JP2002081444A

JP2002081444A - 磁気軸受装置および磁気軸受装置のセンサ感度調整方法

Info

Publication number: JP2002081444A
Application number: JP2000268180A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Ozaki; 純一郎小崎
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】被支持体である回転体と位置センサとのギャ
ップのばらつきによらず、制御性に優れた磁気軸受装置
の提供。【解決手段】ロータ４を非接触支持する電磁石５と、
電磁石５に励磁電流を供給する励磁アンプ３１と、ロー
タ４の位置を検出する変位センサ７と、励磁電流に関す
る制御信号を位置センサ７のセンサ信号に基づいて出力
する制御手段３０とを備え、励磁アンプ３１に入力され
る制御信号に所定の交流信号、例えば正弦波信号を加算
し、そのときのセンサ信号に基づいて位置センサ７を含
む制御対象Ａの伝達関数ゲイン値を算出するとともに、
伝達関数ゲイン値と所定のゲイン基準値との比によりセ
ンサ信号を補正する。そして、この補正されたセンサ信
号に基づいてロータ４の磁気浮上制御が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ分子ポンプ
や工作機械等に使用される磁気軸受装置、および磁気軸
受装置のセンサ感度調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気軸受装置、例えば磁気軸受式ターボ
分子ポンプ等ではタッチダウンベアリングが備えられて
おり、磁気浮上制御しないときや浮上制御不良などによ
り浮上制御が維持できない非常時には、タッチダウンベ
アリングで回転体を安全に支持するようにしている。そ
のため、非常時には回転体の運動はタッチダウンベアリ
ングにより拘束され、磁気軸受の構成要素である位置セ
ンサや電磁石などと回転体とが接触するのを防止してい
る。タッチダウンベアリングには転がり軸受等のメカニ
カルベアリングが用いられる。通常、回転体、位置セン
サ、電磁石、タッチダウンベアリング等の寸法は数十μ
ｍのオーダーの公差でそれぞれ製作されており、回転体
が浮上しているときの回転体と位置センサやタッチダウ
ンベアリングとのギャップ寸法は数百μｍオーダーで設
計されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の寸法はターボ分子ポンプ毎に最大数十パーセントのば
らつきがある。センサ感度は回転体と位置センサとのギ
ャップ寸法に関係しているため、ギャップ寸法が最大数
十パーセントばらつくと、センサ感度にも最大数十パー
セントのばらつきが生じることになる。磁気軸受制御は
センサ信号に基づいて行われるので、センサ感度にばら
つきが生じると、外部振動に対する磁気軸受剛性などの
制御性能もポンプ毎にばらついてしまうという問題があ
った。

【０００４】本発明の目的は、被支持体である回転体と
位置センサとのギャップのばらつきによらず、制御性に
優れた磁気軸受装置、および磁気軸受装置のセンサ感度
調整方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図５および図６に対応付けて説明する。（１）図５に対応付けて説明すると、請求項１の発明
は、被支持体４を非接触支持する電磁石５と、磁気浮上
を制御する制御信号に基づいて電磁石５に励磁電流を供
給する励磁アンプ３１と、被支持体４の位置を検出する
位置センサ７と、位置センサ７のセンサ信号に基づいて
制御信号を励磁アンプ３１に出力する制御手段３０とを
備える磁気軸受装置に適用され、制御信号に所定の交流
信号を加算する交流信号加算手段３０３と、交流信号が
加算されたときの位置センサ７のセンサ信号に基づい
て、位置センサ７を含む制御対象Ａの伝達関数ゲイン値
を算出するゲイン演算手段３０３とを備え、制御手段３
０が伝達関数ゲイン値と所定のゲイン基準値との比に基
づいて制御信号を出力することにより上述の目的を達成
する。（２）図５および図６に対応付けて説明すると、請求項
２の発明は、請求項１に記載の磁気軸受装置において、
被支持体４の支持位置を第１の位置と第２の位置との間
に拘束する拘束部材２８と、被支持体４が第１の位置に
あるときの位置センサ７３のセンサ信号と被支持体４が
第２の位置にあるときの位置センサ７３のセンサ信号と
の差分を算出する差分演算手段３０３を備え、制御手段
３０が、差分演算手段３０３により算出された差分と所
定の基準差分との比に基づいて制御信号を出力するもの
である。（３）図５に対応付けて説明すると、請求項３の発明
は、被支持体４を非接触支持する電磁石５と、磁気浮上
を制御する制御信号に基づいて電磁石５に励磁電流を供
給する励磁アンプ３１と、被支持体４の位置を検出する
位置センサ７と、位置センサ７のセンサ信号に基づいて
制御信号を励磁アンプ３１に出力する制御手段３０とを
備える磁気軸受装置のセンサ感度調整方法に適用され、
制御信号に所定の交流信号を加算し、交流信号が加算さ
れたときの位置センサ７のセンサ信号に基づいて少なく
とも位置センサ７を含む制御対象Ａの伝達関数ゲイン値
を算出するとともに、伝達関数ゲイン値と所定のゲイン
基準値との比に基づく制御信号により磁気浮上を制御す
ることにより上述の目的を達成する。制御対象Ａの伝達
関数には位置センサ７の伝達関数が含まれており、制御
信号に交流信号を加算したときに得られる伝達関数ゲイ
ン値とゲイン基準値との比は位置センサ７の感度補正係
数になっており、この比に基づく制御信号で磁気浮上を
制御することにより制御性が向上する。

【０００６】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。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１０を参照して本
発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による磁気
軸受装置の一実施の形態を示す図であり、磁気軸受式タ
ーボ分子ポンプの概略構成を示すブロック図である。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。ロータ４の浮上位置の変位
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。

【０００８】変位センサ７の信号は軸受制御回路９の制
御部３０に送られ、制御部３０は変位センサ７のセンサ
信号に基づいて励磁信号を励磁アンプ３１に出力する。
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。ポンプ本体１とコントロールユニ
ット２とを接続するケーブル３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を備えている。

【０００９】一般的に、磁気軸受式ターボ分子ポンプで
はポンプ本体１、コントロールユニット２およびケーブ
ル３がセットで用いられ、製品出荷時に調整が行われ
る。そのため、これらの組み合わせを変えた場合にはチ
ューニングと呼ばれる調整作業を行う必要がある。具体
的には、変位センサ７の感度はポンプ本体１毎に異なる
ので、変位センサ７の感度に応じてセンサ信号が補正さ
れ、制御部３０はその補正されたセンサ信号に基づいて
励磁信号を励磁アンプ３１に出力する。この補正係数は
ポンプ本体１毎に異なり、チューニングにより設定され
る。このチューニング動作は、チューニングスイッチＳ
Ｗ３をオン操作することにより自動的に実行される。Ｓ
Ｗ１は電源スイッチであり、電源スイッチＳＷ１をオン
すると電磁石５に励磁電流が供給されてロータ４が磁気
浮上される。また、ＳＷ２はモータ６によるロータ４の
回転駆動を行わせるためのスタートスイッチである。

【００１０】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軸制御型磁気軸受を構成してい
る。

【００１１】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、吸気口フランジ２０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２６に接続された補助ポンプにより
排気される。

【００１２】２７，２８は非常用のメカニカルベアリン
グであり、ロータ４が磁気浮上していないときには、ロ
ータ４はこれらのベアリング２７，２８により支持され
る。ベアリング２７はロータ４のラジアル方向の２軸
（ｘ軸およびｙ軸）の運動を非常時に拘束し、ベアリン
グ２８はラジアル方向の２軸（ｘ軸およびｙ軸）とスラ
スト方向の１軸（ｚ軸）を拘束する。

【００１３】図３は５軸制御型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のラジアル電磁石５１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とを有して
いる。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５
２ｘ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とを有している。

【００１４】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ディスク４１をｚ軸に沿って挟むよ
うに対向して配設される１組の電磁石５３ｚを有してい
る。これら５組の電磁石５１ｘ，５１ｙ，５２ｘ，５２
ｙ，５３により５軸制御型磁気軸受が構成されている。
なお、図２の変位センサ７１，７２は電磁石５１ｘ，５
１ｙ，５２ｘ，５２ｙに対応してそれぞれ２組のラジア
ル変位センサで構成されている。

【００１５】図４（ａ），（ｂ）は、ロータ４が所定位
置に磁気浮上しているときの、ロータ４およびディスク
４１とベアリング２７，２８、変位センサ７１，７３、
ラジアル電磁石５１およびアキシャル電磁石５３とのギ
ャップを示す図である。ベアリング２７，２８とロータ
４とのラジアル方向のギャップＤbrは、ラジアル変位セ
ンサ７１とロータ４とのギャップＤsrおよびラジアル電
磁石５１とロータ４とのギャップＤmrよりも小さく設定
されている。また、ベアリング２８とロータ４とのアキ
シャル方向のギャップＤbtは、ロータ４とアキシャル変
位センサ７３とのギャップＤstおよびディスク４１とア
キシャル電磁石５３とのアキシャル方向のギャップＤmt
よりも小さく設定されている。前述したように、これら
のギャップは数百μｍオーダーで設計されており、各部
品の寸法公差は数十μｍのオーダーの公差で製作されて
いる。

【００１６】図５は図１の磁気軸受装置の磁気浮上制御
系を示した図であり、制御部３０は、Ａ／Ｄコンバータ
３０１、Ｄ／Ａコンバータ３０２、ＤＳＰ（デジタルシ
グナルプロセッサ）等が用いられる演算部３０３、ＲＯ
Ｍ３０４，ＲＡＭ３０５等の記憶部３０６を備えるデジ
タル信号処理回路である。図５は５軸制御型磁気軸受の
１軸に関する制御系を示したものであり、このような制
御系は５軸の各センサ毎に設けられる。ロータ４の位置
変位は変位センサ７により検出され、その変位センサ７
の出力信号はＡ／Ｄコンバータ３０１によりデジタル値
に変換された後に、演算部３０３に入力される。

【００１７】制御部３０の記憶部３０６には予め磁気浮
上制御定数がインプットされており、演算部３０３は変
位センサ７の出力と制御定数とに基づいて電磁石５に流
すべき励磁電流を算出する。例えば、図４に示すロータ
４の浮上位置が適正位置よりもアキシャル変位センサ７
３側にずれている場合には、変位センサ７３とは反対側
の電磁石５３ｚの励磁電流を大きくして適正位置となる
ように制御される。演算部３０３からは供給すべき励磁
電流に応じた励磁信号が出力され、その励磁信号はＤ／
Ａコンバータ３０２によりアナログ値に変換された後に
励磁アンプ３１に入力される。このように、図５に示す
制御系では、ロータ４，電磁石５，変位センサ７および
励磁アンプ３１が制御部３０に対する制御対象Ａを構成
しており、変位センサ７の信号を制御部３０にフィード
バックしてロータ４の浮上位置を制御するフィードバッ
ク制御が行われる。

【００１８】前述したように、ロータ４や電磁石５の寸
法誤差に起因する変位センサ７のセンサ感度ばらつきが
あると、制御性が低下するおそれがある。そこで、本実
施の形態では、次のようなチューニング（センサ感度初
期調整）を行ってセンサ感度の補正を行う。本実施の形
態のチューニングでは、最初にオフセット補正を含むチ
ューニングを行った後に、センサ感度補正に関するチュ
ーニングを行う。

【００１９】まず、図６，７を参照してオフセット補正
を含むチューニングについて説明する。なお、以下の説
明ではアキシャル変位センサ７３の感度調整について説
明するが、ラジアルセンサ７１，７２の感度調整につい
ても同様の手順で調整作業が行われるので説明を省略す
る。まず、ロータ４が図示下側のアキシャル電磁石５３
ｚ方向に吸引されるような直流励磁信号を、図５の演算
部３０３から励磁アンプ３１に出力し、図６（ａ）のよ
うにロータ４のベアリング溝４２の上端面をベアリング
２８の上端面に当接させる。そして、このときのアキシ
ャル変位センサ７３のセンサ信号Ｖspを測定する。

【００２０】次に、ロータ４が図示上側のアキシャル電
磁石５３ｚ方向に吸引されるような直流励磁信号を制御
部３０から励磁アンプ３１に出力し、図６（ｂ）のよう
にロータ４のベアリング溝４２の下端面をベアリング２
８の下端面に当接させて、アキシャル変位センサ７３の
センサ信号Ｖsmを測定する。演算部３０３は、得られた
センサ信号Ｖsp，Ｖsmから、次式（１）、（２）により
差ΔＶsおよびオフセットＶoffsetを算出する。図７
（ａ）はセンサ信号Ｖsp，ＶsmおよびΔＶs，Ｖoffset
の関係を示す図であり、縦軸はセンサ信号の出力であ
る。

【数１】ΔＶs＝Ｖsp−Ｖsm …（１）Ｖoffset＝（Ｖsp＋Ｖsm）／２ …（２）

【００２１】ところで、記憶部３０６にはΔＶsの基準
値ΔＶsoが予め記憶されており、実際に測定されたΔＶ
sと基準値ΔＶsoとの比αが演算部３０３で算出され
る。なお、基準値ΔＶsoは図４のギャップＤst，Ｄmtの
寸法が設計値通りと仮定したときのセンサ信号であり、
比αは感度補正係数を表している。浮上時にアキシャル
変位センサ７３から出力されるセンサ信号をＶsとした
とき、演算部３０３はセンサ信号ＶsをαおよびＶoffse
tで式（４）のように補正し、チューニング後はこの補
正された信号Ｖs1に基づいて磁気浮上制御が行われる。
図７（ａ）に示したセンサ信号Ｖsp，Ｖsmをこのように
補正すると、図７（ｂ）に示すようなセンサ信号αＶs
p，αＶsmとなる。図５の記憶部３０６には上述した一
連の調整処理のプログラムが記憶されており、演算部３
０３はこのプログラムに従って上述の調整動作（測定、
演算、補正）を自動的に行う。

【数２】α＝ΔＶs／ΔＶso …（３）Ｖs1＝α・Ｖs−Ｖoffset …（４）

【００２２】ところで、アキシャル変位センサ７３のセ
ンサ感度は、センサ信号の差ΔＶsとロータ４をベアリ
ング２８の上下両端に当接させたときのストロークΔｄ
（＝２Ｄbt）との比（ΔＶs／Δｄ）である。上述した
第１のチューニングではΔＶsのみが測定され、Δｄに
ついては実際の値ではなく所定の値（例えば、設計値）
になっていると仮定している。そのため、Δｄのばらつ
きが大きい場合には、上述した感度補正係数αでは精度
の高い感度補正ができず、所定レベル以上の感度補正効
果を上げることができない。

【００２３】例えば、ベアリング２８に転がり軸受を用
いた場合には数十μｍのがたを有しており、そのばらつ
きも同オーダーである。その結果、ストロークΔｄも数
十μｍのばらつきを有することになる。ギャップＤstの
寸法は数百μｍオーダーなので、異なるポンプを比較し
た場合には、Δｄは最大数十パーセント程度のばらつき
が有ることになる。

【００２４】そこで、上述したチューニングの後に、以
下に述べるような感度補正に関するチューニングを行
う。このチューニングでは、図５に示す制御対象Ａの伝
達関数のゲインを測定して、その伝達関数のゲインに基
づいて制御部３０の伝達関数の補正を、すなわち制御定
数の補正を行う。その結果、Δｄを測定することなく精
度良い感度補正を行うことができる。

【００２５】図８は、図５に示した制御系の伝達関数を
説明するブロック線図である。ここで、測定および演算
を行う伝達関数としては変位センサ７部分の伝達関数Ｇ
sが含まれれば良い。図８の場合には制御対象Ａの伝達
関数Ｇp（Ｇp＝Ｇs・Ｇr・Ｇa）について測定・演算が
行われ、伝達関数Ｇpには伝達関数Ｇsの他に励磁アンプ
３１の伝達関数Ｇa、ロータ４と電磁石５の伝達関数Ｇr
が含まれる。また、制御部３０の伝達関数Ｇcも含んだ
閉ループ伝達関数Ｇo（Ｇo＝Ｇc・Ｇp）を測定・演算を
行う伝達関数としも良い。以下では、伝達関数Ｇpの場
合について説明する。

【００２６】第２のチューニングでは、図８の加算点３
２において制御部３０の出力信号に振幅Ａ_OUTi、周波数
ω_iの正弦波信号を入力し、出力点３３，３４において
周波数ω_i成分の出力値Ｖ１，Ｖ２を測定する。この出
力値Ｖ１，Ｖ２の比（｜Ｖ２｜／｜Ｖ１｜）は出力点３
３，３４における振幅比（Ａ_OUTi／Ａ_INi）に等しく、
この振幅比は伝達関数Ｇpのゲイン（｜Ｇp｜）であるの
で、このゲイン｜Ｇp｜に基づいてセンサ信号Ｖsを補正
する。アキシャル変位センサ７３のセンサ信号補正をす
る場合には、アキシャル電磁石５３（図４参照）の励磁
信号に対して正弦波信号が加算される。なお、加算点３
２に入力する信号は、正弦波信号に限らず他の波形を有
する交流信号でも良く、出力点３３，３４で交流成分の
振幅を測定する。また、正弦波信号の発生，振幅の測定
およびゲインの演算などは、全て演算部３０３にて行わ
れる。

【００２７】図９は、１軸（アキシャル変位センサ７
３）に関するチューニング手順を説明するフローチャー
トである。まず、チューニングを行う際には、図１の電
源スイッチＳＷ１をオンしてロータ４を磁気浮上させ
る。この際には、記憶部３０６に予め記憶されている制
御定数が呼び出されて浮上制御が行われる。次いで、チ
ューニングスイッチＳＷ３をオンすると、図９に示すフ
ローチャートがスタートする。ステップＳ１で初期値０
の変数ｉを１だけ増加させたならば、ステップＳ２にお
いて、所定の周波数ω_iおよび振幅Ａ_INiを有する正弦波
信号Ａ_INi・ｓｉｎ（ω_i・ｔ）を加算点３２に入力す
る。

【００２８】次に、ステップＳ３において出力点３３，
３４における周波数ω_i成分の出力Ｖ１，Ｖ２を測定
し、ステップＳ４で伝達関数Ｇpのゲイン｜Ｇp_i｜＝｜
Ｖ２｜／｜Ｖ１｜を算出する。ステップＳ５は変数ｉが
所定測定データ数ｎと等しいか否かを判断するステップ
であり、等しくないと判断されるとステップＳ１へ戻っ
て変数ｉに１が加算され、等しいと判断されるとステッ
プＳ６へ進む。

【００２９】ステップＳ６では、測定・演算されたゲイ
ン｜Ｇp_i｜の代表値を得るために、次式（５）のような
算術平均｜Ｇp｜を算出する。なお、代表値の選定方法
としては算術平均に限らず他の方法でも良い。

【数３】

【００３０】図１０は測定により得られたゲイン｜Ｇp_i
｜を図示したものであり、横軸は周波数ω、縦軸はゲイ
ン（２０・ｌｏｇ｜Ｇp｜）を表している。図１０にお
いて曲線Ｌ１は周波数ωによるゲイン｜Ｇp｜の変化を
示したものであり、与えられた磁気軸受制御系に対して
計算により求めることができる。図１０に示すように、
ゲイン｜Ｇp｜は周波数ωが小さいところではほぼ一定
となっているが、所定の周波数ωc（コーナー周波数と
呼ぶ）より大きいところでは周波数ωが大きくなるにつ
れて小さくなる。また、周波数ωが非常に小さな場合の
ゲイン｜Ｇp｜は直流の場合のゲインと見なすことがで
きる。そのため、正弦波周波数ω_iはω_i≪ωcのように
選ぶのが望ましい。なお、図１０の符号３５はゲイン｜
Ｇp_i｜の測定データを示しており、ｉ＝１〜６（ｎ＝
６）までの６つのデータを示した。

【００３１】ステップＳ７では、ステップＳ６で算出さ
れたゲイン｜Ｇp｜と予め記憶部３０３に記憶されてい
るゲインの基準値｜Ｇpo｜との比βが算出され、記憶部
３０６に記憶される。なお、ゲインの基準値｜Ｇpo｜
は、例えば次のようにして決定される。まず、ポンプ本
体１の使用に支障のないゲイン｜Ｇp｜の上限値と下限
値を、実際のポンプ本体１を用いて実験により求める。
そして、得られた上限値および下限値のほぼ中間の値を
ゲインの基準値｜Ｇpo｜として採用する。

【００３２】ステップＳ８では、ステップＳ７で算出さ
れたβを用いて、アキシャル変位センサ７３のセンサ信
号Ｖsを次式（６）のように補正する。チューニングが
終了した後には、アキシャル変位センサ７３からのセン
サ信号Ｖsそのものではなく、式（６）で補正された信
号Ｖs2に基づいて磁気浮上制御が行われる。また、上述
した２種のチューニングによりセンサ信号Ｖsは式
（７）のように補正される。

【数４】

【００３３】なお、式（７）では、最初のチューニング
でセンサ感度（感度補正係数α）とオフセットＶoffset
による補正とを行うようにしているが、オフセットＶof
fsetの補正のみを実行するようにしても良い。この場合
には最初のチューニングでオフセットＶoffsetの補正、
次いで行われるチューニングでセンサ感度補正βが行わ
れ、補正後のセンサ信号Ｖs2は式（８）のように表され
る。センサ感度補正のみをチューニングするのであれ
ば、式（６）に基づく２番目のチューニングのみを行う
ようにしても良い。ただし、最初のチューニングを行っ
てオフセット補正を行うことによりロータ４が最適位置
に支持されるように制御され、磁気軸受の制御性がより
向上する。

【数５】Ｖs2＝β・（Ｖs−Ｖoffset） …（８）

【００３４】このようにしてアキシャル変位センサ７３
（ｚ軸）のチューニングが終了したならば、ラジアルセ
ンサ７１，７２の各ｘ，ｙ軸に関してそれぞれ同様のチ
ューニングを行うことにより、５軸全ての感度補正が行
われる。なお、重力方向に対して磁気軸受をどのように
設置するかにより伝達関数Ｇrのゲインは変化するの
で、チューニングを行うときには予め設置姿勢を限定し
たり、設置姿勢をマニュアル入力したり、特開平９−４
２２９０号公報に開示されているように自動的に設置姿
勢を推定しても良い。そして、記憶部３０６に設置姿勢
に応じたゲイン基準値を予めインプットしておき、実際
の設置姿勢に応じてゲイン基準値を選択し、上述したチ
ューニング作業を行えば良い。

【００３５】このように、交流信号を入力して調整を行
う第２のチューニングでは、上述した第１のチューニン
グのようにロータ４をベアリング２８に当接させなくて
も感度調整ができるので、ストロークΔｄが測定できな
くても精度良い感度補正が行える。さらに、Ｇpは制御
対象Ａの伝達関数であって、変位センサ７部分の伝達関
数Ｇsの他に励磁アンプ３１の伝達関数Ｇa、ロータ４と
電磁石５の伝達関数Ｇrを含んでいる。そのため、第２
のチューニングを行うことにより、センサ感度のΔＶ
s，Ｖdのばらつきは勿論のこと、励磁アンプ３１、電磁
石５、ロータ４のばらつき要因も含めて感度測定および
補正が行われ、より精度の高いに感度補正が行える。

【００３６】上述した実施の形態では、コントロールユ
ニット２がチューニング機能を有していて、チューニン
グスイッチＳＷ３をオン操作することにより自動的にチ
ューニングが行うような構成としたが、チューニング機
能を省略して別のチューニング用コントローラでチュー
ニングを行うようにしても良い。この場合、チューニン
グ用コントローラをポンプ本体１に接続してチューニン
グを行い、感度補正係数α、βおよびオフセットＶoffs
etを算出する。そして、この算出された感度補正係数
α、βおよびオフセットＶoffsetを、チューニングを行
ったポンプ本体１とセットになっているコントロールユ
ニット２の軸受制御回路９にインプットすればよい。

【００３７】なお、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説明したが、他の磁気軸受装
置、例えば磁気軸受式スピンドルや磁気浮上ステージな
どにも適用することができる。

【００３８】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、ロータ４は被支持体を、変位
センサ７，７１，７２，７３は位置センサを、制御部３
０は制御手段を、演算部３０３は交流信号加算手段，ゲ
イン演算手段，差分演算手段を、ベアリング２７，２８
は拘束手段をそれぞれ構成する。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
交流信号を制御信号に加算したときに得られる伝達関数
ゲイン値は磁気軸受装置のギャップ寸法に依存していな
いので、磁気軸受装置にギャップのばらつきや位置セン
サのセンサ感度ばらつきがあっても、この伝達関数ゲイ
ン値に基づく制御信号により磁気浮上制御を行うことに
より、それらのばらつきに起因する軸受制御性能のばら
つきを低減することができ信頼性の向上を図ることがで
きる。特に、制御対象には位置センサだけでなく励磁ア
ンプ，電磁石および被支持体が含まれるので、制御対象
の伝達関数にはこれらの各伝達関数が含まれる。その結
果、位置センサのセンサ感度に関するばらつきだけでな
く、励磁アンプ，電磁石および被支持体のばらつき要因
も含めて感度補正が行われる。また、請求項２の発明で
は、上述した効果に加えて、位置センサに関するオフセ
ット補正も行われ、被支持体は最適位置に支持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気軸受装置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概略構成を
示すブロック図である。

【図２】ポンプ本体１の詳細を示す断面図である。

【図３】５軸制御型磁気軸受の概念図である。

【図４】ギャップを説明する図である。

【図５】図１の磁気軸受装置の磁気浮上制御系を示すブ
ロック図である。

【図６】第１のチューニングを説明する図であり、
（ａ）はロータ４を下方に吸引した場合を、（ｂ）はロ
ータ４を上方に吸引した場合をそれぞれ示す。

【図７】第１のチューニングを説明する図であり、
（ａ）はセンサ信号Ｖsp，ＶsmおよびΔＶs，Ｖoffset
の関係を示し、（ｂ）は補正後のセンサ信号αＶsp，α
Ｖsmを示す。

【図８】図５に示す制御系の伝達関数を説明するブロッ
ク線図である。

【図９】第２のチューニングの手順を示すフローチャー
トである。

【図１０】ゲイン｜Ｇp_i｜を説明する図である。

【符号の説明】

１ポンプ本体２コントロールユニット４ロータ５，５１，５２，５３，５１ｘ，５２ｙ，５２ｘ，５２
ｙ，５３ｚ電磁石７，７１，７２，７３変位センサ９軸受制御回路２７，２８ベアリング３０制御部３１励磁アンプ３０３演算部３０６記憶部Ａ制御対象

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被支持体を非接触支持する電磁石と、磁
気浮上を制御する制御信号に基づいて前記電磁石に励磁
電流を供給する励磁アンプと、前記被支持体の位置を検
出する位置センサと、前記位置センサのセンサ信号に基
づいて前記制御信号を前記励磁アンプに出力する制御手
段とを備える磁気軸受装置において、前記制御信号に所定の交流信号を加算する交流信号加算
手段と、前記交流信号が加算されたときの前記位置センサのセン
サ信号に基づいて、前記位置センサを含む制御対象の伝
達関数ゲイン値を算出するゲイン演算手段とを備え、前記制御手段は、前記伝達関数ゲイン値と所定のゲイン
基準値との比に基づいて制御信号を出力することを特徴
とする磁気軸受装置。
【請求項２】請求項１に記載の磁気軸受装置におい
て、前記被支持体の支持位置を第１の位置と第２の位置との
間に拘束する拘束部材と、前記被支持体が前記第１の位置にあるときの前記位置セ
ンサのセンサ信号と前記被支持体が前記第２の位置にあ
るときの前記位置センサのセンサ信号との差分を算出す
る差分演算手段を備え、前記制御手段は、前記差分演算手段により算出された差
分と所定の基準差分との比に基づいて制御信号を出力す
ることを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項３】被支持体を非接触支持する電磁石と、磁
気浮上を制御する制御信号に基づいて前記電磁石に励磁
電流を供給する励磁アンプと、前記被支持体の位置を検
出する位置センサと、前記位置センサのセンサ信号に基
づいて前記制御信号を前記励磁アンプに出力する制御手
段とを備える磁気軸受装置のセンサ感度調整方法におい
て、前記制御信号に所定の交流信号を加算し、前記交流信号
が加算されたときの前記位置センサのセンサ信号に基づ
いて少なくとも前記位置センサを含む制御対象の伝達関
数ゲイン値を算出するとともに、前記伝達関数ゲイン値
と所定のゲイン基準値との比に基づく制御信号により磁
気浮上を制御することを特徴とする磁気軸受装置のセン
サ感度調整方法。