JPH02221697A - 磁気軸受ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超高真空を利用する各種の分野に広く適用可
能な磁気軸受ターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰと略称す
る）に関するものである。

［従来の技術］ 第６図は、従来のＴＭＰ本体１００を示している。１０
１．１０２は能動形のラジアル磁気軸受、１０３は能動
形のスラスト磁気軸受である。これらの軸受１０１〜１
０３を制御するために、各々の軸受近傍に変位センサ１
０１ａ、１０２ａ、１０３ａを配置して軸受間の微少隙
間を検出し、その検出値を第７図に示すような軸受制御
部１０４に入力するようにしている。軸受制御部１０４
では、変位センサ１０１ａ〜１０３ａから入力された検
出値をアンプ１０４ａで増幅し、コントローラ１０４ｂ
で差動的な修正信号にして、ドライバ１０４ｃを介し各
磁気軸受１０１〜１０３の電磁石に駆動電圧を印加でき
るようになっている。

また、高周波モータ１１１を駆動するために、発振周波
数と出力電圧とを可変し得るインバータ１０５を備えて
おり、ＯＲ回路１０６とともにシーケンス制御系を構成
している。そして、このインバータ１０５に起動指令が
入力されることによってＴＭＰ　１００を立上げ、ＯＲ
回路１０６に停止指令が入力されることによってＴＭＰ
　１００に制動を加えることができるようになっている
。

ところで、従来のＴＭＰでは、完全に調整されたもので
あっても、実使用においては予期せぬ外力によるタッチ
ダウンや、取付装置からくる継続的振動、材料ストレス
等によって、回転体が劣化し、回転の安定性が遅速阻害
されることは免れ得ない。このため、タッチダウン破壊
からＴＭＰを保護するために、変位センサ１０１ａ〜１
０３ａの検出値をコンパレータ１０７で設定値と比較し
、検出信号レベルが一定値を越えて高速回転体の磁気浮
上が困難になったときに、異常処理回路１０８を停止モ
ードに切換えるようにしている。異常処理回路１０８は
、停止モードで異常表示灯１０９を点灯させるとともに
、前記ＯＲ回路１０６に停止指令を入力するようになっ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来のＴＭＰでは、上述した保護機能が作動
するような重大な異常が生じない限り、性能低下などが
あってもＴＭＰは継続して運転され、その兆候も伺い知
れないのが通例である。このため、運転中に突如として
タッチダウン破壊などが起こることかあ、す、ＴＭＰ本
体と真空装置などの使用目的とに多大な損失を被るケー
スが少なくない。これに対して、保護機能を強化するこ
とも考えられるが、このようにすると−時的かつ偶発的
な変位異常に対しても即ぐにＴＭＰが停止されてしまい
、円滑な運転が阻害される危険性がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので
あって、徐々に進行している性能低下を単なる一過性の
異常と明確に区別して感知することにより、事故に至る
前に適切な警告を発し得るようなＴＭＰを実現すること
を目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、かかる目的を達成するために、次のような構
成を採用したものである。

すなわち、本発明のＴＭＰ装置は、第１図に示すように
、磁気軸受の微少隙間を検出する変位センサ１と、この
変位センサ１から取出される検出信号を逐次入力し予め
設定した複数の基準変位レベルに分類してレベル毎の発
生度数を割出す演算手段２と、割出された頻度データを
各々の変位レベルでの許容値と比較して許容値を越える
ものを異常データと見なす判断手段３と、異常データの
発生状況に応じて作動する警告手段４とを具備してなる
ことを特徴としている。

［作用］ 高速回転体は、概して、小レベルの変位はど発生し易く
、大レベルの変位はど発生しにくい。しかし、小レベル
の変位が繰返して起これば何等かの異常が予想され放置
しておけば異常箇所が悪化する可能性がある。また、大
レベルの変位は発生回数が少なくとも突如として大事故
につながる危険性がある。

したがって、変位レベル毎に発生頻度の許容値を定めて
おき、それを上回る異常データがどの程度比てくるかに
よって警告を発するようにすれば、性能低下を単なる一
過性の変位異常と識別して明確に感知することができる
ので、警告の信憑性と有用性が確保される。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する０ 第２図は、本実施例に係るＴＭＰの回路図を示している
。同図において、軸受制御部２がアンプ２１、コントロ
ーラ２２及びドライバ２３によって構成されている点は
第７図に示した従来のものと同様であり、変位センサか
ら取出される検出信号をアンプ２１で増幅し、これをコ
ントローラ２２で差動的な修正信号にして、ドライバ２
３を介し電磁石に適宜の駆動電圧を印加できるようにな
っている。そして、アンプ２１の出力端にデータ処理部
４を接続している。

データ処理部４は、前処理回路４１と、Ａ／Ｄ変換器４
２と、マイコン４３と、出力ポート４４と、警告表示器
４５と、異常表示器４６と、インターフェース４７とか
らなっている。前処理回路は、変位センサから取出され
る第４図（ａ）のようなアナログ変位信号を絶対値処理
して同図（ｂ）に示すようにし、これを一定のサンプリ
ング周期Ｔｓでピークホールドする機能を有している。

Ａ／Ｄ変換器４２は、前記前処理回路４１から出力さレ
ルピーク値ＶＰ　　（ＶＰｌ、ＶＦ６、・・・、ＶＰＮ
）ヲ２値化する。マイコン４３は、本発明の演算手段と
判断手段とを兼ねたものとして、少なくともＣＰＵ、Ｒ
ＯＭ％ＲＡＭを備え、ＲＯＭ内にはＣＰＵを制御するプ
ログラムが書込まれている。ＣＰＵは、そのプログラム
に沿って演算を行い、出力ポート４４とインターフェー
ス４７とに適宜制御信号を出力することができるように
なっている。

また、ＲＯＭ内の他の領域には、第５図に示すように、
変位センサからの検出信号を３つの変位レベルに分類す
るために予め設定した基準変位レベルＶＡ　、　Ｖａ　
、ＶＣ（ＶＡ　＜ＶＢ　＜ＶＣ）と、頻度データに対す
る許容値ＮＡ　、　ＮＢ、　ＮＣ（１）　（Ｎ、＞Ｎ、
＞Ｎｃ　）とが格納してあり、その他に、異常データの
発生回数によって警告判定を下すための警告判定基準値
Ｍと、緊急停止を判断するための停止判定基準値Ｎ。、
２）とが記憶しである。さらに、ＲＡＭ内には異常デー
タを格納する異常データエリアが少なくとも確保されて
いる。なお、マイコン４３には出力ポート４４を介して
本発明の警告手段である警告表示器４５と異常表示器４
６とが接続されており、ＣＰＵはこれらを適宜点灯し得
るようになっている。

さらに、前記データ処理部４には、モータ制御部３と外
部デバイス５とが接続しである。モータ制御部３は、発
振周波数と出力電圧とを可変し得るインバータ３１と、
ＯＲ回路３２とから措成されており、ＯＲ回路３２の２
つの入力端子のうち一方を前記出力ポート４４に接続す
るとともに、他方の入力端子を図外の操作端に接続して
いる。

そして、ＯＲ回路３２の出力端子と、図外に設けた起動
指令用の操作端とをインバータ３１の入力端子に接続し
、該インバータ３１の出力端子を前記ＴＭＰ本体１の高
周波モータに接続している。

また、外部デバイス５は、コンピュータ５１と、このコ
ンピュータ５１に並列に接続されたデイスプレー５２及
びプリンタ５３とからなり、この外部デバイス５によっ
てＲＡＭ内に格納されている異常データのモニタやハー
ドコピーができるようになっている。

ＲＯＭ内に書込まれたプログラムをフローチャートで示
すと、第３図のようになる。以下、同図に沿って本実施
例の作動を説明する。

プログラムがスタートすると、先ず、ステップＳ１で絶
対値処理とピークホールドとが行われ、ステップＳ２で
Ａ／Ｄ変換された後、ステップＳ３でそれらの変位信号
Ｖｐが時系列でＣＰＵ内に取込まれる。そして、それら
をステップＳ４〜Ｓ６で基準変位レベルＶＡ、ＶＢ、Ｖ
Ｃと順次比較させ、■Ａ以上ＶＢ以下であれば小レベル
の変位としてステップＳ７で頻度データｎＡを歩進させ
、■８以以下。以下であれば中レベルの変位としてステ
ップＳ８で頻度データｎＢを歩進させ、ＶＣ以上のもの
であれば大レベルの変位としてステップＳ９で頻度デー
タｎ。を歩進させる。そして、ステップＳＩＯで変位セ
ンサからの検出信号をＮ回取込んだかどうかを判断し、
取込んでなければスタートに戻り、Ｎ回に達するまで以
上の操作を繰返す。また、取込んでいれば、このときの
各頻度データｎＡ”−ｎ（を維持してステップＳｌｌに
移る。

ステップ８１□〜８１３では、頻度データｎＡ−ｎＣを
第５図に示すようにそれぞれの許容値ＮＡ〜Ｎｃと比較
する。比較結果が同図のように全て許容値Ｎ　Ａ　−Ｎ
　ｃに満たなければ、ステップＳ１４に移ってこれらの
頻度データｎＡ−ｎ（をクリアし、スタートに戻る。ま
た、１つでも許容値に達するものがあれば、ステップＳ
工、に移ってその時の異常データとともに各頻度データ
ｎＡ−ｎ（を異常データエリアに格納し、ステップＳＬ
６で警告判定の基礎となるカウンタｍを歩進させる。そ
して、ステップＳＩ７でカウント値ｍを警告判定基準値
Ｍと比較し、それを越えていればステップ８１８で警告
表示器４５を作動させてステップ８．９に移り、越えて
いなければ直接ステップ３１９に飛ぶ。最後に、このス
テップＳ１９で、大レベルの頻度データｎ（を停止判定
基準値Ｎ　Ｃ（２１と比較し、それに達していなければ
ステップＳ１４で頻度データｎＡ〜ｎ（をクリアしてス
タートに戻る。また、それに達した場合は、ステップ８
２０で異常表示器４６に出力するとともに、ステップＳ
２ＬでＯＲ回路３２にモータ停止指令を入力してプログ
ラムを終える。

しかして、このようなものであれば、異常データエリア
内には運転開始から徐々に異常データｎ８〜ｎ（が蓄積
されてゆき、その取込回数がカウンタｍによって加算さ
れるので、小レベルの変位異常が続発したときや、中レ
ベルの変位異常がある程度型なった時、あるいは、大レ
ベルの変位異常が数回でも起こった時、さらにこれらの
状態が複合して生じたとき等は、警告表示器４５が点灯
し、ＴＭＰが正常に運転されていないことが知らされる
ことになる。逆に、何らかの突発的な外因などで一瞬大
レベルの変位が生じても、軽微なタッチダウンですぐに
復旧するような場合は、異常データエリアにデータが記
憶されるだけで安直に警告はされない。さらに、大レベ
ルの変位が少しでも継続しそうであれば、激しいタッチ
ダウンであり危険と判断されて、異常表示器４６が点灯
し、ＴＭＰ本体は停止される。

したがって、本実施例のＴＭＰによれば、性能低下など
に起因する重要な異常時にだけ警告がなされるため、警
告表示器４５の点灯を見て事前に対策を施すことができ
る。また、一過性の変位異常の場合は安直に警告表示さ
れないので、ポンプを使用する設備やプラント等に与え
る損害は最小限で済む。勿論、極めて危険な状態ではＴ
ＭＰは緊急停止されるので、事故発生時の速やがな対策
を施し得る。

また、従来では運転状態を計測するようなことが行われ
ていなかったため、異常停止発生後の原因究明が極めて
困難で、故障修理に手間取ることが多く、装置停止期間
が長びくという不都合を来たしていたが、本実施例では
、異常データがＲＡＭ内に保存されているので、設備メ
ンテナンス時や警告表示器４５の点灯時、或いは異常表
示器４６が点灯する緊急停止時などにこれを取出して、
デイスプレー５２でのモニタやプリンタ５３でのハード
コピー等によって適宜ＴＭＰの状態を定量的に把握する
ことができる。これにより、異常原因も推察し易くなる
。さらに、このような構成であれば、従来のＴＭＰ本体
に簡単に適用することができるので、使用上有益なもの
となる。

なお、以上の機能は好適には能動５軸についてそれぞれ
設けるのがよい。また、外部デバイスは電源部と一体化
して設けるようにしてもよく、さらに、ＴＭＰ本体を複
数台使用する必要がある場合には、共通のコンピュータ
にそれらを接続してネットワークを組み、それぞれのＴ
ＭＰの運転状況を集中管理することもできる。

その他、各部の構成なども図示実施例に限定されず、本
発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

［発明の効果］ 本発明のＴＭＰによれば、円滑な運転を阻害することな
く性能低下が適確に警告されるので、事故に至る前に事
前に修理などの処置を講じることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＴＭＰを示す構成説明図である。また
、第２〜第５図は本発明の一実施例を示し、第２図は回
路図、第３図はフローチャート図、第４図及び第５図は
作用説明図である。さらに、第６図及び第７図は従来例
を示し、第６図はＴＭＰの縦断面図、第７図は第２図に
対応する回路図である。 １・・・変位センサ ２・・・演算手段 ３・・・判断手段 ４・・・警告手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁気軸受の微少隙間を検出する変位センサと、この変位
   センサから取出される検出信号を逐次入力し予め設定し
   た複数の基準変位レベルに分類してレベル毎の発生度数
   を割出す演算手段と、割出された頻度データを各々の変
   位レベルでの許容値と比較して許容値を越えるものを異
   常データと見なす判断手段と、異常データの発生状況に
   応じて作動する警告手段とを具備してなることを特徴と
   する磁気軸受ターボ分子ポンプ。