JP3740083B2 - DC brushless motor and turbo molecular pump - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、DCブラシレスモータ、及び、そのDCブラシレスモータを駆動手段として使用したターボ分子ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造装置などに用いられる真空ポンプの一つとして、ターボ分子ポンプがある。ターボ分子ポンプでは、ロータ翼の駆動モータとして、DCブラシレスモータを使用したものがある。DCブラシレスモータでは、転流タイミングを検出するセンサとして、ホール素子を使用することが多い。
【0003】
図5はターボ分子ポンプのロータ駆動系のみを取り出して示す図である。このターボ分子ポンプでは、ロータ101を取り囲むようにDCブラシレスモータ102のステータコイル103を設けており、そのステータコイル103の隣りにホール素子104を配置すると共に、ホール素子104に対応するロータ101側の位置にロータ101の磁極位相に合わせたホール素子用磁石105を設け、各ホール素子104の信号からステータコイル103を励磁する際の励磁パターンを生成し、その励磁パターンに基づいてステータコイル103に励磁電流を供給してロータ101を回転駆動するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のターボ分子ポンプでは、ホール素子104の設置スペースをステータコイル103の隣りに設定しているので、DCブラシレスモータ102のステータ部分が大きくなり、それに伴ってポンプのロータ101が長くなるという問題があった。また、ロータ101側にホール素子用磁石105を設けているので、その設置スペースをロータ101上に余分に確保する必要があり、そのためにロータ101が長くなって、コンパクト化する上での支障になると共に、コスト高になるという問題があった。また、高速回転機械であるターボ分子ポンプのロータが長くなることにより、固有振動数が低下して振動が発生しやすくなるという問題もあった。
【0005】
本発明は、上記事情を考慮し、ロータ長さの短縮が可能であり、小型化及び振動低減を図り得るDCブラシレスモータ及びDCブラシレスモータを用いたターボ分子ポンプを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明のDCブラシレスモータは、永久磁石を有するロータと、このロータを回転させる磁界を発生させるステータコイルと、このステータコイルから離れた位置で且つロータに対向する位置に設けられ溝の深さに比例した電圧を出力するギャップセンサと、このギャップセンサに対向するロータ上の位置にロータの回転軸を中心として円周方向に所定角度毎に深さが異なるように設けられたリング状の溝と、ギャップセンサの出力に基づいてステータコイルに励磁電流を供給してロータを回転駆動させる駆動制御手段とを備えていることを特徴とする。
【0007】
このDCブラシレスモータでは、ロータの回転位置を検出するためのギャップセンサをステータコイルから離れた位置に設けているから、ステータ部分の大きさを小さくすることができ、それによりロータの長さの短縮を図ることができる。また、ロータの磁極位相を検出することが可能でありながら、従来のDCブラシレスモータにおいて使用していたホール素子やホール素子用磁石が不要になるので、部品点数の増加や余計な配線の面倒がなくコスト増を抑えることができ、ステータコイルの隣りに配置していたホール素子やホール素子用磁石が不要となる。従って、ロータ長さの短縮を図ることができて、それにより回転安定性を高めることができると共に、DCブラシレスモータの小型化及び低コスト化を実現できる。
【0008】
請求項2の発明のターボ分子ポンプは、ケーシング内部に、複数のステータ翼と、ロータに一体化されてステータ翼間で回転するロータ翼とを設け、ロータの外周を取り囲むようにステータコイルを配したDCブラシレスモータによってロータ翼を高速回転させることにより真空排気するターボ分子ポンプにおいて、ロータ上にロータの回転軸を中心として円周方向に所定角度毎に深さが異なるリング状の溝を設け、ケーシング側の溝と対向する位置に溝の深さに比例した電圧を出力するギャップセンサを設け、ギャップセンサの出力に基づいてステータコイルに励磁電流を供給してロータを回転駆動させることを特徴とする。
【0009】
このターボ分子ポンプでは、DCブラシレスモータのロータ磁極位相を検出するためのギャップセンサをステータコイルから離れた位置に設けているから、ロータの磁極位相を検出することが可能でありながら、ステータ部分の大きさを小さくすることができ、それによりポンプのロータ長さの短縮を図ることができ、それによりターボ分子ポンプの小型化、低コスト化、低振動化を図ることができる。また、従来のDCブラシレスモータにおいて使用していたホール素子やホール素子用磁石が不要になるので、部品点数の増加や余計な配線の面倒がなくコスト増を抑えることができ、ステータコイルの隣りに配置していたホール素子やホール素子用磁石が不要となる。従って、ロータ長さの短縮を図ることができて、それにより回転安定性を高めることができると共に、ターボ分子ポンプの小型化及び低コスト化を実現できる。
【0010】
請求項3の発明のターボ分子ポンプは、請求項2において、ロータの端部にスラスト磁気軸受を介してロータに作用するスラスト荷重をケーシングに伝えるスラストディスクをロータと一体に設けると共に、そのスラストディスクに溝を設けたことを特徴とする。
【0011】
このターボ分子ポンプでは、DCブラシレスモータのロータ磁極位相を検出するためのギャップセンサをステータコイルから離れた位置に設けているから、ロータの磁極位相を検出することが可能でありながら、ステータ部分の大きさを小さくすることができ、それによりポンプのロータ長さの短縮を図ることができ、それによりターボ分子ポンプの小型化、低コスト化、低振動化を図ることができる。加えて、そのギャップセンサ1個でDCブラシレスモータを駆動することができる。また、従来のDCブラシレスモータにおいて使用していたホール素子やホール素子用磁石が不要になるので、部品点数の増加や余計な配線の面倒がなくコスト増を抑えることができ、ステータコイルの隣りに配置していたホール素子やホール素子用磁石が不要となる。従って、ロータ長さの短縮を図ることができて、それにより回転安定性を高めることができると共に、ターボ分子ポンプの小型化及び低コスト化を実現できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は駆動手段としてDCブラシレスモータを内蔵したターボ分子ポンプの全体構成図であり、ターボ分子ポンプPは、ケーシング1内部に各種部品が備えられた構成となっている。このケーシング1においては、その上半部1aに吸気口1c、下半部1bに排気口1dがそれぞれ形成されている。ケーシング1内部においては、上部に軸流段部PA、下部にねじ溝段部PBが設けられている。軸流段部PAは主として後述する多段に設けられた動翼(ロータ翼)5および静翼(ステータ翼)3とにより構成され、ねじ溝段部PBは、ロータ4に螺旋状のねじ溝13を形成したねじ溝ロータ部14及びケーシング1内部に固定されたシールリング15とにより構成されている。
【0017】
より具体的に説明すると、ロータ室2にはロータ4が配設されている。ロータ4は、鉛直に立設されたロータシャフト4aと、当該ロータシャフト4aの周囲に放射状に配置された動翼5とを備えた構成となっている。また、ケーシング上半部1aの内周には静翼3が固定されている。
【0018】
ロータ4には、動翼5の下方にねじ溝13が形成されたねじ溝ロータ部14が形成されている。ねじ溝ロータ部14には、ケーシング1内周に固定されたシールリング15と対向する面にねじ溝13が形成されており、ねじ溝13の山部とシールリング15内周との間にわずかな隙間が形成されている。
【0019】
ロータシャフト4aの下端部には、スラストディスク6が設けられている。このスラストディスク6の上下面には、これに対向した形でスラスト磁気軸受8が設けられており、スラストディスク6を磁気浮上させることにより、スラスト軸受8を介して、ロータ4に作用するスラスト荷重をケーシング1に伝えるようになっている。また、ロータシャフト4aとケーシング1との対向面における上方及び下方には、ロータ駆動用のDCブラシレスモータ11の上下に位置させて、それぞれラジアル磁気軸受7a、7bが設けられている。さらに、ロータシャフト4aの上端部にはラジアル用上部保護軸受としてボールベアリング9が設けられ、同下端ネック部にはラジアル及びスラスト用下部保護軸受としてボールベアリング10が設けられている。
【0020】
DCブラシレスモータ11は、ロータシャフト4aの外周を取り囲むようにステータコイル11aを配した構造になっており、ロータシャフト4aの外周に、ロータ磁極を構成する永久磁石(図示省略)を嵌合させている。このDCブラシレスモータ11は、図示しない駆動制御手段が、スラストディスク6部分に設けたロータ磁極位相検出部20の信号に基づいてロータの回転位置を検出することにより、ステータコイル11aの励磁パターンを生成し、その励磁パターンによりステータコイル11aに励磁電流を供給してロータシャフト4aを回転駆動するようになっている。
【0021】
この場合、DCブラシレスモータ11を駆動制御する信号を取るためのロータ磁極位相検出部20は、DCブラシレスモータ11のステータコイル11aから離れたスラストディスク6部分に配置しており、ロータシャフト4a上に配置していたホール素子用磁石及びそれに対向させて配置していたホール素子を省略している。
【0022】
図2を用いてロータ磁極位相検出部20の構成について詳しく述べる。スラストディスク6の下面に対向するケーシング側の位置には、ロータ回転位置検出用のセンサ25が設けられている。このセンサ25は、スラストディスク6の回転中心を中心とする同一円周上に60度ピッチで3個配置されている。また、このセンサ25に対向するスラストディスク6上の位置には、ロータシャフト4aの回転位置に応じた信号をセンサ25に出力させるターゲット26が設けられている。なお、図2はDCブラシレスのロータ極数2極と極検出センサ配置60度間隔配置の場合で示す。
【0023】
ターゲット26は、DCブラシレスモータ11のロータ磁極数に対応したパターンに形成されており、本例でのターゲット26は、スラストディスク6の回転中心を中心とする円周の半分の領域(180度の範囲)だけに形成されている。そして、ターゲット26のある部分とない部分とで、異なる信号をセンサ25に出力させるようにしている。
【0024】
ロータ磁極位相検出部20は、前記センサ25とターゲット26の組合せにより構成される。センサ25とターゲット26の組合せとしては、
(1)ギャップセンサとスラストディスク6表面上の凹凸パターンの組合せ
(2)フォトセンサとスラストディスク6表面上の明暗パターンの組合せ
(3)磁気センサとスラストディスク6側の磁極パターンの組合せ
等が採用可能である。
【0025】
(1)のギャップセンサとスラストディスク6表面上の凹凸パターンの組合せを採用する場合は、図2のセンサ25の位置にギャップセンサ(渦電流式近接センサ等)を配置し、半周分だけ形成するターゲット26の位置に凹部(溝)を形成する。そして、凹部の範囲と凹部のない範囲(凸部に相当する範囲)をギャップセンサで検出することにより、ロータシャフト4aの回転位相を割り出す。
【0026】
(2)フォトセンサとスラストディスク6表面上の明暗パターンの組合せを採用する場合は、図2のセンサ25の位置にフォトセンサを配置し、半周分だけ形成するターゲット26の位置に、他の部分と区別できる識別色(他の部分が金属色の場合は黒色等)を付したマークを形成する。そして、「明」の範囲(黒色マークを付けない範囲)と「暗」の範囲(黒色マークを付けた範囲)をフォトセンサで検出することにより、ロータシャフト4aの回転位相を割り出す。
【0027】
(3)磁気センサとスラストディスク6側の磁極パターンの組合せを採用する場合は、図2のセンサ25の位置に磁気センサ(ホール素子などの磁電変換素子)を配置し、ターゲットとして、対向する半円の領域で互いに異極となる磁石を配置する。そして磁気センサで検出する磁極の交番により、ロータシャフト4aの回転位相を割り出す。
【0028】
なお、いずれの場合も、DCブラシレスモータ11のロータ磁極位相に対応してターゲットの形成範囲や分割領域等を設定する。
【0029】
このターボ分子ポンプPでは、真空排気の際に、DCブラシレスモータ11を駆動してロータ4を回転させる。そうすると、ロータ4の回転により、動翼5と静翼3との間で第1の圧縮が行われたあと、ねじ溝段部PBのねじ溝13によって第2の圧縮が行われ、排気口1d方向へ流れて真空排気される。この際、センサ25とターゲット26の組合せで構成されるロータ磁極位相検出部20がモータのロータ磁極位相を検出し、その信号に基づいてDCブラシレスモータ11が駆動される。
【0030】
このターボ分子ポンプPの場合、DCブラシレスモータ11のロータ磁極位相検出部20をステータコイル11aから離れた位置に設けているから、ステータ部分の大きさを小さくすることができ、それによりポンプのロータ4の長さの短縮を図ることができる。従って、ターボ分子ポンプの小型化、低コスト化、低振動化を図ることができる。
【0031】
なお、スラストディスク6の周辺部分には、従来より、ロータ4の回転数を検出するための回転検出センサ(パルスセンサ)を設けることが多いので、その回転検出センサを用いてロータ磁極位相を検出することも可能である。以下、そのように改良したロータ磁極位相検出部20Bについて説明する。ここでは、ロータ磁極位相検出部20Bを構成するセンサとしてギャップセンサが用いられ、ターゲットとして溝(凹部)が用いられている。
【0032】
図3はそのロータ磁極位相検出部20Bの概略構成を示す図で、(a)は側断面図、(b)はターゲットの平面図、図4(a)はターゲットとして形成したリング状の溝の深さ変化及びそれに対応したセンサ出力電圧の変化を示す図、(b)はセンサの出力電圧に基づいて割り出されるロータ磁極位相検出信号を示す図である。
【0033】
スラストディスク6の下面には、ロータシャフト4aの回転軸芯を中心とする矩形断面のリング状の溝30が、ターゲットとして設けられている。このリング状の溝30は、円周方向に60度ごとに6つに分割されており、各分割溝30a〜30fは、深さが順に異なっている。深さが一番浅い分割溝30aの始端部分を0°として、分割溝30a〜30fの断面をロータシャフト4aの回転方向に展開すると、図4(a)に示すように分割溝30a〜30fは、ロータシャフト4aの回転方向Aに沿って徐々に一定深さずつ深くなっている。従って、リング状の溝30に対向する位置に設けられた1個のギャップセンサ33は、各分割溝30a〜30fの深さに比例した電圧を出力する。
【0034】
この場合、分割溝30a〜30fの位相パターンは、DCブラシレスモータ11(図1参照)のロータ磁極の位相に対応しており、図示しない制御手段は、ギャップセンサ33の信号により、ロータ磁極位相検出信号H1、H2、H3を出力する。即ち、ギャップセンサ33の出力電圧Vの大きさにより、制御手段は次の条件で信号を出力する。
(a) V2<V<V5 のときは、H1信号を出力する。
(b) V4<V のときは、H2信号を出力する。
(c) V6<VまたはV<V3 のときは、H3信号を出力する。
【0035】
このH1〜H3信号は、通常のDCブラシレスモータにおいてホール素子が出力する信号に相当するものであり、この信号に基づいて制御手段が、ロータの回転位置を判定し、その判定結果に基づいてDCブラシレスモータ11のステータコイル11aに励磁電流を供給することにより、ロータ4を回転制御することができる。従って、センサ1個でDCブラシレスモータ11を駆動することができる。しかも、既存の回転検出センサを流用することができるので、部品点数の増加がない上、余計な配線の面倒がないというメリットも得られる。なお、回転数計算のためのパルス検出は、例えばH2信号のONをカウントすればよい。
【0036】
なお、上記実施形態では、スラストディスク6の下面側の位置にロータ磁極位相検出部20を設けた場合を示したが、ロータシャフト4aの側方にロータ磁極位相検出部を構成するセンサ及びターゲットを設けてもよい。その場合は、ラジアル磁気軸受7a、7b間を除く部分に設けることで、軸受間距離(ロータの実質長)を伸ばさないようにするのが肝要である。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明のDCブラシレスモータによれば、ロータの回転位置を検出するためのギャップセンサをステータコイルから離れた位置に設けているので、ロータ長さの短縮を図ることができ、モータの小型化、低コスト化、低振動化を図ることができる。
【0038】
請求項2の発明のターボ分子ポンプによれば、DCブラシレスモータのロータ磁極位相を検出するためのセンサをステータコイルから離れた位置に設けているので、ポンプのロータ長さの短縮を図ることができ、ポンプの小型化、低コスト化、低振動化を図ることができる。
【0039】
請求項3の発明のターボ分子ポンプによれば、ロータ端部のスラストディスク部分にロータ上にロータの回転軸を中心として円周方向に所定角度毎に深さが異なるリング状の溝と、ケーシング側の溝と対向する位置に溝の深さに比例した電圧を出力するギャップセンサとを設けているので、DCブラシレスモータのステータ部分の大きさを小さくすることができ、ロータ長さを短縮することが可能となって、それによりターボ分子ポンプの小型化、低コスト化、低振動化に寄与することができる。
【0040】
さらに、既存のロータの回転検出センサを用いてロータ磁極位置の検出ができるようにしたから、従来のDCブラシレスモータにおいて使用していたホール素子や磁石が不要になる。また、現行の回転検出センサのターゲット構造を変更するだけで実施できるから、部品点数の増加や余計な配線の面倒がなく、低コストで実現できる。また、ステータコイルの隣りに配置していたホール素子やホール素子用磁石が不要となるから、ロータ長さの短縮を図ることができ、それにより小型化、低コスト化、低振動化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態のターボ分子ポンプの全体構成を示す断面図である。
【図2】 同ターボ分子ポンプに内蔵したDCブラシレスモータのロータ磁極位相検出部の構成を示す図で、(a)は断面図、(b)はターゲットとセンサの位置関係を示す平面図である。
【図3】 他のロータ磁極位相検出部の概略構成を示す図で、(a)は側断面図、(b)はターゲットとして形成したリング状の溝の平面図である。
【図4】 (a)は図3のリング状の溝の深さ変化及びそれに対応したセンサ出力電圧の変化を示す図、(b)はセンサの出力電圧に基づいて割り出されるロータ磁極位相検出信号を示す図である。
【図5】 従来のターボ分子ポンプにおけるDCブラシレスモータの構成図である。
【符号の説明】
P ターボ分子ポンプ
1 ケーシング
3 静翼(ステータ翼)
4 ロータ
4a ロータシャフト
5 動翼(ロータ翼)
6 スラストディスク
8 スラスト磁気軸受
11 DCブラシレスモータ
11a ステータコイル
20,20B ロータ磁極位相検出部
25 センサ
26 ターゲット
30 リング状の溝(ターゲット)
33 回転位置検出センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC brushless motor and a turbo molecular pump using the DC brushless motor as a driving means.
[0002]
[Prior art]
One of the vacuum pumps used in semiconductor manufacturing equipment is a turbo molecular pump. Some turbo molecular pumps use a DC brushless motor as a drive motor for rotor blades. In a DC brushless motor, a Hall element is often used as a sensor for detecting commutation timing.
[0003]
FIG. 5 is a diagram showing only the rotor drive system of the turbo molecular pump. In this turbo molecular pump, the stator coil 103 of the DC brushless motor 102 is provided so as to surround the rotor 101, and the Hall element 104 is arranged next to the stator coil 103, and the rotor 101 side corresponding to the Hall element 104 is arranged on the rotor 101 side. A hall element magnet 105 is provided at a position corresponding to the magnetic pole phase of the rotor 101, an excitation pattern for exciting the stator coil 103 is generated from the signal of each hall element 104, and the stator coil 103 is excited based on the excitation pattern. The rotor 101 is rotationally driven by supplying an electric current.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional turbo molecular pump, since the installation space of the hall element 104 is set next to the stator coil 103, the stator portion of the DC brushless motor 102 becomes larger, and accordingly, the rotor 101 of the pump becomes longer. There was a problem. In addition, since the hall element magnet 105 is provided on the rotor 101 side, it is necessary to secure an extra installation space on the rotor 101. For this reason, the rotor 101 becomes long, which hinders downsizing. In addition, there is a problem of high costs. In addition, since the rotor of the turbo molecular pump, which is a high-speed rotating machine, becomes longer, there is a problem that the natural frequency is lowered and vibration is easily generated.
[0005]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a DC brushless motor capable of reducing the rotor length and reducing the size and vibration, and a turbo molecular pump using the DC brushless motor.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The DC brushless motor according to the first aspect of the present invention includes a rotor having a permanent magnet, a stator coil that generates a magnetic field for rotating the rotor, and a groove provided at a position away from the stator coil and facing the rotor . A ring sensor that outputs a voltage proportional to the depth, and a ring shape that is provided at a position on the rotor opposite to the gap sensor so that the depth differs by a predetermined angle in the circumferential direction around the rotation axis of the rotor And a drive control means for rotating the rotor by supplying an excitation current to the stator coil based on the output of the gap sensor.
[0007]
In this DC brushless motor, since the gap sensor for detecting the rotational position of the rotor is provided at a position away from the stator coil, the size of the stator portion can be reduced, thereby shortening the length of the rotor. Can be achieved. In addition, although the magnetic pole phase of the rotor can be detected, the hall element and hall element magnet used in the conventional DC brushless motor are no longer required, which increases the number of parts and troublesome extra wiring. Therefore, the increase in cost can be suppressed, and the Hall element and the Hall element magnet that are arranged next to the stator coil are not necessary. Therefore, the rotor length can be shortened, whereby the rotational stability can be enhanced, and the DC brushless motor can be reduced in size and cost.
[0008]
The turbo molecular pump of the invention of claim 2 is provided with a plurality of stator blades and a rotor blade that is integrated with the rotor and rotates between the stator blades, and the stator coil is arranged so as to surround the outer periphery of the rotor. In the turbo molecular pump that evacuates by rotating the rotor blades at high speed with the DC brushless motor, a ring-shaped groove having a depth different from each other at a predetermined angle in the circumferential direction around the rotation axis of the rotor is provided on the rotor. A gap sensor that outputs a voltage proportional to the groove depth is provided at a position facing the groove on the casing side, and an excitation current is supplied to the stator coil based on the output of the gap sensor to drive the rotor to rotate. To do.
[0009]
In this turbo molecular pump, since the gap sensor for detecting the rotor magnetic pole phase of the DC brushless motor is provided at a position away from the stator coil, it is possible to detect the rotor magnetic pole phase , The size can be reduced, whereby the pump rotor length can be shortened, whereby the turbo molecular pump can be reduced in size, cost and vibration. In addition, since the Hall element and Hall element magnet used in the conventional DC brushless motor are no longer required, there is no increase in the number of parts and unnecessary wiring trouble, and the cost increase can be suppressed. The arranged hall element and hall element magnet are not required. Therefore, the rotor length can be shortened, whereby the rotational stability can be enhanced, and the turbo molecular pump can be reduced in size and cost.
[0010]
A turbo molecular pump according to a third aspect of the present invention is the turbomolecular pump according to the second aspect, wherein a thrust disk for transmitting a thrust load acting on the rotor to the casing via a thrust magnetic bearing is provided integrally with the rotor at the end of the rotor. It is characterized by providing a groove.
[0011]
In this turbo molecular pump, a gap sensor for detecting the rotor magnetic pole phase of the DC brushless motor is provided at a position away from the stator coil, so that it is possible to detect the magnetic pole phase of the rotor, The size can be reduced, whereby the pump rotor length can be shortened, whereby the turbo molecular pump can be reduced in size, cost and vibration. In addition, the DC brushless motor can be driven by one gap sensor. In addition, since the Hall element and Hall element magnet used in the conventional DC brushless motor are no longer required, there is no increase in the number of parts and unnecessary wiring trouble, and the cost increase can be suppressed. The arranged hall element and hall element magnet are not required. Therefore, the rotor length can be shortened, whereby the rotational stability can be enhanced, and the turbo molecular pump can be reduced in size and cost.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a turbo molecular pump having a built-in DC brushless motor as driving means. The turbo molecular pump P has a configuration in which various components are provided inside a casing 1. In the casing 1, an intake port 1c is formed in the upper half 1a, and an exhaust port 1d is formed in the lower half 1b. In the casing 1, an axial flow step portion PA is provided at the upper portion, and a thread groove step portion PB is provided at the lower portion. The axial flow step portion PA is mainly composed of moving blades (rotor blades) 5 and stationary blades (stator blades) 3 provided in multiple stages, which will be described later, and the thread groove step portion PB is formed in a spiral thread groove 13 on the rotor 4. And the seal ring 15 fixed inside the casing 1.
[0017]
More specifically, the rotor 4 is disposed in the rotor chamber 2. The rotor 4 is configured to include a rotor shaft 4a erected vertically and moving blades 5 arranged radially around the rotor shaft 4a. A stationary blade 3 is fixed to the inner periphery of the casing upper half 1a.
[0018]
The rotor 4 is formed with a thread groove rotor portion 14 in which a thread groove 13 is formed below the rotor blade 5. The thread groove rotor portion 14 is formed with a thread groove 13 on a surface facing the seal ring 15 fixed to the inner periphery of the casing 1, and is slightly between the crest portion of the thread groove 13 and the inner periphery of the seal ring 15. Gaps are formed.
[0019]
A thrust disk 6 is provided at the lower end of the rotor shaft 4a. Thrust magnetic bearings 8 are provided on the upper and lower surfaces of the thrust disk 6 so as to face each other. By thrusting the thrust disk 6 magnetically, the thrust load acting on the rotor 4 via the thrust bearing 8 is provided. Is transmitted to the casing 1. Further, radial magnetic bearings 7a and 7b are respectively provided above and below the facing surface of the rotor shaft 4a and the casing 1 so as to be positioned above and below the DC brushless motor 11 for driving the rotor. Further, a ball bearing 9 is provided as a radial upper protective bearing at the upper end portion of the rotor shaft 4a, and a ball bearing 10 is provided as a radial and thrust lower protective bearing at the lower end neck portion.
[0020]
The DC brushless motor 11 has a structure in which a stator coil 11a is arranged so as to surround the outer periphery of the rotor shaft 4a, and a permanent magnet (not shown) constituting a rotor magnetic pole is fitted on the outer periphery of the rotor shaft 4a. Yes. The DC brushless motor 11 generates an excitation pattern of the stator coil 11a by detecting the rotational position of the rotor based on the signal from the rotor magnetic pole phase detection unit 20 provided on the thrust disk 6 by a drive control means (not shown). The excitation pattern supplies the exciting current to the stator coil 11a to rotationally drive the rotor shaft 4a.
[0021]
In this case, the rotor magnetic pole phase detection unit 20 for taking a signal for controlling the driving of the DC brushless motor 11 is disposed in the thrust disk 6 portion away from the stator coil 11a of the DC brushless motor 11, and is disposed on the rotor shaft 4a. The hall element magnets that have been placed and the hall elements that have been placed facing them are omitted.
[0022]
The configuration of the rotor magnetic pole phase detector 20 will be described in detail with reference to FIG. A sensor 25 for detecting the rotor rotational position is provided at a position on the casing side facing the lower surface of the thrust disk 6. Three sensors 25 are arranged at a pitch of 60 degrees on the same circumference around the rotation center of the thrust disk 6. In addition, a target 26 is provided at a position on the thrust disk 6 facing the sensor 25 to cause the sensor 25 to output a signal corresponding to the rotational position of the rotor shaft 4a. FIG. 2 shows the case of a DC brushless rotor pole number of 2 and a pole detection sensor arrangement of 60 degree intervals.
[0023]
The target 26 is formed in a pattern corresponding to the number of rotor magnetic poles of the DC brushless motor 11, and the target 26 in this example is a half area (180 degrees of the circumference) around the rotation center of the thrust disk 6. (Range) only. Different signals are output to the sensor 25 depending on whether the target 26 is present or not.
[0024]
The rotor magnetic pole phase detector 20 is configured by a combination of the sensor 25 and the target 26. As a combination of the sensor 25 and the target 26,
(1) Combination of gap sensor and uneven pattern on the surface of the thrust disk 6 (2) Combination of photo sensor and light and dark pattern on the surface of the thrust disk 6 (3) Combination of magnetic sensor and magnetic pole pattern on the thrust disk 6 side, etc. Is possible.
[0025]
When the combination of the gap sensor (1) and the uneven pattern on the surface of the thrust disk 6 is adopted, a gap sensor (such as an eddy current proximity sensor) is arranged at the position of the sensor 25 in FIG. A recess (groove) is formed at the position of the target 26. And the rotational phase of the rotor shaft 4a is determined by detecting the range of a recessed part and the range without a recessed part (range corresponding to a convex part) with a gap sensor.
[0026]
(2) When a combination of a photosensor and a light and dark pattern on the surface of the thrust disk 6 is adopted, the photosensor is arranged at the position of the sensor 25 in FIG. A mark with an identification color (black when the other part is a metal color) is formed. Then, the rotational phase of the rotor shaft 4a is determined by detecting a “bright” range (a range without a black mark) and a “dark” range (a range with a black mark) with a photosensor.
[0027]
(3) When a combination of a magnetic sensor and a magnetic pole pattern on the thrust disk 6 side is employed, a magnetic sensor (magnetoelectric conversion element such as a Hall element) is disposed at the position of the sensor 25 in FIG. Magnets having different polarities are arranged in a circular area. Then, the rotational phase of the rotor shaft 4a is determined from the alternating magnetic poles detected by the magnetic sensor.
[0028]
In either case, a target formation range, a divided region, or the like is set in accordance with the rotor magnetic pole phase of the DC brushless motor 11.
[0029]
In the turbo molecular pump P, the DC brushless motor 11 is driven to rotate the rotor 4 during vacuum exhaust. Then, after the first compression is performed between the moving blade 5 and the stationary blade 3 by the rotation of the rotor 4, the second compression is performed by the thread groove 13 of the thread groove step portion PB, and the exhaust port 1d. It flows in the direction and is evacuated. At this time, the rotor magnetic pole phase detection unit 20 configured by a combination of the sensor 25 and the target 26 detects the rotor magnetic pole phase of the motor, and the DC brushless motor 11 is driven based on the signal.
[0030]
In the case of this turbo molecular pump P, the rotor magnetic pole phase detector 20 of the DC brushless motor 11 is provided at a position away from the stator coil 11a, so that the size of the stator portion can be reduced, and thereby the rotor of the pump 4 can be shortened. Therefore, the turbo molecular pump can be reduced in size, cost, and vibration.
[0031]
Note that a rotation detection sensor (pulse sensor) for detecting the number of rotations of the rotor 4 is often provided around the thrust disk 6 so that the rotor magnetic pole phase is detected using the rotation detection sensor. It is also possible to do. Hereinafter, the rotor magnetic pole phase detector 20B improved as described above will be described. Here, a gap sensor is used as a sensor constituting the rotor magnetic pole phase detection unit 20B, and a groove (concave portion) is used as a target.
[0032]
3A and 3B are diagrams showing a schematic configuration of the rotor magnetic pole phase detector 20B. FIG. 3A is a sectional side view, FIG. 4B is a plan view of the target, and FIG. 4A is a ring-shaped groove formed as a target. The figure which shows the change of a depth change and the sensor output voltage corresponding to it, (b) is a figure which shows the rotor magnetic pole phase detection signal calculated based on the output voltage of a sensor.
[0033]
On the lower surface of the thrust disk 6, a ring-shaped groove 30 having a rectangular cross section centering on the rotational axis of the rotor shaft 4a is provided as a target. The ring-shaped groove 30 is divided into six parts every 60 degrees in the circumferential direction, and the divided grooves 30a to 30f are different in depth in order. When the starting end portion of the division groove 30a having the shallowest depth is set to 0 ° and the cross section of the division grooves 30a to 30f is developed in the rotation direction of the rotor shaft 4a, the division grooves 30a to 30f are formed as shown in FIG. The rotor shaft 4a gradually increases in depth along the rotational direction A by a certain depth. Therefore, one gap sensor 33 provided at a position facing the ring-shaped groove 30 outputs a voltage proportional to the depth of each of the divided grooves 30a to 30f.
[0034]
In this case, the phase pattern of the dividing grooves 30a to 30f corresponds to the phase of the rotor magnetic pole of the DC brushless motor 11 (see FIG. 1), and the control means (not shown) detects the rotor magnetic pole phase based on the signal from the gap sensor 33. Signals H1, H2, and H3 are output. That is, according to the magnitude of the output voltage V of the gap sensor 33, the control means outputs a signal under the following conditions.
(A) When V2 <V <V5, the H1 signal is output.
(B) When V4 <V, the H2 signal is output.
(C) When V6 <V or V <V3, the H3 signal is output.
[0035]
The H1 to H3 signals correspond to signals output by the Hall element in a normal DC brushless motor, and the control means determines the rotational position of the rotor based on this signal, and the DC based on the determination result. By supplying an excitation current to the stator coil 11 a of the brushless motor 11, the rotation of the rotor 4 can be controlled. Therefore, the DC brushless motor 11 can be driven by one sensor. In addition, since the existing rotation detection sensor can be used, there is no merit in that the number of parts is increased and unnecessary wiring is not required. In addition, the pulse detection for rotation speed calculation should just count ON of H2 signal, for example.
[0036]
In the above embodiment, the case where the rotor magnetic pole phase detection unit 20 is provided at the position on the lower surface side of the thrust disk 6 is shown. However, the sensor and the target constituting the rotor magnetic pole phase detection unit are provided on the side of the rotor shaft 4a. It may be provided. In that case, it is important not to extend the distance between the bearings (the substantial length of the rotor) by providing it in a portion other than between the radial magnetic bearings 7a and 7b.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the DC brushless motor of the first aspect of the present invention, since the gap sensor for detecting the rotational position of the rotor is provided at a position away from the stator coil, the rotor length is shortened. Therefore, the motor can be reduced in size, cost, and vibration.
[0038]
According to the turbo molecular pump of the second aspect of the present invention, since the sensor for detecting the rotor magnetic pole phase of the DC brushless motor is provided at a position away from the stator coil, the rotor length of the pump can be shortened. Therefore, it is possible to reduce the size, cost and vibration of the pump.
[0039]
According to the turbo molecular pump of the invention of claim 3, a ring-like groove having a depth different from each other by a predetermined angle in the circumferential direction around the rotation axis of the rotor on the rotor at the thrust disk portion at the end of the rotor, and the casing Since a gap sensor that outputs a voltage proportional to the depth of the groove is provided at a position facing the side groove, the size of the stator portion of the DC brushless motor can be reduced, and the rotor length can be shortened. Therefore, it is possible to contribute to miniaturization, cost reduction, and vibration reduction of the turbo molecular pump.
[0040]
Furthermore, since the rotor magnetic pole position can be detected using the existing rotor rotation detection sensor, the Hall element and magnet used in the conventional DC brushless motor are not required. Moreover, since it can be carried out only by changing the target structure of the current rotation detection sensor, it can be realized at a low cost without increasing the number of parts and troublesome wiring. In addition, since the Hall element and Hall element magnet that are arranged next to the stator coil are not required, the rotor length can be shortened, thereby reducing the size, cost, and vibration. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a turbo molecular pump according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams showing a configuration of a rotor magnetic pole phase detection unit of a DC brushless motor built in the turbo molecular pump, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view, and FIG. 2B is a plan view showing a positional relationship between a target and a sensor. .
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a schematic configuration of another rotor magnetic pole phase detector, in which FIG. 3A is a side sectional view and FIG. 3B is a plan view of a ring-shaped groove formed as a target.
4A is a diagram showing a change in the depth of the ring-shaped groove in FIG. 3 and a corresponding change in sensor output voltage, and FIG. 4B is a rotor magnetic pole phase detection calculated based on the output voltage of the sensor. It is a figure which shows a signal.
FIG. 5 is a configuration diagram of a DC brushless motor in a conventional turbo molecular pump.
[Explanation of symbols]
P Turbo molecular pump 1 Casing 3 Static blade (stator blade)
4 Rotor 4a Rotor shaft 5 Rotor blade (rotor blade)
6 Thrust disk 8 Thrust magnetic bearing 11 DC brushless motor 11a Stator coils 20 and 20B Rotor magnetic pole phase detector 25 Sensor 26 Target 30 Ring-shaped groove (target)
33 Rotation position detection sensor

Claims (3)

永久磁石を有するロータと、このロータを回転させる磁界を発生させるステータコイルと、このステータコイルから離れた位置で且つロータに対向する位置に設けられ溝の深さに比例した電圧を出力するギャップセンサと、このギャップセンサに対向するロータ上の位置にロータの回転軸を中心として円周方向に所定角度毎に深さが異なるように設けられたリング状の溝と、ギャップセンサの出力に基づいてステータコイルに励磁電流を供給してロータを回転駆動させる駆動制御手段とを備えていることを特徴とするDCブラシレスモータ。A rotor having a permanent magnet, a stator coil that generates a magnetic field for rotating the rotor, and a gap sensor that is provided at a position away from the stator coil and opposed to the rotor and outputs a voltage proportional to the depth of the groove And a ring-shaped groove provided at a position on the rotor opposite to the gap sensor so that the depth differs by a predetermined angle in the circumferential direction around the rotation axis of the rotor, and based on the output of the gap sensor A DC brushless motor comprising drive control means for supplying an excitation current to the stator coil to rotationally drive the rotor. ケーシング内部に、複数のステータ翼と、ロータに一体化されてステータ翼間で回転するロータ翼とを設け、ロータの外周を取り囲むようにステータコイルを配したDCブラシレスモータによってロータ翼を高速回転させることにより真空排気するターボ分子ポンプにおいて、
ロータ上にロータの回転軸を中心として円周方向に所定角度毎に深さが異なるリング状の溝を設け、ケーシング側の溝と対向する位置に溝の深さに比例した電圧を出力するギャップセンサを設け、ギャップセンサの出力に基づいてステータコイルに励磁電流を供給してロータを回転駆動させることを特徴とするターボ分子ポンプ。
A plurality of stator blades and a rotor blade integrated with the rotor and rotating between the stator blades are provided inside the casing, and the rotor blades are rotated at high speed by a DC brushless motor in which a stator coil is arranged so as to surround the outer periphery of the rotor. In the turbo molecular pump that evacuates by
A ring-shaped groove having a depth different from each other by a predetermined angle in the circumferential direction around the rotation axis of the rotor on the rotor, and a voltage that outputs a voltage proportional to the groove depth at a position facing the groove on the casing side A turbo molecular pump characterized in that a sensor is provided, and an excitation current is supplied to a stator coil based on an output of a gap sensor to rotationally drive a rotor.
ロータの端部にスラスト磁気軸受を介してロータに作用するスラスト荷重をケーシングに伝えるスラストディスクをロータと一体に設けると共に、そのスラストディスクに溝を設けたことを特徴とする請求項2に記載のターボ分子ポンプ。3. The thrust disk according to claim 2, wherein a thrust disk for transmitting a thrust load acting on the rotor via a thrust magnetic bearing to the casing is provided integrally with the rotor at the end of the rotor, and a groove is provided in the thrust disk. Turbo molecular pump.
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