(57)【要約】  【課題】  電磁石と変位センサの磁極を共用した磁気軸受装置において、変位センサの感度を向上させることができる磁気軸受装置を提供すること。  【解決手段】  軸方向の中心部に溝３７、３８が設けられた矩形状の鉄心片３２および鉄心片３３によって径方向磁極部４３を構成する。鉄心片３２は、溝３７によって磁極部３９と磁極部４０に分割され、同様に、鉄心片３３は、溝３８によって磁極部４１と磁極部４２に分割されている。径方向電磁コイル３４ａ、３４ｂを鉄心片３２、３３にそれぞれ巻回する。径方向センサコイル３６ａを、磁極部３９と磁極部４１に渡って巻回し、同様に、径方向センサコイル３６ｂを、磁極部４０と磁極部４２に渡って巻回する。径方向センサコイル３６ａ、３６ｂは、径方向電磁コイル３４ａ、３４ｂとの間にシールド板３５を介して径方向磁極部４３に配設する。  【選択図】  図５
2005076792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を磁気的な力を用いて磁気浮上させることにより非接触で支持する磁気軸受装置であって、
前記磁気的な力を発生させる電磁石を構成する、先端部が複数の磁極部に分割された電磁極と、
前記磁極部の全ての領域に配設されたセンサコイルと、
を具備し、
前記磁極部の全ての領域を前記回転軸の変位量を検出する変位センサを構成するセンサ磁極と共用することを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
前記回転軸を半径方向に支持する磁気軸受装置であって、
前記電磁石は、一対の２分割された前記電磁極によって構成され、
前記センサコイルは、前記２分割された前記電磁極のそれぞれを、前記変位センサの異極性の磁極として作用するように配設されていることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受装置。
【請求項３】
前記回転軸を軸方向に支持する磁気軸受装置であって、
前記電磁極は、円形状に形成され、半径方向に延びる溝によって複数の領域に分割されていることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受装置。
【請求項４】
前記センサコイルは、両方の前記電磁極に渡って配設されていることを特徴とする請求項２記載の磁気軸受装置。
【請求項５】
前記センサコイルは、並列接続されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の磁気軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を磁気浮上させることによって非接触で支持する磁気軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気軸受装置によって回転軸が支持されている装置には、例えば半導体製造装置のクリーンルームに設置される分子ポンプがある。
このような分子ポンプ等の軸受装置に用いられている磁気軸受装置には、回転軸の変位を検出するためのセンサが設けられており、このセンサによって検出された回転軸の位置情報に基づいて制御を行っている。
一般に、上述したような分子ポンプでは、電磁型の変位センサが用いられている。電磁型の変位センサは、磁極に巻回されたコイルのインダクタンスの変化を測定することによって回転軸の変位を検出している。
従来、変位センサを構成するセンサ用の磁極は、回転軸を浮上させるために用いられる電磁石の磁極とは別に設けられていた。
【０００３】
このような変位センサと電磁石とをそれぞれ専用の磁極を用いて構成された磁気軸受装置では、次のような不具合が生じる場合があった。
専用の磁極をそれぞれ配置しなければならないため、各磁極を配置するスペースを確保する必要があり小型化が困難であった。
そのため、回転軸の長さの縮小化を図るにしても制限が課せられてしまうため、回転軸の固有振動数を高くすることが困難となり、回転軸を高速回転させることができなかった。
さらに、変位センサと電磁石とを同一の位置に配置することができないため、回転軸の位置の検出点と電磁石による磁力の作用点とにずれが生じ、回転軸の安定浮上を阻害するおそれがあった。
【０００４】
このような不具合を解消するために、変位センサを電磁石の磁極上に構成した磁気軸受装置が下記の特許文献に開示されている。
【特許文献１】特許第３３１５４２８号公報
【０００５】
特許文献１には、電磁石の磁極の一部を変位センサの磁極と共用した径方向の磁気軸受装置が提案されている。
詳しくは、電磁石の矩形状の磁極の両端に平行に設けられた溝に変位センサのコイルを巻回することによって、電磁石の磁極上に変位センサを構成している。このように、電磁石の磁極の一部を共用することにより専用の磁極を設けることなく変位センサを構成することができる。これにより、回転軸の位置の検出点と電磁石による磁力の作用点を同位置にすることができるため、回転軸の磁気浮上の安定性を確保することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１で提案されている磁気軸受装置では、電磁石の磁極の両端部の一部分を変位センサのコイルの磁極として用いるようにしているため、十分な磁極面積を確保することができなかった。
このような狭い磁極面積の変位センサにおいてセンサ感度を高めるためには、変位センサのコイルの巻き数を増やす必要性があった。ところが、磁気軸受装置の構造によりコイルの巻き数は制限されてしまっていた。
また、変位センサの磁極面積が狭い場合には、磁性体である磁極が磁気飽和状態に達しやすくなるため、センサの感度を向上させることが困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、電磁石と変位センサの磁極を共用した磁気軸受装置において、変位センサの感度を向上させることができる磁気軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、回転軸を磁力を用いて磁気浮上させることにより非接触で支持する磁気軸受装置であって、磁力を発生させる電磁石を構成する電磁コイルと、前記電磁コイルと共に前記電磁石を構成し、前記電磁コイルが巻回された、少なくとも２つの磁極部を有する電磁極と、前記磁極部に巻回された、前記回転軸の変位を検出する変位センサを構成する変位センサコイルと、を具備し、前記電磁コイルが巻回された電磁極の磁極端面の面積と、前記変位センサコイルが巻回された磁極部の磁極端面の面積とが等しくすることにより前記目的を達成する。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記回転軸を軸方向に支持する磁気軸受装置であって、前記回転軸に対して垂直に固着された円板状のアーマチュアを具備し、前記電磁極に、前記アーマチュアと対向する面に設けられた、環状溝と、径方向に延びる複数の放射溝と、を設け、前記磁極部を、隣接する前記放射溝の間に形成し、前記電磁コイルを、前記環状溝に沿って巻回し、前記変位センサコイルの一部を、前記放射溝に配設することにより前記目的を達成する。
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記回転軸を半径方向に支持する磁気軸受装置であって、前記電磁極に、円周方向または軸方向に延びる溝を設け、前記磁極部を、前記溝の両側に形成し、前記変位センサコイルの一部を、前記溝に配設することにより前記目的を達成する。
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明において、前記電磁石は、異なる電磁極性を有する一対の前記電磁極を備え、前記変位センサコイルを、それぞれ異なる電磁極性を有する前記電磁極に設けられた２つの前記磁極部に渡って巻回することにより前記目的を達成する。
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記回転軸を半径方向に支持する磁気軸受装置であって、軸方向に隣接する前記磁極部の間に配置された非磁性体部材を具備し、前記電磁石に、異なる電磁極性を有する一対の前記電磁極を備え、前記変位センサコイルを、それぞれ異なる電磁極性を有する前記電磁極に設けられた円周方向に隣接する前記磁極部において、それぞれ異なるセンサ磁極性を有するように巻回することにより前記目的を達成する。
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明において、前記変位センサコイルを覆うように、前記磁極部の側面に配設された電磁遮蔽部材を具備し、前記電磁コイルを、電磁遮蔽部材を介して前記電磁極に巻回することにより前記目的を達成する。
請求項７記載の発明によれば、請求項１から請求項６までのうちの何れか１の請求項に記載の発明において、前記電磁石を、少なくとも２つ設け、前記変位センサを、前記電磁石ごとに設け、同一の前記変位センサを構成する前記変位センサコイルを、並列に接続することにより前記目的を達成する。
請求項８の発明によれば、請求項１から請求項７までのうちの何れか１の請求項において、前記磁極部の前記回転軸側端部、または、前記電磁コイルと前記センサコイルとの間の少なくとも一方に配置された、外縁部が短絡されたシールド部材を具備することにより前記目的を達成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電磁石と変位センサの磁極を共用した磁気軸受装置において、変位センサに用いられる磁極面の面積を十分に確保することにより、変位センサの感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の磁気軸受装置における好適な実施の形態について、図１から図９を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に示す磁気軸受装置は、例えば、クリーンルームの排気処理に用いられている分子ポンプの回転軸の軸受装置として使用されている。このような分子ポンプの回転軸は、５軸制御型または３軸制御型と呼ばれる制御方式が採用されている。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係る磁気軸受装置を用いた分子ポンプ１の構成を示した図である。
ここで５軸制御型磁気軸受装置の構造例として分子ポンプ１の構造について説明する。なお、本実施の形態では、分子ポンプ１の一例としてターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部を備えた、いわゆる複合翼タイプの分子ポンプを例に説明する。
【００１２】
分子ポンプ１の外装体を形成するケーシング２は、略円筒状の形状をしており、ケーシング２の底部に設けられた円盤状のベース３と共に分子ポンプ１の筐体を構成している。そして、ケーシング２の内部には、分子ポンプ１に排気機能を発揮させる構造物が収納されている。
これら排気機能を発揮する構造物は、大きく分けて回転自在に軸支されたロータ部４とケーシング２に対して固定されたステータ部から構成されている。
また、ポンプの種類から見た場合、吸気口５側がターボ分子ポンプ部により構成され、排気口６側がねじ溝式ポンプ部から構成されている。
【００１３】
ロータ部４は、モータによって回転されるシャフト７に配設された回転部材であり、吸気口５側（ターボ分子ポンプ部）に設けられたロータ翼８と、排気口６側（ねじ溝式ポンプ部）に設けられた円筒部材９、およびシャフト７などから構成されている。
シャフト７は、回転軸、つまり、ロータ部４の軸を構成する円柱部材であって、その上端部にはロータ翼８と円筒部材９からなる部材がボルト等により取り付けられている。
【００１４】
シャフト７の軸線方向中程には、外周面に永久磁石が固着してあり、モータ部１０のロータを構成している。この永久磁石がシャフト７の外周に形成する磁極は、外周面の半周に渡ってＮ極となり、残り半周に渡ってＳ極となるようになっている。
さらに、シャフト７のモータ部１０に対して吸気口５側、および排気口６側には、シャフト７をラジアル方向（径方向）に軸支するための径方向磁気軸受装置１１、１２、シャフト７の下端には、シャフト７を軸線方向（アキシャル方向）に軸支するための軸方向磁気軸受装置１３が設けられている。
【００１５】
ケーシング２の内周側には、ステータ部が形成されている。このステータ部は、吸気口５側（ターボ分子ポンプ部）に設けられたステータ翼１４と、排気口６側（ねじ溝式ポンプ）に設けられたねじ溝スペーサ１８などから構成されている。
ターボ分子ポンプ部では、ステータ翼１４が軸線方向に、ロータ翼８と互い違いに複数段形成されている。
各段のステータ翼１４は、円筒形状をしたスペーサ１５により互いに隔てられている。
【００１６】
ねじ溝スペーサ１８は、内周面にらせん溝１６が形成された円柱部材である。ねじ溝スペーサの内周面は、所定のクリアランス（間隙）を隔てて円筒部材９の外周面に対面するようになっている。ねじ溝スペーサ１８に形成されたらせん溝１６の方向は、らせん溝１６内をロータ部４の回転方向にガスが輸送された場合、排気口６に向かう方向である。
らせん溝１６の深さは、排気口６に近づくにつれ浅くなるようになっており、らせん溝１６を輸送されるガスは排気口６に近づくにつれて圧縮されるようになっている。
これらステータ部は、ステンレスやアルミニウム合金などの金属を用いて構成されている。
【００１７】
ベース３は、円盤形状を有した部材であって、ラジアル方向中央には、ロータの回転軸線と同心に円筒形状を有するステータコラム１７が、吸気口５方向に取り付けられている。
ステータコラム１７は、モータ部１０、径方向磁気軸受装置１１、１２を支持している。
モータ部１０では、所定の極数のステータコイルがステータコイルの内周側に等間隔で配設され、シャフト７に形成された磁極の周囲に回転磁界を発生できるようになっている。
【００１８】
径方向磁気軸受装置１１、１２は、回転軸線の回りの９０度ごとに配設された制御磁極部から構成されている。そして、径方向磁気軸受装置１１、１２は、これらコイルの発生する磁界でシャフト７を吸引することにより、シャフト７をラジアル方向に磁気浮上させている。この径方向磁気軸受装置１１、１２の詳細については後述する。
ステータコラム１７の底部には、軸方向磁気軸受装置１３が形成されている。軸方向磁気軸受装置１３は、シャフト７から垂直に張り出した円板状のアーマチュア１９と、このアーマチュア１９の上下に配設されたコイルから構成されている。これらコイルが発生する磁界がアーマチュア１９を吸引することにより、シャフト７が軸線方向に磁気浮上する。
【００１９】
上述したように、５軸制御型の磁気軸受装置には、軸方向の磁気浮上を制御する軸方向磁気軸受装置１３と、径方向の磁気浮上を制御する径方向磁気軸受装置１１、１２とが設けられている。
そこで、本実施の形態に係る磁気軸受装置を軸方向磁気軸受装置１３と、径方向磁気軸受装置１１、１２とに分けて説明する。
【００２０】
軸方向磁気軸受装置１３は、図１に示すように、シャフト７に対して垂直に設けられたアーマチュア１９を介してシャフト７を軸方向に浮上させるための装置である。
軸方向磁気軸受装置１３は、軸方向電磁石が形成された一対の軸方向磁気軸受部２０によって構成されている。
アーマチュア１９には、軸方向磁気軸受部２０の軸方向電磁石の磁力により、各軸方向磁気軸受部２０方向に吸引される吸引力が作用する。
そして、軸方向磁気軸受装置１３は、これらの吸引力を制御することによってアーマチュア１９を介してシャフト７を軸方向に非接触状態で支持している。
【００２１】
図２は、軸方向磁気軸受装置１３を構成する軸方向磁気軸受部２０の構成を示した図である。
軸方向磁気軸受部２０は、軸方向電磁石部２１と軸方向センサ部２２とから構成されている。
軸方向電磁石部２１は、アーマチュア１９に対して吸引力を作用させるための磁力を発生させる電磁石を構成している。
【００２２】
軸方向センサ部２２は、アーマチュア１９の変位、つまりシャフト７の軸方向の変位を検出する軸方向センサを構成する。
軸方向センサ部２２では、アーマチュア１９と軸方向磁気軸受部２０との距離（ギャップ長）を検出することによってアーマチュア１９の変位を認識している。
軸方向センサ部２２では、インダクタンス形変位センサを用いてアーマチュア１９の変位量を測定している。
なお、インダクタンス形変位センサとは、磁極に巻回されたコイルのインダクタンスが磁極のエアギャップと連動して変化する特性を利用し、インダクタンスの変化から変位を検出する変位センサである。
軸方向磁気軸受装置１３には、一対の軸方向磁気軸受部２０の軸方向センサ部２２同士が互いに対面するように配置されている。
【００２３】
軸方向電磁石部２１は、第１軸方向電磁ヨーク２３と軸方向電磁コイル２４とから構成されている。
第１軸方向電磁ヨーク２３は、軸方向電磁石部２１の電磁石を形成する鉄心つまり電磁極を構成している。
第１軸方向電磁ヨーク２３は、同心的な円孔が形成された円板部２３１、円板部２３１の周縁部を底面とする円筒状の外縁部２３２、円板部２３１に形成された円孔を底面とする円筒状の内縁部２３３とからなる。
【００２４】
円板部２３１を底面とした場合、内縁部２３３は、後述する第２軸方向電磁ヨーク２５の高さ分だけ外縁部２３２よりも高くなっている。
第１軸方向電磁ヨーク２３には、円板部２３１、外縁部２３２および内縁部２３３によって断面コの字型の溝２３４が形成されている。つまり溝２３４は、開放端部がアーマチュア１９と対向するように設けられた環状溝である。
内縁部２３３の端面には、放射方向に延びる４つの溝２３５ａ〜ｄが、９０度間隔に形成されている。
溝２３５ａ〜ｄによって内縁部２３３の端部は、４つの磁極部２３６ａ〜ｄに区分されている。
【００２５】
軸方向電磁コイル２４は、内縁部２３３を軸芯として数ターン巻回された巻線である。軸方向電磁コイル２４は、溝２３４の内部に配置されている。
従って、軸方向電磁コイル２４の巻き上がりの最大外径寸法は、少なくとも外縁部２３２の内周の径寸よりも小さい。
軸方向電磁コイル２４が通電状態になると、軸方向電磁コイル２４の内部に電流が流れ磁束２７が発生する。
すると、第１軸方向電磁ヨーク２３が電磁石の磁極として機能し、軸方向電磁石部２１に磁力が発生する。この磁力によってアーマチュア１９に吸引力が作用するようになっている。
【００２６】
軸方向センサ部２２は、第２軸方向電磁ヨーク２５と軸方向センサコイル２６とから構成されている。
第２軸方向電磁ヨーク２５は、第１軸方向電磁ヨーク２３と同様に軸方向電磁石部２１の電磁石を形成する鉄心つまり電磁極を構成している。従って、第２軸方向電磁ヨーク２５は、軸方向電磁コイル２４が通電状態になると第１軸方向電磁ヨーク２３と同様に電磁石の磁極として機能する。
第２軸方向電磁ヨーク２５は、同心的な円孔が形成された円板部２５１、円板部２５１の周縁部を底面とする円筒状の外縁部２５２、円板部２５１に形成された円孔を底面とする円筒状の内縁部２５３とからなる。
なお、円板部２５１は、軸方向電磁コイル２４の漏れ磁束が、軸方向センサコイル２６に及ぼす影響を低減させるための遮蔽機能を担っている。
【００２７】
第１軸方向電磁ヨーク２３と第２軸方向電磁ヨーク２５とは、内縁部２５３の中空部に、第１軸方向電磁ヨーク２３の内縁部２３３を嵌め込むようして組合せられている。
そのため、第２軸方向電磁ヨーク２５の内縁部２５３の内径は、少なくとも第１軸方向電磁ヨーク２３の内縁部２３３の外径よりも大きい。
内縁部２５３および外縁部２５２の高さは、第１軸方向電磁ヨーク２３と第２軸方向電磁ヨーク２５とを組み合わせた際に、第１軸方向電磁ヨーク２３の内縁部２３３の端面の高さと等しくなっている。
【００２８】
第２軸方向電磁ヨーク２５には、円板部２５１、外縁部２５２および内縁部２５３によって断面コの字型の溝２５４が形成されている。
内縁部２５３の端面には、放射方向に延びる４つの溝２５５ａ〜ｄが、９０度間隔に設けられている。
溝２５５ａ〜ｄによって内縁部２５３の端部は、４つの磁極部２５６ａ〜ｄに分割されている。
なお、第１軸方向電磁ヨーク２３と第２軸方向電磁ヨーク２５とを組み合わせた場合、溝２５５ａ〜ｄは、溝２３５ａ〜ｄの放射方向の延長線上に配置されている。ここでは、溝２５５ａの延長上に溝２３５ａ、溝２５５ｂの延長上に溝２３５ｂ、溝２５５ｃの延長上に溝２３５ｃ、溝２５５ｄの延長上に溝２３５ｄが設けられている。
【００２９】
軸方向センサコイル２６は、コイル２６１ａ〜ｄから構成されている。
コイル２６１ａは、磁極部２３６ａと磁極部２５６ａの２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部２３６ａと磁極部２５６ａに渡って数ターン巻回された巻線である。
コイル２６１ａは、磁極部２３６ａと磁極部２５６ａの側面に形成されている溝２３５ａ、２３５ｂ、２５５ａ、２５５ｂ、磁極部２３６ａの内側面、磁極部２５６ａの外側面に配置されるように巻回されている。
コイル２６１ｂ〜ｄもコイル２６１ａと同様の構成である。
なお、図中のコイル２６１ａ〜ｄに記されている極性は、コイル２６１ａ〜ｄが巻回される磁極部の端部に生じる極性の一例を示したものである。
【００３０】
軸方向センサコイル２６のコイル２６１ａ〜ｄは、全て並列に接続されている。
軸方向センサコイル２６は、高周波電流が通電されることによって磁束２８が発生し、第２軸方向電磁ヨーク２５を伴って、軸方向変位センサを構成する。
コイル２６１ａ〜ｄに高周波電流が流れると各磁極部２３６ａ〜ｄおよび磁極部２５６ａ〜ｄが軸方向変位センサの磁極として作用する。つまり各磁極部２３６ａ〜ｄおよび磁極部２５６ａに磁極が形成される。すると、各磁極部２３６ａ〜ｄおよび磁極部２５６ａにおいて磁束２８が発生する。
インダクタンス形の軸方向変位センサは、この磁束２８の変化量を検出することによってアーマチュア１９の変位つまりシャフト７の軸方向の変位を検出する。
【００３１】
本実施の形態では、軸方向センサコイル２６を溝２３５ａ〜ｄおよび溝２５５ａ〜ｄによって４つに区分された部分に配置するようにしている。軸方向センサコイル２６は、一対のコイルによって磁路を形成することが可能な範囲において、２区分、６区分等、即ち偶数部に区分された磁極部に軸方向センサコイル２６を配置して変位センサコイルを構成するようにしてもよい。
【００３２】
次に、軸方向磁気軸受部２０の変形例について説明する。
図３は、軸方向磁気軸受部２０の変形例を示した図である。
なお、上述した図２に示す実施の形態と同一部分（重複する箇所）には、同一の符号を用い詳細な説明を省略する。
第１軸方向電磁ヨーク２３’の外縁部２３２’および内縁部２３３に放射方向に延びる４つの溝２３７ａ〜ｄを９０度間隔に形成する。溝２３７ａ〜ｄによって、外縁部２３２および内縁部２３３の先端部は、４つの磁極部２３８ａ〜ｄに分割される。
そして、コイル２６１ａを、磁極部２３８ａと磁極部２３６ａの２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部２３８ａと磁極部２３６ａに渡ってを巻回す。コイル２６１ｂ〜ｄもコイル２６１ａと同様に構成されている。
【００３３】
このように、第１軸方向電磁ヨーク２３’の内縁部２３３と外縁部２３２’に直接軸方向センサコイル２６を巻回すことにより、第２軸方向電磁ヨーク２５を設けることなく軸方向センサコイル２６を配設することができる。
この場合、軸方向電磁コイル２４の漏れ磁束の影響を抑制するために、軸方向電磁コイル２４と軸方向センサコイル２６との間にシールド部材２９を配置するようにする。
図３に示すように、シールド部材２９は、円環状のシールド部２９１とシールド部２９２から構成されている。
シールド部２９１は、第１軸方向電磁ヨーク２３’の外縁部２３２’に沿うように配置されている。また、シールド部２９１には、溝２３７ａ〜ｄに沿うように方形の遮蔽部２９１ａ〜ｄがシールド部２９１の内周から中心方向へ延びるように設けられている。
シールド部２９２は、第１軸方向電磁ヨーク２３’の内縁部２３３の内周に沿うように配置されている。
シールド部材２９としては、例えば、銅などの金属板または金属泊、金属粉等を固化した部材などを用いることが好ましい。
このように、シールド部材２９を円環状（短絡環状）のシールド部２９１とシールド部２９２を構成することによって、鎖交する磁束（漏れ磁束等）を短絡電流として消費させることができる。
【００３４】
従来の軸方向センサは、シャフト７の下端付近に配置されていた。
詳しくは、軸方向センサは、シャフト７の下端に取り付けられたフェライトなどの磁性体からなるターゲットと、ベース３側のターゲットと対向する位置に設けられたのセンサコイルから構成されていた。そして、ターゲットとセンサコイルにおけるインダクタンスの変化を検出することによって、シャフト７の軸方向の変位を検出していた。
センサのインダクタンスの変化量とエアギャップの変化量の関係は、非線形であり、エアギャップが小さくなる程、インダクタンスの変化量が急激に増加する特性を有している。
そのため、適正な感度を得るためには、エアギャップを特定の範囲において、高い精度で調整する必要があった。これを実現させるためには、高精度の部品の使用、調整精度の向上等が要求されるためコストの低減が困難であった。
そこで、本実施形態では、アーマチュア１９を挟み込むように、２つのセンサコイルを対向させて配置するようにしている。このように配置したセンサコイルにおいて、従来と同様の差動構成を用いることにより、センサのインダクタンスの変化量とエアギャップの変化量の関係の非線形特性が緩和されて、線形特性に近づく。従って、エアギャップを高精度で調整する必要がなくなるためセンサの位置調整が不要となる。
【００３５】
また、本実施の形態によれば、ロータ軸の変位、具体的にはアーマチュア１９の変位の検出を、対象物に近接した位置で行うことができるため、変位センサの検出感度を向上させることができる。
さらに、このように第１軸方向電磁ヨーク２３または第２軸方向電磁ヨーク２５に軸方向センサコイル２６を配置することにより、軸方向電磁石を作用させる磁極を軸方向センサと共用することができる。
これにより軸方向センサによる対象物の検出点と、軸方向磁気軸受の電磁石の作用点とを一致させることができるため、軸方向磁気軸受装置１３の制御精度を向上させることができる。
【００３６】
次に、径方向磁気軸受装置１１、１２の詳細について説明する。
図４は、本実施の形態に係る径方向磁気軸受装置１１、１２の断面図を示した図である。なお、径方向磁気軸受装置１１および径方向磁気軸受装置１２は、同一構造であるため、ここでは、径方向磁気軸受装置１１の構造について説明する。
径方向磁気軸受装置１１には、４つの制御磁極部３１ａ〜ｄが回転軸線の回りに９０度間隔に配設されている。
各制御磁極部３１ａ〜ｄは、シャフト７と同心の円筒状の環状鉄心３０の内周壁に設けられた鉄心片３２と鉄心片３３とが対となった鉄心対を備えている。環状鉄心３０、鉄心片３２および鉄心片３３は、磁性体の部材によって構成されている。
磁性体部材としては、例えば、積層珪素鋼板やフェライトなどが用いられている。
【００３７】
鉄心片３２および鉄心片３３は電磁極であり、径方向電磁コイル３４が巻回されている。そして、径方向電磁コイル３４に通電することによって鉄心片３２および鉄心片３３は磁化されそれぞれ異なる極性を有する磁極となり、シャフト７を吸引する吸引力を作用させる電磁石の磁極として作用する。
鉄心片３２および鉄心片３３の先端部には両鉄心片に渡って径方向センサコイル３６が巻回されている。そして、径方向センサコイル３６に通電することによって鉄心片３２および鉄心片３３は、シャフト７の変位を検出する径方向変位センサとしても作用する。
径方向電磁コイル３４と径方向センサコイル３６との間には、シールド板３５が設けられている。
なお、制御磁極部３１ａ〜ｄの詳細については後述する。
【００３８】
シャフト７は、制御磁極部３１ｂによってＸ軸方向の正方向に、制御磁極部３１ｄによってＸ軸の負方向に吸引し、さらに、制御磁極部３１ａによってＹ軸方向の正方向に、制御磁極部３１ｃによってＹ軸の負方向に吸引されている。
このようにしてシャフト７と制御磁極部３１ａ〜ｄとのギャップ長（隙間距離）が均一となるように電磁石の磁力を制御することによってシャフト７を径方向に非接触状態で支持している。
なお、シャフト７と制御磁極部３１ａ〜ｄとのギャップ長の変位は、径方向変位センサによって検出する。
【００３９】
図５は、制御磁極部３１ａ〜ｄの構成を示した図である。
なお、制御磁極部３１ａ〜ｄは、全て同一構造であるため、ここでは、制御磁極部３１ａの構造について説明する。
制御磁極部３１ａは、径方向磁極部４３、径方向電磁コイル３４、シールド板３５、および径方向センサコイル３６によって構成されている。
径方向磁極部４３には、矩形状の鉄心片３２および鉄心片３３が、環状鉄心３０の内周壁からシャフト７の方向に突出するように、隣接して形成されている。
鉄心片３２および鉄心片３３は、軸方向に延びた矩形状の磁性体の部材によって形成されている。
【００４０】
鉄心片３２および鉄心片３３には、軸方向の中心部に１本の溝３７、３８がそれぞれ円周方向に延びる向きに設けられている。
溝３７によって鉄心片３２は、磁極部３９と磁極部４０に分割され、同様に、溝３８によって鉄心片３３は、磁極部４１と磁極部４２に分割されている。
なお、磁極部３９〜４２の先端部のシャフト７と対向する面を磁極面３９ａ、４０ａ、４１ａ、４２ａとする。
【００４１】
径方向電磁コイル３４は、コイル３４ａおよびコイル３４ｂから構成されている。
コイル３４ａは、鉄心片３２を軸芯として数ターン巻回され、また。コイル３４ｂは、鉄心片３３を軸芯として数ターン巻回されている。
なお、コイル３４ａおよびコイル３４ｂは、並列に接続されている。
このようにして、径方向電磁コイル３４は径方向磁極部４３に配置されている。
コイル３４ａおよびコイル３４ｂに通電することによって鉄心片３２および鉄心片３３は磁化されそれぞれ異なる極性を有する磁極となり、シャフト７を吸引する吸引力を作用させる電磁石の磁極として作用する。
【００４２】
シールド板３５は、径方向電磁コイル３４の漏れ磁束をシールド（遮断）するための電磁遮蔽板である。シールド板３５を設けることにより径方向電磁コイル３４から発生する磁束が他の部分に及ぼす影響を低減させることができる。
シールド板３５は、導体板または導体網などで形成され、磁気軸受装置に設けられた制御回路のグラウンドレベルの電位に接地されている。
シールド板３５は、鉄心片３２、３３を囲むように形成された、縁部に切れ目がない一続きの環状の部材によって構成されている。つまり、外縁部が短絡された部材によって構成されている。
つまりシールド板３５は、ショートリング（短絡環）を構成することによって、鎖交する磁束（漏れ磁束等）を短絡電流として消費させることができるようになっている。
【００４３】
シールド板３５の内縁は、鉄心片３２、３３の側面に沿った形状となっている。さらに、シールド板３５には、鉄心片３２と鉄心片３３との隙間に沿うように外縁部から中央方向に延びた方形の遮蔽部３５ａ、３５ｂが設けられている。
このように遮蔽部３５ａ、３５ｂを設けることにより鉄心片３２と鉄心片３３との間から漏れる磁束を適切に遮蔽することができる。
シールド板３５は、例えば銅箔や銅板などによって形成されることが望ましく、強度の高い磁束を遮蔽する場合には、これらの部材を数枚重ねて用いるようにする。
【００４４】
径方向センサコイル３６は、コイル３６ａおよびコイル３６ｂから構成されている。
コイル３６ａは、磁極部３９と磁極部４１の２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部３９と磁極部４１に渡って数ターン巻回されている。
コイル３６ｂは、磁極部４０と磁極部４２の２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部４０と磁極部４２に渡って数ターン巻回されている。コイル３６ａ、３６ｂは、溝３７、３８に配置されるように巻回されている。
従って、コイル３６ａおよびコイル３６ｂの両巻線は、それぞれ共通の溝３７、３８を用いて各磁極部３９〜４２の側面に配置されている。
なお、コイル３６ａおよびコイル３６ｂは、並列に接続されている。
【００４５】
コイル３６ａ、３６ｂは、磁極部３９〜４２の先端部分に配置されている。磁極部３９〜４２上の径方向センサコイル３６の配置部分と径方向電磁コイル３４の配置部分とは重複しないように配置されている。
なお、シールド板３５は、径方向センサコイル３６と径方向電磁コイル３４との間に配置されている。
【００４６】
このようにして、径方向センサコイル３６は、シールド板３５を介して径方向電磁コイル３４が配置された径方向磁極部４３に配置されている。
径方向センサコイル３６は、高周波電流が通電されることによって磁束が発生し、磁極部３９〜４２を伴って、径方向変位センサを構成する。
コイル３６ａ、３６ｂに高周波電流が流れると各磁極部３９〜４２が径方向変位センサの磁極として作用する。つまり各磁極部３９〜４２に磁極が形成される。すると、各磁極部３９〜４２において磁束が発生する。
【００４７】
インダクタンス形の径方向変位センサは、この磁束の変化量を検出することによってシャフト７の軸方向の変位を検出する。
径方向センサコイル３６に高周波電流が流れることによって、磁極部３９〜４２の表面にうず電流が発生し損失が増加してしまう。
このうず電流の発生を抑制するために、磁極部３９〜４２の磁極面３９ａ、４０ａ、４１ａ、４２ａに軸方向に延びる溝（スリット）を、磁極面３９ａ、４０ａ、４１ａ、４２ａの軸方向の磁極面に放射方向に延びる溝（スリット）を設けている。
また、このようなスリット加工を施す代わりに、磁極部３９〜４２つまり鉄心片３２と鉄心片３３を鉄粉を焼結させて形成された部材を用いるようにしてもよい。
なお、本実施の形態に係る径方向磁気軸受装置１１、１２の磁極の極性の詳細については、後述する。
【００４８】
本実施の形態によれば、径方向電磁コイル３４と径方向センサコイル３６を溝３７、３８を用いて鉄心片３２、３３上に配置することにより、鉄心片３２、３３を電磁石の磁極と径方向変位センサの磁極と共用することができる。つまり、電磁石の磁極を同時に径方向変位センサの磁極として用いることができる。従って、径方向変位センサを専用の磁極を別に設けることなく構成することができる。
【００４９】
本実施の形態では、吸引力をシャフト７に作用させるための電磁石の磁極３２、３３の溝３７、３８を除く全ての部分を径方向変位センサの磁極と共用している。そのため、変位センサに用いられる磁極３９〜４２の磁極面３９ａ、４０ａ、４１ａ、４２ａの面積を十分に確保することができる。
径方向変位センサに対して、このように広い磁極面を確保することができるため、センサの検出感度を高めることが容易にできる。さらに、広い磁極面を確保することにより、磁極３９〜４２が飽和しにくくなり、径方向変位センサの検出感度の調整範囲を拡大することができる。
【００５０】
また、このように広い磁極面を確保することにより、径方向磁気軸受部に各磁極３９〜４２のばらつき（磁極面積や磁極体積などのばらつき）が存在しても、十分にその誤差を吸収することができる。つまり、これらのばらつきを無視することが可能な程度にまで抑えることができる。
【００５１】
さらに、このように広い磁極面を確保することにより、所定のインダクタンスを得るための径方向センサコイル３６の巻数を低減させることができる。径方向センサコイル３６の巻数を減らすことにより、径方向センサコイル３６をシート状のプリント基板、例えばフレキシブル基板に形成することができる。これにより、製造工程の削減を図ることが可能となる。
【００５２】
本実施の形態によれば、吸引力をシャフト７に作用させるための電磁石の磁束と径方向変位センサの磁束とが異なる方向に発生するためそれぞれの磁束が干渉しないようにすることができる。
詳しくは、径方向電磁コイル３４により発生する磁束は、シャフト７を経由し鉄心片３２と鉄心片３３の間を流れる。それに対し、径方向センサコイル３６は、鉄心片と３２と鉄心片３３をまたぐように配置されている。径方向センサコイル３６には、径方向電磁コイル３４により発生する磁束が鎖交しない。そのため、径方向電磁コイル３４により発生する磁束がノイズとして径方向センサコイル３６に混入することがない。
つまり、変位センサコイルに入る電磁石の磁束と出る磁束の値がほぼ一致する。従って、電磁石の磁束が径方向変位センサの磁束にほとんど重畳することがないため、電磁石の磁束の影響を受けることなく径方向変位センサを作用させることが可能となる。
【００５３】
また、本実施の形態によれば、径方向センサコイル３６を構成するコイル３６ａおよびコイル３６ｂを並列に接続されている。
ここで、コイル３６ａとコイル３６ｂの巻き数を共にＮ、端子電圧をＥａ、Ｅｂ、磁束をφａ、φｂ、時間をｔと仮定すると、Ｅａ＝Ｎｄφａ／ｄｔ、Ｅｂ＝Ｎｄφｂ／ｄｔの関係が成り立つ。両コイルは並列接続されているので、Ｅａ＝Ｅｂとなる。従って、ｄφａ＝ｄφｂとなり、コイル３６ａとコイル３６ｂの磁束の変化量が等しくなる。このため、コイル３６の磁束が他のコイルへ干渉することを抑制することができる。
このように、径方向センサコイル３６を構成するコイル３６ａおよびコイル３６ｂを並列に接続することにより、変位センサの磁束が他に及ぼす影響を低減させることができ、径方向磁気軸受装置１１、１２の精度を向上させることができる。
【００５４】
次に、制御磁極部３１ａ〜ｄの変形例１〜３について説明する。
（変形例１）
図６は、制御磁極部３１ａの変形例１の構成を示した図である。
なお、上述した図５に示す実施の形態と同一部分（重複する箇所）には、同一の符号を用い詳細な説明を省略する。
制御磁極部３１ａ（変形例１）は、径方向磁極部５０、径方向電磁コイル３４、シールド板３５および径方向センサコイル５８によって構成されている。
【００５５】
径方向磁極部５０は、環状スペーサ５７、環状鉄心３０を円周方向に２分割した環状鉄心５１および環状鉄心５２によって構成されている。
環状スペーサ５７は、非磁性体の円環状の部材によって形成され、環状鉄心５１と環状鉄心５２とによって挟持されている。
環状スペーサ５７を形成する非磁性体の部材としては、例えば、アルミニウムや強化プラスチックなどが用いられている。
環状鉄心５１には、内周壁からシャフト７の方向に突出するように、矩形状の磁極部５３および磁極部５４が隣接して形成されている。
同様に環状鉄心５２には、内周壁からシャフト７の方向に突出するように、矩形状の磁極部５５および磁極部５６が隣接して形成されている。
なお、磁極部５３〜５６の先端部のシャフト７と対向する面を磁極面５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａとする。
【００５６】
径方向電磁コイル３４は、コイル３４ａおよびコイル３４ｂから構成されている。
コイル３４ａは、磁極部５３と磁極部５５の２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部５３と磁極部５５に渡って数ターン巻回されている。磁極部５３と磁極部５５によってコイル３４ａが巻回される電磁極が構成されている。
コイル３４ｂは、磁極部５４と磁極部５６の２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部５４と磁極部５６に渡って数ターン巻回されている。磁極部５４と磁極部５６によってコイル３４ｂが巻回される電磁極が構成されている。
なお、コイル３４ａおよびコイル３４ｂは、並列に接続されている。
このようにして、径方向電磁コイル３４は径方向磁極部５０に配置されている。
コイル３４ａおよびコイル３４ｂに通電することによって磁極部５３、５５および磁極部５４、５６は、磁化されそれぞれ異なる極性を有する磁極となり、シャフト７を吸引する吸引力を作用させる電磁石の磁極として作用する。
【００５７】
シールド板３５は、導体板または導体網などで形成された電磁遮蔽板であり、図５で示した実施の形態で用いたものと同様のシールド板３５によって構成されている。
シールド板３５の内縁は、磁極部５３〜５６の側面に沿った形状となっている。さらに、シールド板３５には、磁極部５３と磁極部５４、磁極部５５と磁極部５６との隙間に沿うように中央方向に延びた方形の遮蔽部３５ａ、３５ｂが設けられている。
このように遮蔽部３５ａ、３５ｂを設けることにより磁極部５３と磁極部５４、磁極部５５と磁極部５６との間から漏れる磁束を適切に遮蔽することができる。
【００５８】
径方向センサコイル５８は、コイル５８ａ、コイル５８ｂ、コイル５８ｃおよびコイル５８ｄから構成されている。
コイル５８ａは、磁極部５３を軸芯として数ターン巻回されている。
同様に、コイル５８ｂは磁極部５５、コイル５８ｃは磁極部５４、コイル５８ｄは磁極部５６を軸芯として数ターン巻回されている。
なお、コイル５８ａ、コイル５８ｂ、コイル５８ｃおよびコイル５８ｄは、全て並列に接続されている。
コイル５８ａ、コイル５８ｂ、コイル５８ｃおよびコイル５８ｄは、磁極部５３〜５６の先端部分に配置されている。磁極部５３〜５６上の径方向センサコイル３６の配置部分と径方向電磁コイル３４の配置部分とは重複しないように配置されている。
なお、シールド板３５は、径方向センサコイル５８と径方向電磁コイル３４との間に配置されている。
【００５９】
（変形例２）
図７は、制御磁極部３１ａの変形例２の構成を示した図である。
なお、上述した図５に示す実施の形態または変形例１と同一部分（重複する箇所）には、同一の符号を用い詳細な説明を省略する。
制御磁極部３１ａ（変形例２）は、径方向磁極部５０、径方向センサコイル５８、シールド部６１、径方向電磁コイル３４、およびシールド板６２によって構成されている。
【００６０】
径方向磁極部５０は、変形例１と同一の構造である。
径方向センサコイル５８は、コイル５８ａ、コイル５８ｂ、コイル５８ｃおよびコイル５８ｄから構成されている。コイル５８ａは、磁極部５３を軸芯として数ターン巻回されている。
同様に、コイル５８ｂは磁極部５５、コイル５８ｃは磁極部５４、コイル５８ｄは磁極部５６を軸芯として数ターン巻回されている。
このようにして、径方向センサコイル５８は径方向磁極部５０に配置されている。
なお、変形例２では、コイル５８ａ、コイル５８ｂ、コイル５８ｃおよびコイル５８ｄの配置場所は、磁極部５３〜５６の先端部に限定されるものではなく、磁極部５３〜５６の側面の任意の場所に配置するようにしてもよい。例えば、磁極部５３〜５６の側面の中央部、または側面の全域に渡るように配置するようにしてもよい。
【００６１】
シールド部６１は、シールドリング６１ａ、６１ｂ、６１ｃおよび６１ｄから構成されている。
シールドリング６１ａ、６１ｂ、６１ｃおよび６１ｄは、径方向センサコイル５８から漏れる磁束をシールドするための電磁遮蔽部材であり、帯状のシールド効果の高い金属板（例えば銅板）を加工した部材によって形成されている。なお、帯状のシールドリングの巻きはじめと巻き終わりの端部は、重なり合うようになっているが、電気的には接触していない。
シールドリング６１ａは、巻回されたコイル５８ａを覆うように磁極部５３の側面に配置されている。
同様に、シールドリング６１ｂはコイル５８ｂを覆うように磁極部５５の側面、シールドリング６１ｃはコイル５８ｃを覆うように磁極部５４の側面、シールドリング６１ｄはコイル５８ｄを覆うように磁極部５６の側面に配置されている。
【００６２】
また、シールドリング６１ａ、６１ｂ、６１ｃおよび６１ｄは、金属板を加工した部材を用いるようにしているが、金属板の代わりに金属箔（銅箔）を用いるようにしてもよい。
このような金属箔を用いた場合、形状の変形や加工は容易になるが、部材が大変薄いため十分なシールド効果を得るために複数重ねて配置するようにする。
【００６３】
径方向電磁コイル３４は、コイル３４ａおよびコイル３４ｂから構成されている。
コイル３４ａは、磁極部５３と磁極部５５の２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部５３と磁極部５５に渡って、シールドリング６１ａ、６１ｂを介して数ターン巻回されている。磁極部５３と磁極部５５によってコイル３４ａが巻回される電磁極が構成されている。
コイル３４ｂは、磁極部５４と磁極部５６の２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部５４と磁極部５６に渡って、シールドリング６１ｃ、６１ｄを介して数ターン巻回されている。磁極部５４と磁極部５６によってコイル３４ｂが巻回される電磁極が構成されている。
なお、コイル３４ａおよびコイル３４ｂは、並列に接続されている。
【００６４】
このようにして、径方向電磁コイル３４は、径方向センサコイル５８およびシールド部６１を介して径方向磁極部５０に配置されている。
径方向電磁コイル３４と径方向センサコイル５８との間にシールド部６１を介することにより、径方向電磁コイル３４と径方向センサコイル５８の両コイルを磁極部５３〜５６の先端部に配置することが可能になる。これにより、径方向磁気軸受装置１１、１２の制御精度を向上させることができる。
また、径方向電磁コイル３４と径方向センサコイル５８との間にシールド部６１を介することにより、径方向電磁コイル３４と径方向センサコイル５８の両コイルの配置位置が制限されることがない、つまり、両コイルを任意の位置に配置することができるため、設計の自由度を向上させることができる。
コイル３４ａおよびコイル３４ｂに通電することによって磁極部５３、５５および磁極部５４、５６は、磁化されそれぞれ異なる極性を有する磁極となり、シャフト７を吸引する吸引力を作用させる電磁石の磁極として作用する。
【００６５】
シールド板６２は、導体板または導体網などで形成された電磁遮蔽板であり、磁気軸受装置に設けられた制御回路のグラウンドレベルの電位に接地されている。
シールド板６２は、磁極部５３〜５６を囲むように形成された、縁部に切れ目がない一続きの環状の部材によって構成されている。外縁部が短絡された部材によって構成されている。つまり、シールド板６２の内縁は、磁極部５３〜５６の側面に沿った形状となっている。
即ち、シールド板６２によってショートリング（短絡環）を構成することにより、鎖交する磁束（漏れ磁束等）を短絡電流として消費させることができるようになっている。
【００６６】
このようにシールド板６２を磁極部５３〜５６の先端部に配置することにより、漏れ磁束がシャフト７に及ぼす影響を低減させることができる。
シールド板６２は、例えば銅箔や銅板などによって形成されることが望ましく、強度の高い磁束を遮蔽する場合には、これらの部材を数枚重ねて用いるようにする。
【００６７】
（変形例３）
図８は、制御磁極部３１ａの変形例３の構成を示した図である。
なお、上述した図５に示す実施の形態または変形例１、２と同一部分（重複する箇所）には、同一の符号を用い詳細な説明を省略する。
制御磁極部３１ａ（変形例３）は、径方向磁極部７０、径方向電磁コイル３４、シールド板７２径方向およびセンサコイル３６によって構成されている。
【００６８】
径方向磁極部７０は、環状スペーサ５７、環状鉄心３０を円周方向に２分割した環状鉄心５１および環状鉄心５２、磁性部材７１、７２によって構成されている。
環状スペーサ５７は、非磁性体の円環状の部材によって形成され、環状鉄心５１と環状鉄心５２とによって挟持されている。
環状鉄心５１には、内周壁からシャフト７の方向に突出するように、矩形状の磁極部５３および磁極部５４が隣接して形成されている。
同様に環状鉄心５２には、内周壁からシャフト７の方向に突出するように、矩形状の磁極部５５および磁極部５６が隣接して形成されている。
【００６９】
磁性部材７１は、磁性体の矩形状の部材によって形成され、磁極部５３と磁極部５５とによって挟持されている。
同様に、磁性部材７２は、磁性体の矩形状の部材によって形成され、磁極部５４と磁極部５６とによって挟持されている。
磁性部材７１、７２は、例えば、積層珪素鋼板やフェライトなどで形成されている。
なお、磁極部５３〜５６の先端部のシャフト７と対向する面を磁極面５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａとする。
【００７０】
径方向電磁コイル３４は、コイル３４ａおよびコイル３４ｂから構成されている。
コイル３４ａは、磁極部５３と磁極部５５の２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部５３と磁極部５５に渡って数ターン巻回されている。磁極部５３と磁極部５５によってコイル３４ａが巻回される電磁極が構成されている。
コイル３４ｂは、磁極部５４と磁極部５６の２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部５４と磁極部５６に渡って数ターン巻回されている。磁極部５４と磁極部５６によってコイル３４ａが巻回される電磁極が構成されている。
なお、コイル３４ａおよびコイル３４ｂは、並列に接続されている。
このようにして、径方向電磁コイル３４は径方向磁極部７０に配置されている。
コイル３４ａおよびコイル３４ｂに通電することによって磁極部５３、５５および磁極部５４、５６は、磁化されそれぞれ異なる極性を有する磁極となり、シャフト７を吸引する吸引力を作用させる電磁石の磁極として作用する。
【００７１】
シールド板７２は、径方向電磁コイル３４の漏れ磁束をシールド（遮断）するための電磁遮蔽板である。シールド板７２を設けることにより径方向電磁コイル３４から発生する磁束が他の部分に及ぼす影響を低減させることができる。
シールド板３５は、導体板または導体網などで形成され、磁気軸受装置に設けられた制御回路のグラウンドレベルの電位に接地されている。
シールド板７２は、磁極部５３〜５６を囲むように形成された、縁部に切れ目がない一続きの環状の部材によって構成されている。
つまりシールド板７２は、ショートリング（短絡環）を構成することによって、鎖交する磁束（漏れ磁束等）を短絡電流として消費させることができるようになっている。
【００７２】
シールド板７２の内縁は、磁極部５３〜５６の側面に沿った形状となっている。さらに、シールド板７２には、磁極部５３と磁極部５５との隙間、および磁極部５４と磁極部５６との隙間に沿うように中央方向に延びた方形の遮蔽部７２ａ、７２ｂが設けられている。
このように遮蔽部７２ａ、７２ｂを設けることにより磁極部５３と磁極部５５との隙間、および磁極部５４と磁極部５６との隙間から漏れる磁束を適切に遮蔽することができる。
シールド板７２は、例えば銅箔や銅板などによって形成されることが望ましく、強度の高い磁束を遮蔽する場合には、これらの部材を数枚重ねて用いるようにする。
【００７３】
径方向センサコイル３６は、コイル３６ａおよびコイル３６ｂから構成されている。
コイル３６ａは、磁極部５３と磁極部５４の２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部５３と磁極部５４に渡って数ターン巻回されている。
コイル３６ｂは、磁極部５５と磁極部５６の２つの磁極部を軸芯として、つまり磁極部５５と磁極部５６に渡って数ターン巻回されている。
なお、コイル３６ａおよびコイル３６ｂは、並列に接続されている。
【００７４】
コイル３６ａ、３６ｂは、磁極部５３〜５６の先端部分に配置されている。磁極部５３〜５６上の径方向センサコイル３６の配置部分と径方向電磁コイル３４の配置部分とは重複しないように配置されている。
なお、シールド板７２は、径方向センサコイル３６と径方向電磁コイル３４との間に配置されている。
【００７５】
このようにして、径方向センサコイル３６は、シールド板７２を介して径方向電磁コイル３４が配置された径方向磁極部７０に配置されている。
径方向センサコイル３６は、高周波電流が通電されることによって磁束が発生し、磁極部５３〜５６を伴って、径方向変位センサを構成する。
コイル３６ａ、３６ｂに高周波電流が流れると各磁極部５３〜５６が径方向変位センサの磁極として作用する。つまり各磁極部５３〜５６に磁極が形成される。すると、各磁極部５３〜４５６において磁束が発生する。
インダクタンス形の径方向変位センサは、この磁束の変化量を検出することによってシャフト７の軸方向の変位を検出する。
【００７６】
このような径方向磁気軸受部の変形例１、変形例２および変形例３によれば、制御磁極部３１ａを構成する４つの磁極部を、磁極に溝を設けることなく単純な形状の部材によって構成することができるため、製造コストを低減させることができる。
特に、径方向磁気軸受装置では、珪素鋼板などによって磁極を構成することが多い。この珪素鋼板は、とても薄い部材であるため形状の加工時にバリや変形を起こしやすいが、このような単純な形状の磁極部によって磁極を構成することによりこのような不具合の発生を抑制することができる。
【００７７】
次に、本実施の形態に係る径方向磁気軸受装置１１、１２、および変形例１〜３に示す径方向磁気軸受装置１１、１２の制御磁極部３１ａ〜ｄにおける磁極の極性にいて説明する。
図９は、図４に示すＡ−Ａ’部において径方向磁気軸受装置１１、１２を展開した場合の各磁極の極性の状態を示した図である。なお、径方向磁気軸受装置１１、１２は、対象構造となっているため、ここでは、径方向磁気軸受装置１１、１２の半分について説明する。
【００７８】
図９には、各磁極の先端部における磁極性のみを簡易的に示し、電磁石の極性については、上下段とも同一の極性を有しているため吸気口５の方向から見た展開図のみを示す。  また、変位センサの極性については、シャフト７の方向から見た展開図を記載している。なお、図５に示す本実施の形態を変形例１〜３と区別するために「代表形態」と示す。
図９では、径方向磁気軸受部の吸気口５側に設けられている磁極を上段、排気口６側に設けられている磁極を下段と表現する。
【００７９】
図９（ａ）は、本実施の形態に係る径方向磁気軸受装置１１、１２、および変形例３に示した径方向磁気軸受装置１１、１２における径方向磁気軸受部（以下「代表形態と変形例３」と示す）の各磁極の極性の状態を示した図である。
図９（ｂ）は、変形例１および変形例２に示した径方向磁気軸受装置１１、１２における径方向磁気軸受部（以下「変形例１および変形例２」と示す）の各磁極の極性の状態を示した図である。
また、変位センサは、高周波電流によって駆動されているため、磁極は一定ではなく常に変化、つまり極性が入れ替わっている。そのため、図中では、ある時点における状態を示している。
【００８０】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る径方向磁気軸受装置１１、１２、および変形例１〜３に示した径方向磁気軸受装置１１、１２の制御磁極部３１ａ〜ｄにおいては、電磁石は共通の磁極性の特性を有し、磁束の発生する向きつまり電磁石の磁路９３および磁路９４の形成される向きも同一となっている。
【００８１】
一方、径方向変位センサの磁極特性は、図９（ａ）と（ｂ）とで異なる特性を有し、磁束の発生する向きつまり磁路の形成される向きもことなっている。
図９（ａ）に示すように、代表形態と変形例３における径方向変位センサは、各段における磁極性が同一になるようにコイルが巻回されている。そして、上段と下段は、常に異なる磁極性を有し、変位センサの磁束は、上下方向に隣接する磁極間に径方向変位センサの磁路９５〜９８が形成されるように発生するようになっている。
なお、変形例３においては、磁極間に介在している磁性部材７１、７２を介して磁路９５〜９８が形成されるようになっている。
図９（ｂ）に示すように、変形例１と変形例２における変位センサは、上下方向に隣接する磁極の極性が、常に異なるようにコイルが巻回されている。そして、変位センサの磁束は、同一段上の隣接する磁極間に磁路９９〜１０２が形成されるように発生するようになっている。
【００８２】
上述した変形例１および変形例２においては、径方向センサコイル５８をコイル５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄによって構成し、これらの４つのコイルを並列に接続するようにしている。しかし、これらの４つのコイルを全て並列に接続するのではなく、コイル５８ａと５８ｂを直列に接続したものと、コイル５８ｃと５８ｄを直列に接続したものと、を並列に接続するようにしてもよい。
このように４つのコイルを直並列に接続することにより、所定のインダクタンス値を得るために必要な各コイルの巻き数を、全て並列に接続した場合の巻き数の４分の１にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本実施の形態に係る磁気軸受装置を用いた分子ポンプの構成を示した図である。
【図２】軸方向磁気軸受装置を構成する軸方向磁気軸受部の構成を示した図である。
【図３】軸方向磁気軸受部の変形例を示した図である。
【図４】本実施の形態に係る径方向磁気軸受装置の断面を示した図である。
【図５】制御磁極部の構成を示した図である。
【図６】制御磁極部の変形例の構成を示した図である（変形例１）。
【図７】制御磁極部の変形例の構成を示した図である（変形例２）。
【図８】制御磁極部の変形例の構成を示した図である（変形例３）。
【図９】図４に示すＡ−Ａ’部において径方向磁気軸受装置を展開した場合の各磁極の極性の状態を示した図である。
【符号の説明】
【００８４】
１    分子ポンプ
２    ケーシング
３    ベース
４    ロータ部
５    吸気口
６    排気口
７    シャフト
８    ロータ翼
９    円筒部材
１０    モータ部
１１    径方向磁気軸受装置
１２    径方向磁気軸受装置
１３    軸方向磁気軸受装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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