CN101490932A - 马达 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种马达，它包括静止部件和可相对于静止部件旋转的旋转部件，静止部件包括壳体和设置在壳体内的马达定子，而旋转部件包括由轴承支撑的轴和位于轴上以相对于马达定子旋转的马达转子。润滑剂供给系统供给润滑剂以润滑轴承。其中一个静止部件与其中一个旋转部件一起限定环形槽，环形槽用于接纳来自润滑剂供给系统的润滑剂以形成马达的静止部件和旋转部件之间的导热路径。在一个实施例中，环形槽由轴和壳体限定。在另一个实施例中，环形槽由马达定子和马达转子限定。

Description

马达
技术领域
本发明涉及一种马达和一种真空泵，所述真空泵包括具有马达转子的马达，所述马达转子在泵的使用过程中暴露于低于大气压的压力下。
背景技术
真空处理加工一般用在半导体设备和平板显示器的制造中以在基板上沉积薄膜，和用在冶金过程中。用来将比较大的处理室中抽空到所希望的压力的泵吸系统一般包括与至少一个初级抽气泵串联连接的至少一个前置泵。
真空泵典型地具有无油式泵吸机构，因为存在于泵吸机构中的任何润滑剂都可能引起在其中执行真空处理加工的清洁环境的污染。这种“干式”真空泵一般是单级或多级的正排量泵，所述泵在泵吸机构中采用内啮合式转子。所述转子可以在每级中具有同样类型的轮廓或所述轮廓可以在级与级之间变化。初级抽气泵可以具有与前置泵相似的泵吸机构，或具有不同的泵吸机构。
典型地，异步交流马达驱动前置泵的泵吸机构。这种马达必须具有一额定功率，所述额定功率使得所述泵能在泵入口和出口之间提供泵送的气体的足够压缩，和使得最后得到的泵吸速度足以完成所要求的工作量。
干式真空泵的早期设计基本上使用标准马达，所述标准马达带有以油脂润滑的轴承，并且在马达和真空泵的抽吸机构之间具有轴密封件。这些马达以比较低的速度(小于60Hz)在大气压力下工作。已经发现上油脂润滑的轴承和轴密封件是真空泵的不可靠性之源，因此泵设计的趋势是除去这些零件和以较高速度(大约100Hz)运行。这已经通过将马达集成(或结合)到真空系统中来实现，因而避免了提供轴密封件和使用来自泵齿轮箱的油润滑马达轴承的要求，从而将油脂润滑的轴承从马达上除去。
将马达集成到真空抽吸系统中的缺点在于，就前置泵而言，现在要求马达转子在真空下工作，而以前的马达转子总是在大气压力下工作。这是一个区别，已经发现鉴于在真空泵使用过程中马达的过热，该区别严重地约束了可实现的马达额定功率。
电动机典型地具有大约85％的效率，马达中的15％的损失引起马达绕组、马达定子和马达转子的发热。在马达绕组和马达定子中所产生的热量容易通过马达壳体利用传导来传送，并且典型地通过水冷从壳体移除。所述绕组可能被有利地罐装或封装以改善与马达定子和/或与马达壳体的热传递。当在大气压力下工作时，在马达转子中所产生的热量主要利用马达内部的空气作为用于将热量从马达转子传递到马达壳体的介质、通过对流而传送到马达的壳体。马达转子可以设有散热片以使该效果达到最大化。然而，当在真空下工作时，在马达壳体内部只有很少的空气或没有空气，因此，用于使热量从马达转子散失的主要途径不再有效，而这严重地限制了马达转子的有效的冷却。尽管通过沿着马达轴并经由轴承的传导和通过从马达转子的辐射某些冷却是有效的，但这些冷却机制的组合仅仅产生比较小的冷却效果。
典型地Fomblin油被用来润滑真空泵的齿轮和轴承。如果马达被集成到泵齿轮箱中，或连接到泵齿轮箱上，并且分享用于润滑马达的轴承的齿轮箱油，则存在有下列可能性：这种油可能与马达转子接触。如果Fomblin油被加热到超过280℃的温度，它就分解形成高腐蚀性的氟化氢，因此，对马达转子的工作温度典型地设定250℃的上限。与当在大气压力下工作时的大约7.5kW的额定功率相比，这可能将马达的额定功率减小到当在真空条件下工作时的大约2kW。
发明内容
本发明优选实施例的目的至少是提供当在低于大气压的压力下工作时对马达的旋转部件的冷却的改善。
在第一方面，本发明提供一种马达，所述马达包括静止部件和可相对于静止部件旋转的旋转部件，所述静止部件包括壳体和设置在壳体内的马达定子，而所述旋转部件包括由轴承支撑的轴和位于所述轴上用以相对于马达定子旋转的马达转子；和用于供给润滑剂用以润滑轴承的润滑剂供给系统；其特征是，其中一个静止部件与其中一个旋转部件一起限定环形槽(或环形通道)，所述环形槽用于接纳来自润滑剂供给系统的润滑剂，以形成马达的静止部件和旋转部件之间的导热路径(或通道)。
通过在环形槽内润滑剂的存在而这样形成在马达的旋转部件和静止部件之间的导热路径能改善马达的较热的旋转部件和较冷的马达静止部件之间的热传递。当马达转子在低于大气压的压力下工作时(即，当壳体内的环境处于低于大气压的压力下时)，这个导热路径能极大地降低马达转子的温度，并且当马达在大气压力下工作时，还可能有助于马达转子的冷却。通过提供当在低于大气压的压力下工作时的马达转子的改善冷却，可以使当在低于大气压的压力下工作时的马达的额定功率与当在大气压力下工作时的马达的额定功率近似相同。此外，马达旋转部件的温度降低能减小穿过或横过轴承的温度梯度，所述轴承用来支撑相对于马达的静止部件旋转的轴。
在第一实施例中，环形槽由壳体和轴限定，环形槽围绕所述轴延伸并且与所述轴同心。可以设置两个这种环形槽，马达转子位于这两个槽之间。这些槽中的每一个都可以位于用来支撑用以相对于壳体旋转的轴的相应轴承的外面，即，每个轴承都位于马达转子和相应的环形槽之间。作为选择，每个环形槽都可以轴向上位于马达转子和相应的轴承之间。较靠近马达转子的槽的位置能提高建立在壳体和轴之间的导热路径的冷却效果。
润滑剂供给系统可以构形成将润滑剂直接供给到所述环形槽或每个环形槽，随着轴的旋转，润滑剂被从环形槽传送到轴承中。已经通过轴承的润滑剂可以返回到泵齿轮箱，所述泵齿轮箱可以提供用于润滑剂供给系统的润滑剂源。可以设置用于将润滑剂从壳体排出的装置以控制壳体内润滑剂的量，排出的润滑剂也返回到齿轮箱。
在第二实施例中，环形槽由马达定子和马达转子限定。润滑剂供给系统可以布置成向壳体中供给润滑剂以部分地浸没马达转子，且由此由马达转子和马达定子之间的环形空气间隙形成填充润滑剂的槽。在这个实施例中，润滑剂供给系统可以布置成将润滑剂直接供给到壳体中以填充环形槽，因为这可有利于润滑剂供给系统的构形。可以设置用于控制容放在壳体内的润滑剂的量的装置。例如，排出管的入口可以径向地位于环形槽和轴之间以将润滑剂从壳体排出，排出管入口相对于壳体的位置决定了马达转子被润滑剂浸没的最大深度。
在该第二实施例中，轴的旋转使得被部分浸没的马达转子将润滑剂的液滴抛向壳体的壁。用于在马达转子附近支撑轴的轴承的定位能使轴承被这些润滑剂的液滴润滑，由此避免了提供两个单独的用于润滑轴承的润滑剂供给系统的需求。因而，在第二方面，本发明提供了一种马达，所述马达包括壳体、设置在壳体内的马达定子、穿过所述壳体的轴、支撑相对于壳体旋转的轴的轴承、位于所述轴上用以相对于马达定子旋转的马达转子、和用于将润滑剂供给到壳体的润滑剂供给系统，所述轴承被定位成接纳随着轴的旋转被马达转子抛出的润滑剂。
在第一实施例的变型中，马达定子和马达转子限定有另外的环形槽。在这个变型中，第一实施例的排出装置的入口朝着轴径向地移动，且如此所述入口可以位于与第二实施例的排出管的入口相似的位置，即径向上位于另外的环形槽和轴之间。结果，能允许一定量的润滑剂形成在壳体内以便部分地浸没所述马达转子，并由此由马达转子和马达定子之间的环形空气间隙形成充填润滑剂的槽。所述入口相对于壳体的位置决定了马达转子被润滑剂浸没的最大深度。这能进一步提高马达转子的冷却。
在第三方面，本发明提供一种真空泵，所述真空泵包括如前所述的马达，和其中在泵的使用过程中在壳体内产生低于大气压的压力。
在第四方面，本发明提供一种在马达的使用过程中从位于低于大气压的压力环境内的马达转子移除热量的方法，所述马达包括静止部件和可相对于静止部件旋转的旋转部件，所述静止部件包括壳体和设置在壳体内的马达定子，而所述旋转部件包括由轴承支撑的轴和位于轴上用以相对于马达定子旋转的马达转子，所述方法包括向壳体供给润滑剂，用于润滑轴承和用以充填被限定在其中一个静止部件和其中一个旋转部件之间的环形槽，以在马达的静止部件和旋转部件之间形成导热路径；和冷却其中一个静止部件以将已经经过所述路径传导的热量从马达移除。
与本发明第一方面有关的上述的特征可同等地应用于本发明的第四方面，反之亦然。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的优选特征，其中：
图1是马达的第一实施例的示意性横截面图；和
图2是马达的第二实施例的示意性横截面图。
具体实施方式
首先参考图1，用于真空泵的马达10包括静止部件和可相对于静止部件旋转的旋转部件。所述静止部件包括壳体12和位于壳体12内的马达定子14，马达定子14具有被封装在树脂18中的端部绕组16。用于围绕马达定子14传送冷却液流例如水的管20设置成与壳体12热接触。如图1中所示，管20可以穿过壳体12，或作为选择可以环绕壳体12的外侧延伸。壳体12优选地由具有较高热导率的材料制成，优选地由金属材料例如铝制成。
所述旋转部件包括被马达定子14沿圆周或周向上包围的马达转子22和轴24，马达转子22安装在所述轴24上。轴24由轴承26、28支撑用以相对于壳体12旋转，从而驱动真空泵的叶轮。马达转子22可以包括多个径向翼片29用于随着轴24的旋转在壳体12内产生气流，以使得在空气存在于壳体12内的情况下，通过对流将热量从径向翼片29抽出或引出，所述对流是由于在壳体12内循环的空气的强制流动所引起的。
润滑剂供给系统30设置成用于供给润滑剂，例如烃油或Fomblin油，以润滑轴承26、28。在这个实施例中，润滑剂供给系统30包括在马达10的壳体12中加工出的润滑剂供给管(或管道)或导管32、34，每个润滑剂供给管或导管都用于将润滑剂从真空泵的齿轮箱或从专用的润滑剂容器传送到相应的轴承26、28。
润滑剂通过每个供给管32、34供给到由壳体12和轴24确定的相应的环形槽或环形通道36、38中。每个槽36、38都绕着轴24同心地延伸，并且在这个实施例中轴向地位于马达转子22和相应的轴承26、28之间。润滑剂充填环形槽36、38并随着轴24的旋转沿着轴24通过，进入到轴承26、28中。参考图1，已经穿过轴承26的润滑剂可以进入由壳体12和轴24确定的并位于轴承26外面的另外的环形槽40，即轴承26位于马达转子22和另外的环形槽40之间。如所图示的，环形槽36、38、40可以由轴24和壳体12的支承凸缘方便地确定出。
润滑剂返回管或导管42、44也在壳体12中加工出，用于使润滑剂返回到齿轮箱。返回管42布置成(或配置成)使润滑剂从装放马达定子14的室46返回，且返回管44布置成(或配置成)使润滑剂从环形槽38返回。在这个实施例中，返回管42的入口位于马达定子14和马达转子22之间的空气间隙之下，以使得在泵的使用过程中，室46基本上没有润滑剂。
优选地将马达10集成到真空抽吸系统中，且如此，在泵的使用过程中，壳体12的室46暴露于低于大气压的压力下。因此，通过在泵的使用过程中在壳体12内的空气量的减少使因对流从径向翼片29移除的热量可能被极大地削减。然而，位于轴24和壳体12之间的充填有润滑剂的环形槽36、38、40提供了导热路径，用于在壳体12内的大气压力和低于大气压的压力下，通过传导将热量从马达的旋转部件传递到马达10的壳体12中。如图1中的空心(或遮蔽)箭头48所示，在马达10的使用过程中在马达转子22中产生的热量通过传导被传递到马达10的轴24上。热量通过传导沿着轴24通过，然后同样通过传导，经过填充有润滑剂的环形槽36、38、40被传递到马达10的壳体12上。接着所述热量通过传导经由壳体12的壁被传递给在管20内流动的水。
当马达10的壳体12暴露于低于大气压的压力时，热量从轴24到马达10的壳体12的传导能使马达转子22的温度被降低到从50至100℃范围内的温度，同时实现比较高的马达额定功率，例如大于5kW，优选地大约7.5kW。此外，在泵的使用过程中，能将经过轴承26、28的温度梯度维持在可接受的程度，例如大约50℃。
在图2中图示出用于真空泵的马达60的第二实施例。如第一实施例中那样，马达60包括静止部件和可相对于静止部件旋转的旋转部件。所述静止部件包括壳体62和位于壳体62内的马达定子64，所述马达定子64具有被封装在树脂68中的端部绕组66。用于围绕马达定子64传送冷却液流例如水的管70设置成与壳体62热接触。如图2中所图示的，管70可以穿过壳体62，或管70可以环绕壳体62的外侧延伸。壳体62优选地由具有比较高热导率的材料制成，优选地由金属材料例如铝制成。
旋转部件包括被马达定子64沿圆周或周向上围绕的马达转子72和轴74，马达转子72安装在所述轴74上。轴24由开式轴承76、78支撑用以相对于壳体62旋转，从而驱动真空泵的叶轮。如图2中所图示的，在这个实施例中，每个轴承76、78的位置均与壳体62的相应内壁80、82相邻，优选地与壳体62的相应内壁80、82齐平。马达转子72可以包括多个径向翼片84用于随着轴74的旋转在壳体62内产生气流，以使得在空气存在于壳体62内的情况下，通过对流将热量从径向翼片84抽出或引出，所述对流是由于在壳体62内循环的空气的强制流动所引起的。
润滑剂供给系统90设置成用于供给润滑剂，例如Fomblin油，用以润滑轴承76、78。在这个实施例中，润滑剂供给系统90包括润滑剂供给管(或管道)或导管92，所述管或导管延伸到壳体62中用于将润滑剂从真空泵的齿轮箱或从专用润滑剂容器直接传送到壳体62的室94中。润滑剂返回管或排出管96从壳体62的室94延伸出以使润滑剂返回到齿轮箱。在这个实施例中，所述排出管96的入口98径向地位于轴74和环形空气间隙100之间，所述环形空气间隙100被限定在马达定子64和马达转子72之间，以使得在泵的使用过程中，马达转子72部分地浸没在位于室94内的润滑剂的池(或坑)102中，并使得空气间隙100填充有润滑剂。
优选地将马达60集成到真空抽吸系统中，且如此，在泵的使用过程中，壳体62的室94暴露于低于大气压的压力下。因此，通过在泵的使用过程中在壳体62内的空气量的减少因对流从径向翼片84移除的热量可能被极大地削减。然而，位于马达定子64和马达转子72之间的充填有润滑剂的环形空气间隙100提供了导热路径，用于在壳体62内的大气压力和低于大气压的压力下，通过传导将热量从马达的旋转部件传递到马达60的壳体62上。如图2中的空心(或遮蔽)箭头110所示，在马达60的使用过程中在马达转子72中产生的热量通过传导经过充填有润滑剂的空气间隙100被传递到马达定子64，然后同样通过传导，被传递到马达60的壳体62上。然后所述热量通过传导经由壳体62的壁被传递给在管70内流动的水。
如第一实施例中那样，当马达60的壳体62暴露于低于大气压的压力时，热量从马达转子72到马达定子64的传导能使马达转子72的温度降低到从50至100℃范围内的温度，同时实现比较高的马达额定功率，例如大于5kW，优选地大约7.5kW。此外，在泵的使用过程中，能将经过轴承76、78的温度梯度维持在可接受的程度，例如大约50℃。
另外，随着马达转子72在壳体62内的旋转，存在于壳体62内的润滑剂被从马达转子72向外抛。轴承76、78定位成接纳随着轴74的旋转被马达转子72抛出的润滑剂，从而使轴承76、78能被从马达转子72抛出的润滑剂润滑。与第一实施例的润滑剂供给系统30相比，这个方案能使润滑剂供给系统90得到简化；与第一实施例中需要两个润滑剂供给管32、34将润滑剂供给到每个轴承26、28相反，需要单个润滑剂供给管92将润滑剂直接供给到壳体62中。另外，用第二实施例的简化的返回管96代替第一实施例的润滑剂返回管44和42，对于润滑剂供给管92的机械加工可以比对于两个润滑剂供给管32、34的机械加工要简单得多。此外，由于在壳体62中所含的润滑剂的量由排出管96的入口98的位置决定，所以可以不用调节润滑剂向壳体62的供给。比较起来，在第一实施例中可能需要对润滑剂向环形槽36、38的供给速度进行某些控制。
在第一实施例的变型中，润滑剂返回管42的入口可以定位于与第二实施例的排出管96的入口98相似的位置，即径向上位于轴24和环形空气间隙之间，所述环形空气间隙被限定在马达定子14和马达转子22之间。结果，在泵的使用过程中，马达转子22部分地浸没在位于室46内的润滑剂的池(或坑)中，且使得空气间隙充填有润滑剂。在壳体内的大气压力和低于大气压的压力下，位于马达定子14和马达转子22之间的充填有润滑剂的环形空气间隙提供了额外的导热路径，用以通过传导将热量从马达的旋转部件传递到马达的壳体上。

Claims (35)

1.一种马达，所述马达包括静止部件和可相对于所述静止部件旋转的旋转部件，所述静止部件包括壳体和设置在所述壳体内的马达定子，而所述旋转部件包括由轴承支撑的轴和位于所述轴上用以相对于所述马达定子旋转的马达转子；和用于供给润滑剂用以润滑所述轴承的润滑剂供给系统；其特征在于，其中一个所述静止部件与其中一个所述旋转部件一起确定环形槽，所述环形槽用于接纳来自所述润滑剂供给系统的润滑剂以形成所述马达的所述静止部件和所述旋转部件之间的导热路径。
2.如权利要求1所述的马达，其特征在于，所述环形槽由所述马达定子和所述马达转子限定。
3.如权利要求2所述的马达，其特征在于，所述润滑剂供给系统布置成将润滑剂供给到所述壳体中以部分地浸没所述马达转子。
4.如权利要求2或3所述的马达，其特征在于，所述润滑剂供给系统布置成将润滑剂直接供给到所述壳体中。
5.如权利要求3或4所述的马达，其特征在于，其包括用于控制容放在所述壳体内的润滑剂的量的装置。
6.如权利要求5所述的马达，其特征在于，用于控制容放在所述壳体内的润滑剂的量的所述装置包括排出管，所述排出管的入口径向地位于所述环形槽和所述轴之间以将润滑剂从所述壳体排出。
7.如权利要求3至6中任一项所述的马达，其特征在于，所述轴承定位成接纳随着所述轴的旋转被所述马达转子抛出的润滑剂。
8.如权利要求1所述的马达，其特征在于，所述环形槽由所述壳体和所述轴限定。
9.如权利要求8所述的马达，其特征在于，所述马达转子位于两个所述环形槽之间。
10.如权利要求8所述的马达，其特征在于，每个环形槽都轴向地位于所述马达转子和相应的轴承之间。
11.如权利要求8至10中任一项所述的马达，其特征在于，所述润滑剂供给系统构形成将润滑剂直接供给到所述环形槽或每个环形槽。
12.如权利要求8至11中任一项所述的马达，其特征在于，所述马达转子和所述马达定子限定有另外的环形槽。
13.如权利要求12所述的马达，其特征在于，所述另外的环形槽布置成接纳由所述润滑剂供给系统供给的润滑剂。
14.如权利要求8至13中任一项所述的马达，其特征在于，其包括用于从所述壳体排出润滑剂的装置。
15.当从属于权利要求12时如权利要求14所述的马达，其特征在于，用于从所述壳体排出润滑剂的所述装置的入口径向地位于所述另外的环形槽和所述轴之间。
16.如前述权利要求中任一项所述的马达，其特征在于，其包括用于冷却所述壳体的装置。
17.如权利要求16所述的马达，其特征在于，所述冷却装置包括用于围绕所述马达定子传送冷却剂的装置。
18.一种真空泵，所述真空泵包括如前述权利要求中任一项所述的马达。
19.如权利要求18所述的真空泵，其特征在于，在所述泵的使用过程中在所述壳体内产生低于大气压的压力。
20.如权利要求18或19所述的真空泵，其特征在于，其包括齿轮箱，且其中所述润滑剂供给系统构形成从所述齿轮箱向所述马达供给润滑剂。
21.一种在马达的使用过程中从位于低于大气压的压力环境内的马达转子移除热量的方法，所述马达包括静止部件和可相对于所述静止部件旋转的旋转部件，所述静止部件包括壳体和设置在所述壳体内的马达定子，而所述旋转部件包括由轴承支撑的轴和位于所述轴上以相对于所述马达定子旋转的马达转子，所述方法包括向所述壳体供给润滑剂，用于润滑所述轴承和用于填充被限定在其中一个所述静止部件和其中一个所述旋转部件之间的环形槽，以形成所述马达的所述静止部件和所述旋转部件之间的导热路径；并冷却其中一个所述静止部件以将经过所述路径已经传导的热量从所述马达移除。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，将所述润滑剂供给到所述壳体以填充由所述马达定子和所述马达转子限定的环形槽。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，将所述润滑剂供给到所述壳体中以部分地浸没所述马达转子。
24.如权利要求22或23所述的方法，其特征在于，将所述润滑剂直接供给到所述壳体中。
25.如权利要求23或24所述的方法，其特征在于，控制容放在所述壳体内的润滑剂的量。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，通过排出管将润滑剂从所述壳体排出，所述排出管的入口径向地位于所述环形槽和所述轴之间。
27.如权利要求23至26中任一项所述的方法，其特征在于，将所述轴承定位成接纳随着所述轴的旋转被所述马达转子抛出的润滑剂。
28.如权利要求21所述的方法，其特征在于，将所述润滑剂供给到所述壳体中以充填由所述壳体和所述轴限定的环形槽。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，将所述润滑剂供给到所述壳体中以充填两个所述环形槽，所述马达转子位于所述环形槽之间。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，使每个环形槽都轴向地位于所述马达转子和相应的轴承之间。
31.如权利要求28至30中任一项所述的方法，其特征在于，将所述润滑剂直接供给到所述环形槽中。
32.如权利要求28至31中任一项所述的方法，其特征在于，将所述润滑剂供给到所述壳体以充填由所述马达定子和所述马达转子限定的另外的环形槽。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，通过排出管将润滑剂从所述壳体排出，所述排出管的入口径向地位于所述另外的环形槽和所述轴之间。
34.如权利要求21至33中任一项所述的方法，其特征在于，冷却所述壳体。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，通过围绕所述马达定子传送的冷却剂冷却所述壳体。
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