JP6728821B2 - 磁気軸受式真空ポンプ - Google Patents
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Description
さらに好ましい実施形態では、前記高分解能変位信号または前記低分解能変位信号に基づいて、定常応答振れ回り半径を算出する定常応答演算部と、前記分解能倍率Kの大きさを、前記定常応答振れ回り半径の大きさに応じた複数の値のいずれか一つに変更する倍率変更部とをさらに備え、前記倍率変更部は、定常応答振れ回り半径が大きい時には分解能倍率Kを小さくし、定常応答振れ回り半径が小さい時には分解能倍率Kを大きくするように、前記分解能倍率Kの大きさを前記複数の値のいずれか一つに変更する。
さらに好ましい実施形態では、前記第1変位信号生成部は、第1のQ値を有して前記変位変調波信号をフィルタリングする第1バンドパスフィルタ、前記第1バンドパスフィルタを通過した信号を前記分解能倍率Kで増幅する第1増幅部、前記第1増幅部で増幅された前記信号をアナログ−デジタル変換する第1AD変換部、およびアナログ−デジタル変換された前記信号を「1/(前記分解能倍率K)」よりも小さな値で増幅する第2増幅部を備え、前記第2増幅部で増幅された前記信号に基づいて前記高分解能変位信号を生成し、前記第2変位信号生成部は、前記第1のQ値よりも小さな第2のQ値を有して前記変位変調波信号をフィルタリングする第2バンドパスフィルタ、および前記第2バンドパスフィルタを通過した信号をアナログ−デジタル変換する第2AD変換部を備え、前記第2AD変換部から出力された信号に基づいて前記低分解能変位信号を生成する。
本発明の好ましい他の実施形態による磁気軸受式真空ポンプは、ロータを磁気浮上させる磁気軸受と、前記ロータの所定位置からの変位により変調された変位変調波信号をK>1の分解能倍率Kで増幅し、増幅された前記変位変調波信号に基づいて、前記所定位置を含む第1変位領域における高分解能変位信号を生成する第1変位信号生成部と、前記変位変調波信号に基づいて、前記第1変位領域を含むより大きな第2変位領域における低分解能変位信号を生成する第2変位信号生成部と、前記高分解能変位信号および前記低分解能変位信号のいずれか一方を選択する選択部と、前記選択部で選択された変位信号に基づいて前記磁気軸受を制御する軸受制御部と、前記高分解能変位信号または前記低分解能変位信号に基づいて定常応答振れ回り半径を算出する定常応答演算部と、前記分解能倍率Kの大きさを、前記定常応答振れ回り半径の大きさに応じた複数の値のいずれか一つに変更する倍率変更部と、を備え、前記倍率変更部は、定常応答振れ回り半径が大きい時には分解能倍率Kを小さくし、定常応答振れ回り半径が小さい時には分解能倍率Kを大きくするように、前記分解能倍率Kの大きさを前記複数の値のいずれか一つに変更する。
さらに好ましい実施形態では、前記第1変位信号生成部は、第1のQ値を有して前記変位変調波信号をフィルタリングする第1バンドパスフィルタ、前記第1バンドパスフィルタを通過した信号を前記分解能倍率Kで増幅する第1増幅部、前記第1増幅部で増幅された前記信号をアナログ−デジタル変換する第1AD変換部、およびアナログ−デジタル変換された前記信号を「1/(前記分解能倍率K)」よりも小さな値で増幅する第2増幅部を備え、前記第2増幅部で増幅された前記信号に基づいて前記高分解能変位信号を生成し、前記第2変位信号生成部は、前記第1のQ値よりも小さな第2のQ値を有して前記変位変調波信号をフィルタリングする第2バンドパスフィルタ、および前記第2バンドパスフィルタを通過した信号をアナログ−デジタル変換する第2AD変換部を備え、アナログ−デジタル変換された前記信号に基づいて前記低分解能変位信号を生成する。
本発明の好ましい他の実施形態による磁気軸受式真空ポンプは、ロータを磁気浮上させる磁気軸受と、第1のQ値を有し、前記ロータの所定位置からの変位により変調された変位変調波信号をフィルタリングする第1バンドパスフィルタと、前記第1バンドパスフィルタを通過した信号をK>1の分解能倍率Kで増幅する第1増幅部と、前記第1増幅部で増幅された前記信号をアナログ−デジタル変換する第1AD変換部と、前記第1AD変換部でアナログ−デジタル変換された前記信号を、「1/(前記分解能倍率K)」よりも小さな値で増幅する第2増幅部と、前記第2増幅部で増幅された前記信号に基づいて、前記所定位置を含む第1変位領域における高分解能変位信号を生成する第1変位信号生成部と、前記第1のQ値よりも小さな第2のQ値を有し、前記変位変調波信号をフィルタリングする第2バンドパスフィルタと、前記第2バンドパスフィルタを通過した信号をアナログ−デジタル変換力する第2AD変換部と、前記第2AD変換部でアナログ−デジタル変換された前記信号に基づいて、前記第1変位領域を含むより大きな第2変位領域における低分解能変位信号を生成する第2変位信号生成部と、前記高分解能変位信号および前記低分解能変位信号のいずれか一方を選択する選択部と、前記選択部で選択された変位信号に基づいて前記磁気軸受を制御する軸受制御部とを備える。
さらに好ましい実施形態では、前記分解能倍率Kを第1の値からそれよりも小さな第2の値に変更するときの前記定常応答振れ回り半径は、前記第2の値から前記第1の値に変更するときの前記定常応答振れ回り半径よりも所定ヒステリス幅だけ大きく設定されている。
さらに好ましい実施形態では、前記選択部は、前記非定常応答信号の値が第1の信号領域の領域外から領域内に変化すると、選択される変位信号を前記低分解能変位信号から前記高分解能変位信号に切り替え、前記非定常応答信号の値が前記第1の信号領域を含むより大きな第2の信号領域の領域内から領域外に変化すると、選択される変位信号を前記高分解能変位信号から前記低分解能変位信号に切り替える。
さらに好ましい実施形態では、前記定常応答振れ回り半径と前記所定位置からの変位の上限値との比をαとしたとき、前記分解能倍率Kは式「1/(3α)<K<1/α」を満たすように設定されている。
−第1の実施の形態−
図1は、本実施の形態の真空ポンプの概略構成を示す図である。図1に示す真空ポンプは磁気浮上式のターボ分子ポンプであり、ポンプユニット1と、ポンプユニット1を駆動するコントロールユニット2とを備えている。なお、コントロールユニット2はポンプユニット1と別体でも良いし、一体に設けられていても良い。コントロールユニット2には、モータ42を駆動制御するモータ駆動制御部2aと、磁気軸受67,68,69を駆動制御する軸受駆動制御部2bを備えている。
処理系Aで生成される高分解能変位信号および処理系Bで生成される通常分解能変位信号は、ロータシャフト5のx1軸の変位X1(t)およびy1軸の変位Y1(t)に関する信号である。一般に、ロータシャフト5の変位は、アンバランス等に伴う定常応答成分(振れ回り変位の成分)と、それ以外の成分とで表される。x1軸の変位X1(t)は次式(1)で表され、y1軸の変位Y1(t)は次式(2)で表される。式(1),(2)において、右辺第1項は定常応答成分であり、右辺第2項は定常応答以外の成分である。jは虚数、Reは実部、Imは虚部、rx1およびry1は振れ回り半径である。また、ωは回転角速度であり、n倍高調波に対してはωの代わりにnωを用いる。
X1(t)=rx1×Re(exp(jωt))+ux1(t) …(1)
Y1(t)=ry1×Im(exp(jωt))+uy1(t) …(2)
X2(t)=rx2×Re(exp(j(ωt+φ)))+ux2(t) …(3)
Y2(t)=ry2×Im(exp(j(ωt+φ)))+uy2(t) …(4)
Z(t)=rz×Re(exp(j(ωt+φz)))+uz(t) …(5)
図4は、x1軸変位X1(t)およびy1軸変位Y1(t)の一例を示す図であり、横軸はx1軸変位X1(t)を表し、縦軸はy1軸変位Y1(t)を表す。細線で示した軌跡D1は変位(X1(t),Y1(t))を示しており、太線で示した軌跡du1は定常応答以外の成分(ux1(t),uy1(t))を示している。図4では、定格回転速度で安定して回転しているロータシャフト5に一過性の外乱力が印加された場合を示している。
次に、分解能倍率Kの設定方法について図12を参照して説明する。図12(a)は比較例の場合を示し、図12(b)は本実施の形態の場合を示す。
Ti≧(振れ回り半径) …(6)
To≧(振れ回り半径)×3 …(7)
K≦10/3 …(8)
To≧Ti≧(振れ回り半径) …(9)
K≦10/1 …(10)
10/3<K≦10/1 …(11)
1/(3α)<K≦1/α …(12)
図13は、上述した第1の実施の形態の変形例を示す図である。図3に示した第1の実施の形態の構成では、処理系Bの通常分解能変位信号X1(t),Y1(t)を用いて定常応答抽出を行い、その定常応答抽出された信号を用いて通常分解能変位信号X1(t),Y1(t)および高分解能変位信号X1k(t),Y1k(t)に対する定常応答成分のキャンセル補償を行うようにした。
図14は、本発明の第2の実施の形態を説明する図であり、図13に示す構成にK設定部510を追加したものである。上述した第1の実施の形態では、高分解能変位信号を生成する処理系Aのラインにおいて、増幅部402A,404Aにおける分解能倍率Kは、ロータシャフト5の振れ回りに応じて所定の一定値に設定されている。しかしながら、ロータ4への反応生成物堆積によってロータアンバランスが経時的に大きくなり、定格回転中の振れ回り変位が徐々に大きくなる。
図18は、本発明の第3の実施の形態を説明する図である。本実施の形態では、図5に示す構成から定常応答抽出部Cを削除すると共に、処理系Aと処理系Bとで、バンドパスフィルタ401A,401Bの性能を異ならせ、さらに、増幅部404Aのゲインを(1/K1)としたことである。その他の構成は、図5に示すブロック図と同様である。本実施の形態では、変位が小さい状況では処理系Bによる通常分解能変位信号に代えて処理系Aによる高分解能変位信号を用いることで変位信号のSN比の改善を図ると共に、特に騒音の主要因となり得る高い周波数のノイズ成分を低減するようにした。
Claims (9)
- ロータを磁気浮上させる磁気軸受と、
前記ロータの所定位置からの変位により変調された変位変調波信号をK>1の分解能倍率Kで増幅し、増幅された前記変位変調波信号に基づいて、前記所定位置を含む第1変位領域における高分解能変位信号を生成する第1変位信号生成部と、
前記変位変調波信号に基づいて、前記第1変位領域を含むより大きな第2変位領域における低分解能変位信号を生成する第2変位信号生成部と、
前記高分解能変位信号または前記低分解能変位信号から定常応答振れ回り変位の成分を除いた非定常応答信号に基づいて、前記高分解能変位信号および前記低分解能変位信号のいずれか一方を選択する選択部と、
前記選択部で選択された変位信号に基づいて前記磁気軸受を制御する軸受制御部と、を備える磁気軸受式真空ポンプ。 - 請求項1に記載の磁気軸受式真空ポンプにおいて、
前記高分解能変位信号または前記低分解能変位信号に基づいて、定常応答振れ回り半径を算出する定常応答演算部と、
前記分解能倍率Kの大きさを、前記定常応答振れ回り半径の大きさに応じた複数の値のいずれか一つに変更する倍率変更部とをさらに備え、
前記倍率変更部は、定常応答振れ回り半径が大きい時には分解能倍率Kを小さくし、定常応答振れ回り半径が小さい時には分解能倍率Kを大きくするように、前記分解能倍率Kの大きさを前記複数の値のいずれか一つに変更する、磁気軸受式真空ポンプ。 - 請求項1または2に記載の磁気軸受式真空ポンプにおいて、
前記第1変位信号生成部は、第1のQ値を有して前記変位変調波信号をフィルタリングする第1バンドパスフィルタ、前記第1バンドパスフィルタを通過した信号を前記分解能倍率Kで増幅する第1増幅部、前記第1増幅部で増幅された前記信号をアナログ−デジタル変換する第1AD変換部、およびアナログ−デジタル変換された前記信号を「1/(前記分解能倍率K)」よりも小さな値で増幅する第2増幅部を備え、前記第2増幅部で増幅された前記信号に基づいて前記高分解能変位信号を生成し、
前記第2変位信号生成部は、前記第1のQ値よりも小さな第2のQ値を有して前記変位変調波信号をフィルタリングする第2バンドパスフィルタ、および前記第2バンドパスフィルタを通過した信号をアナログ−デジタル変換する第2AD変換部を備え、前記第2AD変換部から出力された信号に基づいて前記低分解能変位信号を生成する、磁気軸受式真空ポンプ。 - ロータを磁気浮上させる磁気軸受と、
前記ロータの所定位置からの変位により変調された変位変調波信号をK>1の分解能倍率Kで増幅し、増幅された前記変位変調波信号に基づいて、前記所定位置を含む第1変位領域における高分解能変位信号を生成する第1変位信号生成部と、
前記変位変調波信号に基づいて、前記第1変位領域を含むより大きな第2変位領域における低分解能変位信号を生成する第2変位信号生成部と、
前記高分解能変位信号および前記低分解能変位信号のいずれか一方を選択する選択部と、
前記選択部で選択された変位信号に基づいて前記磁気軸受を制御する軸受制御部と、
前記高分解能変位信号または前記低分解能変位信号に基づいて定常応答振れ回り半径を算出する定常応答演算部と、
前記分解能倍率Kの大きさを、前記定常応答振れ回り半径の大きさに応じた複数の値のいずれか一つに変更する倍率変更部と、を備え、
前記倍率変更部は、定常応答振れ回り半径が大きい時には分解能倍率Kを小さくし、定常応答振れ回り半径が小さい時には分解能倍率Kを大きくするように、前記分解能倍率Kの大きさを前記複数の値のいずれか一つに変更する、磁気軸受式真空ポンプ。 - 請求項4に記載の磁気軸受式真空ポンプにおいて、
前記第1変位信号生成部は、第1のQ値を有して前記変位変調波信号をフィルタリングする第1バンドパスフィルタ、前記第1バンドパスフィルタを通過した信号を前記分解能倍率Kで増幅する第1増幅部、前記第1増幅部で増幅された前記信号をアナログ−デジタル変換する第1AD変換部、およびアナログ−デジタル変換された前記信号を「1/(前記分解能倍率K)」よりも小さな値で増幅する第2増幅部を備え、前記第2増幅部で増幅された前記信号に基づいて前記高分解能変位信号を生成し、
前記第2変位信号生成部は、前記第1のQ値よりも小さな第2のQ値を有して前記変位変調波信号をフィルタリングする第2バンドパスフィルタ、および前記第2バンドパスフィルタを通過した信号をアナログ−デジタル変換する第2AD変換部を備え、アナログ−デジタル変換された前記信号に基づいて前記低分解能変位信号を生成する、磁気軸受式真空ポンプ。 - ロータを磁気浮上させる磁気軸受と、
第1のQ値を有し、前記ロータの所定位置からの変位により変調された変位変調波信号をフィルタリングする第1バンドパスフィルタと、
前記第1バンドパスフィルタを通過した信号をK>1の分解能倍率Kで増幅する第1増幅部と、
前記第1増幅部で増幅された前記信号をアナログ−デジタル変換する第1AD変換部と、
前記第1AD変換部でアナログ−デジタル変換された前記信号を、「1/(前記分解能倍率K)」よりも小さな値で増幅する第2増幅部と、
前記第2増幅部で増幅された前記信号に基づいて、前記所定位置を含む第1変位領域における高分解能変位信号を生成する第1変位信号生成部と、
前記第1のQ値よりも小さな第2のQ値を有し、前記変位変調波信号をフィルタリングする第2バンドパスフィルタと、
前記第2バンドパスフィルタを通過した信号をアナログ−デジタル変換力する第2AD変換部と、
前記第2AD変換部でアナログ−デジタル変換された前記信号に基づいて、前記第1変位領域を含むより大きな第2変位領域における低分解能変位信号を生成する第2変位信号生成部と、
前記高分解能変位信号および前記低分解能変位信号のいずれか一方を選択する選択部と、
前記選択部で選択された変位信号に基づいて前記磁気軸受を制御する軸受制御部とを備える磁気軸受式真空ポンプ。 - 請求項2,4および5のいずれか一項に記載の磁気軸受式真空ポンプにおいて、
前記分解能倍率Kを第1の値からそれよりも小さな第2の値に変更するときの前記定常応答振れ回り半径は、前記第2の値から前記第1の値に変更するときの前記定常応答振れ回り半径よりも所定ヒステリス幅だけ大きく設定されている、磁気軸受式真空ポンプ。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の磁気軸受式真空ポンプにおいて、
前記選択部は、前記非定常応答信号の値が第1の信号領域の領域外から領域内に変化すると、選択される変位信号を前記低分解能変位信号から前記高分解能変位信号に切り替え、前記非定常応答信号の値が前記第1の信号領域を含むより大きな第2の信号領域の領域内から領域外に変化すると、選択される変位信号を前記高分解能変位信号から前記低分解能変位信号に切り替える、磁気軸受式真空ポンプ。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の磁気軸受式真空ポンプにおいて、
前記定常応答振れ回り半径と前記所定位置からの変位の上限値との比をαとしたとき、前記分解能倍率Kは式「1/(3α)<K<1/α」を満たすように設定されている、磁気軸受式真空ポンプ。
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