(57)【要約】【課題】従来よりも回転軸の軸方向長さが短く、また装置内部の汚染を低減することができる磁気軸受装置の提供を目的とする。【解決手段】ロータ４は筐体２内部に配置され、スラスト磁気軸受５およびラジアル磁気軸受６により回転軸３の軸方向およびこれと直交する方向に磁気的に非接触の状態で支持されている。またロータ４は、電動機７により回転軸３回りに回転駆動される。ロータ４には円盤４ａが設けられ、この円盤４ａには回転軸３の軸方向に貫通し半径方向に沿って等間隔に形成された３６本のスリット８が設けられている。スラスト磁気軸受５およびラジアル磁気軸受６は円盤４ａのスリット８が形成された面に対向するように配置されている。スラスト磁気軸受５およびラジアル磁気軸受６に起因して円盤４ａに発生する渦電流はスリット８で遮られるので、渦電流による悪影響が回避される。【選択図】図２
2005098520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向の両端面および前記回転軸に直交する方向の外周面に貫通して形成されたスリットを有する回転可能な円盤状のロータと、
前記ロータを前記軸回りに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ロータの前記回転軸方向の一端面に対向して配置され、前記一端面に前記ロータの前記回転軸の側から前記外周面の側に流れる磁束を形成する第１の電磁石と、
前記ロータの前記回転軸方向の他端面に対向して配置され、前記他端面に前記ロータの前記外周面の側から前記回転軸の側に流れる磁束を形成する第２の電磁石と、
前記ロータの前記外周面に対向して配置され、前記外周面に前記一端面側から前記他端面側に流れる磁束を形成する第３の電磁石と、
を備えることを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
前記ロータは、
前記ロータの半径方向に沿って、前記回転軸方向の両端面および前記回転軸に直交する方向の外周面に貫通して形成されたスリットを備え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】
前記ロータは、内部空間を有し、
前記回転駆動手段は前記内部空間に挿入され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】
回転軸方向の両端面および前記回転軸に直交する方向の内周面に貫通して形成されたスリットを有する回転可能な円盤状のロータと、
前記ロータを前記軸回りに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ロータの前記回転軸方向の一端面に対向して配置され、前記一端面に前記ロータの前記外周面の側から前記回転軸の側に流れる磁束を形成する第１の電磁石と、
前記ロータの前記回転軸方向の他端面に対向して配置され、前記他端面に前記ロータの前記回転軸の側から前記外周面の側に流れる磁束を形成する第２の電磁石と、
前記ロータの前記内周面に対向して配置され、前記内周面に前記一端面側から前記他端面側に流れる磁束を形成する第３の電磁石と、
を備えることを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項５】
前記ロータと同心円状に配置される第１の環状磁石と、
前記ロータと同心円状に配置され、前記第１の環状磁石とは逆向きに着磁された第２の環状磁石と、
を備えることを特徴とする請求項１または４に記載の磁気軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体基板（ウエハ）に所定成分の薄膜を成長させる化学気相成長装置（ＣＶＤ装置）等のような装置では、ロータを回転支持する軸受装置には主に玉軸受が用いられている。
【０００３】
このような化学気相成長装置は、減圧された清浄な雰囲気での運転を必要とする。したがって、構成要素に玉軸受を用いて構成された従来の装置では、玉軸受の潤滑油が拡散してウエハに成膜される薄膜を汚損し、製品の歩留りを低下させてしまう問題があった。また、玉軸受に錆が発生すると清浄な雰囲気を汚染してしまうと共に、発生した錆で軸受にかじりが生じて安定したロータの回転が不可能になる場合があった。このような場合には玉軸受の交換を要するが、交換には多大な時間を費やすものであった。
【０００４】
そこで、構成要素として玉軸受を用いる代わりに、磁気軸受装置を用いることが検討されている。磁気軸受装置は非接触，無潤滑，長寿命等の特徴を有することから多方面で様々な研究や用途開発が進められている。
【０００５】
従来の磁気軸受装置は、例えば図１５に示すように構成されている。この磁気軸受装置９０は、筐体９１内に収納され回転軸９２の下方端側にスラスト円盤９３ａを設けた縦型のロータ９３と、このスラスト円盤９３ａの上下面に隙間を設けて磁極を対向させロータ９３のスラスト方向を非接触に支持するためのスラスト磁気軸受９４を構成する電磁石９４ａ，９４ｂを具備している。また、ロータ９３は、その回転軸９２の上部および下部に設けられたラジアル磁気軸受９５，９６によってラジアル方向に対して非接触に支持され、電動機（モータ）９７によって回転軸９２回りに回転駆動される。
【０００６】
ラジアル磁気軸受９５，９６は、回転軸９２の軸方向に積層した状態でロータ９３に固定された円筒状をなす積層継鉄部９３ｂ，９３ｃと、これらに対向する位置で筐体９１に固定され周方向に４等配された上部電磁石９５ａ，９５ｂ，９５ｃ，９５ｄ（９５ｂ，９５ｄは図示せず）および下部電磁石９６ａ，９６ｂ，９６ｃ，９６ｄ（９６ｂ，９６ｄは図示せず）から構成されている。
【０００７】
さらに、筐体９１内には図示しない変位センサが設けられており、この変位センサによってロータ９３の軸方向および半径方向の変位が検出され、これに基づいて制御部（図示せず）からの制御信号によりスラスト磁気軸受９４とラジアル磁気軸受９５，９６が制御される。
【０００８】
このように構成された従来の磁気軸受装置では、スラスト磁気軸受９４とラジアル軸受９５，９６、図示しない変位センサ、電動機９７が回転軸９２の方向に沿って並設されている。そのため、磁気軸受装置が回転軸９２の方向に長尺となってしまう。さらに、ロータ９３に設けられた積層継鉄部９３ｂ，９３ｃは減圧された筐体９１の内部にその積層端面が露出するものであるため、この積層端面が錆びるような状況にあるとロータ９３の回転により錆が飛散してしまい、筐体９１内を汚染してしまう。特にＣＶＤ装置ではウエハに成膜される薄膜が汚損され、製品の歩留りを低下させてしまう可能性があった。
【特許文献１】特開平１０−７０８６６号公報
【特許文献２】特開昭５３−８８４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように従来の磁気軸受装置では、ラジアル磁気軸受が回転軸の軸方向に複数箇所にわたって配列されているので、装置が軸方向に長尺なものとなっていた。また、筐体内に露出する積層継鉄の端面の発錆によって筐体内を汚染してしまう恐れがあった。そこで本発明は、従来よりも回転軸の軸方向長さが短く、また装置内部の汚染を低減することができる磁気軸受装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明では、回転軸方向の両端面および前記回転軸に直交する方向の外周面に貫通して形成されたスリットを有する回転可能な円盤状のロータと、前記ロータを前記軸回りに回転駆動する回転駆動手段と、前記ロータの前記回転軸方向の一端面に対向して配置され、前記一端面に前記ロータの前記回転軸の側から前記外周面の側に流れる磁束を形成する第１の電磁石と、前記ロータの前記回転軸方向の他端面に対向して配置され、前記他端面に前記ロータの前記外周面の側から前記回転軸の側に流れる磁束を形成する第２の電磁石と、前記ロータの前記外周面に対向して配置され、前記外周面に前記一端面側から前記他端面側に流れる磁束を形成する第３の電磁石と、を備えることを特徴とする磁気軸受装置とした。
【００１１】
また本発明では、回転軸方向の両端面および前記回転軸に直交する方向の内周面に貫通して形成されたスリットを有する回転可能な円盤状のロータと、前記ロータを前記軸回りに回転駆動する回転駆動手段と、前記ロータの前記回転軸方向の一端面に対向して配置され、前記一端面に前記ロータの前記外周面の側から前記回転軸の側に流れる磁束を形成する第１の電磁石と、前記ロータの前記回転軸方向の他端面に対向して配置され、前記他端面に前記ロータの前記回転軸の側から前記外周面の側に流れる磁束を形成する第２の電磁石と、前記ロータの前記内周面に対向して配置され、前記内周面に前記一端面側から前記他端面側に流れる磁束を形成する第３の電磁石と、を備えることを特徴とする磁気軸受装置とした。
【００１２】
上記のように構成された本発明の磁気軸受装置によれば、ロータの回転方向に対して導電性を非連続的な状態にする導電性調節手段が設けられるとともに、ロータを磁気吸引力により所定の軸方向およびそれと直交する方向（スラスト方向およびラジアル方向）に対して非接触に支持する複数の電磁石が設けられている。そのため、ロータの回転に伴い発生する渦電流による渦電流損が、スラスト方向とラジアル方向の両方向にわたって弱められる。したがって、従来のように積層継鉄を用いて装置を構成する必要がなくなり、回転軸方向に短く、装置内部の汚染を低減することが可能な磁気軸受装置が実現する。
【発明の効果】
【００１３】
これによれば、従来のものに比べて回転軸方向に短く、装置内部の汚染を低減することが可能な磁気軸受装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の磁気軸受装置の第１の実施形態に係る側断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００１５】
磁気軸受装置１におけるロータ４は、略円筒形状の筐体２内に収納され、回転軸３の下方端付近に円盤４ａを取り付けている。またこの円盤４ａの上下面には、隙間を介して磁極を対向させることによりロータ４のスラスト方向（回転軸３の軸方向）および傾き方向（回転軸３の傾き方向）に対してロータ４を非接触に支持するための上部電磁石５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄおよび下部電磁石５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ（但し、５ｆと５ｈは図示せず）が設けられている。これら上部電磁石５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄおよび下部電磁石５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈはスラスト磁気軸受５を構成している。またロータ４の円盤４ａの外周面には、隙間を介して磁極を対向させることによりロータ４のラジアル方向（回転軸３と直交する方向）に対して非接触に支持するための電磁石６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが設けられている。これら電磁石６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄはラジアル磁気軸受６を構成している。
【００１６】
また筐体２内の上部電磁石５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの上方には、ロータ４を回転駆動するための電動機７が設けられている。ロータ４の円盤４ａ外周側には、回転軸３の軸方向に貫通し半径方向に沿って等間隔に形成されたスリット（導電性調節手段）８が、ここでは計３６本設けられている。
【００１７】
図３は、スラスト磁気軸受５およびラジアル磁気軸受６の磁束の流れを説明するための図であり、スラスト磁気軸受５の上部電磁石５ｃと下部電磁石５ｇおよびラジアル磁気軸受６の電磁石６ｃのみを拡大して示している。
【００１８】
これらスラスト磁気軸受５の上部電磁石５ｃと下部電磁石５ｇおよびラジアル磁気軸受６の電磁石６ｃは、ロータ４の円盤４ａに設けたそれぞれのスリット８が形成する面に対してほぼ平行な面内で磁路を形成することになる。つまり、スラスト磁気軸受５の上部電磁石５ｃの磁束Ｍ１は、円盤４ａの半径方向に対して外側から内側に流れ、上部電磁石５ｃと円盤４ａとの隙間を通って電磁石ヨークに入り、閉ループを構成している。また、スラスト磁気軸受５の下部電磁石５ｇの磁束Ｍ２は、円盤４ａの半径方向に対して内側から外側に流れ、下部電磁石５ｇと円盤４ａとの隙間を通って電磁石ヨークに入り、閉ループを構成している。さらに、ラジアル磁気軸受６の電磁石６ｃの磁束Ｍ３は、円盤４ａの軸方向に対して上側から下側に流れ、電磁石６ｃと円盤４ａとの隙間を通って電磁石ヨークに入り、閉ループを構成している。これらＭ１，Ｍ２，Ｍ３が形成する面は、スリット８が形成する面とほぼ平行である。
【００１９】
スラスト磁気軸受５の上部電磁石５ａ，５ｂ，５ｄと下部電磁石５ｅ，５ｆ，５ｈおよびラジアル磁気軸受６の電磁石６ａ，６ｂ，６ｄについてはここでは図示していないが、図３と同様に磁束の流れが形成される。
【００２０】
次に、本発明における導電性調節手段、すなわち円盤４ａにスリット８を設けることによる作用を説明する。本発明において円盤４ａにスリット８を設けた理由は、ロータ４の円盤４ａが電動機７で回転駆動された時に発生する鉄損、特に渦電流損を低減させるためである。
【００２１】
つまり、仮にスリット８が形成されていない状態を考えた場合、円盤４ａは電動機７で回転駆動されると、スラスト磁気軸受５の上部電磁石５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと下部電磁石５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ、およびラジアル磁気軸受６の電磁石６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの磁極部に対向する上下面および外周面には、渦電流損が発生する。この渦電流損は、周方向に分割して配置されたスラスト磁気軸受５およびラジアル磁気軸受６の磁束が、周方向に対して一様ではなく分布してしまうために発生する。
【００２２】
従来の磁気軸受装置では、この渦電流損を低減するために積層継鉄が広く用いられている。しかし、積層継鉄を用いた渦電流損低減の方法はラジアル磁気軸受に対しては有効に働くが、スラスト磁気軸受に対してはその効果は期待できない。そこで本発明では、渦電流損がロータ４の回転に伴って発生することに着目し、スリット８を設けた円盤４ａを回転させるとともに、その周囲にラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受を配置した。
【００２３】
ロータ４の回転に伴い、スラスト磁気軸受５およびラジアル磁気軸受６に起因して円盤４ａには渦電流が誘起されるが、この渦電流は円盤４ａに設けたスリット８で遮られる。これは、スリット８が形成されているために円盤４ａの周方向に磁束が移動しないことに起因している。したがって、渦電流の発生を抑制することが可能となる。
【００２４】
このように構成された本実施形態の磁気軸受装置１では、導電性調節手段であるスリット８を設けたことにより、渦電流損の低減のための積層継鉄を使用することなくロータ４の円盤４ａの上下部と外周部にスラスト磁気軸受５およびラジアル磁気軸受６を配置することができる。したがって、ラジアル磁気軸受をその軸方向に複数配置した従来の磁気軸受装置に比べて軸方向長さが短くコンパクトな構成となる。
【００２５】
また、積層継鉄を用いる必要がなくなるため、筐体２内に露出する積層継鉄の端面が錆びることによる筐体内の汚染を防止することができる。また、積層継鉄を用いた場合に問題となる遠心力および熱膨張差変形に起因するアンバランスを除去または低減できるので、ロータ４の回転運動特性を向上でき、さらに大口径ロータを用いることが容易となる。
【００２６】
なお、図２では電動機７をスラスト磁気軸受５の上部電磁石５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの上側に設けた構成となっているが、例えばスラスト磁気軸受５の下部電磁石５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈの下側に設けた構成であってもよい。さらに、図３ではスラスト磁気軸受５の上部電磁石５ｃと下部電磁石５ｇおよびラジアル磁気軸受６の電磁石６ｃの磁束Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が記載されているが、磁束の流れが逆向きとなるように電磁石を制御しても、本発明の効果を期待することができる。
【００２７】
続いて、図４を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、以下に説明する各実施形態において第１の実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２８】
図４は本発明の第２の実施形態に係る磁気軸受装置１０の側断面図である。本実施形態における磁気軸受装置１０の特徴は、筐体２がロータ４の内部空間に挿入されるべく挿入部２ａを設け、この挿入部２ａに電動機７を取り付けることにより、電動機７をロータ４の内周部に配置した点にある。そのため、図示のようにラジアル磁気軸受６と電動機７を回転軸３の軸方向に対して同じ高さの位置に配置することが可能となる。
【００２９】
このような構成の第２の実施形態によれば、第１の実施形態に比べて軸方向長さが短くなり、コンパクトな磁気軸受装置を提供することができる。続いて、図５を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。図５は本発明の第３の実施形態に係る磁気軸受装置２０の側断面図である。本実施形態における磁気軸受装置２０の特徴は、筐体２の挿入部２ａの形状を図４に示したものから変形し、この挿入部２ａにラジアル磁気軸受６を取り付けることにより、ラジアル磁気軸受６をロータ４の円盤４ａの内周部に配置した点にある。なお、電動機７はロータ４の外周部に配置されている。そのため、図示のようにラジアル磁気軸受６と電動機７を回転軸３の軸方向に対して同じ高さの位置に配置することが可能となる。
【００３０】
このような構成の第３の実施形態によれば、先の実施形態と同様に軸方向長さが短くなり、コンパクトな磁気軸受装置を提供することができる。図６は、本発明の磁気軸受装置１におけるスラスト磁気軸受５およびラジアル磁気軸受６の変位センサ配置を説明する側断面図、図７は図６におけるＢ−Ｂ線断面図である。ここで、図６に示した側断面図は図７中のＣ−Ｃ線断面図に相当するものである。
【００３１】
スラスト磁気軸受５に用いるスラスト変位センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、ロータ４の円盤４ａの上面に対して空隙を介した状態で筐体２に等間隔に固定されている。これらスラスト変位センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、円盤４ａの内周付近上面（スリット８が形成されていない部分）を検出し、図示しないスラスト変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ４の軸方向変位および傾き方向変位を求める。これらスラスト変位センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの変位信号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によってスラスト磁気軸受５が位置決め制御される。
【００３２】
また、ラジアル磁気軸受６に用いるラジアル変位センサ１２ａ，１２ｂは、円盤４ａの上部でロータ４の外周面に対して空隙を介した状態で、９０°の位相差をもって筐体２に固定されている。これらラジアル変位センサ１２ａ，１２ｂは、ロータ４の外周面を検出し、図示しないラジアル変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ４の半径方向変位を求める。これらラジアル変位センサ１２ａ，１２ｂの変位信号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によってラジアル磁気軸受６が位置決め制御される。
【００３３】
なお、図６においてスラスト変位センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、ロータ４の円盤４ａの上面に対して空隙を介した状態で筐体２に固定されているが、円盤４ａの下面に空隙を介した状態で筐体２に固定しても良い。また、ラジアル変位センサ１２ａ，１２ｂは、円盤４ａの上部でロータ４の外周面に対して空隙を介した状態で筐体２に固定されているが、円盤４ａの下部でロータ４の外周面、またはロータ４の内周面に対して空隙を介した状態で筐体２に固定しても良い。
【００３４】
また、ここではスラスト変位センサの数は４個、ラジアル変位センサの数は２個の例を示したが、スラスト変位センサの数は３個以上、ラジアル変位センサの数は２個以上設けることにより、装置に必要となる空間５自由度を確実に検出することができる。
【００３５】
図８は、本発明の磁気軸受装置３０におけるスラスト磁気軸受５およびラジアル磁気軸受６の変位センサ配置を説明する側断面図、図９は図８におけるＤ−Ｄ線断面図である。ここで、図８に示した側断面図は図９中のＥ−Ｅ線断面図に相当するものである。
【００３６】
スラスト磁気軸受５に用いるスラスト変位センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈ（但し１３ｅ，１３ｆ，１３ｈは図示せず）は、ロータ４の円盤４ａの上面および下面に対して空隙を介した状態で筐体２に等間隔に固定されている。これらスラスト変位センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈは、円盤４ａの上面（スリット８が形成されている部分）を検出し、図示しないスラスト変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ４の軸方向変位および傾き方向変位を求める。これらスラスト変位センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈの変位信号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によってスラスト磁気軸受５が制御される。
【００３７】
また、ラジアル磁気軸受６に用いるラジアル変位センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、円盤４ａの外周側面に対して空隙を介した状態で、９０°の位相差をもって筐体２に固定されている。これら変位センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、円盤４ａの外周側面を検出し、図示しないラジアル変位センサ変換器および信号処理回路によってロータ４の半径方向変位を求める。こららラジアル変位センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの変位信号に基づき、図示しない制御部からの制御信号によってラジアル磁気軸受６が位置決め制御される。
【００３８】
なお、図８および図９ではスラスト変位センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈは、ロータ４の円盤４ａの上下面に空隙を介した状態で筐体２に固定されているが、円盤４ａの上下面にそれぞれ同一平面を形成するように少なくとも３組以上のスラスト変位センサを配置すれば良い。
【００３９】
図１０は、図８および図９に示す磁気軸受装置３０のラジアル変位センサ１４ａ，１４ｃの差動出力信号を説明するための図である。ロータ４が回転駆動すると、ラジアル変位センサ１４ａ，１４ｃの出力信号は回転同期成分の振動波形３１ａ，３２ａと、ロータ４の円盤４ａに設けたスリット８がラジアル変位センサ１４ａ，１４ｃの検出位置を通過する度に発生するパルス状の振動波形３１ｂ，３２ｂが重畳した出力波形３１，３２となる。このパルス状の振動波形３１ｂ，３２ｂは、ロータ４の振動変位とは関係なく、スリット８の影響で発生する誤差信号である。
【００４０】
そのため、ラジアル変位センサ１４ａの出力信号３１またはラジアル変位センサ１４ｃの出力信号３２を使用してラジアル磁気軸受６を浮上制御すると、ロータ４の回転駆動に伴ってパルス状の振動波形３１ｂまたは３２ｂに起因した振動が発生し、ロータ４の浮上特性が劣化する。そこで、両者の出力信号３１，３２の差動信号３３を浮上制御に用いることにより、スリット８の影響で発生するパルス状の振動波形３１ｂ，３２ｂを除去または低減することができ、良好な浮上特性が維持される。
【００４１】
さらに、円盤４ａの遠心力および熱膨張変形に起因する検出誤差を小さくできると共に、ラジアル変位センサの検出感度が２倍に向上することになるので、より高精度で安定性の高い磁気軸受装置が提供される。
【００４２】
また、図１０はラジアル変位センサ１４ａ，１４ｃの差動信号を説明するための図であるが、ラジアル変位センサ１４ｂと１４ｄおよびスラスト変位センサ１３ａと１３ｅ、１３ｂと１３ｆ、１３ｃと１３ｇ、１３ｄと１３ｈの組で同様に差動信号を生成し、それら差動信号を用いてラジアル磁気軸受６とスラスト磁気軸受５が制御することも可能である。
【００４３】
続いて、図１１および図１２を参照して本発明の第４の実施形態を説明する。図１１は本発明の第４実施形態に係る磁気軸受装置４０の側断面図であり、図１２は図１１中のＦ−Ｆ線断面図である。ここで、図１１に示した側断面図は図１２中のＧ−Ｇ線断面図に相当するものである。また、図１３および図１４はスラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の磁束の流れを説明するための図であり、それぞれ図１１および図１２に対応して描かれている。
【００４４】
本実施形態における磁気軸受装置４０は、筐体２内に収納され回転軸３の下方端付近に円盤４ａを設けたロータ４と、この円盤４ａの上下面には、隙間を介して磁極を対向させることによりロータ４のスラスト方向および傾き方向に対してロータ４を非接触に支持するための上部電磁石４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄおよび下部電磁石４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈ（但し、４１ｆと４１ｈは図示せず）が設けられている。これら上部電磁石４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄおよび下部電磁石４１ｅ，４１，４１ｇ，４１ｈはスラスト磁気軸受５を構成している。また、ロータ４の円盤４ａの外周面には、隙間を介して磁極を対向させることによりロータ４のラジアル方向に対して非接触に支持するための電磁石４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが設けられている。これら電磁石４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄはラジアル磁気軸受６を構成している。
【００４５】
また筐体２内の上部電磁石４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの上方には、ロータ４を回転駆動する電動機７が設けられている。ロータ４の円盤４ａ外周側には、回転軸３の軸方向に貫通し半径方向に沿って等間隔に形成されたスリット８が、ここでは計３６本設けられている。このスリット８は、第１の実施形態の場合と同様、ロータ４の円盤４ａが電動機７で回転駆動された時に発生する鉄損、特に渦電流損を低減する働きをする。
【００４６】
さらに本実施形態では、ロータ４の回転軸３を中心として筐体２に同心円状に装着された２個の環状磁石４３ａ，４３ｂが配置されている。これら環状磁石４３ａ，４３ｂは回転軸３の軸方向に対して互いに逆向きに着磁され、互いに対向する側の一端面がラジアル磁気軸受６の磁極４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄと磁気的に接続されている。一方、環状磁石４３ａ，４３ｂの他端面はスラスト磁気軸受５の上部磁極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄおよび下部磁極４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈにそれぞれ磁気的に接続されている。
【００４７】
また、スラスト磁気軸受５の上部磁極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄと下部磁極４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈは、筐体２に同心円状に装着された環状継鉄部４４によって磁気的に接続されている。
【００４８】
さらに、ラジアル磁気軸受６の磁極４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、周方向に９０°の位相差をもって筐体２に固定されており、その位置から回転軸３の方向に突出した形状をなしている。ラジアル磁気軸受６の磁極４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、全体として略環状の磁極リング４６を構成すると共に、筐体２に同心円状に装着され環状継鉄部４４の内側に内挿された非磁性材製（例えばアルミニウムやステンレス）からなる支持部材４５に固定されている。
【００４９】
また、スラスト磁気軸受５の上部磁極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄおよび下部磁極４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈにはそれぞれ制御コイル４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄと４７ｅ，４７ｆ，４７ｇ，４７ｈ（但し、４７ｆと４７ｈは図示せず）が巻装されており、同様にラジアル磁気軸受６の磁極４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄには制御コイル４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄが巻装されている。
【００５０】
図１３に示されるように、環状磁石４３ａ，４３ｂから発生した磁束Ｍ４ａ，Ｍ４ｂは、ラジアル磁気軸受６の磁極４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを通り、スラスト磁気軸受５の上部磁極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄと下部磁極４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈを通る閉ループを構成している。
【００５１】
ここで、例えばロータ４が半径方向に対して図１３の左方向に変位して図中左側の半径方向空隙長が狭くなった場合には、その狭くなった空隙を通過する磁束（吸引力）を弱め、図中右側の広くなった半径方向空隙長の磁束を通過する磁束（吸引力）を強くするように制御コイル４８ａ，４８ｃに電流を印加することで、ロータ４には図中右方向に磁気力が作用して安定化される。
【００５２】
また、図１４に示されるように、制御コイル４８ａ，４８ｃが作る磁束Ｍ５は磁極４２ａ→磁極リング４６→磁極４２ｃ→円盤４ａを通る閉ループを構成している。そしてその結果、磁極４２ａを通る磁束Ｍ４ａ，Ｍ４ｂと磁束Ｍ５とは互いに逆向きに流れて打消し合い、磁極４２ｃを通る磁束Ｍ４ａ，Ｍ４ｂと磁束Ｍ５は同じ向きに流れて強め合うことにより、上述した制御コイルによる半径方向の安定化浮上制御が達成される。
【００５３】
同様に、制御コイル４８ｂ，４８ｄ間を移動する磁束に関しても、上述した制御コイル４８ａ，４８ｃの場合と同様に、磁束が強め合うことにより安定に浮上制御される。また、例えばロータ４が軸方向に対して図１３の下方に変位し、図中下側の軸方向空隙長が小さくなった場合には、その空隙部の磁束（吸引力）を弱め、図中上側の広くなった軸方向空隙長の磁束（吸引力）を強くするように制御コイル４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ，４７ｅ，４７ｆ，４７ｇ，４７ｈに電流を印加することで、ロータ４には図中上方への磁気力が作用して安定化される。
【００５４】
ここで、制御コイル４７ａ，４７ｅが作る磁束Ｍ６ａは磁極４１ａ→環状継鉄部４４→磁極４１ｅ→円盤４ａを通る閉ループを構成している。そしてその結果、磁極４１ｅを通る磁束Ｍ４ｂと磁束Ｍ６ａとは互いに逆向きに流れて打消し合い、磁極４１ａを通る磁束Ｍ４ａと磁束Ｍ６ａは同じ向きに流れて強め合うことにより、上述した制御コイルによる軸方向の安定化浮上制御が達成される。
【００５５】
同様に制御コイル４７ｂ，４７ｆが作る磁束Ｍ６ｂ（図示せず）、制御コイル４７ｃ，４７ｇが作る磁束Ｍ６ｃ、制御コイル４７ｄ，４７ｈが作る磁束Ｍ６ｄ（図示せず）によっても軸方向の安定化浮上制御が達成されると共に、磁束Ｍ６ａ，Ｍ６ｂ，Ｍ６ｃ，Ｍ６ｄが独立に制御されているので、ロータ４の傾き方向に対しても安定化が実現される。
【００５６】
なお、各制御コイルの入力端は図示しない安定化浮上制御装置の出力端に接続されている。この安定化浮上制御装置は、例えば公知のゼロパワー制御方式を採用したものを採用することが可能であり、図示しない変位センサの出力信号を導入して各制御コイルの電流または電圧を制御するように構成されている。
【００５７】
また、本実施形態の説明ではスリット８の数を３６本に設定したものを示したが、本発明はこの本数に限定されるものではない。スリット８の数が増加した場合、ロータ４の回転に伴って生じる鉄損、特に渦電流損は低下するため、回転特性は向上する。しかし、ロータ４の円盤４ａの機械的強度は低下してしまう。したがって、スリット８の数や間隔は電動機７の容量やロータ４の許容発熱量、円盤４ａの機械的強度、回転数、スリット８の形状等によって最適値が定まり、実際の設計で任意に決定されるものである。本発明では、単に１本のスリットを設けるだけでも従来以上の効果を得ることができる。
【００５８】
また、上記各実施形態では、円盤４ａに対してスリット８を形成した例のみを示したが、ロータと円盤とを一体的に成形し、そこにスリットを形成してもよい。この場合、導電性調整手段はスリットのみということになる。
【００５９】
また、上記各実施形態では、スリットはラジアル方向およびスラスト方向に沿った状態で形成されたもののみを示したが、本発明はこれ以外の方向にスリットを形成した場合にも効果を期待することができる。つまり本発明では円盤４ａの表面に発生する渦電流がその回転方向に移動することを防止する必要があるが、例えばスリットをロータ半径方向からやや傾斜させた状態（渦巻き状）に形成しても、渦電流の低減に寄与することができる。すなわちスリットの形成角度は設計に応じて任意に設定することが可能である。
【００６０】
また、上記各実施形態では、円盤４ａに対してスリットを形成することにより導電性調整手段を構成した例のみを示したが、板状に形成された複数の部材をロータの周囲に所定間隔で接合し、全体として円盤状に形成しても本発明の効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の磁気軸受装置の第１の実施形態に係る側断面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図３】スラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の磁束の流れを説明するための図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る磁気軸受装置の側断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る磁気軸受装置の側断面図。
【図６】磁気軸受装置におけるスラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の変位センサ配置を説明する側断面図。
【図７】図６におけるＢ−Ｂ線断面図。
【図８】磁気軸受装置におけるスラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の変位センサ配置の他の例を説明する側断面図。
【図９】図８におけるＤ−Ｄ線断面図。
【図１０】図８および図９に示す磁気軸受装置３０のラジアル変位センサ１４ａ，１４ｃの差動出力信号を説明するための図。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る磁気軸受装置の側断面図。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ線断面図。
【図１３】スラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の磁束の流れを図１１で示した断面から説明するための図。
【図１４】スラスト磁気軸受およびラジアル磁気軸受の磁束の流れを図１２で示した断面から説明するための図。
【図１５】従来の磁気軸受装置を示す側断面図。
【符号の説明】
【００６２】
１，１０，１２０，３０，４０・・・磁気軸受装置
２・・・筐体
３・・・回転軸
４・・・ロータ
４ａ・・円盤
５・・・スラスト磁気軸受
６・・・ラジアル磁気軸受
７・・・電動機
８・・・スリット（導電性調節手段）
【図１】
2005098520.tif 000003
【図２】
2005098520.tif 000004
【図３】
2005098520.tif 000005
【図４】
2005098520.tif 000006
【図５】
2005098520.tif 000007
【図６】
2005098520.tif 000008
【図７】
2005098520.tif 000009
【図８】
2005098520.tif 000010
【図９】
2005098520.tif 000011
【図１０】
2005098520.tif 000012
【図１１】
2005098520.tif 000013
【図１２】
2005098520.tif 000014
【図１３】
2005098520.tif 000015
【図１４】
2005098520.tif 000016
【図１５】
2005098520.tif 000017