JP2006002614A - 磁気軸受式ターボ分子ポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 磁気軸受のアキシャル軸であり電磁石51,52の中心軸に垂直な面内に非接触式位置センサ20を3つ配設した。各位置センサ20はベース4に設けられており、ロータ2のドラッグポンプ段を構成する円筒部12の内周面とのギャップを検出する。そして、各位置センサ20の検出結果に基づいて、円筒部12の内径の変化であるロータ変形量δを算出する。このロータ変形量δに基づいてロータ2とネジステータ11の接触の可能性があるか否かを判定し、可能性があると判定された場合にはロータ回転数を下げて接触を回避する。
【選択図】 図1
Description
請求項2の発明は、磁気軸受により非接触支持されたロータをステータに対して回転することによりガスを排気する磁気軸受式ターボ分子ポンプに適用され、ロータと対向するように配設されて、ロータの位置を検出する1つの非接触式位置センサと、非接触式位置センサで検出されたロータ位置と磁気軸受に設けられたラジアル変位センサの検出情報とに基づいて、ロータの変形量を演算するロータ変形量演算手段とを備えたことを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、非接触式位置センサを配設位置に支持する支持部材の温度を検出する支持部材温度センサと、支持部材温度センサの検出温度に基づいて、支持部材の熱膨張による非接触式位置センサの位置ズレを補正する補正手段とを備え、ロータ変形量演算手段は、補正手段の位置ズレ補正に基づいてロータの変形量を演算するものである。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、ロータの変形量が所定値以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段を備えたものである。
請求項5の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、ロータ非回転時に、磁気軸受の電磁石が固定された固定部の温度を検出する固定部温度センサと、固定部温度センサの検出温度とロータの変形量とに基づいて、ロータ回転時のロータの温度を算出するロータ温度演算手段とを備えたものである。
請求項6の発明は、請求項5に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、ロータ回転時のロータの温度が所定の上限温度以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段を備えたものである。
請求項7の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、変形量の時間変化率を、時系列的に繰り返し算出する時間変化率演算手段と、時間変化率演算手段で算出された時間変化率が所定値以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段とを備えたものである。
請求項8の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、変形量の時間変化率を、時系列的に繰り返し算出する時間変化率演算手段と、時間変化率演算手段で算出された時間変化率が所定値以上の場合に警告を発生する警告発生手段とを備えたものである。
本実施の形態では、ベースに設けられた3つの位置センサ20を用いてロータ2の変形を検出する。ここでは、ロータ停止中のロータ内径D0とロータ回転中のロータ内径D1との差δ=D1−D0をロータ変形量とする。図5はロータ変形量計算のモデル図であり、以下ではこのモデル図を参照して計算方法の説明を行う。
x4=(L1+d0/2)cosθ1、y4=(L1+d0/2)sinθ1 …(1)
x5=(L2+d0/2)cosθ2、y5=(L2+d0/2)sinθ2 …(2)
x6=(L3+d0/2)cosθ3、y6=(L3+d0/2)sinθ3 …(3)
y={(y4−y5)/(x4−x5)}(x−x4)+y4 …(4)
y={(y5−y6)/(x5−x6)}(x−x5)+y5 …(5)
y=−{(y4−y5)/(x4−x5)}{x−(x4+x5)/2}
(y4+y5)/2 …(6)
y=−{(y5−y6)/(x5−x6)}{x−(x5+x6)/2}
(y5+y6)/2 …(7)
x9=(axc−bxd−yc+yd)/(a−b) …(8)
y9=(abxc−abxd−byc+ayd)/(a−b) …(9)
ここで、a=−(x4−x5)/(y4−y5)、b=−(x5−x6)/(y5−y6)、xc=(x4+x5)/2、yc=(y4+y5)/2、xd=(x5+x6)/2、yd=(y5+y6)/2である。
D1=2{(x4−x9)2+(y4−y9)2}1/2 …(10)
さらに、磁気軸受に用いられているラジアル変位センサ71a〜71dまたは72a〜72dの検出結果を利用することにより、位置センサ20を1つ配置する構成としても良い。例えば、ラジアル変位センサ72a〜72dの検出結果を利用する場合、位置センサ20の検出方向とラジアル変位センサ72a〜72dの中心とが一致するように位置センサ20を配置する。この場合、中心P9(図6参照)の位置はラジアル変位センサ72a〜72dによって常に検出されているので、上述した、式(1),(10)を用いることによりロータ変形量δ=D1−D0を算出することができる。この変形例の場合にも、位置センサ20を円筒部12の外周側に設けても良い。
一般的に、ロータ2にはアルミ合金が用いられており、ロータ2の温度が高温になりすぎるとクリープ現象が著しくなるため、所定の上限温度よりも低い温度でターボ分子ポンプを使用するようにしている。しかしながら、磁気軸受式ターボ分子ポンプの場合にはロータ2が磁気浮上しているため温度センサを直接ロータ上に設けることができず、例えばベース温度からロータ温度を予測しているため、ロータ温度の正確な把握が難しかった。
D1−D0=αD0(T1−T0)
T1=(D1−D0)/(αD0)+T0 …(11)
次に、上述のように算出されたロータ変位量δやロータ温度T1を利用して、ターボ分子ポンプを安全に運転する方法について説明する。図8はロータ変位量δを用いた場合の動作を示すフローチャートであり、コントローラ30の電源が投入されるとスタートする。ステップS1では温度センサ21により温度T0を測定する。ステップS2では、3つの位置センサ21の検出値に基づいて、温度T0における円筒部12の内径D0を算出する。ステップS3では、モータ6による回転駆動を開始して定格回転数でポンプを運転する。
ε=f(σ、t、T) …(12)
(a)3つの位置センサ20、または、1つの位置センサ20とラジアル変位センサ71a〜71d、72a〜72dを用いてロータ位置を検出することにより、ロータ変形量δを従来より精度良く求めることができる。
(b)さらに、位置センサ20が設けられているベース4の熱膨張を温度センサ21の検出温度に基づいて算出し、熱膨張による位置センサ20の位置ズレを補正することにより、より精度向上を図ることができる。
(c)ロータ停止時のベース温度とロータ回転時のロータ変形量δとを用いてロータ温度を算出することにより、ロータ温度を精度良く推定することができる。
(d)ロータ温度が上限温度以上となったり、ロータ変形量δが規定値以上となったり、変化率Δδが所定値以上変化した場合に、ロータ回転数を下げたり警告を発したりすることにより、ターボ分子ポンプ運転における予防保全性を向上させることができる。
2 ロータ
3 シャフト
4 ベース
6 モータ
8 回転翼
9 固定翼
10 スペーサ
11,23 ネジステータ
12 円筒部
13 ケーシング
13a 吸気口
14 回転数センサ
20 位置センサ
21 温度センサ
27,28 保護ベアリング
30 コントローラ
31 演算部
32 磁気軸受駆動制御部
33 モータ駆動制御部
34 表示部
35 記憶部
51〜53,51a〜51d,52a〜52d 電磁石
71〜73,71a〜71d,72a〜72d 変位センサ
Claims (8)
- 磁気軸受により非接触支持されたロータをステータに対して回転することによりガスを排気する磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記磁気軸受のアキシャル軸に垂直な面内の少なくとも3つの位置に前記ロータと対向するように配設されて、前記ロータの位置を検出する少なくとも3つの非接触式位置センサと、
前記複数の非接触式位置センサの各々によって検出されたロータ位置に基づいて、前記ロータの変形量を演算するロータ変形量演算手段とを備えたことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。 - 磁気軸受により非接触支持されたロータをステータに対して回転することによりガスを排気する磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータと対向するように配設されて、前記ロータの位置を検出する1つの非接触式位置センサと、
前記非接触式位置センサで検出されたロータ位置と前記磁気軸受に設けられたラジアル変位センサの検出情報とに基づいて、前記ロータの変形量を演算するロータ変形量演算手段とを備えたことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。 - 請求項1または2に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記非接触式位置センサを前記配設位置に支持する支持部材の温度を検出する支持部材温度センサと、
前記支持部材温度センサの検出温度に基づいて、前記支持部材の熱膨張による前記非接触式位置センサの位置ズレを補正する補正手段とを備え、
前記ロータ変形量演算手段は、前記補正手段の位置ズレ補正に基づいて前記ロータの変形量を演算することを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータの変形量が所定値以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段を備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
ロータ非回転時に、前記磁気軸受の電磁石が固定された固定部の温度を検出する固定部温度センサと、
前記固定部温度センサの検出温度と前記ロータの変形量とに基づいて、ロータ回転時の前記ロータの温度を算出するロータ温度演算手段とを備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。 - 請求項5に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータ回転時のロータの温度が所定の上限温度以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段を備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記変形量の時間変化率を、時系列的に繰り返し算出する時間変化率演算手段と、
前記時間変化率演算手段で算出された前記時間変化率が所定値以上の場合にロータ回転数を低下させる回転数変更手段とを備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記変形量の時間変化率を、時系列的に繰り返し算出する時間変化率演算手段と、
前記時間変化率演算手段で算出された前記時間変化率が所定値以上の場合に警告を発生する警告発生手段とを備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
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