(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気軸受により軸支される回転軸の位置を検出するための少なくとも１個の位置検出コイルを備えたブリッジ回路からなる磁気軸受部と、前記ブリッジ回路に正弦波を発振する振幅制御正弦波発振回路を備えた制御部と、前記磁気軸受部と前記制御部とを接続するケーブルとからなる磁気軸受制御装置であって、前記磁気軸受部のブリッジ回路を構成する少なくとも１辺を可変抵抗で構成して位置検出のオフセット調整を行うようにすると同時に、前記ブリッジ回路の出力端子に可変抵抗を接続して利得調整を行うようにしたことを特徴とする磁気軸受制御装置。
【請求項２】
磁気軸受により軸支される回転軸の位置を検出するための少なくとも１個の位置検出コイルを備えたブリッジ回路からなる磁気軸受部と、前記ブリッジ回路に正弦波を発振する振幅制御正弦波発振回路を備えた制御部と、前記磁気軸受部と前記制御部とを接続するケーブルとからなる磁気軸受制御装置であって、前記磁気軸受部への励起信号を前記磁気軸受部から前記ケーブルを経由して前記制御部にフィードバックするフィードバック回路を備えたことを特徴とする磁気軸受制御装置。
【請求項３】
磁気軸受により軸支される回転軸の位置を検出するための少なくとも１個の位置検出コイルを備えたブリッジ回路からなる磁気軸受部と、前記ブリッジ回路に正弦波を発振する振幅制御正弦波発振回路を備えた制御部と、前記磁気軸受部と前記制御部とを接続するケーブルとからなる磁気軸受制御装置であって、前記制御部に同期検波回路を設けると共にこの同期検波回路に入力する同期信号として発振側の励起正弦波信号と磁気軸受部から帰還する正弦波信号とを選択的に印加するように構成したことを特徴とする磁気軸受制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ分子ポンプ等の磁気軸受の制御に好適な磁気軸受制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ分子ポンプ等に用いられる磁気軸受制御装置は、一般に、高速回転軸を浮上支持する磁気軸受部と、この磁気軸受部からの信号を受けて位置制御等を行う制御部とを備え、これらの磁気軸受部と制御部とは遠く離れた場所に設置し、ケーブルで接続して構成されている。磁気軸受部はターボ分子ポンプ等が設置される排気域のように高温等の過酷な環境下に設置されたりする場合が多く、能動素子を含む電子回路からなる制御部の設置環境としては好ましくないため、制御部は磁気軸受部から遠く離れた良環境下に設置して両者をケーブルにて接続して構成しているのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した制御装置では、磁気軸受の調整部分が磁気軸受部から遠く離れた制御部にあるため、磁気軸受部と制御部とのマッチング（互換性）が極めて悪いという問題がある。特にターボ分子ポンプ等の設置場所の変更等によりケーブルの長さを変更した場合には、位置検出回路の特性が変わってしまうという不都合がある。また磁気軸受部や制御部を他の磁気軸受部や制御部に交換した場合にも位置検出回路の特性が変わってしまうことがある。したがって、互換性を重視するためにターボ分子ポンプ内に磁気軸受部と制御部とを共に組み込んだものもあるが、上述したように能動素子を含む電子回路からなる制御部が過酷な環境下に晒されて性能や寿命が低下してしまう可能性があると同時に、ポンプにこれらを組み入れるためにポンプが大型化してしまうといった不都合があった。
【０００４】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、制御部を良環境下に設置し、磁気軸受部と遠く離してケーブルで接続するという構成のままで、良好な互換性をも同時に実現できる磁気軸受制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解消するため、本発明に係る磁気軸受制御装置は、磁気軸受により軸支される回転軸の位置を検出するための少なくとも１個の位置検出コイルを備えたブリッジ回路からなる磁気軸受部と、前記ブリッジ回路に正弦波を発振する振幅制御正弦波発振回路からなる制御部と、前記磁気軸受部と前記制御部とを接続するケーブルとからなり、▲１▼前記磁気軸受部のブリッジ回路を構成する少なくとも１辺を可変抵抗で構成して位置検出のオフセット調整を行うようにすると同時に、前記ブリッジ回路の出力端子に可変抵抗を接続して利得調整（ゲイン調整）を行うようにしたことを特徴とする。▲２▼また、前記磁気軸受部への励起信号を前記磁気軸受部から前記ケーブルを経由して前記制御部にフィードバックするフィードバック回路を備えたことを特徴とする。▲３▼前記制御部に同期検波回路を設けると共に該同期検波回路に入力する同期信号として発振側の励起正弦波信号と磁気軸受部から帰還する正弦波信号とを選択的に印加するように構成したことを特徴とする。
【０００６】
このような本願の構成▲１▼によれば、環境が過酷であるポンプ側に配置される磁気軸受部は可変抵抗や固定抵抗や固定インダクタ（コイル）などの受動素子のみで構成されるために、使用温度範囲が広い。一方、電子回路の環境に敏感な能動素子は制御部側に配置され、ポンプから離れた環境の良い場所で良好に機能する。また、オフセット調整と利得調整はポンプ側（磁気軸受側）に配置されるため、双方の制御装置各々の互換性に優れている。また、上記の構成▲２▼によれば、磁気軸受部からの励起信号のフィードバック信号は磁気軸受部及びケーブルを経由して制御部に帰還するため、磁気軸受側の調整部品の特性やケーブル長さ等のケーブル特性の影響をも除くことができ、ケーブル互換性に優れている。また、上記の構成▲３▼によれば、同期検波によりノイズの影響を低減することができることは勿論、同期信号として発振側の励起正弦波信号を採用した場合には外部雑音の影響は受けやすいが励起信号と位相が合った信号が得られ、一方、磁気軸受部から帰還する正弦波信号を採用した場合には位相はややずれるが外部雑音の影響が極めて少ない信号が得られ、両者は利用者の事情に合わせて選択することがでるため、より望ましい検波結果を得ることができる。
【０００７】
なお、本明細書でいうブリッジ回路の構成は、該回路関係が成立する当業者周知の他の構成要素に置き換えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、本発明にかかる磁気軸受制御装置の構成を示す概念図である。図中、ＢＤは磁気軸受により支持される回転軸の位置を検出する２個の位置検出コイルＬ１，Ｌ２を含むブリッジ回路から構成された磁気軸受部、ＭＣは前記磁気軸受部ＢＤを制御する制御部、ＣＢは磁気軸受部ＢＤと制御部ＭＣとを接続するケーブルである。磁気軸受の位置検出器の構成は図５に示す通りで、例えばターボ分子ポンプ等ではロータを高速回転させる回転軸６に対してインピーダンス型検出器としてのコア７，７´と、このコア７，７´に巻回されたコイル８，９から成っている。コア７とコイル８とで正側検出コイルＬ１を構成し、コア７´とコイル９とで負側検出コイルＬ２を構成している。
【００１０】
図１において、磁気軸受部ＢＤのブリッジ回路は、磁気軸受により軸支される回転軸の位置を検出する２個の位置検出コイルＬ１，Ｌ２と可変抵抗ＶＲ１、及びその両側に接続された固定抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続されて構成されている。またこのブリッジ回路はケーブルＣＢを介して制御部ＭＣにおける振幅制御正弦波発振回路１に接続されており、この振幅制御正弦波発振回路１からの正弦波信号がケーブルＣＢの励起ラインを通じてブリッジ回路を励起することにより、磁気軸受により支持される回転軸の位置検出を行う。
【００１１】
前記固定抵抗Ｒ１，Ｒ２は０Ω以上の値に設定されており、可変抵抗ＶＲ１のスライダを操作して抵抗値を調整することにより、本ブリッジ回路のオフセット調整を行うことができるようになっている。また、位置検出コイルＬ１，Ｌ２と可変抵抗ＶＲ１とを接続する系には固定抵抗Ｒ３，Ｒ４と可変抵抗ＶＲ２とが接続されている。可変抵抗ＶＲ２の両側に接続されているリード線は、各々固定抵抗Ｒ５，Ｒ６とケーブルＣＢを介して制御部ＭＣの差動増幅器４に接続されて本ブリッジ回路の出力端子を構成している。換言すれば、本ブリッジ回路の出力端子に可変抵抗ＶＲ２が接続されている。固定抵抗Ｒ３，Ｒ４は０Ω以上の値に設定されており、可変抵抗ＶＲ２のスライダを操作して抵抗値を調整することにより、本ブリッジ回路の利得調整を行うことができるようになっている。固定抵抗Ｒ５，Ｒ６も０Ω以上の値に設定されており、出力信号ラインへのインピーダンスを調整する。更にこのような、オフセット調整機構と利得調整機構とを磁気軸受部ＢＤ側に設けたことにより、制御部ＭＣが置き換えられてもこれらに影響されることがなく、制御部ＭＣの互換を可能にしている。
【００１２】
ところで、本ブリッジ回路には、固定抵抗Ｒ１１，Ｒ１２が介在する帰還回路がケーブルＣＢを介して制御部ＭＣの差動増幅器３に接続されている。固定抵抗Ｒ１１，Ｒ１２は０Ω以上の値に設定されており、信号ラインへのインピーダンスを調整するものである。これらの帰還回路はブリッジ回路に対する励起正弦波を制御部ＭＣでモニターするためのフィードバック回路であって、差動増幅器３から振幅制御正弦波発振回路１に入力され、ブリッジ回路への励起正弦波電圧を一定に維持している。このような構成では、励起信号のモニターもケーブルＣＢを介して行われるため、ケーブルの交換による長さの変更やケーブル特性の変化にも対応した励起信号の制御を行うことが可能であるため、ケーブル互換性が得られる。
【００１３】
また、図１において、位置検出回路（ブリッジ回路）の出力信号は、同期検波回路２で位置信号に変換され、端子Ｐに出力されるように構成されている。同期信号は、スイッチ５の切り換えにより、磁気軸受側からフィードバックさせた励起正弦波信号Ａか、発振側から直接分岐した励起正弦波信号Ｂかのいずれかを選択して採用することができる。フィードバック信号Ａは外部雑音の影響を受けるが位相は出力信号とよくマッチングしている。一方、発振信号Ｂは位相は出力信号とややずれるが外部雑音の影響が少なく、信号Ａ，Ｂは状況に応じて選択することができる。
【００１４】
【実施例】
本発明にかかる磁気軸受制御装置の要部の１つである利得調整回路の構成については、図１以外に様々な変形実施例が考えられる。例えば、図２（Ａ）に示すように、抵抗ＶＲ２をスライダ方式とし、インピーダンスを調整するための抵抗Ｒ７を固定抵抗Ｒ４側に付加したものである。また図２（Ｂ）は抵抗ＶＲ２をスライダ方式とし、インピーダンスを調整するための抵抗Ｒ７を固定抵抗Ｒ３側に付加したものである。
【００１５】
オフセット調整回路の構成についても、図１以外に様々な変形実施例が考えられる。例えば、図３は抵抗ＶＲ１を可変抵抗型とするもので、（Ａ）はその上部を利得調整回路に接続する例であり、（Ｂ）はその下部を利得調整回路に接続する例である。
【００１６】
図４は位置検出回路としてのブリッジ回路構成における検出コイルＬ１，Ｌ２の変形実施例を示しており、（Ａ）ではＬ１を固定型とし、（Ｂ）ではＬ２を固定型としている。なお、抵抗Ｒ８はインピーダンスを調整するための抵抗である。
【００１７】
また、この発明は提供する磁気軸受制御装置は、ターボ分子ポンプ用以外の用途の磁気軸受の制御にも適用可能であることは言うまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係る磁気軸受制御装置は、一般に環境が過酷であるポンプ側に配置される磁気軸受部を可変抵抗や固定抵抗や固定インダクタ（コイル）などの受動素子のみで構成するようにしたため、使用温度範囲が拡大された。同時にアンプや電子回路等の環境に影響を受けやすい素子を環境の良い場所に設置される制御部に配置したため、良好に性能を発揮することができる。また、磁気軸受側のみでオフセット調整及びゲイン調整を行うことができるようにしたため、磁気軸受部と制御部双方の制御装置各々の互換が可能になった。また、ブリッジ回路への励起電圧はケーブルを経由するフィードバック回路により制御部側でモニターし一定に保つようにしたため、磁気軸受側の調整部品の特性やケーブルの長さの変更による影響やケーブル自体の特性等によるの影響をも除くことができ、優れた互換性を実現するという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気軸受制御装置の構成例を示す概念図である。
【図２】本発明に係る磁気軸受制御装置の変形実施例を示す図である。
【図３】本発明に係る磁気軸受制御装置の変形実施例を示す図である。
【図４】本発明に係る磁気軸受制御装置の変形実施例を示す図である。
【図５】本発明に係る磁気軸受の軸位置検出機構の一例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・振幅制御正弦波発振回路
２・・・・・・・同期検波回路
３，４・・・・・差動増幅器
５・・・・・・・切り換えスイッチ
６・・・・・・・回転軸
７・・・・・・・コア
８・・・・・・・正側検出コイル（Ｌ１）
９・・・・・・・負側検出コイル（Ｌ２）
Ｒ１〜Ｒ１１・・固定抵抗
ＶＲ１，ＶＲ２・可変抵抗
ＢＤ・・・・・・磁気軸受部
ＭＣ・・・・・・制御部
ＣＢ・・・・・・ケーブル
【図１】
0003640096.tif 000002
【図２】
0003640096.tif 000003
【図３】
0003640096.tif 000004
【図４】
0003640096.tif 000005
【図５】
0003640096.tif 000006