JP2002070858A - 磁気軸受装置 - Google Patents
磁気軸受装置Info
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- 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
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 生産性と品質の向上及び磁気軸受の制御の安
定性を確保しつつ、運転時の耐久性や組立て時の簡易性
の向上を図る。 【解決手段】 モータロータ１６と一体に回転するロー
タシャフト１２を２個のラジアル磁気軸受２２，２４と
１個のアキシャル磁気軸受３０により浮上軸支した５軸
形磁気軸受装置において、ロータシャフト１２のラジア
ル磁気軸受２２，２４のラジアル電磁石３８，４６と対
面する被軸受部３６，４４の外径ｄ２，ｄ ４を、モータ
ロータ１６の外径ｄ３及びロータシャフト１２のラジア
ル軸受２２，２４のラジアル変位センサ３４，４２と対
面する被センサ部３２，４０の外径ｄ１，ｄ５よりも小
径に設定した。
定性を確保しつつ、運転時の耐久性や組立て時の簡易性
の向上を図る。 【解決手段】 モータロータ１６と一体に回転するロー
タシャフト１２を２個のラジアル磁気軸受２２，２４と
１個のアキシャル磁気軸受３０により浮上軸支した５軸
形磁気軸受装置において、ロータシャフト１２のラジア
ル磁気軸受２２，２４のラジアル電磁石３８，４６と対
面する被軸受部３６，４４の外径ｄ２，ｄ ４を、モータ
ロータ１６の外径ｄ３及びロータシャフト１２のラジア
ル軸受２２，２４のラジアル変位センサ３４，４２と対
面する被センサ部３２，４０の外径ｄ１，ｄ５よりも小
径に設定した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、羽根車等のロータ
を回転駆動するロータシャフトを非接触で５軸に軸支す
る磁気軸受装置に関するものである。
を回転駆動するロータシャフトを非接触で５軸に軸支す
る磁気軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、高速回転するロータにより気体
の排気を行うターボ分子ポンプにあっては、ロータを回
転駆動するロータシャフトを２個のラジアル磁気軸受と
１個のアキシャル磁気軸受とを有する磁気軸受装置で５
軸制御可能に浮上軸支することが広く行われている。
の排気を行うターボ分子ポンプにあっては、ロータを回
転駆動するロータシャフトを２個のラジアル磁気軸受と
１個のアキシャル磁気軸受とを有する磁気軸受装置で５
軸制御可能に浮上軸支することが広く行われている。
【０００３】図４は、ラジアル磁気軸受として能動形磁
気軸受を使用した、この種の磁気軸受装置の従来の一般
的な構成を示すもので、この磁気軸受装置は、一端に羽
根車等のロータ１０を固着したロータシャフト１２の回
転を除く５自由度の５軸方向を能動制御するようにした
ものである。
気軸受を使用した、この種の磁気軸受装置の従来の一般
的な構成を示すもので、この磁気軸受装置は、一端に羽
根車等のロータ１０を固着したロータシャフト１２の回
転を除く５自由度の５軸方向を能動制御するようにした
ものである。
【０００４】すなわち、ロータシャフト１２のほぼ中央
には、モータ１４を構成するモータロータ１６が固着さ
れ、ステータ１８の該モータロータ１６と対向する位置
には、モータ１４を構成するモータステータ２０が配置
されている。このモータ１４を挟んでロータシャフト１
２の上下には、ロータ側ラジアル磁気軸受２２と反ロー
タ側ラジアル磁気軸受２４が設けられ、更にその外側に
ロータ側タッチベアリング２６と反ロータ側タッチベア
リング２８が設けられている。そして、ロータシャフト
１２の反ロータ側下端にアキシャル磁気軸受３０が配置
されている。
には、モータ１４を構成するモータロータ１６が固着さ
れ、ステータ１８の該モータロータ１６と対向する位置
には、モータ１４を構成するモータステータ２０が配置
されている。このモータ１４を挟んでロータシャフト１
２の上下には、ロータ側ラジアル磁気軸受２２と反ロー
タ側ラジアル磁気軸受２４が設けられ、更にその外側に
ロータ側タッチベアリング２６と反ロータ側タッチベア
リング２８が設けられている。そして、ロータシャフト
１２の反ロータ側下端にアキシャル磁気軸受３０が配置
されている。
【０００５】ロータ側ラジアル磁気軸受２２は、ロータ
シャフト１２の互いに対面する被センサ部３２を介して
ロータシャフト１２のラジアル変位を検出するラジアル
変位センサ３４と、ロータシャフト１２の互いに対面す
る被軸受部３６を介してロータシャフト１２をラジアル
方向に支持するラジアル電磁石３８とを有している。そ
して、ラジアル変位センサ３４によるロータシャフト１
２のラジアル変位の検出量に基づき、ラジアル電磁石３
８の磁気力をロータシャフト１２が対向した一対のラジ
アル変位センサ３４，３４の中心付近にくるように制御
するようになっている。
シャフト１２の互いに対面する被センサ部３２を介して
ロータシャフト１２のラジアル変位を検出するラジアル
変位センサ３４と、ロータシャフト１２の互いに対面す
る被軸受部３６を介してロータシャフト１２をラジアル
方向に支持するラジアル電磁石３８とを有している。そ
して、ラジアル変位センサ３４によるロータシャフト１
２のラジアル変位の検出量に基づき、ラジアル電磁石３
８の磁気力をロータシャフト１２が対向した一対のラジ
アル変位センサ３４，３４の中心付近にくるように制御
するようになっている。
【０００６】反ロータ側ラジアル磁気軸受２４も同様
に、ロータシャフト１２の被センサ部４０を介してロー
タシャフト１２のラジアル変位を検出するラジアル変位
センサ４２と、ロータシャフト１２の被軸受部４４を介
してロータシャフト１２をラジアル方向に支持するラジ
アル電磁石４６とを有しており、その作用は前述と同様
である。
に、ロータシャフト１２の被センサ部４０を介してロー
タシャフト１２のラジアル変位を検出するラジアル変位
センサ４２と、ロータシャフト１２の被軸受部４４を介
してロータシャフト１２をラジアル方向に支持するラジ
アル電磁石４６とを有しており、その作用は前述と同様
である。
【０００７】一方、アキシャル磁気軸受３０は、ロータ
シャフト１２の下端に着脱自在に緊着されるアキシャル
ディスク５０と、このアキシャルディスク５０を介して
ロータシャフト１２のアキシャル変位を検出するアキシ
ャル変位センサ５２と、アキシャルディスク５０を挟ん
で上下に配置されたアキシャル電磁石５４とを有してい
る。そして、アキシャル変位センサ５２によるロータシ
ャフト１２のアキシャル変位の検出量に基づき、アキシ
ャル電磁石５４の磁気力をアキシャルディスク５０が所
定の位置にくるように制御するようになっている。
シャフト１２の下端に着脱自在に緊着されるアキシャル
ディスク５０と、このアキシャルディスク５０を介して
ロータシャフト１２のアキシャル変位を検出するアキシ
ャル変位センサ５２と、アキシャルディスク５０を挟ん
で上下に配置されたアキシャル電磁石５４とを有してい
る。そして、アキシャル変位センサ５２によるロータシ
ャフト１２のアキシャル変位の検出量に基づき、アキシ
ャル電磁石５４の磁気力をアキシャルディスク５０が所
定の位置にくるように制御するようになっている。
【０００８】ここで、ロータシャフト１２の径寸法は、
組立上、ロータ側から反ロータ側に向かう程、徐々に小
径となるか、若しくは同じ寸法に設定されている。つま
り、ロータシャフト１２のロータ側ラジアル磁気軸受２
２における被センサ部３２の外径ｄ１、被軸受部３６の
外径ｄ２、モータロータ１６の外径ｄ３、反ロータ側ラ
ジアル磁気軸受２４における被軸受部４４の外径ｄ４及
び被センサ部４０の外径ｄ５が、（ｄ１≧ｄ２≧ｄ３≧
ｄ４≧ｄ５）の関係となるようになっており、この例に
あっては、これらの寸法は全て等しく（ｄ１＝ｄ２＝ｄ
３＝ｄ４＝ｄ５）設定されている。
組立上、ロータ側から反ロータ側に向かう程、徐々に小
径となるか、若しくは同じ寸法に設定されている。つま
り、ロータシャフト１２のロータ側ラジアル磁気軸受２
２における被センサ部３２の外径ｄ１、被軸受部３６の
外径ｄ２、モータロータ１６の外径ｄ３、反ロータ側ラ
ジアル磁気軸受２４における被軸受部４４の外径ｄ４及
び被センサ部４０の外径ｄ５が、（ｄ１≧ｄ２≧ｄ３≧
ｄ４≧ｄ５）の関係となるようになっており、この例に
あっては、これらの寸法は全て等しく（ｄ１＝ｄ２＝ｄ
３＝ｄ４＝ｄ５）設定されている。
【０００９】タッチベアリング２６，２８は、ロータシ
ャフト１２を磁気軸受２２，２４，３０で支承しない時
に、ロータシャフト１２やモータロータ１６が、ステー
タ１８と直接接触しないようにロータシャフト１２を保
持する役目があり、磁気軸受２２，２４，３０の磁気力
や、ロータシャフト１２及びモータロータ１６とステー
タ１８の各部との隙間を考慮して、ロータシャフト１２
との隙間と位置が設定されている。
ャフト１２を磁気軸受２２，２４，３０で支承しない時
に、ロータシャフト１２やモータロータ１６が、ステー
タ１８と直接接触しないようにロータシャフト１２を保
持する役目があり、磁気軸受２２，２４，３０の磁気力
や、ロータシャフト１２及びモータロータ１６とステー
タ１８の各部との隙間を考慮して、ロータシャフト１２
との隙間と位置が設定されている。
【００１０】つまり、ロータシャフト１２とタッチベア
リング２６，２８の内輪部とのラジアル方向及びアキシ
ャル方向の隙間は、ラジアル磁気軸受２２，２４やモー
タ１４の隙間より小さく設定されている。厳密には、ロ
ータシャフト１２を磁気軸受２２，２４，３０で支承し
ない状態から、各磁気軸受２２，２４，３０で支承する
際の立ち上げのため、またはロータ１０のバランスがく
ずれたり、ロータ１０の回転の負荷が増大したときの条
件を考慮して設定されている。なお、この例では、ラジ
アル磁気軸受として、能動形磁気軸受を使用した例を示
しているが、永久磁石等を用いた受動形磁気軸受で４軸
方向の任意の軸数を支承することも広く行われている。
リング２６，２８の内輪部とのラジアル方向及びアキシ
ャル方向の隙間は、ラジアル磁気軸受２２，２４やモー
タ１４の隙間より小さく設定されている。厳密には、ロ
ータシャフト１２を磁気軸受２２，２４，３０で支承し
ない状態から、各磁気軸受２２，２４，３０で支承する
際の立ち上げのため、またはロータ１０のバランスがく
ずれたり、ロータ１０の回転の負荷が増大したときの条
件を考慮して設定されている。なお、この例では、ラジ
アル磁気軸受として、能動形磁気軸受を使用した例を示
しているが、永久磁石等を用いた受動形磁気軸受で４軸
方向の任意の軸数を支承することも広く行われている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このような磁気軸受装
置において、ロータシャフト１２のロータ側ラジアル磁
気軸受２２における被センサ部３２の外径ｄ１、被軸受
部３６の外径ｄ２、モータロータ１６の外径ｄ３、反ロ
ータ側ラジアル磁気軸受２４における被軸受部４４の外
径ｄ４及び被センサ部４０の外径ｄ５とステータ１８側
の内径との間の各隙間は、それぞれ性能・機能を考慮し
て、非常に微小な寸法（約０．１〜０．５ｍｍ）に設定
されている。そのため、ラジアル磁気軸受２２，２４の
ロータシャフト１２をラジアル方向に支承する時の負荷
が増大した場合に、ロータシャフト１２の被軸受部３
６，４４とラジアル電磁石３８，４６との間の隙間が減
少、若しくはなくなり、最悪の場合には、回転中にロー
タシャフト１２の被軸受部３６，４４がラジアル電磁石
３８，４６に接触して、運転不可能に陥ることがあると
いう問題があった。
置において、ロータシャフト１２のロータ側ラジアル磁
気軸受２２における被センサ部３２の外径ｄ１、被軸受
部３６の外径ｄ２、モータロータ１６の外径ｄ３、反ロ
ータ側ラジアル磁気軸受２４における被軸受部４４の外
径ｄ４及び被センサ部４０の外径ｄ５とステータ１８側
の内径との間の各隙間は、それぞれ性能・機能を考慮し
て、非常に微小な寸法（約０．１〜０．５ｍｍ）に設定
されている。そのため、ラジアル磁気軸受２２，２４の
ロータシャフト１２をラジアル方向に支承する時の負荷
が増大した場合に、ロータシャフト１２の被軸受部３
６，４４とラジアル電磁石３８，４６との間の隙間が減
少、若しくはなくなり、最悪の場合には、回転中にロー
タシャフト１２の被軸受部３６，４４がラジアル電磁石
３８，４６に接触して、運転不可能に陥ることがあると
いう問題があった。
【００１２】つまり、例えば、ロータ１０を片持ち状態
で保持するような横向きで運転する時や、ロータ１０や
ロータシャフト１２等の回転体のバランスが崩れて、ア
ンバランス量が増大した時に、ラジアル磁気軸受２２，
２４のロータシャフト１２をラジアル方向に支承する時
の負荷が増大し、ラジアル磁気軸受２２，２４は、ロー
タシャフト１２を所定位置に保持しようとしてラジアル
電磁石３８，４６のステータ側巻線に電流が多く流れる
状態となる。これにより、ラジアル電磁石３８，４６の
スタータ側のコアが昇温され、輻射によりラジアル電磁
石３８，４６と対面するロータシャフト１２の被軸受部
３６，４４も昇温される。また、ステータ側の電流増大
により、ロータシャフト１２側の渦電流損も増大し、よ
り一層昇温される。これにより、ロータシャフト１２の
被軸受部３６，４４が熱膨脹して、ロータシャフト１２
の被軸受部３６，４４とラジアル電磁石３８，４６との
間の隙間が減少、若しくはなくなることがある。
で保持するような横向きで運転する時や、ロータ１０や
ロータシャフト１２等の回転体のバランスが崩れて、ア
ンバランス量が増大した時に、ラジアル磁気軸受２２，
２４のロータシャフト１２をラジアル方向に支承する時
の負荷が増大し、ラジアル磁気軸受２２，２４は、ロー
タシャフト１２を所定位置に保持しようとしてラジアル
電磁石３８，４６のステータ側巻線に電流が多く流れる
状態となる。これにより、ラジアル電磁石３８，４６の
スタータ側のコアが昇温され、輻射によりラジアル電磁
石３８，４６と対面するロータシャフト１２の被軸受部
３６，４４も昇温される。また、ステータ側の電流増大
により、ロータシャフト１２側の渦電流損も増大し、よ
り一層昇温される。これにより、ロータシャフト１２の
被軸受部３６，４４が熱膨脹して、ロータシャフト１２
の被軸受部３６，４４とラジアル電磁石３８，４６との
間の隙間が減少、若しくはなくなることがある。
【００１３】また、ラジアル磁気軸受として永久磁石を
用いた受動形磁気軸受を使用した場合、組立時にシャフ
ト側永久磁石がステータ側永久磁石や、その他のステー
タ側の部材と接触して、損傷してしまうことがあるとい
った問題があった。特に、永久磁石は、材料の性質上、
損傷しやすく、また組立時の強い磁力のために組み立て
性が一般に悪いため、シャフト側永久磁石がステータ側
により一層接触しやすくなる。
用いた受動形磁気軸受を使用した場合、組立時にシャフ
ト側永久磁石がステータ側永久磁石や、その他のステー
タ側の部材と接触して、損傷してしまうことがあるとい
った問題があった。特に、永久磁石は、材料の性質上、
損傷しやすく、また組立時の強い磁力のために組み立て
性が一般に悪いため、シャフト側永久磁石がステータ側
により一層接触しやすくなる。
【００１４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、生産性と品質の向上及び磁気軸受の制御の安定性を
確保しつつ、運転時の耐久性や組立て時の簡易性の向上
を図った磁気軸受装置を提供することを目的とする。
で、生産性と品質の向上及び磁気軸受の制御の安定性を
確保しつつ、運転時の耐久性や組立て時の簡易性の向上
を図った磁気軸受装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、モータロータと一体に回転するロータシャフトを２
個のラジアル磁気軸受と１個のアキシャル磁気軸受によ
り浮上軸支した５軸形磁気軸受装置において、前記ラジ
アル磁気軸受の少なくとも１つとして能動形磁気軸受を
使用し、前記ロータシャフトの前記能動形磁気軸受のラ
ジアル電磁石と対面する被軸受部の外径を、前記モータ
ロータの外径及び前記ロータシャフトの前記能動形磁気
軸受のラジアル変位センサと対面する被センサ部の外径
よりも小径に設定したことを特徴とする磁気軸受装置で
ある。
は、モータロータと一体に回転するロータシャフトを２
個のラジアル磁気軸受と１個のアキシャル磁気軸受によ
り浮上軸支した５軸形磁気軸受装置において、前記ラジ
アル磁気軸受の少なくとも１つとして能動形磁気軸受を
使用し、前記ロータシャフトの前記能動形磁気軸受のラ
ジアル電磁石と対面する被軸受部の外径を、前記モータ
ロータの外径及び前記ロータシャフトの前記能動形磁気
軸受のラジアル変位センサと対面する被センサ部の外径
よりも小径に設定したことを特徴とする磁気軸受装置で
ある。
【００１６】これにより、ラジアル磁気軸受の負荷が増
大して、このラジアル電磁石と対面するロータシャフト
の被軸受部が熱膨張しても、ロータシャフトの被軸受部
とラジアル電磁石との間に十分な隙間が生じるようにし
て、磁気軸受の制御の安定性と耐久性を確保することが
できる。なお、ロータシャフトの被軸受部の外径とモー
タロータの外径またはロータシャフトの被センサ部の外
径との差は、必要最小限で十分であり、直径寸法で０．
０１〜０．２ｍｍ程度が適当である。
大して、このラジアル電磁石と対面するロータシャフト
の被軸受部が熱膨張しても、ロータシャフトの被軸受部
とラジアル電磁石との間に十分な隙間が生じるようにし
て、磁気軸受の制御の安定性と耐久性を確保することが
できる。なお、ロータシャフトの被軸受部の外径とモー
タロータの外径またはロータシャフトの被センサ部の外
径との差は、必要最小限で十分であり、直径寸法で０．
０１〜０．２ｍｍ程度が適当である。
【００１７】請求項２に記載の発明は、モータロータと
一体に回転するロータシャフトを２個のラジアル磁気軸
受と１個のアキシャル磁気軸受により浮上軸支した５軸
形磁気軸受装置において、前記ラジアル磁気軸受として
受動形磁気軸受と能動形磁気軸受を使用し、前記受動形
磁気軸受のシャフト側軸受部の外径を、前記モータロー
タの外径及び前記ロータシャフトの前記能動形磁気軸受
のラジアル変位センサと対面する被センサ部の外径より
も小径に設定したことを特徴とする磁気軸受装置であ
る。
一体に回転するロータシャフトを２個のラジアル磁気軸
受と１個のアキシャル磁気軸受により浮上軸支した５軸
形磁気軸受装置において、前記ラジアル磁気軸受として
受動形磁気軸受と能動形磁気軸受を使用し、前記受動形
磁気軸受のシャフト側軸受部の外径を、前記モータロー
タの外径及び前記ロータシャフトの前記能動形磁気軸受
のラジアル変位センサと対面する被センサ部の外径より
も小径に設定したことを特徴とする磁気軸受装置であ
る。
【００１８】これにより、ロータシャフトをステータに
組立てる際に、シャフト側軸受部がステータに直接接触
することをなくして、永久磁石等からなるシャフト側軸
受部の損傷を回避することができる。また、受動形磁気
軸受のシャフト側軸受部（永久磁石）は、径を小さくす
ることでステータに対する磁気力も低減されるので、組
立てがより容易となる。なお、受動形磁気軸受のシャフ
ト側軸受部の外径とモータロータの外径との差は、前述
と同様に、直径寸法で０.０１〜０．２ｍｍ程度が適当
である。
組立てる際に、シャフト側軸受部がステータに直接接触
することをなくして、永久磁石等からなるシャフト側軸
受部の損傷を回避することができる。また、受動形磁気
軸受のシャフト側軸受部（永久磁石）は、径を小さくす
ることでステータに対する磁気力も低減されるので、組
立てがより容易となる。なお、受動形磁気軸受のシャフ
ト側軸受部の外径とモータロータの外径との差は、前述
と同様に、直径寸法で０.０１〜０．２ｍｍ程度が適当
である。
【００１９】請求項３に記載の発明は、前記ロータシャ
フトにターボ分子ポンプのロータを連結したことを特徴
とする請求項１または２に記載の磁気軸受装置である。
フトにターボ分子ポンプのロータを連結したことを特徴
とする請求項１または２に記載の磁気軸受装置である。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図３を参照して説明する。なお、図４に示す従来例
と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
乃至図３を参照して説明する。なお、図４に示す従来例
と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２１】図１は、図４に示す従来例と同様に、ラジ
アル磁気軸受として能動形磁気軸受を使用した本発明の
第１の実施の形態の磁気軸受装置を示すもので、これ
は、ロータシャフト１２のラジアル磁気軸受２２，２４
のラジアル変位センサ３４，４２に対面する被センサ部
３２，４０の外径ｄ１，ｄ５と、モータロータ１６の外
径ｄ３を同一（ｄ１＝ｄ５＝ｄ３）に設定するととも
に、ロータシャフト１２のラジアル磁気軸受２２，２４
のラジアル電磁石３８，４６と対面する被軸受部３６，
４４の外径ｄ２，ｄ４をこれらの外径ｄ１，ｄ５，ｄ３
より小径（ｄ２＝ｄ ４＜ｄ１＝ｄ５＝ｄ３）に設定した
ものである。このモータロータ１６の外径ｄ ３及びロー
タシャフト１２の被センサ部３２，４０の外径ｄ１，ｄ
５と、被軸受部３６，４４の外径ｄ２，ｄ４との差（ｄ
１（＝ｄ５＝ｄ３）−ｄ２（＝ｄ４））は、必要最小限
の０．０１〜０．２ｍｍ程度に設定されている。
アル磁気軸受として能動形磁気軸受を使用した本発明の
第１の実施の形態の磁気軸受装置を示すもので、これ
は、ロータシャフト１２のラジアル磁気軸受２２，２４
のラジアル変位センサ３４，４２に対面する被センサ部
３２，４０の外径ｄ１，ｄ５と、モータロータ１６の外
径ｄ３を同一（ｄ１＝ｄ５＝ｄ３）に設定するととも
に、ロータシャフト１２のラジアル磁気軸受２２，２４
のラジアル電磁石３８，４６と対面する被軸受部３６，
４４の外径ｄ２，ｄ４をこれらの外径ｄ１，ｄ５，ｄ３
より小径（ｄ２＝ｄ ４＜ｄ１＝ｄ５＝ｄ３）に設定した
ものである。このモータロータ１６の外径ｄ ３及びロー
タシャフト１２の被センサ部３２，４０の外径ｄ１，ｄ
５と、被軸受部３６，４４の外径ｄ２，ｄ４との差（ｄ
１（＝ｄ５＝ｄ３）−ｄ２（＝ｄ４））は、必要最小限
の０．０１〜０．２ｍｍ程度に設定されている。
【００２２】この実施の形態によれば、ロータシャフト
１２のラジアル磁気軸受２２，２４の被軸受部３６，４
４の外径ｄ２，ｄ４をロータシャフト１２の被センサ部
３２，４０の外径ｄ１，ｄ５及びモータロータ１６の外
径ｄ３より小径に設定することで、ラジアル磁気軸受２
２，２４の負荷が増大して、このラジアル電磁石３８，
４６と対面するロータシャフト１２の被軸受部３６，４
４が熱膨張しても、ロータシャフト１２の被軸受部３
６，４４とラジアル電磁石３８，４６との間に十分な隙
間が生じるようにして、制御の安定性と軸受としての耐
久性を確保することができる。
１２のラジアル磁気軸受２２，２４の被軸受部３６，４
４の外径ｄ２，ｄ４をロータシャフト１２の被センサ部
３２，４０の外径ｄ１，ｄ５及びモータロータ１６の外
径ｄ３より小径に設定することで、ラジアル磁気軸受２
２，２４の負荷が増大して、このラジアル電磁石３８，
４６と対面するロータシャフト１２の被軸受部３６，４
４が熱膨張しても、ロータシャフト１２の被軸受部３
６，４４とラジアル電磁石３８，４６との間に十分な隙
間が生じるようにして、制御の安定性と軸受としての耐
久性を確保することができる。
【００２３】図２は、図１に示す磁気軸受装置をターボ
分子ポンプに適用した例を示すもので、このターボ分子
ポンプのロータシャフト１２の上端には、回転翼６０と
ねじ溝部６２とを有するロータ（羽根車）６４が固着さ
れている。そして、ポンプケーシング６６の内面には、
回転翼６０と交互に固定翼６８が配置され、これによっ
て、高速回転する回転翼６０と静止している固定翼６８
の相互作用によって排気を行う翼排気部Ｌ１が構成され
ている。また、ねじ溝部６２の外周を囲むようにねじ溝
部スペーサ７０が配置され、これによって、高速回転す
るねじ溝部６２のねじ溝６２ａのドラッグ作用によって
排気を行うねじ溝排気部Ｌ２が構成されている。このよ
うに、翼排気部Ｌ１の下流側にねじ溝排気部Ｌ２を設け
ることで、広い流量範囲に対応可能となっている。
分子ポンプに適用した例を示すもので、このターボ分子
ポンプのロータシャフト１２の上端には、回転翼６０と
ねじ溝部６２とを有するロータ（羽根車）６４が固着さ
れている。そして、ポンプケーシング６６の内面には、
回転翼６０と交互に固定翼６８が配置され、これによっ
て、高速回転する回転翼６０と静止している固定翼６８
の相互作用によって排気を行う翼排気部Ｌ１が構成され
ている。また、ねじ溝部６２の外周を囲むようにねじ溝
部スペーサ７０が配置され、これによって、高速回転す
るねじ溝部６２のねじ溝６２ａのドラッグ作用によって
排気を行うねじ溝排気部Ｌ２が構成されている。このよ
うに、翼排気部Ｌ１の下流側にねじ溝排気部Ｌ２を設け
ることで、広い流量範囲に対応可能となっている。
【００２４】なお、ロータシャフト１２のラジアル磁気
軸受２２，２４の被軸受部３６，４４の外径ｄ２，ｄ４
がロータシャフト１２の被センサ部３２，４０の外径ｄ
１，ｄ５及びモータロータ１６の外径ｄ３より小径に設
定されていることは前述と同様である。
軸受２２，２４の被軸受部３６，４４の外径ｄ２，ｄ４
がロータシャフト１２の被センサ部３２，４０の外径ｄ
１，ｄ５及びモータロータ１６の外径ｄ３より小径に設
定されていることは前述と同様である。
【００２５】図３は、本発明の第２の実施の形態の磁気
軸受装置を示すもので、これは、ロータ側ラジアル磁気
軸受８０として、互いに対面して配置されるステータ側
永久磁石（ステータ側軸受部）８２とシャフト側永久磁
石（シャフト側軸受部）８４の反発による磁力を使用し
た受動形磁気軸受を使用し、このシャフト側永久磁石８
４の外径ｄ６をロータシャフト１２の反ロータ側ラジア
ル磁気軸受２４の被センサ部４０の外径ｄ５及びモータ
ロータ１６の外径ｄ３より小径（ｄ６＜ｄ５＝ｄ３）に
設定したものである。このロータシャフト１２の反ロー
タ側ラジアル磁気軸受２４の被軸受部４４の外径ｄ４及
びモータロータ１６の外径ｄ３とシャフト側永久磁石８
４の外径ｄ６の差（ｄ４（＝ｄ３）−ｄ６）は、前述と
同様、必要最小限の０．０１〜０．２ｍｍ程度に設定さ
れている。その他の構成は第１の実施の形態と同様で、
ロータシャフト１２の反ロータ側ラジアル磁気軸受２４
の被軸受部４４の外径ｄ４は、ロータシャフト１２の被
センサ部４０の外径ｄ５及びモータロータ１６の外径ｄ
３より小径（ｄ４＜ｄ５＝ｄ３）に設定されている。
軸受装置を示すもので、これは、ロータ側ラジアル磁気
軸受８０として、互いに対面して配置されるステータ側
永久磁石（ステータ側軸受部）８２とシャフト側永久磁
石（シャフト側軸受部）８４の反発による磁力を使用し
た受動形磁気軸受を使用し、このシャフト側永久磁石８
４の外径ｄ６をロータシャフト１２の反ロータ側ラジア
ル磁気軸受２４の被センサ部４０の外径ｄ５及びモータ
ロータ１６の外径ｄ３より小径（ｄ６＜ｄ５＝ｄ３）に
設定したものである。このロータシャフト１２の反ロー
タ側ラジアル磁気軸受２４の被軸受部４４の外径ｄ４及
びモータロータ１６の外径ｄ３とシャフト側永久磁石８
４の外径ｄ６の差（ｄ４（＝ｄ３）−ｄ６）は、前述と
同様、必要最小限の０．０１〜０．２ｍｍ程度に設定さ
れている。その他の構成は第１の実施の形態と同様で、
ロータシャフト１２の反ロータ側ラジアル磁気軸受２４
の被軸受部４４の外径ｄ４は、ロータシャフト１２の被
センサ部４０の外径ｄ５及びモータロータ１６の外径ｄ
３より小径（ｄ４＜ｄ５＝ｄ３）に設定されている。
【００２６】ここで、ロータ側ラジアル軸受（受動形磁
気軸受）８０の永久磁石８２，８４は、ネオジウム・ボ
ロン系や、サマリウム・コバルト系などの希土類磁石
や、プラスチック磁石が一般に使用されており、このよ
うな磁石は、強度が低く、脆弱であるという欠点をも
つ。また、これらの永久磁石は、機能上、磁力が非常に
強く、組立時に、この磁力による影響を強く受ける。そ
のため、従来、ロータシャフト１２をステータ１８に組
み込む際、シャフト側永久磁石８４がステータ１８の内
周面と接触して損傷を受ける問題があったが、この実施
の形態によれば、シャフト側永久磁石８４の外径ｄ６を
ロータシャフト１２の反ロータ側ラジアル磁気軸受２４
の被センサ部４０の外径ｄ５及びモータロータ１６の外
径ｄ３より小径（ｄ６＜ｄ５＝ｄ３）に設定すること
で、組立て時にシャフト側永久磁石８４がステータ１８
と直接接触することをなくして、このような問題を回避
することができ、しかもシャフト側永久磁石８４のステ
ータ側永久磁石８２に対する磁気力が低減されて組立て
が容易となる。
気軸受）８０の永久磁石８２，８４は、ネオジウム・ボ
ロン系や、サマリウム・コバルト系などの希土類磁石
や、プラスチック磁石が一般に使用されており、このよ
うな磁石は、強度が低く、脆弱であるという欠点をも
つ。また、これらの永久磁石は、機能上、磁力が非常に
強く、組立時に、この磁力による影響を強く受ける。そ
のため、従来、ロータシャフト１２をステータ１８に組
み込む際、シャフト側永久磁石８４がステータ１８の内
周面と接触して損傷を受ける問題があったが、この実施
の形態によれば、シャフト側永久磁石８４の外径ｄ６を
ロータシャフト１２の反ロータ側ラジアル磁気軸受２４
の被センサ部４０の外径ｄ５及びモータロータ１６の外
径ｄ３より小径（ｄ６＜ｄ５＝ｄ３）に設定すること
で、組立て時にシャフト側永久磁石８４がステータ１８
と直接接触することをなくして、このような問題を回避
することができ、しかもシャフト側永久磁石８４のステ
ータ側永久磁石８２に対する磁気力が低減されて組立て
が容易となる。
【００２７】なお、上記実施の形態においては、ラジア
ル軸受として、能動形磁気軸受を使用した例と、能動形
磁気軸受と受動形磁気軸受を使用した例を示したが、本
発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であ
ることは勿論である。
ル軸受として、能動形磁気軸受を使用した例と、能動形
磁気軸受と受動形磁気軸受を使用した例を示したが、本
発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であ
ることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ラジアル磁気軸受の負荷が増大して、このラジアル電磁
石と対面するロータシャフトの被軸受部が熱膨張して
も、ロータシャフトの被軸受部とラジアル電磁石との間
に十分な隙間が生じるようにして、磁気軸受の制御の安
定性と耐久性を確保することができる。また、ロータシ
ャフトをステータに組立てる際に、シャフト側軸受部が
ステータに直接接触して永久磁石等からなるシャフト側
軸受部が損傷することを防止して、組立の容易性を確立
するすることができる。
ラジアル磁気軸受の負荷が増大して、このラジアル電磁
石と対面するロータシャフトの被軸受部が熱膨張して
も、ロータシャフトの被軸受部とラジアル電磁石との間
に十分な隙間が生じるようにして、磁気軸受の制御の安
定性と耐久性を確保することができる。また、ロータシ
ャフトをステータに組立てる際に、シャフト側軸受部が
ステータに直接接触して永久磁石等からなるシャフト側
軸受部が損傷することを防止して、組立の容易性を確立
するすることができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気軸受装置の断
面図である。
面図である。
【図２】図１に示す磁気軸受装置を備えたターボ分子ポ
ンプの断面図である。
ンプの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の磁気軸受装置の断
面図である。
面図である。
【図４】従来の磁気軸受装置の断面図である。
１０ ロータ １２ ロータシャフト １４ モータ １６ モータロータ １８ ステータ ２０ モータステータ ２２，２４，８０ ラジアル磁気軸受 ２６，２８ タッチベアリング ３０ アキシャル磁気軸受 ３２，４０ 被センサ部 ３４，４２ ラジアル変位センサ ３６，４４ 被軸受部 ３８，４６ ラジアル電磁石 ５０ アキシャルディスク ５２ アキシャル変位センサ ５４ アキシャル電磁石 ６０ 回転翼 ６２ ねじ溝部 ６２ａ ねじ溝 ６４ ロータ（羽根車） ６６ ポンプケーシング ６８ 固定翼 ７０ ねじ溝部スペーサ ８２，８４ 永久磁石（軸受部） Ｌ１ 翼排気部 Ｌ２ ねじ溝排気部
Claims (3)
- 【請求項１】 モータロータと一体に回転するロータシ
ャフトを２個のラジアル磁気軸受と１個のアキシャル磁
気軸受により浮上軸支した５軸形磁気軸受装置におい
て、 前記ラジアル磁気軸受の少なくとも１つとして能動形磁
気軸受を使用し、 前記ロータシャフトの前記能動形磁気軸受のラジアル電
磁石と対面する被軸受部の外径を、前記モータロータの
外径及び前記ロータシャフトの前記能動形磁気軸受のラ
ジアル変位センサと対面する被センサ部の外径よりも小
径に設定したことを特徴とする磁気軸受装置。 - 【請求項２】 モータロータと一体に回転するロータシ
ャフトを２個のラジアル磁気軸受と１個のアキシャル磁
気軸受により浮上軸支した５軸形磁気軸受装置におい
て、 前記ラジアル磁気軸受として受動形磁気軸受と能動形磁
気軸受を使用し、 前記受動形磁気軸受のシャフト側軸受部の外径を、前記
モータロータの外径及び前記ロータシャフトの前記能動
形磁気軸受のラジアル変位センサと対面する被センサ部
の外径よりも小径に設定したことを特徴とする磁気軸受
装置。 - 【請求項３】 前記ロータシャフトにターボ分子ポンプ
のロータを連結したことを特徴とする請求項１または２
に記載の磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000257793A JP2002070858A (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | 磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000257793A JP2002070858A (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | 磁気軸受装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002070858A true JP2002070858A (ja) | 2002-03-08 |
Family
ID=18746202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000257793A Pending JP2002070858A (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | 磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002070858A (ja) |
-
2000
- 2000-08-28 JP JP2000257793A patent/JP2002070858A/ja active Pending
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