JP5290240B2 - Rotating device, turbo molecular pump - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotating device which rotates stably when a rotor rotates at a high speed and rotates at a relatively high speed by rotating force of an inductive motor with excellent reliability, and a turbo molecular pump. <P>SOLUTION: The rotating device includes a rotor shaft 11 which rotates at a high speed by rotating force of an inductive motor. A rotor spacer 20 comprises a fixed part in a small inner diameter fixed to the rotor shaft 11 and a cylindrical covering part in a large inner diameter for covering the periphery of a motor end ring 13b, the covering part being formed integrally with an end part on the side of a core 13a of a reverse motor rotor of the fixed part, and the outer diameter of the covering part being smaller than the outer diameter of a core of the motor rotor. By fixing the fixed part fitting to the rotor shaft 11, the covering part covers the periphery of the end part on the side of the core 13a of the reverse motor rotor of the motor end ring 13b. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、誘導型モータのロータが固定されたロータシャフトが該誘導型モータの回転力により比較的高速で回転する回転装置、及び回転装置を備えたターボ分子ポンプに関するものである。   The present invention relates to a rotating device in which a rotor shaft to which a rotor of an induction type motor is fixed rotates at a relatively high speed by the rotational force of the induction type motor, and a turbo molecular pump including the rotating device.

上記のようにロータシャフトが比較的高速で回転する回転装置の一例として、ターボ分子ポンプがある。図１はターボ分子ポンプの構成例を示す断面図である。ターボ分子ポンプは、ロータシャフト１１を備え、該ロータシャフト１１には誘導型モータ１２のモータロータ１３、ラジアル磁気軸受１４のターゲット１５、１５、ラジアル変位センサ１６の被センサ部１７、１７、アキシャル磁気軸受１８のターゲット１９、アキシャル変位センサの被センサ部（図示せず）等が一体的に固定されている。   As an example of a rotating device in which the rotor shaft rotates at a relatively high speed as described above, there is a turbo molecular pump. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a turbo molecular pump. The turbo molecular pump includes a rotor shaft 11. The rotor shaft 11 includes a motor rotor 13 of an induction motor 12, targets 15 and 15 of a radial magnetic bearing 14, sensor portions 17 and 17 of a radial displacement sensor 16, and an axial magnetic bearing. Eighteen targets 19, a sensor portion (not shown) of an axial displacement sensor, and the like are fixed integrally.

ロータシャフト１１の上端には、回転翼６０とねじ溝部６２とを有するロータ（羽根車）６４が固着されている。そしてポンプケーシング６６の内面には、回転翼６０と交互に固定翼６８が配置され、これによって、高速回転する回転翼６０と静止している固定翼６８の相互作用によって排気を行う翼排気部Ｌ１が構成されている。また、ねじ溝部６２を囲むようにねじ溝部スペーサ７０が配置され、これによって、高速回転するねじ溝部６２のねじ溝６２ａのドラッグ作用によって排気を行なうねじ溝排気部Ｌ２が構成されている。このように、翼排気部Ｌ１の下流側にねじ溝排気部Ｌ２を設けることで、広い流量範囲に対応することが可能なターボ分子ポンプとなる。 A rotor (impeller) 64 having a rotary blade 60 and a thread groove 62 is fixed to the upper end of the rotor shaft 11. On the inner surface of the pump casing 66, fixed blades 68 are alternately arranged with the rotary blades 60, and thereby, a blade exhaust portion L that performs exhaust by the interaction of the rotary blades 60 that rotate at high speed and the stationary blades 68 that are stationary. 1 is configured. Further, a thread groove spacer 70 is disposed so as to surround the thread groove part 62, and thereby, a thread groove exhaust part L 2 is configured to exhaust by a drag action of the thread groove 62 a of the thread groove part 62 rotating at high speed. Thus, by providing the thread groove exhaust portion L 2 on the downstream side of the blade exhaust portion L 1 , a turbo molecular pump capable of dealing with a wide flow rate range is obtained.

上記の従来のターボ分子ポンプのモータロータ１３と軸方向の位置決め用のロータスペーサ２０は、図２に示すように軸方向でモータエンドリング１３ｂ、１３ｂとターゲット１５、１５に接触している。誘導型モータのモータロータ１３のコア１３ａ内に配置した導体を集合接続するモータエンドリング１３ｂが配置され、該モータエンドリング１３ｂを構成する材料には純アルミニウムの鋳込み材が用いられている。一般的にモータエンドリング用として鋳込まれている純アルミニウムの比重、引張強さ、縦弾性係数、線膨張係数を以下に示す。   The motor rotor 13 of the conventional turbo molecular pump and the axial positioning rotor spacer 20 are in contact with the motor end rings 13b and 13b and the targets 15 and 15 in the axial direction as shown in FIG. A motor end ring 13b for collectively connecting conductors arranged in the core 13a of the motor rotor 13 of the induction motor is disposed, and a pure aluminum casting material is used as a material constituting the motor end ring 13b. The specific gravity, tensile strength, longitudinal elastic modulus, and linear expansion coefficient of pure aluminum generally cast for motor end rings are shown below.

比重：２．７
引張強さ：６８ＭＰａ
縦弾性係数：６８．６ＭＰａ
線膨張係数：２．４×１０−５／℃
よって、ロータを高速回転させる際、この部分の強度が、回転体の許容回転数を制約することもある。 Specific gravity: 2.7
Tensile strength: 68 MPa
Longitudinal elastic modulus: 68.6 MPa
Linear expansion coefficient: 2.4 × 10 −5 / ° C.
Therefore, when the rotor is rotated at high speed, the strength of this portion may limit the allowable number of rotations of the rotating body.

特開２００２−２８６０３６号公報JP 2002-286036 A

上記従来のターボ分子ポンプにおいて、モータエンドリング１３ｂは図２に示すように片持ち構造となっており、高速回転させたときに遠心力等により図３の破線１００に示すように弾性変形する。そのためモータエンドリング１３ｂの半径方向の変形を抑えるために、モータエンドリング１３ｂの端面をロータスペーサ２０の端面と接触させている。また、変形が抑えられることによりこの部分に作用する応力も小さくすることができる。しかし、例えばポンプにガスを導入するなど、誘導型モータ１２に負荷のかかる運転を行うと、モータロータ１３が発熱する。このときアルミニウム材からなるモータエンドリング１３ｂは膨張係数がその他の部材を構成する材料よりも大きいため、モータエンドリング１３ｂとロータスペーサ２０には、軸方向の内部応力が作用する。また、この内部応力が作用するために（モータエンドリング１３ｂとロータスペーサ２０同士が圧縮し合う）、ロータ全体の固有振動数に変化をもたらし、ロータの安定した回転を阻害するという問題があった。   In the conventional turbo molecular pump, the motor end ring 13b has a cantilever structure as shown in FIG. 2, and is elastically deformed as shown by a broken line 100 in FIG. Therefore, the end surface of the motor end ring 13b is brought into contact with the end surface of the rotor spacer 20 in order to suppress deformation in the radial direction of the motor end ring 13b. Further, since the deformation is suppressed, the stress acting on this portion can be reduced. However, for example, when a load is applied to the induction motor 12 such as introducing gas into the pump, the motor rotor 13 generates heat. At this time, the motor end ring 13b made of an aluminum material has an expansion coefficient larger than that of the material constituting the other members, so that axial internal stress acts on the motor end ring 13b and the rotor spacer 20. In addition, since the internal stress acts (the motor end ring 13b and the rotor spacer 20 are compressed together), there is a problem in that the natural frequency of the entire rotor is changed and the stable rotation of the rotor is hindered. .

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ロータが高速回転時に安定して回転し、信頼性に優れた誘導型モータの回転力により比較的高速で回転する回転装置、ターボ分子ポンプを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points. A rotating device and a turbo molecular pump in which a rotor rotates stably at a high speed and rotates at a relatively high speed by the rotational force of an induction motor with excellent reliability. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため本発明は、ロータシャフトと、該ロータシャフトに固定されたモータロータのコアと該モータロータのコア内に配置された導体と該導体を接続するモータエンドリングを具備する誘導型モータロータと、ロータシャフトの誘導型モータロータの軸方向両側に配置されたラジアル磁気軸受のターゲットと、誘導型モータロータとラジアル磁気軸受のターゲットの間に介在する位置決め用のロータスペーサとを備え、ロータシャフトが誘導型モータの回転力により回転する回転装置であって、ロータスペーサは、ロータシャフトに固定される小内径の固定部と該固定部の反モータロータのコア側の端部に一体的に形成され外径寸法がモータロータのコアの外径寸法より小さい円筒状でモータエンドリングの外周を覆う大内径の覆い部とからなり、該固定部を該ロータシャフトに嵌合させて固定することにより、覆い部でモータエンドリングの反モータロータのコア側の端部の外周を覆う構成であり、モータエンドリングの反モータロータのコア側端部とロータスペーサの覆い部の内面の間にロータシャフトの軸方向に空隙が設けられ、該モータエンドリングの反モータロータのコア側端部は非接触であることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an induction motor rotor comprising a rotor shaft, a core of a motor rotor fixed to the rotor shaft, a conductor disposed in the core of the motor rotor, and a motor end ring connecting the conductors. And a radial magnetic bearing target disposed on both axial sides of the induction motor rotor of the rotor shaft, and a positioning rotor spacer interposed between the induction motor rotor and the radial magnetic bearing target. The rotor spacer is rotated by the rotational force of the mold motor, and the rotor spacer is formed integrally with a small inner diameter fixed portion fixed to the rotor shaft and an end of the fixed portion on the core side of the counter-motor rotor. Ouchi that covers the outer periphery of the motor end ring in a cylindrical shape whose dimensions are smaller than the outer diameter of the core of the motor rotor Of consists of a cover portion, by the fixing unit for fixing by fitting to the rotor shaft, Ri configuration der that by covering part covering the outer periphery of an end portion of the core side of the anti-motor rotor of the motor end ring, motor end A gap is provided in the axial direction of the rotor shaft between the end of the ring opposite to the motor rotor on the core side and the inner surface of the cover portion of the rotor spacer, and the end of the motor end ring on the core side of the counter motor rotor is non-contacting. Features.

上記のように、ロータスペーサの覆い部がモータロータのコア内に配置された導体を接続するモータエンドリングの反モータロータのコア側の端部の外周を覆うので、高速回転時のモータエンドリングの半径方向への変位を抑えることができ、モータエンドリングの変形による破損を防止できる。また、モータエンドリングの反モータロータのコア側端部とロータスペーサの覆い部の内面の間にロータシャフトの軸方向に空隙を設けているので、モータエンドリングの熱膨張による内部応力の上昇、及びそれに起因するロータ固有振動数変化を抑えることができる。 As described above, the rotor spacer cover covers the outer periphery of the end on the core side of the motor rotor opposite to the motor end ring that connects the conductors arranged in the core of the motor rotor. The displacement in the direction can be suppressed, and damage due to deformation of the motor end ring can be prevented. Further, since a gap is provided in the axial direction of the rotor shaft between the end of the motor end ring on the core side of the motor rotor and the inner surface of the cover portion of the rotor spacer, an increase in internal stress due to the thermal expansion of the motor end ring, and A change in the natural frequency of the rotor due to this can be suppressed.

また、本発明は、上記回転装置において、ロータスペーサは、モータロータのコアの軸方向端面にモータエンドリングより内周側にて接触していることを特徴とする。   In the rotating device according to the present invention, the rotor spacer is in contact with the axial end surface of the core of the motor rotor on the inner peripheral side from the motor end ring.

上記のように、ロータスペーサは、モータロータのコアの軸方向端面にモータエンドリングより内周側にて接触しているので、線膨張係数（熱膨張係数）の大きいモータエンドリングがモータロータのコアとラジアル磁気軸受のターゲットの間に介在しないことになるから、モータロータのコア等の軸方向位置決めは熱膨張係数の大きいモータエンドリングを考慮することなく行なうことができる。また、線膨張係数の大きいモータエンドリングがモータロータのコアとラジアル磁気軸受のターゲットとの間に介在しないことから、従来のようにモータロータのコアとラジアル磁気軸受のターゲットの間にモータエンドリングが介在している場合に比べて、モータエンドリングの熱膨張による内部応力の作用を抑えることができ、ロータ全体の固有振動数の変化を抑えることが可能となる。 As described above, since the rotor spacer is in contact with the axial end surface of the motor rotor core on the inner peripheral side from the motor end ring, the motor end ring having a large linear expansion coefficient (thermal expansion coefficient) is connected to the motor rotor core. Since there is no interposition between the targets of the radial magnetic bearing, the axial positioning of the motor rotor core and the like can be performed without considering a motor end ring having a large thermal expansion coefficient. In addition, since a motor end ring having a large linear expansion coefficient is not interposed between the core of the motor rotor and the target of the radial magnetic bearing, the motor end ring is interposed between the core of the motor rotor and the target of the radial magnetic bearing as in the past. Compared with the case where it is doing, the effect of the internal stress by the thermal expansion of a motor end ring can be suppressed, and the change of the natural frequency of the whole rotor can be suppressed.

また、本発明は、上記回転装置において、ロータスペーサを構成する材料の線膨張係数は、モータエンドリングを構成する材料の線膨張係数より小さいことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the linear expansion coefficient of the material constituting the rotor spacer is smaller than the linear expansion coefficient of the material constituting the motor end ring .

上記のように、ロータスペーサを構成する材料の線膨張係数をモータエンドリングを構成する材料の線膨張係数より小さくすることにより、従来のようにモータロータのコアとラジアル磁気軸受のターゲットの間に線膨張係数の大きいモータエンドリングが介在している場合に比べて、熱膨張によるロータ全体の固有振動数の変化を抑えることが可能となる。 As described above, by making the linear expansion coefficient of the material constituting the rotor spacer smaller than the linear expansion coefficient of the material constituting the motor end ring, the line between the core of the motor rotor and the target of the radial magnetic bearing as in the conventional case is used. Compared with a case where a motor end ring having a large expansion coefficient is interposed, it is possible to suppress a change in the natural frequency of the entire rotor due to thermal expansion.

また、本発明は、上記回転装置において、モータエンドリング外周面とロータスペーサの覆い部の内周面の間にロータシャフトの半径方向に空隙が設けられ、モータエンドリング外周面が非接触であることを特徴とする。   Further, according to the present invention, in the rotating device described above, a gap is provided in the radial direction of the rotor shaft between the outer peripheral surface of the motor end ring and the inner peripheral surface of the cover portion of the rotor spacer, and the outer peripheral surface of the motor end ring is not in contact. It is characterized by that.

また、本発明は、上記回転装置において、モータエンドリングの断面形状はロータシャフトの軸方向に沿ってモータロータのコア側が厚く反モータロータのコア側が薄いテーパ状になっていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the rotating device, the motor end ring has a cross-sectional shape that is tapered along the axial direction of the rotor shaft, and the core side of the motor rotor is thin and the core side of the counter-motor rotor is thin.

上記のように、モータエンドリングの断面形状をロータシャフトの軸方向に沿ってモータロータのコア側が厚く反モータロータのコア側が薄いテーパ状とすることにより、モータの回転によりモータエンドリング先端部のモータロータの外周側への変形量を抑えることができる。 As described above, the cross-sectional shape of the motor end ring is tapered along the axial direction of the rotor shaft so that the core side of the motor rotor is thick and the core side of the anti-motor rotor is thin . The amount of deformation toward the outer periphery can be suppressed.

また、本発明は、上記回転装置を備えたターボ分子ポンプにある。   Moreover, this invention exists in the turbo-molecular pump provided with the said rotation apparatus.

本発明によれば、ロータスペーサは、ロータシャフトに固定される小内径の固定部と該固定部の反モータロータのコア側の端部に一体的に形成され外径寸法がモータロータのコアの外径寸法より小さい円筒状でモータエンドリングの外周を覆う大内径の覆い部とからなり、該固定部を該ロータシャフトに嵌合させて固定することにより、覆い部でモータエンドリングの反モータロータのコア側の端部の外周を覆う構成であるので、回転による遠心力の作用によりモータエンドリングの半径方向の変位を抑えることができ、破損を防止できると共に、モータエンドリングの反モータロータのコア側端部とロータスペーサの覆い部の内面の間にロータシャフトの軸方向に空隙を設けているので、モータエンドリングの熱膨張による内部応力の上昇、及びそれに起因するロータ固有振動数変化を抑えることができるから、高速回転時の信頼性に優れた回転装置を提供できる。 According to the present invention, the rotor spacer is formed integrally with a fixed portion having a small inner diameter fixed to the rotor shaft and an end of the fixed portion on the core side of the counter-motor rotor, and the outer diameter dimension is the outer diameter of the core of the motor rotor. It has a cylindrical part smaller than the size and a cover part with a large inner diameter that covers the outer periphery of the motor end ring. By fixing the fixed part by fitting it to the rotor shaft, the core part of the motor end ring opposite to the motor end ring is covered by the cover part. Since the outer periphery of the side end portion is covered, the displacement of the motor end ring in the radial direction can be suppressed by the action of centrifugal force due to rotation, and the damage can be prevented and the core end of the motor end ring on the opposite side of the motor rotor Since there is a gap in the axial direction of the rotor shaft between the inner surface of the cover portion of the rotor spacer and the rotor spacer, an increase in internal stress due to thermal expansion of the motor end ring And because it is possible to suppress the rotor natural frequency changes due to it, it can provide an excellent rotary device reliability during high-speed rotation.

ターボ分子ポンプの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of a turbo-molecular pump. ターボ分子ポンプのシャフト組立体の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the shaft assembly of a turbo-molecular pump. 図２の一部拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2. 本発明に係る回転装置の回転体の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the rotary body of the rotating apparatus which concerns on this invention. 図４の一部拡大図である。FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. 4. 本発明に係る回転装置の回転体の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the rotary body of the rotating apparatus which concerns on this invention. 図６の一部拡大図である。FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 6. 本発明に係る回転装置の回転体の他の構成例の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of other structural example of the rotary body of the rotating apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る回転装置の回転体の他の構成例の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of other structural example of the rotary body of the rotating apparatus which concerns on this invention. モータエンドリングを覆う部材に用いる材料と特性を示す図である。It is a figure which shows the material and characteristic which are used for the member which covers a motor end ring.

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図４は本発明に係る回転装置の回転体の構成例を示す断面図、図５はその一部拡大図である。ここで回転体１０はターボ分子ポンプのシャフト部組体を例に説明する。図示する回転体１０はロータシャフト１１を有し、該ロータシャフト１１に誘導型モータのモータロータ１３、該モータロータ１３の両側にラジアル磁気軸受のターゲット１５、１５が該ターゲット１５、１５とモータロータコア１３ａの間にロータスペーサ２０、２０を介在させて軸方向に配置されている。モータロータ１３はモータロータコア１３ａを有し、該モータロータコア１３ａに導体が配置され、該導体を集合接続するモータエンドリング１３ｂがモータロータコア１３ａの両側に配置されている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example of a rotating body of the rotating device according to the present invention, and FIG. 5 is a partially enlarged view thereof. Here, the rotating body 10 will be described by taking a shaft part assembly of a turbo molecular pump as an example. A rotating body 10 shown in the figure has a rotor shaft 11. A motor rotor 13 of an induction motor is attached to the rotor shaft 11, and radial magnetic bearing targets 15, 15 are arranged on both sides of the motor rotor 13. The rotor spacers 20 and 20 are interposed therebetween and are arranged in the axial direction. The motor rotor 13 has a motor rotor core 13a. A conductor is disposed on the motor rotor core 13a, and motor end rings 13b that collectively connect the conductors are disposed on both sides of the motor rotor core 13a.

ロータスペーサ２０は円筒状体で、内部にモータエンドリング１３ｂの外周を覆う内径の空間が形成されている。該ロータスペーサ２０、２０がモータロータコア１３ａとその両側に配置されたラジアル磁気軸受のターゲット１５、１５の間に介在した状態で、モータロータコア１３ａ、ロータスペーサ２０、２０、ラジアル磁気軸受のターゲット１５、１５等の軸方向の位置決めがなされ、且つロータスペーサ２０、２０でモータエンドリング１３ｂの半径方向外周を覆った構成となっている。つまりロータスペーサ２０、２０の一端部（反モータロータコア１３ａ側の端部）がロータシャフトに嵌合し、他端がモータエンドリング１３ｂの外周側にてモータロータコア１３ａの両端面と軸方向に接触している。また、モータエンドリング１３ｂの反モータエンドリング１３ｂ側端面とロータスペーサ２０内側の端面の間に所定の間隙ｇ１が設けられ、該モータエンドリング１３ｂの端面が非接触となっている。   The rotor spacer 20 is a cylindrical body and has an inner diameter space that covers the outer periphery of the motor end ring 13b. In a state where the rotor spacers 20 and 20 are interposed between the motor rotor core 13a and the targets 15 and 15 of the radial magnetic bearings arranged on both sides thereof, the motor rotor core 13a, the rotor spacers 20 and 20, the target 15 of the radial magnetic bearing, 15 and the like are positioned in the axial direction, and the rotor spacers 20 and 20 cover the outer periphery in the radial direction of the motor end ring 13b. That is, one end of the rotor spacers 20, 20 (the end on the side opposite to the motor rotor core 13a) is fitted to the rotor shaft, and the other end contacts the both end surfaces of the motor rotor core 13a in the axial direction on the outer peripheral side of the motor end ring 13b. doing. A predetermined gap g1 is provided between the end surface of the motor end ring 13b on the side opposite to the motor end ring 13b and the end surface on the inner side of the rotor spacer 20, and the end surface of the motor end ring 13b is not in contact.

上記のようにモータエンドリング１３ｂの端面とロータスペーサ２０内面間に間隙ｇ１を設け、モータエンドリング１３ｂを軸方向ではロータスペーサ２０と接触させないことにより、モータエンドリング１３ｂの熱膨張による内部応力の上昇、及びそれに起因するロータ固有振動数の変化を抑えることができる。また、ロータスペーサ２０がモータエンドリング１３ｂの半径方向外周を覆う構造とすることにより、モータエンドリング１３ｂに加わる遠心力等による半径方向の変形を抑えることができ、モータエンドリング１３ｂの変形による破損を防ぐことができる。モータエンドリング１３ｂとそれを覆うロータスペーサ２０内面との半径方向の間隙ｇ２は、回転体１０の組立できる程度の間隙が確保できればよい。   As described above, the gap g1 is provided between the end surface of the motor end ring 13b and the inner surface of the rotor spacer 20, and the motor end ring 13b is not brought into contact with the rotor spacer 20 in the axial direction. The rise and the change in the rotor natural frequency due to the rise can be suppressed. Further, since the rotor spacer 20 covers the outer periphery in the radial direction of the motor end ring 13b, it is possible to suppress radial deformation due to centrifugal force applied to the motor end ring 13b, and damage due to deformation of the motor end ring 13b. Can be prevented. The gap g2 in the radial direction between the motor end ring 13b and the inner surface of the rotor spacer 20 that covers the motor end ring 13b only needs to ensure a gap that allows the rotating body 10 to be assembled.

モータロータ１３とラジアル磁気軸受のターゲット１５、１５等の軸方向の位置決めは、ロータスペーサ２０、２０を介してモータエンドリング１３ｂを直接接触させないようにするため、ロータスペーサ２０、２０を図４に示すようにモータエンドリング１３ｂの外周側でモータロータコア１３ａに接触させる構成を採用する。これにより軸方向の接触は、ロータスペーサ２０、２０とモータロータコア１３ａの両端面との直接接触となる。モータロータコア１３ａを構成する材料には、強磁性材である珪素鋼板が用いられる。また、ロータスペーサ２０を構成する材料には、ＳＵＳ合金、チタン合金等が適している。ＳＵＳ合金やチタン合金の線膨張係数はアルミニウムの線膨張係数に比べるとそれぞれ小さく、また珪素鋼鈑の線膨張係数に比較的近い値であり、熱膨張による内部応力の上昇、回転体１０の全体の固有振動数への影響も小さい。   The positioning of the motor rotor 13 and the radial magnetic bearing targets 15 and 15 in the axial direction prevents the motor end ring 13b from directly contacting the rotor spacers 20 and 20 so that the rotor spacers 20 and 20 are shown in FIG. Thus, the structure which contacts the motor rotor core 13a by the outer peripheral side of the motor end ring 13b is employ | adopted. Thus, the axial contact is a direct contact between the rotor spacers 20 and 20 and both end faces of the motor rotor core 13a. A silicon steel plate which is a ferromagnetic material is used as a material constituting the motor rotor core 13a. Further, SUS alloy, titanium alloy or the like is suitable for the material constituting the rotor spacer 20. The linear expansion coefficient of SUS alloy and titanium alloy is smaller than the linear expansion coefficient of aluminum, and is relatively close to the linear expansion coefficient of silicon steel sheet, increasing internal stress due to thermal expansion, and the entire rotating body 10. The influence on the natural frequency is small.

図１０にロータスペーサ２０、即ちモータエンドリング１３ｂを覆う部材に用いることができる材料とその特性（比重、引張強さ［ＭＰａ］、縦弾性係数［ＧＰａ］、線膨張係数×１０−５／℃、比強度＝引張強さ／比重）を示す。図示するように、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ６３０、ＴＡＦ６４００がモータエンドリング１３ｂを覆う部材（ここではロータスペーサ２０）に用いることができる。 FIG. 10 shows materials that can be used for the rotor spacer 20, that is, a member that covers the motor end ring 13 b and its characteristics (specific gravity, tensile strength [MPa], longitudinal elastic modulus [GPa], linear expansion coefficient × 10 −5 / ° C. , Specific strength = tensile strength / specific gravity). As illustrated, SUS304, SUS403, SUS420, SUS630, and TAF6400 can be used as a member (here, the rotor spacer 20) that covers the motor end ring 13b.

図４において、点線１０１で示す部分は、ロータスペーサ２０が、モータエンドリング１３ｂの半径方向の変形を抑えているために、ロータスペーサ２０自身が半径方向へ微小変形することを示す。このようにロータスペーサ２０自身が半径方向へ微小変形するので、図５に示すように、この部分のロータスペーサ２０の径寸法φＤｓをモータロータコア１３ａやラジアル磁気軸受のターゲット１５（図４参照）等のその他の回転体１０外径の径寸法φＤｃに対して、同等以下（Ｄｓ≦Ｄｃ）に形成しておく方が望ましい。   In FIG. 4, a portion indicated by a dotted line 101 indicates that the rotor spacer 20 suppresses deformation in the radial direction of the motor end ring 13b, and thus the rotor spacer 20 itself slightly deforms in the radial direction. Since the rotor spacer 20 itself is slightly deformed in the radial direction in this way, as shown in FIG. 5, the diameter dimension φDs of this portion of the rotor spacer 20 is set to the motor rotor core 13a, the radial magnetic bearing target 15 (see FIG. 4), etc. It is desirable that the other rotating body 10 is formed so as to have a diameter equal to or less than (Ds ≦ Dc) with respect to the outer diameter φDc.

図６は本発明に係る回転装置の回転体の他の構成例を示す断面図、図７はその一部拡大図である。図示するように、ここではモータエンドリング１３ｂを覆う構造の部材、即ちロータスペーサ２０が、モータエンドリング１３ｂより内周側にてモータロータコア１３ａの両端面と軸方向に接触している。また、ロータスペーサ２０の反モータロータコア１３ａ側の端部近傍内部にモータエンドリング１３ｂの端部外周を覆う内径の空間が形成されている。該ロータスペーサ２０がモータロータコア１３ａとその両側に配置されたラジアル磁気軸受のターゲット１５、１５の間に介在した状態で、モータロータコア１３ａ、ロータスペーサ２０、２０、ラジアル磁気軸受のターゲット１５、１５等の軸方向の位置決めがなされ、且つロータスペーサ２０、２０でモータエンドリング１３ｂの反モータロータコア１３ａ側の端部外周を覆っている。また、モータエンドリング１３ｂの反モータロータコア１３ａ側の端面とロータスペーサ２０内側端面の間に所定の間隙ｇ１が設けられている。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing another configuration example of the rotating body of the rotating device according to the present invention, and FIG. 7 is a partially enlarged view thereof. As shown in the drawing, a member having a structure covering the motor end ring 13b, that is, the rotor spacer 20, is in axial contact with both end surfaces of the motor rotor core 13a on the inner peripheral side from the motor end ring 13b. Further, an inner diameter space that covers the outer periphery of the end of the motor end ring 13b is formed in the vicinity of the end of the rotor spacer 20 on the side opposite to the motor rotor core 13a. In a state where the rotor spacer 20 is interposed between the motor rotor core 13a and the targets 15 and 15 of the radial magnetic bearings arranged on both sides thereof, the motor rotor core 13a, the rotor spacers 20 and 20, the targets 15 and 15 of the radial magnetic bearing, etc. The rotor spacers 20 and 20 cover the outer periphery of the end of the motor end ring 13b on the side opposite to the motor rotor core 13a. A predetermined gap g1 is provided between the end surface of the motor end ring 13b on the side opposite to the motor rotor core 13a and the inner end surface of the rotor spacer 20.

上記のようにモータエンドリング１３ｂの端面とロータスペーサ２０内側端面の間に間隙ｇ１を設け、モータエンドリング１３ｂを軸方向ではロータスペーサ２０と接触させないことにより、モータエンドリング１３ｂの熱膨張による内部応力の上昇、及びそれに起因するロータ固有振動数の変化を抑えることができる。また、ロータスペーサ２０がモータエンドリング１３ｂの反モータロータコア１３ａ側の端部外周を覆う構造とすることにより、モータエンドリング１３ｂに加わる遠心力等による半径方向の変形を抑えることができ、モータエンドリング１３ｂの変形による破損を防ぐことができる。   As described above, the gap g1 is provided between the end surface of the motor end ring 13b and the inner end surface of the rotor spacer 20, and the motor end ring 13b is not brought into contact with the rotor spacer 20 in the axial direction. It is possible to suppress an increase in stress and a change in the natural frequency of the rotor resulting therefrom. Further, since the rotor spacer 20 covers the outer periphery of the end of the motor end ring 13b on the side opposite to the motor rotor core 13a, it is possible to suppress radial deformation due to centrifugal force applied to the motor end ring 13b. Damage due to deformation of the ring 13b can be prevented.

図６において、点線１０２で示す部分は、ロータスペーサ２０が、モータエンドリング１３ｂの半径方向の変形を抑えているために、ロータスペーサ２０自身が半径方向へ微小変形することを示す。このようにロータスペーサ２０自身が半径方向へ微小変形するので、図７に示すように、この部分のロータスペーサ２０の径寸法φＤｓをモータロータコア１３ａやラジアル磁気軸受のターゲット１５（図６参照）等のその他の回転体１０外径の径寸法φＤｃに対して、同等以下（Ｄｓ≦Ｄｃ）に形成しておく方が望ましい。   In FIG. 6, a portion indicated by a dotted line 102 indicates that the rotor spacer 20 suppresses deformation in the radial direction of the motor end ring 13b, and thus the rotor spacer 20 itself is slightly deformed in the radial direction. Since the rotor spacer 20 itself is slightly deformed in the radial direction in this way, as shown in FIG. 7, the diameter dimension φDs of the rotor spacer 20 in this portion is set to the motor rotor core 13a, the radial magnetic bearing target 15 (see FIG. 6), etc. It is desirable that the other rotating body 10 is formed so as to have a diameter equal to or less than (Ds ≦ Dc) with respect to the outer diameter φDc.

図８は本発明に係る回転装置の回転体の他の構成例の一部を示す断面図である。図示するように、モータエンドリング１３ｂはその断面がモータロータコア１３ａ側が厚く、反対側が薄いテーパ状となっている。ロータスペーサ２０は内部に断面テーパ状のモータエンドリング１３ｂの外周を覆う断面テーパ状の空間が形成されている。この断面テーパ状空間にモータエンドリング１３ｂが配置され、該ロータスペーサ２０でモータエンドリング１３ｂの外周を覆っている。また、モータエンドリング１３ｂの反モータロータコア１３ａ側の端面とロータスペーサ２０内側端面の間に所定の間隙ｇ１が設けられている。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a part of another configuration example of the rotating body of the rotating device according to the present invention. As shown in the drawing, the motor end ring 13b has a tapered shape with a cross section that is thicker on the motor rotor core 13a side and thinner on the opposite side. The rotor spacer 20 is formed with a taper-shaped space covering the outer periphery of the motor end ring 13b having a taper-shaped cross section. The motor end ring 13b is disposed in the tapered space, and the rotor spacer 20 covers the outer periphery of the motor end ring 13b. A predetermined gap g1 is provided between the end surface of the motor end ring 13b on the side opposite to the motor rotor core 13a and the inner end surface of the rotor spacer 20.

上記のようにモータエンドリング１３ｂの断面形状をテーパ構造とすることにより、モータエンドリング１３ｂの回転による遠心力による変形量を低減することができる。また、モータエンドリング１３ｂの付け根部の断面積が増えるため、モータエンドリング１３ｂの自身の構造的強度を増すことができる。また、モータエンドリング１３ｂは、モータロータコア１３ａ内の導体を流れる２次電流を集合接続している。モータロータコア１３ａの電導断面積（モータロータコア１３ａの容積）が図２に対し同等であれば電気抵抗値は同一となり、誘導型モータ性能への影響もない。電導断面積（モータエンドリング１３ｂ容積）を同一に保てればその形状は任意である。   By making the cross-sectional shape of the motor end ring 13b into a tapered structure as described above, it is possible to reduce the amount of deformation due to the centrifugal force caused by the rotation of the motor end ring 13b. Further, since the cross-sectional area of the base portion of the motor end ring 13b increases, the structural strength of the motor end ring 13b itself can be increased. Further, the motor end ring 13b collectively connects the secondary current flowing through the conductor in the motor rotor core 13a. If the conductive cross-sectional area of the motor rotor core 13a (volume of the motor rotor core 13a) is equivalent to that in FIG. 2, the electric resistance values are the same and there is no influence on the performance of the induction motor. The shape is arbitrary as long as the conductive cross-sectional area (volume of the motor end ring 13b) can be kept the same.

上記のようにモータエンドリング１３ｂの端面とロータスペーサ２０内側端面の間に間隙ｇ１を設け、モータエンドリング１３ｂを軸方向ではロータスペーサ２０と接触させないことにより、モータエンドリング１３ｂの熱膨張による内部応力の上昇、及びそれに起因するロータ固有振動数の変化を抑えることができる。また、ロータスペーサ２０がモータエンドリング１３ｂの半径方向外周を覆う構造とすることにより、モータエンドリング１３ｂに加わる遠心力等による半径方向の変形を抑えることができ、モータエンドリング１３ｂの変形による破損を防ぐことができる。モータエンドリング１３ｂとそれを覆うロータスペーサ２０内面との半径方向の間隙ｇ２は、組立できる程度の間隙が確保できればよい。   As described above, the gap g1 is provided between the end surface of the motor end ring 13b and the inner end surface of the rotor spacer 20, and the motor end ring 13b is not brought into contact with the rotor spacer 20 in the axial direction. It is possible to suppress an increase in stress and a change in the natural frequency of the rotor resulting therefrom. Further, since the rotor spacer 20 covers the outer periphery in the radial direction of the motor end ring 13b, it is possible to suppress radial deformation due to centrifugal force applied to the motor end ring 13b, and damage due to deformation of the motor end ring 13b. Can be prevented. The gap g2 in the radial direction between the motor end ring 13b and the inner surface of the rotor spacer 20 that covers the motor end ring 13b only needs to ensure a gap that can be assembled.

図９は本発明に係る回転装置の回転体の他の構成例の一部を示す断面図である。図示するように、ここではモータエンドリング１３ｂを覆う構造の部材、即ちロータスペーサ２０が、モータエンドリング１３ｂより内周側にてモータロータコア１３ａの両端面と軸方向に接触している。モータエンドリング１３ｂはその断面がモータロータコア１３ａ側が厚く、反対側が薄いテーパ状となっている。ロータスペーサ２０の反モータロータコア１３ａ側の端部近傍内部にモータエンドリング１３ｂの端部外周を覆う内径の空間が形成されている。該ロータスペーサ２０がモータロータコア１３ａとラジアル磁気軸受のターゲット１５の間に介在した状態で、ロータスペーサ２０でモータエンドリング１３ｂの反モータロータコア１３ａ側の端部外周を覆っている。このように構成しても、図８に示す構成の回転体と同様の作用効果を奏する。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of another configuration example of the rotating body of the rotating device according to the present invention. As shown in the drawing, a member having a structure covering the motor end ring 13b, that is, the rotor spacer 20, is in axial contact with both end surfaces of the motor rotor core 13a on the inner peripheral side from the motor end ring 13b. The motor end ring 13b has a tapered shape in which the cross section is thick on the motor rotor core 13a side and thin on the opposite side. A space having an inner diameter covering the outer periphery of the end of the motor end ring 13b is formed in the vicinity of the end of the rotor spacer 20 on the side opposite to the motor rotor core 13a. With the rotor spacer 20 interposed between the motor rotor core 13a and the target 15 of the radial magnetic bearing, the rotor spacer 20 covers the outer periphery of the end of the motor end ring 13b on the side opposite to the motor rotor core 13a. Even if comprised in this way, there exists an effect similar to the rotary body of the structure shown in FIG.

上記回転体１０を有する回転装置の適用例としては、ロータを数万回転の回転数で駆動させる図１に示すようなターボ分子ポンプが考えられ、その他、ターボ分子ポンプに比べて比較的大流量を排気させるモレキュラードラッグポンプ等に適用することもできる。また、軸受としては磁気軸受を例に説明したが、磁気軸受以外の機械式ベアリング、動圧軸受などを用いることもできる。   As an application example of the rotating device having the rotating body 10, a turbo molecular pump as shown in FIG. 1 in which the rotor is driven at a rotational speed of tens of thousands of revolutions can be considered. It can also be applied to a molecular drag pump or the like that exhausts the gas. Moreover, although the magnetic bearing was demonstrated to the example as a bearing, mechanical bearings other than a magnetic bearing, a dynamic pressure bearing, etc. can also be used.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記例ではモータエンドリング１３ｂの外周を覆う部材をロータスペーサ２０に一体として設けた例を説明したが、該モータエンドリング１３ｂの外周を覆う部材をロータスペーサ２０と別体としてもよい。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims and the specification and drawings. Is possible. For example, in the above example, the member that covers the outer periphery of the motor end ring 13b is provided integrally with the rotor spacer 20. However, the member that covers the outer periphery of the motor end ring 13b may be separated from the rotor spacer 20.

本発明は、ロータスペーサの反モータロータのコア側の端部に一体的に形成され外径寸法がモータロータのコアの外径寸法より小さい円筒状でモータエンドリングの外周を覆う大内径の覆い部を設け、該覆い部でモータエンドリングの反モータロータのコア側の端部外周を覆うので、回転によるモータエンドリングの半径方向の変位を抑えることにより破損を防止できる高速回転時の信頼性に優れた回転装置として利用することができる。   The present invention provides a cover portion having a large inner diameter that is formed integrally with an end of the rotor spacer on the core side of the motor rotor and has an outer diameter that is smaller than the outer diameter of the core of the motor rotor and covers the outer periphery of the motor end ring. Since the outer end of the motor end ring on the core side of the motor rotor is covered with the cover, the reliability of the motor end ring at high speeds can be prevented by suppressing the radial displacement of the motor end ring due to rotation. It can be used as a rotating device.

１０ 回転体
１１ ロータシャフト
１２ 誘導型モータ
１３ モータロータ
１３ａ モータロータコア
１３ｂ モータエンドリング
１５ ラジアル磁気軸受のターゲット
２０ ロータスペーサ 10 Rotating body 11 Rotor shaft
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Induction type motor 13 Motor rotor 13a Motor rotor core 13b Motor end ring 15 Target of radial magnetic bearing 20 Rotor spacer

Claims (6)

ロータシャフトと、該ロータシャフトに固定されたモータロータのコアと該モータロータのコア内に配置された導体と該導体を接続するモータエンドリングを具備する誘導型モータロータと、前記ロータシャフトの前記誘導型モータロータの軸方向両側に配置されたラジアル磁気軸受のターゲットと、前記誘導型モータロータと前記ラジアル磁気軸受のターゲットの間に介在する位置決め用のロータスペーサとを備え、前記ロータシャフトが誘導型モータの回転力により回転する回転装置であって、
前記ロータスペーサは、前記ロータシャフトに固定される小内径の固定部と該固定部の反前記モータロータのコア側の端部に一体的に形成され外径寸法が前記モータロータのコアの外径寸法より小さい円筒状で前記モータエンドリングの外周を覆う大内径の覆い部とからなり、該固定部を該ロータシャフトに嵌合させて固定することにより、前記覆い部で前記モータエンドリングの反前記モータロータのコア側の端部の外周を覆う構成であり、
前記モータエンドリングの反前記モータロータのコア側端部と前記ロータスペーサの覆い部の内面の間に前記ロータシャフトの軸方向に空隙が設けられ、該モータエンドリングの反前記モータロータのコア側端部は非接触であることを特徴とする回転装置。 A rotor shaft, a core of a motor rotor fixed to the rotor shaft, a conductor disposed in the core of the motor rotor, and a motor end ring connecting the conductors; and the induction motor rotor of the rotor shaft A radial magnetic bearing target disposed on both sides in the axial direction, and a positioning rotor spacer interposed between the induction motor rotor and the radial magnetic bearing target, wherein the rotor shaft has a rotational force of the induction motor. A rotating device that rotates according to
The rotor spacer is formed integrally with a fixed portion having a small inner diameter fixed to the rotor shaft and an end of the fixed portion on the core side of the motor rotor, and the outer diameter dimension is larger than the outer diameter dimension of the core of the motor rotor. A small cylindrical shape and a large inner diameter covering portion covering the outer periphery of the motor end ring, and by fixing the fixed portion by fitting the fixed portion to the rotor shaft, the motor rotor is opposed to the motor end ring by the covering portion. configuration der covering the outer periphery of the core side of the end portion is,
A gap is provided in the axial direction of the rotor shaft between the end of the motor end ring on the core side of the motor rotor and the inner surface of the cover of the rotor spacer, and the end of the motor end on the core side of the motor rotor Is a non-contact rotating device. 請求項１に記載の回転装置において、
前記ロータスペーサは、前記モータロータのコアの軸方向端面に前記モータエンドリングより内周側にて接触していることを特徴とする回転装置。 The rotating device according to claim 1,
The rotating device is characterized in that the rotor spacer is in contact with the axial end surface of the core of the motor rotor on the inner peripheral side from the motor end ring. 請求項１又は２に記載の回転装置において、
前記ロータスペーサを構成する材料の線膨張係数は、前記モータエンドリングを構成する材料の線膨張係数より小さいことを特徴とする回転装置。 The rotating device according to claim 1 or 2,
The rotating device characterized in that a linear expansion coefficient of a material constituting the rotor spacer is smaller than a linear expansion coefficient of a material constituting the motor end ring . 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転装置において、
前記モータエンドリング外周面と前記ロータスペーサの覆い部の内周面の間に前記ロータシャフトの半径方向に空隙が設けられ、前記モータエンドリング外周面が非接触であることを特徴とする回転装置。 The rotating device according to any one of claims 1 to 3,
A rotating device characterized in that a gap is provided in the radial direction of the rotor shaft between the outer peripheral surface of the motor end ring and the inner peripheral surface of the cover portion of the rotor spacer, and the outer peripheral surface of the motor end ring is non-contact. . 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転装置において、
前記モータエンドリングの断面形状は前記ロータシャフトの軸方向に沿って前記モータロータのコア側が厚く反モータロータのコア側が薄いテーパ状になっていることを特徴とする回転装置。 The rotating device according to any one of claims 1 to 4,
The motor end ring has a cross-sectional shape in which the core side of the motor rotor is thick and the core side of the anti-motor rotor is thin along the axial direction of the rotor shaft . 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転装置を備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。   A turbo molecular pump comprising the rotating device according to any one of claims 1 to 5.
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