JP2007127181A - 磁気軸受装置および真空ポンプ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気軸受装置の回転試験を低コストで行なうことが可能な磁気軸受装置および真空ポンプ装置を提供する。
【解決手段】磁気軸受装置は、回転翼15を回転させる磁気軸受スピンドル1と、磁気軸受スピンドル1を制御するコントローラ16とを備え、コントローラ16は、回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられている第1の動作モードであるか、または回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられていない第2の動作モードであるかに基づいて磁気軸受スピンドル1の制御を行なう。
【選択図】図1
【解決手段】磁気軸受装置は、回転翼15を回転させる磁気軸受スピンドル1と、磁気軸受スピンドル1を制御するコントローラ16とを備え、コントローラ16は、回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられている第1の動作モードであるか、または回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられていない第2の動作モードであるかに基づいて磁気軸受スピンドル1の制御を行なう。
【選択図】図1
Description
本発明は、磁気軸受装置および真空ポンプ装置に関し、特に、複数の動作モードを有する磁気軸受装置および真空ポンプ装置に関する。
一般に、磁気軸受装置をターボ分子ポンプ用スピンドルとして使用する場合、磁気軸受スピンドルの回転体に慣性の大きな回転翼が取り付けられるため、磁気軸受スピンドルの制御パラメータは、あらかじめ回転翼が取り付けられることを想定して設計されている。これらの制御パラメータは磁気軸受スピンドルの機種毎に固有のものである。
このような機種固有の制御パラメータをあらかじめメモリに保存しておき、機種に応じて制御パラメータを使い分ける磁気軸受装置として、たとえば、特許文献1には以下のような磁気軸受装置が開示されている。すなわち、複数種のポンプユニットを制御する複数種の制御パラメータを保存するテーブルメモリと、位置センサの検知信号に基づいてポンプユニットの機種を判別する機種判別回路と、判別された機種に応じて制御パラメータを選択するテーブル選択回路とが設けられている。機種判別回路は、位置センサのオフセット信号およびゲイン等に基づいて機種を判別する。
特開2003−148383号公報
ところで、磁気軸受装置の出荷時およびオーバーホール時等に行なう回転試験では、磁気軸受スピンドルを定格回転速度まで回転させる必要がある。しかしながら、ターボ分子ポンプ用磁気軸受スピンドルの制御系、すなわち磁気軸受の制御パラメータおよびモータの制御パラメータは回転体に回転翼が取り付けられていることを前提に設計されているため、回転翼を取り付けない状態で磁気軸受を安定して動作させることはできない。また、回転翼を取り付けた磁気軸受スピンドルは、回転翼の空気抵抗が大きいために、大気中で定格回転速度まで回転させることはできない。
そこで、特許文献1記載の磁気軸受装置等、従来の磁気軸受装置の出荷時およびオーバーホール時の回転試験では、回転体に回転翼を取り付け、磁気軸受スピンドルを真空環境に据え付けた状態で回転試験が行われるが、回転翼の取り付けおよび真空環境への据え付けには多くの工数がかかり、また、専用の設備が必要になる。さらには、回転翼の慣性によって磁気軸受スピンドルの起動および回転停止に数分から数十分もの時間がかかるため、回転試験に非常に多くの工数が必要になる。したがって、特許文献1記載の磁気軸受装置等、従来の磁気軸受装置では、磁気軸受装置の回転試験に多大なコストがかかるという問題点があった。
それゆえに、本発明の目的は、磁気軸受装置の回転試験を低コストで行なうことが可能な磁気軸受装置および真空ポンプ装置を提供することである。
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる磁気軸受装置は、回転翼を回転させる磁気軸受スピンドルと、磁気軸受スピンドルを制御するコントローラとを備え、コントローラは、回転翼が磁気軸受スピンドルに取り付けられている第1の動作モードであるか、または回転翼が磁気軸受スピンドルに取り付けられていない第2の動作モードであるかに基づいて磁気軸受スピンドルの制御を行なう。
好ましくは、コントローラは、第1の動作モードに対応する第1の制御パラメータ、および第2の動作モードに対応する第2の制御パラメータを保存する記憶部と、第1の動作モードであるか、または第2の動作モードであるかに基づいて第1の制御パラメータまたは第2の制御パラメータを選択するパラメータ選択部と、パラメータ選択部が選択した制御パラメータに基づいて磁気軸受スピンドルの制御を行なうスピンドル制御部とを含む。
より好ましくは、磁気軸受スピンドルは、回転翼を回転させる回転体と、回転体を回転駆動するモータと、回転体を非接触で磁気的に支持する磁気軸受とを含み、記憶部が保存する各制御パラメータは、モータ用のパラメータおよび磁気軸受用のパラメータの少なくともいずれか一方である。
好ましくは、コントローラは、さらに、第1の動作モードであるか、または第2の動作モードであるかに基づいて磁気軸受スピンドルの異常検出を行なう。
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる真空ポンプ装置は、回転翼と、回転翼を回転させる磁気軸受スピンドルと、磁気軸受スピンドルを制御するコントローラとを備え、コントローラは、回転翼が磁気軸受スピンドルに取り付けられている第1の動作モードであるか、または回転翼が磁気軸受スピンドルに取り付けられていない第2の動作モードであるかに基づいて磁気軸受スピンドルの制御を行なう。
本発明によれば、磁気軸受装置の回転試験を低コストで行なうことができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
[構成および基本動作]
図1は、本発明の実施の形態に係る磁気軸受装置の構成を示す機能ブロック図である。
図1は、本発明の実施の形態に係る磁気軸受装置の構成を示す機能ブロック図である。
同図を参照して、磁気軸受装置は、磁気軸受スピンドル1と、コントローラ16とを備える。磁気軸受スピンドル1は、ハウジング2と、回転軸(回転体)3と、スラスト磁気軸受4と、ラジアル磁気軸受5〜6と、駆動用モータ7と、ラジアル位置センサ8〜9と、スラスト位置センサ10と、保護用軸受11〜12と、排気口14とを含む。コントローラ16は、メモリ(記憶部)17と、異常検出部22と、スピンドル制御部31と、パラメータ選択部32とを含む。
スピンドル制御部31は、磁気軸受制御部20と、モータドライバ21とを含む。パラメータ選択部32は、モード切り替えスイッチ18と、CPU(Central Processing Unit)19とを含む。
図2は、本発明の実施の形態に係る真空ポンプ装置の構成を示す機能ブロック図である。
同図を参照して、真空ポンプ装置は、たとえばターボ分子ポンプであり、本発明の実施の形態に係る磁気軸受装置と、ケース13と、回転翼15とを備える。
図1および図2を参照して、磁気軸受スピンドル1およびコントローラ16はケーブル23で接続される。
回転軸3は、ハウジング2内に設けられ、回転翼15を回転させる。
スラスト磁気軸受4は、電磁石を含み、電磁石に供給される電流に基づいて回転軸3のスラスト方向の支持を非接触で行なう。
スラスト磁気軸受4は、電磁石を含み、電磁石に供給される電流に基づいて回転軸3のスラスト方向の支持を非接触で行なう。
ラジアル磁気軸受5〜6は、電磁石を含み、電磁石に供給される電流に基づいて回転軸3のラジアル方向の支持を非接触で行なう。
駆動用モータ7は、供給される駆動電流に基づいて回転軸3を回転駆動する。
ラジアル位置センサ8〜9は、回転軸3のラジアル方向位置を検出し、検出信号をケーブル23経由でコントローラ16へ出力する。
ラジアル位置センサ8〜9は、回転軸3のラジアル方向位置を検出し、検出信号をケーブル23経由でコントローラ16へ出力する。
スラスト位置センサ10は、回転軸3のスラスト方向位置を検出し、検出信号をケーブル23経由でコントローラ16へ出力する。
磁気軸受制御部20は、ラジアル位置センサ8〜9およびスラスト位置センサ10から受けた検出信号、ならびに設定された制御パラメータに基づいて、スラスト磁気軸受4およびラジアル磁気軸受5〜6に電流を供給することにより、回転軸3を非接触で磁気的に支持する制御を行なう。
モータドライバ21は、駆動用モータ7に内蔵された回転検出センサ(図示せず)から受けた検出信号ならびに設定された制御パラメータに基づいて、駆動用モータ7に駆動電流を供給することにより、回転軸3を回転駆動する制御を行なう。
異常検出部22は、たとえばラジアル位置センサ8〜9およびスラスト位置センサ10から受けた検出信号に基づいて、磁気軸受スピンドル1の異常を検出し、磁気軸受スピンドル1の動作を停止する等の制御を行なう。
保護用軸受11〜12は、回転体3の上下に配置され、たとえばスラスト磁気軸受4またはラジアル磁気軸受5〜6が故障して回転軸3の支持を行なえなくなった場合に回転軸3を支持するために設けられる。
記憶部17は、回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられている場合(以下、第1の動作モードとも称する)に対応する制御パラメータ(以下、回転翼搭載用パラメータとも称する)、および回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられていない場合(以下、第2の動作モードとも称する)に対応する制御パラメータ(以下、回転翼未搭載用パラメータとも称する)を保存する。なお、記憶部17は、回転翼未搭載用パラメータを1種類だけ保存する構成であってもよいし、磁気軸受スピンドル1の据え付け方向に応じて複数種類の回転翼未搭載用パラメータを保存し、パラメータ選択部32が複数種類の回転翼未搭載用パラメータのうちいずれか1つを選択する構成であってもよい。
ここで、記憶部17の保存する制御パラメータは、たとえば、スラスト磁気軸受4およびラジアル磁気軸受5〜6に供給する電流値ならびに駆動用モータ7に供給する電流値を算出するための定数である。より詳細には、回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられていない場合には回転翼15による慣性の影響がなくなり回転軸3が軽くなるため、スラスト磁気軸受4およびラジアル磁気軸受5〜6に供給する電流値が、回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられる場合と比べて小さくなるように制御パラメータが設定される。
また、記憶部17の保存する制御パラメータは、たとえば、磁気軸受制御部20およびモータドライバ21がPID(Proportional Integral Derivative)制御等をスラスト磁気軸受4、ラジアル磁気軸受5〜6および駆動用モータ7に対して行なう際に用いる制御定数(ゲインおよび時定数等)である。
さらに、記憶部17は、異常検出部22が用いる異常検出用パラメータを回転翼搭載用パラメータおよび回転翼未搭載用パラメータとして保存する構成であってもよい。たとえば、記憶部17は、異常検出部22がスラスト磁気軸受4およびラジアル磁気軸受5〜6の電流値等の異常検出を行なう際の基準値、ならびに駆動用モータ7の加速時間等の異常検出を行なう際の基準値を保存する。より詳細には、回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられていない場合には回転翼15による慣性の影響がなくなり回転軸3が軽くなるため、駆動用モータ7が回転軸3を所定の回転速度にするまでに要する時間の正常値の上限を、回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられる場合と比べて短くするように異常検出用パラメータが設定される。このような構成により、回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられていない場合の磁気軸受装置の回転試験をさらに適切に行なうことができる。
[動作]
次に、回転試験を行なう際の本発明の実施の形態に係る磁気軸受装置の動作について説明する。なお、回転翼15は磁気軸受装置から取り外されている状態であると仮定して説明する。
次に、回転試験を行なう際の本発明の実施の形態に係る磁気軸受装置の動作について説明する。なお、回転翼15は磁気軸受装置から取り外されている状態であると仮定して説明する。
まず、モード切り替えスイッチ18を第1の動作モードに対応するオン状態とする。モード切り替えスイッチ18は、人がオン状態およびオフ状態を切り替える機械的なものであってもよい。また、RS232C等の通信回線を用いて磁気軸受装置外部から切り替えるか、あるいはコントローラ16が備えるタッチパネルを人が操作することによって切り替えるソフト的なものであってもよい。切り替える方法がソフト的なものである場合、モード切り替えスイッチ18の機能をCPU19が実現する構成とすることも可能である。
CPU19は、モード切り替えスイッチ18がオン状態の場合には、磁気軸受制御部20、モータドライバ21および異常検出部22のパラメータを回転翼未搭載用パラメータに設定する。より詳細には、CPU19は、回転翼未搭載用パラメータを記憶部17から磁気軸受制御部20、モータドライバ21および異常検出部22へバス等を介して転送する。
そして、磁気軸受制御部20およびモータドライバ21が、回転翼未搭載用パラメータに基づいて回転軸3および駆動用モータ7を制御して、磁気軸受スピンドル1を大気中で定格回転速度まで回転させることにより、磁気軸受装置の回転試験が行われる。また、異常検出部22は、回転翼未搭載用パラメータに基づいて、回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられている場合と異なる基準で磁気軸受スピンドル1の異常検出を行なう。
そして、磁気軸受装置の回転試験が終了すると、モード切り替えスイッチ18を第2の動作モードに対応するオフ状態とする。
CPU19は、モード切り替えスイッチ18が解除されている、すなわちオフ状態の場合には、磁気軸受制御部20、モータドライバ21および異常検出部22のパラメータを回転翼搭載用パラメータ、たとえば出荷時のパラメータに設定する。
ところで、特許文献1記載の磁気軸受装置等、従来の磁気軸受装置の出荷時およびオーバーホール時の回転試験では、回転体に回転翼を取り付け、磁気軸受スピンドルを真空環境に据え付けた状態で行なう必要があり、多大なコストがかかるという問題点があった。しかしながら、本発明の実施の形態に係る磁気軸受装置では、磁気軸受装置の回転試験を行なう場合に、磁気軸受スピンドルに回転翼を取り付けずに、大気中で磁気軸受スピンドルを定格回転速度まで回転させることができるため、磁気軸受装置の回転試験を短時間かつ簡易な設備で行なうことができ、磁気軸受装置の回転試験を低コストで行なうことができる。
また、ある製造者Aが磁気軸受装置を出荷し、それを購入した他の製造者Bが磁気軸受装置に回転翼等を取り付けてターボ分子ポンプとして販売する場合には、特許文献1記載の磁気軸受装置等、従来の磁気軸受装置では、製造者Aが磁気軸受装置の出荷時に試験用の回転翼を取り付けて回転試験を行ない、再び回転翼を取り外して出荷する必要があるが、本発明の実施の形態に係る磁気軸受装置では、試験用の回転翼の取り付けおよび取り外しを行なう必要がなく、磁気軸受装置の回転試験を効率的に行なうことができ、回転試験のコスト削減を図ることができる。
なお、本発明の実施の形態に係る磁気軸受装置では、記憶部17は、磁気軸受制御部20、モータドライバ21および異常検出部22が使用する、回転翼搭載用パラメータおよび回転翼未搭載用パラメータをそれぞれ保存する構成としたが、これに限定するものではない。回転翼15が磁気軸受スピンドル1に取り付けられていない場合に磁気軸受制御部20およびモータドライバ21のいずれか一方が使用する制御パラメータだけを回転翼未搭載用パラメータに変更して磁気軸受装置を安定して動作させることができるのであれば、記憶部17は、磁気軸受制御部20およびモータドライバ21が使用する回転翼未搭載用パラメータのいずれか一方を保存する構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態に係る磁気軸受装置を備える真空ポンプ装置はターボ分子ポンプであるとしたが、これに限定するものではなく、回転翼を備える真空ポンプ装置であれば本発明を適用することが可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 磁気軸受スピンドル、2 ハウジング、3 回転軸(回転体)、4 スラスト磁気軸受、5〜6 ラジアル磁気軸受、7 駆動用モータ、8〜9 ラジアル位置センサ、10 スラスト位置センサ、11〜12 保護用軸受、13 ケース、14 排気口、15 回転翼、16 コントローラ、17 メモリ(記憶部)、18 モード切り替えスイッチ、19 CPU、20 磁気軸受制御部、21 モータドライバ、22 異常検出部、23 ケーブル、31 スピンドル制御部、32 パラメータ選択部。
Claims (5)
- 回転翼を回転させる磁気軸受スピンドルと、
前記磁気軸受スピンドルを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記回転翼が前記磁気軸受スピンドルに取り付けられている第1の動作モードであるか、または前記回転翼が前記磁気軸受スピンドルに取り付けられていない第2の動作モードであるかに基づいて前記磁気軸受スピンドルの制御を行なう磁気軸受装置。 - 前記コントローラは、
前記第1の動作モードに対応する第1の制御パラメータ、および前記第2の動作モードに対応する第2の制御パラメータを保存する記憶部と、
前記第1の動作モードであるか、または前記第2の動作モードであるかに基づいて前記第1の制御パラメータまたは前記第2の制御パラメータを選択するパラメータ選択部と、
前記パラメータ選択部が選択した制御パラメータに基づいて前記磁気軸受スピンドルの制御を行なうスピンドル制御部とを含む請求項1記載の磁気軸受装置。 - 前記磁気軸受スピンドルは、
前記回転翼を回転させる回転体と、
前記回転体を回転駆動するモータと、
前記回転体を非接触で磁気的に支持する磁気軸受とを含み、
前記記憶部が保存する各制御パラメータは、前記モータ用のパラメータおよび前記磁気軸受用のパラメータの少なくともいずれか一方である請求項2記載の磁気軸受装置。 - 前記コントローラは、さらに、前記第1の動作モードであるか、または前記第2の動作モードであるかに基づいて前記磁気軸受スピンドルの異常検出を行なう請求項1記載の磁気軸受装置。
- 回転翼と、
前記回転翼を回転させる磁気軸受スピンドルと、
前記磁気軸受スピンドルを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記回転翼が前記磁気軸受スピンドルに取り付けられている第1の動作モードであるか、または前記回転翼が前記磁気軸受スピンドルに取り付けられていない第2の動作モードであるかに基づいて前記磁気軸受スピンドルの制御を行なう真空ポンプ装置。
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JP2005319703A JP2007127181A (ja) | 2005-11-02 | 2005-11-02 | 磁気軸受装置および真空ポンプ装置 |
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Citations (3)
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JPH11294454A (ja) * | 1998-04-09 | 1999-10-26 | Koyo Seiko Co Ltd | 制御型磁気軸受装置 |
JP2001263352A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-09-26 | Shimadzu Corp | 磁気軸受装置 |
JP2005290998A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Boc Edwards Kk | 真空ポンプ及びその制御方法 |
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2005
- 2005-11-02 JP JP2005319703A patent/JP2007127181A/ja active Pending
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