JP2006275000A - Magnetic bearing type rotary vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気軸受式回転真空ポンプに関する。 The present invention relates to a magnetic bearing type rotary vacuum pump.
従来、磁気軸受式回転真空ポンプとして磁気軸受を用いたターボ分子ポンプが知られており、そのようなターボ分子ポンプでは、回転駆動用モータとしてDCブラシレスモータが用いられる場合がある。DCブラシレスモータではモータロータに永久磁石が内蔵されている。また、磁気軸受型ターボ分子ポンプの場合、磁気軸受による回転体の支持をオフしたときに回転体を支持する保護軸受として、ボールベアリングのようなメカニカルベアリングを備えている。近年では、保護軸受の性能向上を図るために、転動体にセラミックスを用いた保護軸受が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a turbo molecular pump using a magnetic bearing is known as a magnetic bearing type rotary vacuum pump. In such a turbo molecular pump, a DC brushless motor may be used as a rotation drive motor. In a DC brushless motor, a permanent magnet is built in the motor rotor. In the case of a magnetic bearing type turbo molecular pump, a mechanical bearing such as a ball bearing is provided as a protective bearing that supports the rotating body when the support of the rotating body by the magnetic bearing is turned off. In recent years, in order to improve the performance of protective bearings, protective bearings using ceramics as rolling elements have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ところで、モータロータが設けられた回転軸は保護軸受に貫挿されるように配置されるため、ポンプ組み立ての際に、モータロータ内の永久磁石が保護軸受の近傍を通過することになる。保護軸受の内輪は磁化し易い鋼材で形成されているため、回転軸挿入の際に内輪が磁化されてしまうおそれがあった。回転軸には一般的に鋼材が用いられているため、内輪が磁化されてしまうと、磁気軸受により支持されて高速回転する回転軸と内輪とが接触していないにも関わらず、磁力によって内輪が回転軸とともに回転するという連れ回りが生じる。 By the way, since the rotating shaft provided with the motor rotor is arranged so as to be inserted through the protective bearing, the permanent magnet in the motor rotor passes near the protective bearing when the pump is assembled. Since the inner ring of the protective bearing is formed of a steel material that is easily magnetized, the inner ring may be magnetized when the rotating shaft is inserted. Since the rotating shaft is generally made of steel, if the inner ring is magnetized, the inner ring is supported by a magnetic bearing, even though the rotating shaft that rotates at high speed and the inner ring are not in contact with each other. Is accompanied by rotation with the rotation axis.
転動体が鋼材である場合には転動体も磁力により内輪に引きずられるため、摩擦抵抗が大きくなって連れ回りが発生し難くなるが、転動体がセラミックスのような非磁性体の場合には内輪だけが磁力によって引きずられるため、連れ回りが発生し易く保護軸受の寿命が低下するという問題があった。 When the rolling element is a steel material, the rolling element is also dragged to the inner ring by a magnetic force, so the frictional resistance is increased and it is difficult for the rolling element to occur. However, when the rolling element is a non-magnetic material such as ceramics, the inner ring Since only the magnetic force is dragged, there is a problem that the rotation of the protective bearing is liable to occur.
請求項1に記載の発明は、回転側排気手段が設けられた回転体と、回転側排気手段と共働して排気作用を発生する固定側排気手段と、回転体を非接触支持する磁気軸受と、回転体の回転軸に設けられ、永久磁石を有するモータロータと、回転軸がベアリング内輪の内側に貫挿され、磁気軸受による支持が行われないときに回転体を支持するメカニカルベアリングとを備えた磁気軸受式回転真空ポンプに適用され、メカニカルベアリングの内輪および転動体を非磁性材料又は軟磁性材料で形成したことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の磁気軸受式真空回転ポンプにおいて、メカニカルベアリングは回転軸に沿ってモータロータを挟むように一対設けられ、一対のメカニカルベアリングのいずれに関しても、内輪および転動体を非磁性材料または軟磁性材料で形成した。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a rotating body provided with a rotation-side exhaust means, a fixed-side exhaust means that cooperates with the rotation-side exhaust means to generate an exhaust action, and a magnetic bearing that supports the rotation body in a non-contact manner. And a motor rotor provided on the rotating shaft of the rotating body and having a permanent magnet, and a mechanical bearing that supports the rotating body when the rotating shaft is inserted inside the bearing inner ring and is not supported by the magnetic bearing. The magnetic bearing type rotary vacuum pump is characterized in that the inner ring and the rolling element of the mechanical bearing are formed of a nonmagnetic material or a soft magnetic material.
According to a second aspect of the present invention, in the magnetic bearing type vacuum rotary pump according to the first aspect, a pair of mechanical bearings are provided so as to sandwich the motor rotor along the rotating shaft. And the rolling element was formed with the nonmagnetic material or the soft magnetic material.
本発明によれば、メカニカルベアリングの内輪および転動体を非磁性材料または軟磁性材料で形成したので、ポンプ組み立て時にベアリングの内輪が磁化されることがなく、ポンプ運転時における内輪の連れ回りを防止することができる。 According to the present invention, the inner ring and the rolling element of the mechanical bearing are formed of a non-magnetic material or a soft magnetic material, so that the inner ring of the bearing is not magnetized when the pump is assembled, and the inner ring is prevented from being rotated during the pump operation. can do.
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明による磁気軸受式回転真空ポンプの一実施の形態を示したものであり、磁気軸受式ターボ分子ポンプのポンプ本体1の概略構成を示す断面図である。図1に示した磁気軸受式ターボ分子ポンプは5軸制御型磁気軸受を備えており、ステータ5には、ラジアル磁気軸受を構成する電磁石51,52とアキシャル磁気軸受を構成する電磁石53とが設けられている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a magnetic bearing type rotary vacuum pump according to the present invention, and is a sectional view showing a schematic configuration of a
一方、回転体は、複数段の回転翼21が形成されたロータ4と、ロータ4が固定されて回転体の回転軸を構成するシャフト2とを備えている。シャフト2には永久磁石を内包するモータロータ3が組み込まれており、ステータ側にはモータステータ6が設けられている。またステータ側には、ラジアル方向の変位センサを構成するラジアル変位センサ71,72と、アキシャル方向の変位センサを構成するアキシャル変位センサ73とが設けられている。
On the other hand, the rotating body includes a
27,28は非常用のメカニカルベアリングであり、ロータ4が磁気浮上していないときには、ロータ4はこれらのメカニカルベアリング27,28により支持される。メカニカルベアリング27はロータ4のラジアル方向の2軸(x軸およびy軸)の運動を非常時に拘束し、メカニカルベアリング28はラジアル方向の2軸(x軸およびy軸)とアキシャル方向の1軸(z軸)を拘束する。
ケーシング20の内部には、各回転翼21に対して交互に配設される固定翼23が軸方向(図示上下方向)に複数段設けられている。シャフト2およびロータ4から成る回転体を電磁石51,52,53により非接触支持しつつ回転駆動することによって、ポンプ作用が発生する。ステータ5に設けられたレセプタクル25には、ポンプ本体1とそれを駆動制御するコントローラ(不図示)とを接続するケーブルが接続される。
In the
図2はモータロータ3とメカニカルベアリング27を説明する図であり、(a)はシャフト2のモータロータ3の部分の断面図で、(b)はメカニカルベアリング27の部分の断面図である。また、図2(c)はメカニカルベアリング27の代わりに従来のメカニカルベアリング127を用いた場合の断面図である。本実施の形態のモータ3,6にはDCブラシレスモータが用いられており、モータロータ3には永久磁石31,32が設けられている。各永久磁石31,32はシャフト径方向に磁化されており、永久磁石31はシャフト側がN極となるように磁化され、永久磁石32はシャフト側がS極となるように磁化されている。その結果、図2(a)に示す状態では、モータロータ3は図示右側がS極で、図示左側がN極となっている。
2A and 2B are views for explaining the
一方、図2(b)に示すメカニカルベアリング27では、転動体27aにはセラミックスが用いられており、内輪27bには非磁性材料が用いられている。非磁性材料としては、シリコンナイトライドやジルコニアなどの高硬度および高靱性を有するセラミックスや、チタン合金などが用いられる。また、非磁性材料に代えてオーステナイト系ステンレス鋼のような軟磁性材料を用いても良い。一方、外輪27cに用いられる材料は磁性材料でも非磁性材料でも良く、従来から用いられている軸受鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼のような強磁性材料でも良い。なお、本実施の形態では、転動体27aをセラミックスとしたが、内輪27bと同様の非磁性材料または軟磁性材料を用いても良い。
On the other hand, in the
ポンプを組み立てる場合には、まず、ステータ5に電磁石51,52,53、モータステータ6、変位センサ71,72を組み込んだ後に、ロータ4が固定されたシャフト2をメカニカルベアリング27側から矢印のようにステータ5に挿入して組み付ける(図3参照)。このとき、シャフト2をメカニカルベアリング27の内側に挿入する際に、永久磁石31,32が設けられたモータロータ3がメカニカルベアリング27の内輪27bの近傍を通過する。また、モータロータ3が内輪27bに接触する場合もある。
When assembling the pump, first, after the
そのため、従来のターボ分子ポンプに用いられているメカニカルベアリング127のように、内輪127bが軸受鋼のような磁性材料で形成されていると、モータロータ3の磁力の影響で内輪127bが磁化されてしまう場合があった(図2(c)参照)。図2(c)に示す内輪127bでは、モータロータ3が通過したときに永久磁石31,32と対向した部分(斜線を施した部分)が磁化されてしまう。このように磁化された状態で、鋼材で形成されたシャフト2を回転させると、磁力によって内輪127bがシャフト2と同一方向に回転する連れ回りが発生する。
Therefore, if the inner ring 127b is made of a magnetic material such as bearing steel like the mechanical bearing 127 used in the conventional turbo molecular pump, the inner ring 127b is magnetized due to the magnetic force of the
しかしながら、本実施の形態のメカニカルベアリング27では、転動体27aおよび内輪27bが非磁性材料や軟磁性材料で形成されているため、回転体組み付けの際にモータロータ3が通過しても内輪27bが磁化することがない。その結果、内輪27bの連れ回りが発生するのを防止することができ、連れ回りによる騒音の発生やメカニカルベアリング27の劣化を防止することができる。また、従来は、内輪127bが磁化されないように注意しながら組み付け作業を行わなければならず、作業効率が低下したり、熟練度が必要とされた。しかし、本実施の形態のターボ分子ポンプでは、作業効率の低下や、特別な熟練度を必要としない。
However, in the mechanical bearing 27 of the present embodiment, since the
図1に示したターボ分子ポンプの場合には、シャフト2はメカニカルベアリング27側からステータ5に挿入するような構造であるため、メカニカルベアリング27の内輪と転動体を非磁性材料または軟磁性材料とした。しかし、シャフト2を上下いずれの方向からも挿入できるような構造である場合には、メカニカルベアリング27,28の両方に関して、内輪と転動体を非磁性材料または軟磁性材料で形成するようにすれば良い。
In the case of the turbo molecular pump shown in FIG. 1, since the
上述した実施の形態では、磁気軸受式ターボ分子ポンプを例に説明したが、磁気軸受式の回転真空ポンプであれば磁気軸受式ターボ分子ポンプに限らず、例えばドラッグポンプ等にも適用することができる。 In the embodiment described above, the magnetic bearing type turbo molecular pump has been described as an example. However, the magnetic bearing type rotary vacuum pump is not limited to the magnetic bearing type turbo molecular pump, and may be applied to, for example, a drag pump. it can.
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、回転翼21は回転側排気手段を、固定翼23は固定側排気手段を、シャフト2は回転軸を、シャフト2およびロータ4は回転体をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the
1 ポンプ本体
2 シャフト
3 モータロータ
4 ロータ
5 ステータ
6 モータステータ
21 回転翼
23 固定翼
27,28,127 メカニカルベアリング
27a 転動体
27b,127b 内輪
27c 外輪
31,32 永久磁石
51,52,53 電磁石
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記回転側排気手段と共働して排気作用を発生する固定側排気手段と、
前記回転体を非接触支持する磁気軸受と、
前記回転体の回転軸に設けられ、永久磁石を有するモータロータと、
前記回転軸がベアリング内輪の内側に貫挿され、前記磁気軸受による支持が行われないときに前記回転体を支持するメカニカルベアリングとを備えた磁気軸受式回転真空ポンプにおいて、
前記メカニカルベアリングの内輪および転動体を非磁性材料または軟磁性材料で形成したことを特徴とする磁気軸受式回転真空ポンプ。 A rotating body provided with a rotation-side exhaust means;
Fixed-side exhaust means for generating an exhaust action in cooperation with the rotation-side exhaust means;
A magnetic bearing for supporting the rotating body in a non-contact manner;
A motor rotor provided on a rotating shaft of the rotating body and having a permanent magnet;
In the magnetic bearing type rotary vacuum pump provided with a mechanical bearing that supports the rotating body when the rotating shaft is inserted inside a bearing inner ring and is not supported by the magnetic bearing,
A magnetic bearing type rotary vacuum pump, wherein an inner ring and a rolling element of the mechanical bearing are formed of a nonmagnetic material or a soft magnetic material.
前記メカニカルベアリングは前記回転軸に沿って前記モータロータを挟むように一対設けられ、前記一対のメカニカルベアリングのいずれに関しても、内輪および転動体を非磁性材料または軟磁性材料で形成したことを特徴とする磁気軸受式回転真空ポンプ。 In the magnetic bearing type rotary vacuum pump according to claim 1,
A pair of the mechanical bearings are provided so as to sandwich the motor rotor along the rotating shaft, and the inner ring and the rolling element are formed of a nonmagnetic material or a soft magnetic material for any of the pair of mechanical bearings. Magnetic bearing type rotary vacuum pump.
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KR100906740B1 (en) | 2007-07-09 | 2009-07-09 | 주식회사 제이엠더블유 | Blushless direct current motor |
CN105526180A (en) * | 2016-01-29 | 2016-04-27 | 天津飞旋科技研发有限公司 | Magnetic levitation compound molecular pump |
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JP2002054593A (en) * | 2000-08-11 | 2002-02-20 | Shimadzu Corp | Turbo-molecular pump |
JP2002221226A (en) * | 2001-01-26 | 2002-08-09 | Nsk Ltd | Touchdown bearing |
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