CN110520627A - 真空泵、磁轴承装置及转子 - Google Patents

Abstract

提供一种减轻转子的振摆及振动的真空泵、磁轴承装置及转子。一种真空泵（1），沿着气体的排气方向，依次配置有转子（20）的重心（G1）、在径向方向（R）上以磁力非接触支承转子（20）的主动径向轴承（71）及在径向方向（R）上以磁力非接触支承转子（20）的被动径向轴承（72）。

Description

真空泵、磁轴承装置及转子

技术领域

本发明涉及真空泵及用于真空泵的磁轴承装置、转子，特别涉及抑制转子的振摆及振动的真空泵、磁轴承装置及转子。

背景技术

作为使用真空泵进行排气处理、将内部保持为真空的装置，已知有半导体制造装置、液晶制造装置、电子显微镜、表面分析装置及微细加工装置等。在这样的装置中使用的真空泵通过旋转叶片相对于固定叶片相对地旋转，将装置内的气体向外部排气，将装置内保持为真空。

在专利文献1中，公开了一种具备将转子的5自由度中的3自由度主动地控制约束、将其余的2自由度被动地约束的磁轴承的真空泵。在这样的真空泵中，具备：变位传感器，对转子上部的径向方向的从平衡点的变位进行计测；主动径向轴承，基于变位传感器的计测值，将转子向平衡点拉回；以及被动径向轴承，在径向方向上支承转子。主动径向磁轴承和被动径向轴承在气体的排气方向上夹着转子的重心配置在相反侧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭59－83828号公报。

发明内容

发明要解决的课题

在上述那样的真空泵中，有以下的问题：在转子从平衡点在径向方向上变位的情况下，如果主动径向轴承使上部复原力作用于转子的上部，则起因于被动径向轴承对转子的电枢盘（armature disc）作用的磁阻而作用于转子的下侧的下部复原力被与转子的姿势对应的倾斜力抵消，所以轴承的共振点处的转子的振摆和振动难以衰减。

并且，有以下的问题：如果作用于转子的下部的复原力下降，则为了使转子旋转时的平衡改善而必须高精度地制作转子，进而，真空泵组装时的微调整需要长时间。

所以，本发明是鉴于这样的以往的课题而做出的，目的是减轻转子的振摆及振动。

用来解决课题的手段

本发明是为了达成上述目的而提出的，技术方案1所述的发明提供一种真空泵，具备磁轴承装置，所述磁轴承装置具有径向方向磁力发生机构和径向方向变位检测机构，所述径向方向磁力发生机构在径向方向上以磁力非接触支承将气体排气的转子，所述径向方向变位检测机构对所述转子的所述径向方向的变位进行检测，其中，所述径向方向磁力发生机构在所述气体的排气方向上在比所述转子的重心靠排气侧设置有两个。

根据该结构，由于当转子从平衡点在径向方向上变位时，径向方向磁力发生机构作用于转子的下部的复原力和起因于转子的姿势的倾斜力以相同的朝向发生，所以作用于转子的下部的并行力不会被倾斜力衰减而将转子的振摆及振动有效率地减震。

技术方案2所述的发明提供一种真空泵，除了技术方案1所述的真空泵的结构以外，配置在所述气体的所述排气方向的吸气侧的第1径向方向磁力发生机构主动地支承所述转子；配置在所述气体的所述排气方向的排气侧的第2径向方向磁力发生机构被动地支承所述转子。

根据该结构，通过沿着气体的排气方向依次配置转子的重心、第1径向方向磁力发生机构及第2径向方向磁力发生机构，当转子从平衡点在径向方向上变位时，起因于第2径向方向磁力发生机构而作用于转子的下部的复原力和起因于转子的姿势的倾斜力以相同的朝向发生，所以作用于转子的下部的复原力不会被倾斜力衰减而能够将转子的振摆及振动有效率地减震。

技术方案3所述的发明提供一种真空泵，除了技术方案2所述的真空泵的结构以外，所述第1径向方向磁力发生机构的中心及所述径向方向变位检测机构的中心配置在同一平面上。

根据该结构，由于径向方向变位检测机构检测转子从平衡点的变位的地点和第1径向方向磁力发生机构向转子作用复原力的地点一致，所以能够将转子的振摆及振动有效率地减震。

技术方案4所述的发明提供一种磁轴承装置，被用于技术方案1～3的任一项所述的真空泵。

根据该结构，当转子从平衡点变位时，径向方向磁力发生机构作用于转子的下部的复原力和起因于转子的姿势的倾斜力以相同的朝向发生，所以能够将转子的振摆及振动有效率地减震。

技术方案5所述的发明提供一种转子，被用于技术方案1～3的任一项所述的真空泵。

根据该结构，当转子从平衡点变位时，径向方向磁力发生机构作用于转子的下部的复原力和起因于转子的姿势的倾斜力以相同的朝向发生，所以能够将转子的振摆及振动有效率地减震。

发明效果

本发明由于当转子从平衡点变位时，径向方向磁力发生机构作用于转子的下部的复原力和起因于转子的姿势的倾斜力以相同的朝向发生，所以作用于转子的下部的复原力不会被倾斜力衰减，能够将转子的振摆及振动有效率地减震。进而，由于作用于转子的下部的复原力不被倾斜力衰减，所以转子的零件精度被缓和，并且能够缩短真空泵组装时的微调整所需要的时间。

附图说明

图1是表示有关本发明的第1实施例的真空泵的垂直剖视图。

图2是表示图1的主动径向轴承的立体图。

图3是表示图2的主动径向轴承的横剖视图。

图4是示意地表示在有关比较例的真空泵中将转子向平衡点拉回的状况的图。

图5是表示有关比较例的真空泵中的转子的振动的推移的图表。

图6是示意地表示在图1的真空泵中将转子向平衡点拉回的状况的图。

图7是表示图1的真空泵中的转子的振动的推移的图表。

图8是表示有关本发明的第2实施例的真空泵的垂直剖视图。

具体实施方式

本发明为了达成减轻转子的振摆及振动这一目的，通过以下的结构而实现：是一种具备磁轴承装置的真空泵，所述磁轴承装置具有径向方向磁力发生机构和径向方向变位检测机构，所述径向方向磁力发生机构在径向方向上以磁力非接触地支承将气体排气的转子，所述径向方向变位检测机构对转子的径向方向的变位进行检测，径向方向磁力发生机构在气体的排气方向上在比转子的重心靠排气侧设置有两个。

实施例

以下，基于附图说明有关本发明的第1实施例的真空泵1。另外，在以下的说明中，“上”、“下”的词语是以气体的排气方向的上游侧为上方、以下游侧为下方的，即，在后述的轴向方向A上，设为吸气口11侧对应于上方、排气口41侧对应于下方。图1是表示有关本发明的第1实施例的真空泵1的构造的垂直剖视图。图2是表示主动径向轴承71的立体图。图3是表示图2的主动径向轴承71的横剖视图。

真空泵1是使半导体制造装置、液晶制造装置、电子显微镜、表面分析装置及微细加工装置等外部装置内的气体排气的涡轮分子泵。真空泵1具备：机壳10；转子20，具有在机壳10内能够旋转地被支承的转子轴杆21；驱动马达30，使转子轴杆21旋转；以及定子40，收容转子轴杆21的一部分及驱动马达30。

机壳10形成为圆筒状。在机壳10的上端形成有吸气口11。机壳10经由上方凸缘12安装于未图示的外部装置的腔室等真空容器。吸气口11与真空容器连接。机壳10以载置于定子40上的状态固定于定子40。

转子20具备转子轴杆21和旋转叶片22，所述旋转叶片22固定在转子轴杆21的上部，相对于转子轴杆21的轴心以同心圆状并设即排列设置。在本实施例中，设置有14层旋转叶片22。以下，将转子轴杆21的轴线方向称作“轴向方向A”，将转子轴杆21的径向称作“径向方向R”。

旋转叶片22由以规定的角度倾斜的叶片构成，与转子20的上部外周面一体地形成。此外，旋转叶片22绕转子20的轴线以放射状设置有多个。

转子轴杆21的上部及下部插通在接触停止用轴承23内。在转子轴杆21成为不能控制的情况下，高速旋转的转子轴杆21与接触停止用轴承23接触，防止真空泵1的损伤。

转子20通过在将转子轴杆21的上部插通于凸台孔24的状态下，将螺栓25插通于转子凸缘26并与轴杆凸缘27螺纹连接，一体地安装于转子轴杆21。

驱动马达30具备安装于转子轴杆21的外周的旋转件31、以及以将旋转件31包围的方式配置的固定件32。固定件32与未图示的控制单元连接，由控制单元对转子20的旋转进行控制。

在旋转叶片22、22之间设置有固定叶片50。即，旋转叶片22和固定叶片50沿着轴向方向A交替且多层地排列。在本实施例中，设置有14层固定叶片50。

固定叶片50形成为环状，具备向与旋转叶片22相反方向倾斜的叶片和连结在该叶片的两端的环，被层堆积设置在机壳10的内周面的未图示的间隔件在轴向方向A上夹持而定位。此外，固定叶片50的叶片也绕转子20的轴线以放射状设置有多个。

旋转叶片22及固定叶片50的叶片的长度设定为，从轴向方向A的上方朝向下方逐渐变短。

在定子40的下部侧方形成有排气口41。排气口41与未图示的辅助泵连通而连接。真空泵1通过旋转叶片22的旋转，将从吸气口11吸入的气体从轴向方向A的上方向下方移送，从排气口41向外部排气。在定子40与机壳10之间，夹装着O形环42。以下，将这样的气体被排气的朝向称作“气体排气方向”。

转子轴杆21被轴向方向轴承60及径向方向轴承70非接触支承。

轴向方向轴承60在轴向方向A上主动地支承转子轴杆21。轴向方向轴承60具备轴向电磁铁61、永久磁铁62a、62b和轴向传感器63。

轴向电磁铁61以与电枢盘28对置的方式配置。轴向电磁铁61将电枢盘28以拉近的方式拉起。

永久磁铁62a是与电枢盘28一体化的上侧永久磁铁，永久磁铁62b是与定子40一体化的下侧永久磁铁。由此，被轴向电磁铁61拉起到上侧的电枢盘28借助永久磁铁62a、62b间的引力，电枢盘28被向轴向方向A的平衡点拉下。

径向方向轴承70具备主动径向轴承71和被动径向轴承72。转子20的重心G1、主动径向轴承71、被动径向轴承72沿着气体排气方向依次配置。

主动径向轴承71具备在径向方向R上以磁力非接触支承转子轴杆21的四个径向电磁铁73、以及对转子轴杆21的径向方向R的变位进行检测的四个径向传感器74。径向电磁铁73的线圈73a和径向传感器74的线圈74a被卷绕在同一个芯75上，即被卷曲环绕在芯75上。

各径向电磁铁73沿着芯75的周向C离开90度而配置，配置在X轴或Y轴上。径向电磁铁73具备在芯75的凸部75a卷绕线圈73a而形成的一对磁极76。

一对磁极76通过将线圈73a相互反向地卷绕，具有不同的极性。此外，经由径向传感器74相邻的线圈73a以同向卷绕于芯75，以使在沿芯75的周向C相邻的径向电磁铁73间相邻的磁极76、即经由径向传感器74相邻的磁极76成为相互相同的极性。

径向传感器74配置在沿芯75的周向C相邻的径向电磁铁73间，各径向传感器74配置在相对于X轴以规定角度θ1倾斜的A轴或相对于Y轴以规定角度θ2倾斜的B轴上。在本实施例中，规定角度θ1、θ2被设定为45度。

径向传感器74具备在芯75的爪部75b卷绕线圈74a而形成的上下一对磁极77。一对磁极77通过将线圈74a相互反向地卷绕而具有不同的极性。

此外，径向电磁铁73的中心和径向传感器74的中心以从平面观察一致的方式设定在同一平面上。由此，使得径向电磁铁73对转子20的上部作用复原力的地点与径向传感器74对从转子20的平衡点向径向方向R的变位进行检测的地点一致。

另外，径向传感器74除了上述的径向电磁铁73与芯75一体化的电感型变位传感器以外，也可以是其他部件的静电电容传感器等。

被动径向轴承72在径向方向R上被动地支承转子轴杆21。具体而言，被动径向轴承72是以在轴向方向A上对置的方式设置的永久磁铁62a、62b。在转子轴杆21从径向方向R的平衡点变位的情况下，通过永久磁铁62a、62b间的磁阻增大，发生将转子轴杆21向径向方向R的平衡点拉回的复原力。

在主动径向轴承71上安装用来将线圈74a连线的未图示的印刷基板的情况下，优选的是在主动径向轴承71与印刷基板之间夹装导电体的屏蔽板。由此，抑制径向电磁铁73与径向传感器74的磁结合。

此外，在径向电磁铁73上，也可以设置安装在径向电磁铁73上的由铜等形成的导电性的屏蔽环。由此，通过屏蔽环使径向电磁铁73的磁通宽度变窄，减少径向电磁铁73与径向传感器74之间的磁结合。

进而，在径向电磁铁73，设置有覆设即以覆盖的方式设置于径向传感器74的线圈74a的外周的由铜等形成的导电性的屏蔽管道。由此，通过屏蔽管道使径向传感器74的磁通宽度变窄，减少径向电磁铁73与径向传感器74之间的磁结合。进而，优选的是在主动径向轴承71与马达固定件32之间夹装形成为环状的导电性的静电屏蔽板或磁性体的磁屏蔽板。由此，抑制主动径向轴承71与马达固定件32的磁结合。

轴向方向轴承60及径向方向轴承70与未图示的控制单元连接。控制单元通过基于轴向传感器63及径向传感器74的检测值对轴向电磁铁61及径向电磁铁73的励磁电流进行控制，将转子轴杆21以位于轴向方向A及径向方向R的平衡点的方式进行支承。

接着，基于附图对径向方向轴承70的作用进行说明。图4是示意地表示在有关本发明的比较例的真空泵中将转子向平衡点拉回的状况的图。

有关比较例的真空泵夹着转子20的重心G2在轴向方向A的上侧配置有主动径向轴承71，在轴向方向A的下侧配置有被动径向轴承72。

转子20的上部被主动径向轴承71主动地支承。因而，在转子20从平衡点在径向方向R上振摆的情况下，径向电磁铁73使要将转子20向平衡点拉回的上部复原力F1作用于转子20。

另一方面，转子20的下部只是受被动径向轴承72被动地支承。因而，在转子20从平衡点在径向方向R上振摆的情况下，起因于永久磁铁62a、62b的磁阻的下部复原力F2和起因于转子20倾斜的倾斜力F3作用于转子20的下部。但是，通过下部复原力F2和倾斜力F3相对于转子20向相互相反朝向作用，下部复原力F2被衰减倾斜力F3的量，如图5（横轴：时间［秒］，纵轴：振幅［mm］）所示，有转子20的振摆及振动持续长时间残留的情况。

图6是示意地表示在真空泵1中将转子20向平衡点拉回的状况的图。在本实施例的真空泵1中，主动地支承转子20的主动径向轴承71配置在比转子20的重心G1靠下方。因而，在转子20从平衡点在径向方向R上振摆的情况下，由径向电磁铁73要将转子20向平衡点拉回的上部复原力F4作用于转子20的上部，起因于永久磁铁62a、62b的磁阻的下部复原力F5和起因于转子20倾斜的倾斜力F6相对于转子20向相同的朝向作用于转子20的下部，所以能够将转子20的振摆及振动有效率地减震。因而，在真空泵1中，如图7（横轴：时间［秒］，纵轴：振幅［mm］）所示，能够使转子20的振摆及振动在短时间中收敛。

从重心G1到主动径向轴承71的距离L1和从重心G1到被动径向轴承72的距离L2优选的是设定为L1：L2=1：4～20。在L2比L1的20倍大的情况下，由于主动径向轴承71过于接近于重心G1，所以由主动径向轴承71进行的下部复原力的控制容易变得困难。此外，在L2比L1的4倍小的情况下，为了使永久磁铁62a、62b间的磁力增大而需要使永久磁铁62a、62b大型化。

接着，基于图8对有关本发明的第2实施例的真空泵1进行说明。另外，在有关本实施例的真空泵和上述的真空泵中，被动径向轴承的结构不同。对于在有关本实施例的真空泵和上述的真空泵中共同的结构赋予共同的附图标记，省略共同的说明。图8是表示有关本发明的第2实施例的真空泵1的构造的垂直剖视图。

有关本发明的第2实施例的真空泵1的被动径向轴承72是电磁铁。被动径向轴承72以夹着电枢盘28而与轴向电磁铁61对置的方式配置。

通过夹着电枢盘28而在轴向方向A的上侧配置轴向电磁铁61、在轴向方向A的下侧配置电磁铁的被动径向轴承72，即使将上下的电磁铁的励磁电流同时减小，也能够使电枢盘28漂浮于相同位置。

并且，通过将上下的电磁铁的励磁电流同时减小，将电枢盘28保持在平衡点的约束力下降，所以即使在电枢盘28振动的情况下，振动也不易传递给定子40等，能够减小真空泵1的振动。

此外，通过不使用容易吸收氢气而脆化的永久磁铁，能够抑制用于氢气的排气的真空泵1的故障。

这样，真空泵1当转子20从平衡点在径向方向R上变位时，作用于转子20的下部的被动径向轴承72的下部复原力F4和起因于转子20的姿势的倾斜力F5以相同的朝向发生，所以能够将转子20的振摆及振动有效率地减震。

此外，通过将转子20的振摆及振动有效率地收敛，零件精度被缓和，能够在短时间中进行真空泵1的调整。

产业上的可利用性

本发明除了内转子型的真空泵以外，对于外转子型的真空泵也能够应用。另外，有关本发明的真空泵除了仅由涡轮分子泵构成的全叶片型的真空泵以外，当然对于组合了涡轮分子泵和螺纹槽泵的复合型的真空泵也能够应用。

另外，本发明只要不脱离本发明的主旨就能够做出各种改变，并且本发明当然也包含该改变后的形态。

附图标记说明

1 ･･･ 真空泵

10･･･ 机壳

11･･･ 吸气口

12･･･ 上方凸缘

20･･･ 转子

21･･･ 转子轴杆

22･･･ 旋转叶片

23･･･ 接触停止用轴承

24･･･ 凸台孔

25･･･ 螺栓

26･･･ 转子凸缘

27･･･ 轴杆凸缘

28･･･ 电枢盘

30･･･ 驱动马达

31･･･ 旋转件

32･･･ 固定件

40･･･ 定子柱

41･･･ 排气口

42･･･ O形环

50･･･ 固定叶片

60･･･ 轴向方向轴承

61･･･ 轴向电磁铁

62a、62b･･･永久磁铁

63･･･ 轴向传感器

70･･･ 径向方向轴承

71･･･ 主动径向轴承（第1径向方向磁力发生机构）

72･･･ 被动径向轴承（第2径向方向磁力发生机构）

73･･･ 径向电磁铁

74･･･ 径向传感器

75･･･ 芯

75a･･･凸部

75b･･･爪部

76･･･ （径向电磁铁的）磁极

77･･･ （径向传感器的）磁极

G1･･･ 转子的重心

A ･･･ 轴向方向

C ･･･ （芯的）周向

R ･･･ 径向方向。

Claims (5)

1.一种真空泵，具备磁轴承装置，所述磁轴承装置具有径向方向磁力发生机构和径向方向变位检测机构，所述径向方向磁力发生机构在径向方向上以磁力非接触支承将气体排气的转子，所述径向方向变位检测机构对所述转子的所述径向方向的变位进行检测，其特征在于，

所述径向方向磁力发生机构在所述气体的排气方向上在比所述转子的重心靠排气侧设置有两个。

2.如权利要求1所述的真空泵，其特征在于，

配置在所述气体的所述排气方向的吸气侧的第1径向方向磁力发生机构主动地支承所述转子；

配置在所述气体的所述排气方向的排气侧的第2径向方向磁力发生机构被动地支承所述转子。

3.如权利要求2所述的真空泵，其特征在于，

所述第1径向方向磁力发生机构的中心及所述径向方向变位检测机构的中心配置在同一平面上。

4.一种磁轴承装置，其特征在于，

被用于权利要求1～3中任一项所述的真空泵。

5.一种转子，其特征在于，

被用于权利要求1～3中任一项所述的真空泵。