專利名稱：磁軸承裝置和塔載有該磁軸承裝置的渦輪分子泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及磁軸承(magnetic bearing)裝置和搭載有該磁軸承裝置的渦輪分子泵，特別涉及通過減少對電磁鐵進行勵磁驅動的放大電路的元件個數來減少渦輪分子泵的制造、設置等所需的成本并且能夠在檢測流過電磁鐵的電流時減少誤差的磁軸承裝置和搭載有該磁軸承裝置的渦輪分子泵。
背景技術：
隨著近年電子技術的發展，存儲器和集成電路之類的半導體的需求急劇增大。這些半導體是在極高純度的半導體襯底中摻雜雜質以提供電氣特性、或者在半導體襯底上形成細微的電路圖案并且將它們通過疊層之類地進行制造。而且，這些作業由于要避免空氣中的塵埃等產生的影響，所以必須在高真空狀態的腔體內進行。為了對該腔體進行排氣，一般采用真空泵作為泵裝置，特別地，從殘留氣體少并且容易保養等方面出發，較多地采用作為真空泵中的一種的渦輪分子泵。
此外，在半導體的制造工序中，有很多使各種處理氣體作用于半導體襯底的工序，渦輪分子泵不僅用于使腔體內為真空，而且也要用于從腔體內排出這些處理氣體。進而，渦輪分子泵也用于在電子顯微鏡等設備中為了防止粉塵等的存在引起的電子束折射等而使電子顯微鏡等腔體內的環境為高度真空狀態。
而且，這樣的渦輪分子泵由用于從半導體制造裝置和電子顯微鏡等的腔體吸引排出氣體的渦輪分子泵主體和控制該渦輪分子泵主體的控制裝置構成。在圖10表示渦輪分子泵主體的縱剖圖。
在圖10中，渦輪分子泵主體100在圓筒狀的外筒127的上端形成有吸氣口101。而且，在外筒127的內部具備旋轉體103，該旋轉體103在其周圍呈放射狀且多級地形成有用于吸引排出氣體的由渦輪葉片構成的多個旋轉翼102a、102b、102c、……。在該旋轉體103的中心安裝有轉子軸113，該轉子軸113是由例如5軸控制的磁軸承上浮地支撐在空中并且進行位置控制的。
上側徑向電磁鐵104是將4個電磁鐵在X軸和Y軸上并且在+方向和-方向上分別成對配置(雖然未圖示，但根據需要稱作為電磁鐵104X+、104X-、104Y+、104Y-)。與該上側徑向電磁鐵104接近并且對應地具備由4個電磁鐵構成的上側徑向傳感器107。該上側徑向傳感器107構成為檢測旋轉體103的徑向位移并且送至未圖示的控制裝置。
在該控制裝置中，根據上側徑向傳感器107檢測到的位移信號，利用經由具有PID調節功能的補償電路的放大電路150(將在后文描述)對上側徑向電磁鐵104進行勵磁控制，調整轉子軸113的上側的徑向位置。
而且，該轉子軸113由高導磁率材料(鐵等)等形成，被上側徑向電磁鐵104的磁力吸引。上述的調整是在X軸方向和Y軸方向上分別獨立進行的。
此外，與上側徑向電磁鐵104以及上側徑向傳感器107相同地配置下側徑向電磁鐵105以及下側徑向傳感器108，將轉子軸113的下側的徑向位置調整為與上側的徑向位置相同(對于下側徑向電磁鐵105也根據需要稱作為電磁鐵105X+、105X-、105Y+、105-)。
再者，在上下方夾著轉子軸113下部具備的圓板狀金屬盤片111地配置軸向電磁鐵106A、106B。金屬盤片111由鐵等高導磁率材料構成。為了檢測轉子軸113的軸向位移而具備軸向傳感器109，構成為將其軸向位移信號送至控制裝置。
而且，軸向電磁鐵106A、106B是根據該軸向位移信號由經由具有控制裝置的PID調節功能的補償電路的放大電路150進行勵磁控制。
軸向電磁鐵106A利用磁力將金屬盤片111向上方吸引，軸向電磁鐵106B將金屬盤片111向下方吸引。
如此，控制裝置適當調節該軸向電磁鐵106A、106B作用于金屬盤片111的磁力，使轉子軸113在軸向磁懸浮并在空間中以非接觸的方式進行保持。
此外，對于勵磁驅動上述上側徑向電磁鐵104、下側徑向電磁鐵105以及軸向電磁鐵106A、106B的放大電路150，將在后文進一步進行詳細說明。
另一方面，電動機121具備包圍轉子軸113配置成圓周狀的多個磁極。各磁極是由控制裝置控制以使其通過作用于與轉子軸113之間的電磁力來旋轉驅動轉子軸113。
此外，電動機121中組裝有未圖示的轉數傳感器，根據該轉數傳感器的檢測信號檢測轉子軸113的轉數。進而，例如，在下側徑向傳感器108附近安裝有未圖示的相位傳感器，檢測轉子軸113的旋轉的相位。控制裝置同時采用該相位傳感器和轉數傳感器的檢測信號來檢測磁極的位置。
與旋轉翼102a、102b、102c、……隔著微小的空隙配設多片固定翼123a、123b、123c、……。由于旋轉翼102a、102b、102c、……分別利用沖擊使排出氣體的分子向下方移動，因此，從與轉子軸113的軸線垂直的平面起傾斜規定角度地形成旋轉翼102a、102b、102c、……。此外，固定翼123也是同樣地從與轉子軸113的軸線垂直的平面起傾斜規定的角度地形成，并且向著外筒127的內部與旋轉翼102的級互不相同地配置固定翼123。
而且，固定翼123的一端是以嵌插在多級重疊的固定翼隔離片125a、125b、125c、……之間的狀態而支撐著的。固定翼隔離片125是環狀部件，例如由鋁、鐵、不銹鋼、銅等的金屬或者成分上包含這些金屬的合金等的金屬構成。
在固定翼隔離片125的外周隔著微小的空隙固定外筒127。在外筒127的底部配置基部129，在固定翼隔離片125的下部和基部129之間設有帶螺紋的隔離片131。而且，在基部129中的帶螺紋的隔離片131的下部形成排氣口133并與外部連通。
帶螺紋的隔離片131是由鋁、銅、不銹鋼、鐵或者以這些金屬作為成分的合金等的金屬構成的圓筒狀的部件，在其內周面多條刻設有螺旋狀的螺紋槽131a。螺紋槽131a的螺旋方向是排出氣體的分子向旋轉體103的旋轉方向移動時將該分子向排氣口133移送的方向。
旋轉翼102d下垂到與旋轉體103的旋轉翼102a、102b、102c、……接續的最下部。該旋轉翼102d的外周面為圓筒狀，并且向帶有螺紋的隔離片131的內周面伸出，與該帶有螺紋的隔離片131的內周面隔開規定間隙地相接近。
基部129是構成渦輪分子泵主體100的基底部的圓盤狀的部件，一般是由鐵、鋁、不銹鋼等的金屬構成。由于基部129物理上保持渦輪分子泵主體100并且也兼備熱傳導通路的功能，因此，希望使用鐵、鋁或銅等的有剛性并且熱傳導率高的金屬。
在上述的結構中，當旋轉翼102受電動機121驅動并與轉子軸113一同旋轉時，則利用旋轉翼102和固定翼123的作用，通過吸氣口101吸出來自腔體的排出氣體。
從吸氣口101吸出的排出氣體通過旋轉翼102和固定翼123之間被送至基部129。此時，由于排出氣體與旋轉翼102接觸之時產生的摩擦熱量和電動機121產生的熱量的傳導等，旋轉翼102的溫度上升，然而，該熱量通過輻射或排出氣體的氣體分子等的傳導而傳遞到固定翼123側。
固定翼隔離片125在外周部相互接合，將固定翼123從旋轉翼102得到的熱量和排出氣體在與固定翼123接觸之時產生的摩擦熱量等向外部傳遞。而且，移送到基部129的排出氣體被導向帶螺紋的隔離片131的螺紋槽131a并且被送至排氣口133。
這里，渦輪分子泵需要進行基于分別調整后的固有參數(例如，機種的特定、對應于機種的各特性)的控制。為了存儲該控制參數，上述渦輪分子泵主體100在其主體內具備電子電路部141。電子電路部141是由EEP-ROM等的半導體存儲器以及用于訪問該半導體存儲器的半導體元件等的電子部件、其安裝用的襯底143等構成。將該電子電路部141收納在構成渦輪分子泵主體100的下部的基部129中央附近未圖示的轉數傳感器的下部，由氣密性的底蓋145封閉。
其次，對于這樣構成的渦輪分子泵主體100，對勵磁驅動它的上側徑向電磁鐵104、下側徑向電磁鐵105以及軸向電磁鐵106A、106B的放大電路進行說明。作為該放大電路的以往示例，已知專利文獻1。
在圖11中表示以往的放大電路的電路圖。此外，構成各電磁鐵104、105、106A、106B的電磁鐵繞組151、151……是存在于渦輪分子泵主體100側的元件，為了簡化，一起表示它們。
在圖11中，電磁鐵繞組151的一端151a與晶體管161以及二極管165連接。另一方面，電磁鐵繞組151的另一端151b通過電流檢測電路155與晶體管162以及二極管166連接。
此時，晶體管161、162都是功率MOSFET，晶體管161的漏極端子161a與電源153的正極153a連接、源極端子161b與電磁鐵繞組151的一端151a連接。此外，晶體管162的漏極端子162a通過電流檢測電路155與電磁鐵繞組151的另一端151b連接、源極端子162b與電源153的負極153b連接。
再者，二極管165、166都是電流再生用的二極管，二極管165的陰極端子165a與電磁鐵繞組151的一端151a連接、陽極端子165b與負極153b連接。此外，二極管166的陰極端子166a與正極153a連接、陽極端子166b通過電流檢測電路155與電磁鐵繞組151的另一端151b連接。
而且，與電磁鐵繞組151的另一端151b連接的電流檢測電路155是例如霍爾傳感器式電流傳感器，它檢測流過電磁鐵繞組151的電流(以下，稱作電磁鐵電流iL)，將作為其檢測結果的電流檢測信號173輸出至后述的放大控制電路171。此外，在電源153的正極153a以及負極153b之間連接有用于穩定電源153的電容器(未圖示)。
對于構成各電磁鐵104、105、106A、106B的電磁鐵繞組151、151……的每一個，設置如以上這樣構成的放大電路150。
放大控制電路171成為控制裝置的未圖示的數字信號處理部(以下稱作DSP部)內的電路，該放大控制電路171比較由電流檢測電路155檢測出的電磁鐵電流iL的值和電流指令值。而且，根據該比較結果，在作為PWM控制的1個周期的控制周期Ts內決定輸出到晶體管161、162的柵極端子的柵極驅動信號174、175的脈沖寬度時間。
在上述結構中，當使放大電路150的兩晶體管161、162導通時，因從正極153a通過晶體管161、電磁鐵繞組151、晶體管162供給至負極153b的電流，使電磁鐵電流iL增加。另一方面，當使兩晶體管161、162為截止時，因從負極153b通過二極管165、電磁鐵繞組151、二極管166向正極153a再生的電流，使電磁鐵電流iL減少。
此時，當電流檢測電路155檢測到的電磁鐵電流iL的值比電流指令值小的情況下，用放大控制電路171進行控制以使得電磁鐵電流iL增加。因此，如圖12所示，在1個控制周期Ts中，使兩晶體管161、162為導通的脈沖寬度時間比使兩晶體管161、162為截止的脈沖寬度時間長。其結果是，電磁鐵電流iL的增加時間Tp1變得比其減少時間Tp2要長，因此，在1個控制周期Ts中電磁鐵電流iL將增加。
另一方面，在電流檢測電路155檢測出的電磁鐵電流iL的值比電流指令值大的情況下，用放大控制電路171進行控制以使得電磁鐵電流iL減少。因此，如圖12所示，在1個控制周期Ts中，使兩晶體管161、162截止的脈沖寬度時間比使兩晶體管161、162導通的脈沖寬度時間長。其結果是，電磁鐵電流iL的減少時間Tp2變得比增加時間Tp1要長，因此，在1個控制周期Ts中電磁鐵電流iL將減少。
由此，由于能夠在控制周期Ts中適當增減電磁鐵電流iL，因此，能夠使電磁鐵電流iL的值和電流指令值一致。
此外，如圖12所示那樣，在控制周期Ts中一次并且在相同檢測定時Td進行電流檢測電路155中的電磁鐵電流iL的檢測。
專利文獻1專利3176584號公報(圖8、圖9)然而，由于如上所述那樣對構成各電磁鐵104、105、106A、106B的電磁鐵繞組151、151、……的每一個設置放大電路150，所以在5軸控制的磁軸承的情況下，在其控制裝置內存在10個放大電路150。而且，由于各個放大電路150是由圖11所示的2個晶體管161、162和2個二極管165、166構成的電橋電路構成，因此，為了勵磁驅動所有的電磁鐵繞組151、151、……，就需要20個晶體管和20個二極管。
因此，由于放大電路150元件個數多，因此，很難將放大電路150作成小型化，很難實現渦輪分子泵整體的小型化。因此，將渦輪分子泵設置在凈化室等的情況下，也必須要寬敞的場所，存在設置成本上升的擔憂。此外，由于放大電路150的元件個數多，因此存在故障率上升的擔憂。再者，存在放大電路150的功耗和發熱也增加的擔憂。
此外，從元件個數多的方面出發，存在放大電路150本身的制造成本等上升的擔憂。
加之，如圖11所示電磁鐵繞組151是存在于渦輪分子泵主體100側的元件，因此，電磁鐵繞組151的兩端151a、151b的節點(將該節點分別稱作節點R、節點S)成為構成控制裝置以及渦輪分子泵主體100之間的線纜的布線。而且，當考慮到在控制裝置內存在10個放大電路150的情況時，在控制裝置以及渦輪分子泵主體100之間的線纜上，作為節點R、S將存在20條布線。因此，必須要將控制裝置以及渦輪分子泵主體100間的線纜作成多芯片、或者必須要將線纜的成為渦輪分子泵主體100側的出入口的連接器(省略圖示)作成大型化，因此，存在部件成本上升的擔憂。
再者，在以往的對放大電路150的控制中，如圖12所示，在控制周期Ts中一直進行電磁鐵電流iL的增減(即不為恒定的狀態)。因此，在檢測電磁鐵電流iL的檢測定時Td，電磁鐵電流iL為過渡的狀態。因此，若檢測定時Td和實際的電磁鐵電流iL的波形之間產生即使很微小的偏差等，則會有相對于本來應檢測出的電磁鐵電流iL的值產生較大誤差的擔憂。此外，若在該檢測定時Td附近切換電磁鐵電流iL的增減，則在放大電路150內產生噪聲或者在電源153的正極153a以及負極153b出現噪聲，存在產生檢測誤差的擔憂。
發明內容
本發明是鑒于上述以往的問題而提出的，其目的在于，提供一種通過減少對電磁鐵進行勵磁驅動的放大電路的元件個數來減少渦輪分子泵的制造、設置等所需的成本并且能夠在檢測流過電磁鐵的電流時減少誤差的磁軸承裝置和搭載有該磁軸承裝置的渦輪分子泵。
因此，本發明涉及磁軸承裝置，其具備旋轉體；多個電磁鐵，控制該旋轉體的徑向位置和/或軸向位置；電源，向該電磁鐵供給電力；公共節點，將所述電磁鐵的一端公共連接起來；切換單元，切換該公共節點的電壓；以及勵磁控制單元，利用從所述一個電磁鐵的另一端供給至所述電源的負極的供給電流或者從所述一個電磁鐵的另一端再生至所述電源的正極的再生電流，對所述各電磁鐵的勵磁進行控制，其中，所述切換單元具有第一開關元件，使所述正極和所述公共節點之間斷開或連接；以及第一整流元件，使電流在從所述負極向所述公共節點的方向流過，所述勵磁控制單元具有第二開關元件，使所述一個電磁鐵的另一端和所述負極之間斷開或連接；以及第二整流元件，使電流在從所述一個電磁鐵的另一端向所述正極的方向流過。
當連接勵磁控制單元的第二開關元件并連接切換單元的第一開關元件時，流過供給電流并使電磁鐵電流增加。另一方面，當切斷第二開關元件并切斷第一開關元件時，流過再生電流并使電磁鐵電流減少。
由此，即使僅由1個開關元件和1個整流元件構成勵磁控制單元，也能夠通過對切換單元進行控制并同時對勵磁控制單元進行控制來使電磁鐵電流增加或減少以控制電磁鐵的勵磁。
因此，由于構成勵磁控制單元的元件個數減少，故能夠使得具備勵磁控制單元的磁軸承裝置的故障率下降。此外，也能夠減少磁軸承裝置的功耗和發熱。再者，由于勵磁控制單元不是所謂的調節器的電路，所以不需要對公共節點設置用于穩定化的電容器、或者不需要設置保護用的扼流線圈等，還能夠使部件成本等下降。
另外，當連接第二開關元件并切斷第一開關元件、或者切斷第二開關元件并連接第一開關元件時，由于從電磁鐵的另一端向正極或者負極流過續流電流，所以能夠將電磁鐵電流保持在恒定。
此外，本發明涉及磁軸承裝置，其具備旋轉體；多個電磁鐵，控制該旋轉體的徑向位置和/或軸向位置；電源，向該電磁鐵供給電力；公共節點，將所述電磁鐵的一端公共連接起來；切換單元，切換該公共節點的電壓；以及勵磁控制單元，利用從所述電源的正極供給至所述一個電磁鐵的另一端的供給電流或者從所述電源的負極再生至所述一個電磁鐵的另一端的再生電流，對所述各電磁鐵的勵磁進行控制，其中，所述切換單元具有第一開關元件，使所述公共節點和所述負極之間斷開或連接；以及第一整流元件，使電流在從所述公共節點向所述正極的方向流過，所述勵磁控制單元具有第二開關元件，使所述正極和所述一個電磁鐵的另一端之間斷開或連接；以及第二整流元件，使電流在從所述負極向所述一個電磁鐵的另一端的方向流過。
當連接勵磁控制單元的第二開關元件并連接切換單元的第一開關元件時，流過供給電流并使電磁鐵電流增加。另一方面，當切斷第二開關元件并切斷第一開關元件時，流過再生電流并使電磁鐵電流減少。
由此，即使僅由一個開關元件和一個整流元件構成勵磁控制單元，也能夠使電磁鐵電流增加或減少以控制電磁鐵的勵磁。因此，可選擇設計和控制容易的勵磁控制單元、切換單元。
另外，在這種情況下，當連接第二開關元件并切斷第一開關元件或者切斷第二開關元件并連接第一開關元件時，由于續流電流從電磁鐵的另一端流向正極或負極，因此，能夠將電磁鐵電流保持恒定。
再者，本發明涉及磁軸承裝置，其特征在于，通過根據公共的控制周期來調節所述切換單元的切換相位和所述勵磁控制單元的控制相位，從而將流過所述各電磁鐵的電流維持在增加、減少或者恒定。
通過根據公共的控制周期調節切換單元的切換相位和勵磁控制單元的控制相位，能夠以較少的元件并且簡單地構成電路。而且，能夠在控制周期中在電磁鐵流過上述供給電流、再生電路以及續流電流中的任意一種電流。因此，能夠使流過電磁鐵的電流維持在增加、減少或者恒定。
再者，本發明涉及磁軸承裝置，其特征在于，在所述第一整流元件上并聯配備有第三開關元件。
通過在經由切換單元的第一整流元件流過電流時連接第三開關元件，能夠抑制第一整流元件的發熱。
再者，本發明涉及磁軸承裝置，其具備旋轉體；多個電磁鐵，控制該旋轉體的徑向位置和/或軸向位置；電源，向該電磁鐵供給電力；公共節點，將所述電磁鐵的一端公共連接起來；切換單元，切換該公共節點的電壓；第一勵磁控制單元，利用從所述一個電磁鐵的另一端供給至所述電源的負極的供給電流或者從所述一個電磁鐵的另一端再生至所述電源的正極的再生電流，對所述多個電磁鐵中的至少一個的勵磁進行控制；以及第二勵磁控制單元，利用從所述正極供給至所述另一電磁鐵的另一端的供給電流或者從所述負極再生至所述另一電磁鐵的另一端的再生電流，對由所述第一勵磁控制單元勵磁控制的電磁鐵以外的電磁鐵的勵磁進行控制，其中，所述切換單元具有使所述公共節點和所述負極之間斷開或連接的開關元件；使所述正極和所述公共節點之間斷開或連接的開關元件；以及分別流過從所述公共節點向所述正極的方向的電流和從所述負極向所述公共節點的方向的電流的整流元件，所述第一勵磁控制單元具有使所述一個電磁鐵的另一端和所述負極之間斷開或連接的開關元件；以及使電流在從所述一個電磁鐵的另一端向所述正極的方向流過的整流元件，所述第二勵磁控制單元具有使所述正極和所述另一個電磁鐵的另一端之間斷開或連接的開關元件；以及使電流在從所述負極向所述另一個電磁鐵的另一端的方向流過的整流元件。
切換單元由于具有斷開或連接公共節點以及負極之間、正極以及公共節點之間的開關元件、以及使電流從公共節點流向正極、從負極流向公共節點的整流元件，因此，即使多個電磁鐵被分成由第一勵磁控制單元控制的電磁鐵和由第二勵磁控制單元控制的電磁鐵，也能夠使電磁鐵電流增加或減少來控制電磁鐵的勵磁。
另外，最好是在切換單元中，斷開或連接開關元件以使得公共節點以及負極之間的連接和正極以及公共節點之間的連接不重復。由此，能夠防止正極以及負極間的貫通電流。
再者，本發明涉及磁軸承裝置，其特征在于，通過根據公共的控制周期來調節所述切換單元的切換相位、所述第一勵磁控制單元和所述第二勵磁控制單元的控制相位，從而將流過所述各電磁鐵的電流維持在增加、減少或者恒定。
通過根據公共的控制周期來調節切換單元的切換相位、第一勵磁控制單元以及第二勵磁控制單元的控制相位，能夠以較少的元件并且簡單地構成電路。而且，能夠在控制周期中在電磁鐵流過上述供給電流、再生電流以及續流電流中的任意一種電流。
再者，本發明涉及磁軸承裝置，其特征在于，所述多個電磁鐵分組成由所述第一勵磁控制單元控制的電磁鐵和由所述第二勵磁控制單元控制的電磁鐵而構成，以使得流過所述正極和所述公共節點之間的電流與流過該公共節點和所述負極之間的電流大致均等化。
由于將多個電磁鐵分組以使得經由公共節點流過的電磁鐵電流大致均等，因此，能夠減少構成切換單元的開關元件和整流元件的尺寸。
此外，由于也能夠減少經由這些元件流過的電流，因此，能夠防止發熱等。再者，由于也能夠減少從電源應供給的電流，因此，能夠減小輸入電源容量。
再者，本發明涉及磁軸承裝置，其具備在恒定電流流過所述電磁鐵時檢測該電流的值的電流檢測單元。
通過在電磁鐵流過續流電流，能夠將電磁鐵電流保持在恒定，因此，此時電流檢測單元能夠檢測電磁鐵電流。
因此，由于不需要在過渡的狀態下進行電磁鐵電流的檢測，因此，即使在檢測定時和實際的電磁鐵電流的波形之間產生偏差等，也不會相對于本來應檢測出的電磁鐵電流的值產生較大誤差。此外，由于避免了在檢測定時附近的電磁鐵電流的增減的切換，因此，能夠減少勵磁控制單元和正極、負極上產生的噪聲，能夠減少檢測誤差。
再者，本發明涉及磁軸承裝置，其特征在于，所述電流檢測單元具備一端連接于所述負極上的電阻；以及檢測流過該電阻的電流的檢測部。
由此，由于不需要向電流檢測單元輸入高電壓，因此，能夠在檢測電磁鐵電流時避免招來噪聲并且能夠高精度地檢測電磁鐵電流。
再者，本發明是搭載磁軸承裝置的渦輪分子泵，其特征在于，所述旋轉體具有旋轉翼和配設在該旋轉翼的中央的轉子軸，所述各電磁鐵使該轉子軸磁懸浮在空中。
由于在渦輪分子泵搭載有上述磁軸承裝置，所以能夠實現渦輪分子泵的小型化。因此，能夠減少將渦輪分子泵設置到凈化室等的設置成本。
再者，本發明涉及渦輪分子泵，其特征在于，具備渦輪分子泵主體，具有所述旋轉體和所述電磁鐵；以及控制裝置，具有所述切換單元和所述勵磁控制單元、或者所述切換單元、所述第一勵磁控制單元和所述第二勵磁控制單元，所述渦輪分子泵主體和控制裝置被一體化。
由于上述勵磁控制單元、或者第一勵磁控制單元以及第二勵磁控制單元能夠實現小型化，因此，具有該勵磁控制單元等的控制裝置也能夠實現小型化。因此，控制裝置和渦輪分子泵主體能夠一體化，能夠減少渦輪分子泵的制造、設置等所需的成本。
如上所述，根據本發明，由于具備切換公共節點的電壓的切換單元、以及利用供給電流或再生電流控制多個電磁鐵的勵磁的勵磁控制單元，所以即使僅由1個開關元件和1個整流元件構成勵磁控制單元，也能夠通過對切換單元進行控制并同時對勵磁控制單元進行控制來使得電磁鐵電流增加或減少以控制電磁鐵的勵磁。因此，由于能夠減少勵磁控制單元的元件個數，所以能夠減少渦輪分子泵的制造、設置等所需的成本。
此外，由于具備在電磁鐵流過恒定電流時檢測該電流的值的電流檢測單元，所以不必在過渡狀態下進行電磁鐵電流的檢測，能夠減少檢測時的誤差。
圖1是本發明第一實施方式的放大電路的電路圖。
圖2是表示本發明第一實施方式的放大電路的控制相位和切換電路的切換相位的調節的時序圖。
圖3是圖1的另一示例。
圖4是圖2的另一示例。
圖5是本發明第二實施方式的放大電路的電路圖。
圖6是表示本發明第二實施方式的放大電路的控制相位和切換電路的切換相位的調節的時序圖。
圖7是圖5的另一示例。
圖8是本發明第三實施方式的放大電路的電路圖。
圖9是表示本發明第三實施方式的切換電路的切換相位的調節的時序圖。
圖10是渦輪分子泵主體的縱剖圖。
圖11是以往的放大電路的電路圖。
圖12是表示以往的放大電路的控制的時序圖。
符號說明100、200渦輪分子泵主體102旋轉翼103旋轉體104、105、106A、106B電磁鐵113轉子軸150、250、350放大電路151電磁鐵繞組153電源155、255電流檢測電路161、162、261、281、282、361、381、382晶體管165、166、265、285、365、385二極管171、271、371、471放大控制電路280、380、480切換電路具體實施方式
下面，說明本發明的第一實施方式。
在圖1中表示本發明第一實施方式的放大電路的電路圖。此外，對于與圖11相同的要素賦予相同的符號并省略說明。
在圖1中，在渦輪分子泵主體200中，對于構成各電磁鐵104、105、106A、106B的電磁鐵繞組151、151、……設置公共的節點(將該節點稱為公共節點C)。而且，各電磁鐵繞組151的一端151a與公共節點C連接。此外，電磁鐵繞組151的另一端151b與放大電路250的晶體管261以及二極管265連接(將該另一端151b的節點稱作節點E)。
此時，晶體管261是功率MOSFET，晶體管261的漏極端子261a與電磁鐵繞組151的另一端151b連接、源極端子261b通過電流檢測電路255與電源153的負極153b連接。此外，二極管265是電流再生用或者續流(flywheel)用的二極管，它的陰極端子265a與電源153的正極153a連接、陽極端子265b與電磁鐵繞組151的另一端151b連接。
而且，與晶體管261的源極端子261b連接的電流檢測電路255具有檢測電阻256和檢測部257，其中，檢測電阻256的一端與負極153b連接、另一端與晶體管261的源極端子261b連接，檢測部257從該檢測電阻256的另一端的電壓檢測出電磁鐵電流iL。該檢測部257檢測流過電磁鐵繞組151的電磁鐵電流iL，并將作為該檢測結果的電流檢測信號273輸出到后述的放大控制電路271。此外，如此，由于通過采用具有一端與負極153b連接的檢測電阻256的電流檢測電路255而不會向電流檢測電路255輸入高電壓，因此，在檢測電磁鐵電流iL之時不容易帶來噪聲，并能夠高精度地檢測電磁鐵電流iL。
對于構成各電磁鐵104、105、106A、106B的電磁鐵繞組151、151、……的每一個，設置如以上這樣構成的放大電路250。
放大控制電路271與以往相同地為DSP部(省略圖示)內的電路。而且，該放大控制電路271比較電流檢測電路255檢測出的電磁鐵電流iL的值和電流指令值，決定使電磁鐵電流iL增加的時間(上述的增加時間Tp1)和使電磁鐵電流iL減少的時間(上述的減少時間Tp2)，據此，在PWM控制的1個周期即控制周期Ts內決定輸出到晶體管261的柵極端子的柵極驅動信號274的脈沖寬度時間。此外，也可以是在輸出柵極驅動信號274之時，使來自放大控制電路271的輸出信號一度經過未圖示的現場可編程門陣列(Field Programable Gate Array，以下稱作FPGA)之后輸出到晶體管261，由此以能夠進行高速動作。
進而，在圖1中，在放大電路250的公共節點C上連接切換電路280。在該切換電路280中，公共節點C上連接晶體管281以及二極管285。
二極管285是電流再生用或續流用的二極管，其陰極端子285a與公共節點C連接、陽極端子285b與跟放大電路250相同的電源153的負極153b連接。此外，晶體管281是功率MOSFET，其漏極端子281a與電源153的正極153a連接、源極端子281b與公共節點C連接。而且，從放大控制電路271向該晶體管281的柵極端子輸出切換信號276，在放大控制電路271中，與對放大電路250的控制同樣地，在控制周期Ts內決定輸出到晶體管281的柵極端子的切換信號276的脈沖寬度時間。
在上述結構中，若使得放大電路250的晶體管261為導通并且使得切換電路280的晶體管281為導通，則電流從正極153a起通過晶體管281、公共節點C、電磁鐵繞組151、晶體管261(以及電流檢測電路255)流向負極153b。因此，從電源153的正極153a向電磁鐵繞組151供給電流，因此，電磁鐵電流iL將增加(將該狀態稱為增加模式A1)。
另一方面，若使得放大電路250的晶體管261為截止并且使得切換電路280的晶體管281為截止，則由于電磁鐵繞組151產生的反電動勢，再生電流從負極153b起通過二極管285、公共節點C、電磁鐵繞組151、二極管265流向正極153a。由此，消耗從電磁鐵繞組151產生的電磁能量，因此，電磁鐵電流iL將減少(將該狀態稱為減少模式A2)。
再者，若使得放大電路250的晶體管261為導通并且使得切換電路280的晶體管281為截止，則由于電磁鐵繞組151產生的反電動勢，續流電流從負極153b起通過二極管285、公共節點C、電磁鐵繞組151、晶體管261(以及電流檢測電路255)流向負極153b。由此，由于在電磁鐵繞組151的兩端151a、151b之間不產生電位差，因此，電磁鐵電流iL幾乎保持恒定(將該狀態稱為恒定模式A3)。
此外，在該恒定模式A3以外，若使得放大電路250的晶體管261為截止并且使得切換電路280的晶體管281為導通，則由于電磁鐵繞組151產生的反電動勢，續流電流從正極153a通過晶體管281、公共節點C、電磁鐵繞組151、二極管265流向正極153a，因此，這種情況下也能夠使電磁鐵電流iL幾乎保持恒定(將該狀態稱為恒定模式A4)。
這里，在圖2中表示利用放大電路250對晶體管261等進行的相位控制和利用切換電路280對晶體管281等進行的相位切換的調節的時序圖。
在圖2中，對于切換電路280進行控制以使得在控制周期Ts中使晶體管281導通的時間和截止的時間為相同時間。此時，使得從控制周期Ts的開始的時間(時間0)起到控制周期Ts的一半的時間(時間0.5Ts)晶體管281為截止。因此，利用電磁鐵繞組151產生的反電動勢等公共節點C的電壓變為與負極153b大致相同的電壓(以下，稱作電壓VL)。另一方面，使得從控制周期Ts的一半的時間(時間0.5Ts)起到控制周期Ts的結束(時間Ts)晶體管281為導通。因此，公共節點C的電壓變為與正極153a大致相同的電壓(以下，稱作電壓VH)。
而且，在電流檢測電路255檢測到的電磁鐵電流iL的值比電流指令值小的情況下，由放大控制電路271進行控制以使得電磁鐵電流iL增加。這種情況下，進行控制以使得在1個控制周期Ts中僅上述增加時間Tp1為增加模式A1的狀態，并且進行控制以使得其他時間為恒定模式A3、A4中的任意一種狀態。具體地，由于在時間0.5Ts～時間Ts中使得切換電路280的晶體管281為導通，因此，通過以時間0.5Ts為起點使僅時間Tp1晶體管261為導通，由此能夠使得僅增加時間Tp1為增加模式A1的狀態。此外，經過該時間Tp1后，通過使得晶體管261為截止以使得為恒定模式A4的狀態。另一方面，由于在時間0～0.5Ts中使得切換電路280的晶體管281為截止(即由于不能夠為增加模式A1的狀態)，所以通過使得晶體管261為導通以使得為恒定模式A3的狀態。由此，在1個控制周期Ts中僅增加時間Tp1使電磁鐵電流iL增加。
另一方面，在由電流檢測電路255檢測出的電磁鐵電流iL的值大于電流指令值的情況下，用放大控制電路271進行控制以使得電磁鐵電流iL減少。這種情況下，進行控制以使得在1個控制周期Ts中僅上述的減少時間Tp2為減少模式A2的狀態，并且進行控制以使得其他時間為恒定模式A3、A4中的任意一個狀態。具體地，由于在時間0～時間0.5Ts使切換電路280的晶體管281為截止，因此，以時間0.5Ts為終點使僅時間Tp2晶體管261截止，由此，使得僅減少時間Tp2為減少模式A2的狀態。此外，在晶體管261截止之前的時間通過使得晶體管261為導通，以使得為恒定模式A3的狀態。另一方面，在時間0.5Ts～時間Ts中，由于使得切換電路280的晶體管281為導通(即由于不能夠為減少模式A2的狀態)，所以通過使得晶體管261為截止以使得為恒定模式A4的狀態。由此，在1個控制周期Ts中僅減少時間Tp2使電磁鐵電流iL減少。
進而，當用電流檢測電路255檢測出的電磁鐵電流iL的值和電流指令值一致的情況下，用放大控制電路271進行控制以使得電磁鐵電流iL保持恒定。這種情況下，進行控制以使得在1個控制周期Ts中一直為恒定模式A3、A4中的任意一個狀態。具體地，由于在時間0～時間0.5Ts使切換電路280的晶體管281截止，因此，通過使晶體管261為導通以使得為恒定模式A3的狀態。另一方面，由于在時間0.5Ts～時間Ts使得切換電路280的晶體管281為導通，因此，通過使得晶體管261為截止以使得為恒定模式A4的狀態。由此，使電磁鐵電流iL保持恒定。
如上所述，即使僅由一個晶體管261和一個二極管265構成放大電路250，通過對切換電路280進行控制的同時對放大電路250進行控制，也能夠使得電磁鐵電流iL維持在增加、減少、恒定，能夠使得電磁鐵電流iL的值和電流指令值一致。而且，根據上述的放大電路250的結構，由于放大電路250的元件個數減少，因此，能夠實現渦輪分子泵整體的小型化。能夠減少將渦輪分子泵設置到凈化室等的成本。此外，由于放大電路250的元件個數減少，因此，也能夠減少其故障率或者減少在放大電路250的功耗和發熱。進而，也能夠降低放大電路250的制造成本。
此外，在本實施方式的放大電路250的控制中，由于與以往的對放大電路150的控制不同而能夠使得電磁鐵電流iL保持恒定，因此，能夠減少通過公共節點C流過的電流的波動，并且能夠減少放大電路250和在切換電路280的功耗和發熱。
再者，由于本發明的切換電路280不是所謂的調節器的電路(即不是將公共節點C維持在恒定電壓的電路)，因此，不必對公共節點C設置穩定化用的電容器(未圖示)，或者不必設置保護用的扼流線圈(未圖示)等。因此，能夠減少部件成本等。
此外，由于放大電路250以及電磁鐵繞組151之間的布線僅為1條公共節點C以及10條電磁鐵繞組151的另一端151b的節點E，因此，作為公共節點C、節點E的布線僅為11條(以往需要20條)。因此，能夠降低控制裝置以及渦輪分子泵主體200之間的線纜成本、或渦輪分子泵主體200的連接器(未圖示)的成本，因此，能夠降低部件成本。再者，由于利用放大電路250的小型化，能夠將控制裝置(省略圖示)本體作成小型化，因此，能夠將控制裝置的功能容易地組裝到渦輪分子泵主體200側。因此，能夠實現控制裝置和渦輪分子泵主體200的一體化。
加之，雖然本實施方式的放大電路250也如圖2所示那樣在控制周期Ts中1次、且在相同檢測定時Td檢測電磁鐵電流iL，但是在本實施方式的放大電路250能夠將電磁鐵電流iL保持在恒定。因此，能夠在使得電磁鐵電流iL為恒定的狀態時(即為恒定模式A3的狀態)檢測電磁鐵電流iL(此外，由于在恒定模式A4中不向電流檢測電路255供給電磁鐵電流iL，因此，不能夠進行電流檢測)。
因此，由于不必在過渡的狀態下檢測電磁鐵電流iL，因此，即使在檢測定時Td和實際的電磁鐵電流iL的波形之間產生偏差等，相對于本來應檢測出的電磁鐵電流iL的值不會產生較大誤差。此外，由于避免了在檢測定時Td附近的電磁鐵電流iL增減的切換，所以能夠降低在放大電路250和電源153產生的噪聲并且減少檢測誤差。
此外，雖然在本實施方式中，對于切換電路280由晶體管281以及二極管285構成的情況進行了說明，然而并不限定于此。例如，如圖3所示，也可以在上述結構的基礎上進一步設置漏極端子282a與公共節點C連接、源極端子282b與負極153b連接的晶體管282。由此，從放大控制電路271向晶體管282的柵極端子輸出切換信號277并且對切換信號277進行控制，在減少模式A2和恒定模式A3的狀態下電流流過二極管285時使得晶體管282為導通(即以同步整流方式進行控制)，由此，能夠抑制上述模式下二極管285的發熱。
此外，雖然在本實施方式中，對于放大電路250，是以時間0.5Ts為起點或者終點并設置增加時間Tp1、減少時間Tp2，然而，不限于此，也可以分別以時間Ts為終點或以時間0為起點并設置增加時間Tp1、減少時間Tp2。
再者，雖然在本實施方式中對于電磁鐵電流iL為恒定的狀態時(即為恒定模式A3的狀態時)檢測電磁鐵電流iL的情況作了說明，然而，也可以進一步具體地如下述那樣進行。即，也可以是，對于放大電路250以及切換電路280在控制周期Ts中進行使其強制性地為恒定模式A3狀態的控制，并且在此期間中檢測電磁鐵電流iL。這種情況下，強制性地使得為恒定模式A3狀態的時間只要是用電流檢測電路255能夠檢測電磁鐵電流iL的時間即可，例如，如圖4所示作成控制周期Ts中的時間0～時間0.1Ts。而且，在該時間0～時間0.1Ts設置檢測定時Td以檢測電磁鐵電流iL。此后，在剩余的時間(時間0.1Ts～時間Ts)中，與上述的控制同樣地，例如，可以是在時間0.1Ts～時間0.55Ts(剩余時間的前半部分)中使得晶體管281為導通，在時間0.55Ts～時間Ts(剩余時間的后半部分)中使得晶體管281為截止，以時間0.55Ts(剩余時間的一半的時間)作為起點或終點等并且設置時間Tp1、Tp2。如此，能夠可靠地在恒定模式A3的狀態下檢測電磁鐵電流iL。
其次，對于本發明的第二實施方式進行說明。第二實施方式是第一實施方式的放電電路250以及切換電路280的其他示例。
在圖5中表示本發明第二實施方式的放大電路的電路圖。此外，對于與圖1相同的要素，賦予相同的符號并省略說明。
在圖5，在放大電路350中，電磁鐵繞組151的一端151a與公共節點C連接。此外，該電磁鐵繞組151的另一端151b與晶體管361以及二極管365連接(該另一端151b的節點稱作節點F)。
此時，晶體管361是功率MOSFET，漏極端子361a與電源153的正極153a連接、源極端子361b與電磁鐵繞組151的另一端151b連接。此外，二極管365是電流再生用或者續流用的二極管，陰極端子365a與電磁鐵繞組151的另一端151b連接、陽極端子365b通過檢測電路255與電源153的負極153b連接。
再者，在該放大電路350的公共節點C上連接切換電路380。該切換電路380中，晶體管381以及二極管385與公共節點C連接。
晶體管381是功率MOSFET，漏極端子381a與公共節點C連接、源極端子381b與跟放大電路350相同的電源153的負極153b連接。此外，在晶體管381的柵極端子上，輸入來自放大控制電路371的切換信號376。再者，二極管385是電流再生用或者續流用的二極管，陰極端子385a與電源153的正極153a連接、陽極端子385b與公共節點C連接。
在上述結構中，若使得放大電路350的晶體管361為導通并且切換電路380的晶體管381為導通，則電流從正極153a通過晶體管361、電磁鐵繞組151、公共節點C、晶體管381供給負極153a。因此，由于電流從電源153的正極153a供給電磁鐵繞組151，故電磁鐵電流iL將增加(將該狀態稱作增加模式B1)。
另一方面，若使得放大電路350的晶體管361為截止并且切換電路380的晶體管381為截止，則利用在電磁鐵繞組151產生的反電動勢電流從負極153b通過(電流檢測電路255以及)二極管365、電磁鐵繞組151、公共節點C、二極管385向正極153a流過再生電流。由此，消耗從電磁鐵繞組151產生的電磁能量，故電磁鐵電流iL將減少(將該狀態稱作減少模式B2)。
再者，若使得放大電路350的晶體管361為導通并且使得切換電路380的晶體管381為截止，則由于電磁鐵繞組151產生的反電動勢，續流電流從負極153b起經過(電流檢測電路255以及)二極管365、電磁鐵繞組151、公共節點C、晶體管381流向負極153b。此時，由于在電磁鐵繞組151的兩端151a、151b之間不產生電位差，因此電磁鐵電流iL幾乎保持恒定(將該狀態稱為恒定模式B3)。
此外，在該恒定模式B3以外，若使得放大電路350的晶體管361為截止并且使得切換電路380的晶體管381為導通，則由于在電磁鐵繞組151產生的反電動勢，續流電流從正極153a通過晶體管361、電磁鐵繞組151、公共節點C、二極管385流向正極153a，因此，這種情況下也能夠使電磁鐵電流iL幾乎保持恒定(將該狀態稱為恒定模式B4)。
這里，在圖6中表示利用放大電路350對晶體管361等進行的相位控制和利用切換電路380對晶體管381等的相位切換的調節的時序圖。
在圖6中，對于切換電路380進行控制以使得在控制周期Ts中使晶體管381導通的時間和截止的時間為相同時間。此時，使得在時間0～時間0.5Ts中晶體管381為導通并且使得公共節點C的電壓為與負極153b大致相同的電壓VL、在時間0.5Ts～時間Ts中利用在電磁鐵繞組151產生的反電動勢等使得公共節點C的電壓為與正極153a大致相同的電壓VH。該公共節點C的變化與第一實施方式(圖2)相同。
而且，由電流檢測電路255檢測到的電磁鐵電流iL的值比電流指令值小的情況下，由放大控制電路371進行控制以使得電磁鐵電流iL增加。這種情況下，進行控制以使得在1個控制周期Ts中僅增加時間Tp1為增加模式B1的狀態，并且進行控制以使得其他時間為恒定模式B3、B4中的任意一種狀態。具體地，由于在時間0～時間0.5Ts中使得切換電路380的晶體管381為導通，因此，通過以時間0.5Ts為終點使僅時間Tp1晶體管361為導通，由此能夠使得僅增加時間Tp1為增加模式B1的狀態。此外，在使得晶體管361為導通之前的時間中，通過使得晶體管361為截止來作成恒定模式B3的狀態。另一方面，由于在時間0.5Ts～時間Ts中使得切換電路380的晶體管381為截止，因此，通過使得晶體管361為導通以作成恒定模式B4的狀態。由此，在1個控制周期Ts中僅增加時間Tp1使電磁鐵電流iL增加。
另一方面，在由電流檢測電路255檢測出的電磁鐵電流iL的值大于電流指令值的情況下，用放大控制電路371進行控制以使得電磁鐵電流iL減少。這種情況下，進行控制以使得在1個控制周期Ts中僅減少時間Tp2為減少模式B2的狀態，并且進行控制以使得其他時間為恒定模式B3、B4中的任意一個狀態。具體地，由于在時間0.5Ts～時間Ts使切換電路380的晶體管381為截止，因此，通過以時間0.5Ts為起點使僅時間Tp2晶體管361截止，作成僅減少時間Tp2為減少模式B2的狀態。在經過該時間Tp2之后，通過使得晶體管361為導通，作成恒定模式B4的狀態。另一方面，在時間0～時間0.5Ts中，由于使得切換電路380的晶體管381為導通，因此，通過使得晶體管361為截止來作成恒定模式B3的狀態。由此，在1個控制周期Ts中僅減少時間Tp2使電磁鐵電流iL減少。
進而，當用電流檢測電路255檢測出的電磁鐵電流iL的值和電流指令值一致的情況下，用放大控制電路271進行控制以使得電磁鐵電流iL保持恒定。這種情況下，進行控制以使得在1個控制周期Ts中一直為恒定模式B3、B4中的任意一個狀態。具體地，由于在時間0～時間0.5Ts中使切換電路380的晶體管381為導通，因此，通過使晶體管361為截止以作成恒定模式B3的狀態。另一方面，由于在時間0.5Ts～時間Ts中使得切換電路380的晶體管381為導通，因此，通過使得晶體管361為導通以使得作成恒定模式B4的狀態。由此，使電磁鐵電流iL保持恒定。
如上所述，即使是與第一實施方式(圖1)不同的放大電路350以及切換電路380，也能夠使得電磁鐵電流iL維持在增加、減少、恒定。而且，由于放大電路350也是僅由1個晶體管361和1個二極管365構成，因此，能夠減少放大電路350的元件個數，能夠減少渦輪分子泵的制造、設置等所需的成本。因此，能夠選擇設計上容易的放大電路250、350，并且能夠選擇其控制方面也是容易的結構。
加之，由于本實施方式的放大電路350也能夠與第一實施方式相同地使電磁鐵電流iL保持在恒定，因此，能夠在該電磁鐵電流iL為恒定的狀態時(即為恒定模式B3的狀態時)檢測電磁鐵電流iL。因此，不必在過渡的狀態下檢測電磁鐵電流iL，因此，能夠在檢測電磁鐵電流iL之時減少誤差。
此外，雖然在本實施方式中，對于切換電路380由晶體管381以及二極管385構成的情況進行了說明，然而并不限定于此，例如，也可以如圖7所示設置漏極端子382a與正極153a連接、源極端子382b與公共節點C連接的晶體管382。由此，通過將切換信號377輸出到晶體管382的柵極端子并且以同步整流方式進行控制，能夠抑制減少模式B2和恒定模式B4下的二極管385的發熱。
此外，雖然在本實施方式中對于電磁鐵電流iL為恒定的狀態時檢測電磁鐵電流iL的情況作了說明，然而，也可以與第一實施方式中說明的情況相同地(圖4)，對于放大電路350以及切換電路380進行控制使得在控制周期Ts中強制性地為恒定模式B3的狀態，該期間中也可以進行電磁鐵電流iL的檢測。由此，能夠可靠地在恒定模式B3的狀態下檢測電磁鐵電流iL。
接著，說明本發明的第三實施方式。雖然在第一實施方式以及第二實施方式中，是用一種放大電路250、350來控制構成各電磁鐵104、105、106A、106B的電磁鐵繞組151、151、……，然而，在第三實施形態中，將按電磁鐵104、105、106A、106B的配置而適當分為2組，各組由具有與第一實施方式相同結構的放大電路250(圖1)和具有與第二實施方式相同結構的放大電路350(圖5)控制。
在圖8中表示本發明第三實施方式的放大電路的電路圖。此外，對于與圖1、圖5相同的要素賦予相同的符號并且省略說明。
在圖8中，對于構成各電磁鐵104、105、106A、106B的多個電磁鐵繞組151、151、……，組合了具有與第一實施方式相同結構的放大電路250(圖1)和具有與第二實施方式相同結構的放大電路350(圖5)。而且，將上述的多個電磁鐵繞組151、151……分成2組(受放大電路250控制的電磁鐵繞組151、151……稱作為組A，受放大電路350控制的電磁鐵繞組151、151……稱作為組B)。
這里，對于該分組的方法，列舉具體示例進行說明。作為一個示例，對于上側徑向電磁鐵104的X軸正側電磁鐵104X+、負側電磁鐵104X-、以及下側徑向電磁鐵105的X軸正側電磁鐵105X、負側電磁鐵105X-進行說明。
例如，將在X軸的+方向上對旋轉體103整體進行位置控制的情況下，使得流過電磁鐵104X+、105X+的電磁鐵電流iL增加、使得流過電磁鐵104X-、105X-的電磁鐵電流iL減少。反之，在X軸的-方向上對旋轉體103整體進行位置控制的情況下，使得流過電磁鐵104X+、105X+的電磁鐵電流iL減少、使得流過電磁鐵104X-、105X-的電磁鐵電流iL增加。如此，對上側徑向電磁鐵104和下側徑向電磁鐵105的在X軸方向上的控制在多數情況下為相同的控制。
因此，例如，將電磁鐵104X+作為組A的情況下，通過將電磁鐵105X+作為組B，由于在電磁鐵電流iL增加時，因組A電流從公共節點C流向負極153b時因組B電流從正極153a流向公共節點C，因此，將流過公共節點C的電磁鐵電流iL均等化。這在電磁鐵電流iL減少時和使得電磁鐵電流iL為恒定的情況下也是同樣的。此外，將電磁鐵104X+作為組B、將電磁鐵105X+作為組A的情況下，也是同樣的。
因此，將上側徑向電磁鐵104以及下側徑向電磁鐵105中的電磁鐵104X+和電磁鐵105X+分成相互不同的組。此外，對于其他的電磁鐵104X-和電磁鐵105X-、Y軸側的電磁鐵104Y+和電磁鐵105Y+、電磁鐵104Y-和電磁鐵105Y-也可以說是同樣的情況，因此，分別將它們分成不同的組。
另一方面，對于X軸正側電磁鐵104X+和負側電磁鐵104X-的關系，將旋轉體103在X軸正方向上進行位置控制的情況下，由于存在使電磁鐵104X+的電磁鐵電流iL增加、使電磁鐵104X-的電磁鐵電流iL減少的傾向，因此，通過將它們放入相同的組，容易使流過公共節點C的電磁鐵電流iL均等化。因此，將上側徑向電磁鐵104以及下側徑向電磁鐵105中的電磁鐵104X+和電磁鐵104-分為相互相同的組。此外，對于其他的電磁鐵104Y+和電磁鐵104Y-、下側徑向電磁鐵105的電磁鐵105X+和電磁鐵105X-、電磁鐵105Y+和電磁鐵105Y-、以及軸向電磁鐵106A以及軸向電磁鐵106B，也可以說是同樣的情況，因此，分別將它們分成相同的組。
而且，如上所述，分為各組A、B的電磁鐵繞組151、151、……的一端151a、151a、……都與公共節點C連接。此外，在該公共節點C上連接切換電路480。
該切換電路480中，將具有與第一實施方式的切換電路280相同結構的晶體管281以及二極管285、和具有與第二實施方式的切換電路380相同結構的晶體管381以及二極管385組合起來連接在公共節點C。此外，從放大控制電路471分別向上述的晶體管281、381的柵極端子輸出切換信號276、376。該放大控制電路471成為同時具有第一實施方式的放大控制電路271和第二實施方式的放大控制電路371的功能的電路。
在圖9中表示上述結構中利用切換電路480對晶體管281、381等進行相位切換的調節的時序圖。
在圖9中，對于切換電路480進行控制，以使得控制周期Ts中使晶體管381導通的時間和使晶體管281導通的時間為相同時間。此時，在時間0～時間0.5Ts中，使晶體管281截止、晶體管381導通，在時間0.5Ts～時間Ts中，使晶體管281導通、晶體管381截止。這種情況下，為了使得在正極153a以及負極153b之間流過貫通電流并且不產生噪聲等，在使晶體管381截止起直到使晶體管281導通為止的期間(時間0.5Ts附近)、和使晶體管281截止起直到使晶體管381導通的期間(時間0、時間Ts附近)，最好設置使兩晶體管281、381都為截止的停頓時間(未圖示)。
而且，利用如此對切換電路480的控制，使得公共節點C在時間0～0.5Ts為電壓VL、時間0.5Ts～時間Ts為電壓VH地進行變化。因此，該公共節點C的變化與第一實施方式(圖2)以及第二實施方式(圖6)相同。因此，通過對放大電路250進行與第一實施方式中已說明的情況相同的控制，能夠使得電磁鐵電流iL維持在增加、減少、恒定。此外，通過對放大電路350也進行與第二實施方式已說明的情況相同的控制，能夠使得電磁鐵電流iL維持在增加、減少、恒定。由此，由于各放大電路250、350是由1個晶體管261、361和1個二極管265、365構成，因此，能夠減少放大電路250、350的元件個數，能夠降低渦輪分子泵的制造、設置等所需的成本。
此外，由于在檢測電磁鐵電流iL之際也能夠將電磁鐵電流iL保持在恒定，因此，能夠在各個放大電路250、350為恒定模式A3、B3的狀態時檢測電磁鐵電流iL。因此，對于放大電路250、350中的任何一個，都不必在過渡的狀態下進行電磁鐵電流iL的檢測，因此，在檢測電磁鐵電流iL之際能夠減少誤差。特別地，由于各放大電路250、350在控制周期Ts中的時間0之后立即成為恒定模式A3、B3的狀態，因此，能夠在共同的檢測定時Td進行電磁鐵電流iL的檢測，并且能夠簡單地進行檢測定時Td的控制。
再者，關于構成各電磁鐵104、105、106A、106B的電磁鐵繞組151、151、……，通過進行適宜的分組，能夠使得通過公共節點C流過的電磁鐵電流iL均等化，因此，能夠較小地構成晶體管281、381和二極管285、385的尺寸，能夠實現渦輪分子泵的更進一步的小型化。此外，由于能夠使得流過這些元件的電流也減少，因此，能夠防止發熱等情況。再者，由于使得從電源153要供給的電流也減少，所以能夠減少輸入電源容量。
此外，在本實施方式中，雖然對于電磁鐵電流iL為恒定狀態時檢測電磁鐵電流iL的情況進行了說明，然而，也可以與第一實施方式等中已作說明的情況相同地(圖4)，通過對于放大電路250、350以及切換電路480進行控制以作成在控制周期Ts中強制性地為恒定模式A3、B3的狀態并且在該期間中進行電磁鐵電流iL的檢測。
權利要求
1.一種磁軸承裝置，其特征在于，具備旋轉體；多個電磁鐵，控制該旋轉體的徑向位置和/或軸向位置；電源，向該電磁鐵供給電力；公共節點，將所述電磁鐵的一端公共連接起來；切換單元，切換該公共節點的電壓；以及勵磁控制單元，利用從所述一個電磁鐵的另一端供給至所述電源的負極的供給電流或者從所述一個電磁鐵的另一端再生至所述電源的正極的再生電流，對所述各電磁鐵的勵磁進行控制，其中，所述切換單元具有第一開關元件，使所述正極和所述公共節點之間斷開或連接；以及第一整流元件，使電流在從所述負極向所述公共節點的方向流過，所述勵磁控制單元具有第二開關元件，使所述一個電磁鐵的另一端和所述負極之間斷開或連接；以及第二整流元件，使電流在從所述一個電磁鐵的另一端向所述正極的方向流過。
2.一種磁軸承裝置，其特征在于，具備旋轉體；多個電磁鐵，控制該旋轉體的徑向位置和/或軸向位置；電源，向該電磁鐵供給電力；公共節點，將所述電磁鐵的一端公共連接起來；切換單元，切換該公共節點的電壓；以及勵磁控制單元，利用從所述電源的正極供給至所述一個電磁鐵的另一端的供給電流或者從所述電源的負極再生至所述一個電磁鐵的另一端的再生電流，對所述各電磁鐵的勵磁進行控制，其中，所述切換單元具有第一開關元件，使所述公共節點和所述負極之間斷開或連接；以及第一整流元件，使電流在從所述公共節點向所述正極的方向流過，所述勵磁控制單元具有第二開關元件，使所述正極和所述一個電磁鐵的另一端之間斷開或連接；以及第二整流元件，使電流在從所述負極向所述一個電磁鐵的另一端的方向流過。
3.如權利要求1或2所述的磁軸承裝置，其特征在于，通過根據公共的控制周期來調節所述切換單元的切換相位和所述勵磁控制單元的控制相位，從而將流過所述各電磁鐵的電流維持在增加、減少或者恒定。
4.如權利要求1、2或3所述的磁軸承裝置，其特征在于，在所述第一整流元件上并聯配備有第三開關元件。
5.一種磁軸承裝置，其特征在于，具備旋轉體；多個電磁鐵，控制該旋轉體的徑向位置和/或軸向位置；電源，向該電磁鐵供給電力；公共節點，將所述電磁鐵的一端公共連接起來；切換單元，切換該公共節點的電壓；第一勵磁控制單元，利用從所述一個電磁鐵的另一端供給至所述電源的負極的供給電流或者從所述一個電磁鐵的另一端再生至所述電源的正極的再生電流，對所述多個電磁鐵中的至少一個的勵磁進行控制；以及第二勵磁控制單元，利用從所述正極供給至所述另一電磁鐵的另一端的供給電流或者從所述負極再生至所述另一電磁鐵的另一端的再生電流，對由所述第一勵磁控制單元勵磁控制的電磁鐵以外的電磁鐵的勵磁進行控制，其中，所述切換單元具有使所述公共節點和所述負極之間斷開或連接的開關元件；使所述正極和所述公共節點之間斷開或連接的開關元件；以及分別流過從所述公共節點向所述正極的方向的電流和從所述負極向所述公共節點的方向的電流的整流元件，所述第一勵磁控制單元具有使所述一個電磁鐵的另一端和所述負極之間斷開或連接的開關元件；以及使電流在從所述一個電磁鐵的另一端向所述正極的方向流過的整流元件，所述第二勵磁控制單元具有使所述正極和所述另一個電磁鐵的另一端之間斷開或連接的開關元件；以及使電流在從所述負極向所述另一個電磁鐵的另一端的方向流過的整流元件。
6.如權利要求5所述的磁軸承裝置，其特征在于，通過根據公共的控制周期來調節所述切換單元的切換相位、所述第一勵磁控制單元和所述第二勵磁控制單元的控制相位，從而將流過所述各電磁鐵的電流維持在增加、減少或者恒定。
7.如權利要求5或6所述的磁軸承裝置，其特征在于，所述多個電磁鐵分組成由所述第一勵磁控制單元控制的電磁鐵和由所述第二勵磁控制單元控制的電磁鐵而構成，以使得流過所述正極和所述公共節點之間的電流與流過該公共節點和所述負極之間的電流大致均等化。
8.如權利要求1～7任意一項所述的磁軸承裝置，其特征在于，具備在恒定電流流過所述電磁鐵時檢測該電流的值的電流檢測單元。
9.如權利要求8所述的磁軸承裝置，其特征在于，所述電流檢測單元具備一端連接于所述負極上的電阻；以及檢測流過該電阻的電流的檢測部。
10.一種渦輪分子泵，搭載有權利要求1～9任意一項所述的磁軸承裝置，其特征在于，所述旋轉體具有旋轉翼和配設在該旋轉翼的中央的轉子軸，所述各電磁鐵使該轉子軸磁懸浮在空中。
11.如權利要求10所述的渦輪分子泵，其特征在于，具備渦輪分子泵主體，具有所述旋轉體和所述電磁鐵；以及控制裝置，具備所述切換單元和所述勵磁控制單元、或者所述切換單元、所述第一勵磁控制單元和所述第二勵磁控制單元，所述渦輪分子泵主體和控制裝置被一體化。
全文摘要
本發明提供一種通過減少對電磁鐵進行勵磁驅動的放大電路的元件個數以減少渦輪分子泵的制造、設置等所需的成本并且能夠在檢測流過電磁鐵的電流時減少誤差的磁軸承裝置和搭載有該磁軸承裝置的渦輪分子泵。構成各電磁鐵(104、105、106A、106B)的電磁鐵繞組(151)的一端(151a)與公共節點C連接。在該公共節點C上連接有包括晶體管(281)和二極管(285)的切換電路(280)。另一方面，在電磁鐵繞組(151)的另一端(151b)上連接有包括晶體管(261)和二極管(265)的放大電路(250)。
文檔編號H03F3/217GK1930400SQ200580006978
公開日2007年3月14日 申請日期2005年2月28日 優先權日2004年3月4日
發明者川島敏明 申請人:英國博克愛德華茲日本有限公司