JP2019190304A - 真空ポンプ、及び真空ポンプの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低速回転の状態であっても、専用の回転方向センサを追加することなく回転方向を求めて回転方向の修正を行うことが可能な真空ポンプを提供する。【解決手段】少なくとも、ロータ軸２１が相対的に高速な自転を行う第１状態と、ロータ軸２１が保護ベアリング３６との間の隙間Ｈの範囲内で偏倚し公転しながら相対的に低速な自転を行う第２状態とすることが可能であり、ラジアル方向変位センサの出力情報を取得し、第２状態で、出力情報に基づくロータ軸２１の回転方向を求め、回転方向が正常か否かを判定し、回転方向が正常でない場合には、回転を停止し、正常な回転方向へ回転速度を上昇させる。【選択図】図９

Description

本発明は、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプやその制御装置に関する。

一般に、真空ポンプの一種としてターボ分子ポンプが知られている（特許文献１など）。このターボ分子ポンプにおいては、ポンプ本体内のモータへの通電によりロータ翼を回転させ、ポンプ本体に吸い込んだガスの気体分子を弾き飛ばすことによりガスを排気するようになっている。また、このようなターボ分子ポンプには、モータとして３相式の直流ブラシレスモータを用いたものなどがある（特許文献２など）。

特許第３１６９８９２号公報 特許第５２７６５８６号公報

ところで、上述のようなターボ分子ポンプにおいては、例えば、後述する起動待機状態で、排気口からの逆流などを要因として、ロータ翼が逆回転する場合がある。このような逆回転が発生すると、排気側のガスが吸気側に戻されてしまうことや、逆回転の検知が遅れることにより、誤った回転方向に回転させ続けてしまうことでポンプに不具合が生じてしまう可能性がある。一般的にターボ分子ポンプは、正の回転方向で回転するように設計されている為、逆回転が生じるとロータ翼に予期せぬ荷重が生じたり、モータにも負荷が生じたりして、不具合の原因となる恐れがある。よって、逆回転が生じた場合には、逆回転を素早く検出して、正方向への回転に切り換えることが望ましい。回転方向の検出手法としては、専用のセンサ（ロータリエンコーダなどの回転方向センサ）を設け、直接的に回転方向の検出を行うことが考えられる。

さらに、特許文献２に開示されているようなブラシレスモータを用いた場合には、十分に高い回転数（例えば５００ｒｐｍ程度）に達していれば、専用の回転方向センサを設けなくても、各相のコイルに発生する誘起電圧の関係から回転位相を求めて回転方向を検出することが可能である。つまり、例えば３相のコイルのうちの１つをモータ内センサ（ピックアップコイル）とし、モータ内センサによる信号波形と、モータへの回転パルス波形（駆動パルス波形）とを比較することで、回転位相を検出することが可能である。

しかし、回転方向の検出のために専用の回転方向センサを用いたのでは、その分の部品コストが上昇する。さらに、誘起電圧を検出する場合には、回転数がある程度以上（例えば少なくとも３００ｒｐｍ以上）に到達しなければ、誘起電圧が低く回転位相の検出を行うことができない。

本発明の目的とするところは、低速回転の状態であっても、専用の回転方向センサを追加することなく回転方向を求めて回転方向の修正を行うことが可能な真空ポンプや、真空ポンプの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、ロータ軸と、
前記ロータ軸を回転させるモータと、
前記ロータ軸を磁気浮上させる磁気軸受と、
前記ロータ軸との間に所定の隙間を介在させた保護軸受と、
前記ロータ軸の位置を検出する変位センサと、
前記モータや前記磁気軸受の制御が可能な制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
少なくとも、前記ロータ軸が相対的に高速な自転を行う第１状態と、前記ロータ軸が前記保護軸受との間の前記隙間の範囲内で偏倚し公転しながら相対的に低速な自転を行う第２状態とすることが可能であり、
前記変位センサの出力情報を取得し、
前記第２状態で、前記出力情報に基づく前記ロータ軸の回転方向を求め、
前記回転方向が正常か否かを判定し、
前記回転方向が正常でない場合には、回転を停止し、正常な回転方向へ回転速度を上昇させることを特徴とする真空ポンプにある。

また、上記目的を達成するために他の本発明は、ロータ軸と、
前記ロータ軸を回転させるモータと、
前記ロータ軸を磁気浮上させる磁気軸受と、
前記ロータ軸との間に所定の隙間を介在させた保護軸受と、
前記ロータ軸の位置を検出する変位センサと、を備えた真空ポンプ本体に接続され、
少なくとも、前記ロータ軸が相対的に高速な自転を行う第１状態と、前記ロータ軸が前記保護軸受との間の前記隙間の範囲内で偏倚し公転しながら相対的に低速な自転を行う第２状態とすることが可能な真空ポンプの制御装置であって、
前記変位センサの出力情報を取得し、
前記第２状態で、前記出力情報に基づく前記ロータ軸の回転方向を求め、
前記回転方向が正常か否かを判定し、
前記回転方向が正常でない場合には、回転を停止し、正常な回転方向へ回転速度を上昇させることを特徴とする真空ポンプの制御装置にある。

上記発明によれば、低速回転の状態であっても、専用の回転方向センサを追加することなく回転方向を求めて回転方向の修正を行うことが可能な真空ポンプや、真空ポンプの制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るターボ分子ポンプの断面と検査治具の概略構成を示す説明図である。 ブラシレスモータに係る制御回路の構成を概略的に示す説明図である。 ２相モードの駆動制御における起動電流の通電パターンを示す説明図である。 （ａ）は駆動電圧ベクトルを示す説明図、（ｂ）は２相モードの駆動制御時に発生する磁束ベクトルを示す説明図、（ｃ）は同じく２相モードの駆動制御時に発生するトルクの状態を示す説明図である。 ロータの加速時における、電流Ｉu、Ｉv、Ｉw、電圧Ｖu-n、Ｖv-n、Ｖw-n、 電位差Ｖu-v、積分器から出力される磁束推定信号φu-v、コンパレータから出力され るＲＯＴ信号の関係を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、２相モードの駆動制御時におけるモータ巻線が作る磁界と、ロータの磁極との位置関係を示す説明図である。 （ａ）はロータの回転方向と磁束推定信号φu-vの極性との関係を示す説明図、（ｂ）は磁束推定信号φu-vの極性とトルクの作用方向との関係を示す説明図である。 検査治具により行われる回転方向検出の機能を概略的に示すフローチャートである。 （ａ）はロータ軸と保護ベアリングとの関係を概略的に示す説明図、（ｂ）はロータ軸の傾きを概略的に示す説明図である。 検出されたロータ軸の変位に係る軌跡の一例を示すグラフである。 低速回転時における回転方向検出と制動との関係を示す説明図である。 タッチダウンさせた場合に検出されたロータ軸の変位に係る軌跡の一例を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る真空ポンプについて、図面に基づき説明する。図１は真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ１０を縦断して概略的に示している。このターボ分子ポンプ１０は、例えば、半導体製造装置、電子顕微鏡、質量分析装置などといった対象機器の真空チャンバ（図示略）に接続されるようになっている。

ターボ分子ポンプ１０は、円筒状のポンプ本体１１と、箱状の電装ケース（図示略）とを一体に備えている。これらのうちのポンプ本体１１は、図中の上側が対象機器の側に繋がる吸気部１２となっており、下側が補助ポンプ等に繋がる排気部１３となっている。そして、ターボ分子ポンプ１０は、図１に示すような鉛直方向の垂直姿勢のほか、倒立姿勢や水平姿勢、傾斜姿勢でも用いることが可能となっている。

電装ケース（図示略）には、ポンプ本体１１に電力供給を行うための電源回路部や、ポンプ本体１１を制御するための制御回路部が収容されているが、これらにより行われるポンプ本体１１の制御については後述する。

ポンプ本体１１は、略円筒状の本体ケーシング１４を備えている。本体ケーシング１４内には、排気機構部１５と回転駆動部（以下では「モータ」と称する）１６とが設けられている。これらのうち排気機構部１５は、ターボ分子ポンプ機構部１７とネジ溝ポンプ機構部１８とにより構成された複合型のものとなっている。

ターボ分子ポンプ機構部１７とネジ溝ポンプ機構部１８は、ポンプ本体１１の軸方向に連続するよう配置されており、図１においては、図中の上側にターボ分子ポンプ機構部１７が配置され、図中の下側にネジ溝ポンプ機構部１８が配置されている。以下に、ターボ分子ポンプ機構部１７やネジ溝ポンプ機構部１８の基本構造について概略的に説明する。

図１中の上側に配置されたターボ分子ポンプ機構部１７は、多数のタービンブレードによりガスの移送を行うものであり、所定の傾斜や曲面を有し放射状に形成された固定翼（以下では「ステータ翼」と称する）１９と回転翼（以下では「ロータ翼」と称する）２０とを備えている。ターボ分子ポンプ機構部１７において、ステータ翼１９とロータ翼２０は十段程度に亘って交互に並ぶよう配置されている。

ステータ翼１９は、本体ケーシング１４に一体的に設けられており、上下のステータ翼１９の間に、ロータ翼２０が入り込んでいる。ロータ翼２０は、回転軸（以下では「ロータ軸」と称する）２１に一体化されており、ロータ軸２１の回転に伴いロータ軸２１と同じ方向に回転する。なお、図１では、図面が煩雑になるのを避けるため、ポンプ本体１１における部品の断面を示すハッチングの記載を省略している。

ロータ軸２１は、ターボ分子ポンプ機構部１７から下側のネジ溝ポンプ機構部１８に達し、軸方向の中央部において前述のモータ１６（後述する）が配置されている。ネジ溝ポンプ機構部１８は、ロータ円筒部２３とネジステータ２４を備えており、ロータ円筒部２３とネジステータ２４の間に所定の隙間であるネジ溝部２５を形成している。ロータ円筒部２３は、ロータ軸２１に連結されており、ロータ軸２１と一体に回転できるようになっている。ネジ溝ポンプ機構部１８の後段には排気パイプに接続する為の排気口２６が配置されており、排気口２６の内部とネジ溝部２５が空間的に繋がっている。

本実施形態のモータ１６は、高周波駆動が可能な３相式のブラシレスモータである。このモータ１６は、ロータ軸２１の外周に固定された回転子（以下では「ロータ」と称する）１１２と、回転子を取り囲むように配置された固定子（以下では「ステータ」と称する）１１３とを有している。モータ１６を作動させるための電力の供給は、前述の電装ケース（図示略）に収容された電源回路部や制御回路部により行われる。このような構成のモータ１６に係る駆動制御については後述する。

前述のロータ軸２１の支持には、磁気浮上による非接触式の軸受である磁気軸受が用いられている。磁気軸受としては、モータ１６の上下に配置された２組のラジアル磁気軸受（径方向磁気軸受）３０と、ロータ軸２１の下部に配置された１組のアキシャル磁気軸受（軸方向磁気軸受）３１とが用いられている。

これらのうち各ラジアル磁気軸受３０は、ロータ軸２１に形成されたラジアル電磁石ターゲット３０Ａ、これに対向する複数（例えば２つ）のラジアル電磁石３０Ｂ、およびラジアル方向変位センサ３０Ｃなどにより構成されている。ラジアル方向変位センサ３０Ｃはロータ軸２１の径方向変位を検出する。そして、ラジアル方向変位センサ３０Ｃの出力に基づいて、ラジアル電磁石３０Ｂの励磁電流が制御され、ロータ軸２１が、径方向の所定位置で軸心周りに回転できるよう浮上支持される。

アキシャル磁気軸受３１は、ロータ軸２１の下端側の部位に取り付けられた円盤形状のアーマチュアディスク３１Ａと、アーマチュアディスク３１Ａを挟んで上下に対向するアキシャル電磁石３１Ｂと、ロータ軸２１の下端面から少し離れた位置に設置したアキシャル方向変位センサ３１Ｃなどにより構成されている。アキシャル方向変位センサ３１Ｃはロータ軸２１の軸方向変位を検出する。そして、アキシャル方向変位センサ３１Ｃの出力に基づいて、上下のアキシャル電磁石３１Ｂの励磁電流が制御され、ロータ軸２１が、軸方向の所定位置で軸心周りに回転できるよう浮上支持される。

そして、これらのラジアル磁気軸受３０やアキシャル磁気軸受３１を用いることにより、ロータ軸２１（及びロータ翼２０）が高速回転を行うにあたって摩耗がなく、寿命が長く、且つ、潤滑油を不要とした環境が実現されている。また、本実施形態においては、ラジアル方向変位センサ３０Ｃやアキシャル方向変位センサ３１Ｃを用いることにより、ロータ軸２１について、軸方向（Ｚ方向）周りの回転の方向（θz）のみ自由とし、その他の５軸方向であるＸ、Ｙ、Ｚ、θx、θyの方向についての位置制御が行われている。

さらに、ロータ軸２１の上部及び下部の周囲には、所定間隔をおいて半径方向の保護ベアリング（「保護軸受」、「タッチダウン（Ｔ／Ｄ）軸受」、「バックアップ軸受」などともいう）３６、３７が配置されている。これらの保護ベアリング３６、３７により、例えば万が一電気系統のトラブルや大気突入等のトラブルが生じた場合であっても、ロータ軸２１の位置や姿勢を大きく変化させず、ロータ翼２０やその周辺部が損傷しないようになっている。なお、本実施形態においては、保護ベアリング３６、３７を用いてロータ軸２１（及びロータ翼２０）の回転方向検出を行えるようになっているが、この回転方向検出の具体的内容については後述する。

このようなロータ軸２１の支持構造の下でモータ１６が駆動され、ロータ翼２０が回転すると、図１中の上側に示す吸気部１２からガスが吸引され、ステータ翼１９とロータ翼２０とに気体分子を衝突させながら、ネジ溝ポンプ機構部１８の側へガスの移送が行われる。ネジ溝ポンプ機構部１８では、ターボ分子ポンプ機構部１７から移送されたガスを、ロータ円筒部２３とネジステータ２４との隙間に導入し、ネジ溝部２５内で圧縮する。ネジ溝部２５内のガスは、排気部１３から排気口２６へ進入し、排気口２６を介してポンプ本体１１から排出される。ここで、ロータ軸２１や、ロータ軸２１と一体的に回転するロータ翼２０、ロータ円筒部２３、及び、ロータ１１２等を、例えば「ロータ部」、或は「回転部」等と総称することが可能である。

次に、本実施形態におけるモータ１６の駆動制御について、図２〜図７に基づいて説明する。図２は、前述したモータ（１６）の制御回路１４１における主要な構成を概略的に示している。制御回路１４１は、その大部分が、前述の電装ケース（図示略）内に配置された制御回路部に含まれるものである。そして、制御回路１４１は、モータ（１６）に備えられたモータ配線部１０５、モータ配線部１０５に通電するためのモータ駆動回路１１５、モータ駆動回路１１５を制御する制御手段としてのマイクロコンピュータ１３０等を備えている。

モータ配線部１０５は、スター結線されたモータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗ等を有している。また、モータ駆動回路１１５は、マイクロコンピュータ１３０の制御に従って、これらのモータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗへ電流を供給するようになっている。

本実施形態のモータ（１６）は、ロータ１１２の磁極の位置を検出するための磁極センサを備えておらず、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗに発生する誘導起電力（誘起電力）に基づいてロータ１１２の磁極の位置を検出できるようになっている。ここで、図２では、図示が煩雑にならないよう、各モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗとロータ１１２を横に並べて示しているが、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗは、ロータ１１２の外周部に配置されている。

このようなモータ１６に接続されたモータ駆動回路１１５は、直流電源１１６と、３相ブリッジを構成する６つのトランジスタ１３１ａ〜１３１ｆを備えている。各トランジスタ１３１ａ〜１３１ｆのベースは、それぞれマイクロコンピュータ１３０に接続されている。各トランジスタ１３１ａ〜１３１ｆは、マイクロコンピュータ１３０からのベース（ゲート）駆動パルスによりオン／オフされ、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗに所定の電流を供給する。

このような制御回路１４１には、更に差動増幅器１０３、直流遮断フィルタ１０２、積分器１０１及びコンパレータ１０４等が設けられている。これらのうち差動増幅器１０３は、３相のうちの２相のモータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖと接続されている。そして、差動増幅器１０３は、モータ巻線１０７Ｕの電圧Ｖuと、モータ巻線１０７Ｖの電圧Ｖvとの電位差Ｖu-vに応じた信号出力を行う。なお、添え字のｕ、ｖは、それぞれＵ相端子、Ｖ相端子を表している。以下では、中点１０９を基準としたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電位を、それぞれＶu-n、Ｖv-n、Ｖw-nと表す。また、添え字のｎは中点１０９を表している。

上述の直流遮断フィルタ１０２は、差動増幅器１０３の出力信号に含まれる直流成分をカットする。これは、差動増幅器１０３の出力に直流成分が含まれていると積分器１０１がこれを含めて積分してしまうので、予め直流遮断フィルタ１０２によって直流成分を取り除くためである。なお、直流遮断フィルタ１０２として、ハイパスフィルタを用いることも可能である。

前述の積分器１０１は、直流成分を取り除いた差動増幅器１０３の出力を積分し、差動増幅器１０３の出力に重畳している電気的ノイズを取り除く。通常、モータ（１６）が駆動されると種々の電気的ノイズが発生する。差動増幅器１０３で得られる信号にはこれらのノイズが重畳されており、本来必要な信号がノイズに埋もれてしまう場合がある。このため、差動増幅器１０３の出力信号を積分器１０１にて積分すると、ノイズが平均化され、ノイズに埋もれていた前記信号（電位差Ｖu-vに応じた信号）を抽出することができる。

このようなノイズはランダムなものであり、正負両方にほぼ等しい割合で重畳していると考えることができる。そして、積分された信号は、ノイズが平均化されてキャンセルされたものとなる。また、電位差Ｖu-v、即ちモータ巻線１０７Ｕとモータ巻線１０７Ｖの電位差を積分すると、モータ巻線１０７Ｕとモータ巻線１０７Ｖとの間の鎖交磁束となる。以下では、積分器１０１が出力する信号を磁束推定信号（φu-v）と表すこことする。

前述のコンパレータ１０４における入力端子は、積分器１０１とグランドに接続されており、出力端子はマイクロコンピュータ１３０に接続されている。コンパレータ１０４は、２値信号を出力する。この２値信号は、高低２種類の電圧を対応させた信号である。そして、以下では、これらの信号のうち電圧が高いものをＨｉ、電圧が低いものをＬｏと表す。

コンパレータ１０４は、前述の磁束推定信号とグランドレベルを比較し、磁束推定信号がグランドレベルより大きければＨｉを出力し、磁束推定信号がグランドレベルより小さければＬｏを出力する。コンパレータ１０４は、ロータ１１２と同期したパルス信号を生成する。以下では、コンパレータ１０４の出力をＲＯＴ信号（回転パルス信号）と表す。

マイクロコンピュータ１３０は、コンパレータ１０４からＲＯＴ信号を受け取り、このＲＯＴ信号に同期してモータ駆動回路１１５のトランジスタ１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ、１３１ｆをスイッチングして、所定の駆動電圧ベクトルをモータ巻線１０７Ｖ、１０７Ｗに出力する。なお、モータ駆動回路１１５の制御の高速化を図るために、マイクロコンピュータ１３０の代わりに、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いるようにしてもよい。

続いて、本実施形態において、モータ（１６）の起動時や停止時などの低速度回転期間に実行される、２相モードの駆動制御について説明する。なお、低速度回転期間とは、ロータ１１２の回転数がＰＬＬ回路をロックできる回転数に満たないような相対的に低速な期間（例えば回転数が５００ｒｐｍ以下程度の期間）を意味している。

図３は、２相モードの駆動制御における起動電流の通電パターンを示した図である。 本実施形態では、図３（ａ）に示す通電パターンＡと、図３（ｂ）に示す通電パターンＢの２つの通電パターンを用いて低速回転期間における制御を行う。図３（ａ）に示す通電パターンＡでは、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗの、Ｕ→Ｗ方向とＶ→Ｗ方向に同時に電流を流す。図３（ｂ）に示す通電パターンＢでは、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗの、Ｗ→Ｕ方向とＷ→Ｖ方向に同時に電流を流す。

ここでは、Ｕ→Ｗ方向に流す電流をＩuで示し、Ｖ→Ｗ方向に流す電流をＩvで示す。また、モータ巻線１０７Ｗを流れる電流をＩwで示す。これらのＩu、Ｉv、Ｉwは、各モータ巻線のＵ、Ｖ、Ｗから中点１０９のｎへ流れる方向を正とした場合、通電パターンＡ、Ｂに共通して次式（１）を満たす関係にある。

Ｉu＝Ｉv＝−Ｉw／２ …（１）

各通電パターンにおいてモータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖには、モータ巻線１０７Ｗを流れる電流の半分の大きさの電流が流れる。なお、電流Ｉu、Ｉv、Ｉwの波形には矩形波を用いる。ここでは、Ｗ相モータ巻線１０７Ｗを第１巻線と称し、Ｕ相及びＶ相のモータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖを第２巻線として称することが可能である。

図４（ａ）は、駆動電圧ベクトルを示した図である。図４（ａ）に示すように、３相全波方式のブラシレスモータのモータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗに出力する駆動電圧ベクトルは６種類ある。以下では、Ｕ相モータ巻線１０７ＵからＶ相モータ巻線１０７Ｖに電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル１、Ｕ相モータ巻線１０７ＵからＷ相モータ巻線１０７Ｗに電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル２とする。

また、Ｖ相モータ巻線１０７ＶからＷ相モータ巻線１０７Ｗに電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル３、Ｖ相モータ巻線１０７ＶからＵ相モータ巻線１０７Ｕに電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル４とする。さらに、Ｗ相モータ巻線１０７ＷからＵ相モータ巻線１０７Ｕに電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル５、Ｗ相モータ巻線１０７ＷからＶ相モータ巻線１０７Ｖに電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル６とする。そして、以下ではこのような「１」〜「６」の番号により、各駆動電圧ベクトルを区別する。さらに、 これらの駆動電圧ベクトルの番号は、図４（ａ）において丸で囲んで（丸数字によって）示す。

上述した電流の通電パターンＡは駆動電圧ベクトル２と駆動電圧ベクトル３を同時に出力する状態であり、通電パターンＢは駆動電圧ベクトル５と駆動電圧ベクトル６を同時出力する状態である。通電パターンＡの場合には、トランジスタ１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｆをオンして駆動電圧ベクトル２、３を同時に出力し、通電パターンＢの場合には、トランジスタ１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｅをオンして駆動電圧ベクトル５、６を同時に出力する。なお、通電パターンＡ、Ｂでモータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗに流れる電流の調整は、動作させるトランジスタのベース（ゲート）電圧をマイクロコンピュータ１３０によりＰＷＭ（パルス幅変調）制御することにより行われている。

図４（ｂ）は、２相モードの駆動制御時に発生する磁束ベクトルを示した図である。 図４（ｂ）に示すベクトル図では、通電パターンＡ時に発生する磁束ベクトルをΦａで示し、通電パターンＢ時に発生する磁束ベクトルをΦｂで示す。また、ロータ１１２の永久磁石の磁束ベクトルをΦｃで示し、ロータ１１２の回転角度をθで示す。なお、θは、Ｕ相モータ巻線１０７ＵからＶ相モータ巻線１０７Ｖに電流を流す場合の駆動電圧ベクトル１の出力時に発生する磁束ベクトルΦｄを０°とし、図４（ｂ）中の時計回りを正（＋）方向とする。

本実施形態では、通電パターンＡ、Ｂによる通電を交互に行うことにより、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗに、図４（ｂ）に示す磁束ベクトルΦａ、Φｂにより形成される磁界を発生させ、この磁界にロータ１１２を吸引させて回転させる。そして、Ｕ相端子とＶ相端子の電圧の差からＲＯＴ信号を生成し、このＲＯＴ信号により通電パターンＡにおける駆動電圧ベクトル２、３、及び通電パターンＢにおける駆動電圧ベクトル５、６をフィードバック制御する。

図４（ｃ）は、２相モードの駆動制御時に発生するトルクの状態を示した図である。 図４（ｃ）に示すように、通電パターンＡ時に発生するトルクと通電パターンＢ時に発生するトルクとでは、位相が１８０°反転している。また、２相モードの駆動制御時においては、不起動点を除く範囲において正（＋）負（−）両方向のトルクを発生させることができるように構成されている。なお、不起動点とは、ロータ角度（ロータ軸２１等の回転角度）θが９０°及び２７０°における正負いずれのトルクも発生できない状態を示す。

続いて、２相モードの駆動制御について、加速時の動作を例にして説明する。図５は、ロータ１１２の加速時における、電流Ｉu、Ｉv、Ｉw、電圧Ｖu-n、Ｖv-n、Ｖw-n、電位差Ｖu-v、積分器１０１から出力される磁束推定信号φu-v、コンパレータ１０４から出力されるＲＯＴ信号の関係を表している。モータ（１６）の始動時は、通電パターンＡ、Ｂを直流に近い周波数で交互に繰り返し、ロータ１１２の磁極をモータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗがつくる磁界に吸引し追随させる。

ロータ１１２が毎秒１回転程度回転するようになると、相間電圧としてモータ巻線１０７Ｕとモータ巻線１０７Ｖの電位差Ｖu-vが検出できるようになる。本実施形態では、インダクタンスによる電圧降下の位相と大きさ、抵抗成分が等しいＵ相−Ｖ相間の電位差Ｖu-v（相間電圧）を検出する。

通電パターンＡにより駆動電圧ベクトル２、３が出力されている間はＵ→Ｗ方向とＶ→Ｗ方向に電流が流れ、通電パターンＢにより駆動電圧ベクトル５、６が出力されている間はＷ→Ｕ方向とＷ→Ｖ方向に電流が流れ、モータ巻線１０７Ｗにはモータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖを流れる双方の電流が流れるので、電流Ｉu、Ｉv、Ｉwの波形はそれぞれ図５に示したようになる。

通電パターンＡ、Ｂによる通電を交互に行うことによりロータ１１２が回転すると、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗに誘導起電圧として電圧Ｖu-n、Ｖv-n、Ｖw-nが生じる。モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗには駆動電流が流れる。そして、電圧Ｖu-n、Ｖv-n、Ｖw-nの波形には、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗのインダクタンスによる電圧降下等に起因して、スパイク状の電圧１１７、１１８、１１９等が現れる。また、電圧Ｖu-n、Ｖv-n、Ｖw-nには、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗの抵抗成分に起因する直流成分１２０、１２１、１２２が含まれている。

本実施形態では、電圧Ｖu-nとＶv-nの電圧差Ｖu-vを差動増幅器１０３で測定し、電圧差Ｖu-vに基づいて、ロータ１１２の磁極の位置を検出する。電圧Ｖv-n、Ｖu-nは同じ位相に同じ大きさのスパイク状の電圧１１７、１１８が現れるので、差動増幅器１０３において電圧Ｖv-n、Ｖu-nの差をとる際にこれらのスパイク状の電圧１１７、１１８を消去（相殺）することができる。また、電圧Ｖv-n、Ｖu-nには、同じ極性、同じ大きさの直流成分１２０、１２１が重畳されるので、差動増幅器１０３において電圧Ｖv-n、Ｖu-nの差をとる際に、これらの直流成分１２０、１２１を消去することができる。

電位差Ｖu-vは、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗにおけるそれぞれの抵抗成分Ｒu、Ｒv、Ｒw、各相のインダクタンスＬu、Ｌv、Ｌwを用いて次式（２）のように表される。

Ｖu-v＝Ｖu-n＋Ｒu×Ｉu＋ω×Ｌu×Ｉu−Ｖv-n−Ｒv×Ｉv−ω×Ｌv×Ｉv…（２）

ここで、ωはロータ１１２の角速度である。

各相の抵抗成分Ｒu、Ｒv、Ｒwの大きさが等しく、また、各相のインダクタンスＬu、Ｌv、Ｌwの大きさが等しい場合には、前述の式（１）や上記（２）に基づいて、電位差Ｖu-vは、次式（３）のように表される。

Ｖu-v＝Ｖu-n−Ｖv-n …（３）

つまり、各相の抵抗成分Ｒu、Ｒv、Ｒwに起因する電圧降下分、及び、インダクタンスＬu、Ｌv、Ｌwに起因する電圧降下分は、互いに相殺され、電位差Ｖu-vには現れない。そのため、差動増幅器１０３の出力、即ち電位差Ｖu-vは、図５に示すようにロータ１１２の回転に同期し、ほぼノイズが現れていないきれいなサインカーブとなる。なお、各相の抵抗成分Ｒu、Ｒv、Ｒwの大きさが等しい場合には、上述したように直流成分１２０、１２１を消去することができるので、差動増幅器１０３と積分器１０１との間に必ずしも直流遮断フィルタ１０２を設ける必要はない。

差動増幅器１０３から出力された電位差Ｖu-vは直流遮断フィルタ１０２で直流成分をカットした後、積分器１０１に入力される。積分器１０１は電位差Ｖu-vを積分し、磁束推定信号φu-vを出力する。磁束推定信号φu-vは積分により電位差Ｖu-vより位相が９０°遅れる。また、電位差Ｖu-vに重畳されていたノイズは積分されることにより消去される。なお、積分器１０１から出力される磁束推定信号φu-vと電位差Ｖu-vは、次式（４）を満たす関係にある。
φu-v＝−∫Ｖu-vｄｔ …（４）

このように磁束推定信号φu-vは、モータ巻線１０７Ｕとモータ巻線１０７Ｖの電位差Ｖu-vを積分することにより得られる。なお、上述したように電位差Ｖu-vが、ほぼノイズが現れていないきれいなサインカーブの信号として現れるため、ここではきれいな磁束推定信号φu-vが得られる。

コンパレータ１０４は、磁束推定信号φu-vをグランドレベルと比較しＲＯＴ信号を出力する。コンパレータ１０４から出力されるＲＯＴ信号は、磁束推定信号φu-vがグランドレベルより大きいときはＨｉとなり、磁束推定信号φu-vがグランドレベルより小さいときは信号Ｌｏとなる。

そして、マイクロコンピュータ１３０はコンパレータ１０４からＲＯＴ信号を受け取り、加速時においてＲＯＴ信号がＨｉである間は通電パターンＡによる起動電流の通電を行い、加速時においてＲＯＴ信号がＬｏである間は通電パターンＢによる起動電流の通電を行う。なお、ここでは加速時の制御方法について説明しているが、減速時における制御方法は、加速時の場合と通電パターンが逆になる。

続いて、２相モードの駆動制御時（低速度回転期間）におけるフィードバック制御について詳しく説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、２相モードの駆動制御時におけるモータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗが作る磁界と、ロータ１１２の磁極との位置関係を示した図である。図６（ａ）〜（ｄ）に示す位置関係を、それぞれ位置Ａ〜Ｄと示す。図６（ａ）〜（ｄ）に示すように位置Ａ〜Ｄは、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗが作る磁界の向きと、ロータ１１２の磁極の向きの組合せがそれぞれ異なっている。

図７（ａ）はロータ１１２の回転方向と磁束推定信号φu-vの極性との関係を示した図であり、図７（ｂ）は磁束推定信号φu-vの極性とトルクの作用方向との関係を示した図である。なお、ここでは、図６（ａ）〜（ｄ）の時計回りを正転方向とし、反時計回りを逆転方向とする。

ロータ１１２が正転方向に回転している場合において、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗが作る磁界と、ロータ１１２の磁極との位置が、図６（ａ）の位置Ａに示す関係にある間は、磁束推定信号φu-vの極性は負（マイナス）となる。一方、ロータ１１２が逆転方向に回転している場合において、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗが作る磁界と、ロータ１１２の磁極との位置が、図６（ａ）の位置Ａに示す関係にある間は、磁束推定信号φu-vの極性は正（プラス）となる。同様に、ロータ１１２の回転方向と磁束推定信号φu-vの極性との関係は、図７（ａ）に示すようになる。

図７（ｂ）に示すように２相モードの駆動制御時には、磁束推定信号φu-vの極性が正（プラス）となる期間に通電パターンＡの駆動電流の供給を行った場合に、逆転方向にトルクが作用する。また、磁束推定信号φu-vの極性が正（プラス）となる期間に、反対に通電パターンＢの駆動電流の供給を行った場合に、正転方向にトルクが作用する。

一方、磁束推定信号φu-vの極性が負（マイナス）となる期間に通電パターンＡの駆動電流の供給を行った場合に正転方向にトルクが作用し、反対に通電パターンＢの駆動電流の供給を行った場合に逆転方向にトルクが作用する。

図２〜図７に基づき説明した２相モードの駆動制御時には、磁束推定信号φu-vの極性、通電パターン、トルクの作用方向の間に、図７（ｂ）に示すような関係が成立する。つまり、磁束推定信号φu-vの極性に合わせてＵ、Ｖ、Ｗ相の出力極性を切り替えることにより起動する方向にトルクを与えることができる。

モータ（１６）の起動時などのように正転方向への加速を行う期間は、正転方向にトルクが作用するように駆動電流の通電パターンを制御する。一方、モータ（１６）の停止時など逆転方向への加速（正転方向への制動）を行う期間は、逆転方向にトルクが作用するように駆動電流の通電パターンを制御する。

例えば、正転方向への加速を行う場合には、図５に示すように、磁束推定信号φu-vが正となるＴβの期間（ＲＯＴ信号がＨｉの期間）は、通電パターンＢによる駆動電流の供給を行い正転方向にトルクを作用させ、磁束推定信号φu-vが負となるＴαの期間（ＲＯＴ信号がＬｏの期間）は、通電パターンＡによる駆動電流の供給を行い正転方向にトルクを作用させる。

また、逆転方向への加速を行う場合には、磁束推定信号φu-vが正となる期間は、通電パターンＡによる駆動電流の供給を行い逆転方向にトルクを作用させ、磁束推定信号φu-vが負となる期間は、通電パターンＢによる駆動電流の供給を行い逆転方向にトルクを作用させる。

このように本実施形態によれば、磁束推定信号φu-vの極性に応じて、２相モードにおける駆動電流の通電パターンを切り替えることにより、適切に希望方向のトルクを得ることができるため、ロータ１１２の正転方向又は逆転方向への加速動作をスムーズに行うことができる。つまり、低速度回転期間における駆動制御の高い安定性を確保することができる。

さらに、本実施形態によれば、モータ巻線１０７Ｕ、１０７Ｖ、１０７Ｗの抵抗成分Ｒu、Ｒv、Ｒwに起因する電圧降下分の影響が磁束推定信号φu-vに現れない、即ち磁束推定信号φu-vに直流オフセットが現れない（重畳しない）ため、適切な信号に基づくフィードバック制御を行うことができ、低速度回転期間における駆動制御のより高い安定性を確保することができる。

なお、ロータ軸２１やロータ翼２０等（以下では「ロータ軸２１等」と称する）のロータ部における回転数が、位相同期回路（ＰＬＬ回路）をロックできる回転数にまで上昇し、定格回転の状態となったに後は、マイクロコンピュータ１３０により、ＰＬＬ回路を利用した３相モードのモータドライブ方式に制御方式が切り替えられる。本実施形態では、このときの動作状態や制御状態を第１状態とする。また、３相モードのモータドライブ方式については、一般的な種々の方式を採用することができるので、ここでは詳細な説明は省略する。

次に、ロータ軸２１等に係る回転方向検出と、検出結果に基づく回転方向の修正について説明する。本実施形態における回転方向検出の機能や回転方向修正の機能は、ターボ分子ポンプ１０のマイクロコンピュータ１３０によって果たすことが可能である。

図８は、マイクロコンピュータ１３０による回転方向の検出及び修正の処理を機能的に示している。回転方向の検出にあたっては、先ず、ロータ軸２１に偏倚（へんい：片寄ることの意）動作を行わせるための制御（偏倚動作制御）が行われる。この偏倚動作のための制御としては、例えば、ロータ軸２１をタッチダウンさせて行うものや、タッチダウンさせずにロータ軸２１を偏倚させるもの等を考えることができる。本実施形態では、タッチダウンさせずにロータ軸２１を偏倚させる制御手法が採用されている。

タッチダウンさせずにロータ軸２１を偏倚させるために、例えば、上下のラジアル磁気軸受３０のうちの少なくとも一方の浮上制御を不均衡な状態とすることが可能である。前述のようにラジアル磁気軸受３０は、複数（ここでは２つ）のラジアル電磁石３０Ｂ（図１）を備えている。このため、１つのラジアル電磁石３０Ｂの通電をＯＦＦすると、浮上制御が不均衡な状態となる。そして、ロータ軸２１は、非対称な磁気環境下で浮上することとなり、ロータ軸２１と保護ベアリング３６、３７との非接触状態を維持したまま、ロータ軸２１を偏倚させて公転させることができる。

図８に示すように、先ず、低速度回転の状態にあるモータ（図１中の符号１６）の通電制御（駆動制御）が維持され、一方の磁気軸受（図１中の符号３０、３１のうちの一方）の制御がＯＦＦされる（Ｓ１）。そして、適度に回転方向への勢いが残されたロータ軸２１の偏倚動作が行われる（Ｓ２）。

なお、上述のようなロータ軸２１の偏倚動作のために、本実施形態の方式とは異なり、ロータ軸２１を保護ベアリング３６、３７にタッチダウンさせた場合には、ロータ軸２１が保護ベアリング３６、３７に接触する。そして、接触の際の回転速度や摩擦の程度により、ロータ軸２１の回転方向が反転してしまうこともある。このようなタッチダウン時におけるロータ軸２１の反転を防止するため、本実施形態のようにタッチダウンさせずにロータ軸２１を偏倚させ、僅かであってもロータ軸２１の中心を、定常回転時のロータ軸の軸心からずらした状態で、ポジション信号（Ｘi、Ｙi）に基づく回転方向を検出するようにしている。

このＳ２の工程により、ロータ軸２１等は、傾きながら低速で回転している状態となる。本実施形態では、このときの動作状態や制御状態を第２状態とする。前述の第１状態（定格回転の状態）と、この第２状態との間の動作状態や制御状態を第３状態などと称して、第１状態や第２状態と区別することが可能である。

図９（ａ）は、ロータ軸を下方から見た図となっている。傾きながら低速で回転しているロータ軸２１と、保護ベアリング（ここでは上部の保護ベアリング３６のみ図示する）との関係を模式化して概略的に示している。ロータ軸２１は、保護ベアリング３６の内側に位置しており、ロータ軸２１の外周面と、保護ベアリング３６の内周面との間には、図中に強調して示すように隙間Ｈが存在している。

この隙間Ｈは、ロータ軸２１と保護ベアリング３６（の内周面）とが接触した場合、この接触した部位では０（ゼロ）となり、接触した部位から位相が１８０度ずれた部位では最大値（Ｈｍａｘ）となる。そして、ロータ軸２１と保護ベアリング３６とが接触した場合、この隙間Ｈが最大となる部位における隙間（Ｈ＝Ｈmax）は、本実施形態では２００μｍ程度となっている。ここで本実施形態では、前述のように、この隙間が０とならないよう（ロータ軸２１と保護ベアリング３６とが接触しないよう）、ロータ軸２１の低速回転制御が行われている。

ロータ軸２１は、矢印Ｅで示すように自転しながら、保護ベアリング３６との間の隙間Ｈの範囲内で偏倚し、矢印Ｆで示すように旋回し公転する。図示は省略するが、上部の保護ベアリング３６のみでなく、下部の保護ベアリング（３７）においても同様の隙間Ｈが形成されており、このことから、例えば図９（ａ）、（ｂ）に模式化して示すように、ロータ軸２１は、上部及び下部の保護ベアリング（３６、３７）との隙間Ｈの大きさの範囲内で、軸方向に対し傾斜しながら自転や公転を行う。

ここで、図９（ａ）、（ｂ）に示す矢印Ｅ、Ｆの方向や、Ｘ軸及びＹ軸の方向は、あくまでも説明や（図示略）を簡略化するためのものであり、ロータ軸２１を、例えば図１の上方から監視している場合と下方から監視している場合、水平面内での座標の決め方、及びこれらの組合せ方次第で異なり得るものである。以下では、図９（ａ）が、ロータ軸２１を下方から見ている状況を示しているものとして説明を行う。

続いて、図８に前述のＳ２に続けて示すように、ロータ軸２１の出力情報としてのポジション信号（Ｘi、Ｙi）が測定される（Ｓ３）。ポジション信号の情報は、一定時間毎に取得されており、添え字のｉ（＝１、２、３、・・・）は、ポジション信号を取得したタイミングの違いを表している。そして、ポジション信号（Ｘ1、Ｙ1）、（Ｘ2、Ｙ2）、（Ｘ3、Ｙ3）、・・・から得られる位置情報を時系列にプロットすることで、図１０に例示するような、ロータ軸（２１）に係る水平面内（ＸＹ面内）での軌跡４６の図表が得られる。

図１０においては、ポジション信号（Ｘi、Ｙi）を取得した位置が丸い点により示され、連続した点が直線を介して順次繋げられている。さらに、図１０中の矢印Ｆはロータ軸２１の公転方向を示しており、この公転方向は、図９（ａ）、（ｂ）に示す矢印Ｆに一致しているものである。

また、図中の左上部に示された点Ｐは、最後に取得されたポジション信号（Ｘi、Ｙi）の位置（軌跡４６の終点）を示している。ここで、図１０は、上下のラジアル方向変位センサ３０Ｃのうち、上部に位置するラジアル方向変位センサ３０Ｃから得られたポジション信号（Ｘi、Ｙi）による軌跡４６を例示している。

続いて、図８に前述のＳ３に続けて示すように、ポジション信号（Ｘi、Ｙi）の変化に基づき回転方向θRが検出される（Ｓ４）。この回転方向θRは、ロータ軸２１の自転の方向（例えば図９（ａ）における矢印Ｅで示す方向）に対応するものであるが、本実施形態においては、回転方向θRが、ロータ軸２１の公転方向と同一であるとみなして取扱われている。そして、ポジション信号（Ｘi、Ｙi）に基づき判定されたロータ軸２１の公転方向と一致する方向に、ロータ軸２１が自転しているものとして、ロータ軸２１の回転方向θRが判定される。

さらに、上述のようにして検出された回転方向θRが、正常な方向であるか否かの判定が行われる（Ｓ５）。このＳ５の判定に際しては、検出されたθRを用いて演算が行われ、θRが正の値となれば（Ｓ５：ＹＥＳ）、回転方向が正規の方向であると判定される（Ｓ６）。一方、Ｓ５において、θRが正の値でなければ（Ｓ５：ＮＯ）、回転方向が逆の方向であると判定される（Ｓ１１）。

回転方向が正規の方向であった場合（Ｓ６）、モータ１６に対して、制動トルクが発生するよう、逆回転方向への通電制御が行われる（Ｓ７）。この場合の制動トルクは、検出された正規の回転方向θRに対する逆向きのトルクとなる。その後、ロータ軸２１等が停止し、ロータ軸２１等の回転数が０となる（Ｓ８）。この後、磁気軸受３０、３１の制御がＯＮされて起動待機状態（「Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ状態」や「Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎモード」などともいう）となってから（Ｓ９）、モータ１６の駆動制御がＯＮされて正規の方向でのモータ駆動が行われる（Ｓ１０）。

しかし、上記Ｓ１１に示すように、回転方向が逆の方向であると判定された場合には、モータ１６に対して、制動トルクが発生するよう、上述の回転方向の逆の回転方向への通電制御が行われる（Ｓ１２）。この場合の制動トルクは、検出された逆向きの回転方向θRに対する逆向き（正規な向き）のトルクとなる。

図１１は、この場合のモータ制御について示している。図中の縦軸は回転数（回転速度）を示し、横軸は時間を示している。また、縦軸の回転数について、回転方向が正規である場合の回転数は、「３００」、「５００」のように正の値で示し、回転方向が逆である場合の回転数は、「−３００」、「−５００」のように負の値で示している。図中に右上向きの矢印Ｇで示すように、正規な方向への通常の起動が行われた場合には、回転数が徐々に上昇する。

回転数が絶対値で５００ｒｐｍ以下の領域は、磁気軸受３０、３１がＯＮされているが、モータ駆動制御が行われていない起動待機状態（Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎモード）となっている。但し、前述の起動待機状態は、モータ駆動制御をし始めた直後の状態も含んでいる。特に、回転数が絶対値で３００ｒｐｍ未満の領域は、モータ１６における誘起電圧の検出ができない状態（回転位相検出不能な状態）となっている。また、回転数が絶対値で３００ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ未満の領域は、回転位相検出不能な状態、或は、回転位相検出が不安定な状態となっている。

これに対し、逆回転が発生した場合には、図中に右下向きの矢印Ｊで示すように、逆回転での回転数が徐々に上昇する。そして、何らの策も施さなければ、破線で延長して示すように逆向きのまま、回転数が徐々に上昇する。しかし、前述したように逆回転を検出した場合に（図８のＳ５：ＮＯの場合に）、正規な向きの制動トルクを発生させることにより（図８のＳ１２）、右上向きの矢印Ｋで示すように回転数が低下する。

そして、モータ１６の回転数が次第に０に近づき、図１１での図示は省略するが、モータ１６の回転方向は、制動力によって正規な方向に転換され、修正される。この状況で、モータ１６の駆動制御がＯＮされて正規の方向でのモータ駆動が行われ、モータ１６の回転数が徐々に高められる。

ここで、モータ１６の駆動制御の再開は、ロータ軸２１等の回転が正規な方向に転換されたことを検出してから行うようにすることが可能である。また、これに限らず、例えば、制動トルクを発生させてから予め決められた所定時間が経過したことを判定した場合にモータ１６の駆動制御を再開する、といったことも可能である。さらに、図１１の例では、逆方向の回転数が３００ｒｐｍ未満の状況で制動トルクを発生させているが、例えば３００ｒｐｍに達した後に制動トルクを発生させてもよい。

前述のように、ロータ軸２１に偏倚動作（Ｓ２）を行わせるのは、以下の理由による。すなわち、ロータ軸２１の定格回転中は回転が安定した状態にあり、図９（ａ）に二点鎖線で示すように、ロータ軸２１がラジアル磁気軸受３０や保護ベアリング３６（及び３７）の中央に同心的に位置する。さらに、ロータ軸２１の外周面と保護ベアリング３６（及び３７）の内周面との片側ずつの隙間（Ｈ＝Ｈr）は、各々１００μｍ程度となっている。この定格状態における隙間Ｈｒは、ロータ軸２１の全周に亘りほぼ均一になる。

そして、上述のような定格状態時には、ロータ軸２１の変位（振れ）が相対的に小さく、ポジション信号（Ｘi、Ｙi）に十分な変化が表れず、回転方向の検知が困難である。このため、本実施形態では回転方向を確認するにあたり、ロータ軸２１に偏倚動作を行わることができる隙間Ｈを確保している。そして、位置情報の変化量が十分に大きくなるようにし、位置の違いを認識し易くしてから、ポジション信号（Ｘi、Ｙi）の変化に基づき回転方向を検知している。

また、本実施形態では、図８中のＳ８に示すように、ロータ軸２１の回転数を一旦０にしているが、これは以下のような理由による。すなわち、磁気軸受の浮上制御が不均衡な状態で、ロータ軸２１が停止しない状態のまま回転数を上げてしまった場合には、例え瞬時に全磁気軸受がＯＮとなるよう制御を復旧させたとしても、回転する回転側の部品が固定側の部品に接触することも考え得る。このため、浮上制御を不均衡な状態から復旧させる場合には、一旦ロータ軸２１を停止し全磁気軸受の制御を復旧させてから回転数を上げるか、ロータ軸２１に対する浮上制御が均衡な状態になるまで、ロータ軸２１の回転数を過度に急激に高い回転数まで上げないよう、回転数を監視して回転数の上昇を防ぐ制御を併せて行うことが望ましい。そして、本実施形態では、これらの手法のうち、一旦ロータ軸２１を停止する（回転数を０にする）手法を採用している。

以上説明したような本実施形態のターボ分子ポンプ１０によれば、ロータ軸２１が低速回転中に偏倚動作するよう制御を行う。そして、ラジアル方向変位センサ３０Ｃのポジション信号（Ｘi、Ｙi）を利用し、ロータ軸２１等の回転方向を検知する。したがって、ロータリエンコーダ等のような回転方向検出のための専用の機器を追加することなく、既存の検出機器によって、回転方向の検出を行うことが可能となる。

さらに、検出された回転方向が正規なものでない場合には、図８や図１１に示すようにモータ１６に対し制動を行い、回転数を下げている。そして、モータ１６の回転が弱まるとともに、回転数が０となる状態を経て回転方向が正規な方向に転換し、正規な回転方向で回転数が上昇するようにしている。したがって、回転方向の修正を円滑に行うことが可能である。さらに、回転速度を０にしてからモータ１６の加速を行っているので、制動トルクをかけることで逆回転の状態のまま再び加速し、アラーム出力を行ってしまうようなことを防止でき、回転方向の修正をより適正に行うことが可能である。

また、本実施形態によれば、回転方向検出を、モータ１６における誘起電圧が低い低速回転の状態で行うことが可能である。そして、これらのことから、逆回転を簡易且つ早期に発見することができ、逆回転のまま回転数が上昇し続けてしまうことを防止することが可能である。

さらに、ロータ軸２１を偏倚動作させる機能や、ラジアル方向変位センサ３０Ｃの出力信号を処理する機能は、従来のターボ分子ポンプにおける制御回路部のマイクロコンピュータや、用いられる制御プログラム（ソフトウエア）にも備えられているものである。このため、既存の機能の多くを利用しながら、回転方向の修正を、最小限度の追加機能として付加するのみで回転方向の検出を行うことができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、種々に変形することが可能なものである。例えば、上述の実施形態では、上下のうちの上部のラジアル方向変位センサ３０Ｃに係る出力信号（ポジション信号）を利用してロータ軸２１の変位を検出しているが、これに限定されず、例えば下部のラジアル方向変位センサ３０Ｃの出力信号（ポジション信号）を利用してもよい。

また、図８に示すＳ１の処理で、ロータ軸２１に対し、モータ１６の低速回転制御をＯＦＦにせずに偏倚動作を行わせているが、低速回転制御をＯＦＦにし、ロータ軸２１をタッチダウンさせてＳ１以降に示すような回転方向検出の処理を行ってもよい。

図１２には、ロータ軸２１をタッチダウンさせた実施形態におけるポジション信号の変化を示している。図１２においては、先の実施形態に係る図１０と同様に、ポジション信号（Ｘi、Ｙi）を取得した位置が丸い点により示され、連続した点が直線を介して順次繋げられている。さらに、図１２中の矢印Ｆはロータ軸２１の公転方向を示しており、この公転方向は、先の実施形態における図９（ａ）、（ｂ）の矢印Ｆに一致しているものである。

また、図１２中の左上部に示された点Ｐは、先の実施形態における図１０と同様に、最後に取得されたポジション信号（Ｘi、Ｙi）の位置（軌跡４６の終点）を示している。さらに、図中の中央に示された点Ｑは、磁気軸受３０、３１がＯＮされてロータ軸２１が高速で定常回転している場合の、ロータ軸２１に係る軸心の位置を示している。ここで、図１２も、先の実施形態と同様に、上下のラジアル方向変位センサ３０Ｃのうち、上部に位置するラジアル方向変位センサ３０Ｃから得られたポジション信号（Ｘi、Ｙi）による軌跡４６を例示している。

このように、ロータ軸２１をタッチダウンさせた場合には、タッチダウンさせない場合を示す図１０の例と比べて、Ｘ軸及びＹ軸における奇跡の範囲が広がっており、ポジション信号（Ｘi、Ｙi）の図形が相対的に大きくなるが、タッチダウンさせない場合と同様に回転方向の検出を行うことが可能である。

１０ ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１１ ポンプ本体
１６ モータ
２１ ロータ軸
３０ ラジアル磁気軸受（磁気軸受）
３０Ｃ ラジアル方向変位センサ（変位センサ）
３６、３７ 保護ベアリング（保護軸受）
１１２ ロータ（回転子）
１３０ マイクロコンピュータ（制御手段）

Claims (2)

1. ロータ軸と、
   前記ロータ軸を回転させるモータと、
   前記ロータ軸を磁気浮上させる磁気軸受と、
   前記ロータ軸との間に所定の隙間を介在させた保護軸受と、
   前記ロータ軸の位置を検出する変位センサと、
   前記モータや前記磁気軸受の制御が可能な制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   少なくとも、前記ロータ軸が相対的に高速な自転を行う第１状態と、前記ロータ軸が前記保護軸受との間の前記隙間の範囲内で偏倚し公転しながら相対的に低速な自転を行う第２状態とすることが可能であり、
   前記変位センサの出力情報を取得し、
   前記第２状態で、前記出力情報に基づく前記ロータ軸の回転方向を求め、
   前記回転方向が正常か否かを判定し、
   前記回転方向が正常でない場合には、回転を停止し、正常な回転方向へ回転速度を上昇させることを特徴とする真空ポンプ。
2. ロータ軸と、
   前記ロータ軸を回転させるモータと、
   前記ロータ軸を磁気浮上させる磁気軸受と、
   前記ロータ軸との間に所定の隙間を介在させた保護軸受と、
   前記ロータ軸の位置を検出する変位センサと、を備えた真空ポンプ本体に接続され、
   少なくとも、前記ロータ軸が相対的に高速な自転を行う第１状態と、前記ロータ軸が前記保護軸受との間の前記隙間の範囲内で偏倚し公転しながら相対的に低速な自転を行う第２状態とすることが可能な真空ポンプの制御装置であって、
   前記変位センサの出力情報を取得し、
   前記第２状態で、前記出力情報に基づく前記ロータ軸の回転方向を求め、
   前記回転方向が正常か否かを判定し、
   前記回転方向が正常でない場合には、回転を停止し、正常な回転方向へ回転速度を上昇させることを特徴とする真空ポンプの制御装置。