KR102530771B1 - 진공 펌프, 자기 베어링 장치 및 로터 - Google Patents

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Abstract

[과제] 로터의 흔들림이나 진동을 경감하는 진공 펌프, 자기 베어링 장치 및 로터를 제공한다.
[해결 수단] 가스의 배기 방향을 따라서, 로터(20)의 무게 중심(G1), 로터(20)를 레이디얼 방향(R)으로 자력으로 비접촉 지지하는 능동 레이디얼 베어링(71) 및 로터(20)를 레이디얼 방향(R)으로 자력으로 비접촉 지지하는 수동 레이디얼 베어링(72)이, 이 순서로 배치되어 있는 진공 펌프(1).

Description

진공 펌프, 자기 베어링 장치 및 로터
본 발명은, 진공 펌프, 및 진공 펌프에 이용되는 자기 베어링 장치, 로터에 관한 것이며, 특히, 로터의 흔들림이나 진동을 억제하는 진공 펌프, 자기 베어링 장치 및 로터이다.
진공 펌프를 이용하여 배기 처리를 행하고, 내부를 진공으로 유지하는 장치로서, 반도체 제조 장치, 액정 제조 장치, 전자현미경, 표면 분석 장치 및 미세 가공 장치 등이 알려져 있다. 이러한 장치에 이용되는 진공 펌프는, 회전 날개가 고정 날개에 대해서 상대적으로 회전함으로써, 장치 내의 기체가 외부로 배기되어 장치 내가 진공으로 유지된다.
특허 문헌 1에는, 로터의 5자유도 중, 3자유도를 능동적으로 제어 구속하고, 나머지의 2자유도를 수동적으로 구속하는 자기 베어링을 구비한 진공 펌프가 개시되어 있다. 이러한 진공 펌프에서는, 로터 상부의 레이디얼 방향의 평형점으로부터의 변위를 계측하는 변위 센서와, 변위 센서의 계측치에 의거하여 로터를 평형점으로 되돌리는 능동 레이디얼 베어링과, 로터를 레이디얼 방향으로 지지하는 수동 레이디얼 베어링을 구비하고 있다. 능동 레이디얼 자기 베어링과 수동 레이디얼 베어링은, 가스의 배기 방향에 있어서 로터의 무게 중심을 사이에 두고 반대측에 배치되어 있다.
일본국 특허공개 소59－83828호 공보
상술한 바와 같은 진공 펌프에서는, 로터가 평형점으로부터 레이디얼 방향으로 변위했을 경우에, 능동 레이디얼 베어링이 로터의 상부에 상부 복원력을 작용시키면, 수동 레이디얼 베어링이 로터의 아마추어 디스크에 작용시키는 자기 저항에 기인하여 로터의 하측에 작용하는 하부 복원력이 로터의 자세에 따른 경사력에 의해 상쇄되기 때문에, 베어링의 공진점에서의 로터의 흔들림과 진동이 감쇠하기 어렵다는 문제가 있었다.
그리고, 로터의 하부에 작용하는 복원력이 저하하면, 로터 회전 시의 밸런스를 향상시키기 위해서 로터를 고정밀도로 제작하지 않으면 안되며, 또한 진공 펌프 조립 시의 미조정에 장시간을 필요로 한다는 문제가 있었다.
거기서, 본 발명은 이러한 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 로터의 흔들림이나 진동을 경감하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서 제안된 것이며, 청구항 1에 기재된 발명은, 가스를 배기하는 로터를 레이디얼 방향으로 자력으로 비접촉 지지하는 레이디얼 방향 자력 발생 수단과, 상기 로터의 상기 레이디얼 방향의 변위를 검출하는 레이디얼 방향 변위 검출 수단을 갖는 자기 베어링 장치를 구비한 진공 펌프로서, 상기 레이디얼 방향 자력 발생 수단은, 상기 가스의 배기 방향에 있어서, 상기 로터의 무게 중심보다 배기측에 2개 설치되어 있는 진공 펌프를 제공한다.
이 구성에 의하면, 로터가 평형점으로부터 레이디얼 방향으로 변위했을 때에, 레이디얼 방향 자력 발생 수단이 로터의 하부에 작용시키는 복원력과 로터의 자세에 기인하는 경사력이 동일한 방향으로 발생하기 때문에, 로터의 하부에 작용하는 병행력이 경사력에 감쇠되지 않고 로터의 흔들림이나 진동을 효율적으로 제진(制震)할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 진공 펌프의 구성에 더하여, 상기 가스의 상기 배기 방향의 흡기측에 배치된 제1의 레이디얼 방향 자력 발생 수단은, 상기 로터를 능동적으로 지지하고, 상기 가스의 상기 배기 방향의 배기측에 배치된 제2의 레이디얼 방향 자력 발생 수단은, 상기 로터를 수동적으로 지지하는 진공 펌프를 제공한다.
이 구성에 의하면, 가스의 배기 방향을 따라서, 로터의 무게 중심, 제1의 레이디얼 방향 자력 발생 수단 및 제2의 레이디얼 방향 자력 발생 수단이, 이 순서로 배치되어 있음으로써, 로터가 평형점으로부터 레이디얼 방향으로 변위했을 때에, 제2의 레이디얼 방향 자력 발생 수단에 기인하여 로터의 하부에 작용하는 복원력과 로터의 자세에 기인하는 경사력이 동일한 방향으로 발생하기 때문에, 로터의 하부에 작용하는 복원력이 경사력에 감쇠되지 않고 로터의 흔들림이나 진동을 효율적으로 제진할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 2에 기재된 진공 펌프의 구성에 더하여, 상기 제1의 레이디얼 방향 자력 발생 수단의 중심 및 상기 레이디얼 방향 변위 검출 수단의 중심은, 동일 평면 상에 배치되어 있는 진공 펌프를 제공한다.
이 구성에 의하면, 레이디얼 방향 변위 검출 수단이 로터의 평형점으로부터의 변위를 검출하는 지점과 제1의 레이디얼 방향 자력 발생 수단이 로터에 복원력을 작용하는 지점이 일치하기 때문에, 로터의 흔들림이나 진동을 효율적으로 제진할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 진공 펌프에 이용되는 자기 베어링 장치를 제공한다.
이 구성에 의하면, 로터가 평형점으로부터 변위했을 때에, 레이디얼 방향 자력 발생 수단이 로터의 하부에 작용시키는 복원력과 로터의 자세에 기인하는 경사력이 동일한 방향으로 발생하기 때문에, 로터의 흔들림이나 진동을 효율적으로 제진할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 진공 펌프에 이용되는 로터를 제공한다.
이 구성에 의하면, 로터가 평형점으로부터 변위했을 때에, 레이디얼 방향 자력 발생 수단이 로터의 하부에 작용시키는 복원력과 로터의 자세에 기인하는 경사력이 동일한 방향으로 발생하기 때문에, 로터의 흔들림이나 진동을 효율적으로 제진할 수 있다.
본 발명은, 로터가 평형점으로부터 변위했을 때에, 레이디얼 방향 자력 발생 수단이 로터의 하부에 작용시키는 복원력과 로터의 자세에 기인하는 경사력이 동일한 방향으로 발생하기 때문에, 로터의 하부에 작용하는 복원력이 경사력에 감쇠되지 않고, 로터의 흔들림이나 진동을 효율적으로 제진할 수 있다. 또한, 로터의 하부에 작용하는 복원력이 경사력으로 감쇠되지 않기 때문에, 로터의 부품 정밀도가 완화되고, 또한 진공 펌프 조립 시의 미조정에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예와 관련되는 진공 펌프를 나타내는 수직 단면도이다.
도 2는, 도 1의 능동 레이디얼 베어링을 나타내는 사시도이다.
도 3은, 도 2의 능동 레이디얼 베어링을 나타내는 횡단면도이다.
도 4는, 비교예와 관련되는 진공 펌프에 있어서 로터를 평형점으로 되돌리는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 비교예와 관련되는 진공 펌프에서의 로터의 진동의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 도 1의 진공 펌프에 있어서 로터를 평형점으로 되돌리는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 도 1의 진공 펌프에서의 로터의 진동의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시예와 관련되는 진공 펌프를 나타내는 수직 단면도이다.
본 발명은, 로터의 흔들림이나 진동을 경감한다는 목적을 달성하기 위해서, 가스를 배기하는 로터를 레이디얼 방향으로 자력으로 비접촉 지지하는 레이디얼 방향 자력 발생 수단과, 로터의 레이디얼 방향의 변위를 검출하는 레이디얼 방향 변위 검출 수단을 갖는 자기 베어링 장치를 구비한 진공 펌프로서, 레이디얼 방향 자력 발생 수단은, 가스의 배기 방향에 있어서, 로터의 무게 중심보다 배기측에 2개 설치되어 있음으로써 실현하였다.
실시예
이하, 본 발명의 제1 실시예와 관련되는 진공 펌프(1)를 도면에 의거하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「상」, 「하」의 단어는, 가스의 배기 방향의 상류측을 상방으로 하고, 하류측을 하방으로 하는 것이며, 즉, 후술하는 액시얼 방향(A)에 있어서 흡기구(11)측이 상방, 배기구(41)측이 하방에 대응하는 것으로 한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시예와 관련되는 진공 펌프(1)의 구조를 나타내는 수직 단면도이다. 도 2는, 능동 레이디얼 베어링(71)을 나타내는 사시도이다. 도 3은, 도 2의 능동 레이디얼 베어링(71)을 나타내는 횡단면도이다.
진공 펌프(1)는, 반도체 제조 장치, 액정 제조 장치, 전자현미경, 표면 분석 장치 및 미세 가공 장치 등의 외부 장치 내의 기체를 배기시키는 터보 분자 펌프이다. 진공 펌프(1)는, 하우징(10)과, 하우징(10) 내에 회전 가능하게 지지된 로터 샤프트(21)를 갖는 로터(20)와, 로터 샤프트(21)를 회전시키는 구동 모터(30)와, 로터 샤프트(21)의 일부 및 구동 모터(30)를 수용하는 스테이터(40)를 구비하고 있다.
하우징(10)은, 원통형으로 형성되어 있다. 하우징(10)의 상단에는, 흡기구(11)가 형성되어 있다. 하우징(10)은, 상방 플랜지(12)를 개재하여 도시하지 않는 외부 장치의 챔버 등의 진공 용기에 장착된다. 흡기구(11)는, 진공 용기에 접속된다. 하우징(10)은, 스테이터(40) 상에 재치(載置)된 상태로 스테이터(40)에 고정되어 있다.
로터(20)는, 로터 샤프트(21)와, 로터 샤프트(21)의 상부에 고정되고 로터 샤프트(21)의 축심에 대해서 동심원 형상으로 나열 설치(竝設), 즉 나열하여 설치된 회전 날개(22)를 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 14단의 회전 날개(22)가 설치되어 있다. 이하, 로터 샤프트(21)의 축선 방향을 「액시얼 방향(A)」이라고 칭하고, 로터 샤프트(21)의 경방향을 「레이디얼 방향(R)」이라고 칭한다.
회전 날개(22)는, 소정의 각도로 경사진 블레이드로 이루어지며, 로터(20)의 상부 외주면에 일체로 형성되어 있다. 또한, 회전 날개(22)는, 로터(20)의 축선 둘레에 방사상으로 복수 설치되어 있다.
로터 샤프트(21)의 상부 및 하부는, 터치다운 베어링(23) 내에 삽입 통과되어 있다. 로터 샤프트(21)가 제어 불능이 되었을 경우에는, 고속으로 회전하는 로터 샤프트(21)가 터치다운 베어링(23)에 접촉하여 진공 펌프(1)의 손상을 방지하도록 되어 있다.
로터(20)는, 보스 구멍(24)에 로터 샤프트(21)의 상부를 삽입 통과한 상태로, 볼트(25)를 로터 플랜지(26)에 삽입 통과함과 더불어 샤프트 플랜지(27)에 나사 결합함으로써, 로터 샤프트(21)에 일체로 장착되어 있다.
구동 모터(30)는, 로터 샤프트(21)의 외주에 장착된 회전자(31)와, 회전자(31)를 둘러싸도록 배치된 고정자(32)를 구비하고 있다. 고정자(32)는, 도시하지 않는 제어 유닛에 접속되어 있고, 제어 유닛에 의해 로터(20)의 회전이 제어되어 있다.
회전 날개(22, 22)의 사이에는, 고정 날개(50)가 설치되어 있다. 즉, 회전 날개(22)와 고정 날개(50)는, 액시얼 방향(A)을 따라서 교호로 또한 다단으로 배열되어 있다. 본 실시예에서는, 14단의 고정 날개(50)가 설치되어 있다.
고정 날개(50)는, 환상으로 형성되어 있으며, 회전 날개(22)와는 반대 방향으로 경사진 블레이드와 이 블레이드의 양단에 연결된 링을 구비하고, 하우징(10)의 내주면에 단쌓기로 설치되어 있는, 도시하지 않는 스페이서에 의해 액시얼 방향(A)으로 협지되어 위치 결정되어 있다. 또한, 고정 날개(50)의 블레이드도, 로터(20)의 축선 둘레에 방사상으로 복수 설치되어 있다.
회전 날개(22) 및 고정 날개(50)의 블레이드의 길이는, 액시얼 방향(A)의 상방으로부터 하방을 향하여 서서히 짧아지도록 설정되어 있다.
스테이터(40)의 하부 측방에는, 배기구(41)가 형성되어 있다. 배기구(41)는, 도시하지 않는 보조 펌프에 연통하도록 접속된다. 진공 펌프(1)는, 회전 날개(22)의 회전에 의해, 흡기구(11)로부터 흡입된 가스를 액시얼 방향(A)의 상방으로부터 하방으로 이송하고, 배기구(41)로부터 외부로 배기하도록 되어 있다. 스테이터(40)와 하우징(10)의 사이에는, O링(42)이 끼워 설치되어 있다. 이하, 이러한 가스가 배기되는 방향을 「가스 배기 방향」이라고 칭한다.
로터 샤프트(21)는, 액시얼 방향 베어링(60) 및 레이디얼 방향 베어링(70)에 의해 비접촉 지지되어 있다.
액시얼 방향 베어링(60)은, 로터 샤프트(21)를 액시얼 방향(A)으로 능동적으로 지지한다. 액시얼 방향 베어링(60)은, 액시얼 전자석(61)과, 영구자석(62a, 62b)과, 액시얼 센서(63)를 구비하고 있다.
액시얼 전자석(61)은, 아마추어 디스크(28)에 대향하도록 배치되어 있다. 액시얼 전자석(61)은, 아마추어 디스크(28)를 끌어당기듯이 끌어올린다.
영구자석(62a)은, 아마추어 디스크(28)와 일체화된 상측 영구자석이며, 영구자석(62b)은, 스테이터(40)와 일체화된 하측 영구자석이다. 이것에 의해, 액시얼 전자석(61)에 의해 상측으로 끌어올려진 아마추어 디스크(28)가, 영구자석(62a, 62b) 간의 인력에 의해 아마추어 디스크(28)는 액시얼 방향(A)의 평형점으로 끌어내려진다.
레이디얼 방향 베어링(70)은, 능동 레이디얼 베어링(71)과, 수동 레이디얼 베어링(72)을 구비하고 있다. 로터(20)의 무게 중심(G1), 능동 레이디얼 베어링(71), 수동 레이디얼 베어링(72)은, 가스 배기 방향을 따라서, 이 순서로 배치되어 있다.
능동 레이디얼 베어링(71)은, 로터 샤프트(21)를 레이디얼 방향(R)으로 자력으로 비접촉 지지하는 4개의 레이디얼 전자석(73)과, 로터 샤프트(21)의 레이디얼 방향(R)의 변위를 검출하는 4개의 레이디얼 센서(74)를 구비하고 있다. 레이디얼 전자석(73)의 코일(73a)과 레이디얼 센서(74)의 코일(74a)은, 동일한 코어(75)에 권회(卷回), 즉, 코어(75)에 감겨 둘러져 있다.
각 레이디얼 전자석(73)은, 코어(75)의 둘레 방향(C)을 따라서 90도 이격하여 배치되고, X축 또는 Y축 상에 배치되어 있다. 레이디얼 전자석(73)은, 코어(75)의 볼록부(75a)에 코일(73a)을 권회하여 형성된 한 쌍의 자극(76)을 구비하고 있다.
한 쌍의 자극(76)은, 코일(73a)을 서로 역방향으로 권회함으로써, 상이한 극성을 갖고 있다. 또한, 코어(75)의 둘레 방향(C)으로 서로 이웃하는 레이디얼 전자석(73) 사이에서 서로 이웃하는 자극(76), 즉, 레이디얼 센서(74)를 개재하여 서로 이웃하는 자극(76)이 서로 같은 극성이 되도록, 레이디얼 센서(74)를 개재하여 서로 이웃하는 코일(73a)은, 코어(75)에 같은 방향으로 권회되어 있다.
레이디얼 센서(74)는, 코어(75)의 둘레 방향(C)으로 서로 이웃하는 레이디얼 전자석(73) 사이에 배치되어 있으며, 각 레이디얼 센서(74)는, X축에 대해서 소정 각도(θ1)만큼 기울어진 A축 또는 Y축에 대해서 소정 각도(θ2)만큼 기울어진 B축 상에 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 소정 각도(θ1, θ2)는, 45도로 설정되어 있다.
레이디얼 센서(74)는, 코어(75)의 클로부(75b)에 코일(74a)을 권회하여 형성된 상하 한 쌍의 자극(77)을 구비하고 있다. 한 쌍의 자극(77)은, 코일(74a)을 서로 역방향으로 권회함으로써, 상이한 극성을 갖고 있다.
또한, 레이디얼 전자석(73)의 중심과 레이디얼 센서(74)의 중심이, 평면으로부터 봤을 때 일치하도록 동일 평면 상에 설정되어 있다. 이것에 의해, 레이디얼 전자석(73)이 로터(20)의 상부에 복원력을 작용시키는 지점과 레이디얼 센서(74)가 로터(20)의 평형점으로부터 레이디얼 방향(R)으로의 변위를 검출하는 지점이 일치하도록 되어 있다.
또한, 레이디얼 센서(74)는, 상술한 레이디얼 전자석(73)과 코어(75)가 일체화된 인덕턴스형 변위 센서 외에, 다른 부재의 정전 용량 센서 등이어도 상관없다.
수동 레이디얼 베어링(72)은, 로터 샤프트(21)를 레이디얼 방향(R)으로 수동적으로 지지한다. 구체적으로는, 수동 레이디얼 베어링(72)은, 액시얼 방향(A)에 대향하도록 설치된 영구자석(62a, 62b)이다. 로터 샤프트(21)가 레이디얼 방향(R)의 평형점으로부터 변위했을 경우에, 영구자석(62a, 62b) 간의 자기 저항이 증대함으로써, 로터 샤프트(21)를 레이디얼 방향(R)의 평형점으로 되돌리는 복원력이 발생한다.
능동 레이디얼 베어링(71) 상에 코일(74a)을 결선(結線)하기 위한 도시하지 않는 프린트 기판을 실장하는 경우에는, 능동 레이디얼 베어링(71)과 프린트 기판의 사이에 도전체의 실드판을 끼워 설치시키는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 레이디얼 전자석(73)과 레이디얼 센서(74)의 자기 결합이 억제된다.
또한, 레이디얼 전자석(73)에는, 레이디얼 전자석(73)에 장착된 구리 등으로 형성된 도전성의 실드링이 설치되어도 상관없다. 이것에 의해, 실드링이 레이디얼 전자석(73)의 자속 폭을 좁게 함으로써, 레이디얼 전자석(73)과 레이디얼 센서(74) 사이의 자기 결합이 저감된다.
또한, 레이디얼 전자석(73)에는, 레이디얼 센서(74)의 코일(74a)의 외주에 복설(覆設), 즉, 덮도록 설치된 구리 등으로 형성된 도전성의 실드 튜브가 설치되어 있다. 이것에 의해, 실드 튜브가 레이디얼 센서(74)의 자속 폭을 좁게 함으로써, 레이디얼 전자석(73)과 레이디얼 센서(74) 사이의 자기 결합이 저감된다. 또한, 능동 레이디얼 베어링(71)과, 모터 고정자(32)의 사이에 링형으로 형성된 도전성의 정전 실드판이나 자성체의 자기 실드판을 끼워 설치시키는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 능동 레이디얼 베어링(71)과, 모터 고정자(32)의 자기 결합이 억제된다.
액시얼 방향 베어링(60) 및 레이디얼 방향 베어링(70)은, 도시하지 않는 제어 유닛에 접속되어 있다. 제어 유닛은, 액시얼 센서(63) 및 레이디얼 센서(74)의 검출치에 의거하여, 액시얼 전자석(61) 및 레이디얼 전자석(73)의 여자 전류를 제어함으로써, 로터 샤프트(21)가 액시얼 방향(A) 및 레이디얼 방향(R)의 평형점에 위치하도록 지지된다.
다음으로, 레이디얼 방향 베어링(70)의 작용에 대해서, 도면에 의거하여 설명한다. 도 4는, 본 발명의 비교예와 관련되는 진공 펌프에 있어서 로터를 평형점으로 되돌리는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
비교예와 관련되는 진공 펌프는, 로터(20)의 무게 중심(G2)을 사이에 두고 액시얼 방향(A)의 상측에 능동 레이디얼 베어링(71)이 배치되고, 액시얼 방향(A)의 하측에 수동 레이디얼 베어링(72)이 배치되어 있다.
로터(20)의 상부는, 능동 레이디얼 베어링(71)에 능동적으로 지지되어 있다. 따라서, 로터(20)가 평형점으로부터 레이디얼 방향(R)으로 흔들렸을 경우, 레이디얼 전자석(73)이 로터(20)를 평형점으로 되돌리려 하는 상부 복원력(F1)을 로터(20)에 작용시킨다.
한편, 로터(20)의 하부는, 수동 레이디얼 베어링(72)에 수동적으로 지지되어 있을 뿐이다. 따라서, 로터(20)가 평형점으로부터 레이디얼 방향(R)으로 흔들렸을 경우, 로터(20)의 하부에는, 영구자석(62a, 62b)의 자기 저항에 기인하는 하부 복원력(F2)과 로터(20)가 경사지는 것에 기인하는 경사력(F3)이 작용한다. 그러나, 하부 복원력(F2)과 경사력(F3)은 로터(20)에 대해서 서로 역방향으로 작용함으로써, 하부 복원력(F2)이 경사력(F3)의 분만큼 감쇠되고, 도 5(가로축：시간［초］, 세로축：진폭［mm］)에 나타내는 바와 같이, 로터(20)의 흔들림이나 진동이 장시간에 걸쳐 잔존하는 경우가 있었다.
도 6은, 진공 펌프(1)에 있어서 로터(20)를 평형점으로 되돌리는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서의 진공 펌프(1)에서는, 로터(20)를 능동적으로 지지하는 능동 레이디얼 베어링(71)이, 로터(20)의 무게 중심(G1)보다 하방에 배치되어 있다. 따라서, 로터(20)가 평형점으로부터 레이디얼 방향(R)으로 흔들렸을 경우, 로터(20)의 상부에는, 레이디얼 전자석(73)에 의해 로터(20)를 평형점으로 되돌리려 하는 상부 복원력(F4)이 작용하고, 로터(20)의 하부에는, 영구자석(62a, 62b)의 자기 저항에 기인하는 하부 복원력(F5)과 로터(20)가 경사지는 것에 기인하는 경사력(F6)이, 로터(20)에 대해서 동일한 방향으로 작용하기 때문에, 로터(20)의 흔들림이나 진동을 효율적으로 제진할 수 있다. 따라서, 진공 펌프(1)에서는, 도 7(가로축：시간［초］, 세로축：진폭［mm］)에 나타내는 바와 같이, 로터(20)의 흔들림이나 진동을 단시간에 집속시킬 수 있다.
무게 중심(G1)으로부터 능동 레이디얼 베어링(71)까지의 거리(L1)와, 무게 중심(G1)으로부터 수동 레이디얼 베어링(72)까지의 거리(L2)는, L1：L2=1：4~20으로 설정되는 것이 바람직하다. L2가 L1의 20배보다 큰 경우에는, 능동 레이디얼 베어링(71)이 무게 중심(G1)에 너무 접근하기 때문에, 능동 레이디얼 베어링(71)에 의한 하부 복원력의 제어가 곤란하게 되기 십상이다. 또한, L2가 L1의 4배보다 작은 경우에는, 영구자석(62a, 62b) 간의 자력을 증대시키기 위해, 영구자석(62a, 62b)을 대형화시킬 필요가 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예와 관련되는 진공 펌프(1)에 대해서, 도 8에 의거하여 설명한다. 또한, 본 실시예와 관련되는 진공 펌프와 상술한 진공 펌프에서는, 수동 레이디얼 베어링의 구성이 상이하다. 본 실시예와 관련되는 진공 펌프와 상술한 진공 펌프에서 공통되는 구성에 대해서는, 공통의 부호를 붙이고, 공통되는 설명을 생략한다. 도 8은, 본 발명의 제2 실시예와 관련되는 진공 펌프(1)의 구조를 나타내는 수직 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예와 관련되는 진공 펌프(1)에 있어서의 수동 레이디얼 베어링(72)은, 전자석이다. 수동 레이디얼 베어링(72)은, 아마추어 디스크(28)를 사이에 두고 액시얼 전자석(61)에 대향하도록 배치된다.
아마추어 디스크(28)를 사이에 두고 액시얼 방향(A)의 상측에 액시얼 전자석(61)을 배치하고, 액시얼 방향(A)의 하측에 전자석의 수동 레이디얼 베어링(72)을 배치함으로써, 상하의 전자석의 여자 전류를 동시에 줄여도 아마추어 디스크(28)를 동일 위치로 부상시킬 수 있다.
그리고, 상하의 전자석의 여자 전류를 동시에 줄임으로써, 아마추어 디스크(28)를 평형점으로 유지하는 구속력이 저하하기 때문에, 아마추어 디스크(28)가 진동했을 경우이어도, 스테이터(40) 등에 진동이 전해지기 어려워져, 진공 펌프(1)의 진동을 저감할 수 있다.
또한, 수소 가스를 흡수하여 취화하기 십상인 영구자석을 이용하지 않음으로써, 수소 가스의 배기에 이용되는 진공 펌프(1)의 고장을 억제할 수 있다.
이와 같이 하여, 진공 펌프(1)는, 로터(20)가 평형점으로부터 레이디얼 방향(R)으로 변위했을 때에, 로터(20)의 하부에 작용하는 수동 레이디얼 베어링(72)의 하부 복원력(F4)과 로터(20)의 자세에 기인하는 경사력(F5)이 동일한 방향으로 발생하기 때문에, 로터(20)의 흔들림이나 진동을 효율적으로 제진할 수 있다.
또한, 로터(20)의 흔들림이나 진동이 효율적으로 집속됨으로써, 부품 정밀도가 완화되고, 진공 펌프(1)의 조정을 단시간에 행할 수 있다.
본 발명은, 이너 로터형의 진공 펌프 외, 아우터 로터형의 진공 펌프에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명과 관련되는 진공 펌프는, 터보 분자 펌프만으로 이루어지는 전날개 타입의 진공 펌프 외, 터보 분자 펌프와 나사 홈 펌프를 조합한 복합 타입의 진공 펌프에도 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 발명은, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한 여러 가지 개변을 이룰 수 있으며, 그리고, 본 발명이 그 개변된 것에도 미치는 것은 당연하다.
1: 진공 펌프 10: 하우징
11: 흡기구 12: 상방 플랜지
20: 로터 21: 로터 샤프트
22: 회전 날개 23: 터치다운 베어링
24: 보스 구멍 25: 볼트
26: 로터 플랜지 27: 샤프트 플랜지
28: 아마추어 디스크 30: 구동 모터
31: 회전자 32: 고정자
40: 스테이터 칼럼 41: 배기구
42: O링 50: 고정 날개
60: 액시얼 방향 베어링 61: 액시얼 전자석
62a, 62b: 영구자석 63: 액시얼 센서
70: 레이디얼 방향 베어링
71: 능동 레이디얼 베어링(제1의 레이디얼 방향 자력 발생 수단)
72: 수동 레이디얼 베어링(제2의 레이디얼 방향 자력 발생 수단)
73: 레이디얼 전자석 74: 레이디얼 센서
75: 코어 75a: 볼록부
75b: 클로부 76: (레이디얼 전자석의) 자극
77: (레이디얼 센서의) 자극 G1: 로터의 무게 중심
A: 액시얼 방향 C: (코어의) 둘레 방향
R: 레이디얼 방향

Claims (5)

  1. 가스를 배기하는 로터를 레이디얼 방향으로 자력으로 비접촉 지지하는 레이디얼 방향 자력 발생 수단과, 상기 로터의 상기 레이디얼 방향의 변위를 검출하는 레이디얼 방향 변위 검출 수단을 갖는 자기 베어링 장치를 구비한 진공 펌프로서,
    상기 레이디얼 방향 자력 발생 수단은, 상기 가스의 배기 방향에 있어서, 상기 로터의 무게 중심보다 배기측에 2개 설치되어 있고,
    상기 레이디얼 방향 변위 검출 수단은, 상기 가스의 배기 방향에 있어서, 상기 로터의 무게 중심의 위치보다 배기측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스의 상기 배기 방향의 흡기측에 배치된 제1의 레이디얼 방향 자력 발생 수단은, 상기 로터를 능동적으로 지지하고,
    상기 가스의 상기 배기 방향의 배기측에 배치된 제2의 레이디얼 방향 자력 발생 수단은, 상기 로터를 수동적으로 지지하는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1의 레이디얼 방향 자력 발생 수단의 중심 및 상기 레이디얼 방향 변위 검출 수단의 중심은, 동일 평면 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 진공 펌프에 이용되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 진공 펌프에 이용되는 것을 특징으로 하는 로터.
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