JPH07238897A - Turbo-molecular pump - Google Patents

Turbo-molecular pump

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Publication number
JPH07238897A
JPH07238897A JP2837894A JP2837894A JPH07238897A JP H07238897 A JPH07238897 A JP H07238897A JP 2837894 A JP2837894 A JP 2837894A JP 2837894 A JP2837894 A JP 2837894A JP H07238897 A JPH07238897 A JP H07238897A
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JP
Japan
Prior art keywords
rotor shaft
shaft
magnetic
axial
control
Prior art date
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Pending
Application number
JP2837894A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahide Kubo
雅英 久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP2837894A priority Critical patent/JPH07238897A/en
Publication of JPH07238897A publication Critical patent/JPH07238897A/en
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  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

PURPOSE:To solve the influence of temperature and length of a cable so that stable axial magnetic buoyancy control may be always carried out by arranging a plurality of position detecting sensors in a shaft end part area in such a way that their relative positions are different to each other so that their outputs show different characteristic to each other. CONSTITUTION:A rotor shaft 3 in a turbo-molecular pump is axially buoyantiy pivoted by thrust magnetic bearings 7, 7' which are provided to the top and bottom of a disc 8 fixed to the rotor shaft 3 so as to sandwich the disc 8, and varies magnetic buoyancy by the current change of magnetic coils 7a, 7'a. In this case, a first axial displacement detecting sensor 10a and a second axial displacement detecting sensor 10b are respectively provided to a position having space a in parallel against the opposite rotor side end surface 3' of the rotor shaft 3 and a position having space against an end surface 3'' inclined 45 deg. from a shaft center. Each output signal is transmitted to a control output treating part 12, and the axial magnetic buoyancy of the rotor shaft 3 is controlled in response to the detected displacement quantity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、粒子加速器、核融合
装置、表面分析装置、半導体製造装置等において、高真
空を得るためのガス排気用に使用されるターボ分子ポン
プに関し、特に磁気浮上式軸受を使用する高速回転型タ
ーボ分子ポンプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo molecular pump used for exhausting a gas to obtain a high vacuum in a particle accelerator, a nuclear fusion device, a surface analysis device, a semiconductor manufacturing device, etc. The present invention relates to a high-speed rotary turbo molecular pump that uses a bearing.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気軸受形ターボ分子ポンプ(以下、T
MPと略称する)は、オイルフリーな真空状態を得るた
めに使用されるもので、高速回転するロータを固着した
ロータシャフトは、磁気軸受装置の磁気浮力により支承
されている。
2. Description of the Related Art A magnetic bearing type turbo molecular pump (hereinafter referred to as T
(Abbreviated as MP) is used for obtaining an oil-free vacuum state, and a rotor shaft to which a rotor rotating at high speed is fixed is supported by magnetic buoyancy of a magnetic bearing device.

【0003】従来のTMPの一例を図5に示す。1は真
空排気用の主翼をもつロータでロータシャフト3に固着
され、モータ4により高速回転する。2はロータを包囲
するケーシングで、ロータ1の外周から突設されるロー
タ翼(動翼)とケーシング内周から突設されるステータ
翼(静翼)とが交互に配置されており、両者によって真
空排気作用が行われる。ロータシャフト3はシャフトま
わりに配置された2個のラジアル磁気軸受5、6により
ラジアル方向に浮上軸支される。一方、軸方向に対して
は、シャフト3に固定された円板8の上下にこれを挟む
ように設けられたスラスト磁気軸受7、7′により軸方
向に浮上軸支される。ロータシャフト3のラジアル方向
の偏位はラジアル方向偏位検知センサ9により検出さ
れ、この出力をラジアル磁気軸受5、6の電磁コイルに
フィードバックしてラジアル方向の磁気浮力を制御して
いる。また、軸方向の変位は軸方向変位検知センサ10
により検出され、この出力をスラスト磁気軸受7、7′
にフィードバックして軸方向の磁気浮力を制御してい
る。
An example of a conventional TMP is shown in FIG. Reference numeral 1 denotes a rotor having a main blade for vacuum exhaustion, which is fixed to a rotor shaft 3 and is rotated at a high speed by a motor 4. Reference numeral 2 denotes a casing that surrounds the rotor. Rotor blades (moving blades) protruding from the outer circumference of the rotor 1 and stator blades (static blades) protruding from the inner circumference of the casing are alternately arranged. The evacuation action is performed. The rotor shaft 3 is supported in the radial direction by two radial magnetic bearings 5 and 6 arranged around the shaft. On the other hand, with respect to the axial direction, a levitation shaft is axially supported by thrust magnetic bearings 7 and 7'provided above and below the disk 8 fixed to the shaft 3. The radial deviation of the rotor shaft 3 is detected by the radial deviation detection sensor 9, and the output is fed back to the electromagnetic coils of the radial magnetic bearings 5 and 6 to control the magnetic buoyancy in the radial direction. The axial displacement is detected by the axial displacement detection sensor 10
Detected by the thrust magnetic bearings 7, 7 '
To control the magnetic buoyancy in the axial direction.

【0004】TMPが停止した時には、タッチベアリン
グ(図示せず)によりロータシャフト3を直接軸支し、
ラジアル磁気軸受5、6、スラスト磁気軸受7、7′へ
の接触が防止される。以上の構成において、とくに軸方
向の変位の制御は、その変位量の巾がラジアル方向の偏
りの巾に較べて比較的大きいこともあり、その軸方向隙
間をあらゆる環境条件の下においても常に一定に制御す
ることはむつかしい。
When the TMP is stopped, the rotor shaft 3 is directly supported by a touch bearing (not shown),
Contact with the radial magnetic bearings 5, 6 and the thrust magnetic bearings 7, 7'is prevented. In the above configuration, especially in the control of the axial displacement, the width of the displacement may be relatively large compared to the width of the radial deviation, and the axial clearance is always constant under all environmental conditions. It is difficult to control.

【0005】図6は軸方向の変位と、軸方向変位検知セ
ンサ10の出力に基づくスラスト磁気軸受への制御出力
との関係、即ち磁気制御特性を示したもので、図の実線
と点線のグラフはセンサ自身が温度等の影響により、又
制御回路の回路条件が温度やケーブルの長さの変動など
により、磁気制御特性がシフトした状態を示す。このよ
うに、温度やケーブル長さなどの環境の変化により制御
特性がシフトすると、シャフトの軸方向位置制御が狂う
ことになり、場合によってはタッチベアリングに接触し
てしまう等の事故につながる恐れがあるなどの問題があ
る。
FIG. 6 shows the relationship between the axial displacement and the control output to the thrust magnetic bearing based on the output of the axial displacement detection sensor 10, that is, the magnetic control characteristic. Graphs of the solid line and the dotted line in the figure are shown. Indicates a state in which the magnetic control characteristics are shifted due to the influence of the temperature of the sensor itself or the circuit conditions of the control circuit, such as fluctuations in temperature and cable length. In this way, if the control characteristics shift due to changes in the environment such as temperature and cable length, the axial position control of the shaft will be disturbed, and in some cases, it may lead to an accident such as contact with the touch bearing. There is such a problem.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、以上の問
題点を解決したもので、ポンプ運転条件により、軸方向
の制御特性が温度等の環境条件の影響により変わった場
合でも、常に安定に精密な軸方向磁気浮上制御ができる
ようにしたターボ分子ポンプを提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above problems, and it is always stable even when the axial control characteristics are changed by the pump operating conditions due to the influence of environmental conditions such as temperature. The present invention provides a turbo molecular pump capable of performing precise magnetic levitation control.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、かかる目的
を達成するために、ロータシャフト端部領域に関係位置
を異ならしめて配置した軸方向の位置検知センサを2個
設け、その複合出力によって軸方向の浮上制御を行うよ
うにしたものである。
In order to achieve such an object, the present invention provides two axial position detection sensors arranged in different positions in the rotor shaft end region, and uses the composite output of the two axial position detection sensors. The levitation control in the direction is performed.

【0008】[0008]

【作用】シャフト端部領域に関係位置を異ならしめて配
置した2個の位置検知センサの出力の差がゼロになるよ
うにコントロールすることにより、制御回路の条件が環
境によって変化しても、磁気軸受を常に安定した状態で
フィードバック制御できる。
The magnetic bearing is controlled even if the conditions of the control circuit change depending on the environment by controlling so that the difference between the outputs of the two position detection sensors arranged with different relations in the shaft end region becomes zero. Feedback control can always be performed in a stable state.

【0009】[0009]

【実施例】以下、この発明の実施例を図1を参照して説
明する。ロータシャフト3はこれに固定された円板8の
上下にこれを挟むように設けられたスラスト磁気軸受
7、7′により軸方向に浮上軸支される。そして、前記
スラスト磁気軸受と円板8の隙間は片側0.30mm程度であ
る。円板8を挟んで対設されるスラスト磁気軸受に保持
された電磁コイル7a、7′aに通電しその電流変化に
よってロータシャフト3に対する磁気浮力を可変するこ
とができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The rotor shaft 3 is axially levitationally supported by thrust magnetic bearings 7 and 7'provided above and below a disc 8 fixed thereto. The gap between the thrust magnetic bearing and the disk 8 is about 0.30 mm on each side. The magnetic buoyancy with respect to the rotor shaft 3 can be varied by energizing the electromagnetic coils 7a and 7'a held by thrust magnetic bearings oppositely sandwiching the disk 8 and changing the current.

【0010】ロータシャフト3の反ロータ側端面3′に
対して平行に隙間aを隔てた位置に第1の軸方向変位検
知センサ10aが、又軸心と45度傾斜の端面3″に対
して隙間aを隔てた位置に第2の軸方向変位検知センサ
10bが、それぞれ設けてある。センサ10aと10b
は同じ特性のもので、渦電流式センサが利用され、スラ
スト磁気軸受7′の下端に固設されたホルダ14の上に
取り付けられる。そして、各センサ10a、10bは、
ロータシャフト3の軸方向の変位を検出するとともに、
その出力信号を制御出力処理部12に伝達し、TMPの
電源ユニット(図示せず)に内蔵されたスラスト磁気軸
受7、7′の電磁コイル電源13にフィードバックし、
その軸方向の磁気浮力をその検出変位量に応じて制御し
てロータシャフト3の軸方向の磁気浮力を制御してい
る。ロータシャフト3が軸方向に変位した場合、各セン
サ10a、10bの軸方向の変位に対する制御特性出力
の関係は、一方が傾きをもって配置されているため図3
のようになる。2つの制御特性出力のグラフは傾きが異
なり、交差する点が変位aであるので、センサ10a、
10bの制御特性出力の差が0になるようにコントロー
ルすれば、常に隙間aの位置にロータシャフト3を保持
することができる。センサ10aと10bは45度以外
の傾きでも2つの制御特性出力のグラフは傾きが異なる
ので交差する点が確保できる。また、図2に示したよう
に、特性の異なる軸方向変位検知センサ10aと10c
をロータシャフト3の軸端面と平行に距離を変えて配置
した場合、ロータシャフト3を保持したい位置におい
て、センサ10aをシャフト端部と隙間aの位置に設置
し、センサ10aと10cの出力の値が同じになるよう
にδの段差を設けてセンサ10cを配置しておけば、両
出力の差が0となるようにコントロールすればよい。こ
の場合、センサ10a、10cの隙間の変位に対する出
力の関係は、図4のようになる。従って、温度等の影響
やケーブル長さの変動などにより図6のようにセンサ制
御特性出力が変化しても、2個のセンサ制御特性出力の
差が0になるように制御するので、常に安定な浮力制御
ができロータシャフト3がタッチベアリング11に接触
してしまうことはない。
A first axial displacement detection sensor 10a is provided at a position parallel to the end face 3'on the side opposite the rotor of the rotor shaft 3 with a gap "a" between the end face 3 "and the end face 3" inclined 45 degrees from the axis. Second axial displacement detection sensors 10b are provided at positions separated by the gap a. Sensors 10a and 10b.
Have the same characteristics, and an eddy current type sensor is used, and is mounted on a holder 14 fixed to the lower end of the thrust magnetic bearing 7 '. And each sensor 10a, 10b is
While detecting the axial displacement of the rotor shaft 3,
The output signal is transmitted to the control output processing unit 12, and is fed back to the electromagnetic coil power supply 13 of the thrust magnetic bearings 7 and 7'built in the power supply unit (not shown) of the TMP,
The magnetic buoyancy in the axial direction is controlled according to the detected displacement amount to control the magnetic buoyancy in the axial direction of the rotor shaft 3. When the rotor shaft 3 is displaced in the axial direction, one of the relations of the control characteristic output with respect to the axial displacement of each of the sensors 10a and 10b is arranged with an inclination, so that FIG.
become that way. Since the two control characteristic output graphs have different slopes and the intersecting point is the displacement a, the sensor 10a,
If the difference in the control characteristic output of 10b is controlled to be 0, the rotor shaft 3 can always be held at the position of the gap a. Even if the sensors 10a and 10b have inclinations other than 45 degrees, the graphs of the two control characteristic outputs have different inclinations, so that the intersecting points can be secured. Further, as shown in FIG. 2, the axial displacement detection sensors 10a and 10c having different characteristics are provided.
Is arranged in parallel with the axial end surface of the rotor shaft 3 at different distances, the sensor 10a is installed at the position where the rotor shaft 3 is desired to be held at the position of the shaft end and the clearance a, and the output values of the sensors 10a and 10c are set. If the sensor 10c is arranged with a step difference of δ so that the same becomes, the difference between both outputs can be controlled to be zero. In this case, the relationship of the output with respect to the displacement of the gap between the sensors 10a and 10c is as shown in FIG. Therefore, even if the sensor control characteristic output changes as shown in FIG. 6 due to the influence of temperature or the like or the variation of the cable length, the control is performed so that the difference between the two sensor control characteristic outputs becomes 0, and thus the stability is always stable. The buoyant force can be controlled, and the rotor shaft 3 does not come into contact with the touch bearing 11.

【0011】[0011]

【発明の効果】この発明は、以上のように、温度やケー
ブル長さの影響を受けないため、ポンプの運転条件によ
り軸方向変位の制御特性が変化しても安定した軸方向の
磁気浮力制御ができる。
As described above, according to the present invention, since the temperature and the cable length are not affected, the stable magnetic buoyancy control in the axial direction is achieved even if the control characteristic of the axial displacement changes depending on the operating condition of the pump. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例のターボ分子ポンプの軸方向
位置制御部の構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an axial position control unit of a turbo molecular pump according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の他の実施例の軸方向変位検知部の構
成を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an axial displacement detecting portion according to another embodiment of the present invention.

【図3】この発明の実施例(図1)の軸方向位置制御出
力の特性を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing characteristics of an axial position control output of the embodiment (FIG. 1) of the present invention.

【図4】この発明の実施例(図2)の軸方向位置制御出
力の特性を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing characteristics of an axial position control output of the embodiment (FIG. 2) of the present invention.

【図5】従来のターボ分子ポンプの構成を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional turbo molecular pump.

【図6】従来のターボ分子ポンプの軸方向位置制御出力
の特性を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing characteristics of an axial position control output of a conventional turbo molecular pump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ロータ 2…ケーシング 3…ロー
タシャフト 4…モータ 5、6…ラジアル磁気軸受 7、7′…スラスト磁気軸受 8…円板 9…ラジアル方向偏位検知センサ 10…軸方
向変位検知センサ 11…タッチベアリング 12…制
御出力処理部 13…電磁コイル電源
1 ... Rotor 2 ... Casing 3 ... Rotor shaft 4 ... Motor 5, 6 ... Radial magnetic bearing 7, 7 '... Thrust magnetic bearing 8 ... Disc 9 ... Radial direction deviation detection sensor 10 ... Axial displacement detection sensor 11 ... Touch Bearing 12 ... Control output processing unit 13 ... Electromagnetic coil power supply

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ロータシャフトを磁気軸受装置で支持する
とともにこのシャフトの軸端部に設置した位置検知セン
サによってシャフトの軸方向変位を検出し、その出力を
磁気軸受の制御部に帰還してシャフトの位置を所定範囲
に保持するようにした装置において、前記位置検知セン
サを複数個、互いにその出力が異なる特性を呈するよう
にシャフト端部領域に関係位置を異ならしめて配置した
ことを特徴とするターボ分子ポンプ。
1. A rotor shaft is supported by a magnetic bearing device, and the axial displacement of the shaft is detected by a position detection sensor installed at the shaft end portion of the shaft, and the output is returned to the control unit of the magnetic bearing. In a device for holding the position of the above-mentioned position within a predetermined range, a plurality of the position detection sensors are arranged with different relative positions in the shaft end region so that the outputs have different characteristics. Molecular pump.
JP2837894A 1994-02-25 1994-02-25 Turbo-molecular pump Pending JPH07238897A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10299688A (en) * 1997-04-22 1998-11-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Turbo molecular drag pump
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