JP3735749B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポンプを構成する回転体を磁気軸受により非接触支持するターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のターボ分子ポンプにおいては、圧縮されたガスが凝固してポンプ内に付着・堆積することを防止するために、加熱手段としてのヒータが設けられることがある。その場合、ヒータの過熱を防止するために、温度検出装置が設けられ、この温度検出装置の出力信号に基づいてヒータを制御する温度調整器が、磁気軸受などの制御を行うポンプ制御部に設けられる。
【０００３】
このように、加熱手段を備えた従来のターボ分子ポンプでは、ポンプ制御部に温度調整器が設けられるため、ポンプ制御部が大形化し、コストアップになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、加熱手段を備えていてもポンプ制御部の小形化およびコストダウンが可能で融通性の高いターボ分子ポンプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によるターボ分子ポンプは、回転体が磁気軸受により非接触支持されるターボ分子ポンプであって、ポンプ本体に前記ポンプ本体内の所要箇所を加熱するヒータおよび前記ポンプ本体内の所要箇所の温度を検出する温度検出装置が設けられ、ポンプ制御部にソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段が設けられており、前記ディジタル処理手段が、前記温度検出装置の出力に基づく前記ヒータの制御と少なくとも前記回転体を所定の目標位置に非接触支持するための前記磁気軸受の制御とを行い、前記磁気軸受の制御を所定回数実行するごとに前記ヒータの制御を１回行うものであって、前記ポンプ本体内の温度が所定の誤差範囲より低いときに前記ヒータをオンにし、前記ポンプ本体内の温度が前記誤差範囲より高いときに前記ヒータをオフにするものであることを特徴とするものである。
【０００６】
ディジタル処理手段としては、たとえば、マイクロコンピュータ、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、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。
【０００７】
この発明によれば、磁気軸受の制御を行うためにポンプ制御部に設けられているＤＳＰなどのディジタル処理手段を用いて、ヒータの制御も行うことができ、ポンプ制御部に従来のような温度調整器を設ける必要がない。このため、ポンプ制御部の小形化およびコストダウンが可能である。また、ディジタル処理手段のソフトウェアプログラムによってヒータの制御などを自由に設計することができ、きわめて融通性が高い。さらに、ディジタル処理手段を他の様々な用途に利用することもできる。
【０００８】
さらに、回転体を所定の目標位置に非接触支持するための磁気軸受の制御を所定回数実行するごとにヒータの制御を１回行うので、磁気軸受の制御処理すなわち回転体の位置制御処理をより高速に処理することができる。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１および図２は、ポンプ制御部に磁気軸受の制御を行うＤＳＰが設けられているターボ分子ポンプにこの発明を適用した実施形態（第１実施形態）を示している。
【００１４】
図１に概略的に示すように、ターボ分子ポンプは、ポンプ本体(1)とポンプ制 御部(2)から構成されている。
【００１５】
ポンプ本体(1)には、ポンプの回転部分を構成する回転体を非接触支持するデ ィジタル制御型磁気軸受(3)と、回転体の位置を検出する位置検出装置(4)と、ポンプ本体(1)内の所要箇所を加熱する加熱手段としてのヒータ(5)と、ポンプ本体(1)内の所要箇所の温度を検出する温度検出装置(6)とが設けられている。
【００１６】
制御部(2)には、ディジタル制御手段としてのＤＳＰ(7)を備えた磁気軸受制御装置(8)が設けられている。
【００１７】
磁気軸受(3)は、複数の電磁石の磁気吸引力により回転体の軸方向（アキシア ル方向）の１箇所において回転体を軸方向の制御軸方向に非接触支持するとともに、軸方向の２箇所において、それぞれ、回転体を互いに直交する２つの径方向（ラジアル方向）に非接触支持するものである。
【００１８】
位置検出装置(4)は、複数の位置センサにより、回転体の前記軸方向の制御軸 方向の位置を検出するとともに、回転体の軸方向の２箇所における互いに直交する前記２つの径方向の制御軸方向の位置を検出するものである。
【００１９】
磁気軸受(3)、位置検出装置(4)、ヒータ(5)および温度検出装置(6)については、公知の任意の構成を採用しうるので、詳細な説明は省略する。
【００２０】
磁気軸受制御装置(8)は、位置検出装置(4)の出力信号すなわち回転体の位置に基づいて磁気軸受(3)を制御するとともに、温度検出装置(6)の出力信号すなわちポンプ本体(1)内の温度に基づいてヒータ(5)のオン・オフを制御する。さらに詳しく説明すると、ＤＳＰ(7)は、回転体の位置に基づいて、磁気軸受(3)の各電磁石に対する電磁石制御信号を対応する電力増幅器に出力する。そして、各電力増幅器から電磁石制御信号に基づく励磁電流が対応する電磁石に供給され、これにより、回転体が所定の目標位置に非接触支持される。また、ＤＳＰ(7)は、ポン プ本体(1)内の温度が所定の誤差範囲内にあるかどうかを調べ、誤差範囲より低 いときには、ヒータ(5)をオン（加熱状態）にし、誤差範囲より高いときには、 ヒータ(5)をオフ（非加熱状態）にする。これにより、ポンプ本体(1)内の温度が一定の範囲内に保持され、圧縮されたガスが凝固してポンプ本体(1)内に付着・ 堆積することが防止され、しかもヒータ(5)の過熱も防止される。
【００２１】
次に、図２のフローチャートを参照して、磁気軸受制御装置(8)におけるＤＳ Ｐ(7)の処理の１例について説明する。
【００２２】
図２において、ポンプの運転が開始されると、ＤＳＰ(7)は、まず、ポンプ本 体(1)内の目標温度を設定し（ステップ101）、温度誤差を設定する（ステップ102）。目標温度設定値をＴ、温度誤差設定値をδとする。次に、位置制御処理を 行う。すなわち、位置検出装置(4)の出力信号から回転体の位置を検出し（ステ ップ103）、これに基づいてＰＩＤ演算を行い（ステップ104）、対応する電力増幅器に電磁石制御信号を出力する（ステップ105）。次に、ヒータ制御処理を行 う。すなわち、まず、温度検出装置(6)の出力信号からポンプ本体(1)内の温度を検出する（ステップ106）。温度検出値をｔとする。次に、ｔと温度誤差範囲の 下限値である（Ｔ−δ）とを比較し（ステップ107）、ｔが（Ｔ−δ）より小さ ければ、ステップ108に進んで、ヒータ(5)をオンにし、ステップ103に戻る。ス テップ107においてｔが（Ｔ−δ）より小さくなかったときは、ステップ109に進んで、ｔと温度誤差範囲の上限値である（Ｔ＋δ）とを比較し、ｔが（Ｔ＋δ）より大きければ、ステップ110に進んで、ヒータ(5)をオフにし、ステップ103に 戻る。ステップ109においてｔが（Ｔ＋δ）より大きくなかったときは、そのま まステップ103に戻る。これにより、ポンプ本体(1)内の温度が、（Ｔ−δ）から（Ｔ＋δ）までの間の温度誤差範囲とほぼ等しい一定の範囲内に保持される。
【００２３】
上記の図２の処理では、高速に処理を行う必要がある位置制御処理と、ヒータ制御処理とを１つの処理ループの中で行っており、位置制御処理のみを行う場合に比べて処理に時間がかかるが、ＤＳＰの処理能力に余裕がある場合は、問題がない。もし、ＤＳＰの処理能力に余裕がない場合、あるいは位置制御処理をより高速に処理する必要がある場合などには、頻繁に行う必要のないヒータ制御処理を所定の時間をおいて間欠的に行い、その間は位置制御処理のみを繰り返して行うようにする。具体的には、たとえば図３のフローチャートに示すように、ステップ101と102で目標温度と温度誤差を設定した後、ステップ111でカウント値ｎを１に設定して、ステップ103、104および105の位置制御処理を行い、ステップ112でカウント値ｎが予め設定された値Ｘ（位置制御処理の連続実行回数で、たとえば１００、１０００など）より小さい場合は、ステップ113でカウント値ｎを（ｎ＋１）として、ステップ103に戻り、位置制御処理を繰り返す。そして、ステップ112でカウント値ｎがＸになると、ステップ106、107、108、109および110のヒータ制御処理を行い、ステップ111に戻る。このようにすれば、位置制御処理を所定の回数実行するごとにヒータ制御処理を行うことができ、位置制御処理をより高速に処理することができる。
【００２４】
磁気軸受制御装置(8)は、たとえばマイクロコンピュータなど、他のディジタ ル処理手段を用いたものであってもよい。
【００２５】
図示は省略したが、ポンプ本体(1)には、回転体を回転駆動するための電動機 が設けられている。この電動機の制御については、磁気軸受制御装置(8)のＤＳ Ｐ(7)によって電動機も制御するようにしてもよいし、専用の電動機制御装置を 設けて電動機を制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、この発明の第１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、図１のポンプ制御部の磁気軸受制御装置におけるディジタル信号処理プロセッサの処理の１例を示すフローチャートである。
【図３】 図３は、図１のポンプ制御部の磁気軸受制御装置におけるディジタル信号処理プロセッサの処理の他の１例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
(1) ポンプ本体
(2) ポンプ制御部
(3) 磁気軸受
(4) 位置検出装置
(5) ヒータ
(6) 温度検出装置
(7) ディジタル信号処理プロセッサ（ディジタル処理手段）
(8) 磁気軸受制御装置

Claims (1)

  1. 回転体が磁気軸受により非接触支持されるターボ分子ポンプであって、ポンプ本体に前記ポンプ本体内の所要箇所を加熱するヒータおよび前記ポンプ本体内の所要箇所の温度を検出する温度検出装置が設けられ、ポンプ制御部にソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段が設けられており、前記ディジタル処理手段が、前記温度検出装置の出力に基づく前記ヒータの制御と少なくとも前記回転体を所定の目標位置に非接触支持するための前記磁気軸受の制御とを行い、前記磁気軸受の制御を所定回数実行するごとに前記ヒータの制御を１回行うものであって、前記ポンプ本体内の温度が所定の誤差範囲より低いときに前記ヒータをオンにし、前記ポンプ本体内の温度が前記誤差範囲より高いときに前記ヒータをオフにするものであることを特徴とするターボ分子ポンプ。
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