[发明专利]用于磁轴承的转子的永磁铁阵列和组装该阵列的方法

说明书

当用于涡轮分子泵中时，由磁轴承组件的旋转磁铁阵列中的永磁铁的非对称的磁化产生的杂散磁场可引起装置(如，扫描电子显微镜)的重大问题。为了最大限度地减少杂散场，首先要至少测量阵列中的各个磁铁的偶极矩和四极矩。然后，相对于彼此布置阵列中的磁铁，使得偶极矩和四极矩两者都最大限度地减少，从而使涡轮分子泵中的磁铁阵列旋转时的杂散磁场最大限度地减少。

技术领域

本发明涉及磁轴承领域。具体而言，涉及一种用于减少由高速旋转机器(如，涡轮分子泵)中的永磁轴承装置引起的横向的杂散磁场的设备和方法。

背景技术

涡轮分子泵被用作真空系统的一部分，真空系统用于产生装置(如，扫描电子显微镜(SEM)和平板印刷装置)所需的高真空环境。

涡轮分子泵普遍包括泵的高真空端中的无油被动永磁轴承装置。

图1中示出了涡轮分子泵(未示出)的被动永磁轴承装置10的截面。在该实例中，轴承装置10包括四个外部旋转的永磁铁环12a,12b,12c和12d的阵列12和四个内部非旋转的永磁铁环14a,14b,14c和14d的阵列14，其布置成使得外部旋转的阵列12以同心的方式环绕内部静止的阵列14。磁铁全部由稀土磁性材料形成。外部阵列12附接于涡轮分子泵(未示出)的转子上，其中静止阵列14附接于所述泵的定子上。由于机械强度和实际结构的原因，一般情况下外部环阵列形成轴承装置的旋转部分而内部环形成为静止部分。

在该实例中，各个阵列12,14中的磁环12a到12d和14a到14d的磁化分别大致与泵转子(未示出)的旋转轴线4对准。磁化方向已经由箭头指出，其中各个箭头的头部指出北极。

磁铁布置在各个阵列内，使得它们相对于彼此相互排斥；即，阵列中的近端磁铁以相同磁极接触相同阵列中的其最邻近的磁铁(例如，磁铁12a和12b以其南极接触彼此)。各个阵列中的外部磁环12a,12d,14a,14d均使其北极面向最外面。

装置10的各个阵列12,14中的磁铁12a到12d和14a到14d定向成在阵列12,14之间提供相互排斥，且因此产生几乎无摩擦的轴承。

很多其它构造是可能的，其使用不同数目的环，具有轴向或径向磁化，且布置成用于转子与定子之间的排斥力或吸引力。尽管多种构造都是可能的，但在环中的磁化方向相对于其几何轴线完美地对称时，它们全部都最佳地执行。

旋转阵列12的环12a到12d中的磁化在图1中示为相对于其几何轴线4完美地对称。然而，事实上，由于磁环的制造工艺的实际局限性，各个磁环12a到12d(且同样对于磁铁14a到14d)的磁化都是不完美的。这在图2a和图2b中示出了。如图2a中指出那样，在轴向地磁化的永磁环中观察到的最大磁性不对称通常为较小的角度误差，使得磁铁的轴线以几度的角移离几何轴线4。取决于磁铁的品质或等级，角度误差θ可多达3°。该误差可被认为是对理想的轴向磁化的小扰动；实际上，横向磁偶极矩8叠加在预期的轴向偶极矩6上，如图2b中所示。

除横向偶极(一阶)不对称外，还存在较高阶次的不对称，例如，四极不对称和六极不对称。不对称的程度或磁场强度通常随极数的增大而减小。

在这些较小的不对称出现在旋转磁铁阵列12的任何环12a到12d中的情况下，生成了时变磁场(该磁场对静止磁铁14a到14d是恒定的)。这些2,4和6个极的不对称分别以是泵转子的旋转速度的1,2,3倍的频率生成时变磁场。

扫描电子显微镜的性能极易受机械振动或从涡轮分子泵发射的杂散磁场影响。已知的是，杂散场直接干扰电子束或仪器的电路。

尽管普遍使用铁磁屏蔽来减少此类磁场发射，但此类屏蔽很昂贵且仅具有有限的效果。

因此，所期望的是，由备选的器件来减小这些时变杂散磁场的影响。

发明内容