(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に、
このハウジングの軸線方向に沿って延びたロータ軸を磁気力により非接触で支持する電磁石と、
上記ロータ軸の位置を検出する位置検出センサと、
この位置検出センサからの出力信号に基づいて上記電磁石へ供給する励磁電流値を演算する演算手段、及びこの演算手段の演算結果に基づいて上記電磁石へ供給する励磁電流を増幅するトランジスタを有する制御部とを備えた磁気軸受装置を有し、
上記磁気軸受装置のハウジングは、真空ポンプのハウジングの一部を構成しており、
上記ハウジングには、上記制御部を収容するための収容室が区画され、この収容室の内側面を構成するハウジングの部分に沿って、上記トランジスタが、ハウジングに対して熱伝達可能な状態で取り付けられ、
上記トランジスタの発生する熱をハウジングに伝えることにより、トランジスタを冷却するとともに、ハウジングを温めて結露を防止することを特徴とする磁気軸受装置を含む真空ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の磁気軸受装置を含む真空ポンプにおいて、
上記ハウジングは、アルミニウムを含む金属材料から成ることを特徴とする磁気軸受装置を含む真空ポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気軸受装置を含む真空ポンプにおいて、
上記真空ポンプのハウジングの温度を検出する温度検出センサと、
この温度検出センサからの出力信号に応じて上記トランジスタのバイアス電圧を制御する手段とをさらに含むことを特徴とする磁気軸受装置を含む真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ロータ軸を高速回転し得る磁気軸受装置に関し、特に、半導体プロセス等で使用される真空ポンプに適用される磁気軸受装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
上記真空ポンプに適用される磁気軸受装置は、▲１▼ロータ軸を磁気力により非接触で支持する電磁石と、▲２▼ロータ軸の位置を検出する位置検出センサと、▲３▼この位置検出センサの出力信号に基づいて電磁石の磁気力を制御する制御部とを備えている。
【０００３】
係る制御部では、演算手段にて、位置検出センサの出力信号に基づいて電磁石へ供給すべき励磁電流値が演算され、この演算結果に基づき、パワートランジスタにて、励磁電流が増幅されて電磁石に供給されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記パワートランジスタは、その増幅動作時に熱を発生する。そのため、制御部内部には、パワートランジスタから発生する熱を外部に逃がしてトランジスタを冷却するべく、ヒートシンクを設ける必要があった。その結果、制御部が大型化すると共に重量的にも重くなっているのが実情であった。
【０００５】
本発明は、上記技術的背景に鑑みなされたもので、制御部を小型化且つ軽量化できる磁気軸受装置を含む真空ポンプの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、請求項１記載の発明に係る磁気軸受装置を含む真空ポンプは、ハウジング内に、このハウジングの軸線方向に沿って延びたロータ軸を磁気力により非接触で支持する電磁石と、上記ロータ軸の位置を検出する位置検出センサと、この位置検出センサからの出力信号に基づいて上記電磁石へ供給する励磁電流値を演算する演算手段、及びこの演算手段の演算結果に基づいて上記電磁石へ供給する励磁電流を増幅するトランジスタを有する制御部とを備えた磁気軸受装置を有し、上記磁気軸受装置のハウジングは、真空ポンプのハウジングの一部を構成しており、上記ハウジングには、上記制御部を収容するための収容室が区画され、この収容室の内側面を構成するハウジングの部分に沿って、上記トランジスタが、ハウジングに対して熱伝達可能な状態で取り付けられ、上記トランジスタの発生する熱をハウジングに伝えることにより、トランジスタを冷却するとともに、ハウジングを温めて結露を防止することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２記載の発明に係る磁気軸受装置を含む真空ポンプは、請求項１記載の磁気軸受装置を含む真空ポンプにおいて、上記ハウジングは、アルミニウムを含む金属材料から成ることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３記載の発明に係る磁気軸受装置を含む真空ポンプは、請求項１又は２記載の磁気軸受装置を含む真空ポンプにおいて、上記真空ポンプのハウジングの温度を検出する温度検出センサと、この温度検出センサからの出力信号に応じて上記トランジスタのバイアス電圧を制御する手段とをさらに含むことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】
上記請求項１記載の発明に係る構成において、ハウジングは、トランジスタから発生する熱を外部に逃がしてトランジスタを冷却する、いわゆる放熱体として機能するので、制御部内部にヒートシンクを設ける必要がなくなる。その結果、制御部を小型化且つ軽量化できる。これに加えて、真空ポンプのハウジングは、トランジスタから発生する熱で温められるので、真空ポンプ内に流される各種ガスの反応生成物がハウジングやタービン翼に結露することを防止できる。
【００１０】
請求項２記載の発明に係る構成において、請求項１記載の発明と同様の作用を奏することに加えて、ハウジングを、アルミニウムを含む金属材料を使用して作製しているので、ハウジングの熱伝導率が高い。その結果、トランジスタの冷却効果が高まる。
【００１１】
請求項３記載の発明に係る構成において、請求項１又は２記載の発明と同様の作用を奏することに加えて、真空ポンプのハウジングの温度変化に応じて、トランジスタのバイアス電圧を可変することにより、トランジスタの発熱量を調整することができるので、ハウジングの温度をガスの結露を防止するのに適した温度に保つことができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例に係る磁気軸受装置を含む真空ポンプの構造を示す一部切欠断面図である。同図を参照して、本実施例の真空ポンプは、半導体プロセス等で使用されるものであって、参照符号１は真空ポンプ本体である。この真空ポンプ本体１のポンプハウジングＨは、ロータ室１１の外壁を構成する外側ハウジング１０と、ロータ室１１の内壁及び底壁を主に構成する磁気軸受ハウジング２０とを互いに結合して成る。両ハウジング１０，２０は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導率の良い金属材料で作製されている。
【００１３】
ロータ室１１には、多数のタービン翼１２ａを有するロータ１２が配置されている。このロータ１２は、ロータ軸２の上端部２ａに同軸に固定されている。
磁気軸受ハウジング２０内には、▲１▼この磁気軸受ハウジング２０の軸線方向に沿って延び、磁気軸受ハウジング２０に収容されたロータ軸２と、▲２▼このロータ軸２の軸方向略中央部に配置されており、ロータ軸２を高速回転駆動させるステータモータ２１と、▲３▼ロータ軸２の下端部２ｂに固定されたロータディスク３を挟んだ両側に一対が配置されており、それぞれ、ロータディスク３を介してロータ軸２を磁気力により軸方向に非接触で支持するアキシャル電磁石２２と、▲４▼ステータモータ２１を挟んだ両側に一対が配置されており、それぞれ、ロータ軸２を磁気力により径方向に非接触で支持するラジアル電磁石２３と、▲５▼ロータ軸２の下端面に対向して配置されており、ロータ軸２の軸方向位置を検出するアキシャル方向位置検出センサ２４と、▲６▼ラジアル電磁石２３の近傍に配置されており、ロータ軸２の径方向位置を検出する一対のラジアル方向位置検出センサ２５とを備えている。
【００１４】
ステータモータ２１、各電磁石２２，２３及び各方向位置検出センサ２４，２５は、それぞれ、磁気軸受ハウジング２０に固定されている。
なお、図中２６は保護軸受であって、両電磁石２２，２３への通電が遮断されるに伴って両電磁石２２，２３の各磁気力が失われたときに、ロータ軸２をタッチダウンさせるためのものである。
【００１５】
また、外側ハウジング１０の上部には、被減圧部（図示せず。）と連通する吸込口１３が設けられている一方、磁気軸受ハウジング２０の一側（図において左側）の下部には、ロータ室１１内の空気を大気圧側に排気する排気口２７が設けられている。
さらに、排気口２７と略対称位置にある磁気軸受ハウジング２０の他側（図において右側）の下部には、後述する制御部１００を構成するモータドライバ１１０、位置検出回路１２１、演算回路１２２、パワートランジスタ１２３を含む増幅回路１２４、温度検出回路１３１及びバイアス制御回路１３２（図２参照）を収容するための収容室２８が区画されている。この収容室２８の内底面を構成する、磁気軸受ハウジング２０の部分には、プリント配線板４が取り付けられており、このプリント配線板４上に、モータドライバ１１０、位置検出回路１２１、演算回路１２２、パワートランジスタ１２３を含む増幅回路１２４、温度検出回路１３１及びバイアス制御回路１３２が実装されている（図にはパワートランジスタ１２３のみ現れている。）。特に、増幅回路１２４の最後段にあるパワートランジスタ１２３の本体１２３ａは、収容室２８の内側面を構成する、磁気軸受ハウジング２０の部分に、例えばマイカ板やシリコン製シート等の絶縁シート５を介在させた状態で、ねじ６により固定されており、パワートランジスタ１２３のリード端子１２３ｂは、プリント配線板４に半田付けされている。また、収容室２８の内天面を構成する、磁気軸受ハウジング２０の部分には、ポンプハウジングＨの温度を検出する温度検出センサ２９が取り付けられている。
【００１６】
なお、プリント配線板４は、コネクタ７及びケーブル８を介して外部のコントローラ（図示せず。）に接続されている。
図２は制御部の構成を示す機能ブロック図である。同図を参照して、制御部１００は、▲１▼ステータモータ２１を駆動するモータドライバ１１０と、▲２▼アキシャル方向位置検出センサ２４及びラジアル方向位置検出センサ２５の各出力信号に基づいてアキシャル電磁石２２及びラジアル電磁石２３の磁気力を制御する磁気力制御手段１２０と、▲３▼温度検出センサ２９の出力信号に応じてパワートランジスタ１２３のバイアス電圧を制御するバイアス制御手段１３０とを備えている。
【００１７】
磁気力制御手段１２０は、位置検出回路１２１、演算回路１２２及びパワートランジスタ１２３を含む増幅回路１２４を備えている。位置検出回路１２１には、アキシャル方向位置検出センサ２４の出力信号ＳＡ  が与えられている。そして、位置検出回路１２１は、アキシャル方向位置検出センサ２４の出力信号ＳＡ  に基づいてロータ軸２の軸方向位置ＨＡ  を求め、これを演算回路１２２に与える。演算回路１２２は、ロータ軸２の軸方向目標位置ＨＡ０を記憶している。そして、演算回路１２２は、軸方向目標位置ＨＡ０と軸方向位置ＨＡ  と付き合わせて偏差ΔＨＡ  を求め、この偏差ΔＨＡ  を打ち消す分の励磁電流値ＩＶＡ  を演算し、これを増幅回路１２４に与える。そうすると、増幅回路１２４のパワートランジスタ１２３は、励磁電流値ＩＶＡ  に基づいて増幅した励磁電流ＩＡ  をアキシャル電磁石２２に供給する。このように、アキシャル電磁石２２が励磁される結果、ロータ軸２は軸方向目標位置ＨＡ０に維持される。また、位置検出回路１２１には、ラジアル方向位置検出センサ２５の出力信号ＳＲ  が与えられている。そして、位置検出回路１２１は、ラジアル方向位置検出センサ２５の出力信号ＳＲ  に基づいてロータ軸２の径方向位置ＨＲ  を求め、これを演算回路１２２に与える。演算回路１２２は、ロータ軸２の径方向目標位置ＨＲ０を記憶している。そして、演算回路１２２は、径方向目標位置ＨＲ０と径方向位置ＨＲ  と付き合わせて偏差ΔＨＲ  を求め、この偏差ΔＨＲ  を打ち消す分の励磁電流値ＩＶＲ  を演算し、これを増幅回路１２４に与える。そうすると、増幅回路１２４のパワートランジスタ１２３は、励磁電流値ＩＶＲ  に基づいて増幅した励磁電流ＩＲ  をラジアル電磁石に供給する。このように、ラジアル電磁石２３が励磁される結果、ロータ軸２は径方向目標位置ＨＲ０に維持される。
【００１８】
バイアス制御手段１３０は、温度検出回路１３１及びバイアス制御回路１３２を備えている。温度検出回路１３１には、温度検出センサ２９の出力信号ＳＴ  が与えられている。そして、温度検出回路１３１は、温度検出センサ２９の出力信号ＳＴ  に基づいてポンプハウジングＨの温度Ｔを求め、これをバイアス制御回路１３２に与える。バイアス制御回路１３２は、ポンプ内に供給されるガスの反応生成物がポンプハウジングＨに結露することを防止するのに適した目標温度Ｔ０  を記憶している。そして、バイアス制御回路１３２は、目標温度Ｔ０  と検出温度Ｔとを比較し、その結果、目標温度Ｔ０  の方が検出温度Ｔよりも低ければパワートランジスタ１２３のバイアス電圧（図示しない、パワートランジスタ１２３のベース−エミッタ間に与える直流電圧）を上げる一方、目標温度Ｔ０  の方が検出温度Ｔよりも低ければパワートランジスタ１２３のバイアス電圧を下げる。バイアス電圧が高いほど、パワートランジスタ１２３に流れる各電流（ベース電流、エミッタ電流及びコレクタ電流）が増大するので、パワートランジスタ１２３の発熱量が多くなる。
【００１９】
上記実施例においては、以下の作用効果を奏する。即ち、
（１）磁気軸受ハウジング２０の一画に形成した収容室２８の内壁にパワートランジスタ１２３を取り付けているので、磁気軸受ハウジング２０は、パワートランジスタ１２３から発生する熱を磁気軸受ハウジング２０へ逃がしてパワートランジスタ１２３を冷却する、いわゆる放熱体として機能することになる。したがって、従来のように、制御部１００内部にヒートシンクを設ける必要がなくなる結果、制御部１００を小型化且つ軽量化できる。
【００２０】
（２）外側ハウジング１０及び磁気軸受ハウジング２０を熱伝動率の高い金属材料（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等）を使用して作製しているので、両ハウジング１０，２０の熱伝導率が高い結果、パワートランジスタ１２３の冷却効果が高まる。
（３）外側ハウジング１０と磁気軸受ハウジング２０とを互いに結合して一体のポンプハウジングＨとしているので、ポンプハウジングＨは、パワートランジスタ１２３から発生する熱で温められる。その結果、真空ポンプ内に流される各種ガスの反応生成物が両ハウジング１０，２０やタービン翼１２ａに結露することを防止できる。
【００２１】
（４）磁気軸受ハウジング２０の温度変化に応じてパワートランジスタ１２３のバイアス電圧を可変してパワートランジスタ１２３の発熱量を調整することができるので、ポンプハウジングＨの温度をガスの結露を防止するのに適した温度に保つことができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば上記実施例においては磁気軸受装置を真空ポンプに適用した例について記載したが、磁気軸受装置を工作機械等に適用した場合にも、上記（１）及び（２）の作用、効果を有する点においては有用なものとなる。
【００２２】
また、収容室２８の一の壁が外側ハウジング１０で構成される場合には、この壁に、パワートランジスタ１２３を取り付けてもよい。
さらに、温度検出センサ２９は、ポンプハウジングＨの温度を検出できる位置であれば、ポンプハウジングＨの何処に取り付けてもよい。
さらにまた、上記実施例では、制御部１００をポンプハウジングＨ側に設けた構成について記載したが、モータドライバ１１０、位置検出回路１２１及び演算回路１２２を外部のコントローラ側に設ける構成としてもよく、加えてバイアス制御手段１３０をも外部のコントローラ側に設ける構成としてもよい。
【００２３】
その他、本発明の請求の範囲内での種々の設計変更及び修正を加え得ることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、請求項１記載の発明によると、ハウジングが、トランジスタから発生する熱を外部に逃がしてトランジスタを冷却する、いわゆる放熱体として機能するので、制御部内部にヒートシンクを設ける必要がなくなる結果、制御部を小型化且つ軽量化できる。これに加えて、真空ポンプのハウジングは、トランジスタから発生する熱で温められるので、真空ポンプ内に流される各種ガスの反応生成物がハウジングやタービン翼に結露することを防止できる。
【００２５】
請求項２記載の発明によると、請求項１記載の発明と同様の効果を奏することに加えて、ハウジングの熱伝導率が高い結果、トランジスタの冷却効果が高まる。
【００２６】
請求項３記載の発明によると、請求項１又は２記載の発明と同様の効果を奏することに加えて、真空ポンプのハウジングの温度変化に応じてトランジスタの発熱量を調整することができるので、真空ポンプのハウジングの温度をガスの結露を防止するのに適した温度に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る磁気軸受装置を含む真空ポンプの構造を示す一部切欠断面図である。
【図２】制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
Ｈ  ポンプハウジング
１０  外側ハウジング
２０  磁気軸受ハウジング
２  ロータ軸
２２  アキシャル電磁石
２３  ラジアル電磁石
２４  アキシャル方向位置検出センサ
２５  ラジアル方向位置検出センサ
２８  収容室
２９  温度検出センサ
１２０  磁気力制御手段
１２１  位置検出器
１２２  演算回路
１２３  パワートランジスタ
１２４  増幅回路
１３０  バイアス制御手段
１３１  温度検出回路
１３２  バイアス制御回路
【図１】
0003572117.tif 000002
【図２】
0003572117.tif 000003