JPS63239397A

JPS63239397A - タ−ボ分子ポンプの磁気軸受装置

Info

Publication number: JPS63239397A
Application number: JP7249987A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Narita; 潔成田; Juichi Kawaguchi; 川口　重一
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-03-25
Filing date: 1987-03-25
Publication date: 1988-10-05
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JP2536512B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、ロータシャフトの緊急ブレーキシステムを備
えるターボ分子ポンプの磁気軸受装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰという）のロータシャ
フトに完全浮上方式の磁気軸受を利用する場合、ポンプ
停止時の支持を兼ねて、磁気軸受の作動不良時にロータ
シャフトを接触（タッチダウン）させバックアップする
ためのタッチダウン軸受（玉軸受）が装備される。磁気
軸受の作動不良には、その磁気制御システムが故障して
制御不調乃至不能に陥いる場合の他、制御用ケーブルの
断線事故やＴＭＰ本体からのコネクターの離脱あるいは
接続忘れ等が含まれる。そして、かかる作動不良を起こ
すと異常振動等を生じてロータシャフトがタラ１ダウン
軸受と反復接触したり、特に後者の場合は、ロータシャ
フトがタッチダウン軸受と完全に接触してしまうことに
なる。

［発明が解決しようとする問題点］しかるに、この種のＴＭＰでは、そのタッチダウン軸受
（玉軸受）には潤滑処理を施すことができないから、タ
ッチダウン軸受がロータシャフトとの接触によって早期
に破損してしまう問題が見られる。ここでタッチダウン
軸受に潤滑油やグリースを供給することができない訳は
、そもそもＴＭＰ・に磁気軸受を適用する狙いの一つが
、油蒸気等による被排気系の汚染のない完全にドライ（
オイルフリー）な真空を実現することに機差しているか
らである。

そこで、真空中で高速回転体を支承するタッチダウン軸
受の耐久性を改善する対策として、金、銀、錫などのコ
ーティングを施した玉軸受を用いることも提案されてい
るが、それでもタッチダウンを繰返すことにより早期に
損傷することを免れないのが実情である。

このように、磁気軸受方式を採用するＴＭＰにおいては
、そのタッチダウン軸受の寿命が短く、これがために軸
心振れでロータが破壊する事故を招いたり、そうでなく
ともタッチダウン軸受のメンテナンスが大変面倒となる
問題を生じている。

［問題点を解決するための手段］本発明は、このような問題点を、ＴＭＰの運転中に、万
一磁気軸受の作動不良に起因して超高速回転するロータ
シャフトがタッチダウン軸受に接触する事態を生じた場
合には、その回転を速やかに停止し、タッチダウン軸受
が受ける損傷を最少限に止どめる対策を施すことにより
解決せんとするものである。

すなわち、本発明が問題解決のために採る手段は、モー
タハウジングの内部に、ロータシャフトを浮１；支持す
る磁気軸受と、磁気軸受の作動不良時にロータシャフト
をバックアップするタッチダウン軸受とを備えるＴＭＰ
において、前記磁気軸受の作動不良を検出する磁気軸受
不良検出手段と、前記モータハウジングの内部にガスを
導入するガス導入系路とを付設し、このガス導入系路に
介設したガス導入弁を、前記磁気軸受不良検出手段の軸
受不良検出時に開放するようにする、というものである
。

［作用］このようにすれば、ＴＭＰの運転中に、磁気軸受に作動
不良を起すと、磁気軸受不良検出手段がこれを検出し、
さらにガス導入弁が開放されて、付設のガス導入系路か
ら真空のモータハウジングの内部にガスが導入されるこ
とになる。

すると、モータハウジング内部に導入されたガスは、高
速回転中のロータシャフトのまわりで該シャフトに粘性
抵抗による制動力を与え、ロータシャフトを回転停止す
る。実際、かかる導入ガスの粘性抵抗によるブレーキ作
用は、モータからの電気的なブレーキ作用よりも強力に
働くことが知られる。

そして又、モータハウジングの内部に導入されたガスが
その内部を流通することによって、摩擦により発熱する
タッチダウン軸受に、真空中では得られない冷却作用を
付与することになり、同時にタッチダウン軸受の摩擦係
数を低下する作用も営むことになる。

したがって、磁気軸受の故障等に起因して高速回転中の
ロータシャフトがタッチダウン軸受に接触する事態を生
じたならば、ロータシャフトの回転を速やかに停止し、
同時にタッチダウン軸受に冷却および摩擦緩和作用が加
わることになり、これによりタッチダウン軸受が受ける
損傷を軽微に抑えることができる。

［実施例コ以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第１図は、完全浮上方式による磁気軸受を装備したＴＭ
Ｐの要部構成を図示している。

このものは、先端にロータ１を固着するロータシャフト
２を、モータハウジング３内でビルトインモータ４ａ、
４ｂにより回転駆動するようにしているとともに、同モ
ータハウジング３の内部のロータシャフト２のまわりに
、前記モータを挟んで該ロータシャフト２を浮上支持す
るための磁気軸受５．７．９を配設して構成されている
。

磁気軸受５は、モータの上方位置で、ロータシャフト２
のまわりに電磁石５ａを所定の隙間をおき配置してなる
もので、ロータシャフト２をラジアル方向に支えるラジ
アル軸受を構成している。

この磁気軸受５の近傍には、ロータシャフト２のラジア
ル変位を検出するラジアルセンサ６が付設される。また
磁気軸受７は、モータの下方位置で磁気軸受５と対をな
す電磁石７ａを配置してなるもので、同じくラジアル軸
受を構成している。そして、その近傍には同様にラジア
ルセンサ８が付設される。さらに磁気軸受９は、モータ
ハウジング３内でロータシャフト２の下端部に配設され
、該ロータシャフト２の下端部に着脱可能に取着したス
ラストリング１０の上下に各々所定隙間をおいて該スラ
ストリング１０を挟む電磁石９ａ、９ｂとを配置してな
るもので、ロータ１と共にロータシャフト２をアキシャ
ル方向に支えるスラスト軸受を構成している。そして、
ロータシャフト２の下端に対向して、ロータシャフト２
のアキシャル変位を検出するスラストセンサ１１が付設
される。

そして、以上のような完全浮上方式の磁気軸受装置には
、磁気軸受５．７．９の作動不良時にロータシャフト２
をバックアップするためのタッチダウン軸受（無潤滑の
玉軸受）１２．１３．１３が付帯される。すなわち、磁
気軸受５の上方のモータハウジング３内にラジアルタッ
チダウン軸受１２を配置し、また磁気軸受７と磁気軸受
９との間のモータハウジング３内にラジアル会スラスト
タッチダウン軸受１３．１３を配置している。これらの
タッチダウン軸受１２．１３．１３は、ＴＭＰの運転停
止時においてタッチダウンされるロータシャフト２を支
持し、また運転中は、磁気軸受の作動不良時にロータシ
ャフト２がその上に接触して、磁気軸受に直接接触する
のが防止されるように隙間調整されることは言うまでも
ない。

その地図中、１４はＴＭＰの排気口であり、通常油回転
ポンプＲＰのようなバックポンプが接続される。また１
５はモータハウジング３内の電磁石やセンサから外部に
設置される磁気制御回路１６にケーブルを導出するため
のケーブル導通口を示す。

しかして、かかる磁気軸受装置によりロータシャフト２
を浮上支持するようにしたＴＭＰにおいて、本発明によ
ると、その磁気軸受５．７．９の作動不良に対処すべく
、更に次のような構成を付設している。

すなわち、前記の磁気軸受５．７．９の各作動不良（Ｅ
ＭＥＲＧＥＮＣＹ）を検出するための磁気軸受不良検出
手段１７を設置している。この検出手段１７は前記磁気
制御回路１６を内臓して一体に構成させるものであって
、前記センサ６．８．１１でロータシャフト２と磁気軸
受５．７．９との各隙間を監視し、それらが適正な隙間
寸法から外れて異常接近した場合は、軸受作動不良を判
別する。そして、軸受作動不良を判別すると同時に、Ｅ
ＭＥＲＧＥＮＣＹ信号を発信し、モータ４ａ、４ｂによ
る駆動を停止する。このとき、一般的にはモータブレー
キが同時に作動されることになる。そして又、このとき
には警報を発し、さらに図示されないＴＭＰ吸込側の遮
断弁が自動的に閉止されるようにシステムアップされて
いる。

また、モータハウジング３の底部にベント１８を設け、
このベント１８に常閉のガス導入弁２０を介し外部から
ガスを導入するガス導入系路１９を接続している。

そして、このガス導入弁２０は、前記磁気軸受不良検出
手段１７が軸受作動不良を判別したとき発信するＥＭＥ
ＲＧＥＮＣＹ信号を受信すると同時に開放されて、外部
からモータハウジング３の内部に即座にガスを導入する
ものとなっている。

このような構成を付加したＴＭＰであると、運転中に、
各磁気軸受及びその制御系の故障、取扱ミスあるいは地
震や断線事故その他の外的要因等に起因して、ロータシ
ャフト２が制御を失う事態を招いたときには、その磁気
軸受不良検出手段１７がガス導入系路１９に介設したガ
ス導入弁２０にＥＭＥＲＧＥＮＣＹ信号を発信し、これ
を受信したガス導入弁２０が開放して、運転中ポンプ室
から排気されて真空状態にあるモータハウジング３の内
部に即座にガスを導入するものとなる。

しかるに、モータハウジング３内にガスが充満されると
、前述したロータシャフト２に対するブレーキ作用と、
タッチダウン軸受１２．１３．１３に対する冷却及び摩
擦係数の低下作用が発揮されることになるため、ロータ
シャフト２が接触すると瞬時に致方回転で回転されるこ
とになるタッチダウン軸受１２．１３．１３の接触時間
および発熱、摩耗程度を短縮、緩和することができる。

つまり、接触の毎に各タッチダウン軸受が受けるダメー
ジを最少限に抑え、その使用寿命の延長を図ることがで
きる。

なお、本発明の適用される磁気軸受装置については、も
とより図示例に示す構造形態のものに限らず、磁気軸受
を利用したちの一般に適用可能である。また、磁気軸受
不良検出手段の具体的な構成は問わない。さらに、モー
タハウジング３内にガスを導くガス導入系路は、その底
部等に直結する場合の他に、所要のガス導入弁を介し、
例えばＴＭＰの排気口や吸気口側に接続してもよい。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、本発明のＴＭＰ磁気軸受装
置においては、何らかの原因でロータシャフトがタッチ
ダウン軸受に接触する磁気軸受の作動不良を生じた場合
には、そのモータバウンシングの内部に外部から即座に
ガスを導入することで、ロータシャフトの速やかな停止
とタッチダウン軸受の導入ガスによる保護、冷却を図り
、これによりタッチダウン軸受の損傷を緩和し、その寿
命向上を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明のＴＭＰ軸受装置の概要を示す一部断面
の模式図である。１・・・ロータ２・・・ロータシャフト３・・・モータハウジング５・・・ラジアル磁気軸受７・・・ラジアル磁気軸受９・・・スラスト磁気軸受１２・・・ラジアルタッチダウン軸受１３・・・ラヒアル・スラストタッチダウン軸受１７・
・・磁気軸受不良検出手段１９・・・ガス導入系路２０・・・ガス導入弁

Claims

【特許請求の範囲】

モータハウジングの内部に、ロータシャフトを浮上支持
する磁気軸受と、磁気軸受の作動不良時にロータシャフ
トをバックアップするタッチダウン軸受とを備えるター
ボ分子ポンプにおいて、前記磁気軸受の作動不良を検出
する磁気軸受不良検出手段と、前記モータハウジングの
内部にガスを導入するガス導入系路とを付設し、このガ
ス導入系路に介設したガス導入弁を、前記磁気軸受不良
検出手段の軸受不良検出時に開放するようにしたことを
特徴とするターボ分子ポンプの磁気軸受装置。