JP2001099154A - 磁気浮上装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源オフの時にケーブルが外されても、磁気
浮上装置を最適な浮上状態に制御できる磁気浮上装置の
制御装置の提供。 【解決手段】 コントロールユニット２の監視回路８
は、ポンプ本体１とコントロールユニット２との間のケ
ーブル３が外されたことを検出して、監視回路８のオン
・オフ状態でそれを記憶する。電源オン時に監視回路８
がオフ状態のときは警報装置１６によりチューニングを
促すアラームが発生され、インターロック回路１７が作
動する。そのため、オペレータは、チューニングが必要
なことが容易に分かる。さらに、スタートスイッチＳＷ
２が誤ってオン操作されても、モータドライバ１２によ
るモータ６の駆動がインターロック回路１７により禁止
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気軸受式ターボ
分子ポンプ等の磁気浮上装置の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気軸受式ターボ分子ポンプでは、回転
翼を有するロータを磁気軸受装置で非接触に支持し高周
波モータによってロータを高速回転させている。磁気軸
受装置は、ロータ半径方向に設けられた電磁石によりロ
ータの半径方向の支持を行うラジアル磁気軸受と、ロー
タ軸方向に設けられた電磁石によりロータの軸方向の支
持を行うスラスト軸受とを備えている。また、これらの
電磁石に対応させて、電磁石とほぼ同位置にロータ位置
を検出する非接触式変位センサ（ラジアルセンサ、スラ
ストセンサ等）を設置し、電磁石と変位センサとでフィ
ードバック制御系を構成して各電磁石に流れる電流を調
整することにより、ロータを最適な位置に支持してい
る。

【０００３】磁気軸受式ターボ分子ポンプは、ポンプ本
体およびポンプ本体を制御するコントローラと、これら
の間を電気的に接続するケーブルとを備えている。ケー
ブルには、一本のケーブルにモータに駆動電力を供給す
る電力線や電磁石に駆動電力を供給する電力線などを備
えているタイプのものと、モータ用電力線を備えるケー
ブルと電磁石用電力線を備えるケーブルとが別個になっ
ているタイプとがあるが、いずれのタイプにおいても電
磁石用電力線を備えるケーブルには変位センサからの信
号をコントローラに送るための信号線が設けられてい
る。

【０００４】ところで、上述した変位センサの検出値は
ケーブルの浮遊容量やセンサ取付誤差などの影響を受け
るので、ポンプ本体とコントローラとをケーブルで接続
した後に、磁気軸受制御の的確さを確保するためのチュ
ーニングを行っている。チューニング後は、チューニン
グ時のポンプ本体，コントローラおよびケーブルの組み
合わせを変更しないで使用するのが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ポンプ本体の
メンテナンスやコントローラが故障したような場合に
は、例えば、バックアップ用ターボ分子ポンプのポンプ
本体やコントローラが代用品として用いられる。このよ
うな交換を行った場合には、上述したチューニングを行
う必要がある。また、ポンプ本体の設置場所が変更され
るなどしてポンプ本体とコントローラとの距離が長くな
ったような場合には、その距離にあった長さのケーブル
に交換しなければならない。ところが、ケーブルの長さ
が異なると、変位センサとコントローラとを接続する信
号線の抵抗や静電容量が異なるため、長さの異なるケー
ブルに交換した場合にもチューニングを行わなければな
らなかった。

【０００６】このように、ポンプ本体，ケーブルおよび
コントローラの組み合わせの内の何れが変更になって
も、その度にチューニングを行う必要がある。しかし、
これらの組み合わせが変わったことは一見しただけでは
分かり難いという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、電源オフの時にケーブル
が外されても、磁気浮上装置を最適な浮上状態に制御で
きる磁気浮上装置の制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１に対応付けて説明する。 （１）請求項１の発明は、非接触の変位センサ７を有す
る磁気浮上装置１とケーブル３で電気的に接続され、電
源がオンのときに磁気浮上状態を制御する磁気浮上装置
１の制御装置２に適用され、電源がオフ状態であって
も、ケーブル３が外されたことを検出し記憶する接続監
視手段８を設けて上述の目的を達成する。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載の制御装置２
において、接続監視手段８によりケーブル３が取り外さ
れたことが記憶されているとき、電源をオンしても磁気
浮上装置１が起動されないようにするインターロック回
路１７を設けたものである。

【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図７を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形
態を示す図であり、磁気軸受式ターボ分子ポンプの磁気
軸受制御系を説明するブロック図である。図１に示す磁
気軸受式ターボ分子ポンプは、真空排気を行うポンプ本
体１と、ポンプ本体１の駆動制御を行うコントロールユ
ニット２と、両装置間を電気的に接続するケーブル３と
を備えている。ロータ翼（後述する）が設けられたロー
タ４は電磁石５により非接触支持され、モータ６により
回転駆動される。磁気浮上時のロータ４の変位は、変位
センサ７（例えば、非接触式の磁気センサ）により検出
される。

【００１１】図２はポンプ本体１の詳細を示す断面図で
ある。ポンプ本体１のケーシング２０の内部には、複数
段のロータ翼２１およびネジ溝部２２が形成されたロー
タ４と、ロータ翼２１に対して交互に配設されるステー
タ翼２３と、上記ネジ溝部２２と対向するように配設さ
れる筒状部材２４とが設けられている。ロータ４を非接
触支持する電磁石５はラジアル磁気軸受を構成する電磁
石５１，５２とアキシャル磁気軸受を構成する電磁石５
３とを有し、これらは５軸制御形磁気軸受を構成してい
る。これらのラジアル電磁石５１，５２とアキシャル電
磁石５３に対応して、図１の変位センサ７もラジアル変
位センサ７１，７２およびアキシャル変位センサ７３か
ら成る。２５はケーブル３（図１）に接続されるレセプ
タクルである。ロータ４を電磁石５１，５２，５３によ
り非接触支持しつつモータ６により回転駆動すると、吸
気口側のガスは矢印Ｇ１のように背圧側（空間Ｓ１）に
排気され、背圧側に排気されたガスは排気口フランジ２
６に接続された補助ポンプにより排気される。２７，２
８は非常用のメカニカルベアリングである。

【００１２】図３は５軸制御形磁気軸受の概念図であ
り、ロータ４の回転軸Ｊがｚ軸に一致するように示し
た。図３に示すように、図２に示したラジアル電磁石５
１は、ｘ軸に沿ってロータ４を挟むように対向して配設
される１組の電磁石５１ｘと、ｙ軸に沿ってロータ４を
挟むように対向して配設される１組の電磁石５１ｙとを
有する。同様に、ラジアル電磁石５２も、ｘ軸に沿って
ロータ４を挟むように対向して配設される１組の電磁石
５２ｘと、ｙ軸に沿ってロータ４を挟むように対向して
配設される１組の電磁石５２ｙとを有する。また、アキ
シャル電磁石５３は、ロータ４の下端に設けられたプレ
ート４１をｚ軸に沿って挟むように対向して配設される
一組の電磁石５３ｚを有する。上側の電磁石５３ｚはプ
レート４１を上方に吸引し、下側の電磁石５３ｚはプレ
ート４１を下方に吸引する。これら５対の電磁石５１
ｘ，５１ｙ，５２ｘ，５２ｙ，５３により５軸制御形磁
気軸受が構成されている。なお、図３には表示しなかっ
たが、図２の変位センサ７１，７２は電磁石５１ｘ，５
１ｙ，５２ｘ，５２ｙに対応して４対の変位センサ７１
ｘ，７１ｙ，７２ｘ，７２ｙで構成されている。

【００１３】図１に戻って、変位センサ７の信号は監視
回路８を介して軸受制御回路９のセンサ回路９Ａに送ら
れる。軸受制御回路９は変位センサ７で検出した変位量
をフィードバックして電磁石５に供給する電流量を制御
することにより、ロータ４の磁気浮上を安定に維持して
いる。１０は外部電源１１からの交流電力を直流電力に
変換して軸受制御回路９やモータドライバ１２などに供
給するＤＣ電源である。モータドライバ１２は、回転数
センサ１３により検出されたロータ４の回転数に基づい
てロータ４を回転制御する。本実施の形態では、ポンプ
本体１とコントロールユニット２とは一本のケーブル３
で接続されており、ケーブル３にはモータ用電力線３
ａ、電磁石用電力線３ｂ、回転数センサ用信号線３ｃお
よび変位センサ用信号線３ｄが備えられている。

【００１４】変位センサ７とセンサ回路９Ａとの間に設
けられた監視回路８は、コントロールユニット２または
ポンプ本体１とケーブル３との接続が外されて、コント
ロールユニット２とポンプ本体１との接続が切れたこと
を検出するものである。監視回路８としては、ラッチ回
路等が用いられる。例えば、ポンプ本体１からケーブル
３が外されて両端接点８Ａ，８Ｂが電気的に切り離され
ると監視回路８は接続切断を検出し、監視回路８内で保
持されていた電圧（オン状態）がＧＮＤ（オフ状態）と
なる。このオフ状態は、再度ケーブル３とポンプ本体１
とが接続されても保持される。監視回路８の電源にはバ
ックアップ電源等の電池１４が用いられ、監視回路８に
よる接続切断の検出はＤＣ電源１０がオフの場合でも行
われる。

【００１５】前述したように、ケーブル長を変えたりポ
ンプ本体１を交換したりする場合にはチューニングを行
う必要がある。図４はチューニングを説明するための図
であり、（ａ）はロータ４のアキシャル変位センサ７３
に関して示したものである。変位センサ７３には高周波
電圧が印可されており、ロータ４が上端位置Ｐ１にある
ときには両端子８Ａ，８Ｂ間に電位差Ｖ１が生じ、ロー
タ４が下端位置Ｐ２にあるときには両端子８Ａ，８Ｂ間
に電位差Ｖ２が生じる。なお、ロータ４の上端位置Ｐ１
および下端位置Ｐ２はロータ４の構造により決まる。

【００１６】図４（ｂ）は電位差Ｖとロータ位置Ｐとの
関係を示したものである。Ｌ１を基準相関とした場合、
実際のターボ分子ポンプではケーブル３の浮遊容量やセ
ンサ取付誤差などの影響を受けてＬ２やＬ３のような相
関になる。そこで、基準相関Ｌ１のような電位差が得ら
れるように実際の相関Ｌ２，Ｌ３を補正して軸受制御を
行うことにより、ロータ４の浮上位置が所定位置となる
ように制御する。この補正作業をチューニングと呼び、
β２，β３は補正パラメータである。補正パラメータβ
はポンプ本体１やケーブル３によってそれぞれ異なるた
め、ポンプ本体１やケーブル３を交換した際には、必ず
チューニングが行われる。

【００１７】電源スイッチＳＷ１をオン操作してコント
ロールユニット２の電源１０を起動すると、監視回路８
のオン・オフ状態が初期化回路１５に読み込まれる。初
期化回路１５は監視回路８がオフ状態ならば、すなわち
電源オフ状態時に接続切断があったときには警報装置１
６によりアラームを発生させる。アラームとしては、コ
ントロールユニット２にアラームランプを設けてそれを
点灯しても良いし、表示部を設けてアラーム表示を表示
するようにしても良い。１７はインターロック回路であ
り、監視回路８がオフ状態のときにはインターロック回
路１７によりモータ６の起動が阻止される。

【００１８】ポンプ本体１を交換したような場合には監
視回路８がオフ状態になるので、チューニングスイッチ
ＳＷ３をオン操作して、チューニング回路９Ｂによる所
定のチューニングを行って適正な補正パラメータβに再
設定しなければならない。

【００１９】チューニング回路９Ｂによるチューニング
が終了すると、初期化回路１５により警報装置１６がリ
セットされてアラームが解除されると共に、監視回路８
が初期化されてオフ状態からオン状態にされる。監視回
路８がオン状態となるとインターロック回路１７は解除
され、スタートスイッチＳＷ２のオン操作によりモータ
６を起動することが可能となる。すなわち、インターロ
ック回路１７を設けたことにより、ポンプ本体１または
ケーブル３の取り外しがあって監視回路８により接続切
断が検出された後には、チューニングを実行しなければ
ポンプ本体１をスタートさせることができない。

【００２０】図５は監視回路８の動作を説明するタイム
チャートであり、電源オフ状態の時にケーブル３が取り
外された場合を示したものである。図４の時刻ｔ１にお
いて電源スイッチＳＷ１がオフ操作され、電源１０がオ
ン状態からオフ状態にされる。時刻ｔ２においてケーブ
ル３が取り外されて監視回路８の両端接点８Ａ，８Ｂが
電気的に切り離されると、監視回路８内で保持されてい
た電圧がＧＮＤになって監視回路８がオン状態からオフ
状態となる。監視回路８がオフ状態になるとインターロ
ック回路１７が作動し、オペレータがスタートスイッチ
ＳＷ２をオン操作してもモータ６を回転駆動させること
ができなくなる。その後、時刻ｔ３にケーブル３が再び
コントロールユニット２に接続されるが、監視回路８の
オフ状態は保持される。

【００２１】時刻ｔ４に電源スイッチＳＷ１がオン操作
されて電源１０がオンとされると、初期化回路１５によ
り監視回路８のオン・オフ状態が読み込まれ、オフ状態
ならば警報装置１６によりアラームを発生させる。図５
ではケーブル３の取り外しが時刻ｔ２に行われて監視回
路８がオフ状態になっているので、警報装置１６により
アラームを発生しオペレータにチューニング作業を促
す。

【００２２】オペレータによりスイッチＳＷ３がオンと
されるとチューニング回路９Ｂによるチューニングが開
始され、所定のチューニング動作が終了（時刻ｔ５）す
るとチューニング回路９Ｂはオフとなる。チューニング
が完了すると、警報装置１６によるアラームがオフされ
るとともに、初期化回路１５により監視回路８の初期化
が行われて監視回路８がオフ状態からオン状態へと切り
換えられる。監視回路８がオン状態となるとインターロ
ック回路１７が解除され、スタートスイッチＳＷ２をオ
ン操作してモータ６を起動することが可能となる。

【００２３】このように、本実施の形態では、電源オフ
状態時にケーブル３の取り外しが有ったか否かを監視回
路８のオン・オフ状態によって知ることができる。その
ため、ケーブルの取り外しがあった場合には、コントロ
ールユニット２の電源投入時に監視回路８のオン・オフ
状態に基づいてアラームを発生したり、モータ６を駆動
できないようにインターロックをかけたりすることがで
きる。その結果、電源オフ状態時にポンプ本体１の交換
等があった場合でも、チューニングし忘れを防止するこ
とができる。

【００２４】（変形例）上述した実施の形態では、ケー
ブル３の取り外しがあった場合に手動でチューニングを
行うようにしたが、上述したようなチューニング作業
（補正パラメータβの算出・設定）を自動的に行うよう
にしても良い。図６はそのような磁気軸受式ターボ分子
ポンプのブロック図であり、図７は図５と同様のタイム
チャートである。図６の装置では、初期化回路１５は電
源１０が起動されると監視回路８のオン・オフ状態を読
み込み、オフ状態の時にはオートチューニング回路９Ｃ
によるチューニング動作を自動的に行わせる。

【００２５】図７の（ａ）は電源オフ状態時にケーブル
３の取り外しがあった場合のタイムチャートを示したも
のであり、図５の場合と同様に、時刻ｔ１において電源
１０がオンからオフにされた後に時刻ｔ２でケーブル３
が取り外され、時刻ｔ３にケーブル３が再びコントロー
ルユニット２に接続される。時刻ｔ２では、監視回路８
内で保持されていた電圧がＧＮＤになって監視回路８が
オン状態からオフ状態となる。なお、時刻ｔ３において
監視回路８がオフ状態となるとインターロック回路１７
が作動し、後述するチューニングが完了するまでモータ
６の起動が阻止される。

【００２６】時刻ｔ４に電源１０がオンされると、初期
化回路１５は監視回路８からオン・オフ状態を読み込
み、オフ状態の場合にはオートチューニング回路９Ｃに
よるチューニングを自動的に行わせる。チューニングが
完了すると、初期化回路１５により監視回路８の初期化
が行われて監視回路８がオン状態にされ、インターロッ
ク回路１７が解除される。なお、チューニング中に、チ
ューニング実行中のメッセージを警報装置１６により表
示するようにしても良い。一方、図６（ｂ）に示すよう
に電源オフ状態時にケーブル３の取り外しが行われなか
った場合には、監視回路８はオン状態となっているため
電源投入時にチューニングは実行されず、直ちにポンプ
本体１を起動することができる。

【００２７】上述した実施の形態では、磁気軸受式ター
ボ分子ポンプを例に本発明を説明したが、以下のような
構成の磁気浮上装置の制御装置にも適用することができ
る。すなわち、非接触の変位センサで磁気浮上量の変位
を検出し、それをフィードバックして磁気浮上量を適切
に維持するような装置であって、磁気浮上装置と制御装
置との組み合わせを変更した場合に、上述したような変
位検出に関するチューニング作業が必要となるような磁
気浮上装置の制御装置に適用することができる。

【００２８】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、ポンプ本体１は磁気浮上装置
を、コントロールユニット２は制御装置を、監視回路８
は接続監視手段をそれぞれ構成する。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電源がオフであってもケーブルが外されると接続監視手
段はこれを検出し、記憶する。その結果、電源オン時に
ケーブルが外された履歴を認識することが可能となり、
変位センサの検出値に関する補正作業であるチューニン
グのし忘れを防止することができる。請求項２の発明で
は、ケーブルが外されたことを認識しているときには、
電源オンでも磁気浮上装置の起動を禁止するようなイン
ターロック回路を設けたので、適切に浮上量を維持して
磁気浮上装置を駆動することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す図であり、磁気軸
受式ターボ分子ポンプの磁気軸受制御系を説明するブロ
ック図である。

【図２】ポンプ本体１の詳細を示す断面図である。

【図３】５軸制御形磁気軸受の概念図である。

【図４】チューニングを説明する図であり、（ａ）はア
キシャル変位センサ７３に関する部分を詳細に示した図
であり、（ｂ）は電位差Ｖとロータ位置Ｐとの関係を示
す図である。

【図５】監視回路８の動作を説明するタイムチャートで
ある。

【図６】図１に示す実施の形態の変形例を示すブロック
図。

【図７】変形例のタイムチャートを示す図であり、
（ａ）は電源オフ時にケーブル３の取り外しがあった場
合を、（ｂ）はケーブル３の取り外しが無かった場合を
それぞれ示す。

【符号の説明】

１ ポンプ本体 ２ コントロールユニット ３ ケーブル ４ ロータ ５，５１，５２，５３，５１ｘ，５１ｙ，５２ｘ，５２
ｙ 電磁石 ６ モータ ７，７１，７２，７３ 変位センサ ８ 監視回路 ９ 軸受制御回路 ９Ａ チューニング回路 ９Ｂ センサ回路 ９Ｃ オートチューニング回路 １０ ＤＣ電源 １２ モータドライバ １４ 電池 １５ 初期化回路 １６ 警報装置 １７ インターロック回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非接触の変位センサを有する磁気浮上装
   置とケーブルで電気的に接続され、電源がオンのときに
   磁気浮上状態を制御する磁気浮上装置の制御装置におい
   て、 前記電源がオフ状態であっても、前記ケーブルが外され
   たことを検出し記憶する接続監視手段を設けたことを特
   徴とする磁気浮上装置の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の制御装置において、 前記接続監視手段により前記ケーブルが取り外されたこ
   とが記憶されているとき、前記電源をオンしても前記磁
   気浮上装置が起動されないようにするインターロック回
   路を設けたことを特徴とする磁気浮上装置の制御装置。