JPH06330885A - 磁気軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポンプの生成物のロータへの堆積による不具
合を未然に検知し、これを防止する。 【構成】 定常回転時において、位置センサ２２、バン
ドパスフィルタ５１および整流平滑回路５２によって、
ロータの回転数に対応する周波数成分のロータのふれ量
６２を検出し、このふれ量６２を、コンパレータ５４に
よって基準ふれ量６３と比較し、異常検出回路５７によ
って、ふれ量６２が所定時間連続して基準ふれ量６３よ
りも大きい場合に、モータ３０の駆動用のインバータ４
２に停止指令信号６７を出力してポンプを停止すると共
に、アラーム出力回路５８にアラーム出力指令信号６８
を出力してアラーム表示を出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボ分子ポンプ等に
用いられる磁気軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の製造等の高度のクリーン
環境が要求される場所で使用されるターボ分子ポンプ等
では、ロータを電磁石の磁力によって浮上させ、これを
非接触で保持する磁気軸受装置が用いられている。

【０００３】図５は、磁気軸受を使用したターボ分子ポ
ンプの構成を表したものである。この磁気軸受式ターボ
分子ポンプでは、ロータ１５が半径方向電磁石２０、２
４と軸方向電磁石３２、３４とによって磁気浮上され
る。ロータ１５の位置を検知する半径方向センサ２２、
２６、軸方向センサ３６の出力に基づいて制御系４０が
各電磁石の励磁電流を制御し、ロータ１５を所定位置に
浮上保持する。

【０００４】磁気浮上されたロータ１５は、高周波モー
タ３０によって非接触で高速回転される。このロータ１
５には、ロータ翼１４がボルト１９によって一体的に取
り付けられ、このロータ翼１４は外装体１０に固定され
た複数のステータ翼１２と交互に位置するようになって
いる。ポンプとしての吸気、圧縮作用は、このロータ翼
１４が複数のステータ翼１２の間を高速で回転すること
により行われる。

【０００５】排気すべき気体は、フランジ１１が例え
ば、半導体製造装置のチャンバ側に接続されることによ
り、図において矢印で示すように流通する。この図から
理解されるように、ロータ翼１４は、気体と直接接触す
ることになる。従って、ＳｉＨ₄ やＰＨ₃ 等のプロセス
ガスを排気する場合、ガスの温度低下等により、プロセ
スガスが固化してロータ翼１４に堆積物として付着する
ことがある。

【０００６】このため、プロセスガスを比較的大量に使
用する装置に磁気軸受式ターボ分子ポンプを長期間使用
する場合には、適宜、ポンプのオーバホールを行い、分
解洗浄して生成物を除去するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来は、ポ
ンプ内にどの程度、生成物が堆積しているかを検出して
いなかった。このため、オーバーホールが遅れたり、堆
積物が急速に付着した場合、堆積物によりロータのアン
バランスが増大してステータ等の静止部分に接触し、正
常な回転が困難になることがあった。

【０００８】また、ロータが高速回転をしている状態で
ステータに接触すると、破片を生じる場合があり、半導
体製造工程に支障をきたす可能性があった。そこで本発
明の目的は、ポンプの生成物のロータへの堆積による不
具合を未然に検知し、これを防止できるようにした磁気
軸受装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の磁
気軸受装置は、ロータを磁力によって浮上させる電磁石
と、ロータの位置を検出する位置検出手段と、この位置
検出手段で検出したロータの位置情報に基づいて電磁石
を制御してロータの浮上位置を所定位置に制御する位置
制御手段と、位置検出手段で検出したロータの位置情報
に基づいて、ロータの回転数に対応する周波数成分のロ
ータのふれ量を検出するふれ量検出手段と、このふれ量
検出手段によって検出されたふれ量が所定量を越えた場
合に異常と判断する異常判別手段とを備えたものであ
る。

【００１０】請求項２記載の発明の磁気軸受装置は、ロ
ータを磁力によって浮上させる電磁石と、ロータの位置
を検出する位置検出手段と、この位置検出手段で検出し
たロータの位置情報に基づいて電磁石を制御してロータ
の浮上位置を所定位置に制御する位置制御手段と、位置
検出手段で検出したロータの位置情報に基づいて、ロー
タの回転数に対応する周波数成分のロータのふれ量を検
出するふれ量検出手段と、このふれ量検出手段によって
検出されたふれ量が所定時間連続して所定量を越えた場
合に異常と判断する異常判別手段とを備えたものであ
る。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明の磁気軸受装置では、位置
検出手段で検出したロータの位置情報に基づいて、ふれ
量検出手段によって、ロータの回転数に対応する周波数
成分のロータのふれ量、すなわちロータのアンバランス
に起因するロータのふれ量が検出され、異常判別手段に
よって、ふれ量検出手段で検出されたふれ量が所定量を
越えた場合に異常と判断される。

【００１２】請求項２記載の発明の磁気軸受装置では、
請求項１記載の発明と同様にして検出されたふれ量が所
定時間連続して所定量を越えた場合に、異常判別手段に
よって異常と判断される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の磁気軸受装置における好適な
実施例を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。図
１は本実施例における磁気軸受装置を用いたターボ分子
ポンプの駆動部の回路構成を示すブロック図である。こ
のターボ分子ポンプは、図５に示した構成をしており、
例えば半導体製造装置内に設置されてチャンバ等からの
プロセスガスの排出を行うものである。

【００１４】この図に示すように、磁気軸受装置の駆動
部は、制御系４０および、モータ３０、電磁石２０、２
４（以下、符号２０で代表する。）、位置センサ２２、
２６（以下、符号２２で代表する。）から構成されてい
る。磁気軸受装置の制御系４０は、位置センサ２２の出
力である変位信号６０に基づいて、比例動作、積分動作
および微分動作等の演算処理を行う補償回路４７と、こ
の補償回路４７の出力信号を増幅して電磁石２０に供給
するアンプ４８とを備えている。

【００１５】磁気軸受装置の制御系４０は、さらに、位
置センサ２２からの変位信号６０から、ロータの回転数
に対応する周波数成分であるふれ成分信号６１を抽出す
るバンドパスフィルタ５１と、このバンドパスフィルタ
５１からのふれ成分信号６１を整流、平滑して、ふれ成
分信号６１のピーク値（以下、検出ふれ量という。）６
２を検出する整流平滑回路５２と、基準ふれ量６３を設
定する基準ふれ量設定回路５３と、整流平滑回路５２の
出力である検出ふれ量６２と基準ふれ量設定回路５３で
設定された基準ふれ量６３とを比較し、検出ふれ量６２
が基準ふれ量６３を越えている場合には“１”、他の場
合には“０”を出力するコンパレータ５４と、加速時は
“０”、定常回転中は“１”となるノーマル信号６５を
出力するノーマル信号発生回路５５と、コンパレータ５
４の出力とノーマル信号発生回路５５の出力との論理積
をとるアンドゲート５６と、このアンドゲート５６の出
力が所定時間連続して“１”となった場合に停止指令信
号６７およびアラーム出力指令信号６８を出力する異常
検出回路５７と、この異常検出回路５７からの停止指令
信号６８に応じてアラーム表示を出すアラーム出力回路
５８とを備えている。なお、異常検出回路５７からの停
止指令信号６７はインバータ４２に入力されるようにな
っている。

【００１６】基準ふれ量設定回路５３は、例えば可変抵
抗器によって基準ふれ量として任意の電圧値を設定する
ものである。基準ふれ量とは、ポンプが不具合を生じな
い程度のふれ量であるが、ポンプのオーバホールを行う
のが望ましいようなふれ量であり、任意に設定すること
ができる。

【００１７】ノーマル信号発生回路５５は、加速時は一
時的にロータのふれ量が増大するため、この加速時にお
けるふれ量の増大を異常と判断しないようにするための
ものであり、例えば制御部４４からの情報に基づいて加
速時と定速回転中とを識別する。

【００１８】異常検出回路５７は、検出ふれ量６２が基
準ふれ量６３を越えている時間が例えば１時間のような
比較的長い所定時間だけ続いた場合にのみ異常を検出
し、地震等による一時的な外乱を異常として検出しない
ようにするためのものである。この異常検出回路５７
は、例えば、図２に示すようにアンドゲート５６の出力
の否定をとるインバータ４１と、所定時間を計時すると
共にインバータ４１の出力をクリア入力とするタイマ４
２とで構成され、このタイマ４２の出力が停止指令信号
６７およびアラーム出力指令信号６８となるようになっ
ている。

【００１９】また、バンドパスフィルタ５１の代わり
に、図３に示すように、位置センサ２２からの変位信号
６０を入力し、図示しない回転数センサからのロータ１
５の回転に応じた回転パルス４４に同期してふれ成分信
号６１を抽出するふれ成分抽出回路４３を設けても良
い。このふれ成分抽出回路４３は、例えば同期検波回路
で構成することができる。

【００２０】次に本実施例の動作について説明する。ま
ず、ターボ分子ポンプの出荷検査後、ポンプを停止させ
る場合のふれの大きさである基準ふれ量を基準ふれ量設
定回路５３によって設定する。ロータ１５は、位置セン
サ２２、補償回路４７、アンプ４８および電磁石２０の
フィードバックループにより、所定の位置に磁気浮上さ
れ、また、インバータ４２による制御の下でモータ３０
によって回転される。

【００２１】加速時は、ノーマル信号発生回路５５から
のノーマル信号６５が“０”であるため、アンドゲート
５６の出力が“０”となって、異常検出回路５７からは
停止指令信号６７およびアラーム出力指令信号６８は出
力されない。定常回転時は、ノーマル信号発生回路５５
からのノーマル信号６５が“１”となり、アンドゲート
５６に入力される。また、位置センサ２２からの変位信
号６０はバンドパスフィルタ５１に入力され、ロータの
回転数に対応する周波数成分であるふれ成分信号６１が
抽出され、このふれ成分信号６１を整流平滑回路５２に
よって整流、平滑して検出ふれ量６２が得られる。この
検出ふれ量６２は、コンパレータ５４によって基準ふれ
量６３と比較される。ここで、生成物がロータ１５に堆
積していないか、あるいは堆積量が少ない場合は、ロー
タ１５のアンバランスが少なく、検出ふれ量６２は基準
ふれ量６３よりも小さい。従って、コンパレータ５４の
出力が“０”となり、アンドゲート５６の出力も“０”
となって、異常検出回路５７からは停止指令信号６７お
よびアラーム出力指令信号６８は出力されない。

【００２２】一方、定常回転時において、ポンプの生成
物がロータ１５に堆積してくると、一様に堆積されるわ
けではないので、ロータ１５のアンバランスが増大して
くる。すると、検出ふれ量６２が基準ふれ量６３を越
え、コンパレータ５４の出力が“１”となり、アンドゲ
ート５６の出力が“１”となる。異常検出回路５７は、
アンドゲート５６の出力が所定時間連続して“１”とな
った場合に停止指令信号６７およびアラーム出力指令信
号６８を出力する。停止指令信号６７に応じて、インバ
ータ４２はモータ３０の回転を停止し、ポンプを停止す
る。また、アラーム出力指令信号６８に応じて、アラー
ム出力回路５８はアラーム表示を出し、エンドユーザに
ポンプのオーバホールを促す。

【００２３】以上説明したように本実施例によれば、ロ
ータ１５の回転数に対応する周波数成分のふれ量を検出
し、このふれ量が所定時間連続して所定量よりも大きく
なった場合に、ポンプを停止し、またアラーム表示を出
すようにしたので、ポンプの生成物のロータへの堆積に
よるポンプの不具合を未然に検知し、これを防止するこ
とができる。

【００２４】また、ロータ１５のふれ量が所定時間連続
して所定量よりも大きい場合にのみ異常と判断するよう
にしたので、地震等による一時的な外乱と区別して、ポ
ンプの生成物のロータへの堆積によるロータのアンバラ
ンスの増大に起因する異常を検出することができる。

【００２５】なお、図１における基準ふれ量設定回路５
３、コンパレータ５４、アンドゲート５６および異常検
出回路５７の機能を、例えばマイクロコンピュータによ
ってソフトウェア的に実現しても良い。この場合の動作
の一例を、図４に示す。この動作では、まず、ロータ１
５が定常回転になるまで待ち（ステップ１０１）、定常
回転になったら（ステップ１０１；Ｙ）、整流平滑回路
５２からの検出ふれ量６２をディジタル信号に変換して
マイクロコンピュータに入力する（ステップ１０２）。
次に、ソフトウェア上で、検出ふれ量が基準ふれ量を越
えているか否かを判断する（ステップ１０３）。検出ふ
れ量が基準ふれ量を越えていない場合（ステップ１０
３；Ｎ）は、異常時間をクリアして（ステップ１０
４）、ステップ１０２へ戻る。一方、検出ふれ量が基準
ふれ量を越えている場合（ステップ１０３；Ｙ）は、異
常時間を積算する（ステップ１０５）。なお、異常時間
とは、最初に検出ふれ量が基準ふれ量を越えてから積算
を開始する時間である。次に、異常時間が設定時間以上
か否かを判断する（ステップ１０６）。異常時間が設定
時間以上ではない場合（ステップ１０６；Ｎ）はステッ
プ１０２へ戻り、異常時間が設定時間以上の場合（ステ
ップ１０６；Ｙ）は、停止指令信号６７とアラーム出力
指令信号６８を出力して、アラーム表示を出すと共に、
ポンプを停止し（ステップ１０７）、終了する。

【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
例えばロータ１５のふれ量が所定時間連続して所定量よ
りも大きくなった場合に、ポンプを停止することなくア
ラーム表示のみを出すようにしても良い。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、ロータの回転数に対応する周波数成分のロー
タのふれ量を検出し、このふれ量が所定量を越えた場合
に異常と判断するようにしたので、ポンプの生成物のロ
ータへの堆積による不具合を未然に検知し、これを防止
することができるという効果がある。

【００２８】また、請求項２記載の発明によれば、ロー
タのふれ量が所定時間連続して所定量を越えた場合に異
常と判断するようにしたので、上記効果に加え、一時的
な外乱と区別して、ロータのアンバランスに起因した異
常を検出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における磁気軸受装置を使用
したターボ分子ポンプの駆動部の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１における異常検出回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】図１におけるバンドパスフィルタの代わりに用
いられるふれ成分抽出回路を示すブロック図である。

【図４】本発明の一実施例の動作を示すフローチャート
である。

【図５】磁気軸受装置を使用したターボ分子ポンプの構
成を表す側断面図である。

【符号の説明】

１５ ロータ ４２ インバータ ３０ モータ ４４ 制御部 ２０ 電磁石 ２２ 位置センサ ５１ バンドパスフィルタ ５２ 整流平滑回路 ５３ 基準ふれ量設定回路 ５４ コンパレータ ５７ 異常検出回路 ５８ アラーム出力回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータを磁力によって浮上させる電磁石
   と、 ロータの位置を検出する位置検出手段と、 この位置検出手段で検出したロータの位置情報に基づい
   て前記電磁石を制御してロータの浮上位置を所定位置に
   制御する位置制御手段と、 前記位置検出手段で検出したロータの位置情報に基づい
   て、ロータの回転数に対応する周波数成分のロータのふ
   れ量を検出するふれ量検出手段と、 このふれ量検出手段によって検出されたふれ量が所定量
   を越えた場合に異常と判断する異常判別手段とを具備す
   ることを特徴とする磁気軸受装置。
2. 【請求項２】 ロータを磁力によって浮上させる電磁石
   と、 ロータの位置を検出する位置検出手段と、 この位置検出手段で検出したロータの位置情報に基づい
   て前記電磁石を制御してロータの浮上位置を所定位置に
   制御する位置制御手段と、 前記位置検出手段で検出したロータの位置情報に基づい
   て、ロータの回転数に対応する周波数成分のロータのふ
   れ量を検出するふれ量検出手段と、 このふれ量検出手段によって検出されたふれ量が所定時
   間連続して所定量を越えた場合に異常と判断する異常判
   別手段とを具備することを特徴とする磁気軸受装置。