JP4136385B2

JP4136385B2 - 磁気軸受式ターボ分子ポンプ

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Publication number: JP4136385B2
Application number: JP2002020355A
Authority: JP
Inventors: 知男太田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP2003222096A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気軸受式ターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ分子ポンプは固定翼と回転翼とを備えており、回転翼が設けられた回転体をモータで高速回転することにより真空排気を行っている。特に磁気軸受方式のターボ分子ポンプでは、回転体を磁気軸受により磁気浮上させることによって低振動やオイルフリー等の向上を図っている。なお、磁気軸受式ターボ分子ポンプでは、磁気軸受による磁気浮上が行われていないときの回転体を支持するために、機械式の保護ベアリングが設けられている。
【０００３】
ところで、停電等により磁気軸受式ターボ分子ポンプへの電力供給が停止すると、磁気軸受による回転体の支持ができなくなる。そのため、従来の磁気軸受式ターボ分子ポンプでは電源装置にバッテリが設けられていて、停電等の緊急時にはバッテリから磁気軸受に給電して回転体を磁気浮上させるようにしている。また、最近では、バッテリの搭載を省略し、停電時にはモータを減速駆動することにより得られる回生電力を用いて、回転体を磁気浮上させるようにしている。
【０００４】
通常の運転状態でポンプを停止する際には、回転体がほぼ回転停止状態または低速回転状態（数１０ｒｐｍ程度）になってから保護ベアリングに落下（以下ではタッチダウンと呼ぶことにする）させるようにしている。しかし、停電時にバッテリまたは回生電力により磁気軸受を作動させて停止する場合には、低速回転となる前の数１０００ｒｐｍとなった時点で保護ベアリングにタッチダウンさせている。なぜならば、バッテリ駆動の場合には、バッテリ容量の関係で回転体がほぼ停止するまで磁気浮上を維持するのが難しいためであり、回生電力を利用する場合には、回転速度が低下するに従って回生電力も減少することに起因している。例えば、６０００ｒｐｍ程度まで減速すると磁気浮上を維持するのに必要な回生電力が得られなくなるため、磁気浮上を終了して保護ベアリング上にタッチダウンさせている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような停電時のタッチダウンは保護ベアリングに大きな衝撃を与えるため、タッチダウンが許容回数を超えた場合には交換が必要となる。そのため、停電が頻繁に起こるような使用環境では、保護ベアリング交換の間隔が短くなってオーバーホールの回数が増加するという不都合があった。特に、大型のターボ分子ポンプの場合には保護ベアリングの寿命が小型のものに比べて短くなるため、頻繁にオーバーホールを実施する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、保護ベアリングの寿命を向上させ、メンテナンス性の良い磁気軸受式ターボ分子ポンプを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、回転体を磁気浮上させる磁気軸受装置と、磁気軸受装置が動作していないときに回転体を支持する保護ベアリングと、外部電源から供給される電力により磁気軸受装置を動作させて回転体を磁気浮上させる通常運転モード、および回転体の減速回転時における回生電力により磁気軸受装置を動作させて回転体を磁気浮上させる回生運転モードのいずれかのモードで磁気軸受装置を駆動制御する磁気軸受制御装置とを備える磁気軸受式ターボ分子ポンプに適用される。そして、磁気軸受制御装置は、通常運転モードでは、回転体と保護ベアリングとの間の落下方向のギャップを第１の値に制御し、回生運転モードに移行すると、ギャップを通常運転モード時の第１の値よりも小さくなるように回転体の磁気浮上位置を変更し、該変更はタッチダウンを伴わずに行なわれることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、磁気軸受制御装置は、回生電力の電圧が磁気軸受装置による磁気浮上が不能となる磁気浮上不能電圧に低下する前に、磁気浮上位置を所定位置まで移動することを特徴とする。
（３）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、外部電源からの電力供給の停止を検出するセンサを備え、センサの検出により回生運転モードを起動することを特徴とする。
（４）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、磁気軸受装置に供給される電力の電圧を検出する電圧センサを備え、電圧センサの検出電圧が所定値以下の場合に回生運転モードを起動することを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１〜４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、ターボ分子ポンプの設置姿勢を検出する姿勢検出装置を備え、磁気軸受制御装置は、姿勢検出装置の検出結果に基づいて回転体の磁気浮上位置の変更を行うことを特徴とする。
【０００８】
（６）請求項６の発明は、請求項４に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、ギャップが予め定めた第２の値（＜第１の値）となり、かつ、電圧センサの検出電圧が所定値よりも低い予め定めた閾値まで低下したとき、磁気軸受制御装置は、磁気浮上制御を中止することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は磁気軸受式ターボ分子ポンプのポンプ本体１を示す断面図である。ケーシング２０の内部には、複数段のロータ翼２１およびネジ溝部２２が形成されたロータ４と、ロータ翼２１に対して交互に配設されるステータ翼２３と、上記ネジ溝部２２と対向するように配設される筒状部材２４とが設けられている。ロータ４はラジアル電磁石５１，５２およびアキシャル電磁石５３の吸引力により非接触支持され、これらの電磁石５１〜５３は後述するように５軸制御型磁気軸受を構成している。
【００１０】
磁気軸受には、ラジアル電磁石５１，５２およびアキシャル電磁石５３に対応して、ラジアル変位センサ７１，７２およびアキシャル変位センサ７３が設けられており、これらの変位センサ７１〜７３によりロータ４の支持位置が検出される。ロータ翼２１およびネジ溝部２２が形成されたロータ４を、電磁石５１〜５３により非接触支持しつつモータ６により回転駆動すると、吸気口側のガスは矢印Ｇ１のように背圧側（空間Ｓ１）に排気され、背圧側に排気されたガスは排気口フランジ２６に接続された補助ポンプによりポンプ本体外へ排気される。磁気軸受が作動していない場合には、ロータ４は保護ベアリング２７，２８により支持される。
【００１１】
図２は５軸制御型磁気軸受の概念図であり、ロータ４の回転軸Ｊがｚ軸に一致するように示した。図２に示すように、図１のラジアル電磁石５１は、４つの電磁石５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄで構成されている。電磁石５１ａ，５１ｂはそれぞれｘ軸に沿ったX1−方向、X1＋方向に配設され、電磁石５１ｃ，５１ｄはそれぞれｙ軸に沿ったY1−方向、Y1＋方向に配設されている。同様に、ラジアル電磁石５２も４つの電磁石５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄで構成されており、電磁石５２ａ，５２ｂはそれぞれｘ軸に沿ったX2−方向、X2＋方向に配設され、電磁石５２ｃ，５２ｄはそれぞれｙ軸に沿ったY2−方向、Y2＋方向に配設されている。また、アキシャル電磁石５３は、ロータ４の下端に設けられたディスク４１をｚ軸に沿って挟むように対向して配設された電磁石５３ａ，５３ｂから成る。電磁石５３ａ，５３ｂは、それぞれｚ軸に沿ったZ−方向、Z＋方向に配設される。
【００１２】
これら５組の電磁石（５１ａ，５１ｂ），（５１ｃ，５１ｄ），（５２ａ，５２ｂ），（５２ｃ，５２ｄ），（５３ａ，５３ｂ）により５軸制御型磁気軸受が構成されている。なお、図２には図示していないが、図１の変位センサ７１，７２は電磁石（５１ａ，５１ｂ），（５１ｃ，５１ｄ），（５２ａ，５２ｂ），（５２ｃ，５２ｄ）に対応してそれぞれ２組のラジアル変位センサで構成されている。
【００１３】
図３は、本実施の形態のターボ分子ポンプの駆動制御回路を説明するブロック図である。ターボ分子ポンプはポンプ本体１と電源装置２とで構成される。電源装置２には一次電源３から交流電力が供給される。図３において、磁気軸受１６は、図２に示した電磁石（５１ａ，５１ｂ），（５１ｃ，５１ｄ），（５２ａ，５２ｂ），（５２ｃ，５２ｄ），（５３ａ，５３ｂ）と図１のセンサ７１，７２，７３で構成されている。同様に、保護ベアリング１７は、図１の保護ベアリング２７，２８で構成される。
【００１４】
電圧センサ１３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５に入力される交流電力の電圧を検出する。ＡＣ／ＤＣコンバータ５は、一次電源３から供給された交流電力を直流電力に変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ５から出力された直流電力は、モータ６を駆動する３相インバータ８とＤＣ／ＤＣコンバータ７に入力される。電圧センサ１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に入力される直流電力の電圧を検出する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力は、３相インバータ８をＰＷＭ制御等で制御するインバータ制御回路９、および磁気軸受１６による浮上制御の制御を行う磁気軸受制御回路１１のそれぞれに入力される。回転体４の単位時間当たりの回転数は回転数センサ１８により検出され、インバータ制御回路９は回転数センサ１８の検出結果に基づいて３相インバータ８を制御する。
【００１５】
磁気軸受制御回路１１は、磁気軸受１６のセンサ７１〜７３の出力信号に基づいて電磁石５１〜５３の励磁電流を制御し、ロータ４を所定位置に磁気浮上させる。通常運転の際にはロータ４を保護ベアリング２７，２８の中心に支持するように制御されるが、さらに各電磁石５１〜５３の励磁電流を調整することによってロータ４の浮上位置を自在に変更することができる。インバータ制御回路９は、３相インバータを制御してポンプ本体１のモータ６を回転駆動するとともに、スイッチング素子として機能するトランジスタ１２の動作を制御するトランジスタ制御回路１９もコントロールしている。インバータ制御回路９と磁気軸受制御回路１１とは個別のＣＰＵで構成されることもあるし、一つのＣＰＵに両方の機能を持たせることもある。
【００１６】
本実施の形態のターボ分子ポンプでは、停電等により磁気軸受回路への電力供給が停止する異常事態の場合には、従来の磁気軸受式ターボ分子ポンプと同様にロータ減速による回生電力を利用して磁気浮上を維持させる。そして、従来のポンプでは、回生電力はロータ回転の減速とともに小さくなるので、磁気浮上を維持できなくなった時点でロータが保護ベアリング上にタッチダウンするようにしている。
【００１７】
図４は、磁気浮上維持からタッチダウンまでのロータ浮上位置を示す図である。縦軸はロータ落下方向に関する保護ベアリングとロータとのギャップ量Δｇを表しており、横軸は時間ｔを表している。すなわち、Δｇは、ポンプ本体が正立姿勢の場合にはスラスト方向のギャップ量を表し、水平姿勢の場合にはラジアル方向のギャップ量を表す。従来のターボ分子ポンプの場合には、破線Ｌ１で示すように停電発生（ｔ１）後もギャップ量Δｇが一定（Δｇ０）となるように制御され、磁気浮上が維持できなくなった時点（ｔ４）で保護ベアリング上にタッチダウンさせている。Δｇ０は、ロータが中心位置に浮上制御されているときのギャップ量である。
【００１８】
一方、本実施の形態のターボ分子ポンプでは、磁気浮上を維持した後に、実線Ｌ２のように制御する。すなわち、時刻ｔ２以後はギャップ量Δｇが小さくなるようにロータ４の浮上位置を徐々に保護ベアリングに近づけ、ロータ４と保護ベアリングとのギャップ量Δｇを十分に小さくさせた後にタッチダウンするようにする。図４では、ギャップ量がΔｇ１となるまでベアリングに近づけている。
【００１９】
《動作説明》
次に、磁気軸受制御動作について説明する。通常運転状態の場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ５に入力される一次電源３の電力により、モータ６の回転駆動および磁気軸受１６によるロータ４の磁気浮上が行われる。また、ロータ４の回転を停止する際には。モータ駆動制御から回生制御に切り換えてモータ６を回生ブレーキとして機能させる。すなわち、通常運転時に非導通状態であったトランジスタ１２を回生動作時には導通状態とし、回生電力を抵抗１０で消費して回生ブレーキを動作させる。このとき、磁気軸受１６はＡＣ／ＤＣコンバータ５からの電力によって駆動される。
【００２０】
停電等によって一次電源３からの電力が停止した場合、モータ６および磁気軸受１６への供給電力が停止してしまうので、このような場合にはターボ分子ポンプを減速運転へと切り換えるとともに、減速時の回生電力により磁気軸受１６を駆動してロータ４の磁気浮上を維持させる。ＡＣ／ＤＣコンバータ５の入力電力の低下は電圧センサ１３により検出され、その検出信号はインバータ制御回路９に送られる。インバータ制御回路９は入力電力低下の検出信号を受信すると、モータ駆動制御から回生制御へと制御を切り換える。
【００２１】
回生制御によって生じる回生電力は、ダイオード１５が設けられているのでＡＣ／ＤＣコンバータ５側へ戻らずＤＣ／ＤＣコンバータ７に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ７に入力される電力の電圧は電圧センサ１４により検出され、検出結果はインバータ制御回路９に送られる。トランジスタ１２の導通・非導通は、トランジスタ制御回路１９を介してインバータ制御回路９によりコントロールされている。
【００２２】
なお、停電か否かは電圧センサ１３の検出値だけでなく、電圧センサ１４の検出値をモニタすることによっても検出することができる。さらに、電圧センサ１４の検出値を利用することにより、一次電源３の電力停止に加えて、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ５の故障等によるＤＣ／ＤＣコンバータ７への電力供給停止も検出することができる。すなわち、インバータ制御回路９は電圧センサ１３，１４の検出値に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ７への電力供給停止状態を検出し、電力供給停止状態が検出された場合には回生制御に切り換えて磁気浮上を継続させる。例えば、電圧センサ１４で検出される電圧値が、通常運転時の電圧よりも１０％以上低下したならば、停電またはＡＣ／ＤＣコンバータ５の異常とみなして回生制御に切り換える。
【００２３】
回生電力による磁気浮上動作時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に入力される回生電力が磁気浮上に必要な電力に比べて大きい場合には、すなわち、電圧センサ１４で検出された電圧値が所定電圧値よりも大きい場合にはトランジスタ１２は導通状態とされ、余分な電力は抵抗１０によって消費される。一方、ロータ回転速度が減少して回生電力が必要電力範囲内となった場合には、トランジスタ１２は非導通状態とされ、回生により得られた電力の１００％が磁気浮上に利用される。
【００２４】
図５はターボ分子ポンプの停電時の動作を説明するフローチャートである。電源装置の電源スイッチがオンされると図５に示す一連の処理がスタートする。ステップＳ１では、以下の▲１▼〜▲６▼の手順によりロータ４と保護ベアリング２７，２８との間のギャップ量を確認する。
【００２５】
▲１▼電磁石５１ａ，５２ａのみに電流を流してロータ４をｘ軸マイナス方向に吸引し、ロータ４を保護ベアリングに当接させる。そして、当接させた状態で、ラジアル変位センサ７１，７２のｘ軸方向に関するセンサ出力を記憶する。
▲２▼電磁石５１ｂ，５２ｂのみに電流を流してロータ４をｘ軸プラス方向に吸引し、ロータ４を保護ベアリングに当接させた状態でラジアル変位センサ７１，７２のｘ軸方向に関するセンサ出力を記憶する。
▲３▼電磁石５１ｃ，５２ｃのみに電流を流してロータ４をｙ軸マイナス方向に吸引し、ロータ４を保護ベアリングに当接させた状態でラジアル変位センサ７１，７２のｙ軸方向に関するセンサ出力を記憶する。
▲４▼電磁石５１ｄ，５２ｄのみに電流を流してロータ４をｙ軸プラス方向に吸引し、ロータ４を保護ベアリングに当接させた状態でラジアル変位センサ７１，７２のｙ軸方向に関するセンサ出力を記憶する。
▲５▼電磁石５３ａのみに電流を流してロータ４をｚ軸マイナス方向に吸引し、ロータ４を保護ベアリングに当接させた状態でアキシャル変位センサ７３のセンサ出力を記憶する。
▲６▼電磁石５３ｂのみに電流を流してロータ４をｚ軸プラス方向に吸引し、ロータ４を保護ベアリングに当接させた状態でアキシャル変位センサ７３のセンサ出力を記憶する。
【００２６】
センサ出力とロータ変位量との関係は予め関数やテーブルとして記憶されており、それらと得られたセンサ出力とから各軸方向のギャップ量を算出するこができる。また、図４のギャップ量Δｇ１に対応するセンサ出力も算出し、その結果を記憶しておく。ステップＳ２では、励磁電流を磁気軸受の各電磁石に供給してロータ４の磁気浮上制御を開始する。このときの磁気浮上制御は通常運転時の浮上制御であって、ロータ４は保護ベアリングに対して中心位置に保持するように制御される。
【００２７】
ステップＳ３では、ロータ４を中心位置に磁気浮上して、そのときの各電磁石５１〜５３に流れている電流の大きさから、ポンプ本体１の取付姿勢を確認してそれを記憶する。例えば、ポンプ本体１が鉛直方向に対して９０(dge)横向きに設置されていて、電磁石５１ａ〜５１ｄの配置が図６に示すような配置となっている場合には、電磁石５１ｂ，５１ｄに比べて電磁石５１ａ，５１ｃの方が電流値が大きくなる。また、正立状態で取り付けられている場合には電磁石５３ａよりも電磁石５３ｂの方が電流値が大きく、倒立取付の場合には逆に電磁石５３ａの方が電流値が大きくなる。この取付姿勢の確認および記憶は、磁気軸受制御回路１１によって行われる。
【００２８】
ステップＳ１〜Ｓ３はポンプ運転開始（ロータ回転開始）前の準備動作であり、これらの処理が完了したならばステップＳ４において準備完了の信号を出力したり、表示をしたりする。ステップＳ５では、ポンプ運転開始を指示するスタートスイッチがオンされたか否かを判定する。ステップＳ５でオンと判定されるとステップＳ６へ進んでモータ６の回転駆動が開始され、オフの場合にはオンとなるまでステップＳ５の処理が繰り返し実行される。ステップＳ７では、電圧センサ１３，１４の検出値に基づいて、停電等の電力供給異常が発生したか否かを判定する。ステップＳ７において電力供給異常が発生したと判定されるとステップＳ８へ進み、発生していないと判定された場合にはステップＳ７の処理を再び実行する。
【００２９】
ステップＳ７からステップＳ８へ進んだ場合には、回生制御を開始してロータ浮上を回生電力により維持させる。その結果、ロータ４は回生ブレーキにより減速を開始する。ステップＳ９では、インバータ制御回路９において回生電力の電圧値が予め設定された所定電圧Ｖ１以下となったか否かを判定し、所定電圧Ｖ１以下と判定されたならばステップＳ１０へ進む。図７は電圧センサ１４の検出電圧の時間変化を示す図であり、縦軸は検出電圧、横軸は時間を表している。ステップＳ９における所定電圧Ｖ１は、図７の時刻ｔ２の時の電圧値である。ここでの所定電圧値Ｖ１はＤＣ／ＤＣコンバータ７の入力電圧仕様（動作可能入力電圧範囲）に依存しており、例えば、電圧範囲の下限値に対して「下限値＋１０％」程度に設定すれば良い。」
【００３０】
なお、停電（時刻ｔ１）直後から浮上位置を移動させずに、所定時間（＝ｔ２−ｔ１）経過してから浮上位置を移動させているのは、高速回転中は回転体をできるだけベアリングから遠ざけたいという意図からである。回転数の低下した状態、すなわち、図７に示すように回生電力の電圧値が下がりだした状態から移動させるようにする。
【００３１】
なお、所定電圧Ｖ１に代えて回生電力の電圧値が所定電圧Ｖ１となるときの回転速度Ｒ１を用いて、ロータ回転速度がＲ１以下か否かで判定しても良い。ステップＳ１０では、ステップＳ３で確認されたポンプ取付姿勢に基づいて、上述したロータ浮上位置の変更を開始する。すなわち、タッチダウン時のロータ落下方向にロータ浮上位置を変化させて、落下方向の保護ベアリングとのギャップ量を小さくする。
【００３２】
このときのロータ浮上位置の変化のさせかたは種々ある。例えば、ギャップ量をΔｇ１にしたときの回生電圧値Ｖ２を予め定めておき、大気リークなどの減速時の条件を考慮して回生電圧値がＶ１からＶ２に低下するまでの減速時間Δｔ（＝ｔ３−ｔ２）を推定する。当然ながら、回生電力による磁気浮上が不能となってタッチダウンする回生電圧値、すなわち磁気浮上不能電圧をＶ３とすれば、Ｖ２＞Ｖ３のように設置される。そして、ギャップ量Δｇの変化率が（Ｖ１−Ｖ２）／Δｔとなるようにロータ浮上位置を変化させる。この場合、所定時間間隔毎に回生電圧値を検出し、その都度、変化率ΔＶ／Δｔを修正することにより、回生電圧値がほぼＶ２となったときにギャップ量をΔｇ１とすることができる。
【００３３】
この場合も、回生電圧値に代えてロータ回転速度を用いて制御しても良い。すなわち、回生電圧値Ｖ１，Ｖ２に対応するロータ回転速度をＲ１，Ｒ２とすれば、ギャップ量Δｇの変化率が（Ｒ１−Ｒ２）／Δｔとなるようにロータ浮上位置を変化させる。
【００３４】
ステップＳ１１ではギャップ量ΔｇがΔｇ１になったか否かを判定し、Δｇ１と判定されるとステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では回生電圧値がＶ３になった否かを判定し、Ｖ３と判定されるとステップＳ１３へ進んで磁気浮上制御を停止する。その結果、ロータ４は保護ベアリング２７，２８上にタッチダウンして保護ベアリング２７，２８によって支持され、一連の制御処理が終了する。
【００３５】
上述したように、本実施の形態の磁気軸受式ターボ分子ポンプでは、停電等の電力供給停止状態において回生電力による磁気浮上に移行したならば、落下方向に関する保護ベアリングとのギャップΔｇ１が通常運転時のギャップΔｇ０よりも小さくなるようにロータ４の浮上位置を変更するようにした。その結果、回生電力による磁気浮上が不能となってロータ４がタッチダウンしたときに、保護ベアリングに対する衝撃を従来よりも小さくすることができ、保護ベアリングの寿命の向上を図ることができる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態では、停電後、回生電圧値がＶ１となってから浮上位置変更を開始したが、停電直後から浮上位置変更を開始しても良い。また、図４に示した例では、Ｌ２の特性を直線（変化率一定）としたが、時間の経過とともに変化率を変えたものやステップ状に変化等、種々のものがある。さらに、時刻ｔ３におけるΔｇ１は、ポンプ取付姿勢によって異なる場合もある。なお、ポンプ取付姿勢を水平とした場合には、ロータ４の磁気浮上位置は保護ベアリング２７，２８のベアリング中心に対して偏心した位置となる。
【００３７】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、ロータ４は回転体を、磁気軸受制御回路１１は制御装置を、磁気軸受制御回路１１，磁気軸受１６は磁気軸受装置および姿勢検出装置をそれぞれ構成する。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、回生運転モード時には、回転体と保護ベアリングとの間の落下方向のギャップを通常運転モード時のギャップよりも小さくされるので、回生電力による磁気浮上が不能となってタッチダウンした際の保護ベアリングに対する衝撃を軽減することができる。その結果、保護ベアリングの寿命が向上する。
また、タッチダウン時に、ターボ分子ポンプが接続された装置などの周辺機器に伝わる振動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気軸受式ターボ分子ポンプのポンプ本体１を示す断面図である。
【図２】５軸制御型磁気軸受の概念図である。
【図３】本実施の形態のターボ分子ポンプの駆動制御回路を説明するブロック図である。
【図４】磁気浮上維持からタッチダウンまでのロータ浮上位置を示す図である。
【図５】ターボ分子ポンプの停電時の動作を説明するフローチャートである。
【図６】水平姿勢時のロータ４と電磁石５１ａ〜５１ｄとの配置を示す図である。
【図７】電圧センサ１４の検出電圧の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
１ポンプ本体
２電源装置
３一次電源
４ロータ
５ＡＣ／ＤＣコンバータ
６モータ
７ＤＣ／ＤＣコンバータ
８３相インバータ
９インバータ制御回路
１０抵抗
１１磁気軸受制御回路
１２トランジスタ
１３，１４電圧センサ
１５ダイオード
１６磁気軸受
１７，２７，２８保護ベアリング
１８回転数センサ
１９トランジスタ制御回路
５１，５１ａ〜５１ｄ，５２，５２ａ〜５２ｄ，５３，５３ａ，５３ｂ電磁石
７１〜７３変位センサ

Claims

回転体を磁気浮上させる磁気軸受装置と、
前記磁気軸受装置が動作していないときに前記回転体を支持する保護ベアリングと、
外部電源から供給される電力により前記磁気軸受装置を動作させて前記回転体を磁気浮上させる通常運転モード、および前記回転体の減速回転時における回生電力により前記磁気軸受装置を動作させて前記回転体を磁気浮上させる回生運転モードのいずれかのモードで前記磁気軸受装置を駆動制御する磁気軸受制御装置とを備える磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記磁気軸受制御装置は、前記通常運転モードでは、前記回転体と前記保護ベアリングとの間の落下方向のギャップを第１の値に制御し、前記回生運転モードに移行すると、前記ギャップを前記通常運転モード時の前記第１の値よりも小さくなるように前記回転体の磁気浮上位置を変更し、該変更はタッチダウンを伴わずに行なわれ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に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記磁気軸受制御装置は、前記回生電力の電圧が前記磁気軸受装置による磁気浮上が不能となる磁気浮上不能電圧に低下する前に、磁気浮上位置を所定位置まで移動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、
前記外部電源からの電力供給の停止を検出するセンサを備え、
前記センサの検出により前記回生運転モードを起動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、
前記磁気軸受装置に供給される電力の電圧を検出する電圧センサを備え、
前記電圧センサの検出電圧が所定値以下の場合に前記回生運転モードを起動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１〜４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、
前記ターボ分子ポンプの設置姿勢を検出する姿勢検出装置を備え、
前記磁気軸受制御装置は、前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて前記回転体の磁気浮上位置の変更を行うことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。
請求項４に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記ギャップが予め定めた第２の値（＜第１の値）となり、かつ、前記電圧センサの検出電圧が前記所定値よりも低い予め定めた閾値まで低下したとき、前記磁気軸受制御装置は、前記磁気浮上制御を中止することを特徴とするターボ分子ポンプ。