チョッパー分光器および回転制御装置
【課題】回転速度の高速化および回転速度の高精度化を図ると共に、外部装置と同期運転を可能にした回転制御装置およびチョッパー分光器を提供する。
【解決手段】中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器１は、フェルミ本体２と、磁気浮上制御回路３と、インバータ４と、モータ制御回路５とを備える。モータ制御回路５は、ロータ１１の目標回転速度に応じた周波数指令値をインバータ４へ出力すると共に、光回転センサ１４で検出されるロータ１１の回転速度に基づき、誘導モータ１２の回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と、光回転センサ１４で検出されるロータ１１の回転位置とに基づき、誘導モータ１２の位相を制御する位相制御と、を行う。
【解決手段】中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器１は、フェルミ本体２と、磁気浮上制御回路３と、インバータ４と、モータ制御回路５とを備える。モータ制御回路５は、ロータ１１の目標回転速度に応じた周波数指令値をインバータ４へ出力すると共に、光回転センサ１４で検出されるロータ１１の回転速度に基づき、誘導モータ１２の回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と、光回転センサ１４で検出されるロータ１１の回転位置とに基づき、誘導モータ１２の位相を制御する位相制御と、を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリットと一体に回転するロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させ、中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器、およびロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させる回転制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させる装置として、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Ｔｕｒｂｏ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｕｍｐ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ＴＭＰに用いる磁気軸受の制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
一方、特許文献３には、パルス中性子非弾性散乱測定で用いられるフェルミチョッパーに関し、磁気ベアリングによりロータを真空中に浮上させ、６００Ｈｚもの高速回転が実現されていることが記載されている。そのロータには中性子透過窓に相当するスリットパッケージが装填される。
【特許文献１】特開平１０−２８１０９３号公報
【特許文献２】特開２００２−１３５３２号公報
【特許文献３】特開２００７−３０３９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＴＭＰは、速度の制御精度（ロータの回転速度精度）は１Ｈｚレベルの制御精度であり、また、同期制御が不要であることから、その制御回路の搭載がされていない。
【０００５】
一方、フェルミチョッパーは、６００Ｈｚ、±０．２５マイクロ秒が現状性能である。
【０００６】
本発明の目的は、回転速度の高速化および回転速度の高精度化を図ると共に、外部装置と同期運転を可能にしたチョッパー分光器を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、回転速度の高速化および回転速度の高精度化を図った回転制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリットと一体に回転するロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させ、中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器において、前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサと、入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相のコイルに供給する電力を変化させるインバータと、前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき、前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、ロータの回転速度の高速度化および回転速度の高精度化を図ることができ、かつ外部の上位装置と同期してロータを回転させることができる。チョッパー分光器の現状の性能は、６００Ｈｚ，±０．２５マイクロ秒程度である。これに対して、本発明によれば、１０００Ｈｚの高速回転で、かつ回転速度変化（ばらつき）が±０．１マイクロ秒の高精度な回転を実現できる。また、外部の上位装置と同期してロータを回転させることで、発生源から出射されるパルス状の中性子ビームから、希望する正しいエネルギーレベルの中性子パルスを得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記モータ制御部は、外部の電子機器と電気的に接続され、該電子機器により入力された前記ロータの目標回転速度に応じた周波数指令値を前記インバータへ出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じた電力を、前記誘導モータの各相のコイルに供給することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じて、前記誘導モータの各相のコイルに電流が流れている時間の長さを制御するＰＷＭ制御信号を出力することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じた周波数の正弦波を、前記誘導モータの各相のコイルに出力することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器において、中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリットと、該スリットが搭載され該スリットと一体に回転するロータと、該ロータを回転させる誘導モータと、前記ロータを磁気浮上させる磁気軸受と、前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサとを有するフェルミ本体と、前記磁気軸受を制御して前記ロータを磁気浮上させる磁気浮上制御部と、入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相に供給する電力を変化させるインバータと、前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき、前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記フェルミ本体は、前記中性子ビームが通過する窓を有するハウジングを備え、前記ロータ、前記スリット、および前記磁気軸受が高真空にされた前記ハウジング内に収容されており、前記ロータは、高真空中で、磁気浮上されて回転することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、ロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させる回転制御装置において、前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサと、入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相のコイルに供給する電力を変化させるインバータと、前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とする。この構成によれば、ロータの回転速度の高速度化および回転速度の高精度化を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ロータの回転速度の高速度化および回転速度の高精度化を図ることができ、かつ外部の上位装置と同期してロータを回転させることができるチョッパー分光器が得られる。
【００１８】
本発明によれば、ロータの回転速度の高速度化および回転速度の高精度化を図ることができる回転制御装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図１は、一実施形態に係るチョッパー分光器１全体の構成を概略的に示している。図２は、チョッパー分光器１全体の更に詳細な構成を示している。図３は、フェルミ本体の内部構造を詳細に示している。図４は、フェルミ本体の構造を概略的に示している。図５は、フェルミ本体のロータを概略的に示している。図６は、ロータに搭載されてロータと一体に回転するスリットを概略的に示している。図７は、スリット支持部材にスリットが挿入された状態を示す横断面図である。そして、図８は、中性子ビームとスリットの関係を示す説明図である。
【００２０】
チョッパー分光器１は、中性子源（図示省略）で発生するパルス状の中性子ビームを単色化する装置である。このチョッパー分光器１は、図１に示すように、フェルミ本体２と、磁気浮上制御回路３と、インバータ４と、モータ制御回路５とを備える。
【００２１】
フェルミ本体２は、図１に示すように、中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリット１０と、スリット１０が搭載されこのスリット１０と一体に回転するロータ１１と、ロータ１１を回転させる誘導モータ１２と、ロータ１１を磁気浮上させる磁気軸受１３と、ロータ１１の回転速度と回転位置を検出する回転センサとしての光回転センサ１４とを有する。
【００２２】
フェルミ本体２は、図４に示すように、中性子ビームが通過する窓１５を有するハウジング１６を備える。このハウジング１６内部は高真空にされており、このハウジング１６内に、スリット１０、ロータ（シャフト）１１、誘導モータ１２および磁気軸受１３（図３参照）が収容されている。フェルミ本体２は、ロータ１１が高真空（１＊１０−６Ｐａ）中で、磁気浮上されて回転するようになっている。
【００２３】
ハウジング１６は、ベースプレート１７と、ベースプレート１７に固定された筒体１８と、この筒体１８に固定された筒体１９と、この筒体１９に固定され、左右に中性子ビームが透過する窓１５を有する筒体２０と、この筒体２０の上部開口端を塞ぐ蓋２１とを有する。
【００２４】
また、フェルミ本体２には、図３に示すように、ロータ１１をｘ，ｙ，ｚの３軸方向で磁気浮上させるために、スラスト磁気軸受２２、一対のラジアル磁気軸受２３，２４、スラスト制御センサ２５、および一対のラジアル制御センサ２６，２７が設けられている。磁気浮上制御回路３は、各センサ２５乃至２７で検出されるロータ１１のｘ，ｙ，ｚ位置に基づき、磁気軸受２２乃至２４の各電磁コイルへの給電を制御する。
【００２５】
図５に示すように、ロータ１１の上端部にあるフランジ２８に、スリット支持部材２９の下端部にあるフランジ３０が締結されている。これにより、スリット支持部材２９がロータ１１に固定されている。このスリット支持部材２９の溝２９ａに、図６に示すスリット１０が挿入されている。
【００２６】
このスリット１０は、ボロン繊維とアルミニウムの複合板からなる中性子遮蔽材（中性子遮蔽部）１０ａと、アルミニウムスペーサ（中性子透過部）１０ｂを複数回交互に重ねて、両側を保持部材１０ｃ、１０ｄで挟持している。中性子遮蔽材１０ａとアルミニウムスペーサ１０ｂはそれぞれ所定の曲率で湾曲している。中性子遮蔽材１０ａとアルミニウムスペーサ１０ｂは、交互に複数回重ねた状態で、中性子遮蔽材１０ａおよびアルミニウムスペーサ１０ｂと同じ曲率の曲面をそれぞれ持つ保持部材１０ｃ、１０ｄで挟まれている。このようなスリット１０が、スリット支持部材２９の溝２９ａに挿入されている。また、スリット１０は、複数のネジでスリット支持部材２９に固定される。これにより、スリット１０がロータ１１と一体に回転するようになっている。
【００２７】
ここで、中性子遮蔽材１０ａの厚さをｄとし、アルミニウムスペーサ１０ｂの幅をＷとすると、ロータ１１の直径Ｄおよびロータ１１の回転周波数ｆ（ロータ１１の回転速度）に対して、開口時間Δｔは、Δｔ＝２πＤｆで与えられる。
【００２８】
チョッパー分光器１では、ｆ＝６００ＨｚではΔｔ＝１．５μｓ程度、ｆ＝１ｋＨｚではΔｔ＝０．７μｓをそれぞれ目指している。
【００２９】
また、図１乃至図３に示すインバータ４は、入力される周波数指令値（例えば指令値６００Ｈｚ）に応じて三相交流電源の周波数を変え、誘導モータ１２の各相のコイル（ステータコイル）に供給する電力（電流値）を変化させる。例えば、インバータ４は、電流を自由にオン、オフすることのできる半導体素子を用い、モータ制御回路５から出力される周波数指令値に応じて、誘導モータ１２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各コイルに電流が流れている時間の長さを制御（ＰＷＭ制御）するＰＷＭ制御信号を出力して、誘導モータ１２の各相のコイルに供給する電力（電流値）を変化させる（ＰＷＭ方式の）構成になっている。
【００３０】
本実施形態で用いるインバータ４は、例えば、０．０１Ｈｚ刻みで、０．１〜１５００Ｈｚの範囲で周波数指令値を与えられる仕様の部品である。例えば、モータ制御回路５からインバータ４へ６００Ｈｚの周波数指令値を与えると、この指令値の周波数に応じた電力（電流値）が、誘導モータ１２の各相のコイルに供給されることになり、この周波数で誘導モータ１２が回転する。当然誘導モータ１２の回転速度誤差があるが、この誤差は光回転センサ１４で検出される回転速度が指令値（６００Ｈｚ）になるように、モータ制御回路５によりフィードバック制御される。このように、インバータ４は、モータ制御回路５から出力される周波数指令値に応じた電力（電流値）を、誘導モータ１２の各相のコイルに供給するようになっている。
【００３１】
図２に示すように、インバータ４の各入力端子（Ｒ，Ｓ，Ｔ）には、３つの位相差のある三相交流電源（３φ電源）３２からＲ，Ｓ，Ｔ各相の交流電源が、漏電遮断器３３、入力側リアクトル３４、ノイズフィルタ３５、電磁接触器３６、およびラジオノイズフィルタ３７を介してそれぞれ入力されるようになっている。また、インバータ４の各入力端子には、入力側ラジオノイズフィルタ３８が接続されている。
【００３２】
インバータ４の各出力端子（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、ラジオノイズフィルタ３９を介して誘導モータ１２のＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイルに接続されている。また、インバータ４の出力端子Ｗと、誘導モータ１２のＷ相のコイルとを接続する配線には、過電流保護のために、その配線に流れる電流を検出するためのカレントトランス（ＣＴ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）４０が設けられている。このカレントトランス４０により、その配線に所定のしきい値を越える過電流が流れていることが検出されると、電磁接触器３３が開状態になり、誘導モータ１２の各相のコイルへの電力供給が遮断されるようになっている。
【００３３】
また、インバータ４には、高調波抑制のために直流リアクトル４１が接続されている。また、インバータ４には、回生制動ユニット４２と制動抵抗器４３とが接続されている。さらに、インバータ４は、接地されている。そして、磁気浮上制御回路３には電源４４が接続されている。
【００３４】
モータ制御回路５は、ロータ１１の目標回転速度に応じた周波数指令値をインバータ４へ出力すると共に、光回転センサ１４で検出されるロータ１１の回転速度（回転周波数ｆ）に基づき、誘導モータ１２の回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と、光回転センサ１４で検出されるロータ１１の回転位置とに基づき、誘導モータ１２の位相を制御する位相制御と、を行うようになっている。
【００３５】
チョッパー分光器１には、パルス状の中性子ビームを発生させる加速器の発生源から、パルス状の中性子ビームが２５Ｈｚごとに飛んでくる。そのため、モータ制御回路５には、２５Ｈｚごと（４０ｍｓごと）のパルス状の中性子ビーム５０（図８参照）の発生周期である２５Ｈｚのクロック信号が同期信号として入力されている。
【００３６】
モータ制御回路５は、外部から入力されるその同期信号（２５Ｈｚのクロック信号）をロータ１１の位相の目標値として使用し、この同期信号と光回転センサ１４で検出されるロータ１２の回転位置とに基づき、誘導モータ１２の位相を制御する位相制御を行う。この位相制御を行うことにより、図８に示すように、スリット１０と一体に回転するロータ１１を加速器の発生源で発生するパルス状の中性子ビーム５０の発生に同期して回転させることができる。これにより、スリット１０の中性子透過部であるアルミニウムスペーサ１０ｂが中性子ビーム５０と平行になったときにのみ、中性子を、アルミニウムスペーサ１０ｂを透過させて単色化を行うことができる。つまり、希望する中性子エネルギーのパルスを生成できる。
【００３７】
また、モータ制御回路５は、このモータ制御回路５とネットワーク、例えばＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して電子機器としてのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４５と電気的に接続されている。ＰＣ４５で入力されたロータ１１の目標回転速度の情報がモータ制御回路５に出力されると、モータ制御回路５は、その目標回転速度に応じた周波数指令値をインバータ４へ出力するようになっている。さらに、モータ制御回路５は、ロータ１１の回転速度、回転位置等の情報をＰＣ４５へ転送して、それらの情報をＰＣ４５で表示させるモニタ機能を備えている。
【００３８】
なお、図３および図４に示すフェルミ本体２には、ロータ１１が運転開始するとき、または静止するときに、ロータ１１をラジアルおよびアキシャルの２方向で支持する軽負荷の機械的なベアリング（タッチダウンベアリング）が設けられている。
【００３９】
以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
・ロータ１１の回転速度の高速度化および回転速度精度の高精度化を実現できる。つまり、ロータ１１を高速回転で、かつ回転速度変化（ばらつき）の小さい高精度で回転させることができる。
・加速器などの外部の上位装置と同期してロータ１１を回転させることができる。これにより、加速器の発生源で発生するパルス状の中性子ビーム５０の発生時刻とフェルミ本体２のスリット１０での中性子透過時刻を同期させることができ、その発生源から出射されるパルス状の中性子ビームから、希望する正しいエネルギーレベルの中性子パルスを得ることができる。
・インバータ４として、０．０１Ｈｚ刻みで、０．１〜１５００Ｈｚの範囲で周波数指令値を与えられる仕様の部品を用いることで、モータ制御回路５からインバータ４へ１０００Ｈｚの周波数指令値を与えると、１０００Ｈｚの高速回転で、かつ±０．１マイクロ秒の高精度回転が得られる。
・高分解能チョッパー分光器（ＨＲＣ）で、Ｅ＝２ｅＶまでの領域でΔＥ／Ｅｉ＝１％のエネルギー分解能を実現するために要求されるスリット（フェルミチョッパー）１０の開口時間ΔＴ＝０．７２マイクロ秒を実現できる。
【００４０】
（実施例）
上記一実施形態において、モータ制御回路５からインバータ４へ４００Ｈｚの周波数指令値を与えた実験では、ロータ１１の回転精度は、３９９．９７Ｈｚから３９９．９８Ｈｚの値を示した。よって、ロータ１１の回転速度変化（ばらつき）は０．０１Ｈｚの範囲内で変化していることが、確認できた。
【００４１】
なお、加速器の発生源で発生するパルス状の中性子ビーム５０（図８参照）が伝搬してくる中性子ビームライン内での運転は、無負荷運転状態であり、かつロータ１１は高真空中で磁気浮上されて回転するので、ロータ１１の機械的な負荷（摩擦、攪拌損失）はほとんど無視できる。したがって、ロータ１１の上記の回転精度の幅（０．０１Ｈｚの範囲）は、４００Ｈｚ以外の指令値条件、例えば、６００Ｈｚや１０００Ｈｚの周波数指令値の場合にも満足できると判断している。
【００４２】
この回転精度について対象とするチョッパー分光器１のフェルミ本体（フェルミチョッパー）２の仕様上の特性から評価すると下記のようになる。
【００４３】
ロータ１１の回転速度変化（ばらつき）をΔＴとし、ロータ１１の回転によるスリット１０の開口時間をΔｔとすると、
【数１】
の関係が維持されなければならない。一方、中性子ビーム５０の発散角度を５ｍｒａｄとして２ｅＶのエネルギーの中性子ビームを制御するには、ΔＴ＝０．７２マイクロ秒であることから、ΔＴは、数式１へ代入して
【数２】
となる。
【００４４】
上述したように、ΔＴ＝０．０１Ｈｚを得られた。よって、フェルミ本体（フェルミチョッパー）２を有するチョッパー分光器１の要求仕様を十分満足している。
【００４５】
（比較例）
図９は、比較例に係るチョッパー分光器の制御系を示している。このチョッパー分光器１００は、図１に示す一実施形態に係るチョッパー分光器１と同様のフェルミ本体２を用いている。このチョッパー分光器１００において、従来のＴＭＰと同様にモータ制御回路１０５から磁気浮上制御回路（ＴＭＰ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１０３へアナログ信号（電圧信号）を指令値として与え、ロータ１１の回転数の最適化を狙った試験を行った。
【００４６】
この試験結果から、回転精度（ロータ１１の回転速度変化）は別として、６００Ｈｚまでの高速度回転が可能であることが判明した。しかし、モータ制御回路１０５から磁気浮上制御回路１０３へ出力されるアナログ信号（電圧信号）に対して、ロータ１１の回転数は、図１０に示すように１Ｈｚごとに離散化されていて、その回転数を連続的に制御できなかった。なお、図１０において、ａ点，ｂ点，ｃ点，ｄ点およびｅ点は、モータ制御回路１０５から磁気浮上制御回路１０３へ出力されるアナログ信号の電圧を１．０８０（Ｖ），１．０８１（Ｖ），１．０８２（Ｖ），１．０８３（Ｖ）および１．０８４（Ｖ）としてときのロータ１１の回転数（周波数）をそれぞれ示している。
【００４７】
また、比較例のチョッパー分光器１００を、実際に中性子ビームラインに設置し、ロータ１１を１００Ｈｚで回転した試験結果を図１１に示す。図１１のグラフから、透過中性子強度が７ミリ秒（７ｍｓ）の幅を持っており、チョッパー分光器としての機能を果たせないことが分かる。
【００４８】
以上説明した比較例から理解できるように、図９に示すような従来のＴＭＰの制御系は、同図に示すフェルミ本体２を有しかつ高い回転精度が必要なフェルミチョッパーに不適である。また、従来のＴＭＰの制御系には外部信号に同期する機能がない。
【００４９】
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記一実施形態において、インバータ４は、モータ制御回路５から出力される周波数指令値に応じた周波数の正弦波を、誘導モータの各相のコイル（ステータコイル）に出力して、誘導モータ１２の各相のコイルに供給する電力（電流値）を変化させる（正弦波変調方式の）構成であってもよい。
・上記一実施形態では、一例として本発明を具体化したチョッパー分光器１について説明したが、本発明は、チョッパー分光器に限らず、真空中で磁気浮上されて回転するロータを高速度でかつ高精度で回転させることが要求される装置（回転制御装置）に広く適用可能である。例えば、現在のＴＭＰ自体には高精度な回転制御は不要のようであるが、将来ＴＭＰにおいて高速度でかつ高精度で回転させることが要求される場合に本発明を有効に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一実施形態に係るチョッパー分光器全体の概略構成を示すブロック図。
【図２】チョッパー分光器全体の更に詳細な構成を示すブロック図。
【図３】フェルミ本体の内部構成を詳細に示すブロック図。
【図４】フェルミ本体の構造を概略的に示す断面図。
【図５】フェルミ本体のロータを概略的に示す断面図。
【図６】ロータと一体に回転するスリットを概略的に示す斜視図。
【図７】スリット支持部材にスリットが挿入された状態を示す断面図。
【図８】中性子ビームとスリットの関係を示す説明図。
【図９】比較例の制御系を示すブロック図。
【図１０】比較例の試験で得られた電圧と周波数の関係を示すグラフ。
【図１１】比較例のチョッパー分光器を用いた試験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５１】
１：チョッパー分光器
２：フェルミ本体
３：磁気浮上制御回路
４：インバータ
５：モータ制御回路
１０：スリット
１０ａ：中性子遮蔽材（中性子遮蔽部）
１０ｂ：アルミニウムスペーサ（中性子透過部）
１１：ロータ
１２：誘導モータ
１３：磁気軸受
１４：光回転センサ
１５：窓
１６：ハウジング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリットと一体に回転するロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させ、中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器、およびロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させる回転制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させる装置として、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Ｔｕｒｂｏ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｕｍｐ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ＴＭＰに用いる磁気軸受の制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
一方、特許文献３には、パルス中性子非弾性散乱測定で用いられるフェルミチョッパーに関し、磁気ベアリングによりロータを真空中に浮上させ、６００Ｈｚもの高速回転が実現されていることが記載されている。そのロータには中性子透過窓に相当するスリットパッケージが装填される。
【特許文献１】特開平１０−２８１０９３号公報
【特許文献２】特開２００２−１３５３２号公報
【特許文献３】特開２００７−３０３９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＴＭＰは、速度の制御精度（ロータの回転速度精度）は１Ｈｚレベルの制御精度であり、また、同期制御が不要であることから、その制御回路の搭載がされていない。
【０００５】
一方、フェルミチョッパーは、６００Ｈｚ、±０．２５マイクロ秒が現状性能である。
【０００６】
本発明の目的は、回転速度の高速化および回転速度の高精度化を図ると共に、外部装置と同期運転を可能にしたチョッパー分光器を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、回転速度の高速化および回転速度の高精度化を図った回転制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリットと一体に回転するロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させ、中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器において、前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサと、入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相のコイルに供給する電力を変化させるインバータと、前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき、前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、ロータの回転速度の高速度化および回転速度の高精度化を図ることができ、かつ外部の上位装置と同期してロータを回転させることができる。チョッパー分光器の現状の性能は、６００Ｈｚ，±０．２５マイクロ秒程度である。これに対して、本発明によれば、１０００Ｈｚの高速回転で、かつ回転速度変化（ばらつき）が±０．１マイクロ秒の高精度な回転を実現できる。また、外部の上位装置と同期してロータを回転させることで、発生源から出射されるパルス状の中性子ビームから、希望する正しいエネルギーレベルの中性子パルスを得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記モータ制御部は、外部の電子機器と電気的に接続され、該電子機器により入力された前記ロータの目標回転速度に応じた周波数指令値を前記インバータへ出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じた電力を、前記誘導モータの各相のコイルに供給することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じて、前記誘導モータの各相のコイルに電流が流れている時間の長さを制御するＰＷＭ制御信号を出力することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じた周波数の正弦波を、前記誘導モータの各相のコイルに出力することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器において、中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリットと、該スリットが搭載され該スリットと一体に回転するロータと、該ロータを回転させる誘導モータと、前記ロータを磁気浮上させる磁気軸受と、前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサとを有するフェルミ本体と、前記磁気軸受を制御して前記ロータを磁気浮上させる磁気浮上制御部と、入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相に供給する電力を変化させるインバータと、前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき、前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記フェルミ本体は、前記中性子ビームが通過する窓を有するハウジングを備え、前記ロータ、前記スリット、および前記磁気軸受が高真空にされた前記ハウジング内に収容されており、前記ロータは、高真空中で、磁気浮上されて回転することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、ロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させる回転制御装置において、前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサと、入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相のコイルに供給する電力を変化させるインバータと、前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とする。この構成によれば、ロータの回転速度の高速度化および回転速度の高精度化を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ロータの回転速度の高速度化および回転速度の高精度化を図ることができ、かつ外部の上位装置と同期してロータを回転させることができるチョッパー分光器が得られる。
【００１８】
本発明によれば、ロータの回転速度の高速度化および回転速度の高精度化を図ることができる回転制御装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図１は、一実施形態に係るチョッパー分光器１全体の構成を概略的に示している。図２は、チョッパー分光器１全体の更に詳細な構成を示している。図３は、フェルミ本体の内部構造を詳細に示している。図４は、フェルミ本体の構造を概略的に示している。図５は、フェルミ本体のロータを概略的に示している。図６は、ロータに搭載されてロータと一体に回転するスリットを概略的に示している。図７は、スリット支持部材にスリットが挿入された状態を示す横断面図である。そして、図８は、中性子ビームとスリットの関係を示す説明図である。
【００２０】
チョッパー分光器１は、中性子源（図示省略）で発生するパルス状の中性子ビームを単色化する装置である。このチョッパー分光器１は、図１に示すように、フェルミ本体２と、磁気浮上制御回路３と、インバータ４と、モータ制御回路５とを備える。
【００２１】
フェルミ本体２は、図１に示すように、中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリット１０と、スリット１０が搭載されこのスリット１０と一体に回転するロータ１１と、ロータ１１を回転させる誘導モータ１２と、ロータ１１を磁気浮上させる磁気軸受１３と、ロータ１１の回転速度と回転位置を検出する回転センサとしての光回転センサ１４とを有する。
【００２２】
フェルミ本体２は、図４に示すように、中性子ビームが通過する窓１５を有するハウジング１６を備える。このハウジング１６内部は高真空にされており、このハウジング１６内に、スリット１０、ロータ（シャフト）１１、誘導モータ１２および磁気軸受１３（図３参照）が収容されている。フェルミ本体２は、ロータ１１が高真空（１＊１０−６Ｐａ）中で、磁気浮上されて回転するようになっている。
【００２３】
ハウジング１６は、ベースプレート１７と、ベースプレート１７に固定された筒体１８と、この筒体１８に固定された筒体１９と、この筒体１９に固定され、左右に中性子ビームが透過する窓１５を有する筒体２０と、この筒体２０の上部開口端を塞ぐ蓋２１とを有する。
【００２４】
また、フェルミ本体２には、図３に示すように、ロータ１１をｘ，ｙ，ｚの３軸方向で磁気浮上させるために、スラスト磁気軸受２２、一対のラジアル磁気軸受２３，２４、スラスト制御センサ２５、および一対のラジアル制御センサ２６，２７が設けられている。磁気浮上制御回路３は、各センサ２５乃至２７で検出されるロータ１１のｘ，ｙ，ｚ位置に基づき、磁気軸受２２乃至２４の各電磁コイルへの給電を制御する。
【００２５】
図５に示すように、ロータ１１の上端部にあるフランジ２８に、スリット支持部材２９の下端部にあるフランジ３０が締結されている。これにより、スリット支持部材２９がロータ１１に固定されている。このスリット支持部材２９の溝２９ａに、図６に示すスリット１０が挿入されている。
【００２６】
このスリット１０は、ボロン繊維とアルミニウムの複合板からなる中性子遮蔽材（中性子遮蔽部）１０ａと、アルミニウムスペーサ（中性子透過部）１０ｂを複数回交互に重ねて、両側を保持部材１０ｃ、１０ｄで挟持している。中性子遮蔽材１０ａとアルミニウムスペーサ１０ｂはそれぞれ所定の曲率で湾曲している。中性子遮蔽材１０ａとアルミニウムスペーサ１０ｂは、交互に複数回重ねた状態で、中性子遮蔽材１０ａおよびアルミニウムスペーサ１０ｂと同じ曲率の曲面をそれぞれ持つ保持部材１０ｃ、１０ｄで挟まれている。このようなスリット１０が、スリット支持部材２９の溝２９ａに挿入されている。また、スリット１０は、複数のネジでスリット支持部材２９に固定される。これにより、スリット１０がロータ１１と一体に回転するようになっている。
【００２７】
ここで、中性子遮蔽材１０ａの厚さをｄとし、アルミニウムスペーサ１０ｂの幅をＷとすると、ロータ１１の直径Ｄおよびロータ１１の回転周波数ｆ（ロータ１１の回転速度）に対して、開口時間Δｔは、Δｔ＝２πＤｆで与えられる。
【００２８】
チョッパー分光器１では、ｆ＝６００ＨｚではΔｔ＝１．５μｓ程度、ｆ＝１ｋＨｚではΔｔ＝０．７μｓをそれぞれ目指している。
【００２９】
また、図１乃至図３に示すインバータ４は、入力される周波数指令値（例えば指令値６００Ｈｚ）に応じて三相交流電源の周波数を変え、誘導モータ１２の各相のコイル（ステータコイル）に供給する電力（電流値）を変化させる。例えば、インバータ４は、電流を自由にオン、オフすることのできる半導体素子を用い、モータ制御回路５から出力される周波数指令値に応じて、誘導モータ１２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各コイルに電流が流れている時間の長さを制御（ＰＷＭ制御）するＰＷＭ制御信号を出力して、誘導モータ１２の各相のコイルに供給する電力（電流値）を変化させる（ＰＷＭ方式の）構成になっている。
【００３０】
本実施形態で用いるインバータ４は、例えば、０．０１Ｈｚ刻みで、０．１〜１５００Ｈｚの範囲で周波数指令値を与えられる仕様の部品である。例えば、モータ制御回路５からインバータ４へ６００Ｈｚの周波数指令値を与えると、この指令値の周波数に応じた電力（電流値）が、誘導モータ１２の各相のコイルに供給されることになり、この周波数で誘導モータ１２が回転する。当然誘導モータ１２の回転速度誤差があるが、この誤差は光回転センサ１４で検出される回転速度が指令値（６００Ｈｚ）になるように、モータ制御回路５によりフィードバック制御される。このように、インバータ４は、モータ制御回路５から出力される周波数指令値に応じた電力（電流値）を、誘導モータ１２の各相のコイルに供給するようになっている。
【００３１】
図２に示すように、インバータ４の各入力端子（Ｒ，Ｓ，Ｔ）には、３つの位相差のある三相交流電源（３φ電源）３２からＲ，Ｓ，Ｔ各相の交流電源が、漏電遮断器３３、入力側リアクトル３４、ノイズフィルタ３５、電磁接触器３６、およびラジオノイズフィルタ３７を介してそれぞれ入力されるようになっている。また、インバータ４の各入力端子には、入力側ラジオノイズフィルタ３８が接続されている。
【００３２】
インバータ４の各出力端子（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、ラジオノイズフィルタ３９を介して誘導モータ１２のＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイルに接続されている。また、インバータ４の出力端子Ｗと、誘導モータ１２のＷ相のコイルとを接続する配線には、過電流保護のために、その配線に流れる電流を検出するためのカレントトランス（ＣＴ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）４０が設けられている。このカレントトランス４０により、その配線に所定のしきい値を越える過電流が流れていることが検出されると、電磁接触器３３が開状態になり、誘導モータ１２の各相のコイルへの電力供給が遮断されるようになっている。
【００３３】
また、インバータ４には、高調波抑制のために直流リアクトル４１が接続されている。また、インバータ４には、回生制動ユニット４２と制動抵抗器４３とが接続されている。さらに、インバータ４は、接地されている。そして、磁気浮上制御回路３には電源４４が接続されている。
【００３４】
モータ制御回路５は、ロータ１１の目標回転速度に応じた周波数指令値をインバータ４へ出力すると共に、光回転センサ１４で検出されるロータ１１の回転速度（回転周波数ｆ）に基づき、誘導モータ１２の回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と、光回転センサ１４で検出されるロータ１１の回転位置とに基づき、誘導モータ１２の位相を制御する位相制御と、を行うようになっている。
【００３５】
チョッパー分光器１には、パルス状の中性子ビームを発生させる加速器の発生源から、パルス状の中性子ビームが２５Ｈｚごとに飛んでくる。そのため、モータ制御回路５には、２５Ｈｚごと（４０ｍｓごと）のパルス状の中性子ビーム５０（図８参照）の発生周期である２５Ｈｚのクロック信号が同期信号として入力されている。
【００３６】
モータ制御回路５は、外部から入力されるその同期信号（２５Ｈｚのクロック信号）をロータ１１の位相の目標値として使用し、この同期信号と光回転センサ１４で検出されるロータ１２の回転位置とに基づき、誘導モータ１２の位相を制御する位相制御を行う。この位相制御を行うことにより、図８に示すように、スリット１０と一体に回転するロータ１１を加速器の発生源で発生するパルス状の中性子ビーム５０の発生に同期して回転させることができる。これにより、スリット１０の中性子透過部であるアルミニウムスペーサ１０ｂが中性子ビーム５０と平行になったときにのみ、中性子を、アルミニウムスペーサ１０ｂを透過させて単色化を行うことができる。つまり、希望する中性子エネルギーのパルスを生成できる。
【００３７】
また、モータ制御回路５は、このモータ制御回路５とネットワーク、例えばＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して電子機器としてのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４５と電気的に接続されている。ＰＣ４５で入力されたロータ１１の目標回転速度の情報がモータ制御回路５に出力されると、モータ制御回路５は、その目標回転速度に応じた周波数指令値をインバータ４へ出力するようになっている。さらに、モータ制御回路５は、ロータ１１の回転速度、回転位置等の情報をＰＣ４５へ転送して、それらの情報をＰＣ４５で表示させるモニタ機能を備えている。
【００３８】
なお、図３および図４に示すフェルミ本体２には、ロータ１１が運転開始するとき、または静止するときに、ロータ１１をラジアルおよびアキシャルの２方向で支持する軽負荷の機械的なベアリング（タッチダウンベアリング）が設けられている。
【００３９】
以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
・ロータ１１の回転速度の高速度化および回転速度精度の高精度化を実現できる。つまり、ロータ１１を高速回転で、かつ回転速度変化（ばらつき）の小さい高精度で回転させることができる。
・加速器などの外部の上位装置と同期してロータ１１を回転させることができる。これにより、加速器の発生源で発生するパルス状の中性子ビーム５０の発生時刻とフェルミ本体２のスリット１０での中性子透過時刻を同期させることができ、その発生源から出射されるパルス状の中性子ビームから、希望する正しいエネルギーレベルの中性子パルスを得ることができる。
・インバータ４として、０．０１Ｈｚ刻みで、０．１〜１５００Ｈｚの範囲で周波数指令値を与えられる仕様の部品を用いることで、モータ制御回路５からインバータ４へ１０００Ｈｚの周波数指令値を与えると、１０００Ｈｚの高速回転で、かつ±０．１マイクロ秒の高精度回転が得られる。
・高分解能チョッパー分光器（ＨＲＣ）で、Ｅ＝２ｅＶまでの領域でΔＥ／Ｅｉ＝１％のエネルギー分解能を実現するために要求されるスリット（フェルミチョッパー）１０の開口時間ΔＴ＝０．７２マイクロ秒を実現できる。
【００４０】
（実施例）
上記一実施形態において、モータ制御回路５からインバータ４へ４００Ｈｚの周波数指令値を与えた実験では、ロータ１１の回転精度は、３９９．９７Ｈｚから３９９．９８Ｈｚの値を示した。よって、ロータ１１の回転速度変化（ばらつき）は０．０１Ｈｚの範囲内で変化していることが、確認できた。
【００４１】
なお、加速器の発生源で発生するパルス状の中性子ビーム５０（図８参照）が伝搬してくる中性子ビームライン内での運転は、無負荷運転状態であり、かつロータ１１は高真空中で磁気浮上されて回転するので、ロータ１１の機械的な負荷（摩擦、攪拌損失）はほとんど無視できる。したがって、ロータ１１の上記の回転精度の幅（０．０１Ｈｚの範囲）は、４００Ｈｚ以外の指令値条件、例えば、６００Ｈｚや１０００Ｈｚの周波数指令値の場合にも満足できると判断している。
【００４２】
この回転精度について対象とするチョッパー分光器１のフェルミ本体（フェルミチョッパー）２の仕様上の特性から評価すると下記のようになる。
【００４３】
ロータ１１の回転速度変化（ばらつき）をΔＴとし、ロータ１１の回転によるスリット１０の開口時間をΔｔとすると、
【数１】
の関係が維持されなければならない。一方、中性子ビーム５０の発散角度を５ｍｒａｄとして２ｅＶのエネルギーの中性子ビームを制御するには、ΔＴ＝０．７２マイクロ秒であることから、ΔＴは、数式１へ代入して
【数２】
となる。
【００４４】
上述したように、ΔＴ＝０．０１Ｈｚを得られた。よって、フェルミ本体（フェルミチョッパー）２を有するチョッパー分光器１の要求仕様を十分満足している。
【００４５】
（比較例）
図９は、比較例に係るチョッパー分光器の制御系を示している。このチョッパー分光器１００は、図１に示す一実施形態に係るチョッパー分光器１と同様のフェルミ本体２を用いている。このチョッパー分光器１００において、従来のＴＭＰと同様にモータ制御回路１０５から磁気浮上制御回路（ＴＭＰ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１０３へアナログ信号（電圧信号）を指令値として与え、ロータ１１の回転数の最適化を狙った試験を行った。
【００４６】
この試験結果から、回転精度（ロータ１１の回転速度変化）は別として、６００Ｈｚまでの高速度回転が可能であることが判明した。しかし、モータ制御回路１０５から磁気浮上制御回路１０３へ出力されるアナログ信号（電圧信号）に対して、ロータ１１の回転数は、図１０に示すように１Ｈｚごとに離散化されていて、その回転数を連続的に制御できなかった。なお、図１０において、ａ点，ｂ点，ｃ点，ｄ点およびｅ点は、モータ制御回路１０５から磁気浮上制御回路１０３へ出力されるアナログ信号の電圧を１．０８０（Ｖ），１．０８１（Ｖ），１．０８２（Ｖ），１．０８３（Ｖ）および１．０８４（Ｖ）としてときのロータ１１の回転数（周波数）をそれぞれ示している。
【００４７】
また、比較例のチョッパー分光器１００を、実際に中性子ビームラインに設置し、ロータ１１を１００Ｈｚで回転した試験結果を図１１に示す。図１１のグラフから、透過中性子強度が７ミリ秒（７ｍｓ）の幅を持っており、チョッパー分光器としての機能を果たせないことが分かる。
【００４８】
以上説明した比較例から理解できるように、図９に示すような従来のＴＭＰの制御系は、同図に示すフェルミ本体２を有しかつ高い回転精度が必要なフェルミチョッパーに不適である。また、従来のＴＭＰの制御系には外部信号に同期する機能がない。
【００４９】
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記一実施形態において、インバータ４は、モータ制御回路５から出力される周波数指令値に応じた周波数の正弦波を、誘導モータの各相のコイル（ステータコイル）に出力して、誘導モータ１２の各相のコイルに供給する電力（電流値）を変化させる（正弦波変調方式の）構成であってもよい。
・上記一実施形態では、一例として本発明を具体化したチョッパー分光器１について説明したが、本発明は、チョッパー分光器に限らず、真空中で磁気浮上されて回転するロータを高速度でかつ高精度で回転させることが要求される装置（回転制御装置）に広く適用可能である。例えば、現在のＴＭＰ自体には高精度な回転制御は不要のようであるが、将来ＴＭＰにおいて高速度でかつ高精度で回転させることが要求される場合に本発明を有効に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一実施形態に係るチョッパー分光器全体の概略構成を示すブロック図。
【図２】チョッパー分光器全体の更に詳細な構成を示すブロック図。
【図３】フェルミ本体の内部構成を詳細に示すブロック図。
【図４】フェルミ本体の構造を概略的に示す断面図。
【図５】フェルミ本体のロータを概略的に示す断面図。
【図６】ロータと一体に回転するスリットを概略的に示す斜視図。
【図７】スリット支持部材にスリットが挿入された状態を示す断面図。
【図８】中性子ビームとスリットの関係を示す説明図。
【図９】比較例の制御系を示すブロック図。
【図１０】比較例の試験で得られた電圧と周波数の関係を示すグラフ。
【図１１】比較例のチョッパー分光器を用いた試験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５１】
１：チョッパー分光器
２：フェルミ本体
３：磁気浮上制御回路
４：インバータ
５：モータ制御回路
１０：スリット
１０ａ：中性子遮蔽材（中性子遮蔽部）
１０ｂ：アルミニウムスペーサ（中性子透過部）
１１：ロータ
１２：誘導モータ
１３：磁気軸受
１４：光回転センサ
１５：窓
１６：ハウジング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリットと一体に回転するロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させ、中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器において、
前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサと、
入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相のコイルに供給する電力を変化させるインバータと、
前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき、前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とするチョッパー分光器。
【請求項２】
前記モータ制御部は、外部の電子機器と電気的に接続され、該電子機器により入力された前記ロータの目標回転速度に応じた周波数指令値を前記インバータへ出力することを特徴とする請求項２に記載の回転制御装置。
【請求項３】
前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じた電力を、前記誘導モータの各相のコイルに供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のチョッパー分光器。
【請求項４】
前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じて、前記誘導モータの各相のコイルに電流が流れている時間の長さを制御するＰＷＭ制御信号を出力することを特徴とする請求項３に記載のチョッパー分光器。
【請求項５】
前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じた周波数の正弦波を、前記誘導モータの各相のコイルに出力することを特徴とする請求項３に記載のチョッパー分光器。
【請求項６】
中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器において、
中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリットと、該スリットが搭載され該スリットと一体に回転するロータと、該ロータを回転させる誘導モータと、前記ロータを磁気浮上させる磁気軸受と、前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサとを有するフェルミ本体と、
前記磁気軸受を制御して前記ロータを磁気浮上させる磁気浮上制御部と、
入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相に供給する電力を変化させるインバータと、
前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき、前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とするチョッパー分光器。
【請求項７】
前記フェルミ本体は、前記中性子ビームが通過する窓を有するハウジングを備え、前記ロータ、前記スリット、および前記磁気軸受が高真空にされた前記ハウジング内に収容されており、前記ロータは、高真空中で、磁気浮上されて回転することを特徴とする請求項６に記載のチョッパー分光器。
【請求項８】
ロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させる回転制御装置において、
前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサと、
入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相のコイルに供給する電力を変化させるインバータと、
前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とする回転制御装置。
【請求項１】
中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリットと一体に回転するロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させ、中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器において、
前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサと、
入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相のコイルに供給する電力を変化させるインバータと、
前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき、前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とするチョッパー分光器。
【請求項２】
前記モータ制御部は、外部の電子機器と電気的に接続され、該電子機器により入力された前記ロータの目標回転速度に応じた周波数指令値を前記インバータへ出力することを特徴とする請求項２に記載の回転制御装置。
【請求項３】
前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じた電力を、前記誘導モータの各相のコイルに供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のチョッパー分光器。
【請求項４】
前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じて、前記誘導モータの各相のコイルに電流が流れている時間の長さを制御するＰＷＭ制御信号を出力することを特徴とする請求項３に記載のチョッパー分光器。
【請求項５】
前記インバータは、前記モータ制御部から出力される周波数指令値に応じた周波数の正弦波を、前記誘導モータの各相のコイルに出力することを特徴とする請求項３に記載のチョッパー分光器。
【請求項６】
中性子源で発生するパルス状の中性子ビームを単色化するチョッパー分光器において、
中性子透過部と中性子遮蔽部が交互に積層されたスリットと、該スリットが搭載され該スリットと一体に回転するロータと、該ロータを回転させる誘導モータと、前記ロータを磁気浮上させる磁気軸受と、前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサとを有するフェルミ本体と、
前記磁気軸受を制御して前記ロータを磁気浮上させる磁気浮上制御部と、
入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相に供給する電力を変化させるインバータと、
前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき、前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、外部から入力される同期信号と前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とするチョッパー分光器。
【請求項７】
前記フェルミ本体は、前記中性子ビームが通過する窓を有するハウジングを備え、前記ロータ、前記スリット、および前記磁気軸受が高真空にされた前記ハウジング内に収容されており、前記ロータは、高真空中で、磁気浮上されて回転することを特徴とする請求項６に記載のチョッパー分光器。
【請求項８】
ロータを高真空中で磁気浮上させて誘導モータにより回転させる回転制御装置において、
前記ロータの回転速度と回転位置を検出する回転センサと、
入力される周波数指令値に応じて前記誘導モータの各相のコイルに供給する電力を変化させるインバータと、
前記インバータを制御して前記誘導モータを駆動制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、周波数指令値を前記インバータへ出力し、前記回転センサで検出される前記ロータの回転速度に基づき前記誘導モータの回転速度を制御する速度制御と、前記回転センサで検出される前記ロータの回転位置とに基づき、前記誘導モータの位相を制御する位相制御と、を行うことを特徴とする回転制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２５９０２（Ｐ２０１０−２５９０２Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９１１０４（Ｐ２００８−１９１１０４）
【出願日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（５０４１５１３６５）大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 (125)
【出願人】（５０８２２４４０９）有限会社テクノエーピー (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（５０４１５１３６５）大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 (125)
【出願人】（５０８２２４４０９）有限会社テクノエーピー (2)
【Ｆターム（参考）】
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