JP2021038744A - Vacuum pump - Google Patents

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Abstract

To improve the controllability of displacement of a rotor, particularly enable further improved countering the vibration of the rotor, and/or improve the stability of control of a magnet bearing.SOLUTION: There is provided a second radial sensor assembly which identifies a displacement in a radial direction in a second axial region different from a first axial region.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、ポンピング作用を及ぼすために回転駆動可能であるロータと、ロータに対する第1および第2のラジアル軸受であって、好適には、第1のラジアル軸受は、アクティブ制御式の磁気軸受であり、第2のラジアル軸受は、パッシブな磁気軸受として構成されている、第1および第2のラジアル軸受と、ロータの半径方向の変位を特定するラジアルセンサセンブリと、を備える、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプに関する。 The present invention is a rotor that can be rotationally driven to exert a pumping action and first and second radial bearings for the rotor, preferably the first radial bearing is an active control type magnetic bearing. The second radial bearing is a vacuum pump, particularly a vacuum pump, comprising first and second radial bearings configured as passive magnetic bearings and a radial sensor assembly that identifies the radial displacement of the rotor. Regarding turbo molecular pumps.

ポンプロータが磁気的に軸支された真空ポンプ、特にターボ分子ポンプが知られている。磁気軸受は、多くの利点を有し、特に、磁気軸受は、ポンプの摩擦および潤滑剤のない動作を可能にする。この場合、インレット側では、通常はパッシブな磁気軸受、特に永久磁石式の磁気軸受が、ロータの半径方向の位置固定のために使用される。これとは反対側のロータ端部では、多くの場合、ロータの半径方向および軸方向の両方の位置固定のために、アクティブ制御式の磁気軸受が使用される。ゆえに、簡単でかつ低コストの手段でオイルレスポンプを実現することができる。磁気軸受のアクティブな制御は、特に磁気軸受の場合に配置されるラジアルセンサを含むものである。ロータの、ラジアルセンサにより測定される変位に依存して、アクティブな磁気軸受の電磁石が駆動制御されて、変位とは逆方向の力がロータに及ぼされる。 Vacuum pumps in which the pump rotor is magnetically supported, especially turbo molecular pumps, are known. Magnetic bearings have many advantages, in particular magnetic bearings allow the pump to operate without friction and lubricants. In this case, on the inlet side, usually passive magnetic bearings, especially permanent magnet magnetic bearings, are used to fix the position of the rotor in the radial direction. At the rotor end on the opposite side, active-controlled magnetic bearings are often used to secure both the radial and axial positions of the rotor. Therefore, an oilless pump can be realized by a simple and low-cost means. Active control of magnetic bearings includes radial sensors that are placed, especially in the case of magnetic bearings. Depending on the displacement of the rotor as measured by the radial sensor, the electromagnets of the active magnetic bearings are driven and controlled to exert a force on the rotor in the opposite direction of the displacement.

本発明の課題は、冒頭で述べた形態の真空ポンプにおいて、ロータの変位の制御を改善する、特にロータの振動にさらに良好に対抗することができる、かつ/または磁気軸受の制御の安定性を改善することである。 An object of the present invention is to improve the control of the displacement of the rotor, in particular to better counter the vibration of the rotor, and / or the stability of the control of the magnetic bearing in the vacuum pump of the form described at the beginning. To improve.

この課題は、請求項1に記載された特徴を有する真空ポンプによって、特に、第1の軸方向領域とは異なる第2の軸方向領域における半径方向の変位を特定する第2のラジアルセンサセンブリが設けられていることによって解決される。この課題は、請求項2に記載された真空ポンプによっても解決される。この真空ポンプでは、特に第1のラジアルセンサアセンブリが、第1のラジアル軸受に軸方向で対応付けられている、かつ/または第1のラジアル軸受の傍に配置されている。好適には、かつ原則的にこれとは関係なく、第2のラジアルセンサアセンブリは、たとえば第1のラジアル軸受および第2のラジアル軸受のいずれにも軸方向で対応付けられなくてよい、かつ/または両方のラジアル軸受に対して離間され得る。 The challenge is to use a vacuum pump with the characteristics of claim 1 to provide a second radial sensor assembly that identifies radial displacement, especially in a second axial region that is different from the first axial region. It is solved by being provided. This problem is also solved by the vacuum pump according to claim 2. In this vacuum pump, in particular, a first radial sensor assembly is axially associated with the first radial bearing and / or placed beside the first radial bearing. Preferably, and in principle irrespective of this, the second radial sensor assembly may not be axially associated with, for example, either the first radial bearing or the second radial bearing, and / Or it can be separated from both radial bearings.

第2の軸方向領域における第2のラジアルセンサアセンブリによって、第1の軸方向領域における第1のラジアルセンサアセンブリと相俟って、ロータの傾斜を確定することができる。そのような傾斜は、第1および第2のラジアルセンサアセンブリがロータのそれぞれ異なる変位を確定することによって表される。傾斜が知られていることによって、ロータの変位をさらに良好に制御するとともに、振動をより良好に防止することができる。 The second radial sensor assembly in the second axial region, in combination with the first radial sensor assembly in the first axial region, allows the tilt of the rotor to be determined. Such tilt is represented by the first and second radial sensor assemblies determining different displacements of the rotor. The known tilt allows for better control of rotor displacement and better prevention of vibration.

変位は、概して、ロータの理想的な回転軸線であるゼロ軸線に対するものである。変位が存在するとき、ロータ軸線は、ゼロ軸線からずれている。 The displacement is generally relative to the zero axis, which is the ideal rotation axis of the rotor. When there is a displacement, the rotor axis deviates from the zero axis.

たとえば、第2のラジアル軸受は、磁気軸受として構成され得る。一実施形態によれば、第2のラジアル軸受は、パッシブな磁気軸受として構成されている。たとえば、第2のラジアル軸受は、永久磁石軸受として構成され得る。 For example, the second radial bearing can be configured as a magnetic bearing. According to one embodiment, the second radial bearing is configured as a passive magnetic bearing. For example, the second radial bearing can be configured as a permanent magnet bearing.

第1のラジアルセンサセンブリおよび/または第1の軸方向領域は、たとえば第1のラジアル軸受の傍にかつ/または第1のラジアル軸受に隣り合って配置され得る。ゆえにたとえば、第1のラジアル軸受におけるロータの変位を高い精度で測定することができる。 The first radial sensor assembly and / or the first axial region may be located, for example, beside the first radial bearing and / or adjacent to the first radial bearing. Therefore, for example, the displacement of the rotor in the first radial bearing can be measured with high accuracy.

一改良形態によれば、第1のラジアルセンサセンブリの軸方向中央と第1のラジアル軸受の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、軸方向の距離aが定義されており、第2のラジアルセンサセンブリの軸方向中央と第2のラジアル軸受の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、軸方向の距離bが定義されており、比b/aは、少なくとも2、好適には少なくとも3.5、好適には少なくとも5、さらに好適には少なくとも7であることが想定されている。 According to one improved form, the axial distance a is defined by the axial distance between the axial center of the first radial sensor assembly and the axial center of the first radial bearing, and the second. The axial distance b is defined by the axial distance between the axial center of the radial sensor assembly and the axial center of the second radial bearing, and the ratio b / a is preferably at least 2. Is assumed to be at least 3.5, preferably at least 5, and even more preferably at least 7.

一般的に、第1の軸方向領域は、第1のラジアルセンサセンブリの軸方向中央に対応し得る、かつ/または第2の軸方向領域は、第2のラジアルセンサセンブリの軸方向中央に対応し得る。 In general, the first axial region may correspond to the axial center of the first radial sensor assembly and / or the second axial region corresponds to the axial center of the second radial sensor assembly. Can be done.

別の一実施形態によれば、第2の軸方向領域または第2のラジアルセンサアセンブリが、第1のラジアル軸受と第2のラジアル軸受との間に配置されている。これにより、ポンプのコンパクトな構成を維持しつつも、これらのラジアルセンサアセンブリの軸方向領域の比較的大きな距離を実現することができ、これにより、測定精度が改善される。 According to another embodiment, a second axial region or a second radial sensor assembly is disposed between the first radial bearing and the second radial bearing. This allows a relatively large distance in the axial region of these radial sensor assemblies to be achieved while maintaining the compact configuration of the pump, which improves measurement accuracy.

好適には、第1のラジアル軸受の軸方向中央と第2のラジアル軸受の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、距離cが定義されており、距離cの軸方向中央の部分領域は、軸方向長さdを有し、第2のラジアルセンサアセンブリは、その軸方向中央でもって、部分領域内に配置されており、比d/cは、好適には0.7、好適には0.5、好適には0.4である。 Preferably, the distance c is defined by the axial distance between the axial center of the first radial bearing and the axial center of the second radial bearing, and the partial region of the axial center of the distance c. Has an axial length d, the second radial sensor assembly is located in a partial region with its axial center, and the ratio d / c is preferably 0.7, preferably 0.7. Is 0.5, preferably 0.4.

いくつかの実施形態によれば、たとえば、第2の軸方向領域が、ロータ用のモータと第2のラジアル軸受との間に配置されていることが想定され得る。これによっても、コンパクトな構成で高い測定精度が実現可能となる。たとえば、モータは、ラジアルセンサアセンブリ間に配置され得る。いくつかの実施形態によれば、第2のラジアルセンサアセンブリが、モータ室を規定するかつ/またはモータハウジングを形成する構成部材に配置され得る。概して、たとえば第2のラジアルセンサアセンブリは、第2のラジアル軸受から離間され得る。 According to some embodiments, it can be assumed, for example, that a second axial region is located between the motor for the rotor and the second radial bearing. This also makes it possible to achieve high measurement accuracy with a compact configuration. For example, motors can be placed between radial sensor assemblies. According to some embodiments, a second radial sensor assembly may be placed on a component that defines the motor chamber and / or forms the motor housing. In general, for example, the second radial sensor assembly can be separated from the second radial bearing.

代替的にまたは付加的に、たとえば、軸方向で第2の軸方向領域と第2のラジアル軸受との間に、少なくとも1つのロータ要素、好適には複数のロータ要素が設けられていることが想定され得る。1つまたは複数のロータ要素は、好適にはターボ分子ポンプのターボロータ要素であり得る。特に、第2のラジアルセンサアセンブリが、第2のラジアル軸受から見て、第2のラジアル軸受に対して最も離間されているかつ/または最も離れてアウトレット側に配置されているロータ要素の軸方向後方に配置されていることが想定され得る。概して、好適には、第2のラジアルセンサアセンブリは、1つまたは複数のポンプ段、特にターボ段に関して、たとえば軸方向でアウトレット側に配置され得る。 Alternatively or additionally, for example, at least one rotor element, preferably a plurality of rotor elements, may be provided between the second axial region in the axial direction and the second radial bearing. It can be assumed. The one or more rotor elements may preferably be the turbo rotor elements of a turbo molecular pump. In particular, the axial direction of the rotor element in which the second radial sensor assembly is located closest to and / or farthest from the second radial bearing on the outlet side with respect to the second radial bearing. It can be assumed that it is located behind. In general, preferably, the second radial sensor assembly can be located on the outlet side, eg, axially, with respect to one or more pump stages, especially the turbo stage.

一般的に、真空ポンプは、好適にはターボ分子ポンプ、特に3軸のアクティブな磁気軸支部とパッシブな磁気軸支部とを有するターボ分子ポンプであり得る。 In general, the vacuum pump can preferably be a turbo molecular pump, particularly a turbo molecular pump having a three-axis active magnetic shaft branch and a passive magnetic shaft branch.

たとえば、ロータに対して傾斜制御装置が設けられていることが想定され得る。したがって、ロータをより良好に制御することができ、そのロータ軸線に沿って様々な変位を的確に最小化することができる。第2のラジアルセンサアセンブリおよび/または傾斜制御装置によって、ロータを、ラジアルセンサアセンブリが1つだけの専ら静的な制御とは異なり、動的に制御することができる。 For example, it can be assumed that a tilt control device is provided for the rotor. Therefore, the rotor can be controlled better, and various displacements along the rotor axis can be accurately minimized. A second radial sensor assembly and / or tilt controller allows the rotor to be dynamically controlled, as opposed to exclusively static control with only one radial sensor assembly.

一実施形態によれば、傾斜制御装置のアクチュエータ系が、第1のラジアル軸受によって形成されている。つまり変位に対抗する力が、第1のラジアル軸受からロータ軸へと伝達される。そのために、第1のラジアル軸受は、たとえば電磁石を有する。別の一実施形態によれば、傾斜制御装置のアクチュエータ系は、専ら第1のラジアル軸受によって形成されている。したがって、第1のラジアル軸受は、単独で、ロータ傾斜の補整をもたらす。これにより、制御をより複雑にして、そして付加的な構成部材を必要とするであろう付加的なアクチュエータ系が不要である。しかし原則として、代替的にまたは付加的に、傾斜制御装置のアクチュエータ系は、たとえばアクティブなスラスト軸受によっても形成され得る。たとえば、第2のラジアル軸受は、パッシブに構成されていて、アクティブに傾斜制御に関与しない。 According to one embodiment, the actuator system of the tilt control device is formed by a first radial bearing. That is, the force against the displacement is transmitted from the first radial bearing to the rotor shaft. To that end, the first radial bearing has, for example, an electromagnet. According to another embodiment, the actuator system of the tilt control device is formed exclusively by the first radial bearing. Therefore, the first radial bearing alone provides compensation for rotor tilt. This makes control more complex and eliminates the need for additional actuator systems that would require additional components. However, in principle, alternative or additionally, the actuator system of the tilt controller can also be formed, for example, by active thrust bearings. For example, the second radial bearing is passively configured and does not actively participate in tilt control.

傾斜制御装置は、たとえば、ロータの傾斜を、衝撃によるかつ/または打撃による影響をロータに与えることによって補整するように構成され得る。これにより、ロータの傾斜を低減するために容易に実行可能な手段が提供される。衝撃によるかつ/または打撃による影響は、たとえば、専ら単一の軸方向領域でかつ/または専ら第1のラジアル軸受によってもたらされ得る。 The tilt control device may be configured to compensate, for example, by compensating for the tilt of the rotor by exerting impact and / or impact on the rotor. This provides an easily viable means of reducing the tilt of the rotor. Impact and / or impact effects can be provided, for example, exclusively in a single axial region and / or exclusively by the first radial bearing.

いくつかの実施形態では、第2のラジアル軸受が、インレット側に配置されており、かつ/または第1のラジアル軸受が、ロータの、ポンプのインレットとは反対側の端部にかつ/またはアウトレット側に配置されている。概して、第2のラジアル軸受は、たとえばポンプの好適な動作姿勢では、上側に配置され得る、かつ/または第1のラジアル軸受は、下側に配置され得る。しかし、特にスプリットフローポンプとの関連においては、これらのラジアル軸受は、たとえば一水平面内に配置されてもよい。 In some embodiments, a second radial bearing is located on the inlet side and / or a first radial bearing is located at the end of the rotor opposite the pump inlet and / or outlet. It is located on the side. In general, the second radial bearing may be located on the upper side and / or the first radial bearing may be located on the lower side, for example in a suitable operating position of the pump. However, especially in the context of split flow pumps, these radial bearings may be arranged, for example, in a horizontal plane.

いくつかの実施形態によれば、たとえば、ロータのスラスト軸支部が、磁気的なスラスト軸受によって設けられている。このスラスト軸受は、たとえばアクティブに制御され得る。 According to some embodiments, for example, the thrust shaft support of the rotor is provided by a magnetic thrust bearing. This thrust bearing can be actively controlled, for example.

各々のラジアルセンサアセンブリは、たとえば、2つの半径方向で半径方向の変位を検出することができる。2つの半径方向は、たとえば互いに直角であり得る。概して、各々のラジアルセンサアセンブリは、たとえば誘導センサ系を有することができる。たとえば容量センサまたは光学センサである他のセンサ原理も実現可能である。 Each radial sensor assembly can, for example, detect radial displacement in two radial directions. The two radial directions can be, for example, right angles to each other. In general, each radial sensor assembly can have, for example, an inductive sensor system. Other sensor principles, such as capacitive sensors or optical sensors, are also feasible.

本発明はさらに、特に前述の形態による真空ポンプ、特にターボ分子ポンプを動作させる方法を含み、この場合、ロータは、少なくとも第1および第2のラジアル軸受によって軸支され、第1のラジアル軸受は、アクティブ制御式の磁気軸受である。第1のラジアルセンサアセンブリによって、第1の軸方向領域において、ロータの半径方向の変位が特定される。第2のラジアルセンサアセンブリによって、第1の軸方向領域とは異なる第2の軸方向領域におけるロータの半径方向の変位が特定される。 The present invention further comprises, in particular, a method of operating a vacuum pump, particularly a turbo molecular pump, according to the aforementioned embodiment, in which the rotor is pivotally supported by at least first and second radial bearings, the first radial bearing. , Actively controlled magnetic bearing. The first radial sensor assembly identifies the radial displacement of the rotor in the first axial region. The second radial sensor assembly identifies the radial displacement of the rotor in a second axial region that is different from the first axial region.

一実施形態によれば、ラジアルセンサアセンブリによって特定される測定値に基づいて、ロータの傾斜は、たとえば、アクティブ制御式の第1のラジアル軸受によって、ロータに衝撃による影響を与えることによって補整される。 According to one embodiment, based on the measurements identified by the radial sensor assembly, the tilt of the rotor is compensated by impacting the rotor, for example, with an active controlled first radial bearing. ..

概して、真空ポンプに関連して説明した全ての特徴および実施形態は、好適には、動作方法を改良するために用いることが可能であり、またその逆も然りである。 In general, all the features and embodiments described in relation to vacuum pumps can preferably be used to improve the way they operate and vice versa.

本発明は、真空ポンプを対象とする請求項に記載された特徴を有する前述の形態の真空ポンプの第2のラジアルセンサセンブリを校正する方法にも関する。この校正方法は、少なくとも以下の、ロータが、第1のラジアル軸受によって、特定の半径だけ変位されるステップと、第2のラジアルセンサアセンブリによって測定値が記録されるステップと、第2の軸方向領域におけるロータの実際の変位が、第1の軸方向領域における変位に依存して知られているまたは特定可能であるステップと、測定値が、実際の変位に対応付けられ、これにより、ポンプの動作時に、第2のラジアルセンサセンブリの測定値から、第2の軸方向領域におけるロータの変位を推測することができるステップと、を有する。 The present invention also relates to a method of calibrating a second radial sensor assembly of a vacuum pump of the aforementioned embodiment having the features described in the claims for a vacuum pump. This calibration method includes at least the following steps in which the rotor is displaced by a specific radius by the first radial bearing, the measurements are recorded by the second radial sensor assembly, and the second axial direction. The steps in which the actual displacement of the rotor in the region is known or identifiable depending on the displacement in the first axial region, and the measurements are associated with the actual displacement, thereby the pump. It has a step in which the displacement of the rotor in the second axial region can be estimated from the measured value of the second radial sensor assembly during operation.

したがって、最終的に、第2のラジアルセンサアセンブリの測定値の増幅係数の校正が実行され、これは、特に簡単で確実な手段で実行される。 Therefore, finally, calibration of the amplification factor of the measured value of the second radial sensor assembly is performed, which is performed by a particularly simple and reliable means.

いくつかの実施形態によれば、最初にかつ/またはロータの変位前に、第1のラジアル軸受によって、特定の半径だけ、第1のラジアルセンサアセンブリが校正される。その際、たとえば、ロータは、第1のラジアル軸受によって、ストッパまたは最大値まで引っ張られる、または変位され、たとえばこれにより、センサ信号の増幅係数および/またはオフセットが決定される。第1のラジアルセンサアセンブリの校正は、たとえば第2のラジアルセンサアセンブリの校正の直前に実行することができる、またそれ以前のある時点でも実行することができる。 According to some embodiments, the first radial bearing calibrates the first radial sensor assembly by a certain radius for the first time and / or prior to the displacement of the rotor. In doing so, for example, the rotor is pulled or displaced by the first radial bearing to a stopper or maximum value, which, for example, determines the amplification factor and / or offset of the sensor signal. The calibration of the first radial sensor assembly can be performed, for example, immediately before the calibration of the second radial sensor assembly, or at some point before that.

別の一実施形態によれば、ロータは、第1のラジアル軸受によって、2以上の方向で半径方向に変位される。ゆえに、第2のラジアルセンサアセンブリは、複数の方向で、そして特に簡単な手段で校正することができる。したがって、制御を、さらに正確に行うことができる。 According to another embodiment, the rotor is radially displaced in more than one direction by the first radial bearing. Therefore, the second radial sensor assembly can be calibrated in multiple directions and by particularly simple means. Therefore, the control can be performed more accurately.

いくつかの実施形態によれば、ロータが、第1のラジアル軸受によって、円形軌道に沿って変位されることが想定されている。これにより、第2のラジアルセンサアセンブリの特に簡単であるが正確な校正が可能となる。円形軌道は、たとえば所定の半径を有することができる。ロータは、円形軌道に沿って、特定の周波数で変位され得る。円形軌道に沿った変位は、具体的には、「撹拌運動」とも称されてよい。 According to some embodiments, it is assumed that the rotor is displaced along a circular track by the first radial bearing. This allows for a particularly simple but accurate calibration of the second radial sensor assembly. The circular orbit can have, for example, a predetermined radius. The rotor can be displaced at a particular frequency along a circular trajectory. Specifically, the displacement along the circular orbit may also be referred to as "stirring motion".

一実施形態によれば、ロータが校正中に回転しないことが想定されている。たとえば、ロータは、ゼロ軸線の周りにたとえば円形軌道に沿って運動する。しかし、ロータは、たとえば回転しない、つまり周方向では、ロータは、静止したままである、または位置固定されている。概して、ロータを駆動する、ポンプのモータは、校正中にオフにされ得る。 According to one embodiment, it is assumed that the rotor does not rotate during calibration. For example, the rotor moves around the zero axis, for example, along a circular orbit. However, the rotor does not rotate, for example, in the circumferential direction, the rotor remains stationary or fixed. In general, the motor of the pump that drives the rotor can be turned off during calibration.

第2の軸方向領域におけるロータの実際の変位は、一実施形態によれば、第1の軸方向領域における変位に依存して、機械的な関係に基づいて計算により特定することができる。この特定の根底を、たとえば、第2のスラスト軸受の剛性、ロータの慣性および幾何学形状、および軸端の変位または励磁の半径および周波数が成してよい。 According to one embodiment, the actual displacement of the rotor in the second axial region can be calculated and specified based on the mechanical relationship, depending on the displacement in the first axial region. This particular basis may be, for example, the stiffness of the second thrust bearing, the inertia and geometry of the rotor, and the radius and frequency of shaft end displacement or excitation.

校正方法によって、特に、概して製造精度が高度な水準にあるので、たとえば、ポンプにおける機械的な関係が良好に知られていることが利用される。したがって、第2のラジアルセンサアセンブリは、要するにたとえばロータの既知の最大変位と第2のラジアルセンサアセンブリによって特定された測定値、特に電圧値との比較によって精密に校正することができる。 Depending on the calibration method, it is utilized, for example, that the mechanical relationships in the pump are well known, especially since the manufacturing accuracy is generally at a high level. Thus, the second radial sensor assembly can be precisely calibrated, for example, by comparing the known maximum displacement of the rotor with the measurements identified by the second radial sensor assembly, especially the voltage values.

この校正方法は、静的な校正とも称され得る、単一のラジアルセンサアセンブリの、他では通常の校正とは異なり、動的な校正とも称され得る。 This calibration method can also be referred to as dynamic calibration, unlike normal calibration of a single radial sensor assembly, which can also be referred to as static calibration.

以下、本発明を、添付された図面につき、例としての好適な実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings based on preferred embodiments as examples.

ターボ分子ポンプの斜視図を示す。The perspective view of the turbo molecular pump is shown. 図1のターボ分子ポンプの下面図を示す。The bottom view of the turbo molecular pump of FIG. 1 is shown. 図2に示した切断線A−Aに沿ったターボ分子ポンプの断面図を示す。The cross-sectional view of the turbo molecular pump along the cutting line AA shown in FIG. 2 is shown. 図2に示した切断線B−Bに沿ったターボ分子ポンプの断面図を示す。The cross-sectional view of the turbo molecular pump along the cutting line BB shown in FIG. 2 is shown. 図2に示した切断線C−Cに沿ったターボ分子ポンプの断面図を示す。The cross-sectional view of the turbo molecular pump along the cutting line CC shown in FIG. 2 is shown. 本発明に係る真空ポンプの模式図を示す。The schematic diagram of the vacuum pump which concerns on this invention is shown. ラジアルセンサアッセンブリを示す。The radial sensor assembly is shown. 校正中のロータの変位を示す。Shows the displacement of the rotor during calibration.

図1に示されたターボ分子ポンプ111は、インレットフランジ113に取り囲まれたポンプインレット115を有する。このポンプインレット115には、自体公知の手段で、図示されていない真空容器を接続することができる。真空容器から到来するガスは、ポンプインレット115を介して真空容器から吸引され、そしてポンプを通してポンプアウトレット117へと圧送することができる。ポンプアウトレット117には、予真空ポンプ(たとえばロータリーベーンポンプ)が接続され得る。 The turbo molecular pump 111 shown in FIG. 1 has a pump inlet 115 surrounded by an inlet flange 113. A vacuum container (not shown) can be connected to the pump inlet 115 by a means known per se. The gas arriving from the vacuum vessel can be sucked from the vacuum vessel through the pump inlet 115 and pumped through the pump to the pump outlet 117. A pre-vacuum pump (eg, a rotary vane pump) may be connected to the pump outlet 117.

インレットフランジ113は、図1の真空ポンプの方向では、真空ポンプ111のハウジング119の上端部を形成する。ハウジング119は、下部分121を有する。下部分121には、側方にエレクトロニクスハウジング123が配置されている。エレクトロニクスハウジング123内には、真空ポンプ111の電気的なかつ/または電子的なコンポーネントが収容されている。これらのコンポーネントは、たとえば、真空ポンプ内に配置された電動モータ125を動作させるためのものである。エレクトロニクスハウジング123には、アクセサリに対する複数の接続部127が設けられている。さらに、データインタフェース129(たとえばRS485規格に準拠するもの)および電流供給接続部131が、エレクトロニクスハウジング123に配置されている。 The inlet flange 113 forms the upper end of the housing 119 of the vacuum pump 111 in the direction of the vacuum pump of FIG. Housing 119 has a lower portion 121. An electronics housing 123 is arranged on the side of the lower portion 121. The electrical and / or electronic components of the vacuum pump 111 are housed within the electronics housing 123. These components are, for example, for operating an electric motor 125 arranged in a vacuum pump. The electronics housing 123 is provided with a plurality of connections 127 for accessories. In addition, a data interface 129 (eg, one conforming to the RS485 standard) and a current supply connection 131 are located in the electronics housing 123.

ターボ分子ポンプ111のハウジング119には、通気インレット133が、特に通気バルブの形態で設けられている。この通気インレット133を介して、真空ポンプ111に通気を行うことができる。下部分121の領域には、さらにシールガス接続部135(パージガス接続部とも称される)が配置されている。このシールガス接続部135を介して、パージガスを、ポンプによって圧送されるガスに対して電動モータ125(たとえば図3参照)を保護するため、モータ室137内に送り込むことができる。モータ室137内で、真空ポンプ111に、電動モータ125が収容されている。下部分121には、その上さらに2つの冷却剤接続部139が配置されている。この場合、一方の冷却剤接続部は、冷却剤用のインレットとして、そして他方の冷却剤接続部は、アウトレットとして設けられている。冷却剤は、冷却目的で真空ポンプ内に導入可能である。 The housing 119 of the turbo molecular pump 111 is provided with a ventilation inlet 133, particularly in the form of a ventilation valve. The vacuum pump 111 can be ventilated through the ventilation inlet 133. A seal gas connection portion 135 (also referred to as a purge gas connection portion) is further arranged in the region of the lower portion 121. Through the seal gas connection portion 135, purge gas can be sent into the motor chamber 137 in order to protect the electric motor 125 (see, for example, FIG. 3) against the gas pumped by the pump. In the motor chamber 137, the electric motor 125 is housed in the vacuum pump 111. Two more coolant connecting portions 139 are arranged on the lower portion 121. In this case, one coolant connection is provided as an inlet for the coolant and the other coolant connection is provided as an outlet. The coolant can be introduced into the vacuum pump for cooling purposes.

真空ポンプの下面141は、ベースとして使用することができるので、真空ポンプ111は、下面141にて縦置きで動作させることができる。しかし、真空ポンプ111は、インレットフランジ113を介して真空容器に固定することも可能であり、これにより、いわば懸架した状態で動作させることができる。さらに、真空ポンプ111は、図1に示された向きとは別の形で方向付けられているときにも動作させることができるように構成され得る。下面141を下向きではなく、横向きに、または上向きに配置することが可能である真空ポンプの形態も実現可能である。 Since the lower surface 141 of the vacuum pump can be used as a base, the vacuum pump 111 can be operated vertically on the lower surface 141. However, the vacuum pump 111 can also be fixed to the vacuum vessel via the inlet flange 113, so that it can be operated in a suspended state. Further, the vacuum pump 111 may be configured to operate even when it is oriented in a manner different from that shown in FIG. It is also possible to realize the form of a vacuum pump in which the lower surface 141 can be arranged sideways or upwards instead of downwards.

図2に示された下面141には、さらに種々のねじ143が配置されている。これらのねじによって、ここでは詳細には特定されない真空ポンプの構成部材が互いに固定されている。たとえば、軸受カバー145が下面141に固定されている。 Various screws 143 are further arranged on the lower surface 141 shown in FIG. These screws secure the components of the vacuum pump, which are not specified here in detail, to each other. For example, the bearing cover 145 is fixed to the lower surface 141.

下面141には、さらに固定孔147が配置されている。固定孔147を介して、ポンプ111を、たとえば設置面に固定することができる。 A fixing hole 147 is further arranged on the lower surface 141. The pump 111 can be fixed, for example, to the installation surface through the fixing holes 147.

図2〜図5には、冷却剤配管148が示されている。この冷却剤配管148において、冷却剤接続部139を介して導入または導出される冷却剤が循環可能である。 2 to 5 show the coolant pipe 148. In the coolant pipe 148, the coolant introduced or derived via the coolant connecting portion 139 can be circulated.

図3〜図5の断面図に示されているように、真空ポンプは、複数のプロセスガスポンプ段を有する。これらのプロセスガスポンプ段は、ポンプインレット115に作用するプロセスガスをポンプアウトレット117へと圧送するためのものである。 As shown in the cross-sectional views of FIGS. 3-5, the vacuum pump has a plurality of process gas pump stages. These process gas pump stages are for pumping the process gas acting on the pump inlet 115 to the pump outlet 117.

ポンプハウジング119内には、ロータ149が配置されている。このロータ149は、回転軸線151を中心として回転可能なロータ軸153を有する。 A rotor 149 is arranged in the pump housing 119. The rotor 149 has a rotor shaft 153 that can rotate about the rotation axis 151.

ターボ分子ポンプ111は、ポンピング作用を及ぼすように互いに直列に接続された複数のポンプ段を有する。これらのポンプ段は、ロータ軸153に固定された複数の半径方向のロータディスク155と、ロータディスク155の間に配置され、そしてハウジング119内に固定されたステータディスク157とを有する。この場合、1つのロータディスク155とこれに隣り合う1つのステータディスク157とが、それぞれ1つのターボ分子ポンプ段を形成する。ステータディスク157は、スペーサリング159によって、互いに所望の軸方向間隔を置いて保持されている。 The turbo molecular pump 111 has a plurality of pump stages connected in series with each other to exert a pumping action. These pump stages have a plurality of radial rotor disks 155 fixed to the rotor shaft 153 and a stator disk 157 arranged between the rotor disks 155 and fixed within the housing 119. In this case, one rotor disk 155 and one stator disk 157 adjacent thereto form one turbo molecular pump stage, respectively. The stator discs 157 are held by spacer rings 159 at desired axial spacing from each other.

真空ポンプは、さらに、半径方向で互いに内外に配置され、そしてポンピング作用を及ぼすように互いに直列に接続されたホルベックポンプ段を有する。ホルベックポンプ段のロータは、ロータ軸153に配置されたロータハブ161と、ロータハブ161に固定され、そしてこのロータハブ161によって支持される円筒側面状の2つのホルベックロータスリーブ163,165を有する。これらのホルベックロータスリーブ163,165は、回転軸線151に対して同軸に配向されていて、そして半径方向で互いに内外に接続されている。さらに、円筒側面状の2つのホルベックステータスリーブ167,169が設けられている。これらのホルベックステータスリーブ167,169は同様に、回転軸線151に対して同軸に配向されていて、そして半径方向で見て互いに内外に接続されている。 The vacuum pumps also have Holbeck pump stages that are arranged in and out of each other in the radial direction and connected in series with each other to exert a pumping action. The rotor of the Holbeck pump stage has a rotor hub 161 located on the rotor shaft 153 and two cylindrical side surface Holbeck rotor sleeves 163,165 fixed to the rotor hub 161 and supported by the rotor hub 161. These Holbeck rotor sleeves 163 and 165 are coaxially oriented with respect to the axis of rotation 151 and are connected in and out of each other in the radial direction. Further, two Holbeck stator sleeves 167 and 169 having a cylindrical side surface are provided. These Holbeck stator sleeves 167,169 are similarly oriented coaxially with respect to the axis of rotation 151 and are connected to each other in and out of the radial direction.

ホルベックポンプ段の、ポンピング作用を奏する表面は、側面によって、つまりホルベックロータスリーブ163,165およびホルベックステータスリーブ167,169の半径方向の内側面および/または外側面によって形成されている。外側のホルベックステータスリーブ167の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙171を形成しつつ、外側のホルベックロータスリーブ163の半径方向の外側面と対向していて、そしてこのホルベック間隙171とともに、ターボ分子ポンプに後続する第1のホルベックポンプ段を形成する。外側のホルベックロータスリーブ163の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙173を形成しつつ、内側のホルベックステータスリーブ169の半径方向の外側面と対向していて、そしてこのホルベック間隙173とともに、第2のホルベックポンプ段を形成する。内側のホルベックステータスリーブ169の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙175を形成しつつ、内側のホルベックロータスリーブ165の半径方向の外側面と対向していて、そしてこのホルベック間隙175とともに、第3のホルベックポンプ段を形成する。 The pumping surface of the Holbeck pump stage is formed by the sides, i.e., the radial inner and / or outer surfaces of the Holbeck rotor sleeves 163,165 and the Holbeck stator sleeves 167,169. The radial inner surface of the outer Holbæk stator sleeve 167 faces the radial outer surface of the outer Holbæk rotor sleeve 163, forming a radial Holbæk gap 171 and the Holbæk gap 171. At the same time, a first Holbek pump stage following the turbo molecular pump is formed. The radial inner surface of the outer Holbæk rotor sleeve 163 faces the radial outer surface of the inner Holbæk stator sleeve 169, forming a radial Holbæk gap 173, and this Holbæk gap 173. At the same time, a second Holbæk pump stage is formed. The radial inner surface of the inner Holbæk stator sleeve 169 faces the radial outer surface of the inner Holbæk rotor sleeve 165, forming a radial Holbæk gap 175, and this Holbæk gap 175. At the same time, a third Holbæk pump stage is formed.

ホルベックロータスリーブ163の下側端部には、半径方向に延びるチャネルが設けられ得る。このチャネルを介して、半径方向外側に位置するホルベック間隙171が、中央のホルベック間隙173に接続されている。さらに、内側のホルベックステータスリーブ169の上側端部には、半径方向に延びるチャネルが設けられ得る。このチャネルを介して、中央のホルベック間隙173が、半径方向内側に位置するホルベック間隙175と接続されている。これにより、互いに内外に接続される複数のホルベックポンプ段が、互いに直列で接続される。半径方向内側に位置するホルベックロータスリーブ165の下側端部には、さらに、アウトレット117に通じる接続チャネル179が設けられ得る。 The lower end of the Holbeck rotor sleeve 163 may be provided with a channel extending in the radial direction. Through this channel, the Holbæk gap 171 located on the outer side in the radial direction is connected to the central Holbæk gap 173. Further, the upper end of the inner Holbeck stator sleeve 169 may be provided with a channel extending in the radial direction. Through this channel, the central Holbæk gap 173 is connected to the Holbæk gap 175 located inward in the radial direction. As a result, a plurality of Holbeck pump stages connected to each other inside and outside are connected in series with each other. The lower end of the Holbeck rotor sleeve 165 located radially inward may further be provided with a connecting channel 179 leading to the outlet 117.

ホルベックステータスリーブ163,165の、上述したポンプピング作用を奏する表面は、それぞれ、螺旋状に回転軸線151の周りを周回しつつ軸方向に延びる複数のホルベック溝を有する。他方、ホルベックロータスリーブ163,165の、これに対向する側面は、滑らかに形成されていて、そして真空ポンプ111の動作のためのガスをホルベック溝内にて前方へ送り出す。 The surfaces of the Holbaek stator sleeves 163 and 165, each of which exerts the pumping action described above, have a plurality of Holbaek grooves extending in the axial direction while spirally orbiting around the rotation axis 151. On the other hand, the opposite sides of the Holbæk rotor sleeves 163,165 are smoothly formed and pump gas forward in the Holbæk groove for the operation of the vacuum pump 111.

ロータ軸153の回転可能な軸支のため、ポンプアウトレット117の領域に転がり軸受181が設けられており、ポンプインレット115の領域に永久磁石式の磁気軸受183が設けられている。 A rolling bearing 181 is provided in the region of the pump outlet 117 and a permanent magnet type magnetic bearing 183 is provided in the region of the pump inlet 115 because of the rotatable shaft support of the rotor shaft 153.

転がり軸受181の領域には、ロータ軸153に円錐形のスプラッシュナット185が設けられている。これは、転がり軸受181の方へ増大する外径を有する。スプラッシュナット185は、作動媒体貯蔵部の少なくとも1つの掻落とし部材と滑り接触している。作動媒体貯蔵部は、上下にスタックされた吸収性の複数のディスク187を有する。これらディスク187には、転がり軸受181のための作動媒体、たとえば潤滑剤が含浸されている。 In the area of the rolling bearing 181, a conical splash nut 185 is provided on the rotor shaft 153. It has an outer diameter that increases towards rolling bearing 181. The splash nut 185 is in sliding contact with at least one scraping member of the working medium reservoir. The working medium reservoir has a plurality of absorbent discs 187 stacked one above the other. These discs 187 are impregnated with a working medium for rolling bearings 181 such as a lubricant.

真空ポンプ111の動作時、作動媒体は、毛細管現象によって、作動媒体貯蔵部から掻落とし部材を介して、回転するスプラッシュナット185へと伝達され、そして、遠心力に基づいてスプラッシュナット185に沿って、スプラッシュナット185の、増大していく外径の方へと、転がり軸受181に向かって送られる。そこではたとえば、潤滑機能が発揮される。転がり軸受181および作動媒体貯蔵部は、真空ポンプ内にて槽状のインサート189と軸受カバー145とによって囲繞されている。 During operation of the vacuum pump 111, the working medium is transmitted from the working medium storage to the rotating splash nut 185 via a scraping member by capillarity and along the splash nut 185 based on centrifugal force. , Splash nut 185 is pumped towards the rolling bearing 181 towards the increasing outer diameter. There, for example, the lubrication function is exerted. The rolling bearing 181 and the working medium storage portion are surrounded by a tank-shaped insert 189 and a bearing cover 145 in a vacuum pump.

永久磁石式の磁気軸受183は、ロータ側の軸受半部191と、ステータ側の軸受半部193を有する。これらは、それぞれ1つのリングスタックを有し、リングスタックは、軸方向に上下にスタックされた永久磁石の複数のリング195,197から成っている。リング磁石195,197は、互いに半径方向の軸受間隙199を形成しつつ、対向しており、この場合、ロータ側のリング磁石195は、半径方向外側に、そしてステータ側のリング磁石197は、半径方向内側に配置されている。軸受間隙199内に存在する磁界は、リング磁石195,197の間に磁気的反発力を引き起こす。その反発力は、ロータ軸153の半径方向の支持を実現する。ロータ側のリング磁石195は、ロータ軸153の支持部分201によって支持されている。この支持部分201は、リング磁石195を半径方向外側で取り囲んでいる。ステータ側のリング磁石197は、ステータ側の支持部分203によって支持されている。この支持部分203は、リング磁石197を通って延びていて、そしてハウジング119の半径方向の支材205に懸架されている。回転軸線151に対して平行に、ロータ側のリング磁石195が、支持部分203と連結されたカバー要素207によって固定されている。ステータ側のリング磁石197は、回転軸線151に対して平行に1つの方向で、支持部分203に結合された固定リング209と支持部分203に結合された固定リング211とによって固定されている。さらに、固定リング211とリング磁石197との間には、皿ばね213が設けられ得る。 The permanent magnet type magnetic bearing 183 has a bearing half portion 191 on the rotor side and a bearing half portion 193 on the stator side. They each have one ring stack, which consists of a plurality of rings 195,197 of permanent magnets stacked up and down in the axial direction. The ring magnets 195 and 197 face each other while forming a radial bearing gap 199. In this case, the ring magnet 195 on the rotor side is radially outward and the ring magnet 197 on the stator side is radial. It is located inside the direction. The magnetic field present in the bearing gap 199 causes a magnetic repulsive force between the ring magnets 195 and 197. The repulsive force provides radial support for the rotor shaft 153. The ring magnet 195 on the rotor side is supported by the support portion 201 of the rotor shaft 153. The support portion 201 surrounds the ring magnet 195 on the outer side in the radial direction. The ring magnet 197 on the stator side is supported by the support portion 203 on the stator side. The support portion 203 extends through a ring magnet 197 and is suspended on a radial support 205 of the housing 119. The ring magnet 195 on the rotor side is fixed by the cover element 207 connected to the support portion 203 in parallel with the rotation axis 151. The ring magnet 197 on the stator side is fixed by a fixing ring 209 coupled to the support portion 203 and a fixing ring 211 coupled to the support portion 203 in one direction parallel to the rotation axis 151. Further, a disc spring 213 may be provided between the fixing ring 211 and the ring magnet 197.

磁気軸受内に、非常軸受または安全軸受215が設けられている。この非常軸受または安全軸受215は、真空ポンプの通常の動作時には、非接触で空転し、そしてロータ149がステータに対して相対的に半径方向に過剰に変位するとようやく係合し、これにより、ロータ側の構造とステータ側の構造との衝突が阻止されるので、ロータ149に対する半径方向のストッパが形成される。安全軸受215は、非潤滑式の転がり軸受として構成されていて、そしてロータ149および/またはステータとともに半径方向の間隙を形成する。この間隙によって、安全軸受215は、通常のポンプ動作時には係合しないようになる。安全軸受が係合する半径方向の変位は、十分に大きく寸法付けられているので、安全軸受215は、真空ポンプの通常の動作中は係合せず、そして同時に十分に小さいので、ロータ側の構造とステータ側の構造との衝突があらゆる状況で阻止される。 An emergency bearing or a safety bearing 215 is provided in the magnetic bearing. The emergency bearing or safety bearing 215 slips in a non-contact manner during normal operation of the vacuum pump and only engages when the rotor 149 is excessively displaced radially relative to the stator, thereby the rotor. Since the collision between the side structure and the stator side structure is prevented, a radial stopper with respect to the rotor 149 is formed. The safety bearing 215 is configured as a non-lubricated rolling bearing and forms a radial gap with the rotor 149 and / or the stator. This gap prevents the safety bearing 215 from engaging during normal pump operation. The radial displacement with which the safety bearing engages is sized sufficiently large that the safety bearing 215 does not engage during normal operation of the vacuum pump and is at the same time small enough so that the structure on the rotor side. Collision between the and the structure on the stator side is prevented in all situations.

真空ポンプ111は、ロータ149を回転駆動する電動モータ125を有する。電動モータ125の電機子は、ロータ149によって形成されている。ロータ149のロータ軸153は、モータステータ217を通って延びている。ロータ軸153の、モータステータ217を通って延びる部分には、半径方向外側にまたは埋入して、永久磁石アセンブリが配置され得る。モータステータ217と、ロータ149の、モータステータ217を通って延びる部分との間には、中間室219が配置されている。この中空室219は、半径方向のモータ間隙を有する。このモータ間隙を介して、モータステータ217と永久磁石アセンブリとは、駆動トルクを伝達するため、磁気的に影響し合うことが可能である。 The vacuum pump 111 includes an electric motor 125 that rotationally drives the rotor 149. The armature of the electric motor 125 is formed by a rotor 149. The rotor shaft 153 of the rotor 149 extends through the motor stator 217. Permanent magnet assemblies may be placed in portions of the rotor shaft 153 that extend through the motor stator 217, either radially outward or embedded. An intermediate chamber 219 is arranged between the motor stator 217 and the portion of the rotor 149 extending through the motor stator 217. The hollow chamber 219 has a motor gap in the radial direction. Through this motor gap, the motor stator 217 and the permanent magnet assembly transmit driving torque, so that they can magnetically influence each other.

モータステータ217は、ハウジング内で、電動モータ125に対して設けられたモータ室137内に固定されている。シールガス接続部135を介して、シールガス(パージガスとも称され、これはたとえば空気や窒素であってよい)が、モータ室137内へと至ることが可能である。シールガスを介して、電動モータ125は、プロセスガス、たとえばプロセスガスの腐食性の部分に対して保護することができる。モータ室137は、ポンプアウトレット117を介して真空化することもできる。つまりモータ室137に、少なくとも近似的に、ポンプアウトレット117に接続された予真空ポンプによって実現される真空圧が作用する。 The motor stator 217 is fixed in the motor chamber 137 provided for the electric motor 125 in the housing. Through the seal gas connection 135, the seal gas (also referred to as purge gas, which may be air or nitrogen, for example) can reach the inside of the motor chamber 137. Through the seal gas, the electric motor 125 can protect against the corrosive portion of the process gas, eg, the process gas. The motor chamber 137 can also be evacuated via the pump outlet 117. That is, the vacuum pressure realized by the pre-vacuum pump connected to the pump outlet 117 acts, at least approximately approximately, on the motor chamber 137.

ロータハブ161と、モータ室137を画成する壁部221との間には、さらに、それ自体公知のいわゆるラビリンスシール223が設けられ得る。これにより、特に、半径方向外側に位置するホルベックポンプ段に対するモータ室217のより良好なシールが達成される。 A so-called labyrinth seal 223 known per se may be further provided between the rotor hub 161 and the wall portion 221 that defines the motor chamber 137. This achieves better sealing of the motor chamber 217, especially for the Holbeck pump stage located radially outward.

以下に説明する、図6による本発明に係る真空ポンプは、前述した真空ポンプの個々の特徴によって好適に改良することができる。 The vacuum pump according to the present invention according to FIG. 6 described below can be suitably improved by the individual characteristics of the vacuum pump described above.

図6は、真空ポンプ10を、模式的に著しく縮小した図で示している。真空ポンプ10は、ロータ12を有し、ロータ12は、複数のターボロータディスク14を支持し、そしてモータ16によって、ロータ軸線18を中心として回転駆動可能であるので、図示されていないステータディスクに対して相対的に回転するターボロータディスク14が、ポンピング作用を生じさせる。図6では、ポンピング作用は、上から下へ進行する。 FIG. 6 shows the vacuum pump 10 in a schematically significantly reduced view. The vacuum pump 10 has a rotor 12, which supports a plurality of turbo rotor discs 14 and can be rotationally driven by a motor 16 about a rotor axis 18 to a stator disc (not shown). The turbo rotor disc 14, which rotates relative to the other, causes a pumping action. In FIG. 6, the pumping action proceeds from top to bottom.

ロータ12は、複数の磁気軸受によって軸支されている。ロータ12に対する第1のラジアル軸受20が、ロータ12の、アウトレット側の端部に配置されている。同一のロータ端部に、スラスト軸受22が配置されている。ロータ12の、インレット側の端部には、第2のラジアル軸受24が配置されている。 The rotor 12 is pivotally supported by a plurality of magnetic bearings. A first radial bearing 20 with respect to the rotor 12 is located at the outlet-side end of the rotor 12. A thrust bearing 22 is arranged at the same rotor end. A second radial bearing 24 is arranged at the end of the rotor 12 on the inlet side.

第1のラジアル軸受20とスラスト軸受22とは、アクティブ制御式に構成されている。つまりこれらの軸受は、たとえば電磁石を介して、ロータ12の理想位置からのロータ12の半径方向または軸方向の変位にアクティブに対抗することができる。そのために、ラジアル軸受20の傍に、ラジアルセンサアセンブリ26が配置されており、ラジアルセンサアセンブリ26によって、ロータ軸線16に対して垂直な2つの空間方向で、第1の軸方向領域におけるロータ12の半径方向の変位が測定可能である。スラストセンサアッセンブリも同様に設けられているが、図示されていない。 The first radial bearing 20 and the thrust bearing 22 are configured in an active control type. That is, these bearings can actively counter the radial or axial displacement of the rotor 12 from the ideal position of the rotor 12, for example via an electromagnet. Therefore, a radial sensor assembly 26 is arranged beside the radial bearing 20 so that the radial sensor assembly 26 allows the rotor 12 in the first axial region in two spatial directions perpendicular to the rotor axis 16. The radial displacement is measurable. Thrust sensor assemblies are provided as well, but are not shown.

第2のラジアル軸受24は、パッシブに構成されており、つまりロータ12に影響を与えるアクチュエータ系を有しない。むしろ、第2のラジアル軸受24は、たとえばロータ側およびステータ側に複数の永久磁石を有する。 The second radial bearing 24 is passively configured and does not have an actuator system that affects the rotor 12. Rather, the second radial bearing 24 has, for example, a plurality of permanent magnets on the rotor side and the stator side.

第2のラジアルセンサアセンブリ28が設けられており、この第2のラジアルセンサアセンブリ28によって、第2の軸方向領域におけるロータ12の変位が測定可能である。本実施形態において、第2のラジアルセンサアセンブリは、第1のラジアル軸受20と第2のラジアル軸受24との間にだけではなく、モータ16と第2のラジアル軸受24との間にも配置されている。そのために、第2のラジアルセンサアセンブリ28は、モータ16のモータ室32を規定する構成部材30に固定されている。 A second radial sensor assembly 28 is provided, which allows the displacement of the rotor 12 in the second axial region to be measured. In the present embodiment, the second radial sensor assembly is arranged not only between the first radial bearing 20 and the second radial bearing 24, but also between the motor 16 and the second radial bearing 24. ing. Therefore, the second radial sensor assembly 28 is fixed to the component 30 that defines the motor chamber 32 of the motor 16.

第1および第2のラジアルセンサアセンブリ26,28は、軸方向で互いに大きく離間されている。これらのラジアルセンサアセンブリによって、対応する軸方向領域でロータ12のそれぞれ異なる変位が測定されると、ロータ12が傾斜している、つまりロータ12のロータ軸線18がゼロ軸線とも称されてよい理想的なロータ軸線に対して非平行であることを推測することができる。傾斜が認識されると、直ちにアクティブな第1のラジアル軸受20が、この傾斜に対抗することができる。そのために、第1のラジアル軸受20は、たとえば、ロータ12をある程度その直立した姿勢へと押し戻すために、ロータ12に衝撃による影響を与えることができる。この種の制御は、倒立振子のそれと比較可能である。ロータ12の上側の領域が傾倒し始めると、下側で衝撃がロータ12に導入され、この衝撃は、傾倒に対抗し、最良のケースでは、ロータ12を、直接にまたは徐々にその直立した姿勢へと戻すので、ロータ軸線18は、ゼロ軸線に対して平行となっている。しかもたとえば、同時に、傾斜だけが制御されるのではなく、ロータの半径方向の位置も同様に制御される。傾斜制御と位置制御とは、特に互いに重畳される。 The first and second radial sensor assemblies 26, 28 are largely spaced apart from each other in the axial direction. Ideally, when these radial sensor assemblies measure different displacements of the rotor 12 in the corresponding axial region, the rotor 12 is tilted, i.e. the rotor axis 18 of the rotor 12 may also be referred to as the zero axis. It can be inferred that it is non-parallel to the rotor axis. As soon as the tilt is recognized, the active first radial bearing 20 can counter this tilt. Therefore, the first radial bearing 20 can exert an impact on the rotor 12, for example, to push the rotor 12 back to its upright position to some extent. This kind of control is comparable to that of an inverted pendulum. As the upper region of the rotor 12 begins to tilt, an impact is introduced into the rotor 12 on the lower side, which counteracts the tilt and, in the best case, causes the rotor 12 to stand upright, either directly or gradually. The rotor axis 18 is parallel to the zero axis. Moreover, for example, at the same time, not only the inclination is controlled, but also the radial position of the rotor is controlled as well. Tilt control and position control are particularly superposed on each other.

例示的なラジアルセンサアセンブリ34が、図7に示されている。第1および第2のラジアルセンサアセンブリ26,28の1つまたは両方が、相応に構成され得る。 An exemplary radial sensor assembly 34 is shown in FIG. One or both of the first and second radial sensor assemblies 26, 28 may be configured accordingly.

ラジアルセンサアセンブリ34は、複数のコイル38が取り付けられたリング状のボード36を有する。変位が測定されるべきロータは、このリングを通って、そのロータ軸線が図平面に対して垂直に延びるはずである。ロータが変位されると、つまり図7において図平面に沿って摺動すると、これにより、コイル38の相互作用が変化して、測定信号の変化が生じる。つまりこの測定信号から、変位を推測することができる。この場合、各々の移動方向x,yに対して2つのコイルが互いに反対側に設けられている。 The radial sensor assembly 34 has a ring-shaped board 36 to which a plurality of coils 38 are attached. The rotor whose displacement should be measured should have its rotor axis extending perpendicular to the plane through this ring. When the rotor is displaced, that is, slid along the plane of view in FIG. 7, this changes the interaction of the coils 38, resulting in a change in the measurement signal. That is, the displacement can be estimated from this measurement signal. In this case, two coils are provided on opposite sides of each other in each of the moving directions x and y.

図8は、たとえば図6によるポンプの、第2のラジアルセンサアセンブリ28に関する校正方法を具体的に示している。ロータは、ここでは単にそのロータ軸線18によって示されている。アクティブな第1のラジアル軸受20によって、ロータは、ストッパまで変位される。その際、ロータ軸線18は、傾斜している、つまりゼロ軸線40に対して斜めに向けられている。ストッパにおける変位は、ロータシステムの機械的な関係に基づいて知られているか、またはたとえば第1のラジアルセンサアセンブリ26によって代替的にまたは付加的に特定することが可能である。もちろん、具体的に示すために、ロータ軸線18の変位および傾斜は、著しく誇張して図示してある。 FIG. 8 specifically shows a calibration method for the second radial sensor assembly 28 of, for example, the pump according to FIG. The rotor is here simply indicated by its rotor axis 18. The active first radial bearing 20 displaces the rotor to the stopper. At that time, the rotor axis 18 is inclined, that is, is oriented obliquely with respect to the zero axis 40. Displacements at the stoppers are known based on the mechanical relationships of the rotor system or can be identified alternative or additionally by, for example, the first radial sensor assembly 26. Of course, for the sake of concreteness, the displacement and tilt of the rotor axis 18 are shown with significant exaggeration.

第1のラジアルセンサアセンブリ26は、たとえば第1の軸方向領域における変位42を特定する。その際、既知の機械的な関係に基づいて、第2の軸方向領域における、つまり第2のラジアルセンサセンブリ28の傍の、実際の変位44を算出することができる。さらに、測定値が、第2のラジアルセンサアセンブリ28によって記録される。これに、実際の変位44が対応付けられる。そこで、ラジアルアセンサセンブリ28の増幅係数が知られているので、測定されたセンサ電圧に依存して、変位の値を推測することができる。 The first radial sensor assembly 26 identifies, for example, the displacement 42 in the first axial region. At that time, the actual displacement 44 in the second axial region, that is, near the second radial sensor assembly 28, can be calculated based on the known mechanical relationships. In addition, the measurements are recorded by the second radial sensor assembly 28. The actual displacement 44 is associated with this. Therefore, since the amplification coefficient of the radial sensor assembly 28 is known, the displacement value can be estimated depending on the measured sensor voltage.

図8には、さらに、軌道46が示唆されており、この軌道46に沿って、ロータを、たとえば第1のラジアル軸受20によって、校正を目的として、特定の半径および特定の周波数で運動させることができる。ゆえに、ラジアルセンサアセンブリ28の全ての変位方向を確実に校正することができる。 FIG. 8 further suggests a track 46, in which the rotor is moved along the track 46 by, for example, a first radial bearing 20 at a specific radius and a specific frequency for calibration purposes. Can be done. Therefore, all displacement directions of the radial sensor assembly 28 can be reliably calibrated.

図6および図8において、第1のラジアルセンサアセンブリ26は、第1のラジアル軸受20に軸方向に対応付けられていて、そして第1のラジアル軸受20の傍に配置されている。第2のラジアルセンサアセンブリ28は、第1のラジアル軸受20および第2のラジアル軸受24のどちらにも軸方向で対応付けられておらず、その代わりに、両ラジアル軸受20,24に対して離間して配置されている。 In FIGS. 6 and 8, the first radial sensor assembly 26 is axially associated with the first radial bearing 20 and is located beside the first radial bearing 20. The second radial sensor assembly 28 is not axially associated with either the first radial bearing 20 or the second radial bearing 24, and instead is separated from both radial bearings 20, 24. It is arranged.

図8では、ラジアル軸受20,24およびラジアルセンサアセンブリ26,28の軸方向中央がそれぞれ示唆されている。これらの軸方向中央の間の特定の軸方向の距離が、a〜dの文字に関連付けられている。 In FIG. 8, axial centers of the radial bearings 20 and 24 and the radial sensor assemblies 26 and 28 are suggested, respectively. A particular axial distance between these axial centers is associated with the letters a to d.

軸方向の距離aは、第1のラジアルセンサアセンブリ26の軸方向中央と第1のラジアル軸受20の軸方向中央との間の軸方向距離によって定義されている。軸方向距離bは、第2のラジアルセンサアセンブリ28の軸方向中央と第2のラジアル軸受24の軸方向中央との間の軸方向距離によって定義されている。比b/aは、好適には少なくとも2、好適には少なくとも3.5、好適には少なくとも5、好適には少なくとも7である。 The axial distance a is defined by the axial distance between the axial center of the first radial sensor assembly 26 and the axial center of the first radial bearing 20. The axial distance b is defined by the axial distance between the axial center of the second radial sensor assembly 28 and the axial center of the second radial bearing 24. The ratio b / a is preferably at least 2, preferably at least 3.5, preferably at least 5, and preferably at least 7.

距離cは、第1のラジアル軸受20の軸方向中央と第2のラジアル軸受24の軸方向中央との間の軸方向距離によって定義されており、この場合、距離cの軸方向中央部分領域は、軸方向長さdを有し、この場合、第2のラジアルセンサアセンブリ28が、その軸方向中央でもって、この部分領域内に配置されており、この場合、比d/cは、好適には0.7、好適には0.5、好適には0.4である。 The distance c is defined by the axial distance between the axial center of the first radial bearing 20 and the axial center of the second radial bearing 24, in which case the axial central portion region of the distance c is defined. , Axial length d, in which case the second radial sensor assembly 28 is located within this partial region with its axial center, in which case the ratio d / c is preferably. Is 0.7, preferably 0.5, and preferably 0.4.

111 ターボ分子ポンプ
113 インレットフランジ
115 ポンプインレット
117 ポンプアウトレット
119 ハウジング
121 下部分
123 エレクトロニクスハウジング
125 電動モータ
127 アクセサリ接続部
129 データインタフェース
131 電流供給接続部
133 通気インレット
135 シールガス接続部
137 モータ室
139 冷却剤接続部
141 下面
143 ねじ
145 軸受カバー
147 固定孔
148 冷却剤配管
149 ロータ
151 回転軸線
153 ロータ軸
155 ロータディスク
157 ステータディスク
159 スペーサリング
161 ロータハブ
163 ホルベックロータスリーブ
165 ホルベックロータスリーブ
167 ホルベックステータスリーブ
169 ホルベックステータスリーブ
171 ホルベック間隙
173 ホルベック間隙
175 ホルベック間隙
179 接続チャネル
181 転がり軸受
183 永久磁石式の磁気軸受
185 スプラッシュナット
187 ディスク
189 インサート
191 ロータ側の軸受半部
193 ステータ側の軸受半部
195 リング磁石
197 リング磁石
199 軸受間隙
201 支持部分
203 支持部分
205 半径方向の支柱
207 カバー要素
209 支持リング
211 固定リング
213 皿ばね
215 非常軸受または安全軸受
217 モータステータ
219 中間室
221 壁部
223 ラビリンスシール
10 真空ポンプ
12 ロータ
14 ターボロータディスク
16 モータ
18 ロータ軸線
20 第1のラジアル軸受
22 スラスト軸受
24 第2のラジアル軸受
26 第1のラジアルセンサアセンブリ
28 第2のラジアルセンサアセンブリ
30 構成部材
32 モータ室
34 ラジアルセンサアセンブリ
36 ボード
38 コイル
40 ゼロ軸線
42 変位
44 変位
46 円形軌道
111 Turbo molecular pump 113 Inlet flange 115 Pump inlet 117 Pump outlet 119 Housing 121 Lower part 123 Electronics housing 125 Electric motor 127 Accessory connection 129 Data interface 131 Current supply connection 133 Ventilation inlet 135 Seal gas connection 137 Motor room 139 Coolant Connection 141 Bottom surface 143 Screw 145 Bearing cover 147 Fixing hole 148 Coolant piping 149 Rotor 151 Rotating axis 153 Rotor shaft 155 Rotor disk 157 Stator disk 159 Spacer ring 161 Rotor hub 163 Holbeck rotor sleeve 165 Holbeck rotor sleeve 167 169 Holbeck stator sleeve 171 Holbeck gap 173 Holbeck gap 175 Holbeck gap 179 Connection channel 181 Rolling bearing 183 Permanent magnet type magnetic bearing 185 Splash nut 187 Disc 189 Insert 191 Rotor side bearing half 193 Stator side bearing half 195 Ring Magnet 197 Ring magnet 199 Bearing gap 201 Support part 203 Support part 205 Radial support 207 Cover element 209 Support ring 211 Fixing ring 213 Countersunk spring 215 Emergency bearing or safety bearing 217 Motor stator 219 Intermediate chamber 221 Wall part 223 Labyrinth seal 10 Vacuum Pump 12 Rotor 14 Turbo rotor disk 16 Motor 18 Rotor axis 20 First radial bearing 22 Thrust bearing 24 Second radial bearing 26 First radial sensor assembly 28 Second radial sensor assembly 30 Components 32 Motor chamber 34 Radial sensor Assembly 36 Board 38 Coil 40 Zero Axis 42 Displacement 44 Displacement 46 Circular Trajectory

Claims (15)

ポンピング作用を及ぼすために回転駆動可能であるロータ(12)と、
前記ロータ(12)に対する第1および第2のラジアル軸受(20,24)であって、前記第1のラジアル軸受(20)は、アクティブ制御式の磁気軸受であり、前記第2のラジアル軸受(24)は、パッシブな磁気軸受として構成されている、第1および第2のラジアル軸受(20,24)と、
第1の軸方向領域における前記ロータ(12)の半径方向の変位を特定する第1のラジアルセンサセンブリ(26)と、
前記第1の軸方向領域とは異なる第2の軸方向領域における半径方向の変位を特定する第2のラジアルセンサセンブリ(28)と、
を備える、真空ポンプ(10)、特にターボ分子ポンプ。
A rotor (12) that can be rotationally driven to exert a pumping action, and
The first and second radial bearings (20, 24) with respect to the rotor (12), the first radial bearing (20) is an active control type magnetic bearing, and the second radial bearing (20, 24). 24) includes first and second radial bearings (20, 24), which are configured as passive magnetic bearings.
A first radial sensor assembly (26) that identifies the radial displacement of the rotor (12) in the first axial region, and
A second radial sensor assembly (28) that identifies a radial displacement in a second axial region that is different from the first axial region.
A vacuum pump (10), particularly a turbo molecular pump.
ポンプ作用を及ぼすために回転駆動可能であるロータ(12)と、
前記ロータ(12)に対する第1および第2のラジアル軸受(20,24)と、
第1の軸方向領域における前記ロータ(12)の半径方向の変位を特定する第1のラジアルセンサアセンブリ(26)および前記第1の軸方向領域とは異なる第2の軸方向領域においける半径方向の変位を特定する第2のラジアルセンサアセンブリ(28)であって、前記第1のラジアルセンサアセンブリ(26)は、前記第1のラジアル軸受(20)に軸方向で対応付けられており、かつ/または前記第1のラジアル軸受(20)の傍に配置されており、前記第2のラジアルセンサアセンブリ(28)は、前記第1のラジアル軸受(20)および前記第2のラジアル軸受(24)のいずれにも軸方向で対応付けられておらず、かつ/または両方の前記ラジアル軸受(20,24)から離間されている、第1のラジアルアセンブリ(26)および第2のラジアルセンサアセンブリ(28)と、
を備える、特に請求項1に記載の真空ポンプ(10)。
A rotor (12) that can be rotationally driven to exert pumping action,
The first and second radial bearings (20, 24) with respect to the rotor (12), and
Radius in the first radial sensor assembly (26) that identifies the radial displacement of the rotor (12) in the first axial region and in a second axial region that is different from the first axial region. A second radial sensor assembly (28) that specifies a displacement in the direction, wherein the first radial sensor assembly (26) is axially associated with the first radial bearing (20). And / or arranged beside the first radial bearing (20), the second radial sensor assembly (28) comprises the first radial bearing (20) and the second radial bearing (24). A first radial assembly (26) and a second radial sensor assembly (26) that are not axially associated with any of the) and / or are separated from both of the radial bearings (20, 24). 28) and
The vacuum pump (10), particularly according to claim 1.
前記第1のラジアルセンサセンブリ(26)の軸方向中央と前記第1のラジアル軸受(20)の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、軸方向の距離aが定義されており、
前記第2のラジアルセンサセンブリ(28)の軸方向中央と前記第2のラジアル軸受(24)の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、軸方向の距離bが定義されており、
比b/aは、少なくとも2、好適には少なくとも3.5、好適には少なくとも5、好適には少なくとも7である、
請求項1または2に記載の真空ポンプ(10)。
The axial distance a is defined by the axial distance between the axial center of the first radial sensor assembly (26) and the axial center of the first radial bearing (20).
The axial distance b is defined by the axial distance between the axial center of the second radial sensor assembly (28) and the axial center of the second radial bearing (24).
The ratio b / a is at least 2, preferably at least 3.5, preferably at least 5, and preferably at least 7.
The vacuum pump (10) according to claim 1 or 2.
前記第2の軸方向領域は、前記第1のラジアル軸受(20)と前記第2のラジアル軸受(24)との間に配置されており、かつ/または、
前記第1のラジアル軸受(20)の軸方向中央と前記第2のラジアル軸受(24)の軸方向中央との間の軸方向距離によって、距離cが定義されており、該距離cの軸方向中央の部分領域は、軸方向長さdを有し、前記第2のラジアルセンサアセンブリ(28)は、その軸方向中央でもって、前記部分領域内に配置されており、比d/cは、好適には0.7、好適には0.5、好適には0.4である、
請求項1から3までのいずれか1項に記載の真空ポンプ(10)。
The second axial region is disposed between the first radial bearing (20) and the second radial bearing (24) and / or.
The distance c is defined by the axial distance between the axial center of the first radial bearing (20) and the axial center of the second radial bearing (24), and the axial direction of the distance c. The central partial region has an axial length d, the second radial sensor assembly (28) is located within the partial region with its axial center, and the ratio d / c is: It is preferably 0.7, preferably 0.5, and preferably 0.4.
The vacuum pump (10) according to any one of claims 1 to 3.
前記第2の軸方向領域は、前記ロータ(12)用のモータ(16)と前記第2のラジアル軸受(24)との間に配置されており、かつ/または、
軸方向で前記第2の軸方向領域と前記第2のラジアル軸受(24)との間には、少なくとも1つのロータ要素、好適には複数のロータ要素、好適にはターボロータ要素が設けられている、
請求項1から4までのいずれか1項に記載の真空ポンプ(10)。
The second axial region is located between the motor (16) for the rotor (12) and the second radial bearing (24) and / or.
At least one rotor element, preferably a plurality of rotor elements, preferably a turbo rotor element is provided between the second axial region and the second radial bearing (24) in the axial direction. Yes,
The vacuum pump (10) according to any one of claims 1 to 4.
前記ロータ(12)に対して傾斜制御装置が設けられている、請求項1から5までのいずれか1項に記載の真空ポンプ(10)。 The vacuum pump (10) according to any one of claims 1 to 5, wherein a tilt control device is provided for the rotor (12). 前記傾斜制御装置のアクチュエータ系が、前記第1のラジアル軸受(20)によって形成されている、請求項1から6までのいずれか1項に記載の真空ポンプ(10)。 The vacuum pump (10) according to any one of claims 1 to 6, wherein the actuator system of the tilt control device is formed by the first radial bearing (20). 前記傾斜制御装置は、前記ロータ(12)に衝撃による影響を与えることによって、前記ロータ(12)の傾斜を補整するように構成されている、請求項6または7に記載の真空ポンプ(10)。 The vacuum pump (10) according to claim 6 or 7, wherein the tilt control device is configured to compensate for the tilt of the rotor (12) by exerting an impact on the rotor (12). .. 前記第2のラジアル軸受(24)は、インレット側に配置されており、前記第1のラジアル軸受(20)は、前記ロータ(12)の、前記ポンプのインレットとは反対側の端部に配置されている、請求項1から8までのいずれか1項に記載の真空ポンプ(10)。 The second radial bearing (24) is arranged on the inlet side, and the first radial bearing (20) is arranged on the end of the rotor (12) opposite to the inlet of the pump. The vacuum pump (10) according to any one of claims 1 to 8. 請求項1から9までのいずれか1項に記載の真空ポンプ(10)の前記第2のラジアルセンサセンブリ(28)を校正する方法であって、
前記ロータ(12)は、前記第1のラジアル軸受(20)によって、特定の半径(42)だけ変位され、
前記第2のラジアルセンサアセンブリ(28)によって測定値が記録され、
前記第2の軸方向領域における前記ロータ(12)の実際の変位(44)は、前記第1の軸方向領域における変位(42)に依存して知られている、または特定可能であり、
前記測定値が、実際の変位(44)に対応付けられ、これにより、前記ポンプ(10)の動作時に、前記第2のラジアルセンサセンブリ(28)の測定値から、前記第2の軸方向領域における前記ロータ(12)の変位を推測することができる、
真空ポンプ(10)の第2のラジアルセンサセンブリ(28)を校正する方法。
A method for calibrating the second radial sensor assembly (28) of the vacuum pump (10) according to any one of claims 1 to 9.
The rotor (12) is displaced by a specific radius (42) by the first radial bearing (20).
The measured value is recorded by the second radial sensor assembly (28).
The actual displacement (44) of the rotor (12) in the second axial region is known or identifiable depending on the displacement (42) in the first axial region.
The measured value is associated with the actual displacement (44), which allows the second axial region from the measured value of the second radial sensor assembly (28) during operation of the pump (10). The displacement of the rotor (12) in the above can be estimated.
A method of calibrating a second radial sensor assembly (28) of a vacuum pump (10).
まずは前記第1のラジアルセンサアセンブリが校正される、請求項10記載の方法。 The method of claim 10, wherein the first radial sensor assembly is first calibrated. 前記ロータ(12)は、前記第1のラジアル軸受(20)によって、2以上の方向で半径方向に変位される、請求項10または11項に記載の方法。 10. The method of claim 10 or 11, wherein the rotor (12) is radially displaced in two or more directions by the first radial bearing (20). 前記ロータ(12)は、前記第1のラジアル軸受(20)によって、円形軌道(46)に沿って変位される、請求項10から12までのいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 10 to 12, wherein the rotor (12) is displaced along a circular track (46) by the first radial bearing (20). 前記ロータは、校正中に回転しない、請求項10から13までのいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 10 to 13, wherein the rotor does not rotate during calibration. 前記第2の軸方向領域における前記ロータ(12)の実際の変位(44)は、前記第1の軸方向領域における変位(42)に依存して、機械的な関係に基づいて計算により特定
される、請求項10から14までのいずれか1項に記載の方法。
The actual displacement (44) of the rotor (12) in the second axial region is computationally identified based on mechanical relationships depending on the displacement (42) in the first axial region. The method according to any one of claims 10 to 14.
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