JPH03115796A

JPH03115796A - 磁気軸受保護装置

Info

Publication number: JPH03115796A
Application number: JP1251126A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kawashima; 敏明川島
Original assignee: Seiko Seiki KK
Current assignee: Seiko Seiki KK
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1991-05-16
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JP2714867B2

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）この発明は、ターボ分子ポンプ等の高速回転部に用いら
れる磁気軸受に関し、詳しくは磁気軸受に備えられてい
る保護ベアリングの機能劣化を早期に発見することによ
り、保護ベアリングの完全破損や磁気軸受全体の破損を
未然に防止することのできる磁気軸受保護装置に関する
。

（従来の技術）磁気軸受に支承されるロータは通常の動作状態では、電
磁力により浮−１ニされて高速回転をしているが、停止
時には保護ベアリングと称する通常の滑りまたは転がり
軸受により支承されている。

磁気軸受の動作中は、ロータが保護ベアリングに接触す
ることなく、磁気により浮」ニされているが、磁気軸受
またはロータに何等かの不具合が発生すると、ロータは
磁気浮上の状態から脱落し保護ベアリングに接触して不
安定な回転状態となる。

通常は磁気軸受に異常が発生するとセンサがそれを検知
することにより、ロータを駆動しているモ−タを停止し
、必要によってはブレーキをかけながらロータを減速し
て速やかに回転を停止させて、磁気軸受、特に保護ベア
リングの摩耗を少なくなるようにしている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながらこのようにして磁気軸受が高速回転してい
る間に異常が発生してロータを停止させる場合、その回
数が増すにつれて保護ベアリングの劣化、摩耗が進行し
ていく。そのため保護ベアリングの劣化、摩耗を無視、
または気付かずに運転を続けていると、次回に磁気軸受
に異常が発生した際に保護ベアリングにかじり、焼付は
等が発生し、回転不能に陥ることがある。特にベアリン
グのかじりがひどい場合はロータ等の回転系に狂いを生
じ、磁気軸受部の構造によっては修理のための分解が困
難になり、修復に多大の時間と費用を要することがある
。

このように従来の磁気軸受においては、保護ベアリング
の劣化を早めに発見して交換しておく必要があるにもか
かわらず、保護ベアリングの劣化を検出する有効な方法
がないため、しばしば保護ベアリングのかじりを発生さ
せて機器の運転を停止させてしまう問題があった。

そこでこの発明は、このような問題を解消するためにな
されたものであり、その目的とするところは、磁気軸受
に備えられている保護ベアリングの劣化を早期に発見し
て、故障の発生を未然に防止することのできる磁気軸受
保護装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記目的を達成するために磁気軸受に支承
されているロータの回転数を計測する計測手段と、磁気軸受に動作異常が発生しロータが保護ベアリングに
支承されながら停止する場合に、保護ベアリングの動作
が正常な状態において、予め設定されている低回転数に
減速されるまでの所要時間を予１１！ｊ　Ｌ算出する算
出手段と、」二記センサが動作異常を検出すると上記計
測手段が計測した回転数を監視し、その回転数が上記低
回転数に低下するまでの時間を計測する計測手段と、こ
の計測手段が計測した時間が、上記算出時間の算出した
所要時間に満たない場合に、警報信号を出力する警報出
力手段と、を備えたことを特徴とする。

（作用）このように構成されたこの発明では、センサにより磁気
軸受の動作異常が検出されると、ロータの回転数が所定
回転数に低下するまでの時間が計測され、その計測時間
が、別途算出予測された保護ベアリングの正常動作状態
における減速の所要時間と比較されて予測所要時間に満
たない場合は、保護ベアリングの動作が異常であるもの
と見なされて警報信号が出力される。

（実施例）次に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明が適用される磁気軸受式のターボ分
子ポンプの構成を示し、ターボ分子ポンプ１は、ハウジ
ング２の中央縦方向に固定部３が配設され、この固定部
３の中央部に高周波モータ４が設けられている。固定部
３の上部にはそれぞれ半径方向電磁石５と半径方向セン
サ６、および保護用ドライベアリング７．８が、上端部
には軸方向電磁石９と軸方向センサ１０が配設されて磁
気軸受を構成している。

また軸方向センサ１０の上部には回転数センサ１１が、
上下の保護用ドライベアリング７．８部には、磁気軸受
の異常を検出するための温度センサ１２．１２および振
動センサ１３，１Ｂがそれぞれ配設されている。

なお、図中の１５はロータ翼、１６はステータ翼、１７
は排気口、１８はエアブレーキ用ボート、１９はコネク
タである。

このように構成されたターボ分子ポンプ１においては、
通電されると高周波モータ４がロータ翼１５を回転させ
てターボ分子ポンプとしての吸引・排気の動作を行なう
。

一方、ロータ翼１５を支承する磁気軸受では、半径方向
電磁石５と軸方向電磁石９への供給電流が、半径方向セ
ンサ６と軸方向センサ１０が検知したロータ翼１５の変
位に応じて制御されることにより、ロータ翼１５を磁気
浮上し高速回転を円滑に支承することができる。

次に第２図のブロック図および第３図を参照しながら、
上記ターボ分子ポンプ１において、大気突入等の外乱に
より磁気軸受の異常が発生した際に、保護用ドライベア
リング７．８の劣化が検出される動作について説明する
。

第３図は本願装置の基本的な概念を示すグラフで、この
グラフはタッチダウン後に所定の回転数に低下するまで
の時間との関係を示すもので、般的に新品のベアリング
の場合タッチダウン後所定の回転数に低下するまでの時
間はＴ、であり、またやや劣化したベアリングはＴ２で
あり、さらにはかじり寸前のベアリングの場合にはＴ３
を要する。本願装置はＴ３を演算で算出し実際に要した
時間と比較し、これによりベアリングの状態を検出して
早期に新品のベアリングと交換しようとするものである
。

すなわち保護ベアリング動作検出回路２１には、半径方
向センサ６および軸方向センサ１０からロータ翼１５の
変位を表わす変位信号、温度センサ１２からロータ翼１
５の発熱を検知した温度信号、振動センサ１３からロー
タ翼１５の振動を検知した振動信号が入力されており、
これらの信号内容を処理することにより、保護用ドライ
ベアリング７．８の動作開始を検出し、ベアリング動作
信号を制御回路２２内のタイマ回路２４および設定値決
定回路２５へ送る。

ブレーキ状態検出回路２３は、動作異常が発生した以後
、ロータ翼１５を減速するためにエアブレーキ用ポート
１８からブレーキ用のエアが供給されているか否かを検
出し、その検出内容をブレーキ状態信号として制御回路
２２内の設定値決定回路２５に送る。なおエアブレーキ
用ポーｌ〜１８の状態以外にも、高周波モータ４に電力
を供給するインバータが回生制動中か否か、ターボ分子
ポンプ内が真空かあるいは大気突入状態であるか等を検
出してブレーキ状態信号として出力する。

タイマ回路２４は、ベアリング動作信号が人力されると
、後述する設定値決定回路２５から送られた設定値信号
が指定した設定時間が設定されて計時動作を開始し、計
時した時間を現在値信号として設定値決定回路２５へ送
るとともに、設定時間に到達するとタイマ信号を異常判
別回路２７へ送る。

設定値決定回路２５は、ベアリング動作信号が人力され
ると、その時点で回転数センサ１１およびブレーキ状態
検出回路２３からそれぞれ送られた回転数信号、ブレー
キ状態信号の内容に基づき、保護用ドライベアリング７
．８が正常な動作状態である場合に、例えば第３図に示
すようなかじり寸前のベアリングにおけるタッチダウン
後の回転数と時間の関係のような、ロータ翼１５が減速
され後述する所定の低回転数まで低下する時間を予測に
より算出し、その予測時間Ｔ３を設定値信号としてタイ
マ回路２４へ送る。また、設定値決定回路２５は、タイ
マ回路２４へ設定値信号を送った後も、ブレーキ状態検
出回路２３からのブレーキ状態信号の間際に変更があっ
た場合は、その時点の回転数信号を読みタイマ回路２４
から送られる現在値信号に基き、再び減速に要する時間
を算出し設定値信号内容を変更する。

回転数低下検出回路２６には、予め通常運転中のロータ
翼１５の回転数に比べ充分に低い回転数の値が設定され
ており、回転数センサ１１からロータ翼１５の回転数を
表す回転数信号が人力されると、その回転数の低下を監
視し、前述の設定値以下まで低下した時点で回転低下信
号を異常判別回路２７へ送る。

異常判別回路２７は、タイマ回路２４からのタイムアツ
プ信号および回転数低下検出回路２６からの回転低下信
号を監視し、１３時間経過後のタイムアツプ信号の入力
以前に回転低下信号が人力されると、保護用ドライベア
リング７．８の劣化が再使用できない状態まで進んだた
め制動抵抗が大きくなったものと判断し警報信号を出力
する。

制御回路２２内の異常判別回路２７から出力される警報
信号は図示しない表示灯、ブザーにより異常を報知する
以外に、ターボ分子ポンプの制御部のインターロック四
路を作動させて再起動を防止することもできる。

なお、これらの回路はマイクロコンピュータを用いて実
現すると良い。

この実施例では、しばしば大気突入等の外乱により、磁
気軸受のタッチダウンが発生するターボ分子ポンプにお
いて、保護用ドライベアリングの動作のたびごとに、そ
の劣化がチエツクされるため、保護用ドライベアリング
にかじりや焼付けが発生する以前に交換が可能となり、
メンテナンス性が向上するとともに、磁気軸受の破損等
により発生するターボ分子ポンプの休止時間が大幅に減
少されて生産性の向上が得られトータルコストが低減さ
れる。

なお、実施例はターボ分子ポンプに関する磁気軸受保護
装置を説明したが、その他の磁気軸受を備えた機器につ
いてもこの磁気軸受保護装置を適用すれば同様に保護ベ
アリング破損による故障の発生を未然に防止することが
できる。

（効果）以１；のように、この発明に係る磁気軸受保護装置では
、磁気軸受の動作異常が検出されてロータが停止するま
での減速の程度を監視することにより、容易に保護ベア
リングの劣化の程度を把握することができき、その結果
、保護ベアリングを早期に交換することが可能となり、
保護ベアリングの破損や、磁気軸受自体が回転不能に陥
ることを未然に防ぐことができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用されたターボ分子ポンプの構成
を示す断面図、第２図は同じく磁気軸受保護装置の電気
的構成を示すブロック図、第３図はタッチダウン後に新
品のベアリング、やや劣化したベアリング、かじり寸前
のベアリングをＨするロータが所定の回転数まで低下す
る時間を示すグラフである。１・・・ターボ分子２・・・ハウジング３・・・固定部４・・・高周波モータ５・・・半径方向電磁石６・・・半径方向センサ７．８・・・保護用ドライベアリング９・・・軸方向電磁石１０・・・軸方向センサ１１・・・回転数センサ１２・・・温度センサ１３・・・振動センサ１５・・・ロータ翼２１・・・保護ベアリング動作検出回路２２・・・制御
回路２３・・・励起状態検出回路２４・・・タイマ回路２５・・・設定値決定回路２６・・・回転数低下検出回路２７・・・異常判別回路

Claims

【特許請求の範囲】１、磁気軸受の動作異常を検出するセンサと、磁気軸受
に支承されているロータの回転数を計測する計測手段と
、磁気軸受に動作異常が発生しロータが保護ベアリングに
支承されながら停止する場合に、保護ベアリングの動作
が正常な状態において、予め設定されている低回転数に
減速されるまでの所要時間を予測し算出する算出手段と
、上記センサが動作異常を検出すると上記計測手段が計測
した回転数を監視し、その回転数が上記低回転数に低下
するまでの時間を計測する計測手段と、この計測手段が計測した時間が、上記算出時間の算出し
た所要時間に満たない場合に、警報信号を出力する警報
出力手段と、を備えたことを特徴とする磁気軸受保護装置。