磁轴承式真空泵
阅读：752发布：2020-05-13
专利汇可以提供磁轴承式真空泵专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供磁 轴承 式 真空 泵 ，包括：作为第一位移 信号 生成部的处理系统，基于以 分辨率 倍率K(其中，K＞1)对位移调制波信号进行放大所得的信号，生成包含规定 位置 的第一位移区域中的高分辨率位移信号；作为第二位移信号生成部的处理系统，基于位移调制波信号的 差分信号 ，生成包含第一位移区域的更大的第二位移区域中的通常分辨率位移信号；切换控制部，基于从高分辨率位移信号或通常分辨率位移信号中除去稳态响应离心旋转位移的成分所得的信号，选择高分辨率位移信号及通常分辨率位移信号中的任一个位移信号；以及PID控制部，基于切换控制部所选择的位移信号来对 磁轴承 进行控制。，下面是磁轴承式真空泵专利的具体信息内容。
1.一种磁轴承式真空泵，其特征在于包括：
磁轴承，使转子磁悬浮；
第一位移信号生成部，以K＞1的分辨率倍率K对经由所述转子的从规定位置算起的位移而调制后的位移调制波信号进行放大，基于放大后的所述位移调制波信号，生成包含所述规定位置的第一位移区域中的高分辨率位移信号；
第二位移信号生成部，基于所述位移调制波信号，生成包含所述第一位移区域的更大的第二位移区域中的低分辨率位移信号；
选择部，基于从所述高分辨率位移信号或所述低分辨率位移信号中除去稳态响应离心旋转位移的成分所得的非稳态响应信号，选择所述高分辨率位移信号及所述低分辨率位移信号中的任一个位移信号；以及
轴承控制部，基于所述选择部所选择的位移信号来对所述磁轴承进行控制。
2.根据权利要求1所述的磁轴承式真空泵，其特征在于还包括：
稳态响应运算部，基于所述高分辨率位移信号或所述低分辨率位移信号，计算出稳态响应离心旋转半径；以及
倍率变更部，将所述分辨率倍率K的大小变更为与所述稳态响应离心旋转半径的大小相对应的多个值中的任一个值。
3.根据权利要求1所述的磁轴承式真空泵，其特征在于：
所述第一位移信号生成部包括：第一带通滤波器，具有第一Q值，对所述位移调制波信号进行滤波；放大部，以所述分辨率倍率K对通过所述第一带通滤波器后的信号进行放大；
第一模拟数字转换部，对放大后的所述信号进行模拟-数字转换；以及缩小部，以小于“1/分辨率倍率”的缩小率来使经过模拟-数字转换后的所述信号缩小，基于缩小后的所述信号，生成所述高分辨率位移信号，
所述第二位移信号生成部包括：第二带通滤波器，具有比所述第一Q值更小的第二Q值，对所述位移调制波信号进行滤波；以及第二模拟数字转换部，对通过所述第二带通滤波器后的信号进行模拟-数字转换，基于所述第二模拟数字转换部所输出的信号，生成所述低分辨率位移信号。
4.根据权利要求2所述的磁轴承式真空泵，其特征在于：
将所述分辨率倍率K变更为比第一值更小的第二值时的所述稳态响应离心旋转半径，被设定为比从所述第二值变更为所述第一值时的所述稳态响应离心旋转半径大规定迟滞宽度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的磁轴承式真空泵，其特征在于：
若所述非稳态响应信号的值从第一信号区域的区域外变化至区域内，则所述选择部将选择的位移信号从所述低分辨率位移信号切换为所述高分辨率位移信号，若所述非稳态响应信号的值从包含所述第一信号区域的更大的第二信号区域的区域内变化至区域外，则所述选择部将选择的位移信号从所述高分辨率位移信号切换为所述低分辨率位移信号。
6.根据权利要求2或4所述的磁轴承式真空泵，其特征在于：
当将所述稳态响应离心旋转半径与从所述规定位置算起的位移的上限值之比设为α时，以满足式“1/(3α)＜K＜1/α”的方式设定所述分辨率倍率K。
7.一种磁轴承式真空泵，其特征在于包括：
磁轴承，使转子磁悬浮；
第一位移信号生成部，以K＞1的分辨率倍率K对经由所述转子的从规定位置算起的位移而调制后的位移调制波信号进行放大，基于放大后的所述位移调制波信号，生成包含所述规定位置的第一位移区域中的高分辨率位移信号；
第二位移信号生成部，基于所述位移调制波信号，生成包含所述第一位移区域的更大的第二位移区域中的低分辨率位移信号；
选择部，选择所述高分辨率位移信号及所述低分辨率位移信号中的任一个位移信号；
轴承控制部，基于所述选择部所选择的位移信号来对所述磁轴承进行控制；
稳态响应运算部，基于所述高分辨率位移信号或所述低分辨率位移信号，计算出稳态响应离心旋转半径；以及
倍率变更部，将所述分辨率倍率K的大小变更为与所述稳态响应离心旋转半径的大小相对应的多个值中的任一个值。
8.根据权利要求7所述的磁轴承式真空泵，其特征在于：
所述第一位移信号生成部包括：第一带通滤波器，具有第一Q值，对所述位移调制波信号进行滤波；放大部，以所述分辨率倍率K对通过所述第一带通滤波器后的信号进行放大；
第一模拟数字转换部，对放大后的所述信号进行模拟-数字转换；以及缩小部，以小于“1/分辨率倍率”的缩小率来使经过模拟-数字转换后的所述信号缩小，基于缩小后的所述信号，生成所述高分辨率位移信号，
所述第二位移信号生成部包括：第二带通滤波器，具有比所述第一Q值更小的第二Q值，对所述位移调制波信号进行滤波；以及第二模拟数字转换部，对通过所述第二带通滤波器后的信号进行模拟-数字转换，基于经过模拟-数字转换后的所述信号，生成所述低分辨率位移信号。
9.根据权利要求7或8所述的磁轴承式真空泵，其特征在于：
将所述分辨率倍率K变更为比第一值更小的第二值时的所述稳态响应离心旋转半径，被设定为比从所述第二值变更为所述第一值时的所述稳态响应离心旋转半径大规定迟滞宽度。
10.一种磁轴承式真空泵，其特征在于包括：
磁轴承，使转子磁悬浮；
第一带通滤波器，具有第一Q值，对经由所述转子的从规定位置算起的位移而调制后的位移调制波信号进行滤波；
放大部，以K＞1的分辨率倍率K对通过所述第一带通滤波器后的信号进行放大；
第一模拟数字转换部，对由所述放大部放大后的所述信号进行模拟-数字转换；
缩小部，以小于“1/分辨率倍率”的缩小率，使由所述第一模拟数字转换部进行模拟-数字转换后的所述信号缩小；
第一位移信号生成部，基于由所述缩小部缩小后的所述信号，生成包含所述规定位置的第一位移区域中的高分辨率位移信号；
第二带通滤波器，具有比所述第一Q值更小的第二Q值，对所述位移调制波信号进行滤波；
第二模拟数字转换部，对通过所述第二带通滤波器后的信号进行模拟-数字转换；
第二位移信号生成部，基于由所述第二模拟数字转换部进行模拟-数字转换后的所述信号，生成包含所述第一位移区域的更大的第二位移区域中的低分辨率位移信号；
选择部，选择所述高分辨率位移信号及所述低分辨率位移信号中的任一个位移信号；
以及
轴承控制部，基于所述选择部所选择的位移信号来对所述磁轴承进行控制。
磁轴承式真空泵
技术领域
背景技术
[0002] 在控制式磁轴承类型的真空泵中，转子(rotor)组件不与定子(stator)组件接触而进行高速旋转运动。对于此种真空泵来说，即使在间隙最小的部位即保护轴承(touchdown bearing)(备用的机械轴承)处，也具有100μm左右的间隙。因此，与接触式的滚珠轴承类型相比，有如下特征：能够缓和转子不平衡修正的追随基准。
[0003] 而且，若存在转子不平衡，则会因该转子不平衡而在径向(radialdirection)上产生离心旋转位移，另外，有时会因径向上的离心旋转而在轴向(axial direction)上也产生振动位移。这些位移是旋转速度的频率成分(或其谐波成分)的稳态响应，与轴承是非接触型还是接触型无关，且会作为与转子轴位移相对应的反作用力，通过轴承的弹簧刚性而传递至定子侧，随之也会产生噪音。
[0004] 另外，已知除了不平衡以外，会因被称为机械振摆(mechanical runout)、电气振摆(electrical runout)的构件的损伤或磁特性的不均而产生同样的稳态响应。
[0005] 一般来说，转子轴位移由伴随不平衡等的稳态响应成分、与该稳态响应成分以外的成分表示。该稳态响应成分以外的成分主要是由扰动力产生的瞬态位移等自由振动所引起的成分，但即使在瞬态位移已收敛的状态下，也包含成为定子侧的振动的主要原因的伴随传感(sensing)的微小噪声(noise)成分。噪声成分包含与供应轴承电流的励磁放大器(exciting amplifier)的PWM开关(switching)相伴的尖峰状电流的一部分从地线(Ground，GND)回流至传感电路而重叠的噪声成分、或经由模拟数字转换器(AD转换器)(AD converter)向现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等数字控制器获取信号时的分辨率所引起的随机噪声等。
[0006] 真空泵在使用于电子显微镜等分析测量装置、或由研究者靠近地进行操作的频率高的实验装置等的情况下，强烈地需要具有低振动性及静穆性。另外，在制造用途中，制造半导体的描绘曝光装置自不必说，离子注入装置、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)装置、蚀刻(etching)装置等大多也需要具有低振动性及静穆性。
[0007] [现有技术文献]
[0009] [专利文献1]日本专利特开2006-71069号公报
发明内容
[0010] [发明所要解决的问题]
[0011] 但是，在离子注入装置、CVD装置、蚀刻装置中，伴随工序而产生的固相的反应生成物会附着在设置于工序容器内或下游侧的真空泵内部。例如，若反应生成物附着于涡轮分子泵的转子，则转子不平衡会随着时间而增大，额定旋转过程中的转子的离心旋转位移也会逐渐变大。
[0012] 在专利文献1所记载的发明中，当对位移信号进行处理时，与以往的低分辨率线并列地设置高分辨率线，由高分辨率线的AD转换器(ADconverter)根据是否出现范围外(out of range)的信号来判别溢出(overflow)的有无，对低分辨率线与高分辨率线进行切换。
[0013] 但是，在进行如上所述的切换动作的结构的情况下，若离心旋转位移大，则位移会隔着切换阈值而上下地产生震颤(chattering)。在产生震颤的期间，反复地使用高分辨率区域及以往分辨率区域的各个位移信号，因此，容易产生各种频率，由此，会因受激励而产生新的振动、噪音。另外，有时为了防止产生震颤而对阈值设置迟滞(hysteresis)，但存在如下问题：若离心旋转位移大，则迟滞宽度也会增大，高分辨率区域中的分辨率提高程度受到限制，且低振动性能受到限定。
[0014] [解决问题的技术手段]
[0015] 本发明的优选实施方式的磁轴承式真空泵包括：磁轴承，使转子磁悬浮；第一位移信号生成部，以K＞1的分辨率倍率K对经由所述转子的从规定位置算起的位移而调制后的位移调制波信号进行放大，基于放大后的所述位移调制波信号，生成包含所述规定位置的第一位移区域中的高分辨率位移信号；第二位移信号生成部，基于所述位移调制波信号，生成包含所述第一位移区域的更大的第二位移区域中的低分辨率位移信号；选择部，基于从所述高分辨率位移信号或所述低分辨率位移信号中除去稳态响应离心旋转位移的成分所得的非稳态响应信号，选择所述高分辨率位移信号及所述低分辨率位移信号中的任一个位移信号；以及轴承控制部，基于所述选择部所选择的位移信号来对所述磁轴承进行控制。
[0016] 在更优选的实施方式中，还包括：稳态响应运算部，基于所述高分辨率位移信号或所述低分辨率位移信号，计算出稳态响应离心旋转半径；以及倍率变更部，将所述分辨率倍率K的大小变更为与所述稳态响应离心旋转半径的大小相对应的多个值中的任一个值。
[0017] 在更优选的实施方式中，所述第一位移信号生成部包括：第一带通滤波器(bandpass filter)，具有第一Q值，对所述位移调制波信号进行滤波；放大部，以所述分辨率倍率K对通过所述第一带通滤波器后的信号进行放大；第一模拟数字转换部，对放大后的所述信号进行模拟-数字转换；以及缩小部，以小于“1/(分辨率倍率)”的缩小率来使经过模拟-数字转换后的所述信号缩小，基于缩小后的所述信号，生成所述高分辨率位移信号，所述第二位移信号生成部包括：第二带通滤波器，具有比所述第一Q值更小的第二Q值，对所述位移调制波信号进行滤波；以及第二模拟数字转换部，对通过所述第二带通滤波器后的信号进行模拟-数字转换，基于所述第二模拟数字转换部所输出的信号，生成所述低分辨率位移信号。
[0018] 本发明的优选的其他实施方式的磁轴承式真空泵包括：磁轴承，使转子磁悬浮；第一位移信号生成部，以K＞1的分辨率倍率K对经由所述转子的从规定位置算起的位移而调制后的位移调制波信号进行放大，基于放大后的所述位移调制波信号，生成包含所述规定位置的第一位移区域中的高分辨率位移信号；第二位移信号生成部，基于所述位移调制波信号，生成包含所述第一位移区域的更大的第二位移区域中的低分辨率位移信号；选择部，选择所述高分辨率位移信号及所述低分辨率位移信号中的任一个位移信号；轴承控制部，基于所述选择部所选择的位移信号来对所述磁轴承进行控制；稳态响应运算部，基于所述高分辨率位移信号或所述低分辨率位移信号，计算出稳态响应离心旋转半径；以及倍率变更部，将所述分辨率倍率K的大小变更为与所述稳态响应离心旋转半径的大小相对应的多个值中的任一个值。
[0019] 在更优选的实施方式中，所述第一位移信号生成部包括：第一带通滤波器，具有第一Q值，对所述位移调制波信号进行滤波；放大部，以所述分辨率倍率K对通过所述第一带通滤波器后的信号进行放大；第一模拟数字转换部，对放大后的所述信号进行模拟-数字转换；以及缩小部，以小于“1/(分辨率倍率)”的缩小率来使经过模拟-数字转换后的所述信号缩小，基于缩小后的所述信号，生成所述高分辨率位移信号，所述第二位移信号生成部包括：第二带通滤波器，具有比所述第一Q值更小的第二Q值，对所述位移调制波信号进行滤波；以及第二模拟数字转换部，对通过所述第二带通滤波器后的信号进行模拟-数字转换，基于经过模拟-数字转换后的所述信号，生成所述低分辨率位移信号。
[0020] 本发明的优选的其他实施方式的磁轴承式真空泵包括：磁轴承，使转子磁悬浮；第一带通滤波器，具有第一Q值，对经由所述转子的从规定位置算起的位移而调制后的位移调制波信号进行滤波；放大部，以K＞1的分辨率倍率K对通过所述第一带通滤波器后的信号进行放大；第一模拟数字转换部，对由所述放大部放大后的所述信号进行模拟-数字转换；缩小部，以小于“1/(分辨率倍率)”的缩小率，使由所述第一模拟数字转换部进行模拟-数字转换后的所述信号缩小；第一位移信号生成部，基于由所述缩小部缩小后的所述信号，生成包含所述规定位置的第一位移区域中的高分辨率位移信号；第二带通滤波器，具有比所述第一Q值更小的第二Q值，对所述位移调制波信号进行滤波；第二模拟数字转换部，对通过所述第二带通滤波器后的信号进行模拟-数字转换；第二位移信号生成部，基于由所述第二模拟数字转换部进行模拟-数字转换后的所述信号，生成包含所述第一位移区域的更大的第二位移区域中的低分辨率位移信号；选择部，选择所述高分辨率位移信号及所述低分辨率位移信号中的任一个位移信号；以及轴承控制部，基于所述选择部所选择的位移信号来对所述磁轴承进行控制。
[0021] 在更优选的实施方式中，将所述分辨率倍率K变更为比第一值更小的第二值时的所述稳态响应离心旋转半径，被设定为比从所述第二值变更为所述第一值时的所述稳态响应离心旋转半径大规定迟滞宽度。
[0022] 在更优选的实施方式中，若所述非稳态响应信号的值从第一信号区域的区域外变化至区域内，则所述选择部将选择的位移信号从所述低分辨率位移信号切换为所述高分辨率位移信号，若所述非稳态响应信号的值从包含所述第一信号区域的更大的第二信号区域的区域内变化至区域外，则所述选择部将选择的位移信号从所述高分辨率位移信号切换为所述低分辨率位移信号。
[0023] 在更优选的实施方式中，当将所述稳态响应离心旋转半径与从所述规定位置算起的位移的上限值之比设为α时，以满足式“1/(3α)＜K＜1/α”的方式设定所述分辨率倍率K。
[0024] [发明的效果]
[0026] 图1是表示本实施方式的真空泵中的泵单元的结构的图。
[0027] 图2是对真空泵的控制系统进行说明的方框图。
[0028] 图3是对本实施方式中的磁轴承控制进行说明的方框图。
[0029] 图4是表示x1轴位移X1(t)及y1轴位移Y1(t)的一例的图。
[0030] 图5是对相对于本实施方式的比较例进行说明的图。
[0031] 图6是对比较例的情况下的位移(X1(t)、Y1(t))的轨迹D1与阈值之间的关系进行说明的图。
[0032] 图7表示将阈值To、Ti设为圆形线的情况。
[0033] 图8(a)及图8(b)是对震颤的产生进行说明的图。
[0034] 图9是对增大迟滞宽度来防止产生震颤的情况进行说明的图。
[0035] 图10(a)及图10(b)是表示变更内侧阈值Ti而增大了迟滞宽度时的切换状况的图。
[0036] 图11是表示包含图4的坐标(0，0)的附近区域中的轨迹D1、du1的图。
[0037] 图12(a)及图12(b)是对分辨率倍率K的设定方法进行说明的图。
[0038] 图13是表示所述第一实施方式的变形例的图。
[0039] 图14是对本发明的第二实施方式进行说明的图。
[0040] 图15是对相对于离心旋转半径rx1的分辨率倍率K的设定的一例进行说明的图。
[0041] 图16(a)及图16(b)是表示分辨率倍率K与阈值To、Ti之间的关系的一例的图。
[0042] 图17(a)及图17(b)是表示K设定部510的动作例的图。
[0043] 图18是对本发明的第三实施方式进行说明的图。
[0044] 图19(a)及图19(b)是表示通常分辨率位移信号中的信号的延迟及增益的一例的图。
[0045] 图20(a)及图20(b)是表示高分辨率位移信号中的信号的延迟及增益的一例的图。
[0046] 图21是表示使用了处理系统A时的开环传递函数Gok(jw)、与使用了处理系统B时的开环传递函数Go1(jw)的图。
[0047] 图22是根据奈奎斯特线图对控制稳定性进行说明的图。
[0048] 图23是根据奈奎斯特线图对控制稳定性进行说明的图。
[0049] 图24是表示第三实施方式的变形例的图。
[0050] 图25是表示通过带通滤波器前后的位移调制波信号的一例的图。
[0051] 图26(a)及图26(b)是表示第一实施方式中的切换状况的图。
[0052] [符号的说明]
[0053] 1：泵单元 2：控制单元
[0055] 4：泵转子 4a：旋转翼
[0056] 4b：圆筒部 5：转子轴
[0058] 41：DC/DC转换器 42：马达
[0059] 42a：马达定子 42b：马达转子
[0060] 43：励磁放大器 44：控制部
[0062] 47：DC电源 48：传感器电路
[0063] 49：位移传感器 50：操作/显示部
[0064] 51：输入输出/通信部 55：转子盘
[0066] 61a：吸气口 61b：卡止部
[0067] 61c：固定凸缘 62：固定翼
[0069] 65：排气孔 66a、66b：备用的机械轴承
[0070] 67、68、69：磁轴承 70：目标悬浮位置
[0071] 302：信号 303：PWM控制信号
[0072] 304：电磁铁电流信号 305：传感器载波信号(载波信号)[0073] 306：传感器信号(位移调制波信号) 400：差动放大器
[0074] 401、401A、401B：带通滤波器 402A、402B、404A、404B：放大部[0075] 403：AD转换器 405A、405B：解调运算部
[0076] 406A、406B：增益/偏移调整部 407：切换部
[0077] 408、508：切换控制部 409：第一转换处理部
[0078] 410：低通滤波器 411：第二转换处理部
[0079] 412：PID控制部 413：PWM运算部
[0080] 510：K设定部 511：数据设定部
[0081] A、B：处理系统 C：稳态响应提取部
[0082] CR1、CR2：圆 D1、du1：轨迹
[0083] Gok(jw)、Go1(jw)：开环传递函数 Im：虚部
[0084] K、K0、K1、K2：分辨率倍率 L1、L2：线
[0085] R：旋转体单元 R2：离心旋转半径的允许上限值[0086] Re：实部 rx1、ry1：离心旋转半径
[0087] rx1×Re(exp(jwt))、ry1×Im(exp(jwt))：稳态响应成分
[0088] Ti：内侧阈值 To：外侧阈值
[0089] ux1：位移 ux1(t)、uy1(t)：稳态响应以外的成分[0090] X1、Y1：位移 X1(t)、Y1(t)：通常分辨率位移信号[0091] X1k(t)、Y1k(t)：高分辨率位移信号 θ：角度
[0092] Δr：迟滞
具体实施方式
[0093] 以下，参照图来对用以实施本发明的方式进行说明。
[0094] -第一实施方式-
[0095] 图1是表示本实施方式的真空泵的概略结构的图。图1所示的真空泵是磁悬浮式的涡轮分子泵(turbo-molecular pump)，其包括泵单元(pump unit)1与驱动泵单元1的控制单元(control unit)2。再者，控制单元2可以与泵单元1分体，也可以设置为一体。控制单元2中包括对马达42进行驱动控制的马达驱动控制部2a、与对磁轴承67、68、69进行驱动控制的轴承驱动控制部2b。
[0096] 泵单元1包括：涡轮泵段，包含旋转翼4a与固定翼62；以及牵引泵(drag pump)段(螺杆槽泵)，包含圆筒部4b与螺杆定子(screw stator)64。此处，在螺杆定子64侧形成有螺杆槽，但也可以在圆筒部4b侧形成螺杆槽。
[0097] 旋转翼4a及圆筒部4b形成在泵转子(pump rotor)4上。泵转子4连接于转子轴(rotor shaft)5。由泵转子4与转子轴5构成旋转体单元R。多段的固定翼62在轴方向上与旋转翼4a交替地配置。各固定翼62隔着隔离垫圈(spacer ring)63而载置在基座(base)60上。通过螺栓(bolt)将泵壳(pump casing)61的固定凸缘(flange)61c固定于基座60后，层叠的隔离垫圈63夹在基座60与泵壳61的卡止部61b之间，固定翼62位置得以确定。
[0098] 转子轴5非接触地由设置于基座60的磁轴承67、68、69支撑。各磁轴承67、68、69包括电磁铁与位移传感器。由位移传感器检测转子轴5的悬浮位置。再者，构成轴方向的磁轴承69的电磁铁是以在轴方向上，包夹设置在转子轴5下端的转子盘(rotor disk)55的方式而配置。
[0099] 转子轴5由马达42旋转驱动。马达42为同步马达，在本实施方式中使用了直流无刷马达(DC(Direct Current)brushless motor)。马达42包括配置于基座60的马达定子42a、与设置于转子轴5的马达转子42b。马达转子42b中设置有永磁铁。转子轴5的旋转由旋转传感器28检测。例如使用电感(inductance)式的传感器作为旋转传感器28。在磁轴承不工作时，转子轴5由备用的机械轴承66a、66b支撑。
[0100] 在基座60的排气口60a设置有排气孔65，所述排气孔65连接着增压泵(back pump)。使旋转体单元R磁悬浮，并且通过马达42来高速旋转驱动所述旋转体单元R，由此，吸气口61a侧的气体分子向排气孔65侧排出。
[0101] 图2是表示真空泵的控制系统即控制单元2的概略结构的方框图。来自外部的交流电(Altemating Current，AC)输入由设置于控制单元2的AC/DC转换器(converter)40转换为DC输出(DC电压)。AC/DC转换器40所输出的DC电压输入至DC/DC转换器41，由DC/DC转换器41生成马达42用的DC电压与磁轴承用的DC电压。
[0102] 马达42用的DC电压输入至变频器(inverter)46。磁轴承用的DC电压输入至磁轴承用的DC电源47。磁轴承67、68、69构成五轴磁轴承，磁轴承67、68各自包括两对(对应两根轴)磁轴承电磁铁45，磁轴承69包括一对(对应一根轴)磁轴承电磁铁45。电流从分别对于五对磁轴承电磁铁45即10个磁轴承电磁铁45设置的10个励磁放大器43单独地供应至所述10个磁轴承电磁铁45。
[0103] 控制部44是对马达及磁轴承进行控制的数字运算器，在本实施方式中使用了FPGA(Field Programmable Gate Array)。控制部44将用以对变频器46中所含的多个开关元件进行开关控制的脉宽调制(Pulse Width Modu1ation，PWM)控制信号301输出至变频器46，将用以对各励磁放大器43中所含的开关元件进行开关控制的PWM控制信号303分别输出至各励磁放大器43。
[0104] 而且，传感器载波信号(载波信号)305从控制部44输入至各传感器电路48。传感器载波信号经由相位调整用的滤波电路而施加至位移传感器49，位移传感器49根据转子位移来对该传感器载波信号进行调制。经由转子位移而调制后的传感器信号(位移调制波信号)306从各传感器电路48输入至控制部44。另外，与关于马达42的相电压及相电流相关的信号
302、或与磁轴承相关的电磁铁电流信号304输入至控制部44。
302、或与磁轴承相关的电磁铁电流信号304输入至控制部44。
[0105] 图1所示的马达驱动控制部2a对应于变频器46及控制部44的马达控制系统。另外，轴承驱动控制部2b对应于励磁放大器43、传感器电路48及控制部44的轴承控制系统。控制部44连接着操作/显示部50或输入输出/通信部51，所述操作/显示部50用以显示泵状态或进行本地操作，所述输入输出/通信部51与外部收发遥控信号或进行通信。
[0106] 图3是对本实施方式中的磁轴承控制进行说明的功能方框图。图3的方框图表示了x1轴及y1轴这两根轴(例如与径向相关的磁轴承67的x轴及y轴)的结构。在图3中，点划线的右侧所记载的方框的处理(数字处理)是由图2的控制部(FPGA)44进行。由图2的位移传感器49调制后的传感器信号306(位移调制波信号)输入至差动放大器400，在差动放大器400中生成差分信号。即，生成与x1轴的两个传感器信号相关的差分信号、及与y1轴的两个传感器信号相关的差分信号。
[0107] 在带通滤波器(bandpass filter)401中，对差分信号实施以传感器载波频率为中心频率的带通处理之后，该差分信号分支为两个差分信号。使用基于差分信号的位移信号来控制磁轴承，但在本实施方式中采用如下结构，该结构具备基于分支后的两个差分信号来生成分辨率不同的两个位移信号的功能，且选择性地使用两个位移信号。在由符号A表示的一系列的处理中生成高分辨率的位移信号，在由符号B表示的一系列的处理中生成与以往的涡轮分子泵中的位移信号相当的位移信号。以下，将由处理系统A生成的位移信号称为高分辨率位移信号，将由处理系统B生成的位移信号称为通常分辨率位移信号。
[0108] 再者，在本实施方式中，通过同步采样来对位移信号进行解调处理。预先以频率的整数倍来使PWM载波信号与传感器载波信号成为同步关系，以预先与成为噪声的原因的尖峰产生定时(timing)错开的载波峰值位置定时，使该PWM载波信号与传感器载波信号同步，从AD转换器获取该PWM载波信号与传感器载波信号，并进行解调处理。图25是表示通过带通滤波器前后的位移调制波信号的一例的图。线L1表示通过带通滤波器之前的位移调制波信号，线L2表示通过带通滤波器之后的位移调制波信号。另外，圆形记号表示同步采样值即解调后的位移信号。这样，本实施方式采用了以数字方式进行解调处理的结构，但本发明也能够适用于以模拟方式进行解调处理的情况。
[0109] 在处理系统A中，差分信号由放大部402A放大K倍之后，由AD转换器403进行AD采样。K被设定为K＞1，在处理系统A中，仅将以转子轴5的目标悬浮位置为中心的附近区域放大K倍，由此，生成有效地利用了AD转换器403的动态范围(dynamic range)的高分辨率的位移信号。AD转换器403所获取的差分信号在放大部404A中，通过数字运算处理被放大(1/K)倍。即，由放大部402A放大K倍后的差分信号的振幅恢复至由放大部402A放大K倍前的振幅。K的值越大，则分辨率越高。以下，将K称为分辨率倍率。
[0110] 在解调运算部405A中，基于放大部404A所输出的差分信号进行解调运算。在增益/偏移调整部406A中，对解调后的信号进行增益调整及偏移调整。再者，在AD转换器403中使用x1轴上的两个通道及y1轴上的两个2通道，使用两根轴上的合计四个通道。
[0111] 另一方面，在处理系统B中，差分信号由放大部402A放大一倍之后，由AD转换器403进行AD采样，然后由放大部404B放大(1/1)倍。即，处理系统B所生成的通常分辨率位移信号相当于以往的涡轮分子泵中的位移信号，且是覆盖直至转子轴5与机械轴承66a、66b接触为止的位移区域的位移信号。在处理系统B的解调运算部405B及增益/偏移调整部406B中，分别进行与处理系统A的解调运算部405A及增益/偏移调整部406A相同的处理。
[0112] 再者，在生成通常的位移信号的以往的处理中，利用AD转换器获取经过带通处理后的差分信号且进行解调运算，并未设置如图3所示的放大部402B、404B。在本实施方式中，为了与处理系统B相对应而设置有放大率为一倍的放大部402B、404B，但也可以像以往的结构那样，省略放大部402B、404B。
[0113] 由切换部407选择使用处理系统A所生成的高分辨率位移信号(X1k(t)、Y1k(t))与处理系统B所生成的通常分辨率位移信号(X1(t)、Y1(t))中的哪一个位移信号。由切换部407进行的切换受到切换控制部408控制。切换控制部408基于后述的稳态响应以外的成分的信号(ux1(t)、uy1(t))来控制由切换部407进行的切换。
[0114] [关于x1轴位移、y1轴位移]
[0115] 处理系统A所生成的高分辨率位移信号及处理系统B所生成的通常分辨率位移信号是与转子轴5的x1轴的位移X1(t)及y1轴的位移Y1(t)相关的信号。一般来说，转子轴5的位移由伴随不平衡等的稳态响应成分(离心旋转位移的成分)与除此以外的成分来表示。x1轴的位移X1(t)由下式(1)表示，y1轴的位移Y1(t)由下式(2)表示。在式(1)、式(2)中，右边第一项为稳态响应成分，右边第二项为稳态响应以外的成分。j为虚数，Re为实部，Im为虚部，rx1及ry1为离心旋转半径。另外，ω为旋转角速度，对于n倍谐波使用nω来代替ω。
[0116] X1(t)＝rx1×Re(exp(jωt))+ux1(t)…(1)
[0117] Y1(t)＝ry1×Im(exp(jωt))+uy1(t)…(2)
[0118] 再者，如下式(3)～式(5)所示，对于剩余的三根轴(x2轴、y2轴、z轴)的位移，也同样地进行表示。φ、φz是相对于x1、y1轴的稳态响应相位的x2、y2轴及z轴的相位偏移。
[0119] X2(t)＝rx2×Re(exp(j(ωt+φ)))+ux2(t)…(3)
[0120] Y2(t)＝ry2×Im(exp(j(ωt+φ)))+uy2(t)…(4)
[0121] Z(t)＝rz×Re(exp(j(ωt+φz)))+uz(t)…(5)
[0122] 通常，离心旋转位移的半径为rx1＝ry1，rx2＝ry2，但因为具有传感感度的极小差异等误差，所以由其他记号表示，以下对等号成立的情况进行说明。另外，通常，大多仅将径向的四根轴设为对象，但有时轴向的一根轴(z轴)也会受到不平衡的影响而产生稳态响应，因此，新增了式(5)。
[0123] 如上所述，稳态响应以外的成分ux1(t)～uz(t)主要是由扰动力产生的瞬态位移等自由振动所引起的成分，但即使在瞬态位移已收敛的状态下，也包含成为定子侧的振动的主要原因的伴随传感产生的微小的噪声成分。噪声成分包含如下尖峰状电流的一部分从GND线回流至传感电路而重叠的噪声成分、或经由AD转换器向FPGA等数字控制器获取信号时的分辨率所引起的随机噪声等，所述尖峰状电流是伴随供应轴承电流的励磁放大器的PWM开关而产生的电流。
[0124] 图3的增益/偏移调整部406B所输出的通常分辨率位移信号、及增益/偏移调整部406A所输出的高分辨率位移信号均是与由式(1)、式(2)表示的x1轴位移X1(t)及y1轴位移Y1(t)相关的位移信号。此处，利用与位移相同的记号X1(t)、Y1(t)来表示通常分辨率位移信号，利用记号X1k(t)、Y1k(t)来表示高分辨率位移信号。
[0125] 增益/偏移调整部406B所输出的通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)输入至稳态响应提取部C。稳态响应提取部C提取与所述式(1)、式(2)中的稳态响应成分即rx1×Re(exp(jωt))、ry1×Im(exp(jωt))相对应的信号。以下，将该提取出的信号称为稳态响应信号。
[0126] 稳态响应提取部C首先在第一转换处理部409中，将通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)转换为从固定坐标系旋转角度θ的旋转坐标系的信号。此处，角度θ为转子轴5的旋转角度，且其基于图1的旋转传感器28的检测信号。另外，在不包括旋转传感器28的真空泵的情况下，也可以从马达驱动控制部2a(图1)取得马达旋转信息(例如马达电角度)，基于该马达旋转信息来计算出转子轴5的旋转角度。再者，对于旋转频率成分，如上所述地使用角度θ，但关于n倍谐波，使用nθ。
[0127] 其次，在低通滤波器410中，对第一转换处理部409所输出的信号进行低通滤波处理，将旋转成分以外的频率成分除去。在磁悬浮控制中，因为输入至第一转换处理部409的通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)还包含旋转成分以外的信号，所以需要用以在转换处理后立即将旋转成分以外的信号除去的低通滤波处理。从固定坐标系转换为旋转坐标系的转换处理是以准稳态响应为前提的一种过采样(over sampling)信号处理，因此，即使采用将旋转成分以外的高频的交流成分除去的低通滤波器410，延迟影响也小。
[0128] 在第二转换处理部411中，对经过低通滤波处理后的信号进行从旋转坐标系转换为固定坐标系的转换处理，生成通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)内的仅稳态响应成分(即离心旋转成分)的信号。再者，在第二转换处理部411中的运算过程中，例如，在需要旋转一个周期T中的误差为1deg以内的输出的情况下，需要T/360以下的短采样周期。若为两倍高频，则所述采样周期为T/720以下，越是高次高频，则需要越短的采样周期。
[0129] 接着，从通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)减去第二转换处理部411所输出的仅稳态响应成分的信号，将对稳态响应成分进行抵消补偿后的差分信号输入至切换控制部408。该信号是相当于稳态响应以外的成分ux1(t)、uy1(t)的信号，以下由与稳态响应以外的成分相同的记号ux1(t)、uy1(t)来表示。
[0130] 虽然详情后述，但切换控制部408对信号ux1(t)、uy1(t)的值与规定的阈值进行比较，将切换部407切换至高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)侧或通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)侧。这样，从切换部407输出通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)或高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)作为控制磁轴承的位移信号。接着，从切换部407所输出的位移信号减去由稳态响应提取部C提取的稳态响应信号rx1×Re(exp(jωt))、ry1×Im(exp(jωt))。结果是与式(1)、式(2)的稳态响应以外的成分ux1(t)、uy1(t)相当的信号作为用以控制磁轴承的位移信号而输入至PID控制部412。
[0131] PID控制部412基于所输入的位移信号来进行比例控制、积分控制及微分控制、相位修正以及其他控制补偿，生成悬浮控制电流设定。PWM运算部413基于PID控制部412所生成的悬浮控制电流设定来生成PWM控制信号。基于该PWM控制信号来驱动励磁放大器43，将电磁铁电流供应至磁轴承电磁铁45。
[0132] [阈值及切换动作的说明]
[0133] 图4是表示x1轴位移X1(t)及y1轴位移Y1(t)的一例的图，横轴表示x1轴位移X1(t)，纵轴表示y1轴位移Y1(t)。细线所示的轨迹D1表示位移(X1(t)，Y1(t))，粗线所示的轨迹du1表示稳态响应以外的成分(ux1(t)，uy1(t))。图4中表示了瞬态扰动力施加至以额定旋转速度稳定地旋转的转子轴5的情况。
[0134] 图4中表示了额定旋转速度为500(rps)，离心旋转仅为旋转基本成分，且离心旋转半径为10(μm)的情况。另外，将旋转体视为刚体，在主要的自由振动内，特别增加表示了低频与高频的岁差运动与章动运动。岁差运动是方向与离心旋转相反的旋转，固有振动频率设为1(Hz)，振幅设为100(μm)，章动运动是方向与离心旋转相同的旋转，固有振动频率设为240(Hz)，振幅设为2(μm)。
[0135] 附有符号70的十字标记表示转子轴5的目标悬浮位置，且坐标为(0，0)。在施加扰动力之前，轨迹D1为在目标悬浮位置(0，0)的周围描绘出圆的轨迹，但通过施加瞬态扰动力，轨迹D1、du1向箭头所示的方向发生变化。
[0136] 在瞬态扰动力施加至转子轴5的情况下，如图4的轨迹D1所示，转子轴5的位置大幅地发生变化。在通常的涡轮分子泵中，备用的机械轴承66a、66b与转子轴5之间的间隙确保为100(μm)左右。另一方面，转子轴5的径向的离心旋转位移一般为数(μm)左右。再者，在图4中表示了如下情况，即，不平衡因反应生成物的堆积而增加，离心旋转半径为10(μm)，相对较大。
[0137] 在转子轴5在目标悬浮位置附近稳定地旋转的情况下，无需将转子位移检测范围设为间隙的整个区域，只要能够在比离心旋转范围稍大的范围内检测转子位移即可。另一方面，在施加有瞬态扰动力的情况下，如图4所示，转子轴5大幅地移位至与机械轴承66a、66b接触的程度。因此，为了适当地控制磁轴承，必须能够在间隙的整个区域中检测转子位移。
[0138] 因此，在本实施方式中，如图3所示，设置取得高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)的处理系统A、与取得通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)的处理系统B，只要稳态响应以外的成分(ux1(t)，uy1(t))的大小因施加扰动力而超过规定的阈值，则使用通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)来控制磁轴承。另一方面，在成分(ux1(t)，uy1(t))的大小为规定的阈值以内的情况下，例如在转子轴5在目标悬浮位置附近稳定地旋转的情况下，使用分辨率更高的高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)来控制磁轴承，由此提高低振动性、静穆性。
[0139] 图5是对相对于本实施方式的比较例进行说明的图。图5是相当于所述图3的方框图，且对相同结构附有相同符号。在比较例中，切换部407的切换方法不同，切换部407基于来自切换控制部508的切换指令进行切换动作。该切换方法是与专利文献1所记载的以往的方法相同的方法。
[0140] 本实施方式的切换控制部408将信号ux1(t)、uy1(t)与阈值作比较而进行切换控制，但比较例的切换控制部508使用位移量比信号ux1(t)、uy1(t)的位移量更大的通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)进行切换控制。因此，容易产生如下所述的震颤。
[0141] 图6是对比较例的情况下的位移(X1(t)，Y1(t))的轨迹D1与阈值之间的关系进行说明的图。图6的轨迹D1与图4所示的轨迹D1相同。在变形例中，代替信号ux1(t)、uy1(t)而基于通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)来进行切换部407的切换，因此，并未记载表示稳态响应以外的成分(ux1(t)，uy1(t))的轨迹du1。
[0142] 在图6中，以目标悬浮位置70为中心的实线的矩形线To及虚线的矩形线Ti表示切换控制部508中的相对于位移X1(t)、Y1(t)的阈值的一例。以下，将矩形线To称为外侧阈值To，将矩形线Ti称为内侧阈值Ti。外侧阈值To包含表示与x轴位移X1(t)相关的阈值的X1＝±50(μm)的线段、及表示与y轴位移Y1(t)相关的阈值的Y1＝±50(μm)的线段。内侧阈值Ti包含表示与x轴位移X1(t)相关的阈值的X1＝±45(μm)的线段、及表示与y轴位移Y1(t)相关的阈值的Y1＝±45(μm)的线段。
[0143] 再者，在图6所示的例子中，对于位移X1(t)、Y1(t)分别独立地设定了阈值，但也可以如图7所示，对于从目标悬浮位置(0，0)算起的距离r(t)＝√(X1(t)2+Y1(t)2)设定由圆形线表示的阈值To、Ti。在此情况下，切换控制部508根据所输入的通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)计算出距离r(t)，并对该值与阈值To、Ti(圆形线的半径)进行比较。
[0144] 切换控制部508对于如图6或图7所示的外侧阈值To及内侧阈值Ti进行如下所述的切换控制。当瞬态扰动力不起作用且振动小时，轨迹D1位于表示内侧阈值Ti的线的内侧。在此情况下，选择高分辨率位移信号作为用以控制磁轴承的位移信号。若施加有瞬态扰动力，轨迹D1从表示外侧阈值To的线的内侧移动至外侧，则将位移信号从高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)切换为通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)。若轨迹D1暂时离开外侧阈值To的外侧后，移动至内侧阈值Ti的内侧，则从通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)切换为高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)。
[0145] 在图6所示的矩形线的阈值To、Ti的情况下，当位移X1(t)、Y1(t)中的至少一者移动至表示外侧阈值To的矩形线的外侧时，从高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)切换为通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)。接着，在位移X1(t)、Y1(t)中的至少一者移动至矩形线To的外侧，切换为通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)之后，进入至表示内侧阈值Ti的矩形线的内侧的情况下，再次切换为高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)。
[0146] 以所述方式设置外侧阈值To与内侧阈值Ti来使阈值具有迟滞(hysteresis)的原因在于：防止因位移X1(t)、Y1(t)反复地跨越一个阈值而产生的震颤。在图6所示的阈值To、Ti的设定的情况下，只要离心旋转半径小于矩形线To与矩形线Ti之间的宽度的1/2，即只要离心旋转半径小于5/2(μm)，则能够防止在轨迹D1通过阈值To、Ti的线时产生震颤。
[0147] 但是，在图5的比较例的情况下，使用通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)进行切换控制，因此，在如图6所示的例子那样，离心旋转半径大于5/2(μm)的情况下，轨迹D1反复地进行由内而外、由外而内地通过阈值To、Ti的线的动作，从而产生震颤。
[0148] 图8(a)及图8(b)是对位移(X1(t)，Y1(t))如图6所示地发生变化时的震颤的产生进行说明的图。图8(a)表示x轴位移X1(t)及y轴位移Y1(t)的时间变化，图8(b)表示切换部407的切换状态的时间变化。在图8(b)中，状态(+1)表示切换部407选择了通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)的状态，状态(-1)表示切换部407选择了高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)的状态。
[0149] 如图6所示，轨迹D1描绘出螺旋状的轨迹，该螺旋状的轨迹合成了由式(1)、式(2)的rx1×Re(exp(jωt))、ry1×Im(exp(jωt))表示的离心旋转所产生的半径10(μm)的圆周运动、与由ux1(t)、uy1(t)表示的扰动力所产生的位移。圆周运动的中心从目标悬浮位置70变化至X1＝-100(μm)、Y1＝100(μm)的位置为止。图8(a)表示此时的位移X1(t)、Y1(t)的时间变化。x轴位移X1(t)伴随由离心旋转产生的细微的振动，从0(μm)变化至-100(μm)为止。y轴位移Y1(t)同样伴随由离心旋转产生的细微的振动，从0(μm)变化至100(μm)为止。位移X1、Y1的细微的振动幅度大致为离心旋转半径的两倍即20(μm)。
[0150] 在符号E1所示的范围中，位移X1(t)、Y1(t)这两者均进入至外侧阈值To(＝±50μm)的内侧，因此，切换部407维持于状态(-1)，成为选择了高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)的状态。在符号E2所示的范围中，产生了y轴位移Y1(t)在外侧阈值To的外侧与内侧阈值Ti的内侧之间往返的状态，从而产生了反复成为状态(-1)与状态(+1)的震颤。即，从切换部407交替地反复输出高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)与通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)。在符号E3所示的范围中，暂时超过外侧阈值To的y轴位移Y1(t)不在内侧阈值Ti以下，切换部407维持于状态(+1)，成为选择了通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)的状态。
[0151] 这样，在比较例的情况下，离心旋转大于阈值To、Ti的迟滞宽度，轨迹D1跨越具有迟滞的两个阈值To、Ti，由此产生震颤。在涡轮分子泵的情况下，转子轴5的旋转速度高且离心旋转位移的频率高，因此，以短周期反复地切换通常分辨率位移信号与高分辨率位移信号。
[0152] 在离心旋转半径大的比较例的情况下，为了防止产生如上所述的震颤，如图9所示，需要增大阈值To、Ti的迟滞宽度。在图9中，不变更外侧阈值To，将内侧阈值Ti变更为Y1＝±25(μm)，将阈值To、Ti的迟滞宽度设为25(μm)。在此情况下，迟滞宽度为离心旋转半径的两倍(20μm)以上，因此，能够防止产生震颤。
[0153] 图10(a)及图10(b)是表示如图9所示地变更了内侧阈值Ti时的切换状况的图。图10(a)是表示位移X1(t)、Y1(t)的时间变化的图，其与图8(a)相同。图10(b)是表示切换状态的图，已知震颤已消除。这样，在离心旋转半径大的情况下，需要将外侧阈值To与内侧阈值Ti之间的迟滞宽度设定得更大。
[0154] 另一方面，在本实施方式的切换控制部408中，代替位移X1(t)、Y1(t)，对稳态响应以外的成分ux1(t)、uy1(t)与阈值进行比较而进行切换控制，因此，能够使迟滞宽度小于比较例的情况下的迟滞宽度。
[0155] 再者，在所述图4所示的轨迹du1的情况下，作为稳态响应以外的成分，在主要的自由振动内，特别增加表示了低频与高频的岁差运动与章动运动。岁差运动是方向与离心旋转相反的旋转，固有振动频率为1(Hz)，振幅为100(μm)。章动运动是方向与离心旋转相同的旋转，固有振动频率为240(Hz)，振幅为2(μm)。
[0156] 再者，震颤的产生与将内侧阈值设定为何种值无关，此处，与解决了震颤的所述比较例(图9)同等地，以下述方式设定本实施方式中的内侧阈值。在图9的比较例中，将内侧阈值设为25(μm)，但此为如下情况，即，将作为稳态响应的离心旋转振幅为10(μm)，稳态响应以外的章动振幅为2(μm)，且由所述振幅100(μm)的岁差运动产生的位移为13(μm)时的位移设为内侧阈值。即，内侧阈值设定为25(μm)＝{10+2+13}(μm)。相对于此，在本实施方式中，只要考虑稳态响应以外的成分即可，因此，若使用同等的章动振幅2(μm)及岁差振幅13(μm)，则内侧阈值为这两个振幅之和即15(μm)。
[0157] 外侧阈值是将迟滞值与内侧阈值相加所得的值。在图9所示的比较例的情况下，采用25(μm)作为迟滞值，外侧阈值为50(μm)。25(μm)是进一步将1(μm)作为余裕(margin)而与频率高的离心旋转运动(稳态响应)及章动(稳态响应以外)的各振幅之和的两倍的值相加所得。即，25(μm)＝{(10+2)×2+1}(μm)。在本实施方式的情况下，只要考虑稳态响应以外的成分即可，因此，5(μm)成为迟滞值，该5(μm)是将同样的余裕1(μm)与稳态响应以外的章动振幅即2(μm)的两倍的值相加所得的值。外侧阈值是将迟滞值5(μm)与内侧阈值15(μm)相加而成为20(μm)。
[0158] 这样，与图9的内侧阈值25(μm)、外侧阈值50(μm)同等的条件下的本实施方式的内侧阈值及外侧阈值分别为15(μm)及20(μm)。图11将图4中的内侧阈值Ti及外侧阈值To更换为15(μm)及20(μm)，且表示了包含坐标(0，0)的附近区域中的轨迹D1、du1。
[0159] 在本实施方式中，外侧阈值To及内侧阈值Ti被应用于轨迹du1，因此，如所述说明所述，将余裕1与章动运动的振幅的两倍相加而设定迟滞宽度。表示阈值To、Ti的矩形线的上边部分所记载的圆CR1、CR2是表示将岁差运动视为零时的章动运动的轨迹及离心旋转运动的轨迹。位移X1、Y1的轨迹D1是合成了岁差运动及章动运动与离心旋转运动时的轨迹。
[0160] 章动运动的振幅为2(μm)，因此，圆CR1的直径为4(μm)。离心旋转半径为10(μm)，因此，圆CR2的直径为20(μm)。在如图11所示地设定了阈值Ti、To的情况下，当施加瞬态扰动力，圆CR1从表示内侧阈值Ti的矩形线的内侧移动至表示外侧阈值To的矩形线的外侧时，能够防止产生震颤。图26(a)及图26(b)是表示本实施方式的情况下的切换状况的图。图26(a)是表示ux1(t)、uy1(t)的历时变化的图，与图8(a)及图8(b)或图10(a)及图10(b)所示的X1(t)、Y1(t)相比，细微的振动幅度减小。结果是如图26(b)所示，未产生震颤。
[0161] 这样，通过将ux1(t)、uy1(t)用于切换判定，例如即使在反应生成物堆积于转子4而导致离心旋转半径变大的情况下，也能够将阈值Ti、To的迟滞宽度抑制得较小，从而能够将外侧阈值To抑制为比离心旋转半径稍大的程度。另外，因为将ux1(t)、uy1(t)用于切换判定，所以在ux1(t)、uy1(t)为非常小的泵的情况下，即使不对阈值设置迟滞，也能够在短时间内抑制震颤。
[0162] 在图9所示的比较例中，若位移X1(t)、Y1(t)超过±50(μm)，则切换为通常分辨率位移信号。即，在位移X1(t)、Y1(t)达到±50(μm)之前，使用分辨率倍率K的高分辨率位移信号。另一方面，在图11所示的本实施方式中，若ux1(t)、uy1(t)超过±20(μm)，则切换为通常分辨率位移信号。在此情况下，离心旋转半径为10(μm)，因此，在位移X1(t)、Y1(t)达到±30(μm)之前，使用分辨率倍率K的高分辨率位移信号。即，在图11的双点划线所示的矩形范围内使用高分辨率位移信号。因此，能够将分辨率倍率K设定为比较例的约1.7(≒50/30)倍，通过将高分辨率位移信号设为更高的分辨率，能够实现低振动化。
[0163] 另外，因为能够减小迟滞宽度，所以在迟滞宽度的设定方面，余裕度相应地增大。因此，即使在通常分辨率位移信号与高分辨率位移信号之间稍微存在目标悬浮位置的偏移误差的情况下，对于图11的圆CR1，将迟滞宽度设定得稍大，由此，也能够容易地避免产生由偏移误差引起的震颤。
[0164] (关于分辨率倍率K的设定方法)
[0165] 其次，参照图12(a)及图12(b)来对分辨率倍率K的设定方法进行说明。图12(a)表示比较例的情况，图12(b)表示本实施方式的情况。
[0166] 在通常分辨率位移信号的处理系统B中，对输入至图3的AD转换器403的信号进行设定，使得在转子轴5与机械轴承66a、66b接触时，由放大部402B放大了(+1)倍的信号的大小与AD转换器403的满刻度(fullscale)相同。另外，在高分辨率位移信号的处理系统A中进行设定，使得在离心旋转位移X1(t)、Y1(t)与外侧阈值To相等时，由放大部402A放大了(+K)倍的信号的大小与AD转换器403的满刻度相同。再者，备用的机械轴承存在松动等成为误差的间隙变动，因此，较理想的是也考虑该误差量来设定满刻度。
[0167] 在设定所述外侧阈值To时，能够以某种程度任意地进行设定，但为了尽可能增大分辨率倍率K而实现低振动化，优选将外侧阈值To设定为小值。在比较例的情况下，为了不产生震颤，需要以下式(6)、式(7)的方式来设定阈值Ti、To(参照图12(a))。
[0168] Ti≧(离心旋转半径)…(6)
[0169] To≧(离心旋转半径)×3…(7)
[0170] 再者，在此处的说明中，将章动运动的振幅视为能够忽视的小振幅。章动运动的振幅与离心旋转位移无关，因此，在因反应生成物的堆积等而导致离心旋转位移大的情况下，即使以所述方式进行考虑，也无问题。
[0171] 假设在将转子轴5与机械轴承66a、66b之间的标称间隙设为100(μm)的情况下，离心旋转半径(＝10μm)为标称间隙的1/10。此时，以式“(1/10)×3×K≦1”的方式设定分辨率倍率K，使得外侧阈值To的范围的K倍与标称间隙相同，或小于标称间隙。由此，以下式(8)的方式设定分辨率倍率K。
[0172] K≦10/3…(8)
[0173] 在本实施方式的情况下，若将章动运动的位移ux1、uy1视为零，则以下式(9)的方式设定不产生震颤的阈值Ti、To(参照图12(b))。与比较例的情况同样地，设定分辨率倍率K，使得外侧阈值To的范围的K倍与标称间隙相同，或小于标称间隙。若将离心旋转半径设为标称间隙的(1/10)，则以下式(10)的方式设定分辨率倍率K。
[0174] To≧Ti≧(离心旋转半径)…(9)
[0175] K≦10/1…(10)
[0176] 由此，通过以下式(11)的方式设定分辨率倍率K，与比较例的情况相比，能够将分辨率倍率K设定得更大，从而能够实现低振动化。若进行一般化，将离心旋转半径设为标称间隙的α倍，则能够以式(12)的方式对式(11)进行变形。
[0177] 10/3＜K≦10/1…(11)
[0178] 1/(3α)＜K≦1/α…(12)
[0179] (变形例)
[0180] 图13是表示所述第一实施方式的变形例的图。在图3所示的第一实施方式的结构中，使用处理系统B的通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)来进行稳态响应提取，使用该经过稳态响应提取后的信号，进行对于通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)及高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)的稳态响应成分的抵消补偿。
[0181] 另一方面，在图13所示的变形例中采用了如下结构，即，在处理系统A及处理系统B各自的线上设置稳态响应提取部C，利用切换部407来对抵消补偿了稳态响应成分后的通常分辨率位移信号及高分辨率位移信号进行切换。切换控制部408与所述实施方式的情况同样地，对根据通常分辨率位移信号获得的稳态响应以外的成分ux1(t)、uy1(t)与阈值进行比较而进行切换控制。
[0182] 在变形例中，在对于高分辨率位移信号的稳态响应抵消补偿中，使用了从高分辨率位移信号提取的稳态响应成分，因此，在选择了高分辨率位移信号的情况下，也可减少对于稳态响应的误差。即，在振动频谱中，旋转成分或其谐波成分的振动峰值减少。
[0183] 如上所述，在本实施方式中，如图3所示，包括：作为第一位移信号生成部的处理系统A，基于在放大部402A中以分辨率倍率K(其中，K＞1)对位移调制波信号的差分信号进行放大所得的信号，生成与包含规定位置的第一位移区域相当的由外侧阈值To规定的区域中的高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)，所述位移调制波信号是经由转子的从规定位置算起的位移而调制后的信号；以及作为第二位移信号生成部的处理系统B，基于位移调制波信号的差分信号，生成与包含所述第一位移区域的更大的第二位移区域相当的间隙区域中的通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)。接着，切换控制部408基于从通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)中除去稳态响应离心旋转位移的成分rx1×Re(exp(jωt))、ry1×Im(exp(jωt))所得的非稳态响应的信号ux1(t)、uy1(t)，选择高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)及低分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)中的任一个位移信号，对切换部407进行控制。
[0184] 再者，成为各轴的位移原点的规定位置通常被定为各备用的机械轴承的中心。在本发明中，悬浮目标位置未必需要与规定位置一致，但在实施方式中，对悬浮目标位置与规定位置一致的情况进行说明。
[0185] 信号ux1(t)、uy1(t)与离心旋转位移无关，例如即使在因反应生成物的堆积而导致离心旋转位移变大的情况下，信号ux1(t)、uy1(t)也不会受其影响。因此，即使允许大离心旋转位移，与使用离心旋转位移来进行切换控制的情况相比，能够将分辨率倍率K设定得较大，从而能够提高泵的低振动性。
[0186] 再者，在图3所示的结构中，通过从低分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)中除去稳态响应离心旋转位移的成分来计算出非稳态响应的信号ux1(t)、uy1(t)，但也可以使用高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)来代替低分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)。
[0187] 另外，在本实施方式中，以如下情况为例进行了说明，该情况是指使用位移传感器49作为对从规定位置算起的位移进行检测的位移检测部，但本发明也能够适用于采用了所谓的无传感器(也称为自传感类型)方式的磁轴承的真空泵。在无传感器方式的情况下，传感器载波信号重叠于电磁铁电流，根据转子轴5的位移来对重叠的传感器载波信号进行位移调制。通过对该位移调制波信号进行解调处理来生成位移信号。
[0188] 再者，若将图3所示的结构应用于其他的三根轴(x2轴、y2轴、z轴)，从而应用于全部的五根轴，则能够发挥最大限度的效果，但例如也可以应用于通常实施不平衡补偿的径向的四根轴，或根据真空泵的各用途的个别特殊性来减少轴数。
[0189] 另外，在图3所示的结构中，使用从位移信号X1(t)、Y1(t)或X1k(t)、Y1k(t)中除去稳态响应成分rx1×Re(exp(jωt))、ry1×Im(exp(jωt))所得的稳态响应以外的成分ux1(t)、uy1(t)来控制磁轴承，但也可以采用如下结构，即，使用位移信号X1(t)、Y1(t)或X1k(t)、Y1k(t)来控制磁轴承。
[0190] -第二实施方式-
[0191] 图14是对本发明的第二实施方式进行说明的图，对图13所示的结构新增了K设定部510。在所述第一实施方式中，在生成高分辨率位移信号的处理系统A的线中，放大部402A、404A中的分辨率倍率K是根据转子轴5的离心旋转而被设定为规定的固定值。但是，由于反应生成物堆积于转子4，转子不平衡会随着时间而变大，额定旋转过程中的离心旋转位移逐渐变大。
[0192] 例如，如图11所示，考虑外侧阈值To被设定为20(μm)，内侧阈值Ti被设定为15(μm)的情况。若离心旋转半径因反应生成物的堆积而变得大于10(μm)，位移X1(t)、Y1(t)在外侧阈值To的20(μm)附近变得大于30(μm)，则即使在转子轴5的离心旋转中心为目标悬浮位置70的情况下，仍会导致从生成高分辨率位移信号的处理系统A的放大部402A输入至AD转换器403的信号的范围超过AD转换器403的满刻度。结果是有可能无法适当地控制磁轴承。
[0193] 因此，在第二实施方式中，根据离心旋转半径的大小来使放大部402A、404A中的分辨率倍率K发生变化，使得即使在转子轴5的离心旋转位移发生了变化的情况下，也能够适当地控制磁轴承。在图14所示的例子中采用如下结构，即，能够通过K设定部510将K变更为多个值。K设定部510基于从低通滤波器410输入的稳态响应离心旋转的半径rx1、ry1(参照式(1)、式(2))来设定分辨率倍率K的值。另外，切换控制部408根据与K设定部510所设定的K的值相对应的外侧阈值To及内侧阈值Ti进行切换控制。其他结构与所述图13的结构相同。
[0194] 图15是对相对于离心旋转半径rx1的分辨率倍率K的设定方法的一例进行说明的图。再者，对于rx1以外的离心旋转半径也相同。在图15中，横轴为离心旋转半径rx1，纵轴为1/K。此处，以成为K0、K1、K2的方式，分为三个阶段地变更分辨率倍率K。设定为K0＞K1＞K2。
[0195] 在反应生成物的堆积少，且离心旋转半径rx1小至rx1＜R0的状态下，分辨率倍率K被设定为K0。在离心旋转半径rx1稍微变大，R0≦rx1＜R1的情况下，K设定部510将放大部402A、404A的分辨率倍率K从K0切换为K1。在离心旋转半径rx1进一步变大，R1≦rx1＜R2的情况下，分辨率倍率K从K1切换为K2。再者，由反应生成物堆积引起的离心旋转半径的变化仅在增加方向上，但有可能会在分辨率倍率K的切换过程中产生震颤，因此，为了防止产生震颤而设定了迟滞Δr。
[0196] 再者，R2是离心旋转半径的允许上限值，在rx1＞R2的情况下判断为离心旋转异常，从通常控制过渡为异常时控制。
[0197] 图16(a)是表示分辨率倍率K与阈值To、Ti之间的关系的一例的图。与外侧阈值To相对应地设定分辨率倍率K。此处，分辨率倍率K0设为外侧阈值To为10(μm)时的分辨率倍率。同样地，K1是外侧阈值To为25(μm)时的分辨率倍率，K2是外侧阈值To为60(μm)时的分辨率倍率。在图14所示的结构中，与第一实施方式的情况同样地，基于ux1(t1)、uy1(t)来对高分辨率位移信号与通常分辨率位移信号进行切换，因此，切换时的用以防止震颤的迟滞宽度依赖于ux1(t1)、uy1(t)。但是，ux1(t1)、uy1(t)与离心旋转位移无关，因此，在图16(a)的例子中，在固定的迟滞宽度内设定内侧阈值Ti。
[0198] 图17(a)及图17(b)是表示K设定部510的动作例的图。图17(a)表示离心旋转半径rx1的历时变化，图17(b)表示位移ux1、阈值Ti、To的变化。在期间(A)中，从静止状态开始进行加速运转而处于低转速状态，离心旋转半径rx1大至中等程度。因此，分辨率倍率K被设定为K1，外侧阈值To被设定为±25(μm)。位移ux1处于外侧阈值To＝±25(μm)的范围内，因此，由切换部407选择高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)。
[0199] 在期间(B)中，达到危险速度通过的转速，离心旋转半径rx1因瞬态离心旋转增大而超过25(μm)之后，分辨率倍率K从K1切换为K2。分辨率倍率K切换为K2之后，外侧阈值To据此也变更为±60(μm)。
[0200] 在期间(C)中，达到危险速度通过后的加速度运转，随着转速接近额定转速，离心旋转半径rx1逐渐降低。若离心旋转半径rx1变为“25(μm)－Δr”以下，则分辨率倍率K从K2切换为K1，外侧阈值To变更为±25(μm)。
[0201] 在期间(D)中，泵达到额定旋转运转。在该时间点，反应生成物的堆积非常少，扰动力也变为较小的水平，因此，离心旋转半径rx1小至数(μm)水平，分辨率倍率K从K1切换为K0。另外，外侧阈值To从±25(μm)变更为±10(μm)。
[0202] 期间(E)为额定旋转状态，但产生了由扰动力引起的瞬态过大位移。结果是位移ux1大于外侧阈值To，由切换部407从高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)切换为通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)。另外，相对于离心旋转位移的阈值Ti、To的设定被解除。
[0203] 在期间(F)中，扰动力消失，增大的位移ux1再次变小而处于内侧阈值Ti的范围内。结果从通常分辨率位移信号X1(t)、Y1(t)切换为高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)。另外，因为离心旋转半径rx1小，所以外侧阈值To设为±10(μm)。
[0204] 期间(G)是从期间(F)经过长时间后的时间点的期间，虽维持了额定转速，但反应生成物逐渐增加，离心旋转半径rx1也逐渐增加。但是，在该时间点，离心旋转半径rx1处于外侧阈值To＝±10(μm)的范围内，因此，分辨率倍率K维持为K0。
[0205] 期间(H)是从期间(G)经过更长时间后的时间点的期间，由于反应生成物的体积增加，离心旋转半径rx1处于外侧阈值To＝±10(μm)的范围外。结果是分辨率倍率K从K0切换为K1，外侧阈值To也从±10(μm)变更为±25(μm)。因此，位移ux1短暂地超过10(μm)，但处于外侧阈值To＝±25(μm)的范围内，因此，维持切换部407对于高分辨率位移信号X1k(t)、Y1k(t)的选择状态。
[0206] 这样，在第二实施方式中，如图14所示，包括：稳态响应提取部C的第一转换处理部409及低通滤波器410，基于在处理系统A的放大部402A中以分辨率倍率K(其中，K＞1)对位移调制波信号进行放大所得的信号，生成高分辨率位移信号，且基于高分辨率位移信号或低分辨率位移信号，计算出稳态响应离心旋转位移的离心旋转半径rx1、ry1；以及K设定部
510，将分辨率倍率K的大小变更为与离心旋转半径rx1、ry1的大小相对应的多个值中的任一个值。
510，将分辨率倍率K的大小变更为与离心旋转半径rx1、ry1的大小相对应的多个值中的任一个值。
[0207] 即，根据离心旋转半径rx1来设定分辨率倍率K，因此，即使在离心旋转半径增加的环境中，也能够以与离心旋转半径的大小相对应的最佳分辨率来控制磁轴承，从而能够提高振动性能。例如，即使在转子轴5的离心旋转半径rx1因反应生成物的堆积等而变大的情况下，也能够防止输入至AD转换器403的信号的大小超过AD转换器403的满刻度，从而能够根据位移信号来适当地控制磁轴承。另外，在反应生成物的堆积非常少、对于离心旋转半径的影响小至能够忽视的情况下，通过将分辨率倍率K设定得大，能够通过提高分辨率来实现低振动化。
[0208] 再者，通过K设定部510来变更分辨率倍率K的大小的结构并不限于如图14所示，基于ux1(t1)、uy1(t)来对高分辨率位移信号与通常分辨率位移信号进行切换的结构，也能够适用于如下结构，该结构如图5所示的比较例那样，使用包含离心旋转位移的位移信号X1(t)、Y1(t)进行切换。例如，将离心旋转半径rx1变为10(μm)、25(μm)、60(μm)时，设为对分辨率倍率K进行切换的时机。
[0209] 图16(b)是表示阈值Ti、To的图。在rx1＝10(μm)的情况下，如上所述，为了防止震颤，需要至少将外侧阈值To设为30(μm)，将迟滞宽度设为20(μm)。以K＜10/3的方式，与外侧阈值To＝30(μm)相对应地设定分辨率倍率K。同样地，在rx1＝25(μm)的情况下，To＝75(μm)及迟滞宽度＝50(μm)，在rx1＝60(μm)的情况下，To＝180(μm)及迟滞宽度＝120(μm)。但是，若备用的机械轴承的标称间隙为100(μm)，则在rx1＝60(μm)的情况下，已超出范围，因此，在此情况下，设定直至rx1＝25(μm)为止的阈值。
[0210] -第三实施方式-
[0211] 图18是对本发明的第三实施方式进行说明的图。在本实施方式中，从图5所示的结构中删除了稳态响应提取部C，并且在处理系统A与处理系统B中，使带通滤波器401A、401B的性能不同，而且将放大部404A的增益设为(1/K1)。其他结构与图5所示的方框图相同。在本实施方式中，在位移小的状况下，使用由处理系统A产生的高分辨率位移信号来代替由处理系统B产生的通常分辨率位移信号，由此，改善位移信号的信噪(Signal Noise，SN)比，并且特别减少可成为噪音的主要原因的高频噪声成分。
[0212] 如图18所示，当利用AD转换器403来获取位移调制波信号的差分信号时，利用带通滤波器401A、401B除去多余的噪声成分之后，由AD转换器403获取该差分信号。此时，越使带通滤波器401A、401B的Q值(＝Q1、Q0)升高来使频带向中心频率(在此情况下为载波fc)变窄，则越能够除去解调后的位移信号的高频成分。
[0213] 但是，作为Q值提高的折衷，信号延迟变大，磁轴承控制的稳定性降低。另外，根据情况，以转子的高次弹性固有振动频率引起振荡，会产生如下问题，即，不仅产生噪音、振动，而且悬浮控制变得困难。
[0214] 首先，在生成通常分辨率位移信号的处理系统B中，带通滤波器401B的Q0设为不会因信号延迟而导致磁轴承控制的稳定性降低的程度的Q值。接着，在生成高分辨率位移信号的处理系统A中，以Q1＞Q0的方式来设定带通滤波器401A的Q值Q1，使频带更窄，并且将放大部404A中的放大率(用以使放大后的信号的振幅再次缩小的缩小率)设为(1/K1)。接着，以(1/K1)＜(1/K)的方式，即，以K×(1/K1)＜1的方式来设定K1，由此，将放大率(1/K1)设为小于放大率(1/K)的放大率。
[0215] 这样，对于高分辨率位移信号，通过以Q1＞Q0的方式实现窄频带化来除去解调后的位移信号的高频成分，通过设为(1/K1)＜(1/K)来使增益降低至1以下。即，通过降低增益来增加增益余裕，从而抵消因设为Q1＞Q0而导致相位余裕降低所产生的影响，由此，能够确保与以往分辨率位移信号线相同程度的稳定性(即，能够将作为稳定性指标的感度函数的最大值设为同等值)。
[0216] 再者，作为采用如上所述的结构的折衷，干扰响应性能比应用以往分辨率位移信号时变差，但只有在不会产生需要干扰响应性的瞬态大位移的状态下，才应用高分辨率位移信号，因此不会产生副作用。
[0217] 图19(a)及图19(b)是表示生成通常分辨率位移信号的处理系统B的带通滤波器401B中的信号的延迟及增益的一例的图。此处，传感器载波频率＝10(kHz)，Q0＝1。位移信号通过带通滤波器之后，解调信号必然会从位移信号起延迟。位移信号的频率越高，则此时的相位延迟量越大。在图19(a)中，相对于频率＝100(Hz)、1000(Hz)、2500(Hz)，相位延迟量大致为0(deg)、10(deg)、20(deg)。
[0218] 虽也依赖于泵的转子尺寸，但通常需要进行控制直至1(kHz)频带为止，对于成为噪音的主要原因的4(kHz)附近的谐波，无需进行控制。1(kHz)下的相位延迟量为10(deg)，因此，转子轴5的弹性振动固有振动频率下的振荡风险小。再者，处理系统B中的带通滤波器401B的Q值低，因此，如图19(b)所示，4(kHz)附近的振幅减少量少。
[0219] 图20(a)及图20(b)是表示生成高分辨率位移信号的处理系统A的带通滤波器401A中的信号的延迟及增益的一例的图。传感器载波频率为10(kHz)，Q值为Q1＝5。如图20(a)所示，频率＝100(Hz)、1000(Hz)、2500(Hz)时的相位延迟量为10(deg)、40(deg)、60(deg)。另外，如图20(a)所示，作为噪音的一个原因的4(kHz)附近的高频率成分大幅减少。因此，当选择了高分辨率位移信号时，可减少噪音。
[0220] 参照图21～图23来对放大率(1/K1)中的K1的设定方法进行说明。图21是表示使用了处理系统A时的开环传递函数(open-loop transfer function)Gok(jw)、与使用了处理系统B时的开环传递函数Go1(jw)的图。再者，图21中表示了使用电感方式的位移传感器49来取得位移调制波信号时的结构。
[0221] 一般来说，在对开环传递函数Go进行扫频(frequency sweep)，并如图22所示，在复平面(complex plane)上绘制出所谓的奈奎斯特线图(Nyquist diagram)的情况下，稳定性按照Goa＜Gob＜Goc的顺序递增。即，复平面上的轨迹离(-1)越远，则稳定性越高。若以感度函数(1/(1+Go))来表现，则感度函数的大小的最大值越小，则稳定性越高，所述感度函数定义为从(-1)算起的距离(∣1+Go∣)的倒数。
[0222] 此处，如图23所示，以使Gok(jw)的轨迹与Go1(jw)的轨迹在相同的圆上(以-1为中心的圆)相切或通过圆的外侧的方式，预先决定K1的值，使处理系统A的线的稳定性为与处理系统B的线同等的水平。
[0223] 但是，将K1的值的范围缩小至最佳值实际上是作为产品开发时或产品上市时的调整(试错)的结果而决定，因此，至少将满足使增益比处理系统B的线更低的K×(1/K1)＜1的K1＞K定为条件。换句话说，在处理系统A的线中，提高带通滤波器401A的Q值，因此在图23中，与处理系统B的线相比，相位余裕必然降低，使得φk＜φ1。因此，以K×(1/K1)＜1的方式，使处理系统A的线的增益低于处理系统B的线的增益，以图23的g1＜gk的方式利用增益余裕进行补偿，从而确实地提高稳定性。
[0224] 再者，与第一实施方式的情况同样地，也可以对图18的结构新增图3的稳态响应提取部C，并且利用切换控制部408来替换切换控制部508，基于稳态响应以外的成分ux1(t)、uy1(t)，控制切换部407对于通常分辨率位移信号与高分辨率位移信号的切换。另外，如图24所示，除了稳态响应提取部C及切换控制部408之外，还可以进一步设置对(K、K1、Q1)的值进行设定的数据设定部511。数据设定部511预先准备多个(K、K1、Q1)的数据集，基于离心旋转半径rx1、ry1来选择数据集，变更带通滤波器401A及放大部402A、404A中的Q1、K及K1的设定。
[0225] 这样，在第三实施方式中，在生成高分辨率位移信号的处理系统A中，带通滤波器401A的Q值Q1设为比处理系统B的带通滤波器401B的Q值Q0更大的值，由此，除去成为噪音的主要原因的高频噪声成分，并且以使放大部402A的放大率(即分辨率倍率)K与放大部404A的放大率(1/K1)之积小于1的方式来设定放大率(1/K1)，由此，确保与处理系统B同等的稳定性。
[0226] 通过采用如上所述的结构，不仅通过提高位移信号的分辨率来改善SN比，而且积极地减少可成为噪音的主要原因的高频(包含4kHz)成分，由此，与以往相比，可进一步减少振动、噪音，另一方面，能够确保悬浮控制的稳定性，进行可靠性高的运转。
[0227] 在所述内容中，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。可在本发明的技术思想的范围内考虑到的其他方式也包含在本发明的范围内。例如，虽以涡轮分子泵为例进行了说明，但只要是磁轴承式，则也能够适用于其他真空泵。
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