CN101617125B - 快速旋转的真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速旋转的真空泵，其具有通过电驱动马达驱动的磁性支撑的转子，所述转子具有确定的恒定的额定转动频率(fnom)。所述转子和转子轴承设计成使得弯曲临界的反向转动共振频率(fcrit)处于所述额定转动频率(fnom)上方的3％和最大30％之间。因此防止超速。

Description

快速旋转的真空泵
技术领域
一种快速旋转的真空泵，尤其是磁性支撑的非容积式涡轮分子泵需要可靠的超速保护，因为由于存在离心力超速不仅导致真空泵损坏，而且还对人产生高度的危险。
背景技术
在实践中，使用复杂的电子组件用于快速旋转的真空泵的超速保护，所述电子组件监控转子或电驱动马达的转速并且以电子的方法限制转速。尽管以这种方式能够借助高的技术耗费和多余的硬件和软件实现用于快速旋转的真空泵的安全的主动的超速保护，但是为此由于高的技术耗费产生相当大的成本。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有简单且可靠的超速保护的快速旋转的真空泵。
根据本发明该目的借助一种快速旋转的真空泵得以实现。根据本发明的快速旋转的真空泵具有通过电驱动马达驱动的转子，所述转子具有确定的恒定的额定转动频率，其中所述转子通过磁性轴承支撑，所述转子的弯曲临界的反向转动共振频率处于所述额定转动频率上方的3％和最大30％之间，并且不设有主动的超速保护。
在根据本发明的快速旋转的真空泵中，转子设计成使得其弯曲临界的反向转动共振频率处于恒定的额定转动频率上方的3％和最大30％之间。这里不设有主动的超速保护，也就是说不设有除了用于电驱动马达的控制装置以外还附加地存在的直接的转速控制和转速限制。
在反向转动中的弯曲临界的共振频率能够以多种方式进行设置，使得其处于恒定的额定转动频率上方的3％和最大30％之间。尤其是真空泵的转子的质量、几何形状以及轴承能够被如此改变和调节，使得在反向转动中的弯曲临界的共振频率处于额定转动频率上方的最大30％处，并且以这种方式内在地防止超速。在反向转动中的弯曲临界的共振频率下的共振振动消耗非常多的功率，使得只有通过大量的功率储备才可能加速至在其上方的转动频率。电驱动马达的驱动功率必须设计成使得其完全地由在反向转动中的弯曲临界的共振频率范围内的转动频率下的共振振动耗尽。以这种方式提供内在的硬件式超速保护，实际上排除了所述硬件式超速保护的故障。省去了用于主动的超速保护的耗费，从而显著地降低了用于超速保护的成本。
与相对低的并且通常能够快速地且以相对少的功率储备通过的刚体临界的共振频率不同，弯曲临界的频率处于相对高的频率水平。因此在反向转动中的弯曲临界的共振频率尤其适合用作内在的超速保护。
真空泵的转子通过磁性轴承支撑。在这里磁性轴承指的是具有至少一个径向自由度的磁性轴承。然而，实际上当设有磁性轴承时，快速旋转的真空泵的转子在所有五个自由度方面被磁性地支撑。在运转时，磁性轴承本身由于调整产生转子的径向振动。因此尤其也激励了弯曲临界的振动，并且只要没有使用合适的磁性支撑控制算法来通过弯曲临界的共振频率，泵就会被阻止通过这些振动。在这里没有提出这样适合的控制算法。相反地，磁性支撑控制算法设计成使得借助可用的驱动能量，泵不能通过弯曲临界的共振频率。
在反向转动中的弯曲临界的共振频率最好处于额定转动频率上方的5％和25％之间，尤其是处于额定转动频率上方的大约20％的范围内。额定转动频率上方的大约20％的距离提供了足够的安全以便防止在转子从静止加速至额定转动频率时过冲该转动频率。以这种方式在加速时能够避免由于过冲导致无意地达到在反向转动中的弯曲临界的共振频率。另一方面在反向转动中的弯曲临界的共振频率应该尽可能近地处于额定转动频率上方，以便必须将转子设计为必要的稳定性。
快速旋转的真空泵最好为非容积式真空泵，例如涡轮分子真空泵。在涡轮分子真空泵中转速通常为每分钟10,000至100,000转。如此高的转速或转动频率特别建议使用磁性轴承来支撑转子。
附图说明
下面借助于附图阐述本发明。
附图示出用于快速旋转的真空泵的所谓的坎贝尔曲线图(Campbell Diagram)。
具体实施方式
在附图的坎贝尔曲线图中示出在转子的转动频率frot上的转子的共振频率fres。
在这里快速旋转的真空泵为涡轮分子真空泵，所述涡轮分子真空泵的转子通过磁性轴承完全地五轴支撑。转子通过电驱动马达驱动并且以恒定的确定的额定转动频率fnom运转。
在曲线图中，首先在低的转速范围内分别两两示出刚体临界的共振频率曲线12、14。这些共振频率随着转子的转动频率frot以相对小的程度改变。此外，在较高的转速的范围内示出弯曲临界的反向转动共振频率曲线16和弯曲临界的同向转动共振频率曲线18。此外，用虚线示出所谓的位置矢量20。在位置矢量20与弯曲临界的反向转动共振频率曲线16相交的地方能够读出用于目前的真空泵的弯曲临界的反向转动共振频率fcrit。
在该示例中用于真空泵的转子的在反向转动中的弯曲临界的共振频率fcrit大约为970Hz。真空泵或者驱动马达、驱动马达控制单元和转子的额定转动频率fnom大约为800Hz。因此在反向转动中的弯曲临界的共振频率fcrit位于真空泵的额定转动频率fnom上方的大约21％处。
将电马达的驱动功率限制为使得当转子的转动频率frot达到在反向转动中的弯曲临界的共振频率fcrit时，电马达的驱动功率完全地由反向转动共振振动耗尽。
真空泵不具有任何其它的主动的超速保护，也就是说不具有除马达操纵的转速回路以外的第二个转速控制回路。
弯曲临界的反向转动共振频率曲线16不受真空泵的磁性轴承的控制参数相应设置的影响。但是磁性轴承的控制参数可设计为使得弯曲临界的共振频率受到强烈地激励，以致防止借助可用的驱动能量通过弯曲临界的共振频率。为此相对柔和地设计磁性轴承控制参数。

Claims (4)

1.一种快速旋转的真空泵，具有通过电驱动马达驱动的转子，所述转子具有确定的恒定的额定转动频率(fnom)，其中所述转子通过磁性轴承支撑，所述转子的弯曲临界的反向转动共振频率(fcrit)处于所述额定转动频率(fnom)上方的3％和最大30％之间，并且不设有主动的超速保护。
2.如权利要求1所述的快速旋转的真空泵，其特征在于，所述真空泵构成为非容积式真空泵。
3.如权利要求2所述的快速旋转的真空泵，其特征在于，所述真空泵为涡轮分子泵。
4.如权利要求1至3中任一项所述的快速旋转的真空泵，其特征在于，所述弯曲临界的反向转动共振频率(fcrit)处于所述额定转动频率(fnom)上方的5％和25％之间。
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