JP2955221B2 - 回転アセンブリ - Google Patents

回転アセンブリ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸Δの固定子及び
回転子と、回転駆動手段と、径方向支持手段と、二つの
平行面エアギャップによって互いに分離された二つの部
分すなわち固定子に固定された固定部分及び回転子に固
定された可動部分に磁気回路を含む能動磁気軸方向受面
とを備えており、前記磁気回路の各部分が、軸Δのまわ
りで回転対称であり、かつ前記軸Δのまわりに広がる開
口溝断面の形状を有し、磁気回路の各部分の端部が、軸
Δを中心としかつ軸に垂直な二つの同心円環を構成する
二つの平坦面を形成し、磁気回路の二つの部分の開放端
が互いに対向し、電気軸方向受面コイルが、前記磁気回
路の固定部分の内部環状空間内に受容される回転アセン
ブリに関する。
【０００２】本発明は特に、ホルウェック（Ｈｏｌｗｅ
ｃｋ）形のターボ分子羽根ポンプ等の真空ポンプに適用
できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アセ
ンブリをより小型に、より組み立て易く、そしてより安
価にすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
目的は、軸Δをもつ固定子及び回転子と、回転駆動手段
と、径方向支持手段と、二つの平行面エアギャップによ
って互いに分離された二つの部分すなわち固定子に固定
された固定部分及び回転子に固定された可動部分に磁気
回路を形成する能動磁気軸方向受面とを備える完全非接
触型の回転アセンブリであって、磁気回路の各部分は、
軸Δのまわりに回転対称で軸Δのまわりを延伸する開口
溝断面の形状を有しており、磁気回路の各部分における
端部が、軸Δを中心として軸に直交する二つの同心円環
を構成する二つの平坦面を形成していると共に、磁気回
路の二つの部分における各開放端が互いに対向してお
り、軸方向受面用電気コイルが磁気回路の固定部分の内
部環状空間内に受容されており、固定子駆動巻線が、磁
気回路の固定部分から突出して磁気回路の可動部分にお
ける内部環状空間内に受容されるように軸方向受面用電
気コイルに固定されており、固定子駆動巻線と協働する
永久磁石が、固定子駆動巻線と対向するように磁気回路
の可動部分に対してその内部環状空間内に固定されてい
る回転アセンブリによって達成される。
【０００５】本発明による回転アセンブリの好ましい特
徴によれば、固定子駆動巻線は、軸Δに直交する軸をも
つ二組の磁極を形成するところの四つのコイルを有して
おり、回転子の角位置を検出するホール効果センサによ
って自動的に整流されるインバータから交流が供給され
る単相巻線であるのがよい。
【０００６】本発明による回転アセンブリの他の好まし
い特徴によれば、接線方向の極性をもつ永久磁石が、巻
線における少なくとも一つのコイルの中心に置かれてい
るのがよい。これにより、始動時に回転方向の最大トル
クが印加されるように、回転子の静止時、回転子を角位
置決めすることができる。
【０００７】本発明の具体的な実施例について添付の図
面を参照して以下に説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の具体的な適用例
を示す。この例では、適用例はターボ分子ポンプ用であ
る。
【０００９】ポンプは、軸Δの固定子１及び回転子２を
含む。固定子は、複数の入口オリフィス３及び一つの出
口オリフィス４を備えている。
【００１０】回転子は、永久磁石を有する同期モータに
よって回転し、能動磁気軸方向受面と、軸Δに沿って分
離された二つの径方向軸受とによって磁気的に懸垂して
いる。二つの径方向軸受は、夫々、第一に軸方向かつ反
対方向に磁化されると共に回転子上に配置された二つの
円環５及び６（５’及び６’）、第２に軸方向かつ反対
方向に磁化されると共に固定子上に配置された二つの円
環７及び８（７’及び８’）を含んでいる、吸引力で取
り付けられた各受動磁気センタリング装置によって構成
される。固定子部分上では、各受動磁気センタリング装
置は更に受動渦電流ダンパ、例えば銅ワッシャ９及び
９’を含む。
【００１１】図２及び図３をより詳細に参照して、本発
明に特有であり、アセンブリをより小型、より安価にす
る回転駆動モータ及び能動軸方向磁気受面を含む組合せ
について説明する。
【００１２】能動軸方向磁気受面は、二つのエアギャッ
プ１２及び１２Ａによって互いに分離された二つの部分
１０及び１１に磁気回路を備えている。
【００１３】図１に示すように部分１０は固定子に固定
されており、従って固定部分である。部分１１は回転子
に固定されており、従って可動部分である。
【００１４】エアギャップ１２及び１２Ａは、平面かつ
平行であるが、必ずしも同じ平面内にある必要はなく、
又、同じ大きさである必要はない。
【００１５】磁気回路の二つの部分１０及び１１は夫
々、軸Δのまわりで回転対称であり、かつ前記軸Δのま
わりに広がる開口溝断面１３（１３’）の形状を有す
る。磁気回路の二つの部分１０及び１１の開放端は互い
に対向し、各部分について、前記端部が、同一平面上に
ありかつ同心であり、かつ軸Δを中心としかつ軸に垂直
な二つの円環を構成する平坦面を形成する。この二つの
円環は、図３の１４及び１５で示される円環と同じもの
であり、図２のＩＩＩ−ＩＩＩで示される断面に対応す
る。軸方向受面電気コイル１６は、磁気回路の固定子部
分１０の内部環状空間内に受容されている。
【００１６】固定子上に配置された軸方向位置検出器１
７（図１参照）によって供給される情報を使用して電気
コイルを流れる電流の大きさを制御する。
【００１７】軸方向受面は吸引するので、固定子内の回
転子の零位置が上方にずれるように回転子は上部軸受
５、６、７、８によって上方に引き付けられている。軸
方向受面コイル１６を流れる電流は上向きの吸引力と平
衡する下向きの吸引力を発生する。
【００１８】回転駆動モータは、前述の磁気回路の可動
部分１１によって構成される回転子磁気回路を含む。こ
のようにして、駆動モータは能動軸方向受面の磁気回路
の一部を使用する。
【００１９】モータは、永久磁石を有する同期モータで
ある。記載の例では、磁気回路の前記可動部分の内部環
状空間２６内に磁気回路の可動部分１１に固定された四
つの永久磁石１８、１９、２０及び２１が設けられてい
る。モータは更に、二組の磁極を形成するように直列に
接続された四つのコイル２２、２３、２４及び２５を有
する単相固定子巻線を含む。これらのコイルは、磁気回
路の可動部分の内部環状空間２６内にあり、磁石１８〜
２１に対向し、かつそれらと協働する。コイル２２〜２
５の軸は軸Δに垂直である。モータのコイル２２〜２５
及び軸方向受面のコイル１６を含むアセンブリは樹脂内
に埋め込まれている。このようにしてアセンブリは剛性
のブロックを形成する。
【００２０】四つのコイル２２〜２５によって構成され
る巻線には、回転子の角位置を検出するホール効果セン
サ２８によって自動的に整流されるインバータ２７（図
６）により交流が供給される。
【００２１】モータの回転速度は、インバータ２７によ
って供給される直流電圧Ｕによって決定される。電圧
は、固定回転速度か可変回転速度のどちらが望ましいか
に応じて固定か可変のどちらかが可能である。
【００２２】図３に示すようにホール効果センサ２８は
固定子巻線の二つのコイルの間に配置される。図示の例
ではコイル２４及び２５間に配置されている。
【００２３】最後に、最大トルクでの始動時の機械の回
転方向を設定するために、回転子は静止時に夫々のコイ
ル２２、２３、２４及び２５の中心に配置された小型の
永久磁石２９、３０、３１及び３２によって角位置決め
される。これらの磁石は矢印で示すように接線方向に磁
化されている。全ての図面において矢印は、回転方向を
示す矢印である図４の矢印Ｆを除き、永久磁石の極性方
向又はコイルの極性方向を示すことに留意されたい（図
４）。
【００２４】この例では、回転子の静止時に回転子を角
位置決めするために、四つの永久磁石２９、３０、３１
及び３２が設けられている。ただし、回転子を位置決め
するのに必要なのはただ一つの磁石である。
【００２５】回転子を偏心させやすい径方向力を四つの
磁石を使用して相殺することによりアセンブリの平衡を
保つ。
【００２６】図３は、回転子が静止しているときの回転
子の角位置を示す。従って、コイル２２〜２５は励磁さ
れていない。
【００２７】図４は、図３と同じ位置であるが、回転子
を始動させる瞬間における位置である。コイル２２〜２
５は、それらの極性が矢印によって示される極性となる
ように励磁され、その結果回転子が矢印Ｆによって示さ
れる方向に回転し始める。
【００２８】最後に、図５は、磁界の極性の反転を検出
するホール効果センサ２８によって磁石１８がそれを通
過する際に情報が供給される結果としてコイルが整流さ
れる瞬間における回転子の位置を示す。
【００２９】モータ及び軸方向受面を組み合わせること
によって十分な体積の減少が得られる。アセンブリは非
常に簡単かつ安価となる。更に、コイル２２〜２５が鉄
のない空気中にあるので回転子と固定子との間に径方向
相互作用が生じない。
【００３０】ポンプの底部には、ポンプを電源に接続す
るための電気コネクタ３３が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転アセンブリが具体的に適用された
ターボ分子ポンプを示す図である。
【図２】回転駆動手段、及び図１の回転アセンブリの能
動軸方向受面を示す図３のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】回転子が静止しているときの回転子の位置を示
す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図３と同じ図であるが、始動の瞬間における固
定子巻線のコイルの回転方向及び極性が示されている図
である。
【図５】巻線を流れる電流の方向が反転する、従って巻
線内のコイルの極性が反転する回転子部分の位置を示す
図である。
【図６】固定子駆動巻線を励磁する方法を示す簡単化さ
れたブロック図である。
【符号の説明】
１ 固定子 ２ 回転子 ５、５’、６、６’、７、７’、８、８’ 円環 １０ 固定子部分 １１ 可動部分 １２、１２Ａ エアギャップ １３、１３’ 開口溝断面 １６ 軸方向受面電気コイル １７ 軸方向位置検出器 １８、１９、２０、２１、２９、３０、３１、３２ 永
久磁石 ２２、２３、２４、２５ コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−41296（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−81649（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−87593（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−21276（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭61−30449（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16C 32/04 F04D 19/04

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸Δをもつ固定子（１）及び回転子
    （２）と、回転駆動手段と、径方向支持手段と、二つの
    平行面エアギャップ（１２、１２Ａ）によって互いに分
    離された二つの部分すなわち前記固定子（１）に固定さ
    れた固定部分（１０）及び前記回転子（２）に固定され
    た可動部分（１１）に磁気回路を形成する能動磁気軸方
    向受面とを備える完全非接触型の回転アセンブリであっ
    て、 前記磁気回路の各部分は、軸Δのまわりに回転対称で該
    軸Δのまわりを延伸する開口溝断面（１３、１３’）の
    形状を有しており、該磁気回路の各部分における端部
    が、前記軸Δを中心として該軸に直交する二つの同心円
    環（１４、１５）を構成する二つの平坦面を形成してい
    ると共に、該磁気回路の二つの部分における各開放端が
    互いに対向しており、 軸方向受面用電気コイル（１６）が前記磁気回路の固定
    部分（１０）の内部環状空間内に受容されており、 固定子駆動巻線が、前記磁気回路の固定部分から突出し
    て該磁気回路の可動部分（１１）における内部環状空間
    （２６）内に受容されるように前記軸方向受面用電気コ
    イルに固定されており、 前記固定子駆動巻線と協働する永久磁石（１８〜２１）
    が、該固定子駆動巻線と対向するように前記磁気回路の
    可動部分（１１）に対してその内部環状空間（２６）内
    に固定されている回転アセンブリ。
  2. 【請求項２】 前記固定子駆動巻線は、軸Δに直交する
    軸をもつ二組の磁極を形成するところの四つのコイル
    （２２〜２５）を有しており、前記回転子の角位置を検
    出するホール効果センサ（２８）によって自動的に整流
    されるインバータ（２７）から交流が供給される単相巻
    線であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブ
    リ。
  3. 【請求項３】 前記ホール効果センサ（２８）が、前記
    巻線の二つの連続する磁極（２４、２５）の間に位置し
    ていることを特徴とする請求項２に記載のアセンブリ。
  4. 【請求項４】 接線方向の極性をもつ永久磁石（２９、
    ３０、３１、３２）が、前記巻線における少なくとも一
    つのコイルの中心に置かれていることを特徴とする請求
    項２又は３に記載のアセンブリ。
  5. 【請求項５】 前記径方向支持手段は、軸Δに沿って軸
    方向に互いにずれて位置する二つの受動磁気センタリン
    グ装置（５〜８、５’〜８’）であることを特徴とする
    請求項１から４のいずれか一項に記載のアセンブリ。
  6. 【請求項６】 前記軸方向受面用コイル（１６）を流れ
    る電流が、軸方向位置検出器（１７）から与えられる情
    報に基づいて制御されることを特徴とする請求項１から
    ５のいずれか一項に記載のアセンブリ。
  7. 【請求項７】 前記固定子及び前記回転子が、真空ポン
    プの固定子及び回転子であることを特徴とする請求項１
    から６のいずれか一項に記載のアセンブリ。
JP7339010A 1994-12-26 1995-12-26 回転アセンブリ Expired - Fee Related JP2955221B2 (ja)

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