JP3382627B2 - モータ駆動高速回転体駆動制御装置と該駆動制御装置に使用される機種判別方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、モータ駆動高速回転体駆動制御装置と該駆
動制御装置に使用される機種判別方法に係り、特に磁気
軸受けを有するターボ分子ポンプ、コンプレッサ、ター
ビン及び工作機械用スピンドル等の高速回転体の駆動制
御装置と該駆動制御装置に使用される機種判別方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】

磁気軸受は従来の流体潤滑軸受よりロスが小さく、軸
受のドライ化、雰囲気のクリーン化を図り得、特に真空
状態では有用な軸受であるために、ターボ分子ポンプ等
の直結モータにより高速駆動される高速回転体は回転部
の軸受として多用されている。

【０００３】 このような磁気軸受を有するターボ分子ポンプ等の高
速回転装置においては、例えば第９図に示すようにポン
プユニットＡ側と電源ユニットＢ側と両者間を電気的に
接続するケーブル40からなり、ポンプユニットＡ側には
ポンプ本体とともに、該ポンプ本体に直結されたモータ
29と、該モータ29のロータ及びこれに直結されたポンプ
本体の回転部（以下これらを含めて回転体という）を浮
上制御する磁気軸受９と、該軸受と回転体間の空隙を検
知する位置センサ24を具えている。

【０００４】 一方電源ユニットＢ側には回転体に直結されたモータ
29を高速駆動するモータ駆動回路34（例えばインバータ
回路を含む電源回路）、前記位置センサ24よりの信号を
受けて磁気軸受９（電磁石）の駆動電圧の制御を行なっ
て回転体の浮上位置を中心に保持させる磁気軸受制御回
路32と磁気軸受駆動回路33、及び磁気軸受駆動電源31が
組み込まれている。そしてこれら二つのユニットＡ、Ｂ
はケーブル40A〜40C間に接続されている。

【０００５】 かかる構成の電源ユニットＢにおいては、前記各種制
御及び駆動回路は、ポンプユニットの機種に応じて調整
または設定する必要がある。 例えば、回転体の浮上位置を中心に保持するための磁
気軸受制御回路32は、後記実施形態の第４図（Ａ）に示
すように例えば比例要素、積分要素、微分要素であるPI
D制御回路62と、回転体の構造による数次の固有振動数
を安定化するための位相補償回路63及びフィルタ回路61
（例えばノッチフィルタ、ローパスノッチフィルタ、ロ
ーパスフィルタ、位相フィルタ等）及び磁気軸受９の静
的剛性を負荷するためのバイアス電流印加回路65で構成
されており、これらは夫々機種毎に設定定数が異なる。

【０００６】 又、モータ駆動回路34側においても、例えばV/f:一定
にしたインバータ制御を行なう場合に、定格電圧、定格
周波数等の回転制御に関する制御定数の他に、保護機能
に関する過電圧、過電流、過負荷、過周波数等について
も機種毎に異なる。

【０００７】 この為、磁気軸受制御回路32、磁気軸受駆動回路33、
モータ駆動回路34夫々の機種毎の制限要素基板32A〜34A
を電源ユニットＢの各回路内に内蔵している。 この為従来値においては、各機種毎のポンプユニット
Ａに適合した電源ユニットＢを有し、これらは一対一の
組合せとなるため、電源ユニットＢとポンプユニットＡ
の機種との間に互換性がなく、結果として各機種毎のポ
ンプユニットに対応する電源ユニットを用意せねばなら
ず、量産性を著しく低下させる。また、アフターサービ
ス上の管理及びトラブル対応等に対して好ましくない。
さらに、複数機種のターボ分子ポンプを使用する場合、
これを取り付けて使用する装置またはプラント等の設備
設計が複雑化し、設備が大型となり、メンテナンスが困
難になる。

【０００８】 かかる欠点を解消するために、本出願人は先に特願平
８−317876号において、前記電源ユニットＢ側の機種の
互換性を制限する回路、例えば、第８図に示すように、
磁気軸受制御回路32、磁気軸受駆動回路33、モータ駆動
回路34夫々の機種毎の制限要素基板32A〜34Aをポンプユ
ニットＡ側に設けた技術が開示されている。

【０００９】 しかしながらかかる技術は電源ユニットＢ側において
は共用化が達成されるが、ポンプユニットＡ側において
は夫々の機種毎に、機種の互換性を制限する回路、例え
ば磁気軸受制御回路32やモータ駆動回路34を設けねばな
らず、製造コストの増大とポンプユニットＡ設備が大型
化し、又ユニット全体としての設備の合理化につながら
ない。又特にターボ分子ポンプは半導体製造設備の、特
に高温下に曝されやすい真空容器（チャンバ）等の反応
設備の近傍に配置する場合があり、このような場所に回
路基板を組み込む事は信頼性を維持するための設備（対
策）費が高価となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】

本発明の目的は、ポンプユニットＡ側においても又電
源ユニットＢ側においても機種の互換性を制限する回路
を設ける事なく、容易に機種間の互換性を達成出来、而
も電源ユニットＢの共用化を達成し得る高速回転体の駆
動制御装置と該駆動制御装置に使用される機種判別方法
を提供する事を目的とする。

【００１１】本発明の他の目的は、ポンプユニット側に
制御基板等を取り付ける事なく構造の簡略化を図る事に
より、量産性を向上できるとともにアフターサービスを
簡略化でき、さらに一種類の電源装置で複数機種のポン
プユニットの操作が可能になり、該ポンプユニットを取
り付けて使用する装置またはプラント等の設計の簡略
化、小型化、メンテナンスの安易化を図ることができる
ポンプユニットその他の高速回転体に関する高速回転体
の駆動制御装置と該駆動制御装置に使用される機種判別
方法を提供する事にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本発明はかかる課題を達成するために、ロータ部とス
テータ部の少なくともいずれか一方に電磁石からなる磁
気軸受を配設し、該磁気軸受の磁力の作用により前記ロ
ータ部を空中維持させながら、該ロータ取り付け部を高
速回転させ、所定の負荷作用を行なう高速回転体と、 該高速回転体側に設けた位置センサよりの検知信号に
基づき前記磁気軸受の電磁石の印加する軸受駆動電力を
制御する磁気軸受制御手段と、前記ロータ部とステータ
部からなるモータに印加する駆動電源を制御するモータ
駆動制御手段を具えた電源ユニットからなる高速回転体
駆動制御装置において、 前記電源ユニット側に、前記高速回転体の機種に応じ
て調整または設定される制御定数を、各機種別のテーブ
ルとして用意した機種別テーブル群を内蔵させるととも
に、前記機種別テーブル群には、機種数に対応する数の
磁気軸受制御用テーブルとモータ駆動用テーブルが格納
されており、前記モータ駆動前の高速回転体を非回転の
状態で、モータの定格電圧より電圧Ｖを低く、周波数ｆ
を高くしてモータが回転しないように電圧を印加して得
られる検知電流信号を前記高速回転体の機種判別信号と
して取込み、該判別信号に基づいて対応する機種のテー
ブルを選択するとともに、前記高速回転体の機種判別信
号を取込み、該判別信号に基づいて対応する機種のテー
ブルを選択するとともに、 磁気軸受制御用テーブルの設定信号に基づいて、磁気
軸受の駆動電源の駆動制御を、又モータ駆動用テーブル
の設定信号に基づいてモータ駆動制御を夫々独立して行
うように構成した事を特徴とする。

【００１３】 この場合前記機種判別手段を、前記高速回転体と電源
ユニット間を接続するコネクタをディップスイッチ状に
形成するかパラレル端子群状に形成して、該ディップス
イッチ若しくはパラレル端子を操作して機種判別可能に
構成すれば、該コネクタをケーブルを介して電源ユニッ
トに接続するだけで、モータ駆動前に容易に機種判別が
可能である。

【００１４】 又前記モータが電圧周波数（V/f）を一定に維持しな
がら回転数制御を行なうインバータ駆動モータである場
合に、前記（V/f）比を小にした電圧／周波数駆動電圧
波形を前記モータに印加するように構成すれば、機種毎
にモータの巻線仕様が異なるために、前記高速回転体を
非回転の状態でモータの駆動電流信号が検知され、該信
号に基づいてモータを直結した高速回転体の機種判別が
容易である。

【００１５】 より具体的に説明するに、インバータから交流モータ
に供給される電流値Ｉは、電圧Ｖおよび周波数Ｆ（＝ω
/2π）、ならびに、抵抗値ＲおよびインダクタンスＬを
用いて、以下の（１）式のように表わされる。 Ｉ＝V/（Ｒ＋ｊωＬ） …（１） ただし、（１）式において、ω（＝２πＦ）は周波数
Ｆに比例した角速度である。 （１）式から明らかなように、交流モータに流れる電
流値Ｉは、交流モータに印加される電圧Ｖおよび周波数
Ｆに応じて、交流モータの特性、すなわち巻線仕様およ
びケーブル抵抗（抵抗値Ｒ、巻線インダクタンスＬ）に
より決定されることがわかる。

【００１６】 また、（１）式から明らかなように、交流モータの巻
線仕様の違いによる電流値Ｉの差異は、インバータ１か
ら印加される周波数Ｆが高いほど顕著に現れる。 言換えれば、抵抗値Ｒと巻線インダクタンスＬとの関
係は、Ｒ＞Ｌとなるので、周波数Ｆを高くしないと電流
値Ｉの差異は顕著に現れない。

【００１７】 従ってモータ直結ポンプにおいては、交流モータに対
する負荷（ガス負荷、および回転体の慣性モーメントな
ど）が機種毎に異なるため、交流モータの容量が異な
り、当然、交流モータの巻線仕様が異なる。

【００１８】 したがって、巻線仕様によって異なる電流値Ｉとポン
プユニットの機種とを対応させて、テーブルデータとし
てあらかじめ格納しておけば、電圧Ｖおよび周波数Ｆに
応じて交流モータに流れる電流値Ｉを計測することによ
り、ターボ分子ポンプの機種を判別することができ、該
判別した機種のテーブルを選択する事により容易に電源
ユニットの共用化が達成できる。

【００１９】 従って本発明においては、前記制御定数を、前記磁気
軸受制御手段と前記モータ駆動制御手段の両者にロード
する請求項記載の高速回転体駆動制御装置において、 前記磁気軸受け制御開始前に、前記機種判別信号により
機種別テーブル群を検索し、前記機種判別信号に基づい
て選択したテーブルに記載された制御定数を、前記磁気
軸受制御手段と前記モータ駆動制御手段の夫々にロード
するとともに、該磁気軸受制御手段により磁気軸受の駆
動により前記ロータ部を空中維持した後に、モータを駆
動させるようにしたことを特徴とする。

【００２０】 尚、前記磁気軸受制御手段若しくは前記モータ駆動制
御手段は、必ずしもアナログ的若しくはデジタル的な独
立回路としてハード的に構成する必要はなく、ソフト的
に構成してもよい。

【００２１】 又本発明は高速回転体の機種判別方法としても特定で
き、この場合は、前記高速回転体を非回転の状態で検知
される高速回転体の機種判別信号で前記各高速回転体の
機種判別を行ない、 該機種判別により、機種数に対応する数の磁気軸受制
御用テーブルとモータ駆動用テーブルを選択するととも
に、 磁気軸受制御用テーブルの設定信号に基づいて、磁気
軸受の駆動電源の駆動制御を、又モータ駆動用テーブル
の設定信号に基づいてモータ駆動制御を夫々独立して行
うとともに、 モータ駆動は前記磁気軸受の駆動により前記ロータ部
を空中維持した後におこなわれる事を特徴とする。 より好ましくは、前記モータが電圧／周波数（V/f）
を一定に維持しながら回転数制御を行なうインバータ駆
動モータである場合に、前記（V/f）比を小にし、前記
モータが回転しないように電圧を印加して得られたモー
タの駆動電流信号で前記各高速回転体の機種判別を行な
う事を特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】

以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示的に詳し
く説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品
の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な
記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定す
る趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００２３】 先ず本発明に適用されるターボ分子ポンプについて第
７図に基づいて説明する。第７図（Ａ）中１及び16は、
ボルトによりＯリング15を介して一体的に組みつけられ
ている上部ケーシング１と下部ケーシング16で、上部ケ
ーシング１の上部開口はガス吸気口２となすとともに、
該ケーシング１の内周面側には円形リング状の静翼群
（固定翼）４がスペーサ13によって上下に多段状にされ
ている。 又、静翼群（固定翼）４の下側には、後記するねじ溝
ポンプ段８外周を囲繞する如く、シールリング14が微小
隙間をおいて対向配置して、圧縮効果を上げている。 下部ケーシング16は、側部に排気口３が設けられ、更
にその下側にコネクタ23が穿設されている。 又下部ケーシング16の上面中心域には円筒状の支持筒
17が上方に垂設されており、該支持筒17内周側のロータ
軸７と対面する位置に、上方より上部保護軸受19、上部
磁気軸受９、モータステータ12、下部軸受10、保護軸受
20、及びスラスト磁気軸受11が取付けられている。

【００２４】 ６は中心下面よりロータ軸７が下方に垂下されたポン
プ回転部で、該回転部６の上部外周部には半径方向に放
射状に配設した多数の動翼群（回転翼）５が、前記静翼
４と交互に噛み合う如く多段状に配設されるとともに、
該回転部６の下部外周部に、螺旋状のねじ溝ポンプ段８
が取り付けられている。 又、前記支持筒17内に嵌挿されたロータ軸７は、前記
モータステータ12と対面する位置にモータロータ21を嵌
着させ交流モータ29を構成するとともに、該ロータ21の
上部には上部磁気軸受９を、又その上部は保護軸受19と
の間の間隔設定をしている。 更に、前記ロータ21の下部には下部磁気軸受10を、又
その下部は保護軸受20との間の間隔設定をしている。又
前記ロータ軸７の下端には円板状の磁性板22が設けられ
ており、該磁性板22は支持筒17側のスラスト磁気軸受11
内に侵入し、スラスト方向（Ｚ軸）の空中維持制御を行
なっている。 即ち、前記上部磁気軸受９と下部磁気軸受10は、第７
図（Ｂ）に示すように、軸線と直交する断面内におい
て、左右（Ｘ軸）及び前後（Ｙ軸）方向に夫々一対づつ
配設し、前記ロータ軸７が倒れが生じることなく中心軸
線上に中空維持可能に構成され、この結果、前記スラス
ト磁気軸受11（Ｚ軸）及び上部磁気軸受９と下部磁気軸
受10（Ｘ軸、Ｙ軸）によりロータ軸７は５軸方向に空中
制御されて回転することとなる。

【００２５】 又前記夫々の磁気軸受９、10、11の磁気制御に異常を
きたし、ロータ軸７が片側に偏心した場合は、上部若し
くは下部の保護軸受19,20に当接して回転を補償する。

【００２６】 上記のように構成されたターボ分子ポンプでは、前記
各磁気軸受９に通電してロータ軸７を介してポンプ回転
部６を中空維持した状態でモータを例えば、10,000〜10
0,000rpmで高速回転させることにより、動翼５が静翼４
内を回転し且つねじ溝ポンプ段８がシールリング14と対
面しながら回転し、真空排気されるガスが上方吸気口２
から動翼５と静翼４間で第１の圧縮を行なった後、ねじ
溝ポンプ段８の螺旋状溝通路で第２の圧縮が行なわれ、
ガス通路を経て排気口３方向へ流れて、吸気口２側が真
空排気される。

【００２７】 そして本実施形態に係る各磁気軸受９、10、11におい
ては、その近傍に夫々位置センサ24、25、26が配設さ
れ、各磁気軸受９、10、11位置におけるロータ軸17と支
持筒17の間隔（Ｘ、Ｙ軸）及びスラスト方向における偏
位を検知する。

【００２８】 第１図は前記ターボ分子ポンプを用いたポンプユニッ
トＡと電源ユニットＢの本発明の第１実施形態に係る要
部構成を示し、第１図に示すようにポンプユニットＡ側
と電源ユニットＢ側と両者間を電気的に接続するケーブ
ル40からなり、ポンプユニットＡ側にはポンプ本体回転
部６のロータ軸７に直結されたロータ21及びステータ12
からなるモータ29と、該ロータ21の上下に位置する上部
及び下部磁気軸受９、10と、前記ロータ軸７の下端に円
板を挟んで設けられたスラスト磁気軸受11と、前記上部
及び下部磁気軸受９、10とロータ軸７間の空隙（Ｘ、Ｙ
軸）、及びスラスト方向における磁気軸受９と円板間の
偏位を検知する位置センサ24、25、26を具えていること
は前記した通りである。

【００２９】 そして本実施形態においては、前記位置センサ24、2
5、26よりの信号を変換器36及びコネクタ37を介して信
号ケーブル40Aより電源ユニットＢ側に送信可能に構成
される。そして本実施形態においては、機種判別手段と
してディップスイッチ状のコネクタ38を用いている。 該ディップスイッチ状のコネクタ38は、前記信号伝送
コネクタ37と別個に独立して設けてもよく、又ディップ
スイッチ状のコネクタ38の一部の端子を信号伝送用コネ
クタとして使用するようにしてもよい。

【００３０】 例えば本実施例においては、Ａ〜Ｃの端子については
信号伝送用端子として使用し、又Ｄ〜Ｇの端子について
はディップスイッチとして機能させている。ディップス
イッチとしての使用形態は、例えばDEFGの各端子スイッ
チをON/OFFして機種毎に設定した４桁のデジタルI/0信
号（0000〜1111）をパラレル信号ケーブル40Bを介して
電源ユニットＢの機種判別器48に送信する事により、デ
ジタルI/0信号（0000〜1111）信号に対応した機種を電
源ユニットＢ側で判別できる。

【００３１】 例えばデジタルI/0信号が（0001）の場合は型式Ａ、
デシタルI/0信号が（0010）の場合は型式Ｂ、デジタルI
/0信号が（0011）の場合は型式Ｃ、又デジタルI/0信号
が（0100）の場合は型式Ｄとなるようにデジタル信号を
設定すれば、容易に判別できる。

【００３２】 なお、Ｄ〜Ｇの端子についてはディップスイッチ機能
を取らずに通常の端子の場合でも、機種毎にDEFG端子間
を適宜短絡し、該短絡信号をパラレル信号ケーブル40B
を介して電源ユニットＢ側の機種判別器48に送信する事
により、該短絡信号に対応した機種を電源ユニットＢ側
で判別できる。

【００３３】 例えばDE端子間のみを短絡させた場合は型式Ａ、EF端
子間のみを短絡させた場合は型式Ｂ、FG端子間のみを短
絡させた場合は型式Ｃ、又DEとFG端子間のみを短絡させ
た場合は型式Ｄとなるように短絡信号を設定すれば、容
易に判別できる。

【００３４】 一方電源ユニットＢ側には、前記モータ29を高速駆動
するモータ駆動回路34（例えばインバータ回路）、前記
位置センサ24、25、26よりの信号を受けて磁気軸受９、
10、11（電磁石）の駆動電圧の制御を行なってロータ軸
７の浮上位置を中心に保持させる、磁気軸受制御回路32
としての演算器51、該演算器51よりの信号を受けて磁気
軸受駆動電源31よりの駆動電圧のON/OFF制御を行なうト
ランジスタ回路を含む磁気軸受駆動回路33、及び磁気軸
受駆動電源31が組み込まれている。

【００３５】 前記磁気軸受制御回路32としての演算器51と磁気軸受
駆動回路33は第４図に示すように、磁気軸受９を構成す
る電磁石のｎ対に対応する数だけ設けられている。

【００３６】 即ち、上部磁気軸受９と下部軸受10は第７図（Ｂ）に
示すように、Ｘ軸方向に各１対、Ｙ軸方向に各１対づつ
（計４対）、又はスラスト磁気軸受11は上下に１対で、
全部で計５対必要とするために、ポンプユニットＡ側に
は位置センサ24、25、26が５個、及びこの検知信号に基
づいて制御／演算される前記演算器51は夫々５個、磁気
軸受駆動回路33も夫々５個必要とされる。

【００３７】 又後記するテーブル50よりの設定定数データがデジタ
ル信号であるために、前記磁気軸受制御回路32はデジタ
ル演算により制御値を出力可能にCPU等の演算器51によ
り構成されているが、一方、位置センサ24、25、26より
の検知信号、磁気軸受駆動回路33への駆動制御信号はア
ナログ信号である為に、演算器51の入力側には位置セン
サ信号をデジタル変換するためのA/D変換器45が、又演
算器51の出力側にはD/A変換器46を介装し、演算出力を
制御電圧信号にアナログ変換して磁気軸受駆動回路33へ
送出可能に構成している。

【００３８】 又モータ駆動回路34の入力側にもD/A変換器の機能を
有する演算器47が配設され、後記テーブル50より得られ
た設定定数をアナログ信号に変換してモータ駆動回路34
に送出している。

【００３９】 さて、本発明の要部構成であるテーブルメモリ50に
は、機種数に対応する数の磁気軸受制御用テーブル50A
と、モータ駆動用テーブル50Bが格納されており、該テ
ーブル50は機種判別器48よりの判別信号に基づいてテー
ブル選択回路49より対応する機種のテーブル50が選択さ
れ、夫々磁気軸受制御用テーブル50Aの設定信号を演算
器51に、又モータ駆動用テーブル50Bの設定信号も演算
器47を介してモータ駆動回路34に送出している。

【００４０】 ここで演算器51、47及び機種判別器48、テーブル選択
回路49、テーブル50は１つの演算器としても良く、また
複数個の演算器を使用しても良い。

【００４１】 次に磁気軸受制御用テーブル50Aと、モータ駆動用テ
ーブル50Bについて説明する。 第４図（Ａ）は日本国実用新案登録第2522168号等に
開示してある公知の磁気軸受制御回路32を例として概略
的に示すもので、該制御回路を説明しながら必要な設定
定数について説明する。

【００４２】 先ず、位置センサ24、25、26よりの検知信号は偏差増
幅器等の不図示の位置フィードバックゲインを介してロ
ーパスノッチフィルタ61に取込み、該ローパスノッチフ
ィルタ61で中高周波数帯域のノイズ等の不安定化部分を
広範囲に亙って阻止する。 そして前記ローパスノッチフィルタ61通過後のフィー
ドバック信号は比例要素、積分要素、微分要素であるPI
D制御回路62を通した後、回転体６の構造による数次の
固有振動数を安定化するための位置補償回路63を通して
フィードバック用制御電流を得た後、該制御電流に磁気
軸受９の静的剛性を付加するためのバイアス電流を加え
て、該バイアス重畳電流を直接磁気軸受駆動回路33を構
成するトランジスタのベース側に印加して、右側磁気軸
受9XRの駆動電源を駆動制御し、又前記バイアス重畳電
流はオペアンプ64により反転して該反転電流をトランジ
スタのベース側に印加して、左側磁気軸受9XLの駆動電
源を駆動制御する。

【００４３】 そして前記第４図（Ａ）に示す制御要素は日本国実用
新案登録第2522168号に開示してあるように、夫々の要
素の計算式が開示されている、夫々の要素の設定定数は
機種毎に異なる。 そして前記機種毎の設定定数は、ローパスノッチフィ
ルタ61においては、ノッチ点の周波数fn、共振点周波数
fQ、共振倍率Ｑがあり、又PID制御回路62においては比
例定数Ｐ、積分定数Ｉ、微分定数Ｄ、位相補償回路63に
おける定数Ts、α（時定数）、バイアス電流IBである。 そしてこれらを機種毎にテーブル化したものが第４図
（Ｂ）に示す磁気軸受制御用テーブル50Aである。 尚、前記第４図（Ａ）に示すように演算式としてデジ
タル化が可能であり、本実施形態はこれをデジタル化し
て演算器51内に組み込んである。

【００４４】 次にモータ駆動用テーブル50Bについて第５図に基づ
いて説明する。 本実施形態のモータ29は、第５図（Ａ）に示すよう
に、V/f:一定にしたインバータ制御を行なっており、従
って前記モータ29の回転数を増減制御するには電圧Ｖと
周波数ｆを一定比率で制御させる。 従って、モータ駆動回路34側においても、例えばV/f:
一定にしたインバータ制御を行なう場合に、定格電圧、
定格周波数等の回転制御に関する制御定数の他に、保護
機能に関する過電圧、過電流、過負荷、過周波数等につ
いても機種毎に異ならせてテーブル設定を行ない、機種
毎にテーブル化したものが第５図（Ｂ）に示すモータ駆
動用テーブル50Bである。

【００４５】 次にかかる実施形態の動作手順を第２図に基づいて順
を追って説明する。 先ず、電源ユニットＢの起動スイッチをONすると、機
種判別器48よりディップスイッチ状のコネクタ38よりデ
ジタルI/0信号もしくは短絡信号等の機種判別信号を取
込み（S1）、機種判別を行なう。（S2） そして前記判別信号に基づきテーブル選択回路49より
対応する機種のモータ制御定数テーブル50Bと磁気軸受
制御定数テーブル50Aを検索する。（S3）磁気軸受制御
定数テーブル50Aを選択（S4）後、磁気軸受制御回路32
としての演算器51側では、位置センサ信号を取込んで
（S5）、機種に対応する演算を行なって磁気軸受駆動信
号を生成し（S6）、該信号に基づいて磁気軸受９を駆動
させてロータ軸７を浮上させる。（S7）

【００４６】 一方モータ駆動回路34では前記モータ制御定数テーブ
ル50Bより選択された定数に基づいてモータ駆動回路を
ロードし（S8、S9）、電圧制御を行なって（S10）モー
タ29を駆動して回転制御を行なう。（S11） 以下位置センサ信号を取込みながら前記テーブル50A
により設定された定数に基づいて前記磁気軸受制御を繰
り返す。（S12）

【００４７】 第３図は前記演算器51の代りに第４図に示すアナログ
制御回路を用いて軸受制御信号を生成すると共に、機種
判別信号としてポンプユニットＡ側に電流計60を設け、
該電流計60より得られた検知信号に基づいて機種判別を
行なうものである。

【００４８】 尚、前記テーブル50よりの設定定数はデジタル信号で
あるためにD/A変換器52を介してアナログ変換した設定
定数をアナログ制御回路32に送信し、又電流検知信号は
アナログ信号であるために、A/D変換器51を介して機種
判別器48に投入され、該判別器48内の判別テーブルと比
較して機種判別を行なう。

【００４９】 この際、前記制御動作はモータ29が回転する前に機種
判別用の電流検知を行なう必要があるために工夫が必要
である。 そこで本実施形態のモータ29は、前記したV/f:一定に
したインバータ制御を行なっており、従って前記モータ
29の回転数を増減制御するには電圧Ｖと周波数ｆを一定
比率で制御させることによりモータ29の加減速制御を行
なっているが、第５図（Ａ）の破線に示すように、電圧
Ｖを低く、周波数ｆを高くしてモータ29が回転しないよ
うに電圧を印加して検知電流を得るようにするのがよ
い。 かかる実施形態においても、第２図と同様な手順で磁
気軸受駆動制御とモータ駆動制御を行なう事が出来る。

【００５０】 第６図は機種判別信号に基づいて、モータ駆動制御を
行なう本発明の他の実施形態について説明する。 第６図はこの発明の他の実施形態を示す機種判別回路
とモータ駆動制御回路であり、71および29は電源ユニッ
トＢ内のインバータおよびポンプユニットＡ側のモート
である。なお、ここでは、インバータにはPAM（パルス
振幅変調）方式を用いた場合を示している。

【００５１】 第６図において、74は入力電源71に接続された整流装
置、75は整流装置74の両端間に接続されたコンデンサ、
76aはコンデンサ75の一端にコレクタが接続されたトラ
ンジスタ、76bはトランジスタ76aのエミッタに接続され
たチョークコイル、76はトランジスタ76aおよびチョー
クコイル76bにより構成されたチョッパ回路である。 77aはチョッパ回路76の出力端子にコレクタが接続さ
れたトランジスタ、77bはトランジスタ77aのコレクタお
よびエミッタ間に逆極性で並列接続されたダイオード、
77はトランジスタ77aおよびダイオード77bにより構成さ
れたインバータブリッジ回路、78はインバータブリッジ
回路77の両端間に接続されたコンデンサである。 チョッパ回路76は、交流モータ29に印加される出力電
圧Ｖを制御し、インバータブリッジ回路77は、交流モー
タ29に印加される出力電圧Ｖの周波数Ｆを制御する。 また、電流１次側の回路要素（整流装置74〜コンデン
サ78）は、インバータ71とともにモータ電源装置を構成
している。

【００５２】 60は交流モータ29に流れる電流値Ｉを検出するための
電流検出回路であり、インバータブリッジ回路77の一端
と整流回路74の一端との間に挿入された抵抗器により構
成されている。 電流検知は、第５図（Ａ）の破線に示すように、電圧
Ｖを低く、周波数ｆを高くしてモータ29が回転しないよ
うに電圧を印加して、モータ29が回転しない状態で検知
電流を得るようにしている。

【００５３】 48は電流値Ｉに基づいて交流モータ29の機種をアナロ
グ的に判別する機種判別回路であり、例えば比較器と機
種毎の基準電流設定回路より構成されており、電流検出
回路60により検出した検知電流と機種毎の基準電流とを
比較器で比較し、その比較出力に基づいて機種判別を行
なっている。

【００５４】 50Bはマイクロプロセッサからなる制御回路80内に組
み込まれた制御テーブルであり、機種判別回路48からの
機種判別信号に応答して制御信号を出力し、チョッパ回
路76およびインバータブリッジ回路77を対応する機種毎
に自動的に切換制御するようになっている。

【００５５】 82は制御回路80に接続された警報器であり、機種判別
信号が予め設定された機種と異なる判別信号の場合に、
異常信号を駆動し、機種結合の誤りを知らせる。

【００５６】 なお、機種判別用電流値Ｉを検出するための電流検出
モードは、交流モータ29を通常回転させる定常運転モー
ドとは別の運転状態、たとえば運転開始時に設定され
る。したがって、運転開始時において、第５図（Ａ）に
示す低い電圧Vrでかつ高い周波数Frの電流が交流モータ
29に供給されたときの電流値Irが検出されることにな
る。

【００５７】 機種判別回路48は前記したようなアナログ的に判別手
段を構成しなくても、交流モータ29の各巻線仕様と、所
定の出力電圧Vrおよび出力周波数Frを印加したときに流
れる電流値Irをデジタル変換した後の信号と、各機種の
定格電流値Irの上下幅を対応させた対応テーブルを内蔵
し、検出された電流値Irを参照しながら、対応テーブル
のマップ検索により機種を判別し、機種判別信号を出力
するように構成してもよい。

【００５８】 制御回路80は、機種判別信号に応答して制御信号をチ
ョッパ回路76およびインバータブリッジ回路77内の各ト
ランジスタ76aおよび77aのベースに印加することによ
り、チョッパ回路76およびインバータブリッジ回路77か
らの出力電圧Ｖおよび出力周波数Ｆを、交流モータ29の
機種に適合するように調整することが出来る。また、制
御回路80は、機種判別信号から、現在の機種認識状態が
正しければ、交流モータ29の定常運転状態に入り、機種
認識状態が実際と異なっていれば、異常信号Ｅにより警
報器82を駆動して運転を停止する。

【００５９】 このように、いかなる状況下においてモータボ分子ポ
ンプの機種判別を正確に且つ自動的に行うことができる
ので、操作者のミスによる高速回転体の破損に対する信
頼性および安全性が大幅に向上する。 なお、上記実施態様では、PAM方式のインバータ１を
用いたが、PWM（パルス幅変調）方式のインバータを用
いることができ、同等の作用効果を奏することは言うま
でもない。 特にPWM方式のインバータを用いた場合、キャリア周
波数のパルス幅を一定に設定することにより、出力電圧
Ｖを一定に設定し、インバータブリッジ回路77において
出力周波数Ｆを一定に設定することができる。

【００６０】 また、前述した通り、出力周波数Ｆが高いほど、ター
ボ分子ポンプの機種毎の電流値Ｉの差異が大きくなるの
で、電圧Ｖを低くし周波数Ｆを高くした方が、機種判別
精度は向上することになる。

【００６１】

【発明の効果】

以上記載した如く本発明によれば、ポンプユニットＡ
側においても又電源ユニットＢ側においても機種の互換
性を制限する回路を設ける事なく、容易に機種間の互換
性を達成出来、而も電源ユニットＢの共用化を達成し得
る。 又本発明は、ポンプユニット側に制御基板等を取り付
ける事なく構造の簡略化を図る事により、量産性を向上
できるとともにアフターサービスを簡略化でき、さらに
一種類の電源装置で複数機種のポンプユニットの操作が
可能になり、該ポンプユニットを取り付けて使用する装
置またはプラント等の設計の簡略化、小型化、メンテナ
ンスの安易化を図ることができる。 等の種々の著効を有す。 ［図面の簡単な説明］

【図１】第１図は本発明の第１実施形態に係るポンプユ
ニットと電源ユニットの要部構成を示し、デジタル的に
磁気軸受の駆動電源制御を設定しているブロック図であ
る。

【図２】第２図は第１図の実施形態の動作手順を示すフ
ローチャート図である。

【図３】第３図は本発明の第２実施形態に係るポンプユ
ニットと電源ユニットの要部構成を示し、アナログ的に
磁気軸受の駆動電源制御を設定しているブロック図であ
る。

【図４】第４図は、第３図の実施形態に適用される磁気
軸受制御回路のブロック図（Ａ）と該実施形態に用いる
テーブル（Ｂ）である。

【図５】第５図は、本実施形態のモータ駆動電圧／周波
数分布と機種判別用電流信号を示す電圧／周波数グラフ
線図（Ａ）と本発明の実施形態に用いるテーブル（Ｂ）
である。

【図６】第６図は本発明の他の実施形態に係る機種判別
回路とモータ駆動制御回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図７】第７図は本発明が適用されるターボ分子ポンプ
の縦断面図（Ａ）と磁気軸受と位置センサの配置状態を
示す要部横断面図（Ｂ）である。

【図８】第８図は磁気軸受を有するポンプユニットとこ
れを駆動制御する電源ユニットとの関係を示す一の従来
技術のブロック図である。

【図９】第９図は磁気軸受を有するポンプユニットとこ
れを駆動制御する電源ユニットとの関係を示す他の従来
技術のブロック図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02P 5/00 H02P 6/00 - 6/24 H02P 7/00 - 7/01 F04D 27/00 - 27/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータ部とステータ部の少なくともいずれ
   か一方に電磁石からなる磁気軸受を配設し、該磁気軸受
   の磁力の作用により前記ロータ部を空中維持させなが
   ら、該ロータ取り付け部を高速回転させ、所定の負荷作
   用を行なう高速回転体と、 該高速回転体側に設けた位置センサよりの検知信号に基
   づき前記磁気軸受の電磁石の印加する軸受駆動電力を制
   御する磁気軸受制御手段と、前記ロータ部とステータ部
   からなるモータに印加する駆動電源を制御するモータ駆
   動制御手段を具えた電源ユニットからなる高速回転体駆
   動制御装置において、 前記電源ユニット側に、前記高速回転体の機種に応じて
   調整または設定される制御定数を、各機種別のテーブル
   として用意した機種別テーブル群を内蔵させるととも
   に、前記機種別テーブル群には、機種数に対応する数の
   磁気軸受制御用テーブルとモータ駆動用テーブルが格納
   されており、前記モータ駆動前の高速回転体を非回転の
   状態で、モータの定格電圧より電圧Ｖを低く、周波数ｆ
   を高くしてモータが回転しないように電圧を印加して得
   られる検知電流信号を前記高速回転体の機種判別信号と
   して取込み、該判別信号に基づいて対応する機種のテー
   ブルを選択するとともに、 磁気軸受制御用テーブルの設定信号に基づいて、磁気軸
   受の駆動電源の駆動制御を、又モータ駆動用テーブルの
   設定信号に基づいてモータ駆動制御を夫々独立して行う
   ように構成した事を特徴とする高速回転体駆動制御装
   置。
2. 【請求項２】前記制御定数を、前記磁気軸受制御手段と
   前記モータ駆動制御手段の両者にロードする請求項１記
   載の高速回転体駆動制御装置において、 前記磁気軸受け制御開始前に、前記機種判別信号により
   機種別テーブル群を検索し、前記機種判別信号に基づい
   て選択したテーブルに記載された制御定数を、前記磁気
   軸受制御手段と前記モータ駆動制御手段の夫々にロード
   するとともに、該磁気軸受制御手段により磁気軸受の駆
   動により前記モータ部を空中維持した後に、モータを駆
   動させるようにしたことを特徴とする高速回転体駆動制
   御装置。
3. 【請求項３】前記モータが電圧／周波数（V/f）を一定
   に維持しながら回転数制御を行なうインバータ駆動モー
   タである請求項１記載の高速回転体駆動制御装置におい
   て、 前記検知電流に基づいて、前記高速回転体の機種判別信
   号を取込み、該判別信号に基づいて対応する機種のテー
   ブルを選択するように構成した事を特徴とする請求項１
   記載の高速回転体駆動制御装置。
4. 【請求項４】ロータ部とステータ部の少なくともいずれ
   か一方に電磁石からなる磁気軸受を配設し、該磁気軸受
   の磁力の作用により前記ロータ取り付け部を空中維持さ
   せながら、該ロータ取り付け部を高速回転させ、所定の
   負荷作用を行なう高速回転体を具え、該回転体の機種毎
   に、前記ロータ部とステータ部からなるモータの巻線仕
   様が異なる高速回転体の駆動制御装置において、 前記モータの巻線仕様によって異なる電流値と前記高速
   回転体の機種とを対応させて、テーブルデータとしてあ
   らかじめ格納しておき、 前記高速回転体を非回転の状態で検知される高速回転体
   の機種判別信号で前記各高速回転体の機種判別を行な
   い、 該機種判別により、機種数に対応する数の磁気軸受制御
   用テーブルとモータ駆動用テーブルを選択し、 磁気軸受制御用テーブルの設定信号に基づいて、磁気軸
   受の駆動電源の駆動制御を、又モータ駆動用テーブルの
   設定信号に基づいてモータ駆動制御を夫々独立して行う
   とともに、 モータ駆動は前記磁気軸受の駆動により前記ロータ部を
   空中維持した後におこなわれる事を特徴とする高速回転
   体駆動制御装置の機種判別方法。
5. 【請求項５】前記モータが電圧／周波数（V/f）を一定
   に維持しながら回転数制御を行なうインバータ駆動モー
   タである場合に、前記（V/f）比を小にし、前記モータ
   が回転しないように電圧を印加して得られたモータの駆
   動電流信号と前記テーブルデータと比較して、前記各高
   速回転体の機種判別を行なう事を特徴とする請求項４記
   載の高速回転体駆動制御装置の機種判別方法。