JP3349679B2 - 磁気軸受装置及びこれを備えた真空ポンプ - Google Patents

磁気軸受装置及びこれを備えた真空ポンプ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はステータコイルを有
するモータで回転駆動されるロータシャフトを能動型磁
気軸受を含む磁気軸受で回転自在に支持した磁気軸受装
置及びこれを備えた真空ポンプに関し、特に前記能動型
磁気軸受の電磁石並びにその変位センサと前記ステータ
コイルを円筒状ステータコラム内に配置したステータコ
ラム組立て体の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は円筒状ステータコラムを有する従
来のステータコラム組立て体１の縦断面図である。この
ステータコラム組立て体１は、ステータコイルを有する
モータで回転駆動されるロータシャフトを第１の能動型
ラジアル磁気軸受と第２の能動型磁気軸受、及び図示し
ないスラスト磁気軸受からなる磁気軸受によって回転自
在に支持された磁気軸受装置、いわゆる５軸制御型磁気
軸受装置に用いられているものである。
【０００３】図６において、ステータコラム組み立て体
１は、円筒状ステータコラム１１内に、第１の能動型ラ
ジアル磁気軸受、モータのステータコイル２１及び第２
の能動型ラジアル磁気軸受が収納され所定位置に固定さ
れて構成されたものである。円筒状ステータコラム１１
は内部に円筒状空間を有し且つ上端にはロータシャフト
が貫通する貫通孔１１ａが下端には開口１１ｂが形成さ
れたアルミニウム等の金属製の円筒状部材である。ステ
ータコイル２１はコイル２１ａがそれぞれ巻回された例
えば２４個の磁極２１ｂが金属製の環状ヨーク２０ｃに
圧入されて構成されたものである。また、第１の能動型
ラジアル磁気軸受は電磁石３１とその半径方向変位セン
サ３２とを含む。電磁石３１は4対の磁極３１ｂにコイ
ル３１ａがそれぞれ巻回されて構成されたものである。
半径方向変位センサ３２は４対の磁極３２ｂにコイル３
２ａがそれぞれ巻回されて構成されたものである。更
に、第２の能動型ラジアル磁気軸受は電磁石４１とその
半径方向変位センサ４２とを含む。電磁石４１は4対の
磁極４１ｂにコイル４１ａがそれぞれ巻回されて構成さ
れたものである。半径方向変位センサ４２は４対の磁極
４２ｂにコイル４２ａがそれぞれ巻回されて構成された
ものである。
【０００４】図６のステータコラム組立て体１を製作す
る場合、先ず、適度の温度で加熱した円筒状ステータコ
ラム１１の内部の円筒状空間内に、第１の能動型ラジア
ル磁気軸受の半径方向変位センサ３２、環状スペーサ部
材３０ｅ、第１の能動型ラジアル磁気軸受の電磁石３
１、環状スペーサ部材３０ｆ、ステータコイル２１、環
状スペーサ部材４０ｅ、第２の能動型ラジアル磁気軸受
の電磁石４１、環状スペーサ部材４０ｆ及び第２の能動
型ラジアル磁気軸受の半径方向変位センサ４２を順に圧
入し、これらの部品を所定位置に固定する。圧入作業終
了後、円柱状の入れ子を開口１１ｂ側から挿入して、熱
硬化性エポキシ樹脂材を充填し、これらの部品を被覆す
ると共に、円筒状ステータコラム１１の内部に樹脂モー
ルドの円筒状内周面を形成する。モールド成形作業終了
後、モールドの円筒状内周面を切削加工して、ステータ
磁極２１ｂ、電磁石磁極３１ｂと４１ｂ及びセンサ磁極
３２ｂと４２ｂを露出させる。以上の少なくとも３つの
工程を経て、ステータコラム組立て体１の製作が完成す
る。なお、１０ｄはモールド部を示す。
【０００５】ところで、図６に示す従来のステータコラ
ム組立て体１はいくつかの問題を有する。第１に、環状
スペーサを用い且つ焼ばめによる部品の圧入を行って、
円筒状ステータコラム１１内に構成部品を配置するもの
であるから、ステータコラム組立て体の製作の作業性が
悪いことである。第２に、この作業性の悪さに起因して
不良品が発生することである。即ち、構成部品はいずれ
も配線用の電線を有するものであるから、作業中に断線
することがある。第３に、この断線等に起因する不良品
が発生した場合、焼ばめして全体を樹脂モールドで被覆
しているために、断線した部品だけを交換できないとい
う問題である。従って、組付けが完了したステータコラ
ム組立て体１が不良品となって、全てを破棄しなければ
ならないという問題である。更に第４に、モールド部１
０ｄは円筒状ステータコラム１１に一体に成形されてい
るので、磁気軸受装置がモータの長時間の運転等で加熱
すると、ステータコラム組立て体１の内側に向かって膨
張し、場合によってはロータシャフトと接触してしまう
危険性があるという問題である。この危険性が現実にな
れば、この磁気軸受装置を備えた真空ポンプは正常な運
転が阻害されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する第１の課題は、ステータコイルや電磁石等の構成部
品を円筒状ステータコラム内に収納しモールドで被覆し
て構成したステータコラム組立て体を有する磁気軸受装
置において、ステータコラム組立て体を製作する際の一
連の工程の中から、焼ばめによる部品の圧入工程をなく
することである。解決しようとする第２の課題は、上記
の磁気軸受装置用のステータコラム組立て体であって、
資源の有効活用が可能な構造のステータコラム組立て体
を提供することである。解決しようとする第３の課題
は、ステータコラム組立て体を有する磁気軸受装置が、
ステータコラムのモールド部の熱膨張によって正常運転
が阻害されないようにすることである。解決しようとす
る第４の課題は、磁気軸受を備えた真空ポンプにおい
て、従来よりもコストが安く且つ高性能の真空ポンプを
提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記第１及び第２の課題
を解決するために、ステータコイルを有するモータで回
転駆動されるロータシャフトを能動型磁気軸受を含む磁
気軸受で回転自在に支持した磁気軸受装置において、前
記能動型磁気軸受の電磁石並びにその変位センサとを環
状保持部材に装着し且つ樹脂モールドで被覆成形して構
成した電磁石ユニットと、前記ステータコイルを環状ヨ
ーク部材に装着し且つ樹脂モールドで被覆成形して構成
したステータコイルユニットを、円筒状ステータコラム
内に順に嵌合して配置した。
【０００８】また、ステータコイルを有するモータで回
転駆動されるロータシャフトを能動型スラスト磁気軸受
と第1と第2の能動型ラジアル磁気軸受で回転自在に支持
した磁気軸受装置において、前記第１の能動型ラジアル
磁気軸受の電磁石並びにその半径方向変位センサとを第
１の環状保持部材内に装着し且つ樹脂モールドで被覆成
形して構成した第１の電磁石ユニットと、前記ステータ
コイルを環状ヨーク部材内に装着し且つ樹脂モールドで
被覆成形して構成したステータコイルユニットと、前記
第２の能動型ラジアル磁気軸受の電磁石並びにその半径
方向変位センサとを第２の環状保持部材内に装着し且つ
樹脂モールドで被覆成形して構成した第２の電磁石ユニ
ットを、円筒状ステータコラム内に順に嵌合して配置し
た。
【０００９】上記第３の課題を解決するために、モール
ドの軸方向の厚みを前記環状保持部材の軸方向の長さよ
りもわずかに薄くした。
【００１０】上記第４の課題を解決するために、真空ポ
ンプの軸受に請求項１又は２の磁気軸受装置を採用し
た。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明に係る磁気軸受装置に用い
られるステータコラム組立て体１の一実施例は、図１に
断面図で示す如く、円筒状ステータコラム１１内に、第
１の能動型ラジアル磁気軸受用の第１の電磁石ユニット
３０、ステータコイルユニット２０、及び第２の能動型
ラジアル磁気軸受用の第２の電磁石ユニット４０が所定
の嵌め合い公差で順に嵌合されて組付けられたものであ
る。
【００１２】第１の電磁石ユニット３０は、環状保持部
材３０ｃに電磁石３１とその半径方向変位センサ３２が
収納され、且つ樹脂モールド部材３０ｄで被覆され所定
の形状に成形されて構成されたものである。環状保持部
材３０ｃは、軸方向の所定位置に位置決め用の環状突起
が形成された段付内周面を有するアルミニウム等の金属
製の環状部材である。電磁石３１は4対の磁極３１ｂに
コイル３１ａがそれぞれ巻回されて構成されたものであ
る。半径方向変位センサ３２は４対の磁極３２ｂにコイ
ル３２ａがそれぞれ巻回されて構成されたものである。
【００１３】ステータコイルユニット２０は、コイル２
１ａがそれぞれ巻回された例えば２４個の磁極２１ｂが
金属製の環状ヨーク部材２０ｃに装着されて構成された
ステータコイル２１を樹脂モールド部材２０ｄで被覆し
所定の形状に成形して組み立てられたものである。環状
ヨーク部材２０ｃは、環状保持部材としても機能する部
材である。
【００１４】第２の電磁石ユニット４０は、環状保持部
材４０ｃに電磁石４１とその半径方向変位センサ４２が
収納され、且つ樹脂モールド部材４０ｄで被覆され所定
の形状に成形されて構成されたものである。環状保持部
材４０ｃは、軸方向の所定位置に位置決め用の環状突起
が形成された段付内周面を有するアルミニウム等の金属
製の環状部材である。電磁石４１は4対の磁極４１ｂに
コイル４１ａがそれぞれ巻回されて構成されたものであ
る。半径方向変位センサ４２は４対の磁極４２ｂにコイ
ル４２ａがそれぞれ巻回されて構成されたものである。
【００１５】図４を参照して第１の電磁石ユニット３０
を組付ける方法を説明する。先ず、環状保持部材３０ｃ
に半径方向変位センサ３２と電磁石３１を挿入して所定
位置に配置する。このようにして組み立てた第１の電磁
石ユニット３０の中間組み立て体に樹脂モールド用入れ
子５０を挿入し、熱硬化性エポキシ樹脂材を充填してこ
れらの部品を被覆する。樹脂モールド用入れ子５０は、
図４に示す如く分割型入れ子であって、平坦な外周面５
１ａを有する環状の第１入れ子部材５１、電磁石３１の
磁極３１ｂと嵌合する４対の電磁石磁極用切り欠き５２
ｂが軸方向に通して形成された外周面５２ａを有する環
状の第２入れ子部材５２、及び半径方向変位センサ３２
の磁極３２ｂと嵌合する４対のセンサ磁極用切り欠き５
３ｂが上端部に形成された外周面５３ａとベース部５３
ｃとを有する環状の第３入れ子部材５３とから構成され
る。
【００１６】このように構成した３分割型入れ子５０を
第１の電磁石ユニット３０の中間組み立て体に挿入し
て、熱硬化性エポキシ樹脂材を充填する。充填されたエ
ポキシ樹脂が硬化した後、分割型入れ子５０を分割して
抜き去り、これによって第１の電磁石ユニット３０のモ
ールド成形を完了し、従って第１の電磁石ユニット３０
の製作を完了する。従って、このようにしてモールド成
形された第１の電磁石ユニット３０は、その内周面は電
磁石３１の磁極３１ｂと半径方向変位センサ３２の磁極
３２ｂの表面が露出し、他は平坦な樹脂モールド面とな
っているから、磁極を露出させるための切削加工を要し
ないというメリットを有する。
【００１７】第２の電磁石ユニット４０の製作は、第１
の電磁石ユニット３０と同様にして行われる。この場
合、樹脂モールド成形に用いられる入れ子は図４に示す
如き３分割型入れ子である。更に、ステータコイルユニ
ット２０の製作も、これらと同様に行われるが、樹脂モ
ールド成形に用いられる入れ子は２分割型入れ子であ
る。このようにしてモールド成形された第２の電磁石ユ
ニット４０も、ステータコイルユニット２０も、磁極を
露出させるための切削加工をその内周面に施すことは必
要ではない。
【００１８】以上の如く組付け且つモールド成形して製
作された第１の電磁石ユニット３０、ステータコイルユ
ニット２０及び第２の電磁石ユニット４０を、円筒状ス
テータコラム１１内に所定の嵌合公差で順に嵌合し、こ
れによって本発明に係るステータコラム組立て体１が完
成する。
【００１９】上述の通り、第１の電磁石ユニット３０、
ステータコイルユニット２０及び第２の電磁石ユニット
４０を円筒状ステータコラム１１内に収納し固定する作
業は、圧入でなく嵌合で行われるから、本発明に係るス
テータコラム組立て体の製作の作業性が著しく向上し
た。このため、構成部品の配線用電線の断線が作業中に
発生することが殆どなくなった。仮に、断線等に起因す
る不良が発生した場合、不良品のユニットだけを交換す
ればよく、これによってステータコラム組立て体の不良
品を簡単に良品に変えることができる。構成部品ユニッ
トが円筒状ステータコラム１１内に圧入でなく嵌合によ
って収納固定されているからである。
【００２０】従来のステータコラム組立て体１は円筒状
ステータコラム１１内に構成部品を圧入して組付け、そ
の後にこれらを一体にモールド成形した構造であるの
で、断線等に起因する不良が発生した場合、ステータコ
ラム組立て体１を破棄しなければならなかった。これに
対して、本発明に係るステータコラム組立て体１は電磁
石並びにその半径方向変位センサ及びステータコイル等
の電磁構成部品を夫々にその環状保持部材内に収納して
モールド成形して組付けた構成部品ユニットを円筒状ス
テータコラム内に順に嵌合して組付けた構造であるの
で、このような場合は不良品の構成部品ユニットだけを
破棄すればよい。従って、この分別廃棄が可能になった
ことと、上記の作業性の改善が行われたことから、磁気
軸受装置の製造コスト削減が図られた。しかも資源のリ
サイクルを行う際にも、一体モールド型ステータコラム
組立て体１よりは、ユニット毎にモールドしたものの方
が、はるかに処理し易い。
【００２１】本発明に係る磁気軸受装置を備えた真空ポ
ンプは、例えば図５に縦断面図で示す如き周知の５軸制
御型磁気軸受装置を備えた複合型ターボ分子ポンプであ
る。即ち、図５において、１は図１に示したステータコ
ラム組立て体、２はスラスト磁気軸受、３はロータシャ
フト、４は上側に多数のロータ翼が取り付けられ且つ下
側に平坦な外周面を有する円筒部が形成されたロータ円
筒体、５はロータ円筒体を嵌合するステータ円筒体で、
上側に多数のステータ翼が取り付けられ且つ下側にネジ
溝付内周面を有する円筒部が形成されたステータ円筒
体、６はケーシング、７はポンプベースである。
【００２２】このような真空ポンプにおいては、構成部
品のコイルを流れる電流による発熱等により、ポンプの
内部特にロータシャフト３とその周囲は非常に高温とな
る。このため、従来は、構成部品を被覆している樹脂モ
ールドが膨張し、ローターシャフト３の外周面と接触す
る危険があった。従来のステータコラム組立て体１は円
筒状ステータコラム１１内に構成部品を圧入して組付
け、その後にこれらを一体にモールド成形した構造であ
るので、樹脂モールドの膨張が軸方向よりも半径方向に
向かうからである。
【００２３】そこで本発明においては、樹脂モールドの
膨張を半径方向でなく軸方向に向かわせる手段として、
以下のいずれかを採用することにした、１つは、円筒状
ステータコラム１１内に第１の電磁石ユニット３０、ス
テータコイルユニット２０及び第２の電磁石ユニット４
０を嵌合する場合に、各ユニット間にわずかな隙間を設
けることである。他は、環状保持部材の端部にわずかな
隙間δを設けるようにしてモールド成形することであ
る。例えば図３に示す如く、第１の電磁石ユニット３０
の場合は環状保持部材３０ｃの下端にわずかな隙間δを
設け、また第２の電磁石ユニット４０の場合は環状保持
部材４０ｃの両端にわずかな隙間δを設けて、それぞれ
モールド成形することである。これらは、入れ子５０の
形状を一部分変えることで容易に実現できる。なお、わ
ずかな隙間δは環状保持部材３０ｃの下端でなく両端に
設けてもよいし、ステータコイルユニット２０の環状ヨ
ーク部材２０ｃの一端または両端に設けてもよい。
【００２４】以上、５軸制御型磁気軸受装置に適用した
実施例について説明したが、本発明は他の構造の５軸制
御型磁気軸受装置にも勿論、３軸制御型磁気軸受装置に
も適用できる。また、真空ポンプもターボ分子ポンプで
なく他の構造のものにも、本発明は適用できる。
【００２５】
【発明の効果】本発明のモールド型磁気軸受装置におい
ては、電磁構成部品毎に分割してモールドすることによ
って、ステータコラム組立て体の製作の一連の工程の中
から、焼ばめによる部品の圧入工程をなくすることがで
きた。従って、その作業性を著しく阻害していた焼ばめ
による部品の圧入工程をなくすることができたので、電
磁石並びにその半径方向変位センサ及びステータコイル
等の電磁構成部品の配線用電線が断線する事故を大幅に
減少させことができた。しかも断線等の事故が発生して
も不良品の構成部品ユニットだけを分別して破棄するこ
とが可能となった。また、円筒状ステータコラムから構
成部品ユニットを取り外すことが容易になったので、資
源再利用のための作業性も向上した。
【００２６】更に、本発明に係る分割モールドを施され
た電磁石ユニットにおいては、電磁石の磁極と半径方向
変位センサの磁極を露出させる切削加工を要しないとい
う利点を有する。更にまた、構成部品ユニットの嵌合組
み付けで構成されたステータコラム組立て体には、高温
による樹脂モールドの膨張が半径方向でなく軸方向に向
くような手段が講じられているので、熱膨張による樹脂
モールドとロータシャフトとの接触事故の発生が防止さ
れ、従ってこの磁気軸受装置を備えた真空ポンプの性能
が向上した。
【００２７】更にまた、上記の分別廃棄が可能になった
ことと、上記の作業性の改善が行われたことから、磁気
軸受装置の製造コストの削減が図られ、従来よりもコス
トが安く且つ高性能の真空ポンプを提供することが可能
になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気軸受装置の一実施例のステー
タコラム組立て体の縦断面図である。
【図２】図１のステータコラム組立て体を構成する第１
の磁気軸受用電磁石ユニット３０、ステータコイルユニ
ット２０、及び第２の磁気軸受用電磁石ユニット４０の
一実施例の部分断面図である。
【図３】図１のステータコラム組立て体を構成する第１
の磁気軸受用電磁石ユニット３０、ステータコイルユニ
ット２０、及び第２の磁気軸受用電磁石ユニット４０に
他の実施例の部分断面図である。
【図４】図２の第１の磁気軸受用電磁石ユニットを製作
するための３分割型入れ子の一実施例を示す斜視図であ
る。
【図５】本発明に係る真空ポンプの一実施例の縦断面図
である。
【図６】従来の磁気軸受装置のステータコラム組立て体
の一例の縦断面図である。
【符号の説明】
１ ステータコラム組立て体 ２ スラスト磁気軸受 ３ ロータシャフト ４ ロータ円筒体 ５ ステータ円筒体 ６ ケーシング ７ ポンプベース １１ 円筒状ステータコラム １１ａ 貫通孔 １１ｂ 開口 ２０ ステータコイルユニット ２０ｃ 環状ヨーク部材 ２０ｄ モールド部 ２０ｅ 環状スペーサ部材 ２０ｆ 環状スペーサ部材 ２１ ステータコイル部 ２１ａ コイル ２１ｂ 磁極 ２１ｃ ステータヨーク ３０ 第１の電磁石ユニット ３０ｃ 環状保持部材 ３０ｄ 樹脂モールド部 ３０ｅ 環状スペーサ部材 ３０ｆ 環状スペーサ部材 ３１ 第１のラジアル磁気軸受の電磁石部 ３１ａ コイル ３１ｂ 磁極 ３２ 第１のラジアル磁気軸受の半径方向変位センサ部 ３２ａ コイル ３２ｂ 磁極 ４０ 第２の電磁石ユニット ４０ｃ 環状保持部材 ４０ｄ 樹脂モールド部 ４０ｅ 環状スペーサ部材 ４０ｆ 環状スペーサ部材 ４１ 第２のラジアル磁気軸受の電磁石部 ４１ａ コイル ４１ｂ 磁極 ４２ 第２のラジアル磁気軸受の半径方向変位センサ部 ４２ａ コイル ４２ｂ 磁極 ５０ 入れ子 ５１ 第１入れ子部材 ５１ａ 外周面 ５２ 第２入れ子部材 ５２ａ 外周面 ５２ｂ 電磁石磁極用切欠き部 ５３ 第３入れ子部材 ５３ａ 外周面 ５３ｂ センサ磁極用切欠き部 ５３ｃ ベース部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−291832（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−93687（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−19244（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−54020（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−140305（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−61584（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 32/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ステータコイルを有するモータで回転駆動
    されるロータシャフトを能動型磁気軸受を含む磁気軸受
    で回転自在に支持した磁気軸受装置において、前記能動
    型磁気軸受の電磁石並びにその変位センサとを環状保持
    部材に装着し且つ樹脂モールドで被覆成形して構成した
    電磁石ユニットと、前記ステータコイルをその環状保持
    部材に装着し且つ樹脂モールドで被覆成形して構成した
    ステータコイルユニットを、円筒状ステータコラム内に
    順に嵌合して配置したことを特徴とする磁気軸受装置。
  2. 【請求項２】ステータコイルを有するモータで回転駆動
    されるロータシャフトを能動型スラスト磁気軸受と第1
    と第2の能動型ラジアル磁気軸受で回転自在に支持した
    磁気軸受装置において、前記第1の能動型ラジアル磁気
    軸受の電磁石並びにその半径方向変位センサとを第１の
    環状保持部材内に装着し且つ樹脂モールドで被覆成形し
    て構成した第1の電磁石ユニットと、前記ステータコイ
    ルを環状ヨーク部材内に装着し且つ樹脂モールドで被覆
    成形して構成したステータコイルユニットと、前記第２
    の能動型ラジアル磁気軸受の電磁石並びにその半径方向
    変位センサとを第２の環状保持部材内に装着し且つ樹脂
    モールドで被覆成形して構成した第２の電磁石ユニット
    を、円筒状ステータコラム内に順に嵌合して配置したこ
    とを特徴とする磁気軸受装置。
  3. 【請求項３】成形された樹脂モールドの軸方向の厚みを
    前記環状保持部材の軸方向の長さよりもわずかに薄くし
    たことを特徴とする請求項１又は請求項２の磁気軸受装
    置。
  4. 【請求項４】軸受に請求項１又は請求項２の磁気軸受装
    置を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
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