JP2006112490A - Magnetic bearing device - Google Patents

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Hiroyoshi Namiki
啓能 並木
Yoshinobu Otachi
好伸 大立
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Edwards Japan Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • F16C2360/45Turbo-molecular pumps

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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic bearing device capable of performing precision control even with an A/D converter with a small number of digits, for safe operation even under disturbance. <P>SOLUTION: At such timing as a rotor 103 reaches a preset number of rotations, a gain signal setting part 11 specifies a gain signal 13 of high sensitivity in a high resolution mode. If a disturbance is applied, an A/D converter 10 overflows and a state signal 25 of the A/D converter 10 is set. The gain signal setting part 11 here specifies a gain signal 13 of low sensitivity to enter a normal mode. Thus, the incapability of measurement is avoided even a disturbance is applied, allowing a stable positioning. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は磁気軸受装置に係わり、特に桁数の少ないA/Dコンバータであっても高精度な制御が行え、かつ外乱を受けた際にも安全に動作できる磁気軸受装置に関する。   The present invention relates to a magnetic bearing device, and more particularly to a magnetic bearing device that can perform high-precision control even with an A / D converter having a small number of digits and can operate safely even when subjected to disturbance.

近年のエレクトロニクスの発展に伴い、メモリや集積回路といった半導体の需要が急激に増大している。
これらの半導体は、極めて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、エッチングにより半導体基板上に微細な回路を形成したりなどして製造される。
そして、これらの作業は空気中の塵等による影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる必要がある。このチャンバの排気には、一般に真空ポンプが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が容易等の点から真空ポンプの中の一つであるターボ分子ポンプが多用されている。
With the recent development of electronics, the demand for semiconductors such as memories and integrated circuits is increasing rapidly.
These semiconductors are manufactured by doping impurities into a highly pure semiconductor substrate to impart electrical properties, or by forming fine circuits on the semiconductor substrate by etching.
These operations need to be performed in a high vacuum chamber in order to avoid the influence of dust in the air. A vacuum pump is generally used for evacuating the chamber. However, a turbo molecular pump, which is one of the vacuum pumps, is used frequently from the viewpoints of particularly low residual gas and easy maintenance.

また、半導体の製造工程では、様々なプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気するのにも使用される。
更に、ターボ分子ポンプは、電子顕微鏡等の設備において、粉塵等の存在による電子ビームの屈折等を防止するため、電子顕微鏡等のチャンバ内の環境を高度の真空状態にするのにも用いられている。
そして、このようなターボ分子ポンプは、半導体製造装置や電子顕微鏡等のチャンバからガスを吸引排気するためのターボ分子ポンプ本体と、このターボ分子ポンプ本体を制御する制御装置とから構成されている。
In the semiconductor manufacturing process, there are a number of processes in which various process gases act on the semiconductor substrate. The turbo molecular pump not only evacuates the chamber, but also exhausts these process gases from the chamber. Also used.
Furthermore, turbo molecular pumps are also used in equipment such as electron microscopes to prevent the refraction of the electron beam due to the presence of dust, etc., so that the environment in the chamber of the electron microscope or the like is in a highly vacuum state. Yes.
Such a turbo molecular pump is composed of a turbo molecular pump main body for sucking and exhausting gas from a chamber of a semiconductor manufacturing apparatus or an electron microscope, and a control device for controlling the turbo molecular pump main body.

このターボ分子ポンプ本体の縦断面図を図5に示す。
図5において、ターボ分子ポンプ本体100は、円筒状の外筒127の上端に吸気口101が形成されている。外筒127の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードによる複数の回転翼102a、102b、102c・・・を周部に放射状かつ多段に形成した回転体103を備える。
この回転体103の中心にはロータ軸113が取り付けられており、このロータ軸113は、例えば、いわゆる5軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。
A longitudinal sectional view of the turbo molecular pump main body is shown in FIG.
In FIG. 5, the turbo molecular pump main body 100 has an intake port 101 formed at the upper end of a cylindrical outer cylinder 127. On the inner side of the outer cylinder 127, there is provided a rotating body 103 in which a plurality of rotating blades 102a, 102b, 102c,... By turbine blades for sucking and exhausting gas are formed radially and in multiple stages.
A rotor shaft 113 is attached to the center of the rotating body 103, and the rotor shaft 113 is levitated and supported in the air by a so-called 5-axis control magnetic bearing.

上側径方向電磁石104は、4個の電磁石がX軸とY軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石104に近接かつ対応されて4個の上側径方向センサ107が備えられている。この上側径方向センサ107は回転体103の径方向変位を検出し、その信号を図示せぬ制御装置に送るように構成されている。   In the upper radial electromagnet 104, four electromagnets are arranged in pairs on the X axis and the Y axis. Four upper radial sensors 107 are provided in close proximity to and corresponding to the upper radial electromagnet 104. The upper radial direction sensor 107 is configured to detect a radial displacement of the rotating body 103 and send a signal to a control device (not shown).

制御装置においては、上側径方向センサ107が検出した変位信号に基づき、PID調節機能を有する磁気軸受制御回路を介したアンプの出力により、上側径方向電磁石104の励磁を制御し、ロータ軸113の上側の径方向位置を調整する。ここで、磁気軸受制御回路は、上側径方向センサ107が検出したロータ軸113の変位のアナログセンサ信号をA/Dコンバータでデジタル信号に変換し、その信号を処理し、上側径方向電磁石104に流す電流を調整し、ロータ軸113を浮上させている。   In the control device, based on the displacement signal detected by the upper radial sensor 107, the excitation of the upper radial electromagnet 104 is controlled by the output of the amplifier via the magnetic bearing control circuit having the PID adjustment function, and the rotor shaft 113 Adjust the upper radial position. Here, the magnetic bearing control circuit converts the analog sensor signal of the displacement of the rotor shaft 113 detected by the upper radial sensor 107 into a digital signal by an A / D converter, processes the signal, and sends it to the upper radial electromagnet 104. The current to flow is adjusted, and the rotor shaft 113 is levitated.

また、上側径方向電磁石104に流す電流を微調整するため、上側径方向電磁石104に流した電流を測定し、磁気軸受制御回路にフィードバックしている。
ロータ軸113は、高透磁率材(鉄など)などにより形成され、上側径方向電磁石104の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、X軸方向とY軸方向とにそれぞれ独立して行われる。
また、下側径方向電磁石105及び下側径方向センサ108が、上側径方向電磁石104及び上側径方向センサ107と同様に配置され、ロータ軸113の下側の径方向位置が、上側の径方向位置と同様に、制御装置において調整されている。
Further, in order to finely adjust the current flowing through the upper radial electromagnet 104, the current flowing through the upper radial electromagnet 104 is measured and fed back to the magnetic bearing control circuit.
The rotor shaft 113 is formed of a high permeability material (such as iron) and is attracted by the magnetic force of the upper radial electromagnet 104. Such adjustment is performed independently in the X-axis direction and the Y-axis direction.
Further, the lower radial electromagnet 105 and the lower radial sensor 108 are arranged in the same manner as the upper radial electromagnet 104 and the upper radial sensor 107, and the lower radial position of the rotor shaft 113 is set to the upper radial direction. Like the position, it is adjusted in the control device.

更に、軸方向電磁石106A、106Bが、ロータ軸113の下部に備えた円板状の金属ディスク111を上下に挟んで配置されている。金属ディスク111は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸113の軸方向変位を検出するために軸方向センサ109が備えられ、その軸方向変位信号が制御装置に送られるように構成されている。   Furthermore, axial electromagnets 106A and 106B are arranged with a disk-shaped metal disk 111 provided at the lower part of the rotor shaft 113 sandwiched vertically. The metal disk 111 is made of a high permeability material such as iron. An axial sensor 109 is provided to detect the axial displacement of the rotor shaft 113, and the axial displacement signal is sent to the control device.

そして、軸方向電磁石106A、106Bは、この軸方向変位信号に基づき制御装置のPID調節機能を有する磁気軸受制御回路を介したアンプの出力により、励磁制御されるようになっている。軸方向電磁石106Aは、磁力により金属ディスク111を上方に吸引し、軸方向電磁石106Bは、金属ディスク111を下方に吸引する。
このように、制御装置では、この軸方向電磁石106A、106Bが金属ディスク111に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸113を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持する。
The axial electromagnets 106A and 106B are controlled to be excited by the output of the amplifier via the magnetic bearing control circuit having the PID adjustment function of the control device based on the axial displacement signal. The axial electromagnet 106A attracts the metal disk 111 upward by magnetic force, and the axial electromagnet 106B attracts the metal disk 111 downward.
As described above, in the control device, the magnetic force exerted on the metal disk 111 by the axial electromagnets 106A and 106B is appropriately adjusted, and the rotor shaft 113 is magnetically levitated in the axial direction and held in the space without contact.

モータ121は、ロータ軸113を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。これら各磁極は、制御装置のPWM制御機能を有するモータ制御回路を介した駆動回路から出力された動力信号により、モータ121を回転駆動するよう制御されている。
また、モータ121には、図示しない回転数センサ及びモータ温度センサが取り付けられており、これらの回転数センサ及びモータ温度センサの検出信号を受けて、制御装置においてロータ軸113の回転が制御されている。
The motor 121 includes a plurality of magnetic poles arranged circumferentially so as to surround the rotor shaft 113. These magnetic poles are controlled to rotate and drive the motor 121 by a power signal output from a drive circuit via a motor control circuit having a PWM control function of the control device.
The motor 121 is provided with a rotation speed sensor and a motor temperature sensor (not shown). Upon receiving detection signals from the rotation speed sensor and the motor temperature sensor, the rotation of the rotor shaft 113 is controlled by the control device. Yes.

回転翼102a、102b、102c・・・とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼123a、123b、123c・・・が配設されている。回転翼102a、102b、102c・・・は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸113の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。
また、固定翼123も、同様にロータ軸113の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒127の内方に向けて回転翼102の段と互い違いに配設されている。
そして、固定翼123の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ125a、125b、125c・・・の間に嵌挿された状態で支持されている。
A plurality of fixed blades 123a, 123b, 123c,... Are arranged with a slight gap from the rotor blades 102a, 102b, 102c,. The rotor blades 102a, 102b, 102c,... Are each inclined at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the rotor shaft 113 in order to transfer exhaust gas molecules downward by collision.
Similarly, the fixed blades 123 are also formed to be inclined at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the rotor shaft 113, and are arranged alternately with the stages of the rotary blades 102 toward the inside of the outer cylinder 127. ing.
And one end of the fixed wing | blade 123 is supported in the state inserted and inserted between the several fixed wing | blade spacer 125a, 125b, 125c ... stacked.

固定翼スペーサ125はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。
固定翼スペーサ125の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒127が固定されている。外筒127の底部にはベース部129が配設され、固定翼スペーサ125の下部とベース部129の間にはネジ付きスペーサ131が配設されている。そして、ベース部129中のネジ付きスペーサ131の下部には排気口133が形成され、外部に連通されている。
The fixed blade spacer 125 is a ring-shaped member and is made of a metal such as a metal such as aluminum, iron, stainless steel, or copper, or an alloy containing these metals as components.
An outer cylinder 127 is fixed to the outer periphery of the fixed blade spacer 125 with a slight gap. A base portion 129 is disposed at the bottom of the outer cylinder 127, and a threaded spacer 131 is disposed between the lower portion of the fixed blade spacer 125 and the base portion 129. An exhaust port 133 is formed below the threaded spacer 131 in the base portion 129 and communicates with the outside.

ネジ付きスペーサ131は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝131aが複数条刻設されている。
ネジ溝131aの螺旋の方向は、回転体103の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口133の方へ移送される方向である。
回転体103の回転翼102a、102b、102c・・・に続く最下部には回転翼102dが垂下されている。この回転翼102dの外周面は、円筒状で、かつネジ付きスペーサ131の内周面に向かって張り出されており、このネジ付きスペーサ131の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。
The threaded spacer 131 is a cylindrical member made of metal such as aluminum, copper, stainless steel, iron, or an alloy containing these metals as a component, and a plurality of spiral thread grooves 131a are formed on the inner peripheral surface thereof. It is marked.
The direction of the spiral of the thread groove 131 a is a direction in which molecules of the exhaust gas move toward the exhaust port 133 when the molecules of the exhaust gas move in the rotation direction of the rotating body 103.
A rotating blade 102d is suspended from the lowermost portion of the rotating body 103 following the rotating blades 102a, 102b, 102c. The outer peripheral surface of the rotating blade 102d is cylindrical and protrudes toward the inner peripheral surface of the threaded spacer 131, and is adjacent to the inner peripheral surface of the threaded spacer 131 with a predetermined gap. Yes.

ベース部129は、ターボ分子ポンプ本体100の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。
ベース部129はターボ分子ポンプ本体100を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。
また、ベース部129には、コネクタ160が配設されており、このコネクタ160は、ターボ分子ポンプ本体100と制御装置との間の信号線の出口になっている。
The base portion 129 is a disk-like member that forms the base portion of the turbo molecular pump main body 100, and is generally made of a metal such as iron, aluminum, or stainless steel.
Since the base portion 129 physically holds the turbo molecular pump main body 100 and also has a function of a heat conduction path, a metal having rigidity such as iron, aluminum, and copper and high heat conductivity is used. Is desirable.
Further, a connector 160 is disposed on the base portion 129, and this connector 160 serves as an outlet of a signal line between the turbo molecular pump main body 100 and the control device.

かかる構成において、回転翼102がモータ121により駆動されてロータ軸113と共に回転すると、回転翼102と固定翼123の作用により、吸気口101を通じてチャンバからの排気ガスが吸気される。
吸気口101から吸気された排気ガスは、回転翼102と固定翼123の間を通り、ベース部129へ移送される。そして、ベース部129に移送されてきた排気ガスは、ネジ付きスペーサ131のネジ溝131aに案内されつつ排気口133へと送られる。
なお、上記では、ネジ付きスペーサ131は回転翼102dの外周に配設し、ネジ付きスペーサ131の内周面にネジ溝131aが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に回転翼102dの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。
In such a configuration, when the rotary blade 102 is driven by the motor 121 and rotates together with the rotor shaft 113, exhaust gas from the chamber is sucked through the intake port 101 by the action of the rotary blade 102 and the fixed blade 123.
Exhaust gas sucked from the inlet 101 passes between the rotary blade 102 and the fixed blade 123 and is transferred to the base portion 129. The exhaust gas transferred to the base portion 129 is sent to the exhaust port 133 while being guided by the thread groove 131a of the threaded spacer 131.
In the above description, it has been described that the threaded spacer 131 is disposed on the outer periphery of the rotating blade 102d, and the thread groove 131a is formed on the inner peripheral surface of the threaded spacer 131. However, conversely, a thread groove may be formed on the outer peripheral surface of the rotary blade 102d, and a spacer having a cylindrical inner peripheral surface may be disposed around the screw groove.

また、吸気口101から吸引されたガスがモータ121、下側径方向電磁石105、下側径方向センサ108、上側径方向電磁石104、上側径方向センサ107などで構成される電装部側に侵入することのないよう、パージガスにて所定圧に保たれている。
このため、ベース部129には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。導入されたパージガスは、保護ベアリング120とロータ軸113間、モータ121のロータとステータ間、ステータコラム122と回転翼102間の隙間を通じて排気口133へ送出される。
Further, the gas sucked from the intake port 101 enters the electrical component side including the motor 121, the lower radial electromagnet 105, the lower radial sensor 108, the upper radial electromagnet 104, the upper radial sensor 107, and the like. To prevent this, the pressure is maintained at a predetermined pressure with a purge gas.
For this reason, a pipe (not shown) is provided in the base portion 129, and the purge gas is introduced through this pipe. The introduced purge gas is sent to the exhaust port 133 through the clearance between the protective bearing 120 and the rotor shaft 113, between the rotor and the stator of the motor 121, and between the stator column 122 and the rotor blade 102.

保護ベアリング120は、磁気軸受が装置異常や何らかの外乱によって回転体103の浮上を維持できなくなった場合に、ロータ軸113が各センサや各電磁石と接触しないようにするため備えられている。保護ベアリング120とロータ軸113間の隙間は、回転体103が加減速時の共振点通過時に一時的に振れが大きくなったり、あるいは微小な外乱でただちに保護ベアリング120とロータ軸113とが接触すると不都合であるから、回転体103の保持精度よりも、かなり大きくとってある。   The protective bearing 120 is provided so that the rotor shaft 113 does not come into contact with each sensor or each electromagnet when the magnetic bearing cannot maintain the floating body 103 due to an apparatus abnormality or some disturbance. The clearance between the protective bearing 120 and the rotor shaft 113 is temporarily increased when the rotating body 103 passes through the resonance point during acceleration / deceleration, or when the protective bearing 120 and the rotor shaft 113 come into contact with each other due to a minute disturbance. Since it is inconvenient, it is considerably larger than the holding accuracy of the rotating body 103.

例えば、数μmの軸保持精度に対して、保護ベアリング120とロータ軸113間の隙間は1mm程度に設定する、などである。ここで、磁気浮上していない状態において、ロータ軸113は保護ベアリング120によって支持されている。このため、磁気軸受を動作させるには、保護ベアリング120とロータ軸113間の隙間(例えば1mm)と、軸保持精度(例えば数μm)の両方を検出できる変位センサが望まれる。   For example, for a shaft holding accuracy of several μm, the clearance between the protective bearing 120 and the rotor shaft 113 is set to about 1 mm. Here, the rotor shaft 113 is supported by the protective bearing 120 in a state where the magnetic levitation is not performed. For this reason, in order to operate the magnetic bearing, a displacement sensor that can detect both the clearance (for example, 1 mm) between the protective bearing 120 and the rotor shaft 113 and the shaft holding accuracy (for example, several μm) is desired.

しかしながら、一般に大きなフルスケールと高い分解能を両立するセンサは高価かつ大型である。また、デジタル制御回路にセンサ信号を取り込むA/Dコンバータにも大きなbit数が必要になり、高価になる。
例えば、センサ出力が−10〜10V(このときの対応する測定距離範囲は、−1mm〜1mm)に対して8bitのA/Dコンバータ(−10〜10Vフルスケールのもの)を使ったとする。この場合の測定分解能を計算(20V/256)すると、ほぼ0.08Vとなり、これは0.008mm(8μm)に相当する。
However, in general, a sensor that achieves both large full scale and high resolution is expensive and large. In addition, an A / D converter that captures a sensor signal into a digital control circuit also requires a large number of bits, which is expensive.
For example, assume that an 8-bit A / D converter (of -10 to 10 V full scale) is used for a sensor output of -10 to 10 V (the corresponding measurement distance range is -1 mm to 1 mm). When the measurement resolution in this case is calculated (20 V / 256), it is approximately 0.08 V, which corresponds to 0.008 mm (8 μm).

このため、8μm以下の変位は検出できない。なお、8bitをすべて使用せず、その内の1〜2bitを符号bitや状態bitとして使うことにすると、使用可能なビット数はその分減り分解能はもっと悪くなる。
そこで、この問題に対処するため、例えば、センサ出力信号に応じてシフト信号を加算し、A/Dコンバータの入カレンジ内に収まる0近傍の疑似信号とすることで、高分解能を得るようにした技術がある(特許文献1)。シフト信号は時間の関数としている。
特許第3362996号公報
For this reason, a displacement of 8 μm or less cannot be detected. If not all 8 bits are used and 1 to 2 bits are used as code bits and status bits, the number of usable bits is reduced accordingly, and the resolution becomes worse.
Therefore, in order to cope with this problem, for example, a shift signal is added in accordance with the sensor output signal to obtain a pseudo signal near 0 that falls within the input range of the A / D converter, thereby obtaining high resolution. There is technology (Patent Document 1). The shift signal is a function of time.
Japanese Patent No. 3362996

ところで、特許文献1では磁気軸受起動時(浮上開始時)や加減速時など、事前に挙動の予測できる過渡応答に対しては適用可能と考えられるが、予測困難な外乱(例えば地震や人為的な接触による振動等)を受けた場合には、センサ出力信号がA/Dコンバータの入カレンジを超えることが十分に起こり得る。そして、その場合には、ロータ軸113は高速回転状態から一瞬にして制御不能な状態になるおそれがあった。   By the way, in Patent Document 1, it is considered to be applicable to a transient response whose behavior can be predicted in advance, such as when a magnetic bearing is started (at the start of levitation) or when it is accelerated or decelerated. If the sensor output signal is subjected to vibrations caused by contact, the sensor output signal may sufficiently exceed the input range of the A / D converter. In this case, the rotor shaft 113 may be in an uncontrollable state in an instant from the high speed rotation state.

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、桁数の少ないA/Dコンバータであっても高精度な制御が行え、かつ外乱を受けた際にも安全に動作できる磁気軸受装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a conventional problem. A magnetic bearing that can perform high-precision control even in an A / D converter with a small number of digits and can operate safely even when subjected to disturbance. An object is to provide an apparatus.

このため本発明(請求項1)は、センサと、該センサから出力された信号を入力信号とし、該入力信号に対しバイアス分に相当する第1のシフト信号を調整可能な第1の演算部と、該第1の演算部の出力信号を増幅し、かつ増幅度を変更可能な第1の増幅部と、該第1の増幅部で増幅された信号が入力され、アナログ/デジタル変換される変換部と、該変換部で変換された信号を増幅し、かつ増幅度を変更可能な第2の増幅部と、該第2の増幅部で増幅された信号に対しバイアス分に相当する第2のシフト信号を調整可能な第2の演算部と、前記第1の増幅部の増幅度及び前記第2の増幅部の各増幅度を設定するゲイン信号設定部と、前記第1の演算部及び前記第2の演算部の各シフト信号を設定するシフト信号設定部と、前記変換部より得られた高精度なデータを基に制御信号が生成され、該制御信号により制御が行われる電磁石と、該電磁石により浮上支持されるロータ軸とを備えて構成した。   For this reason, the present invention (Claim 1) provides a sensor and a first arithmetic unit capable of adjusting a first shift signal corresponding to a bias amount with respect to the input signal by using a signal output from the sensor as an input signal. A first amplifying unit capable of amplifying the output signal of the first arithmetic unit and changing the amplification degree, and a signal amplified by the first amplifying unit are input and subjected to analog / digital conversion A conversion unit, a second amplification unit that amplifies the signal converted by the conversion unit and can change the amplification degree, and a second corresponding to a bias for the signal amplified by the second amplification unit A second calculation unit that can adjust the shift signal of the first amplification unit, a gain signal setting unit that sets the amplification degree of the first amplification unit and each amplification degree of the second amplification unit, the first calculation unit, A shift signal setting unit that sets each shift signal of the second arithmetic unit, and the conversion unit. Are control signals with high precision based on the data is generated with the electromagnet is controlled by the control signal is performed, and constitute a rotor shaft which is floatingly supported by the electromagnet.

入力信号に対しバイアス分に相当する第1のシフト信号を調整する。そして、調整された信号を増幅した後に変換部に入力する。このことにより、変換部のアナログ/デジタル変換の性能に制約のある場合であっても高い分解能で検出可能となり精度を上げることができる。
ゲイン信号設定部で増幅部の増幅度を設定可能としたので、検出精度の変更が自由に行える。このため、外乱等により入力信号が変動する場合と入力信号が安定して推移する場合等の各状況の変化に応じて随時、増幅部の増幅度を変えることができ、制御が不能となることはなく安定して行える。
The first shift signal corresponding to the bias is adjusted with respect to the input signal. Then, the adjusted signal is amplified and input to the conversion unit. As a result, even if the analog / digital conversion performance of the conversion unit is limited, detection can be performed with high resolution and the accuracy can be improved.
Since the gain of the amplification unit can be set by the gain signal setting unit, the detection accuracy can be freely changed. For this reason, the amplification degree of the amplifying unit can be changed at any time according to changes in each situation, such as when the input signal fluctuates due to disturbance, etc., or when the input signal changes stably, and control becomes impossible. It can be done stably.

また、本発明(請求項2)は、前記入力信号の変化の最大値と最小値を検出する検出手段を備え、前記シフト信号設定部の各シフト信号が該検出手段で検出された最大値と最小値を基に設定されることを特徴とする。   Further, the present invention (Claim 2) includes detection means for detecting a maximum value and a minimum value of the change of the input signal, and each shift signal of the shift signal setting unit is detected by the detection means. It is set based on the minimum value.

このことにより、最大値と最小値の間に推移するデータを効率よく取得できる。   This makes it possible to efficiently acquire data that transitions between the maximum value and the minimum value.

更に、本発明(請求項3)は、前記入力信号の変化の最大値と最小値を検出する検出手段を備え、前記ゲイン信号設定部の前記第1の増幅部の増幅度及び前記第2の増幅部の各増幅度の設定が該検出手段で検出された最大値と最小値及び前記変換部の性能を基に設定されることを特徴とする。   Furthermore, the present invention (Claim 3) includes detection means for detecting a maximum value and a minimum value of the change of the input signal, and the amplification factor of the first amplification unit of the gain signal setting unit and the second value Each amplification degree of the amplifying unit is set based on the maximum value and the minimum value detected by the detecting means and the performance of the converting unit.

このことにより、最大値と最小値の間に推移するデータに対する増幅率を的確に判断し設定できる。   This makes it possible to accurately determine and set the amplification factor for data that changes between the maximum value and the minimum value.

更に、本発明(請求項4)は、前記第1の増幅部の増幅度が前記第2の増幅部の増幅度の逆数であり、かつ前記第1のシフト信号及び前記第2のシフト信号が共通であることを特徴とする。   Further, according to the present invention (claim 4), the amplification factor of the first amplification unit is a reciprocal of the amplification factor of the second amplification unit, and the first shift signal and the second shift signal are It is characterized by being common.

このことにより、制御を単純化できる。   This can simplify the control.

更に、本発明(請求項5)は、前記ゲイン信号設定部による前記第1の増幅部の増幅度及び前記第2の増幅部の増幅度が前記変換部の状態信号を基に切り換えられることを特徴とする。   Further, according to the present invention (claim 5), the gain of the first amplification unit and the amplification of the second amplification unit by the gain signal setting unit can be switched based on the state signal of the conversion unit. Features.

変換部の状態信号は、例えばアナログ/デジタル変換の際のオーバーフロー状態を検出した信号であったり、あらかじめ設定された設定値を超えたときの信号等である。このことにより、例えば外乱等により変換部への入力信号がオーバーフローしたような場合であっても増幅部の増幅度を切り換えることで外乱等に影響されずに安全に制御できる。   The state signal of the conversion unit is, for example, a signal that detects an overflow state at the time of analog / digital conversion, or a signal that exceeds a preset set value. As a result, even when the input signal to the conversion unit overflows due to disturbance or the like, it is possible to safely control without being affected by disturbance or the like by switching the amplification degree of the amplification unit.

以上説明したように本発明によれば、入力信号に対しバイアス分に相当する第1のシフト信号を調整し、この調整された信号を増幅した後に変換部に入力するように構成したので、変換部のアナログ/デジタル変換の性能に制約のある場合であっても高い分解能で検出可能となり精度を上げることができる。
また、ゲイン信号設定部で増幅部の増幅度を設定可能としたので、検出精度の変更が自由に行える。
As described above, according to the present invention, the first shift signal corresponding to the bias amount is adjusted with respect to the input signal, and the adjusted signal is amplified and then input to the conversion unit. Even if the analog / digital conversion performance is limited, detection can be performed with high resolution and the accuracy can be improved.
Further, since the gain of the amplification unit can be set by the gain signal setting unit, the detection accuracy can be freely changed.

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態のブロック図を図1に示す。図1において、減算器1では、下側径方向センサ108、上側径方向センサ107などの各位置センサで検出された信号が入力信号3として入力されるようになっている。一方、この減算器1には、シフト信号設定部5で演算されたシフト信号7がD/Aコンバータ6によりデジタル/アナログ変換された後に入力され、入力信号3との間で減算処理がされるようになっている。そして、このシフト信号7により、入力信号3は適当なバイアスがかけられるようになっている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. A block diagram of an embodiment of the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, in the subtracter 1, signals detected by position sensors such as a lower radial sensor 108 and an upper radial sensor 107 are input as an input signal 3. On the other hand, the shift signal 7 calculated by the shift signal setting unit 5 is input to the subtracter 1 after being digital / analog converted by the D / A converter 6 and subtracted from the input signal 3. It is like that. The input signal 3 is appropriately biased by the shift signal 7.

減算器1でバイアスのかけられた信号は増幅器9でK倍の増幅がされるようになっている。増幅器9は、例えば次段のA/Dコンバータ10の入カフルスケール一杯(あるいは任意の増幅倍)まで増幅したり、増幅度を戻したりするようにゲイン信号設定部11がゲイン信号13を更新するようになっている。そして、このゲイン信号13が増幅器9の増幅度Kを指定するようになっている。増幅器9の簡略回路図としては、例えば図2のように構成できる。このとき、ゲイン信号13によりスイッチ12を切り換えることで増幅度が変えられるようになっている。   The signal biased by the subtractor 1 is amplified K times by the amplifier 9. In the amplifier 9, for example, the gain signal setting unit 11 updates the gain signal 13 so as to amplify the input full scale (or any amplification factor) of the A / D converter 10 in the next stage or to restore the amplification degree. It is like that. The gain signal 13 designates the amplification degree K of the amplifier 9. A simplified circuit diagram of the amplifier 9 can be configured as shown in FIG. At this time, the gain can be changed by switching the switch 12 with the gain signal 13.

減算器1でバイアス調整され、かつ増幅器9で増幅された信号15はA/Dコンバータ10に入力され、アナログ/デジタル変換されるようになっている。そして、このアナログ/デジタル変換された信号を元に高分解能に評価された後、この信号が元の増幅されない状態に戻されるようになっている。このため、増幅器17では、増幅器9で増幅された増幅度Kに対する増幅度1/Kを設定することにより信号を増幅前の状態に戻すようになっている。   A signal 15 that is bias-adjusted by the subtracter 1 and amplified by the amplifier 9 is input to an A / D converter 10 for analog / digital conversion. Then, after the analog / digital converted signal is evaluated with high resolution, this signal is returned to its original unamplified state. For this reason, the amplifier 17 sets the amplification factor 1 / K with respect to the amplification factor K amplified by the amplifier 9 to return the signal to the state before amplification.

増幅度1/Kは、ゲイン信号設定部11により指定される。但し、ゲイン信号設定部11からは増幅度Kが指定され、増幅器17(デジタルにて構成されている)内部で増幅度1/Kに読み変えられてもよい。そして、この増幅器17を通った信号19は加算器21でシフト信号7(デジタル値)が加算され、バイアスのかけられる前に戻されるようになっている。   The gain 1 / K is specified by the gain signal setting unit 11. However, the gain K may be designated from the gain signal setting unit 11 and may be read as amplification 1 / K inside the amplifier 17 (configured digitally). The signal 19 passing through the amplifier 17 is added with the shift signal 7 (digital value) by the adder 21 and returned before being biased.

加算器21で加算された信号23は、シフト信号設定部5及びゲイン信号設定部11に入力され、それぞれシフト信号の設定値、ゲイン信号の設定値が判断されるようになっている。そして、この判断のために、A/Dコンバータ10の状態信号25がシフト信号設定部5及びゲイン信号設定部11に入力されるようになっている。A/Dコンバータ10の状態信号25は、例えばA/Dコンバータ10がオーバーフローしたり、ある設定値を超えたりしたようなときに出力される信号である。また、このシフト信号設定部5及びゲイン信号設定部11には、更に外部よりターボ分子ポンプ本体100の運転状態を示す運転状態信号27が入力されるようになっている。   The signal 23 added by the adder 21 is input to the shift signal setting unit 5 and the gain signal setting unit 11, and the set value of the shift signal and the set value of the gain signal are determined, respectively. For this determination, the state signal 25 of the A / D converter 10 is input to the shift signal setting unit 5 and the gain signal setting unit 11. The state signal 25 of the A / D converter 10 is a signal output when the A / D converter 10 overflows or exceeds a certain set value, for example. The shift signal setting unit 5 and the gain signal setting unit 11 are further supplied with an operation state signal 27 indicating the operation state of the turbo molecular pump main body 100 from the outside.

運転状態信号27は、例えば回転体103が剛体モードの共振周波数を超えるときに出力されたり、ポンプ始動から定常運転に到達したときに出力されたりする。そして、この運転状態信号27を基にゲイン信号設定部11でゲイン信号13が指定若しくは切り換えられるようになっている。そして、信号23若しくはA/Dコンバータ10で高精度に読み込まれたデジタル値は制御処理部24へと伝えられ、以降の制御に使用されるようになっている。   The operation state signal 27 is output, for example, when the rotating body 103 exceeds the resonance frequency of the rigid body mode, or is output when the steady operation is reached after the pump is started. The gain signal 13 is designated or switched by the gain signal setting unit 11 based on the operation state signal 27. Then, the digital value read with high precision by the signal 23 or the A / D converter 10 is transmitted to the control processing unit 24 and used for the subsequent control.

次に、本実施形態の作用について説明する。
以降の説明では、簡単のため、ゲイン信号設定部11での感度の切り換えは低感度と高感度の2モードとする。但し、この切り換えは複数段に細かく感度設定されてもよい。A/Dコンバータ10の有効桁数は例えば8ビットである。
図3に運転のフロー(イ欄)と共に運転時間とセンサ出力の関係図(ロ欄)及びこのときの運転モード(ハ欄)を示す。図3の運転フローにおいて、ステップ1(図中S1と略す)で電源投入され、ステップ2で磁気浮上が開始される。例えば、ステップ1の際の運転時間とセンサ出力の関係図は図(a)となるが、理解し易いようにステップ1の右隣に対応するように記載している(以下同様)。
回転体103の浮上開始時には、ゲイン信号設定部11より通常モードとして低感度のゲイン信号13が指定される。ここに、通常モードとは、ロータ軸113の可動範囲の全域に渡り、A/Dコンバータ10のフルスケールが対応した状態をいう。
Next, the operation of this embodiment will be described.
In the following explanation, for the sake of simplicity, the sensitivity switching in the gain signal setting unit 11 is assumed to be two modes of low sensitivity and high sensitivity. However, the sensitivity may be finely set in a plurality of stages. The number of significant digits of the A / D converter 10 is 8 bits, for example.
FIG. 3 shows the operation flow (column B) and the relationship between the operation time and sensor output (column B) and the operation mode (column C) at this time. In the operation flow of FIG. 3, power is turned on in step 1 (abbreviated as S1 in the figure), and magnetic levitation is started in step 2. For example, the relationship diagram between the operation time and the sensor output in step 1 is shown in FIG. 1A, but is described so as to correspond to the right side of step 1 for the sake of easy understanding (the same applies hereinafter).
When the rotator 103 starts to float, the gain signal setting unit 11 designates the low-sensitivity gain signal 13 as the normal mode. Here, the normal mode refers to a state in which the full scale of the A / D converter 10 corresponds to the entire movable range of the rotor shaft 113.

また、回転体103の加速時も浮上開始時と同様にゲイン信号設定部11より通常モードとして低感度のゲイン信号13が指定される。低感度とするのは、浮上途中においては、剛体モードの共振点等を通過することもあり、最初から安定した状態にロータ軸113を保持するのは困難だからである(ステップ3を参照)。即ち、この間の制御では、ロータ軸113の浮上位置が相当広範囲に振れるおそれがあるため、この広範囲をカバーして位置検出する必要があり、増幅器9の感度は低感度とする。このとき逆に高感度に設定していると測定不能となることがある。A/Dコンバータ10では、フルスケールに対し入力された信号が低い分解能で検出される。   In addition, when the rotating body 103 is accelerated, the low gain signal 13 is designated as the normal mode by the gain signal setting unit 11 in the same manner as when the levitation starts. The reason why the sensitivity is low is that it is difficult to hold the rotor shaft 113 in a stable state from the beginning because it may pass through a resonance point or the like in the rigid body mode during the ascent (see step 3). That is, in the control during this time, the floating position of the rotor shaft 113 may swing in a considerably wide range. Therefore, it is necessary to detect the position covering the wide range, and the sensitivity of the amplifier 9 is low. On the contrary, if the sensitivity is set high, measurement may be impossible. In the A / D converter 10, a signal input with respect to full scale is detected with low resolution.

次に、ステップ4では、回転体103が、あらかじめ設定した回転数(例えば、共振点通過の回転数や定格回転数)に達した、あるいは電子顕微鏡で測定を開始する、などのタイミングで、ゲイン信号設定部11より高分解能モードとして高感度のゲイン信号13を指定する(図(e)を参照)。これらは、自動的に信号を取り合うことで行われることが望ましい。   Next, in step 4, the gain is obtained at a timing such as when the rotating body 103 reaches a preset rotation speed (for example, the rotation speed through the resonance point or the rated rotation speed) or when measurement is started with an electron microscope. A high-sensitivity gain signal 13 is designated as a high-resolution mode from the signal setting unit 11 (see FIG. 9E). These are desirably performed by automatically exchanging signals.

このときの通常モードと高分解能モードの間におけるモード変更及び中心合わせの概念を図4を基に説明する。中心合わせは、モード変更を効果的なものとするため、センサ出力から判断される中心位置と構造上の中心位置である0をまず一致させた上でモード変更しようとするものである。
例えば、センサ出力が−5〜5V(このときの対応する測定距離範囲は、−5mm〜5mm)のセンサと、入力フルスケールが−5〜5VのA/Dコンバータを仮想する。なお、ここでの仕様はあくまで概念を分かりやすく説明するためにのみ利用しており、実際の制御に利用されているセンサ等の仕様とは異なる。
The concept of mode change and centering between the normal mode and the high resolution mode at this time will be described with reference to FIG. In the center alignment, in order to make the mode change effective, the center position determined from the sensor output and the structural center position 0 are first matched to try to change the mode.
For example, a sensor with a sensor output of −5 to 5 V (a corresponding measurement distance range at this time is −5 to 5 mm) and an A / D converter with an input full scale of −5 to 5 V are assumed. Note that the specifications here are used only to explain the concept in an easy-to-understand manner, and are different from the specifications of sensors and the like used for actual control.

上側径方向センサ107や下側径方向センサ108等の対向差分式センサを利用した場合、センサ出力から判断される中心位置は構造上の中心位置である0に一致するのが理想だが、実際には電磁気的あるいは機械的な中心ずれがあるので、構造上の中心位置は0から少しずれるのが普通である。図4(a)では、このずれの存在のため、定格運転時のロータ軸113の変位がセンサ出力から判断される中心位置である0ではなく、少しずれたセンサ出力が2〜3V(変位では2〜3mmの位置)の範囲の所でロータ軸113が回転している。このようにセンサ出力から見た仮想中心と真の構造上の中心位置のずれが大きい場合は、シフト信号設定部5でこのずれ分を判断し、減算器1で入力信号3に対してシフト信号7をもってバイアスをかけて調整することとする。図4(a)において、このバイアスは2.5V程度であり、この2.5Vを入力信号3に対して調整することで、減算器1の出力信号は図4(b)に示すように−0.5〜0.5Vとなる。   When opposed differential sensors such as the upper radial sensor 107 and the lower radial sensor 108 are used, it is ideal that the center position determined from the sensor output matches the structural center position 0, but actually Since there is an electromagnetic or mechanical center shift, the center position on the structure is usually slightly shifted from zero. In FIG. 4A, due to the presence of this deviation, the displacement of the rotor shaft 113 during rated operation is not 0, which is the center position determined from the sensor output. The rotor shaft 113 is rotated within a range of 2 to 3 mm. As described above, when the deviation between the virtual center and the center position on the true structure viewed from the sensor output is large, the shift signal setting unit 5 determines the deviation, and the subtractor 1 shifts the input signal 3 with respect to the shift signal. 7 to adjust with bias. In FIG. 4 (a), this bias is about 2.5V, and by adjusting this 2.5V with respect to the input signal 3, the output signal of the subtractor 1 is − as shown in FIG. 4 (b). 0.5 to 0.5V.

このずれ分を判断する方法として、シフト信号設定部5では、入力された信号23の最大値及び最小値を観測する。そして、この最大値と最小値の中心位置を求めてずれ分を判断する。そして、シフト信号7には、このずれ分を指定する。 ゲイン信号設定部11では、この減算器1の出力信号に対し、A/Dコンバータ10の入力フルスケールである例えば−5〜5Vとなるように増幅器9の増幅度Kを10倍に設定する。定格運転で安定した状態においては、図4(a)の場合、2〜3mmの範囲で運転されており、この範囲を観測すれば十分だからである。このため、この範囲を拡大して観測することとする。この増幅器9からの信号をA/Dコンバータ10に取り込めば、図4(c)に示すように、−5〜5Vの入力フルスケールに対して全域を利用可能である。このことにより、A/Dコンバータ10のビット数を有効に使うことができ、センサとしての分解能も高くできる。   As a method for determining this deviation, the shift signal setting unit 5 observes the maximum value and the minimum value of the input signal 23. Then, the center position of the maximum value and the minimum value is obtained to determine the deviation. The shift signal 7 designates the amount of deviation. The gain signal setting unit 11 sets the amplification degree K of the amplifier 9 to 10 times so that the output signal of the subtracter 1 becomes, for example, -5 to 5 V which is the input full scale of the A / D converter 10. In the state stabilized by rated operation, in the case of FIG. 4A, it is operated in the range of 2 to 3 mm, and it is sufficient to observe this range. For this reason, this range will be expanded and observed. If the signal from the amplifier 9 is taken into the A / D converter 10, as shown in FIG. 4C, the entire region can be used for an input full scale of -5 to 5V. As a result, the number of bits of the A / D converter 10 can be used effectively, and the resolution as a sensor can be increased.

ゲイン信号13の倍率は、本実施形態の説明では低感度から一気に高感度に設定するとして説明したが、徐々に倍率を上げていくようにしてもよい。基本的には、分解能が上がるほど、保持精度も向上する。
なお、前述したシフト信号7によるバイアス調整と、ゲイン信号13による感度調整とはA/Dコンバータ10の入力フルスケールに対してなるべく全域を無駄なく利用し精度良く位置検出しようとするため、仮想的に信号を操作したものである。このため、現実の変位信号に復元して制御するため、増幅器17で倍率を増幅器9による増幅前の状態に戻し、かつ加算器21で減算器1によるバイアスのかけられる前に戻す。
In the description of this embodiment, the magnification of the gain signal 13 has been described as being set from low sensitivity to high sensitivity at once. However, the magnification may be gradually increased. Basically, the higher the resolution, the better the holding accuracy.
Note that the bias adjustment using the shift signal 7 and the sensitivity adjustment using the gain signal 13 described above are hypothetical because the entire area of the input full scale of the A / D converter 10 is used as much as possible without waste and is accurately detected. The signal is operated. Therefore, in order to restore and control the actual displacement signal, the magnification is returned to the state before amplification by the amplifier 9 by the amplifier 17 and before the bias by the subtractor 1 is applied by the adder 21.

図3のステップ5で外乱の加えられたときには、A/Dコンバータ10がオーバーフローし、A/Dコンバータ10の状態信号25がセットされる。このとき、ゲイン信号設定部11では、通常モードとするため低感度のゲイン信号13を指定する(図(f)及び図(g)を参照。感度の切り換えにより図(f)から図(g)に移行する)。このことにより、外乱の加えられたときでも測定不能とはならず、安定した位置検出が可能となる。   When a disturbance is applied in step 5 of FIG. 3, the A / D converter 10 overflows and the status signal 25 of the A / D converter 10 is set. At this time, the gain signal setting unit 11 designates the low-sensitivity gain signal 13 for the normal mode (see FIGS. (F) and (g)). To). Thus, even when a disturbance is applied, measurement is not disabled and stable position detection is possible.

なお、本実施形態ではA/Dコンバータ10がオーバーフローしたとして説明したが、A/Dコンバータ10が所定の設定値を超えたら低感度のゲイン信号13を指定するようにしてもよい。この際には、一気に通常モードに移行させてもよいが、徐々に通常モードに向けて倍率を下げるようにしてもよい。
また、A/Dコンバータ10がオーバーレンジでなくなれば、通常の磁気浮上動作が可能なので、外乱によって一時的にロータ軸113の振れが大きくなったのであれば、じきに収束する。この振れが収束するまでには少し時間がかかるので、例えば数秒間は高分解能モードにならないようにしてもよいし、前述のように徐々に分解能を高めていってもよい。
In the present embodiment, the A / D converter 10 has been described as overflowing. However, when the A / D converter 10 exceeds a predetermined set value, a low-sensitivity gain signal 13 may be designated. At this time, the mode may be shifted to the normal mode at once, but the magnification may be gradually decreased toward the normal mode.
Further, if the A / D converter 10 is not over-ranged, normal magnetic levitation operation is possible. Therefore, if the runout of the rotor shaft 113 temporarily increases due to a disturbance, it will soon converge. Since this shake takes a little time to converge, for example, the high resolution mode may not be entered for a few seconds, or the resolution may be gradually increased as described above.

次に、ステップ6で外乱による過渡状態から定常状態に復帰したら、ゲイン信号設定部11より高分解能モードとして高感度のゲイン信号13を再び指定する(図(h)を参照)。
その後、ステップ7で電子頼微鏡による測定が終了したり、ターボ分子ポンプ本体100の減速を開始したりするような場合にはゲイン信号設定部11では、通常モードとするため低感度のゲイン信号13を指定する(感度の切り換えにより図(h)から図(i)に移行する)。
以上により、A/Dコンバータ10のbit数を有効に使え、bit数の小さい経済的なA/Dコンバータで高い分解能が得られる。外乱などによっても安定した動作が確保できる。
Next, when the transient state due to the disturbance returns to the steady state in step 6, the gain signal setting unit 11 designates the high-sensitivity gain signal 13 again as the high resolution mode (see FIG. (H)).
After that, when the measurement with the electronic mirror is completed in Step 7 or the deceleration of the turbo molecular pump main body 100 is started, the gain signal setting unit 11 sets the normal mode to the low-sensitivity gain signal. 13 is designated (transition from figure (h) to figure (i) by switching sensitivity).
As described above, the number of bits of the A / D converter 10 can be used effectively, and a high resolution can be obtained with an economical A / D converter with a small number of bits. Stable operation can be ensured by disturbances.

なお、本発明の磁気軸受装置は、ターボ分子ポンプ以外にも磁気浮上式の除振台やスピンドル等にも適用可能である。
また、本実施形態中、デジタルにて構成するとして説明した部分について、ノイズや精度が問題になる場合や、D/Aコンバータ6を使用したくない場合等には、アナログ回路にて構成されてもよい。
The magnetic bearing device of the present invention can be applied to a magnetic levitation type vibration isolation table, a spindle, and the like in addition to a turbo molecular pump.
In the present embodiment, the portion described as being configured digitally is configured with an analog circuit when noise or accuracy becomes a problem or when the D / A converter 6 is not desired to be used. Also good.

本発明の実施形態のブロック図Block diagram of an embodiment of the present invention 増幅器の簡略回路図Simplified circuit diagram of the amplifier 運転のフロー(イ欄)、運転時間とセンサ出力の関係図(ロ欄)及びこのときの運転モード(ハ欄)Operation flow (b), relationship diagram between operation time and sensor output (b) and operation mode at this time (c) モード変更及び中心合わせの概念を示す図Diagram showing the concept of mode change and centering ターボ分子ポンプ本体の縦断面図Longitudinal section of turbo molecular pump body

符号の説明Explanation of symbols

1 減算器
3 入力信号
5 シフト信号設定部
6 D/Aコンバータ
7 シフト信号
9、17 増幅器
10 A/Dコンバータ
11 ゲイン信号設定部
13 ゲイン信号
21 加算器
24 制御処理部
25 状態信号
27 運転状態信号
100 ターボ分子ポンプ本体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Subtractor 3 Input signal 5 Shift signal setting part 6 D / A converter 7 Shift signal 9, 17 Amplifier 10 A / D converter 11 Gain signal setting part 13 Gain signal 21 Adder 24 Control processing part 25 State signal 27 Operation state signal 100 Turbo molecular pump body

Claims (5)

センサと、
該センサから出力された信号を入力信号とし、該入力信号に対しバイアス分に相当する第1のシフト信号を調整可能な第1の演算部と、
該第1の演算部の出力信号を増幅し、かつ増幅度を変更可能な第1の増幅部と、該第1の増幅部で増幅された信号が入力され、アナログ/デジタル変換される変換部と、
該変換部で変換された信号を増幅し、かつ増幅度を変更可能な第2の増幅部と、該第2の増幅部で増幅された信号に対しバイアス分に相当する第2のシフト信号を調整可能な第2の演算部と、
前記第1の増幅部の増幅度及び前記第2の増幅部の各増幅度を設定するゲイン信号設定部と、
前記第1の演算部及び前記第2の演算部の各シフト信号を設定するシフト信号設定部と、
前記変換部より得られた高精度なデータを基に制御信号が生成され、該制御信号により制御が行われる電磁石と、
該電磁石により浮上支持されるロータ軸とを備えたことを特徴とする磁気軸受装置。
A sensor,
A first arithmetic unit capable of adjusting a first shift signal corresponding to a bias with respect to the input signal, the signal output from the sensor as an input signal;
A first amplifying unit capable of amplifying the output signal of the first arithmetic unit and changing the amplification degree, and a converting unit that receives the signal amplified by the first amplifying unit and performs analog / digital conversion When,
A second amplifying unit capable of amplifying the signal converted by the converting unit and changing the amplification degree; and a second shift signal corresponding to a bias amount with respect to the signal amplified by the second amplifying unit. An adjustable second computing unit;
A gain signal setting unit for setting the amplification factor of the first amplification unit and each amplification factor of the second amplification unit;
A shift signal setting unit that sets each shift signal of the first calculation unit and the second calculation unit;
A control signal is generated based on highly accurate data obtained from the conversion unit, and an electromagnet controlled by the control signal;
A magnetic bearing device comprising: a rotor shaft that is levitated and supported by the electromagnet.
前記入力信号の変化の最大値と最小値を検出する検出手段を備え、
前記シフト信号設定部の各シフト信号が該検出手段で検出された最大値と最小値を基に設定されることを特徴とする請求項1記載の磁気軸受装置。
Detecting means for detecting a maximum value and a minimum value of a change in the input signal;
2. The magnetic bearing device according to claim 1, wherein each shift signal of the shift signal setting unit is set based on a maximum value and a minimum value detected by the detecting means.
前記入力信号の変化の最大値と最小値を検出する検出手段を備え、
前記ゲイン信号設定部の前記第1の増幅部の増幅度及び前記第2の増幅部の各増幅度の設定が該検出手段で検出された最大値と最小値及び前記変換部の性能を基に設定されることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の磁気軸受装置。
Detecting means for detecting a maximum value and a minimum value of a change in the input signal;
Based on the maximum and minimum values detected by the detection means and the performance of the conversion unit, the amplification level of the first amplification unit and the amplification level of the second amplification unit of the gain signal setting unit are set. The magnetic bearing device according to claim 1, wherein the magnetic bearing device is set.
前記第1の増幅部の増幅度が前記第2の増幅部の増幅度の逆数であり、かつ前記第1のシフト信号及び前記第2のシフト信号が共通であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の磁気軸受装置。   2. The amplification factor of the first amplification unit is an inverse of the amplification factor of the second amplification unit, and the first shift signal and the second shift signal are common. 2. The magnetic bearing device according to 2 or 3. 前記ゲイン信号設定部による前記第1の増幅部の増幅度及び前記第2の増幅部の増幅度が前記変換部の状態信号を基に切り換えられることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁気軸受装置。   The amplification factor of the first amplification unit and the amplification factor of the second amplification unit by the gain signal setting unit are switched based on a state signal of the conversion unit. The magnetic bearing device according to item 1.
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