JPH11215870A - 磁気浮上回転装置 - Google Patents

磁気浮上回転装置

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JPH11215870A
JPH11215870A JP10011064A JP1106498A JPH11215870A JP H11215870 A JPH11215870 A JP H11215870A JP 10011064 A JP10011064 A JP 10011064A JP 1106498 A JP1106498 A JP 1106498A JP H11215870 A JPH11215870 A JP H11215870A
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JP
Japan
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rotating body
rotation speed
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rotating
acceleration
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JP10011064A
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Hirotomo Kamiyama
拓知 上山
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • F16C2360/45Turbo-molecular pumps

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  • Protection Of Generators And Motors (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Stopping Of Electric Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で回転体の起動時の異常の判定がで
き、この判定のための専用のアナログ回路が不要でコン
トローラのコスト低減および小型化ができる、ターボ分
子ポンプなどに適用可能な磁気浮上回転装置を提供す
る。 【解決手段】 磁気浮上装置は、回転体3を非接触支持
する磁気軸受5および回転体3を回転させる電動モータ
6を有する機械本体1と、機械本体1を制御するコント
ローラ2とを備えている。コントローラ2にソフトウェ
アプログラムが可能なDSP(ディジタル信号処理プロ
セッサ)11が設けられ、DSP11が、モータ6の起動時
に、回転体3の回転数を検出するための回転数センサ7
の出力信号に基づいて回転体3の加速特性を測定し、こ
の加速特性の測定結果から回転体3の起動時の異常の有
無を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転体を磁気軸
受により非接触支持して電動モータにより回転させる磁
気浮上回転装置、たとえば半導体製造装置などに使用さ
れる磁気軸受を用いたターボ分子ポンプなどの磁気浮上
回転装置に関する。
【0002】以下、磁気浮上回転装置としてターボ分子
ポンプを例に説明する。
【0003】
【従来の技術】ターボ分子ポンプとして、ポンプを構成
する回転体(ロータ)を制御型磁気軸受により非接触支
持して高周波モータなどの電動モータにより回転させる
機械本体(ポンプ本体)と、これを制御するコントロー
ラとを備えているものが知られている。
【0004】このターボ分子ポンプにおいて、コントロ
ーラは、回転体の回転数を検出するための回転数センサ
の出力信号に基づき、インバータを介してモータを制御
する。そして、ポンプの運転を開始するときには、ま
ず、磁気軸受により回転体を浮上させて所定の目標位置
に非接触支持し、その後、モータを起動し、回転体を所
定の目標回転数(最高回転数)まで徐々に加速する。
【0005】ところで、この種のターボ分子ポンプで
は、排気流体の流量によってモータの負荷が変化し、過
負荷の場合には、回転体を十分に加速することができ
ず、目標回転数まで到達できなかったり、目標回転数に
到達するまでに非常に長い時間がかかったりすることが
ある。
【0006】そこで、従来は、モータの起動から回転体
が所定の定格回転数(たとえば目標回転数の90%)に
到達するまでの時間を測定し、この時間が所定の規定時
間(たとえば30分)より長いときに、過負荷による加
速不良などの異常が生じていると判定している。
【0007】しかしながら、このようにすると、少なく
とも上記の規定時間が経過するまでは異常の判定ができ
ないので、異常の判定までに長い時間がかかる。また、
回転体が定格回転数に到達するまでの時間を測定して異
常の有無を判定するために、専用のアナログ回路が必要
であり、コントローラが高価で大型になる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、短
時間で回転体の起動時の異常の判定ができる磁気浮上回
転装置を提供することにある。
【0009】この発明の目的は、また、回転体の起動時
の異常の判定のための専用のアナログ回路が不要でコン
トローラのコスト低減および小型化が可能な磁気浮上回
転装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による磁気浮上回転装置は、回転体を非接触支持する
磁気軸受および前記回転体を回転させる電動モータを有
する機械本体と、前記機械本体を制御するコントローラ
とを備えている磁気浮上装置において、前記コントロー
ラが、前記電動モータの起動時に、前記回転体の回転数
を検出するための回転数センサの出力信号に基づいて前
記回転体の加速特性を測定し、この加速特性の測定結果
から前記回転体の起動時の異常の有無を判定する異常判
定手段を備えていることを特徴とするものである。
【0011】モータの起動時に過負荷による加速不良な
どの異常が生じた場合、回転体の加速特性が劣化する。
このため、回転体の加速特性の測定結果から回転体の起
動時の異常の有無を判定することができ、従来のように
定格回転数に到達するまでの時間を測定するような必要
がないので、モータの起動時の異常の有無の判定を短時
間で行うことができる。
【0012】たとえば、前記異常判定手段が、前記回転
数センサの出力信号に基づいて前記回転体の回転数およ
び加速度を測定し、前記回転体の回転数が所定の定格回
転数に達するまでの間に前記回転体の加速度が所定の判
定値より小さくなったときに前記異常があると判定する
ものである。
【0013】モータの起動時に異常が生じていない場
合、回転体が定格回転数に到達するまでの間、回転体の
加速度は所定値より大きい値に保たれ、異常が生じた場
合は、回転体の加速度は上記の所定値より小さくなる。
このため、回転体の加速度の測定結果に基づいて回転体
の起動時の異常の有無を判定することができ、従来のよ
うに定格回転数に到達するまでの時間を測定するような
必要がないので、モータの起動時の異常の有無の判定を
短時間で行うことができる。
【0014】たとえば、前記コントローラがディジタル
処理手段を備え、このディジタル処理手段が前記異常判
定手段を備えている。
【0015】ディジタル処理手段としては、たとえばM
PU(マイクロプロセッサ)、ディジタル信号処理プロ
セッサなどが使用される。この明細書において、ディジ
タル信号処理プロセッサ(Digital Signal Processor)
とは、ディジタル信号を入力してディジタル信号を出力
し、ソフトウェアプログラムが可能で、高速実時間処理
が可能な専用ハードウェアを指す。なお、以下、これを
DSPと略すことにする。
【0016】上記のようにすれば、モータの起動時の異
常判定のための専用のアナログ回路を設ける必要がな
く、コントローラのコスト低減、小型化が可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。
【0018】図1は、この発明による磁気浮上回転装置
をターボ分子ポンプに適用した場合の構成を概略的に示
している。
【0019】ターボ分子ポンプは、ポンプ本体を構成す
る機械本体(1)およびポンプ制御部を構成するコントロ
ーラ(2)を備えている。機械本体(1)には、ポンプを構成
する回転体(ロータ)(3)、変位検出部(4)、制御型磁気
軸受(5)、ビルトイン型電動モータ(6)および回転数セン
サ(7)が設けられている。コントローラ(2)には、変位演
算回路(8)、磁気軸受駆動回路(9)、インバータ(10)およ
びディジタル処理手段としてのDSP(11)が設けられて
いる。
【0020】磁気軸受(5)は、図示しない複数の電磁石
の磁気吸引力により、回転体(3)の軸方向の1箇所にお
いて回転体(3)を軸方向の制御軸(アキシアル制御軸)
方向に非接触支持するとともに、回転体(3)の軸方向の
2箇所において、それぞれ、回転体(3)を互いに直交す
る2つの径方向の制御軸(ラジアル制御軸)方向に非接
触支持するものである。変位検出部(4)は、図示は省略
したが、回転体(3)の変位を検出するための複数の変位
センサを備えている。変位演算回路(8)は、変位検出部
(4)の複数の変位センサの出力信号に基づいて、回転体
(3)のアキシアル制御軸方向の変位を演算するととも
に、回転体(3)の軸方向の2箇所における前記2つのラ
ジアル制御軸方向の変位を演算し、これらの変位に対応
する変位信号をDSP(11)に出力する。DSP(11)は、
所定のサンプリング時間ごとに、変位演算回路(8)から
回転体(3)の変位信号を入力し、それに基づいて、磁気
軸受駆動回路(9)に磁気軸受(5)の各電磁石に対する制御
電流信号を出力する。磁気軸受駆動回路(9)は、磁気軸
受(5)の電磁石に対応する複数の電力増幅器などを備え
ており、DSP(11)から出力される制御電流信号に基づ
いて磁気軸受(5)の対応する電磁石に励磁電流を供給す
る。これにより、回転体(3)が所定の目標位置に非接触
支持される。
【0021】モータ(6)は、磁気軸受(5)により非接触支
持された回転体(3)を回転させるものであり、たとえば
高周波モータよりなる。回転数センサ(7)は、回転体(3)
の回転数を検出するためのものであり、たとえば、回転
体(3)の1回転当り一定数(たとえば1つ)のパルス信
号をDSP(11)に出力する。DSP(11)は、回転数セン
サ(7)からのパルス信号から回転体(3)の回転数を演算
し、これに基づいてインバータ(10)に回転数指令信号を
出力する。インバータ(10)は、DSP(11)からの回転数
指令信号に基づいて、モータ(6)の回転を制御する。
【0022】ポンプの運転を開始するときは、DSP(1
1)は、まず、上記のように磁気軸受(5)を制御して、回
転体(3)を目標位置に非接触支持する。その後、モータ
(6)を起動、制御して、回転体(3)を所定の目標回転数ま
で徐々に加速する。このようなモータ(6)の起動時に、
DSP(11)は、次のように、回転体(3)の加速特性を測
定し、その測定結果に基づいて、回転体(3)の過負荷に
よる加速不良などの異常の有無を判定する。
【0023】すなわち、DSP(11)は、モータ(6)を起
動した後、これを徐々に加速するとともに、回転数セン
サ(7)からのパルス信号に基づいて、回転体(3)の回転数
と加速度を繰返し演算し、回転数を回転体(3)の定格回
転数(たとえば目標回転数の90%)と比較するととも
に、加速度を所定の判定値と比較する。そして、定格回
転数に達するまでに加速度が判定値より小さくならなか
ったときは、加速不良などの異常がないと判定し、逆
に、定格回転数に達するまでに加速度が判定値より小さ
くなったときは、加速不良などの異常があると判定す
る。異常がない場合は、そのまま、目標回転数まで回転
体(3)を加速する。異常がある場合は、警告を発し、モ
ータ(6)を停止させる。
【0024】図2は、モータ(6)起動時の回転体(3)の回
転数と加速度との関係を表わしたグラフであり、(A)
は異常のない場合、(B)は異常のある場合を示してい
る。異常のない場合、加速度は、モータ(6)の起動直後
は、ほぼ一定であり、その後、徐々に大きくなった後
に、徐々に小さくなり、回転数が目標回転数に達する
と、0になる。したがって、モータ(6)起動直後の加速
度より少し小さい値を判定値とし、正常時の加速特性を
適当に設定することにより、図2の(A)に示すよう
に、定格回転数に達した後に加速度が判定値より小さく
なるようにすることができる。このように正常時の加速
特性を設定しても、異常がある場合には、図2の(B)
に示すように、起動後しばらくすると、加速度は判定値
より小さくなる。このため、上記のようにすることによ
り、従来のように定格回転数に到達するまでの時間を測
定しなくても、起動時の異常の有無を短時間で正確に判
定することができる。
【0025】DSP(11)における回転体(3)の回転数お
よび加速度の測定には、一定のサンプリング時間ごとに
測定する方法、回転数センサ(7)からパルス信号が出力
されるたびに測定する方法など、任意の方法を採用する
ことができるが、たとえば次のようにすることができ
る。すなわち、回転数センサ(7)からパルス信号が出力
されてから次のパルス信号が出力されるまでの間の適当
なクロックパルス(たとえば磁気軸受(5)の制御のサン
プリング時間を決めるクロックパルス)の数をカウント
することにより、相前後する2つのパルス信号の間の経
過時間(パルス間隔時間)を測定し、このパルス間隔時
間の逆数から回転数を求める。そして、今回の回転数か
ら前回の回転数を減算し、この減算結果を今回のパルス
間隔時間で除算することにより、加速度を求める。
【0026】ターボ分子ポンプの各部の構成、制御の方
法などは、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能
である。
【0027】上記実施形態では、この発明による磁気浮
上回転装置をターボ分子ポンプに適用した例を示した
が、この発明は、この他にも、磁気軸受を用いたスピン
ドルを有する旋盤、マシニングセンタ、研削盤などの工
作機械や、磁気軸受を用いたコンプレッサ、ブロアなど
の流体機器や、フライホイールなど、回転体を支持する
磁気軸受とこの回転体を回転させる電動モータとを有す
るあらゆる磁気浮上回転装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の実施形態を示すターボ分子
ポンプの概略構成図である。
【図2】図2は、モータ起動時の回転体の回転数と加速
度との関係を表わしたグラフである。
【符号の説明】
(1) 機械本体 (2) コントローラ (3) 回転体 (5) 磁気軸受 (6) 電動モータ (7) 回転数センサ (11) ディジタル信号処理プロセッサ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H02K 7/09 H02K 7/09 H02P 5/00 H02P 5/00 T

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転体を非接触支持する磁気軸受および前
    記回転体を回転させる電動モータを有する機械本体と、
    前記機械本体を制御するコントローラとを備えている磁
    気浮上装置において、 前記コントローラが、前記電動モータの起動時に、前記
    回転体の回転数を検出するための回転数センサの出力信
    号に基づいて前記回転体の加速特性を測定し、この加速
    特性の測定結果から前記回転体の起動時の異常の有無を
    判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする磁
    気浮上回転装置。
  2. 【請求項2】前記異常判定手段が、前記回転数センサの
    出力信号に基づいて前記回転体の回転数および加速度を
    測定し、前記回転体の回転数が所定の定格回転数に達す
    るまでの間に前記回転体の加速度が所定の判定値より小
    さくなったときに前記異常があると判定するものである
    ことを特徴とする請求項1の磁気浮上回転装置。
  3. 【請求項3】前記コントローラがディジタル処理手段を
    備え、このディジタル処理手段が前記異常判定手段を備
    えていることを特徴とする請求項2の磁気浮上回転装
    置。
JP01106498A 1998-01-23 1998-01-23 磁気浮上回転装置 Expired - Lifetime JP3564595B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104260088A (zh) * 2014-09-12 2015-01-07 哈尔滨恒誉名翔科技有限公司 一种基于dsp2811的可重构机器人模块系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104260088A (zh) * 2014-09-12 2015-01-07 哈尔滨恒誉名翔科技有限公司 一种基于dsp2811的可重构机器人模块系统

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