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WO2018211913A1 - 真空ポンプ、及び該真空ポンプに用いられる磁気軸受装置、並びに円環状電磁石 - Google Patents

真空ポンプ、及び該真空ポンプに用いられる磁気軸受装置、並びに円環状電磁石 Download PDF

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WO2018211913A1
WO2018211913A1 PCT/JP2018/016366 JP2018016366W WO2018211913A1 WO 2018211913 A1 WO2018211913 A1 WO 2018211913A1 JP 2018016366 W JP2018016366 W JP 2018016366W WO 2018211913 A1 WO2018211913 A1 WO 2018211913A1
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WO
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electromagnet
bobbin
vacuum pump
rotor shaft
coil winding
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/016366
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English (en)
French (fr)
Inventor
永偉 時
三輪田　透
坂口　祐幸
Original Assignee
エドワーズ株式会社
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Filing date
Publication date
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Priority to CN201880029802.1A priority patent/CN110691912B/zh
Priority to EP18802404.6A priority patent/EP3626970A4/en
Priority to KR1020197032757A priority patent/KR102530773B1/ko
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Definitions

  • the present invention relates to a vacuum pump, a magnetic bearing device used for the vacuum pump, and an annular electromagnet, and more particularly, to a small-sized vacuum pump capable of improving the attractive force of the electromagnet, and the vacuum pump.
  • the present invention relates to a magnetic bearing device and an annular electromagnet.
  • Rotating machines and the like under special environments such as vacuum pumps often use a magnetic bearing device that supports a rotating body in a non-contact manner as a bearing device (see, for example, Patent Document 1).
  • the magnetic bearing device is generally configured to support the load of the rotating body in a non-contact manner by attracting a target provided on the rotating body with a plurality of electromagnets provided around the rotating body. Therefore, if the electromagnet is not attracted to the target of the rotating body with an appropriate attracting force (magnetic force), the bearing accuracy may be lowered.
  • Patent Document 1 a rotor shaft is attached to the center of a rotating body having rotor blades, and an annular electromagnet is disposed outside the rotor shaft in the radial direction, and the rotor shaft is levitated and supported in the air by the annular electromagnet.
  • a structure is disclosed.
  • FIG. 13 shows a view of the magnetic bearing device 100 that floats and supports the rotor shaft 102 in the air by the annular electromagnet 101 when viewed from the upper side.
  • FIG. 14 is an enlarged view of a part of FIG.
  • the bearing device 100 shown in FIGS. 13 and 14 has a structure in which an annular electromagnet 101 is arranged concentrically with the rotor shaft 102 in a non-contact manner outside the rotor shaft 102 in the radial direction.
  • the annular electromagnet 101 includes an annular stator core 103 (hereinafter referred to as “annular stator core 103”) and a plurality of coil portions 104 attached to the inner peripheral wall 103a of the annular stator core 103.
  • the bearing device 100 constitutes a magnetic bearing, and the rotor shaft 102 is configured to allow only the degree of freedom of rotation around the axis.
  • the annular stator core 103 includes teeth 103b protruding so as to project from the inner peripheral wall 103a toward the center O with a predetermined interval in the circumferential direction. Eight are provided with corners.
  • the teeth 103b are formed in a rectangular cross section.
  • the coils 104 are respectively attached to the teeth 103b.
  • the second flange 109 of the bobbin 105 is placed in close contact with the inner peripheral wall 103a at the base of each tooth 103b to which the coil portion 104 is attached, that is, a part of the inner peripheral wall 103a of the annular stator core 103. Therefore, a core seat surface 103c formed in a planar shape is provided.
  • the coil unit 104 includes a bobbin 105 and a coil 106 in which a coil winding 106a is wound around the bobbin 105 a predetermined number of times.
  • the bobbin 105 is formed of an insulating material such as resin, and includes a bobbin main body 107, a first flange portion 108, and a second flange portion 109.
  • the bobbin main body 107 is a cylindrical body having a rectangular cross section penetrating in the front-rear direction and having a rectangular insertion hole 110 through which the teeth 103b can be inserted, and the coil winding 106a of the coil 106 is formed on the outer peripheral surface. It is wound a predetermined number of times.
  • the first flange portion 108 is provided on one end surface of the bobbin main body 107 located on the center O side of the annular stator core 103 so as to protrude from the outer peripheral surface of the bobbin main body 107 outward at a substantially right angle.
  • it is a rectangular hollow shape, that is, a so-called rectangular collar portion having a hole in the center.
  • the second flange portion 109 is provided on the end surface of the bobbin main body 107 opposite to the first flange portion 108 so as to protrude outward from the outer peripheral surface of the bobbin main body 107 at a substantially right angle.
  • the bobbin 105 formed in this manner can be applied from the other end side of the bobbin body 107 provided with the second flange 109 after the coil winding 106a is wound around the outer peripheral surface of the bobbin body 107 a predetermined number of times.
  • the teeth 103b of the annular stator core 103 to be inserted are respectively inserted, and the bobbins 105 are respectively attached to the teeth 103b.
  • the second flange 109 of the bobbin 105 is placed in close contact with the core seat surface 103c, and is fixed to each of the teeth 103b by means (not shown) (for example, fitting, bonding, etc.).
  • FIG. 13 shows the magnetic bearing device 100 in which the bobbins 105 around which the coils 106 are wound are respectively attached to the teeth 103b of the annular stator core 103 in this way.
  • annular electromagnet 101 has a structure in which an annular electromagnet 101 is disposed on the outer side in the radial direction of the rotor shaft 102 in a non-contact manner and concentrically with the rotor shaft 102.
  • the annular electromagnet 101 becomes a uniaxial electromagnet using the pair of coil portions 104 shown in FIG. 13, and four pairs of the uniaxial electromagnets are provided with a phase angle of 90 degrees, and the rotor shaft is generated by the magnetic force generated by each electromagnet.
  • the rotor shaft 102 is supported in a non-contact manner.
  • electromagnet 101 In the annular electromagnet 101 shown in FIG. 13, four electromagnets are arranged in pairs in the X axis and the Y axis, and in the + direction and the ⁇ direction (if necessary, these pairs are paired).
  • the electromagnets arranged in the form of electromagnet + X, electromagnet -X, electromagnet + Y, and electromagnet -Y).
  • the bobbins 105 attached to the teeth 103b of the pair of electromagnets -Y1 and -Y2 are end faces 108a on both sides in the circumferential direction of the first flange portion 108. And end faces 108b on both sides in the circumferential direction of the second flange 109 are formed at right angles.
  • the coil winding 106 a of the coil 106 is wound around each bobbin 105 with a substantially rectangular cross-section from the first flange portion 108 to the second flange portion 109. In other words, it is rectangular.
  • the attractive force F of the uniaxial electromagnet can be obtained by the following equation (1).
  • N is the number of turns of the coil winding 106a
  • i is the current flowing through the coil winding 106a
  • R is the magnetic resistance
  • S is the magnetic pole area
  • u is the permeability of the air gap
  • ⁇ is a half angle
  • k is a constant.
  • the bobbin 105 attached to each tooth 103b of the annular stator core 103 shown in FIG. 13 and FIG. 14 has an interval L6 between the first flanges 108 of adjacent bobbins 105 as shown in FIG. This is an interval between the outer edges 108c.
  • the interval L6 between the adjacent bobbins 105 is necessary as an interval so that the bobbins 105 do not interfere with each other during assembly. For this reason, the winding space of the coil 106 is restricted, and it is considered that the use of the same size bobbin 105 to increase the number of turns of the coil winding 106a to improve the attractive force has already reached a limit. It was.
  • each tooth 103b in the annular stator core 103 is provided. Is offset in order from the center O by the dimension e, and a bobbin 105 in which the coil 106 is rectangularly wound in a plan view is attached thereto, or as shown in FIG.
  • each tooth 103b in the annular stator core 103 is centered O
  • the shape of the conventional annular stator core 103 for example, the magnetic pole half angle ⁇ , the coil 106 thickness L1, the coil width L2, the plate thickness L3 of the first flange 108, and the second flange in FIGS. 109, the thickness L4 of the coil, the distance between the outermost periphery of the coil 106 and the outermost ends of the flanges 108, 109 of the bobbin 105, that is, the amount L5 of the protrusions 108, 109 protruding from the coil 106, the interval L6 between the bobbins 105, the bobbin
  • the number of turns of the coil winding wound around each bobbin is increased without changing each dimension of the interval L7 between the core seating surface 105 and the core bearing surface L8, and the magnetic pole connection thickness L8, that is, without changing the size of the conventional annular stator core.
  • the present invention has been proposed in order to achieve the above object, and the invention according to claim 1 is a magnetic bearing device which is disposed on the outer side in the radial direction of the rotor shaft and rotatably holds the rotor shaft.
  • the magnetic bearing device includes an annular stator core having a plurality of teeth provided on an inner peripheral wall at a predetermined interval in the circumferential direction of the rotor shaft, and a coil winding wound around the outer periphery.
  • the coil winding amount increasing means for increasing the winding amount of the coil winding wound around the bobbin main body is provided on at least one of the first flange portion and the second flange portion.
  • the coil winding amount increasing means has a plate thickness of the first flange portion on each end face in the circumferential direction of the first flange portion.
  • a vacuum pump is provided having a chamfer that slopes inwardly from an outer edge in a direction.
  • the first end of the adjacent bobbin is obtained by chamfering the both end faces in the circumferential direction of the first flange part inwardly from the outer edge in the plate thickness direction of the first flange part.
  • the distance between the inner edges of the buttocks can be greatly separated.
  • the coil winding amount increasing means is provided on both end surfaces in the circumferential direction of at least the first flange portions of the plurality of adjacent bobbins.
  • a vacuum pump having a notch into which a part of each of the plurality of bobbins adjacent to each other enters.
  • the adjacent bobbins are adjacent to each other by providing notches that allow a part of the adjacent bobbins to enter each other on at least both circumferential end surfaces of the first flanges. Even if the amount of overhang between the first collars of the bobbin is increased to reduce the distance between the inner edges of the first collars, the first collars of the adjacent bobbins will not interfere with each other during assembly. . Therefore, by enlarging the amount of overhang of the flanges and making the distance between the inner edges of the first flanges of the adjacent bobbins closer to each other, the coil windings are wound around the adjacent bobbins to the maximum, respectively.
  • a vacuum pump is obtained in which the attraction force of the annular electromagnet is further increased to enable operation in a state where the rotating rotor shaft is held more stably.
  • the said notch is provided in both the 1st collar part and the 2nd collar part, a better result can be anticipated.
  • the coil winding amount increasing means is provided on each end surface of the second flange portion in the circumferential direction.
  • a vacuum pump having a chamfer inclined inward from an inner edge in a plate thickness direction of the portion.
  • the invention according to claim 5 provides a magnetic bearing device used in the vacuum pump according to any one of claims 1 to 4.
  • the coil winding amount increasing means capable of increasing the winding amount of the coil winding wound around the bobbin body is provided, the number of windings of the coil winding wound around the bobbin body is increased so that the annular electromagnet It is possible to obtain a magnetic bearing device that can be operated in a state where the suction force is increased and the rotating rotor shaft is stably held.
  • the invention according to claim 6 provides an annular electromagnet used in the vacuum pump according to any one of claims 1 to 4.
  • the coil winding amount increasing means capable of increasing the winding amount of the coil winding wound around the bobbin body
  • the number of windings of the coil winding wound around the bobbin body is increased so that the annular electromagnet An annular electromagnet that can be operated in a state in which the attractive force is increased and the rotating rotor shaft is stably held can be obtained.
  • the vacuum pump capable of increasing the attractive force of the electromagnet by increasing the number of turns of the coil winding wound around each bobbin without changing the size of the conventional annular stator core, and the vacuum A magnetic bearing device used for a pump and an annular electromagnet can be obtained.
  • FIG. 1 It is the figure which showed schematic structure of the vacuum pump which concerns on embodiment of this invention. It is the figure which showed schematic structure of the magnetic bearing part in FIG. It is a schematic block diagram which expands and shows a part of annular
  • circular shaped electromagnet of FIG. It is a schematic block diagram shown in the state which enlarged the protrusion amount of the collar part in the annular electromagnet in FIG. 5, and shortened the distance between bobbins.
  • FIG. 6 is a plan view of the bobbin viewed from the directions of arrows A and B in FIG. 5, (a) corresponding to the arrow A direction, and (b) corresponding to the arrow B direction. It is a schematic block diagram shown as a 2nd modification of an annular
  • FIGS. 9A and 9B are plan views of the bobbin viewed from the directions of arrows A and B in FIG. 8, wherein FIG. 9A is a diagram corresponding to the arrow A direction, and FIG.
  • FIG. 14 is a partially enlarged view of FIG. 13. It is a schematic block diagram explaining the other example of the conventional magnetic bearing apparatus. It is a schematic block diagram explaining the further another example of the conventional magnetic bearing apparatus.
  • a vacuum pump having a magnetic bearing device that is disposed on the outer side in the radial direction of the rotor and rotatably holds the rotor shaft, the magnetic bearing device having an inner circumferential wall spaced a predetermined distance in the circumferential direction of the rotor shaft.
  • An annular stator core provided with a plurality of teeth, and an annular electromagnet having a plurality of bobbins wound around the plurality of teeth with coil windings wound around the outer periphery, and the plurality of bobbins are disposed on the outer periphery.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vacuum pump 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 1 shows a sectional view of the vacuum pump 10 in the axial direction.
  • the vacuum pump 10 a so-called composite blade type vacuum pump provided with a vacuum pump part T and a thread groove type pump part S will be described as an example.
  • the casing 11 forming the exterior body of the vacuum pump 10 has a cylindrical shape, and constitutes the exterior body of the vacuum pump 10 together with the base 12 provided at the bottom of the casing 11.
  • a structure that allows the vacuum pump 10 to exhibit an exhaust function, that is, a gas transfer mechanism, is housed inside the exterior body of the vacuum pump 10.
  • the gas transfer mechanism in the vacuum pump 10 includes a vacuum pump portion T on the intake port 13 side and a thread groove type pump portion S on the exhaust port 14 side. These structures that exhibit the exhaust function are roughly composed of a rotating part that is rotatably supported and a fixed part that is fixed to the casing 11.
  • a control device 28 that controls the operation of the vacuum pump 10 is connected to the outside of the exterior body of the vacuum pump 10.
  • the rotating part is composed of a rotor shaft (shaft) 16 and a rotor part 17 which are rotated by a motor part 15 described later.
  • the rotor shaft 16 is a rotating shaft of a cylindrical member.
  • a rotor portion 17 is attached to the upper end of the rotor shaft 16 by a plurality of bolts 18.
  • the rotor portion 17 is a rotating member disposed on the rotor shaft 16.
  • the rotor portion 17 includes a rotor blade 19 provided on the intake port 13 side (vacuum pump portion T), a cylindrical member 20 provided on the exhaust port 14 side (screw groove type pump portion S), and the like.
  • the rotor portion 17 is made of a metal such as stainless steel or aluminum alloy.
  • the rotor blade 19 is composed of a plurality of blades extending radially from the rotor portion 17 at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the rotor shaft 16.
  • the vacuum pump 10 is provided with a plurality of rotor blades 19 in the axial direction.
  • the cylindrical member 20 is composed of a member whose outer peripheral surface has a cylindrical shape.
  • a motor unit 15 that rotates the rotor shaft 16 is disposed in the middle of the rotor shaft 16 in the axial direction.
  • the motor unit 15 is configured by a DC brushless motor.
  • a permanent magnet 15 a is fixed to a portion of the rotor shaft 16 constituting the motor unit 15.
  • the permanent magnet 15 a is fixed so that the N pole and the S pole are arranged around the rotor shaft 16 every 180 °.
  • around the permanent magnet 15a for example, six electromagnets 15b are symmetrically opposed to the axis of the rotor shaft 16 every 60 ° through a predetermined gap (gap) from the rotor shaft 16.
  • the permanent magnet 15 a functions as a rotor portion (rotating portion) of the motor portion 15, and the electromagnet 15 b functions as a stator portion (fixed portion) of the motor portion 15.
  • the vacuum pump 10 includes a sensor that detects the number of rotations and the rotation angle (phase) of the rotor shaft 16, and the control device 28 detects the position of the magnetic pole of the permanent magnet 15 a fixed to the rotor shaft 16 by this sensor. Can be done.
  • the control device 28 switches the current of the electromagnet 15b of the motor unit 15 one after another according to the detected magnetic pole position, and generates a rotating magnetic field around the permanent magnet 15a of the rotor shaft 16.
  • the permanent magnet 15a fixed to the rotor shaft 16 follows the rotating magnetic field, whereby the rotor shaft 16 is configured to rotate.
  • a radial magnetic bearing unit 21 and a radial magnetic bearing unit that support the rotor shaft 16 in the radial direction, that is, support the load of the rotating unit in the radial direction. 22 is provided.
  • a thrust magnetic bearing portion 23 that supports the rotor shaft 16 in the axial direction (thrust direction), that is, supports the load of the rotating portion in the thrust direction.
  • the rotor shaft 16 (rotating portion) is supported by the radial magnetic bearing portions 21 and 22 in a non-contact manner in the radial direction (radial direction of the rotor shaft 16), and is thrust by the thrust magnetic bearing portion 23 (axial direction of the rotor shaft 16). Is supported in a non-contact manner.
  • These magnetic bearings constitute a so-called five-axis control type magnetic bearing, and the rotor shaft 16 has only a degree of freedom of rotation around the axis.
  • electromagnets 21b are arranged around the rotor shaft 16 so as to face each other by 90 °. These electromagnets 21b are disposed between the rotor shaft 16 and a gap (air gap).
  • This gap value is a value that takes into consideration the amount of vibration (swing amount) of the rotor shaft 16 in a steady state, the spatial distance between the rotor portion 17 and the stator portion (fixed portion), the performance of the radial magnetic bearing portion 21, and the like.
  • a target 21a is formed on the rotor shaft 16 that faces the electromagnet 21b.
  • the target 21a is attracted by the magnetic force of the electromagnet 21b of the radial magnetic bearing portion 21, so that the rotor shaft 16 is supported in a non-contact manner in the radial direction.
  • the target 21 a functions as a rotor portion of the radial magnetic bearing portion 21, and the electromagnet 21 b functions as a stator portion of the radial magnetic bearing portion 21.
  • the radial magnetic bearing portion 22 has the same configuration as the radial magnetic bearing portion 21. Specifically, the target 22a is attracted by the magnetic force of the electromagnet 22b of the radial magnetic bearing portion 22 so that the rotor shaft 16 is moved in the radial direction. It is designed to be supported without contact.
  • the thrust magnetic bearing portion 23 floats the rotor shaft 16 in the axial direction via a disk-shaped metal armature 24 provided perpendicular to the rotor shaft 16.
  • two electromagnets 23 a and 23 b are arranged on the thrust magnetic bearing portion 23 so as to face each other via the armature 24.
  • These electromagnets 23 a and 23 b are arranged with a gap between them and the armature 24.
  • This gap value is a value that takes into account the amount of vibration of the rotor shaft 16 in a steady state, the spatial distance between the rotor portion 17 and the stator portion, the performance of the thrust magnetic bearing portion 23, and the like.
  • the armature 24 is attracted by the magnetic force of the electromagnet of the thrust magnetic bearing portion 23, so that the rotor shaft 16 is supported in a non-contact manner in the thrust direction (axial direction).
  • displacement sensors 25 and 26 are formed in the vicinity of the radial magnetic bearing portions 21 and 22, respectively, so that the displacement of the rotor shaft 16 in the radial direction can be detected. Furthermore, a displacement sensor 27 is formed at the lower end of the rotor shaft 16 so that the displacement of the rotor shaft 16 in the axial direction can be detected.
  • the displacement sensors 25 and 26 are elements that detect the displacement of the rotor shaft 16 in the radial direction.
  • the displacement sensors 25 and 26 are constituted by inductance type sensors such as eddy current sensors provided with the coils 25b and 26b.
  • Coils 25 b and 26 b in the displacement sensors 25 and 26 are part of an oscillation circuit (not shown) formed in the control device installed outside the vacuum pump 10.
  • the displacement sensor 25 generates a high-frequency magnetic field on the rotor shaft 16 as a high-frequency current flows as the oscillation circuit oscillates.
  • the oscillation amplitude of the oscillator changes, whereby the displacement of the rotor shaft 16 can be detected.
  • the sensor for detecting the displacement of the rotor shaft 16 is not limited to this, and for example, a capacitance type or an optical type may be used.
  • control device 28 detects the radial displacement of the rotor shaft 16 based on the signals from the displacement sensors 25, 26, the control device 28 adjusts the magnetic force of the electromagnets 21 b, 22 b of the radial magnetic bearing portions 21, 22 to adjust the rotor shaft 16. Is moved back to a predetermined position. As described above, the control device 28 performs feedback control on the radial magnetic bearing portions 21 and 22 based on signals from the displacement sensors 25 and 26. As a result, the rotor shaft 16 is magnetically levitated in the radial direction at predetermined radial gaps (gap) from the electromagnets 21b and 22b in the radial magnetic bearing portions 21 and 22, and is held in a non-contact manner in the space.
  • gap predetermined radial gaps
  • the displacement sensor 27 also includes a coil 27b.
  • the displacement in the thrust direction is detected by detecting the distance from the target 27a provided on the rotor shaft 16 side facing the coil 27b.
  • the control device 28 detects the displacement of the rotor shaft 16 in the thrust direction by a signal from the displacement sensor 27, the control device 28 adjusts the magnetic force of each of the electromagnets 23a and 23b of the thrust magnetic bearing portion 23 to return the rotor shaft 16 to a predetermined position.
  • the control device 28 performs feedback control of the thrust magnetic bearing portion 23 based on the signal from the displacement sensor 27.
  • the rotor shaft 16 is magnetically levitated in the thrust direction in the thrust magnetic bearing portion 23 from the electromagnets 23a and 23b with a predetermined gap, and is held in the space without contact.
  • the rotor shaft 16 is held in the radial direction by the radial magnetic bearing portions 21 and 22, and is held in the thrust direction by the thrust magnetic bearing portion 23, so that it rotates around the axis.
  • the motor part 15 and each magnetic bearing part 21 and 22 in this embodiment function as the annular
  • FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views corresponding to the line DD in FIG. 1, but hatching is omitted to simplify the drawing.
  • a magnetic bearing portion 21 as a magnetic bearing device is configured such that an electromagnet 21 b as an annular electromagnet (hereinafter referred to as “annular electromagnet 21 b”) is contactlessly provided on the radially outer side of the rotor shaft 16.
  • the structure is arranged concentrically with the shaft 16.
  • the annular electromagnet 21 b includes an annular stator core 31 (hereinafter referred to as “annular stator core 31”) and a plurality of coil portions 32 attached to the inner peripheral wall 31 a of the annular stator core 31.
  • the annular stator core 31 is formed of a laminated silicon steel plate, and teeth 31b protruding so as to protrude from the inner peripheral wall 31a toward the center O of the annular stator core 31 (also the center O of the rotor shaft 16).
  • eight are provided with a phase angle of 2 ⁇ and 90 ° ⁇ 2 ⁇ .
  • the teeth 31b are formed in a rectangular cross section.
  • the coil part 32 is each mounted
  • the second flange portion 37 of the bobbin 33 is placed in close contact with the inner peripheral wall 31a at the base of each tooth 31b to which the coil portion 32 is attached, that is, at a part of the inner peripheral wall 31a of the annular stator core 31. Therefore, a core seat surface 31c formed in a planar shape is provided.
  • the coil portion 32 includes a bobbin 33 and a coil 34 in which a coil winding 34 a is wound a plurality of times around the outer periphery of the bobbin 33.
  • the bobbin 33 is formed of an insulating material such as a resin, and integrally includes a bobbin main body 35, a first flange part 36, and a second flange part 37.
  • the bobbin main body 35 is a cylindrical body having a rectangular cross section penetrating in the front-rear direction having a rectangular insertion hole 38 through which the teeth 31b can be inserted, that is, a rectangular cylindrical body (so-called square cylinder), A coil winding 34a of the coil 34 is wound around the outer peripheral surface a predetermined number of times.
  • the first flange portion 36 is provided on one end surface of the bobbin main body 35 located on the center O side of the annular stator core 31 so as to protrude from the outer peripheral surface of the bobbin main body 35 outward at a substantially right angle.
  • it is a rectangular hollow shape, that is, a flat plate-like collar portion having a hole at the center.
  • the second flange portion 37 is provided on the end surface of the bobbin main body 35 opposite to the first flange portion 36 so as to protrude from the outer peripheral surface of the bobbin main body 35 outward at a substantially right angle.
  • it is a rectangular hollow shape, which is a flat plate-shaped flange portion having a hole in the center as in the so-called first flange portion 36.
  • the bobbin 33 formed in this manner can be applied from the other end side of the bobbin body 35 provided with the second flange 37 after the coil winding 34a is wound around the outer peripheral surface of the bobbin body 35 a predetermined number of times.
  • the teeth 31b of the annular stator core 31 to be inserted are respectively inserted, and the bobbins 33 are respectively attached to the teeth 31b.
  • the 2nd collar part 37 of the bobbin 33 is each closely_contact
  • FIG. 2 shows the radial magnetic bearing device 21 in which the bobbins 33 are respectively attached to the teeth 31b of the annular stator core 31 in this manner.
  • the annular electromagnet 21b becomes a uniaxial electromagnet using the pair of coil portions 32 shown in FIG. 3, and four pairs of the uniaxial electromagnets are provided with a phase angle of 90 degrees, and the rotor shaft is generated by the magnetic force generated by each electromagnet. 16 is sucked and the rotor shaft 16 is supported without contact.
  • the annular electromagnet 21b shown in FIGS. 2 and 3 has four electromagnets arranged on the X-axis and the Y-axis and in pairs in the + direction and the ⁇ direction (if necessary) These electromagnets arranged in pairs are referred to as electromagnet + X, electromagnet-X, electromagnet + Y, and electromagnet-Y). These electromagnet + X, electromagnet-X, electromagnet + Y, and electromagnet-Y have the same structure, and FIG. 3 shows the electromagnet-Y as a representative. Therefore, the configuration of the electromagnet-Y described below is similarly applied to the electromagnet + X, the electromagnet-X, and the electromagnet + Y.
  • the electromagnet Y of the embodiment shown in FIG. 3 is a uniaxial electromagnet Y1 and electromagnet Y2.
  • the bobbin 33 attached to the teeth 31b of the electromagnet Y1 and the bobbin 33 attached to the teeth 31b of the electromagnet Y2. are provided with chamfers serving as coil winding amount increasing means 30 on the end faces 36 a on both sides in the circumferential direction of the first flange 36 and the end faces 37 a on both sides in the circumferential direction of the second flange 37.
  • the electromagnet Y1 and the electromagnet Y2 are symmetrical with respect to the ⁇ angle, and the structure of each part is the same. Therefore, in FIG. 3, the detailed reference numerals corresponding to the description are given only to the electromagnet-Y1 side, and the reference numerals to the electromagnet-Y2 side are generally given and omitted.
  • the end surface 36a of the first flange 36 is chamfered with a width L9 inclined at a chamfering angle ⁇ inward from the outer edge 36b to the inner edge 36c in the direction of the plate thickness L3 of the first flange 36.
  • the chamfering of the end surface 36a in the first flange 36 reduces the protrusion amount L61 of the inner edge 36c, and effectively increases the interval L6 between the first flanges 36.
  • the protruding amount L61 contributes to increasing the interval between the bobbins 33, that is, the amount of protrusion of the first flange 36, and allows the first flange 36 to protrude to both sides in the circumferential direction. This contributes to an increase in the number of turns of the coil winding 34a.
  • the interval increase L6 between the bobbins 33 is obtained by the following equation (2).
  • the end surface 37a of the second flange portion 37 is chamfered with a width L10 inclined at a chamfering angle ⁇ inward from the inner edge 37c to the outer edge 37b in the direction of the plate thickness L4 of the second flange portion 37.
  • L10 ⁇ L4 has been.
  • the chamfering of the end surface 37a in the second flange 37 reduces the protrusion amount L71 of the inner edge 37c, and effectively increases the distance L7 between the end of the core seat surface 31c and the bobbin 33 to (L7 + L71).
  • the protruding amount L71 also contributes to an increase in the amount of protrusion of the second flange portion 37 as in the case of the first flange portion 36, and the second flange portion 37 expands to both sides in the circumferential direction (projection). ) And contributes to an increase in the number of turns of the coil winding 34a.
  • a distance L71 between the end of the core seating surface 31c and the bobbin 33 is obtained by the following equation (3).
  • the magnetic pole connection thickness L81 between the bobbins 33 can be increased. That is, assuming that the thickness of the magnetic pole connection L8 when the end face 37a of the second flange portion 37 according to the illustrated embodiment is not chamfered is L8, the magnetic pole connection thickness L81 of the illustrated embodiment is expressed by the following equation (4). It can be seen that the magnetic pole connection thickness L81 according to the illustrated embodiment is larger than the magnetic pole connection thickness L8 of the conventional structure.
  • the both end surfaces 36a in the circumferential direction of the first flange 36 are inclined inward from the outer edge 36b in the plate thickness direction of the first flange 36, respectively.
  • the distance between the outer edges 36b of the first flange portions 36 of the adjacent bobbins 33 is greatly separated, which contributes to an increase in the amount of protrusion between the first flange portions 36.
  • the thickness L11 of the coil 34 is expressed by the following equation (5), and the interval L61 between the bobbins 33 shown in FIG.
  • the number of turns of the coil winding 34a can be increased more than the thickness L1 of the coil 34 when there is no coil.
  • L11 L1 + L9 ⁇ tan2 ⁇ / 2> L1 (5)
  • board thickness L4 direction of the 2nd collar part 37 is provided in the both end surfaces 37a of the circumferential direction of the 2nd collar part 37, this chamfering is a coil.
  • the inclined chamfer escapes the curved surface shape (magnetic pole connecting portion) of the inner peripheral wall 31 a of the annular stator core 31, and the protruding amount between both end surfaces in the circumferential direction of the second flange portion 37 of the bobbin 33 Can be increased.
  • the number of turns of the coil winding 34a can be increased to increase the attractive force of the annular electromagnet 21b.
  • the chamfer angle ⁇ is set so that L82 ⁇ L8 in the magnetic pole joint thickness L82 and the conventional magnetic pole thickness L8.
  • the structure in which the chamfers are provided on the surface 37a is disclosed, it is not always necessary to provide the chamfers on both surfaces.
  • FIGS. 2 and 3 the following (a) to (c) or a combination thereof may be implemented. It ’s good.
  • the chamfering at both end surfaces 36a on the first flange 36 side is such that at least one of the first flange 36 of the adjacent electromagnet-Y1 and the first flange 36 of the electromagnet-Y2 is electromagnet-Y2. Or on the right side of the other electromagnet-Y1.
  • the chamfers at both end surfaces 36a on the first flange portion 36 side are such that at least one of the first flange portion 36 of the electromagnet Y1 and the first flange portion 36 of the electromagnet Y2 adjacent to each other is at least one electromagnet Y2.
  • the chamfering at both end surfaces 37a on the second flange portion 37 side is such that at least one of the second flange portion 37 of the adjacent electromagnet-Y1 and the second flange portion 37 of the electromagnet-Y2 is electromagnet-Y1.
  • the coil width is L2 + L71 ⁇ tan ⁇ > L2, and the coil 34 having a large number of turns of the coil winding 34a is obtained.
  • the magnetic pole connection thickness L81 is L8 + L71 ⁇ sin ⁇ > L8, and magnetic saturation is unlikely to occur.
  • FIG. 5 to 7 show a first modification of the annular stator core 31.
  • FIG. 5 and 6 correspond to the electromagnet-Y of FIGS. 3 and 4, and hatching is also omitted in FIGS. 5 and 6 to simplify the drawings.
  • 7 shows the bobbin 33 of the annular stator core 31 in FIGS. 5 and 6, and
  • FIG. 7 is a plan view seen from the directions of arrows A and B in FIG.
  • portions corresponding to the annular stator core 31 shown in FIGS. 2 to 4 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and only portions having different configurations will be described.
  • the electromagnet-Y1 and the electromagnet-Y2 shown as the first modification are also symmetrical with respect to the ⁇ angle, and the structure of each part is the same. Therefore, in FIG. 5 and FIG. 6, the detailed reference numerals corresponding to the description are given only to the electromagnet-Y1 side, and the reference numerals to the electromagnet-Y2 side are generally given and omitted.
  • the electromagnet-Y shown in FIGS. 5 and 6 is a uniaxial electromagnet of the electromagnet-Y1 and the electromagnet-Y2.
  • the bobbin 33 attached to the tooth 31b of the electromagnet-Y1 and the bobbin 33 attached to the tooth 31b of the electromagnet-Y2 are respectively provided on the end faces 36a on both sides in the circumferential direction of the first flange 36.
  • a plurality of recesses 40a serving as notches that allow a part 39a of adjacent bobbins 33 to enter each other are provided at a predetermined pitch as a coil winding amount increasing means along the vertical direction.
  • the right recess 40a and the left recess 40a of the first flange 36 of the bobbin 33 attached to the tooth 31b of the electromagnet-Y1 are the first flange of the bobbin 33 attached to the tooth 31b of the electromagnet-Y2.
  • the left and right concave portions 40a and 40a of the portion 36 are provided so as to be shifted by approximately one pitch in the vertical direction.
  • the end faces 37a on both sides in the circumferential direction of the second flange 37 of the bobbin 33 attached to the teeth 31b of the electromagnet-Y1 and the bobbin 33 attached to the teeth 31b of the electromagnet-Y2 are also indicated by parentheses in FIG.
  • the width L20 between the recesses 40a of the first flange 36 and the width L24 between the recesses 40b of the second flange 37 are equal to the distance L21 between the recesses 40a of the first flange 36 and the second flange 36a. 37 is formed larger than the distance L25 between the concave portions 40b (L20> L21, L24 ⁇ L25).
  • the amount of overhang of the first flange portion 36 and the second flange portion 37 is increased, and the bobbin 33 on the electromagnet-Y1 side and the bobbin 33 on the electromagnet-Y2 side are packed. Even when the bobbin 33 on the electromagnet-Y1 side and the bobbin 33 on the electromagnet-Y2 side are respectively attached to the teeth 31b, the electromagnet-Y2 side of the bobbin 33 on the right side of the bobbin 33 on the electromagnet-Y1 side is mounted.
  • the portions 39b and 39a of the second flange 37 of the bobbin 33 are sequentially inserted and escaped so that the adjacent bobbins 33 do not interfere with each other and can be mounted on the teeth 31b.
  • the coil winding 34a is reduced to about 1 ⁇ 2 of the notch depth L15 of the recess 40a. It becomes possible to wrap.
  • the number of turns of the coil winding 34a can be increased and the thickness L1 of the coil 34 can be increased. That is, the thickness L12 of the coil 34 shown in FIG. 6 is L1 + L15 / 2> L1 when the notch depth L15 of the first flange 36 is obtained, and the coil 34 having a larger number of turns of the coil winding 34a is obtained. .
  • FIGS. 8 to 12 show a second modification of the annular stator core 31.
  • FIG. 8 and 9 correspond to the electromagnet-Y of FIGS. 3 and 4, and hatching is also omitted in FIGS. 8 and 9 to simplify the drawings.
  • FIGS. 10 to 12 show the bobbin 33 of the annular stator core 31 in FIGS. 8 and 9, and FIG. 10 is a plan view seen from the directions of arrows A and B in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic perspective view seen from the center side of the annular stator core 31, and FIG. 12 is a schematic perspective view seen from the outer peripheral side of the annular stator core 31.
  • the second modification shown in FIGS. 8 to 12 is a modification further developed by combining the embodiment shown in FIGS. 2 to 4 and the first modification shown in FIGS. Accordingly, portions corresponding to the annular stator core 31 in FIGS. 2 to 7 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and only portions having different configurations will be described. Further, the electromagnet-Y1 and the electromagnet-Y2 shown as the second modification are also symmetrical with respect to the ⁇ angle, and the structure of each part is the same. Therefore, in FIGS. 8 and 9, the detailed reference numerals corresponding to the description are given only to the electromagnet-Y1 side, and the reference numerals to the electromagnet-Y2 side are generally given and omitted.
  • the electromagnet-Y shown in FIGS. 8 and 9 is a uniaxial electromagnet of the electromagnet-Y1 and the electromagnet-Y2.
  • the bobbin 33 attached to the tooth 31b of the electromagnet-Y1 and the bobbin 33 attached to the tooth 31b of the electromagnet-Y2 have end faces 36a, 36a1 and a second flange 37 on both sides in the circumferential direction of the first flange 36. As shown in FIG.
  • the end faces 37a and 37a1 on both sides in the circumferential direction are inclined at chamfer angles ⁇ , ⁇ 1, ⁇ , and ⁇ 1, respectively, and chamfers having widths L9, L91, L10, and L17, and adjacent bobbins 33
  • a plurality of recesses 40a and 40b are provided as cutouts that allow the portions 39a and 39b of the part to enter.
  • the chamfering and recesses 40 a and 40 b function as the coil winding amount increasing means 30.
  • both end surfaces 36a and 36a1 in the circumferential direction of the first flange 36 are respectively inward from the outer edges 36b and 36b1 in the plate thickness direction of the first flange 36.
  • the distance between the inner edges 36c and 36c1 of the first flange portions 36 of the adjacent bobbins 33 can be greatly separated, and the amount of the first flange portion 36 protruding can be increased. it can.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view seen from the center side of the annular stator core 31
  • FIG. 12 is a schematic perspective view seen from the outer peripheral side of the annular stator core 31.
  • the distance L6 between the first flanges 36 can be reduced so that the first flanges 36 come closer to each other. That is, when the protruding amount of the first flange portion 36 is increased so that the outer edges 36b of the first flange portions 36 of the adjacent bobbins 33 are close to each other, the thickness of the coil winding 34 is increased from L1 to L13. In addition, the number of turns of the coil winding 34a can be increased more than the thickness L1 of the coil 34.
  • L13 L1 + L15 / 2 + L9 ⁇ tan2 ⁇ / 2> L1
  • the chamfering inclined toward the inner side from the inner edge 37c in the plate thickness L4 direction of the second collar portion 37 is provided on each circumferential end surface 37a of the second collar portion 37, this is the amount of coil winding.
  • Inclining chamfering escapes the curved surface shape (magnetic pole connecting portion) of the inner peripheral wall 31a of the annular stator core 31 and increases the amount of protrusion in the circumferential direction of the second flange portion 37 of the bobbin 33 to increase the coil winding.
  • the number of turns of 34a can be increased.
  • the chamfering angle ⁇ is set so as to be larger than the conventional magnetic pole connecting thickness L8 (L83 ⁇ L8).
  • the chamfer angle ⁇ can be set to L83 ⁇ L8.
  • a recess 40b is formed as a notch that allows a part 39b of the bobbins 33 to enter the bobbin 33 attached to the teeth 31b of the electromagnet-Y1 and the bobbin 33 attached to the teeth 31b of the electromagnet-Y2. Since it is provided, the first flanges 36 of the adjacent bobbins 33 during assembly do not interfere with each other during assembly. This also makes it possible to increase the distance between the both end surfaces in the circumferential direction of the first flange portion 36 of the bobbin 33 (the amount of overhang), and to function as the coil winding amount increasing means 30 to reduce the number of turns of the coil winding 34a. It is possible to increase the attractive force of the annular electromagnet 21b.
  • the present invention can also be applied to a rectangular or trapezoidal coil bobbin having an offset as shown in FIGS. Furthermore, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.

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Abstract

【課題】従来の円環状ステータコアの大きさを変えることなく、各ボビンに巻かれるコイル巻線の巻き数を増加させて、電磁石の吸引力を増大させることができる真空ポンプ、及び該真空ポンプに用いられる磁気軸受装置、並びに円環状電磁石を提供する。 【解決手段】円環状ステータコア３１のティース３１ｂに装着されるボビン３３が、外周にコイル巻線３４ａが巻かれ、かつティース３１ｂを挿入させてティース３１ｂに装着される両端が開口したボビン本体３５と、円環状ステータコア３１の中心Ｏ側に位置するボビン本体３５の一端面に設けた矩形中空状の第１の鍔部３６と、ボビン本体３５の他端面に設けた矩形中空状の第２の鍔部３７と、少なくとも第１の鍔部３６と第２の鍔部３７の一方に形成した、ボビン本体に巻き付けられるコイル巻線３４ａの巻き付け量を増大するコイル巻き付け量増大手段３０と、を備える。

Description

真空ポンプ、及び該真空ポンプに用いられる磁気軸受装置、並びに円環状電磁石
　本発明は真空ポンプ、及び該真空ポンプに用いられる磁気軸受装置、並びに円環状電磁石に関するものであり、特に、小形で電磁石の吸引力を向上させることができる真空ポンプ、及び該真空ポンプに用いられる磁気軸受装置、並びに円環状電磁石に関するものである。
　真空ポンプ等の特殊環境下における回転機等は、軸受装置として非接触で回転体を支持する磁気軸受装置が多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
　その磁気軸受装置は、一般に、回転体に設けられたターゲットを、回転体の周囲に設けられた複数の電磁石で吸引することによって回転体の荷重を非接触で支持する構成となっている。そのため、回転体のターゲットに対して電磁石が適切な吸引力（磁力）で吸引をしないと、軸受精度が低下してしまうおそれがある。
　特許文献１には、回転翼を有する回転体の中心にロータ軸が取り付けられ、そのロータ軸の径方向の外側に円環状電磁石を配置させて、円環状電磁石によりロータ軸を空中に浮上支持した構造が開示されている。
　その従来における磁気軸受装置の概略構造を、図１３及び図１４を使用して説明する。図１３は、円環状電磁石１０１により、ロータ軸１０２を空中に浮上支持している磁気軸受装置１００を水平に断面して、上側方向から見たときの図を示している。図１４は、図１３の一部を拡大して見た図である。
　図１３及び図１４に示す軸受装置１００は、ロータ軸１０２の径方向外側に、円環状電磁石１０１を非接触でロータ軸１０２と同心的に配置した構造になっている。円環状電磁石１０１は、円環状のステータコア１０３（以下、「円環状ステータコア１０３」という）と、円環状ステータコア１０３の内周壁１０３ａに装着された複数のコイル部１０４を備えている。この軸受装置１００は、磁気軸受を構成しており、ロータ軸１０２は軸線回りの回転の自由度のみ許容された構成となっている。
　円環状ステータコア１０３は、それぞれ内周壁１０３ａから中心Ｏに向かって張り出すように突出したティース１０３ｂを、その周方向に所定の間隔を空けて、図示例の場合、２α及び９０°－２αの位相角をもって８個設けられている。また、ティース１０３ｂは、断面矩形状に形成されている。そして、これら各ティース１０３ｂには、コイル部１０４が各々装着される。なお、コイル部１０４が装着される各ティース１０３ｂの基部、つまり円環状ステータコア１０３の内周壁１０３ａの一部には、それぞれボビン１０５の第２の鍔部１０９を内周壁１０３ａに対し密着して据えるための平面状に形成したコア座面１０３ｃが設けられている。
　コイル部１０４は、ボビン１０５と、このボビン１０５の外周にコイル巻線１０６ａが所定の回数巻かれたコイル１０６とでなる。
　ボビン１０５は、樹脂等の絶縁材で形成されており、ボビン本体１０７と第１の鍔部１０８と第２の鍔部１０９とを有してなる。
　ボビン本体１０７は、ティース１０３ｂが貫通して挿入可能な矩形状をした挿入孔１１０を有する、前後に貫通した断面矩形状の筒状体であり、外周面にはコイル１０６のコイル巻線１０６ａが所定回数巻き付けられる。
　第１の鍔部１０８は、円環状ステータコア１０３の中心Ｏ側に位置するボビン本体１０７の一端面に、ボビン本体１０７の外周面から外側に向かって略直角に張り出すようにして設けられている、正面視において矩形中空状、いわゆる中心部に孔がある矩形形状の鍔部である。
　第２の鍔部１０９は、ボビン本体１０７の第１の鍔部１０８と反対側の端面に、ボビン本体１０７の外周面から外側に向かって略直角に張り出すようにして設けられている、正面視において矩形中空状、いわゆる第１の鍔部１０８と同様に中心部に穴がある矩形状の鍔部である。
　また、このように形成されたボビン１０５は、ボビン本体１０７の外周面にコイル巻線１０６ａを所定回数巻き付けた後、第２の鍔部１０９を設けているボビン本体１０７の他端側から、対応する円環状ステータコア１０３のティース１０３ｂをそれぞれ挿入させて、ボビン１０５を各ティース１０３ｂに各々装着する。そして、それぞれボビン１０５の第２の鍔部１０９がコア座面１０３ｃに対し密着して据えられ、図示しない手段（例えば、嵌め合い、接着等）により各ティース１０３ｂに各々固定される。図１３は、このようにして円環状ステータコア１０３のティース１０３ｂに、コイル１０６が巻き付けられたボビン１０５を各々取り付けている磁気軸受装置１００を示している。
　図１３の磁気軸受装置１００は、ロータ軸１０２の径方向外側に円環状電磁石１０１を、非接触でロータ軸１０２と同心的に配置した構造になっている。そして、円環状電磁石１０１は、図１３に示す一対のコイル部１０４を使用して一軸電磁石となり、この一軸電磁石が９０度の位相角をもって４対設けられ、各電磁石で生成される磁力によりロータ軸１０２が吸引されてロータ軸１０２が非接触で支持されるようになる。
　そして、図１３に示す円環状電磁石１０１は、４個の電磁石がＸ軸とＹ軸に、かつ＋方向と－方向に、それぞれの対をなして配置されている（必要に応じて、これら対をなして配置されている電磁石を、電磁石＋Ｘ、電磁石－Ｘ、電磁石＋Ｙ、電磁石－Ｙという）。
　また、この円環状電磁石１０１の構造では、図１４に示すように一対の電磁石－Ｙ１、－Ｙ２の各ティース１０３ｂに装着されたボビン１０５は、第１の鍔部１０８の周方向両側の端面１０８ａと第２の鍔部１０９の周方向両側の端面１０８ｂがそれぞれ直角に形成されている。さらに、コイル１０６のコイル巻線１０６ａは、各ボビン１０５に第１の鍔部１０８から第２の鍔部１０９まで断面形状が略矩形にして巻き付けている。つまり、矩形巻きをしている。
　ここで、一軸電磁石の吸引力Ｆは、次式（１）で求めることができる。
　Ｆ＝４＊Ｎ＾２＊ｉ＾２／（Ｒ^２＊Ｓ＊ｕ）＊cosα＝ｋ＊Ｎ＾２…（１）
　但し、Ｎはコイル巻線１０６ａの巻き数、ｉはコイル巻線１０６ａに流れる電流、Ｒは磁気抵抗、Ｓは磁極面積、ｕは空隙の透磁率、αは半角、ｋは定数である。
　式（１）から、一軸電磁石（電磁石＋Ｘ、電磁石－Ｘ、電磁石＋Ｙ、電磁石－Ｙ）の吸引力Ｆは、コイル巻線１０６ａの巻き数の二乗に比例することが判る。
　したがって、コイル１０６以外の大きさは変えずに一軸電磁石の吸引力Ｆを増大させるには、各ボビン１０５に巻かれるコイル巻線１０６ａの巻き数を向上させることが重要である。
特開２００６－８３９２３号公報
　しかしながら、図１３、図１４に示す円環状ステータコア１０３の各ティース１０３ｂにそれぞれ装着されたボビン１０５は、図１４に示すように、隣り合うボビン１０５の第１の鍔部１０８同士の間隔Ｌ６は、外縁１０８ｃ間の間隔となる。この隣り合うボビン１０５同士の間隔Ｌ６は、組立時にボビン１０５同士が干渉しないようにするための間隔として必要である。そのため、コイル１０６の巻きスペースが制約され、同じ大きさのボビン１０５を使用して、コイル巻線１０６ａの巻き数を増加させて吸引力を向上させることは、既に限界となっていると考えられていた。
　また、従来では、このコイルの巻きスペースの制約下において、コイル巻線１０６ａの巻き数を増加させて吸引力を増加させる方法として、例えば図１５に示すように、円環状ステータコア１０３における各ティース１０３ｂを中心Ｏから寸法ｅだけ外側へ順にオフセットし、これにコイル１０６を平面視で矩形巻きしたボビン１０５を装着した構造や、図１６に示すように、円環状ステータコア１０３における各ティース１０３ｂを中心Ｏから寸法ｅだけ外側へ順にオフセットするとともに、コイル１０６のコイル巻線１０６ａを平面視で台形巻きしたボビンを装着した構造等にして巻き数を増加させるようにした構造も知られているが、十分に満足できるものでなかった。
　したがって、従来の円環状ステータコア１０３の形状、例えば、図１３及び図１４における、磁極半角α、コイル１０６の厚みＬ１、コイル幅Ｌ２、第１の鍔部１０８の板厚Ｌ３、第２の鍔部１０９の板厚Ｌ４、コイル１０６最外周とボビン１０５の鍔部１０８、１０９の最外端までの距離、すなわち鍔部１０８、１０９のコイル１０６からの張り出し量Ｌ５、ボビン１０５間の間隔Ｌ６、ボビン１０５とコア座面端部の間隔Ｌ７、磁極つなぎ厚みＬ８の各寸法を変えることなく、つまり従来の円環状ステータコアの大きさを変えることなく、各ボビンに巻かれるコイル巻線の巻き数を増加させて、電磁石の吸引力を増大させることができる真空ポンプ、及び該真空ポンプに用いられる磁気軸受装置、並びに円環状電磁石を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
　本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、ロータ軸の径方向の外側に配置されて前記ロータ軸を回転可能に保持する磁気軸受装置を有する真空ポンプであって、前記磁気軸受装置が、内周壁に前記ロータ軸の周方向に所定の間隔を空けて複数のティースを設けた円環状ステータコアと、外周にコイル巻線が巻かれて前記ティースに各々装着された複数のボビンを有する円環状電磁石を備え、前記ボビンが、外周に前記コイル巻線を巻かれ、かつ前記複数のティースに装着される矩形筒状のボビン本体と、前記ボビン本体の前記ロータ軸と対向する側の端面に設けた、正面視において矩形中空状に形成されている第１の鍔部と、前記ボビン本体の前記第１の鍔部と反対側の端面に設けた、正面視において矩形中空状に形成されている第２の鍔部と、少なくとも前記第１の鍔部と前記第２の鍔部のいずれか一方に形成した、前記ボビン本体に巻き付けられる前記コイル巻線の巻き付け量を増大するコイル巻き付け量増大手段と、を備える、真空ポンプを提供する。
　この構成によれば、少なくとも第１の鍔部と第２の鍔部の一方に、ボビン本体に巻き付けられるコイル巻線の巻き付け量を増大するコイル巻き付け量増大手段を設けているので、従来の円環状ステータコアの大きさを変えることなく、各ボビンに巻かれるコイル巻線の巻き数を増加させて円環状電磁石の吸引力を大きくし、回転するロータ軸を安定的に保持した状態での運転を可能にする真空ポンプが得られる。
　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記コイル巻き付け量増大手段は、前記第１の鍔部の周方向の両端面に、それぞれ前記第１の鍔部の板厚み方向における外縁から内側に向かって傾斜した面取りを有する、真空ポンプを提供する。
　この構成によれば、第１の鍔部の周方向の両端面に、それぞれ第１の鍔部の板厚み方向における外縁から内側に向かって傾斜した面取りをしたことにより、隣り合うボビンの第１の鍔部同士の内縁間の距離を大きく離すことができる。これにより、円環状ステータコアの内周壁に配置された隣り合うボビンが、それぞれ同じ中心側を向いていても、内縁間が互いに干渉することもなく、反対に第１の鍔部の外縁側間の距離は大きく開いた状態となる。したがって、隣り合うボビンの第１の鍔部の各外縁側が互いに近づくように第１の鍔部の張り出し量を大きくしても、組立時に隣り合うボビンの第１の鍔部同士が組立時に干渉することはない。これにより、ボビンの第１の鍔部の周方向の両端面間の距離（第１の鍔部の張り出し量）を大きくし、コイル巻線の巻数を増加させて円環状電磁石の吸引力をより大きくし、回転するロータ軸をより安定的に保持した状態での運転を可能にする真空ポンプが得られる。
　請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、前記コイル巻き付け量増大手段は、隣り合う前記複数のボビンにおける少なくとも前記第１の鍔部同士の周方向の両端面に、それぞれ隣り合う前記複数のボビン同士の一部が入り込む切り欠きを有する、真空ポンプを提供する。
　この構成によれば、隣り合うボビンにおける少なくとも第１の鍔部同士の周方向の両端面に、それぞれ隣り合うボビン同士の一部が互いに入り込むのを許容する切り欠きを設けたことにより、隣り合うボビンの第１の鍔部同士の張り出し量を大きくして、第１の鍔部同士の内縁間の距離を近づけても、組立時に隣り合うボビンの第１の鍔部同士が干渉することもない。したがって、鍔部の張り出し量を大きくして、隣り合うボビンの第１の鍔部同士の内縁間の距離を互いに近づけることによって、隣り合うボビン上にそれぞれコイル巻線を最大限に巻き付けて、円環状電磁石の吸引力を更に増大させ、回転するロータ軸をより安定的に保持した状態での運転を可能にする真空ポンプが得られる。なお、上記切り欠きは、第１の鍔部と第２の鍔部の両方に設けると、更に良い結果が期待できる。
　請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の構成において、前記コイル巻き付け量増大手段は、前記第２の鍔部の周方向の両端面に、それぞれ前記第２の鍔部の板厚み方向における内縁から内側に向かって傾斜した面取りを有する、真空ポンプを提供する。
　この構成によれば、各ボビンにおける第２の鍔部の周方向の張り出し量を大きく、すなわち周方向の両端面間の距離を大きくしても、内縁から内側に向かって傾斜した面取りが円環状ステータコアの内周壁の曲面形状を逃げるので、ボビンの第２の鍔部の周方向の張り出し量を大きくしてコイル巻線の巻数を増やし、円環状電磁石の吸引力を更に増大させ、回転するロータ軸をより安定的に保持した状態での運転を可能にする真空ポンプが得られる。
　請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の真空ポンプに用いられている磁気軸受装置を提供する。
　この構成によれば、ボビン本体に巻き付けられるコイル巻線の巻き付け量を増大できるコイル巻き付け量増大手段を設けているので、ボビン本体に巻かれるコイル巻線の巻き数を増加させて円環状電磁石の吸引力を大きくし、回転するロータ軸を安定的に保持した状態での運転を可能にする磁気軸受装置を得ることができる。
　請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の真空ポンプに用いられている円環状電磁石を提供する。
　この構成によれば、ボビン本体に巻き付けられるコイル巻線の巻き付け量を増大できるコイル巻き付け量増大手段を設けているので、ボビン本体に巻かれるコイル巻線の巻き数を増加させて円環状電磁石の吸引力を大きくし、回転するロータ軸を安定的に保持した状態での運転を可能にする円環状電磁石を得ることができる。
　発明によれば、従来の円環状ステータコアの大きさを変えることなく、各ボビンに巻かれるコイル巻線の巻き数を増加させて、電磁石の吸引力を増大させることができる真空ポンプ、及び該真空ポンプに用いられる磁気軸受装置、並びに円環状電磁石を得ることができる。
本発明の実施形態に係る真空ポンプの概略構成を示した図である。 図１における磁気軸受部の概略構成を示した図である。 図２の円環状電磁石の一部を拡大して示す概略構成図である。 図３における鍔部の張り出し量を大きくしてボビン間の距離を詰めた状態で示す概略構成図である。 図２の円環状電磁石の第１変形例として示す概略構成図である。 図５における円環状電磁石における鍔部の張り出し量を大きくしてボビン間の距離を詰めた状態で示す概略構成図である。 図５の矢印Ａ及びＢ方向から見たボビンの平面図で、（ａ）は矢印Ａ方向と対応する図、（ｂ）は矢印Ｂ方向と対応する図である。 円環状電磁石の第２変形例として示す概略構成図である。 図８における円環状電磁石における鍔部の張り出し量を大きくしてボビン間の距離を詰めた状態で示す概略構成図である。 図８の矢印Ａ及びＢ方向から見たボビンの平面図で、（ａ）は矢印Ａ方向と対応する図、（ｂ）は矢印Ｂ方向と対応する図である。 図８のボビンを円環状ステータコアの中心側から見た概略斜視図である。 図８のボビンを円環状ステータコアの外周側から見た概略斜視図である。 従来の磁気軸受装置の一例を説明する概略構成図である。 図１３の一部拡大図である。 従来の磁気軸受装置の他の例を説明する概略構成図である。 従来の磁気軸受装置の更に他の例を説明する概略構成図である。
　本発明は、従来の円環状ステータコアの大きさを変えることなく、各ボビンに巻かれるコイル巻線の巻き数を増加させて、電磁石の吸引力を増大させるという目的を達成するために、ロータ軸の径方向の外側に配置されて前記ロータ軸を回転可能に保持する磁気軸受装置を有する真空ポンプであって、前記磁気軸受装置が、内周壁に前記ロータ軸の周方向に所定の間隔を空けて複数のティースを設けた円環状ステータコアと、外周にコイル巻線が巻かれて前記複数のティースに各々装着された複数のボビンを有する円環状電磁石を備え、前記複数のボビンが、外周に前記コイル巻線を巻かれ、かつ前記複数のティースに装着される矩形筒状のボビン本体と、前記ボビン本体の前記ロータ軸と対向する側の端面に設けた、正面視において矩形中空状に形成されている第１の鍔部と、前記ボビン本体の前記第１の鍔部と反対側の端面に設けた、正面視において矩形中空状に形成されている第２の鍔部と、少なくとも前記第１の鍔部と前記第２の鍔部のいずれか一方に形成した、前記ボビン本体に巻き付けられる前記コイル巻線の巻き付け量を増大するコイル巻き付け量増大手段と、を備えることにより実現した。
　以下、本発明を実施するための形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、実施形態の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付している。また、以下の説明では、上下や左右等の方向を示す表現は、絶対的なものではなく、本発明の真空ポンプの各部が描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。
　図１は、本実施形態に係る真空ポンプ１０の概略構成を示した図である。なお、図１は、真空ポンプ１０の軸線方向の断面図を示している。本実施例では、真空ポンプ１０の一例として真空ポンプ部Ｔとねじ溝式ポンプ部Ｓを備えた、いわゆる複合翼タイプの真空ポンプを一例として説明する。なお、本実施の形態は、真空ポンプ部Ｔのみを有するポンプやねじ溝が回転体側に設けられたポンプに適用してもよい。
　真空ポンプ１０の外装体を形成するケーシング１１は、円筒状の形状をしており、ケーシング１１の底部に設けられたベース１２と共に真空ポンプ１０の外装体を構成している。そして、真空ポンプ１０の外装体の内部には、真空ポンプ１０に排気機能を発揮させる構造物、つまり気体移送機構が収納されている。
　真空ポンプ１０における気体移送機構は、吸気口１３側の真空ポンプ部Ｔと、排気口１４側のねじ溝式ポンプ部Ｓとから構成されている。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回転部とケーシング１１に対して固定された固定部から構成されている。また、真空ポンプ１０の外装体の外部には、真空ポンプ１０の動作を制御する制御装置２８が接続されている。
　回転部は、後述するモータ部１５によって回転されるロータ軸（シャフト）１６とロータ部１７とによって構成されている。
　ロータ軸１６は、円柱部材の回転軸である。ロータ軸１６の上端にはロータ部１７が複数のボルト１８により取り付けられている。
　ロータ部１７は、ロータ軸１６に配設された回転部材である。ロータ部１７は、吸気口１３側（真空ポンプ部Ｔ）に設けられたロータ翼１９と、排気口１４側（ねじ溝式ポンプ部Ｓ）に設けられた円筒部材２０等から構成されている。なお、ロータ部１７は、ステンレスやアルミニウム合金等の金属により構成されている。
　ロータ翼１９は、ロータ軸１６の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してロータ部１７から放射状に伸びた複数のブレードから構成されている。真空ポンプ１０には、ロータ翼１９が軸線方向に複数段設けられている。円筒部材２０は、外周面が円筒形状をした部材から構成されている。
　ロータ軸１６の軸線方向中程には、ロータ軸１６を回転させるモータ部１５が配設されている。本実施の形態では、一例として、モータ部１５はＤＣブラシレスモータによって構成されているものとする。ロータ軸１６におけるモータ部１５を構成する部位には、永久磁石１５ａが固着されている。この永久磁石１５ａは、例えば、ロータ軸１６の周りにＮ極とＳ極が１８０°ごとに配置されるように固定されている。そして、永久磁石１５ａの周囲には、ロータ軸１６から所定のギャップ（空隙）を経て、例えば、６個の電磁石１５ｂが６０°ごとにロータ軸１６の軸線に対して対称的に、かつ対向するように配置されている。なお、永久磁石１５ａは、モータ部１５のロータ部（回転部）として機能し、電磁石１５ｂは、モータ部１５のステータ部（固定部）として機能する。
　真空ポンプ１０は、ロータ軸１６の回転数と回転角度（位相）を検出するセンサを備えており、このセンサによって制御装置２８は、ロータ軸１６に固着された永久磁石１５ａの磁極の位置を検出することができるようになっている。
　制御装置２８は、検出した磁極の位置に従って、モータ部１５の電磁石１５ｂの電流を次々に切り替えて、ロータ軸１６の永久磁石１５ａの周囲に回転磁界を生成する。ロータ軸１６に固着した永久磁石１５ａは、この回転磁界に追従し、これによってロータ軸１６は回転するように構成されている。
　また、モータ部１５の吸気口１３側及び排気口１４側には、ロータ軸１６をラジアル方向に軸支する、すなわち回転部の荷重をラジアル方向に支持するラジアル磁気軸受部２１及びラジアル磁気軸受部２２が設けられている。
　さらに、ロータ軸１６の下端には、ロータ軸１６を軸線方向（スラスト方向）に軸支する、すなわち回転部の荷重をスラスト方向に支持するスラスト磁気軸受部２３が設けられている。
　ロータ軸１６（回転部）は、ラジアル磁気軸受部２１、２２によってラジアル方向（ロータ軸１６の径方向）に非接触で支持され、スラスト磁気軸受部２３によってスラスト方向（ロータ軸１６の軸方向）に非接触で支持されている。これらの磁気軸受は、いわゆる５軸制御型の磁気軸受を構成しており、ロータ軸１６は軸線周りの回転の自由度のみ有している。
　ラジアル磁気軸受部２１には、例えば４つの電磁石２１ｂがロータ軸１６の周囲に９０°ごとに対向するように配置されている。これらの電磁石２１ｂは、ロータ軸１６との間にギャップ（空隙）を介して配置されている。なお、このギャップ値は、ロータ軸１６の定常時における振動量（ふれ量）、ロータ部１７とステータ部（固定部）との空間距離、ラジアル磁気軸受部２１の性能等を考慮した値となっている。また、電磁石２１ｂに対向するロータ軸１６には、ターゲット２１ａが形成されている。そして、ラジアル磁気軸受部２１の電磁石２１ｂの磁力でこのターゲット２１ａが吸引されることによって、ロータ軸１６がラジアル方向に非接触で支持されるようになっている。なお、ターゲット２１ａは、ラジアル磁気軸受部２１のロータ部として機能し、電磁石２１ｂは、ラジアル磁気軸受部２１のステータ部として機能する。
　ラジアル磁気軸受部２２についても、ラジアル磁気軸受部２１と同様の構成をとり、詳しくは、ラジアル磁気軸受部２２の電磁石２２ｂの磁力でターゲット２２ａが吸引されることによって、ロータ軸１６がラジアル方向に非接触で支持されるようになっている。
　スラスト磁気軸受部２３は、ロータ軸１６に対して垂直に設けられた円板状の金属製のアーマチュア２４を介して、ロータ軸１６を軸方向に浮上させている。スラスト磁気軸受部２３には、例えば、２つの電磁石２３ａ、２３ｂがアーマチュア２４を介して対向するように配置されている。これらの電磁石２３ａ、２３ｂは、アーマチュア２４との間にギャップを介して配置されている。なお、このギャップ値は、ロータ軸１６の定常時における振動量、ロータ部１７とステータ部との空間距離、スラスト磁気軸受部２３の性能等を考慮した値となっている。そして、スラスト磁気軸受部２３の電磁石の磁力でアーマチュア２４が吸引されることによって、ロータ軸１６がスラスト方向（軸線方向）に非接触で支持されるようになっている。
　また、ラジアル磁気軸受部２１、２２の近傍には、それぞれ変位センサ２５、２６が形成されており、ロータ軸１６のラジアル方向の変位が検出できるようになっている。さらに、ロータ軸１６の下端には変位センサ２７が形成されており、ロータ軸１６の軸線方向の変位が検出できるようになっている。
　変位センサ２５、２６は、ロータ軸１６のラジアル方向の変位を検出する素子であって、本実施例では、コイル２５ｂ、２６ｂを備えた渦電流センサなどのインダクタンス型センサによって構成されている。変位センサ２５、２６におけるコイル２５ｂ、２６ｂは真空ポンプ１０の外部に設置された前記制御装置に形成された図示しない発振回路の一部となっている。変位センサ２５は発振回路の発振に伴って高周波電流が流れ、ロータ軸１６上に高周波磁界を発生するようになっている。そして、変位センサ２５、２６とターゲット２５ａ、２６ａとの距離が変化すると発振器の発振振幅が変化し、これによってロータ軸１６の変位を検出することができるようになっている。なお、ロータ軸１６の変位を検出するセンサは、これに限定されるものではなく、例えば、静電容量式のものや光学式のものなどを用いるようにしてもよい。
　また、制御装置２８は、変位センサ２５、２６からの信号によってロータ軸１６のラジアル方向の変位を検出すると、ラジアル磁気軸受部２１、２２の各電磁石２１ｂ、２２ｂの磁力を調節してロータ軸１６を所定の位置に戻すように動作する。このように、制御装置２８は変位センサ２５、２６の信号によりラジアル磁気軸受部２１、２２をフィードバック制御する。これによって、ロータ軸１６はラジアル磁気軸受部２１、２２において電磁石２１ｂ、２２ｂから所定の空隙（ギャップ）を隔ててラジアル方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持される。
　変位センサ２７も変位センサ２５、２６と同様に、コイル２７ｂを備えた構成となっている。そして、コイル２７ｂと対向するロータ軸１６側に設けられたターゲット２７ａとの距離を検出することによって、スラスト方向の変位を検出している。制御装置２８は、変位センサ２７からの信号によってロータ軸１６のスラスト方向の変位を検出すると、スラスト磁気軸受部２３の各電磁石２３ａ、２３ｂの磁力を調節してロータ軸１６を所定の位置に戻すように動作する。このように、制御装置２８は変位センサ２７の信号によりスラスト磁気軸受部２３をフィードバック制御する。これによってロータ軸１６はスラスト磁気軸受部２３において各電磁石２３a、２３ｂから所定の空隙を隔ててスラスト方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持される。
　このようにして、ロータ軸１６は、ラジアル磁気軸受部２１、２２によりラジアル方向に保持され、スラスト磁気軸受部２３によりスラスト方向に保持されるため、軸線周りに回転するようになっている。
　なお、本実施形態におけるモータ部１５及び各磁気軸受部２１、２２は、電磁気力の作用を利用した本発明に係る円環状電磁石２１ｂとして機能する。
　次に、磁気軸受部２１、２２の構成を図２及び図３を使用して更に説明する。なお、磁気軸受部２１、２２の構成は、共に同じ構成をとっているので、代表して磁気軸受部２１の構造を説明する。したがって、図２及び図３は図１のＤ－Ｄ線に相当する部分を断面している図であるが、図面を簡略化するためにハッチングを省略している。
　図２及び図３において、磁気軸受装置としての磁気軸受部２１は、ロータ軸１６の径方向外側に、円環状電磁石としての電磁石２１ｂ（以下、「円環状電磁石２１ｂ」という）を非接触でロータ軸１６と同心的に配置した構造となっている。円環状電磁石２１ｂは、円環状のステータコア３１（以下、「円環状ステータコア３１」という）と、円環状ステータコア３１の内周壁３１ａに装着された複数のコイル部３２を備えている。
　円環状ステータコア３１は、積層珪素鋼板で形成されており、それぞれ内周壁３１ａから円環状ステータコア３１の中心Ｏ（ロータ軸１６の中心Ｏでもある）方向に向かって張り出すように突出したティース３１ｂを、周方向に所定の間隔を空けて図示例の場合、２α及び９０°－２αの位相角をもって８個設けられている。また、ティース３１ｂは、断面矩形状に形成されている。そして、これら各ティース３１ｂには、コイル部３２が各々装着される。なお、コイル部３２が装着される各ティース３１ｂの基部、つまり円環状ステータコア３１の内周壁３１ａの一部には、それぞれボビン３３の第２の鍔部３７を内周壁３１ａに対し密着して据えるための平面状に形成したコア座面３１ｃが設けられている。
　コイル部３２は、ボビン３３と、このボビン３３の外周にコイル巻線３４ａが複数回巻かれたコイル３４とでなる。
　ボビン３３は、樹脂等の絶縁材で形成されており、ボビン本体３５と第１の鍔部３６と第２の鍔部３７とを一体に有している。
　ボビン本体３５は、ティース３１ｂが貫通して挿入可能な矩形状をした挿入孔３８を有する前後に貫通した断面矩形状をした筒状体、つまり矩形筒状体（いわゆる、角筒）であり、外周面にはコイル３４のコイル巻線３４ａが所定回数巻き付けられる。
　第１の鍔部３６は、円環状ステータコア３１の中心Ｏ側に位置するボビン本体３５の一端面に、ボビン本体３５の外周面から外側に向かって略直角に張り出すようにして設けられている、正面視において矩形中空状、いわゆる中心部に孔がある平板状の鍔部である。
　第２の鍔部３７は、ボビン本体３５の第１の鍔部３６と反対側の端面に、ボビン本体３５の外周面から外側に向かって略直角に張り出すようにして設けられている、正面視において矩形中空状、いわゆる第１の鍔部３６と同様に中心部に孔がある平板状の鍔部である。
　また、このように形成されたボビン３３は、ボビン本体３５の外周面にコイル巻線３４ａを所定回数巻き付けた後、第２の鍔部３７を設けているボビン本体３５の他端側から、対応する円環状ステータコア３１のティース３１ｂをそれぞれ挿入させてボビン３３を各ティース３１ｂに各々装着する。そして、それぞれボビン３３の第２の鍔部３７がコア座面３１ｃに対し密着して据えられ、図示しない手段（例えば、嵌め合い、接着等）により各ティース３１ｂに各々固定される。図２は、このようにして円環状ステータコア３１のティース３１ｂにボビン３３を各々取り付けたラジアル磁気軸受装置２１を示している。なお、円環状電磁石２１ｂは、図３に示す一対のコイル部３２を使用して一軸電磁石となり、この一軸電磁石が９０度の位相角をもって４対設けられ、各電磁石で生成される磁力によりロータ軸１６が吸引されてロータ軸１６が非接触で支持されるようになる。
　そして、図２及び図３に示す円環状電磁石２１ｂは、４個の電磁石がＸ軸とＹ軸に、かつ、＋方向と－方向にそれぞれの対をなして配置されている（必要に応じて、これら対をなして配置されている電磁石を、電磁石＋Ｘ、電磁石－Ｘ、電磁石＋Ｙ、電磁石－Ｙという）。これらの電磁石＋Ｘ、電磁石－Ｘ、電磁石＋Ｙ、電磁石－Ｙは同じ構造で構成されており、図３では代表して電磁石－Ｙを示している。したがって、次に説明する電磁石－Ｙの構成は、電磁石＋Ｘ、電磁石－Ｘ、電磁石＋Ｙにも同様に適用される。
　図３に示す実施例の電磁石－Ｙは、電磁石－Ｙ１と電磁石－Ｙ２の一軸電磁石であり、電磁石－Ｙ１のティース３１ｂに装着されたボビン３３と電磁石－Ｙ２のティース３１ｂに装着されたボビン３３は、第１の鍔部３６の周方向両側の端面３６ａと第２の鍔部３７の周方向両側の端面３７ａにそれぞれ、コイル巻き付け量増大手段３０としてなる面取りを設けている。なお、電磁石－Ｙ１と電磁石－Ｙ２は、α角度で対称であって、各部の構造は同じである。したがって、図３中では、説明に対応する細かな符号は電磁石－Ｙ１側にだけ付し、電磁石－Ｙ２側への符号は大略的に付して省略する。
　すなわち、第１の鍔部３６の端面３６ａは、第１の鍔部３６の板厚みＬ３の方向における外縁３６ｂから内縁３６ｃまで内側に向かって、面取り角度βで傾斜して幅Ｌ９でなる面取りがされている。但し、β≦９０°－２α、Ｌ９≦Ｌ３である。この第１の鍔部３６における端面３６ａの面取りは、内縁３６ｃの突出量Ｌ６１をそれぞれ減少させ、第１の鍔部３６同士の間隔Ｌ６を実効的に拡げる。すなわち、突出量Ｌ６１は、ボビン３３間の間隔増加分、すなわち第１の鍔部３６の張り出し量を増加させるのに寄与し、第１の鍔部３６の周方向両側への張り出しを許して、コイル巻線３４aの巻き数の増加に寄与する。
そのボビン３３間の間隔増加分Ｌ６は、次式（２）で求められる。
　Ｌ６１＝Ｌ９×ｓｉｎ２α　　…（２）
　一方、第２の鍔部３７の端面３７ａは、第２の鍔部３７の板厚みＬ４の方向における内縁３７ｃから外縁３７ｂまで内側に向かって、面取り角度γで傾斜して幅Ｌ１０でなる面取りがされている。但し、Ｌ１０≦Ｌ４である。この第２の鍔部３７における端面３７ａの面取りは、内縁３７ｃの突出量Ｌ７１を減少させ、コア座面３１ｃの端部とボビン３３間の間隔Ｌ７を（Ｌ７＋Ｌ７１）に実効的に拡げる。すなわち、突出量Ｌ７１も、第１の鍔部３６の場合と同様に、第２の鍔部３７の張り出し量の増加分として寄与し、第２の鍔部３７の周方向両側への拡張（張り出し）を許して、コイル巻線３４aの巻き数の増加に寄与する。そのコア座面３１ｃの端部とボビン３３間の間隔Ｌ７１は、次式（３）で求められる。
　Ｌ７１＝Ｌ１０／ｔａｎγ　　… （３）
　また、ボビン３３間における磁極つなぎ厚みＬ８１も大きくすることができる。すなわち、図示の実施例による第２の鍔部３７の端面３７ａに面取りを設けないときの磁極つなぎ厚みをＬ８とすると、図示の実施例の磁極つなぎ厚みＬ８１は、次式（４）で表され、従来の構造の磁極つなぎ厚みＬ８よりも図示における実施例による磁極つなぎ厚みＬ８１の方が大きくなることがわかる。
　Ｌ８１＝Ｌ８＋Ｌ７×Ｓｉｎγ＞Ｌ８　　…（４）
　したがって、図２及び図３に示す円環状電磁石２１ｂでは、第１の鍔部３６の周方向の両端面３６ａに、それぞれ第１の鍔部３６の板厚み方向における外縁３６ｂから内側に向かって傾斜した面取りをしたことにより、隣り合うボビン３３の第１の鍔部３６同士の外縁３６ｂ間の距離を大きく離して、第１の鍔部３６同士の張り出し量増加に寄与する。
　これにより、例えば図４に示すように、隣り合うボビン３３の第１の鍔部３６の各外縁３６ｂ側が互いに近づくように第１の鍔部３６の張り出し量を大きくしても、組立時に隣り合うボビン３３の第１の鍔部３６同士が組立時に干渉することはない。これにより、ボビン３３の第１の鍔部３６の周方向の両端面３６ａの張り出し量を大きくして、コイル巻線３４ａの巻数を増やして円環状電磁石２１ｂの吸引力を増大させることができる。つまり、図３に示すボビン３３同士の張り出し量を大きくして間隔Ｌ６１を詰めた場合では、コイル３４の厚みＬ１１は、次式（５）となり、図３に示すボビン３３間の間隔Ｌ６１を詰めないときのコイル３４の厚みＬ１よりもコイル巻線３４ａの巻き数を増やすことができる。
　Ｌ１１＝Ｌ１＋Ｌ９×ｔａｎ２α／２＞Ｌ１　　…（５）
　また、第２の鍔部３７の周方向の両端面３７ａに、それぞれ第２の鍔部３７の板厚みＬ４方向における内縁３７ｃから内側に向かって傾斜した面取りを設けているので、この面取りがコイル巻き付け量増大手段３０としてなり、傾斜した面取りが円環状ステータコア３１の内周壁３１ａの曲面形状（磁極つなぎ部分）を逃がし、ボビン３３の第２の鍔部３７の周方向の両端面間の張り出し量を大きくすることができる。これにより、コイル巻線３４aの巻数を増加させて円環状電磁石２１ｂの吸引力を増大させることができる。また、この実施例の場合における磁極つなぎ厚みＬ８２と従来の磁極厚みＬ８では、Ｌ８２≧Ｌ８となるように面取り角度γを設定する。
　すなわち、Ｌ７１≧Ｌ７＋Ｌ９×ｔａｎ２α／２
　　　　　　ｔａｎγ≦Ｌ１０／（Ｌ７＋Ｌ９×ｔａｎ２α／２）
となり、γを大きくするとコイル巻線３４aの巻数を増加させて円環状電磁石２１ｂの吸引力を増大させることができる。
　なお、上記実施例の円環状電磁石２１ｂにおけるボビン３３では、電磁石－Ｙ１と電磁石－Ｙ２の各第１の鍔部３６の周方向の両端面３６ａと各第２の鍔部３７の周方向の両端面３７ａにそれぞれ面取りを設けた構造を開示したが、必ずしも両方に設ける必要はなく、図２及び図３中において、次の（ａ）～（c）、若しくは、それらを組み合わせて実施しても良いものである。
（ａ）第１の鍔部３６側の両端面３６ａにおける面取りは、互いに隣り合う電磁石－Ｙ１の第１の鍔部３６と電磁石－Ｙ２の第１の鍔部３６うち、少なくとも一方の電磁石－Ｙ２の左側に設ける、あるいは他方の電磁石－Ｙ１の右側に設ける。
（ｂ）第１の鍔部３６側の両端面３６ａにおける面取りは、互いに隣り合う電磁石－Ｙ１の第１の鍔部３６と電磁石－Ｙ２の第１の鍔部３６うち、少なくとも一方の電磁石－Ｙ２の左側及び電磁石－Ｙ２の右側に設ける、あるいは他方の電磁石－Ｙ１の左側及び電磁石－Ｙ１の右側に設ける。
（ｃ）第２の鍔部３７側の両端面３７ａにおける面取りは、互いに隣り合う電磁石－Ｙ１の第２の鍔部３７と電磁石－Ｙ２の第２の鍔部３７うち、少なくとも一方の電磁石－Ｙ１の右側及び他方の電磁石－Ｙ２の左側に設ける。この場合では、コイル幅がＬ２＋Ｌ７１×ｔａｎγ＞Ｌ２になり、コイル巻線３４aの巻き数の多いコイル３４が得られる。また、磁極つなぎ厚みＬ８１がＬ８＋Ｌ７１×ｓｉｎγ＞Ｌ８になり、磁気飽和になりにくい。
　図５～図７は、円環状ステータコア３１の第１変形例を示す。図５及び図６は、図３及び図４の電磁石－Ｙに相当するものであり、図５及び図６でも図面を簡略化するためにハッチングを省略している。また、図７は、図５及び図６における円環状ステータコア３１のボビン３３を示すものであり、図７は図５の矢印Ａ及びＢ方向から見た平面図である。
なお、以下の説明では、図２～図４に示す円環状ステータコア３１と対応する部分には同じ符号を付して重複説明は省略し、構成の異なる部分についてだけ説明する。また、この第１変形例として示す電磁石－Ｙ１と電磁石－Ｙ２も、α角度で対称であって、各部の構造は同じである。したがって、図５及び図６中では、説明に対応する細かな符号は電磁石－Ｙ１側にだけ付し、電磁石－Ｙ２側への符号は大略的に付して省略する。
　図５及び図６に示す電磁石－Ｙは、電磁石－Ｙ１と電磁石－Ｙ２の一軸電磁石である。電磁石－Ｙ１のティース３１ｂに装着されたボビン３３と電磁石－Ｙ２のティース３１ｂに装着されたボビン３３には、第１の鍔部３６の周方向両側の端面３６ａにそれぞれ、図７に示すように隣り合うボビン３３同士の一部３９ａが入り込むのを許容する切り欠きとしての凹部４０ａが、コイル巻き付け量増大手段として、上下方向に並んで所定のピッチで複数設けられている。
　また、電磁石－Ｙ１のティース３１ｂに装着されたボビン３３における第１の鍔部３６の右側の凹部４０ａと左側の凹部４０ａは、電磁石－Ｙ２のティース３１ｂに装着されたボビン３３における第１の鍔部３６の左側の凹部４０ａ及び右側の凹部４０ａに対して、上下方向に略１ピッチずつずらして設けられている。
　一方、電磁石－Ｙ１のティース３１ｂに装着されたボビン３３と電磁石－Ｙ２のティース３１ｂに装着されたボビン３３における第２の鍔部３７の周方向両側の端面３７ａにも図７中において符号に括弧を付け示しているように、第１の鍔部３６の周方向両側の端面３６ａと略同じピット及び配置で、ボビン３３同士の一部３９ｂが入り込むのを許容する切り欠きとしての凹部４０ｂが複数設けられている。
　なお、ここで第１の鍔部３６の凹部４０ａの切り欠き深さＬ１５と凹部４０ｂの切り欠き深さＬ１６は同じ（Ｌ１５＝Ｌ１６）である。また、第１の鍔部３６の凹部４０ａの幅Ｌ２０と第２の鍔部３７の凹部４０ｂの幅Ｌ２４は同じ（Ｌ２０＝Ｌ２４）で、第１の鍔部３６の凹部４０ａ間の距離Ｌ２１と第２の鍔部３７の凹部４０ｂ間の距離Ｌ２５は同じ（Ｌ２１＝Ｌ２５）である。さらに、第１の鍔部３６の凹部４０ａ間の幅Ｌ２０と第２の鍔部３７の凹部４０ｂ間の幅Ｌ２４は、第１の鍔部３６の凹部４０ａ間の距離Ｌ２１と第２の鍔部３７の凹部４０ｂ間の距離Ｌ２５よりもそれぞれ大きく形成されている（Ｌ２０＞Ｌ２１、Ｌ２４＜Ｌ２５）。
　したがって、この構造では、図６に示すように第１の鍔部３６と第２の鍔部３７の張り出し量を増加させて、電磁石－Ｙ１側のボビン３３と電磁石－Ｙ２側のボビン３３を詰めて配置する構成にしても、電磁石－Ｙ１側のボビン３３と電磁石－Ｙ２側のボビン３３がそれぞれティース３１ｂに装着される時、電磁石－Ｙ１側のボビン３３における右側の凹部４０ａに電磁石－Ｙ２側のボビン３３における第２の鍔部３７の一部３９ｂと３９ａが順に入って逃がされ、隣り合うボビン３３同士が互いに干渉しないようにしてティース３１ｂに各々装着することができる。この場合、ボビン３３の第１の鍔部３６の張り出し量と第２の鍔部３７の張り出し量を増加させることによって、コイル巻線３４ａを凹部４０ａの切り欠き深さＬ１５の約１／２まで巻き付けることが可能になる。これにより、コイル巻線３４ａの巻き数を増加させてコイル３４の厚みＬ１を増加させることができる。すなわち、図６に示すコイル３４の厚みＬ１２は、第１の鍔部３６切り欠き深さＬ１５とすると、Ｌ１＋Ｌ１５／２＞Ｌ１となり、コイル巻線３４ａの巻き数をより多くしたコイル３４が得られる。
　図８～図１２、は円環状ステータコア３１の第２変形例を示す。図８及び図９は、図３及び図４の電磁石－Ｙに相当するものであり、図８及び図９でも図面を簡略化するためにハッチングを省略している。また、図１０～図１２は、図８及び図９における円環状ステータコア３１のボビン３３を示すものであり、図１０は図８の矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向から見た平面図で、図１１は円環状ステータコア３１の中心側から見た概略斜視図、図１２は円環状ステータコア３１の外周側から見た概略斜視図である。
　図８から図１２に示す第２の変形例は、図２～図４に示した実施例と図５～図７に示した第１変形例とを組み合わせて、更に発展させた変形である。したがって、図２～図７の円環状ステータコア３１に対応する部分には同じ符号を付して重複説明は省略し、構成の異なる部分についてだけ説明する。また、この第２変形例として示す電磁石－Ｙ１と電磁石－Ｙ２も、α角度で対称であって、各部の構造は同じである。したがって、図８及び図９中では、説明に対応する細かな符号は電磁石－Ｙ１側にだけ付し、電磁石－Ｙ２側への符号は大略的に付して省略する。
　図８及び図９に示す電磁石－Ｙは、電磁石－Ｙ１と電磁石－Ｙ２の一軸電磁石である。電磁石－Ｙ１のティース３１ｂに装着されたボビン３３と電磁石－Ｙ２のティース３１ｂに装着されたボビン３３には、第１の鍔部３６の周方向両側の端面３６ａ、３６ａ１と第２の鍔部３７の周方向両側の端面３７ａ、３７ａ１にそれぞれ、図８に示すように面取り角度β、β１、γ、γ１でそれぞれ傾斜して幅Ｌ９、Ｌ９１、Ｌ１０、Ｌ１７でなる面取りと、隣り合うボビン３３同士の一部３９ａ、３９ｂが入り込むのを許容する切り欠きとしての凹部４０ａ、４０ｂが複数設けられている。その面取り及び凹部４０ａ、４０ｂは、コイル巻き付け量増大手段３０として機能する。
　したがって、図８及び図９に示す円環状電磁石２１ｂでは、第１の鍔部３６の周方向の両端面３６ａ、３６ａ１に、それぞれ第１の鍔部３６の板厚み方向における外縁３６ｂ、３６ｂ１から内側に向かって傾斜した面取りをしたことにより、隣り合うボビン３３の第１の鍔部３６同士の内縁３６ｃ、３６ｃ１間の距離を大きく離して、第１の鍔部３６の張り出し量を増加させることができる。なお、図１１及び図１２には、第１の鍔部３６と第２の鍔部３７の周方向の両側の端面３６ａ、３６ａ１、３７ａに設けた面取りと、凹部４０ａ、４０ｂを設けたボビン３３の単体を示しており、図１１は円環状ステータコア３１の中心側から見た概略斜視図、図１２は円環状ステータコア３１の外周側から見た概略斜視図である。
　これにより、この変形例においても、例えば、図８に示すように隣り合うボビン３３の第１の鍔部３６同士が離れた状態から、図９に示すように第１の鍔部３６の張り出し量を大きくして第１の鍔部３６同士が互いに近づくように、第１の鍔部３６の間隔Ｌ６を詰めることができる。すなわち、隣り合うボビン３３同士の第１の鍔部３６の各外縁３６ｂ側が互いに近づくように第１の鍔部３６の張り出し量を大きくすると、コイル巻線３４の厚みをＬ１からＬ１３まで大きくすることができ、またコイル３４の厚みＬ１よりもコイル巻線３４ａの巻き数を増やすことができる。
　Ｌ１３＝Ｌ１＋Ｌ１５／２＋Ｌ９×ｔａｎ２α／２＞Ｌ１
　また、第２の鍔部３７の周方向の両端面３７ａに、それぞれ第２の鍔部３７の板厚みＬ４方向における内縁３７ｃから内側に向かって傾斜した面取りを設けているので、これがコイル巻き付け量増大手段３０となり、傾斜した面取りが円環状ステータコア３１の内周壁３１ａの曲面形状（磁極つなぎ部分）を逃がし、ボビン３３の第２の鍔部３７の周方向の張り出し量を大きくしてコイル巻線３４aの巻数を増やすことができる。また、従来の磁極つなぎ厚みＬ８よりも大きくなる（Ｌ８３≧Ｌ８）ように、面取り角度γを設定する。
　すなわち、Ｌ７１≧Ｌ７＋Ｌ１５／２＋Ｌ９×ｔａｎ２α／２
　　　　ｔａｎγ≦Ｌ１０／（Ｌ７＋Ｌ１５／２＋Ｌ９×ｔａｎ２α／２）
となり、面取り角度γをＬ８３≧Ｌ８に設定できる。
　さらに、電磁石－Ｙ１のティース３１ｂに装着されたボビン３３と電磁石－Ｙ２のティース３１ｂに装着されたボビン３３に、それぞれボビン３３同士の一部３９ｂが入り込むのを許容する切り欠きとしての凹部４０ｂを設けているので、組立時に隣り合うボビン３３の第１の鍔部３６同士が組立時に干渉することがない。これによっても、ボビン３３の第１の鍔部３６の周方向の両端面間の距離（張り出し量）を大きくすることができ、コイル巻き付け量増大手段３０として機能してコイル巻線３４ａの巻数を増加させて円環状電磁石２１ｂの吸引力を増大させることができる。
　なお、本発明は、図１５及び図１６に示したオフセットがある矩形巻きや台形巻きをしたコイルのボビンにも適用できる。さらに、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
１０　　　真空ポンプ
１１　　　ケーシング
１２　　　ベース
１３　　　吸気口
１４　　　排気口
１５　　　モータ部
１５ａ　　永久磁石
１５ｂ　　電磁石（円環状電磁石）
１６　　　ロータ軸（シャフト）
１７　　　ロータ部
１８　　　ボルト
１９　　　ロータ翼
２０　　　円筒部材
２１　　　ラジアル磁気軸受部（磁気軸受装置）
２１ａ　　ターゲット
２１ｂ　　電磁石（円環状電磁石）
２２　　　ラジアル磁気軸受部（磁気軸受装置）
２２ａ　　ターゲット
２２ｂ　　電磁石（円環状電磁石）
２３　　　スラスト磁気軸受部
２３ａ　　電磁石
２３ｂ　　電磁石
２４　　　アーマチュア
２５　　　変位センサ
２５ａ　　ターゲット
２５ｂ　　コイル
２６　　　変位センサ
２６ａ　　ターゲット
２６ｂ　　コイル
２７　　　変位センサ
２７ａ　　ターゲット
２７ｂ　　コイル
２８　　　制御装置
３０　　　コイル巻き付け量増大手段
３１　　　円環状ステータコア
３１ａ　　内周壁
３１ｂ　　ティース
３１ｃ　　コア座面
３２　　　コイル部
３３　　　ボビン
３４　　　コイル
３４ａ　　コイル巻線
３５　　　ボビン本体
３６　　　第１の鍔部
３６ａ、３６ａ１　周方向の端面（面取り）
３６ｂ、３６ｂ１　外縁
３６ｃ、３６ｃ１　内縁
３６ｄ　　切り欠き
３７　　　第２の鍔部
３７ａ　　周方向の端面（面取り）
３７ｂ　　外縁
３７ｃ　　内縁
３８　　　挿入孔
３９ａ　　第１の鍔部側のボビンの一部
３９ｂ　　第２の鍔部側のボビンの一部
４０ａ　　第１の鍔部側の凹部（切り欠き）
４０ｂ　　第２の鍔部側の凹部（切り欠き）
Ｔ　　　　真空ポンプ部
Ｓ　　　　ねじ溝式ポンプ部
Ｌ１　　　従来のコイルの厚み
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３　コイルの厚み
Ｌ２　　　コイル幅
Ｌ３　　　第１の鍔部の板厚み
Ｌ４　　　第２の鍔部の板厚み
Ｌ５　　　コイル最外周からの張り出し量
Ｌ６　　　ボビン同士の間隔
Ｌ６１、Ｌ６２、Ｌ６３　突出量（ボビン間の間隔増加分）
Ｌ７　　　従来のコア座面の端部とボビン間の間隔
Ｌ７１　　コア座面の端部とボビン間の間隔
Ｌ８　　　従来の磁極つなぎ厚み
Ｌ８１、Ｌ８２、Ｌ８３　磁極つなぎ厚み
Ｌ９、Ｌ９１、Ｌ１０、Ｌ１７　突出量面取り幅
Ｌ１５　　第１の鍔部側の切り欠き深さ
Ｌ１６　　第２の鍔部側の切り欠き深さ
Ｌ２０、Ｌ２４　凹部の幅
Ｌ２１、Ｌ２５　凹部間の距離
β、β１　第１の鍔部側における端面の面取り角度
γ、γ１　第２の鍔部側における端面の面取り角度
Ｆ　　　　吸引力
Ｎ　　　　コイル巻線の巻き数
ｉ　　　　コイル巻線に流れる電流
Ｒ　　　　磁気抵抗
Ｓ　　　　磁極面積
ｕ　　　　空隙の透磁率
α　　　　半角
ｋ　　　　定数
Ｏ　　　　中心

Claims (6)

  1. 　ロータ軸の径方向の外側に配置されて前記ロータ軸を回転可能に保持する磁気軸受装置を有する真空ポンプであって、
    　前記磁気軸受装置が、
    　内周壁に前記ロータ軸の周方向に所定の間隔を空けて複数のティースを設けた円環状ステータコアと、外周にコイル巻線が巻かれて前記複数のティースに各々装着された複数のボビンを有する円環状電磁石を備え、
    　前記複数のボビンが、
    　外周に前記コイル巻線を巻かれ、かつ前記複数のティースに装着される矩形筒状のボビン本体と、
    　前記ボビン本体の前記ロータ軸と対向する側の端面に設けた、正面視において矩形中空状に形成されている第１の鍔部と、
    　前記ボビン本体の前記第１の鍔部と反対側の端面に設けた、正面視において矩形中空状に形成されている第２の鍔部と、
    　少なくとも前記第１の鍔部と前記第２の鍔部のいずれか一方に形成した、前記ボビン本体に巻き付けられる前記コイル巻線の巻き付け量を増大するコイル巻き付け量増大手段と、を備える、ことを特徴とする真空ポンプ。
  2. 　前記コイル巻き付け量増大手段は、前記第１の鍔部の周方向の両端面に、それぞれ前記第１の鍔部の板厚み方向における外縁から内側に向かって傾斜した面取りを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
  3. 　前記コイル巻き付け量増大手段は、隣り合う前記複数のボビンにおける前記第１の鍔部同士の周方向の両端面に、それぞれ隣り合う前記複数のボビンの前記第１の鍔部同士の一部が入り込む切り欠きを有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
  4. 　前記コイル巻き付け量増大手段は、前記第２の鍔部の周方向の両端面に、それぞれ前記第２の鍔部の板厚み方向における内縁から内側に向かって傾斜した面取りを有する、ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の真空ポンプ。
  5. 　請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の真空ポンプに用いられていることを特徴とする磁気軸受装置。
  6. 　請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の真空ポンプに用いられていることを特徴とする円環状電磁石。
PCT/JP2018/016366 2017-05-19 2018-04-20 真空ポンプ、及び該真空ポンプに用いられる磁気軸受装置、並びに円環状電磁石 WO2018211913A1 (ja)

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