(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体を非接触支持する磁気軸受および前記回転体を回転させる電動モータを有する機械本体と、前記機械本体を制御するコントローラとを備えている磁気浮上回転装置において、
前記コントローラが、前記電動モータの起動時に、前記回転体の回転数を検出するための回転数センサの出力信号に基づいて前記回転体の加速特性を測定し、この加速特性の測定結果から前記回転体の起動時の異常の有無を判定する異常判定手段を備えており、
前記異常判定手段が、前記回転数センサの出力信号に基づいて前記回転体の回転数および加速度を測定し、前記回転体の回転数が所定の定格回転数に達するまでの間に前記回転体の加速度が所定の判定値より小さくなったときに前記異常があると判定するものであることを特徴とする磁気浮上回転装置。
【請求項２】
前記コントローラがディジタル処理手段を備え、このディジタル処理手段が前記異常判定手段を備えていることを特徴とする請求項１の磁気浮上回転装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転体を磁気軸受により非接触支持して電動モータにより回転させる磁気浮上回転装置、たとえば半導体製造装置などに使用される磁気軸受を用いたターボ分子ポンプなどの磁気浮上回転装置に関する。
【０００２】
以下、磁気浮上回転装置としてターボ分子ポンプを例に説明する。
【０００３】
【従来の技術】
ターボ分子ポンプとして、ポンプを構成する回転体（ロータ）を制御型磁気軸受により非接触支持して高周波モータなどの電動モータにより回転させる機械本体（ポンプ本体）と、これを制御するコントローラとを備えているものが知られている。
【０００４】
このターボ分子ポンプにおいて、コントローラは、回転体の回転数を検出するための回転数センサの出力信号に基づき、インバータを介してモータを制御する。そして、ポンプの運転を開始するときには、まず、磁気軸受により回転体を浮上させて所定の目標位置に非接触支持し、その後、モータを起動し、回転体を所定の目標回転数（最高回転数）まで徐々に加速する。
【０００５】
ところで、この種のターボ分子ポンプでは、排気流体の流量によってモータの負荷が変化し、過負荷の場合には、回転体を十分に加速することができず、目標回転数まで到達できなかったり、目標回転数に到達するまでに非常に長い時間がかかったりすることがある。
【０００６】
そこで、従来は、モータの起動から回転体が所定の定格回転数（たとえば目標回転数の９０％）に到達するまでの時間を測定し、この時間が所定の規定時間（たとえば３０分）より長いときに、過負荷による加速不良などの異常が生じていると判定している。
【０００７】
しかしながら、このようにすると、少なくとも上記の規定時間が経過するまでは異常の判定ができないので、異常の判定までに長い時間がかかる。また、回転体が定格回転数に到達するまでの時間を測定して異常の有無を判定するために、専用のアナログ回路が必要であり、コントローラが高価で大型になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、短時間で回転体の起動時の異常の判定ができる磁気浮上回転装置を提供することにある。
【０００９】
この発明の目的は、また、回転体の起動時の異常の判定のための専用のアナログ回路が不要でコントローラのコスト低減および小型化が可能な磁気浮上回転装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による磁気浮上回転装置は、回転体を非接触支持する磁気軸受および前記回転体を回転させる電動モータを有する機械本体と、前記機械本体を制御するコントローラとを備えている磁気浮上回転装置において、前記コントローラが、前記電動モータの起動時に、前記回転体の回転数を検出するための回転数センサの出力信号に基づいて前記回転体の加速特性を測定し、この加速特性の測定結果から前記回転体の起動時の異常の有無を判定する異常判定手段を備えており、前記異常判定手段が、前記回転数センサの出力信号に基づいて前記回転体の回転数および加速度を測定し、前記回転体の回転数が所定の定格回転数に達するまでの間に前記回転体の加速度が所定の判定値より小さくなったときに前記異常があると判定するものであることを特徴とするものである。
【００１１】
モータの起動時に過負荷による加速不良などの異常が生じた場合、回転体の加速特性が劣化する。このため、回転体の加速特性の測定結果から回転体の起動時の異常の有無を判定することができ、従来のように定格回転数に到達するまでの時間を測定するような必要がないので、モータの起動時の異常の有無の判定を短時間で行うことができる。
【００１３】
モータの起動時に異常が生じていない場合、回転体が定格回転数に到達するまでの間、回転体の加速度は所定値より大きい値に保たれ、異常が生じた場合は、回転体の加速度は上記の所定値より小さくなる。このため、回転体の加速度の測定結果に基づいて回転体の起動時の異常の有無を判定することができ、従来のように定格回転数に到達するまでの時間を測定するような必要がないので、モータの起動時の異常の有無の判定を短時間で行うことができる。
【００１４】
たとえば、前記コントローラがディジタル処理手段を備え、このディジタル処理手段が前記異常判定手段を備えている。
【００１５】
ディジタル処理手段としては、たとえばＭＰＵ（マイクロプロセッサ）、ディジタル信号処理プロセッサなどが使用される。この明細書において、ディジタル信号処理プロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）とは、ディジタル信号を入力してディジタル信号を出力し、ソフトウェアプログラムが可能で、高速実時間処理が可能な専用ハードウェアを指す。なお、以下、これをＤＳＰと略すことにする。
【００１６】
上記のようにすれば、モータの起動時の異常判定のための専用のアナログ回路を設ける必要がなく、コントローラのコスト低減、小型化が可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、この発明による磁気浮上回転装置をターボ分子ポンプに適用した場合の構成を概略的に示している。
【００１９】
ターボ分子ポンプは、ポンプ本体を構成する機械本体（１）およびポンプ制御部  を構成するコントローラ（２）を備えている。機械本体（１）には、ポンプを構成する回転体（ロータ）（３）、変位検出部（４）、制御型磁気軸受（５）、ビルトイン型電動  モータ（６）および回転数センサ（７）が設けられている。コントローラ（２）には、変  位演算回路（８）、磁気軸受駆動回路（９）、インバータ（１０）およびディジタル処理手段としてのＤＳＰ（１１）が設けられている。
【００２０】
磁気軸受（５）は、図示しない複数の電磁石の磁気吸引力により、回転体（３）の軸方向の１箇所において回転体（３）を軸方向の制御軸（アキシアル制御軸）方向に  非接触支持するとともに、回転体（３）の軸方向の２箇所において、それぞれ、回  転体（３）を互いに直交する２つの径方向の制御軸（ラジアル制御軸）方向に非接  触支持するものである。変位検出部（４）は、図示は省略したが、回転体（３）の変位を検出するための複数の変位センサを備えている。変位演算回路（８）は、変位検  出部（４）の複数の変位センサの出力信号に基づいて、回転体（３）のアキシアル制御軸方向の変位を演算するとともに、回転体（３）の軸方向の２箇所における前記２  つのラジアル制御軸方向の変位を演算し、これらの変位に対応する変位信号をＤＳＰ（１１）に出力する。ＤＳＰ（１１）は、所定のサンプリング時間ごとに、変位演算回路（８）から回転体（３）の変位信号を入力し、それに基づいて、磁気軸受駆動回路（９）に磁気軸受（５）の各電磁石に対する制御電流信号を出力する。磁気軸受駆動回路（９）は、磁気軸受（５）の電磁石に対応する複数の電力増幅器などを備えており、ＤＳＰ（１１）から出力される制御電流信号に基づいて磁気軸受（５）の対応する電磁  石に励磁電流を供給する。これにより、回転体（３）が所定の目標位置に非接触支  持される。
【００２１】
モータ（６）は、磁気軸受（５）により非接触支持された回転体（３）を回転させるも  のであり、たとえば高周波モータよりなる。回転数センサ（７）は、回転体（３）の回転数を検出するためのものであり、たとえば、回転体（３）の１回転当り一定数（  たとえば１つ）のパルス信号をＤＳＰ（１１）に出力する。ＤＳＰ（１１）は、回転数センサ（７）からのパルス信号から回転体（３）の回転数を演算し、これに基づいてインバータ（１０）に回転数指令信号を出力する。インバータ（１０）は、ＤＳＰ（１１）からの回転数指令信号に基づいて、モータ（６）の回転を制御する。
【００２２】
ポンプの運転を開始するときは、ＤＳＰ（１１）は、まず、上記のように磁気軸受（５）を制御して、回転体（３）を目標位置に非接触支持する。その後、モータ（６）を  起動、制御して、回転体（３）を所定の目標回転数まで徐々に加速する。このよう  なモータ（６）の起動時に、ＤＳＰ（１１）は、次のように、回転体（３）の加速特性を測定し、その測定結果に基づいて、回転体（３）の過負荷による加速不良などの異常  の有無を判定する。
【００２３】
すなわち、ＤＳＰ（１１）は、モータ（６）を起動した後、これを徐々に加速すると  ともに、回転数センサ（７）からのパルス信号に基づいて、回転体（３）の回転数と加速度を繰返し演算し、回転数を回転体（３）の定格回転数（たとえば目標回転数の  ９０％）と比較するとともに、加速度を所定の判定値と比較する。そして、定格回転数に達するまでに加速度が判定値より小さくならなかったときは、加速不良などの異常がないと判定し、逆に、定格回転数に達するまでに加速度が判定値より小さくなったときは、加速不良などの異常があると判定する。異常がない場合は、そのまま、目標回転数まで回転体（３）を加速する。異常がある場合は、警告  を発し、モータ（６）を停止させる。
【００２４】
図２は、モータ（６）起動時の回転体（３）の回転数と加速度との関係を表わしたグラフであり、（Ａ）は異常のない場合、（Ｂ）は異常のある場合を示している。異常のない場合、加速度は、モータ（６）の起動直後は、ほぼ一定であり、その後  、徐々に大きくなった後に、徐々に小さくなり、回転数が目標回転数に達すると、０になる。したがって、モータ（６）起動直後の加速度より少し小さい値を判定  値とし、正常時の加速特性を適当に設定することにより、図２の（Ａ）に示すように、定格回転数に達した後に加速度が判定値より小さくなるようにすることができる。このように正常時の加速特性を設定しても、異常がある場合には、図２の（Ｂ）に示すように、起動後しばらくすると、加速度は判定値より小さくなる。このため、上記のようにすることにより、従来のように定格回転数に到達するまでの時間を測定しなくても、起動時の異常の有無を短時間で正確に判定することができる。
【００２５】
ＤＳＰ（１１）における回転体（３）の回転数および加速度の測定には、一定のサン  プリング時間ごとに測定する方法、回転数センサ（７）からパルス信号が出力され  るたびに測定する方法など、任意の方法を採用することができるが、たとえば次のようにすることができる。すなわち、回転数センサ（７）からパルス信号が出力  されてから次のパルス信号が出力されるまでの間の適当なクロックパルス（たとえば磁気軸受（５）の制御のサンプリング時間を決めるクロックパルス）の数をカ  ウントすることにより、相前後する２つのパルス信号の間の経過時間（パルス間隔時間）を測定し、このパルス間隔時間の逆数から回転数を求める。そして、今回の回転数から前回の回転数を減算し、この減算結果を今回のパルス間隔時間で除算することにより、加速度を求める。
【００２６】
ターボ分子ポンプの各部の構成、制御の方法などは、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。
【００２７】
上記実施形態では、この発明による磁気浮上回転装置をターボ分子ポンプに適用した例を示したが、この発明は、この他にも、磁気軸受を用いたスピンドルを有する旋盤、マシニングセンタ、研削盤などの工作機械や、磁気軸受を用いたコンプレッサ、ブロアなどの流体機器や、フライホイールなど、回転体を支持する磁気軸受とこの回転体を回転させる電動モータとを有するあらゆる磁気浮上回転装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示すターボ分子ポンプの概略構成図である。
【図２】図２は、モータ起動時の回転体の回転数と加速度との関係を表わしたグラフである。
【符号の説明】
（１）                機械本体
（２）                コントローラ
（３）                回転体
（５）                磁気軸受
（６）                電動モータ
（７）                回転数センサ
（１１）              ディジタル信号処理プロセッサ
【図１】
0003564595.tif 000002
【図２】
0003564595.tif 000003