[發明專利]磁性軸承裝置及真空泵

有效

• 申請號: 201310680519.4
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103967829B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發明（設計）人: 小崎純一郎
• 申請（專利權）人: 株式會社島津制作所
• 主分類號: F04D29/058
• 分類號: F04D29/058
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

技術領域

本發明涉及一種磁性軸承(magnetic bearing)裝置、及具備磁性軸承裝置的真空泵(pump)。

背景技術

如磁性軸承型渦輪(turbo)分子泵般在利用磁性軸承裝置非接觸支撐旋轉體(轉子(rotor))的裝置中，為了使轉子懸浮維持在規定的目標位置，而基于轉子的懸浮位置與目標位置的偏差(移位)，實時(real time)地反饋控制(feedback control)電磁鐵的磁吸引力(電磁鐵電流)。

關于移位的檢測，利用專用的移位傳感器進行檢測的方式占主流，但近年來，為了小型化、低價格化及提升可靠性，無傳感器型(sensorless type)(自傳感型(self sensing type))的裝置正在實用化，該裝置省略專用傳感器，并且使產生懸浮控制力的電磁鐵不僅具有現有的致動器(actuator)功能，也兼具傳感(sensing)功能(電感(inductance)方式)。

電感方式中，對專用傳感器或電磁鐵線圈(coil)施加高頻載波(傳感器載波(sensor carrier))，利用因懸浮間隙(gap)所引起的電感變化對傳感器載波進行振幅調制，并對其進行解調，由此獲得懸浮間隙信號(移位信號)。在解調處理時，多考慮有應用數字(digital)技術而利用模數(Analog to Digital，AD)轉換器(converter)對調制波信號進行同步取樣(sampling)來獲取的方式，即無需導致產生延遲的平滑處理的直接(direct)方式。關于直接方式的傳感，例如已知有專利文獻1～專利文獻3中記載的技術。

專利文獻1中記載的技術為具備專用傳感器的構成，將對調制波信號進行取樣時的傳感器載波頻率fc與取樣頻率fs的關系設為fs＝2fc或fs＝fc/n(n為自然數)。由于對專用傳感器僅施加傳感器載波信號電壓，因此通常信號的信噪比(Signal to Noise ratio，S/N)良好。然而，例如在如為了使搭載有磁性軸承的裝置小型化而將電磁鐵與專用傳感器配置得極其接近等般、因對電磁鐵進行激磁的控制電流而產生的磁通對專用傳感器線圈的信號產生影響的情況下，擔憂因磁通的影響而導致在利用轉子移位而調制的信號成分中混入控制電流成分(噪聲(noise)成分)。

因此，通常利用設置在模數轉換器前的帶通濾波器(band-pass filter)(以傳感器載波頻率fc為中心的帶通濾波器)而過濾大部分噪聲成分，但為了完全去除噪聲成分，必須使帶通濾波器的Q值進一步變大而窄頻帶化。然而，如果使帶通濾波器窄頻帶化，則解調的移位信號會自原本的信號大幅延遲而導致磁性軸承控制本身惡化，所以應用時存在限度。因此，模數轉換器的輸入信號中會殘留噪聲成分，也會在解調信號中產生噪聲的影響。因此，在解調的轉子移位信號中，會混入實際上未移位(振動)的振動成分，直接反饋其移位信息而進行懸浮控制。其結果，存在轉子因噪聲成分而強制振動，其反作用力傳遞至定子(stator)側而成為裝置產生振動的原因的情況。

專利文獻2中記載的技術涉及專用傳感器及無傳感器這兩種類型。關于具有專用傳感器的類型，利用數字處理產生在fs＝2fc的條件下的每個取樣時間使碼反轉而得的方波信號，并自數模(Digital to Signal，DA)轉換器輸出，將該方波信號設為傳感器載波信號而利用傳感器以移位信號(轉子移位)進行調制，使其調制波以相同頻率fs(＝2fc)與波峰時序(peak timing)同步而獲取。在解調處理中，使利用模數轉換器獲取的信號數據在每一次取樣均碼反轉(在傳感器載波的最小波峰時碼反轉)來進行處理，因此與專利文獻1中記載的發明的情況同樣地存在產生振動的問題。

另外，在無傳感器類型的情況下，將傳感器載波信號重疊在電磁鐵驅動電流信號而自數模轉換器輸出，經由功率放大器(power amplifier)而對電磁鐵進行激磁。在電磁鐵線圈中對重疊的傳感器載波信號進行振幅調制。因此，提取包含移位信號成分的振幅調制信號，與具有專用傳感器的情況同樣地進行與傳感器載波同步的解調處理。然而，在無傳感器類型的情況下，代替專用傳感器而利用電磁鐵傳感移位信號，因此不僅重疊的傳感器載波信號的調制信號，控制電流信號也以同等以上的信號電平(level)混合。因此，混入在振幅調制信號中的控制電流成分(噪聲成分)變得比專用傳感器類型的情況更多。