JP7429157B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ポンピング作用を及ぼすために回転駆動可能であるロータと、ロータに対する第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受であって、好適には、第１のラジアル軸受は、アクティブ制御式の磁気軸受であり、第２のラジアル軸受は、パッシブな磁気軸受として構成されている、第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受と、ロータの半径方向の変位を特定するラジアルセンサアセンブリと、を備える、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプに関する。

ポンプロータが磁気的に軸支された真空ポンプ、特にターボ分子ポンプが知られている。磁気軸受は、多くの利点を有し、特に、磁気軸受は、ポンプの摩擦および潤滑剤のない動作を可能にする。この場合、インレット側では、通常はパッシブな磁気軸受、特に永久磁石式の磁気軸受が、ロータの半径方向の位置固定のために使用される。これとは反対側のロータ端部では、多くの場合、ロータの半径方向および軸方向の両方の位置固定のために、アクティブ制御式の磁気軸受が使用される。ゆえに、簡単でかつ低コストの手段でオイルレスポンプを実現することができる。磁気軸受のアクティブな制御は、特に磁気軸受の場合に配置されるラジアルセンサを含むものである。ロータの、ラジアルセンサにより測定される変位に依存して、アクティブな磁気軸受の電磁石が駆動制御されて、変位とは逆方向の力がロータに及ぼされる。

本発明の課題は、冒頭で述べた形態の真空ポンプにおいて、ロータの変位の制御を改善する、特にロータの振動にさらに良好に対抗することができる、かつ／または磁気軸受の制御の安定性を改善することである。

この課題は、請求項１に記載された特徴を有する真空ポンプによって、特に、第１の軸方向領域とは異なる第２の軸方向領域における半径方向の変位を特定する第２のラジアルセンサアセンブリが設けられていることによって解決される。この課題は、請求項２に記載された真空ポンプによっても解決される。この真空ポンプでは、特に第１のラジアルセンサアセンブリが、第１のラジアル軸受に軸方向で対応付けられている、かつ／または第１のラジアル軸受の傍に配置されている。好適には、かつ原則的にこれとは関係なく、第２のラジアルセンサアセンブリは、たとえば第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受のいずれにも軸方向で対応付けられなくてよい、かつ／または両方のラジアル軸受に対して離間され得る。

第２の軸方向領域における第２のラジアルセンサアセンブリによって、第１の軸方向領域における第１のラジアルセンサアセンブリと相俟って、ロータの傾斜を確定することができる。そのような傾斜は、第１のラジアルセンサアセンブリおよび第２のラジアルセンサアセンブリがロータのそれぞれ異なる変位を確定することによって表される。傾斜が知られていることによって、ロータの変位をさらに良好に制御するとともに、振動をより良好に防止することができる。

変位は、概して、ロータの理想的な回転軸線であるゼロ軸線に対するものである。変位が存在するとき、ロータ軸線は、ゼロ軸線からずれている。

たとえば、第２のラジアル軸受は、磁気軸受として構成され得る。一実施形態によれば、第２のラジアル軸受は、パッシブな磁気軸受として構成されている。たとえば、第２のラジアル軸受は、永久磁石軸受として構成され得る。

第１のラジアルセンサアセンブリおよび／または第１の軸方向領域は、たとえば第１のラジアル軸受の傍にかつ／または第１のラジアル軸受に隣り合って配置され得る。ゆえにたとえば、第１のラジアル軸受におけるロータの変位を高い精度で測定することができる。

一改良形態によれば、第１のラジアルセンサアセンブリの軸方向中央と第１のラジアル軸受の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、軸方向の距離ａが定義されており、第２のラジアルセンサアセンブリの軸方向中央と第２のラジアル軸受の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、軸方向の距離ｂが定義されており、比ｂ／ａは、少なくとも２、好適には少なくとも３．５、好適には少なくとも５、さらに好適には少なくとも７であることが想定されている。

一般的に、第１の軸方向領域は、第１のラジアルセンサアセンブリの軸方向中央に対応し得る、かつ／または第２の軸方向領域は、第２のラジアルセンサアセンブリの軸方向中央に対応し得る。

別の一実施形態によれば、第２の軸方向領域または第２のラジアルセンサアセンブリが、第１のラジアル軸受と第２のラジアル軸受との間に配置されている。これにより、ポンプのコンパクトな構成を維持しつつも、これらのラジアルセンサアセンブリの軸方向領域の比較的大きな距離を実現することができ、これにより、測定精度が改善される。

好適には、第１のラジアル軸受の軸方向中央と第２のラジアル軸受の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、距離ｃが定義されており、距離ｃの軸方向中央の部分領域は、軸方向長さｄを有し、第２のラジアルセンサアセンブリは、その軸方向中央でもって、部分領域内に配置されており、比ｄ／ｃは、好適には０．７、好適には０．５、好適には０．４である。

いくつかの実施形態によれば、たとえば、第２の軸方向領域が、ロータ用のモータと第２のラジアル軸受との間に配置されていることが想定され得る。これによっても、コンパクトな構成で高い測定精度が実現可能となる。たとえば、モータは、ラジアルセンサアセンブリ間に配置され得る。いくつかの実施形態によれば、第２のラジアルセンサアセンブリが、モータ室を規定するかつ／またはモータハウジングを形成する構成部材に配置され得る。概して、たとえば第２のラジアルセンサアセンブリは、第２のラジアル軸受から離間され得る。

代替的にまたは付加的に、たとえば、軸方向で第２の軸方向領域と第２のラジアル軸受との間に、少なくとも１つのロータ要素、好適には複数のロータ要素が設けられていることが想定され得る。１つまたは複数のロータ要素は、好適にはターボ分子ポンプのターボロータ要素であり得る。特に、第２のラジアルセンサアセンブリが、第２のラジアル軸受から見て、第２のラジアル軸受に対して最も離間されているかつ／または最も離れてアウトレット側に配置されているロータ要素の軸方向後方に配置されていることが想定され得る。概して、好適には、第２のラジアルセンサアセンブリは、１つまたは複数のポンプ段、特にターボ段に関して、たとえば軸方向でアウトレット側に配置され得る。

一般的に、真空ポンプは、好適にはターボ分子ポンプ、特に３軸のアクティブな磁気軸支部とパッシブな磁気軸支部とを有するターボ分子ポンプであり得る。

たとえば、ロータに対して傾斜制御装置が設けられていることが想定され得る。したがって、ロータをより良好に制御することができ、そのロータ軸線に沿って様々な変位を的確に最小化することができる。第２のラジアルセンサアセンブリおよび／または傾斜制御装置によって、ロータを、ラジアルセンサアセンブリが１つだけの専ら静的な制御とは異なり、動的に制御することができる。

一実施形態によれば、傾斜制御装置のアクチュエータ系が、第１のラジアル軸受によって形成されている。つまり変位に対抗する力が、第１のラジアル軸受からロータ軸へと伝達される。そのために、第１のラジアル軸受は、たとえば電磁石を有する。別の一実施形態によれば、傾斜制御装置のアクチュエータ系は、専ら第１のラジアル軸受によって形成されている。したがって、第１のラジアル軸受は、単独で、ロータ傾斜の補整をもたらす。これにより、制御をより複雑にして、そして付加的な構成部材を必要とするであろう付加的なアクチュエータ系が不要である。しかし原則として、代替的にまたは付加的に、傾斜制御装置のアクチュエータ系は、たとえばアクティブなスラスト軸受によっても形成され得る。たとえば、第２のラジアル軸受は、パッシブに構成されていて、アクティブに傾斜制御に関与しない。

傾斜制御装置は、たとえば、ロータの傾斜を、衝撃によるかつ／または打撃による影響をロータに与えることによって補整するように構成され得る。これにより、ロータの傾斜を低減するために容易に実行可能な手段が提供される。衝撃によるかつ／または打撃による影響は、たとえば、専ら単一の軸方向領域でかつ／または専ら第１のラジアル軸受によってもたらされ得る。

いくつかの実施形態では、第２のラジアル軸受が、インレット側に配置されており、かつ／または第１のラジアル軸受が、ロータの、ポンプのインレットとは反対側の端部にかつ／またはアウトレット側に配置されている。概して、第２のラジアル軸受は、たとえばポンプの好適な動作姿勢では、上側に配置され得る、かつ／または第１のラジアル軸受は、下側に配置され得る。しかし、特にスプリットフローポンプとの関連においては、これらのラジアル軸受は、たとえば一水平面内に配置されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、たとえば、ロータのスラスト軸支部が、磁気的なスラスト軸受によって設けられている。このスラスト軸受は、たとえばアクティブに制御され得る。

各々のラジアルセンサアセンブリは、たとえば、２つの半径方向で半径方向の変位を検出することができる。２つの半径方向は、たとえば互いに直角であり得る。概して、各々のラジアルセンサアセンブリは、たとえば誘導センサ系を有することができる。たとえば容量センサまたは光学センサである他のセンサ原理も実現可能である。

本発明はさらに、特に前述の形態による真空ポンプ、特にターボ分子ポンプを動作させる方法を含み、この場合、ロータは、少なくとも第１のラジアル軸受および第２のラジアル軸受によって軸支され、第１のラジアル軸受は、アクティブ制御式の磁気軸受である。第１のラジアルセンサアセンブリによって、第１の軸方向領域において、ロータの半径方向の変位が特定される。第２のラジアルセンサアセンブリによって、第１の軸方向領域とは異なる第２の軸方向領域におけるロータの半径方向の変位が特定される。

一実施形態によれば、ラジアルセンサアセンブリによって特定される測定値に基づいて、ロータの傾斜は、たとえば、アクティブ制御式の第１のラジアル軸受によって、ロータに衝撃による影響を与えることによって補整される。

概して、真空ポンプに関連して説明した全ての特徴および実施形態は、好適には、動作方法を改良するために用いることが可能であり、またその逆も然りである。

本発明は、真空ポンプを対象とする請求項に記載された特徴を有する前述の形態の真空ポンプの第２のラジアルセンサアセンブリを校正する方法にも関する。この校正方法は、少なくとも以下の、ロータが、第１のラジアル軸受によって、特定の半径だけ変位されるステップと、第２のラジアルセンサアセンブリによって測定値が記録されるステップと、第２の軸方向領域におけるロータの実際の変位が、第１の軸方向領域における変位に依存して知られているまたは特定可能であるステップと、測定値が、実際の変位に対応付けられ、これにより、ポンプの動作時に、第２のラジアルセンサアセンブリの測定値から、第２の軸方向領域におけるロータの変位を推測することができるステップと、を有する。

したがって、最終的に、第２のラジアルセンサアセンブリの測定値の増幅係数の校正が実行され、これは、特に簡単で確実な手段で実行される。

いくつかの実施形態によれば、最初にかつ／またはロータの変位前に、第１のラジアル軸受によって、特定の半径だけ、第１のラジアルセンサアセンブリが校正される。その際、たとえば、ロータは、第１のラジアル軸受によって、ストッパまたは最大値まで引っ張られる、または変位され、たとえばこれにより、センサ信号の増幅係数および／またはオフセットが決定される。第１のラジアルセンサアセンブリの校正は、たとえば第２のラジアルセンサアセンブリの校正の直前に実行することができる、またそれ以前のある時点でも実行することができる。

別の一実施形態によれば、ロータは、第１のラジアル軸受によって、２以上の方向で半径方向に変位される。ゆえに、第２のラジアルセンサアセンブリは、複数の方向で、そして特に簡単な手段で校正することができる。したがって、制御を、さらに正確に行うことができる。

いくつかの実施形態によれば、ロータが、第１のラジアル軸受によって、円形軌道に沿って変位されることが想定されている。これにより、第２のラジアルセンサアセンブリの特に簡単であるが正確な校正が可能となる。円形軌道は、たとえば所定の半径を有することができる。ロータは、円形軌道に沿って、特定の周波数で変位され得る。円形軌道に沿った変位は、具体的には、「撹拌運動」とも称されてよい。

一実施形態によれば、ロータが校正中に回転しないことが想定されている。たとえば、ロータは、ゼロ軸線の周りにたとえば円形軌道に沿って運動する。しかし、ロータは、たとえば回転しない、つまり周方向では、ロータは、静止したままである、または位置固定されている。概して、ロータを駆動する、ポンプのモータは、校正中にオフにされ得る。

第２の軸方向領域におけるロータの実際の変位は、一実施形態によれば、第１の軸方向領域における変位に依存して、機械的な関係に基づいて計算により特定することができる。この特定の根底を、たとえば、第２のスラスト軸受の剛性、ロータの慣性および幾何学形状、および軸端の変位または励磁の半径および周波数が成してよい。

校正方法によって、特に、概して製造精度が高度な水準にあるので、たとえば、ポンプにおける機械的な関係が良好に知られていることが利用される。したがって、第２のラジアルセンサアセンブリは、要するにたとえばロータの既知の最大変位と第２のラジアルセンサアセンブリによって特定された測定値、特に電圧値との比較によって精密に校正することができる。

この校正方法は、静的な校正とも称され得る、単一のラジアルセンサアセンブリの、他では通常の校正とは異なり、動的な校正とも称され得る。

以下、本発明を、添付された図面につき、例としての好適な実施形態に基づいて説明する。

ターボ分子ポンプの斜視図を示す。 図１のターボ分子ポンプの下面図を示す。 図２に示した切断線Ａ－Ａに沿ったターボ分子ポンプの断面図を示す。 図２に示した切断線Ｂ－Ｂに沿ったターボ分子ポンプの断面図を示す。 図２に示した切断線Ｃ－Ｃに沿ったターボ分子ポンプの断面図を示す。 本発明に係る真空ポンプの模式図を示す。 ラジアルセンサアッセンブリを示す。 校正中のロータの変位を示す。

図１に示されたターボ分子ポンプ１１１は、インレットフランジ１１３に取り囲まれたポンプインレット１１５を有する。このポンプインレット１１５には、自体公知の手段で、図示されていない真空容器を接続することができる。真空容器から到来するガスは、ポンプインレット１１５を介して真空容器から吸引され、そしてポンプを通してポンプアウトレット１１７へと圧送することができる。ポンプアウトレット１１７には、予真空ポンプ（たとえばロータリーベーンポンプ）が接続され得る。

インレットフランジ１１３は、図１の真空ポンプの方向では、真空ポンプ１１１のハウジング１１９の上端部を形成する。ハウジング１１９は、下部分１２１を有する。下部分１２１には、側方にエレクトロニクスハウジング１２３が配置されている。エレクトロニクスハウジング１２３内には、真空ポンプ１１１の電気的なかつ／または電子的なコンポーネントが収容されている。これらのコンポーネントは、たとえば、真空ポンプ内に配置された電動モータ１２５を動作させるためのものである。エレクトロニクスハウジング１２３には、アクセサリに対する複数の接続部１２７が設けられている。さらに、データインタフェース１２９（たとえばＲＳ４８５規格に準拠するもの）および電流供給接続部１３１が、エレクトロニクスハウジング１２３に配置されている。

ターボ分子ポンプ１１１のハウジング１１９には、通気インレット１３３が、特に通気バルブの形態で設けられている。この通気インレット１３３を介して、真空ポンプ１１１に通気を行うことができる。下部分１２１の領域には、さらにシールガス接続部１３５（パージガス接続部とも称される）が配置されている。このシールガス接続部１３５を介して、パージガスを、ポンプによって圧送されるガスに対して電動モータ１２５（たとえば図３参照）を保護するため、モータ室１３７内に送り込むことができる。モータ室１３７内で、真空ポンプ１１１に、電動モータ１２５が収容されている。下部分１２１には、その上さらに２つの冷却剤接続部１３９が配置されている。この場合、一方の冷却剤接続部は、冷却剤用のインレットとして、そして他方の冷却剤接続部は、アウトレットとして設けられている。冷却剤は、冷却目的で真空ポンプ内に導入可能である。

真空ポンプの下面１４１は、ベースとして使用することができるので、真空ポンプ１１１は、下面１４１にて縦置きで動作させることができる。しかし、真空ポンプ１１１は、インレットフランジ１１３を介して真空容器に固定することも可能であり、これにより、いわば懸架した状態で動作させることができる。さらに、真空ポンプ１１１は、図１に示された向きとは別の形で方向付けられているときにも動作させることができるように構成され得る。下面１４１を下向きではなく、横向きに、または上向きに配置することが可能である真空ポンプの形態も実現可能である。

図２に示された下面１４１には、さらに種々のねじ１４３が配置されている。これらのねじによって、ここでは詳細には特定されない真空ポンプの構成部材が互いに固定されている。たとえば、軸受カバー１４５が下面１４１に固定されている。

下面１４１には、さらに固定孔１４７が配置されている。固定孔１４７を介して、ポンプ１１１を、たとえば設置面に固定することができる。

図２～図５には、冷却剤配管１４８が示されている。この冷却剤配管１４８において、冷却剤接続部１３９を介して導入または導出される冷却剤が循環可能である。

図３～図５の断面図に示されているように、真空ポンプは、複数のプロセスガスポンプ段を有する。これらのプロセスガスポンプ段は、ポンプインレット１１５に作用するプロセスガスをポンプアウトレット１１７へと圧送するためのものである。

ポンプハウジング１１９内には、ロータ１４９が配置されている。このロータ１４９は、回転軸線１５１を中心として回転可能なロータ軸１５３を有する。

ターボ分子ポンプ１１１は、ポンピング作用を及ぼすように互いに直列に接続された複数のポンプ段を有する。これらのポンプ段は、ロータ軸１５３に固定された複数の半径方向のロータディスク１５５と、ロータディスク１５５の間に配置され、そしてハウジング１１９内に固定されたステータディスク１５７とを有する。この場合、１つのロータディスク１５５とこれに隣り合う１つのステータディスク１５７とが、それぞれ１つのターボ分子ポンプ段を形成する。ステータディスク１５７は、スペーサリング１５９によって、互いに所望の軸方向間隔を置いて保持されている。

真空ポンプは、さらに、半径方向で互いに内外に配置され、そしてポンピング作用を及ぼすように互いに直列に接続されたホルベックポンプ段を有する。ホルベックポンプ段のロータは、ロータ軸１５３に配置されたロータハブ１６１と、ロータハブ１６１に固定され、そしてこのロータハブ１６１によって支持される円筒側面状の２つのホルベックロータスリーブ１６３，１６５を有する。これらのホルベックロータスリーブ１６３，１６５は、回転軸線１５１に対して同軸に配向されていて、そして半径方向で互いに内外に接続されている。さらに、円筒側面状の２つのホルベックステータスリーブ１６７，１６９が設けられている。これらのホルベックステータスリーブ１６７，１６９は同様に、回転軸線１５１に対して同軸に配向されていて、そして半径方向で見て互いに内外に接続されている。

ホルベックポンプ段の、ポンピング作用を奏する表面は、側面によって、つまりホルベックロータスリーブ１６３，１６５およびホルベックステータスリーブ１６７，１６９の半径方向の内側面および／または外側面によって形成されている。外側のホルベックステータスリーブ１６７の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙１７１を形成しつつ、外側のホルベックロータスリーブ１６３の半径方向の外側面と対向していて、そしてこのホルベック間隙１７１とともに、ターボ分子ポンプに後続する第１のホルベックポンプ段を形成する。外側のホルベックロータスリーブ１６３の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙１７３を形成しつつ、内側のホルベックステータスリーブ１６９の半径方向の外側面と対向していて、そしてこのホルベック間隙１７３とともに、第２のホルベックポンプ段を形成する。内側のホルベックステータスリーブ１６９の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙１７５を形成しつつ、内側のホルベックロータスリーブ１６５の半径方向の外側面と対向していて、そしてこのホルベック間隙１７５とともに、第３のホルベックポンプ段を形成する。

ホルベックロータスリーブ１６３の下側端部には、半径方向に延びるチャネルが設けられ得る。このチャネルを介して、半径方向外側に位置するホルベック間隙１７１が、中央のホルベック間隙１７３に接続されている。さらに、内側のホルベックステータスリーブ１６９の上側端部には、半径方向に延びるチャネルが設けられ得る。このチャネルを介して、中央のホルベック間隙１７３が、半径方向内側に位置するホルベック間隙１７５と接続されている。これにより、互いに内外に接続される複数のホルベックポンプ段が、互いに直列で接続される。半径方向内側に位置するホルベックロータスリーブ１６５の下側端部には、さらに、アウトレット１１７に通じる接続チャネル１７９が設けられ得る。

ホルベックステータスリーブ１６３，１６５の、上述したポンプピング作用を奏する表面は、それぞれ、螺旋状に回転軸線１５１の周りを周回しつつ軸方向に延びる複数のホルベック溝を有する。他方、ホルベックロータスリーブ１６３，１６５の、これに対向する側面は、滑らかに形成されていて、そして真空ポンプ１１１の動作のためのガスをホルベック溝内にて前方へ送り出す。

ロータ軸１５３の回転可能な軸支のため、ポンプアウトレット１１７の領域に転がり軸受１８１が設けられており、ポンプインレット１１５の領域に永久磁石式の磁気軸受１８３が設けられている。

転がり軸受１８１の領域には、ロータ軸１５３に円錐形のスプラッシュナット１８５が設けられている。これは、転がり軸受１８１の方へ増大する外径を有する。スプラッシュナット１８５は、作動媒体貯蔵部の少なくとも１つの掻落とし部材と滑り接触している。作動媒体貯蔵部は、上下にスタックされた吸収性の複数のディスク１８７を有する。これらディスク１８７には、転がり軸受１８１のための作動媒体、たとえば潤滑剤が含浸されている。

真空ポンプ１１１の動作時、作動媒体は、毛細管現象によって、作動媒体貯蔵部から掻落とし部材を介して、回転するスプラッシュナット１８５へと伝達され、そして、遠心力に基づいてスプラッシュナット１８５に沿って、スプラッシュナット１８５の、増大していく外径の方へと、転がり軸受１８１に向かって送られる。そこではたとえば、潤滑機能が発揮される。転がり軸受１８１および作動媒体貯蔵部は、真空ポンプ内にて槽状のインサート１８９と軸受カバー１４５とによって囲繞されている。

永久磁石式の磁気軸受１８３は、ロータ側の軸受半部１９１と、ステータ側の軸受半部１９３を有する。これらは、それぞれ１つのリングスタックを有し、リングスタックは、軸方向に上下にスタックされた永久磁石の複数のリング１９５，１９７から成っている。リング磁石１９５，１９７は、互いに半径方向の軸受間隙１９９を形成しつつ、対向しており、この場合、ロータ側のリング磁石１９５は、半径方向外側に、そしてステータ側のリング磁石１９７は、半径方向内側に配置されている。軸受間隙１９９内に存在する磁界は、リング磁石１９５，１９７の間に磁気的反発力を引き起こす。その反発力は、ロータ軸１５３の半径方向の支持を実現する。ロータ側のリング磁石１９５は、ロータ軸１５３の支持部分２０１によって支持されている。この支持部分２０１は、リング磁石１９５を半径方向外側で取り囲んでいる。ステータ側のリング磁石１９７は、ステータ側の支持部分２０３によって支持されている。この支持部分２０３は、リング磁石１９７を通って延びていて、そしてハウジング１１９の半径方向の支材２０５に懸架されている。回転軸線１５１に対して平行に、ロータ側のリング磁石１９５が、支持部分２０３と連結されたカバー要素２０７によって固定されている。ステータ側のリング磁石１９７は、回転軸線１５１に対して平行に１つの方向で、支持部分２０３に結合された固定リング２０９と支持部分２０３に結合された固定リング２１１とによって固定されている。さらに、固定リング２１１とリング磁石１９７との間には、皿ばね２１３が設けられ得る。

磁気軸受内に、非常軸受または安全軸受２１５が設けられている。この非常軸受または安全軸受２１５は、真空ポンプの通常の動作時には、非接触で空転し、そしてロータ１４９がステータに対して相対的に半径方向に過剰に変位するとようやく係合し、これにより、ロータ側の構造とステータ側の構造との衝突が阻止されるので、ロータ１４９に対する半径方向のストッパが形成される。安全軸受２１５は、非潤滑式の転がり軸受として構成されていて、そしてロータ１４９および／またはステータとともに半径方向の間隙を形成する。この間隙によって、安全軸受２１５は、通常のポンプ動作時には係合しないようになる。安全軸受が係合する半径方向の変位は、十分に大きく寸法付けられているので、安全軸受２１５は、真空ポンプの通常の動作中は係合せず、そして同時に十分に小さいので、ロータ側の構造とステータ側の構造との衝突があらゆる状況で阻止される。

真空ポンプ１１１は、ロータ１４９を回転駆動する電動モータ１２５を有する。電動モータ１２５の電機子は、ロータ１４９によって形成されている。ロータ１４９のロータ軸１５３は、モータステータ２１７を通って延びている。ロータ軸１５３の、モータステータ２１７を通って延びる部分には、半径方向外側にまたは埋入して、永久磁石アセンブリが配置され得る。モータステータ２１７と、ロータ１４９の、モータステータ２１７を通って延びる部分との間には、中間室２１９が配置されている。この中空室２１９は、半径方向のモータ間隙を有する。このモータ間隙を介して、モータステータ２１７と永久磁石アセンブリとは、駆動トルクを伝達するため、磁気的に影響し合うことが可能である。

モータステータ２１７は、ハウジング内で、電動モータ１２５に対して設けられたモータ室１３７内に固定されている。シールガス接続部１３５を介して、シールガス（パージガスとも称され、これはたとえば空気や窒素であってよい）が、モータ室１３７内へと至ることが可能である。シールガスを介して、電動モータ１２５は、プロセスガス、たとえばプロセスガスの腐食性の部分に対して保護することができる。モータ室１３７は、ポンプアウトレット１１７を介して真空化することもできる。つまりモータ室１３７に、少なくとも近似的に、ポンプアウトレット１１７に接続された予真空ポンプによって実現される真空圧が作用する。

ロータハブ１６１と、モータ室１３７を画成する壁部２２１との間には、さらに、それ自体公知のいわゆるラビリンスシール２２３が設けられ得る。これにより、特に、半径方向外側に位置するホルベックポンプ段に対するモータ室２１７のより良好なシールが達成される。

以下に説明する、図６による本発明に係る真空ポンプは、前述した真空ポンプの個々の特徴によって好適に改良することができる。

図６は、真空ポンプ１０を、模式的に著しく縮小した図で示している。真空ポンプ１０は、ロータ１２を有し、ロータ１２は、複数のターボロータディスク１４を支持し、そしてモータ１６によって、ロータ軸線１８を中心として回転駆動可能であるので、図示されていないステータディスクに対して相対的に回転するターボロータディスク１４が、ポンピング作用を生じさせる。図６では、ポンピング作用は、上から下へ進行する。

ロータ１２は、複数の磁気軸受によって軸支されている。ロータ１２に対する第１のラジアル軸受２０が、ロータ１２の、アウトレット側の端部に配置されている。同一のロータ端部に、スラスト軸受２２が配置されている。ロータ１２の、インレット側の端部には、第２のラジアル軸受２４が配置されている。

第１のラジアル軸受２０とスラスト軸受２２とは、アクティブ制御式に構成されている。つまりこれらの軸受は、たとえば電磁石を介して、ロータ１２の理想位置からのロータ１２の半径方向または軸方向の変位にアクティブに対抗することができる。そのために、ラジアル軸受２０の傍に、ラジアルセンサアセンブリ２６が配置されており、ラジアルセンサアセンブリ２６によって、ロータ軸線１８に対して垂直な２つの空間方向で、第１の軸方向領域におけるロータ１２の半径方向の変位が測定可能である。スラストセンサアッセンブリも同様に設けられているが、図示されていない。

第２のラジアル軸受２４は、パッシブに構成されており、つまりロータ１２に影響を与えるアクチュエータ系を有しない。むしろ、第２のラジアル軸受２４は、たとえばロータ側およびステータ側に複数の永久磁石を有する。

第２のラジアルセンサアセンブリ２８が設けられており、この第２のラジアルセンサアセンブリ２８によって、第２の軸方向領域におけるロータ１２の変位が測定可能である。本実施形態において、第２のラジアルセンサアセンブリは、第１のラジアル軸受２０と第２のラジアル軸受２４との間にだけではなく、モータ１６と第２のラジアル軸受２４との間にも配置されている。そのために、第２のラジアルセンサアセンブリ２８は、モータ１６のモータ室３２を規定する構成部材３０に固定されている。

第１のラジアルセンサアセンブリ２６および第２のラジアルセンサアセンブリ２８は、軸方向で互いに大きく離間されている。これらのラジアルセンサアセンブリによって、対応する軸方向領域でロータ１２のそれぞれ異なる変位が測定されると、ロータ１２が傾斜している、つまりロータ１２のロータ軸線１８がゼロ軸線とも称されてよい理想的なロータ軸線に対して非平行であることを推測することができる。傾斜が認識されると、直ちにアクティブな第１のラジアル軸受２０が、この傾斜に対抗することができる。そのために、第１のラジアル軸受２０は、たとえば、ロータ１２をある程度その直立した姿勢へと押し戻すために、ロータ１２に衝撃による影響を与えることができる。この種の制御は、倒立振子のそれと比較可能である。ロータ１２の上側の領域が傾倒し始めると、下側で衝撃がロータ１２に導入され、この衝撃は、傾倒に対抗し、最良のケースでは、ロータ１２を、直接にまたは徐々にその直立した姿勢へと戻すので、ロータ軸線１８は、ゼロ軸線に対して平行となっている。しかもたとえば、同時に、傾斜だけが制御されるのではなく、ロータの半径方向の位置も同様に制御される。傾斜制御と位置制御とは、特に互いに重畳される。

例示的なラジアルセンサアセンブリ３４が、図７に示されている。第１のラジアルセンサアセンブリ２６および第２のラジアルセンサアセンブリ２８の１つまたは両方が、相応に構成され得る。

ラジアルセンサアセンブリ３４は、複数のコイル３８が取り付けられたリング状のボード３６を有する。変位が測定されるべきロータは、このリングを通って、そのロータ軸線が図平面に対して垂直に延びるはずである。ロータが変位されると、つまり図７において図平面に沿って摺動すると、これにより、コイル３８の相互作用が変化して、測定信号の変化が生じる。つまりこの測定信号から、変位を推測することができる。この場合、各々の移動方向ｘ，ｙに対して２つのコイルが互いに反対側に設けられている。

図８は、たとえば図６によるポンプの、第２のラジアルセンサアセンブリ２８に関する校正方法を具体的に示している。ロータは、ここでは単にそのロータ軸線１８によって示されている。アクティブな第１のラジアル軸受２０によって、ロータは、ストッパまで変位される。その際、ロータ軸線１８は、傾斜している、つまりゼロ軸線４０に対して斜めに向けられている。ストッパにおける変位は、ロータシステムの機械的な関係に基づいて知られているか、またはたとえば第１のラジアルセンサアセンブリ２６によって代替的にまたは付加的に特定することが可能である。もちろん、具体的に示すために、ロータ軸線１８の変位および傾斜は、著しく誇張して図示してある。

第１のラジアルセンサアセンブリ２６は、たとえば第１の軸方向領域における変位４２を特定する。その際、既知の機械的な関係に基づいて、第２の軸方向領域における、つまり第２のラジアルセンサアセンブリ２８の傍の、実際の変位４４を算出することができる。さらに、測定値が、第２のラジアルセンサアセンブリ２８によって記録される。これに、実際の変位４４が対応付けられる。そこで、ラジアルアセンサアセンブリ２８の増幅係数が知られているので、測定されたセンサ電圧に依存して、変位の値を推測することができる。

図８には、さらに、軌道４６が示唆されており、この軌道４６に沿って、ロータを、たとえば第１のラジアル軸受２０によって、校正を目的として、特定の半径および特定の周波数で運動させることができる。ゆえに、ラジアルセンサアセンブリ２８の全ての変位方向を確実に校正することができる。

図６および図８において、第１のラジアルセンサアセンブリ２６は、第１のラジアル軸受２０に軸方向に対応付けられていて、そして第１のラジアル軸受２０の傍に配置されている。第２のラジアルセンサアセンブリ２８は、第１のラジアル軸受２０および第２のラジアル軸受２４のどちらにも軸方向で対応付けられておらず、その代わりに、両ラジアル軸受２０，２４に対して離間して配置されている。

図８では、ラジアル軸受２０，２４およびラジアルセンサアセンブリ２６，２８の軸方向中央がそれぞれ示唆されている。これらの軸方向中央の間の特定の軸方向の距離が、ａ～ｄの文字に関連付けられている。

軸方向の距離ａは、第１のラジアルセンサアセンブリ２６の軸方向中央と第１のラジアル軸受２０の軸方向中央との間の軸方向距離によって定義されている。軸方向距離ｂは、第２のラジアルセンサアセンブリ２８の軸方向中央と第２のラジアル軸受２４の軸方向中央との間の軸方向距離によって定義されている。比ｂ／ａは、好適には少なくとも２、好適には少なくとも３．５、好適には少なくとも５、好適には少なくとも７である。

距離ｃは、第１のラジアル軸受２０の軸方向中央と第２のラジアル軸受２４の軸方向中央との間の軸方向距離によって定義されており、この場合、距離ｃの軸方向中央部分領域は、軸方向長さｄを有し、この場合、第２のラジアルセンサアセンブリ２８が、その軸方向中央でもって、この部分領域内に配置されており、この場合、比ｄ／ｃは、好適には０．７、好適には０．５、好適には０．４である。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下も含み得る。
１．ポンピング作用を及ぼすために回転駆動可能であるロータ（１２）と、前記ロータ（１２）に対する第１および第２のラジアル軸受（２０，２４）であって、前記第１のラジアル軸受（２０）は、アクティブ制御式の磁気軸受であり、前記第２のラジアル軸受（２４）は、パッシブな磁気軸受として構成されている、第１および第２のラジアル軸受（２０，２４）と、第１の軸方向領域における前記ロータ（１２）の半径方向の変位を特定する第１のラジアルセンサアセンブリ（２６）と、前記第１の軸方向領域とは異なる第２の軸方向領域における半径方向の変位を特定する第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）と、備える、真空ポンプ（１０）、特にターボ分子ポンプ。
２．ポンピング作用を及ぼすために回転駆動可能であるロータ（１２）と、前記ロータ（１２）に対する第１および第２のラジアル軸受（２０，２４）と、第１の軸方向領域における前記ロータ（１２）の半径方向の変位を特定する第１のラジアルセンサアセンブリ（２６）および前記第１の軸方向領域とは異なる第２の軸方向領域における半径方向の変位を特定する第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）であって、前記第１のラジアルセンサアセンブリ（２６）は、前記第１のラジアル軸受（２０）に軸方向で対応付けられており、かつ／または前記第１のラジアル軸受（２０）の傍に配置されており、前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）は、前記第１のラジアル軸受（２０）および前記第２のラジアル軸受（２４）のいずれにも軸方向で対応付けられておらず、かつ／または両方の前記ラジアル軸受（２０，２４）から離間されている、第１のラジアルアセンブリ（２６）および第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）と、を備える、特に上記１に記載の真空ポンプ（１０）。
３．前記第１のラジアルセンサアセンブリ（２６）の軸方向中央と前記第１のラジアル軸受（２０）の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、軸方向の距離ａが定義されており、前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）の軸方向中央と前記第２のラジアル軸受（２４）の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、軸方向の距離ｂが定義されており、比ｂ／ａは、少なくとも２、好適には少なくとも３．５、好適には少なくとも５、好適には少なくとも７である、上記１または２に記載の真空ポンプ（１０）。
４．前記第２の軸方向領域は、前記第１のラジアル軸受（２０）と前記第２のラジアル軸受（２４）との間に配置されており、かつ／または、前記第１のラジアル軸受（２０）の軸方向中央と前記第２のラジアル軸受（２４）の軸方向中央との間の軸方向距離によって、距離ｃが定義されており、該距離ｃの軸方向中央の部分領域は、軸方向長さｄを有し、前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）は、その軸方向中央でもって、前記部分領域内に配置されており、比ｄ／ｃは、好適には０．７、好適には０．５、好適には０．４である、上記１から３までのいずれか１つに記載の真空ポンプ（１０）。
５．前記第２の軸方向領域は、前記ロータ（１２）用のモータ（１６）と前記第２のラジアル軸受（２４）との間に配置されており、かつ／または、軸方向で前記第２の軸方向領域と前記第２のラジアル軸受（２４）との間には、少なくとも１つのロータ要素、好適には複数のロータ要素、好適にはターボロータ要素が設けられている、上記１から４までのいずれか１つに記載の真空ポンプ（１０）。
６．前記ロータ（１２）に対して傾斜制御装置が設けられている、上記１から５までのいずれか１つに記載の真空ポンプ（１０）。
７．前記傾斜制御装置のアクチュエータ系が、前記第１のラジアル軸受（２０）によって形成されている、上記１から６までのいずれか１つに記載の真空ポンプ（１０）。
８．前記傾斜制御装置は、前記ロータ（１２）に衝撃による影響を与えることによって、前記ロータ（１２）の傾斜を補整するように構成されている、上記６または７に記載の真空ポンプ（１０）。
９．前記第２のラジアル軸受（２４）は、インレット側に配置されており、前記第１のラジアル軸受（２０）は、前記ロータ（１２）の、前記ポンプのインレットとは反対側の端部に配置されている、上記１から８までのいずれか１つに記載の真空ポンプ（１０）。
１０．上記１から９までのいずれか１つに記載の真空ポンプ（１０）の前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）を校正する方法であって、前記ロータ（１２）は、前記第１のラジアル軸受（２０）によって、特定の半径だけ変位され、前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）によって測定値が記録され、前記第２の軸方向領域における前記ロータ（１２）の実際の変位（４４）は、前記第１の軸方向領域における変位（４２）に依存して知られている、または特定可能であり、前記測定値が、実際の変位（４４）に対応付けられ、これにより、前記ポンプ（１０）の動作時に、前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）の測定値から、前記第２の軸方向領域における前記ロータ（１２）の変位を推測することができる、真空ポンプ（１０）の第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）を校正する方法。
１１．まずは前記第１のラジアルセンサアセンブリが校正される、上記１０記載の方法。
１２．前記ロータ（１２）は、前記第１のラジアル軸受（２０）によって、２以上の方向で半径方向に変位される、上記１０または１１つに記載の方法。
１３．前記ロータ（１２）は、前記第１のラジアル軸受（２０）によって、円形軌道（４６）に沿って変位される、上記１０から１２までのいずれか１つに記載の方法。
１４．前記ロータは、校正中に回転しない、上記１０から１３までのいずれか１つに記載の方法。
１５．前記第２の軸方向領域における前記ロータ（１２）の実際の変位（４４）は、前記第１の軸方向領域における変位（４２）に依存して、機械的な関係に基づいて計算により特定される、上記１０から１４までのいずれか１つに記載の方法。

１１１ ターボ分子ポンプ
１１３ インレットフランジ
１１５ ポンプインレット
１１７ ポンプアウトレット
１１９ ハウジング
１２１ 下部分
１２３ エレクトロニクスハウジング
１２５ 電動モータ
１２７ アクセサリ接続部
１２９ データインタフェース
１３１ 電流供給接続部
１３３ 通気インレット
１３５ シールガス接続部
１３７ モータ室
１３９ 冷却剤接続部
１４１ 下面
１４３ ねじ
１４５ 軸受カバー
１４７ 固定孔
１４８ 冷却剤配管
１４９ ロータ
１５１ 回転軸線
１５３ ロータ軸
１５５ ロータディスク
１５７ ステータディスク
１５９ スペーサリング
１６１ ロータハブ
１６３ ホルベックロータスリーブ
１６５ ホルベックロータスリーブ
１６７ ホルベックステータスリーブ
１６９ ホルベックステータスリーブ
１７１ ホルベック間隙
１７３ ホルベック間隙
１７５ ホルベック間隙
１７９ 接続チャネル
１８１ 転がり軸受
１８３ 永久磁石式の磁気軸受
１８５ スプラッシュナット
１８７ ディスク
１８９ インサート
１９１ ロータ側の軸受半部
１９３ ステータ側の軸受半部
１９５ リング磁石
１９７ リング磁石
１９９ 軸受間隙
２０１ 支持部分
２０３ 支持部分
２０５ 半径方向の支柱
２０７ カバー要素
２０９ 支持リング
２１１ 固定リング
２１３ 皿ばね
２１５ 非常軸受または安全軸受
２１７ モータステータ
２１９ 中間室
２２１ 壁部
２２３ ラビリンスシール
１０ 真空ポンプ
１２ ロータ
１４ ターボロータディスク
１６ モータ
１８ ロータ軸線
２０ 第１のラジアル軸受
２２ スラスト軸受
２４ 第２のラジアル軸受
２６ 第１のラジアルセンサアセンブリ
２８ 第２のラジアルセンサアセンブリ
３０ 構成部材
３２ モータ室
３４ ラジアルセンサアセンブリ
３６ ボード
３８ コイル
４０ ゼロ軸線
４２ 変位
４４ 変位
４６ 円形軌道

Claims (15)

1. ポンピング作用を及ぼすために回転駆動可能であるロータ（１２）と、
   前記ロータ（１２）に対する第１のラジアル軸受（２０）および第２のラジアル軸受（２４）であって、前記第１のラジアル軸受（２０）は、アクティブ制御式の磁気軸受であり、前記第２のラジアル軸受（２４）は、パッシブな磁気軸受として構成されている、第１のラジアル軸受（２０）および第２のラジアル軸受（２４）と、
   第１の軸方向領域における前記ロータ（１２）の半径方向の変位を特定する第１のラジアルセンサアセンブリ（２６）と、
   前記第１の軸方向領域とは異なる第２の軸方向領域における半径方向の変位を特定する第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）と、
   を備え、
   前記第２の軸方向領域は、前記第１のラジアル軸受（２０）と前記第２のラジアル軸受（２４）との間に配置されており、
   前記第１のラジアルセンサアセンブリ（２６）は、
   前記第１のラジアル軸受（２０）に軸方向で対応付けられているものと、
   前記第１のラジアル軸受（２０）の傍に配置されているものとの少なくとも一方であり、
   前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）は、
   前記第１のラジアル軸受（２０）および前記第２のラジアル軸受（２４）のいずれにも軸方向で対応付けられていないものと、
   前記第１のラジアル軸受（２０）および前記第２のラジアル軸受（２４）の両方から離間されているものとの少なくとも一方であり、
   これらのラジアルセンサアセンブリ（２６、２８）によって特定される半径方向の変位に基づいて、前記ロータ（１２）の理想位置からの前記ロータ（１２）の変位と前記ロータ（１２）の傾斜とが認識されると、前記第１のラジアル軸受（２０）は、変位と傾斜とに対抗する力を前記ロータ（１２）に及ぼす、真空ポンプ（１０）。
2. ポンピング作用を及ぼすために回転駆動可能であるロータ（１２）と、
   前記ロータ（１２）に対する第１のラジアル軸受（２０）および第２のラジアル軸受（２４）であって、前記第１のラジアル軸受（２０）は、アクティブ制御式の磁気軸受である、第１のラジアル軸受（２０）および第２のラジアル軸受（２４）と、
   第１の軸方向領域における前記ロータ（１２）の半径方向の変位を特定する第１のラジアルセンサアセンブリ（２６）および前記第１の軸方向領域とは異なる第２の軸方向領域における半径方向の変位を特定する第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）であって、前記第２の軸方向領域は、前記第１のラジアル軸受（２０）と前記第２のラジアル軸受（２４）との間に配置されており、前記第１のラジアルセンサアセンブリ（２６）は、前記第１のラジアル軸受（２０）に軸方向で対応付けられており、かつ／または前記第１のラジアル軸受（２０）の傍に配置されており、前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）は、前記第１のラジアル軸受（２０）および前記第２のラジアル軸受（２４）のいずれにも軸方向で対応付けられておらず、かつ／または前記第１のラジアル軸受（２０）および前記第２のラジアル軸受（２４）の両方から離間されている、第１のラジアルアセンブリ（２６）および第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）と、
   を備え、
   これらのラジアルセンサアセンブリ（２６、２８）によって特定される半径方向の変位に基づいて、前記ロータ（１２）の理想位置からの前記ロータ（１２）の変位と前記ロータ（１２）の傾斜とが認識されると、前記第１のラジアル軸受（２０）は、変位と傾斜とに対抗する力を前記ロータ（１２）に及ぼす、真空ポンプ（１０）。
3. 前記第１のラジアルセンサアセンブリ（２６）の軸方向中央と前記第１のラジアル軸受（２０）の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、軸方向の距離ａが定義されており、
   前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）の軸方向中央と前記第２のラジアル軸受（２４）の軸方向中央との間の軸方向の距離によって、軸方向の距離ｂが定義されており、
   比ｂ／ａは、少なくとも２である、
   請求項１又は２に記載の真空ポンプ（１０）。
4. 前記第１のラジアル軸受（２０）の軸方向中央と前記第２のラジアル軸受（２４）の軸方向中央との間の軸方向距離によって、距離ｃが定義されており、該距離ｃの軸方向中央の部分領域は、軸方向長さｄを有し、前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）は、その軸方向中央でもって、前記部分領域内に配置されており、比ｄ／ｃは、０．７、０．５または０．４である、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の真空ポンプ（１０）。
5. 前記第２の軸方向領域は、前記ロータ（１２）用のモータ（１６）と前記第２のラジアル軸受（２４）との間に配置されており、かつ／または、
   軸方向で前記第２の軸方向領域と前記第２のラジアル軸受（２４）との間には、少なくとも１つのロータ要素または少なくとも１つのターボロータ要素が設けられている、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の真空ポンプ（１０）。
6. 前記ロータ（１２）の変位と傾斜とを制御する傾斜制御装置が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の真空ポンプ（１０）。
7. 前記傾斜制御装置のアクチュエータ系が、前記第１のラジアル軸受（２０）によって形成されている、請求項６に記載の真空ポンプ（１０）。
8. 前記傾斜制御装置は、前記ロータ（１２）に衝撃による影響を与えることによって、前記ロータ（１２）の傾斜を補整するように構成されている、請求項６または７に記載の真空ポンプ（１０）。
9. 前記第２のラジアル軸受（２４）は、インレット側に配置されており、前記第１のラジアル軸受（２０）は、前記ロータ（１２）の、前記ポンプのインレットとは反対側の端部に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項に記載の真空ポンプ（１０）。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載の真空ポンプ（１０）の前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）を校正する方法であって、
    前記ロータ（１２）は、前記第１のラジアル軸受（２０）によって、特定の半径だけ変位され、
    前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）によって測定値が記録され、
    前記第２の軸方向領域における前記ロータ（１２）の実際の変位（４４）は、前記第１の軸方向領域における変位（４２）に依存して知られている、または特定可能であり、
    前記測定値が、実際の変位（４４）に対応付けられ、これにより、前記ポンプ（１０）の動作時に、前記第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）の測定値から、前記第２の軸方向領域における前記ロータ（１２）の変位を推測することができる、
    真空ポンプ（１０）の第２のラジアルセンサアセンブリ（２８）を校正する方法。
11. まずは前記第１のラジアルセンサアセンブリが校正される、請求項１０記載の方法。
12. 前記ロータ（１２）は、前記第１のラジアル軸受（２０）によって、２以上の方向で半径方向に変位される、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記ロータ（１２）は、前記第１のラジアル軸受（２０）によって、円形軌道（４６）に沿って変位される、請求項１０から１２までのいずれか１項に記載の方法。
14. 前記ロータは、校正中に回転しない、請求項１０から１３までのいずれか１項に記載の方法。
15. 前記第２の軸方向領域における前記ロータ（１２）の実際の変位（４４）は、前記第１の軸方向領域における変位（４２）に依存して、機械的な関係に基づいて計算により特定される、請求項１０から１４までのいずれか１項に記載の方法。

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