JPS6313918A - Attitude control device for rotating shaft of magnetic bearing type turbo-molecular pump - Google Patents

Attitude control device for rotating shaft of magnetic bearing type turbo-molecular pump

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Publication number
JPS6313918A
JPS6313918A JP61159250A JP15925086A JPS6313918A JP S6313918 A JPS6313918 A JP S6313918A JP 61159250 A JP61159250 A JP 61159250A JP 15925086 A JP15925086 A JP 15925086A JP S6313918 A JPS6313918 A JP S6313918A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotating shaft
rotor
revolutions
sensor
shaft
Prior art date
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Pending
Application number
JP61159250A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Yamamoto
雅之 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Seiki KK
Original Assignee
Seiko Seiki KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Seiki KK filed Critical Seiko Seiki KK
Priority to JP61159250A priority Critical patent/JPS6313918A/en
Publication of JPS6313918A publication Critical patent/JPS6313918A/en
Pending legal-status Critical Current

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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

Landscapes

  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To certainly control and prevent vibration on the side of a stator by removing the frequency component of the number of revolutions from a detecting signal for the radial position of a rotating shaft used for controlling the attitude of the rotating shaft rotating in its magnetically floating state. CONSTITUTION:The position of a rotor 12 is detected by an axial position sensor 30 and radial position sensors 32, 34, and the number of revolutions is detected by a sensor 36 for the number of revolutions, and thereby one pulse signal is made to occur per revolution. Detecting signals from said radial position sensors 32, 34 are supplied to the one comparison input side of a comparator 40, and a signal corresponding to the reference position of a rotating shaft is supplied from a reference position setting device 42 to the other comparison input side of said comparator 40. Therefore, the rotor 12 is moved and controlled in the direction which makes its position detected by the sensor 32 coincide with its reference position. In addition to that, since a band elimination filter 20 removes the frequency component of the number of revolutions from a signal issued by said sensor 32, vibration on the side of a stator 16 can be prevented even when the rotor 12 fluctuates in the number of revolutions.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて磁気浮
上された回転軸の姿勢を制御する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a device for controlling the attitude of a magnetically levitated rotating shaft in a magnetic bearing type turbomolecular pump.

(発明の背景) 磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいては、磁気浮上して
回転する回転軸の姿勢制御はその軸の径方向検出位置が
目標位置へ一致する方向へ移動されることにより行なわ
れている。
(Background of the Invention) In a magnetic bearing type turbomolecular pump, attitude control of a rotating shaft that rotates while being magnetically levitated is performed by moving the shaft in a direction in which the detected position in the radial direction coincides with the target position. .

ところがその回転軸の慣性軸と中心軸とは正確には一致
することはなく、したがって回転軸の径方向位置検出信
号にはその回転数に同門した同一周波数の撮動成分が含
まれる。
However, the inertial axis and the central axis of the rotating shaft do not exactly coincide with each other, and therefore the radial position detection signal of the rotating shaft includes an imaging component of the same frequency that corresponds to the rotational speed.

このためその検出信号がフィードバック信号として用い
られることにより回転軸が慣性軸より中心軸l\向かっ
て移動制御されると、上記撮動成分と同一周波数でステ
ータ側に撮動が生ずる。
Therefore, when the rotational axis is controlled to move from the inertial axis toward the central axis l\ by using the detection signal as a feedback signal, imaging occurs on the stator side at the same frequency as the above-mentioned imaging component.

したがってこの種のポンプが使用される電子顕微鏡では
、その測定結果に悪影響が生じる。゛そこで従来におい
ては、中心周波数が回転軸の定常回転数に等しいノツチ
フィルタで回転軸の径方向留置検出1言号から前記振動
成分が除去されていた。
Therefore, in an electron microscope using this type of pump, the measurement results are adversely affected. Therefore, in the past, the vibration component was removed from the radial direction detection signal of the rotating shaft using a notch filter whose center frequency was equal to the steady rotational speed of the rotating shaft.

しかしながらノツチフィルタの中心周波数が固定されて
いるので、ポンプの起動停止時および軸負荷変動時には
、回転軸の回転数に応じた振動がステータ側に発生する
という問題が従来において生じていた。
However, since the center frequency of the notch filter is fixed, a conventional problem has arisen in that vibrations corresponding to the rotational speed of the rotating shaft occur on the stator side when the pump starts and stops and when the shaft load changes.

(発明の目的) 本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、
その目的は、磁気浮上された回転軸の回転数にかかわら
ずステータ側の撮動を十分に抑制防止できるこの種の回
転軸姿勢制御装置を提供することにある。
(Object of the invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and
The purpose is to provide this type of rotary shaft attitude control device that can sufficiently suppress and prevent imaging of the stator side regardless of the rotational speed of the magnetically levitated rotary shaft.

(発明の構成) 上記目的を達成するために本発明は、 磁気浮上した回転軸の径方向位置を検出する軸径方向位
置検出手段と、 検出位置が目標位置に一致する方向へ前記回転軸を移動
する軸移動制御手段と、 前記回転軸の回転数を検出する軸回転数検出手段と、 軸移動制御手段の検出位置相当量から検出回転数相当成
分を除去する軸回転数成分除去手段と、を有することを
特徴とする。
(Structure of the Invention) In order to achieve the above object, the present invention includes: a shaft radial position detection means for detecting the radial position of a magnetically levitated rotating shaft; a shaft movement control means for moving; a shaft rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the rotating shaft; a shaft rotation speed component removal means for removing a component corresponding to the detected rotation speed from an amount corresponding to the detected position of the shaft movement control means; It is characterized by having the following.

(実施例の説明) 以下、図面に基づいて本発明に係る装置の好適な実施例
を説明する。
(Description of Embodiments) Hereinafter, preferred embodiments of the apparatus according to the present invention will be described based on the drawings.

第1図にはアウタロータタイプとされた磁気軸受式ウー
ボ分子ポンプの内部構造が示されており、ステータ10
を中心としてロータ(回転軸)12が回転されている。
Figure 1 shows the internal structure of the outer rotor type magnetic bearing type Woobo molecular pump, with the stator 10
A rotor (rotating shaft) 12 is rotated around the center.

そのロータは図において下方に排気口14が設けられた
筒状の外筒16内に収納されており、外筒16の外周面
に設けられたステータ翼18とロータ12の対周面に設
けられたロータ120とによりポンプ作用が行なわれて
いる。
The rotor is housed in a cylindrical outer cylinder 16 provided with an exhaust port 14 at the bottom in the figure, and stator blades 18 provided on the outer peripheral surface of the outer cylinder 16 are provided on the opposite peripheral surface of the rotor 12. A pumping action is performed by the rotor 120.

そしてステータ10に設けられたモータコイル22がイ
ンバータで励磁されることによりロータ12の回転駆動
が行なわれ、その際にはロータ12の磁気浮上が軸方向
電磁石24により、またその姿勢制御は径方向電磁石2
6.28により各々行なわれている。
The motor coil 22 provided in the stator 10 is excited by an inverter to rotate the rotor 12. At this time, the rotor 12 is magnetically levitated by the axial electromagnet 24, and its attitude is controlled in the radial direction. Electromagnet 2
6.28, respectively.

ざらにロータ12の軸方向位置と姿勢の制御を行なうた
めにその軸方向位置、径方向位置が軸方向位置センサ3
0.径方向センサ32,34により各々検出されている
In order to roughly control the axial position and posture of the rotor 12, the axial position and radial position are measured by the axial position sensor 3.
0. They are detected by radial sensors 32 and 34, respectively.

またロータ12の回転数は回転数センサ36により検出
されており、本実施例ではロータ12の1回転毎に1パ
ルスが発生する構造が簡単で性能的に安定したものが回
転数センサ36に使用されている。
Further, the rotation speed of the rotor 12 is detected by a rotation speed sensor 36, and in this embodiment, a sensor with a simple structure and stable performance that generates one pulse for each rotation of the rotor 12 is used as the rotation speed sensor 36. has been done.

なお本実施例ではロータ12の5軸制御が行なわれてお
り、したがって径方向位置センサ32゜34は一対ずつ
設けられている。
Note that in this embodiment, the rotor 12 is controlled in five axes, and accordingly, a pair of radial position sensors 32 and 34 are provided.

ここで、第1図ポンプの下側に設けられたコネクタ38
にはロータ12の浮上位置およびその姿勢を制御する制
御回路が接続されており、第2図にはロータ12の姿勢
制御を行なう回路ブロック図の1軸分が示されている。
Here, the connector 38 provided on the lower side of the pump in FIG.
A control circuit for controlling the floating position and attitude of the rotor 12 is connected to the rotor 12, and FIG. 2 shows one axis of a circuit block diagram for controlling the attitude of the rotor 12.

同図において径方向位置センサ32 (34)の検出信
号は比較器40の一方の比較入力に供給されており、そ
の比較器40の他方の比較入力には当該軸の基準位置に
相当する信号が基準位置設定器42から供給されている
In the figure, the detection signal of the radial position sensor 32 (34) is supplied to one comparison input of a comparator 40, and the other comparison input of the comparator 40 receives a signal corresponding to the reference position of the axis. It is supplied from the reference position setter 42.

そして比較器40の比較信号は前置増幅器44゜および
PID補償器46を介して電力増幅器48に供給されて
おり、その電力増幅器48により径方向電磁石26 (
28>の通電が行なわれている。
The comparison signal of the comparator 40 is supplied to a power amplifier 48 via a preamplifier 44° and a PID compensator 46, and the power amplifier 48 supplies the radial electromagnet 26 (
28> is being energized.

その結果、ロータ12は径方向位置センサ32(34)
による検出位置が基準位置設定器42による基準位置と
一致する方向へ移動制御され、基準姿勢で回転される。
As a result, the rotor 12 is connected to the radial position sensor 32 (34).
The detected position is controlled to move in a direction that matches the reference position by the reference position setter 42, and rotated in the reference posture.

ここで、径方向位置センサ32の検出信号は帯域消去フ
ィルタ50を介して比較器40の一方の比較入力に供給
されている。
Here, the detection signal of the radial position sensor 32 is supplied to one comparison input of the comparator 40 via a band elimination filter 50.

その帯域消去フィルタ50ではスイッチトキャパシタ式
帯1或通過フィルタ52および比較器54の一方の比較
入力に径方向位置センサ32 (34)の検出信号が供
給されており、スイッチトキャバシタ式帯域通過フィル
タ52のフィルタ出力は比較器54の他方の比較入力に
供給されている。
In the band-pass filter 50, the detection signal of the radial position sensor 32 (34) is supplied to one comparison input of the switched-capacitor type band 1 or pass filter 52 and the comparator 54, and the switched-capacitor type band-pass filter The filter output of 52 is fed to the other comparison input of comparator 54.

さらに比較器54の比較出力は比較器40の一方の比較
入力に供給されており、したがって帯域消去フィルタ5
0では径方向位置センサ32(34)の検出信号からス
イッチトキャパシタ式帯域通過フィルタ54を通過した
成分が消去されている。
Furthermore, the comparison output of the comparator 54 is fed to one comparison input of the comparator 40 and is therefore fed to the bandstop filter 5.
At 0, the component that has passed through the switched capacitor band-pass filter 54 is eliminated from the detection signal of the radial position sensor 32 (34).

第3図にはスイツチトキャパシタ式帯域通過フィルタ5
2の回路構成が示されており、第4図において示された
その通過帯域の中心周波数foは外部クロックの周波数
により決定される。
Figure 3 shows a switched capacitor type bandpass filter 5.
2, the center frequency fo of its passband shown in FIG. 4 is determined by the frequency of the external clock.

この外部クロックは第2図において前記回転数センサ3
6の検出信号をPLL回路56により数十〜数百倍とす
ることにより得られている。なお、回転数センサ36の
検出信号は波形整形器58で方形波とされた後にPLL
56に供給されている。
This external clock is the rotation speed sensor 3 in FIG.
This is obtained by multiplying the detection signal of No. 6 by several tens to hundreds of times using the PLL circuit 56. Note that the detection signal of the rotation speed sensor 36 is converted into a square wave by the waveform shaper 58 and then processed by the PLL.
56.

したがって本実施例ではロータ12の回転に対して正確
に追従した外部クロックがスイッチトキャパシタ式帯域
通過フィルタ52に与えられ、ロータ12の回転数変化
に対して高い応答性でスイッチトキャパシタ式帯域通過
フィルタ52の通過帯域中心周波数foが調整υJtf
fflされる。
Therefore, in this embodiment, an external clock that accurately follows the rotation of the rotor 12 is applied to the switched capacitor type band pass filter 52, and the switched capacitor type band pass filter 52 is highly responsive to changes in the rotation speed of the rotor 12. The passband center frequency fo is adjusted υJtf
be ffled.

このためその帯域通過フィルタ52により第5図の帯域
消去特性を有する帯域消去フィルタ52の消去帯域中心
周波数foも同様に制御される。
Therefore, the band pass filter 52 similarly controls the cancellation band center frequency fo of the band cancellation filter 52 having the band cancellation characteristic shown in FIG.

その結果、径方向位置センサ32 (34>の検出信号
からロータ12の回転周波数成分が除去され、これによ
りステータ16側の振動が防止される。
As a result, the rotational frequency component of the rotor 12 is removed from the detection signal of the radial position sensor 32 (34>), thereby preventing vibration on the stator 16 side.

そして、中心周波数foの調整制御がPLL回路56に
よりロータ12の変化に対して高い精度をもって行なわ
れるので、ロータ12の回転数変化速度にかかわらずス
テータ16側の振動を有効に防止できる。
Since the center frequency fo is adjusted and controlled by the PLL circuit 56 with high precision in response to changes in the rotor 12, vibrations on the stator 16 side can be effectively prevented regardless of the rate of change in the rotational speed of the rotor 12.

さらに、回転数センサ36には構造が簡単で性能の安定
したものが使用されているので、上記のように優れた性
能を長期にわたって維持することが可能となる。
Furthermore, since the rotation speed sensor 36 has a simple structure and stable performance, it is possible to maintain the excellent performance as described above over a long period of time.

以上説明したように本実施例によれば、ロータ12の回
転数成分が径方向位置センサ32 (34)の検出信号
から除去され、その検出信号を用いてロータ12の姿勢
制御が行なわれるので、ステータ16側の振動を防止で
きる。
As explained above, according to this embodiment, the rotational speed component of the rotor 12 is removed from the detection signal of the radial position sensor 32 (34), and the attitude control of the rotor 12 is performed using the detection signal. Vibration on the stator 16 side can be prevented.

したがってこのポンプが使用された電子顕微鏡において
は、高精度な測定が可能となる。
Therefore, in an electron microscope using this pump, highly accurate measurements are possible.

(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、磁気浮上した回転
軸の姿勢制御に用いられる回転軸の径方向位置検出信号
からその回転数周波数成分が除去されるので、ステータ
側の振動を確実に防止抑制することが可能となる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the rotation speed frequency component is removed from the radial position detection signal of the rotating shaft used for attitude control of the magnetically levitated rotating shaft. It becomes possible to reliably prevent and suppress vibrations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は磁気軸受式ターボ分子ポンプの内部構造説明図
、第2図は第1図におけるロータの姿勢制御回路説明図
、第3図は第2図におけるスイツチトキャパシタ式通過
フィルタの回路構成説明図、第4図は第2図におけるス
イツチトキャパシタ式帯域通過フィルタ52のフィルタ
特性図、第5図は第2図における帯域消去フィルタ50
のフィルタ特性図である。 10・・・ステータ 12・・・ロータ 26.28・・・径方向電磁石 32.34・・・径方向位置センサ 36・・・回転数センサ 40・・・比較器 42・・・基準位置設定器 44・・・前置増幅器 /16・・・PID補償器 /18・・・電力増幅器 50・・・帯域消去フィルタ 52・・・スイッチトキャパシタ式 帯域通過フィルタ 54・・・比較器 56・・・PLL回路 58・・・波形整形器 以上 出願人   セイコー精機株式会社 万1気単由受六ターボ・が)ホ)フ゛Jt1部硼uL翻
5明図第1図 スイ、、+トキψハ・シタ飢フルハフttb9qFrす
t良り第4図 摩感消ム乃ルクのフィル7ヂ旨ゴZ 第5図
Fig. 1 is an explanatory diagram of the internal structure of the magnetic bearing type turbomolecular pump, Fig. 2 is an explanatory diagram of the rotor attitude control circuit in Fig. 1, and Fig. 3 is an explanatory diagram of the circuit configuration of the switched capacitor type pass filter in Fig. 2. 4 is a filter characteristic diagram of the switched capacitor type bandpass filter 52 in FIG. 2, and FIG. 5 is a filter characteristic diagram of the band-elimination filter 50 in FIG.
FIG. 10... Stator 12... Rotor 26.28... Radial electromagnet 32.34... Radial position sensor 36... Rotation speed sensor 40... Comparator 42... Reference position setter 44... Preamplifier/16... PID compensator/18... Power amplifier 50... Band elimination filter 52... Switched capacitor type band pass filter 54... Comparator 56... PLL Circuit 58...Waveform shaper or more Applicant: Seiko Seiki Co., Ltd. Full Huff ttb9qFrst good figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)磁気浮上した回転軸の径方向位置を検出する軸径
方向位置検出手段と、 検出位置が目標位置に一致する方向へ前記回転軸を移動
する軸移動制御手段と、 前記回転軸の回転数を検出する軸回転数検出手段と、 軸移動制御手段の検出位置相当量から検出回転数相当成
分を除去する軸回転数成分除去手段と、を有することを
特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプの回転軸姿勢制
御装置。
(1) Shaft radial position detection means for detecting the radial position of the magnetically levitated rotary shaft; shaft movement control means for moving the rotary shaft in a direction in which the detected position coincides with a target position; and rotation of the rotary shaft. A magnetic bearing type turbomolecular pump comprising: a shaft rotation speed detection means for detecting the number of rotations; and a shaft rotation speed component removal means for removing a component corresponding to the detected rotation speed from an amount corresponding to the detected position of the shaft movement control means. Rotary axis attitude control device.
JP61159250A 1986-07-07 1986-07-07 Attitude control device for rotating shaft of magnetic bearing type turbo-molecular pump Pending JPS6313918A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0254920U (en) * 1988-10-14 1990-04-20
JPH044314U (en) * 1990-04-23 1992-01-16
JPH04116673U (en) * 1991-03-29 1992-10-19 セイコー精機株式会社 magnetic bearing control device
CN111735571A (en) * 2020-07-20 2020-10-02 天津飞旋科技有限公司 Molecular pump dynamic balance adjusting device and adjusting method

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