(57)【要約】【課題】モータロータの磁極位置と回転検出用ターゲットの位置とを、正確にかつ容易に位置決めすることができる磁気軸受式ターボ分子ポンプの提供。【解決手段】アキシャル電磁石によりアキシャル方向に吸引されるロータディスク７は、回転軸３に着脱可能に取り付けられる。ロータディスク７の回転センサと対向する面には、回転検出用ターゲットである溝７１と、溝７１の位置を示すマーキング７４とが形成されている。また、モータロータ４１には、磁極位置を示すマーキング４００が形成されている。マーキング７４とマーキング４００との位相が一致するようにロータディスク７を位置決めし、ナットで回転軸３に固定することにより、磁極位置と溝７１の位置とを正確に位置合わせすることができ、演算による位相ズレの補正を行う必要がない。【選択図】図５
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
磁気軸受により磁気浮上支持されたロータをＤＣブラスレスモータで回転駆動する磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータをその軸方向に支持するアキシャル電磁石と、
前記ロータの回転軸に着脱可能に取り付けられるとともに、回転検出用ターゲットと該回転検出用ターゲットの位置を示すターゲット位置マークとが形成され、前記アキシャル電磁石によりアキシャル方向に吸引されるロータディスクと、
前記ＤＣブラスレスモータのモータロータに形成され、該モータロータの磁極位置を示す磁極位置マークと、
前記ターゲット位置マークと前記磁極位置マークとの位相が一致するように前記ロータディスクを位置決めして前記回転軸に固定する固定手段と、
前記ロータディスクの前記回転検出用ターゲットが形成された面に対向するように配置されたインダクタンス式ギャップセンサとを備え、
前記ギャップセンサの出力に基づいて前記モータロータの磁極位置を検出し、前記ＤＣブラシレスモータを回転駆動することを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記回転検出用ターゲットに起因する前記ロータディスクのアンバランスを補償するダミーターゲットを、前記ロータディスクに設けたことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記回転検出用ターゲットを、前記ロータディスクの表面に設けた回転検出用段差で構成したことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記ダミーターゲットを、前記ロータディスクの前記回転検出用段差が形成された面と反対側の面に180degだけ位相をずらして形成され、前記回転検出用段差と同一形状の段差で構成したことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。
【請求項５】
請求項１または２に記載の磁気軸受式ターボ分子ポンプにおいて、
前記回転検出用ターゲットを、前記ロータディスクと透磁率が異なる部材で形成したことを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、インダクタンス式ギャップセンサにより回転検出を行う磁気軸受式ターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）は、固定翼に対して回転翼が形成されたロータを高速回転することにより真空排気を行っている。ロータを回転駆動するモータとしては、ＤＣブラシレスモータが知られている。一般的に、ＤＣブラシレスモータでは、ロータの磁極を検知してロータの回転位置を検出するためにホール素子が用いられる。しかし、ホール素子は耐放射線性能および耐熱性がポンプ本体の他の部品に比べて劣るため、ホール素子に代えてインダクタンス式のギャップセンサを用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この方式では、モータロータの磁極を直接検出する代わりに、回転軸に凹凸面を有するナットを回転軸の下端に装着し、その凹凸面と対向配置されたギャップセンサでギャップ変化を検出して回転位置を取得するようにしている。この場合、ナットの締め具合によって、モータロータの磁極位置に対して凹凸の位置（位相）がずれてしまうことがある。
【０００４】
そのため、特許文献１に記載の技術では、モータロータの回転と同期して得られる凹凸検出信号を、回転速度情報および位相差情報に基づいて位相のズレを補正することにより回転位置信号を算出し、その回転位置信号によりモータ駆動信号を生成するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２５３１１号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術のものでは、上述したように補正演算を行うため、信号処理が複雑になるとともに演算部への負荷が増大する。また、回路部のコストアップも招く。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案は、磁気軸受により磁気浮上支持されたロータをＤＣブラスレスモータで回転駆動する磁気軸受式ターボ分子ポンプに適用され、ロータをその軸方向に支持するアキシャル電磁石と、ロータの回転軸に着脱可能に取り付けられるとともに、回転検出用ターゲットと該回転検出用ターゲットの位置を示すターゲット位置マークとが形成され、アキシャル電磁石によりアキシャル方向に吸引されるロータディスクと、ＤＣブラスレスモータのモータロータに形成され、該モータロータの磁極位置を示す磁極位置マークと、ターゲット位置マークと磁極位置マークとの位相が一致するようにロータディスクを位置決めして回転軸に固定する固定手段と、ロータディスクの回転検出用ターゲットが形成された面に対向するように配置されたインダクタンス式ギャップセンサとを備え、ギャップセンサの出力に基づいてモータロータの磁極位置を検出し、ＤＣブラシレスモータを回転駆動することを特徴とする。
回転検出用ターゲットに起因するロータディスクのアンバランスを補償するダミーターゲットを、ロータディスクに設けるのが好ましい。
また、回転検出用ターゲットを、ロータディスクの表面に設けた回転検出用段差で構成しするようにしても良い。
その場合、ダミーターゲットを、ロータディスクの回転検出用段差が形成された面と反対側の面に180degだけ位相をずらして形成し、回転検出用段差と同一形状の段差で構成するようにしても良い。
また、回転検出用ターゲットを、ロータディスクと透磁率が異なる部材で形成しても良い。
【考案の効果】
【０００８】
本考案によれば、モータロータの磁極位置と回転検出用ターゲットの位置とを、正確にかつ容易に位置決めすることができ、磁極位置と回転検出用ターゲットとの位相ズレを補正演算することなくモータロータの磁極位置を検出することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図を参照して本考案による真空ポンプの実施の形態について説明する。図１は、磁気軸受式ターボ分子ポンプのポンプユニット１の概略構成を示す断面図である。本実施の形態におけるターボ分子ポンプは、図１に示すポンプユニット１と、それを駆動制御するコントロールユニット（不図示）とで構成される。
【００１０】
図１に示すターボ分子ポンプは広域型ターボ分子ポンプと称されるものであって、上流側のタービン翼部Ｔと下流側のモレキュラードラッグポンプ部Ｄとを備えている。モレキュラードラッグポンプ部Ｄは、ネジ溝ポンプ部とも呼ばれている。タービン翼部Ｔは、図示上下方向に設けられた複数段の回転翼２０および固定翼２１により構成される。回転翼２０と固定翼２１とは交互に配設されており、各固定翼２１は、スペーサ２２によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ２２は、固定翼２１を保持する機能とともに、固定翼２１間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
【００１１】
一方、モレキュラードラッグポンプ部Ｄは、回転円筒部２３と固定円筒部２４とにより構成される。回転円筒部２３は固定円筒部２４の内周面に近接して設けられており、固定円筒部２４の内周面には螺旋溝が形成されている。モレキュラードラッグポンプ部Ｄでは、固定円筒部２４の螺旋溝と高速回転する回転円筒部２３とにより、粘性流による排気機能が発生する。
【００１２】
上述した回転翼２０および回転円筒部２３は、高速回転するロータ２に形成されている。ロータ２は、回転軸３に取り付けられている。回転軸３にはＤＣブラシレスモータ４のモータロータ４１が装着されており、モータロータ４１には永久磁石が設けられている。一方、ポンプベース５側には、回転磁界を形成するためのＵ相巻線，Ｖ相巻線およびＷ相巻線を有するモータステータ４２が設けられている。
【００１３】
また、回転軸３は電磁石６１，６２，６３によって磁気浮上支持される。電磁石６１，６２はラジアル磁気軸受を構成し、電磁石６３はアキシャル磁気軸受を構成している。回転軸３の下端部には円形のロータディスク７が設けられており、電磁石６３はロータディスク７を上下から挟むように設けられている。このロータディスク７を電磁石６３で吸引することにより、回転軸３がアキシャル方向に浮上する。
【００１４】
ロータディスク７はナット８により回転軸３の下端部に固定されており、回転軸３と一体で回転する。回転軸３の浮上位置は、ラジアル変位センサ９１，９２およびアキシャル変位センサ９３によって検出される。ロータディスク７と対向する位置には、回転軸３の回転を検出するための回転センサ１０が設けられている。なお、ポンプ停止時（磁気浮上停止時）や停電時には、回転軸３は保護用のメカニカルベアリング１１，１２によって支持される。
【００１５】
図２は、ロータディスク７の形状を示す図であり、（ａ）はメカニカルベアリング１１，１２側の面（以下、裏面と呼ぶ）を、（ｂ）は断面を、（ｃ）は回転センサ１０に対向する面（以下、ターゲット面と呼ぶ）をそれぞれ示している。ロータディスク７のターゲット面の回転センサ１０が対向する領域には、回転検出用ターゲットとして半円状の溝７１が形成されている。一方、ロータディスク７の裏面には、ロータディスク７の重心がディスク中央に位置するように、溝７１と同一形状の溝７２が位相差１８０degで形成されている。また、裏面側には、孔７３に回転軸３を通してロータディスク７を装着する際の、位置決め用のマーキング７４が設けられている。例えば、裏面の所定位置にケガキ線を付けて、マーキング７４とする。
【００１６】
図３は回転センサ１０とロータディスク７を示す図である。回転センサ１０はロータディスク７とのギャップを検出して回転軸３の回転数を検出するためのセンサであり、本実施の形態ではインダクタンス式のセンサが用いられている。回転センサ１０は、珪素鋼板やフェライトなどの透磁率の大きなコアとその周囲に巻かれたコイルとで構成される。
【００１７】
回転センサ１０のコイルには、一定周波数・一定振幅の高周波電圧が搬送波として印加される。回転センサ１０のコアから出た磁力線は、対向配置されたロータディスク７を通ってコアへと戻る。そのため、ロータディスク７と回転センサ１０と間のギャップ寸法が変化すると、その変化によって回転センサ１０のインダクタンスが変化する。
【００１８】
ロータディスク７のターゲット面には角度範囲１８０degの溝７１が形成されているので、回転センサ１０が溝７１に対向したときのインダクタンスは、溝７１の無い面と対向した場合に比べて小さくなる。そのため、回転軸３と一体にロータディスク７が回転すると、インダクタンス変化によって搬送波は振幅変調され、図４に示すようなＡＭ変調波が回転信号として回転センサ１０から出力される。このＡＭ変調波を復調処理することで、太い実線で示すような復調波が得られる。
【００１９】
そして、復調波を所定の閾値を用いてHigh−Low判定することにより、溝７１に対応する信号（Low信号）と溝でない部分に対応する信号（High信号）が交互に現れる、矩形波信号が得られる。この矩形波信号の立ち上がりおよび立ち下がりを利用して、モータ４のステータコイルの励磁パターンを生成し、モータ４を回転駆動制御する。このように、ロータディスク７の溝７１を検出して回転軸３の回転位置を検出して磁極位置を推定しているので、モータロータ４１の磁極位置に対して溝７１の位置を正確に位置決めしておく必要がある。
【００２０】
図５は、ロータディスク７の回転軸３への装着手順を説明する図である。まず、モータロータ４１を回転軸３に取り付ける前に、磁極確認のためのマーキング４００をモータロータ４１に施す。例えば、Ｎ極のピーク位相となる位置にケガキ線を施す。次に、回転軸３１にモータロータ４１を取り付けた後に、回転軸３にもマーキング４００と同位相のマーキング３１を施す。例えば、図４に示すように、回転軸３の下端のナット取り付け用ネジ部の端面にポンチを打つ。
【００２１】
一方、ロータディスク７には、図３で示したようなマーキング７４を予め施しておく（図５の破線で示す）。このマーキング７４は、モータロータ４１のマーキング４００と同位相となるべき位置に形成される。ロータディスク７を回転軸３に挿入する際には、マーキング７４が回転軸３のマーキング３１と一致するように挿入し、さらに、モータロータ４１のマーキング４００と一致するように位置決めし、ナット８で固定する（図１参照）。
【００２２】
従来は、ナット８に段差を形成して、それを回転センサ１０で検出するようにしていたため、ナット８の締め具合によって段差の位相がずれてしまい、制御側で複雑な信号処理をすることで補正していた。そのため、演算負荷の増大という問題があった。一方、本実施の形態では、ロータディスク７に溝７１を形成して回転センサ１０のターゲットとして使用したので、ロータディスク７を回転軸３に固定する際に溝７１とモータロータ４１の磁極位置とを正確に位置決めすることができる。
【００２３】
その際、マーキング４００およびマーキング７４を施すことにより、位置決めを簡単に行うことができる。さらに、ロータディスク７に溝７１を形成するようにしたので、回転センサ１０のターゲットとして新たな部品を回転軸３に付加する必要がないので、コストアップを抑えるとともに、ロータ軸の大型化を防止することができる。さらに、従来の回転検出回路を変更することなく、そのまま適用することができる。
【００２４】
また、モータロータ４１を回転軸３に取り付ける場合には圧入等が用いられるので、回転軸３に対して磁極位置が正確に位置決めされるようにモータロータ４１を取り付けるのは難しい。本実施の形態では、ロータディスク７を回転軸３に取り付ける際に角度調整が可能なので、磁極位置と溝７１の位置とを正確に合わせることができる。
【００２５】
なお、上述した実施の形態では、回転検出用ターゲットとしてロータディスク７に溝７１を形成したが、図６に示すように凸部７５を形成しても良い。この場合も、回転時のバランスを考慮して、裏面側に180deg位相をずらした凸部７６を形成する。ロータディスク７の他の例としては、ロータディスク７と透磁率の異なるターゲット部材を、ロータディスク７のターゲット面に埋め込むように設けても良い。また、本考案の特徴を損なわない限り、本考案は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】磁気軸受式ターボ分子ポンプのポンプユニット１の概略構成を示す断面図である。
【図２】ロータディスク７の形状を示す図である。
【図３】回転センサ１０を説明する図である。
【図４】回転センサ１０から出力されるＡＭ変調波の一例を示す図である。
【図５】ロータディスク７の回転軸３への装着手順を説明する図である。
【図６】ロータディスク７に凸部を設けた場合を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ポンプユニット
２  ロータ
３  回転軸
４  モータ
７  ロータディスク
８  ナット
１０  回転センサ
３１，７４，４００  マーキング
４１  モータロータ
４２  モータステータ
７１，７２  溝
７５，７６  凸部
【図１】
0003135607.tif 000003
【図２】
0003135607.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003135607.tif 000008