JPWO2013179749A1 - 真空ポンプ用ｉｐｍモータ - Google Patents

Abstract

小型真空ポンプ用のモータとして最適な真空ポンプ用ＩＰＭモータを提供する。【課題】真空ポンプのロータ軸が圧入され、磁石が埋め込まれるロータコアと、該ロータコアを囲んで配設され、ステータ巻線が巻回されるステータコアとを有する真空ポンプ用ＩＰＭモータであって、ロータコアに埋め込む１極当たりの磁石を２分割して該ロータコアに設けられた磁石スロットにそれぞれ挿入するとともに、該１極当たりの２分割した永久磁石を挿入する２つの磁石スロットの両端に応力集中緩和用の孔を設け、更に、上記ロータコアをロータ軸の軸方向に上下に積層する多段構成にし、応力集中緩和用の孔を用いて該上下に積層するロータコアのスキュー角の位置決めを行う。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造装置、フラット・パネル・ディスプレイ製造装置、ソーラー・パネル製造装置におけるプロセスチャンバやその他の密閉チャンバのガス排気手段として利用される真空ポンプの回転翼ブレードを高速回転駆動する真空ポンプ用ＩＰＭモータに関し、特に、真空ポンプの小型化に伴いロータヨーク幅を狭くした場合に適用可能な真空ポンプ用ＩＰＭモータに関する。

真空ポンプは、ハウジング内壁に複数のステータ翼を取り付け、このステータ翼に対向する複数の回転翼ブレードを高速回転することにより吸引を行うもので、この回転翼ブレードの高速回転駆動には、従来、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）構造のブラシレスＤＣモータが用いられていた。

この種のＳＰＭモータは、ロータの表面に磁石を張り合わせた形状からなっているので、高速回転時に磁石が遠心力で飛散しないように飛散防止バインドを設ける必要があり、また、ＳＰＭ用磁石は形状が大きくなるので、磁石の渦電流損による発熱も問題になる。

そこで、真空ポンプ用のモータとして、磁石使用量の低減、磁石形状の簡素化、飛散防止バインドを削除することによる部品点数の削減が図られるＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）の導入が検討されている。

このＩＰＭモータは、ロータの内部に磁石を埋め込んだ構造をもつ回転界磁形式の同期モータで、ロータの磁化によるリラクタンストルクと磁石によるマグネットトルクの両方を利用することができので、小型で大出力を得ることができる。

しかし、真空ポンプ用のモータとして、このＩＰＭモータを採用する場合、ＩＰＭモータのロータ部に真空ポンプの回転翼ブレードを高速回転駆動するロータ軸を圧入する必要があるが、真空ポンプのロータ軸は、真空ポンプの高速回転に伴う固有振動を小さくするために一定以上の径にしなければならず、この場合、磁石を埋め込むＩＰＭモータのロータヨーク幅が非常に狭くなってしまう。ここで、この真空ポンプの１極当たりの磁石を1枚で構成すると、ロータヨーク幅が狭いために、シャフト圧入時の圧入力にロータコアや磁石の機械強度が耐えることができず、ロータコアや磁石が破損する虞があるという問題が生じた。

１極当たりの磁石を２枚で構成したＩＰＭモータ用のロータとしては、特許文献１に記載された「モータ用ロータ」が知られている。

特開２００２−４４８８７号公報

しかし、上記特許文献１に記載された「モータ用ロータ」は、小型真空ポンプ用のモータとしての利用を想定したものではなく、したがって、ロータヨーク幅が狭くなってしまうことによるシャフト圧入時のロータコアや磁石の破損を防止できるものではない。

本発明は、このような問題を解決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、小型真空ポンプ用のモータとして最適な真空ポンプ用ＩＰＭモータを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、真空ポンプのロータ軸が圧入され、磁石が埋め込まれるロータコアと、該ロータコアを囲んで配設され、ステータ巻線が巻回されるステータコアとを有する真空ポンプ用ＩＰＭモータであって、前記ロータコアに埋め込む１極当たりの前記磁石を複数に分割して該ロータコアに設けられた磁石スロットにそれぞれ挿入するとともに、該磁石スロットの近傍に応力集中緩和用の孔を設けたことを特徴とする。

また、上記構成において、前記ロータコアに埋め込む１極当たりの前記磁石を少なくとも２つ以上に分割して該ロータコアに設けられた前記磁石スロットにそれぞれ挿入するように構成することができる。

ここで、前記磁石スロットは、半径方向外側隅に応力集中緩和用の第１のスミ部を有するとともに、半径方向内側隅に前記第１のスミ部よりも曲率半径が小さい第２のスミ部を有するように構成することができる。

また、上記構成において、前記ロータコアを該ロータコアの軸方向に多段に積層する多段構成にし、前記応力集中緩和用の孔を用いて該積層する前記ロータコアのスキュー角の位置決めを行うことができる。

ここで、前記ロータコアを該ロータコアの軸方向に上下に少なくとも２段以上に積層する２段構成にすることができる。

また、隣接する極の前記応力集中緩和用の孔の間の距離が異なるように該応力集中緩和用の孔を形成することにより、多段に積層する前記ロータコアの前記スキュー角を調整する。

ここで、隣接する極の前記応力集中緩和用の孔の間の距離が異なるように該応力集中緩和用の孔を形成することにより、２段に積層する上下の前記ロータコアの前記スキュー角を調整することができる。

また、上記構成において、前記応力集中緩和用の孔の間の距離を前記応力集中緩和用の孔と前記磁石スロットとの間の距離より広く設定し、リラクタンストルクを発生させるｑ軸磁束を、各段の前記ロータコアの前記応力集中緩和用の孔の間に流すことにより前記多段に積層する複数の前記ロータコアに跨る磁気回路を形成する。

また、前記応力集中緩和用の孔の間の距離を前記応力集中緩和用の孔と前記磁石スロットとの間の距離より広く設定し、リラクタンストルクを発生させるｑ軸磁束を、上段の前記ロータコアの前記応力集中緩和用の孔の間と下段の前記ロータコアの前記応力集中緩和用の孔の間に流すことにより前記２段に積層する２つのロータコアに跨る磁気回路を形成する。

本発明によれば、ロータコアに埋め込む１極当たりの磁石を複数に分割して該ロータコアに設けられた磁石スロットにそれぞれ挿入するとともに、該１極当たりの複数に分割した磁石を挿入する複数の磁石スロットの両端に応力集中緩和用の孔を設けたので、シャフト圧入時の圧入力によるロータコアや磁石の破損を確実に防止することができる。

また、上記応力集中緩和用の貫通孔を設けるとともに、上記磁石スロットの形状を、前記応力集中緩和用の孔に隣接する側の半径方向外側隅に応力集中緩和用の第１のスミ部を有するとともに、半径方向内側隅に前記第１のスミ部よりも曲率半径が小さい第２のスミ部を有するように構成することで、真空ポンプの高速回転運転時における遠心力によるロータコアの破損を防止することができる。

また、上記応力集中緩和用の孔を用いて、前記ロータコアを前記ロータ軸の軸方向に上下に積層して多段構成にする場合に、該上下に積層するロータコアのスキュー角の位置決めを行うことができる。

また、上記応力集中緩和用の孔を設けることにより、磁石端部の漏洩磁束を低減することができるという効果も奏する。

図１は、本発明が適用される真空ポンプの断面図である。 本願発明に係る真空ポンプ用ＩＰＭモータの詳細構成を示す平面図（Ａ）およびそのＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。 図３は、本願発明に係る真空ポンプ用ＩＰＭモータのロータコアの詳細構成を示す平面図（Ａ）およびそのＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。 図４は、本願発明に係る真空ポンプ用ＩＰＭモータのステータコアの詳細構成を示す平面図（Ａ）およびそのＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。 図５は、上段のロータコアと下段のロータコアの一例を示す図である。 図６は、上段のロータコアおよび下段のロータコアの位置決めおよびスキュー角の調整について説明する図である。 図７は、上段のロータコアおよび下段のロータコアのスキュー角の調整について説明する図である。 図８は、スキュー角が調整された上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとを重ね合わせて段スキュー構成にしたロータコア１１０の平面図（Ａ）およびそのＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。 図９は、磁石スロットおよび応力集中緩和用の孔の詳細を説明する拡大図である。 図１０は、本発明の真空ポンプ用ＩＰＭモータにおけるリラクタンストルクの有効利用を説明する図である。 図１１は、この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００による６倍高調波成分からなるトルクリップルと１２倍高調波成分からなるコギングトルクの低減に寄与する誘起電圧の高調波成分の低減を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための実施例について、願書に添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される真空ポンプの断面図である。同図の真空ポンプＰは、半導体製造装置、フラット・パネル・ディスプレイ製造装置、ソーラー・パネル製造装置におけるプロセスチャンバやその他の密閉チャンバのガス排気手段等として利用される。

同真空ポンプＰは、外装ケース１内に、回転翼ブレード１３と固定翼ブレード１４により気体を排気する翼排気部Ｐｔと、ネジ溝１６を利用して気体を排気するネジ溝排気部Ｐｓと、これらの駆動系とを有している。

外装ケース１は、筒状のポンプケース１Ａと有底筒状のポンプベース１Ｂとをその筒軸方向にボルトで一体に連結した有底円筒形になっている。ポンプケース１Ａの上端部側はガス吸気口２として開口しており、ポンプベース１Ｂの下端部側面にはガス排気口３を設けてある。

ガス吸気口２は、ポンプケース１Ａ上縁のフランジ１Ｃに設けた図示しないボルトにより、例えば半導体製造装置のプロセスチャンバ等、高真空となる図示しない密閉チャンバに接続される。ガス排気口３は、図示しない補助ポンプに連通するように接続される。

ポンプケース１Ａ内の中央部には各種電装品を内蔵する円筒状のステータコラム４が設けられており、ステータコラム４はその下端側がポンプベース１Ｂ上にネジ止め固定される形態で立設してある。

ステータコラム４の内側にはロータ軸５が設けられており、ロータ軸５は、その上端部がガス吸気口２の方向を向き、その下端部がポンプベース１Ｂの方向を向くように配置してある。また、ロータ軸５の上端部はステータコラム４の円筒上端面から上方に突出するように設けてある。

ロータ軸５は、ラジアル磁気軸受１０とアキシャル磁気軸受１１の磁力で径方向と軸方向が回転可能に浮上支持され、後に詳述する本発明に係る真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００により回転駆動される。また、このロータ軸５の上下端側には保護ベアリングＢ１、Ｂ２を設けている。

ステータコラム４の外側にはロータ６が設けられている。ロータ６は、ステータコラム４の外周を囲む円筒形状であって、ロータ軸５に一体化されていて、かつ、そのロータ軸５を回転軸心としてポンプケース１Ａ内で回転するように構成してある。

従って、図１の真空ポンプＰでは、ロータ軸５、ラジアル磁気軸受１０、１０及びアキシャル磁気軸受１１が、ロータ６をその軸心周りに回転可能に支持する支持手段として機能する。また、このロータ６はロータ軸５と一体に回転するので、ロータ軸５を回転駆動する真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００がロータ６を回転駆動する駆動手段として機能する。

保護ベアリングＢ１とＢ２、ラジアル磁気軸受１０及びアキシャル磁気軸受１１の詳細構成については業界周知の内容のため、説明を省略する。

図１の真空ポンプＰでは、ロータ６の略中間より上流（ロータ６の略中間からロータ６のガス吸気口２側端部までの範囲）が翼排気部Ｐｔとして機能する。以下、この翼排気部Ｐｔの詳細構成を説明する。

ロータ６の略中間より上流側のロータ６外周面には回転翼ブレード１３が一体に複数設けられている。これら複数の回転翼ブレード１３は、ロータ６外周面からロータ径方向に突出した形態になっていて、かつ、ロータ６の回転軸心（ロータ軸５）若しくは外装ケース１の軸心（以下「ポンプ軸心」という）を中心として放射状に配置してある。また、回転翼ブレード１３は、ロータ６の外径加工部と一体的に切削加工で切り出し形成した切削加工品であって、気体分子の排気に最適な角度で傾斜している。

ポンプケース１Ａの内周面側には固定翼ブレード１４が複数設けられており、これらの固定翼ブレード１４は、ポンプケース１Ａ内周面からロータ６外周面に向って突出した形態になっていて、かつ、ポンプ軸心を中心として放射状に配置してある。これらの固定翼ブレード１４もまた、回転翼ブレード１３と同じく、気体分子の排気に最適な角度で傾斜している。

そして、図１の真空ポンプＰにおいては、前記のような複数の回転翼ブレード１３と固定翼ブレード１４とがポンプ軸心に沿って交互に多段に配置されることによって多段の翼排気部Ｐｔを形成している。

以上の構成からなる翼排気部Ｐｔでは、真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００の起動により、ロータ軸５、ロータ６および複数の回転翼ブレード１３が一体に高速回転し、最上段の回転翼ブレード１３がガス吸気口２から入射した気体分子に下向き方向の運動量を付与する。この下向き方向の運動量を有する気体分子が固定翼１４によって次段の回転翼ブレード１３側へ送り込まれる。このような気体分子への運動量の付与と送り込み動作とが繰り返し多段に行われることにより、ガス吸気口２側の気体分子はロータ６の下流に向かって順次移行するように排気される。

図１の真空ポンプＰでは、ロータ６の略中間より下流（ロータ６の略中間からロータ６のガス排気口３側端部までの範囲）がネジ溝排気部Ｐｓとして機能する。以下、このネジ溝排気部Ｐｓの詳細構成を説明する。

ロータ６の略中間より下流側のロータ６は、ネジ溝排気部Ｐｓの回転部材として回転する部分であり、ネジ溝排気部ステータ１５の内側に配置されている。

ネジ溝排気部ステータ１５は、筒形の固定部材であって、ロータ６の外周（ロータ６の略中間より下流）を囲むように配置されている。また、このネジ溝排気部ステータ１５はその下端部がポンプベース１Ｂで支持されるように設置してある。

ネジ溝排気部ステータ１５の内周部には、深さが下方に向けて小径化したテーパコーン形状に変化するネジ溝１６を形成してある。このネジ溝１６は、ネジ溝排気部ステータ１５の上端から下端にかけて螺旋状に刻設してあり、かかるネジ溝１６により、ロータ６とネジ溝排気部ステータ１５との間には、螺旋状のネジ溝排気通路Ｓが設けられる構成になっている。なお、図示は省略するが、先に説明したネジ溝１６をロータ６の内周面に形成することで、ネジ溝排気通路Ｓが設けられる構成も採用し得る。

ネジ溝排気部Ｐｓでは、ネジ溝１６とロータ６の外周面でのドラッグ効果により気体を圧縮しながら移送するため、ネジ溝１６の深さは、ネジ溝排気通路Ｓの上流入口側（ガス吸気口２に近い方の通路開口端）で最も深く、その下流出口側（ガス排気口３に近い方の通路開口端）で最も浅くなるように設定してある。

ネジ溝排気通路Ｓの上流入口は、前述のように多段に配置されている回転翼ブレード１３と固定翼ブレード１４のうち、最下段の翼（図１の例では、最下段の固定翼ブレード１４）の下流に形成される隙間Ｇに連通しており、また、そのネジ溝排気通路Ｓの下流出口は、ガス排気口３側に連通するように構成してある。

先に説明した翼排気部Ｐｔの排気動作による移送で最下段の翼（図１の例では、回転翼ブレード１３）に到達した気体分子は、ネジ溝排気通路Ｓの上流入口から同ネジ溝排気通路Ｓに移行する。移行した気体分子は、ロータ６の回転によって生じる効果、すなわちロータ６の外周面とネジ溝１６でのドラッグ効果によって、遷移流から粘性流に圧縮されながらガス排気口３に向って移行し、最終的に図示しない補助ポンプを通じて外部へ排気される。

図２は、本願発明に係る真空ポンプ用ＩＰＭモータの詳細構成を示す平面図（Ａ）およびそのＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。

同図において、この真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００は、４極、２４スロットのＩＰＭモータとして構成され、各極の磁石（永久磁石）が埋め込まれる複数の磁石スロット１１１が形成されたロータコア１１０とこのロータコア１１０を囲んで配設され、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相電流を流す巻線１２２が巻回される複数の巻線スロット１２１が形成されたステータコア１２０から構成される。

ロータコア１１０およびステータコア１２０は、それぞれシート状の鉄心片を所定の厚さに積層して構成される。

なお、図２には、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相電流を流す巻線１２２を巻線スロット１２１に交互に巻回しているが、このＵ、Ｖ、Ｗの巻線１２２の巻回方法はこの巻回方法に限らず、要は巻線１２２により回転する磁界が発生するようにすればよく、他の周知の種々の巻回方法も採用することができる。

さて、この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００は、上述した真空ポンプＰのロータ軸５がロータコア１１０に設けられた孔１１３に圧入されるように構成されており、このロータ軸５は、真空ポンプＰの高速回転に伴う固有振動を小さくするために一定以上の径にしなければならないので、真空ポンプＰの小型化を図ると、ロータコア１１０の寸法に対してロータ軸５が占める割合は大きくなるので、ロータコア１１０の磁石１３０とロータコア内周との間のコア幅ＹＷ１およびロータコア１１０の磁石１３０とロータコア外周の間のコア幅ＹＷ２は狭くなる。

ここで、１極当たりの磁石を１枚で構成すると、真空ポンプＰのロータ軸５の圧入時の圧入力によりロータコアや磁石が耐えることができず破損してしまう虞がある。そこで、この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００においては１極当たりの磁石を２枚に分割して別々の磁石スロット１１１に埋め込むように構成している。

また、真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００においては、磁石を軸方向に２分割し上下の磁石を所定角度ずらした段スキュー構成を採用し、駆動周波数の６倍高調波成分からなるトルクリップルと１２倍高調波成分からなるコギングトルクの低減を図っている。

したがって、上記構成のロータコア１１０には、上段のロータコア１１０Ａおよび下段のロータコア１１０Ｂにはそれぞれ４×２＝８（個）の磁石スロット１１１が形成され、ステータコア１２０には、２４スロットの巻線スロット１２１が形成されている。

さらに、この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００には、真空ポンプＰの高速回転運転時の遠心力にロータコア１１０が耐えることができるように、各極の磁石スロット１１１の両側に、計８個の応力集中緩和用の孔１１２が形成される。

この応力集中緩和用の孔１１２は、後に詳述するように、上下段のロータコア１１０Ａ、１１０Ｂの位置決めおよびスキュー角の調整に用いられ、また、磁石スロット１１１に埋め込まれる磁石１３０の端部からの漏洩磁束を低減させる効果も有する。

図３は、本願発明に係る真空ポンプ用ＩＰＭモータのロータコア１１０の詳細構成を示す平面図（Ａ）およびそのＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。

同図において、このロータコア１１０には、２分割された磁石１３０をそれぞれ埋め込む計８個の磁石スロット１１１と計８個の応力集中緩和用の孔１１２が形成される。

ここで、応力集中緩和用の孔１１２ａは、２分割された磁石１１１ａと１１１ｂのうちの１つの磁石１１１ａに隣接して形成され、応力集中緩和用の孔１１２ｂは、２分割された磁石１１１ａと１１１ｂのうちの他の磁石１１１ｂに隣接して形成される。このロータコア１１０には真空ポンプＰのロータ軸５が圧入される孔１１３が形成される。

段スキュー構成を採用するこの実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００において、上段のロータコア１１０Ａおよび下段のロータコア１１０Ｂは、それぞれ図２に示すロータコア１１０と同一形状、同一構成からなり、応力集中緩和用の孔１１２ａおよび応力集中緩和用の孔１１２ｂを利用して上段のロータコア１１０Ａおよび下段のロータコア１１０Ｂの位置決めおよびスキュー角の調整が行われる。

図４は、本願発明に係る真空ポンプ用ＩＰＭモータのステータコアの詳細構成を示す平面図（Ａ）およびそのＣ−Ｃ断面図（Ｂ）である。

同図において、このステータコア１２０には、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相電流を流す巻線１２２が巻回される計２４個の巻線スロット１２１が形成されている。この計２４個の巻線スロット１２１に図２に示したＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線１２２が巻回され、このＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線１２２にＵ、Ｖ、Ｗの三相電流を流すことにより、ステータコア１２０の内側で回転する回転磁界が発生される。

このステータコア１２０の内側には、図２に示したように、上記図３に示したロータコア１１０と同一形状、同一構成のそれぞれ各極の磁石が埋め込まれた上段のロータコア１１０Ａおよび下段のロータコア１１０Ｂが所定のスキュー角で重ねられて配置される。

次に、図５乃至図８を参照して上段のロータコアおよび下段のロータコアの位置決めおよびスキュー角の調整について説明する。

図５は、上段のロータコアと下段のロータコアの一例を示す図である。同図において（Ａ）は下段のロータコア１１０Ｂを示し、（Ｂ）は、上段のロータコア１１０Ａを示す。図５から明らかなように、（Ｂ）に示す上段のロータコア１１０Ａは、（Ａ）に示す下段のロータコア１１０Ｂに対して所定のスキュー角θだけ反時計方向に回転している。

この実施例において、上段のロータコア１１０Ａおよび下段のロータコア１１０Ｂの位置決めおよびスキュー角の調整は、上段のロータコア１１０Ａおよび下段のロータコア１１０Ｂにそれぞれ設けられた８個の応力集中緩和用の孔１１２を用いて行われる。

この上段のロータコア１１０Ａおよび下段のロータコア１１０Ｂの位置決めおよびスキュー角の調整は、図６（Ａ）に示すように、下段のロータコア１１０Ｂを固定しておき、上段のロータコア１１０Ａを矢印Ｘで示すように反時計方向に回転させる。そして、下段のロータコア１１０Ｂの応力集中緩和用の孔１１２ｂに上段のロータコア１１０Ａの応力集中緩和用の孔１１２ａの先端が重なり、上段のロータコア１１０Ａから下段のロータコア１１０Ｂを貫通する略真円に近い４つの貫通孔１１２ｃが形成された状態で、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとの位置決めおよびスキュー角の調整が行われたと判断する。

そして、この上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとの位置決めおよびスキュー角の調整が行われた状態で、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとを固定する。

ここでの、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとの固定方法は、上記上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとの位置決めおよびスキュー角の調整が行われた状態で形成される４つの貫通孔１１２ｃに、該貫通孔１１２ｃに嵌合される４本のシャフトを圧入することにより固定してもよいし、また、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとを周知の接着手段で接着するように構成してもよい。

このように構成すると、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとの位置決めおよび調整を容易に行うことができる。

上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとのスキュー角は、隣接する極の応力集中緩和用の孔１１２ａと１１２ｂとの間の距離、正確には図７に示す貫通孔１１２ｃの中心に係る寸法Ｌにより、例えば０度から１５度の間で調整することができる。

すなわち、図７に示す寸法Ｌが大きくなるようにロータコア１１０の応力集中緩和用の孔１１２ａおよび１１２ｂを形成すると上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとのスキュー角が大きくなるように調整することができ、反対に、図７に示す寸法Ｌが小さくなるようにロータコア１１０の応力集中緩和用の孔１１２ａおよび１１２ｂを形成すると上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとのスキュー角が小さくなるように調整することができる。

図８は、スキュー角が調整された上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとを重ね合わせて段スキュー構成にしたロータコア１１０の平面図（Ａ）およびそのＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。

同図に示すように、このロータコア１１０は、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとから構成され、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとはスキュー角θで重ね合わされ、応力集中緩和用の孔１１２により上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとを貫通する４つの貫通孔１１２ｃが形成される。

図９（Ａ）は、磁石スロットおよび応力集中緩和用の孔の詳細を説明する拡大図である。

同図に示すように磁石スロット１１１は、磁石１３０が埋め込まれるもので、その形状は、半径方向外側の両隅に曲率半径が大きい第１のスミ部１１１ａおよび１１１ｂを有する。

また、半径方向内側の両隅に大きい第１のスミ部１１１ａおよび１１１ｂより曲率半径が小さい第２のスミ部１１１ｃおよび１１１ｄを有する。なお、第１のスミ部１１１ａおよび１１１ｂは、上記半径方向の寸法条件を満たす範囲で曲率半径が同じでも、異なるように形成してもよい。また同様に、第２のスミ部１１１ｃおよび１１１ｄも曲率半径が同じでも、異なるように形成してもよい。

また、図９（Ａ）に示すスミ部１１１ｂは、図９（Ｂ）に示すように、直線部１１１ｅから角度αをなす直線部１１１ｆと曲線部１１１ｇから形成するようにしてもよい。なお、図９（Ｂ）に示す直線部１１１ｅは図９（Ａ）に示す磁石スロット１１１の対応する直線部と同様に、磁石１３０の位置決めのために用いられる。

この磁石スロット１１１の形状の工夫により、真空ポンプＰの高速回転運転時の磁石スロット１１１内に埋め込まれた磁石１３０およびロータコア１１０自身の遠心力による応力集中が緩和されるので、真空ポンプＰの高速回転運転時においてもロータコア１１０の強度が耐えるようにすることができる。なお、上記ロータコア１１０に埋め込む磁石１３０の形状は、図９（Ａ）に示すような平板状ではなくて、図９（Ｃ）に示すように、ロータコア１１０の外形の曲率に沿ったロータコア１１０の外形よりも大きい曲率を有するものでもよい。この場合、磁石スロット１１１は、この磁石１３０の形状に対応した形状に形成される。

また、同図に示すように、応力集中緩和用の孔１１２とロータコア１１０の周面との間の寸法Ｓ１および磁石スロット１１１と応力集中緩和用の孔１１２との間の寸法Ｓ２は小さいのでこの部分の磁気抵抗は大きくなり、その結果、磁石１３０の端部からの漏洩磁束を低減させることができる。

すなわち、磁石１３０の端部からの漏洩磁束の低減により、磁石１３０による有効磁界φは、応力集中緩和用の孔１１２を設けない場合に比較して大きくなるので、この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００によると、応力集中緩和用の孔１１２を設けない場合に比較してマグネットトルクを有効に利用することができる。

図１０は、本発明の真空ポンプ用ＩＰＭモータにおけるリラクタンストルクの有効利用を説明する図である。

一般のＩＰＭモータは、ｑ軸磁束を用いたロータの磁化によるリラクタンストルクを利用することにより小型で大出力を可能にしている。しかし、本願の真空ポンプ用ＩＰＭモータにおいては、図２に示したロータコア１１０の磁石１３０とロータコア外周の間のコア幅ＹＷ２が非常に狭くなる。

そこで、この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００においては、リラクタンストルクを有効に利用するために、図１０に示すように、磁石１３０とロータ軸５の間のロータヨーク部１１３に積極的に磁束を流す磁気回路を採用する。

すなわち、この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００では、上段のロータコア１１０Ａの応力集中緩和用の孔１１２の形成部で、磁路が狭くなるのでステータコア１２０上で発生したｑ軸磁束はこの部分を通り難い。

ところで、上述したように、この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００では、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとの間のスキュー角が応力集中緩和用の孔１１２を用いて設定される。

その結果、上段のロータコア１１０Ａの応力集中緩和用の孔１１２が形成される部分Ａでは、下段のロータコア１１０Ｂの隣接する磁極の応力集中緩和用の孔１１２の間の磁路が広い部分となる。また、下段のロータコア１１０Ｂの応力集中緩和用の孔１１２が形成部される部分Ｂでは、上段のロータコア１１０Ａの隣接する磁極の応力集中緩和用の孔１１２の間の磁路が広い部分となる。

そこで、この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００では、上段のロータコア１１０Ａの応力集中緩和用の孔１１２の形成部分Ａでは、下段のロータコア１１０Ｂの隣接する磁極の応力集中緩和用の孔１１２の間に積極的にｑ軸磁束を流し、反対に、下段のロータコア１１０Ｂの応力集中緩和用の孔１１２の形成部分Ｂでは、上段のロータコア１１０Ａの隣接する磁極の応力集中緩和用の孔１１２の間に積極的にｑ軸磁束を流す磁気回路を形成する。

このような構成によると、磁石１３０とロータ軸５の間のロータヨーク部１１３に積極的にｑ軸磁束が流れるので、これによりｑ軸磁束を用いたロータコア１１０の磁化によるリラクタンストルクを有効に利用することができる。

図１１は、この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００による６倍高調波成分からなるトルクリップルと１２倍高調波成分からなるコギングトルクの低減に寄与する誘起電圧の高調波成分の低減を示すグラフである。

この実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００においては、１極当たりの磁石を２枚に分割して別々の磁石スロット１１１に埋め込むように構成するとともに、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとの間に、所定のスキュー角を設定するように構成している。

その結果、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとの間にスキュー角を設定したスキュー有りの場合は、図１１（Ａ）に示すように、スキュー角を設けない図１１（Ｂ）に示す場合と比較して、その誘起電圧波形がＳｉｎ波に近くなり、６倍高調波成分からなるトルクリップルと１２倍高調波成分からなるコギングトルクとを大幅に低減させることができる。

なお、上記実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００においては、１極当たりの磁石を２枚に分割し、この２枚の磁石を別々の磁石スロット１１１に埋め込むように構成したが、この１極当たりの磁石を３枚以上に分割し、この３枚以上に分割した複数の磁石を、対応する複数の磁石スロットに別々に埋め込むように構成してもよい。

また、上記実施例の真空ポンプ用ＩＰＭモータ１００においては、上段のロータコア１１０Ａと下段のロータコア１１０Ｂとを所定のスキュー角で２段重ねした構成を採用しているが、ロータコアを３段以上の多段構成を採用するように構成してもよい。

この場合は、リラクタンストルクを発生させる、ステータ巻線に電流を流すことにより発生するｑ軸磁束を、各段のロータコアの応力集中緩和用の孔の間に積極的に流すことにより多段に積層する複数のロータコアに跨る磁気回路を形成することになる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。

１ ポンプ外装ケース
１Ａ ポンプケース
１Ｂ ポンプベース
１Ｃ フランジ
２ ガス吸気口
３ ガス排気口
４ ステータコラム
５ ロータ軸
６ ロータ
７ ボス孔
９ 肩部
１０ ラジアル磁気軸受
１１ アキシャル磁気軸受
１３ 回転翼ブレード
１４ 固定翼ブレード
１５ ネジ溝排気部ステータ
１６ ネジ溝
１００ 真空ポンプ用ＩＰＭモータ
１１０ ロータコア
１１０Ａ 上段のロータコア
１１０Ｂ 下段のロータコア
１１１ 磁石スロット
１１２ 応力集中緩和用の孔
１１３ 孔
１２０ ステータコア
１２１ 巻線スロット
１２２ 巻線
Ｂ１、Ｂ２ 保護ベアリング
Ｐ 真空ポンプ
Ｐｔ 翼排気部
Ｐｓ ネジ溝排気部
Ｓ ネジ溝排気通路

Claims (12)

1. 真空ポンプのロータ軸が圧入され、磁石が埋め込まれるロータコアと、該ロータコアを囲んで配設され、ステータ巻線が巻回されるステータコアとを有する真空ポンプ用ＩＰＭモータであって、
   前記ロータコアに埋め込む１極当たりの前記磁石を複数に分割して該ロータコアに設けられた磁石スロットにそれぞれ挿入するとともに、
   該磁石スロットの近傍に応力集中緩和用の孔を設けたことを特徴とする真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
2. 前記ロータコアに埋め込む１極当たりの前記磁石を少なくとも２つ以上に分割して該ロータコアに設けられた前記磁石スロットにそれぞれ挿入することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
3. 前記磁石スロットは、半径方向外側隅に応力集中緩和用の第１のスミ部を有するとともに、半径方向内側隅に前記第１のスミ部よりも曲率半径が小さい第２のスミ部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
4. 前記ロータコアを該ロータコアの軸方向に多段に積層する多段構成にし、前記応力集中緩和用の孔を用いて該積層する前記ロータコアのスキュー角の位置決めを行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
5. 前記ロータコアを該ロータコアの軸方向に上下に少なくとも２段以上に積層する複数段構成にしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
6. 隣接する極の前記応力集中緩和用の孔の間の距離が異なるように該応力集中緩和用の孔を形成することにより、多段に積層する前記ロータコアの前記スキュー角を調整することを特徴とする請求項４に記載の真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
7. 隣接する極の前記応力集中緩和用の孔の間の距離が異なるように該応力集中緩和用の孔を形成することにより、２段に積層する上下の前記ロータコアの前記スキュー角を調整することを特徴とする請求項４に記載の真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
8. 前記応力集中緩和用の孔の間の距離を前記応力集中緩和用の孔と前記磁石スロットとの間の距離より広く設定し、リラクタンストルクを発生させるｑ軸磁束を、各段の前記ロータコアの前記応力集中緩和用の孔の間に流すことにより前記多段に積層する複数の前記ロータコアに跨る磁気回路を形成することを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
9. 前記応力集中緩和用の孔の間の距離を前記応力集中緩和用の孔と前記磁石スロットとの間の距離より広く設定し、リラクタンストルクを発生させるｑ軸磁束を、上段の前記ロータコアの前記応力集中緩和用の孔の間と下段の前記ロータコアの前記応力集中緩和用の孔の間に流すことにより前記２段に積層する２つのロータコアに跨る磁気回路を形成することを特徴とする請求項７に記載の真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
10. 真空ポンプのロータ軸が圧入され、磁石が埋め込まれるロータコアと、該ロータコアを囲んで配設され、ステータ巻線が巻回されるステータコアとを有する真空ポンプ用ＩＰＭモータであって、
    前記ロータコアに埋め込む１極当たりの前記磁石を複数に分割して該ロータコアに設けられた磁石スロットにそれぞれ挿入するとともに、
    該磁石スロットの近傍に応力集中緩和用の孔を設け、
    前記ロータコアを該ロータコアの軸方向に多段に積層する多段構成にし、前記応力集中緩和用の孔を用いて該積層する前記ロータコアのスキュー角の位置決めを行い、
    リラクタンストルクを発生させるｑ軸磁束を、各段の前記ロータコアの前記応力集中緩和用の孔の間に流すことにより前記多段に積層する複数の前記ロータコアに跨る磁気回路を形成することを特徴とする真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
11. 真空ポンプのロータ軸が圧入され、磁石が埋め込まれるロータコアと、該ロータコアを囲んで配設され、ステータ巻線が巻回されるステータコアとを有する真空ポンプ用ＩＰＭモータであって、
    前記ロータコアに埋め込む１極当たりの前記磁石を複数に分割して該ロータコアに設けられた磁石スロットにそれぞれ挿入するとともに、
    該磁石スロットの近傍に応力集中緩和用の孔を設け、
    前記ロータコアを該ロータコアの軸方向に上下に少なくとも２段以上に積層する複数段構成にし、前記応力集中緩和用の孔を用いて該上下に積層するロータコアのスキュー角の位置決めを行い、
    リラクタンストルクを発生させるｑ軸磁束を、上段の前記ロータコアの前記応力集中緩和用の孔の間と下段の前記ロータコアの前記応力集中緩和用の孔の間に流すことにより前記２段に積層する２つのロータコアに跨る磁気回路を形成することを特徴とする真空ポンプ用ＩＰＭモータ。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の真空ポンプ用ＩＰＭモータを備えたことを特徴とする真空ポンプ。

Images