JPH02107816A - 磁気軸受を備えた回転機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スラスト方向あるいはラジアル方向の軸受を
磁気軸受で支持する構造のロータに係り機械的ダンパに
より曲げの共振を抑制した低振動の回転機械に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種のターボ分子ポンプとしては例えば特公昭
５７−３０９９８号公報に記載されているものがあり、
本発明の対象とするダンパ装置としては特公昭５２−２
６５７８号公報に記載されているものがある。

従来のターボ分子ポンプについて第７図を用い、その構
成を説明すると、つり鐘ロータ１に複数段設けられた動
翼２とケーシング３内面に設けられた静！４とインナー
ロータ５を回転させる駆動モータ６を備え、動翼２と静
翼４とを交互に配置させた構成となっていて、ロータ１
および動翼２の回転により吸込ロアから低真空側の吐出
口８に気体分子を運ぶことによって吸込ロア側の超高真
空が得られるようになっている。ロータ１は、その中心
部からインナーロータ５が分枝されていて、このインナ
ーロータ５は、２組の磁気的なラジアル軸受９ａ、９ｂ
により支持されている。ロータ１の軸方向すなわち重量
は、インナーロータ５の下端に設けられたスラストヨー
ク１０ａをはさみ込んで設置されたスラスト軸受１０で
支持される。

これらの磁気軸受は、ラジアル変位センサ１１ａ。

１１ｂ、スラスト変位センサ１２の出力をフィードバッ
クし、ロータ１を制御している。

次に、電磁軸受で支えられた完全浮上形のロータシャフ
ト５の例を第４図（ａ）に示す。左右のラジアル軸受９
及び左端のスラスト軸受１０は、電磁石によって制御さ
れる電磁軸受である。このようなロータシャフト５にお
ける共振点は第４図（ｂ）に示すように剛体モードと第
４図（Ｃ）のように軸の曲げモードの共振点がある。こ
れを回転させたとすると、第５図のように通常Ω１．Ω
２の２つの剛体モードの共振を通過させた後、定格回転
数Ωｒに達する。Ω８．Ω４などの曲げモードは、定格
回転数より高いのでその共振点を通過させる必要がない
ことを想定する。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、コントローラは、一般に第６図（ａ）。

（ｂ）のように高周波になる程ゲインが下がり、位相は
遅れる。そのために静止の浮上状態でΩ３が不安定とな
り、電磁軸受で支えたとき１曲げモードの発振現象とな
って現われる場合がある。このように、一般に回転数範
囲の共振点Ω工、Ω２については、コントローラで安定
に制御されるが、回転数より高い周波数のロータの曲げ
モードまでの安定な制御が不可能で不安定になりやすい
。ロータ軸について羽根曲げモードの共振点も第４図（
ｄ）のように通常回転数より高く、制御の及ばない範囲
となり不安定になりやすい。

このような定格回転数以上高い周波数のモードの発振が
起こると、それが邪魔してΩ１やΩ２の共振点の減衰を
高めようとしても、コントローラの調整はうまくいかな
い。

従来のターボ分子ポンプにおいては、ロータの重量低減
、性能面上等により翼の板厚も薄くなり、またシャフト
の径も細くなってきている。これによりロータの曲げモ
ードの固有振動数が低下して回転に対する固有振動数の
回転次数比の小さいところで一致し共振を起こすロータ
系になっている。

また真空中であるので一般のターボ機械のような流体力
が生じないと考えられるが０　、２　Ｔｏｒｒ程度より
流体力が生じ翼を励振させることがある。このロータの
固有振動数は、一般に第４図（ｂ）に示すように分布す
る。まず剛体モードの固有値があり、定格回転数以上に
羽根あるいは翼の１次の曲げ振動及び端板の節直径体振
動モードがある。

このようなことから、回転次数比の小さい場合共振応答
倍率は高くなるので翼及び端板等は固有振動数を高くす
る設計を行なう必要がある。しかしロータの重量の低減
、性能向上を考慮すると限度がある。端板の振動は、翼
の振動に比べ高周波であり一般的には問題にならない。

しかし電磁軸受では、その振動がコントローラに入力さ
れるために、コントローラはその信号をも制御しようと
するためにコントローラは余分なコントロールをしなけ
ればならなくなる。このようなロータの曲げモードの高
周波の制御は一般には補償されていないので発振するこ
とになる。そうすると剛体モードの低周波の制御も含め
ると容量不足を生じることになる。このようなロータの
高次モードの共振に対しては従来特に配慮がなされてい
なかった６本発明の目的は、軸受制御のコントローラの
パワー不足を解消でき、また低次剛体モード°を低振動
として安定な回転のできる回転機械を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的はロータと、前記ロータに設けられた翼と、前
記ロータを支承する磁気的な径方向軸受及び軸方向軸受
とを備えた回転機械において、前記ロータの回転部に機
械的なダイナミックダンパを設けることによって達成さ
れる。

〔作用〕

ロータの端板に円板あるいはリング等の機械的ダイナミ
ックダンパを設けることにより接触による構造的な減衰
効果を持たせ、端板の共振や翼の共振などの定格回転数
以上の高次モードを回避でき、危険速度通過時の応答倍
率を低下させ、コントローラに負担をかけることなく安
定で高速回転のできる回転体を提供できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

つり鐘ロータ１に複数段設けられたａ翼２とケーシング
３内面に設けられた静翼４とロータシャフト５を回転さ
せる駆動モータ６を備え、動翼２と静翼４とを交互に配
置させた構成となっていて上部のラジアル軸受９ａ、下
部のラジアル軸受９ｂ、下部のスラスト軸受１０　ａ、
１０　ｂ、１０　ｃにより支持されている。そして端板
１３に円板１４がボルト１５により接触固定されている
。

端板１３の振動が生じた場合、端板１３と円板１４の固
有振動数が異っていることから接触面では互いに異なっ
た動きをする。このため構造的な減衰効果が生じて端板
１３の振動が低下することになる。

第２図は他の実施例を示す。端板１３と円板１４の間に
Ｏリング１５等の粘弾性材料を設けることにより減衰効
果をもたせることを考えられる。

第３図は他の実施例である。端板１３にハウジング１７
の内部にリング１８ａ、１８ｂを配置しカバー１９によ
り固定された構造にすることにより、リング１８ａ、１
８ｂの上面、下面の接触による減衰効果が増加しロータ
からの振動を減衰させコントローラに外乱的な振動を入
力することなく安定な回転のできるロータとなる。

リングの作り方としては、節直径１本の振動数が回転数
以上の高次モード（端板共振２回転数や翼の共振周波数
）に一致させることにより、より効果が大である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ロータの端板、翼に機械的なダンパを
設け、このダンパの減衰効果により、回転時に生ずる、
翼の共振、端板の共振及び曲げの危険速度通過時の応答
倍率が低下できるのでコントローラのパワー不足の解消
、コントローラの小形化ができ、高速回転まで安定性の
ある回転体となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明の実施例を示す縦断面
図、第４図（ａ）は、電磁軸受式完全浮上形ロータの概
略図、（ｂ）は剛体ノード、（Ｃ）はロータの曲げモー
ド、（ｄ）は羽根の曲げモードを示す線図、第５図は、
回転に対する応答線図、第６図（ａ）は、コントローラ
のゲイン、（ｂ）は位相特性を示す線図、第７図は、従
来のターボ分子ポンプの縦断面図である。 １・・・つり鐘ロータ、２・・・動翼、３・・・ケーシ
ング、４・・・静翼、５・・・ロータシャフト、６・・
・駆動モータ、７・・・吸込口、８・・・吐出口、９・
・・ラジアル軸受、１０・・・スラスト軸受、１０ａ・
・・スラストヨーク、１０ｂ・・・下ステータ、１０ｃ
・・・上ステータ、１１ａ。 １１ｂ・・・ラジアル変位センサ、１２・・・スラスト
変位センサ、１３・・・端板、１４・・・円板、１５・
・・ボルト、１６・・・０リンク、１７・・・ハウジン
グ、１８・・・猶　　１ ■ 図 ■ 図 嘉 図 ■ 図 Ｕ−） （Ｉ）） ■ 図 （Ｌ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロータと、前記ロータに設けられた翼と、前記ロー
   タを支承する磁気的な径方向軸受及び軸方向軸受とを備
   えた回転機械において、前記ロータの回転部に機械的な
   ダイナミックダンパを設けたことを特徴とする磁気軸受
   を備えた回転機械。 ２、特許請求の範囲第１項記載の磁気軸受を備えた回転
   機械において、前記翼はケーシング内にその軸方向に沿
   つて多段に設けた静翼と、前記静翼間に位置しかつケー
   シングの中心に位置するロータ外周に設けられた動翼で
   あることを特徴とする磁気軸受を備えた回転機械。