磁力軸承裝置和具備該磁力軸承裝置的真空泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及磁力軸承裝置和具備該磁力軸承裝置的真空累，特別是設(shè)及通過省略 為了得到磁力軸承的控制電源電壓而使用的DC/DC轉(zhuǎn)換器來謀求電路的低成本化、小型化 的磁力軸承裝置和具備該磁力軸承裝置的真空累。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁力軸承被用于在半導(dǎo)體制造工序中使用的滿輪分子累等旋轉(zhuǎn)設(shè)備?；跐M輪分 子累的磁力軸承的結(jié)構(gòu)例來對W往的磁力軸承勵(lì)磁電路進(jìn)行說明。
[0003] 作為磁力軸承的結(jié)構(gòu)例，在圖4中示出滿輪分子累的截面圖。在圖4中，滿輪分 子累具備旋轉(zhuǎn)體103,所述旋轉(zhuǎn)體103多級地具備利用用于對氣體進(jìn)行排氣的滿輪葉片 (1:urbineblade)的多個(gè)旋轉(zhuǎn)翼101日、10化、101c…。
[0004] 為了對該旋轉(zhuǎn)體103進(jìn)行軸承，通過配設(shè)上側(cè)徑向電磁鐵105a、下側(cè)徑向電磁鐵 107a和軸向電磁鐵109a來構(gòu)成磁力軸承。此外，具備上側(cè)徑向傳感器10化、下側(cè)徑向傳感 器10化、軸向傳感器109b。
[0005] 在上側(cè)徑向電磁鐵105a和下側(cè)徑向電磁鐵107a中，通過如示出各個(gè)橫截面圖的 圖5那樣構(gòu)成的電磁鐵卷線來構(gòu)成4個(gè)電磁鐵。運(yùn)些4個(gè)電磁鐵2個(gè)2個(gè)地相向配置而構(gòu) 成X軸方向和Y軸方向運(yùn)2軸的磁力軸承。
[0006] 詳細(xì)地，將分別卷繞到相鄰的2個(gè)核屯、凸部的電磁鐵卷線11U111作為一組來彼 此反極性地配置，由此，形成1個(gè)電磁鐵。該電磁鐵與夾著旋轉(zhuǎn)體103相向的由核屯、凸部的 電磁鐵卷線113、113得到的電磁鐵構(gòu)成一個(gè)對，每一個(gè)在X軸的正方向或負(fù)方向吸引旋轉(zhuǎn) 體 103。
[0007] 此外，在與X軸正交的Y軸方向上，關(guān)于2個(gè)電磁鐵卷線115、115和與其相向的2 個(gè)電磁鐵卷線117、117,也與上述同樣地，作為關(guān)于Y軸方向相向的電磁鐵而構(gòu)成一個(gè)對。 [000引在軸向電磁鐵109曰、109a中，如示出其縱截面圖的圖6那樣通過夾著旋轉(zhuǎn)體103 的電樞（arma化re) 103a的2個(gè)電磁鐵卷線121、123來構(gòu)成為一個(gè)對。利用各電磁鐵卷線 121、123的2個(gè)電磁鐵109曰、109a分別對電樞103a在旋轉(zhuǎn)軸線的正方向或負(fù)方向作用吸引 力。
[0009] 此外，上側(cè)徑向傳感器10化、下側(cè)徑向傳感器10化由與上述電磁鐵105曰、107a對 應(yīng)的配置在XY兩個(gè)軸的4個(gè)傳感線圈構(gòu)成，對旋轉(zhuǎn)體103的徑向移位進(jìn)行檢測。軸向傳感 器109b對旋轉(zhuǎn)體103的軸向移位進(jìn)行檢測。運(yùn)些傳感器被構(gòu)成為將各個(gè)檢測信號送到未 圖示的磁力軸承控制裝置中。
[0010] 磁力軸承控制裝置被構(gòu)成為基于運(yùn)些傳感器檢測信號通過PID控制等來個(gè)別地 調(diào)節(jié)構(gòu)成上側(cè)徑向電磁鐵1〇5曰、下側(cè)徑向電磁鐵107aW及軸向電磁鐵l〇9a、109a的合計(jì) 10個(gè)電磁鐵的吸引力，由此，對旋轉(zhuǎn)體103進(jìn)行磁懸浮支承。
[0011] 接著，說明對如上述那樣構(gòu)成的磁力軸承的各電磁鐵進(jìn)行勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)的磁力軸承勵(lì) 磁電路。在圖7中示出通過脈沖寬度調(diào)制方式來控制在電磁鐵卷線中流動(dòng)的電流的磁力軸 承勵(lì)磁電路的例子。
[0012] 在圖7中，關(guān)于構(gòu)成1個(gè)電磁鐵的電磁鐵卷線111，其一端經(jīng)由晶體管131連接于 電源133的正極，另一端經(jīng)由晶體管132連接于電源133的負(fù)極。
[0013] 而且，電流再生用的二極管135的陰極連接于電磁鐵卷線111的一端，陽極連接于 電源133的負(fù)極。同樣地，二極管136的陰極連接于電源133的正極，陽極連接于電磁鐵卷 線111的另一端。在電源133的正極和負(fù)極間連接有穩(wěn)定化用的電解電容器141。
[0014] 此外，在晶體管132的源極側(cè)設(shè)置有電流檢測電路139,由該電流檢測電路139檢 測的電流被輸入到控制電路137中。
[0015] 如W上那樣構(gòu)成的勵(lì)磁電路110與電磁鐵卷線111對應(yīng)，針對其他的電磁鐵卷線 113、115、117、121、123也構(gòu)成相同的勵(lì)磁電路110。因此，在5軸控制型磁力軸承的情況下， 合計(jì)10個(gè)勵(lì)磁電路110與電解電容器141并聯(lián)連接。
[0016] 在運(yùn)樣的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)使晶體管13U132雙方導(dǎo)通時(shí)，電流增加，當(dāng)使雙方截止時(shí)， 電流減少。然后，當(dāng)任一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，保持飛輪（flywheel)電流。通過使飛輪電流流動(dòng)，從而 能夠減少磁滯損耗，將功耗抑制得低。
[0017] 此外，能夠減少高次諧波等高頻噪聲。然后，用電流檢測電路139測定該飛輪電 流，由此，能夠檢測在電磁鐵卷線111中流動(dòng)的電磁鐵電流IL。控制電路137將電流指令值 與利用電流檢測電路139的檢測值相比較來決定利用脈沖寬度調(diào)制的1個(gè)周期內(nèi)的脈沖寬 度，信號送出到晶體管13U132的柵極。
[001引在電流指令值比檢測值大的情況下，如圖8所示那樣在1個(gè)周期Ts(例如Ts=100帖）中使晶體管131、132雙方導(dǎo)通一次相當(dāng)于脈沖寬度時(shí)間化的時(shí)間的量。此時(shí)， 電磁鐵電流IL增加。
[0019] 另一方面，在電流指令值比檢測值小的情況下，如圖9所示那樣在1個(gè)周期Ts中 使晶體管131、132雙方截止一次相當(dāng)于脈沖寬度時(shí)間化的時(shí)間的量。此時(shí)，電磁鐵電流IL 減少。
[0020] 在此，脈沖寬度化根據(jù)電流指令值IR、電磁鐵電流IL、電磁鐵電感Lm、電磁鐵電 阻Rm、電源電壓Vd來求取。根據(jù)基爾霍夫（Kirchhoff)的法則，在電磁鐵卷線111中流動(dòng) 的電磁鐵電流IL與電源電壓Vd之間，數(shù)式1成立。
[002。[數(shù)式U
因此，為了使電流值變化IR-IL而需要的脈沖寬度化如數(shù)式2那樣來求取。
[002引[數(shù)式引
在此，電源電壓Vd為如圖10所示那樣從AC輸入電源1經(jīng)由AC/DC主電源3和DC/DC轉(zhuǎn)換器5而被低電壓化后的電壓。而且，該電源電壓Vd被輸入到電磁鐵功率放大器7中而 被用作勵(lì)磁電路110的電源(參照專利文獻(xiàn)1)。
[002引再有，AC/DC主電源3的輸出也被輸入到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路9中而向電動(dòng)機(jī)121進(jìn) 行功率供給。此外，DC/DC轉(zhuǎn)換器5的輸出在被輸入到小型輔助電源11中之后生成為5V、 +15V、-15V等控制電源，并被送到控制電路137中。在該控制電路137內(nèi)置有DSP15 (數(shù)字 信號處理器)。
[0024] 像運(yùn)樣，電源電壓Vd使用經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器5而被低電壓化后的電壓，因此，AC/ DC主電源3的輸出電壓在電動(dòng)機(jī)m的加速或減速等旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下較大地發(fā)生變動(dòng)，但是，電 源電壓Vd總是穩(wěn)定。因此，W往，即使不怎么考慮電源電壓變動(dòng)，也能夠穩(wěn)定地控制電磁鐵 功率放大器7的輸出。像運(yùn)樣，在W往的電源裝置中，為了得到電源電壓Vd而裝載有DC/DC 轉(zhuǎn)換器5,因此，電路的成本高，尺寸也大。此外，部件個(gè)數(shù)多，因此，故障率也高。
[0025] 進(jìn)而，在正在變?yōu)楫?dāng)前主流的控制裝置和真空累的整體型的制品中，電路安裝空 間少，因此，尺寸的小型化變得特別重要。在該方面，也存在在無軸承電動(dòng)機(jī)中不經(jīng)由DC/DC 轉(zhuǎn)換器而用主電源的高電壓來驅(qū)動(dòng)電磁鐵功率放大器的例子(參照專利文獻(xiàn)2)，但是，在該 例子中，特別地，存在不考慮電壓電源變動(dòng)而磁力軸承的穩(wěn)定性變差的可能性。
[0026] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2003-293980號公報(bào)； 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2010-200524號公報(bào)； 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2003-172354號公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027] 發(fā)明要解決的課題 本發(fā)明是鑒于運(yùn)樣的W往的課題而完成的，因此，目的在于提供一種通過省略為了得 到磁力軸承的控制電源電壓而使用的DC/DC轉(zhuǎn)換器來謀求電路的低成本化、小型化的磁力 軸承裝置和具備該磁力軸承裝置的真空累。
[0028] 用于解決課題的方案 因此，本發(fā)明(方案1)的特征在于，具備：旋轉(zhuǎn)體；位置檢測單元，對該旋轉(zhuǎn)體的半徑方 向位置或軸向位置進(jìn)行檢測；磁力軸承單元，通過電磁鐵來控制該半徑方向位置或該軸向 位置；勵(lì)磁電路，包含使所述電磁鐵與電源之間斷開接通的開關(guān)元件；電磁鐵電流檢測單 元，檢測在所述電磁鐵中流動(dòng)的電流；電源電壓檢測單元，檢測所述電源的電壓；W及脈沖 寬度運(yùn)算單元，按照每個(gè)定時(shí)運(yùn)算對所述開關(guān)元件進(jìn)行脈沖控制的脈沖寬度，所述脈沖寬 度基于由所述電源電壓檢測單元所檢測的所述電壓和由所述電磁鐵電流檢測單元所檢測 的所述電流來運(yùn)算。
[0029] 脈沖寬度基于由電源電壓檢測單元檢測的電源的電壓和由電磁鐵電流檢測單元 檢測的電流來運(yùn)算。因此，能夠使脈沖寬度的變化減少電壓上升的量，能夠使磁力軸承控制 穩(wěn)定。目P，根據(jù)電源電壓來變更電磁鐵放大器控制特性，由此，能夠確保穩(wěn)定性。根據(jù)W上， 能夠省略DC/DC轉(zhuǎn)換器而也W高電壓的狀態(tài)對電磁鐵功率放大器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。因此，謀求電 路的低成本化、小型化。此外，能夠減少電路的故障率。
[0030] 此外，本發(fā)明(方案2)的特征在于，基于由所述電磁鐵電流檢測單元所檢測的所述 電流的電流值與電流指令值的電流誤