CN116892527A - 真空泵及磁性轴承 - Google Patents

Abstract

本发明的真空泵及磁性轴承的课题在于抑制磁性轴承在底座的加热前后变形。本发明的真空泵包括：转子，具有轴；底座，将轴能够旋转地收纳；推力盘，设于轴的下部；以及磁性轴承，沿轴向支撑轴。磁性轴承包括：第一电磁铁，与推力盘的上表面相向配置；以及第二电磁铁，与推力盘的下表面相向配置。第二电磁铁包括芯及线圈。芯包括设有贯通孔的紧固部分，所述贯通孔供将芯紧固在底座的螺栓贯穿。紧固部分的贯通孔的深度方向的厚度比螺栓的标称直径大。或者，紧固部分的贯通孔的深度方向的中心位置处于比第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方。

Description

真空泵及磁性轴承

技术领域

本发明涉及一种真空泵及磁性轴承。

背景技术

真空泵中有包括被旋转驱动的转子、以及与转子协作而排出气体的定子的真空泵。转子的轴收纳于底座，由磁性轴承支撑。磁性轴承中有沿径向支撑轴的轴承(径向磁性轴承)、以及沿轴向支撑轴的轴承(推力磁性轴承)(例如专利文献1)。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开2021-134886号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

所述磁性轴承中的推力磁性轴承通过螺栓等的紧固构件紧固于底座的下部。底座包含铝等，推力磁性轴承包含铁系材料等的磁性体。即，底座与推力磁性轴承在热膨胀率上存在差异。在以往的真空泵中，推力磁性轴承的紧固于底座的部分由于热膨胀率的差异而变形，推力磁性轴承可能会从安装时变形。推力磁性轴承变形可能会在真空泵的动作中成为问题，例如无法准确检测轴的轴向位置等。

[解决问题的技术手段]

本发明的一方式的真空泵包括转子、底座、推力盘及磁性轴承。转子具有轴。底座将轴可旋转地收纳。推力盘设于轴的下部。磁性轴承通过使推力盘上浮，而沿轴向支撑轴。磁性轴承具有第一电磁铁及第二电磁铁。第一电磁铁与推力盘的上表面相向配置。第二电磁铁与推力盘的下表面相向配置。第二电磁铁包含芯及线圈。芯包括设有贯通孔的紧固部分，所述贯通孔供将芯紧固于底座的螺栓贯穿。在所述真空泵中，紧固部分的贯通孔的深度方向的厚度大于将紧固部分紧固于底座的螺栓的标称直径。或者，紧固部分的贯通孔的深度方向的中心位置处于比第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方。

[发明的效果]

在上述本发明的一方式的真空泵中，紧固部分的贯通孔的深度方向的厚度大于将紧固部分紧固于底座的螺栓的标称直径。由于通过增大紧固部分的厚度来提高紧固部分的强度，因此即便在底座与紧固部分存在热膨胀率的差异，在真空泵加热时，紧固部分也不易变形。此结果，可抑制由加热引起的磁性轴承的变形。另一方面，由于在紧固部分的贯通孔的深度方向的中心位置处于比第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方的情况下，从底座与磁性轴承的上端面的抵接位置到紧固部分与底座的抵接位置的距离变短，因此紧固部分不易受到底座的热膨胀的影响。此结果，可抑制由加热引起的磁性轴承的变形。

附图说明

图1是实施方式的真空泵的剖视图。

图2是表示磁性轴承的整体结构的图。

图3是磁性轴承的放大图。

图4是表示磁性轴承的变形例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对一实施方式的真空泵进行说明。图1是实施方式的真空泵1的剖视图。如图1所示，真空泵1包括壳体2、底座3、转子4及定子5。

壳体2包括第一端部11、第二端部12及第一内部空间S1。在第一端部11设有吸气口13。第一端部11安装于排气对象装置(未图示)。排气对象装置例如为半导体制造装置的处理室。第一内部空间S1与吸气口13连通。第二端部12在转子4的轴线方向(以下，简称为“轴线方向A1”)上，位于第一端部11的相反侧。第二端部12连接于底座3。底座3包括底座端部14。底座端部14连接于壳体2的第二端部12。底座3例如为铝制构件。

转子4包括轴21。轴21沿轴线方向A1延伸。轴21可旋转地收纳于底座3。在轴21的下部设有推力盘21A。进而，在轴21的下端螺固有靶21B。

转子4包括多级转子叶片22及转子圆筒部23。多级转子叶片22分别连接于轴21。多级转子叶片22在轴线方向A1上互相隔着间隔地配置。虽省略图示，但多级转子叶片22分别以轴21为中心呈放射状延伸。另外，在附图中，仅对多级转子叶片22中的一个标注符号，省略其他转子叶片22的符号。转子圆筒部23配置于多级转子叶片22的下方。转子圆筒部23沿轴线方向A1延伸。

定子5配置于转子4的外周侧。定子5包括多级定子叶片31及定子圆筒部32。多级定子叶片31连接于壳体2的内表面。多级定子叶片31在轴线方向A1上，互相隔着间隔地配置。多级定子叶片31分别配置于多级转子叶片22之间。虽省略图示，但多级定子叶片31分别以轴21为中心呈放射状延伸。另外，在附图中，仅对多级定子叶片31中的两个标注符号，省略其他定子叶片31的符号。定子圆筒部32在与底座3接触的状态下固定。定子圆筒部32在转子圆筒部23的径向上，空出轻微间隙地与转子圆筒部23的外周面相对配置。在与转子圆筒部23相对的定子圆筒部32的内周面设有螺旋状槽。

如图1所示，在转子圆筒部23及定子圆筒部32的排气下游侧的端部的进而下游侧，设有排气空间S2。从排气对象装置排出的排气对象气体被引导至排气空间S2。排气空间S2与排气口15连通。排气口15设于底座3。在排气口15连接有其他真空泵(未图示)。另外，排气下游侧是指在轴线方向A1上，更靠近排气空间S2的一侧。而且，排气下游方向是指面对排气空间S2的方向。

真空泵1包括加热器6。加热器6对底座3进行加热而调节底座3的温度。通过利用加热器6对底座3进行加热，可抑制在真空泵1的各构件中堆积产物。

真空泵1包括轴承41A、轴承41E、磁性轴承41B～磁性轴承41D及马达42。轴承41A、轴承41E安装于底座3的收纳轴21的位置。轴承41A、轴承41E将轴21可旋转地支撑。轴承41A、轴承41E为滚珠轴承。磁性轴承41B～磁性轴承41D是利用磁力支撑轴21的轴承。其中，磁性轴承41B、磁性轴承41C是沿径向支撑轴21的径向磁性轴承。磁性轴承41D是沿轴向支撑轴21的推力磁性轴承。

马达42旋转驱动转子4。马达42包括马达转子42A及马达定子42B。马达转子42A安装于轴21。马达定子42B安装于底座3。马达定子42B与马达转子42A相对配置。

在真空泵1中，多级转子叶片22及多级定子叶片31构成涡轮分子泵部。而且，转子圆筒部23及定子圆筒部32构成螺纹槽泵部。在真空泵1中，通过利用马达42使转子4旋转，排气对象气体从吸气口13流向第一内部空间S1。第一内部空间S1的排气对象气体通过涡轮分子泵部及螺纹槽泵部，被引导至排气空间S2。排气空间S2的排气对象气体从排气口15排出。此结果，安装于吸气口13的排气对象装置的内部成为高真空状态。

接下来，使用图2及图3，对磁性轴承41D的详细结构进行说明。图2是表示磁性轴承41D的整体结构的图。图3是磁性轴承41D的放大图。磁性轴承41D包括第一电磁铁411第二电磁铁413。

第一电磁铁411与推力盘21A的上表面相向配置，产生磁场用以产生向上方吸引推力盘21A的力。第一电磁铁411包括第一内芯411A、第一线圈411B及第一外芯411C。第一内芯411A是以与推力盘21A的上表面相向的方式配置的圆筒形状的构件。第一内芯411A包含具有大导磁率的材料。例如，第一内芯411A包含铁系材料。在第一内芯411A的内周侧配置有轴承41E。轴承41E沿径向支撑轴21。

第一线圈411B配置于第一内芯411A的外周侧，通过流动电流而产生磁场，所述磁场产生向上方吸引推力盘21A的力。第一外芯411C以包围第一线圈411B的下侧及靠近底座3的一侧的方式配置。第一外芯411C包含具有高导磁率的材料。例如，第一外芯411C包含铁系材料。

根据所述结构，在第一电磁铁411中，第一线圈411B成为被第一内芯411A及第一外芯411C包围的状态，所述第一内芯411A位于比第一线圈411B更靠近轴21的一侧，所述第一外芯411C位于比第一线圈411B更靠近底座3的一侧。由于第一内芯411A及第一外芯411C具有高导磁率，因此具有所述结构的第一电磁铁411可朝向推力盘21A产生大的磁场。

第二电磁铁413与推力盘21A的下表面相向配置，产生磁场用以产生向下方吸引推力盘21A的力。第二电磁铁413包括第二内芯413A、第二线圈413B及第二外芯413C。第二内芯413A是以与推力盘21A的下表面相向的方式配置的圆筒形状的构件。第二内芯413A包含具有大导磁率的材料。例如，第二内芯413A包含铁系材料。在第二内芯413A的内周侧的空间配置有设于轴21的下端的靶21B。

第二线圈413B配置于第二内芯413A的外周侧，通过流动电流而产生磁场，所述磁场用于产生向下方吸引推力盘21A的力。第二外芯413C以包围第二线圈413B的上侧及靠近底座3的一侧的方式配置。第二外芯413C包含具有大导磁率的材料。第二外芯413C例如包含铁系材料。

根据所述结构，在第二电磁铁413中，第二线圈413B成为被位于靠近轴21的一侧的第二内芯413A、以及位于靠近底座3的一侧的第二外芯413C包围的状态。由于第二内芯413A及第二外芯413C具有高导磁率，因此具有所述结构的第二电磁铁413可朝向推力盘21A产生大的磁场。

第二外芯413C包含紧固部分413D。紧固部分413D与第二外芯413C为一体，从第二外芯413C向底座3突出。在紧固部分413D设有供用于将第二外芯413C紧固于底座3的螺栓B1贯穿的贯通孔H1。而且，在底座3的第二槽3B设有用于将螺栓B1螺固的螺纹槽T1。通过使紧固部分413D的上端面413E抵接于设于底座3的第二槽3B，将贯穿贯通孔H1的螺栓B1螺固于螺纹槽T1，紧固部分413D被紧固于底座3的第二槽3B。通过紧固部分413D被紧固于底座3的第二槽3B，第二电磁铁413被紧固于底座3。

如果紧固部分413D被螺栓B1紧固于底座3，则配置于第一电磁铁411与第二电磁铁413之间的间隔构件415支撑第一外芯411C的下表面。而且，第一内芯411A的上端面411D抵接于底座3的第一槽3A。通过间隔构件415从下方支撑第一外芯411C，并且上端面411D抵接于第一槽3A，第一电磁铁411被固定于底座3。如此，整个磁性轴承41D被螺栓B1固定于底座3。

磁性轴承41D包括传感器417。传感器417安装于第二内芯413A的下部。具体而言，配置有传感器417的传感器支撑构件417A被螺栓B2固定于第二内芯413A的下部。由此，传感器417在第二内芯413A的下部，与靶21B相向配置。传感器417通过检测靶21B的位置，而检测轴21的上下方向的位置。另外，此处所说的“上下方向”表示与轴21的轴向(轴线方向A1)平行的方向。

具有所述结构的磁性轴承41D可通过平衡第一电磁铁411将推力盘21A向上方吸引的力、与第二电磁铁413将推力盘21A向下方吸引的力，使推力盘21A在第一电磁铁411与第二电磁铁413之间上浮，而沿轴向支撑轴21。

在真空泵1中，将磁性轴承41D固定于底座3后，在未进行底座3的加热的状态下，确定轴21的基准位置。具体而言，在底座3未被加热的状态下将轴21配置于基准位置时，基于传感器417所检测的靶21B的位置确定基准位置。

另一方面，如上所述，由于构成底座3的材料与构成紧固部分413D的材料不同，因此在底座3被加热时，由于底座3与紧固部分413D的热膨胀率的差异，紧固部分413D可能会从未对底座3进行加热时的状态发生变形。由于紧固部分413D与第二外芯413C为一体，第二内芯413A固定于第二外芯413C，因此如果紧固部分413D变形，则紧固于第二内芯413A的传感器支撑构件417A可能会变形。通过传感器支撑构件417A变形，传感器417相对于靶21B的位置随之改变。此结果，当底座3加热时，传感器417的位置从底座3加热之前发生变化，传感器417可能会错误地检测轴21的上下方向的位置。

因此，在真空泵1中，为了抑制底座3加热时的紧固部分413D的变形，如图3所示，使紧固部分413D的贯通孔H1的深度方向的厚度D1大于螺栓B1的标称直径M。“贯通孔H1的深度方向”指上下方向，即与轴21的轴向平行的方向。由于通过增大厚度D1来提高紧固部分413D的强度，因此紧固部分413D即便由于底座3的加热也不易变形。

而且，在真空泵1中，紧固部分413D的贯通孔H1的深度方向的中心位置C1处于比第二电磁铁413的上下方向的中心位置C2更靠上方。由此，第一内芯411A的上端面411D与底座3的抵接位置、和紧固部分413D的上端面413E与底座3的抵接位置的距离D2比以往短。由此，紧固部分413D不易受到底座3的热膨胀的影响，因此紧固部分413D即便由于底座3的加热也不易变形。

如此，由于紧固部分413D不易因底座3的加热而变形，因此可抑制磁性轴承41D(的传感器支撑构件417A)在底座3的加热前后变形。其结果，由于传感器417相对于靶21B的位置在底座3的加热前后不易改变，因此在底座3加热时，可防止传感器417错误地检测轴21的上下方向的位置。

另外，经实验确认：通过使紧固部分413D为如上所述的结构，在底座3加热时，紧固部分413D的变形被抑制到传感器417不会错误地检测轴21的上下方向的位置的程度。

而且，在真空泵1中，紧固部分413D包含于第二外芯413C。第二外芯413C具有比第二内芯413A简单的形状。因此，第二外芯413C具有比第二内芯413A高的刚性。因此，通过将紧固部分413D设于第二外芯413C，可进一步提高紧固部分413D的强度。

作为比较例，如果使紧固部分的厚度小于螺栓B1的标称直径，使紧固部分的贯通孔的深度方向的中心位置位于比第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠下方，则在底座3加热时，紧固部分大幅度变形，传感器417有时会错误地检测轴21的上下方向的位置。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于所述实施方式，可在不脱离发明主旨的范围内进行各种变更。

如图4所示，也可由一个第二芯413A'、以及配置于第二芯413A'的内部的第二线圈413B'构成第二电磁铁413'。图4是表示磁性轴承41D的变形例的图。在此情况下，紧固部分413C'设于靠近第二芯413A'的底座3的一侧。而且，紧固部分413C'的贯通孔H1的深度方向的厚度大于螺栓B1的标称直径，紧固部分413C'的贯通孔H1的深度方向的中心位置处于比第二电磁铁413'的上下方向的中心位置更靠上方。

进而，也可由一个第一芯411A'、以及配置于第一芯411A'的内部的第一线圈411B'构成第一电磁铁411'。

即便仅使紧固部分413D的贯通孔H1的深度方向的厚度D1大于螺栓B1的标称直径M，或者仅使紧固部分413D的贯通孔H1的深度方向的中心位置C1高于第二电磁铁413的上下方向的中心位置C2，也可将紧固部分413D的变形抑制到传感器417不会错误检测轴21的上下方向的位置的程度。

所述实施方式的真空泵1是包括多级转子叶片22及多级定子叶片31的涡轮分子泵、与包括转子圆筒部23及定子圆筒部32的螺纹槽泵一体化的泵。但是，可省略螺纹槽泵。即，真空泵1可为涡轮分子泵。或者，也可省略涡轮分子泵。即，真空泵1也可为螺纹槽泵。

业者应理解上述多个例示性实施方式为以下方式的具体例。

(第一方式)真空泵包括转子、底座、推力盘及磁性轴承。转子具有轴。底座将轴可旋转地收纳。推力盘设于轴的下部。磁性轴承通过使推力盘上浮，而沿轴向支撑轴。磁性轴承具有第一电磁铁及第二电磁铁。第一电磁铁与推力盘的上表面相向配置。第二电磁铁与推力盘的下表面相向配置。第二电磁铁包含芯及线圈。芯包括设有贯通孔的紧固部分，所述贯通孔供将芯紧固于底座的螺栓贯穿。在所述真空泵中，紧固部分的贯通孔的深度方向的厚度大于将紧固部分紧固于底座的螺栓的标称直径。或者，紧固部分的贯通孔的深度方向的中心位置处于比第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方。

在第一方式的真空泵中，紧固部分的贯通孔的深度方向的厚度大于将紧固部分紧固于底座的螺栓的标称直径。由于通过增大紧固部分的厚度来提高紧固部分的强度，因此即便在底座与紧固部分存在热膨胀率的差异，在真空泵加热时，紧固部分也不易变形。此结果，可抑制由加热引起的磁性轴承的变形。另一方面，由于在紧固部分的贯通孔的深度方向的中心位置处于比第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方的情况下，从底座与磁性轴承的上端面的抵接位置到紧固部分与底座的抵接位置的距离变短，因此紧固部分不易受到底座的热膨胀的影响。此结果，可抑制由加热引起的磁性轴承的变形。

(第二方式)在第一方式的真空泵中，也可为紧固部分的上下方向的厚度大于螺栓的标称直径，并且紧固部分的上下方向的中心位置处于比第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方。在第二方式的真空泵中，由于提高紧固部分的强度，且紧固部分不易受到底座的热膨胀的影响，因此可进一步抑制磁性轴承因加热而从安装时变形。

(第三方式)在第一方式或第二方式的真空泵中，芯也可具有包含紧固部分的外芯、以及位于比外芯更靠近轴的一侧的内芯。在第三方式的真空泵中，由于在刚性比内芯高的外芯设有紧固部分，因此可提高紧固部分的强度。

(第四方式)第一方式～第三方式的任一方式的真空泵也可还包括安装于芯的下部并检测轴的上下方向的位置的传感器。在第四方式的真空泵中，磁性轴承在底座的加热前后不易变形。因此，安装于芯的下部的传感器的位置在底座的加热前后也几乎不发生变化。以上的结果，在第四方式的真空泵中，可抑制传感器在底座加热时错误检测轴的上下方向的位置。

(第五方式)第一方式～第四方式的任一方式的真空泵也可还包括调节底座温度的加热器。在第五方式的真空泵中，可抑制因底座的加热而堆积产物。而且，可抑制磁性轴承在加热器加热底座前后发生变形。

(第六方式)在第一方式～第五方式的任一方式的真空泵中，底座可包含铝，紧固部分可包含铁系材料。即便底座与紧固部分包含热膨胀率不同的材料，由于紧固部分的强度提高，或者紧固部分不易受到底座的热膨胀的影响，因此磁性轴承在底座的加热前后也不易变形。

(第七方式)在磁性轴承包括具有轴的转子、将轴可旋转地收纳的底座、以及设于轴的下部的推力盘的真空泵中，通过使推力盘上浮而沿轴向支撑轴。磁性轴承包括第一电磁铁及第二电磁铁。第一电磁铁与推力盘的上表面相向配置。第二电磁铁与推力盘的下表面相向配置。第二电磁铁包含芯及线圈。芯包括设有贯通孔H1的紧固部分，所述贯通孔H1供用于将芯紧固于底座的螺栓贯穿。在所述磁性轴承中，紧固部分的贯通孔的深度方向的厚度大于螺栓的标称直径，或者紧固部分的贯通孔的深度方向的中心位置处于比第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方。

在第七方式的磁性轴承中，紧固部分的贯通孔的深度方向的厚度大于将紧固部分紧固于底座的螺栓的标称直径。由于通过增大紧固部分的厚度来提高紧固部分的强度，因此即便在底座与紧固部分存在热膨胀率的差异，在真空泵加热时，紧固部分也不易变形。此结果，可抑制由加热引起的磁性轴承的变形。另一方面，由于在紧固部分的贯通孔的深度方向的中心位置处于比第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方的情况下，从底座与磁性轴承的上端面的抵接位置到紧固部分与底座的抵接位置的距离变短，因此紧固部分不易受到底座的热膨胀的影响。此结果，可抑制由加热引起的磁性轴承的变形。

[符号的说明]

1：真空泵

2：壳体

3：底座

3A：第一槽

3B：第二槽

4：转子

5：定子

6：加热器

11：第一端部

12：第二端部

13：吸气口

14：底座端部

15：排气口

21：轴

21A：推力盘

21B：靶

22：转子叶片

23：转子圆筒部

31：定子叶片

32：定子圆筒部

41A、41E：轴承

41B～41D：磁性轴承

42：马达

42A：马达转子

42B：马达定子

411、411'：第一电磁铁

411A：第一内芯

411A'：第一芯

411B、411B'：第一线圈

411C：第一外芯

411D：上端面

413、413'：第二电磁铁

413A：第二内芯

413A'：第二芯

413B、413B'：第二线圈

413C：第二外芯

413C'、413D：紧固部分

413E：上端面

415：间隔构件

417：传感器

417A：传感器支撑构件

B1、B2：螺栓

C1：紧固部分的中心位置

C2：第二电磁铁的中心位置

D1：紧固部分的厚度

H1：贯通孔

T1：螺纹槽

M：标称直径

S1：第一内部空间

S2：排气空间。

Claims (7)

1.一种真空泵，包括：

转子，具有轴；

底座，将所述轴能够旋转地收纳；

推力盘，设于所述轴的下部；以及

磁性轴承，通过使所述推力盘上浮而沿轴向支撑所述轴，

所述磁性轴承包括：

第一电磁铁，与所述推力盘的上表面相向配置；以及

第二电磁铁，与所述推力盘的下表面相向配置，

所述第二电磁铁包括芯及线圈，

所述芯包括设有贯通孔的紧固部分，所述贯通孔供用于将所述芯紧固于所述底座的螺栓贯穿，

所述紧固部分的所述贯通孔的深度方向的厚度比所述螺栓的标称直径大，或者所述紧固部分的所述贯通孔的深度方向的中心位置处于比所述第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其中

所述紧固部分的上下方向的厚度比所述螺栓的标称直径大，且所述紧固部分的上下方向的中心位置处于比所述第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方。

3.根据权利要求1或2所述的真空泵，其中

所述芯具有包括所述紧固部分的外芯、以及位于比所述外芯更靠近轴的一侧的内芯。

4.根据权利要求1或2所述的真空泵，其中，还包括：

传感器，安装于所述芯的下部，检测所述轴的上下方向的位置。

5.根据权利要求1或2所述的真空泵，其中，还包括：

加热器，调节所述底座的温度。

6.根据权利要求1或2所述的真空泵，其中

所述底座包含铝，所述紧固部分包含铁系材料。

7.一种磁性轴承，在包括具有轴的转子、将所述轴能够旋转地收纳的底座、以及设于所述轴的下部的推力盘的真空泵中，通过使所述推力盘上浮而沿轴向支撑所述轴，

所述磁性轴承包括：

第一电磁铁，与所述推力盘的上表面相向配置；以及

第二电磁铁，与所述推力盘的下表面相向配置，

所述第二电磁铁包括芯及线圈，

所述芯包括设有贯通孔的紧固部分，所述贯通孔供用于将所述芯紧固于所述底座的螺栓贯穿，

所述紧固部分的所述贯通孔的深度方向的厚度比所述螺栓的标称直径大，或者所述紧固部分的所述贯通孔的深度方向的中心位置处于比所述第二电磁铁的上下方向的中心位置更靠上方。