磁力軸承裝置、以及真空泵的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及具備由電磁鐵的電磁力非接觸地支承旋轉體的磁力軸承和控制該磁 力軸承的控制設備的磁力軸承裝置、以及使用該磁力軸承裝置的真空栗。
【背景技術】
[0002] 以往，由電磁鐵的電磁力（吸引力)支承旋轉體(剛體)擁有的6個自由度中的5個自 由度的磁力軸承(5軸控制磁力軸承)廣為人知。這種磁力軸承具備下述優(yōu)異的性能：因軸承 部分為非接觸，故沒有磨損而壽命較長，因軸承損失微小，故能夠應用于超高速旋轉設備， 并且，能夠任意地調(diào)整軸承的剛性、衰減特性，能夠進行低振動、低噪音旋轉等。因此，這種 磁力軸承例如用于半導體制造裝置等所使用的真空栗、渦輪分子栗、以及渦輪發(fā)電機、機床 等。
[0003] 然而，在這種磁力軸承中，若旋轉轉子軸，則有下述可能：因構成磁力軸承的電磁 鐵的磁通量而在轉子軸上產(chǎn)生由渦電流引起的鐵損，該轉子軸的溫度上升。因此，產(chǎn)生具備 磁力軸承的真空栗的容許流量降低等的不良情況。此時，在垂直地設置真空栗的情況下，通 過降低構成磁力軸承的電磁鐵的電流(勵磁電流），能夠抑制轉子軸的溫度上升。但是，在降 低電磁鐵的電流的情況下，即使垂直地設置真空栗并穩(wěn)定地旋轉，若將該真空栗重新水平 地設置，則轉子軸的自重沿徑向方向施加于電磁鐵側，因此也存在磁力軸承的剛性(懸浮斥 力）降低而使轉子軸不能穩(wěn)定地旋轉的情況。相反，在將真空栗水平地設置并使轉子軸穩(wěn)定 地旋轉的情況下，若將該真空栗重新垂直地設置，則磁力軸承的剛性（向軸心的斥力)過度 提尚，容易引起因軸心偏移等而廣生的震蕩、振動。
[0004] 即，真空栗能夠與半導體制造裝置等的設置狀態(tài)相應地以垂直方向、傾斜方向、水 平方向、倒立方向等任意的姿勢自由地安裝。此時，必須將從控制設備流向電磁鐵的電流控 制為最合適，使得能夠與真空栗的安裝姿勢相應地向磁力軸承的電磁鐵流通最合適的電 流。因此，公開了以與真空栗（即，磁力軸承的轉子軸）的設置方向相應地、始終流通最合適 的電流的方式選擇性地切換電流補償電路的控制系數(shù)的磁力軸承裝置的技術。此時，選擇 性地切換的控制系數(shù)使用與真空栗的設置方向相應地借助實驗等預先求出的系數(shù)(例如， 參照專利文獻1)。
[0005] 專利文獻1:日本特開平9一42290號公報。
[0006] 但是，前述專利文獻1所公開的技術由于與真空栗(磁力軸承的旋轉軸）的設置方 向相應地切換預先求出的多個控制系數(shù)，因此需要在控制電路內(nèi)存儲大量控制系數(shù)。因此， 存在導致控制設備的存儲器容量變大的可能。另外，還存在真空栗的設置姿勢和電流的控 制系數(shù)的關系的初始調(diào)整需要大量時間的可能。進而，在真空栗的設置方向動態(tài)地變化的 用途中，電流在控制系數(shù)的切換的瞬間過度地變動，因此存在在磁力軸承上產(chǎn)生振動的可 能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，為了使初始調(diào)整簡單、不增加控制設備的存儲器容量、以簡單的算法進行最 合適的軸承控制，產(chǎn)生所需要解決的技術問題，本發(fā)明的目的在于解決該問題。
[0008] 本發(fā)明是為了達成上述目的而提出的發(fā)明，技術方案1記載的發(fā)明提供一種磁力 軸承裝置，具備:借助電磁鐵的電磁力將轉子軸非接觸地支承的磁力軸承，和控制該磁力軸 承的控制設備，前述控制設備具備電流取得單元、補正系數(shù)運算單元、第1加法運算單元、電 流控制單元，前述電流取得單元取得在一對前述電磁鐵的各個中流動的電流穩(wěn)態(tài)值，一對 前述電磁鐵在相反方向上吸引前述磁力軸承的前述轉子軸，前述補正系數(shù)運算單元根據(jù)前 述電流穩(wěn)態(tài)值，求出補正增益指令值，前述補正增益指令值對因前述磁力軸承的安裝姿勢 引起的一對前述電磁鐵的吸引力產(chǎn)生的不穩(wěn)定彈性系數(shù)進行補償，前述第1加法運算單元 將前述補正增益指令值和與前述磁力軸承的安裝姿勢無關的唯一地確定的基本增益進行 加法運算來求出增益指令值，前述電流控制單元借助基于前述增益指令值而生成的電流指 令值，控制在一對前述電磁鐵的各個中流動的電流。
[0009] 根據(jù)該結構，電流取得單元取得將磁力軸承的轉子軸在徑向方向上在相反方向上 吸引的一對電磁鐵的各電流穩(wěn)態(tài)值。由此，補正系數(shù)運算單元根據(jù)各電流穩(wěn)態(tài)值計算用于 對因由磁力軸承的安裝姿勢而產(chǎn)生的一對電磁鐵的吸引力引起的不穩(wěn)定彈性系數(shù)進行補 償?shù)难a正增益指令值。然后，第1加法運算單元將補正增益指令值和與磁力軸承的安裝姿勢 無關地唯一地確定的基本增益進行加法運算來求出增益指令值。由此，電流控制單元基于 增益指令值而生成電流指令值，并基于該電流指令值，控制在一對電磁鐵的各個中流動的 電流。因此，即使磁力軸承的安裝姿勢變化，也能夠始終以最合適的狀態(tài)控制磁力軸承。
[0010] 另外，技術方案2記載的發(fā)明提供一種磁力軸承裝置，在技術方案1記載的磁力軸 承裝置的方案的基礎上，前述電流取得單元基于在一對前述電磁鐵的各個中流動的電流的 電流檢測值、或前述電流指令值，取得前述電流穩(wěn)態(tài)值。
[0011] 根據(jù)該方案，電流取得單元既可以根據(jù)在一對前述電磁鐵的各個中流動的電流的 電流檢測值來取得電流穩(wěn)態(tài)值，也可以根據(jù)電流控制單元生成的電流指令值來取得電流穩(wěn) 態(tài)值。在前者的情況下取得被反饋控制的結果的電流檢測值并生成補正增益指令值，但在 后者的情況下取得被反饋控制之前的電流指令值并生成補正增益指令值，所以后者的控制 響應性較快。
[0012] 另外，技術方案3記載的發(fā)明提供一種磁力軸承裝置，在技術方案1或2記載的磁力 軸承裝置的方案的基礎上，前述電流控制單元利用前述增益指令值來控制具有前述轉子軸 的位置信息的力指令中間信號，并將被前述增益指令值控制的前述力指令中間信號和偏置 電流設定值進行加法運算來生成前述電流指令值。
[0013] 根據(jù)該方案，電流控制單元將具有轉子軸的位置信息的力指令中間信號和偏置電 流設定值進行加法運算來生成電流指令值，所以能夠與轉子軸的偏心狀態(tài)對應地適當?shù)剡M 行軸承控制。
[0014] 另外，技術方案4記載的發(fā)明提供一種磁力軸承裝置，在技術方案1至3中任一方案 所記載的磁力軸承裝置的方案的基礎上，前述電流指令值相對于一對前述電磁鐵，消除前 述不穩(wěn)定彈性系數(shù)，僅作用將前述轉子軸向前述磁力軸承的中心拉回的力。
[0015] 根據(jù)該方案，將補正增益指令值和基本增益進行加法運算，由此，對置的一對電磁 鐵的一瞬間之后的合計吸引力相對于一對電磁鐵的當前的合計吸引力，成為僅施加將轉子 軸向磁力軸承的中心拉回的彈性力的狀態(tài)，抵消由磁力軸承的不穩(wěn)定的彈性系數(shù)引起的吸 引力。即，對置的一對電磁鐵能夠僅作用將轉子軸向磁力軸承的中心拉回的力。
[0016] 另外，技術方案5記載的發(fā)明提供一種磁力軸承裝置，在技術方案1至4中任一方案 所記載的磁力軸承裝置的方案的基礎上，前述電流取得單元具備將在一對前述電磁鐵的各 個中流動的前述電流穩(wěn)態(tài)值個別地平方化的一對平方化單元，和將一對前述平方化單元個 別地平方化后的各個電流穩(wěn)態(tài)值進行加法運算的第2加法運算單元。
[0017] 根據(jù)該方案，在電流取得單元中，一對平方化單元將從各電磁鐵取得的電流穩(wěn)態(tài) 值單獨地平方化，進而，第2加法運算單元將被平方化的2個電流穩(wěn)態(tài)值進行加法運算，之后 向補正系數(shù)運算單元輸入，所以補正系數(shù)運算單元能夠求出更高精度的補正增益指令值。
[0018] 另外，技術方案6記載的發(fā)明提供一種磁力軸承裝置，在技術方案5記載的磁力軸 承裝置的方案的基礎上，還具備低通濾波器，前述低通濾波器對借助一對前述平方化單元 和前述第2加法運算單元進行平方、加法運算后的電流穩(wěn)態(tài)值進行平均化處理并移轉至前 述補正系數(shù)運算單元。
[0019] 根據(jù)該方案，電流取得單元(一對平方化單元和第2加法運算單元)使被平方、加法 運算后的電流穩(wěn)態(tài)值通過低通濾波器后向補正系數(shù)運算單元發(fā)送，所以能夠除去因磁力軸 承的旋轉頻率而產(chǎn)生的干擾、波動。由此，補正系數(shù)運算單元能夠實現(xiàn)不含干擾、波動的補 正增益指令值。
[0020] 另外，技術方案7記載的發(fā)明提供一種磁力軸承裝置，在技術方案6記載的磁力軸 承裝置的方案的基礎上，前述低通濾波器的共振頻率為大致1Hz。
[0021] 根據(jù)該方案，低通濾波器的共振頻率設定為1Hz左右，所以不會降低磁力軸承的控 制的響應性。
[0022] 另外，技術方案8記載的