(57)【要約】【課題】ロータの磁極位置を正確に検出する。【解決手段】ＤＣブラシレスモータ６によってロータ２を回転させることによりガスを排気する真空ポンプであって、ロータ２と一体に回転する回転体４２の軸方向端面には周方向に段部４２ｂが形成され、この回転体４２の軸方向端面に対向して配設されるとともに、所定の搬送波信号が印加され、回転体４２の軸方向端面との間のギャップの変化に伴うインピーダンスの変化に応じて搬送波信号を振幅変調するセンサ部４４と、センサ部４４で振幅変調された変調波信号から包絡線を抽出して復調波信号を生成する復調生成手段４５と、復調波生成手段で生成された復調波信号のうち、所定周波数以上の復調波信号を通過させるフィルタ手段４７とを含み、フィルタ手段４７を介して出力されたフィルタ信号に基づいてロータ３の磁極位置を検出する検出手段３１と、検出手段３１により検出された磁極位置に基づき、ＤＣブラシレスモータ６を制御するモータ制御手段３３とを備える。【選択図】図４
2010096098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣブラシレスモータによってロータを回転させることによりガスを排気する真空ポンプであって、
前記ロータと一体に回転する回転体の軸方向端面には周方向に段部が形成され、
この回転体の軸方向端面に対向して配設されるとともに、所定の搬送波信号が印加され、前記回転体の軸方向端面との間のギャップの変化に伴うインピーダンスの変化に応じて前記搬送波信号を振幅変調するセンサ部と、
前記センサ部で振幅変調された変調波信号から包絡線を抽出して復調波信号を生成する復調生成手段と、前記復調波生成手段で生成された復調波信号のうち、所定周波数以上の復調波信号を通過させるフィルタ手段とを含み、前記フィルタ手段を介して出力されたフィルタ信号に基づいて前記ロータの磁極位置を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された磁極位置に基づき、前記ＤＣブラシレスモータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記検出手段は、ポンプの回転状態に応じて、前記フィルタ手段を介したフィルタ信号または前記フィルタ手段を介さない非フィルタ信号を出力する信号切換手段をさらに有し、前記信号切換手段から出力されたフィルタ信号または非フィルタ信号に基づいて前記ロータの磁極位置を検出することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
前記信号切換手段は、ポンプ起動時に前記非フィルタ信号を出力し、ポンプ回転数が所定回転数以上になると前記フィルタ信号を出力することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項４】
請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
前記信号切換手段は、ポンプ起動時に前記非フィルタ信号を出力し、ポンプ起動から所定時間が経過すると前記フィルタ信号を出力することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の真空ポンプにおいて、
前記検出手段は、
前記フィルタ信号および前記非フィルタ信号が所定の閾値を超えたか否かを判定することにより回転パルスを出力する判定手段と、
前記フィルタ信号に基づいて前記判定手段から回転パルスが出力される一方、前記非フィルタ信号に基づいて回転パルスが出力されないときは、前記閾値を変更する閾値変更手段とをさらに有することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の真空ポンプにおいて、
前記信号切換手段は、前記検出手段への通電開始時に前記フィルタ信号を出力し、その後、前記ロータの回転が検出されないと、前記非フィルタ信号を出力することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項７】
請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記ロータを加振する加振手段をさらに備え、
前記検出手段は、前記加振手段による加振時に前記フィルタ手段を介して出力された前記フィルタ信号に基づいて前記ロータの磁極位置を検出することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項８】
請求項１〜５、７のいずれか１項に記載の真空ポンプにおいて、
前記ロータを磁気浮上して回転可能に支持する第１の支持手段と、
前記検出手段への通電開始時に前記ロータを磁気浮上させずに回転可能に支持する第２の支持手段とを備えることを特徴とする真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣブラシレスモータによって回転駆動される真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ内のロータの端面に段部を形成し、この段部に対向してギャップセンサを配設するとともに、ギャップセンサによりロータの回転位置（磁極位置）を検出し、その検出信号に基づいてＤＣブラシレスモータに電力を供給してロータを回転駆動するようにしたターボ分子ポンプが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３７４００８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のターボ分子ポンプでは、ギャップセンサのコイルに所定の搬送波信号が印加され、搬送波信号はセンサ部のインダクタンスの変化に応じて振幅変調されるとともに、振幅変調された搬送波信号から復調波として包絡線が取り出される。そして、その復調波と所定の閾値との大小を判定することにより、ロータの磁極位置が検出される。
【０００５】
しかしながら、振幅変調される搬送波信号はゲイン設定に応じた値となるため、ゲイン設定が異なると、復調波が閾値を超えるタイミングにずれが生じ、ロータの磁極位置を正確に検出できないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による真空ポンプは、ＤＣブラシレスモータによってロータを回転させることによりガスを排気する真空ポンプであって、ロータと一体に回転する回転体の軸方向端面には周方向に段部が形成され、この回転体の軸方向端面に対向して配設されるとともに、所定の搬送波信号が印加され、回転体の軸方向端面との間のギャップの変化に伴うインピーダンスの変化に応じて搬送波信号を振幅変調するセンサ部と、センサ部で振幅変調された変調波信号から包絡線を抽出して復調波信号を生成する復調生成手段と、復調波生成手段で生成された復調波信号のうち、所定周波数以上の復調波信号を通過させるフィルタ手段とを含み、フィルタ手段を介して出力されたフィルタ信号に基づいてロータの磁極位置を検出する検出手段と、検出手段により検出された磁極位置に基づき、ＤＣブラシレスモータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フィルタ手段を介して出力された所定周波数以上の復調波信号に基づいてロータの磁極位置を検出するので、ゲイン設定に拘わらずロータの磁極位置を正確に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
−第１の実施の形態−
以下、図１〜図１０を参照して本発明による真空ポンプをターボ分子ポンプに適用する場合の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプの構成を示す図であり、ポンプ本体１とコントローラ３０の概略構成を示している。ロータ２が取り付けられたシャフト３は、ベース４に設けられた電磁石５１〜５３によって非接触支持されている。シャフト３の浮上位置は、ベース４に設けられたラジアル変位センサ７１，７２およびアキシャル変位センサ７３によって検出される。ラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１，５２と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石５３と、変位センサ７１〜７３とで５軸制御型磁気軸受が構成される。なお、２７，２８は非常用のメカニカルベアリングである。
【０００９】
シャフト３の下端には円形のディスク４１が設けられ、ディスク４１を上下に挟むように電磁石５３が設けられている。シャフト３は、電磁石５３によりディスク４１を吸引することによりアキシャル方向に浮上する。ディスク４１はナット４２によりシャフト３の下端部に固定され、ディスク４１とナット４２はシャフト３と一体に回転する。ナット４２の軸方向端面に対向し、ベース４側にはギャップ変位を検出するインダクタンス式のギャップセンサ４４が配設されている。
【００１０】
ロータ２には、回転軸方向に沿って複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ポンプ本体１のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９の保持機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
【００１１】
固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられ、ネジステータ１１の内周面とロータ２の円筒部１２との間にギャップが形成されている。ロータ２とスペーサ１０によって保持された固定翼９とは、ケーシング１３内に納められている。ロータ２が取り付けられたシャフト３を電磁石５１〜５３により非接触支持しつつモータ６により回転駆動すると、ケーシング上端の吸気口１３ａからガスが吸入され、このガスは矢印Ｇ１のように背圧側（空間Ｓ１）に排気される。背圧側に排気されたガスは、排気口２６に接続された補助ポンプにより排出される。
【００１２】
モータ６は、ＤＣブラシレスモータであり、シャフト３には永久磁石が内蔵されたモータロータが一体に設けられ、モータロータの周囲のベース４側にモータステータが配設されている。モータステータには、コントローラ３０を介してモータ駆動電流が供給され、このモータ駆動電流によりモータロータの周囲に回転磁界が形成され、ロータ２が回転駆動する。
【００１３】
ターボ分子ポンプ本体１は、コントローラ３０によって駆動制御される。コントローラ３０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の周辺回路を含んで構成される。コントローラ３０には、ギャップセンサ４４の出力信号に基づいてロータ２（モータロータ）の回転と磁極位置を検出する検出部３１と、磁気軸受を駆動制御する磁気軸受駆動制御部３２と、モータ６を駆動制御するモータ駆動制御部３３とが設けられている。モータ駆動制御部３３は、検出部３１で検出された磁極位置に同期してモータステータに転流する。
【００１４】
図２は、シャフト下端部のナット４２とギャップセンサ４４とを示す斜視図であり、ギャップセンサ側から見た図である。ナット４２の端面（図１の底面）には、中心部４２ａよりも外径側において１８０°間隔に段部４２ｂが設けられ、段部４２ｂを境にして高位置に端面部４２１が、低位置に端面部４２２がそれぞれ形成されている。ギャップセンサ４４から端面部４２２までのギャップ量ｇ２は、ギャップセンサ４４から端面部４２１までのギャップ量ｇ１よりも大きい。
【００１５】
ギャップセンサ４４は段部４２ｂにおけるギャップ量を検出する。図３は、ギャップセンサ４４の出力特性を示す図である。ギャップセンサ４４の出力は、ギャップ量が小さいほど大きく、ギャップ量が大きいほど小さくなる。例えばギャップセンサ４４にナット端面部４２１が面してギャップ量がｇ１であれば、センサ出力はｇｓ１となり、ギャップセンサ４４にナット端面部４２２が面してギャップ量がｇ２であれば、センサ出力はｇｓ２となる。
【００１６】
このギャップセンサ４４からの信号に基づきシャフト３の位相、つまり磁極位置とロータ２の回転が検出される。すなわち、ギャップセンサ４４は磁極位置検出用センサや回転センサとして用いられる。なお、ギャップセンサ４４の側方には、ナット中心部４２ａに対向してアキシャル変位センサ７３（図１）が配置される。
【００１７】
図４は、ギャップセンサ４４と検出部３１の構成を示すブロック図である。ギャップセンサ４４の構造は、珪素鋼などの透磁率の大きなコアの周囲にコイルを巻いた構成をなす。ギャップセンサ４４のコイルには搬送波信号として一定周波数・一定電圧の高周波電圧が印加され、ギャップセンサ４４とナット４２との間に磁気回路が形成される。このとき、ナット４２の回転に伴いセンサ部のインピーダンスが変化すると、ギャップセンサ４４で搬送波が振幅変調され、変調波信号が出力される。
【００１８】
図５の特性ａは、ギャップセンサ４４から出力された変調波信号の一例であり、センサ４４の出力電圧の時間変化を示す図である。図の時間Ｔ１において、ロータ２の回転によりギャップセンサ４４とナット４２の間のギャップ量が小さくなると、つまりナット端面部４２１がギャップセンサ４４に対向しているときは、変調波の振幅が大きくなる。一方、図の時間Ｔ２において、ギャップセンサ４４とナット４２の間のギャップ量が大きくなると、つまりナット端面４２２がギャップセンサ４４に対向しているときは、変調波の振幅が小さくなる。これによりロータ２の回転に伴い変調波信号ａの振幅の増減が繰り返される。
【００１９】
ギャップセンサ４４からの変調波信号ａは図４に示すように復調回路４５に入力される。復調回路４５では、変調波信号ａから振幅を取り出した信号、つまり図５の特性ｂに示す包絡線が抽出され、復調波信号ｂとして出力される。この復調波信号ｂは、ＨＰＦ切換部４６の切換に応じてハイパスフィルタ４７（以下、ＨＰＦ）を通過してフィルタ信号ｂ１として出力される。またはＨＰＦ４７を通過せずに非フィルタ信号ｂ２として出力される。さらにこのフィルタ信号ｂ１または非フィルタ信号ｂ２と、予め定められた閾値ｓ１またはｓ２との大小が判定部４８において判定され、ハイ信号またはロー信号が出力される。
【００２０】
図５の特性ｃは、判定部４８からの出力信号の一例である。時間Ｔ１では変調波信号（例えば非フィルタ信号ｂ２）が閾値ｓ２よりも大きいためハイ信号が出力され、時間Ｔ２では閾値ｓ２よりも小さいためロー信号が出力される。ハイ信号、ロー信号は回転パルスであり、回転パルスによりシャフト３の回転数を検出できる。
【００２１】
ここで、検出部３１にＨＰＦ４７を設ける意味について説明する。図５の変調波信号ａの振幅、つまりセンサ４４の感度は、ポンプ本体１には個体差があるため、大きさは一定ではない。図６（ａ），（ｂ）は、互いに異なる感度のポンプを使用した場合の変調波信号ａ１１，ａ１２およびこれに対応した復調波信号（非フィルタ信号）ｂ２１，ｂ２２の一例である。変調波信号ａ１２の振幅は変調波信号ａ１１の振幅よりも大きい。
【００２２】
図６（ｃ）は、各復調波信号ｂ２１，ｂ２２と閾値ｓ２との関係を示す図である。図６（ｃ）に示すように復調波信号ｂ２１，ｂ２２は互いに大きさが異なるため、復調波信号ｂ２１と閾値ｓ２との交点は、復調波信号ｂ２２と閾値ｓ２との交点とは一致せず、両者にずれが生じる。このため、復調波信号ｂ２１の出力時の判定部４３からの信号（ローハイ信号）をＣ１１、復調波信号ｂ２２の出力時の判定部４３からの信号をＣ１２で表すと、ロー信号からハイ信号に切り換わる時間がΔＴだけずれる。このような時間ずれがあると、モータロータの磁極位置を正確に検出できなくなり、モータ６の制御に支障を来す。
【００２３】
これを防止するため、本実施の形態では検出部３１にＨＰＦ４７を設ける。図７は、ＨＰＦ４７を通過したフィルタ信号ｂ１１，ｂ１２と通過しない非フィルタ信号ｂ２１，ｂ２２との関係を示す図である。フィルタ信号ｂ１１，ｂ１２は非フィルタ信号ｂ２１，ｂ２２から低周波成分を除去した信号であり、０点側にシフトした波形となる。ゲイン設定が異なるとフィルタ信号ｂ１１，ｂ１２の大きさは異なるが、閾値（例えば０点）との交点は互いに一致する。これによりゲイン設定に拘わらずフィルタ信号ｂ１１，ｂ１２は同一のポイントで閾値ｓ１と交わるため、図６（ｃ）の時間ずれΔＴをなくすことができ、モータロータの磁極の位置を精度良く検出できる。
【００２４】
ところで、ＨＰＦ４７は所定周波数（例えば１Ｈｚ）以上の信号を通過させるため、例えばロータ停止時にはＨＰＦ４７から所望の波形信号が出力されず、判定部４８で出力信号のローハイを判定できない。この場合、復調波信号ｂをＨＰＦ４７を通過させずに非フィルタ信号ｂ２としてそのまま出力すると、非フィルタ信号ｂ２は図３の特性に示すようにギャップ量に応じた値ｇｓ１またはｇｓ２となる。したがって、このセンサ出力ｇｓ１，ｇｓ２に基づきギャップ量がｇ１かｇ２かを判定すれば、ロータ停止時であってもモータロータの大まかな磁極位置を検出できる。また、始動時にはロータ磁極位置を厳密に定義する必要はなく大まかな磁極位置の判定ができればよい。
【００２５】
以上の点を考慮して本実施の形態では、ＨＰＦ切換部４６（図４）によりロータ回転数に応じてＨＰＦ４７の選択（オン）／非選択（オフ）を切り換え、モータロータの磁極位置を検出する。
【００２６】
図８は、コントローラ３０のＣＰＵで実行される処理、とくに検出部３１における処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば電源スイッチのオン後、スタートスイッチのオンにより開始され、ストップスイッチのオンにより終了する。電源スイッチのオンによりコントローラ３０が通電され、ギャップセンサ４４に一定周波数の搬送波信号が印加される。また、磁気軸受駆動制御部３２における処理によりシャフト３が磁気浮上される。なお、閾値ｓ１は、予め所定値（例えば０）に設定され、閾値ｓ２は、０よりも小さい所定値に設定されている。
【００２７】
まず、ステップＳ１で、ＨＰＦ切換部４６に制御信号を出力し、ＨＰＦ４７をオフするとともに、判定部４８で復調波信号ｂ（非フィルタ信号ｂ２）と閾値ｓ２との大小を判定し、回転パルスとしてローハイ信号を出力させる。ステップＳ２では、この回転パルスの周波数が予め定めた所定値ｆ１以上か否かを判定する。所定値ｆ１はＨＰＦ４７の特性によって定まり、例えば入力信号に対する出力信号の比が１となる値に設定されている。ステップＳ２が否定されるとステップＳ３に進む。
【００２８】
ステップＳ３では、判定部４８で復調波信号ｂ（非フィルタ信号ｂ２）と閾値ｓ２との大小を判定し、この判定結果に基づきロータ２の磁極位置を検出する。ロータ２の回転停止時等で、復調波信号ｂと閾値ｓ２との大小が判定できない場合には、図３の特性に基づき判定部４８でギャップ量ｇ１，ｇ２を判定し、磁極位置を検出する。ステップＳ４では、この磁極位置に基づいてモータ駆動制御部３３に制御信号を出力する。これによりモータ駆動が開始され、ロータ２が回転する。次いでステップＳ２に戻り、同様の処理を繰り返す。
【００２９】
一方、ステップＳ２で、回転パルスの周波数が所定値ｆ１以上と判定されるとステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ＨＰＦ切換部４６に制御信号を出力し、ＨＰＦ４７をオンする。ステップＳ６では、判定部４８で、ＨＰＦ４７を通過したフィルタ信号ｂ１と閾値ｓ１との大小を判定し、この判定結果に基づき磁極位置を検出する。ステップＳ７では、この磁極位置に基づいてモータ駆動制御部３３に制御信号を出力する。これによりモータ駆動が継続され、ロータ２の回転数が予め定めた定格回転数まで上昇する。
【００３０】
第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ロータ４と一体に回転するナット４２の軸方向端面に段部４２ｂを形成するとともに、この軸方向端面に対向してギャップセンサ４４を配設した。そして、検出部３１での処理により、ギャップセンサ４４で振幅変調された変調波信号ａから復調波信号ｂを生成し、この復調波信号ｂをＨＰＦ４７でフィルタリングしてフィルタ信号ｂ１を取得し、フィルタ信号ｂ１と閾値ｓ１との大小を判定することによりモータロータの磁極位置を検出した。さらに、磁極の検出結果に基づきモータ駆動制御部３３でモータ６を制御するようにした。これによりゲイン設定に拘わらずモータロータの磁極位置を正確に検出することができ、モータ６を精度良く制御できる。
【００３１】
（２）周波数が所定値ｆ１以上では復調波信号ｂをＨＰＦ４７を介して出力し、フィルタ信号ｂ１と閾値ｓ１とを比較するようにしたので、復調波信号ｂ（非フィルタ信号ｂ２）が閾値ｓ２から大きくずれ、図９に示すように非フィルタ信号ｂ２と閾値ｓ２とが交差していない場合であっても、ロータ４の磁極位置の検出が可能になる。
【００３２】
（３）復調波信号ｂの周波数が所定値ｆ１未満では、ＨＰＦ切換部４６での切換によりＨＰＦ４７をオフして非フィルタ信号ｂ２を出力し、周波数が所定値ｆ１以上では、ＨＰＦ４７をオンしてフィルタ信号ｂ１を出力するようにした。そして、この非フィルタ信号ｂ２，フィルタ信号ｂ１と閾値Ｓ１，Ｓ２との大小を判定し、その判定結果に基づいてロータ２の磁極位置を検出するようにした。これによりポンプ停止時からポンプ回転数が定格回転数に至るまでの全域において、精度よくロータ２の磁極位置を検出できる。
【００３３】
なお、上記実施の形態（図８）では、回転パルスの周波数が所定値ｆ１以上か否かを判定して、ＨＰＦ４７をオフからオンに切り換えるようにしたが、これに代えて図１０の処理によりＨＰＦ４７を切り換えるようにしてもよい。すなわち図１０に示すように、スタートスイッチのオンから所定時間の経過を判定し（ステップＳ２Ａ）、所定時間後にＨＰＦ４７をオフからオンに切り換えるようにしてもよい。これによりＨＰＦオフ時にロータ２の回転が検出されず、ＨＰＦオン時に回転が検出される場合に、所定時間経過後には確実に回転を検出できるようになる。
【００３４】
−第２の実施の形態−
図１１を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、電源スイッチのオン後、スタートスイッチのオンによりロータ２を駆動し、ポンプの起動を開始するようにしたが、ポンプ起動後に停電が起き、その後、電源が復帰したときは、通常のポンプ起動時とは異なる処理が必要である。この点を説明するのが第２の実施の形態である。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００３５】
図１１は、第２の実施の形態に係るコントローラ３０における処理の一例を示すフローチャートであり、とくに停電状態からの復帰後の処理を示すものである。このフローチャートに示す処理は、コントローラ３０への通電開始により開始される。なお、停電復帰後にはコントローラ３０は自動的に通電され、自動的に処理が開始される。コントローラ３０が通電されるとギャップセンサ４４も同時に通電される。
【００３６】
ステップＳ１１では、ＨＰＦ切換部４６からの信号によりＨＰＦ４７をオンする。ステップＳ１２では、ギャップセンサ４４からの信号によりロータ２の回転数が所定回転数ｆ２以上か否かを判定する。これは、停電時にロータ２が回転中で、かつ、停電復帰後もロータ２が慣性で回転しているか否かの判定であり、ｆ２は例えば１Ｈｚに設定される。ステップＳ１２が肯定されるとステップＳ１３に進み、モータ駆動制御部３３に制御信号を出力し、ロータ２の回転を減速させる。
【００３７】
ステップＳ１２が否定されるとステップＳ１４に進み、コントローラ３０への通電開始から所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ１４が否定されるとステップＳ１１に進み、肯定されるとステップ１５に進む。ステップＳ１５では、ＨＰＦ切換部４６からの信号によりＨＰＦ４７をオフする。ステップＳ１６では、ロータ２の加速指令があったか否かを判定する。加速指令は、例えばスタートスイッチのオンによって指令できる。ステップＳ１６は肯定されるまで繰り返され、ステップＳ１６が肯定されるとステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、モータ駆動制御部３３に制御信号を出力し、モータ駆動を開始させる。その後の処理は、図８のステップＳ４以降と同様である。
【００３８】
このように第２の実施の形態では、コントローラ３０への通電開始時、より詳しくは検出部３１への通電開始時にＨＰＦ４７をオンに切り換え、その後、ロータ２の回転が検出されなくなるとＨＰＦ４７をオフに切り換えるようにした。これにより停電復帰後にロータ２を一旦減速させ、その後、ロータ２の駆動を開始する場合に、ロータ２の磁極位置を正確に検出することができ、ロータ２の回転を精度よく制御できる。なお、第２の実施の形態では、コントローラ３０への通電開始後に所定時間の経過を待ってＨＰＦ４７をオフに切り換えるようにしたが、所定時間の経過を待たずにＨＰＦ４７をオフに切り換えるようにしてもよい。
【００３９】
−第３の実施の形態−
図１２を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、周波数が所定値ｆ１以下で、ＨＰＦ４７のオフ時に非フィルタ信号ｂ２と閾値ｓ２とを比較して回転パルスを出力するようにしたが、図９に示すように非フィルタ信号ｂ２と閾値ｓ２とが交差しない場合には、回転パルスが出力されない。これを防止するのが第３の実施の形態である。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００４０】
図１２は、第３の実施の形態に係るコントローラ３０での処理の一例を示すフローチャートであり、とくに閾値ｓ２の変更に係る処理を示すものである。このフローチャートに示す処理は、例えば電源スイッチのオン後、モータ６に駆動電流が供給されると開始される。
【００４１】
ステップＳ２１では、ループ回数が判定される。ループ回数は初期状態では１に設定されている。ステップＳ２１で、ループ回数が１と判定されるとステップＳ２２に進み、ＨＰＦ４７をオンする。ステップＳ２３では、フィルタ信号ｂ１と閾値ｓ１との大小を判定することにより回転パルスが出力されているか否か、換言するとロータ２の回転数が検出されたか否かを判定する。なお、ＨＰＦ４７をオンした直後に回転数の検出／非検出を判定するのではなく、ＨＰＦ４７のオン後、所定時間が経過してから回転数の検出／非検出を判定するようにしてもよい。
【００４２】
ステップＳ２３が肯定されるとステップＳ２４に進み、フラグＦａを１に設定する。一方、ステップＳ２３が否定されるとステップＳ２５に進み、フラグＦａを０に設定する。次いで、ステップＳ２６で、ループ回数に１を加算してループ回数を２とし、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ２１でループ回数が２と判定されるとステップＳ２７に進み、ＨＰＦ４７をオフする。
【００４３】
ステップＳ２８では、非フィルタ信号ｂ２と閾値ｓ２との大小を判定することにより回転パルスが出力されているか否か、換言するとロータ２の回転数が検出されたか否かを判定する。なお、ＨＰＦ４７をオフした直後に回転数の検出／非検出を判定するのではなく、ＨＰＦ４７のオフ後、所定時間が経過してから回転数の検出／非検出を判定するようにしてもよい。ステップＳ２８が肯定されるとステップＳ２９に進み、フラグＦｂを１に設定する。一方、ステップＳ２８が否定されるとステップＳ３０に進み、フラグＦｂを０に設定する。次いで、ステップＳ２６で、ループ回数に１を加算してループ回数を３とし、ステップＳ２１に戻る。
【００４４】
ステップＳ２１でループ回数が３と判定されるとステップＳ３１に進み、フラグＦａとフラグＦｂがともに１であるか否かを判定する。ステップＳ３１が肯定されるとステップＳ３２に進む。この場合は閾値ｓ２を変更する必要がなく、閾値ｓ２を正常と判定し、処理を終了する。一方、ステップＳ３１が否定されるとステップＳ３３に進む。ステップＳ３３ではフラグＦａのみが１であるか否かを判定する。ステップＳ３４が肯定されるとステップＳ３４に進み、否定されると処理を終了する。ステップＳ３４では、閾値ｓ２を所定量だけ変更し、処理を終了する。以上の処理が終了すると、自動的にあるいはスタートスイッチのオンにより通常のポンプ運転（図８）が開始される。
【００４５】
なお、ステップＳ３４で閾値ｓ２を所定量変更した後、再度、回転数の検出／非検出を判定し、回転数が検出されない場合には、回転数が検出されるようになるまで閾値ｓ２を繰り返し変更するようにしてもよい。非フィルタ信号ｂ２の振幅の中央値（図５のｓ）と現在の閾値ｓ２とのずれを検出し、そのずれ分だけ閾値ｓ２を変更するようにしてもよい。
【００４６】
このように第３の実施の形態では、フィルタ信号ｂ１に基づいて判定部４８から回転パルスが出力され、かつ、非フィルタ信号ｂ２に基づいて回転パルスが出力されないときは、閾値ｓ２の設定が不適切であるとして閾値ｓ２を変更するようにした。これにより周波数が所定値ｆ１未満の低速回転時においても、ロータ２の磁極位置を正確に検出することが可能となる。
【００４７】
−第４の実施の形態−
図１３〜図１５を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。
上記第１〜第３の実施の形態では、周波数が所定値ｆ１未満の低速回転時にＨＰＦ切換部４６でＨＰＦ４７をオフに切り換えるようにしたが、第４の実施の形態では、これに代えてシャフト３に加振力を付与する。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００４８】
図１３は、第４の実施の形態に係る検出部３１の構成を示すブロック図である。なお、図４と同一の箇所には同一の符号を付している。図１３に示すように復調回路４５からの信号は全てＨＰＦ４７に入力され、ＨＰＦ４７から判定部４８にフィルタ信号ｂ１が出力される。
【００４９】
図１４は、電磁石５１〜５３の制御構成を示すブロック図である。シャフト３の浮上位置を検出する変位センサ７１〜７３からの信号は、磁気軸受制御部３２に入力される。磁気軸受制御部３２は、シャフト３を予め定めた所定位置に磁気浮上させるような制御信号を加算器５４に出力する。一方、検出部３１からの信号（回転パルス）は、加振器５５に入力される。加振器５５は、回転パルスの周波数が所定値ｆ１未満のときに、加算器５４に所定周波数の加振信号を出力し、回転パルスの周波数が所定値ｆ１以上のときは、加算信号の出力を停止する。
【００５０】
加算器５４では、磁気軸受制御部３２からの制御信号に加振信号が加算され、電磁石５１〜５３に出力される。これにより回転パルスの周波数が所定値ｆ１未満のときに、所定周波数でシャフト３が加振され、ギャップセンサ４４とナット４２の端面とのギャップ量が図１５（ａ）に示すように所定周期で変化する。このため、ロータ２が回転停止状態であっても、復調回路４５からは図５の復調波信号ｂと同様の信号が出力される。すなわちセンサ４４にシャフト３が近づいたときに振幅が大となる信号が出力され（時間Ｔ１）、センサ４４からシャフト３が離れたときに振幅が小となる信号が出力される（時間Ｔ２）。
【００５１】
この場合のセンサ出力の振幅は、ギャップセンサ４４がナット端面部４２１，４２２のいずれに面しているかによって異なる。すなわち、ギャップセンサ４４がナット端面部４２１に面しているときはセンサ出力の特性は図１５（ａ）の実線に示すようになり、ナット端面部４２２に面しているときは点線に示すようになる。そこで、判定部４８では、センサ出力から最大振幅値ｇ１，ｇ２を抽出し、図１５（ｂ）に示すように予め定めた閾値ｓ３と比較することによりロー／ハイを判定する。回転数の信号が重畳する場合は、加振器５５より出力される加振周波数はｆ１よりも十分大きくしておく（例えば１０倍以上）のが好ましく、また、ＨＰＦ（図示しない）やＬＰＦや加振周波数のみを通過するフィルタなど（図示しない）を直列に接続することにより必要な加振による信号のみを抽出することができる。これにより周波数が所定値ｆ１未満であってもロータ２の磁極位置を検出できる。なお、周波数が所定値ｆ１以上の場合には、シャフト３に加振力は付与されない。この場合は、判定部４８でフィルタ信号ｂ１と閾値ｓ１との比較によりローハイ信号が出力され、これにより磁極位置を検出できる。
【００５２】
このように第４の実施の形態では、回転パルスの周波数が所定値ｆ１未満のときに、磁気軸受け制御部３２からの制御信号に加振信号を加算して、シャフト３を強制的に加振するようにした。これによりロータ回転停止時であっても、ＨＰＦ４７をオフすることなく磁極位置の検出が可能となる。磁気浮上用の電磁石５１〜５３によりシャフト３を加振するので、加振のための構成を新たに設ける必要がなく、構成が容易である。
【００５３】
−第５の実施の形態−
図１６を参照して本発明の第５の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、電源スイッチのオン後、磁気軸受駆動制御部３２での処理によりシャフト３を磁気浮上させるようにしたが、コントローラ３０への通電開始時にはシャフト３を磁気浮上させず、ベアリング２７，２８でシャフト３を支持するようにしてもよい。この点を説明するのが第５の実施の形態である。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００５４】
図１６は、第５の実施の形態に係るコントローラ３０における処理の一例、とくに磁気軸受駆動制御に係る処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば停電状態からの復帰によりコントローラ３０への通電が開始されるとスタートする。
【００５５】
ステップＳ４１では、磁気軸受駆動制御部３２に制御信号を出力してシャフト３の磁気浮上を停止する。これによりシャフト３はベアリング２７，２８により支持される。ステップＳ４２では、ＨＰＦ切換部４６に制御信号を出力し、ＨＰＦ４７をオンする。ステップＳ４３では、ギャップセンサ４４からの信号によりロータ２の回転数が検出されたか否かを判定する。回転数が検出された場合はステップＳ４６に、検出されない場合はステップＳ４４に進む。なお、回転数が検出されない場合に即座にステップＳ４４に進むのではなく、所定時間が経過しても回転数が検出されない場合にステップＳ４４に進むようにしてもよい。
【００５６】
ステップＳ４４では、ＨＰＦ切換部４６に制御信号を出力し、ＨＰＦ４７をオフする。ステップＳ４７では、ギャップセンサ４４からの信号によりロータ２の回転数が検出されたか否かを判定する。回転数が検出された場合はステップＳ４６に、検出されない場合はステップＳ４７に進む。なお、回転数が検出されない場合に即座にステップＳ４７に進むのではなく、所定時間が経過しても回転数が検出されない場合にステップＳ４７に進むようにしてもよい。
【００５７】
ステップＳ４６では、減速フラグをセットし、ステップＳ４７では停止フラグをセットする。減速フラグがセットされたときは、モータ駆動制御部３３がモータ６に制御信号を出力し、ロータ２の減速動作を行う。次いで、ステップＳ４８で磁気軸受駆動制御部３２に制御信号を出力し、シャフト３の磁気浮上を開始させる。図１６の処理終了後は、例えば上述した図８、図１０、図１２のいずれかの処理を行う。
【００５８】
このように第５の実施の形態では、停電復帰後、コントローラ３０への通電開始時にシャフト３を磁気浮上させずに回転を検出するようにしたので、磁気浮上による振動をギャップセンサ４４がロータ２の回転によるギャップの変化であると誤検出することを防止することができ、ロータ２を精度よく減速させることができる。
【００５９】
なお、上記実施の形態では、ナット４２の端面に周方向１８０度おきに段部４２ｂを形成したが、これよりも多くの段部を形成するようにしてもよい。また、一部に透磁率の異なる部材を埋設してもよい。ロータ２と一体に回転する他の回転体の端面に段部を形成してもよい。ナット４２の端面に対向してギャップセンサ４４を配設したが、ギャップの変化に伴うインピーダンスの変化に応じて搬送波信号を振幅変調するのであれば、センサ部の構成は上述したものに限らない。センサ部としてのギャップセンサ４４によりシャフト３の磁極位置のみを検出し、シャフト３の回転は別の回転センサで検出するようにしてもよい。
【００６０】
復調回路４５により復調波を生成したが、復調波生成手段の構成はいかなるものでもよい。ＨＰＦ４７により所定周波数以上の復調波信号を通過させるようにしたが、フィルタ手段の構成はいかなるものでもよい。これら復調波生成手段とフィルタ手段とを含み、フィルタ信号ｂ１に基づいてロータ２の磁極位置を検出するのであれば、検出手段としての検出部３１の構成はいかなるものでもよい。ＤＣブラシレスモータ６を制御するモータ制御手段としてのモータ駆動制御部３３の構成もいかなるものでもよい。
【００６１】
ポンプ回転数が所定回転数以上になると（図８）、あるいはポンプ起動から所定時間が経過すると（図１０）、ＨＰＦ切換部４６での切換によりフィルタ信号ｂ１と非フィルタ信号ｂ２の出力を切り換えるようにしたが、信号切換手段の構成はこれに限らない。上記実施の形態（図１２）では、判定手段としての判定部４８によりフィルタ信号ｂ１および非フィルタ信号ｂ２が閾値ｓ１，ｓ２を越えたか否かを判定し、その判定結果に基づいてコントローラ３０での処理により閾値ｓ２を変更するようにしたが、閾値変更手段の構成はこれに限らない。
【００６２】
上記実施の形態（図１３）では、電磁石５１〜５３によりロータ２を加振するようにしたが、他の加振手段によって加振するようにしてもよい。第１の支持手段としての磁気軸受５１〜５３の構成、第２の支持手段としてのベアリング２７，２８の構成は図１のものに限らず、ポンプ本体の構成も図１のものに限らない。例えばターボ分子ポンプ以外（ドラッグポンプなど）にも本発明を適用可能である。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の真空ポンプに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態に係るターボ分子ポンプの全体構成を示す断面図。
【図２】シャフト下端部の斜視図。
【図３】ギャップセンサの出力特性を示す図。
【図４】第１の実施の形態に係るギャップセンサと検出部の構成を示すブロック図。
【図５】変調波信号と復調波信号とローハイ信号の一例を示す図。
【図６】異なるゲイン設定に対応する変調波信号と復調波信号の一例を示す図。
【図７】第１の実施の形態の効果を説明する図。
【図８】第１の実施の形態のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。
【図９】第１の実施の形態の別の効果を説明する図。
【図１０】第１の実施の形態の変形例図を示す図。
【図１１】第２の実施の形態のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。
【図１２】第３の実施の形態のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。
【図１３】第４の実施の形態に係るギャップセンサと検出部の構成を示すブロック図。
【図１４】第４の実施の形態のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。
【図１５】第４の実施の形態のシャフト加振時におけるセンサ出力の振幅の一例を示す図。
【図１６】第５の実施の形態のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６４】
６  モータ
３０  コントローラ
３１  検出部
３２  磁気軸受駆動制御部
３３  モータ駆動制御部
４２  ナット
４２ｂ  段部
４４  ギャップセンサ
４５  復調回路
４６  ＨＰＦ切換部
４７  ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
４８  判定部
５１〜５３  電磁石
５５  加振器
【図１】
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【図２】
2010096098.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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