JP2014110653A - 電磁回転装置及び該電磁回転装置を備えた真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】回生時の電力を磁気軸受装置の電磁石巻線で消費することで小型化やコストダウンを図れる電磁回転装置及び該電磁回転装置を備えた真空ポンプを提供する。
【解決手段】モータ電圧監視回路６０で、モータ駆動主回路３０の電圧がモータ１２１の減速時若しくは加速時の設定速度到達後のオーバーシュート等で通常運転時の電圧より高くなった状態を検出する。このときモータ電圧監視回路６０より制動電流調整回路７０と磁気軸受制御回路５０に対し電圧高検出信号を送る。制動電流調整回路７０では、この電圧高検出信号を受けてモータ１２１の誘起電圧が一定若しくは下がるようにモータ１２１の制動電流指令値を減らす。一方、磁気軸受制御回路５０のアンプ制御回路２７１では、この電圧高検出信号を受けて電磁石巻線１５１を流れるバイアス電流を増加して消費電力を増やす。
【選択図】図１

Description

本発明は電磁回転装置及び該電磁回転装置を備えた真空ポンプに係わり、特に回生時の電力を磁気軸受装置の電磁石巻線で消費することで小型化やコストダウンを図れる電磁回転装置及び該電磁回転装置を備えた真空ポンプに関する。

近年のエレクトロニクスの発展に伴い、メモリや集積回路といった半導体の需要が急激に増大している。これらの半導体は、極めて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、半導体基板上に微細な回路パターンを形成し、これを積層するなどして製造される。そして、これらの作業は空気中の塵等による影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる必要がある。このチャンバの排気には、一般にポンプ装置として真空ポンプが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が容易である等の点から真空ポンプの中の１つであるターボ分子ポンプが多用されている。

また、半導体の製造工程では、さまざまなプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気するのにも使用される。更に、ターボ分子ポンプは、電子顕微鏡等の設備において、粉塵等の存在による電子ビームの屈折等を防止するため、電子顕微鏡等のチャンバ内の環境を高度の真空状態にするのにも用いられている。

そして、このようなターボ分子ポンプは、半導体製造装置や電子顕微鏡等のチャンバからガスを吸引排気するためのターボ分子ポンプ本体と、このターボ分子ポンプ本体を制御する制御装置とから構成されている。ターボ分子ポンプ本体の縦断面図を図９に示す。

図９において、ターボ分子ポンプ本体１００は、円筒状の外筒１２７の上端に吸気口１０１が形成されている。そして、外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードによる複数の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、…を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３が備えられている。この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。

上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石がＸ軸とＹ軸にかつ＋方向と−方向に、それぞれの対をなして配置されている（図示しないが、必要に応じて電磁石１０４Ｘ＋、１０４Ｘ−、１０４Ｙ＋、１０４Ｙ−という）。この上側径方向電磁石１０４に近接かつ対応されて４個の電磁石からなる上側径方向センサ１０７が備えられている。この上側径方向センサ１０７は回転体１０３の径方向変位を検出し、制御装置に送るように構成されている。

この制御装置においては、上側径方向センサ１０７が検出した変位信号に基づき、ＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介した磁気軸受制御回路により上側径方向電磁石１０４を励磁制御し、ロータ軸１１３の上側の径方向位置を調整する。
そして、このロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄など）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。

また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している（下側径方向電磁石１０５についても、必要に応じて電磁石１０５Ｘ＋、１０５Ｘ−、１０５Ｙ＋、１０５−という）。

更に、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向変位信号が制御装置に送られるように構成されている。

そして、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂは、この軸方向変位信号に基づき、制御装置のＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介した磁気軸受制御回路により励磁制御されるようになっている。軸方向電磁石１０６Ａは、磁力により金属ディスク１１１を上方に吸引し、軸方向電磁石１０６Ｂは、金属ディスク１１１を下方に吸引する。

このように、制御装置は、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。
なお、これら上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁駆動する磁気軸受制御回路については、後述する。

一方、モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置によって制御されている。

また、モータ１２１には図示しない回転数センサが組み込まれており、この回転数センサの検出信号によりロータ軸１１３の回転数が検出されるようになっている。更に、例えば下側径方向センサ１０８近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸１１３の回転の位相を検出するようになっている。制御装置では、この位相センサと回転数センサの検出信号をともに用いて磁極の位置を検出するようになっている。

回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、…とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、…が配設されている。回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、…は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。

そして、固定翼１２３の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、…の間に嵌挿された状態で支持されている。固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。

固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設され、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間にはネジ付きスペーサ１３１が配設されている。そして、ベース部１２９中のネジ付きスペーサ１３１の下部には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。

かかる構成において、回転翼１０２がモータ１２１により駆動されてロータ軸１１３と共に回転すると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバからの排気ガスが吸気される。

ここに、ターボ分子ポンプは、個々に調整された固有のパラメータ（例えば、機種の特定、機種に対応する諸特性）に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ本体１００は、その本体内に電子回路部１４１を備えている。この電子回路部１４１は、ターボ分子ポンプ本体１００の下部を構成するベース部１２９の中央付近の図示しない回転数センサの下部に収容され、気密性の底蓋１４５によって閉じられている。

次に、制御装置について説明する。
制御装置３００では図１０に示すように、整流回路１０で交流が直流に変換されるようになっている。この直流は、モータ駆動制御回路２０で調節されたパルス信号に基づきモータ駆動主回路３０で三相変換されてモータ１２１を駆動するようになっている。

整流回路１０の出力は直流安定化電源回路４０で電圧を落とされた後、モータ駆動制御回路２０に対し電源供給されると共に磁気軸受制御回路５０に対しても電源供給されるようになっている。磁気軸受制御回路５０からは上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂの各電磁石に対し励磁電流が流されるようになっている。

この励磁電流は一定の定常電流（バイアス電流）に位置偏差信号に応じた変位電流が重畳された形で、上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを構成する一対の電磁石に流されている。

次に、モータ駆動主回路３０について説明する。
図１１において、２本の電源線１ａ、１ｂ間には、抵抗３とトランジスタ５とが電源回路に対し接続されている。

また、この２本の電源線１ａ、１ｂ間には、トランジスタ７、９、１１、１３、１５、１７が三相ブリッジ結線されモータ１２１へと電源供給されるようになっている。各トランジスタ５〜１７のソース・ドレイン間には回生電流パス用のダイオード１９ａ〜１９ｇが接続されている。

トランジスタ９、１３、１７を流れる電流は図示しない電流検出部により検出され、モータ電流指令値との間で偏差が取られるようになっている。そして、トランジスタ７、９、１１、１３、１５、１７のそれぞれのゲートには、この偏差に基づき調節されたＰＷＭ制御信号が入力されるようになっている。

かかる構成において、抵抗３は回生抵抗として機能しており、回転体１０３を減速させるときにモータ１２１から発生する回生電力を熱に変換して消費させている。このように真空ポンプに回生抵抗を用いた従来例としては特許文献１〜３が知られている。

特開平７−２７９９６２ 特開２００２−１８０９９０ 特開２００４−１１２８７７

ところで、従来のようにモータの駆動主回路に回生抵抗を設置した場合、この回生抵抗で発生する熱を伝熱させる取付スペースが必要であるため制御装置が大きくなるという問題があった。
また、回生抵抗と共に回生抵抗への電流をオン、オフするトランジスタやダイオードも必要であり、コスト高になっていた。

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、回生時の電力を磁気軸受装置の電磁石巻線で消費することで小型化やコストダウンを図れる電磁回転装置及び該電磁回転装置を備えた真空ポンプを提供することを目的とする。

このため本発明（請求項１）は、モータと、該モータにより回転駆動されるロータ軸と、該ロータ軸の位置偏差に応じて生成される変位電流がバイアス電流に重畳された形で励磁電流として流される電磁石と、直流を供給する電源と、該電源から供給された前記直流を前記モータに供給するモータ駆動主回路と、前記直流の電圧を監視するモータ電圧監視回路と、該モータ電圧監視回路で監視された前記電圧が所定値以上になったときに検出信号を出力する検出信号出力手段と、該検出信号出力手段で出力された前記検出信号に基づき前記電磁石を励磁する前記バイアス電流を増加させる磁気軸受制御回路とを備えて構成した。

回生時や加速時の設定速度到達後のオーバーシュート等でモータ駆動主回路にかける電圧が上がったときには磁気軸受のバイアス電流を増加させることで磁気軸受装置の電磁石巻線で回生電力を消費させる。このことにより、回生抵抗を削除することが可能となる。
回生抵抗を削除すれば、回生抵抗設置スペースが不要となり、制御装置の小型化に繋がる。また、回生抵抗をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子も不要にできるため、コストダウンも図れる。

また、本発明（請求項２）は、前記モータに流すモータ電流を指令値に従い制御するモータ駆動制御回路と、前記検出信号出力手段で出力された前記検出信号に基づき前記モータ電流の前記指令値を減らす制動電流調整回路とを備えて構成した。

回生時や加速時に電圧が上がり過ぎると電子素子が壊れるのでモータ電流を調整して回生時等の電圧が上がらないようにする。
即ち、モータ駆動主回路への電圧が上がったらモータ電流の指令値を減らす。モータに流れる電流が減ると回生時等の電圧も下がる。

更に、本発明（請求項３）は、前記電源より前記磁気軸受制御回路に対し、前記モータ駆動主回路に供給された電圧と同じ電圧の直流が供給されることを特徴とする。

磁気軸受制御回路に対しモータ駆動主回路に供給された電圧と同じ電圧の直流を供給することで、モータ駆動制御回路や磁気軸受制御回路に直流を供給する直流安定化電源回路を小さくできる

更に、本発明（請求項４）は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁回転装置を備えた真空ポンプであって、前記ロータ軸には回転翼が取り付けられたことを特徴とする。

以上説明したように本発明（請求項１）によれば、モータ電圧監視回路で監視された電圧が所定値以上になったときに検出信号を出力し、この検出信号に基づき電磁石を励磁するバイアス電流を増加させるように構成したので、回生時や加速時等でモータ駆動主回路にかける電圧が上がったときには磁気軸受装置の電磁石巻線で回生電力を消費させることができるようになる。このことにより、回生抵抗を削除することが可能となる。

回生抵抗を削除すれば、回生抵抗設置スペースが不要となり、制御装置の小型化に繋がる。また、回生抵抗をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子も不要にできるため、コストダウンも図れる。

本発明の第１実施形態の全体ブロック図 モータの制動電流に関する制御ブロック図 磁気軸受制御回路の構成図 電磁石巻線に流す電流に関する制御ブロック図 半径方向位置制御システム図 タイムチャート 加速時に回生電力が発生する意味 本発明の第２実施形態の全体ブロック図 ターボ分子ポンプ本体の縦断面図 従来の全体ブロック図 モータ駆動主回路の構成図

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の第１実施形態の全体ブロック図を図１に示す。なお、図１０と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。

図１において、制御装置４００の整流回路１０には交流電源が接続されている。整流回路１０では交流が整流されて１００〜１５０ボルトの直流に変換されるようになっている。この直流は電源線１ａ、１ｂ間を流れモータ駆動主回路３０に入力されるようになっている。電源線１ａ、１ｂ間にはモータ電圧監視回路６０が配設されモータ駆動主回路３０の電圧が監視されるようになっている。

そして、このモータ電圧監視回路６０では、モータ１２１の減速時若しくは加速時に電源線１ａ、１ｂ間の電圧が所定の電圧より高くなったことが検出されるようになっている。

このときモータ電圧監視回路６０からは電圧高検出信号が出力されるようになっている。そして、この電圧高検出信号は制動電流調整回路７０と磁気軸受制御回路５０とに入力されるようになっている。制動電流調整回路７０では、この電圧高検出信号が入力されたときに図２に示す制動電流指令値演算部７１でモータ１２１の制動電流の指令値が演算されるようになっている。

制動電流指令値演算部７１で演算された制動電流の指令値はトランジスタ９、１３、１７に対しそれぞれ直列に配設された電流検出部７３により検出された電流値との間で偏差部７５において偏差が取られ、この偏差に基づきＰＷＭ制御部７７でパルス幅変調されたＰＷＭ制御信号が生成されるようになっている。

そして、モータ駆動主回路３０のトランジスタ７、９、１１、１３、１５、１７のそれぞれのゲートには、このＰＷＭ制御信号が入力されることで制動電流が調整されるようになっている。

整流回路１０から出力された直流は直流安定化電源回路４０で数ボルト程度の大きさの直流に落とされた後、モータ駆動制御回路２０及び磁気軸受制御回路５０に対し制御用の電圧として入力されるようになっている。
また、磁気軸受制御回路５０には電源線１ａ、１ｂ間の電圧が供給されている。

図３に磁気軸受制御回路５０の構成図を示す。磁気軸受制御回路５０は、アンプ回路２５０とアンプ制御回路２７１とで構成されている。アンプ制御回路２７１には直流安定化電源回路４０より制御用の電圧が入力されるようになっている。

図３において、ターボ分子ポンプ本体１００には、各電磁石１０４、１０５、１０６Ａ、１０６Ｂを構成する電磁石巻線１５１、１５１、…に対して共通のノード（このノードを共通ノードＣという）が設けられている。そして、各電磁石巻線１５１の一端１５１ａが共通ノードＣに接続されている。また、電磁石巻線１５１の他端１５１ｂは、アンプ回路２５０のトランジスタ２６１及びダイオード２６５に接続されている（この他端１５１ｂのノードをノードＥという）。

このとき、トランジスタ２６１は、パワーＭＯＳＦＥＴであり、ドレイン端子２６１ａが電磁石巻線１５１の他端１５１ｂに、ソース端子２６１ｂが電流検出回路２５５を介して整流回路１０の負極１ｂに接続されている。また、ダイオード２６５は、電流回生用あるいはフライホイール用のダイオードであり、カソード端子２６５ａが整流回路１０の正極１ａに、アノード端子２６５ｂが電磁石巻線１５１の他端１５１ｂに接続されている。

そして、トランジスタ２６１のソース端子２６１ｂに接続されている電流検出回路２５５は、一端が負極１ｂに他端がトランジスタ２６１のソース端子２６１ｂに接続された検出抵抗２５６と、この検出抵抗２５６の他端の電圧から電磁石電流ｉＬを検出する検出部２５７とを有している。この検出部２５７は電磁石巻線１５１に流れる電磁石電流ｉＬを検出して、この検出結果である電流検出信号２７３をアンプ制御回路２７１に出力するようになっている。

以上のようにして構成されるアンプ回路２５０は、各電磁石１０４、１０５、１０６Ａ、１０６Ｂを構成する電磁石巻線１５１、１５１、…毎に設けられるようになっている。

アンプ制御回路２７１は、ＤＳＰ部（図示略）内の回路となっている。そして、このアンプ制御回路２７１には、図４に示すように、モータ電圧監視回路６０で検出された電圧高検出信号が入力されるようになっている。そして、この電圧高検出信号が入力されたときに電流指令値演算部３７１で電磁石巻線１５１に流すバイアス電流の指令値が演算されるようになっている。

電流指令値演算部３７１で演算されたバイアス電流指令値３７３は、図４及び図５の半径方向位置制御システム図に示すように例えば下側径方向電磁石１０５を構成する電磁石１０５Ｘ＋の駆動のため、補償回路３７９から出力された一方の信号と加算部３８７において加算された形で偏差部３７５に入力されるようになっている。

また、電磁石１０５Ｘ−の駆動のため、補償回路３７９から出力された他方の信号は反転回路３８１で反転され、バイアス電流指令値３７３と加算部３８９において加算された形で偏差部３７５に入力されるようになっている。

バイアス電流指令値を加算するのは、回転体１０３の半径方向位置制御が線形的に行えるようにするためである。即ち、電磁石１０５Ｘ＋、電磁石１０５Ｘ−には、一定の直流バイアス電流と回転体１０３を一定位置に保持するための制御電流が重畳して流される。

補償回路３７９には、例えば下側径方向センサ１０８の位置検出回路３８３で検出された回転体１０３の半径方向位置と位置指令値３８５間の偏差部３４１で演算された偏差が入力されるようになっている。

図４において、電流検出回路２５５で検出した電磁石電流ｉＬの値と電流指令値とを偏差部３７５で比較し、ＰＷＭ制御部３７７では電磁石電流ｉＬを増加させる時間（上述した増加時間Ｔｐ１）や電磁石電流ｉＬを減少させる時間（上述した減少時間Ｔｐ２）を決めて、これに基づきＰＷＭ制御による１周期である制御サイクルＴｓ内にトランジスタ２６１のゲート端子に出力するゲート駆動信号２７４のパルス幅時間を決めるようになっている。

更に、図３において、アンプ回路２５０の共通ノードＣに対しては、切替回路２８０が接続されている。この切替回路２８０では、共通ノードＣに対してトランジスタ２８１及びダイオード２８５が接続されている。

ダイオード２８５は、電流回生用あるいはフライホイール用のダイオードであり、カソード端子２８５ａが共通ノードＣに、アノード端子２８５ｂがアンプ回路２５０と同じ負極１ｂに接続されている。また、トランジスタ２８１は、パワーＭＯＳＦＥＴであり、ドレイン端子２８１ａが整流回路１０の正極１ａに、ソース端子２８１ｂが共通ノードＣに接続されている。

そして、このトランジスタ２８１のゲート端子に対してはアンプ制御回路２７１から切替信号２７６が出力されるようになっており、アンプ制御回路２７１ではアンプ回路２５０に対する制御と同じ制御サイクルＴｓ内にトランジスタ２８１のゲート端子に出力する切替信号２７６のパルス幅時間を決めるようになっている。

かかる構成において、アンプ回路２５０のトランジスタ２６１をｏｎにして、切替回路２８０のトランジスタ２８１をｏｎにすると、正極１ａからトランジスタ２８１、共通ノードＣ、電磁石巻線１５１、トランジスタ２６１（及び電流検出回路２５５）を介して負極１ｂへ電流が流れる。そのため、電磁石巻線１５１には正極１ａから電流が供給されるので、電磁石電流ｉＬが増加する（この状態を増加モードＡ１という）。

一方、アンプ回路２５０のトランジスタ２６１をｏｆｆにして、切替回路２８０のトランジスタ２８１をｏｆｆにすると、電磁石巻線１５１で生じる逆起電力により負極１ｂからダイオード２８５、共通ノードＣ、電磁石巻線１５１、ダイオード２６５を介して正極１ａへ回生電流が流れる。これにより電磁石巻線１５１から生じる電磁エネルギーが消費されるので、電磁石電流ｉＬが減少する（この状態を減少モードＡ２という）。

更に、アンプ回路２５０のトランジスタ２６１をｏｎにして、切替回路２８０のトランジスタ２８１をｏｆｆにすると、電磁石巻線１５１で生じる逆起電力により負極１ｂからダイオード２８５、共通ノードＣ、電磁石巻線１５１、トランジスタ２６１（及び電流検出回路２５５）を介して負極１ｂへフライホイール電流が流れる。このとき、電磁石巻線１５１の両端１５１ａ、１５１ｂ間には電位差が生じないので、電磁石電流ｉＬがほぼ一定に保たれる（この状態を一定モードＡ３という）。

また、この一定モードＡ３以外にも、アンプ回路２５０のトランジスタ２６１をｏｆｆにして、切替回路２８０のトランジスタ２８１をｏｎにすると、電磁石巻線１５１で生じる逆起電力により正極１ａからトランジスタ２８１、共通ノードＣ、電磁石巻線１５１、ダイオード２６５を介して正極１ａへフライホイール電流が流れるので、この場合も電磁石電流ｉＬがほぼ一定に保たれる（この状態を一定モードＡ４という）。

ここで、アンプ回路２５０によるトランジスタ２６１等への制御位相と切替回路２８０によるトランジスタ２８１等への切替位相との調節を示すタイムチャートを図６に示す。

図６において、切替回路２８０に対しては、制御サイクルＴｓ中にトランジスタ２８１がｏｎにされる時間とｏｆｆにされる時間とが同じ時間となるように制御が行われる。このとき、制御サイクルＴｓの始めの時間（時間０）から制御サイクルＴｓの半分の時間（時間０．５Ｔｓ）まではトランジスタ２８１がｏｆｆにされる。

そのため、共通ノードＣの電圧は、電磁石巻線１５１で生じる逆起電力等により負極１ｂと略同じ電圧（以下、電圧ＶＬという）になる。一方、制御サイクルＴｓの半分の時間（時間０．５Ｔｓ）から制御サイクルＴｓの終わり（時間Ｔｓ）まではトランジスタ２８１がｏｎにされる。そのため、共通ノードＣの電圧は、正極１ａと略同じ電圧（以下、電圧ＶＨという）になる。

そして、電流検出回路２５５で検出した電磁石電流ｉＬの値が電流指令値よりも小さい場合には、アンプ制御回路２７１で電磁石電流ｉＬを増加させるように制御が行われる。この場合には、１制御サイクルＴｓ中で上述した増加時間Ｔｐ１だけ増加モードＡ１の状態となるように制御が行われ、他の時間は一定モードＡ３、Ａ４いずれかの状態となるように制御が行われる。

具体的には、時間０．５Ｔｓ〜時間Ｔｓでは切替回路２８０のトランジスタ２８１がｏｎにされているので、時間０．５Ｔｓを始点に時間Ｔｐ１だけトランジスタ２６１をｏｎにすることで増加時間Ｔｐ１だけ増加モードＡ１の状態とする。また、この時間Ｔｐ１経過後は、トランジスタ２６１をｏｆｆにすることで一定モードＡ４の状態とする。

一方、時間０〜時間０．５Ｔｓでは、切替回路２８０のトランジスタ２８１がｏｆｆにされているので（即ち増加モードＡ１の状態にはできないので）、トランジスタ２６１をｏｎにすることで一定モードＡ３の状態とする。これにより、１制御サイクルＴｓ中に増加時間Ｔｐ１だけ電磁石電流ｉＬが増加される。

一方、電流検出回路２５５で検出した電磁石電流ｉＬの値が電流指令値よりも大きい場合には、アンプ制御回路２７１で電磁石電流ｉＬを減少させるように制御が行われる。この場合には、１制御サイクルＴｓ中で上述した減少時間Ｔｐ２だけ減少モードＡ２の状態となるように制御が行われ、他の時間は一定モードＡ３、Ａ４いずれかの状態となるように制御が行われる。

具体的には、時間０〜時間０．５Ｔｓでは切替回路２８０のトランジスタ２８１がｏｆｆにされているので、時間０．５Ｔｓを終点に時間Ｔｐ２だけトランジスタ２６１をｏｆｆにすることで減少時間Ｔｐ２だけ減少モードＡ２の状態とする。また、トランジスタ２６１をｏｆｆにするまでの時間は、トランジスタ２６１をｏｎにすることで一定モードＡ３の状態とする。

一方、時間０．５Ｔｓ〜時間Ｔｓでは、切替回路２８０のトランジスタ２８１がｏｎにされているので（即ち減少モードＡ２の状態にはできないので）、トランジスタ２６１をｏｆｆにすることで一定モードＡ４の状態とする。これにより、１制御サイクルＴｓ中に減少時間Ｔｐ２だけ電磁石電流ｉＬが減少される。

更に、電流検出回路２５５で検出した電磁石電流ｉＬの値が電流指令値と一致している場合には、アンプ制御回路２７１で電磁石電流ｉＬを一定に保つように制御が行われる。この場合には、１制御サイクルＴｓ中で常に一定モードＡ３、Ａ４いずれかの状態となるように制御が行われる。

具体的には、時間０〜時間０．５Ｔｓでは切替回路２８０のトランジスタ２８１がｏｆｆにされているので、トランジスタ２６１をｏｎにすることで一定モードＡ３の状態とする。

一方、時間０．５Ｔｓ〜時間Ｔｓでは、切替回路２８０のトランジスタ２８１がｏｎにされているので、トランジスタ２６１をｏｆｆにすることで一定モードＡ４の状態とする。これにより、電磁石電流ｉＬが一定に保たれる。

以上により、切替回路２８０への制御を行いつつアンプ回路２５０を制御することで、電磁石電流ｉＬを増加、減少、一定に維持させることができ、電磁石電流ｉＬの値を電流指令値と一致させることができる。

次に、本発明の第１実施形態の動作を説明する。
図１では図１０とは異なり、モータ駆動主回路３０から回生抵抗３とトランジスタ５を除いている。そして、従来回生抵抗３で消費していた回生電力を電磁石巻線１５１で消費させるものである。

電磁石巻線１５１で消費されるエネルギーが従来回生抵抗３で消費されていたエネルギーのすべてではない場合、回生抵抗３を除くとモータ１２１の減速時、若しくは図７に示すように、加速時の設定回転速度到達後のオーバーシュート時に回生電流が流れた際、モータ駆動主回路３０の電圧が高くなる。このように電圧が上がると電子素子が壊れる恐れが生ずるので制動電流を調整して回生時の電圧が上がらないようにする必要がある。

そこで、モータ電圧監視回路６０で、モータ駆動主回路３０の電圧がモータ１２１の減速時若しくは加速時に通常運転時の電圧より１０〜２０％以上高くなったとき、この状態を検出しモータ電圧監視回路６０より制動電流調整回路７０と磁気軸受制御回路５０に対し電圧高検出信号を送る。

制動電流調整回路７０では、この電圧高検出信号を受けてモータ１２１の誘起電圧が一定若しくは下がるようにモータ１２１の制動電流指令値を減らす。
トランジスタ９、１３、１７を流れる電流は、この制動電流指令値との間で偏差が取られ、トランジスタ７、９、１１、１３、１５、１７のそれぞれのゲートには、この偏差に基づき調節されたＰＷＭ制御信号が入力される。このとき、モータ１２１を流れる制動電流は減り、制動電流が減ると電源線１ａ、１ｂ間に生じた回生電圧も下がる。

一方、磁気軸受制御回路５０のアンプ制御回路２７１では、この電圧高検出信号を受けて電磁石巻線１５１を流れる電流が通常運転時のバイアス電流の１．２倍〜３倍程度に増加するようにバイアス電流を含む電流指令値が演算される。
即ち、モータ駆動主回路３０の電圧が上がったら電磁石巻線１５１を流れるバイアス電流を含む電流を増加して消費電力を増やす。

以上により、回生抵抗３を削除した場合でも回生電力を消費し安定的にポンプを停止することができる。
また、回生抵抗３を削除すれば、回生抵抗設置スペースが不要となり、制御装置の小型化に繋がる。また、回生抵抗３をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子も不要にできるため、コストダウンも図れる。

なお、回生抵抗３を削除するとして説明したが、この回生抵抗３は残しておくことも可能である。この場合には、電磁石巻線１５１側で大半の回生エネルギーを消費させているので、回生抵抗３やこの回生抵抗３をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子の容量を小さくできる。また、ポンプを迅速に停止できる。

なお、電圧高検出信号は符号であるが、連続する電圧値とされてもよい。また、電圧値のレベルに応じて段階的に生成される符号とされてもよい。
連続する電圧値とすれば、制動電流の調整やバイアス電流の調整が連続的に可能となる。段階的とすれば制動電流の調整やバイアス電流の調整を段階的に変更できる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本発明の第２実施形態の全体ブロック図を図８に示す。なお、図１と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。

図１では、磁気軸受制御回路５０には電源線１ａ、１ｂ間の直流電圧が供給されていたのに対し、図８の制御装置５００では、直流安定化電源回路４０より４０〜６０ボルトに落とされた直流電圧が磁気軸受制御回路５０に供給されている点で相違する。１つの直流安定化電源回路４０を制御用と磁気軸受用に分岐して使用可能であるが、第２実施形態の場合には第１実施形態に比べ直流安定化電源回路４０の容量は大きくなる。

１ 電源線
３ 回生抵抗
５〜１７、２６１、２８１ トランジスタ
１０ 整流回路
２０ モータ駆動制御回路
３０ モータ駆動主回路
４０ 直流安定化電源回路
５０ 磁気軸受制御回路
６０ モータ電圧監視回路
７０ 制動電流調整回路
７１ 制動電流指令値演算部
７３ 電流検出部
７５、３７５ 偏差部
７７、３７７ ＰＷＭ制御部
１００ ターボ分子ポンプ本体
１０２ 回転翼
１０４ 上側径方向電磁石
１０５ 下側径方向電磁石
１０６Ａ、１０６Ｂ 軸方向電磁石
１１３ ロータ軸
１２１ モータ
１５１ 電磁石巻線
２５０ アンプ回路
２５５ 電流検出回路
２５６ 検出抵抗
２５７ 検出部
２６５、２８５ ダイオード
２７１ アンプ制御回路
２７３ 電流検出信号
２７４ ゲート駆動信号
２７６ 切替信号
２８０ 切替回路
３００、４００、５００ 制御装置
３７１ 電流指令値演算部
３７３ バイアス電流指令値

Claims (4)

1. モータと、
   該モータにより回転駆動されるロータ軸と、
   該ロータ軸の位置偏差に応じて生成される変位電流がバイアス電流に重畳された形で励磁電流として流される電磁石と、
   直流を供給する電源と、
   該電源から供給された前記直流を前記モータに供給するモータ駆動主回路と、
   前記直流の電圧を監視するモータ電圧監視回路と、
   該モータ電圧監視回路で監視された前記電圧が所定値以上になったときに検出信号を出力する検出信号出力手段と、
   該検出信号出力手段で出力された前記検出信号に基づき前記電磁石を励磁する前記バイアス電流を増加させる磁気軸受制御回路とを備えたことを特徴とする電磁回転装置。
2. 前記モータに流すモータ電流を指令値に従い制御するモータ駆動制御回路と、
   前記検出信号出力手段で出力された前記検出信号に基づき前記モータ電流の前記指令値を減らす制動電流調整回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電磁回転装置。
3. 前記電源より前記磁気軸受制御回路に対し、前記モータ駆動主回路に供給された電圧と同じ電圧の直流が供給されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電磁回転装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁回転装置を備えた真空ポンプであって、前記ロータ軸には回転翼が取り付けられたことを特徴とする真空ポンプ。

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