JP4024382B2

JP4024382B2 - 磁気軸受装置

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Publication number: JP4024382B2
Application number: JP13282798A
Authority: JP
Inventors: 博高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: JPH11325073A; US6268674B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体基板（ウエハ）に所定成分の薄膜を成長させる化学気相成長装置（ＣＶＤ装置）等のような装置では、ロータを回転支持する軸受装置には主に玉軸受が用いられている。
【０００３】
このような化学気相成長装置は、減圧された清浄な雰囲気での運転を必要とする。したがって、構成要素に玉軸受を用いて構成された従来の装置では、玉軸受の潤滑油が拡散してウエハに成膜される薄膜を汚損し、製品の歩留りを低下させてしまう問題があった。また、玉軸受に錆が発生すると清浄な雰囲気を汚染してしまうと共に、発生した錆で軸受にかじりが生じて安定したロータの回転が不可能になる場合があった。このような場合には玉軸受の交換を要するが、交換には多大な時間を費やすものであった。
【０００４】
そこで、構成要素として玉軸受を用いる代わりに、磁気軸受装置を用いることが検討されている。磁気軸受装置は非接触，無潤滑，長寿命等の特徴を有することから多方面で様々な研究や用途開発が進められている。
【０００５】
従来の磁気軸受装置は、例えば図１５に示すように構成されている。この磁気軸受装置90は、筐体91内に収納され回転軸92の下方端側にスラスト円盤93a を設けた縦型のロータ93と、このスラスト円盤93a の上下面に隙間を設けて磁極を対向させロータ93のスラスト方向を非接触に支持するためのスラスト磁気軸受94を構成する電磁石94a,94b を具備している。また、ロータ93は、その回転軸92の上部および下部に設けられたラジアル磁気軸受95,96 によってラジアル方向に対して非接触に支持され、電動機（モータ）97によって回転軸92回りに回転駆動される。
【０００６】
ラジアル磁気軸受95,96 は、回転軸92の軸方向に積層した状態でロータ93に固定された円筒状をなす積層継鉄部93b,93c と、これらに対向する位置で筐体91に固定され周方向に４等配された上部電磁石95a,95b,95c,95d （95b,95d は図示せず）および下部電磁石96a,96b,96c,96d （96b,96d は図示せず）から構成されている。
【０００７】
さらに、筐体91内には図示しない変位センサが設けられており、この変位センサによってロータ93の軸方向および半径方向の変位が検出され、これに基づいて制御部（図示せず）からの制御信号によりスラスト磁気軸受94とラジアル磁気軸受95,96 が制御される。
【０００８】
このように構成された従来の磁気軸受装置では、スラスト磁気軸受94とラジアル軸受95,96 、図示しない変位センサ、電動機97が回転軸92の方向に沿って並設されている。そのため、磁気軸受装置が回転軸92の方向に長尺となってしまう。さらに、ロータ93に設けられた積層継鉄部93b,93c は減圧された筐体91の内部にその積層端面が露出するものであるため、この積層端面が錆びるような状況にあるとロータ93の回転により錆が飛散してしまい、筐体91内を汚染してしまう。特にＣＶＤ装置ではウエハに成膜される薄膜が汚損され、製品の歩留りを低下させてしまう可能性があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の磁気軸受装置では、ラジアル磁気軸受が回転軸の軸方向に複数箇所にわたって配列されているので、装置が軸方向に長尺なものとなっていた。また、筐体内に露出する積層継鉄の端面の発錆によって筐体内を汚染してしまう恐れがあった。
そこで本発明は、従来よりも回転軸の軸方向長さが短く、また装置内部の汚染を低減することができる磁気軸受装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、回転可能なロータと、前記ロータを所定の軸回りに回転駆動する回転駆動手段と、前記ロータの周囲に配置され、前記ロータを磁気吸引力により前記所定の軸方向およびそれと直交する方向に対して非接触に支持する複数の電磁石と、前記ロータの表面に貼付または塗布された異方性導電材料の、前記複数の電磁石と対向する面に、前記ロータの回転に伴い誘起される渦電流を前記ロータの周方向に遮るような方向に圧力を付与して、導電性に異方性をもたせることによって形成され、前記ロータの回転方向に対して導電性を非連続的な状態にする導電性調節手段と、を有することを特徴とする磁気軸受装置とした。
【００１１】
ここで、前記導電性調節手段は、前記複数の電磁石と対向する周面および前記所定の軸方向に貫通して形成されたスリットであってもよく、また異方導電性材料であってもよい。
【００１２】
また、本発明では、回転可能なロータと、前記ロータを所定の軸回りに回転駆動する回転駆動手段と、前記ロータの外周面に取り付けられる磁性部材と、前記ロータの周囲に前記磁性部材に対応する関係に配置され、前記ロータを磁気吸引力により前記所定の軸方向およびそれと直交する方向に対して非接触に支持する複数の電磁石と、前記磁性部材に設けられ、前記ロータの回転軸方向およびこの回転軸と直交する方向を含む面を形成するスリットとを有する磁気軸受装置とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の磁気軸受装置の第１の実施形態に係る側断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００１６】
磁気軸受装置1 におけるロータ4 は、略円筒形状の筐体2 内に収納され、回転軸3 の下方端付近に円盤4aを取り付けている。またこの円盤4aの上下面には、隙間を介して磁極を対向させることによりロータ4 のスラスト方向（回転軸3 の軸方向）および傾き方向（回転軸3 の傾き方向）に対してロータ4 を非接触に支持するための上部電磁石5a,5b,5c,5d および下部電磁石5e,5f,5g,5h （但し、5fと5hは図示せず）が設けられている。これら上部電磁石5a,5b,5c,5d および下部電磁石5e,5f,5g,5h はスラスト磁気軸受5 を構成している。またロータ4 の円盤4aの外周面には、隙間を介して磁極を対向させることによりロータ4 のラジアル方向（回転軸3 と直交する方向）に対して非接触に支持するための電磁石6a,6b,6c,6d が設けられている。これら電磁石6a,6b,6c,6d はラジアル磁気軸受６を構成している。
【００１７】
また筐体2 内の上部電磁石5a,5b,5c,5d の上方には、ロータ4 を回転駆動するための電動機7 が設けられている。
ロータ4 の円盤4a外周側には、回転軸3 の軸方向に貫通し半径方向に沿って等間隔に形成されたスリット（導電性調節手段）8 が、ここでは計36本設けられている。
【００１８】
図３は、スラスト磁気軸受5 およびラジアル磁気軸受6 の磁束の流れを説明するための図であり、スラスト磁気軸受5 の上部電磁石5cと下部電磁石5gおよびラジアル磁気軸受6 の電磁石6cのみを拡大して示している。
【００１９】
これらスラスト磁気軸受5 の上部電磁石5cと下部電磁石5gおよびラジアル磁気軸受6 の電磁石6cは、ロータ4 の円盤4aに設けたそれぞれのスリット8 が形成する面に対してほぼ平行な面内で磁路を形成することになる。つまり、スラスト磁気軸受5 の上部電磁石5cの磁束M1は、円盤4aの半径方向に対して外側から内側に流れ、上部電磁石5cと円盤4aとの隙間を通って電磁石ヨークに入り、閉ループを構成している。また、スラスト磁気軸受5 の下部電磁石5gの磁束M2は、円盤4aの半径方向に対して内側から外側に流れ、下部電磁石5gと円盤4aとの隙間を通って電磁石ヨークに入り、閉ループを構成している。さらに、ラジアル磁気軸受6 の電磁石6cの磁束M3は、円盤4aの軸方向に対して上側から下側に流れ、電磁石6cと円盤4aとの隙間を通って電磁石ヨークに入り、閉ループを構成している。これらM1,M2,M3が形成する面は、スリット8 が形成する面とほぼ平行である。
【００２０】
スラスト磁気軸受5 の上部電磁石5a,5b,5dと下部電磁石5e,5f,5hおよびラジアル磁気軸受6 の電磁石6a,6b,6dについてはここでは図示していないが、図３と同様に磁束の流れが形成される。
【００２１】
次に、本発明における導電性調節手段、すなわち円盤4aにスリット8 を設けることによる作用を説明する。
本発明において円盤4aにスリット8 を設けた理由は、ロータ4 の円盤4aが電動機7 で回転駆動された時に発生する鉄損、特に渦電流損を低減させるためである。
【００２２】
つまり、仮にスリット8 が形成されていない状態を考えた場合、円盤4aは電動機7 で回転駆動されると、スラスト磁気軸受5 の上部電磁石5a,5b,5c,5d と下部電磁石5e,5f,5g,5h 、およびラジアル磁気軸受6 の電磁石6a,6b,6c,6d の磁極部に対向する上下面および外周面には、渦電流損が発生する。この渦電流損は、周方向に分割して配置されたスラスト磁気軸受5 およびラジアル磁気軸受6 の磁束が、周方向に対して一様ではなく分布してしまうために発生する。
【００２３】
従来の磁気軸受装置では、この渦電流損を低減するために積層継鉄が広く用いられている。しかし、積層継鉄を用いた渦電流損低減の方法はラジアル磁気軸受に対しては有効に働くが、スラスト磁気軸受に対してはその効果は期待できない。そこで本発明では、渦電流損がロータ4 の回転に伴って発生することに着目し、スリット8 を設けた円盤4aを回転させるとともに、その周囲にラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受を配置した。
【００２４】
ロータ4 の回転に伴い、スラスト磁気軸受5 およびラジアル磁気軸受6 に起因して円盤4aには渦電流が誘起されるが、この渦電流は円盤4aに設けたスリット8 で遮られる。これは、スリット8 が形成されているために円盤4aの周方向に磁束が移動しないことに起因している。したがって、渦電流の発生を抑制することが可能となる。
【００２５】
このように構成された本実施形態の磁気軸受装置1 では、導電性調節手段であるスリット8 を設けたことにより、渦電流損の低減のための積層継鉄を使用することなくロータ4 の円盤4aの上下部と外周部にスラスト磁気軸受5 およびラジアル磁気軸受6 を配置することができる。したがって、ラジアル磁気軸受をその軸方向に複数配置した従来の磁気軸受装置に比べて軸方向長さが短くコンパクトな構成となる。
【００２６】
また、積層継鉄を用いる必要がなくなるため、筐体2 内に露出する積層継鉄の端面が錆びることによる筐体内の汚染を防止することができる。
また、積層継鉄を用いた場合に問題となる遠心力および熱膨張差変形に起因するアンバランスを除去または低減できるので、ロータ4 の回転運動特性を向上でき、さらに大口径ロータを用いることが容易となる。
【００２７】
なお、図２では電動機7 をスラスト磁気軸受5 の上部電磁石5a,5b,5c,5d の上側に設けた構成となっているが、例えばスラスト磁気軸受5 の下部電磁石5e,5f,5g,5h の下側に設けた構成であってもよい。さらに、図３ではスラスト磁気軸受5 の上部電磁石5cと下部電磁石5gおよびラジアル磁気軸受6 の電磁石6cの磁束M1,M2,M3が記載されているが、磁束の流れが逆向きとなるように電磁石を制御しても、本発明の効果を期待することができる。
【００２８】
続いて、図４を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、以下に説明する各実施形態において第１の実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２９】
図４は本発明の第２の実施形態に係る磁気軸受装置10の側断面図である。
本実施形態における磁気軸受装置10の特徴は、筐体2 がロータ4 の内部空間に挿入されるべく挿入部2aを設け、この挿入部2aに電動機7 を取り付けることにより、電動機7 をロータ4 の内周部に配置した点にある。そのため、図示のようにラジアル磁気軸受6 と電動機7 を回転軸3 の軸方向に対して同じ高さの位置に配置することが可能となる。
【００３０】
このような構成の第２の実施形態によれば、第１の実施形態に比べて軸方向長さが短くなり、コンパクトな磁気軸受装置を提供することができる。
続いて、図５を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。図５は本発明の第３の実施形態に係る磁気軸受装置20の側断面図である。本実施形態における磁気軸受装置20の特徴は、筐体2 の挿入部2aの形状を図４に示したものから変形し、この挿入部2aにラジアル磁気軸受6 を取り付けることにより、ラジアル磁気軸受6 をロータ4 の円盤4aの内周部に配置した点にある。なお、電動機7 はロータ4 の外周部に配置されている。そのため、図示のようにラジアル磁気軸受6 と電動機7 を回転軸3 の軸方向に対して同じ高さの位置に配置することが可能となる。
【００３１】
このような構成の第３の実施形態によれば、先の実施形態と同様に軸方向長さが短くなり、コンパクトな磁気軸受装置を提供することができる。
図６は、本発明の磁気軸受装置1 におけるスラスト磁気軸受5 およびラジアル磁気軸受6 の変位センサ配置を説明する側断面図、図７は図６におけるＢ−Ｂ線断面図である。ここで、図６に示した側断面図は図７中のＣ−Ｃ線断面図に相当するものである。
【００３２】
スラスト磁気軸受5 に用いるスラスト変位センサ11a,11b,11c,11d は、ロータ4 の円盤4aの上面に対して空隙を介した状態で筐体2 に等間隔に固定されている。これらスラスト変位センサ11a,11b,11c,11d は、円盤4aの内周付近上面（スリット8 が形成されていない部分）を検出し、図示しないスラスト変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ4 の軸方向変位および傾き方向変位を求める。これらスラスト変位センサ11a,11b,11c,11d の変位信号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によってスラスト磁気軸受5 が位置決め制御される。
【００３３】
また、ラジアル磁気軸受6 に用いるラジアル変位センサ12a,12b は、円盤4aの上部でロータ4 の外周面に対して空隙を介した状態で、９０°の位相差をもって筐体2 に固定されている。これらラジアル変位センサ12a,12b は、ロータ4 の外周面を検出し、図示しないラジアル変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ4 の半径方向変位を求める。これらラジアル変位センサ12a,12b の変位信号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によってラジアル磁気軸受6 が位置決め制御される。
【００３４】
なお、図６においてスラスト変位センサ11a,11b,11c,11d は、ロータ4 の円盤4aの上面に対して空隙を介した状態で筐体2 に固定されているが、円盤4aの下面に空隙を介した状態で筐体2 に固定しても良い。また、ラジアル変位センサ12a,12b は、円盤4aの上部でロータ4 の外周面に対して空隙を介した状態で筐体2 に固定されているが、円盤4aの下部でロータ4 の外周面、またはロータ4 の内周面に対して空隙を介した状態で筐体2 に固定しても良い。
【００３５】
また、ここではスラスト変位センサの数は４個、ラジアル変位センサの数は２個の例を示したが、スラスト変位センサの数は３個以上、ラジアル変位センサの数は２個以上設けることにより、装置に必要となる空間５自由度を確実に検出することができる。
【００３６】
図８は、本発明の磁気軸受装置30におけるスラスト磁気軸受5 およびラジアル磁気軸受6 の変位センサ配置を説明する側断面図、図９は図８におけるＤ−Ｄ線断面図である。ここで、図８に示した側断面図は図９中のＥ−Ｅ線断面図に相当するものである。
【００３７】
スラスト磁気軸受5 に用いるスラスト変位センサ13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h （但し13e,13f,13h は図示せず）は、ロータ4 の円盤4aの上面および下面に対して空隙を介した状態で筐体2 に等間隔に固定されている。これらスラスト変位センサ13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h は、円盤4aの上面（スリット8 が形成されている部分）を検出し、図示しないスラスト変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ4 の軸方向変位および傾き方向変位を求める。これらスラスト変位センサ13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h の変位信号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によってスラスト磁気軸受5 が制御される。
【００３８】
また、ラジアル磁気軸受6 に用いるラジアル変位センサ14a,14b,14c,14d は、円盤4aの外周側面に対して空隙を介した状態で、９０°の位相差をもって筐体2 に固定されている。これら変位センサ14a,14b,14c,14d は、円盤4aの外周側面を検出し、図示しないラジアル変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ4 の半径方向変位を求める。こららラジアル変位センサ14a,14b,14c,14d の変位信号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によってラジアル磁気軸受6 が位置決め制御される。
【００３９】
なお、図８および図９ではスラスト変位センサ13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h は、ロータ4 の円盤4aの上下面に空隙を介した状態で筐体2 に固定されているが、円盤4aの上下面にそれぞれ同一平面を形成するように少なくとも３組以上のスラスト変位センサを配置すれば良い。
【００４０】
図１０は、図８および図９に示す磁気軸受装置30のラジアル変位センサ14a,14c の差動出力信号を説明するための図である。ロータ4 が回転駆動すると、ラジアル変位センサ14a,14c の出力信号は回転同期成分の振動波形31a,32a と、ロータ4 の円盤4aに設けたスリット8 がラジアル変位センサ14a,14c の検出位置を通過する度に発生するパルス状の振動波形31b,32b が重畳した出力波形31,32 となる。このパルス状の振動波形31b,32b は、ロータ4 の振動変位とは関係なく、スリット8 の影響で発生する誤差信号である。
【００４１】
そのため、ラジアル変位センサ14a の出力信号31またはラジアル変位センサ14c の出力信号32を使用してラジアル磁気軸受6 を浮上制御すると、ロータ4 の回転駆動に伴ってパルス状の振動波形31b または32b に起因した振動が発生し、ロータ4 の浮上特性が劣化する。そこで、両者の出力信号31,32 の差動信号33を浮上制御に用いることにより、スリット8 の影響で発生するパルス状の振動波形31b,32b を除去または低減することができ、良好な浮上特性が維持される。
【００４２】
さらに、円盤4aの遠心力および熱膨張変形に起因する検出誤差を小さくできると共に、ラジアル変位センサの検出感度が２倍に向上することになるので、より高精度で安定性の高い磁気軸受装置が提供される。
【００４３】
また、図１０はラジアル変位センサ14a,14c の差動信号を説明するための図であるが、ラジアル変位センサ14b と14d およびスラスト変位センサ13a と13e 、13b と13f 、13c と13g 、13d と13h の組で同様に差動信号を生成し、それら差動信号を用いてラジアル磁気軸受6 とスラスト磁気軸受5 が制御することも可能である。
【００４４】
続いて、図１１および図１２を参照して本発明の第４の実施形態を説明する。図１１は本発明の第４実施形態に係る磁気軸受装置40の側断面図であり、図１２は図１１中のＦ−Ｆ線断面図である。ここで、図１１に示した側断面図は図１２中のＧ−Ｇ線断面図に相当するものである。また、図１３および図１４はスラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の磁束の流れを説明するための図であり、それぞれ図１１および図１２に対応して描かれている。
【００４５】
本実施形態における磁気軸受装置40は、筐体2 内に収納され回転軸3 の下方端付近に円盤4aを設けたロータ4 と、この円盤4aの上下面には、隙間を介して磁極を対向させることによりロータ4 のスラスト方向および傾き方向に対してロータ4 を非接触に支持するための上部電磁石41a,41b,41c,41d および下部電磁石41e,41f,41g,41h （但し、41f と41h は図示せず）が設けられている。これら上部電磁石41a,41b,41c,41d および下部電磁石41e,41,41g,41hはスラスト磁気軸受5 を構成している。また、ロータ4 の円盤4aの外周面には、隙間を介して磁極を対向させることによりロータ4 のラジアル方向に対して非接触に支持するための電磁石42a,42b,42c,42d が設けられている。これら電磁石42a,42b,42c,42d はラジアル磁気軸受6 を構成している。
【００４６】
また筐体2 内の上部電磁石41a,41b,41c,41d の上方には、ロータ4 を回転駆動する電動機7 が設けられている。
ロータ4 の円盤4a外周側には、回転軸3 の軸方向に貫通し半径方向に沿って等間隔に形成されたスリット8 が、ここでは計36本設けられている。このスリット8 は、第１の実施形態の場合と同様、ロータ4 の円盤4aが電動機7 で回転駆動された時に発生する鉄損、特に渦電流損を低減する働きをする。
【００４７】
さらに本実施形態では、ロータ4 の回転軸3 を中心として筐体2 に同心円状に装着された２個の環状磁石43a,43b が配置されている。これら環状磁石43a,43b は回転軸3 の軸方向に対して互いに逆向きに着磁され、互いに対向する側の一端面がラジアル磁気軸受6 の磁極42a,42b,42c,42d と磁気的に接続されている。一方、環状磁石43a,43b の他端面はスラスト磁気軸受5 の上部磁極41a,41b,41c,41d および下部磁極41e,41f,41g,41h にそれぞれ磁気的に接続されている。
【００４８】
また、スラスト磁気軸受5 の上部磁極41a,41b,41c,41d と下部磁極41e,41f,41g,41h は、筐体2 に同心円状に装着された環状継鉄部44によって磁気的に接続されている。
【００４９】
さらに、ラジアル磁気軸受6 の磁極42a,42b,42c,42d は、周方向に９０°の位相差をもって筐体2 に固定されており、その位置から回転軸3 の方向に突出した形状をなしている。ラジアル磁気軸受6 の磁極42a,42b,42c,42d は、全体として略環状の磁極リング46を構成すると共に、筐体2 に同心円状に装着され環状継鉄部44の内側に内挿された非磁性材製（例えばアルミニウムやステンレス）からなる支持部材45に固定されている。
【００５０】
また、スラスト磁気軸受5 の上部磁極41a,41b,41c,41d および下部磁極41e,41f,41g,41h にはそれぞれ制御コイル47a,47b,47c,47d と47e,47f,47g,47h （但し、47f と47h は図示せず）が巻装されており、同様にラジアル磁気軸受6 の磁極42a,42b,42c,42d には制御コイル48a,48b,48c,48d が巻装されている。
【００５１】
図１３に示されるように、環状磁石43a,43b から発生した磁束M4a,M4b は、ラジアル磁気軸受6 の磁極42a,42b,42c,42d を通り、スラスト磁気軸受5 の上部磁極41a,41b,41c,41d と下部磁極41e,41f,41g,41h を通る閉ループを構成している。
【００５２】
ここで、例えばロータ4 が半径方向に対して図１３の左方向に変位して図中左側の半径方向空隙長が狭くなった場合には、その狭くなった空隙を通過する磁束（吸引力）を弱め、図中右側の広くなった半径方向空隙長の磁束を通過する磁束（吸引力）を強くするように制御コイル48a,48c に電流を印加することで、ロータ4 には図中右方向に磁気力が作用して安定化される。
【００５３】
また、図１４に示されるように、制御コイル48a,48c が作る磁束M5は磁極42a →磁極リング46→磁極42c →円盤4aを通る閉ループを構成している。そしてその結果、磁極42a を通る磁束M4a,M4b と磁束M5とは互いに逆向きに流れて打消し合い、磁極42c を通る磁束M4a,M4b と磁束M5は同じ向きに流れて強め合うことにより、上述した制御コイルによる半径方向の安定化浮上制御が達成される。
【００５４】
同様に、制御コイル48b,48d 間を移動する磁束に関しても、上述した制御コイル48a,48c の場合と同様に、磁束が強め合うことにより安定に浮上制御される。また、例えばロータ4 が軸方向に対して図１３の下方に変位し、図中下側の軸方向空隙長が小さくなった場合には、その空隙部の磁束（吸引力）を弱め、図中上側の広くなった軸方向空隙長の磁束（吸引力）を強くするように制御コイル47a,47b,47c,47d,47e,47f,47g,47h に電流を印加することで、ロータ4 には図中上方への磁気力が作用して安定化される。
【００５５】
ここで、制御コイル47a,47e が作る磁束M6a は磁極41a →環状継鉄部44→磁極41e →円盤4aを通る閉ループを構成している。そしてその結果、磁極41e を通る磁束M4b と磁束M6a とは互いに逆向きに流れて打消し合い、磁極41a を通る磁束M4a と磁束M6a は同じ向きに流れて強め合うことにより、上述した制御コイルによる軸方向の安定化浮上制御が達成される。
【００５６】
同様に制御コイル47b,47f が作る磁束M6b （図示せず）、制御コイル47c,47g が作る磁束M6c 、制御コイル47d,47h が作る磁束M6d （図示せず）によっても軸方向の安定化浮上制御が達成されると共に、磁束M6a,M6b,M6c,M6d が独立に制御されているので、ロータ4 の傾き方向に対しても安定化が実現される。
【００５７】
なお、各制御コイルの入力端は図示しない安定化浮上制御装置の出力端に接続されている。この安定化浮上制御装置は、例えば公知のゼロパワー制御方式を採用したものを採用することが可能であり、図示しない変位センサの出力信号を導入して各制御コイルの電流または電圧を制御するように構成されている。
【００５８】
なお、本発明の磁気軸受装置は上述した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもない。たとえば、上記各実施形態では、導電性調節手段として円盤4aにスリット8 を設けたものを説明したが、本発明はこの形態以外の方法でも実現することができる。その１つとして、「異方性導電材料」を用いる方法がある。「異方性導電材料」としては、例えば日立化成工業株式会社から販売される日立異方導電フィルム「アニソルム（ＡＣ−２１０１）」や、東芝ケミカル株式会社から販売される異方性導電ペースト「ＸＡＰシリーズ」を挙げることができる。これらの材料は、円盤4aの表面に貼付または塗布し、電気を流す必要のある方向に対して圧力を付与することにより、その方向にのみ導電性を持たせることができる特性を有している。したがって、本発明の場合には、先のスリット8 を形成した方向とは異なる方向に圧力を付与して導電性に異方性を持たせれば、スリットを形成した場合と同様の効果を期待でき、導電性調節手段として十分に機能させることができる。
【００５９】
また、本実施形態の説明ではスリット8 の数を36本に設定したものを示したが、本発明はこの本数に限定されるものではない。スリット8 の数が増加した場合、ロータ4 の回転に伴って生じる鉄損、特に渦電流損は低下するため、回転特性は向上する。しかし、ロータ4 の円盤4aの機械的強度は低下してしまう。したがって、スリット8 の数や間隔は電動機7 の容量やロータ4 の許容発熱量、円盤4aの機械的強度、回転数、スリット8 の形状等によって最適値が定まり、実際の設計で任意に決定されるものである。本発明では、単に１本のスリットを設けるだけでも従来以上の効果を得ることができる。
【００６０】
また、上記各実施形態では、円盤4aに対してスリット8 を形成した例のみを示したが、ロータと円盤とを一体的に成形し、そこにスリットを形成してもよい。この場合、導電性調整手段はスリットのみということになる。
【００６１】
また、上記各実施形態では、スリットはラジアル方向およびスラスト方向に沿った状態で形成されたもののみを示したが、本発明はこれ以外の方向にスリットを形成した場合にも効果を期待することができる。つまり本発明では円盤4aの表面に発生する渦電流がその回転方向に移動することを防止する必要があるが、例えばスリットをロータ半径方向からやや傾斜させた状態（渦巻き状）に形成しても、渦電流の低減に寄与することができる。すなわちスリットの形成角度は設計に応じて任意に設定することが可能である。
【００６２】
また、上記各実施形態では、円盤4aに対してスリットを形成することにより導電性調整手段を構成した例のみを示したが、板状に形成された複数の部材をロータの周囲に所定間隔で接合し、全体として円盤状に形成しても本発明の効果を期待することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来のものに比べて回転軸方向に短く、装置内部の汚染を低減することが可能な磁気軸受装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気軸受装置の第１の実施形態に係る側断面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図３】スラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の磁束の流れを説明するための図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る磁気軸受装置の側断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る磁気軸受装置の側断面図。
【図６】磁気軸受装置におけるスラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の変位センサ配置を説明する側断面図。
【図７】図６におけるＢ−Ｂ線断面図。
【図８】磁気軸受装置におけるスラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の変位センサ配置の他の例を説明する側断面図。
【図９】図８におけるＤ−Ｄ線断面図。
【図１０】図８および図９に示す磁気軸受装置30のラジアル変位センサ14a,14c の差動出力信号を説明するための図。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る磁気軸受装置の側断面図。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ線断面図。
【図１３】スラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の磁束の流れを図１１で示した断面から説明するための図。
【図１４】スラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の磁束の流れを図１２で示した断面から説明するための図。
【図１５】従来の磁気軸受装置を示す側断面図。
【符号の説明】
1,10,120,30,40 磁気軸受装置
2 筐体
3 回転軸
4 ロータ
4a 円盤
5 スラスト磁気軸受
6 ラジアル磁気軸受
7 電動機
8 スリット（導電性調節手段）

Claims

回転可能なロータと、前記ロータを所定の軸回りに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ロータの周囲に配置され、前記ロータを磁気吸引力により前記所定の軸方向およびそれと直交する方向に対して非接触に支持する複数の電磁石と、
前記ロータの表面に貼付または塗布された異方性導電材料の、前記複数の電磁石と対向する面に、前記ロータの回転に伴い誘起される渦電流を前記ロータの周方向に遮るような方向に圧力を付与して、導電性に異方性をもたせることによって形成され、前記ロータの回転方向に対して導電性を非連続的な状態にする導電性調節手段と、
を有することを特徴とする磁気軸受装置。