JP7052920B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプに関し、特に、磁気軸受とモータとを備える真空ポンプに関する。

従来、磁気軸受とモータとを備える真空ポンプが知られている。このような真空ポンプは、たとえば、特開２０００－２８３１６０号公報に開示されている。

上記特開２０００－２８３１６０号公報では、ロータ翼と、ロータ翼を回転させる高周波モータと、５軸制御型磁気軸受とを備えるターボ分子ポンプ（真空ポンプ）が開示されている。５軸制御型磁気軸受では、２組の半径方向位置制御用電磁石と、１組の軸方向位置制御用電磁石とを使用している。

特開２０００－２８３１６０号公報では明示的には記載されていないが、特開２０００－２８３１６０号公報の図面には、上下に延びる回転軸の先端にロータ翼が設けられており、回転軸の軸方向に沿って、ロータ翼側から順番に、１組目の半径方向位置制御用電磁石、高周波モータ、２組目の半径方向位置制御用電磁石、軸方向位置制御用電磁石が、並んで設けられている構成が示されている。

特開２０００－２８３１６０号公報

上記特開２０００－２８３１６０号公報のように、従来の真空ポンプでは、ロータ翼および回転軸を含む回転体を回転させるためのモータに加えて、回転体を磁気浮上させるために、２組の半径方向位置制御用電磁石（ラジアル磁気軸受）と、１組の軸方向位置制御用電磁石（スラスト磁気軸受）とを設けて、これらの４つの機構（モータ、２組のラジアル磁気軸受、１組のスラスト磁気軸受）が軸方向に沿って並べて配置されている。

ここで、より小さいスペースにも真空ポンプを設置可能とするため、軸方向における真空ポンプの寸法を抑制することが望まれている。従来の真空ポンプでは、軸方向における真空ポンプの寸法について十分検討されていない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、軸方向における寸法を抑制することが可能な真空ポンプを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における真空ポンプは、第一端および第二端を有し、軸方向に延びる回転軸と、回転軸の第一端側に接続され、回転軸の軸方向において第一端側から第二端側に向けて内径が拡大するように延びる翼支持部と、翼支持部の外周面に設けられた回転翼と、を含む回転体と、回転体を回転駆動するモータ、回転体を径方向に支持する第１、第２ラジアル磁気軸受、および回転体を軸方向に支持するスラスト軸受を含む回転機構と、を備え、回転機構は、回転軸と翼支持部との間で回転軸の周囲に設けられ、第１外径を有し、第１ラジアル磁気軸受として動作可能な磁気軸受ユニットと、磁気軸受ユニットよりも回転軸の第二端側の位置で回転軸の周囲に設けられ、第１外径よりも大きい第２外径を有し、モータと第２ラジアル磁気軸受との両方として動作可能なモータユニットと含む。

なお、本明細書において「ユニット」は、ある機能を実現するための機械構造のまとまりである。モータと第２ラジアル磁気軸受との両方として動作可能なモータユニットとは、モータの構成要素と、第２ラジアル磁気軸受の構成要素とが、少なくとも一部を共有するように設けられたユニットである。また、「回転軸の軸方向において第一端側から第二端側に向けて内径が拡大する」とは、内径が連続的に拡大する形状のみならず、内径が段階的に拡大する形状を含む広い概念である。「磁気軸受」は、定常動作時において、磁気により回転軸を非接触で支持する軸受である。非接触の支持は、磁気軸受の停止時と、動作開始および動作停止に伴う非定常状態とにおける接触を許容する。

本発明によれば、上記のように、モータと第２ラジアル磁気軸受との両方として動作可能なモータユニットを設けることにより、モータと第２ラジアル磁気軸受とが単一のユニットに統合されるので、モータと第２ラジアル磁気軸受とを別々に軸方向に並べる場合と比べて、ユニットが占有する領域の軸方向寸法を抑制できる。また、モータと第２ラジアル磁気軸受とが単一のユニットに統合されたモータユニットでは、たとえばモータのみのユニットと比べると、軸方向寸法または半径方向寸法が大型化する傾向がある。そこで、モータユニットが磁気軸受ユニットの第１外径よりも大きい第２外径を有するので、半径方向寸法を大型化させた分、モータユニットの軸方向寸法については大型化を抑制できる。さらに、回転体に着目すると、回転軸の第一端側に回転翼が設けられる構造では、回転軸の周囲に確保可能な上記モータおよび軸受の設置スペースは、回転翼から軸方向に離れるほど、半径方向に大きくすることができる。そこで、外径が小さい磁気軸受ユニットを第一端側（回転翼側）に配置し、外径が大きいモータユニットを第二端側に配置することにより、回転体に形成される設置スペースの形状に合わせて、磁気軸受ユニットおよびモータユニットの軸方向位置を極力回転翼に近づけることができる。以上の結果、本発明によれば、軸方向における寸法を抑制することが可能な真空ポンプを提供することができる。

真空ポンプの全体構成を示した模式的な断面図である。 回転体、磁気軸受ユニットおよびモータユニットの配置を示した模式図である。 真空ポンプの制御的な構成を説明するためのブロック図である。 モータユニットを軸方向から見た模式的な断面図である。 モータユニットの動作を説明するための模式図である。 磁気軸受ユニットの第１ラジアル磁気軸受を軸方向から見た模式的な断面図である。 磁気軸受ユニットを半径方向から見た模式的な断面図である。 真空ポンプの変形例を示した模式的な断面図である。 変形例による磁気軸受ユニットを軸方向から見た模式的な断面図である。 変形例による磁気軸受ユニットを半径方向から見た模式的な断面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図７を参照して、一実施形態による真空ポンプ１００について説明する。

（真空ポンプの構成）
図１に示すように、真空ポンプ１００は、容器内から気体を排出し、容器内を真空にする（減圧する）ためのポンプである。なお、真空とは、真空ポンプ１００の周囲の大気圧より低い圧力の状態とする。

真空ポンプ１００は、少なくとも１つの吸気口１と、少なくとも１つの排気口２と、少なくとも１つのポンプ部３と、を備える。真空ポンプ１００は、ポンプ部３の動作によって、吸気口１からポンプ部３の内部へ気体を吸い込み、吸い込まれた気体を排気口２から排出する。真空ポンプ１００は、ポンプ部３を収容するハウジング４を備える。図１の例では、ハウジング４には、１つの吸気口１が形成され、１つのポンプ部３が収容されている。ハウジング４には、排気口２が形成された排気管２ａが接続されている。排気口２は、排気管２ａ、ポンプ部３を介して吸気口１に連通する。

また、図１の例では、真空ポンプ１００には、ポンプ部３の動作を制御するための制御ユニット５が設けられている。制御ユニット５は、ハウジング４の底部に取り付けられている。制御ユニット５は、真空ポンプ１００とは別々に設けられ、有線または無線で真空ポンプ１００と通信可能に接続される構成であってもよい。

（ポンプ部）
ポンプ部３は、回転体１０と回転機構２０とを含んでいる。回転体１０および回転機構２０は、ハウジング４内に収容されている。回転体１０が回転機構２０により回転駆動されることにより、回転体１０とハウジング４との間で気体の吸引力が発生する。

図１の構成例では、ポンプ部３は、第１ポンプ構造３ａと第２ポンプ構造３ｂとを含む。図１の例では、真空ポンプ１００は、第１ポンプ構造３ａと第２ポンプ構造３ｂとが直列接続された複合型の真空ポンプである。吸気口１からポンプ部３に取り込まれた気体は、第１ポンプ構造３ａ、第２ポンプ構造３ｂを順番に通過して、排気口２から排出される。

回転体１０は、回転軸１１と、翼支持部１２と、回転翼１３と、を含む。回転体１０は、回転軸１１と、翼支持部１２と、回転翼１３とが一体回転するように設けられている。第１ポンプ構造３ａは、回転体１０の回転翼１３とハウジング４の固定翼７１とによりターボ分子ポンプ（ｔｕｒｂｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｐｕｍｐ）を構成する。回転体１０は、翼支持部１２から回転軸１１の第二端１１ｂ側に延びて、ハウジング４との間で第２ポンプ構造３ｂを構成する円筒部１４を含む。回転体１０には、第１ポンプ構造３ａを構成する回転翼１３と、第２ポンプ構造３ｂを構成する円筒部１４とが一体で回転するように設けられている。第２ポンプ構造３ｂは、回転体１０の後述する円筒部１４と、ハウジング４のポンプステータ７３とにより、分子ドラッグポンプ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｒａｇ ｐｕｍｐ）を構成する。

以下、回転軸１１の中心軸線が延びる方向を、軸方向またはスラスト方向という。回転軸１１の半径方向を、単に半径方向またはラジアル方向という。各図において、軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向のうちＺ１方向を第一端１１ａ側、Ｚ２方向を第二端１１ｂ側と呼ぶ。

図１に示すように、回転機構２０は、回転体１０を回転駆動するモータ３０と、回転体１０を径方向に支持する第１ラジアル磁気軸受４０および第２ラジアル磁気軸受５０と、回転体１０を軸方向に支持するスラスト軸受とを含む。本実施形態では、スラスト軸受は、回転軸の周囲に設けられたスラスト磁気軸受６０である。回転機構２０は、回転軸１１を中心に回転軸１１の周囲を囲むように設けられている。

モータ３０は、回転軸１１に設けられたモータロータ３０ｂ（図４参照）と、回転機構２０に設けられたモータステータ３０ａ（図４参照）と、により構成される。

回転機構２０は、２組のラジアル磁気軸受と、１組のスラスト磁気軸受とを含む５軸磁気軸受を備える。

すなわち、回転機構２０は、それぞれ回転軸１１の周囲に設けられた第１ラジアル磁気軸受４０と、第２ラジアル磁気軸受５０とを含む。回転機構２０は、回転軸１１の周囲に設けられたスラスト磁気軸受６０を含む、磁気軸受は、回転体１０を磁気浮上させることにより、回転体１０と非接触状態で回転体１０を回転可能に支持する。

１組のラジアル磁気軸受により、互いに直交する２つのラジアル方向（Ｘ方向、Ｙ方向とする）の位置制御（２軸）が可能である。軸方向に並んで配置された２組のラジアル磁気軸受により、Ｘ方向回りおよびＹ方向回りの傾きの姿勢制御が可能である。スラスト磁気軸受により、スラスト方向（Ｚ方向）の位置制御（１軸）が可能である。磁気軸受は、１番目のラジアル磁気軸受のＸ１軸およびＹ１軸と、２番目のラジアル磁気軸受のＸ２軸およびＹ２軸と、スラスト磁気軸受のＺ軸とにより、５軸制御が可能である。

本実施形態では、回転機構２０は、磁気軸受ユニット２１と、モータユニット２２とを少なくとも含む。磁気軸受ユニット２１は、第１ラジアル磁気軸受４０として動作可能に構成されている。本実施形態では、図１の構成例では、磁気軸受ユニット２１は、さらに、スラスト磁気軸受６０として動作可能である。すなわち、磁気軸受ユニット２１は、第１ラジアル磁気軸受４０とスラスト磁気軸受６０とを一体的に含む単一のユニットである。モータユニット２２は、モータ３０と第２ラジアル磁気軸受５０との両方として動作可能に構成されたユニットである。このようにモータ３０と第２ラジアル磁気軸受５０との両方として動作する構造は、通常モータとは別個に設けられる１組のラジアル磁気軸受が不要になることから、ベアリングレスモータ、またはセルフベアリングモータなどと呼ばれる。磁気軸受ユニット２１およびモータユニット２２の詳細な構成は後述する。

ハウジング４は、ベース部４ａおよびケース部４ｂを含む。ベース部４ａに回転機構２０が設けられ、回転体１０の回転軸１１が挿入されている。ベース部４ａに排気管２ａが接続されている。ケース部４ｂは、ベース部４ａの上面に取り付けられている。ケース部４ｂは、ベース部４ａに設置された回転体１０の周囲を囲むように円筒状に形成されており、上面に吸気口１が形成されている。

また、真空ポンプ１００は、複数のメカニカルベアリング６と、複数の変位センサ７と、回転センサ８と、を有する。複数のメカニカルベアリング６は、ベース部４ａにおいて、回転軸１１の第一端１１ａの近傍と、第二端１１ｂの近傍とに設けられている。メカニカルベアリング６は、回転軸１１と接触して回転軸１１をラジアル方向およびスラスト方向に支持することが可能である。メカニカルベアリング６は、磁気軸受が作動していない時（磁気浮上していない時）や、外乱が発生した場合に、磁気軸受の代わりに回転体１０を支持するタッチダウンベアリングである。磁気軸受の作動時には、メカニカルベアリング６と回転軸１１（回転体１０）とは非接触となる。

図３に示すように、変位センサ７は、回転軸１１のラジアル方向（Ｘ１方向、Ｙ１方向、Ｘ２方向、Ｙ２方向）の変位をそれぞれ検出する変位センサ７ａ～７ｄと、回転軸１１のスラスト方向（Ｚ方向）の変位を検出する変位センサ７ｅとを含む。回転センサ８は、回転軸１１の回転角度を検出する。

制御ユニット５は、制御部８１と、電源部８２と、ユニット駆動部８３と、センサ回路部８４とを含む。

電源部８２は、外部電源から電力を取得し、制御部８１、ユニット駆動部８３およびセンサ回路部８４への電力供給を行う。電源部８２は、外部からの交流電力を直流電力に変換する電力変換を行う。

ユニット駆動部８３は、制御部８１からの制御信号に基づき、回転機構２０への駆動電流の供給を制御する。ユニット駆動部８３における電流制御により、回転機構２０のモータ３０が回転方向の駆動力（トルク）を発生させ、磁気軸受が各方向の支持力をそれぞれ発生させる。ユニット駆動部８３は、磁気軸受ユニット２１への電流供給を制御するためのインバータ８５ａおよび８５ｂを含む。ユニット駆動部８３は、モータユニット２２への電流供給を制御するためのインバータ８５ｃおよび８５ｄを含む。インバータ８５ａ～８５ｄは、それぞれ、複数のスイッチング素子を含んでいる。

センサ回路部８４は、変位センサ７ａ～７ｅおよび回転センサ８を含み、各センサ信号を制御部８１に入力するための変換処理を行う回路などを含んで構成されている。センサ回路部８４から、変位センサ７ａ～７ｅおよび回転センサ８の各センサ信号が制御部８１に入力される。

制御部８１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのプロセッサと、揮発性および／または不揮発性メモリと、を含むコンピュータにより構成されている。

制御部８１は、ユニット駆動部８３を介して、回転機構２０の動作制御を行う。制御部８１は、センサ回路部８４からの各方向のセンサ信号を取得し、取得したセンサ信号に基づいて、インバータ８５ａ、８５ｂおよび８５ｄに設けられている複数のスイッチング素子をオンオフ制御するための制御信号を出力する。これにより、制御部８１は、真空ポンプ１００の動作中、回転体１０が真空ポンプ１００のどの固定要素にも接触しないように、各磁気軸受を制御する。

制御部８１は、回転センサ８のセンサ信号に基づいて、インバータ８５ｃに設けられている複数のスイッチング素子をオンオフ制御するための制御信号を出力する。これにより、制御部８１は、回転体１０の回転位置に基づいてモータ３０の制御を行う。

（回転体の構造）
図２に示すように、回転軸１１は、第一端１１ａと第二端１１ｂとを有し、軸方向に延びる円柱状部材である。図１の例では、第一端１１ａが回転軸１１の上端であり、第二端１１ｂが回転軸１１の下端である。回転軸１１は、回転機構２０によって、中心軸線周りに回転可能に軸受支持されている。また、回転軸１１は、回転機構２０により中心軸線周りに回転駆動される。図１の例では、回転軸１１が上下方向（鉛直方向）に沿って延びるように設けられた縦型の真空ポンプ１００の例を示しているが、回転軸１１の方向は特に限定されない。回転軸１１は水平方向または斜め方向に向けて配置されていてもよい。

翼支持部１２は、回転体１０のうち、回転翼１３と回転軸１１とを機械的に接続する部分である。翼支持部１２は、回転軸１１の第一端１１ａ側に接続されている。翼支持部１２は、回転軸１１の軸方向において第一端１１ａ側から第二端１１ｂ側に向けて内径が拡大するように延びている。つまり、翼支持部１２は、概略で、回転軸１１の第一端１１ａに向けた円錐状に形成されている。翼支持部１２は、回転軸１１の第二端１１ｂ側から第一端１１ａ側に向かって傾斜したテーパ形状部１２ａを有している。翼支持部１２は、回転軸１１の第一端１１ａから半径方向に延びるフランジ部１２ｂを有している。テーパ形状部１２ａは、フランジ部１２ｂの外周端部に機械的に接続している。

回転体１０は、複数の回転翼１３を有している。回転翼１３は、翼支持部１２の外周面に設けられている。回転翼１３は、翼支持部１２の外周面からハウジング４の内周面近傍まで半径方向に延びている。

回転翼１３は、上記のように、ハウジング４との間で第１ポンプ構造３ａを構成する。複数の回転翼１３は、軸方向に間隔を隔てて複数段設けられている。複数の回転翼１３は、テーパ形状部１２ａの外周面およびフランジ部１２ｂの外周面に沿って並ぶように設けられている。

また、図１に示したように、ハウジング４の内周面には、複数の固定翼７１が設けられている。各固定翼７１は、ハウジング４の内周面から、半径方向内側（回転軸１１側）に向けて延びている。複数の固定翼７１は、複数の回転翼１３と１段ずつ軸方向に交互に並ぶように設けられている。各固定翼７１は、軸方向に積層されたスペーサリング７２を介してベース部４ａ上に載置されている。積層されたスペーサリング７２がベース部４ａとケース部４ｂとの間に挟まれることにより、各固定翼７１が位置決めされる。これにより、ポンプ部３は、回転体１０の回転翼１３（動翼）とハウジング４の固定翼７１（静翼）とにより構成された第１ポンプ構造３ａを含む。

円筒部１４は、回転軸１１と同軸の円筒形状を有する。円筒部１４は、翼支持部１２に接続する第１円筒端部１４ａと、回転軸１１の軸方向における翼支持部１２とは反対側の第２円筒端部１４ｂと、を有する。円筒部１４は、テーパ形状部１２ａに接続する第１円筒端部１４ａから、第２円筒端部１４ｂまで、軸方向に沿って直線状に延びている。

また、ハウジング４の内周面には、円筒状のポンプステータ７３が設けられている。ポンプステータ７３の内周面は、円筒部１４の外周面と小さな間隔を隔てて半径方向に対向する。ポンプステータ７３の内周面には、ねじ溝（図示せず）が形成されている。これにより、ポンプ部３は、回転体１０の円筒部１４とハウジング４のポンプステータ７３とにより構成された第２ポンプ構造３ｂを含む。なお、ねじ溝（図示せず）は、円筒部１４の外周面またはポンプステータ７３の内周面のいずれかに形成されていればよい。

（回転機構の構造）
図１の例では、回転機構２０は、磁気軸受ユニット２１と、モータユニット２２との２つのユニットにより構成されている。

磁気軸受ユニット２１は、回転軸１１と翼支持部１２との間で回転軸１１の周囲に設けられている。モータユニット２２は、磁気軸受ユニット２１よりも回転軸１１の第二端１１ｂ側の位置で回転軸１１の周囲に設けられている。

〈モータユニット〉
図４に示すように、モータユニット２２（モータステータ３０ａ）は、回転軸１１の軸方向と直交する面内において、モータ３０を構成するモータコイル３１と、第２ラジアル磁気軸受５０を構成する第２コイル５１と、モータコイル３１および第２コイル５１がそれぞれ巻回されたステータコア３２と、を有する。

言い換えると、図４に例示するモータユニット２２では、モータコイル３１とステータコア３２とにより構成されるモータステータ３０ａに対して、第２ラジアル磁気軸受５０の第２コイル５１がさらに組み付けられている。

ステータコア３２は、複数のティース３２ａと、ステータヨーク３２ｂとを含む。ステータヨーク３２ｂが回転軸１１の周囲を囲むように円環状に形成されている。複数のティース３２ａがステータヨーク３２ｂの内周面から回転軸１１の中心に向けて半径方向に延びている。複数のティース３２ａは、周方向に等角度間隔で配置され、隣り合うティース３２ａの間にコイルを収容するスロット３２ｃが形成されている。

モータコイル３１および第２コイル５１は、それぞれのティース３２ａに巻回されている。図４では、モータコイル３１および第２コイル５１は、回転軸１１の軸方向と直交する面内において、半径方向に並んで配置されている。つまり、同一のスロット３２ｃ内に、モータコイル３１および第２コイル５１の両方が配置されている。図４の例では、モータコイル３１が半径方向内側に配置され、第２コイル５１が半径方向外側に配置されている。

モータコイル３１および第２コイル５１は、互いに別々のコイルであり、電気的に絶縁されている。モータコイル３１はインバータ８５ｃ（図３参照）に電気的に接続され、第２コイル５１はインバータ８５ｄ（図３参照）に電気的に接続されている。インバータ８５ｃは、たとえば３相電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）をモータ３０へ供給する。モータ３０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電流がそれぞれ供給される３組のモータコイル３１（Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗ）を含む。インバータ８５ｄは、たとえば３相電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を第２ラジアル磁気軸受５０へ供給する。第２ラジアル磁気軸受５０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電流がそれぞれ供給される３組の第２コイル５１（Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ）を含む。

また、モータロータ３０ｂは、回転軸１１と一体で回転するように回転軸１１に設けられている。すなわち、回転軸１１には、ステータコア３２と隙間を隔てて半径方向に対向する位置（軸方向の同一位置）に、永久磁石３３が設けられている。図４の例では、回転軸１１の周方向の半分に亘ってＮ極に着磁された永久磁石３３が設けられ、回転軸１１の周方向の他の半分に亘ってＳ極に着磁された永久磁石３３が設けられている。

図４では、２極、６スロット構造の例を示したが、極数、スロット数は特に限定されない。また、図４において、モータコイル３１および第２コイル５１の各巻線方式は、集中巻きに限られず、分布巻きなどの他の巻線方式であってもよい。

図５に示すように、制御部８１（図３参照）は、インバータ８５ｃ（図３参照）を介して各モータコイル３１に電流を供給させ、モータコイル３１の磁束３１ａと永久磁石３３の磁束３３ａとを相互作用させる。すなわち、モータ３０は、モータコイル３１の磁束３１ａにより永久磁石３３の磁極に吸引、反発の作用力を付与する。制御部８１は、回転体１０の回転角度位置に応じて電流を供給するモータコイル３１を切り替えることにより、回転する磁束３１ａを生成させ、回転体１０を所望の回転速度で回転させる。モータ３０による回転体１０の回転速度は、たとえば１万ｒｐｍ以上１０万ｒｐｍ以下である。

また、制御部８１（図３参照）は、インバータ８５ｄ（図３参照）を介して第２コイル５１に電流を供給させ、第２コイル５１の磁束５１ａと永久磁石３３の磁束３３ａとの相互作用により、回転軸１１（モータロータ３０ｂ）とステータコア３２（モータステータ３０ａ）との間の隙間に合成磁束の粗密を形成させる。その結果、第２ラジアル磁気軸受５０は、第２コイル５１の磁束５１ａと永久磁石３３の磁束３３ａとが互いに強め合う方向に向かう支持力５５を回転軸１１に付与する。

例えば図５では、２つの第２コイル５１（Ｓｕ）の磁束５１ａと磁束３３ａとにより、モータロータ３０ｂのＮ極側の隙間では磁束が強め合い、Ｓ極側の隙間では磁束が弱め合うため、磁束量が多いＮ極側（図中右側）に向かう支持力５５が作用する。図５ではＵ相の第２コイル５１（Ｓｕ）について例示しているが、各第２コイル５１に供給する電流の強さ、向きを制御することにより、任意のラジアル方向に、任意の強さの支持力５５を発生させることができる。制御部８１は、変位センサ７ｃ、７ｄおよび回転センサ８（図３参照）のセンサ信号に基づき、それぞれの第２コイル５１への電流供給を制御することにより、回転体１０が半径方向に非接触状態を維持するように第２ラジアル磁気軸受５０の支持力５５を制御する。

〈磁気軸受ユニット〉
図６に示すように、磁気軸受ユニット２１は、第１ラジアル磁気軸受４０を構成する第１コイル４１を含む。また、図７に示すように、本実施形態では、磁気軸受ユニット２１は、スラスト磁気軸受６０を構成するスラストコイル６１を含む。また、磁気軸受ユニット２１は、第１ラジアル磁気軸受４０およびスラスト磁気軸受６０の両方と相互作用する磁束を発生する磁石部４２と、を有する。

図６に示すように、第１ラジアル磁気軸受４０は、第１コイル４１が取り付けられる第１軸受コア４３を含む。第１軸受コア４３は、回転軸１１の周囲を囲むように円環状に形成されている。第１軸受コア４３には、周方向に間隔を隔てて配置された複数のティース４３ａの間に、複数のスロット４３ｂが設けられている。図６では、４つのスロット４３ｂのそれぞれに、合計４つの第１コイル４１が取り付けられている。第１コイル４１は、電流供給により半径方向に磁束４１ａを発生する。

回転軸１１には、シャフト部１１ｃの外周部に、第１コア部４４が設けられている。第１コア部４４は、円環形状を有し、第１軸受コア４３と半径方向に対向している。

図７に示すように、スラスト磁気軸受６０は、第１ラジアル磁気軸受４０と軸方向に隣接して一体化されている。スラスト磁気軸受６０は、スラストコイル６１が取り付けられるスラストコア６２を含む。スラストコア６２は、回転軸１１の周囲を囲むように円環状に形成されている。スラストコア６２は、軸方向に沿った縦断面（図７に示す断面）において、半径方向内側が開口したＣ字形状の断面を有する。つまり、スラストコア６２は、半径方向内側に、第１端面６２ａおよび第２端面６２ｂと有する。スラストコイル６１は、Ｃ字形状のスラストコア６２の内部に配置され、軸方向の巻回軸周りに、回転軸１１の周囲を囲むように円環状に巻回されている。

磁石部４２は、軸方向において、第１ラジアル磁気軸受４０とスラスト磁気軸受６０との間に配置されている。つまり、磁石部４２は、第１軸受コア４３とスラストコア６２との間に配置されている。磁石部４２は、第１軸受コア４３とスラストコア６２とを連結するように設けられている。磁石部４２は、回転軸１１の周囲を囲むように円環状に形成されている。磁石部４２は、永久磁石であり、軸方向に向けて着磁されている。図７の例では、磁石部４２のうち、第１軸受コア４３と軸方向に対向する表面がＳ極に着磁され、スラストコア６２と軸方向に対向する面がＮ極に着磁されている。

回転軸１１には、シャフト部１１ｃの外周部に、第２コア部６３が設けられている。第２コア部６３は、円環形状を有し、スラストコア６２と半径方向に対向している。

磁気軸受ユニット２１では、磁石部４２は、第１軸受コア４３およびスラストコア６２を通過する磁束を発生する。すなわち、磁石部４２は、磁石部４２のＮ極から、スラストコア６２、回転軸１１とコアとの隙間、第２コア部６３、シャフト部１１ｃ（回転軸１１）、第１コア部４４、回転軸１１とコアとの隙間、第１軸受コア４３、を順番に通過して、磁石部４２のＳ極に戻る経路のバイアス磁束４２ａを形成する。

そのため、図６に示した第１ラジアル磁気軸受４０では、第１軸受コア４３の各ティース４３ａには、半径方向外側に向けてバイアス磁束４２ａが通過する。制御部８１（図３参照）は、インバータ８５ａ（図３参照）を介して第１コイル４１に電流を供給させ、第１コイル４１の磁束４１ａと磁石部４２のバイアス磁束４２ａとの相互作用により、回転軸１１と第１軸受コア４３との間の隙間に合成磁束の粗密を形成する。その結果、第１ラジアル磁気軸受４０は、第１コイル４１の磁束４１ａと磁石部４２のバイアス磁束４２ａとが互いに強め合う方向に向かう支持力４７を回転軸１１に付与する。

例えば図６では、２つの第１コイル４１の各磁束４１ａにより、隙間４５では磁束が強め合い、隙間４５とは反対側の隙間４６では磁束が弱め合うため、磁束量が多い隙間４５側（図中右上方向）に向かう支持力４７が作用する。各第１コイル４１に供給する電流の強さ、向きを制御することにより、任意のラジアル方向に、任意の強さの支持力４７を発生させることができる。制御部８１は、変位センサ７ａ、７ｂおよび回転センサ８（図３参照）のセンサ信号に基づき、各第１コイル４１への電流供給を切り替えることにより、回転体１０が半径方向に非接触状態を維持するように第１ラジアル磁気軸受４０の支持力４７を制御する。

一方、図７に示すように、バイアス磁束４２ａは、スラストコア６２の第１端面６２ａおよび第２端面６２ｂの各々から、隙間を通過して第２コア部６３に入り、回転軸１１内を軸方向に通過する。制御部８１（図３参照）は、インバータ８５ｂ（図３参照）を介してスラストコイル６１に電流を供給させ、スラストコイル６１の磁束６１ａと磁石部４２のバイアス磁束４２ａとの相互作用により、回転軸１１とスラストコア６２との間の隙間に合成磁束の粗密を形成する。その結果、スラスト磁気軸受６０は、スラストコイル６１の磁束６１ａと磁石部４２のバイアス磁束４２ａとが互いに強め合う方向に向かう支持力６４を回転軸１１に付与する。

例えば図７では、第１端面６２ａ側の隙間では磁束が強め合い、第２端面６２ｂ側の隙間では磁束が弱め合うため、磁束量が多い第１端面６２ａ側（図中上方向）に向かう軸方向の支持力６４が作用する。スラストコイル６１に逆向きの電流を供給すれば、軸方向の逆側に支持力６４が発生する。各スラストコイル６１に供給する電流の強さ、向きを制御することにより、スラスト方向に、任意の強さの支持力６４を発生させることができる。制御部８１は、変位センサ７ｅのセンサ信号に基づき、スラストコイル６１への電流供給を切り替えることにより、回転体１０が軸方向に非接触状態を維持するようにスラスト磁気軸受６０の支持力６４を制御する。縦型の真空ポンプ１００では、支持力６４によって回転体１０の重量６７が支持される。

このように、本実施形態では、スラスト磁気軸受６０は、回転軸１１を軸方向に通過する磁束をそれぞれ発生する磁石部４２およびスラストコイル６１を含み、磁石部４２の磁束４２ａとスラストコイル６１の磁束６１ａとの相互作用により回転軸１１にスラスト方向の支持力６４を発生するように構成されている。

（磁気軸受ユニットおよびモータユニットの配置）
次に、図１および図２を参照して、磁気軸受ユニット２１およびモータユニット２２の配置について説明する。

図２に示すように、磁気軸受ユニット２１は、回転軸１１の軸方向における第１軸方向位置２５に配置されている。磁気軸受ユニット２１は、第１外径９１を有する。モータユニット２２は、軸方向における第２軸方向位置２６に配置されている。上記の通り、第２軸方向位置２６は、第１軸方向位置２５よりも回転軸１１の第二端１１ｂ側の位置である。モータユニット２２は、第１外径９１よりも大きい第２外径９２を有する。

回転体１０は、回転軸１１と翼支持部１２との間に、回転機構２０を配置するための収容空間１５を有している。回転体１０の収容空間１５は、翼支持部１２および円筒部１４の内周面によって区画された回転体１０の凹状空間である。磁気軸受ユニット２１は、第１軸方向位置２５において収容空間１５の第１の部分に配置されている。モータユニット２２は、第２軸方向位置２６において収容空間１５の第２の部分に配置されている。収容空間１５の第２の部分は、収容空間１５の第１の部分よりも半径方向に広い。

具体的には、収容空間１５は、翼支持部１２および円筒部１４の形状を反映して、第二端１１ｂ側から第一端１１ａに向けて軸方向に円筒状に延びた後、第一端１１ａに向けてテーパ状に直径が減少する形状を有する。収容空間１５は、回転体１０の第二端１１ｂ側の円筒部１４の形成領域で内径９３を有し、テーパ形状部１２ａの形成領域で内径９３から内径９４までテーパ状に内径が小さくなる。

図２の例では、磁気軸受ユニット２１の第１外径９１は、内径９３および内径９４よりも小さい。一方、モータユニット２２の第２外径９２は、内径９３よりも小さく、内径９４以上である。このため、２つのユニットの内、モータユニット２２が第一端１１ａ側に配置される場合よりも、磁気軸受ユニット２１が第一端１１ａ側に配置されることにより、第１外径９１が小さい分だけ各ユニットを第一端１１ａ側に近づけて配置できる。

より具体的には、図２の構成例では、磁気軸受ユニット２１は、回転軸１１の軸方向と直交する面内において、回転軸１１とテーパ形状部１２ａとの間に配置されている。磁気軸受ユニット２１は、回転軸１１の軸方向において、テーパ形状部１２ａの第二端１１ｂ側（Ｚ２方向側）の端部（円筒部１４の第１円筒端部１４ａとの境界）よりも第一端１１ａ側（Ｚ１方向側）の位置に配置されている。テーパ形状部１２ａは、軸方向に長さ９５の範囲で設けられており、磁気軸受ユニット２１は、テーパ形状部１２ａが設けられた長さ９５の範囲内に収容されている。

また、図２の構成例では、モータユニット２２の少なくとも一部が、翼支持部１２の内周面および円筒部１４の内周面により区画される収容空間１５内に配置されている。軸方向において、モータユニット２２は、円筒部１４の第２円筒端部１４ｂよりも第１円筒端部１４ａ側に配置されている。すなわち、モータユニット２２は、円筒部１４の第２円筒端部１４ｂよりも、距離９６だけ第一端１１ａ側に離れた位置に配置されている。また、図２の構成例では、モータユニット２２の少なくとも一部が、テーパ形状部１２ａの第二端１１ｂ側（Ｚ２方向側）の端部よりも第一端１１ａ側の位置に配置されている。つまり、モータユニット２２の一部は、回転軸１１の軸方向と直交する面内において、回転軸１１とテーパ形状部１２ａとの間に配置されている。

このため、図２に示した構成例では、回転機構２０を構成する磁気軸受ユニット２１およびモータユニット２２の両方が、回転体１０に形成された収容空間１５の端部（円筒部１４の第２円筒端部１４ｂ）からＺ２方向側にはみ出ることなく、収容空間１５の内部に収容されている。

また、回転体１０は、回転軸１１上に重心１６を有する。回転体１０の重心１６と回転機構２０の各ユニットとの位置関係に着目すると、回転軸１１の軸方向において、磁気軸受ユニット２１の第１コイル４１の中心２５ａが、モータユニット２２の第２コイル５１の中心２６ａよりも、回転体１０の重心１６に近い。つまり、軸方向において、重心１６が、第１コイル４１の中心２５ａと第２コイル５１の中心２６ａとの中点よりも第一端１１ａ側（Ｚ１方向側）にある。

図２の構成例では、磁気軸受ユニット２１の軸方向の形成範囲９７と、回転体１０の重心１６の軸方向の位置とが、互いにオーバラップしている。つまり、磁気軸受ユニット２１は、軸方向の両端間の長さ９７の範囲に渡って形成されている。回転体１０の重心１６は、軸方向において、磁気軸受ユニット２１の形成範囲９７内に配置されている。なお、モータユニット２２は、第２軸方向位置２６において、軸方向の両端間の長さ９８の範囲(形成範囲９８)に渡って形成されている。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、モータ３０と第２ラジアル磁気軸受５０との両方として動作可能なモータユニット２２を設けることにより、モータ３０と第２ラジアル磁気軸受５０とが単一のユニットに統合されるので、モータ３０と第２ラジアル磁気軸受５０とを別々に軸方向に並べる場合と比べて、ユニットが占有する領域の軸方向寸法を抑制できる。また、モータ３０と第２ラジアル磁気軸受５０とが単一のユニットに統合されたモータユニット２２では、たとえば第２ラジアル磁気軸受５０を設けないモータ３０のみのユニットと比べると、軸方向寸法または半径方向寸法が大型化する傾向がある。本実施形態では、モータユニット２２が磁気軸受ユニット２１の第１外径９１よりも大きい第２外径９２を有するので、半径方向寸法を大型化させた分、モータユニット２２の軸方向寸法（長さ９８）については大型化を抑制できる。さらに、回転体１０に着目すると、回転軸１１の第一端１１ａ側に回転翼１３が設けられる構造では、回転軸１１の周囲に確保可能な上記モータ３０および磁気軸受の設置スペース（収容空間１５）は、回転翼１３から軸方向（Ｚ２方向）に離れるほど、半径方向に大きくすることができる。そこで、外径が小さい磁気軸受ユニット２１を第一端１１ａ側（回転翼１３側）に配置し、外径が大きいモータユニット２２を第二端１１ｂ側にすることにより、回転体１０に形成される設置スペース（収容空間１５）の形状に合わせて、磁気軸受ユニット２１およびモータユニット２２の軸方向位置（２５、２６）を、回転翼１３に極力近づけることができる。以上の結果、本実施形態によれば、軸方向における寸法を抑制することが可能な真空ポンプ１００を提供することができる。

また、上記実施形態では、以下のように構成したことによって、更なる効果が得られる。

すなわち、上記実施形態では、モータユニット２２は、回転軸１１の軸方向と直交する面内において、モータ３０を構成するモータコイル３１と、第２ラジアル磁気軸受５０を構成する第２コイル５１と、モータコイル３１および第２コイル５１がそれぞれ巻回されたステータコア３２と、を有する。このように構成すれば、モータコイル３１と第２コイル５１とが共通のステータコア３２にそれぞれ設けられるので、モータコイル３１と第２コイル５１とを別々のコアに設ける場合と比べて、モータユニット２２を小型化でき、さらに部品点数を削減できる。モータコイル３１と第２コイル５１とが回転軸１１の軸方向と直交する同一面内に配置されるので、モータユニット２２の軸方向寸法が大型化することなく、モータ３０と、第２ラジアル磁気軸受５０とを単一ユニットに統合できる。

また、本実施形態では、上記のように、スラスト軸受は、回転軸１１の周囲に設けられたスラスト磁気軸受６０である。スラスト磁気軸受６０は、回転軸１１を軸方向に通過する磁束をそれぞれ発生する磁石部４２およびスラストコイル６１を含み、磁石部４２の磁束とスラストコイル６１の磁束との相互作用により回転軸１１にスラスト方向の支持力６４を発生するように構成されている。ここで、スラスト方向の磁気軸受では、外周面から半径方向に突出する円盤部を回転軸１１に設け、この円盤部を軸方向に挟み込むように配置したコイル対から軸方向に磁力を作用させることにより、スラスト方向の支持力を発生させる構成が知られている。この構成では、円盤部とコイル対とが軸方向に並ぶために軸方向寸法が大型化する。これに対して、上記実施形態のように構成すれば、磁石部４２とスラストコイル６１とから、回転軸１１を通る磁束（４２ａ、６１ａ）をそれぞれ発生させ、それらの磁束の相互作用によって軸方向の支持力６４を発生させるので、円盤部を設ける必要も、円盤部を挟むようにコイル対を設ける必要もない。そのため、スラスト磁気軸受６０の軸方向寸法を抑制できるので、その分、真空ポンプ１００の軸方向寸法を抑制できる。

また、本実施形態では、上記のように、磁気軸受ユニット２１は、スラスト磁気軸受として動作可能である。すなわち、磁気軸受ユニット２１は、第１ラジアル磁気軸受４０とスラスト磁気軸受６０とを一体的に含む単一のユニットである。このように構成すれば、モータ３０と第２ラジアル磁気軸受５０とを単一のモータユニット２２に統合するだけでなく、さらに第１ラジアル磁気軸受４０とスラスト磁気軸受６０と単一のユニットに統合することができる。つまり、従来別々に設けられていた、モータ３０と、第１ラジアル磁気軸受４０と、第２ラジアル磁気軸受５０と、スラスト磁気軸受６０との４つのユニットを、磁気軸受ユニット２１とモータユニット２２との２つのユニットに統合することができる。その結果、軸方向に並ぶユニット数を低減できるので、真空ポンプ１００の軸方向寸法を効果的に抑制できる。

また、本実施形態では、上記のように、磁気軸受ユニット２１は、第１ラジアル磁気軸受４０を構成する第１コイル４１と、スラスト磁気軸受６０を構成するスラストコイル６１と、第１ラジアル磁気軸受４０およびスラスト磁気軸受６０の両方と相互作用する磁束４２ａを発生する磁石部４２と、を有する。このように構成すれば、共通の磁石部４２を用いて、ラジアル方向の支持力４７（図６参照）とスラスト方向の支持力６４（図７参照）とをそれぞれ発生させることができる。そのため、磁石部４２を別々に設ける場合と比べて、磁気軸受ユニット２１を小型化することができ、部品点数を削減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、回転体１０は、回転軸１１上に重心１６を有し、回転軸１１の軸方向において、磁気軸受ユニット２１の第１コイル４１の中心２５ａが、モータユニット２２の第２コイル５１の中心２６ａよりも、回転体１０の重心１６に近い。このように構成すれば、磁気軸受ユニット２１が、モータユニット２２よりも回転体１０の重心１６に近い位置に配置される。そのため、回転体１０のラジアル方向の支持に関して、磁気軸受ユニット２１（第１ラジアル磁気軸受４０）による支持力の作用が相対的に大きく、モータユニット２２（第２ラジアル磁気軸受５０）による支持力の作用が相対的に小さくなる。そして、磁気軸受ユニット２１では、モータユニット２２と異なりモータ３０の構造を考慮する必要がなく、軸受性能を優先した構造を採用できる。そのため、軸受性能を容易に確保できる磁気軸受ユニット２１をメイン軸受とし、モータユニット２２（第２ラジアル磁気軸受５０）による支持をサブ軸受とすることができるので、モータ３０と第２ラジアル磁気軸受５０とを統合した場合でも、高い軸受性能を容易に確保することができる。

また、本実施形態では、上記のように、磁気軸受ユニット２１の軸方向の形成範囲９７と、回転体１０の重心１６の軸方向の位置とが、オーバラップしている。このように構成すれば、磁気軸受ユニット２１（第１ラジアル磁気軸受４０）による支持力４７を、回転体１０に、より効果的に作用させることができる。そのため、磁気軸受ユニット２１（第１ラジアル磁気軸受４０）の支持力４７が小さくて済むので、磁気軸受ユニット２１の小型化を図ることができる。また、モータユニット２２（第２ラジアル磁気軸受５０）では、回転体１０の回転軸１１が重心１６周りに傾くことを抑制できればよいので、必要な支持力５５を小さくできる。そのため、モータユニット２２を、よりモータ３０性能を優先させた構成にできるので、軸方向寸法の小型化を図りつつ真空ポンプ１００の性能を容易に確保できる。

また、本実施形態では、上記のように、翼支持部１２は、回転軸１１の第二端１１ｂ側から第一端１１ａ側に向かって傾斜したテーパ形状部１２ａを有し、磁気軸受ユニット２１は、回転軸１１の軸方向と直交する面内において、回転軸１１とテーパ形状部１２ａとの間に配置されている。このように構成すれば、回転体１０において回転軸１１の周囲に確保される空間に、テーパ形状の領域（収容空間１５）を形成できる。この場合、第１外径９１を有する磁気軸受ユニット２１がテーパ形状部１２ａと干渉しない範囲で、極力、磁気軸受ユニット２１を第一端１１ａ側に近づけることができる。磁気軸受ユニット２１を第一端１１ａ側に近づけるほど、モータユニット２２も第一端１１ａ側に近づけることができるので、その分、真空ポンプ１００の軸方向寸法を抑制できる。

また、本実施形態では、上記のように、磁気軸受ユニット２１は、回転軸１１の軸方向において、テーパ形状部１２ａの第二端１１ｂ側（Ｚ２方向側）の端部よりも第一端１１ａ側（Ｚ１方向側）の位置に配置されている。このように構成すれば、軸方向において、テーパ形状部１２ａの形成範囲（長さ９５）内に磁気軸受ユニット２１を収容することができる。そのため、より一層、真空ポンプ１００の軸方向寸法を抑制できる。

また、本実施形態では、上記のように、回転体１０および回転機構２０を収容するハウジング４をさらに備え、回転翼１３は、ハウジング４との間で第１ポンプ構造３ａを構成し、回転体１０は、翼支持部１２から回転軸１１の第二端１１ｂ側に延びて、ハウジング４との間で第２ポンプ構造３ｂを構成する円筒部１４を含み、モータユニット２２の少なくとも一部が、翼支持部１２の内周面および円筒部１４の内周面により区画される収容空間１５内に配置されている。このように構成すれば、回転体１０の回転軸１１と翼支持部１２および円筒部１４との間に形成される収容空間１５の内部に、モータユニット２２の全体を収容するように配置するか、モータユニット２２が収容空間１５の外部にはみ出すとしても、はみ出す量を抑制することができる。そのため、真空ポンプ１００の軸方向寸法を効果的に抑制できる。

また、本実施形態では、上記のように、円筒部１４は、翼支持部１２に接続する第１円筒端部１４ａと、回転軸１１の軸方向における翼支持部１２とは反対側の第２円筒端部１４ｂと、を有し、軸方向において、モータユニット２２は、円筒部１４の第２円筒端部１４ｂよりも第１円筒端部１４ａ側に配置されている。このように構成すれば、回転体１０の回転軸１１と翼支持部１２および円筒部１４との間に形成される収容空間１５の内部に、モータユニット２２の全体を収容することができる。そのため、真空ポンプ１００の軸方向寸法を、より一層効果的に抑制できる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

上記実施形態では、磁気軸受ユニット２１を、第１ラジアル磁気軸受４０とスラスト磁気軸受６０とを一体的に含む単一のユニットとして構成し、磁気軸受ユニット２１およびモータユニット２２の２つのユニットにより回転機構２０を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。図８～図１０に示す変形例では、第１ラジアル磁気軸受を含む磁気軸受ユニットと、スラスト磁気軸受とを別個に設けた例を示す。このため、図８～図１０では、磁気軸受ユニットと、モータユニットと、スラスト磁気軸受との３つのユニットにより回転機構を構成した例を示す。

図８に示す変形例による真空ポンプ１００では、磁気軸受ユニット２１（図１参照）に代えて、第１ラジアル磁気軸受４０を含む磁気軸受ユニット１２１を備える。図１の構成例と異なり、磁気軸受ユニット１２１には、スラスト磁気軸受６０が設けられていない。真空ポンプ１００は、磁気軸受ユニット１２１とは別個に設けられたスラスト磁気軸受６０を備える。したがって、磁気軸受ユニット１２１と、モータユニット２２と、スラスト磁気軸受６０とが、軸方向に並んで配置されている。スラスト磁気軸受６０は、磁気軸受ユニット１２１およびモータユニット２２に対して軸方向の第二端１１ｂ側に配置されているが、磁気軸受ユニット１２１とモータユニット２２との間に配置されていてもよい。

磁気軸受ユニット１２１には、公知のラジアル磁気軸受の構造が採用できる。図９の例では、第１ラジアル磁気軸受４０は、複数のティース１４３ａが形成された第１軸受コア１４３と、各ティース１４３ａに取り付けられた複数の第１コイル４１と、を含む。第１コイル４１は、８本のティース１４３ａのそれぞれに、合計８個設けられている。８個の第１コイル４１のうち、隣接する２個の第１コイル４１が同一の巻線により直列で接続されており、４つのグループを構成している。各グループの第１コイル４１は、電流供給により、一方のティース１４３ａ、隙間、第１コア部４４（回転軸１１）、他方のティース１４３ａ、を通過する磁束４１ａ（図９の実線部参照）を発生する。第１ラジアル磁気軸受４０は、各グループの第１コイル４１に発生させる磁束４１ａの強さが制御されることにより、ラジアル方向のうち任意の方向の支持力を回転軸１１に付与する。

図９に示す変形例によるモータユニット２２の構成は、上記実施形態と同様（図４参照）であるので説明を省略する。

図１０に示すように、スラスト磁気軸受６０は、スラストコイル６１と、第１端面６２ａおよび第２端面６２ｂを有するスラストコア６２と、磁石部４２と、ヨーク１６５とを備える。バイアス磁束４２ａが、磁石部４２のＮ極から、スラストコア６２、隙間、第２コア部６３、シャフト部１１ｃ（回転軸１１）、隙間、ヨーク１６５、を順番に通過して、磁石部４２のＳ極に戻る。スラスト磁気軸受６０は、スラストコイル６１の磁束６１ａと、第１端面６２ａおよび第２端面６２ｂのそれぞれを通過するバイアス磁束４２ａと、の相互作用により、磁束６１ａとバイアス磁束４２ａとが互いに強め合う方向に向かう支持力６４を回転軸１１に付与する。

このように、変形例による真空ポンプ１００は、磁気軸受ユニット２１と、モータユニット２２と、スラスト磁気軸受６０との３つのユニットにより構成された回転機構２０を備える。

（他の変形例）
また、上記実施形態では、モータユニット２２が、モータコイル３１および第２コイル５１の２種類のコイルを有する例を示したが、本発明はこれに限られない。モータユニットは、１種類のコイルのみを備えていてもよい。すなわち、図４において、同一のスロット３２ｃに配置した（同一のティース３２ａに巻回した）モータコイル３１および第２コイル５１に代えて、単一のコイルを配置してもよい。この場合、たとえばそれぞれのコイルへの電流供給タイミングを時分割して、第１のタイミングでは、モータ３０として動作するためのトルクを発生するようにコイルへの電流制御を行う。そして、第２のタイミングでは、第２ラジアル磁気軸受５０としての支持力５５を発生するようにコイルへの電流制御を行う。第１のタイミングと第２のタイミングとを交互に設けて切り替える事により、１種類のコイルで、モータユニットをモータ３０と第２ラジアル磁気軸受５０との両方として動作させることが可能である。この他、ｄｑ軸制御によりモータユニットの供給電流を制御し、コイルに供給する電流のｄ軸成分によって第２ラジアル磁気軸受５０の支持力５５を発生させ、ｑ軸成分によってモータ３０のトルクを発生させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、スラスト磁気軸受６０を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、スラスト磁気軸受６０に代えて、磁気軸受以外のスラスト軸受を設けてもよい。スラスト軸受は、たとえば、メカニカルベアリングでもよいし、流体軸受でもよい。スラスト磁気軸受６０は、スラスト円盤の軸方向両側に一対のコイルを配置するタイプのスラスト磁気軸受によって構成されてもよい。

また、上記実施形態では、磁気軸受ユニット２１の第１コイル４１の中心２５ａを、モータユニット２２の第２コイル５１の中心２６ａよりも回転体１０の重心１６に近い位置に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、モータユニット２２の第２コイル５１の中心２６ａを、磁気軸受ユニット２１の第１コイル４１の中心２５ａよりも回転体１０の重心１６に近い位置に配置してもよい。この場合、モータユニット２２の第２コイル５１の中心２６ａと、回転体１０の重心１６の軸方向の位置とが、互いにオーバラップするように構成することが好ましい。この場合、モータユニット２２の第２ラジアル磁気軸受５０をメインに回転体１０のラジアル方向の支持を行い、磁気軸受ユニット２１では回転軸１１の傾斜を防止するための支持力を発生させるだけで済む。そのため、磁気軸受ユニット２１を小型化することができ、その分だけ回転軸１１の第一端１１ａに近づけて配置することができる。

また、上記実施形態では、磁気軸受ユニット２１の軸方向の形成範囲９７と、回転体１０の重心１６の軸方向の位置とが、互いにオーバラップしている例を示したが、本発明はこれに限られない。回転体１０の重心１６は、磁気軸受ユニット２１の軸方向の形成範囲９７よりも第一端１１ａ側の位置または第二端１１ｂ側の位置に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、翼支持部１２にテーパ形状部１２ａを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。翼支持部１２は、たとえば第一端１１ａ側から第二端１１ｂ側に向けて、内径が段階的に大きくなるように形成されていてもよい。この場合、翼支持部１２にテーパ形状部１２ａが形成されないので、磁気軸受ユニット２１が、回転軸１１とテーパ形状部１２ａとの間に配置されている必要もない。

また、上記実施形態では、磁気軸受ユニット２１が、回転軸１１の軸方向において、テーパ形状部１２ａのＺ２方向側の端部よりもＺ１方向側の位置に配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。磁気軸受ユニット２１の少なくとも一部が、テーパ形状部１２ａのＺ２方向側の端部よりもＺ２方向側の位置に配置されてよい。

また、上記実施形態では、真空ポンプ１００が第１ポンプ構造３ａと第２ポンプ構造３ｂとを備える複合型の真空ポンプである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２ポンプ構造３ｂを設けなくてもよい。つまり、真空ポンプは、複合型でないターボ分子ポンプであってよい。その場合、第２ポンプ構造３ｂを構成する円筒部１４およびポンプステータ７３を真空ポンプ１００に設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、軸方向において、モータユニット２２が、円筒部１４の第２円筒端部１４ｂよりも第１円筒端部１４ａ側に配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。モータユニット２２は、円筒部１４の第２円筒端部１４ｂよりも第二端１１ｂ側（Ｚ２方向側）にはみ出していてもよい。

また、上記実施形態において示した第１ラジアル磁気軸受４０（図６参照）および第２ラジアル磁気軸受５０（図４参照）の構造は、あくまでも一例であって、特に限定されない。これらのラジアル磁気軸受のコイル数、コイルの配置、スロット数、スロットの配置（ティースの配置）、コア部の形状などは任意であり変更可能である。

［態様］
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（項目１）
第一端および第二端を有し、軸方向に延びる回転軸と、前記回転軸の前記第一端に接続され、前記回転軸の軸方向において前記第一端側から前記第二端側に向けて内径が拡大するように延びる翼支持部と、前記翼支持部の外周面に設けられた回転翼と、を含む回転体と、
前記回転体を回転駆動するモータ、前記回転体を径方向に支持する第１、第２ラジアル磁気軸受、および前記回転体を軸方向に支持するスラスト軸受を含む回転機構と、を備え、
前記回転機構は、
前記回転軸と前記翼支持部との間で前記回転軸の周囲に設けられ、第１外径を有し、前記第１ラジアル磁気軸受として動作可能な磁気軸受ユニットと、
前記磁気軸受ユニットよりも前記回転軸の前記第二端側の位置で前記回転軸の周囲に設けられ、前記第１外径よりも大きい第２外径を有し、前記モータと前記第２ラジアル磁気軸受との両方として動作可能なモータユニットと含む、真空ポンプ。

（項目２）
前記磁気軸受ユニットは、前記第１ラジアル磁気軸受を構成する第１コイルを含み、
前記モータユニットは、前記回転軸の軸方向と直交する面内において、前記モータを構成するモータコイルと、前記第２ラジアル磁気軸受を構成する第２コイルと、前記モータコイルおよび前記第２コイルがそれぞれ巻回されたステータコアと、を有する、項目１に記載の真空ポンプ。

（項目３）
前記スラスト軸受は、前記回転軸の周囲に設けられたスラスト磁気軸受であり、
前記スラスト磁気軸受は、前記回転軸を軸方向に通過する磁束をそれぞれ発生する磁石部およびスラストコイルを含み、前記磁石部の磁束と前記スラストコイルの磁束との相互作用により前記回転軸にスラスト方向の支持力を発生するように構成されている、項目１または２に記載の真空ポンプ。

（項目４）
前記磁気軸受ユニットは、さらに、前記スラスト磁気軸受として動作可能である、項目３に記載の真空ポンプ。

（項目５）
前記磁気軸受ユニットは、前記第１ラジアル磁気軸受を構成する第１コイルと、前記スラスト磁気軸受を構成する前記スラストコイルと、前記第１ラジアル磁気軸受および前記スラスト磁気軸受の両方と相互作用する磁束を発生する前記磁石部と、を有する、項目４に記載の真空ポンプ。

（項目６）
前記回転体は、前記回転軸上に重心を有し、
前記回転軸の軸方向において、前記磁気軸受ユニットの前記第１コイルの中心が、前記モータユニットの前記第２コイルの中心よりも、前記回転体の重心に近い、項目２に記載の真空ポンプ。

（項目７）
前記磁気軸受ユニットの前記軸方向の形成範囲と、前記回転体の重心の前記軸方向の位置とが、オーバラップしている、項目６に記載の真空ポンプ。

（項目８）
前記翼支持部は、前記回転軸の前記第二端側から前記第一端側に向かって傾斜したテーパ形状部を有し、
前記磁気軸受ユニットは、前記回転軸の軸方向と直交する面内において、前記回転軸と前記テーパ形状部との間に配置されている、項目１～７のいずれか１項に記載の真空ポンプ。

（項目９）
前記磁気軸受ユニットは、前記回転軸の軸方向において、前記テーパ形状部の前記第二端側の端部よりも前記第一端側の位置に配置されている、項目８に記載の真空ポンプ。

（項目１０）
前記回転体および前記回転機構を収容するハウジングをさらに備え、
前記回転翼は、前記ハウジングとの間で第１ポンプ構造を構成し、
前記回転体は、前記翼支持部から前記回転軸の前記第二端側に延びて、前記ハウジングとの間で第２ポンプ構造を構成する円筒部を含み、
前記モータユニットの少なくとも一部が、前記翼支持部の内周面および前記円筒部の内周面により区画される収容空間内に配置されている、項目１～９のいずれか１項に記載の真空ポンプ。

（項目１１）
前記円筒部は、前記翼支持部に接続する第１円筒端部と、前記回転軸の軸方向における前記翼支持部とは反対側の第２円筒端部と、を有し、
前記軸方向において、前記モータユニットは、前記円筒部の前記第２円筒端部よりも前記第１円筒端部側に配置されている、項目１０に記載の真空ポンプ。

（他の態様）
また、上記した実施形態は、以下の態様の具体例でもあり得る。

（項目１２）
中心軸線に沿って延びるシャフトと、
前記シャフトに接続され、前記シャフトの前記中心軸線回りに前記シャフトとともに回転可能な複数の動翼と、
前記複数の動翼と軸方向に交互に並ぶように配置されている複数の静翼と、
前記シャフトの第１の軸方向位置に半径方向に隣接し、前記第１の軸方向位置で前記シャフトの半径方向の位置を調整するための磁力を発生するように構成される第１ラジアル磁気軸受と、
前記シャフトの第２の軸方向位置に固定されたモータロータと、前記モータロータと半径方向に隣接し前記モータロータと前記シャフトと前記複数の動翼とを回転させるモータステータと、を含むモータと、
前記シャフトの前記第２の軸方向位置に半径方向に隣接し、前記第２の軸方向位置で前記シャフトの半径方向の位置を調整するための磁力を発生するように構成される第２ラジアル磁気軸受と、
第３の磁力を発生させて前記シャフトの軸方向の位置を調整するための磁力を発生するように構成されるスラスト磁気軸受と、を備え、
前記第１ラジアル磁気軸受は第１直径を有し、
前記第２ラジアル磁気軸受または前記モータは前記第１直径よりも大きい第２直径を有し、
前記第１の軸方向位置は、前記第２の軸方向位置よりも前記複数の動翼に近い、真空ポンプ。

３ａ 第１ポンプ構造
３ｂ 第２ポンプ構造
４ ハウジング
１０ 回転体
１１ 回転軸
１１ａ 第一端
１１ｂ 第二端
１２ 翼支持部
１２ａ テーパ形状部
１３ 回転翼
１４ 円筒部
１４ａ 第１円筒端部
１４ｂ 第２円筒端部
１５ 収容空間
１６ 重心
２０ 回転機構
２１、１２１ 磁気軸受ユニット
２２ モータユニット
２５ａ 第１コイルの中心
２６ａ 第２コイルの中心
３０ モータ
３１ モータコイル
３２ ステータコア
４０ 第１ラジアル磁気軸受
４１ 第１コイル
４２ 磁石部
５０ 第２ラジアル磁気軸受
５１ 第２コイル
６０ スラスト磁気軸受
６１ スラストコイル
９１ 第１外径
９２ 第２外径
９３、９４ 内径
１００ 真空ポンプ

Claims (11)

1. 第一端および第二端を有し、軸方向に延びる回転軸と、前記回転軸の前記第一端に接続され、前記回転軸の軸方向において前記第一端側から前記第二端側に向けて内径が拡大するように延びる翼支持部と、前記翼支持部の外周面に設けられた回転翼と、を含む回転体と、
   前記回転体を回転駆動するモータ、前記回転体を径方向に支持する第１、第２ラジアル磁気軸受、および前記回転体を軸方向に支持するスラスト軸受を含む回転機構と、を備え、
   前記回転機構は、
   前記回転軸と前記翼支持部との間で前記回転軸の周囲に設けられ、第１外径を有し、前記第１ラジアル磁気軸受として動作可能な磁気軸受ユニットと、
   前記磁気軸受ユニットよりも前記回転軸の前記第二端側の位置で前記回転軸の周囲に設けられ、前記第１外径よりも大きい第２外径を有し、前記モータと前記第２ラジアル磁気軸受との両方として動作可能なモータユニットと含む、真空ポンプ。
2. 前記磁気軸受ユニットは、前記第１ラジアル磁気軸受を構成する第１コイルを含み、
   前記モータユニットは、前記回転軸の軸方向と直交する面内において、前記モータを構成するモータコイルと、前記第２ラジアル磁気軸受を構成する第２コイルと、前記モータコイルおよび前記第２コイルがそれぞれ巻回されたステータコアと、を有する、請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記スラスト軸受は、前記回転軸の周囲に設けられたスラスト磁気軸受であり、
   前記スラスト磁気軸受は、前記回転軸を軸方向に通過する磁束をそれぞれ発生する磁石部およびスラストコイルを含み、前記磁石部の磁束と前記スラストコイルの磁束との相互作用により前記回転軸にスラスト方向の支持力を発生するように構成されている、請求項１に記載の真空ポンプ。
4. 前記磁気軸受ユニットは、さらに、前記スラスト磁気軸受として動作可能である、請求項３に記載の真空ポンプ。
5. 前記磁気軸受ユニットは、前記第１ラジアル磁気軸受を構成する第１コイルと、前記スラスト磁気軸受を構成する前記スラストコイルと、前記第１ラジアル磁気軸受および前記スラスト磁気軸受の両方と相互作用する磁束を発生する前記磁石部と、を有する、請求項４に記載の真空ポンプ。
6. 前記回転体は、前記回転軸上に重心を有し、
   前記回転軸の軸方向において、前記磁気軸受ユニットの前記第１コイルの中心が、前記モータユニットの前記第２コイルの中心よりも、前記回転体の重心に近い、請求項２に記載の真空ポンプ。
7. 前記磁気軸受ユニットの前記軸方向の形成範囲と、前記回転体の重心の前記軸方向の位置とが、オーバラップしている、請求項６に記載の真空ポンプ。
8. 前記翼支持部は、前記回転軸の前記第二端側から前記第一端側に向かって傾斜したテーパ形状部を有し、
   前記磁気軸受ユニットは、前記回転軸の軸方向と直交する面内において、前記回転軸と前記テーパ形状部との間に配置されている、請求項１に記載の真空ポンプ。
9. 前記磁気軸受ユニットは、前記回転軸の軸方向において、前記テーパ形状部の前記第二端側の端部よりも前記第一端側の位置に配置されている、請求項８に記載の真空ポンプ。
10. 前記回転体および前記回転機構を収容するハウジングをさらに備え、
    前記回転翼は、前記ハウジングとの間で第１ポンプ構造を構成し、
    前記回転体は、前記翼支持部から前記回転軸の前記第二端側に延びて、前記ハウジングとの間で第２ポンプ構造を構成する円筒部を含み、
    前記モータユニットの少なくとも一部が、前記翼支持部の内周面および前記円筒部の内周面により区画される収容空間内に配置されている、請求項１に記載の真空ポンプ。
11. 前記円筒部は、前記翼支持部に接続する第１円筒端部と、前記回転軸の軸方向における前記翼支持部とは反対側の第２円筒端部と、を有し、
    前記軸方向において、前記モータユニットは、前記円筒部の前記第２円筒端部よりも前記第１円筒端部側に配置されている、請求項１０に記載の真空ポンプ。

Images