磁気浮上装置
【課題】電磁石の浮上制御電流には主にセンシングキャリア周波数より低い周波数の成分が含まれているので、電磁石電流からセンシングキャリア成分のみを抽出して増幅したとしても、位置検出用信号のＳＮ比を上げることは困難であった。
【解決手段】電磁石ＭＧの駆動信号中に混入されているセンシングキャリア成分を検出することにより被支持体１２と電磁石ＭＧとの距離ｘを検出するに際し、電磁石駆動回路６の電源端子間に接続されているバイパスコンデンサＣに流れるセンシングキャリア成分を検出する。このことにより、位置検出信号のＳＮ比を上げることができる。これは、高い周波数を持つセンシングキャリア成分は主にバイパスコンデンサＣから供給されるという点に着目したものである。
【解決手段】電磁石ＭＧの駆動信号中に混入されているセンシングキャリア成分を検出することにより被支持体１２と電磁石ＭＧとの距離ｘを検出するに際し、電磁石駆動回路６の電源端子間に接続されているバイパスコンデンサＣに流れるセンシングキャリア成分を検出する。このことにより、位置検出信号のＳＮ比を上げることができる。これは、高い周波数を持つセンシングキャリア成分は主にバイパスコンデンサＣから供給されるという点に着目したものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサレス型の磁気浮上装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているセンサレス型の磁気浮上装置では、電磁石のコイルに流れるキャリア信号成分を抽出することにより、浮上対象物である被支持体の位置を検出することが知られている。
特許文献１では、電磁石コイルに流れる電磁石電流を可変制御するためにパルス幅変調（ＰＷＭ）型の電源が用いられ、電磁石コイルに流れるリップル電流成分を測定することにより被支持体の位置を検出している。
特許文献２では、ＰＷＭ電流制御パワーアンプから供給された電磁石電流をＣＴで検出し、検出した電磁石電流を微分した後にサンプル／ホールドし、サンプル／ホールドした電圧の差分を求めることにより被支持体と電磁石の距離を検出している。この手法は、ＰＷＭのキャリヤ周波数によるスイッチングリップル電流を微分したリップル電圧は電磁石のコア間距離に対応する自己インダクタンスに反比例しており、且つ、トランジスタのＯＮ，ＯＦＦで電圧Ｅの極性が反転していることを利用したものである。
また、位置検出用のセンシングキャリア信号を外部から供給することも広く知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１１８３２９号公報
【特許文献２】特開平１１−８２５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電磁石のＤＣバイアス電流は勿論のこと、浮上制御電流にはセンシングキャリア周波数より低い周波数の成分が主に含まれているので、電磁石電流からセンシングキャリア成分のみを抽出して増幅したとしても、位置検出用信号のＳＮ比を上げることは困難であり、その結果として被支持体に対する制御性が悪いという問題があった。しかも、電磁石が大型化してコイルのインダクタンスが大きくなるほど、この問題点が顕著になるという傾向がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分を検出することにより、被支持体と前記電磁石との距離を検出する磁気浮上装置において、前記電磁石を駆動する電磁石駆動回路の電源端子間に接続されているコンデンサと、前記電磁石の駆動に伴って前記コンデンサに流れる前記信号成分を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記信号成分に基づいて前記被支持体の浮上位置を演算する位置演算手段と、前記位置演算手段により演算された前記浮上位置に基づいて前記電磁石駆動回路の電磁石駆動電流を制御する制御手段とを備えている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、前記電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分として、前記電磁石をＰＷＭ駆動する際に生じるリップル成分を用いる。
請求項３の発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、前記電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分として、前記電磁石駆動回路の外部から注入されたセンシングキャリア成分を用いる。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、前記電磁石駆動回路は、前記被支持体を挟んで対向配置された一対の電磁石コイルをそれぞれ駆動する一対の電磁石駆動回路であって、前記一対の電磁石コイルにそれぞれ流れる前記信号成分の差分を検出する差分検出手段をさらに備える。
請求項５の発明は、請求項４に記載の磁気浮上装置において、前記差分検出手段は、前記一対の電磁石駆動回路の電源端子間にそれぞれ接続されている各コンデンサの電流差成分を検出する電流トランスと、前記一対の電磁石駆動回路にそれぞれ設けられている電源端子を介して流出入する電流成分のうち前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段とを備える。
請求項６の発明は、請求項４に記載の磁気浮上装置において、前記一対の電磁石コイルにそれぞれ流れる前記信号成分は同一周波数であって逆の位相関係を有し、前記差分検出手段は、前記一対の電磁石駆動回路にそれぞれ設けられているプラス側電源端子とマイナス側電源端子を共通電位とするための並列接続手段と、前記並列接続手段と電源側との間に接続されており、前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段と、前記接続手段を介して接続されている前記一対の電磁石駆動回路と並列に接続されたコンデンサに流れる電流を検出する電流検出用抵抗を備える。
請求項７の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、同一の電源に対して複数の前記電磁石駆動回路が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路における前記信号成分が前記電源側に流出しないように、前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段を、それぞれの電磁石駆動回路に接続する。
請求項８の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、同一の電源に対して複数の前記電磁石駆動回路が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路における前記信号成分の周波数を異ならせる。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に係る磁気浮上装置によれば、電磁石駆動回路の電源端子間に接続されているバイパスコンデンサに流れる信号成分（スイッチング駆動により生じたリップル成分、または外部から供給されたセンシングキャリア成分）を検出することにより、位置検出信号のＳＮ比を上げることができる。この請求項１は、電磁石電流のうちＤＣバイアス電流成分および比較的低周波の浮上制御電流成分は、バイパスコンデンサの有無とは関係なく電源から直接供給されるのに対して、より高周波の信号成分（スイッチング駆動により生じたリップル成分、または外部から供給されたセンシングキャリア成分）は主にバイパスコンデンサから供給されるという点に着目したものである。その結果として、位置検出信号のＳＮ比を向上させ、もって被支持体の浮上位置制御をより正確に行うことができる。
請求項２に係る磁気浮上装置によれば、電磁石をＰＷＭ駆動する際に生じたリップル成分を検出するので、センシングキャリア成分を外部から供給することなく位置検出信号のＳＮ比を向上させることができる。
請求項３に係る磁気浮上装置によれば、外部からセンシングキャリア成分を供給するので、適切な周波数のキャリア信号を選択することができる。
請求項４に係る磁気浮上装置によれば、簡易な回路構成にも拘わらず位置検出信号のＳＮ比を向上させることができる。
請求項５に係る磁気浮上装置によれば、電流トランス（ＣＴ）を用いて所定周波数の信号の差成分を直接検出することができるので、被支持体が目標浮上位置から外れた際の状況を的確に表す位置信号を得ることができる。
請求項６に係る磁気浮上装置によれば、電流検出用抵抗を用いて信号の差成分を直接検出することができるので、被支持体が目標浮上位置から外れた際の状況を的確に表す位置信号を得ることができる。
請求項７および請求項８に係る磁気浮上装置によれば、複数の電磁石を駆動する際に、同一の電源に対して複数の前記電磁石駆動回路を並列に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明を適用した磁気浮上装置の全体構成図である。
【図２】電流検出用抵抗を用いた実施の形態１を示すブロック図である。
【図３】電流トランスを用いた実施の形態１を示すブロック図である。
【図４】電磁石駆動回路を複数備えた実施の形態２を示すブロック図である。
【図５】実施の形態２で用いるターボ分子ポンプの全体構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示したターボ分子ポンプ本体の詳細な断面構成図である。
【図７】図５に示したターボ分子ポンプの５軸制御型磁気軸受について説明するための摸式図である。
【図８】対向配置された電磁石を駆動するために電流トランスを用いた実施の形態２を示すブロック図である。
【図９】対向配置された電磁石を駆動するために一つのバイパスコンデンサと一つの電流検出用抵抗を用いた実施の形態２を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明を適用した磁気浮上装置の全体構成図である。この磁気浮上装置では、被支持体１２を浮上させる電磁石ＭＧ（電磁石コイル８とヨーク１０から成る）の駆動信号にセンシングキャリア成分を重畳しておき、電磁石駆動回路６の電源端子間に接続されているバイパスコンデンサＣに流れるセンシングキャリア成分を検出することにより、被支持体１２と電磁石ＭＧの間の距離ｘを検出する。
【００１０】
図１において、電磁石駆動回路６の電源端子Ｔ（＋）およびＴ（−）には、直流電源である電源回路２が接続されている。この電源端子Ｔ（＋）およびＴ（−）には、いわゆるバイパスコンデンサＣが接続されており、電磁石駆動回路６に対して瞬時に変動する電力成分を供給する。より具体的には、センシングキャリア発生回路１４により発生されたセンシングキャリア成分を電磁石電流に重畳させるための電力が、主としてバイパスコンデンサＣから供給されることに着目して、本実施の形態では、バイパスコンデンサＣに流れる電流（すなわち、センシングキャリア成分）を電流検出回路４により検出している。
【００１１】
本実施の形態では、いわゆる二象限駆動電流アンプを含むＰＷＭ生成器を電磁石駆動回路６として用いている。しかしながら、電磁石駆動回路６としては、いわゆる単象限駆動電流アンプあるいは二象限駆動電流アンプのみならず、その他のレギュレータ（例えば、入力電圧を降下させて出力電圧を得るドロッパ型レギュレータなど）など、従来から知られている様々な電磁石駆動回路を用いることができる。センシングキャリア発生回路１４から供給されたセンシングキャリア成分は、電磁石駆動回路６に含まれている加算器（図示せず）によりＰＷＭ制御信号と加算され、電磁石電流にセンシングキャリア成分が重畳される。
【００１２】
さらに換言すると、本実施の形態ではバイパスコンデンサＣに流れるセンシングキャリア成分を電流検出回路４により検出しているが、その根拠は次の着目点によるものである。すなわち、電磁石電流のうちバイアス電流（ＤＣ）成分および比較的低周波の浮上制御電流成分は、バイパスコンデンサＣの有無とは関係なく電源回路２から供給されるのに対して、より高周波のセンシングキャリア成分は主にバイパスコンデンサＣから供給されるという点に着目したものである。このことにより、センシングキャリア成分のＳＮ比を格段に向上させている。
【００１３】
電流検出回路４により検出された電流成分には、センシングキャリア成分以外の帯域成分も含まれているので、バンドバスフィルタ１６によりセンシングキャリア成分のみを抽出する。その後、抽出されたセンシングキャリア成分は浮上位置演算回路１８に送られ、被支持体１２と電磁石ＭＧの間の距離ｘが演算される。その演算結果に基づいて、被支持体の目標浮上位置からのずれを補償するための電流指令値を電流指令値回路２０で設定し、電磁石駆動回路６０に送出する。
【００１４】
次に、電流検出器４の具体的な回路構成を図２および図３を用いて説明する。図２では、電流検出用抵抗Ｒ２０を用い、その端子間電圧を電流検出信号として用いている。なお、図２以降の図面において、電磁石駆動回路はＤｍｎ（ｍ，ｎは数字）で表し、電磁石駆動回路の電源端子はＴｍｎで表し、バイパスコンデンサはＣｍｎで表し、電源回路はＰｍｎで表している。電流検出用抵抗Ｒ２０を用いることにより、回路全体の小型化を図ることができる。
【００１５】
電流検出器４の他の具体的な回路構成は、図３に示すように、電流トランスＣＴ３を用いる。この電流トランスＣＴ３を用いることにより、電磁石駆動系と検出信号処理系とをアイソレートすることができるという利点が得られる。
【００１６】
−実施の形態１による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）電磁石ＭＧの駆動信号中に混入されている所定周波数のセンシングキャリア成分を検出することにより、被支持体１２と電磁石ＭＧとの距離ｘを検出する磁気浮上装置において、電磁石ＭＧを駆動する電磁石駆動回路６の電源端子（Ｔ（＋），Ｔ（−））間に接続されているバイパスコンデンサＣと、電磁石ＭＧの駆動に伴ってバイパスコンデンサＣに流れるセンシングキャリア成分を検出する電流検出器４およびバンドパスフィルタ１６と、検出されたセンシングキャリア成分に基づいて被支持体の浮上位置を演算する浮上位置演算回路１８と、演算された浮上位置に基づいて電磁石駆動回路６の電磁石駆動電流を制御する電流指令値設定回路２０とを備えているので、電磁石駆動回路６の電源端子間に接続されているバイパスコンデンサＣに流れるセンシングキャリア成分を検出することにより、位置検出信号のＳＮ比を上げることができる。すなわち、電磁石電流のうちＤＣバイアス電流成分および比較的低周波の浮上制御電流成分は、バイパスコンデンサＣの有無とは関係なく電源回路２から直接供給されるのに対して、より高周波のセンシングキャリア成分は主にバイパスコンデンサＣから供給されるという点に着目することにより、位置検出信号のＳＮ比を向上させ、もって被支持体１２の浮上位置制御をより正確に行うことができる。
【００１７】
（２）電磁石ＭＧの駆動信号中に混入されている所定周波数のセンシングキャリア成分として、電磁石駆動回路６の外部にあるセンシングキャリア発生回路１４から注入されたセンシングキャリア成分を用いるので、適切な周波数のキャリア信号を選択することができる。
【００１８】
＜実施の形態２＞
上述した実施の形態１では、一つの電磁石駆動回路を用いる場合について述べたが、多くの磁気浮上装置では複数の電磁石駆動回路が装着されている。そこで、以下に述べる実施の形態２では、単一の電源回路から複数の電磁石駆動回路に電力を供給する場合について説明する。この実施の形態２に特有な部分以外の回路構成については、図１に示した回路構成を用いる。
【００１９】
図４は、電磁石駆動回路を複数備えた実施の形態２を示すブロック図である。本図のバイパスコンデンサＣ４０は電磁石駆動回路Ｄ４６に対してセンシングキャリア成分を供給し、他方のバイパスコンデンサＣ４１は電磁石駆動回路Ｄ４７に対してセンシングキャリア成分を供給している。しかしながら、これらのセンシングキャリア成分が互いに混ざってしまうのを防止するために、電源回路Ｐ４０の（＋）側と各電磁石駆動回路Ｄ４６，Ｄ４７との間にローパスフィルタＬＰ４０，ＬＰ４１を設けてある。いま、センシングキャリア成分の周波数がｆｓであるとすると、ローパスフィルタＬＰ４０，ＬＰ４１のカットオフ周波数ｆｃを上記ｆｓ以下に設定することにより、センシングキャリア成分の流出を防ぐことができる。
【００２０】
バイパスコンデンサＣ４０に流れる電流（センシングキャリア成分）は電流検出用抵抗Ｒ４０で検出し、バイパスコンデンサＣ４１に流れる電流（センシングキャリア成分）は電流検出用抵抗Ｒ４１で検出する。このことにより、回路の小型化を図ることができる。
【００２１】
また、先に図３を参照して説明した通り、電流検出用抵抗Ｒ４０，Ｒ４１の替わりに、電流トランス（図示せず）を用いることにより、後段側回路とのアイソレートを実現することができる。
【００２２】
さらに、ローパスフィルタＬＰ４０，ＬＰ４１を挿入することができない場合には、電流検出用抵抗Ｒ４０，Ｒ４１を用いたとしても、電磁石駆動回路Ｄ４６のセンシングキャリア周波数と電磁石駆動回路Ｄ４７のセンシングキャリア周波数とを異なった値に設定しておくことで、後段のバンドバス処理により両センシングキャリア成分を区別することができる。
【００２３】
回転体を浮上させる場合には、回転体を挟んで対向配置した電磁石を用いることにより、回転体を目標位置に浮上させることができる。そこで、以下の説明では、分子ターボポンプの回転体を磁気浮上させる場合について説明していく。
【００２４】
図５は、実施の形態２を適用したターボ分子ポンプの全体構成図である。図５の（Ａ）に示すように、ポンプ本体１００はシャフトを回転させるモータ１６０と、電磁石コイル５１，５２，５３を備えている。これらモータ１６０および電磁石コイル５１，５２，５３の機械的構成は、図６を参照して後に説明する。電磁石コイル５１，５２，５３は、５軸制御型磁気軸受を構成するために５対の電磁石コイルＬpiおよびＬmi（ｉ＝１，２，３，４，５）から成っている。５軸制御型磁気軸受の詳細については、後に図７を参照して説明する。
【００２５】
図５の（Ｂ）は、ターボ分子ポンプのシャフト１３０と電磁石コイルＬpiおよびＬmiの相対的位置関係を摸式的に示している。本図に示すように、シャフト１３０を挟んで対峙する位置に一対の電磁石コイルＬpiおよびＬmiが配置されている。電磁石コイルＬpiおよびＬmiに流れる電磁石電流は、これら両電磁石コイルに印加されるＰＷＭ電圧のデューティ比を変更することにより可変制御される。
【００２６】
図６は、図５に示したターボ分子ポンプ本体の詳細な断面構成図である。ポンプ本体１００に設けられたケーシング１２０の内部には、モータ１６０により回転駆動される回転体１４０が設けられている。回転体１４０の素材にはアルミ合金が用いられ、回転体１４０には複数段のロータ翼２１およびネジ溝部２２が形成されている。回転体１４０の中心部にはシャフト１３０がある。軸方向に配設された複数段のロータ翼２１に対しては複数段のステータ翼２３が交互に配設され、ネジ溝部２２に対しては径方向に僅かな隙間を介して筒状部材２４が配設されている。ロータ翼２１およびステータ翼２３は、タービン翼で構成されている。各ステータ翼２３はスペーサ２５によって所定の間隔に維持されており、最上段のスペーサ２５の上端は、ケーシング１２０の上端内側に設けられた突起部分に当接している。ケーシング１２０をベース２８に固定することにより、軸方向交互に重ねられたステータ翼２３およびスペーサ２５はケーシング２０の上端部分とベース２８との間に挟持される。
【００２７】
モータ１６０により回転体１４０を高速回転すると、排気作用が生じる。その結果、吸気口側のガスが矢印Ｇ１のように排気され、排気口２６に接続された補助ポンプ（図示せず）によってポンプ外へと排出される。ロータ翼２１およびステータ翼２３による排気作用は高真空側で有効に作用し、ネジ溝部２２および筒状部材２４による排気作用は低真空側で有効に作用するものであり、ガスの凝縮による生成物付着は低真空側においてより顕著に発生する。ポンプ本体のベース２８にはヒータ２９が設けられており、生成物が付着しやすいガスを排気する場合には、このヒータ２９によりポンプ温度を上昇させて生成物の付着を抑制する。その際、冷却装置３０による冷却とヒータ２９による加熱とを制御してポンプ温度の制御を行う。冷却装置３０は冷却水により冷却を行うものであり、電磁バルブ等により流量を調節することにより冷却効果の制御を行う。
【００２８】
図５および図６に示したターボ分子ポンプは５軸制御型磁気軸受ターボ分子ポンプであり、回転体１４０はラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１，５２とアキシャル磁気軸受を構成する電磁石５３とにより非接触支持される。２７は非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはメカニカルベアリング２７により回転体１４０が支持される。
【００２９】
図７は、ターボ分子ポンプの５軸制御型磁気軸受について説明するための摸式図である。本図では、シャフト１３０の回転軸Ｊがｚ軸に一致するように示してある。図６に示したラジアル電磁石５１は、図７に示すように４つの電磁石５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄで構成されている。電磁石５１ａ，５１ｂはそれぞれｘ軸に沿ったX1−方向，X1＋方向に配設され、電磁石５１ｃ，５１ｄはそれぞれｙ軸に沿ったY1−方向，Y1＋方向に配設されている。同様に、ラジアル電磁石５２も４つの電磁石５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄで構成されており、電磁石５２ａ，５２ｂはそれぞれｘ軸に沿ったX2−方向，X2＋方向に配設され、電磁石５２ｃ，５２ｄはそれぞれｙ軸に沿ったY2−方向，Y2＋方向に配設されている。アキシャル電磁石５３は、シャフト３の下端に設けられたディスク４１をｚ軸に沿って挟むように対向して配設された電磁石５３ａ，５３ｂから成る。電磁石５３ａ，５３ｂは、それぞれｚ軸に沿ったZ−方向，Z＋方向に配設される。
【００３０】
対向配置された電磁石を駆動するためには、図４で述べた回路構成を用いことができるが、他の駆動回路について、以下に説明する。
【００３１】
図８は、対向配置された電磁石を駆動するために電流トランスを用いた実施の形態２を示すブロック図である。被支持体を挟んで対向配置された電磁石を用いて被支持体を磁気浮上させる際に、周波数および位相が同一のセンシングキャリアをそれぞれの電磁石電流に重畳させる。そして、バイパスコンデンサＣ８０およびＣ８１に流れる各電流の差成分を電流トランスで検出し、後段の回路（図示せず）で同期検波することにより、目標浮上位置（中立位置）を零として正負に振れる位置信号を得ることができる。
【００３２】
図９は、対向配置された電磁石を駆動するために一つのバイパスコンデンサと一つの電流検出用抵抗を用いた実施の形態２を示すブロック図である。本図では、対向配置した２つの電磁石について、周波数が同じであり且つ位相を反転させたセンシングキャリアを用いる。そして、２つの電磁石駆動回路Ｄ９６およびＤ９７で共用するバイパスコンデンサＣ９０の電流を電流検出用抵抗Ｒ９０で検出することにより、両センシングキャリア成分の差を得ることができる。その後、後段の回路（図示せず）で同期検波することにより、目標浮上位置（中立位置）を零として正負に振れる位置信号を得ることができる。
【００３３】
−実施の形態２による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）被支持体を挟んで対向配置された一対の電磁石をそれぞれ駆動する一対の電磁石駆動回路Ｄ８６，Ｄ８７またはＤ９６，Ｄ９７を備え、それら一対の電磁石駆動回路から各電磁石コイルにそれぞれ供給されるセンシングキャリア成分の差分を検出する差分検出手段として電流トランスＣＴ８０または電流検出用抵抗Ｒ９０備えているので、簡易な回路構成にも拘わらず位置検出信号のＳＮ比を向上させることができる。
【００３４】
（２）一対の電磁石駆動回路Ｄ８６，Ｄ８７の電源端子間にそれぞれ接続されている各バイパスコンデンサＣ８０，Ｃ８１の電流差成分を検出する電流トランスＣＴ８０と、一対の電磁石駆動回路Ｄ８６，Ｄ８７にそれぞれ設けられている電源端子を介して電源側から流入する電流成分のうちセンシングキャリア周波数以下の電流成分のみを通過させるローパスフィルタＬＰ８０，ＬＰ８１とを備えているので、センシングキャリア成分の差を電流トランス（ＣＴ）により直接検出することができる。
【００３５】
（３）一対の電磁石駆動回路Ｄ９６，Ｄ９７から各電磁石に供給されるセンシングキャリアは同一周波数であって逆の位相関係を有しており、一対の電磁石駆動回路Ｄ９６，Ｄ９７にそれぞれ設けられている各プラス側電源端子と各マイナス側電源端子を接続し、電源側から流入する電流成分のうちキャリア周波数以下の電流成分のみを通過させるローパスフィルタＬＰ９０と、一対の電磁石駆動回路Ｄ９６，Ｄ９７と並列に接続された共用バイパスコンデンサＣ９０に流れる電流を検出する電流検出用抵抗Ｒ９０を備えているので、電流検出用抵抗を用いてキャリア信号の差成分を直接検出することができる。
【００３６】
（４）同一の電源回路Ｐ４０に対して複数の電磁石駆動回路Ｄ４６，Ｄ４７が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路Ｄ４６，Ｄ４７におけるセンシングキャリア成分が電源回路側に流出しないように、センシングキャリア周波数以下の電流成分のみを通過させるローパスフィルタＬＰ４０，ＬＰ４１を各電磁石駆動回路に接続しているので、同一の電源に対して複数の電磁石駆動回路を並列に接続することができる。
【００３７】
（５）同一の電源回路Ｐ４０に対して複数の電磁石駆動回路Ｄ４６，Ｄ４７が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路におけるセンシングキャリアの周波数を異ならせることにより、ローパスフィルタＬＰ４０，ＬＰ４１を不要とすることができる。
【００３８】
＜その他の変形例＞
（１）実施の形態１では、電磁石駆動回路にセンシングキャリア発生回路１４を接続していたが、二象限駆動電流アンプなどを用いて電磁石コイルをＰＷＭ駆動する場合には、外部からセンシングキャリア成分を注入する必要はない。すなわち、ＰＷＭ駆動をする際に生じるリップル成分を検出することにより、センシングキャリア成分を外部から供給することなく位置検出信号を得ることができる。
【００３９】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
２ 電源回路
４ 電流検出器
６ 電磁石駆動回路
８ 電磁石コイル
１０ ヨーク
１２ 被支持体
１４ センシングキャリア発生回路
１６ バンドパスフィルタ
１８ 浮上位置演算回路
２０ 電流指令値設定回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサレス型の磁気浮上装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているセンサレス型の磁気浮上装置では、電磁石のコイルに流れるキャリア信号成分を抽出することにより、浮上対象物である被支持体の位置を検出することが知られている。
特許文献１では、電磁石コイルに流れる電磁石電流を可変制御するためにパルス幅変調（ＰＷＭ）型の電源が用いられ、電磁石コイルに流れるリップル電流成分を測定することにより被支持体の位置を検出している。
特許文献２では、ＰＷＭ電流制御パワーアンプから供給された電磁石電流をＣＴで検出し、検出した電磁石電流を微分した後にサンプル／ホールドし、サンプル／ホールドした電圧の差分を求めることにより被支持体と電磁石の距離を検出している。この手法は、ＰＷＭのキャリヤ周波数によるスイッチングリップル電流を微分したリップル電圧は電磁石のコア間距離に対応する自己インダクタンスに反比例しており、且つ、トランジスタのＯＮ，ＯＦＦで電圧Ｅの極性が反転していることを利用したものである。
また、位置検出用のセンシングキャリア信号を外部から供給することも広く知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１１８３２９号公報
【特許文献２】特開平１１−８２５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電磁石のＤＣバイアス電流は勿論のこと、浮上制御電流にはセンシングキャリア周波数より低い周波数の成分が主に含まれているので、電磁石電流からセンシングキャリア成分のみを抽出して増幅したとしても、位置検出用信号のＳＮ比を上げることは困難であり、その結果として被支持体に対する制御性が悪いという問題があった。しかも、電磁石が大型化してコイルのインダクタンスが大きくなるほど、この問題点が顕著になるという傾向がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分を検出することにより、被支持体と前記電磁石との距離を検出する磁気浮上装置において、前記電磁石を駆動する電磁石駆動回路の電源端子間に接続されているコンデンサと、前記電磁石の駆動に伴って前記コンデンサに流れる前記信号成分を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記信号成分に基づいて前記被支持体の浮上位置を演算する位置演算手段と、前記位置演算手段により演算された前記浮上位置に基づいて前記電磁石駆動回路の電磁石駆動電流を制御する制御手段とを備えている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、前記電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分として、前記電磁石をＰＷＭ駆動する際に生じるリップル成分を用いる。
請求項３の発明は、請求項１に記載の磁気浮上装置において、前記電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分として、前記電磁石駆動回路の外部から注入されたセンシングキャリア成分を用いる。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、前記電磁石駆動回路は、前記被支持体を挟んで対向配置された一対の電磁石コイルをそれぞれ駆動する一対の電磁石駆動回路であって、前記一対の電磁石コイルにそれぞれ流れる前記信号成分の差分を検出する差分検出手段をさらに備える。
請求項５の発明は、請求項４に記載の磁気浮上装置において、前記差分検出手段は、前記一対の電磁石駆動回路の電源端子間にそれぞれ接続されている各コンデンサの電流差成分を検出する電流トランスと、前記一対の電磁石駆動回路にそれぞれ設けられている電源端子を介して流出入する電流成分のうち前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段とを備える。
請求項６の発明は、請求項４に記載の磁気浮上装置において、前記一対の電磁石コイルにそれぞれ流れる前記信号成分は同一周波数であって逆の位相関係を有し、前記差分検出手段は、前記一対の電磁石駆動回路にそれぞれ設けられているプラス側電源端子とマイナス側電源端子を共通電位とするための並列接続手段と、前記並列接続手段と電源側との間に接続されており、前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段と、前記接続手段を介して接続されている前記一対の電磁石駆動回路と並列に接続されたコンデンサに流れる電流を検出する電流検出用抵抗を備える。
請求項７の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、同一の電源に対して複数の前記電磁石駆動回路が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路における前記信号成分が前記電源側に流出しないように、前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段を、それぞれの電磁石駆動回路に接続する。
請求項８の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、同一の電源に対して複数の前記電磁石駆動回路が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路における前記信号成分の周波数を異ならせる。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に係る磁気浮上装置によれば、電磁石駆動回路の電源端子間に接続されているバイパスコンデンサに流れる信号成分（スイッチング駆動により生じたリップル成分、または外部から供給されたセンシングキャリア成分）を検出することにより、位置検出信号のＳＮ比を上げることができる。この請求項１は、電磁石電流のうちＤＣバイアス電流成分および比較的低周波の浮上制御電流成分は、バイパスコンデンサの有無とは関係なく電源から直接供給されるのに対して、より高周波の信号成分（スイッチング駆動により生じたリップル成分、または外部から供給されたセンシングキャリア成分）は主にバイパスコンデンサから供給されるという点に着目したものである。その結果として、位置検出信号のＳＮ比を向上させ、もって被支持体の浮上位置制御をより正確に行うことができる。
請求項２に係る磁気浮上装置によれば、電磁石をＰＷＭ駆動する際に生じたリップル成分を検出するので、センシングキャリア成分を外部から供給することなく位置検出信号のＳＮ比を向上させることができる。
請求項３に係る磁気浮上装置によれば、外部からセンシングキャリア成分を供給するので、適切な周波数のキャリア信号を選択することができる。
請求項４に係る磁気浮上装置によれば、簡易な回路構成にも拘わらず位置検出信号のＳＮ比を向上させることができる。
請求項５に係る磁気浮上装置によれば、電流トランス（ＣＴ）を用いて所定周波数の信号の差成分を直接検出することができるので、被支持体が目標浮上位置から外れた際の状況を的確に表す位置信号を得ることができる。
請求項６に係る磁気浮上装置によれば、電流検出用抵抗を用いて信号の差成分を直接検出することができるので、被支持体が目標浮上位置から外れた際の状況を的確に表す位置信号を得ることができる。
請求項７および請求項８に係る磁気浮上装置によれば、複数の電磁石を駆動する際に、同一の電源に対して複数の前記電磁石駆動回路を並列に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明を適用した磁気浮上装置の全体構成図である。
【図２】電流検出用抵抗を用いた実施の形態１を示すブロック図である。
【図３】電流トランスを用いた実施の形態１を示すブロック図である。
【図４】電磁石駆動回路を複数備えた実施の形態２を示すブロック図である。
【図５】実施の形態２で用いるターボ分子ポンプの全体構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示したターボ分子ポンプ本体の詳細な断面構成図である。
【図７】図５に示したターボ分子ポンプの５軸制御型磁気軸受について説明するための摸式図である。
【図８】対向配置された電磁石を駆動するために電流トランスを用いた実施の形態２を示すブロック図である。
【図９】対向配置された電磁石を駆動するために一つのバイパスコンデンサと一つの電流検出用抵抗を用いた実施の形態２を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明を適用した磁気浮上装置の全体構成図である。この磁気浮上装置では、被支持体１２を浮上させる電磁石ＭＧ（電磁石コイル８とヨーク１０から成る）の駆動信号にセンシングキャリア成分を重畳しておき、電磁石駆動回路６の電源端子間に接続されているバイパスコンデンサＣに流れるセンシングキャリア成分を検出することにより、被支持体１２と電磁石ＭＧの間の距離ｘを検出する。
【００１０】
図１において、電磁石駆動回路６の電源端子Ｔ（＋）およびＴ（−）には、直流電源である電源回路２が接続されている。この電源端子Ｔ（＋）およびＴ（−）には、いわゆるバイパスコンデンサＣが接続されており、電磁石駆動回路６に対して瞬時に変動する電力成分を供給する。より具体的には、センシングキャリア発生回路１４により発生されたセンシングキャリア成分を電磁石電流に重畳させるための電力が、主としてバイパスコンデンサＣから供給されることに着目して、本実施の形態では、バイパスコンデンサＣに流れる電流（すなわち、センシングキャリア成分）を電流検出回路４により検出している。
【００１１】
本実施の形態では、いわゆる二象限駆動電流アンプを含むＰＷＭ生成器を電磁石駆動回路６として用いている。しかしながら、電磁石駆動回路６としては、いわゆる単象限駆動電流アンプあるいは二象限駆動電流アンプのみならず、その他のレギュレータ（例えば、入力電圧を降下させて出力電圧を得るドロッパ型レギュレータなど）など、従来から知られている様々な電磁石駆動回路を用いることができる。センシングキャリア発生回路１４から供給されたセンシングキャリア成分は、電磁石駆動回路６に含まれている加算器（図示せず）によりＰＷＭ制御信号と加算され、電磁石電流にセンシングキャリア成分が重畳される。
【００１２】
さらに換言すると、本実施の形態ではバイパスコンデンサＣに流れるセンシングキャリア成分を電流検出回路４により検出しているが、その根拠は次の着目点によるものである。すなわち、電磁石電流のうちバイアス電流（ＤＣ）成分および比較的低周波の浮上制御電流成分は、バイパスコンデンサＣの有無とは関係なく電源回路２から供給されるのに対して、より高周波のセンシングキャリア成分は主にバイパスコンデンサＣから供給されるという点に着目したものである。このことにより、センシングキャリア成分のＳＮ比を格段に向上させている。
【００１３】
電流検出回路４により検出された電流成分には、センシングキャリア成分以外の帯域成分も含まれているので、バンドバスフィルタ１６によりセンシングキャリア成分のみを抽出する。その後、抽出されたセンシングキャリア成分は浮上位置演算回路１８に送られ、被支持体１２と電磁石ＭＧの間の距離ｘが演算される。その演算結果に基づいて、被支持体の目標浮上位置からのずれを補償するための電流指令値を電流指令値回路２０で設定し、電磁石駆動回路６０に送出する。
【００１４】
次に、電流検出器４の具体的な回路構成を図２および図３を用いて説明する。図２では、電流検出用抵抗Ｒ２０を用い、その端子間電圧を電流検出信号として用いている。なお、図２以降の図面において、電磁石駆動回路はＤｍｎ（ｍ，ｎは数字）で表し、電磁石駆動回路の電源端子はＴｍｎで表し、バイパスコンデンサはＣｍｎで表し、電源回路はＰｍｎで表している。電流検出用抵抗Ｒ２０を用いることにより、回路全体の小型化を図ることができる。
【００１５】
電流検出器４の他の具体的な回路構成は、図３に示すように、電流トランスＣＴ３を用いる。この電流トランスＣＴ３を用いることにより、電磁石駆動系と検出信号処理系とをアイソレートすることができるという利点が得られる。
【００１６】
−実施の形態１による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）電磁石ＭＧの駆動信号中に混入されている所定周波数のセンシングキャリア成分を検出することにより、被支持体１２と電磁石ＭＧとの距離ｘを検出する磁気浮上装置において、電磁石ＭＧを駆動する電磁石駆動回路６の電源端子（Ｔ（＋），Ｔ（−））間に接続されているバイパスコンデンサＣと、電磁石ＭＧの駆動に伴ってバイパスコンデンサＣに流れるセンシングキャリア成分を検出する電流検出器４およびバンドパスフィルタ１６と、検出されたセンシングキャリア成分に基づいて被支持体の浮上位置を演算する浮上位置演算回路１８と、演算された浮上位置に基づいて電磁石駆動回路６の電磁石駆動電流を制御する電流指令値設定回路２０とを備えているので、電磁石駆動回路６の電源端子間に接続されているバイパスコンデンサＣに流れるセンシングキャリア成分を検出することにより、位置検出信号のＳＮ比を上げることができる。すなわち、電磁石電流のうちＤＣバイアス電流成分および比較的低周波の浮上制御電流成分は、バイパスコンデンサＣの有無とは関係なく電源回路２から直接供給されるのに対して、より高周波のセンシングキャリア成分は主にバイパスコンデンサＣから供給されるという点に着目することにより、位置検出信号のＳＮ比を向上させ、もって被支持体１２の浮上位置制御をより正確に行うことができる。
【００１７】
（２）電磁石ＭＧの駆動信号中に混入されている所定周波数のセンシングキャリア成分として、電磁石駆動回路６の外部にあるセンシングキャリア発生回路１４から注入されたセンシングキャリア成分を用いるので、適切な周波数のキャリア信号を選択することができる。
【００１８】
＜実施の形態２＞
上述した実施の形態１では、一つの電磁石駆動回路を用いる場合について述べたが、多くの磁気浮上装置では複数の電磁石駆動回路が装着されている。そこで、以下に述べる実施の形態２では、単一の電源回路から複数の電磁石駆動回路に電力を供給する場合について説明する。この実施の形態２に特有な部分以外の回路構成については、図１に示した回路構成を用いる。
【００１９】
図４は、電磁石駆動回路を複数備えた実施の形態２を示すブロック図である。本図のバイパスコンデンサＣ４０は電磁石駆動回路Ｄ４６に対してセンシングキャリア成分を供給し、他方のバイパスコンデンサＣ４１は電磁石駆動回路Ｄ４７に対してセンシングキャリア成分を供給している。しかしながら、これらのセンシングキャリア成分が互いに混ざってしまうのを防止するために、電源回路Ｐ４０の（＋）側と各電磁石駆動回路Ｄ４６，Ｄ４７との間にローパスフィルタＬＰ４０，ＬＰ４１を設けてある。いま、センシングキャリア成分の周波数がｆｓであるとすると、ローパスフィルタＬＰ４０，ＬＰ４１のカットオフ周波数ｆｃを上記ｆｓ以下に設定することにより、センシングキャリア成分の流出を防ぐことができる。
【００２０】
バイパスコンデンサＣ４０に流れる電流（センシングキャリア成分）は電流検出用抵抗Ｒ４０で検出し、バイパスコンデンサＣ４１に流れる電流（センシングキャリア成分）は電流検出用抵抗Ｒ４１で検出する。このことにより、回路の小型化を図ることができる。
【００２１】
また、先に図３を参照して説明した通り、電流検出用抵抗Ｒ４０，Ｒ４１の替わりに、電流トランス（図示せず）を用いることにより、後段側回路とのアイソレートを実現することができる。
【００２２】
さらに、ローパスフィルタＬＰ４０，ＬＰ４１を挿入することができない場合には、電流検出用抵抗Ｒ４０，Ｒ４１を用いたとしても、電磁石駆動回路Ｄ４６のセンシングキャリア周波数と電磁石駆動回路Ｄ４７のセンシングキャリア周波数とを異なった値に設定しておくことで、後段のバンドバス処理により両センシングキャリア成分を区別することができる。
【００２３】
回転体を浮上させる場合には、回転体を挟んで対向配置した電磁石を用いることにより、回転体を目標位置に浮上させることができる。そこで、以下の説明では、分子ターボポンプの回転体を磁気浮上させる場合について説明していく。
【００２４】
図５は、実施の形態２を適用したターボ分子ポンプの全体構成図である。図５の（Ａ）に示すように、ポンプ本体１００はシャフトを回転させるモータ１６０と、電磁石コイル５１，５２，５３を備えている。これらモータ１６０および電磁石コイル５１，５２，５３の機械的構成は、図６を参照して後に説明する。電磁石コイル５１，５２，５３は、５軸制御型磁気軸受を構成するために５対の電磁石コイルＬpiおよびＬmi（ｉ＝１，２，３，４，５）から成っている。５軸制御型磁気軸受の詳細については、後に図７を参照して説明する。
【００２５】
図５の（Ｂ）は、ターボ分子ポンプのシャフト１３０と電磁石コイルＬpiおよびＬmiの相対的位置関係を摸式的に示している。本図に示すように、シャフト１３０を挟んで対峙する位置に一対の電磁石コイルＬpiおよびＬmiが配置されている。電磁石コイルＬpiおよびＬmiに流れる電磁石電流は、これら両電磁石コイルに印加されるＰＷＭ電圧のデューティ比を変更することにより可変制御される。
【００２６】
図６は、図５に示したターボ分子ポンプ本体の詳細な断面構成図である。ポンプ本体１００に設けられたケーシング１２０の内部には、モータ１６０により回転駆動される回転体１４０が設けられている。回転体１４０の素材にはアルミ合金が用いられ、回転体１４０には複数段のロータ翼２１およびネジ溝部２２が形成されている。回転体１４０の中心部にはシャフト１３０がある。軸方向に配設された複数段のロータ翼２１に対しては複数段のステータ翼２３が交互に配設され、ネジ溝部２２に対しては径方向に僅かな隙間を介して筒状部材２４が配設されている。ロータ翼２１およびステータ翼２３は、タービン翼で構成されている。各ステータ翼２３はスペーサ２５によって所定の間隔に維持されており、最上段のスペーサ２５の上端は、ケーシング１２０の上端内側に設けられた突起部分に当接している。ケーシング１２０をベース２８に固定することにより、軸方向交互に重ねられたステータ翼２３およびスペーサ２５はケーシング２０の上端部分とベース２８との間に挟持される。
【００２７】
モータ１６０により回転体１４０を高速回転すると、排気作用が生じる。その結果、吸気口側のガスが矢印Ｇ１のように排気され、排気口２６に接続された補助ポンプ（図示せず）によってポンプ外へと排出される。ロータ翼２１およびステータ翼２３による排気作用は高真空側で有効に作用し、ネジ溝部２２および筒状部材２４による排気作用は低真空側で有効に作用するものであり、ガスの凝縮による生成物付着は低真空側においてより顕著に発生する。ポンプ本体のベース２８にはヒータ２９が設けられており、生成物が付着しやすいガスを排気する場合には、このヒータ２９によりポンプ温度を上昇させて生成物の付着を抑制する。その際、冷却装置３０による冷却とヒータ２９による加熱とを制御してポンプ温度の制御を行う。冷却装置３０は冷却水により冷却を行うものであり、電磁バルブ等により流量を調節することにより冷却効果の制御を行う。
【００２８】
図５および図６に示したターボ分子ポンプは５軸制御型磁気軸受ターボ分子ポンプであり、回転体１４０はラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１，５２とアキシャル磁気軸受を構成する電磁石５３とにより非接触支持される。２７は非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはメカニカルベアリング２７により回転体１４０が支持される。
【００２９】
図７は、ターボ分子ポンプの５軸制御型磁気軸受について説明するための摸式図である。本図では、シャフト１３０の回転軸Ｊがｚ軸に一致するように示してある。図６に示したラジアル電磁石５１は、図７に示すように４つの電磁石５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄで構成されている。電磁石５１ａ，５１ｂはそれぞれｘ軸に沿ったX1−方向，X1＋方向に配設され、電磁石５１ｃ，５１ｄはそれぞれｙ軸に沿ったY1−方向，Y1＋方向に配設されている。同様に、ラジアル電磁石５２も４つの電磁石５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄで構成されており、電磁石５２ａ，５２ｂはそれぞれｘ軸に沿ったX2−方向，X2＋方向に配設され、電磁石５２ｃ，５２ｄはそれぞれｙ軸に沿ったY2−方向，Y2＋方向に配設されている。アキシャル電磁石５３は、シャフト３の下端に設けられたディスク４１をｚ軸に沿って挟むように対向して配設された電磁石５３ａ，５３ｂから成る。電磁石５３ａ，５３ｂは、それぞれｚ軸に沿ったZ−方向，Z＋方向に配設される。
【００３０】
対向配置された電磁石を駆動するためには、図４で述べた回路構成を用いことができるが、他の駆動回路について、以下に説明する。
【００３１】
図８は、対向配置された電磁石を駆動するために電流トランスを用いた実施の形態２を示すブロック図である。被支持体を挟んで対向配置された電磁石を用いて被支持体を磁気浮上させる際に、周波数および位相が同一のセンシングキャリアをそれぞれの電磁石電流に重畳させる。そして、バイパスコンデンサＣ８０およびＣ８１に流れる各電流の差成分を電流トランスで検出し、後段の回路（図示せず）で同期検波することにより、目標浮上位置（中立位置）を零として正負に振れる位置信号を得ることができる。
【００３２】
図９は、対向配置された電磁石を駆動するために一つのバイパスコンデンサと一つの電流検出用抵抗を用いた実施の形態２を示すブロック図である。本図では、対向配置した２つの電磁石について、周波数が同じであり且つ位相を反転させたセンシングキャリアを用いる。そして、２つの電磁石駆動回路Ｄ９６およびＤ９７で共用するバイパスコンデンサＣ９０の電流を電流検出用抵抗Ｒ９０で検出することにより、両センシングキャリア成分の差を得ることができる。その後、後段の回路（図示せず）で同期検波することにより、目標浮上位置（中立位置）を零として正負に振れる位置信号を得ることができる。
【００３３】
−実施の形態２による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）被支持体を挟んで対向配置された一対の電磁石をそれぞれ駆動する一対の電磁石駆動回路Ｄ８６，Ｄ８７またはＤ９６，Ｄ９７を備え、それら一対の電磁石駆動回路から各電磁石コイルにそれぞれ供給されるセンシングキャリア成分の差分を検出する差分検出手段として電流トランスＣＴ８０または電流検出用抵抗Ｒ９０備えているので、簡易な回路構成にも拘わらず位置検出信号のＳＮ比を向上させることができる。
【００３４】
（２）一対の電磁石駆動回路Ｄ８６，Ｄ８７の電源端子間にそれぞれ接続されている各バイパスコンデンサＣ８０，Ｃ８１の電流差成分を検出する電流トランスＣＴ８０と、一対の電磁石駆動回路Ｄ８６，Ｄ８７にそれぞれ設けられている電源端子を介して電源側から流入する電流成分のうちセンシングキャリア周波数以下の電流成分のみを通過させるローパスフィルタＬＰ８０，ＬＰ８１とを備えているので、センシングキャリア成分の差を電流トランス（ＣＴ）により直接検出することができる。
【００３５】
（３）一対の電磁石駆動回路Ｄ９６，Ｄ９７から各電磁石に供給されるセンシングキャリアは同一周波数であって逆の位相関係を有しており、一対の電磁石駆動回路Ｄ９６，Ｄ９７にそれぞれ設けられている各プラス側電源端子と各マイナス側電源端子を接続し、電源側から流入する電流成分のうちキャリア周波数以下の電流成分のみを通過させるローパスフィルタＬＰ９０と、一対の電磁石駆動回路Ｄ９６，Ｄ９７と並列に接続された共用バイパスコンデンサＣ９０に流れる電流を検出する電流検出用抵抗Ｒ９０を備えているので、電流検出用抵抗を用いてキャリア信号の差成分を直接検出することができる。
【００３６】
（４）同一の電源回路Ｐ４０に対して複数の電磁石駆動回路Ｄ４６，Ｄ４７が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路Ｄ４６，Ｄ４７におけるセンシングキャリア成分が電源回路側に流出しないように、センシングキャリア周波数以下の電流成分のみを通過させるローパスフィルタＬＰ４０，ＬＰ４１を各電磁石駆動回路に接続しているので、同一の電源に対して複数の電磁石駆動回路を並列に接続することができる。
【００３７】
（５）同一の電源回路Ｐ４０に対して複数の電磁石駆動回路Ｄ４６，Ｄ４７が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路におけるセンシングキャリアの周波数を異ならせることにより、ローパスフィルタＬＰ４０，ＬＰ４１を不要とすることができる。
【００３８】
＜その他の変形例＞
（１）実施の形態１では、電磁石駆動回路にセンシングキャリア発生回路１４を接続していたが、二象限駆動電流アンプなどを用いて電磁石コイルをＰＷＭ駆動する場合には、外部からセンシングキャリア成分を注入する必要はない。すなわち、ＰＷＭ駆動をする際に生じるリップル成分を検出することにより、センシングキャリア成分を外部から供給することなく位置検出信号を得ることができる。
【００３９】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
２ 電源回路
４ 電流検出器
６ 電磁石駆動回路
８ 電磁石コイル
１０ ヨーク
１２ 被支持体
１４ センシングキャリア発生回路
１６ バンドパスフィルタ
１８ 浮上位置演算回路
２０ 電流指令値設定回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分を検出することにより、被支持体と前記電磁石との距離を検出する磁気浮上装置において、
前記電磁石を駆動する電磁石駆動回路の電源端子間に接続されているコンデンサと、
前記電磁石の駆動に伴って前記コンデンサに流れる前記信号成分を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記信号成分に基づいて前記被支持体の浮上位置を演算する位置演算手段と、
前記位置演算手段により演算された前記浮上位置に基づいて前記電磁石駆動回路の電磁石駆動電流を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気浮上装置において、
前記電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分として、前記電磁石をＰＷＭ駆動する際に生じるリップル成分を用いることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気浮上装置において、
前記電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分として、前記電磁石駆動回路の外部から注入されたセンシングキャリア成分を用いることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、
前記電磁石駆動回路は、前記被支持体を挟んで対向配置された一対の電磁石コイルをそれぞれ駆動する一対の電磁石駆動回路であって、
前記一対の電磁石コイルにそれぞれ流れる前記信号成分の差分を検出する差分検出手段をさらに備えることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気浮上装置において、
前記差分検出手段は、
前記一対の電磁石駆動回路の電源端子間にそれぞれ接続されている各コンデンサの電流差成分を検出する電流トランスと、
前記一対の電磁石駆動回路にそれぞれ設けられている電源端子を介して流出入する電流成分のうち前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段とを備えることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項６】
請求項４に記載の磁気浮上装置において、
前記一対の電磁石コイルにそれぞれ流れる前記信号成分は同一周波数であって逆の位相関係を有し、
前記差分検出手段は、
前記一対の電磁石駆動回路にそれぞれ設けられているプラス側電源端子とマイナス側電源端子を共通電位とするための並列接続手段と、
前記並列接続手段と電源側との間に接続されており、前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段と、
前記接続手段を介して接続されている前記一対の電磁石駆動回路と並列に接続されたコンデンサに流れる電流を検出する電流検出用抵抗を備えることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、
同一の電源に対して複数の前記電磁石駆動回路が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路における前記信号成分が前記電源側に流出しないように、前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段を、それぞれの電磁石駆動回路に接続することを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、
同一の電源に対して複数の前記電磁石駆動回路が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路における前記信号成分の周波数を異ならせることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項１】
電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分を検出することにより、被支持体と前記電磁石との距離を検出する磁気浮上装置において、
前記電磁石を駆動する電磁石駆動回路の電源端子間に接続されているコンデンサと、
前記電磁石の駆動に伴って前記コンデンサに流れる前記信号成分を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記信号成分に基づいて前記被支持体の浮上位置を演算する位置演算手段と、
前記位置演算手段により演算された前記浮上位置に基づいて前記電磁石駆動回路の電磁石駆動電流を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気浮上装置において、
前記電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分として、前記電磁石をＰＷＭ駆動する際に生じるリップル成分を用いることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気浮上装置において、
前記電磁石の駆動信号中に混入されている所定周波数の信号成分として、前記電磁石駆動回路の外部から注入されたセンシングキャリア成分を用いることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、
前記電磁石駆動回路は、前記被支持体を挟んで対向配置された一対の電磁石コイルをそれぞれ駆動する一対の電磁石駆動回路であって、
前記一対の電磁石コイルにそれぞれ流れる前記信号成分の差分を検出する差分検出手段をさらに備えることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気浮上装置において、
前記差分検出手段は、
前記一対の電磁石駆動回路の電源端子間にそれぞれ接続されている各コンデンサの電流差成分を検出する電流トランスと、
前記一対の電磁石駆動回路にそれぞれ設けられている電源端子を介して流出入する電流成分のうち前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段とを備えることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項６】
請求項４に記載の磁気浮上装置において、
前記一対の電磁石コイルにそれぞれ流れる前記信号成分は同一周波数であって逆の位相関係を有し、
前記差分検出手段は、
前記一対の電磁石駆動回路にそれぞれ設けられているプラス側電源端子とマイナス側電源端子を共通電位とするための並列接続手段と、
前記並列接続手段と電源側との間に接続されており、前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段と、
前記接続手段を介して接続されている前記一対の電磁石駆動回路と並列に接続されたコンデンサに流れる電流を検出する電流検出用抵抗を備えることを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、
同一の電源に対して複数の前記電磁石駆動回路が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路における前記信号成分が前記電源側に流出しないように、前記所定周波数以下の電流成分のみを通過させるフィルタ手段を、それぞれの電磁石駆動回路に接続することを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気浮上装置において、
同一の電源に対して複数の前記電磁石駆動回路が並列に接続されている場合には、それぞれの電磁石駆動回路における前記信号成分の周波数を異ならせることを特徴とする磁気浮上装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１９９９１（Ｐ２０１２−２１９９９１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９４５２（Ｐ２０１１−８９４５２）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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