JP7614247B2 - Vacuum pump, magnetic bearing control device, and compression/decompression method - Google Patents
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Description
本発明は、真空ポンプ、磁気軸受制御装置、および圧縮解凍方法に関するものである。 The present invention relates to a vacuum pump, a magnetic bearing control device, and a compression/decompression method.
ある磁気軸受制御装置は、磁気軸受装置の機種を特定し、特定した機種の特性をメモリ部から読み出し、磁気軸受制御に使用している(例えば特許文献1参照)。 One magnetic bearing control device identifies the model of the magnetic bearing device, reads the characteristics of the identified model from a memory unit, and uses them to control the magnetic bearing (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、多くの制御設定データが磁気軸受制御に使用される場合、制御設定データのデータ量が多くなってしまう。 However, when a large amount of control setting data is used for magnetic bearing control, the amount of control setting data becomes large.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、少ないデータ量の制御設定データで磁気軸受制御を行える真空ポンプ、磁気軸受制御装置、および圧縮解凍方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a vacuum pump, a magnetic bearing control device, and a compression/decompression method that can control a magnetic bearing with a small amount of control setting data.
本発明に係る真空ポンプは、ロータ軸を少なくとも2方向で支持する磁気軸受装置と、磁気軸受装置を制御する磁気軸受制御装置とを備える。この磁気軸受制御装置は、磁気軸受装置を制御する制御回路と、複数機種の磁気軸受装置の制御設定データを記憶しているメモリ部と、複数機種の磁気軸受装置の制御設定データから磁気軸受制御装置の制御対象の磁気軸受装置の制御設定データを選択し制御回路に設定するデータ設定部とを備える。ここで、制御設定データは、複数項目の制御設定値を含み、上述の複数機種のうちのある機種の制御設定データにおいて、その複数項目のうち、上述の2方向についての制御設定値が同一となる項目については、その2方向のうちの一方の制御設定値が含まれているが、その2方向のうちの他方の制御設定値は含まれていない。そして、データ設定部は、(a)その複数項目のうち、上述の2方向についての制御設定値が同一である項目については、その2方向のうちの一方の制御設定値から、その2方向のうちの他方の制御設定値を特定し、(b)その2方向についての2つの制御設定値を制御回路に設定する。 The vacuum pump according to the present invention comprises a magnetic bearing device that supports a rotor shaft in at least two directions, and a magnetic bearing control device that controls the magnetic bearing device. The magnetic bearing control device comprises a control circuit that controls the magnetic bearing device, a memory unit that stores control setting data for multiple models of magnetic bearing devices, and a data setting unit that selects the control setting data for the magnetic bearing device to be controlled by the magnetic bearing control device from the control setting data for the multiple models of magnetic bearing devices and sets it in the control circuit. Here, the control setting data includes control setting values for multiple items, and in the control setting data for a certain model among the multiple models, for items among the multiple items for which the control setting values for the above-mentioned two directions are the same, the control setting value for one of the two directions is included, but the control setting value for the other of the two directions is not included. Then, the data setting unit (a) for items among the multiple items for which the control setting values for the above-mentioned two directions are the same, identifies the control setting value for the other of the two directions from the control setting value for one of the two directions, and (b) sets the two control setting values for the two directions in the control circuit.
本発明に係る磁気軸受制御装置は、真空ポンプにおけるロータ軸を少なくとも2方向で支持する磁気軸受装置を制御する磁気軸受制御装置であり、上述のメモリ部と、上述のデータ設定部とを備える。 The magnetic bearing control device according to the present invention is a magnetic bearing control device that controls a magnetic bearing device that supports a rotor shaft in a vacuum pump in at least two directions, and includes the above-mentioned memory unit and the above-mentioned data setting unit.
本発明に係る圧縮解凍方法は、真空ポンプにおけるロータ軸を少なくとも2方向で支持する磁気軸受装置を制御するための制御設定データの圧縮解凍方法である。この圧縮解凍方法では、メモリ部が複数機種の磁気軸受装置の制御設定データを記憶しており、制御設定データは、複数項目の制御設定値を含み、上述の複数機種のうちのある機種の制御設定データにおいて、その複数項目のうち、上述の2方向についての制御設定値が同一となる項目については、その2方向のうちの一方の制御設定値が含まれ、その2方向のうちの他方の制御設定値は含まれておらず、これにより、これにより当該制御設定データが圧縮されている。そして、上述の複数項目のうち、その2方向についての制御設定値が同一である項目については、その2方向のうちの一方の制御設定値から、その2方向のうちの他方の制御設定値を特定することで、圧縮されている制御設定データを解凍する。 The compression/decompression method according to the present invention is a method for compressing and decompressing control setting data for controlling a magnetic bearing device that supports a rotor shaft in a vacuum pump in at least two directions. In this compression/decompression method, a memory unit stores control setting data for multiple models of magnetic bearing devices, and the control setting data includes control setting values for multiple items. In the control setting data for a certain model among the multiple models, for items among the multiple items for which the control setting values for the two directions are the same, the control setting value for one of the two directions is included, but the control setting value for the other of the two directions is not included, thereby compressing the control setting data. Then, for items among the multiple items for which the control setting values for the two directions are the same, the control setting value for the other of the two directions is identified from the control setting value for one of the two directions, thereby decompressing the compressed control setting data.
本発明によれば、少ないデータ量の制御設定データで磁気軸受制御を行える真空ポンプ、磁気軸受制御装置、および圧縮解凍方法が得られる。 The present invention provides a vacuum pump, a magnetic bearing control device, and a compression/decompression method that can control a magnetic bearing with a small amount of control setting data.
本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。 The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
このターボ分子ポンプ100の縦断面図を図1に示す。図1において、ターボ分子ポンプ100は、円筒状の外筒127の上端に吸気口101が形成されている。そして、外筒127の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードである複数の回転翼102(102a、102b、102c・・・)を周部に放射状かつ多段に形成した回転体103が備えられている。この回転体103の中心にはロータ軸113が取り付けられており、このロータ軸113は、例えば5軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。回転体103は、一般的に、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属によって構成されている。
A longitudinal cross-sectional view of this
上側径方向電磁石104は、4個の電磁石がX軸とY軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石104に近接して、かつ上側径方向電磁石104のそれぞれに対応して4個の上側径方向センサ107が備えられている。上側径方向センサ107は、例えば伝導巻線を有するインダクタンスセンサや渦電流センサなどが用いられ、ロータ軸113の位置に応じて変化するこの伝導巻線のインダクタンスの変化に基づいてロータ軸113の位置を検出する。この上側径方向センサ107はロータ軸113、すなわちそれに固定された回転体103の径方向変位を検出し、制御装置200に送るように構成されている。
The upper
この制御装置200においては、例えばPID調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ107によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石104の励磁制御指令信号を生成し、図2に示すアンプ回路150(後述する)が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石104を励磁制御することで、ロータ軸113の上側の径方向位置が調整される。
In this
そして、このロータ軸113は、高透磁率材(鉄、ステンレスなど)などにより形成され、上側径方向電磁石104の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、X軸方向とY軸方向とにそれぞれ独立して行われる。また、下側径方向電磁石105及び下側径方向センサ108が、上側径方向電磁石104及び上側径方向センサ107と同様に配置され、ロータ軸113の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。
The
さらに、軸方向電磁石106A、106Bが、ロータ軸113の下部に備えた円板状の金属ディスク111を上下に挟んで配置されている。金属ディスク111は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸113の軸方向変位を検出するために軸方向センサ109が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置200に送られるように構成されている。
Furthermore,
そして、制御装置200において、例えばPID調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ109によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石106Aと軸方向電磁石106Bのそれぞれの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路150が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石106Aと軸方向電磁石106Bをそれぞれ励磁制御することで、軸方向電磁石106Aが磁力により金属ディスク111を上方に吸引し、軸方向電磁石106Bが金属ディスク111を下方に吸引し、ロータ軸113の軸方向位置が調整される。
In the
このように、制御装置200は、この軸方向電磁石106A、106Bが金属ディスク111に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸113を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。なお、これら上側径方向電磁石104、下側径方向電磁石105及び軸方向電磁石106A、106Bを励磁制御するアンプ回路150については、後述する。
In this way, the
一方、モータ121は、ロータ軸113を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸113との間に作用する電磁力を介してロータ軸113を回転駆動するように、制御装置200によって制御されている。また、モータ121には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸113の回転速度が検出されるようになっている。
On the other hand, the
さらに、例えば下側径方向センサ108近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸113の回転の位相を検出するようになっている。制御装置200では、この位相センサと回転速度センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。
In addition, a phase sensor (not shown) is attached, for example, near the lower
回転翼102(102a、102b、102c・・・)とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼123(123a、123b、123c・・・)が配設されている。回転翼102(102a、102b、102c・・・)は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸113の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。固定翼123(123a、123b、123c・・・)は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。
Multiple fixed blades 123 (123a, 123b, 123c...) are arranged with a small gap between the rotor blades 102 (102a, 102b, 102c...). The rotor blades 102 (102a, 102b, 102c...) are formed at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the
また、固定翼123も、同様にロータ軸113の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒127の内方に向けて回転翼102の段と互い違いに配設されている。そして、固定翼123の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ125(125a、125b、125c・・・)の間に嵌挿された状態で支持されている。
The fixed blades 123 are also formed at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the
固定翼スペーサ125はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。固定翼スペーサ125の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒127が固定されている。外筒127の底部にはベース部129が配設されている。ベース部129には排気口133が形成され、外部に連通されている。チャンバ(真空チャンバ)側から吸気口101に入ってベース部129に移送されてきた排気ガスは、排気口133へと送られる。
The fixed wing spacer 125 is a ring-shaped member, and is made of metals such as aluminum, iron, stainless steel, copper, or alloys containing these metals. An
さらに、ターボ分子ポンプ100の用途によって、固定翼スペーサ125の下部とベース部129の間には、ネジ付スペーサ131が配設される。ネジ付スペーサ131は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝131aが複数条刻設されている。ネジ溝131aの螺旋の方向は、回転体103の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口133の方へ移送される方向である。回転体103の回転翼102(102a、102b、102c・・・)に続く最下部には円筒部102dが垂下されている。この円筒部102dの外周面は、円筒状で、かつネジ付スペーサ131の内周面に向かって張り出されており、このネジ付スペーサ131の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。回転翼102および固定翼123によってネジ溝131aに移送されてきた排気ガスは、ネジ溝131aに案内されつつベース部129へと送られる。
Depending on the application of the
ベース部129は、ターボ分子ポンプ100の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。ベース部129はターボ分子ポンプ100を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。
The
かかる構成において、回転翼102がロータ軸113と共にモータ121により回転駆動されると、回転翼102と固定翼123の作用により、吸気口101を通じてチャンバから排気ガスが吸気される。回転翼102の回転速度は通常20000rpm~90000rpmであり、回転翼102の先端での周速度は200m/s~400m/sに達する。吸気口101から吸気された排気ガスは、回転翼102と固定翼123の間を通り、ベース部129へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼102に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ121で発生した熱の伝導などにより、回転翼102の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子などによる伝導により固定翼123側に伝達される。
In this configuration, when the rotor 102 is rotated together with the
固定翼スペーサ125は、外周部で互いに接合しており、固定翼123が回転翼102から受け取った熱や排気ガスが固定翼123に接触する際に生ずる摩擦熱などを外部へと伝達する。 The fixed blade spacers 125 are joined together at their outer periphery and transmit to the outside heat received by the fixed blades 123 from the rotor blades 102 and frictional heat generated when exhaust gas comes into contact with the fixed blades 123.
なお、上記では、ネジ付スペーサ131は回転体103の円筒部102dの外周に配設し、ネジ付スペーサ131の内周面にネジ溝131aが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に円筒部102dの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。
In the above description, the threaded
また、ターボ分子ポンプ100の用途によっては、吸気口101から吸引されたガスが上側径方向電磁石104、上側径方向センサ107、モータ121、下側径方向電磁石105、下側径方向センサ108、軸方向電磁石106A、106B、軸方向センサ109などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム122で覆われ、このステータコラム122内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。
Depending on the application of the
この場合には、ベース部129には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。導入されたパージガスは、保護ベアリング120とロータ軸113間、モータ121のロータとステータ間、ステータコラム122と回転翼102の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口133へ送出される。
In this case, piping (not shown) is provided in the
ここに、ターボ分子ポンプ100は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ(例えば、機種に対応する諸特性)に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ100は、その本体内に電子回路部141を備えている。電子回路部141は、EEP-ROM等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板143等から構成される。この電子回路部141は、ターボ分子ポンプ100の下部を構成するベース部129の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋145によって閉じられている。
The
ところで、半導体の製造工程では、チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。ターボ分子ポンプ100内部では、排気ガスの圧力は、吸気口101で最も低く排気口133で最も高い。プロセスガスが吸気口101から排気口133へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、ターボ分子ポンプ100内部に付着して堆積する。
In the semiconductor manufacturing process, some process gases introduced into the chamber have the property of becoming solid when their pressure exceeds a predetermined value or their temperature falls below a predetermined value. Inside the
例えば、Alエッチング装置にプロセスガスとしてSiCl4が使用された場合、低真空(760[torr]~10-2[torr])かつ、低温(約20[℃])のとき、固体生成物(例えばAlCl3)が析出し、ターボ分子ポンプ100内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、ターボ分子ポンプ100内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプ100の性能を低下させる原因となる。そして、前述した生成物は、排気口133付近やネジ付スペーサ131付近の圧力が高い部分で凝固、付着し易い状況にあった。
For example, when SiCl 4 is used as a process gas in an Al etching apparatus, at low vacuum (760 [torr] to 10 −2 [torr]) and low temperature (about 20° C.), a solid product (e.g., AlCl 3 ) precipitates and adheres to and accumulates inside the
そのため、この問題を解決するために、従来はベース部129等の外周に図示しないヒータや環状の水冷管149を巻着させ、かつ例えばベース部129に図示しない温度センサ(例えばサーミスタ)を埋め込み、この温度センサの信号に基づいてベース部129の温度を一定の高い温度(設定温度)に保つようにヒータの加熱や水冷管149による冷却の制御(以下TMSという。TMS;Temperature Management System)が行われている。
Therefore, in order to solve this problem, conventionally, a heater (not shown) or a circular water-cooled
次に、このように構成されるターボ分子ポンプ100に関して、その上側径方向電磁石104、下側径方向電磁石105及び軸方向電磁石106A、106Bを励磁制御するアンプ回路150について説明する。このアンプ回路150の回路図を図2に示す。
Next, regarding the
図2において、上側径方向電磁石104等を構成する電磁石巻線151は、その一端がトランジスタ161を介して電源171の正極171aに接続されており、また、その他端が電流検出回路181及びトランジスタ162を介して電源171の負極171bに接続されている。そして、トランジスタ161、162は、いわゆるパワーMOSFETとなっており、そのソース-ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。
In FIG. 2, one end of the electromagnet winding 151 constituting the upper
このとき、トランジスタ161は、そのダイオードのカソード端子161aが正極171aに接続されるとともに、アノード端子161bが電磁石巻線151の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ162は、そのダイオードのカソード端子162aが電流検出回路181に接続されるとともに、アノード端子162bが負極171bと接続されるようになっている。 At this time, the transistor 161 has its diode cathode terminal 161a connected to the positive electrode 171a, and its anode terminal 161b connected to one end of the electromagnet winding 151. The transistor 162 has its diode cathode terminal 162a connected to the current detection circuit 181, and its anode terminal 162b connected to the negative electrode 171b.
一方、電流回生用のダイオード165は、そのカソード端子165aが電磁石巻線151の一端に接続されるとともに、そのアノード端子165bが負極171bに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード166は、そのカソード端子166aが正極171aに接続されるとともに、そのアノード端子166bが電流検出回路181を介して電磁石巻線151の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路181は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。 On the other hand, the current regeneration diode 165 has its cathode terminal 165a connected to one end of the electromagnet winding 151 and its anode terminal 165b connected to the negative pole 171b. Similarly, the current regeneration diode 166 has its cathode terminal 166a connected to the positive pole 171a and its anode terminal 166b connected to the other end of the electromagnet winding 151 via a current detection circuit 181. The current detection circuit 181 is composed of, for example, a Hall sensor type current sensor or an electrical resistance element.
以上のように構成されるアンプ回路150は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が5軸制御で、電磁石104、105、106A、106Bが合計10個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路150が構成され、電源171に対して10個のアンプ回路150が並列に接続されるようになっている。
The amplifier circuit 150 configured as above corresponds to one electromagnet. Therefore, if the magnetic bearing is controlled on five axes and there are a total of ten
さらに、アンプ制御回路191は、例えば、制御装置200の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部(以下、DSP部という)によって構成され、このアンプ制御回路191は、トランジスタ161、162のon/offを切り替えるようになっている。
Furthermore, the amplifier control circuit 191 is configured, for example, by a digital signal processor section (hereinafter referred to as a DSP section) (not shown) of the
アンプ制御回路191は、電流検出回路181が検出した電流値(この電流値を反映した信号を電流検出信号191cという)と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、PWM制御による1周期である制御サイクルTs内に発生させるパルス幅の大きさ(パルス幅時間Tp1、Tp2)を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号191a、191bを、アンプ制御回路191からトランジスタ161、162のゲート端子に出力するようになっている。 The amplifier control circuit 191 compares the current value detected by the current detection circuit 181 (a signal reflecting this current value is called a current detection signal 191c) with a predetermined current command value. Then, based on the result of this comparison, it determines the size of the pulse width (pulse width times Tp1, Tp2) to be generated within a control cycle Ts, which is one period of PWM control. As a result, gate drive signals 191a, 191b having this pulse width are output from the amplifier control circuit 191 to the gate terminals of transistors 161, 162.
なお、回転体103の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力での回転体103の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線151に流れる電流の急激な増加(あるいは減少)ができるように、電源171としては、例えば50V程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源171の正極171aと負極171bとの間には、電源171の安定化のために、通常コンデンサが接続されている(図示略)。
When the
かかる構成において、トランジスタ161、162の両方をonにすると、電磁石巻線151に流れる電流(以下、電磁石電流iLという)が増加し、両方をoffにすると、電磁石電流iLが減少する。 In this configuration, when both transistors 161 and 162 are turned on, the current flowing through the electromagnet winding 151 (hereafter referred to as electromagnet current iL) increases, and when both are turned off, the electromagnet current iL decreases.
また、トランジスタ161、162の一方をonにし他方をoffにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路150にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路150におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ161、162を制御することにより、ターボ分子ポンプ100に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路181で測定することで電磁石巻線151を流れる電磁石電流iLが検出可能となる。
Furthermore, when one of the transistors 161, 162 is turned on and the other is turned off, a so-called flywheel current is maintained. By passing a flywheel current through the amplifier circuit 150 in this manner, the hysteresis loss in the amplifier circuit 150 can be reduced, and the power consumption of the entire circuit can be kept low. Furthermore, by controlling the transistors 161, 162 in this manner, high-frequency noise such as harmonics generated in the turbo
すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図3に示すように制御サイクルTs(例えば100μs)中で1回だけ、パルス幅時間Tp1に相当する時間分だけトランジスタ161、162の両方をonにする。そのため、この期間中の電磁石電流iLは、正極171aから負極171bへ、トランジスタ161、162を介して流し得る電流値iLmax(図示せず)に向かって増加する。 In other words, when the detected current value is smaller than the current command value, both transistors 161 and 162 are turned on for a time period equivalent to pulse width time Tp1 only once during control cycle Ts (e.g., 100 μs) as shown in FIG. 3. Therefore, during this period, electromagnet current iL increases toward current value iLmax (not shown) that can flow from positive pole 171a to negative pole 171b via transistors 161 and 162.
一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図4に示すように制御サイクルTs中で1回だけパルス幅時間Tp2に相当する時間分だけトランジスタ161、162の両方をoffにする。そのため、この期間中の電磁石電流iLは、負極171bから正極171aへ、ダイオード165、166を介して回生し得る電流値iLmin(図示せず)に向かって減少する。 On the other hand, if the detected current value is greater than the current command value, both transistors 161 and 162 are turned off for a time period equivalent to pulse width time Tp2 only once during control cycle Ts, as shown in FIG. 4. Therefore, during this period, the electromagnet current iL decreases from negative pole 171b to positive pole 171a toward a current value iLmin (not shown) that can be regenerated via diodes 165 and 166.
そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Tp1、Tp2の経過後は、トランジスタ161、162のどちらか1個をonにする。そのため、この期間中は、アンプ回路150にフライホイール電流が保持される。 In either case, after the pulse width times Tp1 and Tp2 have elapsed, one of the transistors 161 and 162 is turned on. Therefore, during this period, a flywheel current is maintained in the amplifier circuit 150.
上述のように、本発明の実施の形態に係る真空ポンプは、ロータ軸を少なくとも2方向(ここでは、ロータ軸に直交し、かつ、互いに直交するX軸方向およびY軸方向)で支持する(能動型の)磁気軸受装置としての上側径方向電磁石104および上側径方向センサ107並びに下側径方向電磁石105および下側径方向センサ108と、その磁気軸受装置を制御する磁気軸受制御装置としての制御装置200を備える。
As described above, the vacuum pump according to the embodiment of the present invention includes an upper
図5は、図1における制御装置200の構成を示すブロック図である。例えば図5に示すように、制御装置200は、制御回路211および演算処理装置212を備える。
Figure 5 is a block diagram showing the configuration of the
制御回路211は、上述の磁気軸受装置を制御する。具体的には、制御回路211は、当該磁気軸受装置の機種に対応する制御設定データに従って、センサ107,108からのセンサ信号(ポジション信号)に応じた駆動電流を電磁石104,105に供給することで、上述の磁気軸受装置を制御する。例えば、制御回路211は、デジタルシグナルプロセッサなどであり、上述のアンプ回路150を含んでいる。
The
演算処理装置212は、フラッシュメモリなどといった不揮発性のメモリ部212aを内蔵し、所定のプログラムをコンピュータで実行することで所定の処理部として動作する。例えば、演算処理装置212は、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)などである。ここでは、演算処理装置212は、データ設定部212bとして動作する。
The
メモリ部212aは、複数機種の磁気軸受装置の制御設定データを記憶している。
The
データ設定部212bは、(a)その複数機種の磁気軸受装置の制御設定データから、当該制御装置200の制御対象の磁気軸受装置(つまり、制御装置200が実際に接続されている磁気軸受装置)の制御設定データを選択し、(b)選択した制御設定データを制御回路211に設定する。制御回路211は、設定された制御設定データに従って磁気軸受装置を制御する。
The
ここで、制御回路211に設定される制御設定データは、複数項目の制御設定値を含む。また、その複数項目のうちの、ある特定の項目については、上述の2方向(ここでは、X軸方向およびY軸方向)のそれぞれについて制御設定値がある。
Here, the control setting data set in the
なお、制御設定値は、センサ107,108から電磁石104,105へのフィードバック制御系におけるPID制御の制御パラメータや当該磁気軸受装置の機械的な定数などを含む。例えば、1つの軸方向につき50~100個程度の制御設定値(整数データ、実数データなど)が制御設定データに含まれている。また、機種によって、制御設定データに含まれる項目(つまり、制御設定値)の数が異なっていてもよい。
The control setting values include the control parameters of the PID control in the feedback control system from the
他方、上述の複数機種のうちの、ある特定の機種のためにメモリ部212aに記憶されている制御設定データにおいては、上述の複数項目のうち、上述の2方向についての制御設定値が同一となる項目については、上述の2方向のうちの一方(例えばX軸方向)の制御設定値が制御設定データに含まれ、上述の2方向のうちの他方(例えばY軸方向)の制御設定値は制御設定データには含まれていない。このように、ある機種の制御設定データにおいては、ある特定の項目についてX軸方向およびY軸方向の制御設定値のうちの一方が省略されており、これにより、当該機種の制御設定データのサイズが小さくなっている。
On the other hand, in the control setting data stored in
データ設定部212bは、(a)上述の複数項目のうち、上述の2方向についての制御設定値が同一である項目については、上述の2方向のうちの一方の制御設定値(つまり、メモリ部212aに記憶されている制御設定値)から、上述の2方向のうちの他方の制御設定値を特定し、(b)上述の2方向についての2つの制御設定値を制御回路211に設定する。
The
具体的には、データ設定部212bは、制御対象の磁気軸受装置についての制御設定データをメモリ部211から読み出し、読み出した制御設定データにおいて、上述の2方向についての制御設定値が同一である項目については、上述の2方向のうちの一方の制御設定値を特定し、特定した一方の制御設定値と同一の値を上述の2方向のうちの他方の制御設定値として使用する。
Specifically, the
図6は、図5におけるメモリ部212aのメモリマップの一例を示す図である。この実施の形態では、例えば図6に示すように、メモリ部212aは、上述の複数機種の磁気軸受の制御設定データがそれぞれ格納される同一の固定長(例えば2048バイト)の複数の記憶領域221-1~221-Nを備える。つまり、1つの記憶領域221-iには、1つの機種の制御設定データが格納されている。
Figure 6 is a diagram showing an example of a memory map of
上述の複数の機種のうち、ある機種の制御設定データについて、上述の2方向のうちの両方の制御設定値が含まれても1つの記憶領域221-iのサイズ(上述の固定長)を超えない場合には、その機種の制御設定データ(以下、通常サイズデータともいう)は、上述の2方向のうちの両方の制御設定値を含んだ状態で、当該機種に対応する記憶領域221-iに格納されている。 For the control setting data of a certain model among the multiple models described above, if the control setting values of both of the two directions described above are included but do not exceed the size of one memory area 221-i (the fixed length described above), the control setting data of that model (hereinafter also referred to as normal size data) is stored in the memory area 221-i corresponding to that model, including the control setting values of both of the two directions described above.
一方、上述の複数の機種のうち、ある機種の制御設定データについて、上述の2方向のうちの両方の制御設定値が含まれると、その制御設定データのサイズが、1つの記憶領域221-j(上述の固定長)のサイズを超える場合には、その機種の制御設定データ(以下、サイズ超過データともいう)は、上述のように、上述の2方向についての制御設定値が同一となる項目について上述の2方向のうちの1つの制御設定値が省略された状態で制御設定データのサイズを記憶領域221-jのサイズ以下とされて記憶領域221-jに格納されている。 On the other hand, when the control setting data of a certain model among the multiple models described above includes control setting values in both of the two directions described above, and the size of the control setting data exceeds the size of one memory area 221-j (the fixed length described above), the control setting data of that model (hereinafter also referred to as oversized data) is stored in memory area 221-j with the size of the control setting data set to be equal to or less than the size of memory area 221-j, with one of the control setting values in the two directions omitted for items for which the control setting values in the two directions are the same, as described above.
そして、通常サイズデータについては、データ設定部212bは、記憶領域221-iに格納されている、上述の2方向のうちの両方の制御設定値を読み出して制御回路211に設定する。
For normal size data, the
また、サイズ超過データについては、データ設定部212bは、上述の複数項目のうち、上述の2方向についての制御設定値が同一である項目については、上述の2方向のうちの一方の制御設定値を読み出して、その読み出した制御設定値から、上述の2方向のうちの他方の制御設定値を特定し、その項目についてメモリ部212aから読み出された制御設定値(例えばX軸方向の制御設定値)と特定した制御設定値(例えばY軸方向の制御設定値)とを制御回路211に設定する。
For oversized data, the
この実施の形態では、例えば図6に示すように、制御設定データ231は、フラグ231aを含む。フラグ231aは、当該制御設定データ231が上述の2方向のうちの両方の制御設定値を含むと記憶領域221-iのサイズを超えるものであるか否かを示す。つまり、フラグ231aは、当該制御設定データが通常サイズデータかサイズ超過データかを示している。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, for example, the
データ設定部212bは、このフラグ231aを参照して、当該制御設定データ231が、上述の2方向のうちの両方の制御設定値を含むと記憶領域221-iのサイズを超えるものであるか否かを判定する。つまり、データ設定部212bは、このフラグ231aを参照して、当該制御設定データ231が通常サイズデータかサイズ超過データかを判定する。
The
そして、フラグ231aがある値である場合(つまり、当該制御設定データが通常サイズデータである場合)には、上述の2方向のうちの両方の制御設定値がメモリ部212aから読み出されて制御回路211に設定される。一方、フラグ231aが別の値である場合(つまり、当該制御設定データがサイズ超過データである場合)には、上述の2方向のうちの一方のみの制御設定値がメモリ部212aから読み出され、上述の2方向のうちの他方の制御設定値がその読み出された制御設定値の同一の値とされ、上述の2方向の制御設定値が制御回路211に設定される。
When
次に、上記制御装置200の動作について説明する。図7は、図1および図5に示す制御装置200の動作について説明するフローチャートである。
Next, the operation of the
制御装置200が上述の磁気軸受装置に接続され、制御回路211が起動すると(ステップS1)、制御回路211は、接続されている磁気軸受装置の機種を特定し、特定した機種をデータ設定部212bに通知する(ステップS2)。例えば、磁気軸受装置は、機種固有の抵抗値を有する1または複数の識別用抵抗を備え、制御回路211は、接続された磁気軸受装置の1または複数の識別用抵抗の抵抗値を測定し、その測定された1または複数の抵抗値に基づいて、接続されている磁気軸受装置の機種を特定する。
When the
次に、データ設定部212bは、通知された機種に対応する制御設定データをメモリ部212aから読み出し、上述のフラグ231aを参照して、通知された機種の制御設定データが圧縮されているか否か(つまり、当該制御設定データがサイズ超過データであるか否か)を判定する(ステップS3)。なお、ここでは、例えば、データ設定部212bは、複数機種と記憶領域221-1~221-Nとの対応関係を示すテーブルなどを参照して、通知された機種に対応する記憶領域221ーiを特定し、特定した記憶領域221-iから通知された機種の制御設定データを読み出す。
Next, the
通知された機種の制御設定データが圧縮されている(つまり、当該制御設定データがサイズ超過データである)と判定した場合、データ設定部212bは、上述のように、特定の項目について、上述の2方向のうちの一方についての制御設定値から他方についての制御設定値を再生し、これにより、制御設定データを解凍(展開)する(ステップS4)。そして、データ設定部212bは、上述の2方向の両方についての制御設定値を含む制御設定データを制御回路211に設定する(ステップS5)。
If it is determined that the control setting data of the notified model is compressed (i.e., the control setting data is oversized data), the
一方、通知された機種の制御設定データが圧縮されていない(つまり、当該制御設定データが通常サイズデータである)と判定した場合、データ設定部212bは、上述のように、特定の項目を含むすべての項目について、メモリ部212aから読み出した制御設定データをそのまま制御回路211に設定する(ステップS5)。
On the other hand, if it is determined that the control setting data for the notified model is not compressed (i.e., the control setting data is normal size data), the
このようにして当該磁気軸受装置の機種に固有の制御設定データが制御回路211に設定された後、制御装置200からの指令に従ってモータ部6が動作を開始し、制御回路211は、当該磁気軸受装置の制御を開始する(ステップS6)。
After the control setting data specific to the model of the magnetic bearing device is set in the
これにより、真空ポンプが運転を開始する。真空ポンプでは、モータ部6の動作によってロータ軸113が回転し、ロータも回転する。ロータ回転時、センサ107,108によって、ロータ軸113のラジアル方向の変位が検出され、制御回路211は、設定された制御設定データに従って、検出された変位に応じた駆動電流を生成し磁気軸受装置の電磁石104,105に供給し、ロータ軸113のラジアル方向の変位を抑制させている。これにより、安定的にロータが回転し、回転翼102および固定翼123によって、吸気口101を介して飛来した気体分子が、流路に進行させられ、排気口133から排出される。
This causes the vacuum pump to start operating. In the vacuum pump, the
以上のように、上記実施の形態によれば、制御回路211は、ロータ軸を少なくとも2方向で支持する磁気軸受装置を制御する。メモリ部212aは、複数機種の磁気軸受装置の制御設定データを記憶している。データ設定部212bは、複数機種の磁気軸受装置の制御設定データから制御対象の磁気軸受装置の制御設定データを選択し制御回路211に設定する。制御設定データは、複数項目の制御設定値を含み、ある機種の制御設定データにおいて、上述の2方向についての制御設定値が同一となる項目については、その2方向の一方のみの制御設定値が含まれている。そして、データ設定部212bは、上述の2方向についての制御設定値が同一である項目については、一方の制御設定値から他方の制御設定値を特定し、その2方向についての制御設定値を制御回路211に設定する。
As described above, according to the above embodiment, the
これにより、磁気軸受制御の2方向の制御設定値が共通な項目については一方の制御設定値が省略されているため、メモリ部212aに格納しておく制御設定データのサイズが小さくて済む。また、メモリ部212aに格納される制御設定値を更新する場合、その項目については、1つの制御設定値を更新することで、制御設定値の更新が2方向の制御設定値に反映されるため、制御設定値の更新などといったメンテナンス作業が簡素化される。
As a result, for items where the control setting values for the two directions of magnetic bearing control are common, one of the control setting values is omitted, so the size of the control setting data stored in
なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。 It should be noted that various changes and modifications to the above-described embodiments will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the subject matter and without diminishing its intended advantages. In other words, such changes and modifications are intended to be included within the scope of the claims.
本発明は、例えば、真空ポンプの磁気軸受制御装置に適用可能である。 The present invention can be applied, for example, to a magnetic bearing control device for a vacuum pump.
100 ターボ分子ポンプ(真空ポンプの一例)
104 上側径方向電磁石(磁気軸受装置の一例の一部)
105 下側径方向電磁石(磁気軸受装置の一例の一部)
107 上側径方向センサ(磁気軸受装置の一例の一部)
108 下側径方向センサ(磁気軸受装置の一例の一部)
200 制御装置(磁気軸受制御装置の一例)
211 制御回路
212a メモリ部
212b データ設定部
221-1~221-N 記憶領域
231 制御設定データ
231a フラグ
100 Turbo molecular pump (an example of a vacuum pump)
104 Upper radial electromagnet (part of an example of a magnetic bearing device)
105 Lower radial electromagnet (part of an example of a magnetic bearing device)
107 Upper radial sensor (part of an example of a magnetic bearing device)
108 Lower radial sensor (part of an example of a magnetic bearing device)
200 Control device (an example of a magnetic bearing control device)
Claims (5)
前記磁気軸受装置を制御する磁気軸受制御装置とを備え、
前記磁気軸受制御装置は、
前記磁気軸受装置を制御する制御回路と、
複数機種の磁気軸受装置の制御設定データを記憶しているメモリ部と、
前記複数機種の磁気軸受装置の制御設定データから前記磁気軸受制御装置の制御対象の磁気軸受装置の制御設定データを選択し前記制御回路に設定するデータ設定部とを備え、
前記制御設定データは、複数項目の制御設定値を含み、
前記複数機種のうちのある機種の前記制御設定データにおいて、前記複数項目のうち、前記2方向についての制御設定値が同一となる項目については、前記2方向のうちの一方の制御設定値が含まれているが、前記2方向のうちの他方の制御設定値は含まれておらず、
前記データ設定部は、(a)前記複数項目のうち、前記2方向についての制御設定値が同一である項目については、前記2方向のうちの一方の制御設定値から、前記2方向のうちの他方の制御設定値を特定し、(b)前記2方向についての2つの制御設定値を前記制御回路に設定すること、
を特徴とする真空ポンプ。 a magnetic bearing device that supports the rotor shaft in at least two directions;
a magnetic bearing control device for controlling the magnetic bearing device,
The magnetic bearing control device includes:
A control circuit for controlling the magnetic bearing device;
A memory unit that stores control setting data for a plurality of types of magnetic bearing devices;
a data setting unit that selects control setting data of a magnetic bearing device to be controlled by the magnetic bearing control device from the control setting data of the multiple models of magnetic bearing devices and sets the control setting data in the control circuit;
The control setting data includes control setting values of a plurality of items,
In the control setting data for a certain model among the plurality of models, for an item among the plurality of items for which the control setting values for the two directions are the same, the control setting value for one of the two directions is included, but the control setting value for the other of the two directions is not included;
the data setting unit (a) for an item among the plurality of items for which control setting values for the two directions are the same, specifies a control setting value for the other of the two directions from a control setting value for one of the two directions, and (b) sets the two control setting values for the two directions in the control circuit;
A vacuum pump characterized by:
前記2方向のうちの両方の制御設定値が含まれても前記記憶領域のサイズを超えない制御設定データは、前記2方向のうちの両方の制御設定値を含んだ状態で前記記憶領域に格納されており、
前記2方向のうちの両方の制御設定値が含まれると前記記憶領域のサイズを超える制御設定データは、前記2方向についての制御設定値が同一となる項目について、前記2方向のうちの一方の制御設定値を含むが前記2方向のうちの他方の制御設定値を含まない状態で前記制御設定データのサイズを前記記憶領域のサイズ以下とされて前記記憶領域に格納されており、
前記データ設定部は、(a)前記2方向のうちの両方の制御設定値が含まれても前記記憶領域のサイズを超えない制御設定データについては、前記記憶領域に格納されている前記2方向のうちの両方の制御設定値を読み出して前記制御回路に設定し、(b)前記2方向のうちの両方の制御設定値が含まれると前記記憶領域のサイズを超える制御設定データについては、(b1)前記複数項目のうち、前記2方向についての制御設定値が同一である項目については、前記2方向のうちの一方の制御設定値から、前記2方向のうちの他方の制御設定値を特定し、(b2)前記一方の制御設定値と特定した前記他方の制御設定値とを前記制御回路に設定すること、
を特徴とする請求項1記載の真空ポンプ。 the memory unit includes a plurality of storage areas of the same fixed length in which the control setting data of the plurality of models of magnetic bearings are respectively stored,
The control setting data, which does not exceed the size of the storage area even when the control setting values of both of the two directions are included, is stored in the storage area in a state including the control setting values of both of the two directions,
The control setting data, which would exceed the size of the storage area when control setting values of both of the two directions are included, is stored in the storage area with a size of the control setting data set equal to or less than the size of the storage area, in a state in which the control setting values for one of the two directions are included but not the control setting value for the other of the two directions, for an item for which the control setting values for the two directions are the same;
the data setting unit: (a) for control setting data that does not exceed the size of the storage area even when control setting values of both of the two directions are included, reads out the control setting values of both of the two directions stored in the storage area and sets them in the control circuit; (b) for control setting data that exceeds the size of the storage area when control setting values of both of the two directions are included, (b1) for items among the plurality of items for which control setting values for the two directions are the same, identifies a control setting value of the other of the two directions from the control setting value of one of the two directions; and (b2) sets the one control setting value and the identified control setting value of the other of the two directions in the control circuit;
2. The vacuum pump according to claim 1,
前記データ設定部は、前記フラグを参照して、当該制御設定データが前記2方向のうちの両方の制御設定値を含むと前記記憶領域のサイズを超えるものであるか否かを判定すること、
を特徴とする請求項2記載の真空ポンプ。 the control setting data includes a flag indicating whether or not the control setting data would exceed the size of the storage area if it included control setting values in both of the two directions;
the data setting unit refers to the flag to determine whether or not the control setting data will exceed the size of the storage area when it includes control setting values for both of the two directions;
3. The vacuum pump according to claim 2,
前記磁気軸受装置を制御する制御回路と、
複数機種の磁気軸受装置の制御設定データを記憶しているメモリ部と、
前記複数機種の磁気軸受装置の制御設定データから当該磁気軸受制御装置の制御対象の磁気軸受装置の制御設定データを選択し前記制御回路に設定するデータ設定部とを備え、
前記制御設定データは、複数項目の制御設定値を含み、
前記複数機種のうちのある機種の前記制御設定データにおいて、前記複数項目のうち、前記2方向についての制御設定値が同一となる項目については、前記2方向のうちの一方の制御設定値が含まれているが、前記2方向のうちの他方の制御設定値は含まれておらず、
前記データ設定部は、(a)前記複数項目のうち、前記2方向についての制御設定値が同一である項目については、前記2方向のうちの一方の制御設定値から、前記2方向のうちの他方の制御設定値を特定し、(b)前記2方向についての2つの制御設定値を前記制御回路に設定すること、
を特徴とする磁気軸受制御装置。 A magnetic bearing control device for controlling a magnetic bearing device that supports a rotor shaft in at least two directions in a vacuum pump, comprising:
A control circuit for controlling the magnetic bearing device;
A memory unit that stores control setting data for a plurality of types of magnetic bearing devices;
a data setting unit that selects control setting data of a magnetic bearing device to be controlled by the magnetic bearing control device from the control setting data of the multiple models of magnetic bearing devices and sets the control setting data in the control circuit;
The control setting data includes control setting values of a plurality of items,
In the control setting data for a certain model among the plurality of models, for an item among the plurality of items for which the control setting values for the two directions are the same, the control setting value for one of the two directions is included, but the control setting value for the other of the two directions is not included;
the data setting unit (a) for an item among the plurality of items for which control setting values for the two directions are the same, specifies a control setting value for the other of the two directions from a control setting value for one of the two directions, and (b) sets the two control setting values for the two directions in the control circuit;
A magnetic bearing control device comprising:
メモリ部が複数機種の磁気軸受装置の制御設定データを記憶しており、
前記制御設定データは、複数項目の制御設定値を含み、
前記複数機種のうちのある機種の前記制御設定データにおいて、前記複数項目のうち、前記2方向についての制御設定値が同一となる項目については、前記2方向のうちの一方の制御設定値が含まれ、前記2方向のうちの他方の制御設定値は含まれておらず、これにより、これにより当該制御設定データが圧縮されており、
前記複数項目のうち、前記2方向についての制御設定値が同一である項目については、前記2方向のうちの一方の制御設定値から、前記2方向のうちの他方の制御設定値を特定することで、圧縮されている前記制御設定データを解凍すること、
を特徴とする圧縮解凍方法。 1. A method for compressing and decompressing control setting data for controlling a magnetic bearing device that supports a rotor shaft in at least two directions in a vacuum pump, comprising:
The memory unit stores control setting data for a plurality of models of magnetic bearing devices,
The control setting data includes control setting values of a plurality of items,
In the control setting data for a certain model among the plurality of models, for an item among the plurality of items for which the control setting values for the two directions are the same, the control setting value for one of the two directions is included, and the control setting value for the other of the two directions is not included, thereby compressing the control setting data;
for an item among the plurality of items having the same control setting values in the two directions, specifying a control setting value in the other of the two directions from a control setting value in one of the two directions, thereby decompressing the compressed control setting data;
A compression/decompression method comprising:
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