JP2001263292A - 磁気軸受真空ポンプの制振システムと軸受センタリング装置 - Google Patents

磁気軸受真空ポンプの制振システムと軸受センタリング装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気軸受によるロータの位置に対する制御が
失われることによる計画外のポンプの停止を防ぎ、ラン
ディング状態の数をより多くし、結合の危険性を低減さ
せ、故障の時間間隔をより長くすることにより耐用年数
を増加させるランディング機械転がり軸受の新しい構造
を提供する。 【解決手段】 真空ポンプにおいて、ロータ４はラジア
ル磁気軸受７によりステータ１内部で保持されており、
その半径方向の運動は、各々ロータ転がり軸受軌道輪１
２とステータ転がり軸受軌道輪１３から成る１つまたは
複数のランディング機械軸受９により制限される。円環
面の形状のエラストマー製の少なくとも１つの同軸リン
グ２８はステータ転がり軸受軌道輪１３の外周表面１９
とステータ１自体との間に挿入され、ランディング機械
軸受９の信頼性と耐用年数をかなり増加させる制振弾性
結合を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空ポンプのロー
タの懸吊装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】 真空ポンプでは、ステータ内部で回転
するロータは、正常運転中、正常な中心の保持の精度内
に、ロータとステータとの間の機械的な接触なしに半径
方向の中心位置にステータ内部のロータを磁気軸受によ
り保持する。磁気軸受は、ステータ内部のロータの半径
方向位置を制御する適切な回路により電気エネルギーを
供給される電磁石を有する。
【０００３】ロータが半径方向にステータ内部で保持さ
れる有効性は、電磁石の力により決定され、またロータ
の保持には、電磁石への十分な電気エネルギーの供給が
必要となる。
【０００４】磁気軸受の故障または不十分な正常動作が
起こることがある。故障は、例えば電磁石への電力供給
が遮られた場合に起こる。この場合、磁気軸受はもはや
ロータのセンタリング機能を行わず、続いてロータが機
械的接触なしに支持される状態から機械的接触により支
持される状態へ進む「ランディング（ｌａｎｄｉｎ
ｇ）」状態が起こる。ランディング状態の間は、ロータ
はステータと接触するようになる。例えば、約３０００
０ｒｐｍのロータの非常に高い回転速度により、このよ
うな接触は真空ポンプを破壊することもある。
【０００５】ロータへ突然の大きな荷重がかかる場合に
も同様に故障が起こることがある。突然の荷重により、
ステータ内部のロータが中心から外れ、接触、はねかえ
りが起こる。これにより、センサおよび磁気軸受の磁石
によるロータの位置制御が失われ、その後安全システム
がポンプを停止させる停止命令を出す。
【０００６】ランディング状態間のロータの機械的保持
の問題を解決するために、磁気軸受の正常な運転が失わ
れた場合に、ロータを近似的にセンタリングし、ロータ
の半径方向の運動を磁気軸受のエアギャップを超えない
値に制限することにより、ステータ内部のロータの半径
方向への変位を制限する真空ポンプに第２のランディン
グ機械転がり軸受は既に付けられている。文献ＦＲ ２
６１４ ３７５ Ａに記載のように、ランディング状
態中のロータの振動を制限する弾性手段と減衰あるいは
制振（ｄａｍｐｉｎｇ）手段を有する転がり軸受をラン
ディング機械軸受に組み入れることも提案されてきた。
ＦＲ ２ ６１４ ３７５ Ａに記載の解決手段は、ス
テータと対面する転がり軸受軌道輪との間の環状の空間
に波形の金属ブレードを挿入することを含む。
【０００７】この配置により、軸受の耐用年数が増加す
ることが判明した。
【０００８】しかしながら、機械軸受の顕著な悪化なし
に起こり得るランディング状態の数は、まだ限界があ
り、真空ポンプの信頼性を低下させ、保守作業の頻度を
増す。装置は、ポンプの計画外の停止を防ぐのに十分効
果的ではないということが明らかにになる。
【０００９】起こり得るランディング状態の数とランデ
ィング機械転がり軸受の耐用年数を増加させる必要があ
る。
【００１０】また、従来技術の装置においては、軸受の
固着（ｂｉｎｄ）の危険がある。ロータがまだ高速で回
転している時に軸受が固着した場合、真空ポンプが破壊
されるのはほぼ確実である。
【００１１】波形ブレード軸受の組立と分解もまた、精
密な標準外の工具の使用を要するためかなり精密で困難
な作業であり、かなり長時間かかり、有資格の熟練した
作業員が必要である。これにより、生産と維持のコスト
が増加し、ステータにロータを挿入する前に波形ブレー
ドで軸受を完全に組立てることが強制される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明に
より提案される問題は、磁気軸受によるロータの位置に
対する制御が失われることによる計画外のポンプの停止
を防ぎ、ランディング状態の数をより多くし、結合の危
険性を低減させ、故障の時間間隔をより長くすることに
より耐用年数を増加させるランディング機械転がり軸受
の新しい構造を設計することである。
【００１３】本発明の他の目的は、生産および維持のコ
ストを低減させるために軸受の組立と分解を容易にする
ことである。
【００１４】本発明は、ランディング機械転がり軸受の
信頼性の欠陥のいくつかが実際従来技術の装置における
波形ブレードの存在によるという観察に由来する。磁気
軸受の正常運転中、ランディング機械軸受の転がり軸受
は静止し、ステータに固定されている。磁気軸受による
運転の中断の際、ロータはランディング機械軸受の内側
の軌道輪に接触しはじめ、転がり軸受の内側の軌道輪と
２つの軌道輪の間に配置される転がり手段とを回転に巻
き込む。ロータの速い回転により、回転トルクは転がり
軸受の外側の軌道輪および波形ブレードに適用される。
波形ブレードとステータとの間の摩擦は、外側の転がり
軸受軌道輪を停止させるには不十分である。外側の転が
り軸受軌道輪および波形ブレードの高速度および大振幅
の回転は、それらを包むハウジングの壁を磨耗させ、遊
びを増加させ、次第に装置の有効性を低減させる。様々
な部品間の摩擦により、さらに機械軸受の転がり手段の
つまりの危険を伴うチップや充填物（ｆｉｌｌｉｎｇ）
を生ずる危険性が進む。
【００１５】したがって、本発明は、波形ブレードの使
用を除去すると同時にランディング機械軸受の外側の転
がり軸受軌道輪を回転に巻き込むことにより起こり得る
危険を除去することを目的とする。
【００１６】本発明はまた、計画外のポンプの停止が波
形ブレードの不十分な制振により、その結果、ステータ
内部のロータの半径方向のはね返りの抑止が不可能であ
るということの観察に起因する。
【００１７】したがって、本発明はランディング機械軸
受の制振能力を増加させることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記および他の発明を達
成するために、ステータの内部で回転するように構成さ
れたロータを備え、正常運転で、ロータをステータ内部
の中心付けられた（中心に合わされた）半径方向位置に
正常な中心付け保持精度以内で保持する少なくとも１つ
のラジアル磁気軸受を備え、ラジアル磁気軸受が正常に
運転しない場合、ロータを近似的に中心付けることによ
りステータ内部のロータの半径方向の運動を制限する少
なくとも１つのランディング機械軸受を備え、前記ラン
ディング機械軸受が、間に転がり部材を持つロータ転が
り軸受軌道輪およびステータ転がり軸受軌道輪と、第１
のロータまたはステータ転がり軸受軌道輪とそれに対応
する第１のロータまたはステータ軸受表面との間に提供
される第１のラジアル隙間と、第２のロータまたはステ
ータ転がり軸受軌道輪とそれに対応する第２ロータまた
はステータ軸受表面との間に提供される第２のラジアル
隙間とを備える、第２のロータまたはステータ転がり軸
受軌道輪とそれに対応する第２のロータあるいはステー
タ軸受表面との間に第２のラジアル隙間を制限する機械
的当接（ａｂｕｔｍｅｎｔ）手段とを有する弾性手段お
よび制振手段を備える真空ポンプを提供する。本発明に
よれば、前記弾性手段および制振手段は、第２のロータ
またはステータ転がり軸受軌道輪とそれに対応する第２
のロータあるいはステータ軸受表面との間のラジアル軸
受係合部に少なくとも１つの弾性または制振材料製の同
軸リングを含む。
【００１９】少なくとも１つの弾性および制振材料製の
同軸リングは、同時に第２のステータおよびロータ転が
り軸受軌道輪と接触し、それに対応するステータおよび
ロータとも接触することになる。
【００２０】少なくとも１つの弾性および制振材料製の
同軸リングは、第２のロータまたはステータ転がり軸受
軌道輪とそれに対応する第２のロータあるいはステータ
軸受表面との間で半径方向に予圧されることが好まし
い。
【００２１】弾性および制振材料製の同軸リングは、有
利なことに取付けられた軸方向圧縮手段により予圧さ
れ、したがって半径方向の予圧を決定し、調整を可能に
し、使用条件に適合するように構成される。
【００２２】有利な一実施形態では、前記取付けられた
軸方向圧縮手段は、前記第２のステータ転がり軸受軌道
輪に対応し、かつ弾性および制振材料製の同軸リングの
前端表面上に軸方向に支承される、ロータまたはステー
タに付けられた少なくとも１つの取付けくさびを備え
る。
【００２３】前記取付けくさびは、有利にもまた第２の
ラジアル隙間を制限する機械的当接部の機能を保証す
る。
【００２４】本発明は、前記弾性手段が弾性および制振
材料製の単一の同軸リングを備えるランディング機械軸
受に適用できる。しかしながら、前記弾性手段は、有利
なことにランディング機械軸受の転がり軸受を保持する
ために、互いに関して軸方向にずれ、例えば互いに接触
しているか同軸ブシュにより分離しているかのどちらか
の２つの弾性および制振材料製の同一な同軸リングを備
えることができる。
【００２５】本発明によれば、本発明によるランディン
グ転がり軸受を伴う磁気軸受により、真空ポンプを半径
方向に保持することができる。しかしながら、ロータは
有利なことに、各々が上記で規定した弾性および制振材
料製の同軸リングによる弾性手段を備える、少なくとも
２つのラジアル磁気軸受および少なくとも２つのランデ
ィング機械転がり軸受によって、半径方向に保持される
ことができる。
【００２６】本発明の有利な一実施形態において、第１
のラジアル隙間は、ロータとロータ転がり軸受軌道輪と
の間にあり、ステータとステータ転がり軸受軌道輪との
間にある第２のラジアル隙間は弾性および制振材料製の
同軸リングのラジアル挿入物を持つ。
【００２７】本発明の他の目的、特徴、利点は、付属す
る図面を参照して記載する本発明の特定の実施形態の以
下の記述により明らかになるであろう。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１の実施形態において、真空ポ
ンプは一般に軸方向の吸込口２および半径方向の吐出し
口３を有するステータ１を備える。ロータ４は、ステー
タ１内部で長軸Ｉ−Ｉのまわりで軸方向に関して回転す
る。ロータ４は、羽根５により図示された吸込システ
ム、およびステータ１の軸受に回転自在に支えられたシ
ャフト６を備える。図は２個のラジアル磁気軸受７、
８、および２個の半径方向に作用するランディング機械
軸受９、１０を示す。アキシャル軸受１１もある。
【００２９】正常な動作中、すなわちポンプのシャフト
６への過度の荷重がなく、磁気軸受が正常に動作してい
る場合、磁気軸受は正確な軸位置に中心があるロータ４
を支持し、ランディング機械軸受９、１０はシャフト６
に接触しない。
【００３０】ランディング機械軸受９は、ロータ４のシ
ャフト６の近くおよび周りにロータ転がり軸受軌道輪１
２およびステータ１の近くにステータ転がり軸受軌道輪
１３を備える。玉１４、針状ころ等従来技術で知られた
他のどんな種類の転がり部材も、ロータ転がり軸受１２
とステータ転がり軸受軌道輪１３との間に配置され、２
つの軸受軌道輪１２、１３の相対的な軸回転をさせる軸
受を構成する。
【００３１】いま、ロータ４のシャフト６とステータ１
の対応する部分の間のランディング機械半軸受９をより
詳細に拡大して示す図２を参照する。ロータ転がり軸受
軌道輪１２とステータ転がり軸受軌道輪１３との間の転
がり部材１４を示す。また正常動作中、ステータ１内部
のロータ４のシャフト６に中心があり、ステータ１内部
のシャフト６の最大隙間を規定する環状のエアギャップ
１５を残すラジアル磁気軸受７を示す。正常状態下で、
エアギャップ１５は例えば幅約０．２ｍｍから約０．４
ｍｍである。ランディング機械軸受９の目的は、ランデ
ィングの際の磁気軸受への損傷を防ぐためにステータ１
内部のロータ４のシャフト６の軸方向の移動の可能性を
エアギャップ１５よりもかなり小さい値まで低減するこ
とである。
【００３２】ロータ転がり軸受軌道輪１２の環状面１６
内部とそれに対応するロータ４の第１の軸受表面１７と
の間に、エアギャップ１５よりも明らかに小さいが、そ
れ以内にロータ４が磁気軸受７により通常中心付けられ
る精度よりわずかに大きな第１のラジアル隙間１８があ
る。ロータ４が通常中心を保持される精度は一般に非常
に良好で、数ミクロン未満である。同様に、第２のラジ
アル隙間２１、すなわちステータ転がり軸受軌道輪１３
が、ステータ転がり軸受軌道輪１３の外周の環状面１９
とステータ１の対応する第２の軸受表面２０との間でス
テータの内部１を移動可能なラジアル隙間がある。
【００３３】ステータ転がり軸受軌道輪１３は、軸の肩
部２２と頭部２４が見えるねじによりステータ１に固定
された取付固定リング２３との間のステータ１前面のハ
ウジング内に固定されている。取付固定リング２３とス
テータ転がり軸受軌道輪１３外部前面との間に小さなア
キシャル隙間２５が残るのが好ましい。
【００３４】取付け固定リング２３は、ステータ１とス
テータ転がり軸受け軌道輪１３との間の環状のハウジン
グ２７に軸方向に固定されている同軸な円筒状の環状リ
ブ２６を持っている。エラストマー等の弾性制振材料製
の同軸リング２８がハウジング２７内に置かれ、ステー
タ転がり軸受け軌道輪１３と対応する第２のステータ軸
受面２０との間に半径方向に位置し、ステータ転がり軸
受け軌道輪１３および前記第２のステータ軸受面２０の
両方を半径方向に押す。
【００３５】ここに示す実施形態では、エラストマー等
の弾性および制振材料製の同軸リング２８が、円環の形
をしており、取付固定リング２３の同軸円筒状の環状リ
ブ２６とハウジング２７底部との間で軸方向に圧縮さ
れ、エラストマー同軸ラジアルリング２８を半径方向に
広げる。それはステータ転がり軸受軌道輪１３の外周の
環状面１９とステータ１の第２の軸受面２０を同時に押
す。
【００３６】図２に示す装置では、ハウジング２７の形
状は、エラストマー同軸リング２８がランディング機械
軸受９の軸長の本質的に中間にあるようになっている。
第１と第２の軸受表面１７および２０は同軸であり円筒
状である。あるいは、本発明による類似の構造は円錐形
の軸受表面１７および２０を有する設計とされることも
ある。
【００３７】同軸の円筒状の環状リブ２６は、ステータ
１に固定される取付くさびとエラストマー同軸リング２
８の前端表面を軸方向に受ける端部環状表面１２６とに
より構成される。図に示すように、端部環状面１２６
は、この水平な交差するリングである可能性がある。あ
るいは、エラストマー同軸リング２８に結果として生じ
る半径方向の圧縮を調整するために、端部環状表面は、
円錐状で、右または左に傾斜して、角ばった凸面または
凹面、湾曲した凸面または凹面であることもある。
【００３８】これらの実施形態では、同軸の円筒状取付
リブ２６により構成される前記取付くさびも第２のラジ
アル隙間２１をその半径方向の厚さがハウジング２７の
半径方向の厚さ以上であるように制限する機械的当接部
の機能を提供する。このようにして、エラストマー同軸
リング２８の弾性変形に対する能力以上およびこれを超
えて、ステータ転がり軸受軌道輪１３は前部円筒状リン
グ２６に対して半径方向に支える。
【００３９】ランディングの場合の運転は以下のとおり
である。最初に、ロータ転がり軸受軌道輪１２は軸Ｉ−
Ｉに関して高速に回転している軸６には接触していな
い。軸受７等のラジアル磁気軸受が運転を停止する場
合、ロータ４は、ロータ転がり軸受軌道輪１２と接触す
るまで第１のラジアル隙間１８により半径方向に移動す
ることができ、次いでロータ転がり軸受軌道軸１２は回
転に巻き込まれ、やはり軸受部材１４を回転に巻き込
む。従来技術の波形ブレード装置で起こることとは対照
的に、ステータ転がり軸受軌道輪１３の回転は予圧した
エラストマー同軸リング２８により生じる摩擦によって
ブレーキをかけられる。これにより、ステータ転がり軸
受軌道輪１３のステータ１および取付固定リング２３の
摩擦により生じる磨耗の危険をすべて防止する。したが
って、エラストマー同軸リング２８はステータ転がり軸
受軌道輪１３の回転を停め、磨耗による損傷と転がり軸
受の固着の危険を防ぐ、という第１の機能を有する。同
時に、半径方向の弾性圧縮の能力により、エラストマー
同軸リング２８は、ステータ転がり軸受軌道輪１３を、
したがってロータ４のシャフト６を半径方向に運動さ
せ、第２のラジアル隙間２１により、同軸円筒状環状リ
ブ２６および／またはステータ１の同軸円筒状軸受表面
２０ａと接触するまで、制振する弾性結合も提供する。
当業者が困難なく選択可能である、同軸リング２８を構
成する弾性および制振材料の特性により、制振効果は従
来技術の波形ブレード装置で得られるよりもずっと大き
くなり得る。５０から９０の範囲のショアー硬度を有す
るエラストマー同軸リング２８の使用により、良い結果
が得られるが、適用分野により、他の値も適切である。
【００４０】図３に示す第２の実施形態において、部品
は本質的に図２の実施形態と同様で、同じ形状、同じ機
能を持ち、同じ参照番号で特定される。
【００４１】ハウジング２７に、エラストマー等の弾性
および制振材料製の２つの特定の同軸リング２８および
１２８が、互いに軸に関してずらしてあるという事実に
のみ相違がある。
【００４２】本発明は、明確に記述してきた実施形態に
制限されず、変更点、一般化を包含することは当業者に
明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気軸受および付属するランディング機械軸受
によりロータが保持される真空ポンプの長手部分の一般
図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を構成するランディン
グ機械転がり半軸受を示す図１の領域Ａの部分拡大図で
ある。
【図３】本発明の第２の実施形態を構成するランディン
グ機械転がり半軸受を示す領域Ａの部分拡大図である。
【符号の説明】
１ ステータ ２ 吸込口 ３ 吐出口 ４ ロータ ５ 羽根 ６ シャフト ７、８ ラジアル磁気軸受 ９、１０ ランディング機械軸受 １２ ロータころがり軸受軌道輪 １３ ステータころがり軸受軌道輪 １４ 軸受部材 １５ エアギャップ １６ 環状面 １７ 第１の軸受表面 １８ 第１のラジアル隙間 １９ 外周の環状面 ２０ 第２の軸受表面 ２０ａ 同軸円筒状の軸受表面 ２１ 第２のラジアル隙間 ２２ 肩部 ２３ 取付け固定リング ２４ 頭部 ２５ アキシャル隙間 ２６ 環状リブ ２７ ハウジング ２８、１２８ 同軸環状リング
───────────────────────────────────────────────────── 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 27/06 Ｆ１６Ｃ 27/06 Ｂ 32/04 32/04 Ｚ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ステータ（１）内部で回転するように構
    成されたロータ（４）を備え、正常運転中ロータ（４）
    をステータ（１）内部の中心付けられた半径方向位置に
    正常な中心付け保持精度以内に保持する少なくとも１つ
    のラジアル磁気軸受（７、８）を備え、さらに、ラジア
    ル磁気軸受（７、８）が正常に運転しない場合、ロータ
    （４）を近似的に中心付けることによりステータ（１）
    内部のロータ（４）の半径方向の運動を制限する少なく
    とも１つのランディング機械軸受（９、１０）を備え、
    前記ランディング機械軸受（９）が、間に転がり部材
    （１４）を有するロータ転がり軸受軌道輪（１２）およ
    びステータ転がり軸受軌道輪（１３）と、第１のロータ
    またはステータ転がり軸受軌道輪（１２）とそれに対応
    する第１のロータまたはステータ軸受表面（１７）との
    間に提供される第１のラジアル隙間（１８）と、第２の
    ロータまたはステータ転がり軸受軌道輪（１３）とそれ
    に対応する第２のロータまたはステータ軸受表面（２
    ０）との間に提供される第２のラジアル隙間（２１）
    と、第２のロータまたはステータ転がり軸受軌道輪（１
    ３）とそれに対応する第２のロータあるいはステータ軸
    受表面（２０）との間に提供される第２のラジアル隙間
    （２１）を制限する機械的当接手段とを有する弾性手段
    および制振手段とを備える真空ポンプであって、前記弾
    性手段および制振手段が、第２のロータまたはステータ
    転がり軸受軌道輪（１３）とそれに対応する第２のロー
    タあるいはステータ軸受表面（２０）との間のラジアル
    軸受係合部に少なくとも１つの弾性および制振材料製の
    同軸リング（２８）を備える真空ポンプ。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１つの弾性および制振材
    料製の同軸リング（２８）が、第２のロータまたはロー
    タ転がり軸受軌道輪（１３）とそれに対応する第２のス
    テータまたはロータ軸受表面（２０）との間で半径方向
    に前もって圧縮されることを特徴とする請求項１に記載
    の真空ポンプ。
  3. 【請求項３】 前記少なくとも１つの弾性および制振材
    料製の同軸リング（２８）が、その半径方向の予圧を決
    定する取付けられた軸方向圧縮手段（２３、２６）によ
    り荷重を受けることを特徴とする請求項１に記載の真空
    ポンプ。
  4. 【請求項４】 前記取付けられた軸方向圧縮手段が、前
    記第２のステータ転がり軸受軌道輪（１３）に対応し、
    かつ弾性および制振材料製の同軸リング（２８）の前端
    表面上に軸方向に支承される、ロータまたはステータ
    （１）に付けられた少なくとも１つの取付けくさび（２
    ６）を備えることを特徴とする請求項３に記載の真空ポ
    ンプ。
  5. 【請求項５】 前記取付けくさび（２６）がまた、第２
    のラジアル隙間（２１）を制限する機械的当接部の機能
    を保証することを特徴とする請求項４に記載の真空ポン
    プ。
  6. 【請求項６】 前記弾性手段が、ランディング機械軸受
    (９)を保持するために互いに関して軸方向にずれた、２
    つの同一の弾性および制振材料製の同軸リング（２８、
    １２８）を備えることを特徴とする請求項１に記載の真
    空ポンプ。
  7. 【請求項７】 ロータ（４）が、弾性および制振材料製
    の同軸リング（２８）を有する弾性手段を各々が備え
    る、少なくとも２つのラジアル磁気軸受（７、８）、お
    よび、少なくとも２つのランディング機械転がり軸受
    （９、１０）により、半径方向に保持されることを特徴
    とする請求項１に記載の真空ポンプ。
  8. 【請求項８】 第１のラジアル隙間（１８）がロータ
    （４）とロータ転がり軸受軌道輪（１２）との間にあ
    り、第２のラジアル隙間（２１）が、ステータ（１）と
    ステータ転がり軸受軌道輪（１３）との間にあり、弾性
    および制振材料製の同軸リング（２８）がそれらの間に
    半径方向に配置されていることを特徴とする請求項１に
    記載の真空ポンプ。
  9. 【請求項９】 前記少なくとも１つの弾性および制振材
    料製の同軸リング（２８）が、円環面形状をしているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
  10. 【請求項１０】 前記少なくとも１つの弾性および制振
    材料製の同軸リング（２８）が、エラストマー製である
    ことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
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