特開 2024-14058 真空ポンプ、及び、制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024014058

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】真空ポンプ、及び、制御方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 32/04 20060101AFI20240125BHJP

   F04D 19/04 20060101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

F16C32/04 A

F04D19/04 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022116619

(22)【出願日】2022-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121382

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 託嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100221372

【弁理士】

【氏名又は名称】岡崎 信治

(72)【発明者】

【氏名】平田 伸幸

(72)【発明者】

【氏名】孫 浩

【テーマコード（参考）】

3H131

3J102

【Ｆターム（参考）】

3H131AA02

3H131BA11

3H131BA15

3H131CA13

3J102AA01

3J102BA02

3J102CA02

3J102CA12

3J102CA22

3J102DA02

3J102DA03

3J102DA35

3J102DB05

3J102DB08

3J102DB18

3J102DB29

3J102DB30

3J102GA06

(57)【要約】

【課題】ロータの加減速中においても真空ポンプにおいて無駄な発熱及び振動が生じることを防止する。
【解決手段】真空ポンプ１は、ロータ４と、磁気軸受４１Ｄと、第１変位センサ４３Ａと、制御部６２と、を備える。ロータ４は、所定の軸周りに回転する。磁気軸受４１Ｄは、ロータ４の軸方向の位置を調整するための磁力を発生させる。第１変位センサ４３Ａは、ロータ４の軸方向の位置を表す第１位置信号を出力する。制御部６２は、第１位置信号に基づいて磁気軸受４１Ｄに供給する電流を制御して、ロータ４の軸方向の位置を一定にする。制御部６２は、ロータ４の回転数に対応するロータ回転周波数で変動する信号成分を第１位置信号から除去した第１除去信号を生成し、第１除去信号に基づいて磁気軸受４１Ｄに供給する電流を制御する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の軸周りに回転するロータと、
前記ロータの軸方向の位置を調整するための磁力を発生させる磁気軸受と、
前記ロータの軸方向の位置を表す位置信号を出力する変位センサと、
前記変位センサから前記位置信号を受け取り、前記位置信号に基づいて前記磁気軸受に供給する電流を制御して、前記ロータの軸方向の位置を一定にする制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ロータの回転数に対応するロータ回転周波数で変動する信号成分を前記位置信号から除去した除去信号を生成し、
前記除去信号に基づいて前記磁気軸受に供給する電流を制御する、
真空ポンプ。

【請求項2】

前記制御部は、
前記ロータ回転周波数で振動する信号成分のみを通過させるトラッキングフィルタにより前記位置信号から前記信号成分を抽出し、
前記位置信号と抽出された前記信号成分との差分を前記除去信号として生成する、
請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項3】

前記制御部は、前記ロータの回転数に応じてサンプル周波数を変更したノッチフィルタに前記位置信号を通過させることで、前記位置信号から前記信号成分を除去して前記除去信号を生成する、請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項4】

前記トラッキングフィルタは、前記位置信号をフーリエ変換することで前記信号成分の大きさと位相とを抽出し、前記信号成分の大きさと位相を逆フーリエ変換することで、前記位置信号から前記信号成分を抽出する、請求項２に記載の真空ポンプ。

【請求項5】

前記ロータの回転数を測定する回転数センサをさらに備える、請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項6】

前記ロータを回転させるモータをさらに備え、
前記制御部は、前記ロータが回転することで前記モータに生じる逆起電力に基づいて、前記ロータの回転数を測定する、
請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項7】

所定の軸周りに回転するロータと、前記ロータの軸方向の位置を調整するための磁力を発生させる磁気軸受と、を備える真空ポンプの制御方法であって、
前記ロータの軸方向の位置を表す位置信号を取得するステップと、
前記ロータの回転数に対応するロータ回転周波数で振動する信号成分を前記位置信号から除去した除去信号を生成するステップと、
前記除去信号に基づいて前記磁気軸受に供給する電流を制御して、前記ロータの軸方向の位置を一定にするステップと、
を備える、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空ポンプ、及び、真空ポンプの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

真空ポンプには、回転駆動されるロータと、ロータと協働して気体を排気するステータと、備えるものがある（例えば、特許文献１）。ロータは、磁気軸受により径方向及び軸方向に支持される。ここで、ロータを支持するとは、ロータの径方向の位置及び軸方向の位置を一定にすることをいう。磁気軸受は、ロータに対して引力又は斥力を発生させる磁力を発生させる電磁石を有し、ロータに対する引力と斥力とのバランスにより、ロータを支持する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１３４８８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の真空ポンプでは、磁気軸受のうちロータを軸方向に支持する磁気軸受（スラスト磁気軸受と呼ばれることもある）の電磁石に供給する電流は、センサ等により測定された軸方向におけるロータの位置に基づいて制御される。また、回転中のロータは、例えばロータの重心位置のずれなどに起因して、ロータの軸方向に振動することがある。この軸方向の振動は、ロータの回転数に対応する周波数を有する。

【0005】

これらの結果、ロータの回転中において、センサ等により測定されるロータの軸方向における位置がロータの回転数に対応する周波数で変動し、それにより、スラスト磁気軸受の電磁石に供給される電流が、ロータの回転数に対応する周波数で変動する成分を含むことがある。上記の電流成分は、ロータを軸方向に支持するためには本来は不要な成分である。従って、電磁石に供給される電流が上記成分を含むと、真空ポンプにおいて無駄な発熱が生じることがある。また、電磁石に供給される電流が上記成分を含むと、真空ポンプにおいて振動が生じることがある。

【0006】

ロータの回転数に対応する周波数で変動する成分を除去するために、電磁石に供給する電流をノッチフィルタなどの特定の周波数の成分を除去するフィルタに通過させることが考えられる。しかしながら、ロータの加減速中においては、ロータの回転数が変化するため、上記成分が有する周波数も変化し、ノッチフィルタで除去できない場合がある。

【0007】

本発明の目的は、ロータの加減速中においても、スラスト磁気軸受に供給する電流から、ロータの回転数に対応する周波数で変動する成分を除去して、真空ポンプにおいて無駄な発熱及び振動が生じることを防止することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係る真空ポンプは、ロータと、磁気軸受と、変位センサと、制御部と、を備える。ロータは、所定の軸周りに回転する。磁気軸受は、ロータの軸方向の位置を調整するための磁力を発生させる。変位センサは、軸方向におけるロータの位置を表す位置信号を出力する。制御部は、変位センサから位置信号を受け取り、位置信号に基づいて磁気軸受に供給する電流を制御して、ロータの軸方向の位置を一定にする。この真空ポンプにおいて、制御部は、ロータの回転数に対応するロータ回転周波数で変動する信号成分を位置信号から除去した除去信号を生成し、この除去信号に基づいて磁気軸受に供給する電流を制御する。

【発明の効果】

【0009】

上述した本発明の一態様に係る真空ポンプでは、制御部が、ロータの回転数に対応するロータ回転周波数で振動する信号成分を位置信号から除去した除去信号を生成し、当該除去信号に基づいて、磁気軸受に供給する電流を制御している。これにより、磁気軸受に供給する電流は、ロータの回転数が変化するか否かにかかわらずロータ回転周波数で変動する成分を含まなくなるので、真空ポンプにおいて無駄な発熱及び振動が生じることを常時抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る真空ポンプの断面図である。

【図2】制御装置の構成を示す図である。

【図3】真空ポンプの動作を示すフローチャートである。

【図4】状態空間モデルに基づくノッチフィルタの特性の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して一実施形態に係る真空ポンプについて説明する。図１は、実施形態に係る真空ポンプ１の断面図である。図１に示すように、真空ポンプ１は、ハウジング２と、ベース３と、ロータ４と、ステータ５と、制御装置６と、を含む。

【0012】

ハウジング２は、第１端部１１と、第２端部１２と、第１内部空間ＳＰ１とを含む。第１端部１１には吸気口１３が設けられている。第１端部１１は、排気対象装置（図示せず）に取り付けられる。排気対象装置は、例えば、半導体製造装置のプロセスチャンバである。第１内部空間ＳＰ１は、吸気口１３に連通している。第２端部１２は、ロータ４の軸線方向（以下、単に「軸線方向Ａ１」と呼ぶ）において、第１端部１１の反対に位置している。第２端部１２は、ベース３に接続される。ベース３は、ベース端部１４を含む。ベース端部１４は、ハウジング２の第２端部１２に接続される。ベース３は、例えば、アルミニウム製の部材である。

【0013】

ロータ４は、シャフト２１を含む。シャフト２１は、軸線方向Ａ１に延びている。シャフト２１は、ベース３に回転可能に収納されている。シャフト２１の下部には、スラストディスク２１Ａが設けられる。さらに、シャフト２１の下端には、ターゲット２１Ｂがネジ止めされている。

【0014】

ロータ４は、複数段のロータ翼２２と、ロータ円筒部２３と、を含む。複数段のロータ翼２２は、それぞれシャフト２１に接続されている。複数のロータ翼２２は、軸線方向Ａ１に互いに間隔をおいて配置されている。図示を省略するが、複数段のロータ翼２２は、それぞれシャフト２１を中心として放射状に延びている。なお、図面においては、複数段のロータ翼２２の１つのみに符号が付されており、他のロータ翼２２の符号は省略されている。ロータ円筒部２３は、複数段のロータ翼２２の下方に配置されている。ロータ円筒部２３は、軸線方向Ａ１に延びている。

【0015】

ステータ５は、ロータ４の外周側に配置されている。ステータ５は、複数段のステータ翼３１と、ステータ円筒部３２と、を含む。複数段のステータ翼３１は、ハウジング２の内面に接続されている。複数段のステータ翼３１は、軸線方向Ａ１において、互いに間隔をおいて配置されている。複数段のステータ翼３１は、それぞれ複数段のロータ翼２２の間に配置されている。図示を省略するが、複数段のステータ翼３１は、それぞれシャフト２１を中心として放射状に延びている。なお、図面においては、複数段のステータ翼３１の２つのみに符号が付されており、他のステータ翼３１の符号は省略されている。ステータ円筒部３２は、ベース３に接触した状態で固定されている。ステータ円筒部３２は、ロータ円筒部２３の径方向において、わずかな隙間を空けてロータ円筒部２３の外周面と向かい合って配置されている。ロータ円筒部２３と向かい合うステータ円筒部３２の内周面には、らせん状溝が設けられている。

【0016】

図１に示すように、ロータ円筒部２３とステータ円筒部３２の排気下流側の端部のさらに下流側には、排気空間ＳＰ２が形成されている。排気空間ＳＰ２には、排気対象装置から排気された排気対象気体が導かれる。排気空間ＳＰ２は、排気口１５に連通している。排気口１５は、ベース３に設けられる。排気口１５には、他の真空ポンプ（図示せず）が接続される。なお、排気下流側とは、軸線方向Ａ１において、排気空間ＳＰ２により近い側をいう。また、排気下流方向とは、排気空間ＳＰ２に向かう方向をいう。

【0017】

真空ポンプ１は、軸受４１Ａ、４１Ｅと、磁気軸受４１Ｂ～４１Ｄと、モータ４２と、を含む。軸受４１Ａ、４１Ｅは、ベース３のシャフト２１を収納した位置に取り付けられている。軸受４１Ａ、４１Ｅは、シャフト２１を回転可能に支持する。軸受４１Ａ、４１Ｅは、ボールベアリングである。磁気軸受４１Ｂ～４１Ｄは、ロータ４のシャフト２１を磁力により支持する軸受である。このうち、磁気軸受４１Ｂ、４１Ｃは、シャフト２１を径方向に支持するラジアル磁気軸受である。磁気軸受４１Ｄは、シャフト２１を軸方向に支持するスラスト磁気軸受である。

【0018】

スラスト磁気軸受である磁気軸受４１Ｄは、スラストディスク２１Ａを挟んで軸方向に対向して配置された一対の電磁石４１１を有する。磁気軸受４１Ｄは、一対の電磁石４１１から発生する磁力により、スラストディスク２１Ａを一対の電磁石４１１の間で浮上させることで、ロータ４を軸方向に支持する。

【0019】

ラジアル磁気軸受である磁気軸受４１Ｂ、４１Ｃは、シャフト２１を挟んで軸方向とは垂直な第１方向に対向して配置された一対の電磁石４１２と、シャフト２１を挟んで軸方向及び第１方向とは垂直な第２方向に対向して配置された一対の電磁石４１３と、を有する。磁気軸受４１Ｂ、４１Ｃは、一対の電磁石４１２と一対の電磁石４１３から発生する磁力により、シャフト２１をこれら電磁石の間で保持することで、ロータ４を径方向に支持する。

【0020】

モータ４２は、ロータ４を回転駆動する。モータ４２は、モータロータ４２Ａとモータステータ４２Ｂとを含む。モータロータ４２Ａは、シャフト２１に取り付けられている。モータステータ４２Ｂは、ベース３に取り付けられている。モータステータ４２Ｂは、モータロータ４２Ａと向かい合って配置されている。

【0021】

真空ポンプ１は、第１変位センサ４３Ａと、回転数センサ４５と、を含む。第１変位センサ４３Ａは、ターゲット２１Ｂの位置を検知することでロータ４の上下方向の位置を検知し、上下方向におけるロータ４の位置を表す第１位置信号を出力する。なお、ここでいう「上下方向」とは、シャフト２１の軸方向（軸線方向Ａ１）と平行な方向を意味する。また、真空ポンプ１には、第２変位センサ４３Ｂが設けられる。第２変位センサ４３Ｂは、シャフト２１の径方向の位置を検知し、径方向におけるロータ４の位置を表す第２位置信号を出力する。

【0022】

回転数センサ４５は、例えば、ターゲット２１Ｂの底部に設けられた溝（図示せず）を検出し、当該溝を検出したときに検出信号を出力する。この検出信号の単位時間あたりの発生回数は、ロータ４の単位時間当たりの回転数に対応する。

【0023】

制御装置６は、ＣＰＵ、ＲＯＭなどの記憶装置、各種インタフェース等を備えるコンピュータシステムであり、真空ポンプ１を制御する。

【0024】

真空ポンプ１では、複数段のロータ翼２２と複数段のステータ翼３１とは、ターボ分子ポンプ部を構成する。また、ロータ円筒部２３とステータ円筒部３２とは、ネジ溝ポンプ部を構成する。真空ポンプ１では、モータ４２によってロータ４が回転することで、吸気口１３から第１内部空間ＳＰ１へ排気対象気体が流入する。第１内部空間ＳＰ１の排気対象気体は、ターボ分子ポンプ部とネジ溝ポンプ部を通過して、排気空間ＳＰ２に導かれる。排気空間ＳＰ２の排気対象気体は、排気口１５から排気される。この結果、吸気口１３に取り付けられた排気対象装置の内部が、高真空状態となる。

【0025】

＜制御装置の構成＞
図２を用いて、制御装置６の構成を説明する。図２は、制御装置６の構成を示す図である。制御装置６は、記憶部６１と、制御部６２と、を有する。記憶部６１は、制御装置６を構成する記憶装置に設けられた記憶領域の一部又は全部である。記憶部６１は、真空ポンプ１に関する各種パラメータ、真空ポンプ１を制御するためのプログラム等を記憶する。

【0026】

制御部６２は、制御装置６を構成するＣＰＵと各種インタフェースにより構成されるハードウェア部分であり、真空ポンプ１の制御を実行する。制御部６２は、真空ポンプ１の制御に関する機能を、記憶部６１に記憶されたプログラムを実行することにより実現する。また、一部の機能は、制御部６２に含まれるハードウェアにより実現されてもよい。

【0027】

具体的には、制御部６２は、モータ４２と接続されており、モータ４２を制御してロータ４を回転させる。制御部６２は、磁気軸受４１Ｄ、及び、第１変位センサ４３Ａと接続されている。

【0028】

制御部６２は、第１変位センサ４３Ａから出力された第１位置信号（すなわち、上下方向におけるロータ４の位置）に基づいて、磁気軸受４１Ｄの電磁石４１１に供給する電流を制御し、スラストディスク２１Ａを電磁石４１１の間の所定位置で浮上させる。これにより、ロータ４は、上下方向における位置が上記の所定位置で一定となった状態で、上下方向に支持される。

【0029】

また、制御部６２は、第２変位センサ４３Ｂから出力された第２位置信号（すなわち、径方向におけるロータ４の位置）に基づいて、磁気軸受４１Ｂ、４１Ｃの電磁石４１２、４１３に供給する電流を制御して、電磁石４１２、４１３の間の所定位置にシャフト２１を存在させる。これにより、ロータ４は、シャフト２１の位置が上記の所定位置で一定となった状態で、径方向に支持される。

【0030】

後述するように、制御部６２は、回転数センサ４５から出力される検出信号を磁気軸受４１Ｂ～４１Ｄの電磁石４１１～４１３へ供給する供給電流の算出に用いる。上記のとおり、検出信号の単位時間あたりの発生回数は、ロータ４の単位時間当たりの回転数に対応する。従って、回転数センサ４５から出力される検出信号を磁気軸受４１Ｂ～４１Ｄの電磁石４１１～４１３へ供給する供給電流の算出に用いることで、ロータ４の回転数に基づいて供給電流を算出できる。具体的には、後述するように、第１位置信号からロータ４の回転数に対応する信号成分を除去した供給電流を算出できる。

【0031】

真空ポンプ１において、回転中のロータ４は、ロータ４の重心位置のずれなどに起因して、ロータ４の径方向及び／又は軸方向に振動することがある。この振動は、ロータ４の回転数に対応する周波数（ロータ回転周波数と呼ぶ）を有する。このため、ロータ４の回転中において、第１変位センサ４３Ａ及び第２変位センサ４３Ｂにより測定されるロータ４の位置が、ロータ回転周波数で変動することがある。すなわち、第１変位センサ４３Ａから出力される第１位置信号、及び／又は、第２変位センサ４３Ｂから出力される第２位置信号が、ロータ回転周波数で振動する成分を含むことがある。

【0032】

上記の位置信号にロータ回転周波数で振動する成分が含まれていると、磁気軸受４１Ｂ～４１Ｄの電磁石に供給される電流が、ロータ回転周波数で振動する成分を含むこととなる。電磁石に供給される電流がロータ回転周波数で振動する成分を含んでいると、真空ポンプ１において無駄な発熱及び／又は振動が生じることがある。

【0033】

この問題を解決するために、制御部６２は、変位センサから出力される第１位置信号及び第２位置信号から、ロータ回転周波数で振動する成分を除去した除去信号を生成し、当該除去信号に基づいて磁気軸受４１Ｂ～４１Ｄの電磁石４１１～４１３に供給する供給電流を制御することで、供給電流に、ロータ回転周波数で振動する成分が含まれないようにする。以下、第１位置信号からロータ回転周波数で振動する成分を除去した信号を「第１除去信号」と呼ぶ。第２位置信号からロータ回転周波数で振動する成分を除去した信号を「第２除去信号」と呼ぶ。

【0034】

制御部６２は、第１位置信号をトラッキングフィルタに通過させることで、第１位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を抽出し、第１位置信号と抽出された信号成分との差分を第１除去信号として生成する。

【0035】

第１位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を抽出するトラッキングフィルタは、第１位置信号を離散フーリエ変換することで、ロータ回転周波数で振動する信号成分の大きさと位相とを抽出し、この信号成分の大きさと位相を離散逆フーリエ変換することで実現できる。第１位置信号の離散フーリエ変換は、所定の長さ（例えば、二周期分以上）の第１位置信号を所定の個数だけサンプリングして、以下の数１により離散フーリエ変換の実部と虚部を算出することで実現できる。なお、上記の「信号成分の位相を抽出する」とは、フーリエ変換後の信号の実部と虚部とを抽出することを意味する。

【0036】

【数1】

【0037】

上記の数１において、Ｒは離散フーリエ変換後の信号の実部であり、Ｉは離散フーリエ変換後の信号の虚部である。Ｎは、第１位置信号のサンプリング数である。ｆｎは、第１位置信号のｎ番目にサンプリングされた値である。ωは、ロータ回転周波数である。ｎは、正の整数である。

【0038】

数１のｃｏｓ関数及びｓｉｎ関数は、ロータ４が回転することで回転数センサ４５から発生する検出信号をフェーズロックループ（ＰＬＬ）に入力してロータ４の回転の位相と同期した信号を発生し、当該信号に基づいて生成される。これにより、回転数センサ４５などにより実測されたロータ回転周波数に応じたｃｏｓ関数及びｓｉｎ関数を生成できる。すなわち、ロータ４の回転数（ロータ回転周波数（ω））が変動しても、その変動に応じたｃｏｓ関数及びｓｉｎ関数を生成できる。この結果、ロータ４の回転数が変動しても、第実測されたロータ４の回転数に対応するロータ回転周波数（ω）の変動に応じた信号成分を１位置信号から除去できる。

【0039】

なお、上記の離散フーリエ変換を実行するにあたり、第１位置信号に対してハニング窓を適用してもよい。これにより、スペクトルリークが少ないフーリエ変換結果を得ることができる。

【0040】

また、ロータ回転周波数で振動する信号成分は、以下の数２により、離散フーリエ変換で抽出した信号成分の大きさと位相とを離散逆フーリエ変換することで算出できる。以下の数２において、Ｓｉｇが、第１位置信号に含まれるロータ回転周波数で振動する信号成分である。具体的には、離散フーリエ変換後の信号の実部（Ｒ）とロータ回転周波数を有するｃｏｓ関数との積と、離散フーリエ変換後の信号の虚部（Ｉ）とロータ回転周波数を有するｃｏｓ関数との積と、の差分としてロータ回転周波数で振動する信号成分が抽出される。

【0041】

【数2】

【0042】

このように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を用いたトラッキングフィルタを用いることにより、一軸のみの信号成分しか有さない第１位置信号から、ロータ回転周波数で振動する信号成分を抽出できる。その結果、第１位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を確実に除去した第１除去信号を生成できるので、この第１除去信号に基づいて磁気軸受４１Ｄの電磁石４１１に供給する供給電流を制御することで、真空ポンプ１において無駄な発熱及び振動が生じることを抑制できる。

【0043】

一方、制御部６２は、第２位置信号をトラッキングフィルタに通過させることで、第２位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を抽出し、第２位置信号と抽出された信号成分との差分を第２除去信号として生成する。

【0044】

第２位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を抽出するトラッキングフィルタは、二軸の成分を含む第２位置信号を回転座標系の信号に変換し、変換後の信号をローパスフィルタに通過させて高次の信号成分を除去し、高次の信号成分を除去後の信号を二軸の固定座標系の信号に変換することで実現できる。

【0045】

このように、信号の座標変換に基づいたトラッキングフィルタを用いることにより、二軸の信号成分を有する第２位置信号から、ロータ回転周波数で振動する信号成分を抽出できる。その結果、第２位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を確実に除去した第２除去信号を生成できるので、この第２除去信号に基づいて磁気軸受４１Ｂ、４１Ｃの電磁石４１２、４１３に供給する供給電流を制御することで、真空ポンプ１において無駄な発熱及び振動が生じることを抑制できる。

【0046】

＜真空ポンプの動作＞
以下、図３を用いて、真空ポンプ１の動作を説明する。図３は、真空ポンプ１の動作を示すフローチャートである。真空ポンプ１の始動が指令されると、制御部６２は、モータ４２を制御してロータ４を回転させる（ステップＳ１）。これにより、真空ポンプ１の運転が開始される。

【0047】

真空ポンプ１の運転中に、制御部６２は、回転中のロータ４の位置を一定にした状態で支持するよう、磁気軸受４１Ｂ～４１Ｄから発生する磁力を制御する。具体的には、以下の処理が実行される。まず、制御部６２は、第１変位センサ４３Ａから、上下方向におけるロータ４の位置を表す第１位置信号を取得する。また、第２変位センサ４３Ｂから、径方向におけるロータ４の位置を表す第２位置信号を取得する（ステップＳ２）。

【0048】

次に、制御部６２は、第１位置信号及び第２位置信号からロータ回転周波数の信号成分を除去して、第１除去信号及び第２除去信号を生成する（ステップＳ３）。具体的には、上記にて説明した、離散フーリエ変換と離散逆フーリエ変換を用いたトラッキングフィルタに第１位置信号を通過させてロータ回転周波数の信号成分を抽出し、第１位置信号と抽出したロータ回転周波数の信号成分との差分を、第１除去信号として生成する。

【0049】

また、上記にて説明した、信号の座標変換に基づいたトラッキングフィルタに第２位置信号を通過させてロータ回転周波数の信号成分を抽出し、第２位置信号と抽出したロータ回転周波数の信号成分との差分を、第２除去信号として生成する。

【0050】

その後、制御部６２は、ステップＳ３にて生成した除去信号に基づいて、磁気軸受４１Ｂ～４１Ｄの電磁石４１１～４１３に供給する供給電流を制御する（ステップＳ４）。具体的には、制御部６２は、第１除去信号に基づいて、磁気軸受４１Ｄの電磁石４１１への供給電流を制御し、電磁石４１１に出力する。また、第２除去信号に基づいて、磁気軸受４１Ｂ、４１Ｃの電磁石４１２、４１３への供給電流を制御し、電磁石４１２、４１３に出力する。

【0051】

＜変形例＞
上記の実施形態においては、離散フーリエ変換と逆離散フーリエ変換とを用いたトラッキングフィルタにより、ロータ４の上下方向における位置を表す第１位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を抽出し、第１位置信号と抽出した信号成分との差分を第１除去信号として算出していた。しかしながら、これに限られず、ロータ４の回転数に応じてサンプル周波数を変更したノッチフィルタに第１位置信号を通過させることで、第１位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を除去することによっても、第１除去信号を生成できる。

【0052】

サンプル周波数を変更可能なノッチフィルタは、以下の数３に示す状態空間モデルを用いて実現できる。以下の数３において、ｘ（ｎ）はｎ番目の状態ベクトル、ｘ（ｎ＋１）はｎ＋１番目の状態ベクトル、ｕ（ｎ）はｎ番目の入力ベクトル（すなわち、第１位置信号）、ｙ（ｎ）はｎ番目の出力ベクトル（すなわち、ノッチフィルタによる出力）、Ａ～Ｄは、所定の行列である。以下の数３において、行列Ａ～Ｄの数値を適宜決定することで、ノッチフィルタを実現できる。例えば、ノッチフィルタの所望する中心周波数とＱ値とを用いて、当該ノッチフィルタの伝達関数を作成し、当該伝達関数を状態空間モデルに変換することで、行列Ａ～Ｄを算出できる。また、ｎ番目の状態ベクトルｘ（ｎ）を取得してから次の状態ベクトルｘ（ｎ＋１）を取得するまでの時間の逆数がサンプル周波数に対応する。

【0053】

【数3】

【0054】

上記の状態空間モデルに基づくノッチフィルタは、制御部６２にて実行可能なソフトウェアにより実現できる。上記の状態空間モデルに基づくノッチフィルタは、図４に示すような特性を有する。図４は、状態空間モデルに基づくノッチフィルタの特性の一例を示す図である。図４に示すように、状態空間モデルに基づくノッチフィルタは、特定の周波数（図４のｆｒ１、ｆｒ２）の信号成分を大きく減衰させる（すなわち、デシベル値が負値）一方で、その他の信号成分をほとんど減衰させない（すなわち、デシベル値が０近辺）。

【0055】

図４に示すノッチフィルタの例において、ｆｒ１がロータ回転周波数であり、ｆｒ２はｆｒ１の２倍である。すなわち、図４に示すノッチフィルタは、ロータ回転周波数の信号成分だけでなく、高次の信号成分も減衰できる。

【0056】

図４に示すような状態空間モデルに基づくノッチフィルタにおいて、サンプル周波数を変化させると、減衰する信号成分の周波数（ｆｒ１、ｆｒ２）がサンプル周波数に比例して変化する。この特性を利用して、ノッチフィルタのサンプル周波数をロータ４の回転数の変化に応じて変化させ、このノッチフィルタに第１位置信号を通過させることにより、上記の実施形態と同様に、第１位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を除去した第１除去信号を生成できる。

【0057】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0058】

制御部６２は、ロータ４が回転することでモータ４２に生じる逆起電力に基づいて、ロータ４の回転数を測定することもできる。すなわち、制御部６２は、ロータ４が回転することでモータ４２に生じる逆起電力をフェーズロックループに入力することで発生する信号に基づいて、数１のｃｏｓ関数及びｓｉｎ関数を生成できる。この結果、ロータの回転数を測定するセンサ等を用いることなく、第１位置信号から、実測されたロータ４の回転数に対応するロータ回転周波数の変動に応じた信号成分を除去できる。

【0059】

また、制御部６２は、回転数センサ４５とモータ４２の逆起電力との両方から、ロータ４の回転数に関する信号（すなわち、フェーズロックループに入力する信号）を取得可能となっていてもよい。これにより、例えば、回転数センサ４５に異常等が発生したときに、回転数センサ４５からの検出信号の代わりに、モータ４２の逆起電力をフェーズロックループに入力することで、数１のｃｏｓ関数及びｓｉｎ関数を生成できる。

【0060】

上記の実施形態に係る真空ポンプ１は、複数段のロータ翼２２と複数段のステータ翼３１とにより構成されるターボ分子ポンプと、ロータ円筒部２３とステータ円筒部３２とにより構成されるネジ溝ポンプとが一体化されたポンプである。しかし、ネジ溝ポンプは省略されてもよい。すなわち、真空ポンプ１は、ターボ分子ポンプであってもよい。或いは、ターボ分子ポンプは省略されてもよい。すなわち、真空ポンプ１は、ネジ溝ポンプであってもよい。

【0061】

上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0062】

（第１態様）真空ポンプは、ロータと、磁気軸受と、変位センサと、制御部と、を備える。ロータは、所定の軸周りに回転する。磁気軸受は、ロータの軸方向の位置を調整するための磁力を発生させる。変位センサは、ロータの軸方向の位置を表す位置信号を出力する。制御部は、変位センサから位置信号を受け取り、位置信号に基づいて磁気軸受に供給する電流を制御して、ロータの軸方向の位置を一定にする。この真空ポンプにおいて、制御部は、ロータの回転数に対応するロータ回転周波数で変動する信号成分を位置信号から除去した除去信号を生成し、この除去信号に基づいて磁気軸受に供給する電流を制御する。

【0063】

第１態様に係る真空ポンプでは、制御部が、ロータの回転数に対応するロータ回転周波数で振動する信号成分を位置信号から除去した除去信号を生成し、当該除去信号に基づいて、磁気軸受に供給する電流を制御している。これにより、磁気軸受に供給する電流は、ロータの回転数が変化するか否かにかかわらずロータ回転周波数で変動する成分を含まなくなるので、真空ポンプにおいて無駄な発熱及び振動が生じることを常時抑制できる。

【0064】

（第２態様）第１態様に係る真空ポンプにおいて、制御部は、ロータ回転周波数で振動する信号成分のみを通過させるトラッキングフィルタにより位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を抽出し、位置信号と抽出された信号成分との差分を除去信号として生成してもよい。第２態様に係る真空ポンプでは、ロータ４の回転数が変化する場合であっても、ロータ回転周波数で振動する信号成分を位置信号から確実に除去できる。

【0065】

（第３態様）第１態様に係る真空ポンプにおいて、制御部は、ロータの回転数に応じてサンプル周波数を変更したノッチフィルタに位置信号を通過させることで、位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を除去して除去信号を生成してもよい。第３態様に係る真空ポンプでは、上記のノッチフィルタに位置信号を通過させるだけで、除去信号を生成できる。

【0066】

（第４態様）第２態様に係る真空ポンプにおいて、トラッキングフィルタは、位置信号をフーリエ変換することで、ロータ回転周波数で振動する信号成分の大きさと位相とを抽出し、抽出された信号成分の大きさと位相を逆フーリエ変換することで、位置信号からロータ回転周波数で振動する信号成分を抽出してもよい。これにより、一軸のみの成分を含む位置信号からでも、ロータ回転周波数で振動する信号成分を抽出できる。

【0067】

（第５態様）第１態様～第４態様のいずれかに係る真空ポンプは、ロータの回転数を測定する回転数センサをさらに備えてもよい。これにより、ロータの回転数が変化しても、実測されたロータの回転数の変動に応じた信号成分を位置信号から除去できる。

【0068】

（第６態様）第１態様～第５態様のいずれかに係る真空ポンプは、ロータを回転させるモータをさらに備えてもよい。この場合、制御部は、ロータが回転することでモータに生じる逆起電力に基づいて、ロータの回転数を測定してもよい。これにより、ロータの回転数を測定するセンサ等を用いることなく、実測されたロータの回転数の変動に応じた信号成分を位置信号から除去できる。

【0069】

（第７態様）第７態様に係る制御方法は、所定の軸周りに回転するロータと、ロータの軸方向の位置を調整するための磁力を発生させる磁気軸受と、を備える真空ポンプの制御方法である。制御方法は、以下のステップを備える。
◎ロータの軸方向の位置を表す位置信号を取得するステップ。
◎ロータの回転数に対応するロータ回転周波数で振動する信号成分を位置信号から除去した除去信号を生成するステップ。
◎除去信号に基づいて磁気軸受に供給する電流を制御して、ロータの軸方向の位置を一定にするステップ。

【0070】

第７態様に係る真空ポンプの制御方法では、ロータの回転数に対応するロータ回転周波数で振動する信号成分を位置信号から除去した除去信号を生成し、当該除去信号に基づいて、磁気軸受に供給する電流を制御している。これにより、磁気軸受に供給する電流は、ロータの回転数が変化するか否かにかかわらずロータ回転周波数で変動する成分を含まなくなるので、真空ポンプにおいて無駄な発熱及び振動が生じることを常時抑制できる。

【符号の説明】

【0071】

１ ：真空ポンプ
２ ：ハウジング
３ ：ベース
４ ：ロータ
５ ：ステータ
６ ：制御装置
６１ ：記憶部
６２ ：制御部
１１ ：第１端部
１２ ：第２端部
１３ ：吸気口
１４ ：ベース端部
１５ ：排気口
２１ ：シャフト
２１Ａ ：スラストディスク
２１Ｂ ：ターゲット
２２ ：ロータ翼
２３ ：ロータ円筒部
３１ ：ステータ翼
３２ ：ステータ円筒部
４１Ａ、４１Ｅ ：軸受
４１Ｂ～４１Ｄ ：磁気軸受
４１１～４１３ ：電磁石
４２ ：モータ
４２Ａ ：モータロータ
４２Ｂ ：モータステータ
４３Ａ ：第１変位センサ
４３Ｂ ：第２変位センサ
４５ ：回転数センサ
ＳＰ１ ：第１内部空間
ＳＰ２ ：排気空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】