JP2000283088A - Turbo-molecule pump - Google Patents
Turbo-molecule pumpInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/44—Centrifugal pumps
- F16C2360/45—Turbo-molecular pumps
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、特に高速回転体を
磁気浮力により支持するために用いられる磁気軸受装置
を有する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 turbomolecular pump having a magnetic bearing device used for supporting a high-speed rotating body by magnetic buoyancy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ターボ分子ポンプをはじめとする真空ポ
ンプ等高速回転器においては、良好な真空を得るために
オイルフリーが求められ、また、高速回転体の非接触支
持が求められている。そこで、潤滑油を利用した軸受に
代えて磁気軸受を用いたターボ分子ポンプが開発されて
いる。この磁気軸受は、回転軸を非接触で浮上させて回
転させることによって、駆動軸の振動を減少させること
ができる。2. Description of the Related Art In a high-speed rotating machine such as a vacuum pump including a turbo-molecular pump, oil-free is required to obtain a good vacuum, and non-contact support of a high-speed rotating body is required. Therefore, turbo molecular pumps using magnetic bearings instead of bearings using lubricating oil have been developed. This magnetic bearing can reduce the vibration of the drive shaft by causing the rotation shaft to float and rotate in a non-contact manner.
【０００３】図３は、従来のターボ分子ポンプの概略断
面図である。ケースの内側にスペーサ１４を介して取り
付けられた固定翼（ステータ翼）１３と、駆動軸１１に
取り付けられるとともに固定翼１３に対向して設置され
た排気用翼体（ロータ翼）１２とによってタービン翼を
形成し、固体翼１３に対して排気用翼体１２を高周波モ
ータ３３によって高速回転させることによって、吸気口
１５から吸気した気体分子を排気口１６側に移送させる
構成としている。FIG. 3 is a schematic sectional view of a conventional turbo-molecular pump. A turbine is formed by a fixed wing (stator wing) 13 attached to the inside of the case via a spacer 14 and an exhaust wing (rotor wing) 12 attached to the drive shaft 11 and installed opposite to the fixed wing 13. The blades are formed, and the exhaust wing body 12 is rotated at a high speed by the high frequency motor 33 with respect to the solid wings 13 so that the gas molecules sucked from the intake port 15 are transferred to the exhaust port 16 side.
【０００４】このターボ分子ポンプにおいて、排気用翼
体１２および駆動軸１１の回転体を非接触で支持するた
めに、回転体の半径方向に電磁石を設けたラジアル磁気
軸受３４ａ、３４ｂと、軸方向に電磁石を設けたスラス
ト磁気軸受３４ｃとを備え、この電磁石とほぼ同位置に
回転体の状態を検出するラジアルセンサ３１ａ、３１ｂ
及び、スラストセンサ３１ｃ等の変位センサを設置して
フィードバック制御系を構成し、各電磁石に流れる電流
を調節して電磁石の吸引力を調節し、回転体を中心位置
に支持している。In this turbo-molecular pump, radial magnetic bearings 34a and 34b provided with electromagnets in the radial direction of the rotor are provided in order to support the rotor of the exhaust blade 12 and the drive shaft 11 in a non-contact manner. Radial bearings 31a and 31b for detecting the state of the rotating body at approximately the same position as the electromagnet.
In addition, a displacement control sensor such as the thrust sensor 31c is provided to constitute a feedback control system, the current flowing through each electromagnet is adjusted to adjust the attraction force of the electromagnet, and the rotating body is supported at the center position.
【０００５】電磁石は、駆動軸１１を挟んで対向して配
置されており、各電磁石にＰＩＤ制御等によって定めら
れる励磁電流を励磁アンプを介して流し、対向する電磁
石の吸引力によって駆動軸の位置制御を行い、磁気浮上
制御を行っている。また、排気用翼体１２の回転速度は
回転センサによって駆動軸の回転速度を検出して求めて
いる。この磁気軸受部では、誤操作による運転中のケー
ブル脱落や停電の発生等により、低速回転になったり、
回転が停止したりする時に、回転体を保持するため保護
軸受１７、１８が設けられている。The electromagnets are arranged opposite to each other with the drive shaft 11 interposed therebetween, and an excitation current determined by PID control or the like is supplied to each electromagnet through an excitation amplifier, and the position of the drive shaft is determined by the attractive force of the opposing electromagnet. Control and magnetic levitation control. Further, the rotation speed of the exhaust wing body 12 is obtained by detecting the rotation speed of the drive shaft by a rotation sensor. In this magnetic bearing part, low speed rotation may occur due to cable drop during operation or occurrence of power failure due to erroneous operation,
Protective bearings 17 and 18 are provided to hold the rotating body when rotation stops.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】通常の停止動作では、
保護軸受１７、１８は、電源停止時には、軸部と直接接
触して回転体を支持することになるが、回転体が停止す
るまでの間は磁気軸受の磁力によって位置制御されてい
るため、接触時の衝撃は僅かであって損傷を受けること
はない。In the normal stop operation,
When the power is stopped, the protective bearings 17 and 18 come into direct contact with the shaft portion to support the rotating body. However, the position is controlled by the magnetic force of the magnetic bearing until the rotating body stops, so The impact is small and undamaged.
【０００７】しかしながら、ギャップセンサの検出機能
異常、回転体のアンバランス量増大によって磁気軸受制
御に異常が発生した場合、回転体を保護軸受で支持する
が、磁気浮上時に駆動軸１１と保護軸受１７、１８とを
非接触とするため、図４（保護軸受部の断面図）に示す
ように駆動軸１１と保護軸受１７、１８との間には隙間
３８が設けられており、磁気軸受の位置制御も行われな
くなると、回転体が停止するまでの間、回転数によって
は回転体の持つ固有振動数と一致し回転体の振れが極度
に大きくなり、駆動軸１１が保護軸受１７、１８の中を
動き回り、保護軸受のベアリングに損傷を与え、寿命が
短くなるという問題があった。[0007] However, when an abnormality occurs in the magnetic bearing control due to an abnormality in the detection function of the gap sensor or an increase in the unbalance amount of the rotating body, the rotating body is supported by the protective bearing. , 18 are not in contact with each other, a gap 38 is provided between the drive shaft 11 and the protective bearings 17, 18 as shown in FIG. When the control is not performed, the rotation frequency of the rotating body becomes extremely large and coincides with the natural frequency of the rotating body depending on the number of rotations until the rotating body stops. There is a problem in that it moves around and damages the bearing of the protective bearing, shortening its life.
【０００８】本発明は、上記課題を解決するために創案
されたものであり、ギャップセンサの検出機能異常、回
転体のアンバランス量増大によって磁気軸受制御に異常
が発生した場合に、用いられる保護軸受のベアリングの
損傷、劣化を防止することができるターボ分子ポンプを
提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a protection used when an abnormality occurs in a magnetic bearing control due to an abnormality in a detection function of a gap sensor or an increase in an unbalance amount of a rotating body. An object of the present invention is to provide a turbo-molecular pump capable of preventing damage and deterioration of a bearing.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のターボ分子ポンプは、排気用翼体及びモー
タのロータを有する回転体を磁気軸受により磁気浮上支
持するターボ分子ポンプにおいて、磁気浮上異常時に回
転体を支持する保護軸受と、磁気浮上異常時に回転体に
対して電磁力により一定方向に力を付与する手段を設け
たことを特徴としている。In order to achieve the above object, a turbo molecular pump according to the present invention is a turbo molecular pump in which a rotor having an exhaust wing and a motor rotor is magnetically levitated and supported by a magnetic bearing. The present invention is characterized in that a protective bearing for supporting the rotating body when the magnetic levitation is abnormal and a means for applying a force to the rotating body in a certain direction by the electromagnetic force when the magnetic levitation is abnormal are provided.
【００１０】本発明では、磁気軸受制御に異常が発生し
た場合に、保護軸受により回転体を支持するようになる
が、このとき、回転体を保護軸受に接触するように電磁
石で力を付与することで、減速中に回転体の固有振動で
の回転体の過大な振れを抑制できるとともに、ころがり
抵抗によるブレーキ力が増加し、回転停止までの時間を
短くすることができるので、保護軸受のベアリングの損
傷、劣化を最小限にすることができる。According to the present invention, when an abnormality occurs in the control of the magnetic bearing, the rotating body is supported by the protective bearing. At this time, a force is applied by an electromagnet so that the rotating body contacts the protective bearing. As a result, the excessive vibration of the rotating body due to the natural vibration of the rotating body during deceleration can be suppressed, and the braking force due to the rolling resistance increases, and the time until the rotation stops can be shortened. Damage and deterioration can be minimized.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のタ
ーボ分子ポンプの一実施例を説明する。図１は本発明の
概略構成を示す図である。なお、図１では、主に磁気軸
受装置の保護軸受部分に関する部分のみ示し、その他の
ターボ分子ポンプの構成は図３と同様であるため、その
構成を説明する場合は図３の数字・記号を用いる。図１
において、回転体１は排気用翼体および駆動軸からな
り、この回転体１を挟むようにし、対向して配置した電
磁石２ａ，２ｂと、回転体と電磁石との間の間隙量を検
出するギャップセンサ４と、磁気軸受が異常となったと
きに回転体１を支持する保護軸受１７、１８が設けられ
ている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the turbo-molecular pump according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the present invention. Note that FIG. 1 mainly shows only a portion related to the protective bearing portion of the magnetic bearing device, and the other configurations of the turbo-molecular pump are the same as those in FIG. 3. Therefore, when describing the configuration, the numerals and symbols in FIG. Used. FIG.
, The rotating body 1 is composed of an exhaust wing body and a drive shaft, and the electromagnets 2a and 2b disposed so as to sandwich the rotating body 1 and opposed to each other, and a gap for detecting a gap amount between the rotating body and the electromagnet. The sensor 4 and protective bearings 17 and 18 that support the rotating body 1 when the magnetic bearing becomes abnormal are provided.
【００１２】６は制御異常検出回路であり、７はＰＩＤ
制御等を行う制御演算回路、８、１０は電力増幅器、９
はインバータ、４０は切換スイッチであり、４１は減算
部である。切換スイッチ４０の入力端の一方には中心位
置信号が、他方には接触位置信号が供給されている。6 is a control abnormality detection circuit, and 7 is a PID
A control operation circuit for performing control and the like;
Is an inverter, 40 is a changeover switch, and 41 is a subtraction unit. One of the input terminals of the changeover switch 40 is supplied with the center position signal, and the other is supplied with the contact position signal.
【００１３】次に、この回路の動作を説明する。磁気軸
受装置が正常に動作している場合には、回転体１が高速
回転を行うとともに、ラジアル磁気軸受３４ａ、３４ｂ
等によって磁気軸受の中心位置に支持されている。した
がって、制御異常検出回路６は、切換信号を発生せず、
切換スイッチ４０の端子は中心位置に接続された状態に
あり、この目標値信号とセンサアンプ５からの信号は等
しいので減算部４１で減算された後の信号は０となり、
電磁石２ａ、２ｂの吸引力に差は生じない。Next, the operation of this circuit will be described. When the magnetic bearing device is operating normally, the rotating body 1 rotates at high speed and the radial magnetic bearings 34a, 34b
It is supported at the center position of the magnetic bearing by the like. Therefore, the control abnormality detection circuit 6 does not generate a switching signal,
The terminal of the changeover switch 40 is connected to the center position, and since the target value signal and the signal from the sensor amplifier 5 are equal, the signal after being subtracted by the subtractor 41 becomes 0,
There is no difference in the attraction between the electromagnets 2a and 2b.
【００１４】ところが、ギャップセンサの検出機能異
常、回転体のアンバランス量増大等によって磁気軸受制
御に異常が発生した場合、回転体１は磁気軸受の中心位
置に支持されずに、右方向、左方向等いずれかの位置に
ずれてしまう。この回転体１の位置変化をギャップセン
サ４で検出し、この信号をセンサアンプ５で増幅して、
制御異常検出回路６へ出力する。制御異常検出回路６で
は、回転体１が磁気軸受部の中心位置から所定距離変化
した場合にスイッチ切換信号を切換スイッチ４０に出力
してスイッチを中心位置から接触位置の方へ切換えるよ
うになっており、この接触位置信号は、センサアンプ５
からの信号と引算されて制御演算回路７へ伝えられる。
制御演算回路７ではこの信号がＰＩＤ制御等されて出力
される。電力増幅回路８は制御演算回路７からの信号を
増幅して電磁石２ａに供給する。切換スイッチ４０に供
給された接触位置信号が例えば図の矢印方向に回転体１
を保護軸受３２の方に吸引する場合であれば、電磁石２
ａは電力増幅器８からの信号により吸引力を増大するよ
うになる。However, when an abnormality occurs in the magnetic bearing control due to an abnormality in the detection function of the gap sensor, an increase in the unbalance amount of the rotating body, or the like, the rotating body 1 is not supported at the center position of the magnetic bearing, but is moved rightward and leftward. It shifts to any position such as the direction. The change in the position of the rotating body 1 is detected by the gap sensor 4, and this signal is amplified by the sensor amplifier 5.
Output to the control abnormality detection circuit 6. In the control abnormality detection circuit 6, when the rotating body 1 changes a predetermined distance from the center position of the magnetic bearing portion, a switch switching signal is output to the changeover switch 40 to switch the switch from the center position to the contact position. The contact position signal is transmitted to the sensor amplifier 5
And is transmitted to the control operation circuit 7.
The control operation circuit 7 outputs this signal after performing PID control or the like. The power amplification circuit 8 amplifies the signal from the control operation circuit 7 and supplies the amplified signal to the electromagnet 2a. When the contact position signal supplied to the changeover switch 40 is, for example,
Is attracted toward the protective bearing 32, the electromagnet 2
“a” increases the attractive force by the signal from the power amplifier 8.
【００１５】一方、制御演算回路７の出力はインバータ
９を介して信号が逆方向に反転し、この信号が電力増幅
器１０で増幅されて電磁石２ｂの方へ供給されるので、
電磁石２ａとは異なり、電磁石２ｂの吸引力は減じら
れ、回転体１全体としては図の左方向（矢印方向）へ変
位することになり、保護軸受３２に接触する位置まで移
動し、その状態で固定される。On the other hand, the output of the control operation circuit 7 is inverted in the reverse direction through the inverter 9 and this signal is amplified by the power amplifier 10 and supplied to the electromagnet 2b.
Unlike the electromagnet 2a, the attractive force of the electromagnet 2b is reduced, and the rotating body 1 as a whole is displaced to the left (in the direction of the arrow) in the figure, and moves to a position where it contacts the protective bearing 32. Fixed.
【００１６】このようにして、ギャップセンサの検出機
能異常、回転体のアンバランス量増大等によって磁気軸
受制御に異常が発生したとき、回転体１が保護軸受３２
に接触するまで電磁石により、力を加えられた場合（図
の破線部分）と、従来の場合（図の実線部分）との回転
体の減速状態の比較を図２に示す。横軸は時間軸であ
り、縦軸は回転体の回転数をあらわす。従来の場合の減
速曲線では、回転体の固有振動で振れが大きくなり、発
振した後、回転数が急降下していることがわかり、保護
軸受への衝撃が大きい。本発明を用いた場合には、回転
体を保護軸受に接触するように吸引しているので、固有
振動での発振が起こりにくく、摩擦力によるブレーキ力
で減速時間が短くなっている。In this manner, when an abnormality occurs in the magnetic bearing control due to an abnormality in the detection function of the gap sensor, an increase in the unbalance amount of the rotating body, or the like, the rotating body 1 is moved to the protective bearing 32.
FIG. 2 shows a comparison of the decelerating state of the rotating body between a case where a force is applied by an electromagnet until contact is made (a broken line portion in the drawing) and a conventional case (a solid line portion in the drawing). The horizontal axis is the time axis, and the vertical axis represents the rotation speed of the rotating body. In the deceleration curve in the conventional case, it is understood that the natural vibration of the rotating body causes the run-out to increase, and after the oscillation, the rotational speed drops rapidly, and the impact on the protective bearing is large. In the case of using the present invention, since the rotating body is sucked so as to be in contact with the protective bearing, oscillation by natural vibration hardly occurs, and the deceleration time is shortened by the braking force due to the frictional force.
【００１７】以上で述べたギャップセンサ４、電磁石２
ａ、２ｂは別途新たに設けるようにしても良いし、セン
サ３１ａ、３１ｂをギャップセンサ４として用い、ラジ
アル磁気軸受３４ａ、３４ｂを電磁石２ａ、２ｂとして
用いるようにしても良い。The gap sensor 4 and the electromagnet 2 described above
a and 2b may be newly provided separately, or the sensors 31a and 31b may be used as the gap sensor 4 and the radial magnetic bearings 34a and 34b may be used as the electromagnets 2a and 2b.
【００１８】[0018]
【発明の効果】本発明の磁気軸受装置によれば、磁気軸
受に異常が発生した場合に、保護軸受により回転体を支
持するようになるが、このとき、回転体を保護軸受に接
触するように電磁石で力を付与することで、減速中に回
転体の固有振動での回転体の過大な振れを抑制できると
ともに、ころがり抵抗によるブレーキ力が増加し、回転
停止までの時間を短くすることができるので、保護軸受
のベアリングの損傷、劣化を最小限にすることができ
る。According to the magnetic bearing device of the present invention, when an abnormality occurs in the magnetic bearing, the rotating body is supported by the protective bearing. At this time, the rotating body is brought into contact with the protective bearing. By applying force with an electromagnet, excessive vibration of the rotating body due to natural vibration of the rotating body during deceleration can be suppressed, and the braking force due to rolling resistance increases, and the time until rotation stops can be shortened. Therefore, damage and deterioration of the bearing of the protective bearing can be minimized.
【図１】本発明の磁気軸受装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetic bearing device of the present invention.
【図２】本発明の磁気軸受装置の回転体と従来の磁気軸
受装置の回転体との減速曲線の比較図である。FIG. 2 is a comparison diagram of a deceleration curve of a rotating body of a magnetic bearing device of the present invention and a rotating body of a conventional magnetic bearing device.
【図３】一般の磁気軸受装置の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a general magnetic bearing device.
【図４】保護軸受部の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a protective bearing portion.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 32/04 Ｆ１６Ｃ 32/04 Ａ Ｆターム(参考） 3H021 AA01 AA08 BA11 BA20 BA21 BA30 CA00 DA00 DA02 DA03 3H022 AA01 BA06 CA12 CA15 DA08 DA09 DA13 3H031 DA02 EA09 EA11 EA15 FA11 FA13 FA40 3J102 AA02 BA03 BA19 CA14 DA02 DA03 DA09 DA12 DB05 DB10 DB11 GA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F16C 32/04 F16C 32/04 A F-term (Reference) 3H021 AA01 AA08 BA11 BA20 BA21 BA30 CA00 DA00 DA02 DA03 3H022 AA01 BA06 CA12 CA15 DA08 DA09 DA13 3H031 DA02 EA09 EA11 EA15 FA11 FA13 FA40 3J102 AA02 BA03 BA19 CA14 DA02 DA03 DA09 DA12 DB05 DB10 DB11 GA06
Claims (1)
回転体を磁気軸受により磁気浮上支持するターボ分子ポ
ンプにおいて、磁気浮上異常時に回転体を支持する保護
軸受と、磁気浮上異常時に回転体に対して電磁力により
一定方向に力を付与する手段を設けたことを特徴とする
ターボ分子ポンプ。1. A turbo-molecular pump in which a rotor having an exhaust wing and a rotor of a motor is magnetically levitated and supported by a magnetic bearing. A turbo-molecular pump comprising means for applying a force in a certain direction by electromagnetic force.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11090316A JP2000283088A (en) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | Turbo-molecule pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11090316A JP2000283088A (en) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | Turbo-molecule pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000283088A true JP2000283088A (en) | 2000-10-10 |
Family
ID=13995132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11090316A Pending JP2000283088A (en) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | Turbo-molecule pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000283088A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107327484A (en) * | 2017-08-29 | 2017-11-07 | 南京磁谷科技有限公司 | A kind of thrust magnetic bearing box-like field structure |
| CN107387560A (en) * | 2017-08-29 | 2017-11-24 | 南京磁谷科技有限公司 | A kind of not uniform thickness thrust magnetic axis bearing structure |
-
1999
- 1999-03-30 JP JP11090316A patent/JP2000283088A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107327484A (en) * | 2017-08-29 | 2017-11-07 | 南京磁谷科技有限公司 | A kind of thrust magnetic bearing box-like field structure |
| CN107387560A (en) * | 2017-08-29 | 2017-11-24 | 南京磁谷科技有限公司 | A kind of not uniform thickness thrust magnetic axis bearing structure |
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