【手続補正書】
【提出日】平成17年9月9日(2005.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  所定のゲインを有すると共に、入力部から入力された電気信号を、出力信号として変換する演算増幅器と、
前記演算増幅器に負帰還をかける抵抗体と、
前記出力信号の電圧値と比較する第１の基準電圧値を有し、前記出力信号が前記第１の基準電圧値よりも大きい場合に動作する第１のリミッタを有する第１のインピーダンス回路と、
前記第１のリミッタが動作したときに、前記第１のインピーダンス回路を前記抵抗体に並列に接続し、前記演算増幅器のゲインを調節する第１の接続手段と、  前記出力信号の電圧値と比較する第２の基準電圧値を有し、前記出力信号が前記第２の基準電圧値よりも小さい場合に動作する第２のリミッタを有する第２のインピーダンス回路と、
前記第２のリミッタが動作したときに、前記第２のインピーダンス回路を前記抵抗体に並列に接続し、前記演算増幅器のゲインを調節する第２の接続手段と、から構成される補償回路を有する磁気軸受制御装置。
【請求項２】  前記第１のリミッタ及び前記第２のリミッタは、それぞれ逆方向に所定の電圧でバイアスされたダイオードにより構成され、前記第１のリミッタが動作する前記第１の基準電圧値、及び前記第２のリミッタが動作する前記第２の基準電圧値は、各々の前記ダイオードの動作電圧により規定されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受制御装置。
【請求項３】  前記第１のインピーダンス回路及び前記第２のインピーダンス回路は、コンデンサと第１の抵抗体を並列に接続した構成要素に第２の抵抗体を直列に接続して成る１次遅れの伝達関数を有するインピーダンス回路であり、  前記第１のインピーダンス回路及び前記第２のインピーダンス回路に直流電圧を印可する直流電圧印可手段を更に備え、
前記ダイオードを逆方向にバイアスするバイアス電圧は、前記直流電圧印可手段にて印可された直流電圧の前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体による分圧比にて規定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気軸受制御装置。
【請求項４】  前記入力部から入力される電気信号は、磁気軸受を構成する電磁石の励磁電流を供給するパワーアンプの制御信号であり、前記制御信号の電圧値が前記第１の基準電圧値より大きい場合は、前記第１のインピーダンス回路にて前記制御信号の位相を進めると共に前記演算増幅器のゲインを下げ、
前記制御信号の電圧値が前記第２の基準電圧値より小さい場合は、前記第２のインピーダンス回路にて前記制御信号の位相を進めると共に前記演算増幅器のゲインを下げることにより、前記制御信号を補償することを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかの一に記載の磁気軸受制御装置。
【請求項５】  前記磁気軸受の設置姿勢に応じて、前記第１のリミッタの動作電圧と前記第２のリミッタの動作電圧の少なくとも一方を変更する変更手段を更に備えたことを特徴する請求項１から請求項４までの何れかの一に記載の磁気軸受制御装置。
【請求項６】  請求項１から請求項５までの何れかの一に記載の磁気軸受制御装置を用いたことを特徴とする該装置を用いた真空ポンプ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
第１のインピーダンス回路１００は、演算増幅器１１０の反転入力端子に直列に接続されており、演算増幅器１１０と共に微分回路を構成している。
演算増幅器１１０の負帰還回路１５０は、インピーダンス回路２００とインピーダンス回路３００が並列に接続されて構成されている。
ここで、ダイオード部１３４の動作電圧をＶｔｈとすると、演算増幅器１１０の出力信号の振幅がＶｔｈより小さい場合は、ダイオード部１３４が導通せず、第２のインピーダンス回路２００のみが負帰還回路として作用する。この場合、負帰還回路１５０と演算増幅器１１０は１次遅れ回路を構成する。
このため、演算増幅器１１０の出力信号の振幅がＶｔｈより小さい場合は、インピーダンス回路１００の作用による１次進み回路から生じる位相の変化は、インピーダンス回路２００の作用による１次遅れ作用によって補償される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
演算増幅器１１０の出力電圧がＶｔｈ以上のときは、ダイオード部１３４が導通し、負帰還回路１５０はインピーダンス回路２００とインピーダンス回路３００が合成されたものとなる。この場合、インピーダンス回路２００に抵抗体１３１が並列接続されることになり、演算増幅器１１０のゲインが下がると共に、負帰還回路１５０により負帰還信号の位相が遅れるため、演算増幅器１１０の出力信号は入力信号に対して位相が進む。
このように、制御回路４００は、駆動用パワーアンプの制御信号の振幅がある所定値を越える場合は、この制御信号の振幅を小さくし、位相を進めるように作用する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、所定のゲインを有すると共に、入力部から入力された電気信号を、出力信号として変換する演算増幅器と、前記演算増幅器に負帰還をかける抵抗体と、前記出力信号の電圧値と比較する第１の基準電圧値を有し、前記出力信号が前記第１の基準電圧値よりも大きい場合に動作する第１のリミッタを有する第１のインピーダンス回路と、前記第１のリミッタが動作したときに、前記第１のインピーダンス回路を前記抵抗体に並列に接続し、前記演算増幅器のゲインを調節する第１の接続手段と、前記出力信号の電圧値と比較する第２の基準電圧値を有し、前記出力信号が前記第２の基準電圧値よりも小さい場合に動作する第２のリミッタを有する第２のインピーダンス回路と、前記第２のリミッタが動作したときに、前記第２のインピーダンス回路を前記抵抗体に並列に接続し、前記演算増幅器のゲインを調節する第２の接続手段と、から構成される補償回路を有する磁気軸受制御装置を提供する（第１の構成）。
前記第１の構成では、第１のインピーダンス及び第２のインピーダンス回路を適当に構成することにより、前記演算増幅器のゲインを調節するほか、前記演算増幅器からの出力信号の位相を調節することもできる。
また、前記第１の構成における、前記第１のリミッタ及び前記第２のリミッタは、それぞれ逆方向に所定の電圧でバイアスされたダイオードにより構成され、前記第１のリミッタが動作する前記第１の基準電圧値、及び前記第２のリミッタが動作する前記第２の基準電圧値は、各々の前記ダイオードの動作電圧により規定されるように構成することができる（第２の構成）。
更に、前記第１の構成又は前記第２の構成における前記第１のインピーダンス回路及び前記第２のインピーダンス回路は、コンデンサと第１の抵抗体を並列に接続した構成要素に第２の抵抗体を直列に接続して成る１次遅れの伝達関数を有するインピーダンス回路であり、前記第１のインピーダンス回路及び前記第２のインピーダンス回路に直流電圧を印可する直流電圧印可手段を更に備え、前記ダイオードを逆方向にバイアスするバイアス電圧は、前記直流電圧印可手段にて印可された直流電圧の前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体による分圧比にて規定されるように構成することができる（第３の構成）。
また、前記第１の構成から前記第３の構成までの何れかに一の構成における前記入力部から入力される電気信号は、磁気軸受を構成する電磁石の励磁電流を供給するパワーアンプの制御信号であり、前記制御信号の電圧値が前記第１の基準電圧値より大きい場合は、前記第１のインピーダンス回路にて前記制御信号の位相を進めると共に前記演算増幅器のゲインを下げ、前記制御信号の電圧値が前記第２の基準電圧値より小さい場合は、前記第２のインピーダンス回路にて前記制御信号の位相を進めると共に前記演算増幅器のゲインを下げることにより、前記制御信号を補償するように構成することができる（第４の構成）。
また、前記第１の構成から前記第４の構成までの何れかに一の構成は、前記磁気軸受の設置姿勢に応じて、前記第１のリミッタの動作電圧と前記第２のリミッタの動作電圧の少なくとも一方を変更する変更手段を更に備えるように構成することができる（第５の構成）。
このリミッタの動作電圧の変更は、例えば、第１のインピーダンス回路及び第２のインピーダンス回路に使用されている抵抗体の抵抗値をそれぞれ適当な値に設定することにより行うことができる。
また、本発明は、前記目的を達成するために、前記第１の構成から前記第５の構成までの何れかの一に記載の磁気軸受制御装置を用いたことを特徴とする該装置を用いた真空ポンプを提供する。この真空ポンプは、ロータの保持に磁気軸受装置を用いたターボ分子ポンプとすることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図６を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る磁気軸受制御装置の補償回路として使用される非線形回路１の回路構成を示した回路図である。
非線形回路１は、演算増幅器２、信号入力部３、信号出力部２１、抵抗体１８、コンデンサ４を含んでいる。演算増幅器２のゲインは１００［ｄＢ］、抵抗体１８の抵抗値は５１［ｋΩ］、コンデンサ４の容量は１００［ｐＦ］とした。
演算増幅器２の反転入力端子は抵抗体１７を介して信号入力部３に接続されており、非反転入力端子は接地されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
更に非線形回路１は、インピーダンス回路１５、１６を含んでいる。
後に説明するように、演算増幅器２の出力信号の電圧Ｖｏが所定の値Ｖｔｈ１を越えると、ダイオード６が導通してインピーダンス回路１６が演算増幅器２の負帰還回路に付加されて動作するようになっている。また、Ｖｏが所定の値−Ｖｔｈ２を下回るとダイオード５が導通してインピーダンス回路１５が負帰還回路に付加されて動作するようになっている。
後に説明するように、インピーダンス回路１６の動作電圧Ｖｔｈ１とインピーダンス回路１５の動作電圧−Ｖｔｈ２は、抵抗体８、９、１０、１１の抵抗値を適当に選ぶことにより、個別に設定することができる。
なお、本実施の形態では、Ｖｔｈ１は＋１．１５［Ｖ］に−Ｖｔｈ２は−１．１５［Ｖ］に設定し、出力信号の振幅が±１．１５［Ｖ］以上になると、インピーダンス回路１５、１６が動作するように構成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
即ち、演算増幅器２の出力Ｖｏが１．１５［Ｖ］以上のときは、ダイオード６が動作してインピーダンス回路１６が負帰還回路に付加され、出力Ｖｏが１．１５未満のときは、ダイオード６が動作せず、インピーダンス回路１６は負帰還回路から切り離される。このように、ダイオードに逆方向にバイアスを加えることにより、所定の電圧値で動作するリミッタを形成することができる。
このリミッタの動作電圧は、抵抗体８、９、１０、１１の抵抗値や、定電圧電源１３、１４の電圧を適当に選ぶことにより設定することができ、ダイオードの動作電圧に依存せずに設定することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
インピーダンス回路１５は、抵抗体９、抵抗体８、コンデンサ７及びダイオード５により構成されている。抵抗体８とコンデンサ７は並列に接続されており、これらに直列に抵抗体９が接続されている。
点Ａはダイオード５を介して演算増幅器２の反転入力端子に接続されている。点Ａから反転入力端子へ向かう方向が逆方向となっている。ダイオード５の動作電圧が例えば、０．５［Ｖ］とすると、点Ａの電位が下がって、ダイオード５の両端にかかる電位差が順方向に０．５［Ｖ］以上になったとき、ダイオード５が導通し、点Ａから反転入力端子に負帰還信号が送られる。
点Ａの電位が高く、ダイオード５に順方向にかかる電圧が０．５［Ｖ］より小さいときは、ダイオード５は、導通しないので、インピーダンス回路１５は、演算増幅器２に対して動作しない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
インピーダンス回路１６の場合と同様に計算すると、演算増幅器２の出力電圧Ｖｏが−１．１５［Ｖ］以下のときにダイオード５は動作することがわかる。
Ｖｏが−１．１５［Ｖ］以下になると、インピーダンス回路１５が負帰還回路に付加され、インピーダンス１６の場合と同様に、演算増幅器２の出力信号の位相が進み、ゲインは低下する。出力電圧Ｖｏが−１．１５［Ｖ］以上のときは、インピーダンス回路１５は、負帰還回路に対して動作せず、負帰還回路は抵抗体１８のみとなる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
ｊは虚数単位であり、ωは入力信号の周波数である。式２でｊωをｓで置き換えるとわかるように、インピーダンス回路１６は１次遅れの伝達関数を持つ。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
ケーシングには、ロータ翼と段違いになるようにケーシング内部に向けて多数のステータ翼が取り付けられている。ステータ翼はロータの軸線に垂直な平面に対して所定の傾きを以てステータに取り付けられている。
ロータは毎分３万回転程度の高速回転を行えるようになっている。ロータが回転すると、これに伴ってロータ翼も回転し、ロータ翼とステータ翼の作用により、ターボ分子ポンプの吸気口から気体が吸引され、排気口から排出されるようになっている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
非線形回路１では、インピーダンス回路１５、１６の対応する素子の定数を同じにし、対称的に構成したが、抵抗体８、９、１０、１１の抵抗値を変えることにより、インピーダンス回路１５、１６の動作電圧を個別に設定できる。例えば、インピーダンス回路１５は、演算増幅器２の出力電圧が−０．８［Ｖ］以下のときに動作し、また、インピーダンス回路１６は演算増幅器２の出力電圧が１．６［Ｖ］以上のときに動作するというように構成することもできる。また、コンデンサ７、１２の容量Ｃ１、Ｃ２を変化させれば、位相のみ調節することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
このように、インピーダンス回路１５、１６の動作点を個別に設定できると、例えば非線形回路１が水平に保持されたロータの磁気軸受の制御回路に用いられた場合などに有効に機能させることができる。即ち、ロータが水平に保持されている場合、磁気軸受にはロータの自重がかかっているため、ロータに外乱が生じた場合、ロータの保持位置より下側の振幅が上側の振幅より大きくなる場合がある。このとき、非線形回路１のリミッタが動作する振幅をロータの上下で別々に設定すると効果的に振れ、振動を抑制することができる。
非線形回路１では、ロータが地面に対して斜めに設置される場合など、磁気軸受の設置姿勢に応じて、インピーダンス回路１５、１６の動作電圧を個別に設定することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態に係る磁気軸受制御回路の補償回路として使用される非線形回路の回路装置を示した回路図である。
【図２】
負帰還回路に付加されるインピーダンス回路を交流成分に対して示した図である。
【図３】
本実施の形態の非線形回路を用いた場合と用いなかった場合のパワーアンプの出力電流を比較した図である。
【図４】
本実施の形態の非線形回路を用いた実験データである。
【図５】
本実施の形態に係る非線形回路を一例として磁気軸受装置の制御装置に設置する設置例を示した図である。
【図６】
本実施の形態に係る非線形回路を一例として磁気軸受装置の制御装置に設置する別の設置例を示した図である。
【図７】
従来の磁気軸受の制御回路のボード線図を概略示した図である。
【図８】
従来の補償回路を示した回路図である。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
１  非線形回路
２  演算増幅器
３  信号入力部
４  コンデンサ
５  ダイオード
６  ダイオード
７  コンデンサ
８  抵抗体
９  抵抗体
１０  抵抗体
１１  抵抗体
１２  コンデンサ
１３  定電圧電源
１４  定電圧電源
１５  第１のインピーダンス回路
１６  第２のインピーダンス回路
１７  抵抗体
１８  抵抗体
２１ 信号出力部
３１  電流波形
３２  電流波形
３３  電流波形
４１  センサ
４２  ＰＩＤ制御回路
４３  補償回路
４４  パワーアンプ
４５  電磁石
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2002174238.tif 000001