(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する回転子および３相固定子コイルが設けられた固定子を備えたセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置であって、
前記３相固定子コイルの１相を休止相とし、他の２相に電流を通電する始動部と、
前記通電により前記休止相に発生する誘起電圧に関する複数パターンの時間変化特性の各々に対応付けて、通電後の転流開始タイミングの相関関係が予め記憶されている記憶部と、
前記通電時に前記休止相に発生する誘起電圧を計測して、該誘起電圧の時間変化特性を検出する誘起電圧特性検出部と、
前記誘起電圧特性検出部により検出された誘起電圧の時間変化特性に基づいて、前記複数パターンの時間変化特性の中から１つの時間変化特性を判定する時間変化特性判定部と、
前記時間変化特性判定部により判定された時間変化特性と前記相関関係とに基づいて、前記通電後の転流開始タイミングを決定する決定部と、を備え、
前記決定部で決定された転流開始タイミングにおいて転流を開始することを特徴とするセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置。
【請求項２】
永久磁石を有する回転子および３相固定子コイルが設けられた固定子を備えたセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置であって、
前記３相固定子コイルの１相を休止相とし、他の２相に電流を通電する始動部と、
前記通電により前記休止相に発生する誘起電圧の時間変化特性と通電後の転流開始タイミングとの相関関係が、予め記憶されている記憶部と、
前記通電時に前記休止相に発生する誘起電圧を計測して、該誘起電圧の時間変化特性を検出する誘起電圧特性検出部と、
前記誘起電圧特性検出部により検出された時間変化特性と前記相関関係とに基づいて、前記通電後の転流開始タイミングを決定する決定部と、を備え、
前記決定部で決定された転流開始タイミングにおいて転流を開始し、
前記時間変化特性は、通電後最初に現れる誘起電圧ピークのピーク電圧値と、通電開始から前記ピーク電圧が発生するまでのピーク到達時間と、通電後に誘起電圧がゼロとなるまでのゼロクロス到達時間とを含むことを特徴とするセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置において、
通電開始から所定時間経過しても前記誘起電圧ピークが計測されない場合には、前記始動部による通電および前記決定部による決定が再度実行されることを特徴とするセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置において、
前記始動部による再度の通電は、初回の通電時とは異なる相が休止相とされることを特徴とするセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置において、
前記相関関係は、前記通電時の前記回転子の運動方程式に基づき算出された前記誘起電圧に基づいて設定されていることを特徴とするセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の制御装置と、
前記回転子が設けられ、前記センサレス３相ブラシレスモータによって回転駆動されるポンプ回転体と、
前記ポンプ回転体を磁気浮上支持する磁気軸受と、を備えた真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサレス３相ブラシレスモータの始動時における逆転を防止できる制御装置、および、その制御装置を備えた真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子に永久磁石を備えた３相ブラシレスモータでは、マグネットトルクを利用して回転力を得ているため、固定子コイルに適切なタイミングで電流を流して回転磁界を生成する必要がある。適切なタイミングを得るために、従来はホール素子などの回転位置センサを用いてタイミングを生成している。しかし、最近ではコスト面への配慮から、特許文献１に記載のような回転位置センサを省略したセンサレスの３相ブラシレスモータが提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載のセンサレスブラシレスモータでは、固定子コイルに発生する誘起電圧を用いて回転位置を取得するようにしている。この場合、回転子が停止した状態において、固定子コイルにより所望の方向に回転する回転磁界を非同期で生成し、回転子の回転速度を誘起電圧を得ることができる回転数まで上昇させるようにしている。そして、十分な誘起電圧が得られるようになったならば、取得された誘起電圧から算出される回転位置に基づいて回転磁界を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２４９９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転磁界の周期が短すぎると、マグネットトルクの印加時間が短くなって回転子が追従できなくなる場合がある。逆に、回転磁界の周期が長すぎると、マグネットトルクの印加時間が長くなることで回転子が逆回転する場合がある。逆回転してしまった場合であっても、誘起電圧が確実に測定できる回転速度まで上昇しないと逆回転を判断することができない。そして、逆回転と判定できるようになった時点でポンプ停止動作を行い、一旦停止してから再度始動動作を行わせる必要があった。真空ポンプのポンプ回転体は慣性質量が比較的大きいため、動き難くかつ止まり難い。そのため、逆回転してしまった場合には、所望の方向に回転させるまでの始動時間が長くなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、永久磁石を有する回転子および３相固定子コイルが設けられた固定子を備えたセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置であって、３相固定子コイルの１相を休止相とし、他の２相に電流を通電する始動部と、通電により休止相に発生する誘起電圧に関する複数パターンの時間変化特性の各々に対応付けて、通電後の転流開始タイミングの相関関係が予め記憶されている記憶部と、通電時に休止相に発生する誘起電圧を計測して、該誘起電圧の時間変化特性を検出する誘起電圧特性検出部と、誘起電圧特性検出部により検出された誘起電圧の時間変化特性に基づいて、複数パターンの時間変化特性の中から１つの時間変化特性を判定する時間変化特性判定部と、時間変化特性判定部により判定された時間変化特性と相関関係とに基づいて、通電後の転流開始タイミングを決定する決定部と、を備え、決定部で決定された転流開始タイミングにおいて転流を開始することを特徴とする。
請求項２の発明は、永久磁石を有する回転子および３相固定子コイルが設けられた固定子を備えたセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置であって、３相固定子コイルの１相を休止相とし、他の２相に電流を通電する始動部と、通電により休止相に発生する誘起電圧の時間変化特性と通電後の転流開始タイミングとの相関関係が、予め記憶されている記憶部と、通電時に前記休止相に発生する誘起電圧を計測して、該誘起電圧の時間変化特性を検出する誘起電圧特性検出部と、誘起電圧特性検出部により検出された時間変化特性と相関関係とに基づいて、通電後の転流開始タイミングを決定する決定部と、を備え、決定部で決定された転流開始タイミングにおいて転流を開始し、時間変化特性は、通電後最初に現れる誘起電圧ピークのピーク電圧値と、通電開始から前記ピーク電圧が発生するまでのピーク到達時間と、通電後に誘起電圧がゼロとなるまでのゼロクロス到達時間とを含むことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載のセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置において、通電開始から所定時間経過しても誘起電圧ピークが計測されない場合には、始動部による通電および決定部による決定が再度実行されるようにしたものである。
請求項４の発明は、請求項３に記載のセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置において、始動部による再度の通電は、初回の通電時とは異なる相が休止相とされることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置において、相関関係は、通電時の回転子の運動方程式に基づき算出された前記誘起電圧に基づいて設定されていることを特徴とする。
請求項６の発明に係る真空ポンプは、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の制御装置と、回転子が設けられ、センサレス３相ブラシレスモータによって回転駆動されるポンプ回転体と、ポンプ回転体を磁気浮上支持する磁気軸受と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、始動時に、回転子を所定回転方向へ確実に回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。
【図２】モータ制御装置の主要構成を示す図である。
【図３】モータ３６の断面を模式的に示す図である。
【図４】曲面Ｓ上における磁束密度Ｂ(α，ｚ)の周方向分布を模式的に示した図である。
【図５】初期位置θ0がθ0＝±３０degの場合の誘起電圧の変化を示す図である。
【図６】初期位置θ0がθ0＝１２０degの場合の誘起電圧の変化を示す図である。
【図７】初期位置θ0がθ0＝−１２０degの場合の誘起電圧の変化を示す図である。
【図８】初期位置判定マップを示す図である。
【図９】初期位置θ0とゼロクロス到達時間Ｔ0との関係を示す図である。
【図１０】始動時動作方向判定テーブルを示す図である。
【図１１】領域１(CW)と判定した場合の転流動作例を示す図である。
【図１２】領域２(CCW)と判定した場合の転流動作例を示す図である。
【図１３】領域３(CCW)と判定した場合の転流動作例を示す図である。
【図１４】領域４でＣＷ判定した場合の転流動作例を示す図である。
【図１５】領域４’でＣＣＷ判定した場合の転流動作例を示す図である。
【図１６】領域５と判定した場合の転流動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための実施の形態について説明する。図１は磁気浮上式ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。ターボ分子ポンプ１には不図示の電源装置が接続される。その電源装置には、後述するモータ３６を駆動するモータ制御装置と、ターボ分子ポンプ１に設けられた磁気軸受を制御する軸受制御装置が設けられている。
【００１０】
回転側排気作用部である回転翼３０ａおよび円筒部３０ｂが形成されたロータ３０は、回転軸であるシャフト３１に締結されている。ロータ３０とシャフト３１とによってポンプ回転体が構成される。シャフト３１は、ベース２０に設けられた磁気軸受３７，３８，３９によって非接触支持される。各磁気軸受３７，３８，３９は電磁石と変位センサとを備えている。変位センサによりシャフト３１の浮上位置が検出される。なお、軸方向の磁気軸受３９を構成する電磁石は、シャフト３１の下端に設けられたロータディスク３５を軸方向に挟むように配置されている。
【００１１】
磁気軸受３７〜３９によって回転自在に磁気浮上されたポンプ回転体（ロータ３０およびシャフト３１）は、モータ３６により高速回転駆動される。モータ３６にはセンサレス３相ブラシレスモータが用いられる。モータ３６のモータステータ３６ａはベース２０に設けられ、永久磁石を備えるモータロータ３６ｂはシャフト３１側に設けられている。２６ａ，２６ｂは非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはこれらのメカニカルベアリング２６ａ，２６ｂによってシャフト３１は支持される。
【００１２】
図１に示すターボ分子ポンプ１は、回転翼３０ａと固定翼２２とで構成されるターボポンプ段と、円筒部３０ｂとネジステータ２４とで構成されるドラッグポンプ段（ネジ溝ポンプ）とを有している。上述したように回転翼３０ａおよび円筒部３０ｂを回転側排気作用部とした場合、固定翼２２およびネジステータ２４は固定側排気作用部が形成されたステータを構成している。なお、ここではネジステータ２４側にネジ溝が形成されているが、円筒部３０ｂ側にネジ溝を形成しても構わない。
【００１３】
アルミ合金製のロータ３０には複数段の回転翼３０ａが形成されている。複数段の固定翼２２は、軸方向に対して回転翼３０ａと交互に配置されている。各固定翼２２は、スペーサリング２３を介してベース２０上に載置される。ポンプケーシング２１の固定フランジ２１ｃをボルトによりベース２０に固定すると、積層されたスペーサリング２３がベース２０とポンプケーシング２１との間に挟持され、固定翼２２が位置決めされる。
【００１４】
ベース２０の排気口２０ａには排気ポート２５が設けられ、この排気ポート２５にバックポンプが接続される。ロータ３０を磁気浮上させつつモータ３６により高速回転駆動することにより、吸気口２１ａ側の気体分子は排気ポート２５側へと排気される。
【００１５】
図２は、モータ制御装置の主要構成を示す図である。モータ３６のモータロータ３６ｂは２極の永久磁石を備え、モータステータ３６ａはスター結線された３相の固定子コイル（Ｕ相コイルＬｕ，Ｖ相コイルＬｖ，Ｗ相コイルＬｗ）を備えている。モータ制御装置１０は、直流電源１００と、Ｕ相コイルＬｕ，Ｖ相コイルＬｖ，Ｗ相コイルＬｗに電流を供給するＰＷＭアンプ１０１と、ＰＷＭアンプ１０１を制御する制御部１０２と、抵抗値の等しいスター結線された抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗを有する仮想中性点回路１０３と、差動増幅器１０４と、ローパスフィルタ１０５と、ＡＤコンバータ１０６を備えている。
【００１６】
なお、図２では、便宜上Ｕ相コイルＬｕ，Ｖ相コイルＬｖ，Ｗ相コイルＬｗとモータロータ３６ｂとが別に示されているが、実際はＵ相コイルＬｕ，Ｖ相コイルＬｖ，Ｗ相コイルＬｗはモータロータ３６ｂの外周側に配置されている。
【００１７】
ＰＷＭアンプ１０１は、３相ブリッジを構成する６つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を備えている。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体素子が用いられる。図２に示す例では、ＭＯＳＦＥＴをスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に用いている。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、Ｕ相コイルＬｕおよび仮想中性点回路１０３の抵抗Ｒｕに接続されている。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４は、Ｖ相コイルＬｖおよび仮想中性点回路１０３の抵抗Ｒｖに接続されている。スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６は、Ｗ相コイルＬｗおよび仮想中性点回路１０３の抵抗Ｒｗに接続されている。
【００１８】
制御部１０２は、例えばマイクロコンピュータにより構成され、ＰＷＭアンプ１０１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をオン／オフ駆動するためのＰＷＭ制御信号を生成する。ＰＷＭアンプ１０１は、制御部１０２に制御されながら３相の固定子コイルに所定の電流を供給する。なお、詳細は後述するが、記憶部１０２ａには後述する相関関係が予め記憶されている。制御部１０２は、モータ始動時に休止相に発生する誘起電圧と記憶部１０２ａの相関関係とに基づいて、始動動作における転流開始タイミングを決定する。
【００１９】
仮想中性点回路１０３の抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗは、それぞれ対応する固定子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに接続されている。仮想中性点回路１０３の仮想中性点１０３ａの電位は、差動増幅器１０４に入力される。後述する休止相に誘起される電圧は仮想中性点１０３ａに現れる。差動増幅器１０４には直流電源１００からの基準電位Ｖｒも入力され、仮想中性点電位と基準電位Ｖｒとの差が差動増幅器１０４からローパスフィルタ１０５へ出力される。なお、図２に示した例では、基準電位として電源中性点電位を使用し、仮想中性点電位との差分を取っているが、例えば、仮想中性点電位を基準電位に使用し、仮想中性点電位と休止相の端子電圧との差分を取るようにしても良い。
【００２０】
ローパスフィルタ１０５では、差分信号からＰＷＭ信号成分に起因する高調波成分（一般には１０ｋＨｚ以上）が除去される。始動時に休止相に現れる誘起電圧の周波数（１Ｈｚ以下）は低いので、ローパスフィルタ１０５のカットオフ周波数は、誘起電圧周波数での位相変化に影響をほとんど与えないような値に設定される（例えば、５００Ｈｚ程度）。ローパスフィルタ１０５から出力される信号は誘起電圧信号として、ＡＤコンバータ１０６を介して制御部１０２に入力される。
【００２１】
なお、制御部１０２に入力された誘起電圧信号は、図示していないデジタルフィルタにより処理される。デジタルフィルタは、ローパスフィルタ１０５で除去できないノイズを除去すると共に、後述する始動時の時間判定に影響を与えないように、有限時間整定応答フィルタを用いるのが望ましい。また、制御部１０２では、時刻ｔ＝０（回転停止時）でのフィルタ出力を直流バイアス量として、デジタルフィルタ出力との差分をとることで、デジタルフィルタ出力に含まれる直流バイアス電圧は補正される。
【００２２】
制御部１０２は、バイアス補正を施したデジタルフィルタ出力に基づく誘起電圧情報と後述する相関関係（始動時動作方向判定テーブル）とを比較して、所望の方向（正回転方向）に回転させるための転流タイミング（初回の転流タイミング）を決定する。そして、モータロータ３６ｂが所望の回転方向に回り続けることができる固定子磁束が形成されるように、転流動作を順に行う。
【００２３】
本実施の形態では、ロータ３０をモータ３６で回転始動する際に、始動時のモータロータ３６ｂの回転方向を判断し、モータロータ３６ｂが所望の方向に回転駆動されるように転流開始タイミングを決定するようにしている。そのために、始動時に、Ｕ相コイルＬｕ、Ｖ相コイルＬｖおよびＷ相コイルＬｗの内の２相に電流を流し、そのときの休止相に生じる誘起電圧ｅに基づいてモータロータ３６ｂの回転方向を判定するようにしている。
【００２４】
［休止相に発生する誘起電圧］
まず、図３および図４を参照して、休止相に生じる誘起電圧について説明する。図３は、図１に示したモータ３６の断面を模式的に示したものである。Ｕ相コイルＬｕ、Ｖ相コイルＬｖおよびＷ相コイルＬｗは１２０deg間隔で配置されており、Ｗ相コイルＬｗのコイル面に垂直な方向を、モータロータ３６ｂの回転角度αの原点とする。なお、モータロータ３６ｂの回転角度は、Ｎ極の位置（以下では磁極位置と呼ぶ）の原点（α＝０）からの角度である。回転角度αの値は、図３に示すように時計回り方向（モータ３６の正回転方向）を正とする。なお、図３に示す例では、モータロータ３６ｂは２極であって、モータステータ３６ａは３相３スロットである。
【００２５】
以下の説明では、Ｕ相コイルＬｕおよびＶ相コイルＬｖに一定の電流を流し、Ｗ相を休止相とする。図２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオンしてＵ相コイルＬｕおよびＶ相コイルＬｖに電流を流すと、図３に示すような方向に磁束φuvが形成される。磁束φuvの方向は、Ｗ相コイルＬｗのコイル面と平行なのでＷ相コイルＬｗと鎖交しない。よって、休止相であるＷ相コイルＬｗと鎖交するのは回転子磁束のみとなる。そのため、モータロータ３６ｂの回転によりＷ相コイルＬｗに誘起される電圧は、鎖交する回転子磁束の変化（モータロータ３６ｂの回転位置と回転速度）のみに依存することになる。すなわち、休止相（Ｗ相）に誘起される電圧から、モータロータ３６ｂの位置情報を検出することが可能である。
【００２６】
相コイルが集中巻きで全節巻である場合をモデルに用いて、Ｗ相コイルＬｗと鎖交する回転子磁束、その鎖交磁束の変化による誘起電圧について説明する。Ｗ相コイルＬｗと鎖交する回転子磁束の算出には、Ｗ相コイルＬｗを縁とする曲面（円筒状の曲面）Ｓ0を貫く磁束を考える。曲面Ｓ0上の磁束密度に関して、曲面Ｓ0上の座標（β、ｚ）における磁束密度の曲面Ｓ0に垂直な成分Ｂ(β，ｚ)は、モータロータ３６ｂの回転子角度が図３のようにαの場合、次式（１）のように表される。なお、座標（β、ｚ）のβは角度であり、図３のαと同様に設定される。すなわちＷの位置がβ＝π／２であり、Ｗ’の位置がβ＝−π／２である。また、ｚはモータロータ３６ｂの軸方向の座標である。
Ｂ(β，ｚ)＝Ｂmax・cos（β−α）    …（１）
【００２７】
図４は、曲面Ｓ0上における磁束密度Ｂ(β，ｚ)の周方向分布を模式的に示した図である。図４において、Ｂmax・cos（β−α）で示す曲線はモータロータ３６ｂの回転角度がα＝α0の場合を示し、Ｂmax・cosβで示す曲線はモータロータ３６ｂの回転角度がα＝０の場合を示す。なお、分布図の下側には、曲線Ｂmax・cosβ、Ｂmax・cos（β−α）に対応する磁石Ｎ，Ｓの位置を、平面状に展開して示した。図３に示した曲面Ｓ0上をＷ’の位置からＷの位置まで磁束密度Ｂ(β，ｚ)を積分することにより、すなわち、次式（２）のように−π／２≦β≦π／２および０≦ｚ≦Ｌの範囲で積分することにより、曲面Ｓ0に鎖交する磁束φが求まる。なお、ＲおよびＬはモータロータ３６ｂの半径および軸方向長さであり、ＮはＷ相コイルＬｗのコイルターン数である。
【数１】
0005834957.tif 000002
【００２８】
後の議論のために、式（２）を図３に示す角度θで書き換える。角度θはＷ位置を原点とし、逆回転方向を正の値とする角度である。このとき、α＋θ＝π／２の関係があるので、式（２）は次式（３）のように表現される。
【数２】
0005834957.tif 000003
【００２９】
式（３）に示した鎖交磁束φの時間微分を用いて、休止相（Ｗ相コイルＬｗ）に発生する誘起電圧ｅは次式（４）で表される。
【数３】
0005834957.tif 000004
なお、φｒ＝２Ｎ・Ｌ・Ｒ・Ｂmaxである。
【００３０】
モータロータ３６ｂの始動時停止位置が図３に示す角度α（または、角度θ＝π／２−α）の場合、磁束φuvの作用により、正回転方向の働くトルクによって時計回りに回転し始める。そして、モータロータ３６ｂの角度θがθ＜０になると、モータロータ３６ｂには逆回転方向のトルクが作用する。そのため、モータロータ３６ｂはθ＝０を通過した後に一旦停止し、その後、逆回転方向に回転し始める。そして、同様の運動を繰り返し、θ＝０を中心に振動することになる。
【００３１】
本実施の形態では、休止相に現れる誘起電圧の時間変化特性に基づいて、転流開始のタイミングを決定するようにしている。ところで、図３の回転角度αはα(ｔ)のように時間の関数であり、α(ｔ)は任意の２つの相コイルに直流電流を印加した時のモータロータ３６ｂの運動方程式から、求めることができる。
【００３２】
図３に示す回転角度αに関して、モータロータ３６ｂの運動方程式は次式（５）で表される。Ｊは回転子（本実施の形態の場合には、ロータ３０やシャフト３１を含むポンプ回転体）の慣性モーメント［kg・m２］、Ｄは回転制動係数［N・m・sec/rad］、ＴＬは負荷トルク［N・m］、Ｔｅは駆動トルク［N・m］である。
【数４】
0005834957.tif 000005
【００３３】
計算を簡単にするために、回転制動係数（動摩擦係数）と負荷トルクを無視し、自由振動系として検討する。磁気軸受式の真空ポンプの場合には動摩擦係数が非常に小さいので、自由振動系で精度良く近似できる。また、モータ３６の駆動トルクＴｅは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの電流をそれぞれｉb、ｉc、ｉaとすると、次式（６）のように表せる。
【数５】
0005834957.tif 000006
【００３４】
図３に示した例のように、休止相はＷ相（ｉa＝０）で、Ｕ相からＶ相に一定電流Ｉp（ｉb＝Ｉp、ｉc＝−Ｉp）を流す場合には、発生する駆動トルクＴｅは次式（７）のようになる。また、式（５）における回転制動係数Ｄや負荷トルクＴＬは、始動動作においては無視できると考えても問題ないので、式（５）は次式（８）のようになる。なお、φrは式（４）に示したφrであって、永久磁石の最大磁束［Wb］である。
【数６】
0005834957.tif 000007
【００３５】
ここで、α＋θ＝π／２の関係を用いて、式（８）を角度θに関するものに書き換えると次式（９）のようになる。
【数７】
0005834957.tif 000008
【００３６】
モータロータ３６ｂが図３に示す角度θで停止している場合、この位置をモータロータ３６ｂの初期位置θ0とする。式（９）を第一種楕円積分により厳密に解くことにより、初期位置θ0から始動し、時間ｔmが経過した時点のモータロータ３６ｂの位置θが求まる。時間ｔmは式（１０）で表され、時間ｔmが経過した時点の位置θは式（１１）で表される。式（１１）における関数snはヤコビの楕円関数であり、式（１０）の積分項の逆関数をヤコビの楕円関数snで定義した。なお、式（１１）のθを上述した式（３）および式（４）のθに代入すれば、位置θにおける、休止相に鎖交する磁束、および、休止相に発生する誘起電圧が算出される。
【数８】
0005834957.tif 000009
【００３７】
［誘起電圧の変化パターンの説明］
図５〜７は、誘起電圧の変化を示したものである。図５（ａ）は初期位置（停止位置）θ0が３０degの場合を示し、図５（ｂ）はθ0＝−３０degの場合を示す。また、図６はθ0＝１２０degの場合を示し、図７はθ0＝−１２０degの場合を示す。式（４）に示すように、誘起電圧ｅはdθ／dｔとcosθとの積に比例している。dθ／dｔ＝０となる位置は、始動開始時（θ0）、モータロータ３６ｂが往復運動において移動方向が反転する際に現れる。一方、cosθ＝０となるのは、θ＝±９０degとなる位置である。また、往復運動においてはθ＝０において最も回転速度（dθ／dｔ）が大きくなるので、θ＝０のときに誘起電圧のピークが現れる。
【００３８】
図５（ａ）の場合には、時刻ｔ11にθ＝３０degから正回転方向（時計回り）に回転開始し、θ＝０（時刻ｔ12）となる回転位置において誘起電圧ｅがピークとなる。θ＝０を通過してθ＜０の領域となると、回転速度が徐々に減少して誘起電圧ｅも減少し、回転速度がゼロとなる時刻ｔ13において誘起電圧ｅがゼロとなる（ゼロクロス点）。その後、モータロータ３６ｂは逆回転方向（反時計回り）に回転し始め、負の誘起電圧が発生する。この場合も、θ＝０（時刻ｔ14）となる回転位置で誘起電圧がピークとなり、その後は、回転速度の減少に伴って誘起電圧は減少し、回転速度がゼロとなる時刻ｔ15において誘起電圧ｅがゼロとなる。このように、誘起電圧は正→負→正→負を繰り返しながら減衰する。
【００３９】
図５（ｂ）は、モータロータ３６ｂの初期位置がθ0＝−３０degの場合の誘起電圧を示したものである。この場合、θ＝０に関してθ0＝３０degと逆の位置から回転動作が始まるので、誘起電圧ｅを示す曲線は、図５（ａ）の曲線を電圧＝０のラインに関して反転したものとなっている。そのため、ピーク位置の電圧はθ0＝３０degの場合に対し逆極性になっているが、誘起電圧ｅ＝０となるゼロクロス点の位置は図５（ａ）の場合と同じになる。
【００４０】
図６は、モータロータ３６ｂの初期位置がθ0＝１２０degの場合の、誘起電圧を示している。この場合、θが１２０deg（ｔ31）〜９０deg（ｔ33）までは式（４）のcosθはcosθ＜０となるため、誘起電圧は負電圧となる。そして、θ＝９０deg（ｔ33）においてcosθ＝０となるため、誘起電圧もｅ＝０となる。その間、時刻ｔ32に誘起電圧のピークが現れる。θが９０deg〜−９０deg（ｔ35）までは、図５（ａ）に示すθ0＝３０degの場合と同様の変化傾向で誘起電圧が変化し、時刻ｔ34に誘起電圧のピークが現れる。
【００４１】
モータロータ３６ｂは、θ＝−９０deg（ｔ35）となった後もさらに正回転方向に回転する。θ＜−９０degではcosθ＜０であるため、誘起電圧ｅは負電圧となる。そして、時刻ｔ37においていったん停止した後、反対方向（逆回転方向）に回転を始める。θ＜−９０degである時刻ｔ37〜ｔ39の誘起電圧ｅは、回転方向がｔ35〜t37とは逆方向なので、電圧は逆極性（正電圧）であるがｔ37→ｔ35における電圧変化と同様の変化をする。その後、モータロータ３６ｂはさらに逆回転方向に回転し、時刻ｔ39→ｔ40→ｔ41で示すように誘起電圧ｅは変化する。この変化は、逆極性ではあるが、ｔ35→ｔ34→ｔ33と同様の変化を示している。このように、誘起電圧は正→負→正→負を繰り返しながら減衰する。
【００４２】
図７は、停止位置がθ0＝−１２０degの場合を示したものである。この場合も、図５（ａ）と図５（ｂ）との関係と同様に、図６の曲線を電圧＝０のラインに関して上下反転したのものとなっており、詳細説明は省略する。
【００４３】
図５〜７ではθ0＝±３０degおよびθ0＝±１２０degの場合について示した。休止相に生じる誘起電圧ｅは式（４）に示すようにdθ／dｔとcosθとの積に比例しているため、始動時の停止位置θ0によって誘起電圧ｅの変化のしかたがそれぞれ異なるが、基本的には、図５〜７に示した４つのパターンに分類される。ただし、初期位置（停止位置）θ0によって、始動直後に誘起電圧ｅがピークとなる時間（ピーク到達時間）およびその電圧（ピーク電圧）や、ゼロクロス到達時間が異なる。
【００４４】
上述したように、磁気軸受式ターボ分子ポンプの場合には摩擦係数が非常に小さいので、上述した計算により、誘起電圧を精度良く求めることができる。ところで、誘起電圧波形の違いから回転方向を判定する場合、上述のように摩擦係数が小さくても、モータロータ３６ｂの運動時間が長くなればなるほど運動の減衰が大きくなる。そのため、摩擦係数の影響がほとんど無い、始動直後の誘起電圧を比較するのが好ましい。そこで、本実施の形態では、図５〜７に示すような誘起電圧変化に対して、始動直後のピーク到達時間、ピーク電圧、ゼロクロス到達時間を比較するようにした。
【００４５】
［転流タイミング判定についての説明］
次に、図８〜１０を用いて転流タイミングの判定方法について説明する。図８は、モータロータ３６ｂの初期位置（停止位置）θ0を判定するためのマップを示す図である。図８に示すマップは、種々の初期位置θ0に対して始動直後に現れるピーク電圧Ｖpeak、ピーク到達時間Ｔpeakを計算し、その計算結果を（Ｖpeak、Ｔpeak）平面上にプロットしたものである。さらに、図９は、初期位置θ0とゼロクロス到達時間Ｔ0との関係を示す図であり、図８に示す複数の初期位置に関するデータ内の一部について、（θ0、Ｔ0）平面上にプロットしたものである。また、図１０は、図８，９に示すマップに基づいて定めた転流条件を表にしたものである。
【００４６】
なお、図８，９において、例えば、ＣＷ４０と記載されているデータは初期位置θ0が４０deg（θ＝０に対して時計回転方向に４０deg）であることを示し、ＣＣＷ４０と記載されているデータは初期位置θ0が−４０deg（θ＝０に対して反時計回転方向に４０deg）であることを示す。
【００４７】
始動直後のピークの極性および電圧を比較した場合、図５〜７の説明から、初期位置θ0の角度の大きさが同じであればピーク電圧の大きさは等しく、ピーク電圧の極性は、θ＝０から見た初期位置θ0の方向がＣＷかＣＣＷかによって逆になることが理解できる。そのため、図８を見ると、ＣＷ１０〜ＣＷ１７０のデータと、ＣＣＷ１０〜ＣＣＷ１７０のデータとは、電圧＝０のラインを軸として左右対象に配置されている。
【００４８】
図８では、データがプロットされている領域が、領域１(CW)，領域１(CCW)，領域２(CW)，領域２(CCW)，領域３(CW)，領域３(CCW)，領域４(1)，領域４(2)および領域５の、９つの領域に区別されている。
【００４９】
(1)領域１(CW)の範囲は、Ｔpeak＜０．８sec、かつ、Ｖpeak＜−５０mVを満たす範囲である。(2)領域１(CCW)の範囲は、Ｔpeak＜０．８sec、かつ、Ｖpeak＞５０mVを満たす範囲である。(3)領域２(CW)は、Ｔpeak≧０．８sec、かつ、Ｖpeak＞１５０mVを満たす範囲である。(4)領域２(CCW)は、Ｔpeak≧０．８sec、かつ、Ｖpeak＜−１５０mVを満たす範囲である。(5)領域３(CW)は、Ｔpeak≧１．０５sec、かつ、−１５０mV≦Ｖpeak≦０mVを満たす範囲である。(6)領域３(CCW)は、Ｔpeak≧１．０５sec、かつ、０(mV)＜Ｖpeak≦１５０mVを満たす範囲である。(7)領域４(1)は、０．８sec≦Ｔpeak＜１．０５sec、かつ、０mV＜Ｖpeak≦１５０mVを満たす範囲である。(8)領域４(2)は、０．８sec≦Ｔpeak＜１．０５sec、かつ、−１５０mV≦Ｖpeak＜０mVを満たす範囲である。(9)領域５の範囲は、−５０mV≦Ｖpeak≦５０mVである。
【００５０】
［領域判定条件（１）］
先ず、図１０の領域判定条件（１）について説明する。図８のマップを見ると、ピーク到達時間ＴpeakがＴpeak＜０．８secの領域では、誘起電圧が正の領域（領域１(CCW)）および誘起電圧が負の領域（領域１(CW)）にそれぞれ同種類のデータが含まれている。すなわち、領域１(CW)には初期位置θ0が１００，１１０，１２０，１４０，１５０degのデータが含まれ、領域１(CCW)には初期位置θ0が−１００，−１１０，−１２０，−１４０，−１５０degのデータが含まれている。計算上では、領域１(CW)には９０deg＜θ0＜１８０degのデータが含まれ、領域１(CCW)には−１８０deg＜θ0＜−９０degが含まれることになる。
【００５１】
領域１(CW)におけるピーク電圧Ｖpeakは図６の時刻t32におけるピーク電圧に相当し、ピーク電圧の極性は負で、誘起電圧は時間の経過と共に図６の場合と同様の変化をする。この場合、２番目のピーク位置t34（正のピークに関しては１番目）が、θ＝０であって回転方向が正回転方向となる。すなわち、１番目の正のピークを検出したときが、初回の転流タイミングとなる。図３に示す例では始動時の回転方向判定のためにＵ相→Ｖ相と一定の電流を流したので、この転流タイミングでは、正回転方向（時計回転方向）に回転するようにＵ相→Ｗ相と転流を開始する。
【００５２】
一方、領域１(CCW)におけるピーク電圧Ｖpeakは図７の時刻t52におけるピーク電圧に相当し、ピーク電圧の極性は負で、誘起電圧は時間の経過と共に図７の場合と同様の変化をする。この場合、５番目のピーク位置t60（正のピークに関しては３番目）において、回転位置がθ＝０と一致するとともに、回転方向が正回転方向となる。すなわち、３番目の正のピークを検出したときが、初回の転流タイミングとなる。
【００５３】
ただし、図８からも分かるように初期位置θ0が９０degまたは−９０degに近いデータ（例えば、ＣＷ１００，ＣＷ１１０，ＣＣＷ１００，ＣＣＷ１１０）は、ピーク電圧Ｖpeak（図６，７のt32、t52の電圧に対応する）が小さい。そのため、ノイズ等の影響により実際上はピーク電圧の検出が難しい。その結果、時刻t32，t52のピーク電圧が検出されず、その次のピーク（時刻t34，t54のピーク）が初回のピークとして検出されるおそれがある。
【００５４】
この場合、誘起電圧の変化は初期位置θ0＝９０degまたはθ0＝−９０degの場合の誘起電圧変化と非常に近くなる。よって、検出されるピーク到達時間は０．８secよりも長くなり、領域１(CCW)または領域１(CW)のデータとして判定されず、領域２(CW)または領域２(CCW)のデータとして判定されることになる。もちろん、ピーク電圧が検出できる場合には、領域１(CW)または領域１(CCW)と判定され、上述のような転流動作が行われる。なお、図１０の領域の欄では、領域１(CW)と領域１(CCW)とをまとめて領域１と記載した。
【００５５】
［領域判定条件（２）］
領域判定条件（２）は、図８の領域２(CW)および領域２(CCW)に対応する判定条件である。図８のマップのＴpeak≧０．８secの領域を見ると、ピーク電圧がＶpeak＞１５０mVの領域およびＶpeak＜−５０mVの領域においては、それぞれ同種類のデータが含まれている。すなわち、領域２(CW)には初期位置θ0が４０，６０，９０degのデータが含まれ、領域２(CCW)には初期位置θ0が−４０，−６０，−９０degのデータが含まれている。なお、図１０の領域の欄では、領域２(CW)と領域２(CCW)とをまとめて領域２と記載した。
【００５６】
領域２(CW)におけるピーク電圧Ｖpeakは図５（ａ）の時刻t12におけるピーク電圧に相当し、ピーク電圧の極性は正で、誘起電圧は時間の経過と共に図５（ａ）の場合と同様の変化をする。この場合、最初のピーク位置t12（正のピークに関して１番目）がθ＝０であって、回転方向が正回転方向となる。すなわち、１番目の正のピークを検出したときが、初回の転流タイミングとなる。
【００５７】
一方、領域２(CCW)におけるピーク電圧Ｖpeakは図５（ｂ）の時刻t22におけるピーク電圧に相当し、ピーク電圧の極性は正で、誘起電圧は時間の経過と共に図５（ｂ）の場合と同様の変化をする。この場合、２番目のピーク位置t24（正のピークに関して１番目）がθ＝０であって、回転方向が正回転方向となる。すなわち、１番目の正のピークを検出したときが、初回の転流タイミングとなる。
【００５８】
［領域判定条件（３）］
領域判定条件（３）は、マップ８の領域３(CW)および領域３(CCW)に対応する判定条件である。図８のマップでは、領域３(CW)にはデータＣＣＷ１７０のみが記載され、領域３(CCW)にはデータＣＷ１７０のみが記載されているが、領域３(CW)には初期位置θ0が１７０deg前後のものが含まれ、領域３(CCW)にはθ0＝−１７０deg前後のものが含まれることになる。なお、図１０の領域の欄では、領域３(CW)と領域３(CCW)とをまとめて領域３と記載した。
【００５９】
検出されたデータが領域３(CW)に含まれると判定された場合には、誘起電圧の変化は図６の場合と同様なので、２番目のピーク位置（正のピークに関しては１番目）がθ＝０であって、回転方向が正回転方向となる。すなわち、１番目の正のピークを検出したときが、初回の転流タイミングとなる。
【００６０】
一方、領域３(CCW)と判定された場合には、誘起電圧の変化は図７の場合と同様なので、５番目のピーク位置（正のピークに関しては３番目）がθ＝０であって、回転方向が正回転方向となる。すなわち、３番目の正のピークを検出したときが、初回の転流タイミングとなる。
【００６１】
［領域判定条件（４）および（５）］
領域判定条件（４）および領域判定条件（５）は、図８の領域４(1)および領域４(2)に含まれるデータに関する判定条件である。図８に示すように、領域４(1)には、図５（ａ）に示すパターンのデータ（ＣＷ１０，ＣＷ２０，ＣＷ３０）と図７に示すパターンのデータ（ＣＣＷ１６０）とが含まれている。また、領域４(2)には、図５（ｂ）に示すパターンのデータ（ＣＣＷ１０，ＣＣＷ２０，ＣＣＷ３０）と図６に示すパターンのデータ（ＣＷ１６０）とが含まれている。そこで、本実施の形態では、図５（ａ）、図５（ｂ）のパターンの場合と図６，７のパターンの場合とではゼロクロス到達時間Ｔ0が明確に異なることを利用して、領域４(1)および領域４(2)における混在するパターンの判別をするようにした。
【００６２】
（領域４(1)）
図９は、図８のデータＣＷ１０〜ＣＷ９０およびデータＣＣＷ１００〜ＣＣＷ１７０を示したものであり、横軸は初期位置θ0、縦軸はゼロクロス到達時間Ｔ0である。なお、図９に示したデータの内、ＣＷ１０，データＣＷ２０，ＣＷ３０およびＣＣＷ１６０は領域４(1)に含まれるデータであるが、その他のデータＣＷ４０〜ＣＷ９０，ＣＣＷ１００〜ＣＣＷ１５０，ＣＣＷ１７０は領域４(1)以外の領域に含まれるデータである。
【００６３】
領域４(1)に含まれるデータＣＷ１０，ＣＷ２０，ＣＷ３０およびＣＣＷ１６０のゼロクロス到達時間Ｔ0を比較すると、ＣＷ１０は１．７１secであって、ＣＣＷ１６０は１．２４secである。すなわち、これらの間の値（例えば、Ｔ0＝１．４sec）を基準値とすれば、その基準値よりも大きいか小さいかで、計測されたデータの誘起電圧が図５（ａ）のように変化する（ＣＷ２０，ＣＷ３０の場合）のか、図６のように変化する（ＣＣＷ１６０の場合）のかを判別することができる。
【００６４】
以下では、図９のデータＣＷ１０，ＣＷ２０，ＣＷ３０が含まれる領域（Ｔ0＞１．４sec）を、改めて領域４’と呼ぶことにする。同様に、データＣＣＷ１６０が含まれる領域（Ｔ0≦１．４sec）を改めて領域４と呼ぶことにする。なお、図１０の領域の欄には、これらの領域４，４’を記載した。
【００６５】
そして、計測された誘起電圧に関して、ピーク到達時間Ｔpeakが０．８(sec)≦Ｔpeak＜１．０５sec、ピーク電圧Ｖpeakが０mV＜Ｖpeak≦１５０mV、かつ、ゼロクロス到達時間Ｔ0がＴ0≦１．４secである場合（例えば、データＣＣＷ１６０）には、そのデータは図９の領域４に含まれることになる。この場合、誘起電圧は図７のように変化するので、５番目のピーク位置t60（正のピークに関しては３番目）がθ＝０であって、回転方向が正回転方向となる。すなわち、３番目の正のピークを検出したときが、初回の転流タイミングとなる。例えば、図９のデータＣＣＷ１６０のゼロクロス到達時間はＴ0＝１．２４secであり、このゼロクロス到達時間を検出したならば、時刻t60まで待ってから転流を開始する。
【００６６】
一方、計測された誘起電圧に関して、ピーク到達時間Ｔpeakが０．８sec≦Ｔpeak＜１．０５sec、ピーク電圧Ｖpeakが０mV＜Ｖpeak≦１５０mV、かつ、ゼロクロス到達時間Ｔ0がＴ0＞１．４secである場合（例えば、データＣＷ１０，ＣＷ２０，ＣＷ３０）には、そのデータは領域４’に含まれることになる。この場合、誘起電圧は図５（ａ）のように変化するので、最初のピーク位置t12（正のピークに関して１番目）がθ＝０であって、回転方向が正回転方向となる。すなわち、１番目の正のピークを検出したときが、初回の転流タイミングとなる。
【００６７】
（領域４(2)）
図８に示すように、領域４(2)にはデータＣＣＷ１０，ＣＣＷ２０，ＣＣＷ３０およびデータＣＷ１６０が含まれている。そして、データＣＣＷ１０，ＣＣＷ２０，ＣＣＷ３０が含まれる領域と、データＣＷ１６０が含まれる領域とを分ける境界は、領域４(1)の場合と同じゼロクロス到達時間Ｔ0＝１．４secとなる。すなわち、図８において、データＣＣＷ１０，ＣＣＷ２０，ＣＣＷ３０およびＣＷ１６０とデータＣＷ１０，ＣＷ２０，ＣＷ３０およびＣＣＷ１６０とがピーク電圧＝０のラインに関して対称となっていることから、領域４(2)の場合にも、図９と同様の関係（図９の横軸をマイナスの値とすれば良い）が成立している。
【００６８】
ここでは、データＣＣＷ１０，ＣＣＷ２０，ＣＣＷ３０が含まれる領域（Ｔ0＞１．４sec）を、改めて領域４’と呼ぶことにする。同様に、データＣＷ１６０が含まれる領域（Ｔ0≦１．４(sec)）を、改めて領域４と呼ぶことにする。
【００６９】
そして、計測された誘起電圧に関して、ピーク到達時間Ｔpeakが０．８(sec)≦Ｔpeak＜１．０５(sec)、ピーク電圧Ｖpeakが−１５０（mV）≦Ｖpeak＜０(mV)、かつ、ゼロクロス到達時間Ｔ0がＴ0≦１．４(sec)である場合には、そのデータ（例えば、データＣＷ１６０）は領域４に含まれることになる。この場合、誘起電圧は図６のように変化するので、２番目のピーク位置t34（正のピークに関しては１番目）がθ＝０であって、回転方向が正回転方向となる。すなわち、１番目の正のピークを検出したときが、初回の転流タイミングとなる。
【００７０】
一方、計測された誘起電圧に関して、ピーク到達時間Ｔpeakが０．８sec≦Ｔpeak＜１．０５sec、ピーク電圧Ｖpeakが−１５０mV≦Ｖpeak＜０mV、かつ、ゼロクロス到達時間Ｔ0がＴ0＞１．４secである場合には、そのデータ（例えば、データＣＣＷ３０）は領域４’に含まれることになる。この場合、誘起電圧は図５（ｂ）のように変化するので、２番目のピーク位置t24（正のピークに関して１番目）がθ＝０であって、回転方向が正回転方向となる。すなわち、１番目の正のピークを検出したときが、初回の転流タイミングとなる。
【００７１】
［領域判定条件（６）］
領域判定条件（６）は、計測されたデータが図８の領域５（｜Ｖpeak｜≦５０mV）に含まれる場合に対応している。領域判定条件（１）のところでも説明したように、計算上の最初のピークに関してピーク電圧Ｖpeakが小さい場合には、ノイズ等の影響により実際上はピーク電圧の検出が難しい。例えば、図８に示すデータＣＷ１０，ＣＣＷ１０，ＣＷ１１０，ＣＣＷ１１０，ＣＷ１００，ＣＣＷ１００などは、｜Ｖpeak｜≦５０mVとなっている。
【００７２】
データＣＷ１１０，ＣＣＷ１１０，ＣＷ１００，ＣＣＷ１００については、上述したように最初のピークが検出できなかった場合には領域２(CW)または領域２(CCW)のデータとして判定される。もちろん、｜誘起電圧値｜≦５０mVでピーク電圧が検出できた場合には、領域１(CW)または領域１(CCW)と判定される。
【００７３】
一方、データＣＷ１０，ＣＣＷ１０に関しては、図５（ａ），（ｂ）に示す誘起電圧パターンのように、最初のピークt12の電圧値が最も高く、２番目以降は最初のピークの電圧値よりも小さくなる。そのため、最初のピーク電圧が検出できなかった場合にはその後もピークが検出されないことになる。
【００７４】
また、初期位置θ0がθ0＝０degやθ0＝１８０deg、またはそれらの近辺である場合、モータロータ３６ｂが非常にゆっくりと回転するのでピーク電圧が０．８secや１．０５sec経過する間に発生しない。
【００７５】
ところで、図１０に示した領域判定条件（１）〜（５）に関する判定は、始動から１．４sec経過するまでに完了する。そこで、始動から数秒経過するまでの誘起電圧値が｜誘起電圧値｜≦５０mVであった場合に領域５と判定する。図１０では、始動から判定までの経過時間を６secとした。
【００７６】
始動から数秒経過すると、図８の領域５に含まれるデータＣＷ１１０，ＣＣＷ１１０，ＣＷ１００，ＣＣＷ１００に関しては、上述したように領域２(CW)または領域２(CCW)のデータとして判定されることになる。そのため、始動から６sec経過するまでの誘起電圧値が｜誘起電圧値｜≦５０mVとなるような計測データは、データＣＷ１０の場合や、初期位置θ0がθ0＝０degやθ0＝１８０deg、またはそれらの近辺の場合となる。
【００７７】
領域５と判定された場合には、始動動作のやり直しを行う。始動動作やり直しにおいては、再度Ｕ相→Ｖ相という励磁電流を印加する。通常、通電停止して再始動するまでにモータロータ３６ｂは惰性で回転するため、初期位置θがたとえ０degや１８０degの近辺であった場合も、再始動位置は０degまたは１８０deg近辺から離れる。そのため、再度Ｕ相→Ｖ相という励磁電流を印加した場合であっても、領域判定条件（６）が繰り返されることはなく、領域判定条件（１）〜（５）のいずれかに判定される。
【００７８】
なお、休止相をＷ相からＶ相またはＵ相に変更して、すなわち、Ｕ相→Ｖ相という励磁電流により形成される磁束に対して位相を１２０degずらした固定子磁束を形成するようにしても良い。このようにすることで、領域５と判定されていた場合でも、再度の始動では他の領域と判定されるようになり、確実に再始動ができるようになる。
【００７９】
なお、再始動時の初期位置θ0がθ0＝０degに非常に近い場合には、始動から６sec経過するまでの誘起電圧値が｜誘起電圧値｜≦５０mVと再び判定されてしまう。このような場合には、初期位置θ0がほぼ０degなので、強制的に転流を開始する。
【００８０】
制御部１０２は、検出されたピーク電圧Ｖpeak、ピーク到達時間Ｔpeak、ゼロクロス到達時間Ｔ0と、図１０に示した始動時動作方向判定テーブルとを比較して、所望の方向（回転子３６ａの正回転方向）に回転させるための転流タイミング（初回の転流タイミング）を決定する。なお、判定順序としては、（Ａ）領域の判定、（Ｂ）誘起電圧極性により、領域毎に動作方向を判定する、（Ｃ）判定された領域と方向とにより、転流タイミングを決定する。そして、モータロータ３６ｂが所望の回転方向に回り続けることができる固定子磁束が形成されるように、転流動作を順に行う。
【００８１】
図１１〜１７は、図１０の各領域に始動位置θ0がある場合の始動及び転流動作例を示したものである。いずれも縦軸が誘起電圧（mV）、横軸が時間(msec)である。図１１は、始動直後のピーク到達時間ＴpeakがＴpeak＜０．８secであって誘起電圧極性が負であることから、領域１(CW)と判定した例である。そして、最初の正のピークで最初の転流を行っている。図１２は、Ｔpeak≧０．８sec、Ｖpeak＜−１５０mVであることから領域２(CCW)と判定した例であり、最初の正のピークで最初の転流を行っている。図１３は、Ｔpeak≧１．０５sec、５０mV＜Ｖpeak≦１５０mVであることから領域３(CCW)と判定した例であり、３番目の正のピークで初回の転流を行っている。
【００８２】
図１４は、０．８sec≦Ｔpeak＜１．０５sec、−１５０mV≦Ｖpeak＜０mV、Ｔ0≦１．４secであることから領域４でＣＷと判定した例であり、最初の正のピークで最初の転流を行っている。図１５は、０．８sec≦Ｔpeak＜１．０５sec、−１５０mV≦Ｖpeak＜０mV、Ｔ0＞１．４secであることから領域４’でＣＣＷと判定した例であり、最初の正のピークで最初の転流を行っている。図１６は、θ0＝１８０deg近辺から始動した例であって、領域５と判定した例である。始動をやり直すことにより正回転方向に回転駆動できている。
【００８３】
上述のように、本実施の形態では、永久磁石を有するモータロータ３６ｂおよび３相固定子コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗが設けられたモータステータ３６ａとを備えたセンサレス３相ブラシレスモータの制御装置１０は、３相固定子コイルの１相を休止相とし、他の２相に電流を通電する始動部（制御部１０２）と、制御部１０２による通電を行った場合に休止相に発生する誘起電圧の時間変化特性（ピーク電圧Ｖpeak、ピーク到達時間Ｔpeak、ゼロクロス到達時間Ｔ0）と通電後の転流開始タイミングとの相関関係（図１０）が、予め記憶されている記憶部１０２ａと、通電時に休止相に発生する誘起電圧を計測して該誘起電圧の時間変化特性を検出する誘起電圧特性検出部（仮想中性点回路１０３、差動増幅器１０４、ローパスフィルタ１０５等）と、検出された時間変化特性と記憶部１０２ａに記憶されている相関関係とに基づいて、通電後の転流開始タイミングを決定する決定部としての制御部１０２と、を備え、決定された転流開始タイミングにおいて転流を開始する。
【００８４】
従来は、転流開始タイミングが正しいか否かに関係なく回転磁界を形成して回転子を回転駆動しているので、逆回転する場合がある。そして、逆回転した場合であっても、従来のように誘起電圧によってロータ回転位置を検出するためには、回転速度をある程度まで上昇させる必要がある。そのため、始動してから逆回転を判定できるまでに長時間を要する。さらに再始動をするためには、回転を停止させるまでの時間が必要となり、正しく始動できるまでに長時間を要するという問題があった。
【００８５】
一方、本実施の形態では、上記のような構成を備えたことにより、始動時の通電時に検出される誘起電圧の時間変化特性（ピーク電圧Ｖpeak、ピーク到達時間Ｔpeak、ゼロクロス到達時間Ｔ0）に基づいて、回転子を正しい方向へ回転させるための転流開始タイミングが決定できる。そのため、従来のように転流を開始して回転速度がある程度まで上昇してから回転方向を判定する場合に比べて、より短い時間で正しい方向に始動することができる。
【００８６】
なお、一定電流をＵ相→Ｖ相と流す通電を行った場合のモータロータ３６ｂの運動方程式に基づいて休止相に発生する誘起電圧を計算し、その計算値に基づいて上述の相関関係を設定するようにしても良い。例えば、磁気軸受式の真空ポンプのように、モータロータ３６ｂが回転した際の動摩擦係数が小さい場合には運動方程式は前述した式（６）のように表されるので、誘起電圧などを容易に計算することができる。計算式を用いることで、種々の大きさの真空ポンプに対して相関関係を比較的容易に求めることができる。
【００８７】
もちろん、種々の初期位置θ0に関して誘起電圧データを実測し、その実測値に基づいて図８〜１０に示すような相関関係を設定するようにしても良い。なお、実測値を用いる場合、動摩擦の影響があっても相関関係を求めることができる。そのため、上述した動摩擦係数の非常に小さい磁気軸受式のターボ分子ポンプに限らず、メカニカルベアリングでポンプ回転体を支持するターボ分子ポンプにも適用することが可能である。
【００８８】
また、図１０の６番目の条件のように通電開始から所定時間経過しても誘起電圧ピークが計測されない場合には、始動時の通電および図１０のテーブルを用いた判定を再度実行することで、誘起電圧が小さくて検出が困難な場合であっても、確実に所定方向に回転を開始させることができる。なお、再始動時において、初回の通電時とは異なる相が休止相となるように通電することで、磁束φuvの方向が初回時とは異なり、誘起電圧ピークの大きな状態での判定を行うことが可能となり、再始動によって正しい転流タイミングを確実に決定することができる。
【００８９】
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。上述した実施の形態では磁気浮上式ターボ分子ポンプを例に説明したが、これに限らない。例えば、センサレス３相ブラシレスモータの制御装置そのものにも適用できるし、センサレス３相ブラシレスモータの制御装置を備える真空ポンプにも適用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１：ターボ分子ポンプ、１０：モータ制御装置、３０：ロータ、３１：シャフト、３６：モータ、３６ａ：モータステータ、３６ｂ：モータロータ、３７〜３９：磁気軸受、１０２：制御部、１０２ａ：記憶部、１０３：仮想中性点回路、１０４：差動増幅器、１０５：ローパスフィルタ、Ｌｕ：Ｕ相コイル、Ｌｖ：Ｖ相コイル、Ｌｗ：Ｗ相コイル
【図１】
0005834957.tif 000010
【図２】
0005834957.tif 000011
【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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