JP5309876B2

JP5309876B2 - Vacuum pump

Info

Publication number: JP5309876B2
Application number: JP2008267762A
Authority: JP
Inventors: 正幹大藤; 伸彦森山
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: JP2010096098A

Description

本発明は、ＤＣブラシレスモータによって回転駆動される真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum pump that is rotationally driven by a DC brushless motor.

ポンプ内のロータの端面に段部を形成し、この段部に対向してギャップセンサを配設するとともに、ギャップセンサによりロータの回転位置（磁極位置）を検出し、その検出信号に基づいてＤＣブラシレスモータに電力を供給してロータを回転駆動するようにしたターボ分子ポンプが知られている（例えば特許文献１参照）。 A step portion is formed on the end surface of the rotor in the pump, and a gap sensor is disposed opposite to the step portion, and the rotational position (magnetic pole position) of the rotor is detected by the gap sensor, and DC is detected based on the detection signal. There is known a turbo-molecular pump in which electric power is supplied to a brushless motor to drive a rotor to rotate (see, for example, Patent Document 1).

特許第３７４００８３号公報Japanese Patent No. 3740083

この種のターボ分子ポンプでは、ギャップセンサのコイルに所定の搬送波信号が印加され、搬送波信号はセンサ部のインダクタンスの変化に応じて振幅変調されるとともに、振幅変調された搬送波信号から復調波として包絡線が取り出される。そして、その復調波と所定の閾値との大小を判定することにより、ロータの磁極位置が検出される。 In this type of turbo molecular pump, a predetermined carrier wave signal is applied to the gap sensor coil, and the carrier wave signal is amplitude-modulated in accordance with the change in inductance of the sensor unit, and enveloped as a demodulated wave from the amplitude-modulated carrier wave signal. The line is taken out. Then, the magnetic pole position of the rotor is detected by determining the magnitude of the demodulated wave and a predetermined threshold value.

しかしながら、振幅変調される搬送波信号はゲイン設定に応じた値となるため、ゲイン設定が異なると、復調波が閾値を超えるタイミングにずれが生じ、ロータの磁極位置を正確に検出できないおそれがある。 However, since the amplitude-modulated carrier wave signal has a value corresponding to the gain setting, if the gain setting is different, there is a possibility that the timing at which the demodulated wave exceeds the threshold value shifts and the magnetic pole position of the rotor cannot be detected accurately.

本発明による真空ポンプは、ＤＣブラシレスモータによってロータを回転させることによりガスを排気する真空ポンプであって、ロータと一体に回転する回転体の軸方向端面には周方向に段部が形成され、この回転体の軸方向端面に対向して配設されるとともに、所定の搬送波信号が印加され、回転体の軸方向端面との間のギャップの変化に伴うインピーダンスの変化に応じて搬送波信号を振幅変調するセンサ部と、センサ部で振幅変調された変調波信号から包絡線を抽出して復調波信号を生成する復調生成手段と、復調波生成手段で生成された復調波信号のうち、所定周波数以上の復調波信号を通過させるフィルタ手段とを含み、フィルタ手段を介して出力されたフィルタ信号に基づいてロータの磁極位置を検出する検出手段と、検出手段により検出された磁極位置に基づき、ＤＣブラシレスモータを制御するモータ制御手段とを備え、検出手段は、ポンプの回転状態に応じて、フィルタ手段を介したフィルタ信号またはフィルタ手段を介さない非フィルタ信号を出力する信号切換手段をさらに有し、信号切換手段から出力されたフィルタ信号または非フィルタ信号に基づいてロータの磁極位置を検出することを特徴とする。
A vacuum pump according to the present invention is a vacuum pump that exhausts gas by rotating a rotor by a DC brushless motor, and a step portion is formed in a circumferential direction on an axial end surface of a rotating body that rotates integrally with the rotor, The carrier wave signal is arranged so as to face the axial end face of the rotating body, and a predetermined carrier wave signal is applied, and the carrier wave signal is amplified according to a change in impedance accompanying a change in gap with the axial end face of the rotating body. A sensor unit that modulates, a demodulation generation unit that generates an demodulation wave signal by extracting an envelope from the modulation wave signal amplitude-modulated by the sensor unit, and a predetermined frequency among the demodulation wave signal generated by the demodulation wave generation unit Detecting means for detecting the magnetic pole position of the rotor on the basis of the filter signal output through the filter means, Based on the more the detected magnetic pole position, and a motor control means for controlling the DC brushless motor, the detection means, in accordance with the rotation state of the pump, non-filtered signal without through the filter signal or filter means via the filter means Is further provided, and the magnetic pole position of the rotor is detected based on the filter signal or the non-filter signal output from the signal switching means .

本発明によれば、フィルタ手段を介して出力された所定周波数以上の復調波信号に基づいてロータの磁極位置を検出するので、ゲイン設定に拘わらずロータの磁極位置を正確に検出できる。 According to the present invention, since the magnetic pole position of the rotor is detected based on the demodulated wave signal having a predetermined frequency or more output via the filter means, the magnetic pole position of the rotor can be accurately detected regardless of the gain setting.

−第１の実施の形態−
以下、図１〜図１０を参照して本発明による真空ポンプをターボ分子ポンプに適用する場合の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプの構成を示す図であり、ポンプ本体１とコントローラ３０の概略構成を示している。ロータ２が取り付けられたシャフト３は、ベース４に設けられた電磁石５１〜５３によって非接触支持されている。シャフト３の浮上位置は、ベース４に設けられた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によって検出される。ラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１，５２と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石５３と、変位センサ７１〜７３とで５軸制御型磁気軸受が構成される。なお、２７，２８は非常用のメカニカルベアリングである。 -First embodiment-
Hereinafter, an embodiment in which a vacuum pump according to the present invention is applied to a turbo molecular pump will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a turbo molecular pump according to a first embodiment of the present invention, and shows a schematic configuration of a pump body 1 and a controller 30. The shaft 3 to which the rotor 2 is attached is supported in a non-contact manner by electromagnets 51 to 53 provided on the base 4. The flying position of the shaft 3 is detected by radial displacement sensors 71 and 72 and an axial displacement sensor 73 provided on the base 4. The electromagnets 51 and 52 constituting the radial magnetic bearing, the electromagnet 53 constituting the axial magnetic bearing, and the displacement sensors 71 to 73 constitute a 5-axis control type magnetic bearing. Reference numerals 27 and 28 are emergency mechanical bearings.

シャフト３の下端には円形のディスク４１が設けられ、ディスク４１を上下に挟むように電磁石５３が設けられている。シャフト３は、電磁石５３によりディスク４１を吸引することによりアキシャル方向に浮上する。ディスク４１はナット４２によりシャフト３の下端部に固定され、ディスク４１とナット４２はシャフト３と一体に回転する。ナット４２の軸方向端面に対向し、ベース４側にはギャップ変位を検出するインダクタンス式のギャップセンサ４４が配設されている。 A circular disk 41 is provided at the lower end of the shaft 3, and an electromagnet 53 is provided so as to sandwich the disk 41 vertically. The shaft 3 floats in the axial direction by attracting the disk 41 by the electromagnet 53. The disk 41 is fixed to the lower end portion of the shaft 3 by a nut 42, and the disk 41 and the nut 42 rotate integrally with the shaft 3. An inductance type gap sensor 44 that detects the gap displacement is disposed on the side of the base 4 so as to face the end face of the nut 42 in the axial direction.

ロータ２には、回転軸方向に沿って複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ポンプ本体１のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９の保持機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。 A plurality of stages of rotary blades 8 are formed in the rotor 2 along the rotation axis direction. Fixed wings 9 are respectively disposed between the rotating wings 8 arranged vertically. These rotor blades 8 and fixed blades 9 constitute a turbine blade stage of the pump body 1. Each fixed wing 9 is held by a spacer 10 so as to be sandwiched up and down. The spacer 10 has a function of maintaining a gap between the fixed wings 9 at a predetermined interval as well as a function of holding the fixed wings 9.

固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられ、ネジステータ１１の内周面とロータ２の円筒部１２との間にギャップが形成されている。ロータ２とスペーサ１０によって保持された固定翼９とは、ケーシング１３内に納められている。ロータ２が取り付けられたシャフト３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、ケーシング上端の吸気口１３ａからガスが吸入され、このガスは矢印Ｇ１のように背圧側（空間Ｓ１）に排気される。背圧側に排気されたガスは、排気口２６に接続された補助ポンプにより排出される。 A screw stator 11 constituting a drag pump stage is provided at the rear stage (lower side in the figure) of the fixed blade 9, and a gap is formed between the inner peripheral surface of the screw stator 11 and the cylindrical portion 12 of the rotor 2. The rotor 2 and the fixed wing 9 held by the spacer 10 are housed in the casing 13. When the shaft 3 to which the rotor 2 is attached is rotationally driven by the motor 6 while being supported in a non-contact manner by the electromagnets 51 to 53, the gas is sucked from the intake port 13a at the upper end of the casing. It is exhausted in S1). The gas exhausted to the back pressure side is exhausted by an auxiliary pump connected to the exhaust port 26.

モータ６は、ＤＣブラシレスモータであり、シャフト３には永久磁石が内蔵されたモータロータが一体に設けられ、モータロータの周囲のベース４側にモータステータが配設されている。モータステータには、コントローラ３０を介してモータ駆動電流が供給され、このモータ駆動電流によりモータロータの周囲に回転磁界が形成され、ロータ２が回転駆動する。 The motor 6 is a DC brushless motor, and a motor rotor having a permanent magnet built therein is integrally provided on the shaft 3, and a motor stator is disposed on the base 4 side around the motor rotor. A motor driving current is supplied to the motor stator via the controller 30, and a rotating magnetic field is formed around the motor rotor by the motor driving current, so that the rotor 2 is driven to rotate.

ターボ分子ポンプ本体１は、コントローラ３０によって駆動制御される。コントローラ３０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の周辺回路を含んで構成される。コントローラ３０には、ギャップセンサ４４の出力信号に基づいてロータ２（モータロータ）の回転と磁極位置を検出する検出部３１と、磁気軸受を駆動制御する磁気軸受駆動制御部３２と、モータ６を駆動制御するモータ駆動制御部３３とが設けられている。モータ駆動制御部３３は、検出部３１で検出された磁極位置に同期してモータステータに転流する。 The turbo molecular pump body 1 is driven and controlled by the controller 30. The controller 30 includes a CPU, a ROM, a RAM, and other peripheral circuits. The controller 30 includes a detection unit 31 that detects rotation and magnetic pole position of the rotor 2 (motor rotor) based on an output signal of the gap sensor 44, a magnetic bearing drive control unit 32 that drives and controls the magnetic bearing, and a motor 6 that is driven. The motor drive control part 33 to control is provided. The motor drive control unit 33 commutates to the motor stator in synchronization with the magnetic pole position detected by the detection unit 31.

図２は、シャフト下端部のナット４２とギャップセンサ４４とを示す斜視図であり、ギャップセンサ側から見た図である。ナット４２の端面（図１の底面）には、中心部４２ａよりも外径側において１８０°間隔に段部４２ｂが設けられ、段部４２ｂを境にして高位置に端面部４２１が、低位置に端面部４２２がそれぞれ形成されている。ギャップセンサ４４から端面部４２２までのギャップ量ｇ２は、ギャップセンサ４４から端面部４２１までのギャップ量ｇ１よりも大きい。 FIG. 2 is a perspective view showing the nut 42 and the gap sensor 44 at the lower end of the shaft, as viewed from the gap sensor side. On the end surface (the bottom surface in FIG. 1) of the nut 42, step portions 42b are provided at an interval of 180 ° on the outer diameter side from the center portion 42a, and the end surface portion 421 is positioned at a high position with the step portion 42b as a boundary. The end face portions 422 are formed respectively. The gap amount g2 from the gap sensor 44 to the end surface portion 422 is larger than the gap amount g1 from the gap sensor 44 to the end surface portion 421.

ギャップセンサ４４は段部４２ｂにおけるギャップ量を検出する。図３は、ギャップセンサ４４の出力特性を示す図である。ギャップセンサ４４の出力は、ギャップ量が小さいほど大きく、ギャップ量が大きいほど小さくなる。例えばギャップセンサ４４にナット端面部４２１が面してギャップ量がｇ１であれば、センサ出力はｇｓ１となり、ギャップセンサ４４にナット端面部４２２が面してギャップ量がｇ２であれば、センサ出力はｇｓ２となる。 The gap sensor 44 detects the gap amount in the stepped portion 42b. FIG. 3 is a diagram illustrating output characteristics of the gap sensor 44. The output of the gap sensor 44 increases as the gap amount decreases, and decreases as the gap amount increases. For example, if the nut end surface portion 421 faces the gap sensor 44 and the gap amount is g1, the sensor output is gs1, and if the nut end surface portion 422 faces the gap sensor 44 and the gap amount is g2, the sensor output is gs2.

このギャップセンサ４４からの信号に基づきシャフト３の位相、つまり磁極位置とロータ２の回転が検出される。すなわち、ギャップセンサ４４は磁極位置検出用センサや回転センサとして用いられる。なお、ギャップセンサ４４の側方には、ナット中心部４２ａに対向してアキシャル変位センサ７３（図１）が配置される。 Based on the signal from the gap sensor 44, the phase of the shaft 3, that is, the magnetic pole position and the rotation of the rotor 2 are detected. That is, the gap sensor 44 is used as a magnetic pole position detection sensor or a rotation sensor. An axial displacement sensor 73 (FIG. 1) is disposed on the side of the gap sensor 44 so as to face the nut center portion 42a.

図４は、ギャップセンサ４４と検出部３１の構成を示すブロック図である。ギャップセンサ４４の構造は、珪素鋼などの透磁率の大きなコアの周囲にコイルを巻いた構成をなす。ギャップセンサ４４のコイルには搬送波信号として一定周波数・一定電圧の高周波電圧が印加され、ギャップセンサ４４とナット４２との間に磁気回路が形成される。このとき、ナット４２の回転に伴いセンサ部のインピーダンスが変化すると、ギャップセンサ４４で搬送波が振幅変調され、変調波信号が出力される。 FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the gap sensor 44 and the detection unit 31. The gap sensor 44 has a structure in which a coil is wound around a core having a high magnetic permeability such as silicon steel. A high frequency voltage having a constant frequency and a constant voltage is applied to the coil of the gap sensor 44 as a carrier wave signal, and a magnetic circuit is formed between the gap sensor 44 and the nut 42. At this time, when the impedance of the sensor unit changes as the nut 42 rotates, the carrier wave is amplitude-modulated by the gap sensor 44 and a modulated wave signal is output.

図５の特性ａは、ギャップセンサ４４から出力された変調波信号の一例であり、センサ４４の出力電圧の時間変化を示す図である。図の時間Ｔ１において、ロータ２の回転によりギャップセンサ４４とナット４２の間のギャップ量が小さくなると、つまりナット端面部４２１がギャップセンサ４４に対向しているときは、変調波の振幅が大きくなる。一方、図の時間Ｔ２において、ギャップセンサ４４とナット４２の間のギャップ量が大きくなると、つまりナット端面４２２がギャップセンサ４４に対向しているときは、変調波の振幅が小さくなる。これによりロータ２の回転に伴い変調波信号ａの振幅の増減が繰り返される。 A characteristic “a” in FIG. 5 is an example of a modulated wave signal output from the gap sensor 44 and is a diagram illustrating a change with time in the output voltage of the sensor 44. When the gap amount between the gap sensor 44 and the nut 42 decreases due to the rotation of the rotor 2 at time T1 in the figure, that is, when the nut end surface portion 421 faces the gap sensor 44, the amplitude of the modulated wave increases. . On the other hand, when the gap amount between the gap sensor 44 and the nut 42 increases at time T2 in the figure, that is, when the nut end surface 422 faces the gap sensor 44, the amplitude of the modulated wave decreases. As a result, the amplitude of the modulated wave signal a is repeatedly increased and decreased as the rotor 2 rotates.

ギャップセンサ４４からの変調波信号ａは図４に示すように復調回路４５に入力される。復調回路４５では、変調波信号ａから振幅を取り出した信号、つまり図５の特性ｂに示す包絡線が抽出され、復調波信号ｂとして出力される。この復調波信号ｂは、ＨＰＦ切換部４６の切換に応じてハイパスフィルタ４７（以下、ＨＰＦ）を通過してフィルタ信号ｂ１として出力される。またはＨＰＦ４７を通過せずに非フィルタ信号ｂ２として出力される。さらにこのフィルタ信号ｂ１または非フィルタ信号ｂ２と、予め定められた閾値ｓ１またはｓ２との大小が判定部４８において判定され、ハイ信号またはロー信号が出力される。 The modulated wave signal a from the gap sensor 44 is input to the demodulation circuit 45 as shown in FIG. In the demodulating circuit 45, a signal obtained by extracting the amplitude from the modulated wave signal a, that is, an envelope indicated by the characteristic b in FIG. 5, is extracted and output as the demodulated wave signal b. The demodulated wave signal b passes through a high-pass filter 47 (hereinafter referred to as HPF) according to switching of the HPF switching unit 46 and is output as a filter signal b1. Or, it does not pass through the HPF 47 and is output as the non-filter signal b2. Further, the determination unit 48 determines the magnitude of the filter signal b1 or the non-filter signal b2 and a predetermined threshold value s1 or s2, and outputs a high signal or a low signal.

図５の特性ｃは、判定部４８からの出力信号の一例である。時間Ｔ１では変調波信号（例えば非フィルタ信号ｂ２）が閾値ｓ２よりも大きいためハイ信号が出力され、時間Ｔ２では閾値ｓ２よりも小さいためロー信号が出力される。ハイ信号、ロー信号は回転パルスであり、回転パルスによりシャフト３の回転数を検出できる。 A characteristic c in FIG. 5 is an example of an output signal from the determination unit 48. At time T1, a modulated signal (for example, non-filter signal b2) is larger than the threshold value s2, so a high signal is output. At time T2, a low signal is output because it is smaller than the threshold value s2. The high signal and the low signal are rotation pulses, and the number of rotations of the shaft 3 can be detected by the rotation pulses.

ここで、検出部３１にＨＰＦ４７を設ける意味について説明する。図５の変調波信号ａの振幅、つまりセンサ４４の感度は、ポンプ本体１には個体差があるため、大きさは一定ではない。図６（ａ），（ｂ）は、互いに異なる感度のポンプを使用した場合の変調波信号ａ１１，ａ１２およびこれに対応した復調波信号（非フィルタ信号）ｂ２１，ｂ２２の一例である。変調波信号ａ１２の振幅は変調波信号ａ１１の振幅よりも大きい。 Here, the meaning of providing the HPF 47 in the detection unit 31 will be described. The amplitude of the modulated wave signal a in FIG. 5, that is, the sensitivity of the sensor 44 is not constant because the pump body 1 has individual differences. FIGS. 6A and 6B are examples of modulated wave signals a11 and a12 and demodulated wave signals (non-filter signals) b21 and b22 corresponding to the modulated wave signals a11 and a12 when pumps having different sensitivities are used. The amplitude of the modulated wave signal a12 is larger than the amplitude of the modulated wave signal a11.

図６（ｃ）は、各復調波信号ｂ２１，ｂ２２と閾値ｓ２との関係を示す図である。図６（ｃ）に示すように復調波信号ｂ２１，ｂ２２は互いに大きさが異なるため、復調波信号ｂ２１と閾値ｓ２との交点は、復調波信号ｂ２２と閾値ｓ２との交点とは一致せず、両者にずれが生じる。このため、復調波信号ｂ２１の出力時の判定部４３からの信号（ローハイ信号）をＣ１１、復調波信号ｂ２２の出力時の判定部４３からの信号をＣ１２で表すと、ロー信号からハイ信号に切り換わる時間がΔＴだけずれる。このような時間ずれがあると、モータロータの磁極位置を正確に検出できなくなり、モータ６の制御に支障を来す。 FIG. 6C is a diagram showing the relationship between the demodulated wave signals b21 and b22 and the threshold value s2. As shown in FIG. 6C, since the demodulated wave signals b21 and b22 have different sizes, the intersection of the demodulated wave signal b21 and the threshold s2 does not coincide with the intersection of the demodulated wave signal b22 and the threshold s2. , There is a gap between the two. For this reason, a signal (low-high signal) from the determination unit 43 when the demodulated wave signal b21 is output is represented by C11, and a signal from the determination unit 43 when the demodulated wave signal b22 is output is represented by C12. The switching time is shifted by ΔT. If there is such a time lag, the magnetic pole position of the motor rotor cannot be detected accurately, which hinders the control of the motor 6.

これを防止するため、本実施の形態では検出部３１にＨＰＦ４７を設ける。図７は、ＨＰＦ４７を通過したフィルタ信号ｂ１１，ｂ１２と通過しない非フィルタ信号ｂ２１，ｂ２２との関係を示す図である。フィルタ信号ｂ１１，ｂ１２は非フィルタ信号ｂ２１，ｂ２２から低周波成分を除去した信号であり、０点側にシフトした波形となる。ゲイン設定が異なるとフィルタ信号ｂ１１，ｂ１２の大きさは異なるが、閾値（例えば０点）との交点は互いに一致する。これによりゲイン設定に拘わらずフィルタ信号ｂ１１，ｂ１２は同一のポイントで閾値ｓ１と交わるため、図６（ｃ）の時間ずれΔＴをなくすことができ、モータロータの磁極の位置を精度良く検出できる。 In order to prevent this, HPF 47 is provided in the detection unit 31 in the present embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the filter signals b11 and b12 that have passed through the HPF 47 and the non-filter signals b21 and b22 that have not passed. The filter signals b11 and b12 are signals obtained by removing low frequency components from the non-filter signals b21 and b22, and have waveforms shifted to the zero point side. When the gain setting is different, the magnitudes of the filter signals b11 and b12 are different, but the intersections with the threshold (for example, 0 point) coincide with each other. As a result, the filter signals b11 and b12 intersect the threshold value s1 at the same point regardless of the gain setting, so that the time shift ΔT in FIG. 6C can be eliminated and the magnetic pole position of the motor rotor can be detected with high accuracy.

ところで、ＨＰＦ４７は所定周波数（例えば１Ｈｚ）以上の信号を通過させるため、例えばロータ停止時にはＨＰＦ４７から所望の波形信号が出力されず、判定部４８で出力信号のローハイを判定できない。この場合、復調波信号ｂをＨＰＦ４７を通過させずに非フィルタ信号ｂ２としてそのまま出力すると、非フィルタ信号ｂ２は図３の特性に示すようにギャップ量に応じた値ｇｓ１またはｇｓ２となる。したがって、このセンサ出力ｇｓ１，ｇｓ２に基づきギャップ量がｇ１かｇ２かを判定すれば、ロータ停止時であってもモータロータの大まかな磁極位置を検出できる。また、始動時にはロータ磁極位置を厳密に定義する必要はなく大まかな磁極位置の判定ができればよい。 By the way, since the HPF 47 passes a signal having a predetermined frequency (for example, 1 Hz) or more, for example, when the rotor is stopped, a desired waveform signal is not output from the HPF 47, and the determination unit 48 cannot determine whether the output signal is low or high. In this case, when the demodulated wave signal b is output as it is as the non-filter signal b2 without passing through the HPF 47, the non-filter signal b2 becomes a value gs1 or gs2 corresponding to the gap amount as shown in the characteristic of FIG. Therefore, by determining whether the gap amount is g1 or g2 based on the sensor outputs gs1 and gs2, the approximate magnetic pole position of the motor rotor can be detected even when the rotor is stopped. Further, it is not necessary to precisely define the rotor magnetic pole position at the start, and it is only necessary to be able to roughly determine the magnetic pole position.

以上の点を考慮して本実施の形態では、ＨＰＦ切換部４６（図４）によりロータ回転数に応じてＨＰＦ４７の選択（オン）／非選択（オフ）を切り換え、モータロータの磁極位置を検出する。 In consideration of the above points, in the present embodiment, the HPF switching unit 46 (FIG. 4) switches the selection (ON) / non-selection (OFF) of the HPF 47 in accordance with the rotor rotational speed, and detects the magnetic pole position of the motor rotor. .

図８は、コントローラ３０のＣＰＵで実行される処理、とくに検出部３１における処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば電源スイッチのオン後、スタートスイッチのオンにより開始され、ストップスイッチのオンにより終了する。電源スイッチのオンによりコントローラ３０が通電され、ギャップセンサ４４に一定周波数の搬送波信号が印加される。また、磁気軸受駆動制御部３２における処理によりシャフト３が磁気浮上される。なお、閾値ｓ１は、予め所定値（例えば０）に設定され、閾値ｓ２は、０よりも小さい所定値に設定されている。 FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the CPU of the controller 30, particularly processing in the detection unit 31. The process shown in this flowchart is started when the start switch is turned on after the power switch is turned on, and is ended when the stop switch is turned on, for example. When the power switch is turned on, the controller 30 is energized, and a carrier wave signal having a constant frequency is applied to the gap sensor 44. Further, the shaft 3 is magnetically levitated by the processing in the magnetic bearing drive control unit 32. The threshold value s1 is set in advance to a predetermined value (for example, 0), and the threshold value s2 is set to a predetermined value smaller than 0.

まず、ステップＳ１で、ＨＰＦ切換部４６に制御信号を出力し、ＨＰＦ４７をオフするとともに、判定部４８で復調波信号ｂ（非フィルタ信号ｂ２）と閾値ｓ２との大小を判定し、回転パルスとしてローハイ信号を出力させる。ステップＳ２では、この回転パルスの周波数が予め定めた所定値ｆ１以上か否かを判定する。所定値ｆ１はＨＰＦ４７の特性によって定まり、例えば入力信号に対する出力信号の比が１となる値に設定されている。ステップＳ２が否定されるとステップＳ３に進む。 First, in step S1, a control signal is output to the HPF switching unit 46, the HPF 47 is turned off, and the determination unit 48 determines the magnitude of the demodulated wave signal b (non-filter signal b2) and the threshold value s2 to obtain a rotation pulse. A low-high signal is output. In step S2, it is determined whether the frequency of the rotation pulse is equal to or higher than a predetermined value f1. The predetermined value f1 is determined by the characteristics of the HPF 47, and is set to a value at which the ratio of the output signal to the input signal is 1, for example. If step S2 is negative, the process proceeds to step S3.

ステップＳ３では、判定部４８で復調波信号ｂ（非フィルタ信号ｂ２）と閾値ｓ２との大小を判定し、この判定結果に基づきロータ２の磁極位置を検出する。ロータ２の回転停止時等で、復調波信号ｂと閾値ｓ２との大小が判定できない場合には、図３の特性に基づき判定部４８でギャップ量ｇ１，ｇ２を判定し、磁極位置を検出する。ステップＳ４では、この磁極位置に基づいてモータ駆動制御部３３に制御信号を出力する。これによりモータ駆動が開始され、ロータ２が回転する。次いでステップＳ２に戻り、同様の処理を繰り返す。 In step S3, the determination unit 48 determines the magnitude of the demodulated wave signal b (non-filter signal b2) and the threshold value s2, and detects the magnetic pole position of the rotor 2 based on the determination result. When the magnitude of the demodulated wave signal b and the threshold value s2 cannot be determined, for example, when the rotation of the rotor 2 is stopped, the determination unit 48 determines the gap amounts g1 and g2 based on the characteristics shown in FIG. . In step S4, a control signal is output to the motor drive control unit 33 based on the magnetic pole position. Thereby, motor drive is started and the rotor 2 rotates. Next, the process returns to step S2, and the same processing is repeated.

一方、ステップＳ２で、回転パルスの周波数が所定値ｆ１以上と判定されるとステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ＨＰＦ切換部４６に制御信号を出力し、ＨＰＦ４７をオンする。ステップＳ６では、判定部４８で、ＨＰＦ４７を通過したフィルタ信号ｂ１と閾値ｓ１との大小を判定し、この判定結果に基づき磁極位置を検出する。ステップＳ７では、この磁極位置に基づいてモータ駆動制御部３３に制御信号を出力する。これによりモータ駆動が継続され、ロータ２の回転数が予め定めた定格回転数まで上昇する。 On the other hand, if it is determined in step S2 that the frequency of the rotation pulse is equal to or higher than the predetermined value f1, the process proceeds to step S5. In step S5, a control signal is output to the HPF switching unit 46, and the HPF 47 is turned on. In step S6, the determination unit 48 determines the magnitude of the filter signal b1 that has passed through the HPF 47 and the threshold value s1, and detects the magnetic pole position based on the determination result. In step S7, a control signal is output to the motor drive control unit 33 based on the magnetic pole position. As a result, the motor drive is continued, and the rotational speed of the rotor 2 increases to a predetermined rated rotational speed.

第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ロータ４と一体に回転するナット４２の軸方向端面に段部４２ｂを形成するとともに、この軸方向端面に対向してギャップセンサ４４を配設した。そして、検出部３１での処理により、ギャップセンサ４４で振幅変調された変調波信号ａから復調波信号ｂを生成し、この復調波信号ｂをＨＰＦ４７でフィルタリングしてフィルタ信号ｂ１を取得し、フィルタ信号ｂ１と閾値ｓ１との大小を判定することによりモータロータの磁極位置を検出した。さらに、磁極の検出結果に基づきモータ駆動制御部３３でモータ６を制御するようにした。これによりゲイン設定に拘わらずモータロータの磁極位置を正確に検出することができ、モータ６を精度良く制御できる。 According to 1st Embodiment, there can exist the following effects.
(1) A step portion 42b is formed on the axial end surface of the nut 42 that rotates integrally with the rotor 4, and a gap sensor 44 is disposed facing the axial end surface. Then, the detection unit 31 generates a demodulated wave signal b from the modulated wave signal a that has been amplitude-modulated by the gap sensor 44, and the demodulated wave signal b is filtered by the HPF 47 to obtain the filter signal b1. The magnetic pole position of the motor rotor was detected by determining the magnitude of the signal b1 and the threshold value s1. Furthermore, the motor 6 is controlled by the motor drive control unit 33 based on the detection result of the magnetic pole. As a result, the magnetic pole position of the motor rotor can be accurately detected regardless of the gain setting, and the motor 6 can be controlled with high accuracy.

（２）周波数が所定値ｆ１以上では復調波信号ｂをＨＰＦ４７を介して出力し、フィルタ信号ｂ１と閾値ｓ１とを比較するようにしたので、復調波信号ｂ（非フィルタ信号ｂ２）が閾値ｓ２から大きくずれ、図９に示すように非フィルタ信号ｂ２と閾値ｓ２とが交差していない場合であっても、ロータ４の磁極位置の検出が可能になる。 (2) Since the demodulated wave signal b is output via the HPF 47 when the frequency is equal to or higher than the predetermined value f1, and the filter signal b1 is compared with the threshold value s1, the demodulated wave signal b (unfiltered signal b2) is the threshold value s2. Even when the unfiltered signal b2 and the threshold value s2 do not intersect as shown in FIG. 9, the magnetic pole position of the rotor 4 can be detected.

（３）復調波信号ｂの周波数が所定値ｆ１未満では、ＨＰＦ切換部４６での切換によりＨＰＦ４７をオフして非フィルタ信号ｂ２を出力し、周波数が所定値ｆ１以上では、ＨＰＦ４７をオンしてフィルタ信号ｂ１を出力するようにした。そして、この非フィルタ信号ｂ２，フィルタ信号ｂ１と閾値Ｓ１，Ｓ２との大小を判定し、その判定結果に基づいてロータ２の磁極位置を検出するようにした。これによりポンプ停止時からポンプ回転数が定格回転数に至るまでの全域において、精度よくロータ２の磁極位置を検出できる。 (3) When the frequency of the demodulated wave signal b is less than the predetermined value f1, the HPF 47 is turned off and the non-filter signal b2 is output by switching at the HPF switching unit 46, and when the frequency is higher than the predetermined value f1, the HPF 47 is turned on. The filter signal b1 is output. Then, the magnitudes of the non-filter signal b2, the filter signal b1 and the threshold values S1 and S2 are determined, and the magnetic pole position of the rotor 2 is detected based on the determination result. As a result, the magnetic pole position of the rotor 2 can be accurately detected in the entire region from when the pump is stopped until the pump rotational speed reaches the rated rotational speed.

なお、上記実施の形態（図８）では、回転パルスの周波数が所定値ｆ１以上か否かを判定して、ＨＰＦ４７をオフからオンに切り換えるようにしたが、これに代えて図１０の処理によりＨＰＦ４７を切り換えるようにしてもよい。すなわち図１０に示すように、スタートスイッチのオンから所定時間の経過を判定し（ステップＳ２Ａ）、所定時間後にＨＰＦ４７をオフからオンに切り換えるようにしてもよい。これによりＨＰＦオフ時にロータ２の回転が検出されず、ＨＰＦオン時に回転が検出される場合に、所定時間経過後には確実に回転を検出できるようになる。 In the above embodiment (FIG. 8), it is determined whether the frequency of the rotation pulse is equal to or higher than the predetermined value f1, and the HPF 47 is switched from OFF to ON. The HPF 47 may be switched. That is, as shown in FIG. 10, it may be determined that a predetermined time has elapsed since the start switch was turned on (step S2A), and the HPF 47 may be switched from off to on after a predetermined time. As a result, when the rotation of the rotor 2 is not detected when the HPF is off and the rotation is detected when the HPF is on, the rotation can be reliably detected after a predetermined time has elapsed.

−第２の実施の形態−
図１１を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、電源スイッチのオン後、スタートスイッチのオンによりロータ２を駆動し、ポンプの起動を開始するようにしたが、ポンプ起動後に停電が起き、その後、電源が復帰したときは、通常のポンプ起動時とは異なる処理が必要である。この点を説明するのが第２の実施の形態である。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。 -Second Embodiment-
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, after the power switch is turned on, the rotor 2 is driven by turning on the start switch to start the pump, but when a power failure occurs after the pump is started, and then the power is restored. Requires a different process from normal pump start-up. This point is described in the second embodiment. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.

図１１は、第２の実施の形態に係るコントローラ３０における処理の一例を示すフローチャートであり、とくに停電状態からの復帰後の処理を示すものである。このフローチャートに示す処理は、コントローラ３０への通電開始により開始される。なお、停電復帰後にはコントローラ３０は自動的に通電され、自動的に処理が開始される。コントローラ３０が通電されるとギャップセンサ４４も同時に通電される。 FIG. 11 is a flowchart showing an example of processing in the controller 30 according to the second embodiment, and particularly shows processing after returning from a power failure state. The process shown in this flowchart is started by starting energization to the controller 30. Note that the controller 30 is automatically energized after the power failure is restored, and the processing is automatically started. When the controller 30 is energized, the gap sensor 44 is energized simultaneously.

ステップＳ１１では、ＨＰＦ切換部４６からの信号によりＨＰＦ４７をオンする。ステップＳ１２では、ギャップセンサ４４からの信号によりロータ２の回転数が所定回転数ｆ２以上か否かを判定する。これは、停電時にロータ２が回転中で、かつ、停電復帰後もロータ２が慣性で回転しているか否かの判定であり、ｆ２は例えば１Ｈｚに設定される。ステップＳ１２が肯定されるとステップＳ１３に進み、モータ駆動制御部３３に制御信号を出力し、ロータ２の回転を減速させる。 In step S11, the HPF 47 is turned on by a signal from the HPF switching unit 46. In step S12, it is determined based on a signal from the gap sensor 44 whether or not the rotational speed of the rotor 2 is equal to or greater than a predetermined rotational speed f2. This is a determination of whether or not the rotor 2 is rotating at the time of a power failure and whether the rotor 2 is rotating by inertia even after the power failure is restored, and f2 is set to 1 Hz, for example. When step S12 is affirmed, the process proceeds to step S13, where a control signal is output to the motor drive control unit 33, and the rotation of the rotor 2 is decelerated.

ステップＳ１２が否定されるとステップＳ１４に進み、コントローラ３０への通電開始から所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ１４が否定されるとステップＳ１１に進み、肯定されるとステップ１５に進む。ステップＳ１５では、ＨＰＦ切換部４６からの信号によりＨＰＦ４７をオフする。ステップＳ１６では、ロータ２の加速指令があったか否かを判定する。加速指令は、例えばスタートスイッチのオンによって指令できる。ステップＳ１６は肯定されるまで繰り返され、ステップＳ１６が肯定されるとステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、モータ駆動制御部３３に制御信号を出力し、モータ駆動を開始させる。その後の処理は、図８のステップＳ４以降と同様である。 If step S12 is negative, the process proceeds to step S14, where it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the start of energization of the controller 30. If step S14 is denied, the process proceeds to step S11, and if affirmed, the process proceeds to step 15. In step S15, the HPF 47 is turned off by a signal from the HPF switching unit 46. In step S16, it is determined whether or not an acceleration command for the rotor 2 has been received. The acceleration command can be commanded by turning on the start switch, for example. Step S16 is repeated until affirmed, and when step S16 is affirmed, the process proceeds to step S17. In step S17, a control signal is output to the motor drive control unit 33 to start motor drive. The subsequent processing is the same as that after step S4 in FIG.

このように第２の実施の形態では、コントローラ３０への通電開始時、より詳しくは検出部３１への通電開始時にＨＰＦ４７をオンに切り換え、その後、ロータ２の回転が検出されなくなるとＨＰＦ４７をオフに切り換えるようにした。これにより停電復帰後にロータ２を一旦減速させ、その後、ロータ２の駆動を開始する場合に、ロータ２の磁極位置を正確に検出することができ、ロータ２の回転を精度よく制御できる。なお、第２の実施の形態では、コントローラ３０への通電開始後に所定時間の経過を待ってＨＰＦ４７をオフに切り換えるようにしたが、所定時間の経過を待たずにＨＰＦ４７をオフに切り換えるようにしてもよい。 As described above, in the second embodiment, the HPF 47 is switched on when energization of the controller 30 is started, more specifically, when energization of the detection unit 31 is started, and then the HPF 47 is turned off when rotation of the rotor 2 is not detected. I switched to. As a result, when the rotor 2 is once decelerated after the power failure is restored and then the driving of the rotor 2 is started, the magnetic pole position of the rotor 2 can be accurately detected, and the rotation of the rotor 2 can be controlled with high accuracy. In the second embodiment, the HPF 47 is switched off after a lapse of a predetermined time after the energization of the controller 30 is started. However, the HPF 47 is switched off without waiting for the lapse of the predetermined time. Also good.

−第３の実施の形態−
図１２を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、周波数が所定値ｆ１以下で、ＨＰＦ４７のオフ時に非フィルタ信号ｂ２と閾値ｓ２とを比較して回転パルスを出力するようにしたが、図９に示すように非フィルタ信号ｂ２と閾値ｓ２とが交差しない場合には、回転パルスが出力されない。これを防止するのが第３の実施の形態である。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。 -Third embodiment-
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, the frequency is equal to or less than the predetermined value f1, and the non-filter signal b2 is compared with the threshold value s2 when the HPF 47 is turned off to output the rotation pulse. However, as shown in FIG. When the signal b2 and the threshold value s2 do not intersect, the rotation pulse is not output. It is the third embodiment that prevents this. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.

図１２は、第３の実施の形態に係るコントローラ３０での処理の一例を示すフローチャートであり、とくに閾値ｓ２の変更に係る処理を示すものである。このフローチャートに示す処理は、例えば電源スイッチのオン後、モータ６に駆動電流が供給されると開始される。 FIG. 12 is a flowchart showing an example of processing in the controller 30 according to the third embodiment, and particularly shows processing related to changing the threshold value s2. The process shown in this flowchart is started when a drive current is supplied to the motor 6 after the power switch is turned on, for example.

ステップＳ２１では、ループ回数が判定される。ループ回数は初期状態では１に設定されている。ステップＳ２１で、ループ回数が１と判定されるとステップＳ２２に進み、ＨＰＦ４７をオンする。ステップＳ２３では、フィルタ信号ｂ１と閾値ｓ１との大小を判定することにより回転パルスが出力されているか否か、換言するとロータ２の回転数が検出されたか否かを判定する。なお、ＨＰＦ４７をオンした直後に回転数の検出／非検出を判定するのではなく、ＨＰＦ４７のオン後、所定時間が経過してから回転数の検出／非検出を判定するようにしてもよい。 In step S21, the number of loops is determined. The number of loops is set to 1 in the initial state. If it is determined in step S21 that the number of loops is 1, the process proceeds to step S22 and the HPF 47 is turned on. In step S23, it is determined whether or not the rotation pulse is output by determining the magnitude of the filter signal b1 and the threshold value s1, in other words, whether or not the rotation speed of the rotor 2 is detected. Instead of determining the detection / non-detection of the rotational speed immediately after the HPF 47 is turned on, the detection / non-detection of the rotational speed may be determined after a predetermined time has elapsed after the HPF 47 is turned on.

ステップＳ２３が肯定されるとステップＳ２４に進み、フラグＦａを１に設定する。一方、ステップＳ２３が否定されるとステップＳ２５に進み、フラグＦａを０に設定する。次いで、ステップＳ２６で、ループ回数に１を加算してループ回数を２とし、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ２１でループ回数が２と判定されるとステップＳ２７に進み、ＨＰＦ４７をオフする。 If step S23 is positive, the process proceeds to step S24, and the flag Fa is set to 1. On the other hand, if step S23 is negative, the process proceeds to step S25, and the flag Fa is set to 0. Next, in step S26, 1 is added to the number of loops to set the number of loops to 2, and the process returns to step S21. If it is determined in step S21 that the number of loops is 2, the process proceeds to step S27, and the HPF 47 is turned off.

ステップＳ２８では、非フィルタ信号ｂ２と閾値ｓ２との大小を判定することにより回転パルスが出力されているか否か、換言するとロータ２の回転数が検出されたか否かを判定する。なお、ＨＰＦ４７をオフした直後に回転数の検出／非検出を判定するのではなく、ＨＰＦ４７のオフ後、所定時間が経過してから回転数の検出／非検出を判定するようにしてもよい。ステップＳ２８が肯定されるとステップＳ２９に進み、フラグＦｂを１に設定する。一方、ステップＳ２８が否定されるとステップＳ３０に進み、フラグＦｂを０に設定する。次いで、ステップＳ２６で、ループ回数に１を加算してループ回数を３とし、ステップＳ２１に戻る。 In step S28, it is determined whether or not the rotation pulse is output by determining the magnitude of the non-filter signal b2 and the threshold value s2, in other words, whether or not the rotation speed of the rotor 2 has been detected. Instead of determining the detection / non-detection of the rotational speed immediately after turning off the HPF 47, the detection / non-detection of the rotational speed may be determined after a predetermined time has elapsed after the HPF 47 is turned off. If step S28 is positive, the process proceeds to step S29, and the flag Fb is set to 1. On the other hand, if step S28 is negative, the process proceeds to step S30, and the flag Fb is set to 0. Next, in step S26, 1 is added to the number of loops to set the number of loops to 3, and the process returns to step S21.

ステップＳ２１でループ回数が３と判定されるとステップＳ３１に進み、フラグＦａとフラグＦｂがともに１であるか否かを判定する。ステップＳ３１が肯定されるとステップＳ３２に進む。この場合は閾値ｓ２を変更する必要がなく、閾値ｓ２を正常と判定し、処理を終了する。一方、ステップＳ３１が否定されるとステップＳ３３に進む。ステップＳ３３ではフラグＦａのみが１であるか否かを判定する。ステップＳ３４が肯定されるとステップＳ３４に進み、否定されると処理を終了する。ステップＳ３４では、閾値ｓ２を所定量だけ変更し、処理を終了する。以上の処理が終了すると、自動的にあるいはスタートスイッチのオンにより通常のポンプ運転（図８）が開始される。 If it is determined in step S21 that the number of loops is 3, the process proceeds to step S31, and it is determined whether or not both the flag Fa and the flag Fb are 1. If step S31 is positive, the process proceeds to step S32. In this case, there is no need to change the threshold value s2, the threshold value s2 is determined to be normal, and the process is terminated. On the other hand, if step S31 is negative, the process proceeds to step S33. In step S33, it is determined whether or not only the flag Fa is 1. When step S34 is affirmed, the process proceeds to step S34, and when denied, the process is terminated. In step S34, the threshold value s2 is changed by a predetermined amount, and the process ends. When the above processing is completed, normal pump operation (FIG. 8) is started automatically or when the start switch is turned on.

なお、ステップＳ３４で閾値ｓ２を所定量変更した後、再度、回転数の検出／非検出を判定し、回転数が検出されない場合には、回転数が検出されるようになるまで閾値ｓ２を繰り返し変更するようにしてもよい。非フィルタ信号ｂ２の振幅の中央値（図５のｓ）と現在の閾値ｓ２とのずれを検出し、そのずれ分だけ閾値ｓ２を変更するようにしてもよい。 After changing the threshold value s2 by a predetermined amount in step S34, it is determined again whether or not the rotation speed is detected. If the rotation speed is not detected, the threshold value s2 is repeated until the rotation speed is detected. It may be changed. A deviation between the median value of the amplitude of the non-filter signal b2 (s in FIG. 5) and the current threshold s2 may be detected, and the threshold s2 may be changed by the deviation.

このように第３の実施の形態では、フィルタ信号ｂ１に基づいて判定部４８から回転パルスが出力され、かつ、非フィルタ信号ｂ２に基づいて回転パルスが出力されないときは、閾値ｓ２の設定が不適切であるとして閾値ｓ２を変更するようにした。これにより周波数が所定値ｆ１未満の低速回転時においても、ロータ２の磁極位置を正確に検出することが可能となる。 As described above, in the third embodiment, when the rotation pulse is output from the determination unit 48 based on the filter signal b1 and the rotation pulse is not output based on the non-filter signal b2, the setting of the threshold s2 is not possible. The threshold value s2 is changed as appropriate. As a result, the magnetic pole position of the rotor 2 can be accurately detected even during low-speed rotation with a frequency less than the predetermined value f1.

−参考実施形態−
図１３〜図１５を参照して本発明の参考実施形態について説明する。
上記第１〜第３の実施の形態では、周波数が所定値ｆ１未満の低速回転時にＨＰＦ切換部４６でＨＰＦ４７をオフに切り換えるようにしたが、参考実施形態では、これに代えてシャフト３に加振力を付与する。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
-Reference embodiment-
A reference embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the first to third embodiments, the HPF switching unit 46 switches off the HPF 47 during low-speed rotation with a frequency less than the predetermined value f1, but in the reference embodiment , instead of this, the shaft 3 is added. Apply vibration. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.

図１３は、参考実施形態に係る検出部３１の構成を示すブロック図である。なお、図４と同一の箇所には同一の符号を付している。図１３に示すように復調回路４５からの信号は全てＨＰＦ４７に入力され、ＨＰＦ４７から判定部４８にフィルタ信号ｂ１が出力される。
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of the detection unit 31 according to the reference embodiment . In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the location same as FIG. As shown in FIG. 13, all signals from the demodulation circuit 45 are input to the HPF 47, and the filter signal b 1 is output from the HPF 47 to the determination unit 48.

図１４は、電磁石５１〜５３の制御構成を示すブロック図である。シャフト３の浮上位置を検出する変位センサ７１〜７３からの信号は、磁気軸受制御部３２に入力される。磁気軸受制御部３２は、シャフト３を予め定めた所定位置に磁気浮上させるような制御信号を加算器５４に出力する。一方、検出部３１からの信号（回転パルス）は、加振器５５に入力される。加振器５５は、回転パルスの周波数が所定値ｆ１未満のときに、加算器５４に所定周波数の加振信号を出力し、回転パルスの周波数が所定値ｆ１以上のときは、加算信号の出力を停止する。 FIG. 14 is a block diagram illustrating a control configuration of the electromagnets 51 to 53. Signals from the displacement sensors 71 to 73 that detect the flying position of the shaft 3 are input to the magnetic bearing control unit 32. The magnetic bearing control unit 32 outputs a control signal that causes the shaft 3 to be magnetically levitated to a predetermined position. On the other hand, a signal (rotation pulse) from the detection unit 31 is input to the vibrator 55. The exciter 55 outputs an excitation signal having a predetermined frequency to the adder 54 when the frequency of the rotation pulse is less than the predetermined value f1, and outputs an addition signal when the frequency of the rotation pulse is equal to or greater than the predetermined value f1. To stop.

加算器５４では、磁気軸受制御部３２からの制御信号に加振信号が加算され、電磁石５１〜５３に出力される。これにより回転パルスの周波数が所定値ｆ１未満のときに、所定周波数でシャフト３が加振され、ギャップセンサ４４とナット４２の端面とのギャップ量が図１５（ａ）に示すように所定周期で変化する。このため、ロータ２が回転停止状態であっても、復調回路４５からは図５の復調波信号ｂと同様の信号が出力される。すなわちセンサ４４にシャフト３が近づいたときに振幅が大となる信号が出力され（時間Ｔ１）、センサ４４からシャフト３が離れたときに振幅が小となる信号が出力される（時間Ｔ２）。 In the adder 54, the vibration signal is added to the control signal from the magnetic bearing control unit 32 and is output to the electromagnets 51 to 53. As a result, when the frequency of the rotation pulse is less than the predetermined value f1, the shaft 3 is vibrated at the predetermined frequency, and the gap amount between the gap sensor 44 and the end face of the nut 42 is at a predetermined cycle as shown in FIG. Change. For this reason, even when the rotor 2 is in the rotation stop state, the demodulation circuit 45 outputs a signal similar to the demodulated wave signal b in FIG. That is, when the shaft 3 approaches the sensor 44, a signal that increases in amplitude is output (time T1), and when the shaft 3 moves away from the sensor 44, a signal that decreases in amplitude is output (time T2).

この場合のセンサ出力の振幅は、ギャップセンサ４４がナット端面部４２１，４２２のいずれに面しているかによって異なる。すなわち、ギャップセンサ４４がナット端面部４２１に面しているときはセンサ出力の特性は図１５（ａ）の実線に示すようになり、ナット端面部４２２に面しているときは点線に示すようになる。そこで、判定部４８では、センサ出力から最大振幅値ｇ１，ｇ２を抽出し、図１５（ｂ）に示すように予め定めた閾値ｓ３と比較することによりロー／ハイを判定する。回転数の信号が重畳する場合は、加振器５５より出力される加振周波数はｆ１よりも十分大きくしておく（例えば１０倍以上）のが好ましく、また、ＨＰＦ（図示しない）やＬＰＦや加振周波数のみを通過するフィルタなど（図示しない）を直列に接続することにより必要な加振による信号のみを抽出することができる。これにより周波数が所定値ｆ１未満であってもロータ２の磁極位置を検出できる。なお、周波数が所定値ｆ１以上の場合には、シャフト３に加振力は付与されない。この場合は、判定部４８でフィルタ信号ｂ１と閾値ｓ１との比較によりローハイ信号が出力され、これにより磁極位置を検出できる。 The amplitude of the sensor output in this case varies depending on which of the nut end surface portions 421 and 422 the gap sensor 44 faces. That is, when the gap sensor 44 faces the nut end surface portion 421, the sensor output characteristic is as shown by a solid line in FIG. 15A, and when the gap sensor 44 faces the nut end surface portion 422, as shown by a dotted line. become. Therefore, the determination unit 48 determines the low / high by extracting the maximum amplitude values g1 and g2 from the sensor output and comparing with the predetermined threshold value s3 as shown in FIG. 15 (b). When the rotation speed signal is superimposed, it is preferable that the excitation frequency output from the vibrator 55 be sufficiently larger than f1 (for example, 10 times or more), HPF (not shown), LPF, etc. By connecting in series a filter (not shown) that passes only the excitation frequency, it is possible to extract only the signal due to the necessary excitation. Thereby, even if the frequency is less than the predetermined value f1, the magnetic pole position of the rotor 2 can be detected. When the frequency is equal to or higher than the predetermined value f1, no excitation force is applied to the shaft 3. In this case, the determination unit 48 outputs a low-high signal by comparing the filter signal b1 with the threshold value s1, thereby detecting the magnetic pole position.

このように参考実施形態では、回転パルスの周波数が所定値ｆ１未満のときに、磁気軸受け制御部３２からの制御信号に加振信号を加算して、シャフト３を強制的に加振するようにした。これによりロータ回転停止時であっても、ＨＰＦ４７をオフすることなく磁極位置の検出が可能となる。磁気浮上用の電磁石５１〜５３によりシャフト３を加振するので、加振のための構成を新たに設ける必要がなく、構成が容易である。
As described above, in the reference embodiment , when the frequency of the rotation pulse is less than the predetermined value f1, the excitation signal is added to the control signal from the magnetic bearing control unit 32 so that the shaft 3 is forcibly excited. did. As a result, even when the rotor rotation is stopped, the magnetic pole position can be detected without turning off the HPF 47. Since the shaft 3 is vibrated by the electromagnets 51 to 53 for magnetic levitation, it is not necessary to newly provide a configuration for vibration, and the configuration is easy.

−第４の実施の形態−
図１６を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、電源スイッチのオン後、磁気軸受駆動制御部３２での処理によりシャフト３を磁気浮上させるようにしたが、コントローラ３０への通電開始時にはシャフト３を磁気浮上させず、ベアリング２７，２８でシャフト３を支持するようにしてもよい。この点を説明するのが第４の実施の形態である。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
- Fourth Embodiment -
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, after turning on the power switch, the shaft 3 is magnetically levitated by the processing in the magnetic bearing drive control unit 32. However, the shaft 3 is not magnetically levitated at the start of energization to the controller 30, The shaft 3 may be supported by the bearings 27 and 28. This point is described in the fourth embodiment. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.

図１６は、第４の実施の形態に係るコントローラ３０における処理の一例、とくに磁気軸受駆動制御に係る処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば停電状態からの復帰によりコントローラ３０への通電が開始されるとスタートする。
FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of processing in the controller 30 according to the fourth embodiment, in particular, an example of processing related to magnetic bearing drive control. The process shown in this flowchart starts when energization of the controller 30 is started by, for example, returning from a power failure state.

ステップＳ４１では、磁気軸受駆動制御部３２に制御信号を出力してシャフト３の磁気浮上を停止する。これによりシャフト３はベアリング２７，２８により支持される。ステップＳ４２では、ＨＰＦ切換部４６に制御信号を出力し、ＨＰＦ４７をオンする。ステップＳ４３では、ギャップセンサ４４からの信号によりロータ２の回転数が検出されたか否かを判定する。回転数が検出された場合はステップＳ４６に、検出されない場合はステップＳ４４に進む。なお、回転数が検出されない場合に即座にステップＳ４４に進むのではなく、所定時間が経過しても回転数が検出されない場合にステップＳ４４に進むようにしてもよい。 In step S41, a control signal is output to the magnetic bearing drive control unit 32 to stop the magnetic levitation of the shaft 3. As a result, the shaft 3 is supported by the bearings 27 and 28. In step S42, a control signal is output to the HPF switching unit 46, and the HPF 47 is turned on. In step S43, it is determined whether or not the rotational speed of the rotor 2 has been detected based on a signal from the gap sensor 44. If the rotational speed is detected, the process proceeds to step S46, and if not detected, the process proceeds to step S44. It should be noted that instead of proceeding immediately to step S44 when the rotational speed is not detected, the routine may proceed to step S44 when the rotational speed is not detected even after a predetermined time has elapsed.

ステップＳ４４では、ＨＰＦ切換部４６に制御信号を出力し、ＨＰＦ４７をオフする。ステップＳ４７では、ギャップセンサ４４からの信号によりロータ２の回転数が検出されたか否かを判定する。回転数が検出された場合はステップＳ４６に、検出されない場合はステップＳ４７に進む。なお、回転数が検出されない場合に即座にステップＳ４７に進むのではなく、所定時間が経過しても回転数が検出されない場合にステップＳ４７に進むようにしてもよい。 In step S44, a control signal is output to the HPF switching unit 46, and the HPF 47 is turned off. In step S47, it is determined whether or not the number of rotations of the rotor 2 has been detected based on a signal from the gap sensor 44. If the rotational speed is detected, the process proceeds to step S46, and if not detected, the process proceeds to step S47. It should be noted that instead of proceeding immediately to step S47 when the rotational speed is not detected, the routine may proceed to step S47 when the rotational speed is not detected even after a predetermined time has elapsed.

ステップＳ４６では、減速フラグをセットし、ステップＳ４７では停止フラグをセットする。減速フラグがセットされたときは、モータ駆動制御部３３がモータ６に制御信号を出力し、ロータ２の減速動作を行う。次いで、ステップＳ４８で磁気軸受駆動制御部３２に制御信号を出力し、シャフト３の磁気浮上を開始させる。図１６の処理終了後は、例えば上述した図８、図１０、図１２のいずれかの処理を行う。 In step S46, a deceleration flag is set, and in step S47, a stop flag is set. When the deceleration flag is set, the motor drive control unit 33 outputs a control signal to the motor 6 to perform the deceleration operation of the rotor 2. Next, in step S48, a control signal is output to the magnetic bearing drive control unit 32 to start magnetic levitation of the shaft 3. After the processing in FIG. 16 is finished, for example, the processing in any of the above-described FIGS. 8, 10, and 12 is performed.

このように第４の実施の形態では、停電復帰後、コントローラ３０への通電開始時にシャフト３を磁気浮上させずに回転を検出するようにしたので、磁気浮上による振動をギャップセンサ４４がロータ２の回転によるギャップの変化であると誤検出することを防止することができ、ロータ２を精度よく減速させることができる。
As described above, in the fourth embodiment, after the power failure is restored, the rotation is detected without causing the shaft 3 to be magnetically levitated when energization to the controller 30 is started. It is possible to prevent erroneous detection that the gap changes due to rotation of the rotor, and the rotor 2 can be decelerated accurately.

なお、上記実施の形態では、ナット４２の端面に周方向１８０度おきに段部４２ｂを形成したが、これよりも多くの段部を形成するようにしてもよい。また、一部に透磁率の異なる部材を埋設してもよい。ロータ２と一体に回転する他の回転体の端面に段部を形成してもよい。ナット４２の端面に対向してギャップセンサ４４を配設したが、ギャップの変化に伴うインピーダンスの変化に応じて搬送波信号を振幅変調するのであれば、センサ部の構成は上述したものに限らない。センサ部としてのギャップセンサ４４によりシャフト３の磁極位置のみを検出し、シャフト３の回転は別の回転センサで検出するようにしてもよい。 In the above embodiment, the stepped portion 42b is formed on the end face of the nut 42 every 180 degrees in the circumferential direction, but more stepped portions may be formed. Moreover, you may embed the member from which magnetic permeability differs in part. A step portion may be formed on the end surface of another rotating body that rotates integrally with the rotor 2. Although the gap sensor 44 is disposed opposite to the end face of the nut 42, the configuration of the sensor unit is not limited to that described above as long as the carrier wave signal is amplitude-modulated in accordance with a change in impedance accompanying a change in the gap. Only the magnetic pole position of the shaft 3 may be detected by the gap sensor 44 as a sensor unit, and the rotation of the shaft 3 may be detected by another rotation sensor.

復調回路４５により復調波を生成したが、復調波生成手段の構成はいかなるものでもよい。ＨＰＦ４７により所定周波数以上の復調波信号を通過させるようにしたが、フィルタ手段の構成はいかなるものでもよい。これら復調波生成手段とフィルタ手段とを含み、フィルタ信号ｂ１に基づいてロータ２の磁極位置を検出するのであれば、検出手段としての検出部３１の構成はいかなるものでもよい。ＤＣブラシレスモータ６を制御するモータ制御手段としてのモータ駆動制御部３３の構成もいかなるものでもよい。 Although the demodulated wave is generated by the demodulating circuit 45, the demodulated wave generating means may have any configuration. Although the demodulated wave signal having a predetermined frequency or higher is passed by the HPF 47, the filter means may have any configuration. As long as the demodulated wave generation means and the filter means are included and the magnetic pole position of the rotor 2 is detected based on the filter signal b1, the configuration of the detection unit 31 as the detection means may be any. The motor drive control unit 33 as a motor control unit that controls the DC brushless motor 6 may have any configuration.

ポンプ回転数が所定回転数以上になると（図８）、あるいはポンプ起動から所定時間が経過すると（図１０）、ＨＰＦ切換部４６での切換によりフィルタ信号ｂ１と非フィルタ信号ｂ２の出力を切り換えるようにしたが、信号切換手段の構成はこれに限らない。上記実施の形態（図１２）では、判定手段としての判定部４８によりフィルタ信号ｂ１および非フィルタ信号ｂ２が閾値ｓ１，ｓ２を越えたか否かを判定し、その判定結果に基づいてコントローラ３０での処理により閾値ｓ２を変更するようにしたが、閾値変更手段の構成はこれに限らない。 When the pump rotational speed exceeds the predetermined rotational speed (FIG. 8) or when a predetermined time has elapsed since the pump was started (FIG. 10), the output of the filter signal b1 and the non-filter signal b2 is switched by switching at the HPF switching unit 46. However, the configuration of the signal switching means is not limited to this. In the above-described embodiment (FIG. 12), it is determined whether or not the filter signal b1 and the non-filter signal b2 exceed the threshold values s1 and s2 by the determination unit 48 serving as a determination unit. Although the threshold value s2 is changed by processing, the configuration of the threshold value changing means is not limited to this.

上記実施の形態（図１３）では、電磁石５１〜５３によりロータ２を加振するようにしたが、他の加振手段によって加振するようにしてもよい。第１の支持手段としての磁気軸受５１〜５３の構成、第２の支持手段としてのベアリング２７，２８の構成は図１のものに限らず、ポンプ本体の構成も図１のものに限らない。例えばターボ分子ポンプ以外（ドラッグポンプなど）にも本発明を適用可能である。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の真空ポンプに限定されない。 In the above embodiment (FIG. 13), the rotor 2 is vibrated by the electromagnets 51 to 53, but may be vibrated by other vibration means. The configuration of the magnetic bearings 51 to 53 as the first support means and the configuration of the bearings 27 and 28 as the second support means are not limited to those in FIG. 1, and the configuration of the pump body is not limited to that in FIG. For example, the present invention can be applied to other than a turbo molecular pump (such as a drug pump). That is, the present invention is not limited to the vacuum pump of the embodiment as long as the features and functions of the present invention can be realized.

本発明の実施の形態に係るターボ分子ポンプの全体構成を示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating an overall configuration of a turbo molecular pump according to an embodiment of the present invention. シャフト下端部の斜視図。The perspective view of a shaft lower end part. ギャップセンサの出力特性を示す図。The figure which shows the output characteristic of a gap sensor. 第１の実施の形態に係るギャップセンサと検出部の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the gap sensor and detection part which concern on 1st Embodiment. 変調波信号と復調波信号とローハイ信号の一例を示す図。The figure which shows an example of a modulated wave signal, a demodulated wave signal, and a low-high signal. 異なるゲイン設定に対応する変調波信号と復調波信号の一例を示す図。The figure which shows an example of the modulated wave signal and demodulated wave signal corresponding to a different gain setting. 第１の実施の形態の効果を説明する図。The figure explaining the effect of 1st Embodiment. 第１の実施の形態のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。5 is a flowchart illustrating an example of processing in the controller according to the first embodiment. 第１の実施の形態の別の効果を説明する図。The figure explaining another effect of a 1st embodiment. 第１の実施の形態の変形例図を示す図。The figure which shows the modified example figure of 1st Embodiment. 第２の実施の形態のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the process in the controller of 2nd Embodiment. 第３の実施の形態のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the process in the controller of 3rd Embodiment. 参考実施形態に係るギャップセンサと検出部の構成を示すブロック図。 The block diagram which shows the structure of the gap sensor which concerns on reference embodiment , and a detection part. 参考実施形態のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。 The flowchart which shows an example of the process in the controller of reference embodiment . 参考実施形態のシャフト加振時におけるセンサ出力の振幅の一例を示す図。 The figure which shows an example of the amplitude of the sensor output at the time of the shaft vibration of reference embodiment . 第４の実施の形態のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the process in the controller of 4th Embodiment.

Explanation of symbols

６モータ
３０コントローラ
３１検出部
３２磁気軸受駆動制御部
３３モータ駆動制御部
４２ナット
４２ｂ段部
４４ギャップセンサ
４５復調回路
４６ＨＰＦ切換部
４７ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
４８判定部
５１〜５３電磁石
５５加振器 6 Motor 30 Controller 31 Detector 32 Magnetic Bearing Drive Controller 33 Motor Drive Controller 42 Nut 42b Step 44 Gap Sensor 45 Demodulator 46 HPF Switch 47 High Pass Filter (HPF)
48 judgment part 51-53 electromagnet 55 vibrator

Claims

A vacuum pump that exhausts gas by rotating a rotor by a DC brushless motor,
A step portion is formed in the circumferential direction on the axial end surface of the rotating body that rotates integrally with the rotor,
The carrier signal is arranged opposite to the axial end surface of the rotating body, and a predetermined carrier signal is applied to the carrier signal in accordance with a change in impedance accompanying a change in gap with the axial end surface of the rotating body. A sensor unit that modulates the amplitude of
Demodulation generating means for extracting a demodulated wave signal by extracting an envelope from the modulated wave signal amplitude-modulated by the sensor unit, and among the demodulated wave signals generated by the demodulated wave generating means, a demodulated wave having a predetermined frequency or higher Detecting means for detecting a magnetic pole position of the rotor based on a filter signal output through the filter means,
Motor control means for controlling the DC brushless motor based on the magnetic pole position detected by the detection means ;
The detection means further includes a signal switching means for outputting a filter signal that passes through the filter means or a non-filter signal that does not pass through the filter means, according to the rotation state of the pump, and is output from the signal switching means. A vacuum pump for detecting a magnetic pole position of the rotor based on a filter signal or a non-filter signal .

The vacuum pump according to claim 1 , wherein
The vacuum pump characterized in that the signal switching means outputs the non-filter signal when the pump is started, and outputs the filter signal when the pump rotational speed is equal to or higher than a predetermined rotational speed.

The vacuum pump according to claim 1 , wherein
The vacuum pump characterized in that the signal switching means outputs the non-filter signal when the pump is started and outputs the filter signal when a predetermined time has elapsed since the pump was started.

The vacuum pump according to any one of claims 1 to 3 ,
The detection means includes
Determining means for outputting a rotation pulse by determining whether or not the filter signal and the non-filter signal exceed a predetermined threshold;
Rotation pulses are output from the determination unit based on the filter signal, and a threshold value change unit is further provided to change the threshold when no rotation pulse is output based on the non-filter signal. Vacuum pump.

The vacuum pump according to any one of claims 1 to 4,
The vacuum pump characterized in that the signal switching means outputs the filter signal when energization to the detection means is started, and then outputs the non-filter signal when rotation of the rotor is not detected.

In the vacuum pump of any one of Claims 1-5 ,
First support means for magnetically levitating and rotatably supporting the rotor;
A vacuum pump comprising: second support means for rotatably supporting the rotor without causing magnetic levitation at the start of energization of the detection means.