JP2000283088A - ターボ分子ポンプ - Google Patents
ターボ分子ポンプInfo
- Publication number
- JP2000283088A JP2000283088A JP11090316A JP9031699A JP2000283088A JP 2000283088 A JP2000283088 A JP 2000283088A JP 11090316 A JP11090316 A JP 11090316A JP 9031699 A JP9031699 A JP 9031699A JP 2000283088 A JP2000283088 A JP 2000283088A
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- Japan
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- rotating body
- magnetic bearing
- bearing
- magnetic
- molecular pump
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/44—Centrifugal pumps
- F16C2360/45—Turbo-molecular pumps
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ギャップセンサの検出機能異常、回転体のア
ンバランス量増大等によって磁気軸受に異常が発生した
場合に、用いられる保護軸受のベアリングの損傷、劣化
を防止することができる磁気軸受装置を提供する。 【解決手段】 ギャップセンサ４で回転体１の位置を監
視し、磁気軸受に異常が発生し、回転体１が磁気軸受の
中心位置で支持されなくなったとき、電磁石２ａ、２ｂ
により、回転体１を所定方向に吸引するようにし、減速
した回転体１の固有振動での回転体の過大な振れを抑制
するとともに、ころがり抵抗によるブレーキ力を増加さ
せ、保護軸受のベアリングの損傷、劣化を防止する。
ンバランス量増大等によって磁気軸受に異常が発生した
場合に、用いられる保護軸受のベアリングの損傷、劣化
を防止することができる磁気軸受装置を提供する。 【解決手段】 ギャップセンサ４で回転体１の位置を監
視し、磁気軸受に異常が発生し、回転体１が磁気軸受の
中心位置で支持されなくなったとき、電磁石２ａ、２ｂ
により、回転体１を所定方向に吸引するようにし、減速
した回転体１の固有振動での回転体の過大な振れを抑制
するとともに、ころがり抵抗によるブレーキ力を増加さ
せ、保護軸受のベアリングの損傷、劣化を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に高速回転体を
磁気浮力により支持するために用いられる磁気軸受装置
を有するターボ分子ポンプに関する。
磁気浮力により支持するために用いられる磁気軸受装置
を有するターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】ターボ分子ポンプをはじめとする真空ポ
ンプ等高速回転器においては、良好な真空を得るために
オイルフリーが求められ、また、高速回転体の非接触支
持が求められている。そこで、潤滑油を利用した軸受に
代えて磁気軸受を用いたターボ分子ポンプが開発されて
いる。この磁気軸受は、回転軸を非接触で浮上させて回
転させることによって、駆動軸の振動を減少させること
ができる。
ンプ等高速回転器においては、良好な真空を得るために
オイルフリーが求められ、また、高速回転体の非接触支
持が求められている。そこで、潤滑油を利用した軸受に
代えて磁気軸受を用いたターボ分子ポンプが開発されて
いる。この磁気軸受は、回転軸を非接触で浮上させて回
転させることによって、駆動軸の振動を減少させること
ができる。
【０００３】図３は、従来のターボ分子ポンプの概略断
面図である。ケースの内側にスペーサ１４を介して取り
付けられた固定翼（ステータ翼）１３と、駆動軸１１に
取り付けられるとともに固定翼１３に対向して設置され
た排気用翼体（ロータ翼）１２とによってタービン翼を
形成し、固体翼１３に対して排気用翼体１２を高周波モ
ータ３３によって高速回転させることによって、吸気口
１５から吸気した気体分子を排気口１６側に移送させる
構成としている。
面図である。ケースの内側にスペーサ１４を介して取り
付けられた固定翼（ステータ翼）１３と、駆動軸１１に
取り付けられるとともに固定翼１３に対向して設置され
た排気用翼体（ロータ翼）１２とによってタービン翼を
形成し、固体翼１３に対して排気用翼体１２を高周波モ
ータ３３によって高速回転させることによって、吸気口
１５から吸気した気体分子を排気口１６側に移送させる
構成としている。
【０００４】このターボ分子ポンプにおいて、排気用翼
体１２および駆動軸１１の回転体を非接触で支持するた
めに、回転体の半径方向に電磁石を設けたラジアル磁気
軸受３４ａ、３４ｂと、軸方向に電磁石を設けたスラス
ト磁気軸受３４ｃとを備え、この電磁石とほぼ同位置に
回転体の状態を検出するラジアルセンサ３１ａ、３１ｂ
及び、スラストセンサ３１ｃ等の変位センサを設置して
フィードバック制御系を構成し、各電磁石に流れる電流
を調節して電磁石の吸引力を調節し、回転体を中心位置
に支持している。
体１２および駆動軸１１の回転体を非接触で支持するた
めに、回転体の半径方向に電磁石を設けたラジアル磁気
軸受３４ａ、３４ｂと、軸方向に電磁石を設けたスラス
ト磁気軸受３４ｃとを備え、この電磁石とほぼ同位置に
回転体の状態を検出するラジアルセンサ３１ａ、３１ｂ
及び、スラストセンサ３１ｃ等の変位センサを設置して
フィードバック制御系を構成し、各電磁石に流れる電流
を調節して電磁石の吸引力を調節し、回転体を中心位置
に支持している。
【０００５】電磁石は、駆動軸１１を挟んで対向して配
置されており、各電磁石にＰＩＤ制御等によって定めら
れる励磁電流を励磁アンプを介して流し、対向する電磁
石の吸引力によって駆動軸の位置制御を行い、磁気浮上
制御を行っている。また、排気用翼体１２の回転速度は
回転センサによって駆動軸の回転速度を検出して求めて
いる。この磁気軸受部では、誤操作による運転中のケー
ブル脱落や停電の発生等により、低速回転になったり、
回転が停止したりする時に、回転体を保持するため保護
軸受１７、１８が設けられている。
置されており、各電磁石にＰＩＤ制御等によって定めら
れる励磁電流を励磁アンプを介して流し、対向する電磁
石の吸引力によって駆動軸の位置制御を行い、磁気浮上
制御を行っている。また、排気用翼体１２の回転速度は
回転センサによって駆動軸の回転速度を検出して求めて
いる。この磁気軸受部では、誤操作による運転中のケー
ブル脱落や停電の発生等により、低速回転になったり、
回転が停止したりする時に、回転体を保持するため保護
軸受１７、１８が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】通常の停止動作では、
保護軸受１７、１８は、電源停止時には、軸部と直接接
触して回転体を支持することになるが、回転体が停止す
るまでの間は磁気軸受の磁力によって位置制御されてい
るため、接触時の衝撃は僅かであって損傷を受けること
はない。
保護軸受１７、１８は、電源停止時には、軸部と直接接
触して回転体を支持することになるが、回転体が停止す
るまでの間は磁気軸受の磁力によって位置制御されてい
るため、接触時の衝撃は僅かであって損傷を受けること
はない。
【０００７】しかしながら、ギャップセンサの検出機能
異常、回転体のアンバランス量増大によって磁気軸受制
御に異常が発生した場合、回転体を保護軸受で支持する
が、磁気浮上時に駆動軸１１と保護軸受１７、１８とを
非接触とするため、図４（保護軸受部の断面図）に示す
ように駆動軸１１と保護軸受１７、１８との間には隙間
３８が設けられており、磁気軸受の位置制御も行われな
くなると、回転体が停止するまでの間、回転数によって
は回転体の持つ固有振動数と一致し回転体の振れが極度
に大きくなり、駆動軸１１が保護軸受１７、１８の中を
動き回り、保護軸受のベアリングに損傷を与え、寿命が
短くなるという問題があった。
異常、回転体のアンバランス量増大によって磁気軸受制
御に異常が発生した場合、回転体を保護軸受で支持する
が、磁気浮上時に駆動軸１１と保護軸受１７、１８とを
非接触とするため、図４（保護軸受部の断面図）に示す
ように駆動軸１１と保護軸受１７、１８との間には隙間
３８が設けられており、磁気軸受の位置制御も行われな
くなると、回転体が停止するまでの間、回転数によって
は回転体の持つ固有振動数と一致し回転体の振れが極度
に大きくなり、駆動軸１１が保護軸受１７、１８の中を
動き回り、保護軸受のベアリングに損傷を与え、寿命が
短くなるという問題があった。
【０００８】本発明は、上記課題を解決するために創案
されたものであり、ギャップセンサの検出機能異常、回
転体のアンバランス量増大によって磁気軸受制御に異常
が発生した場合に、用いられる保護軸受のベアリングの
損傷、劣化を防止することができるターボ分子ポンプを
提供することを目的としている。
されたものであり、ギャップセンサの検出機能異常、回
転体のアンバランス量増大によって磁気軸受制御に異常
が発生した場合に、用いられる保護軸受のベアリングの
損傷、劣化を防止することができるターボ分子ポンプを
提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のターボ分子ポンプは、排気用翼体及びモー
タのロータを有する回転体を磁気軸受により磁気浮上支
持するターボ分子ポンプにおいて、磁気浮上異常時に回
転体を支持する保護軸受と、磁気浮上異常時に回転体に
対して電磁力により一定方向に力を付与する手段を設け
たことを特徴としている。
に、本発明のターボ分子ポンプは、排気用翼体及びモー
タのロータを有する回転体を磁気軸受により磁気浮上支
持するターボ分子ポンプにおいて、磁気浮上異常時に回
転体を支持する保護軸受と、磁気浮上異常時に回転体に
対して電磁力により一定方向に力を付与する手段を設け
たことを特徴としている。
【００１０】本発明では、磁気軸受制御に異常が発生し
た場合に、保護軸受により回転体を支持するようになる
が、このとき、回転体を保護軸受に接触するように電磁
石で力を付与することで、減速中に回転体の固有振動で
の回転体の過大な振れを抑制できるとともに、ころがり
抵抗によるブレーキ力が増加し、回転停止までの時間を
短くすることができるので、保護軸受のベアリングの損
傷、劣化を最小限にすることができる。
た場合に、保護軸受により回転体を支持するようになる
が、このとき、回転体を保護軸受に接触するように電磁
石で力を付与することで、減速中に回転体の固有振動で
の回転体の過大な振れを抑制できるとともに、ころがり
抵抗によるブレーキ力が増加し、回転停止までの時間を
短くすることができるので、保護軸受のベアリングの損
傷、劣化を最小限にすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のタ
ーボ分子ポンプの一実施例を説明する。図１は本発明の
概略構成を示す図である。なお、図１では、主に磁気軸
受装置の保護軸受部分に関する部分のみ示し、その他の
ターボ分子ポンプの構成は図３と同様であるため、その
構成を説明する場合は図３の数字・記号を用いる。図１
において、回転体１は排気用翼体および駆動軸からな
り、この回転体１を挟むようにし、対向して配置した電
磁石２ａ，２ｂと、回転体と電磁石との間の間隙量を検
出するギャップセンサ４と、磁気軸受が異常となったと
きに回転体１を支持する保護軸受１７、１８が設けられ
ている。
ーボ分子ポンプの一実施例を説明する。図１は本発明の
概略構成を示す図である。なお、図１では、主に磁気軸
受装置の保護軸受部分に関する部分のみ示し、その他の
ターボ分子ポンプの構成は図３と同様であるため、その
構成を説明する場合は図３の数字・記号を用いる。図１
において、回転体１は排気用翼体および駆動軸からな
り、この回転体１を挟むようにし、対向して配置した電
磁石２ａ，２ｂと、回転体と電磁石との間の間隙量を検
出するギャップセンサ４と、磁気軸受が異常となったと
きに回転体１を支持する保護軸受１７、１８が設けられ
ている。
【００１２】６は制御異常検出回路であり、７はＰＩＤ
制御等を行う制御演算回路、８、１０は電力増幅器、９
はインバータ、４０は切換スイッチであり、４１は減算
部である。切換スイッチ４０の入力端の一方には中心位
置信号が、他方には接触位置信号が供給されている。
制御等を行う制御演算回路、８、１０は電力増幅器、９
はインバータ、４０は切換スイッチであり、４１は減算
部である。切換スイッチ４０の入力端の一方には中心位
置信号が、他方には接触位置信号が供給されている。
【００１３】次に、この回路の動作を説明する。磁気軸
受装置が正常に動作している場合には、回転体１が高速
回転を行うとともに、ラジアル磁気軸受３４ａ、３４ｂ
等によって磁気軸受の中心位置に支持されている。した
がって、制御異常検出回路６は、切換信号を発生せず、
切換スイッチ４０の端子は中心位置に接続された状態に
あり、この目標値信号とセンサアンプ５からの信号は等
しいので減算部４１で減算された後の信号は０となり、
電磁石２ａ、２ｂの吸引力に差は生じない。
受装置が正常に動作している場合には、回転体１が高速
回転を行うとともに、ラジアル磁気軸受３４ａ、３４ｂ
等によって磁気軸受の中心位置に支持されている。した
がって、制御異常検出回路６は、切換信号を発生せず、
切換スイッチ４０の端子は中心位置に接続された状態に
あり、この目標値信号とセンサアンプ５からの信号は等
しいので減算部４１で減算された後の信号は０となり、
電磁石２ａ、２ｂの吸引力に差は生じない。
【００１４】ところが、ギャップセンサの検出機能異
常、回転体のアンバランス量増大等によって磁気軸受制
御に異常が発生した場合、回転体１は磁気軸受の中心位
置に支持されずに、右方向、左方向等いずれかの位置に
ずれてしまう。この回転体１の位置変化をギャップセン
サ４で検出し、この信号をセンサアンプ５で増幅して、
制御異常検出回路６へ出力する。制御異常検出回路６で
は、回転体１が磁気軸受部の中心位置から所定距離変化
した場合にスイッチ切換信号を切換スイッチ４０に出力
してスイッチを中心位置から接触位置の方へ切換えるよ
うになっており、この接触位置信号は、センサアンプ５
からの信号と引算されて制御演算回路７へ伝えられる。
制御演算回路７ではこの信号がＰＩＤ制御等されて出力
される。電力増幅回路８は制御演算回路７からの信号を
増幅して電磁石２ａに供給する。切換スイッチ４０に供
給された接触位置信号が例えば図の矢印方向に回転体１
を保護軸受３２の方に吸引する場合であれば、電磁石２
ａは電力増幅器８からの信号により吸引力を増大するよ
うになる。
常、回転体のアンバランス量増大等によって磁気軸受制
御に異常が発生した場合、回転体１は磁気軸受の中心位
置に支持されずに、右方向、左方向等いずれかの位置に
ずれてしまう。この回転体１の位置変化をギャップセン
サ４で検出し、この信号をセンサアンプ５で増幅して、
制御異常検出回路６へ出力する。制御異常検出回路６で
は、回転体１が磁気軸受部の中心位置から所定距離変化
した場合にスイッチ切換信号を切換スイッチ４０に出力
してスイッチを中心位置から接触位置の方へ切換えるよ
うになっており、この接触位置信号は、センサアンプ５
からの信号と引算されて制御演算回路７へ伝えられる。
制御演算回路７ではこの信号がＰＩＤ制御等されて出力
される。電力増幅回路８は制御演算回路７からの信号を
増幅して電磁石２ａに供給する。切換スイッチ４０に供
給された接触位置信号が例えば図の矢印方向に回転体１
を保護軸受３２の方に吸引する場合であれば、電磁石２
ａは電力増幅器８からの信号により吸引力を増大するよ
うになる。
【００１５】一方、制御演算回路７の出力はインバータ
９を介して信号が逆方向に反転し、この信号が電力増幅
器１０で増幅されて電磁石２ｂの方へ供給されるので、
電磁石２ａとは異なり、電磁石２ｂの吸引力は減じら
れ、回転体１全体としては図の左方向（矢印方向）へ変
位することになり、保護軸受３２に接触する位置まで移
動し、その状態で固定される。
９を介して信号が逆方向に反転し、この信号が電力増幅
器１０で増幅されて電磁石２ｂの方へ供給されるので、
電磁石２ａとは異なり、電磁石２ｂの吸引力は減じら
れ、回転体１全体としては図の左方向（矢印方向）へ変
位することになり、保護軸受３２に接触する位置まで移
動し、その状態で固定される。
【００１６】このようにして、ギャップセンサの検出機
能異常、回転体のアンバランス量増大等によって磁気軸
受制御に異常が発生したとき、回転体１が保護軸受３２
に接触するまで電磁石により、力を加えられた場合（図
の破線部分）と、従来の場合（図の実線部分）との回転
体の減速状態の比較を図２に示す。横軸は時間軸であ
り、縦軸は回転体の回転数をあらわす。従来の場合の減
速曲線では、回転体の固有振動で振れが大きくなり、発
振した後、回転数が急降下していることがわかり、保護
軸受への衝撃が大きい。本発明を用いた場合には、回転
体を保護軸受に接触するように吸引しているので、固有
振動での発振が起こりにくく、摩擦力によるブレーキ力
で減速時間が短くなっている。
能異常、回転体のアンバランス量増大等によって磁気軸
受制御に異常が発生したとき、回転体１が保護軸受３２
に接触するまで電磁石により、力を加えられた場合（図
の破線部分）と、従来の場合（図の実線部分）との回転
体の減速状態の比較を図２に示す。横軸は時間軸であ
り、縦軸は回転体の回転数をあらわす。従来の場合の減
速曲線では、回転体の固有振動で振れが大きくなり、発
振した後、回転数が急降下していることがわかり、保護
軸受への衝撃が大きい。本発明を用いた場合には、回転
体を保護軸受に接触するように吸引しているので、固有
振動での発振が起こりにくく、摩擦力によるブレーキ力
で減速時間が短くなっている。
【００１７】以上で述べたギャップセンサ４、電磁石２
ａ、２ｂは別途新たに設けるようにしても良いし、セン
サ３１ａ、３１ｂをギャップセンサ４として用い、ラジ
アル磁気軸受３４ａ、３４ｂを電磁石２ａ、２ｂとして
用いるようにしても良い。
ａ、２ｂは別途新たに設けるようにしても良いし、セン
サ３１ａ、３１ｂをギャップセンサ４として用い、ラジ
アル磁気軸受３４ａ、３４ｂを電磁石２ａ、２ｂとして
用いるようにしても良い。
【００１８】
【発明の効果】本発明の磁気軸受装置によれば、磁気軸
受に異常が発生した場合に、保護軸受により回転体を支
持するようになるが、このとき、回転体を保護軸受に接
触するように電磁石で力を付与することで、減速中に回
転体の固有振動での回転体の過大な振れを抑制できると
ともに、ころがり抵抗によるブレーキ力が増加し、回転
停止までの時間を短くすることができるので、保護軸受
のベアリングの損傷、劣化を最小限にすることができ
る。
受に異常が発生した場合に、保護軸受により回転体を支
持するようになるが、このとき、回転体を保護軸受に接
触するように電磁石で力を付与することで、減速中に回
転体の固有振動での回転体の過大な振れを抑制できると
ともに、ころがり抵抗によるブレーキ力が増加し、回転
停止までの時間を短くすることができるので、保護軸受
のベアリングの損傷、劣化を最小限にすることができ
る。
【図１】本発明の磁気軸受装置の概略構成図である。
【図２】本発明の磁気軸受装置の回転体と従来の磁気軸
受装置の回転体との減速曲線の比較図である。
受装置の回転体との減速曲線の比較図である。
【図３】一般の磁気軸受装置の構成図である。
【図４】保護軸受部の拡大図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 32/04 Ｆ１６Ｃ 32/04 Ａ Ｆターム(参考） 3H021 AA01 AA08 BA11 BA20 BA21 BA30 CA00 DA00 DA02 DA03 3H022 AA01 BA06 CA12 CA15 DA08 DA09 DA13 3H031 DA02 EA09 EA11 EA15 FA11 FA13 FA40 3J102 AA02 BA03 BA19 CA14 DA02 DA03 DA09 DA12 DB05 DB10 DB11 GA06
Claims (1)
- 【請求項１】 排気用翼体及びモータのロータを有する
回転体を磁気軸受により磁気浮上支持するターボ分子ポ
ンプにおいて、磁気浮上異常時に回転体を支持する保護
軸受と、磁気浮上異常時に回転体に対して電磁力により
一定方向に力を付与する手段を設けたことを特徴とする
ターボ分子ポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11090316A JP2000283088A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | ターボ分子ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11090316A JP2000283088A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | ターボ分子ポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000283088A true JP2000283088A (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=13995132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11090316A Pending JP2000283088A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | ターボ分子ポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000283088A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107327484A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-07 | 南京磁谷科技有限公司 | 一种推力磁轴承盒形磁极结构 |
| CN107387560A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-24 | 南京磁谷科技有限公司 | 一种不等厚推力磁轴承结构 |
-
1999
- 1999-03-30 JP JP11090316A patent/JP2000283088A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107327484A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-07 | 南京磁谷科技有限公司 | 一种推力磁轴承盒形磁极结构 |
| CN107387560A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-24 | 南京磁谷科技有限公司 | 一种不等厚推力磁轴承结构 |
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