(57)【要約】  改良された真空気密のハウジング（１０）を通る電気的貫通接続部を有する磁気ベアリング装置が開示されている。貫通接続部３０は、好適には、常にハウジングの内周に沿って、ハウジング（１０）の壁を通り伸びている硬質性または屈曲性のプリント回路基板のような結合要素（３１）からなる。結合要素は気密的な方法でハウジングに対しシールされている。この要素は、好適には、ロータ軸を受け入れる中心部の開口（３６）を有する。ベアリングユニットおよびセンサへの結合は、平坦なリボン・ケーブルまたはフレックスプリントにより達成される。センサは好適には、プリントセンサとして実装される。かくて、非常にコンパクトでコスト効率のよい磁気ベアリング装置が得られる。代替的実施例では、ベアリング要素への貫通接続部としてハウジングの側壁に結合要素を用いる。
2009506733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転用ロータ軸（１２０）がその回転軸心（１２３）の周りで支持されている磁気ベアリング装置（１）であって、
内部と外部を有するハウジング（１０）と、
前記ハウジングの内部に配置された少なくとも１つの能動磁気ベアリング要素（８０、９０、１００、１１０）と、そして、
前記ハウジングの内部と外部の間に複数の電気的結合を提供する貫通接続部（３０）、とを備え、
前記貫通接続部（３０）は、
前記内部と前記外部を結合する複数の電気的導体を有し且つ本質的に共通な平面に配置され、前記ハウジング（１０）の壁を横断して伸びている本質的に平坦な結合要素（３１）と、
前記結合要素（３１）を前記ハウジング（１０）と気密的な方法でシールするためのシール手段（３２、３３）と、
からなることを特徴とする前記磁気ベアリング装置。
【請求項２】
前記結合要素（３１）は、硬質性、屈曲性または、硬質・屈曲性のプリント回路基板であることを特徴とする請求項１に記載された磁気ベアリング装置。
【請求項３】
前記結合要素（３１）は、前記ハウジング（１０）の周辺に沿い常に前記ハウジング（１０）の壁を横断していることを特徴とする請求項１または２に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項４】
前記結合要素（３１）は、前記回転軸心（１２３）と本質的に直角な方向に伸びていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項５】
前記結合要素は、前記ロータ軸（１２０）を受け入れるための開口（３６）を有することを特徴とする請求項４に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項６】
前記ロータ軸（１２０）は、ある直径を有するスラストディスク（１２１）を備えており、そして、前記結合要素（３１）の前記開口（３６）が前記スラストディスク（１２１）の直径より大きい直径を有することを特徴とする請求項５に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項７】
前記結合要素（３１）は、前記ハウジング（１０）の外側に沿って前記ロータ軸心（１２３）と本質的に平行に取付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項８】
前記結合要素（３１）は、前記ハウジング（１０）の内部と外部の間に複数の間隔を隔てて分離された電気的な貫通接続部を形成していることを特徴とする請求項７に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項９】
前記結合要素は、外周および／または内周が気密的な方法でコーティングされていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置。
【請求項１０】
前記磁気ベアリング装置は、前記ロータ軸（１２０）の変位および／または回転状態を検出する少なくとも１つのセンサを備えたセンサ用基板（４０）からなり、前記センサ用基板（４０）は前記貫通接続部（３０）と前記センサ用基板（４０）との間の軸方向のギャップを埋めるコネクタ（３５）によって前記貫通接続部（３０）に直接、電気的に結合されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項１１】
前記磁気ベアリング装置は、前記ハウジング（１０）の内部で前記貫通接続部（３０）に結合される少なくとも１つの平坦なリボン・ケーブル（５１）またはフレックスプリントからなることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項１２】
前記磁気ベアリング装置は、前記平坦なリボン・ケーブル（５１）またはフレックスプリントに結合された分配用基板（５０）からなり、前記分配用基板（５０）は、前記回転軸心（１２３）と直角方向に伸び、前記ロータ軸（１２０）を受け入れるための開口を有し、さらに前記平坦なリボン・ケーブル（５１）またはフレックスプリントを流れる信号を分配するための複数の電気的導体を備えていることを特徴とする、請求項１１に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項１３】
前記結合要素は、本質的に平坦で前記ハウジングの内部と外部の間に伸びる第１の部分、屈曲性があり少なくとも１つの実質的な屈曲部を有する第２の部分、および本質的に平坦であり信号を分配するための複数の電気的導体を有する分配用基板を構成している第３の部分とからなることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項１４】
前記分配用基板（５０）は、前記ロータ軸（１２０）の変位を検出するための変位センサからなることを特徴とする請求項１２または１３に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項１５】
前記ラジアル変位センサは、前記分配用基板（５０）の少なくとも１つの導電性層の中にプリントコイルとして実装された複数の誘導要素からなることを特徴とする請求項１４に記載された磁気ベアリング装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置からなる真空ポンプ、特に、ターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前置きの特徴を備えた磁気ベアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この技術分野において、一連の能動磁気ベアリングによって回転用ロータがその回転軸の周囲で支持されている磁気ベアリング装置は良く知られている。このような能動磁気ベアリングは、一般に、一連の変位センサと共にハウジング内に配置されている。センサ信号はハウジングの外側にあるコントローラへ送られ、そして、これらの信号に基づきコントローラからの電流が磁気ベアリングへ与えられる。したがって、ハウジング内の磁気ベアリングおよびセンサと、ハウジングの壁を介してハウジング外部にあるコントローラとの間を結合するための電気的な貫通接続部が必要である。多くの用途では、ハウジングの内外で圧力差があるのでそのような貫通接続部は気密的な方法でシールされなければならない。１つの重要な用途としては、ブレードを有するロータが磁気ベアリングにより支持されているターボ分子ポンプがある。そのようなポンプの作動中、ロータとハウジング内部は、高真空状態すなわち、０．１ミリバール以下の範囲とされ、一方、その外側は一般に、大気圧である。それ故、ハウジングの内部と外部の間では、どのような電気的貫通接続部でも真空度損失を防ぐため効果的にシールされなければならない。
【０００３】
真空密の電気的貫通接続部は当該技術においては良く知られている。特に、ハウジング壁内の小さな円形開口の中へ配置され、単一の貫通接続部中に複数の結合を備える、所謂多ピン式貫通接続部は公知である。数多くの電線のそれぞれをシールする必要があるため、そのような貫通接続部の製作には、相対的に費用がかかり、したがって、その貫通接続部のコストは磁気ベアリング装置のトータルコストに著しく影響する。さらに、多ピン式貫通接続部は、どちらかといえば、かさばっており、小型で低コスト磁気ベアリングの開発を阻害するものである。
【０００４】
国際公開第２００５／０３８２６３号パンフレットにおいては、特定の制御回路を樹脂中に鋳込み、これら回路をハウジング外部の代わりに内部に配置することにより、ハウジング壁を介して与えられる必要のある電線の本数を減らすことが示唆されている。しかしながら、これら回路は、ハウジング内部の好ましくない環境（真空または浸食性ガスおよび高温度）に曝されて回路寿命が減少し、その結果、これら回路は、点検・修理、例えばハードウエアの故障による交換のために外部からアクセスすることができない。
【発明の概要】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、ハウジングの内部と外部の間の気密な電気的結合が、簡単な方法で且つ、低コストにて達成できる磁気ベアリング装置を提供することにある。
【０００６】
この目的は請求項１による磁気ベアリング装置によって達成される。有利な実施例が従属請求項に定められている。
【０００７】
かくして、回転用ロータ軸がその回転軸心の周りで支持されている磁気ベアリング装置が開示される。この磁気ベアリング装置は、内部と外部を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に配置された少なくとも１つの能動磁気ベアリング要素と、そして、前記ハウジングの内部と外部の間に複数の電気的結合を提供する貫通接続部、とからなる。本発明によれば、貫通接続部は前記ハウジングの壁を横切って延びる本質的に平坦な結合要素からなる。シール手段が、前記結合要素と前記ハウジングとを気密的な方法でシールするために提供される。
【０００８】
ここで用語「結合要素」とは、ハウジング内部と外部を結合する複数の電気的に絶縁された導体からなる本質的に平坦ないかなる要素も包含する。この導体は、１つの層または２以上の平行な層の中の、本質的に共通な平面中に配置される。結合要素は、本質的に平面的（すなわち、１つの平面内でのみ広がっている）、または、屈曲部を有することが可能である。好適には、少なくとも、ハウジング壁を横断する方向に伸びる結合要素の領域は、本質的に平面である。いくつかの屈曲部がある場合、これらは、好適には、ハウジングの内部、または外部に存在する。
【０００９】
特に、この結合要素は、硬質性、屈曲性または、硬質・屈曲性のプリント基板（ＰＣＢ）とすることが可能である。本発明の文脈において、用語「プリント基板」とは、硬質性または屈曲性の少なくとも１つの導電性の層を有する、少なくとも１つの電気的絶縁性の基板層を実質的に平坦に配置したものである。好適には、トレース層と称される各導電性の層は、基板層により両面で被覆されている。特別な実施例として、ときには「フレックスプリント」またはフレックス回路と称される屈曲性ＰＣＢがある。これは、曲げ半径が前記ＰＣＢの長さより実質的に小さい場合に許容される。これは、高い屈曲性をもつ基板材料（例えば、ＤｕＰｏｎｔ（登録商標）社製のＫＡＰＴＯＮ（登録商標）のようなポリイミド材料の膜）および薄い基板層を利用することで達成される。同様に、用語「ＰＣＢ」により包含されるものには、硬質性と屈曲性の断面を有するもので、ときには硬質・屈曲性回路とも称される所謂、硬質・屈曲性ＰＣＢがある。
【００１０】
電気的貫通接続部用に平坦な結合要素を用いることは、貫通接続部の構造を大幅に単純化し、貫通接続部のコストを引き下げる。プリント回路基板または、フレックスプリントの場合、その基板は、各導電体のそれぞれをシールする必要なしに、全ての導線のシール性と絶縁性を同時に提供する。導電性層やプリント回路基板の層の中に多くの導線を同時に組み入れることが可能であり、導線定格電流、電圧は、トレース幅を広くするか、または薄くするか、さらに、導電性層のトレース間のギャップを大きく、または、小さくすることにより実際の要求に対し容易に適合させることが可能である。特に、カスタムデザインのＰＣＢは、貫通接続部が用いられる各磁気ベアリング装置のために要求される実際の結合に依存して利用される。その形状が平坦であるため、ＰＣＢは、ハウジングに対して容易にシールされることが可能である。さらに、本発明による貫通接続部では、結合要素の平面に対し垂直方向の寸法に沿う空間は非常に小さくてよい。
【００１１】
特に、結合要素が、前記ハウジングの円周に沿って常にハウジングの壁を横切るときにはシールはさらに単純化される。この場合、結合要素の平坦面上よりもシールがもっと困難なエッジ部分におけるシールが不要である。ハウジングは、その断面がむしろ大きい領域で結合要素により横切られることがあり、また、ハウジングには、比較的小さな突出部を有し、その壁が結合要素により横切られるようになっていてもよい。
【００１２】
結合要素は、好適には、回転軸に対し本質的に直角な平面でハウジングを介して伸びている。この場合、結合要素は好適には、ロータ軸を受け入れるための開口を有している。いずれの手段もコンパクトな設計を可能にする。さらに、中央部に開口を設けることで、貫通接続部をロータ軸心に沿ってどこに配置するかについての選択の自由を可能にしている。好適には、貫通接続部はアキシャルベアリングユニットの近くに配置されており、同ユニットの面はラジアルベアリングユニットから離れる方に向いている。
【００１３】
通常、ロータ軸はスラストディスクを備えている。結合要素の開口が、前記スラストディスクより大きい直径を有するときには、磁気ベアリング装置の組立てが単純化される。さらに、その開口の寸法がどのアキシャルベアリングユニットの横方向の寸法よりも大きいことが好ましい。この方法では、アキシャルベアリングは、すでにその位置にある貫通接続部と共に組立てられることが可能である。したがって、モータやラジアルベアリングのような他の部品は、ロータとアキシャルベアリングの組立て前に組立てることが可能であり、さらに貫通接続部への配線が可能である。
【００１４】
代替の実施例において、結合要素は、ハウジングの１つの（横向き）側面に沿い、本質的にロータ軸心に平行に伸びるようにすることが可能である。この場合、その結合要素は、複数の別々の貫通接続部をハウジングに沿った異なる位置で形成することが可能である。こうすることは、結合要素とハウジングの間により多くのシール位置を設けねばならないが、ハウジング内部の配線を実質的に単純化する。
【００１５】
このシール手段は、好適には、結合要素の第１の平坦面上に配置されるＯ−リングからなる。さらに、結合要素の第２の平坦面に第２のＯ−リングが提示される。これらのＯ−リングは気密的な方法で結合要素とハウジングとをシールするのに役立つ。ハウジングは、前記第１のＯ−リングまたは、第２のＯ−リングを受け入れるため結合要素に面している少なくとも１つのリング状の溝を有する。それによりＯ−リングは特定の位置で受け入れられ、そして、その溝のエッジ部があることでシール性が良くなる。代替的には、１個またはそれ以上のガスケットを用いることが可能である。シール部は、結合要素、特にプリント回路基板へ直接、鋳込むことが可能である。
【００１６】
密着性を良好にするため、結合要素にはさらに、気密的な方法でコーティングされることが可能である。結合要素が特にプリント回路基板のときには、そのコーティングは、結合要素の内側および／または外側周辺の円周上のエッジ部に塗布されることが可能である。
【００１７】
磁気ベアリング装置が、変位（特に軸方向変位）および／または、ロータ軸の回転状態を検出するため少なくとも１つのセンサを有するセンサ基板を備えているときには、組立ての容易な、非常に単純な構成となる。その場合、前記センサ基板は、前記貫通接続部と前記センサ基板の間の軸方向のギャップを埋めるコネクタによって、直接電気的貫通接続部に結合されている。そのコネクタは、好適には、開放型であって、複数のピンを受容するソケットを有する。この場合、基板上に装着されるセンサに対し付加的な配線を必要とせず、また、磁気ベアリング装置の点検修理が求められた場合には、この基板を容易に取り除くことが可能である。センサ基板にはさらに、ベアリングユニット特に軸心方向（スラスト）ベアリングユニット用の結合を設けることが可能である。前記ベアリングユニット（特にそのコイルの導線）では、さらなる導線なしにセンサ基板へ直接結合されることが可能である。
【００１８】
さらにいくつかのセンサおよびベアリングユニットを貫通接続部に結合するため、磁気ベアリング装置は、前記ハウジングの内部にある貫通接続部に結合される少なくとも１つの平坦なリボン・ケーブルまたはフレックスプリントを備えることが有利である。このような結合は、例えば多ピンのソケットおよびプラグ式の適合コネクタにより達成されることが可能である。代替のものとして、その結合には、ワイア端子式（独語：Ｓｃｈｎｅｉｄｋｌｅｍｍｅ）のものがある。あるいはまた、前記ケーブル／フレックスプリントでは、ハンダ付けにより貫通接続部に直接結合されることが可能である。
【００１９】
ハウジング内部での電気エネルギおよび信号の分配を簡単にするために、磁気ベアリング装置は１つまたはそれ以上の分配用基板をさらに設けることが可能であり、これら基板は、平坦なリボン・ケーブルまたはフレックスプリントによって互いに、および／または、貫通接続部と結合されている。各分配用基板は回転軸心と直角方向に伸び、ロータ軸を受け入れる開口を有し、さらに、平坦なリボン・ケーブルやフレックスプリントを流れる信号を分配するための複数の電気的導体を備えている。この分配用基板は、ベアリングユニットのコイル配線をそれに、例えば配線端子により直接結合するのに適合されている。
【００２０】
結合要素が少なくとも部分的に屈曲性（例えば、フレックスプリントまたは、硬質・屈曲性のＰＣＢ）があるときには、結合要素自体がハウジング内でケーブルとして、および／または、追加的な配線なしで分配用基板として利用可能である。この目的のために、結合要素は、本質的に平坦でハウジングの内部と外部の間に伸びた少なくとも第１の部分、屈曲性があり少なくとも１つの実質的な屈曲部を有する第２の部分、ならびに、本質的に平坦であり、信号を分配するための複数の電気的導体を有する第３の部分を備えている。全ての部分は、屈曲性を持つか、または第１の部分および／または、第３の部分が本質的に硬質性を有するようにすることが可能である。
【００２１】
有利には、分配用基板は、同時にセンサ用基板としての役目を果たす。すなわち、それはロータ軸の変位を検出する変位センサを備える。有利には、その変位センサは分配／センサ用基板の導電性層に直接実装される。換言すれば、分配用基板の少なくとも１つの導電性層の内部に印刷されたコイルとして実装された複数の誘導要素を備える。
【００２２】
本発明はさらに、請求項１の特徴を持つ真空ポンプに向けられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、図面に示した典型的な実施例と関連してさらにその詳細について説明される。
【００２４】
図１から３は、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）のロータブレードを支持するのに適している磁気ベアリング装置を示す。この装置では、ロータ軸１２０が、回転軸心１２３の周囲で回転するため磁気浮上される。この目的のため、いくつかの磁気ベアリングユニットが設けられている。一対のアキシャルまたはスラストベアリングユニット１００、１１０がロータ軸１２０に取り付けられたスラストディスク１２１と相互に作用し、軸心方向の並進変位に対しロータ軸の位置を安定化させる。第１のラジアルベアリングユニット８０と第２のラジアルベアリングユニット９０は、これらベアリングユニットに近いそれら軸部分の位置を、ラジアル変位に対し安定化させ、それにより、ラジアル方向におけるロータ軸の並進変位およびラジアル方向周辺での傾斜変位による並進変位に対し安定化を達成する。モータユニット７０は、ロータ軸を回転駆動する。補助的な二重のボールベアリング１３０、１４０として実装された接地用ベアリングは、磁気ベアリングの電源がオフされたり故障の際にロータ軸をその位置に保持する。代替的には、他のタイプのベアリング、例えば単一のボールベアリングまたはスライドベアリングを使用することが可能である。
【００２５】
いくつかのセンサユニットが、ロータ軸の変位を検出するために設けられている。アキシャル変位センサは、第１のセンサ用基板４０に形成され、一方、ラジアル変位センサは第２および第３センサ用基板５０、６０に形成されている。これらのセンサは、予め定められた方向に沿うロータ軸の変位を検出する。
【００２６】
センサ用基板のみならずベアリングユニットもハウジング１０により囲まれている。センサからの信号は、ハウジング１０の外部に配置された制御ユニット（図１に図示せず）へ与えられる。制御ユニットでは、ベアリングユニット用の適切な電圧または電流がこれらの信号から導き出され、そして当該制御ユニットからベアリングユニットへ与えられる。
【００２７】
制御ユニットと磁気ベアリング装置との間で信号や電流を供給するためハウジング１０の壁を介して電気的な貫通接続部３０が設けられている。貫通接続部３０には、図３の部分的な分解部品配列が最適な図である。この図では、磁気ベアリング装置のいくつかの要素は、他の要素をよりよく見えるように、そのまま残してある。特に、モータ７０、アキシャルベアリングユニット１００、１１０および接地用ベアリング１３０、１４０は図３から取り除いてある。
【００２８】
貫通接続部３０は、ハウジング１０の長手方向に対し本質的に垂直（すなわち、回転軸心に対し垂直）な方向にのびているプリント回路基板（ＰＣＢ）３１からなる。その基板は、ハウジング１０の壁を横切って伸びており、そして、ハウジングの内周に沿い常に壁を区切っている、すなわち、ハウジングを２つの部分に分割している。基板が伸びている断面は回転軸心に対し垂直である。
【００２９】
プリント回路基板３１は、少なくとも３つの層を有する。１つ以上の内部の導電性トレース層は、その支持層を絶縁することにより両面で被覆されている。その辺縁周りにあるエッジに沿い、基板は気密コーティングによりコーティングされ、例えば金属化されている。同様に、基板中心部の開口の内周は、さらに以下に説明されるように、好適にはそのような方法でコーティングされる。
【００３０】
第１（外側）のコネクタ３４は、ハウジング１０の外側でＰＣＢ上に取り付けられている。それは、制御ユニットをＰＣＢへ結合するために役立つ。制御ユニットは直接、または、ケーブルにより結合されることが可能である。１つだけが図３に現れている、２つの内部コネクタがハウジングの内部に設けられており、これらコネクタは、センサ用基板４０、５０、６０、ベアリングユニット８０、９０、１００、１１０、およびモータ７０をＰＣＢに結合する。トレース層は、外部と内部のコネクタの間で複数の電気的結合（トレース）を形成し、かくして、ハウジングの内部と外部の間の所望の電気的な貫通接続部を与える。
【００３１】
基板３１は、ハウジング１０を本体１１とキャップ２０とに分割している。ネジ２１は、キャップ２０を本体１１に締結し、それによって、また、基板３１は、本体１１とキャップ２０の間でその位置に保持される。本体１１の小さな突出部１４および、類似したキャップの突出部は、基板３１の対応した凹部と共に、基板３１が精確に半径方向に芯出しされるのを確実にする。
【００３２】
本体１１には、磁気ベアリング装置を、例えばポンプハウジングに取り付けるためラジアルフランジ１２が設けられている。磁気ベアリング装置をポンプハウジングに真空気密に取り付けるため、Ｏ−リングまたは、他の形状をしたシール用ガスケットをフランジ１２の左面とポンプハウジングの間に設けることが可能である。その後、ポンプハウジングは、磁気ベアリング装置のハウジング１０の内部を外部に対し閉じるようになっている。
【００３３】
基板３１は、本体１１とキャップ２０に対し、２つのＯ−リング３２、３３によって気密的な方法でシールされる。第１のＯ−リング３２は、本体１１に形成された円形溝１３内に部分的に適合される。同様に、第２のＯ−リング３３は、キャップ２０の円形溝２３内に部分的に適合される。これらの溝は、Ｏ−リングがその位置に保持されるのを確実にし、そして、Ｏ−リングがシール可能な円形状のエッジを設けることでガス漏れに対する気密性を向上させる。Ｏ−リングに代わって、他のタイプのシール、例えば平坦なシール（ガスケット）あるいは、プリント基板へ直接モールドされたシールが可能である。
【００３４】
第１センサ用基板４０は、内部コネクタ３５により直接且つ取り外し可能に貫通接続部３０へ結合される。このセンサ用基板４０は、当該センサ用基板４０自身の導電性層に形成されている軸心方向の変位センサだけでなく、アキシャルベアリングユニット１００、１１０のための結合も提供する。このベアリングユニット１００、１１０は、図１乃至３に現れていないさらなるコネクタによってセンサ用基板４０に結合されている。さらに、回転センサ（パルスセンサまたはレゾルバ）が第１センサ用基板４０の導電性層に形成されている。
【００３５】
第２センサ用基板５０は、平坦なリボン・ケーブル５１によって貫通接続部３０に結合されている。第１ラジアルベアリングユニット８０のコイル配線は、図１乃至３に現れていない配線端子結合によって第２センサ用基板５０に結合されている。図１乃至３に現れていない第２の平坦なリボン・ケーブルは、貫通接続部３０から第３センサ用基板６０へ伸びている。第２ラジアルベアリングユニットのコイル配線は図１乃至３に現れていない配線端子結合によってその基板に結合されている。第２および第３センサ用基板には、ベアリング用電流およびセンサ信号を分配するために必要な全ての電気的結合が導電性（トレース）層中に適切なトレースとして与えられている。
【００３６】
平坦なリボン・ケーブルを流れる信号／電流を分配するためにセンサ用基板５０、６０のような平坦なリボン・ケーブル（代替的には、フレックスプリント）およびプリント回路分配用基板を利用することは、非常に清潔な配線を可能にする。磁気ベアリング装置の配線および組み立ては、平坦なリボン・ケーブルとプリント回路基板の間で取り外し可能な（ソケットプラグタイプ）コネクタを用いることにより、あるいはまた、基板上のこれらケーブルのため配線端子結合を提供することによって一層単純化される。
【００３７】
ラジアル変位センサは、好適には、国際公開第２００４／０４８８８３号パンフレットに開示されたタイプのものがある。その開示内容は、複数方向におけるロータ軸の変位の無接触測定用装置を説明するため、ここにその全体を参照することで、本文に取り込まれるものとする。そのような多重座標軸のラジアル変位センサは、軸の周りに配置された第１の誘導要素と、この第１の誘導要素の近傍に配置された複数の第２の誘導要素を備えている。時間で変動する電流を第１の誘導要素に与え、そして第２の誘導要素の誘起電圧を検出することにより、ロータ軸の変位を測定することができる。すべての誘導要素は、単一または共通のプリント回路基板のプリントコイルとして簡単に実装されることが可能である。それにより、高効率で非常に簡単なラジアル変位センサが得られる。特に、各第２および第３センサ用基板５０、６０は、好適には、その導電性（トレース）層内にそうした多重座標軸のラジアル変位センサを実装している。
【００３８】
同様に、アキシャル変位センサが第１センサ用基板の導電性層の中に実装されることが可能である。そのようなセンサは、従来の単一、または多重コイルによる渦電流センサ形式とすることが可能であり、第１センサ用基板とロータ軸１２０の端部にあるナット１２２上のラジアルフランジとの間の距離を測定する。代替的には、そのアキシャル変位センサは、２００５年１月１１日に出願された欧州特許出願第０５４０５００９．１号明細書に開示されたものがあり、その開示内容は、アキシャル変位センサと回転センサを説明するため、ここにその全体を参照することで、本文に取り込まれるものとする。そのようなアキシャル変位センサは、２つの同心状で且つ本質的に共通平面をもつコイルを備えており、そのコイルには、同一周波数且つ逆相（回転軸の周りで逆向き）の交番電流が供給される。それにより、当該センサの感応領域は本質的にコイル間に限定され、したがって、外乱は大きく低減される。
【００３９】
また、回転センサは、第１センサ用基板の導電性層の中に、例えば上記の欧州特許出願第０５４０５００９．１号明細書に記載された方法で、実装されることが可能である。そのような多重座標軸のラジアル変位センサは、上述した多重座標軸のラジアル変位センサとその構成が非常に類似している。すなわち、それ（ラジアル変位センサ）は、ロータ軸の周りに配置された第１の誘導要素と、この第１の誘導要素の近傍に配置されたさらに複数の第２の誘導要素を備えている。特に、第１の誘導要素は、ロータ軸１２０の端部のナット１２２の部分の周りに配置されており、その部分は回転対称ではなく、少なくとも１つのノッチまたは凹部を有する。時間で変動する電流、特に、高周波の交番電流を第１の誘導要素に与え、そして第２の誘導要素の誘起電圧を検出することにより、ロータの回転状態を測定することができる。誘導要素は、この場合もやはり、第１センサ用基板の導電性層の中にプリントコイルとして簡単に実装されることが可能である。特に、第１の誘導要素は、アキシャル変位センサのコイルの１つと同一とすることで、その構成を一層簡単化することが可能である。
【００４０】
１つの代替的実施例では、ラジアル変位センサの１つが、アキシャル変位センサのようにアキシャルベアリング１００、１１０と同じ側に配置されることが可能であり、そして、さらに言えば、これらセンサは、例えば国際公開第２００５／０２６５５７号パンフレットに記載されているように、単一の多重感応ユニットに結合されることが可能である。
【００４１】
本発明は、センサがプリント回路基板の導電性層に実装され、そしてこれら基板が平坦なリボン・ケーブルにより結合されている実施例に限定されないということが理解されるべきである。一方、センサのそうした実装と提案された配線は、ハウジング壁を介しての電気的貫通接続部がここに述べたものとは異なる方法で達成されたとしても、いずれも有利である。
【００４２】
全てのプリント回路基板（センサ用基板４０、５０、６０および貫通接続部３０のプリント回路基板）は、ロータ軸に適合する同心状の開口を有する。特に、貫通接続部３０の基板３１はアキシャルベアリング１００、１１０およびスラストディスク１２１よりも大きい直径開口３６を有する。このような方法で、磁気ベアリング装置は容易に組み立てが可能であり、ロータ軸ばかりでなくアキシャルベアリングも、点検修理が必要な場合には容易に接近可能となっている。
【００４３】
電気的な貫通接続部３０をハウジング１０に関して配置する代替的方法は、図４に図式的に例示されている。類似した部分は、図１乃至３におけるのと同様、同じ参照番号を有する。ハウジングを直径の大きい領域で区画する代わりに、直径の小さなハウジングの部分、例えばハウジングの側面またはキャップ端の突出部で仕切ることにより、減寸の貫通接続部が得られる。また、貫通接続部３０は外部コネクタ３４と内部コネクタ３５を備えている。同様にまた、基板３１がハウジングにシールされる方法は図１乃至３の実施例の場合と同様のままである。ハウジング１０の開口は最終的にはキャップ１４により閉じられる。当然のことであるが、この実施例においては、基板３１は開口を有する必要がなく、このことは、構成を簡単にし、さらに、中心開口部で漏れが生じないという追加的有利さを提供する。基板が穴を有しないのであれば、ハウジング１０の外部に面する基板面にはシールが不要であり、シール３３は省略可能である。基板をコネクタまたは他の回路要素で装着するための小さな穴は、充填ハンダの液滴により閉じることが可能である。この代替的な貫通接続部の配置は、ハウジングが側方から接近可能であり、したがって、全ての配線がロータの一端部近くあることを要求されない用途では特に適している。
【００４４】
図５および６には、磁気ベアリング装置の代替的実施例の部分的な図が示される。この場合も、図１乃至４におけるのと同様、類似部分は、同一の参照番号を有する。複数の貫通接続部３０（この特定の例では３個）が、単一のプリント回路基板３１として実装されており、同プリント回路基板はハウジングの一側に沿ってロータ軸心と平行に配置されている。この代替的配置は、より多くのシール位置を必要とするものの、ハウジング１０内部での配線を単純化する。ハウジング内の各ユニット（センサ用基板５０、６０、ベアリングユニット８０、９０、モータ７０）はそれ自身のそれぞれのコネクタ３５を有しており、どんなケーブルも完全に不要である。このことは、磁気ベアリング装置の組立てを大いに単純化する。特に、モータユニット７０はそれ自身の分配用基板７１を有する。当然のことであるが、ハウジング内のいくつかのユニットはまた、１つの貫通接続部を共有することが可能である。各コネクタ３５は、ある程度の屈曲性および側方向への移動を許容するためにフレックスプリントで構成することが可能である。ハウジング内部のユニットの組立て後には、まだコネクタ３５は、貫通接続部３０およびキャップ１４により最後には閉じられる穴を介してハウジング側面から接近することが可能である。このように、単一の基板３１では、各穴のところで貫通接続部として役立つ。キャップは、図に示されるように、ネジ２１または、留め金具のような他の適当な手段によってその位置が保持される。
【００４５】
達成可能な電気的結合の単純さとコンパクトな大きさの故に、本発明による磁気ベアリング装置は、図７の例で示されるように、その制御ユニットと容易に一体化することが可能である。ここでは、本発明による磁気ベアリング装置１は、直接制御ユニット２に取付けられている。全ての配線は、平坦なリボン・ケーブルまたはフレックスプリントにより遂行されている。
【００４６】
本発明による磁気ベアリング装置は、それが真空ポンプ、特に、ロータ軸が複数のポンプブレードを備えているターボ分子真空ポンプの中に設けられる場合、特に有用である。異なる用途として、エアコン内で使用されるガスコンプレッサ用のターボポンプがあり得る。しかしながら、本発明はそうした用途に限定されないということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る磁気ベアリング装置の第１実施例を部分的に断面で示した概略斜視図である。
【図２】本発明に係る図１のＡ−Ａ面における磁気ベアリング装置の断面を示す。
【図３】本発明に係る図１の磁気ベアリング装置の部分的な分解部品配列図である。
【図４】、本発明に係る第２実施例による、貫通接続部を備えた磁気ベアリング装置のハウジングにおける高度に略図化した部分断面図である。
【図５】本発明に係る磁気ベアリング装置の第３実施例の概略斜視図である。
【図６】本発明に係る図５の装置の断面図である。
【図７】本発明に係る制御ユニットと一体化した磁気ベアリング装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１      磁気ベアリング装置
２      制御ユニット
１０    ハウジング
１１    本体
１２    フランジ
１３    円周溝
１４    キャップ
２０    キャップ
２１    ネジ
２３    円周溝
３０    電気的貫通接続部
３１    プリント回路基板
３２    第１のＯ−リング
３３    第２のＯ−リング
３４    第１プリントコネクタ
３５    第２プリントコネクタ
３６    開口
４０    第１センサ用基板
５０    第２センサ用基板
６０    第３センサ用基板
７０    モータ
７１    分配用基板
８０    第１ラジアルベアリング
９０    第２ラジアルベアリング
１００  第１アキシャルベアリング
１１０  第２アキシャルベアリング
１２０  ロータ
１２１  ロータディスク
１２２  ナット
１２３  回転軸心
１３０  第１補助ベアリング
１４０  第２補助ベアリング
【図１】
2009506733.tif 000003
【図２】
2009506733.tif 000004
【図３】
2009506733.tif 000005
【図４】
2009506733.tif 000006
【図５】
2009506733.tif 000007
【図６】
2009506733.tif 000008
【図７】
2009506733.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月6日(2008.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転用ロータ軸（１２０）がその回転軸心（１２３）の周りで支持されている磁気ベアリング装置（１）であって、
内部と外部を有するハウジング（１０）と、
前記ハウジングの内部に配置された少なくとも１つの能動磁気ベアリング要素（８０、９０、１００、１１０）と、そして、
前記ハウジングの内部と外部の間に複数の電気的結合を提供する貫通接続部（３０）、
とを備え、
前記貫通接続部（３０）は、
前記内部と前記外部を結合する複数の電気的導体を有し且つ本質的に共通な平面に配置され、前記ハウジング（１０）の壁を横断して伸びている本質的に平坦な結合要素（３１）と、
前記結合要素（３１）を前記ハウジング（１０）と気密的な方法でシールするためのシール手段（３２、３３）と、
からなることを特徴とする前記磁気ベアリング装置。
【請求項２】
前記結合要素（３１）は、硬質性、屈曲性または、硬質・屈曲性のプリント回路基板であることを特徴とする請求項１に記載された磁気ベアリング装置。
【請求項３】
前記結合要素（３１）は、前記ハウジング（１０）の周辺に沿い常に前記ハウジング（１０）の壁を横断していることを特徴とする請求項１または２に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項４】
前記結合要素（３１）は、前記回転軸心（１２３）と本質的に直角な方向に伸びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項５】
前記結合要素は、前記ロータ軸（１２０）を受け入れるための開口（３６）を有することを特徴とする請求項４に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項６】
前記ロータ軸（１２０）は、ある直径を有するスラストディスク（１２１）を備えており、そして、前記結合要素（３１）の前記開口（３６）が前記スラストディスク（１２１）の直径より大きい直径を有することを特徴とする請求項５に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項７】
前記結合要素（３１）は、前記ハウジング（１０）の外側に沿って前記ロータ軸心（１２３）と本質的に平行に取付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項８】
前記結合要素（３１）は、前記ハウジング（１０）の内部と外部の間に複数の間隔を隔てて分離された電気的な貫通接続部を形成していることを特徴とする請求項７に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項９】
前記結合要素は、外周および／または内周が気密的な方法でコーティングされていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置。
【請求項１０】
前記磁気ベアリング装置は、前記ロータ軸（１２０）の変位と回転状態の少なくとも１つを検出するための少なくとも１つのセンサを備えたセンサ用基板（４０）からなり、前記センサ用基板（４０）は前記貫通接続部（３０）と前記センサ用基板（４０）との間の軸方向のギャップを埋めるコネクタ（３５）によって前記貫通接続部（３０）に直接、電気的に結合されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項１１】
前記磁気ベアリング装置は、前記ハウジング（１０）の内部で前記貫通接続部（３０）に結合される平坦なリボン・ケーブル（５１）およびフレックスプリントの少なくとも１つからなることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項１２】
前記磁気ベアリング装置は、前記平坦なリボン・ケーブル（５１）またはフレックスプリントに結合された分配用基板（５０）からなり、前記分配用基板（５０）は、前記回転軸心（１２３）と直角方向に伸び、前記ロータ軸（１２０）を受け入れるための開口を有し、さらに前記平坦なリボン・ケーブル（５１）またはフレックスプリントを流れる信号を分配するための複数の電気的導体を備えていることを特徴とする、請求項１１に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項１３】
前記結合要素は、本質的に平坦で前記ハウジングの内部と外部の間に伸びる第１の部分、屈曲性があり少なくとも１つの実質的な屈曲部を有する第２の部分、および本質的に平坦であり信号を分配するための複数の電気的導体を有する分配用基板を構成している第３の部分とからなることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項１４】
前記分配用基板（５０）は、前記ロータ軸（１２０）の変位を検出するための変位センサからなることを特徴とする請求項１２または１３に記載された磁気ベアリング装置（１）。
【請求項１５】
前記変位センサは、前記分配用基板（５０）の少なくとも１つの導電性層の中にプリントコイルとして実装された複数の誘導要素からなることを特徴とする請求項１４に記載された磁気ベアリング装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載された磁気ベアリング装置からなる真空ポンプ。
【請求項１７】
前記真空ポンプがターボ分子ポンプである、請求項１６に記載された真空ポンプ。
【国際調査報告】
2009506733.tif 000010
2009506733.tif 000011
2009506733.tif 000012