgeschwindigkeit ω ist.
Gleichung 6 ist eine Gleichung der Bewegung für den Rotor 103, die zeigt, wie der Rotor 103 von dem stationären Geräteabschnitt 600 im Schwebezustand gehalten wird. –mrẍr(t) + fmb(t) + fmt(t) + ub(ωt) = 0 Gleichung 6
Durch Einfügen der relativen Verschiebung y(t), wie in Gleichung 1 definiert, kann ferner Gleichung 6 wie in Gleichung 7 ausgedrückt werden. –mr{ÿ(t) + ẍs(t)} + fmb(t) + fmt(t) + ub(ωt) = 0 Gleichung 7
Ferner wird durch eine gewisse Transformation von Gleichung 7 die folgende Gleichung 8 erhalten. ẍs(t) = (1/mr){fmb(t) + fmt(t) + ub(ωt)} – ÿ(t) Gleichung 8
Nun werden das Einstellausmaß der Schwebekraft für das magnetische Lager f_mb(t), die Motorkraft f_mt(t) und die Ungleichgewichtskraft u_b(ωt) untersucht.
Zunächst wird das Einstellausmaß der Schwebekraft für das magnetische Lager f_mb(t) untersucht.
Wie zuvor angegeben, sind in der ersten Ausführungsform die Funktionen f_r und f_a als Verhältnis zwischen der relativen Verschiebung y(t) und der Kraft, die auf den Rotor 103 von den Elektromagneten 104 und 105 oder den Elektromagneten 106A und 106B ausgeübt wird, definiert. Die Funktionen f_r und f_a werden in eine Laplace-Domäne transformiert, und die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 in der Laplace-Domäne wird aus den Übertragungsfunktionen F_r(s), F_a(s) usw. erhalten. Ferner wird dies in die Zeitdomäne transformiert, wodurch die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 erhalten wird.
Es müssen jedoch die erforderlichen Parameter zur Berechnung der Übertragungsfunktionen F_r(s) und F_a(s) im Voraus bestimmt oder gemessen werden, und diese müssen in dem Schwingungsdetektor 503 gespeichert werden. Ferner ist die Berechnung der Übertragungsfunktionen F_r(s) und F_a(s) an sich kompliziert, so dass eine Hochgeschwindigkeitsrechnereinheit erforderlich ist.
In dieser Ausführungsform wird im Gegensatz dazu anstelle der Berechnung der Übertragungsfunktionen F_r(s) und F_a(s) das Einstellausmaß der Schwebekraft für das magnetische Lager f_mb(t) selbst definiert, und ein Steuerkraftbefehlswert, der von dem Addierer 505 ausgegeben wird, wird als das Einstellausmaß der Schwebekraft für das magnetische Lager f_mb(t) verwendet. Auf diese Weise wird bei der Berechnung der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 der Steuerkraftbefehlswert, der ein bekannter Wert ist, verwendet, so dass selbst eine kostengünstige Rechnereinheit genügt.
Übrigens kann, wenn die Berechnung derart ausgeführt wird, dass der Steuerkraftbefehlswert als das Einstellausmaß der Schwebekraft für das magnetische Lager f_mb(t) angesehen wird, der Fehler zwischen dem tatsächlichen Einstellausmaß der Schwebekraft für das magnetische Lager f_mb(t) und diesem Steuerkraftbefehlswert ein Problem darstellen. Dieses Problem kann jedoch behoben werden, indem die Elektromagneten so angeordnet werden, dass sie in einer Ebene senkrecht zu der Rotorwelle 113 einander gegenüber liegen, wobei der Rotor 103 dazwischen liegt, und indem als Steuervorrichtung 550 eine Magnetflussrückkopplungssteuerung mit hoher Verstärkung verwendet wird, in der die Variation im Magnetfluss, die von den Elektromagneten 104 und 105 oder den Elektromagneten 106A und 106B erzeugt wird, rasch dem Steuerkraftbefehlswert folgt, der vom Addierer 505 ausgegeben wird.
7 ist ein Blockdiagramm, das diese Magnetflussrückkopplungssteuerung mit hoher Verstärkung zeigt. In 7 gibt F_r(s) die Laplace-Transformation der Variation im Steuerkraftbefehlswert f_r(t) an. Ferner gibt V_m(s) die Laplace-Transformation der Variation im Magnetflussbefehlswert v_m(t) an, I_m(s) gibt die Laplace-Transformation der Variation im Elektromagnet-Stromwert I_m(t) an, und φ_m(s) gibt die Laplace-Transformation der Variation im Magnetfluss φ_mb(t) der Elektromagneten an. Ferner gibt F_mb(s) die Laplace-Transformation der Variation in der Steuerkraft f_mb(t) der Elektromagneten an und X(s) gibt die Laplace-Transformation der Variation in dem Spalt zwischen den Elektromagneten und dem Rotor an. Ferner gibt R den Widerstand der Spulen der Elektromagneten an und L gibt die Induktivität der Elektromagneten an.
Indem die Verstärkung K₂ viel größer gestaltet wird als "L·s + R", werden der Magnetflussbefehlswert v_m(t) und der Steuermagnetfluss φ_m(t), der von den Elektromagneten 104 und 105 oder den Elektromagneten 106A und 106E erzeugt wird, in eine Eins-zu-Eins-Entsprechung miteinander gebracht. Ferner wird die Variation im Magnetfluss φ_m(t) in einem proportionalen Verhältnis mit dem Einstellausmaß der Schwebekraft f_mb(t) gehalten. Unter der Annahme, dass die proportionale Verstärkung K₁ der Reziprokwert dieser proportionalen Konstante K₄ ist, wird der Steuerkraftbefehlswert f_r(t) in eine Eins-zu-Eins-Entsprechung mit dem Einstellausmaß der Schwebekraft f_mb(t) gebracht.
Auf diese Weise ist es möglich, den Fehler zwischen dem tatsächlichen Einstellausmaß der Schwebekraft f_mb(t) und dem Steuerkraftbefehlswert zu minimieren.
Anschließend wird die Motorkraft f_mt(t) untersucht.
Wie oben angeführt, wird in dieser Ausführungsform die Motorkraft f_mt(t) bei der Berechnung der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 berücksichtigt.
Es ist jedoch ziemlich schwierig, diese Motorkraft f_mt(t) exakt zu bestimmen.
Daher wird in dieser Ausführungsform ein Induktionsmotor 171 anstelle des Motors 121 mit Permanentmagneten verwendet. Während der Periode, in der die Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 die Positionserfassung an dem Rotor 103 durchführen, und in der die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 berechnet wird, wird der Induktionsmotor 171 in einem nicht erregten Zustand gehalten, wodurch der Einfluss der Motorkraft f_mt(t) auf Null gebracht wird. Wenn, wie im Falle der ersten Ausführungsform, der Motor 121 mit Permanentmagneten verwendet wird, kann der Einfluss des Magnetflusses aufgrund der permanenten Elektromagneten nicht auf Null gebracht werden, so dass es immer notwendig ist, den Einfluss der Motorkraft f_mt(t) zu berücksichtigen.
Es ist wünschenswert, dass die Periode, in der der Induktionsmotor 171 in dem nicht erregten Zustand gehalten wird, wie folgt bestimmt wird. Wenn zum Beispiel der Turbomolekularpumpenhauptkörper 150 in einem Gerät, wie einem Elektronenmikroskop, verwendet wird, ist die Zeitperiode, in der eine Bildaufnahme mit dem Elektronenmikroskop durchgeführt wird, das heißt, die Zeitperiode, in der eine Begrenzung der Schwingung besonders erwünscht ist, mehrere Sekunden oder so. Somit reichen ungefähr einige zehn Sekunden bis eine Minute als Zeitperiode, in der der Induktionsmotor 171 in einem nicht erregten Zustand gehalten wird.
Während dieser Periode wird dem Rotor 103 von dem Induktionsmotor 171 kein Moment verliehen, so dass eine Verringerung in der Drehzahl des Rotors 103 ein Problem darstellen kann. Der Rotor 103 hat jedoch ein großes Trägheitsmoment, so dass keine große Verringerung in der Drehzahl in der Zeitperiode von einigen zehn Sekunden bis einer Minute oder so auftritt. Unter der Annahme, dass in der Kammer 300 eine ausreichende Gasevakuierung durchgeführt wurde, bevor ein Bild aufgenommen wird, ist es kaum möglich, dass eine Verringerung in der Drehzahl aufgrund der Gaslast in dieser Periode eintreten könnte. Somit sollte in der Periode, in der die Position des Rotors 103 erfasst und in der die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 berechnet wird, kein Problem verursacht werden, indem der Induktionsmotor 171 in den nicht erregten Zustand gebracht wird.
Wenn daher der Induktionsmotor 171 in der Periode, in der eine Schwingungsbegrenzung an dem Apparatesystem ausgeführt wird, in den nicht erregten Zustand gebracht wird, ist es somit möglich, die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 durch Gleichung 8 zu berechnen, während die Motorkraft f_mt(t) auf Null gesetzt ist.
Anschließend wird die Ungleichgewichtskraft u_b(ωt) untersucht.
Wie oben angeführt, kann die Ungleichgewichtskraft u_b(ωt) durch Bilden des Beobachters aus dem Einstellungsmaß der Schwebekraft des magnetischen Lagers und Informationen über die Rotorverschiebung, die von den Rotorpositionssensoren ausgegeben werden, geschätzt werden.
Die Berechnung, die auf dieser Beobachtertheorie basiert, kann jedoch ziemlich kompliziert sein.
Andererseits wird die Ungleichgewichtskraft u_b(ωt) auf eine Sinuswelle genähert, deren Winkelgeschwindigkeit die Drehwinkelgeschwindigkeit ω des Rotors 103 ist. Wenn daher die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 unter der Annahme, dass die Ungleichgewichtskraft u_b(ωt) Null ist, berechnet wird, wird der vorhandene Berechnungsfehler auf die Frequenz der Drehwinkelgeschwindigkeit ω des Rotors 103 eingegrenzt und in den anderen Frequenzbändern kann die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 exakt berechnet werden. Ferner ist auch das Unrundlau fen des Rotors 103 aufgrund dieser Ungleichgewichtskraft u_b(ωt) auf die Frequenz der Drehwinkelgeschwindigkeit ω begrenzt.
Indem das Berechnungsergebnis der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 mit dem Induktionsmotor 171 im nicht erregten Zustand durch ein Kerbfilter 806 vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung geleitet wird, besteht somit kein Bedarf, das Berechnungsergebnis um die Frequenz der Drehwinkelgeschwindigkeit ω des Rotors 103 zu berücksichtigen. Dies führt zu der Erzeugung eines Totbandes um die Frequenz der Drehwinkelgeschwindigkeit ω des Rotors 103. In anderen Frequenzbändern ist es jedoch möglich, die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 exakt zu berechnen.
Nun wird das Prinzip, auf dem das Kerbfilter 806 vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung beruht, ausführlich beschrieben.
Zunächst kann das Unrundlaufen x_d des Rotors 103 in Bezug auf den stationären Geräteabschnitt 600 durch Gleichung 9 durch Fourier-Expansion ausgedrückt werden. xd = xr – xs = Rr(ωt) + Er – {Rs(ωt) + Es} = Arsin(ωt + φr)Er + {Assin(ωt + φs) + Es} Gleichung 9wobei R_r(ωt) die Drehfrequenzkomponente (erzeugt durch die Ungleichgewichtskraft u_b) des Unrundlaufens des Rotors 103 ist; ω die Drehwinkelgeschwindigkeit des Rotors 103 ist; t die Zeit ist; E_r die Frequenzkomponente ist, die nicht die Drehfrequenzkomponente des Unrundlaufens des Rotors 103 ist; R_s(ωt) die Drehfrequenzkomponente des Rotors 103 der Verschiebung des stationären Geräteabschnitts 600 ist; Ar die Amplitude von R_r(ωt) ist; φ_r die Phase von R_r(ωt) ist; A_s die Amplitude von R_s(ωt) ist; und φ_s die Phase von R_s(ωt) ist.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Unrundlaufen x_d des Rotors 103 in Bezug auf den stationären Geräteabschnitt 600 von den Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 erfasst. Ferner wird die Drehwinkelgeschwindigkeit ω des Rotors 103 von dem RPM-Sensor oder dergleichen erfasst, der an dem Motor 121 usw. bereitgestellt ist.
Die folgende Berechnung wird an dem Detektionssignal x_d des Rotors 103 durchgeführt, das von den Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 erfasst wird.
Zunächst werden durch Multiplizieren des Detektionssignals x_d mit sin(ωt) und cos(ωt) die Gleichungen 10 und 11 erhalten. xd·sinωt = Arsin(ωt + φr)sinωt + Ersinωt – {Assin(ωt + φs)sinωt + Essinωt} Gleichung 10 xd·cosωt = Arsin(ωt + φr)cosωt + Ercosωt – {Assin(ωt + φs)cosωt + Escosωt} Gleichung 11
Ferner werden durch Einführen eines Additionstheorems einer trigonometrischen Funktion in Gleichungen 10 und 11 Gleichungen 12 und 13 erhalten. xd·sinωt = 1/2(Arcosφr – Ascosφs) – 1/2·{Arcos(2ωt + φr) + Ascos(2ωt + φr)} + (Er – Es) sinωt Gleichung 12 xd·cosωt = 1/2(Arsinφr – Assinφs) + 1/2·{Arsin(2ωt + φr) + Assin(2ωt + φr) + (Er – Es)cosωt Gleichung 13
Durch Hindurchleiten von Gleichungen 12 und 13 durch ein Tiefpassfilter, dessen Sperrfrequenz gering ist, wird die Wechselstromkomponente entfernt, wodurch Gleichungen 14 und 15 erhalten werden. ar = 1/2·{Arcosφr – Ascosφs) Gleichung 14 br = 1/2{Arsinφr – Assinφs) Gleichung 15
Ferner werden a_r und b_r in Gleichungen 14 und 15 mit sin(ωt) beziehungsweise cos(ωt) multipliziert und addiert, und dann zweifach verstärkt, wodurch, wie in Gleichung 16 dargestellt ist, die Drehfrequenzkomponente R_r(ωt) – R_s(ωt) des Unrundlaufens des Rotors 103 in Bezug auf den stationären Geräteabschnitt 600 erhalten wird. 2(arsinωt + brcosωt) = Ar(cosφr·sinωt + sinφr·cosωt) – As(cosφs·sinωt + sinφs·cosωt) = Arsin(ωt + φr) – Assin(ωt + φs) = Rr(ωt) – Rs(ωt) Gleichung 16
Ferner wird durch Subtraktion der Drehfrequenzkomponente R_r(ωt) – R_s(ωt) von Gleichung 16 von dem Detektionssignal x_d des Rotors 103, das von den Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 erhalten wird, ein Ergebnissignal x_o erhalten, wie in Gleichung 17 dargestellt ist. xo = xd – {Rr(ωt) – Rs(ωt)} = Rr(ωt) + Er – {Rs(ωt) + Es} – {Rs(ωt) – Rs(ωt)} = Er – Es Gleichung 17
Durch Ausgabe des Ergebnissignals x_o von Gleichung 17 an den Kompensator 201 der Steuervorrichtung 550, wird ausschließlich die Frequenzkomponente E_r – E_s, die nicht die Drehfrequenz des Unrundlaufens des Rotors 103 in Bezug auf den stationären Geräteabschnitt 600 ist, in dem Kompensator 201 erkannt.
8 ist ein Blockdiagramm, das das Prinzip des zuvor beschriebenen Kerbfilters 806 vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung zeigt.
In 8 entspricht ein Eingang 701 dem Detektionssignal x_d in Gleichungen 10 und 11. Ferner entsprechen eine Sinuswelle 702 und eine Kosinuswelle 703 sin(ωt) und cos(ωt), die in Gleichungen 10 und 11 multipliziert werden. Tiefpassfilter 704 und 705 entsprechen den Tiefpassfiltern, durch die Gleichungen 12 und 13 hindurchgeleitet werden. Als Ergebnis entspricht der Ausgang 706 von 8 der Drehfrequenzkomponente R_r(ωt) – R_s(ωt) der Verschiebung des Rotors 103 in Bezug auf den stationären Geräteabschnitt 600, die in Gleichung 16 berechnet wurde. Durch Subtrahieren dieses Ausgangs 706 von dem Eingang 701 (nicht dargestellt) wird das Ergebnissignal x_o von Gleichung 17 erhalten.
Auf der Basis der oben stehenden Untersuchungen des Einstellungsmaßes der Schwebekraft für das magnetische Lager, f_mt(t), der Motorkraft f_mt(t) und der Ungleichgewichtskraft u_b(ωt) wird die Gleichung 8 für die Berechnung der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 vereinfacht, wie in Gleichung 18 dargestellt ist. ẍs(t) = (1/mr)fmb(t) – ÿ(t) Gleichung 18
Unter der Annahme, dass der Anfangswert Null ist, kann Gleichung 18 wie in Gleichung 19 dargestellt in der Laplace-Domäne ausgedrückt werden. s2Xs(s) = (1/mr)Fmb(s) – s2Y(s) Gleichung 19
Hier wird Y(s) des zweiten Terms der rechten Seite von Gleichung 19 mit einem Koeffizienten multipliziert, der ein Quadrat des Laplace-Operators s ist. Somit ist Gleichung 19 keine echte (proper) Formel (das heißt, der Grad des Laplace-Operators s des Zählers ist größer als der Grad des Laplace-Operators s des Nenners), und diese Berechnung erfordert, wie aus Gleichung 18 hervorgeht, einen sekundären Differentiator zur Durchführung einer Differenzierung zweiter Ordnung an der relativen Verschiebung y(t).
Wenn ein Differentiator in dem Berechnungsprozess erforderlich ist, nimmt die Verstärkung mit einer Erhöhung der Frequenz zu, so dass, wenn ein Versuch unternommen wird, die Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 durch Rückkopplungseingabe dieses Berechnungsergebnisses in den Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator zu begrenzen, die Stabilität des Rückkopplungssteuersystems beeinträchtigt sein kann. Des Weiteren wird, allgemein gesagt, häufig Rauschen in einem Hochfrequenzband erzeugt, und neigt durch diesen Differentiator verstärkt zu werden.
Somit ist es wünschenswert, dass Gleichung 19 eine strictly-proper Gleichung ist (das heißt, eine Gleichung, in der der Grad des Laplace-Operators s des Zählers kleiner als der Grad des Laplace-Operators s des Nenners ist). Somit wird durch Hindurchleiten des Berechnungsergebnisses von Gleichung 19 durch das sekundäre Tiefpassfilter Gleichung 20 erhalten. In diesem Fall sind ζ und ω_c vorbestimmte Konstante.
Ferner wird durch Transformation von Gleichung 20 Gleichung 21 erhalten.
Die rechte Seite von Gleichung 21 ist eine strictly-proper Formel in Bezug auf alle Terme. Unter Verwendung dieser Gleichung 21 für die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 ist es möglich, eine Verbesserung im Sinne der Stabilität in dem Rückkopplungssteuersystem zur Schwingungsbegrenzung und eine Verringerung im Rauschen zu erhalten.
9 ist ein Blockdiagramm, das das oben genannte Verfahren zum Berechnen der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 zeigt.
In 9 entspricht ein Eingang 801 der Laplace-Transformation Y(s) der relativen Verschiebung y(t) in Gleichung 21. Ferner entspricht ein Eingang 802 der Laplace-Transformation F_mb(s) des Einstellungsmaßes der Schwebekraft für das magnetische Lager f_mb(t) in Gleichung 21. Ein Tiefpassfilter 803 entspricht dem Koeffizienten des dritten und vierten Terms der rechten Seite von Gleichung 21, und ein Tiefpassfilter 804 entspricht dem Koeffizienten des ersten und zweiten Terms der rechten Seite der Gleichung. Somit entspricht ein Zwischenausgang 805 der Laplace-Transformation s²X_s(s) der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 von Gleichung 21.
Ferner entspricht durch Hindurchleiten dieses Zwischenausgangs 805 durch das zuvor beschriebene Kerbfilter 806 vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung der Ausgang 807 von 9 der Laplace-Transformation der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600, die in Gleichung 18 berechnet wurde.
Anschließend wird der Betrieb zum Begrenzen der Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 auf der Basis der berechneten Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 beschrieben.
Der Schwingungsbegrenzungsbetrieb dieser Ausführungsform ist derselbe wie jener der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass eine Steuerung an dem Induktionsmotor 171 durch ein Nicht-Erregungssignal von dem Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 ausgeführt wird.
Wenn zum Beispiel ein Signal mit dem Ziel, dass eine Bildaufnahme oder dergleichen mit dem Elektronenmikroskop in Kammer 300 durchgeführt wird, in die Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 automatisch oder manuelle von der Seite der Kammer 300 (nicht dargestellt) eingegeben wird, bringt die Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 den Induktionsmotor 171 auf der Basis dieses Signals in einen nicht erregten Zustand.
Während der Periode, in der sich der Induktionsmotor 171 im nicht erregten Zustand befindet, wird die Berechnung des stationären Geräteabschnitts 600 in der Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 durchgeführt und das Beschleunigungssignal wird an den Schwingungsbegrenzungssteuerkompensator 504 ausgegeben. (Der Ablauf ab diesem Punkt ist derselbe wie in der ersten Ausführungsform).
Infolgedessen ist es möglich, eine Kraft, die die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 begrenzt, in der Reaktionskraft der Schwebehaltekraft zu erzeugen, die auf die Elektromagneten 104, 105, 106A und 106E wirkt, wodurch es möglich ist, die Schwingung des stationären Geräteabschnitts 600 zu begrenzen.
Wenn ein Signal mit dem Ziel, dass eine Bildaufnahme oder dergleichen mit dem Elektronenmikroskop beendet ist, in die Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 von der Seite der Kammer 300 (nicht dargestellt) eingegeben wird, erregt die Schwingungsdetektor/Motorsteuerung 553 den Induktionsmotor 171 auf der Basis dieses Signals.
Infolgedessen wird dem Rotor 103 von dem Induktionsmotor 171 ein Moment verliehen, und das magnetische Lager führt zum Beispiel eine Positionssteuerung an dem Rotor 103 aus, die dieselbe wie jene nach dem Stand der Technik ist.
Auf diese Weise wird, anstelle der Durchführung der Berechnung von Übertragungsfunktionen F_r(s) und F_a(s) die Berechnung der Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 unter Verwendung eines Steuerkraftbefehlswertes des magnetischen Lagers usw. durchgeführt, so dass es möglich ist, die Berechnung mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer kostengünstigen Rechnereinheit auszuführen.
Da ferner die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 auf der Basis einer strictly-proper Formel, wie Gleichung 21, erhalten wird, ist es möglich, eine Verbesserung im Sinne der Stabilität in dem Rückkopplungssteuersystem zur Schwingungsbegrenzung und eine Verringerung im Rauschen zu erreichen.
Während in dieser Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, die Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts 600 aus Gleichung 21 usw. erhalten wird, sollte dies nicht als einschränkend verstanden werden. Es ist wie in der ersten Ausführungsform auch möglich, eine physikalische Größe zu berechnen, die dem Ergebnis entspricht, das durch Differenzieren oder Integrieren der Beschleunigung in erforderlichen Wiederholungen erhalten wird, wie die Zuwachsbeschleunigung, Geschwindigkeit, Position des stationären Geräteabschnitts 600.
Während in der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Turbomolekularpumpenhauptkörper 150 an der Kammer 300 befestigt ist, sollte dies nicht als Einschränkung verstanden werden. Natürlich ist es besonders wünschenswert, dass der stationäre Geräteabschnitt 600 aus einem perfekt starren Körper besteht, da dies ermöglicht, die zuvor beschriebene Wirkung zu erzielen. Die Kammer 300 usw. besteht jedoch nicht immer aus perfekt starren Körpern.
Selbst in dem Fall, dass die Steifigkeit der Kammer 300 gering ist oder bei der Konstruktion, in der der Turbomolekularpumpenhauptkörper 150 an der Kammer 300 über die Pumpendämpfung 301 wie nach dem Stand der Technik befestigt ist, ist es möglich, eine Verringerung in der Schwingung in dem System mit dem Turbomolekularpumpenhauptkörper 100, 150 in seiner Mitte zu erreichen, so dass es möglich ist, ausreichend zu einer Verringerung in der Schwingung für das gesamte Apparatesystem beizutragen.
Während ferner in der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts 600 entsprechend jedem der Rotorpositionssensoren 107, 108 und 109 auf der Basis von Verschiebungssignalen von diesen Sensoren erhalten werden, um dadurch die Elektromagneten 104, 105, 106A und 106B zu steuern, sollte dies nicht als Einschränkung verstanden werden.
Allgemein gesagt, die Bewegung des Rotors 103 ist eine komplizierte Kombination aus der Bewegung einer Translationskomponente und der Bewegung einer Rotationskomponente. Und, wie dies üblicherweise der Fall ist, die Bewegung des Rotors 103 kann anhand der Erfassungsergebnisse, die von dem oberen radialen Sensor 107, dem unteren radialen Sensor 108 usw. erhalten werden, in eine Translationskomponente und eine Rotationskomponente zerlegt werden. Somit ist es durch Ermitteln der Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts 600 entsprechend jeder der Translationskomponente und der Rotationskomponente des Rotors 103 möglich, die Translationskomponente und die Rotationskomponente der Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts 600 zu erhalten.
Insbesondere werden die folgenden Berechnungen durchgeführt. Zuerst, wenn die Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts 600 entsprechend der Translationskomponente erhalten wird, wird die Translationskomponente der Verschiebung des Rotors 103 in die relative Verschiebung y(t) von Gleichung 8 eingesetzt. Wenn die Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts 600 entsprechend der Rotationskomponente erhalten wird, wird die Rotationskomponente der Verschiebung des Rotors 103 in die relative Verschiebung y(t) von Gleichung 8 eingesetzt und das Trägheitsmoment des Rotors 103 um seine Drehmittelachse wird in die Masse m_r von Gleichung 8 eingesetzt.
Dann wird aus der Beschleunigung usw. des stationären Geräteabschnitts 600 entsprechend der Translationskomponente und der Rotationskomponente, die die Ergebnisse der oben genannten Berechnungen sind, der Steuerkraftbefehlswert usw. für die oberen radialen Elektromagneten 104 und die unteren radialen Elektromagneten 105 wieder erhalten, wodurch die Elektromagneten 104 und 105 gesteuert werden.
Wie zuvor beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die magnetische Lagervorrichtung mit einem Schwingungserfassungsmittel, einem Additionsmittel und einem Steuermittel zur Schwingungsbegrenzung ausgestattet, wodurch es möglich ist, eine Verringerung in der Schwingung in dem gesamten Apparatesystem zu erreichen, einschließlich der Geräte, die zu der Vakuumpumpe gehören, ohne einen Schwingungssensor von neuem bereitzustellen.
Da ferner die magnetische Lagervorrichtung mit einem Schwingungserfassungsmittel ausgestattet ist, ist es möglich, eine Schwingungserfassung in dem gesamten Apparatesystem zu erreichen, einschließlich der Geräte, die zu der Vakuumpumpe gehören, ohne einen Schwingungssensor von neuem bereitzustellen.

Claims

Magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, umfassend: einen Rotor (103); Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B), die eine Schwebekraft auf den Rotor (103) ausüben; einen Statorabschnitt, an dem die Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B) befestigt sind; ein Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) zum Erfassen einer relativen radialen und/oder axialen Verschiebung des Rotors (103) in Bezug auf den Statorabschnitt; einen Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager, der ein Einstellungsmaß der Schwebekraft auf der Basis der relativen Verschiebung berechnet, die von dem Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) erfasst wird; ein Elektromagnetsteuermittel (202) zum Einstellen der Schwebekraft entsprechend einem Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager erhalten wird; ein Schwingungserfassungsmittel (503) zum Erfassen einer vorbestimmten physikalischen Größe eines stationären Geräteabschnitts (600), dessen Position relativ zu dem Statorabschnitt festgesetzt ist; und ein Additionsmittel (505) zum Addieren eines Ausgangs des Schwingungserfassungsmittels (503), mit umgekehr ter Ausgangspolarität, zu einem Übertragungssignal eines Rückkopplungssteuermittels des magnetischen Lagers, das mindestens aus dem Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109), dem Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager und dem Elektromagnetsteuermittel (202) gebildet ist; wobei die vorbestimmte physikalische Größe mindestens eines von einer Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts (600) und/oder des Statorabschnitts, einer Verschiebung, einer Geschwindigkeit und einer Zuwachsbeschleunigung ist, wobei jedes von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung durch Differenzieren oder Integrieren der Beschleunigung in erforderlichen Wiederholungen erhalten wird, und dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung ein Transformationsergebnis ist, das durch Transformation eines ersten Multiplikationsergebnisses in eine Zeitdomäne erhalten wird, wobei das erste Multiplikationsergebnis durch Multiplizieren einer Laplace-Transformation der relativen Verschiebung des Rotors (103), die von dem Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) erfasst wird, mit einer vorbestimmten Übertragungsfunktion erhalten wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die magnetische Lagervorrichtung des Weiteren ein Ungleichgewichtskrafterfassungsmittel zum Erfassen oder Schätzen einer Ungleichgewichtskraft, die auf den Rotor (103) wirkt, umfasst; und dass die Beschleunigung ein Transformationsergebnis ist, das durch Transformation eines Additionsergebnisses in die Zeitdomäne erhalten wird, wobei das Additionsergebnis durch Addieren eines zweiten Multiplikationsergebnis, das durch Multiplizieren einer Laplace-Transformation einer Va riation in der Ungleichgewichtskraft, die auf den Rotor (103) wirkt, die von dem Ungleichgewichtskrafterfassungsmittel erfasst oder geschätzt wird, mit einem Reziprokwert einer Masse des Rotors (103) erhalten wird, zu dem ersten Multiplikationsergebnisses erhalten wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Übertragungsfunktion durch eine Übertragungsfunktion, die dem Rückkopplungssteuermittel des magnetischen Lagers eigen ist, wobei die Übertragungsfunktion ein Verhältnis zwischen der relativen Verschiebung des Rotors (103) und einer Kraft ist, die zwischen den Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B) und dem Rotor (103) aufgrund der relativen Verschiebung wirkt, und durch eine Masse des Rotors (103) ausgedrückt wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, umfassend: einen Rotor (103); Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B), die eine Schwebekraft auf den Rotor (103) ausüben; einen Statorabschnitt, an dem die Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B) befestigt sind; ein Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) zum Erfassen einer relativen radialen und/oder axialen Verschiebung des Rotors (103) in Bezug auf den Statorabschnitt; einen Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager, der ein Einstellungsmaß der Schwebekraft auf der Basis der relativen Verschiebung berechnet, die von dem Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) erfasst wird; ein Elektromagnetsteuermittel (202) zum Einstellen der Schwebekraft entsprechend einem Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager erhalten wird; ein Schwingungserfassungsmittel (503) zum Erfassen einer vorbestimmten physikalischen Größe eines stationären Geräteabschnitts (600), dessen Position relativ zu dem Statorabschnitt festgesetzt ist; und ein Additionsmittel (505) zum Addieren eines Ausgangs des Schwingungserfassungsmittels (553), mit umgekehrter Ausgangspolarität, zu einem Übertragungssignal eines Rückkopplungssteuermittels des magnetischen Lagers, das mindestens aus dem Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109), dem Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager und dem Elektromagnetsteuermittel (202) gebildet ist; wobei die vorbestimmte physikalische Größe mindestens eines von einer Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts (600) und/oder des Statorabschnitts, einer Verschiebung, einer Geschwindigkeit und einer Zuwachsbeschleunigung ist, wobei jedes von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung durch Differenzieren oder Integrieren der Beschleunigung in erforderlichen Wiederholungen erhalten wird, und dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung ein Subtraktionsergebnis ist, das durch Subtrahieren eines Ergebnisses, das durch Durchführen einer Differenzierung zweiter Ordnung an der relativen Verschiebung des Rotors (103), die von dem Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) erfasst wird, erhalten wird, von einem dritten Multiplikationsergebnis erhalten wird, das durch Multiplizieren entweder des Berechnungsergebnisses des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager erhalten wird, oder eines Additionsergebnisses von dem Additionsmittel (505) mit einem Reziprokwert einer Masse des Rotors (103) erhalten wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass: die magnetische Lagervorrichtung des Weiteren ein Magnetflusserfassungsmittel (181) zum Erfassen einer Variation in einem Magnetfluss umfasst, der zwischen den Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B) und dem Rotor (103) erzeugt wird; und dass ein Multiplikationsergebnis als das dritte Multiplikationsergebnis verwendet wird, das durch Verwendung eines Wertes erhalten wird, der proportional zu der Variation in dem Magnetfluss ist, die von dem Magnetflusserfassungsmittel (181) erfasst wird, anstelle des Berechnungsergebnisses des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager erhalten wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Labervorrichtung des Weiteren umfasst: einen Induktionsmotor (171) zum Drehen des Rotors (103); und ein Motorsteuermittel (553) zum Steuern eines Erregungszustandes des Induktionsmotors (171); und dass, wenn die vorbestimmte physikalische Größe von dem Schwingungserfassungsmittel (553) erfasst werden soll, das Motorsteuermittel (553) den Induktionsmotor (171) in einen nicht erregten Zustand bringt.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass: die magnetische Lagervorrichtung des Weiteren ein Kerbfilter (806) vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung umfasst, das zum Verfolgen einer Rotationsfrequenz des Rotors (103) ausgebildet ist, um eine Frequenzkomponente der Rotationsfrequenz zu eliminieren; und das mindestens eines von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung ein Ergebnis ist, das durch Hindurchleiten des Subtraktionsergebnisses durch das Kerbfilter (806) vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung erhalten wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren ein Tiefpassfilter (803, 804) umfasst, durch das mindestens eines von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung hindurchgeleitet wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schwingungsbegrenzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren ein Schwingungsbegrenzungssteuerkompensationsmittel (504) zum Durchführen mindestens einer von einer Verstärkungseinstellung und/oder Phasenkompensation, einer PID-Steuerung und anderen Steuerkompensation an dem Ausgang des Schwingungserfassungsmittel (503, 553) umfasst.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung, umfassend: einen Rotor (103); Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B), die eine Schwebekraft auf den Rotor (103) ausüben; einen Statorabschnitt, an dem die Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B) befestigt sind; ein Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) zum Erfassen einer relativen radialen und/oder axialen Verschiebung des Rotors (103) in Bezug auf den Statorabschnitt; einen Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager, der ein Einstellungsmaß der Schwebekraft auf der Basis der relativen Verschiebung berechnet, die von dem Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) erfasst wird; ein Elektromagnetsteuermittel (202) zum Einstellen der Schwebekraft entsprechend einem Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager erhalten wird; und ein Schwingungserfassungsmittel (503) zum Erfassen einer vorbestimmten physikalischen Größe eines stationären Geräteabschnitts (600), dessen Position relativ zu dem Statorabschnitt festgesetzt ist; wobei die vorbestimmte physikalische Größe mindestens eines von einer Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts (600) und/oder des Statorabschnitts, einer Verschiebung, einer Geschwindigkeit und einer Zuwachs beschleunigung ist, wobei jedes von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung durch Differenzieren oder Integrieren der Beschleunigung in erforderlichen Wiederholungen erhalten wird, und dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung ein Transformationsergebnis ist, das durch Transformation eines ersten Multiplikationsergebnisses in eine Zeitdomäne erhalten wird, wobei das erste Multiplikationsergebnis durch Multiplizieren einer Laplace-Transformation der relativen Verschiebung des Rotors (103), die von dem Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) erfasst wird, mit einer vorbestimmten Übertragungsfunktion erhalten wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung, umfassend: einen Rotor (103); Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B), die eine Schwebekraft auf den Rotor (103) ausüben; einen Statorabschnitt, an dem die Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B) befestigt sind; ein Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) zum Erfassen einer relativen radialen und/oder axialen Verschiebung des Rotors (103) in Bezug auf den Statorabschnitt; einen Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager, der ein Einstellungsmaß der Schwebekraft auf der Basis der relativen Verschiebung berechnet, die von dem Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) erfasst wird; ein Elektromagnetsteuermittel (202) zum Einstellen der Schwebekraft entsprechend einem Berechnungsergebnis des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager erhalten wird; und ein Schwingungserfassungsmittel (553) zum Erfassen einer vorbestimmten physikalischen Größe eines stationären Geräteabschnitts (600), dessen Position relativ zu dem Statorabschnitt festgesetzt ist; wobei die vorbestimmte physikalische Größe mindestens eines von einer Beschleunigung des stationären Geräteabschnitts (600) und/oder des Statorabschnitts, einer Verschiebung, einer Geschwindigkeit und einer Zuwachsbeschleunigung ist, wobei jedes von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung durch Differenzieren oder Integrieren der Beschleunigung in erforderlichen Wiederholungen erhalten wird, und dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung ein Subtraktionsergebnis ist, das durch Subtrahieren eines Ergebnisses, das durch Durchführen einer Differenzierung zweiter Ordnung an der relativen Verschiebung des Rotors (103), die von dem Verschiebungserfassungsmittel (107, 108, 109) erfasst wird, erhalten wird, von einem dritten Multiplikationsergebnis erhalten wird, das durch Multiplizieren des Berechnungsergebnisses des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager erhalten wird, mit einem Reziprokwert einer Masse des Rotors (103) erhalten wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass: die magnetische Lagervorrichtung des Weiteren ein Magnetflusserfassungsmittel (181) zum Erfassen einer Variation in einem Magnetfluss umfasst, der zwischen den Elektromagneten (104, 105, 106A, 106B) und dem Rotor (103) erzeugt wird; und ein Multiplikationsergebnis als das dritte Multiplikationsergebnis verwendet wird, das durch Verwendung eines Wertes erhalten wird, der proportional zu der Variation in dem Magnetfluss ist, die von dem Magnetflusserfassungsmittel (181) erfasst wird, anstelle des Berechnungsergebnisses des Einstellungsmaßes der Schwebekraft, das von dem Steuerkompensator (201) für das magnetische Lager erhalten wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass: die magnetische Labervorrichtung des Weiteren umfasst: einen Induktionsmotor (171) zum Drehen des Rotors (103); und ein Motorsteuermittel (553) zum Steuern eines Erregungszustandes des Induktionsmotors (171); und dass, wenn die vorbestimmte physikalische Größe von dem Schwingungserfassungsmittel (553) erfasst werden soll, das Motorsteuermittel (553) den Induktionsmotor (171) in einen nicht erregten Zustand bringt.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung nach Anspruch 11, 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Lagervorrichtung des Weiteren ein Kerbfilter (806) vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung umfasst, das zum Verfolgen einer Rotationsfrequenz des Rotors (103) ausgebildet ist, um eine Frequenzkomponente der Rotationsfrequenz zu eliminieren; und das mindestens eines von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung ein Ergebnis ist, das durch Hindurchleiten des Subtraktionsergebnisses durch das Kerbfilter (806) vom Typ der Rotationsfrequenzverfolgung erhalten wird.
Magnetische Lagervorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren ein Tiefpassfilter (803, 804) umfasst, durch das mindestens eines von der Verschiebung, der Geschwindigkeit und der Zuwachsbeschleunigung hindurchgeleitet wird.
Pumpvorrichtung mit Schwingungsbegrenzung, umfassend einem Vakuumpumpe (100, 150, 500, 550), die mit einer magnetischen Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgestattet ist, wobei die Vakuumpumpe (100, 150, 500, 550) in einem zugehörigen Gerät (300) eingebaut und dazu ausgebildet ist, ein vorbestimmtes Gas aus dem zugehörigen Gerät (300) anzusaugen.
Pumpvorrichtung mit Schätzungsfunktion für die Schwingung umfassend einem Vakuumpumpe (100, 150, 500, 550), die mit einer magnetischen Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15 ausgestattet ist, wobei die Vakuumpumpe (100, 150, 500, 550) in einem zugehörigen Gerät (300) eingebaut und dazu ausgebildet ist, ein vorbestimmtes Gas aus dem zugehörigen Gerät (300) anzusaugen.