(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化を図ることができるラジアル磁気軸受装置の提供。【解決手段】ラジアル磁気軸受装置は、ロータに固定されたシャフト３を磁気的に非接触支持するラジアル電磁石と、変位センサと、ラジアル電磁石の電流を制御する磁気軸受駆動制御部と、を備えている。そして、ラジアル電磁石は、ロータのシャフト３を挟むように対向配置された一対のＮ極用凸部５２ｘｐ、５２ｘｍおよびシャフト３を挟むように対向配置された一対のＳ極用凸部５２ｙｐ、５２ｙｍが形成された環状のコア５０と、一対のＮ極用凸部５２ｘｐ、５２ｘｍおよび一対のＳ極用凸部５２ｙｐ、５２ｙｍの各々に巻き回された４つの電磁石コイル５３と、を有している。磁気軸受駆動制御部は、変位センサの検出値に基づいて、一対のＮ極用凸部５２ｘｐ、５２ｘｍから出た磁束線が一対のＳ極用凸部５２ｙｐ、５２ｙｍへと入るように４つの電磁石コイル５３に流れる電流を制御する。【選択図】図２
2012219941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記ロータを磁気的に非接触支持するラジアル電磁石と、
前記ラジアル電磁石によって非接触支持された前記ロータの、ラジアル方向への変位を検出する変位センサと、
前記ロータが所定支持位置に非接触支持されるように前記ラジアル電磁石の電流を制御する制御部と、を備えた２軸のラジアル磁気軸受装置において、
前記ラジアル電磁石は、前記ロータを挟むように対向配置された一対のＮ極用凸部および前記ロータを挟むように対向配置された一対のＳ極用凸部が形成された環状コアと、前記一対のＮ極用凸部および前記一対のＳ極用凸部の各々に巻き回された４つの電磁石コイルと、を有し、
前記制御部は、前記変位センサの検出値に基づいて、前記一対のＮ極用凸部から出た磁束線が前記一対のＳ極用凸部へと入るように前記４つの電磁石コイルに流れる電流を制御することを特徴とするラジアル磁気軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載のラジアル磁気軸受装置において、
前記環状コアは、前記隣接する前記Ｎ極用凸部と前記Ｓ極用凸部との間に各々配置され、ロータ方向に突出する４つの余剰磁束用凸部を備えたことを特徴とするラジアル磁気軸受装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のラジアル磁気軸受装置において、
前記制御部は、前記一対のＮ極用凸部に巻き回された各々の電磁石コイルの電流Ｉxp、Ｉxmと、前記一対のＳ極用凸部の各々に巻き回された各々の電磁石コイルの電流Ｉyp、Ｉymとを、式（1-1）〜(1-4)のように制御することを特徴とするラジアル磁気軸受装置。
Ｉxp＝{バイアス}＋{αｘ}＋(1/2)・{Ｆ(αｙ−バイアス)}  …（1-1）
Ｉxm＝{バイアス}−{αｘ}＋(1/2)・{Ｆ(αｙ−バイアス)}  …（1-2）
Ｉyp＝{バイアス}＋{αｙ}＋(1/2)・{Ｆ(αｘ−バイアス)}  …（1-3）
Ｉym＝{バイアス}−{αｙ}＋(1/2)・{Ｆ(αｘ−バイアス)}  …（1-4）
ただし、{バイアス}はロータ変位がゼロである前記所定支持位置に非接触支持されている時の電流値、{αｘ}はＮ極用凸部方向の変位検出値に基づく電流値、{αｙ}はＳ極用凸部方向の変位検出値に基づく電流値であって、関数Ｆ（β）は、β≧０ではＦ（β）＝βとなり、β＜０ではＦ（β）＝０となる関数である。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のラジアル磁気軸受装置と、
真空排気機能部が形成され、前記ラジアル電磁石により非接触支持されるロータと、
前記ロータを回転駆動するモータと、を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアル磁気軸受装置、およびそのラジアル磁気軸受装置を備えた真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気浮上式ターボ分子ポンプ等に用いられるラジアル磁気軸受では、Ｎ極およびＳ極を備えた電磁石を４つ備え、その内の２つをロータを挟むようにｘ軸に沿って配置し、他の２つをロータを挟むようにｙ軸に沿って配置するようにしている（例えば、特許文献１の図１１参照）。各電磁石はそれぞれ閉じた磁気回路を構成しており、各電磁石電流を独立に制御して各電磁石の吸引力を調整し、ロータを所望位置に支持するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０１３９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のラジアル磁気軸受では、Ｓ極およびＮ極を有する２極の電磁石をロータを挟んで一軸方向に対向配置しているので、２軸では磁極数は合計で８極となる。例えば、円環状のコアの内周側に磁極となる８つの凸部を形成し、その８つの凸部のそれぞれに電磁石コイルを巻回すように装着し、隣接する２つの電磁石コイルを結線することにより一つの電磁石が形成される。このように、ロータの周囲に８つの磁極を設けるような構成のため、コイル装着の余裕スペースを確保しようとするとその分ラジアル磁気軸受が大きくなり、ラジアル磁気軸受小型化の阻害要因の一つとなっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、ロータを磁気的に非接触支持するラジアル電磁石と、ラジアル電磁石によって非接触支持されたロータの、ラジアル方向への変位を検出する変位センサと、ロータが所定支持位置に非接触支持されるようにラジアル電磁石の電流を制御する制御部と、を備えた２軸のラジアル磁気軸受装置において、ラジアル電磁石は、ロータを挟むように対向配置された一対のＮ極用凸部およびロータを挟むように対向配置された一対のＳ極用凸部が形成された環状コアと、一対のＮ極用凸部および一対のＳ極用凸部の各々に巻き回された４つの電磁石コイルと、を有し、制御部は、変位センサの検出値に基づいて、一対のＮ極用凸部から出た磁束線が一対のＳ極用凸部へと入るように４つの電磁石コイルに流れる電流を制御することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のラジアル磁気軸受装置において、環状コアは、隣接するＮ極用凸部とＳ極用凸部との間に各々配置され、ロータ方向に突出する４つの余剰磁束用凸部を備えたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のラジアル磁気軸受装置において、制御部は、一対のＮ極用凸部に巻き回された各々の電磁石コイルの電流Ｉxp、Ｉxmと、一対のＳ極用凸部の各々に巻き回された各々の電磁石コイルの電流Ｉyp、Ｉymとを、式（1-1）〜(1-4)のように制御するようにした。
Ｉxp＝{バイアス}＋{αｘ}＋(1/2)・{Ｆ(αｙ−バイアス)}  …（1-1）
Ｉxm＝{バイアス}−{αｘ}＋(1/2)・{Ｆ(αｙ−バイアス)}  …（1-2）
Ｉyp＝{バイアス}＋{αｙ}＋(1/2)・{Ｆ(αｘ−バイアス)}  …（1-3）
Ｉym＝{バイアス}−{αｙ}＋(1/2)・{Ｆ(αｘ−バイアス)}  …（1-4）
ただし、{バイアス}はロータ変位がゼロである前記所定支持位置に非接触支持されている時の電流値、{αｘ}はＮ極用凸部方向の変位検出値に基づく電流値、{αｙ}はＳ極用凸部方向の変位検出値に基づく電流値であって、関数Ｆ（β）は、β≧０ではＦ（β）＝βとなり、β＜０ではＦ（β）＝０となる関数である。
請求項４の発明に係る真空ポンプは、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のラジアル磁気軸受装置と、真空排気機能部が形成され、ラジアル電磁石により非接触支持されるロータと、ロータを回転駆動するモータと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ラジアル磁気軸受装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係るラジアル磁気軸受装置を備えた真空ポンプの一実施の形態を示す図である。
【図２】ラジアル電磁石５を説明する図である。
【図３】２極タイプの電磁石を４つ配置した、従来のラジアル磁気軸受の一例を示す図である。
【図４】電磁石電流の駆動制御を説明するブロック線図である。
【図５】変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明に係るラジアル磁気軸受装置が設けられた真空ポンプの一実施の形態を示す図である。ターボ分子ポンプは、ポンプユニット１と、ポンプユニット１を駆動制御するためのコントロールユニット３０とを備えており、ポンプユニット１とコントロールユニット３０との間はケーブル８０によって接続されている。ケーブル８０は、電力を供給する電源ケーブルと、制御信号用の制御ケーブルとで構成されている。
【０００９】
ロータ２が取り付けられたシャフト３は、ベース４に設けられたラジアル電磁石５およびアキシャル電磁石６によって非接触支持されている。シャフト３の支持位置は、ベース４に設けられたラジアル変位センサ７１およびアキシャル変位センサ７２によって検出される。本実施の形態の磁気軸受装置は、ラジアル電磁石５およびラジアル変位センサ７１と、アキシャル電磁石６およびアキシャル変位センサ７２とで５軸制御型磁気軸受が構成されている。なお、磁気軸受装置が作動していない状態では、シャフト３はメカニカルベアリング２７，２８によって支持される。
【００１０】
シャフト３の下端には円形のディスク４１が設けられている。アキシャル電磁石６ではディスク４１を上下に挟むように電磁石が設けられており、それら一対の電磁石によりディスク４１を吸引することによりシャフト３がアキシャル方向に浮上する。ディスク４１はナット部材４２によりシャフト３の下端部に固定されている。
【００１１】
ロータ２には、回転軸方向に複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ポンプユニット１のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９を保持する機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
【００１２】
さらに、固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられており、ネジステータ１１の内周面とロータ２の円筒部１２との間にはギャップが形成されている。ロータ２と、スペーサ１０によって保持された固定翼９とは、吸気口１３ａが形成されたケーシング１３内に納められている。ロータ２が取り付けられたシャフト３を電磁石５，６により非接触支持しつつモータ７により回転駆動すると、吸気口１３ａ側のガスは背圧側に排気され、背圧側に排気されたガスは排気口２６に接続された補助ポンプにより排出される。
【００１３】
なお、回転翼８および円筒部１２は回転側の排気機能部を構成し、固定翼９およびネジステータ１１は固定側の排気機能部を構成している。
【００１４】
コントロールユニット３０には、主制御部３１の他に、電磁石５，６を駆動制御する磁気軸受駆動制御部３２およびモータ７を駆動制御するモータ駆動制御部３３が設けられている。主制御部３１からの指令に基づいて、磁気軸受駆動制御部３２による軸受制御およびモータ駆動制御部３３によるモータ７の制御が行われる。
【００１５】
図２はラジアル磁気軸受５の構成を説明する模式図である。円環状のコア５０は、磁極用として４つの凸部５２ｘｐ、５２ｘｍ、５２ｙｐ、５２ｙｍが形成されている。凸部５２ｘｐ、５２ｘｍ、５２ｙｐ、５２ｙｍには電磁石コイル５３がそれぞれ巻き回されている。
【００１６】
ｘ軸方向に対向配置されている凸部５２ｘｐ、５２ｘｍは、電磁石電流Ｉxp，ＩxmによってＮ極の磁極とされる。一方、ｙ軸方向に対向配置されている凸部５２ｙｐ、５２ｙｍは、電磁石電流Ｉyp，ＩymによってＳ極の磁極とされる。Ｎ極磁極である凸部５２ｘｐ、５２ｘｍから出た磁束は、それぞれＳ極磁極である２つの凸部５２ｙｐ、５２ｙｍに入る。例えば、凸部５２ｘｐ、ロータ３、凸部５２ｙｐおよびコア５０の円環部を通って凸部５２ｘｐに戻るループ状の磁路が形成される。すなわち、隣接する逆極性の磁極（凸部）との間に閉じた磁路がそれぞれ形成される。
【００１７】
図３は、２極タイプの電磁石を４つ配置した、従来のラジアル磁気軸受の一例を示したものである。電磁石ＸＰ０，ＸＭ０，ＹＰ０，ＹＭ０はそれぞれ、ロータ３と対向するように２つの磁極（Ｎ極，Ｓ極）を有している。そして、電磁石毎に閉じた磁路が形成されている。例えば、電磁石ＸＰ０の場合、Ｎ極から出た磁束は、ロータ３に入った後に同じ電磁石ＸＰ０のＳ極に入り、Ｎ極へと戻るようなループを形成している。そのため、電磁石電流Ｉxp，Ｉxm，Ｉyp，Ｉymを個別に制御して、各電磁石ＸＰ０，ＸＭ０，ＹＰ０，ＹＭ０による吸引力を独立に制御することが可能である。
【００１８】
各電磁石ＸＰ０，ＸＭ０，ＹＰ０，ＹＭ０の各磁極での磁束と電磁石電流とは近似的に比例するので、電磁石電流Ｉxp0，Ｉxm0，Ｉyp0，Ｉym0は次式（１ａ）〜（１ｄ）のように制御される。
Ｉxp0＝｛バイアス｝＋｛ｘ軸電流指令｝    …（１ａ）
Ｉxm0＝｛バイアス｝−｛ｘ軸電流指令｝    …（１ｂ）
Ｉyp0＝｛バイアス｝＋｛ｙ軸電流指令｝    …（１ｃ）
Ｉym0＝｛バイアス｝−｛ｙ軸電流指令｝    …（１ｄ）
【００１９】
式（１ａ）〜（１ｄ）において｛バイアス｝はバイアス電流であり、ロータ３が目標とする磁気浮上位置である軸受中央位置に支持されている時、すなわち、ロータ変位がゼロのときの電流指令に基づく電流値である。また、｛ｘ軸電流指令｝はｘ軸電流指令に基づく電流であり、｛ｙ軸電流指令｝はｙ軸電流指令に基づく電流である。｛ｘ軸電流指令｝および｛ｙ軸電流指令｝は、ロータ３が軸受中央位置（目標支持位置）から変位したときに、ロータ３を軸受中央位置に戻すための電流である。そのため、ロータ３が軸受中央位置に支持されている場合には、電流値｛ｘ軸電流指令｝，｛ｙ軸電流指令｝はゼロとなる。
【００２０】
一方、本実施の形態におけるラジアル電磁石５の場合には、図２に示すようにｘ軸方向に配設された磁極（凸部５２ｘｐ、５２ｘｍ）とｙ軸方向に配設された磁極（凸部５２ｙｐ、５２ｙｍ）とに跨るように磁路が形成される。
【００２１】
そのため、凸部５２ｘｐの磁束Φxpは電磁石電流Ｉxpによって形成されるものであるが、凸部５２ｘｐからでた磁束Φxpは隣接する２つの凸部５２ｙｐ，５２ｙｍに入っている。その結果、凸部（磁極）から出た磁束がコア５０から溢れ出ないようにするためには、電磁石電流Ｉxp，Ｉyp，Ｉymを相互に関連させて制御する必要がある。凸部５２ｘｍの磁束Φxmを形成している電磁石電流Ｉxmについても同様であって、電磁石電流Ｉxm，Ｉyp，Ｉymを相互に関連させて制御する必要がある。すなわち、磁極から出た磁束がコア５０から溢れ出ないように、電磁石電流Ｉxp，Ｉxm，Ｉyp，Ｉymを相互に関連させて制御する必要がある。
【００２２】
図４は、電磁石電流の駆動制御を説明するブロック線図であり、図１の磁気軸受駆動制御部３２の構成を示したものである。凸部５２ｘｐに設けられた電磁石コイル５３には、Ｉxp制御回路３０３から電磁石電流Ｉxpが供給される。凸部５２ｘｍの電磁石コイル５３には、Ｉxm制御回路３０４から電磁石電流Ｉxmが供給される。凸部５２ｙｐの電磁石コイル５３には、Ｉyp制御回路３０５から電磁石電流Ｉypが供給される。凸部５２ｙｍの電磁石コイル５３には、Ｉym制御回路３０６から電磁石電流Ｉymが供給される。
【００２３】
Ｘ軸制御回路３０１には、ラジアル変位センサ７１の検出値に基づくｘ軸変位信号が入力される。Ｘ軸制御回路３０１はｘ軸変位信号に基づいてｘ軸電流指令αｘを出力する。一方、Ｙ軸制御回路３０２には、ラジアル変位センサ７１の検出値に基づくｙ軸変位信号が入力される。Ｙ軸制御回路３０２はｙ軸変位信号に基づいてｙ軸電流指令αｙを出力する。
【００２４】
次式（２ａ）〜（２ｄ）は凸部５２ｘｐ，５２ｘｍ，５２ｙｐおよび５２ｙｍの各電磁石コイル５３に供給される電磁石電流Ｉxp，Ｉxm，Ｉyp，Ｉymを示したものである。なお、関数Ｆ（β）は、β≧０ではＦ（β）＝βとなり、β＜０ではＦ（β）＝０となる関数である。
Ｉxp＝{バイアス}＋{αｘ}＋(1/2)・{Ｆ(αｙ−バイアス)}  …（２ａ）
Ｉxm＝{バイアス}−{αｘ}＋(1/2)・{Ｆ(αｙ−バイアス)}  …（２ｂ）
Ｉyp＝{バイアス}＋{αｙ}＋(1/2)・{Ｆ(αｘ−バイアス)}  …（２ｃ）
Ｉym＝{バイアス}−{αｙ}＋(1/2)・{Ｆ(αｘ−バイアス)}  …（２ｄ）
【００２５】
図４に示すように、Ｉxp制御回路３０３には、電流指令αｘとバイアス信号との加算値にさらに信号(1/2)・Ｆ(αｙ−バイアス)を加算した信号が電流指令として入力される。式（２ａ）において、右辺第１項はバイアス信号に基づく電流値であり、右辺第２項はｘ軸方向の変位検出値に基づいて生成された電流指令αｘに基づく電流値である。これらは、式（１ａ）に示した従来の電磁石電流値Ｉxp0に相当する。式（２ａ）の右辺第３項は、隣接する凸部５２ｙｐ、５２ｙｍに設けられた電磁石コイル５３の電磁石電流Ｉyp，Ｉymの影響を表す項である。
【００２６】
電流指令αｙがバイアス信号よりも小さい場合には、式（２ａ），（２ｂ）の右辺第３項はゼロとなり、従来の式（１ａ），（１ｂ）と同じものになる。例えば、ロータ３が中央位置からｙ軸マイナス方向（凸部５２ｙｍ方向）に変位した場合を考える。この場合、ロータ３をｙ軸プラス方向へ吸引して中央位置へ戻すために、電磁石電流Ｉypを増加して凸部５２ｙｐの磁束Φypを大きくするとともに、電磁石電流Ｉymを減らして凸部５２ｙｍの磁束Φymを小さくするように制御する。このとき、ｘ軸方向の凸部５２xp、５２xmに入る磁束は磁束Φypに依存する分が増え、磁束Φymに依存する分が減少するので、合計の影響はゼロとなる。
【００２７】
ロータ３がｘ軸方向へ変位した場合の電磁石電流Ｉyp，Ｉymについても同様であって、電流指令αｘがバイアス信号よりも小さい場合には式（２ａ），（２ｂ）の右辺第３項はゼロとなる。このように、電流指令αｘ、αｙがバイアス信号よりも小さい場合には、式（２ａ）〜（２ｄ）は、式（１ａ）〜（１ｄ）と同じものになる。
【００２８】
一方、ロータ３の変位が大きくて電流指令αｘ，αｙがバイアス信号よりも大きくなる場合には、式（２ａ），（２ｂ）の右辺第３項は(1/2)・{αｙ−バイアス}となり、式（２ｃ）、（２ｄ）の右辺第３項は(1/2)・{αｘ−バイアス}となる。
【００２９】
電流指令αｘ，αｙがバイアス信号よりも大きい場合には、電流指令αｘ，αｙは正の数γｘ、γｙを用いて「バイアス＋γｘ」、「バイアス＋γｙ」のように表すことができる。これを用いると、上述した式（２ａ）〜（２ｄ）は次式（３ａ）〜（３ｄ）のように書き換えられる。
Ｉxp＝{バイアス}＋{αｘ}＋(1/2)・{γｙ}  …（３ａ）
Ｉxm＝{バイアス}−{αｘ}＋(1/2)・{γｙ}  …（３ｂ）
Ｉyp＝{バイアス}＋{αｙ}＋(1/2)・{γｘ}  …（３ｃ）
Ｉym＝{バイアス}−{αｙ}＋(1/2)・{γｘ}  …（３ｄ）
【００３０】
例えば、ロータ３が中央位置からｘ軸マイナス方向に大きく変位して、αｘ≧（バイアス）となった場合を考える。この場合も、電流指令αｘによって電磁石電流Ｉxpを増加させると共に電磁石電流Ｉxmを減少させて、ロータ３を中央位置に引き戻すように制御する。このとき、αｙ＝０なので式（２ａ），（２ｂ）の右辺第３項はゼロになって、式（２ａ），（２ｂ）は電磁石電流Ｉxp＝{バイアス}＋{αｘ}、Ｉxm＝{バイアス}−{αｘ}となる。ただし、電磁石電流ＩxmについてはマイナスにはできないのでＩxm＝０のように制御することになる。
【００３１】
ロータ３が中央位置にある場合、電磁石電流Ｉxp，Ｉxmの電流値はいずれも{バイアス}であって、凸部５２ｘｐ、５２ｘｍの磁束Φxp，Φxmは電流値{バイアス}に対応する値となる。ｙ軸方向の各凸部５２ｙｐ、５２ｙｍには、各磁束Φxp，Φxmの半分の磁束がそれぞれ入ることになる。すなわち、各凸部５２ｙｐ、５２ｙｍには、電流値{バイアス}に対応する磁束がそれぞれ入る。
【００３２】
一方、ロータ３がｘ軸マイナス方向に大きく変位した場合には、凸部５２ｘｐの磁束Φxpは電磁石電流Ｉxp＝{バイアス}＋{αｘ}に比例した大きさとなるが、凸部５２ｘｍの電磁石コイル５３に流れる電磁石電流Ｉxmはゼロとなるため磁束ΦxmはΦxm＝０となる。そのため、ｙ軸方向の各磁極５２ｙｐ、５２ｙｍには、[{バイアス}＋{αｘ}]／２に対応する磁束がそれぞれ入ることになる。
【００３３】
このときの電磁石電流ＩxpはＩxp＝２{バイアス}＋{γｘ}となるので、各凸部５２ｙｐ、５２ｙｍに入る磁束は{バイアス}＋{γｘ}／２に比例したものとなる。そのため、凸部５２ｙｐ、５２ｙｍの各電磁石コイル５３に供給される電磁石電流Ｉyp，Ｉymは、凸部５２ｙｐ、５２ｙｍに入る磁束に見合った電流とされる。すなわち、凸部５２ｘｐ、５２ｘｍの磁束Φxp、Φxmと凸部５２ｙｐ、５２ｙｍの磁束Φyp、Φymとのバランス（全体のバランス）を取って、磁束がコア５０から溢れ出ないようにするために、式（２ｃ），（２ｄ）のように電磁石電流Ｉyp，Ｉymを制御する。ｘ軸に関する電磁石電流Ｉxp，Ｉxmについても同様に考える。
【００３４】
（変形例）
図５は本実施の形態の変形例を示す図である。上述した式（２ａ）〜（２ｄ）のように電磁石電流Ｉxp〜Ｉymを制御することで計算上は磁束のバランスが取れて、磁束がコア５０から溢れ出ないことになるが、実際上は電流計測の誤差、磁界と磁束の非直線性等が原因で全体のバランスを正確に取るのは困難である。図５に示す変形例では、上述した制御でバランスが取り切れなかった場合に余分な磁束を逃がすための磁極（ここでは、余剰磁極と呼ぶ）５４を、各磁極５２ｘｐ〜５２ｙｍ間に形成した。
【００３５】
図５（ａ）に示す例では、凸部５２ｘｐ、５２ｘｍから出た磁束の一部５５は、ｙ軸方向の凸部５２ｙｐ、５２ｙｍに入らずに余剰磁極５４へと入り、コア５０を通って凸部５２ｘｐ、５２ｘｍへと戻っている。一方、図５（ｂ）に示す例では、凸部５２ｙｐ、５２ｙｍの電磁石コイル５３で発生した磁束の一部５５は余剰磁極５４を通って凸部５２ｙｐ、５２ｙｍへ戻るような閉ループを形成している。誤差等によって想定されたような磁束とならなかった場合であっても、図５のように一部の磁束５５が余剰磁極５４を通って閉ループを形成することにより、ラジアル電磁石５によるロータ支持の安定化が図られる。
【００３６】
上述した実施の形態のラジアル磁気軸受装置は、ロータ２に固定されたシャフト３を磁気的に非接触支持するラジアル電磁石５と、ラジアル電磁石５によって非接触支持されたロータ２の、ラジアル方向への変位を検出する変位センサ７１と、ロータ２が所定支持位置に非接触支持されるようにラジアル電磁石５の電流を制御する磁気軸受駆動制御部３２と、を備えている。そして、ラジアル電磁石５は、図２に示すようにシャフト３を挟むように対向配置された一対のＮ極用凸部５２ｘｐ、５２ｘｍおよびシャフト３を挟むように対向配置された一対のＳ極用凸部５２ｙｐ、５２ｙｍが形成された環状のコア５０と、一対のＮ極用凸部５２ｘｐ、５２ｘｍおよび一対のＳ極用凸部５２ｙｐ、５２ｙｍの各々に巻き回された４つの電磁石コイル５３と、を有している。磁気軸受駆動制御部３２は、変位センサ７１の検出値に基づいて、一対のＮ極用凸部５２ｘｐ、５２ｘｍから出た磁束線が一対のＳ極用凸部５２ｙｐ、５２ｙｍへと入るように４つの電磁石コイル５３に流れる電流を制御する。
【００３７】
ラジアル電磁石５を図２に示すような構成とすることにより、ラジアル電磁石５の磁極の数および電磁石コイル５３の数を従来の８から４へと減らすことができる。これにより、コア５０に電磁石コイル５３を組み込む際の余裕できるとともに、ラジアル電磁石５の小型化も図ることができる。また、同一外径寸法のコア５０であっても従来より磁極（凸部５２ｘｐ、５２ｘｍ、５２ｙｐ、５２ｙｍ）の断面積を大きくできるので、同一スペースでより強力なラジアル電磁石５を設計することができ、また、軸径および荷重が同一であればラジアル電磁石５の外径をより小さくすることができる。
【００３８】
また、隣接するＮ極用凸部５２ｘｐ、５２ｘｍとＳ極用凸部５２ｙｐ、５２ｙｍとの間に各々配置され、環状コア部５１からロータ方向に突出する４つの余剰磁極５４を備えたことにより、電流計測の誤差、磁界と磁束の非直線性等が有る場合や磁気飽和等が生じた場合であっても、余剰磁極５４から余分な磁束５５を逃がすことにより、ラジアル電磁石５によるロータ支持の安定性を確保することができる。
【００３９】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、真空ポンプとして磁気軸受式ターボ分子ポンプを例に説明したが、磁気軸受式でなくても良いし、ターボ分子ポンプの他にドラッグポンプのような真空ポンプでも良い。また、本実施の形態のラジアル磁気軸受装置は、真空ポンプ以外の装置の軸受としても使用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１：ポンプユニット、２：ロータ、３：シャフト、４：ベース、５：ラジアル電磁石、６：アキシャル電磁石、７：モータ、８：回転翼、９：固定翼、１１：ネジステータ、１２：円筒部、３０：コントロールユニット、３１：主制御部、３２：磁気軸受駆動制御部、３３：モータ駆動制御部、５０：コア、５２ｘｐ、５２ｘｍ、５２ｙｐ、５２ｙｍ：凸部、５３：電磁石コイル、５４：余剰磁極、７１：ラジアル変位センサ、７２：アキシャル変位センサ、３０１：Ｘ軸制御回路、３０２：Ｙ軸制御回路、３０３：Ｉxp制御回路、３０４：Ｉxm制御回路、３０５：Ｉyp制御回路、３０６：Ｉym制御回路、Ｉxp，Ｉxm，Ｉyp，Ｉym：電磁石電流、Φxp，Φxm、Φyp，Φym：磁束
【図１】
2012219941.tif 000003
【図２】
2012219941.tif 000004
【図３】
2012219941.tif 000005
【図４】
2012219941.tif 000006
【図５】
2012219941.tif 000007