CN112955662B - 真空泵 - Google Patents

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Abstract

一种真空泵、特别是涡轮分子真空泵，其包括定子和转子，所述转子具有可相对于所述定子旋转的至少一个转子元件。所述转子至少由永磁轴承支撑，所述永磁轴承具有连接到所述定子的第一磁性元件和连接到所述转子的第二磁性元件。所述第二磁性元件经由套筒连接到所述转子，所述套筒具有与所述第二磁性元件直接接触的径向内侧和朝向所述转子的径向外侧。由此，所述外侧包括至少一个凹槽和/或至少一个突起部。

Description

真空泵
技术领域
本发明涉及一种真空泵，并且特别涉及一种涡轮分子真空泵。
背景技术
已知的真空泵包括具有入口和出口的壳体，其中定子连接到所述壳体。转子安置在所述壳体内，并且由轴承可旋转地支撑。所述转子包括至少一个转子元件以与定子相互作用，以便将气态介质从入口输送到出口。在涡轮分子真空泵的情况下，定子由多个叶片构造而成，其与也被构造为叶片的转子元件相互作用。
已知使用永磁轴承以便支撑转子。永磁轴承包括连接到所述定子的第一磁性元件和连接到所述转子的第二磁性元件，所述第一磁性元件和第二磁性元件彼此紧密接近放置并且被构造成相互排斥。由此，转子被非接触地支撑，从而避免对润滑或润滑脂的任何需要。
为了将第二磁性元件装配到转子，加热转子以引起进一步膨胀，同时例如通过液氮冷却第二磁性元件体以引起热收缩。然后，可以将转子和第二磁性元件放在一起以建立紧密过盈配合。然而，在操作期间，温度升高，由此使转子和第二磁性元件膨胀。由于转子和第二磁性元件的不同材料，热膨胀不同，这可能会导致降低的过盈配合。由于现代涡轮分子真空泵的增加的旋转速度，第二磁性元件中的环向应力增加。为了避免永磁轴承的第二磁性元件的损坏，必须增加过盈配合。因此，期望进一步增加第二磁性元件与转子之间的组装温度差。这可能会引起问题，因为通常，转子由轻质金属（例如铝）构造而成，在不损失其稳定性的情况下，只能将其加热到约180° C。将铝转子加热到更高程度导致转子的不希望的快速老化。可以实现过盈的程度受到液氮冷却的限制，液氮冷却已经被使用成发挥其最大益处。
EP 3 088 746 A1描述了一种围绕第二磁性元件放置的套筒，其中所述套筒具有比转子的材料更低的热膨胀系数和杨氏弹性模量。因此，通过操作期间增加的温度，减小了热膨胀，由此也减小了在操作期间在第二磁性元件中的环向应力。
然而，真空泵还暴露于恶劣环境，包括低温。暴露于低温导致未操作的真空泵的套筒和/或转子的显著热收缩。由于第二磁性元件与套筒或转子之间的紧密过盈配合，这些低温在第二磁性元件中引入高压缩应力，这可能会损坏或毁坏第二磁性元件，因为第二磁性元件由通常易碎的永磁材料制成。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够安全地经受恶劣环境的真空泵。
此目的通过根据技术方案1的真空泵来解决。
根据本发明，所述真空泵、特别是涡轮分子真空泵包括定子和转子，所述转子具有可相对于所述定子旋转的至少一个转子元件。所述转子由至少一个永磁轴承支撑，所述至少一个永磁轴承具有连接到所述定子的第一磁性元件和连接到所述转子的第二磁性元件。第一磁性元件和第二磁性元件紧密接近地放置并且彼此相互排斥。由此，实现了转子的非接触支撑。优选地，所述至少一个永磁轴承朝向较低压力定位在所述真空泵的入口侧处。所述第二磁性元件经由套筒连接到所述转子，所述套筒具有与所述第二磁性元件直接接触的径向内侧，和朝向所述转子的径向外侧。由此优选地，所述套筒完全围绕第二磁性元件。
根据本发明，所述套筒的外侧包括至少一个凹槽。另外或替代性地，所述套筒的外侧包括至少一个突起部（web）。由此，突起部应被理解为朝向径向外侧（即，朝向转子）的径向凸出部或肋。通过用凹槽和/或突起部结构化套筒的外侧，防止压缩力到第二磁性元件的直接传递。所述凹槽和/或突起部提供挠性，所述挠性允许套筒有效地充当用于第二磁性元件的缓冲件。因此，如果真空泵未操作并且被放置成处于低温，则由于此缓冲效果，减小对第二磁性元件的压缩应力，从而避免第二磁性元件的易碎永磁材料的损坏。此外，通过从套筒的外侧减少材料，同时减少了热膨胀或收缩的影响。另外，套筒的外侧的结构导致套筒的更高稳定性，而没有套筒的增加的厚度的缺点。
优选地，所述套筒被构造成在操作温度期间提供比周围的转子元件更低的径向热膨胀以在操作期间固定地保持所述第二磁性元件。然而，在处于较低温度（例如低于15° C、优选地低于0° C、并且更优选地低于-15° C）的非操作期间，由套筒施加到第二磁性元件的压缩应力低于第二磁性元件的断裂点。因此，由于所述凹槽和/或突起部，套筒能够在热收缩时变形以减小在第二磁性元件上的（径向）压缩应力。
优选地，套筒的外侧包括多个凹槽。另外或替代性地，套筒的外侧包括多个突起部。由此，进一步增强套筒挠性，从而调整套筒的稳定性，以便避免超过第二磁性元件的抗压强度。
优选地，至少一个、并且更优选地所有凹槽沿着所述套筒的周向方向。另外或替代性地，至少一个、并且优选地所有突起部沿着所述套筒的周向方向。因此，实现了沿着套筒的周向方向的均匀缓冲效果。
优选地，所述第二磁性元件通过过盈配合固定到所述套筒。另外或替代性地，所述套筒通过过盈配合固定到所述转子。如果套筒的外侧仅包括凹槽，则套筒的外侧与转子接触。如果所述套筒包括至少一个或多个突起部，则所述突起部的径向最外部分与转子接触，并且用于过盈配合。
根据形成磁体的材料，优选地，所述套筒由具有低热膨胀的材料制成。特别地，对于铝，所述套筒的热膨胀低于23*10-6 K-1；优选地对于不锈钢，低于13*10-6 K-1；更优选地对于钕，低于8*10-6 K-1；并且最优选地对于钛，低于1*10-6 K-1。因此，通过使用由具有低热膨胀的材料制成的套筒，减小了操作期间的相对热膨胀，从而减小了第二磁性元件中的环向应力，而在处于低温的非操作状态中，也减小了第二磁性元件中的压缩应力。
优选地，所有凹槽的宽度和/或深度相同。更优选地，所有凹槽的宽度与所有突起部的宽度相同。另外或替代性地，所有凹槽的深度与所有突起部的深度相同。突起部或凹槽的宽度在轴向方向上测量，而突起部或凹槽的深度在径向方向上测量。由此，可以调整凹槽的几何形状和突起部的形状以实现足够套筒挠性以避免第二磁性元件的损坏。
优选地，所有凹槽的宽度和/或深度彼此不同。另外或替代性地，所有突起部的宽度和/或深度彼此不同。更优选地，凹槽的宽度和/或深度与突起部的宽度和/或深度不同。由此，可以调整凹槽的几何形状和突起部的形状以实现足够的套筒挠性以避免第二磁性元件的损坏。
优选地，所述第二磁性元件包括由所述套筒围绕的多于一个磁性环。特别地，所述磁性环完全由套筒围绕。
优选地，所述凹槽和/或突起部的轴向位置被调整到所述磁性环的位置。优选地，如果所述套筒包括多于一个凹槽和/或突起部，则所述凹槽和/或突起部的位置被调整到所述磁性环的位置。
优选地，凹槽和/或突起部的数目被调整为磁性环的数目。因此，可以根据磁性环的数目调整凹槽和/或突起部的数目以便实现足够的套筒挠性以防止所述磁性环中的任一者在处于低温的非操作期间被损坏。
优选地，所述套筒在所述套筒的内侧处包括边沿，其中，在安装时，所述边沿朝向转子的端部定位。所述第二磁性元件直接抵靠所述边沿以便固定第二磁性元件的轴向位置。特别地，最外部磁性环以所述磁性环的轴向表面抵靠边沿。
优选地，突起部布置在所述套筒的第一轴向端部处，其中，在套筒的相对端部处，布置凹槽或不布置突起部。优选地，在所述第一轴向端部处的突起部与边沿重合以产生套筒的稳定端部，所述稳定端部可以于在套筒与转子之间产生过盈配合的过程期间使用。优选地，所述第一端部是朝向转子的端部的端部。替代性地，凹槽布置在套筒的第一轴向端部处，其中，凹槽也布置在套筒的相对的第二端部处。替代性地，凹槽布置在套筒的第一轴向端部处，其中，突起部布置在相对第二端部处。替代性地，突起部布置在套筒的第一轴向端部处，其中，突起部也布置在套筒的相对的第二端部处。因此，可以根据具体需要来调整在套筒的两个轴向端部处的凹槽和突起部的位置以提供足够套筒挠性，同时维持足够稳定性以用于真空泵的组装和操作。
优选地，转子由第二永磁元件轴承支撑，所述第二永磁元件轴承具有连接到所述定子的第一磁性元件和连接到所述转子的第二磁性元件。所述第二磁性元件通过第二套筒连接到所述转子，所述第二套筒具有与所述第二磁性元件直接接触的径向内侧和朝向所述转子的径向外侧。由此，所述套筒的外侧包括至少一个凹槽和/或至少一个突起部。
优选地，第二永磁轴承可以如先前关于第一永磁轴承所描述的那样构造。特别地，第一永磁轴承和第二永磁轴承被构造为相同。
附图说明
在下文中，参考附图参考具体实施例描述本发明。
附图示出了：
图1：根据本发明的涡轮分子泵的示意图，
图2：图1中所示的真空泵的永磁轴承的详细视图，以及
图3：如图2中所示的套筒的详细截面。
具体实施方式
图1中所示的根据本发明的真空泵是涡轮分子真空泵，其包括带有入口12和出口14的壳体10。转子16布置在壳体中，其包括转子轴18和构造为叶片的转子元件20。此外，所述真空泵包括与转子16的转子元件20相互作用的定子，该定子由连接到壳体10的叶片22构造而成。转子轴18由构造为永磁轴承的第一轴承24和在图1的实施例中构造为滚珠轴承的第二轴承26可旋转地支撑在壳体10内。
转子16通过电动马达28旋转，由此将气态介质从入口12输送到出口14。
转子16包括限定凹部的悬臂端部，其中第一轴承24布置在此凹部内。连接到壳体10的凸出部30伸入到所述凹部中。
永磁轴承24包括第一磁性元件32，第一磁性元件32包括多个磁性环34。第一磁性元件32与壳体10的凸出部30直接接触。此外，永磁轴承24包括第二磁性元件36，第二磁性元件36包括相等数目的磁性环38，磁性环38紧密接近第一磁性元件32的磁性环34放置，并且彼此互斥以无接触地支撑转子16。由此，第二磁性元件36经由套筒40连接到转子16。套筒40包括内表面42和外表面44，其中第二磁性元件36与内表面42直接接触。特别地，第二磁性元件36的磁性环38通过过盈配合附接到套筒40。在图3的实施例中，套筒40的外表面44包括多个突起部46，在突起部46之间限定凹部48。在安装状态下，突起部46的径向最外表面50与转子16直接接触。特别地，套筒也通过过盈配合附接到转子16。
由于突起部46和所形成凹部48，在处于较低温度热收缩时第二磁性元件36上的压缩应力由于由套筒挠性提供的缓冲效果而减小。在凹部48的位置处，套筒40的材料厚度减小，从而减小由热收缩产生的力，所述力传递到第二磁性元件36的磁性环38。
另外，可以根据第二磁性元件36的磁性环38的数目和几何形状来调整突起部和凹槽的数目以及其位置。突起部和凹槽的几何形状（即，突起部和凹槽的深度和宽度）给出另一自由度。因此，可以调整在处于低温的热收缩时压缩应力的分布，以便避免第二磁性元件36的损坏。因此，第二磁性元件36可以紧密地装配到套筒以避免在操作中的过大环向应力，而没有在非操作期间在具有低温的恶劣环境下第二磁性元件36发生损坏的风险。
此外，套筒40包括边沿52，该边沿在套筒的轴向端部处、特别是朝向转子的端部。第二磁性元件36直接邻接边沿42，由此限定第二磁性元件36的轴向位置。
优选地，根据本发明，在真空泵的入口侧处朝向较低压力的轴承被构造为永磁轴承。然而，第二轴承26也可以被构造为磁性轴承，并且按与之前描述相同的方式优选地构造为永磁轴承。

Claims (23)

1.一种真空泵，所述真空泵包括：
定子，
转子，所述转子具有能够相对于所述定子旋转的至少一个转子元件，
其中，所述转子由至少一个永磁轴承支撑，所述至少一个永磁轴承具有连接到所述定子的第一磁性元件和连接到所述转子的第二磁性元件，
其中，所述第二磁性元件通过套筒连接到所述转子，所述套筒具有与所述第二磁性元件直接接触的径向内侧和朝向所述转子的径向外侧，
其中，所述径向外侧包括至少一个凹槽和/或至少一个突起部。
2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述套筒被构造成在操作温度期间提供比周围的转子元件更低的径向膨胀以在操作期间固定地保持所述第二磁性元件，其中，在比操作期间处于更低温度的非操作期间，其向所述第二磁性元件施加低于所述第二磁性元件的断裂点的压缩应力。
3.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述真空泵包括多个凹槽和/或多个突起部。
4.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，至少一个凹槽和/或突起部沿着所述套筒的周向方向。
5.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述第二磁性元件通过过盈配合固定到所述套筒和/或所述套筒通过过盈配合固定到所述转子。
6.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述套筒由具有低热膨胀的材料制成。
7.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所有凹槽的宽度或深度中的至少一者相同和/或所有突起部的宽度或深度中的至少一者相同。
8.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所有凹槽的宽度或深度中的至少一者彼此不同和/或所有突起部的宽度或深度中的至少一者彼此不同。
9.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述第二磁性元件包括由所述套筒围绕的多于一个磁性环。
10.根据权利要求9所述的真空泵，其特征在于，所述凹槽和/或突起部的轴向位置被调整到所述磁性环的位置。
11.根据权利要求9所述的真空泵，其特征在于，凹槽和/或突起部的数目被调整为磁性环的数目。
12.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述套筒包括在所述套筒的内侧处的朝向所述转子的端部的边沿，其中，所述第二磁性元件直接抵靠所述边沿。
13.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，突起部布置在所述套筒的第一轴向端部处，其中，在所述套筒的相对的第二端部处，布置凹槽或不布置突起部。
14.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述至少一个永磁轴承包括第一永磁轴承和第二永磁轴承，其中，所述转子由所述第二永磁轴承支撑，所述第二永磁轴承具有连接到所述定子的第一磁性元件和连接到所述转子的第二磁性元件，其中，所述第二永磁轴承的所述第二磁性元件通过另一套筒连接到所述转子，所述另一套筒具有与所述第二永磁轴承的所述第二磁性元件直接接触的径向内侧和朝向所述转子的径向外侧，其中，所述另一套筒的所述径向外侧包括至少一个凹槽和/或至少一个突起部。
15.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述真空泵是涡轮分子真空泵。
16.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所有凹槽和/或突起部沿着所述套筒的周向方向。
17.根据权利要求6所述的真空泵，其特征在于，对于铝，所述套筒的热膨胀低于23*10-6K-1。
18.根据权利要求6所述的真空泵，其特征在于，对于不锈钢，所述套筒的热膨胀低于13*10-6 K-1。
19.根据权利要求6所述的真空泵，其特征在于，对于钕，所述套筒的热膨胀低于8*10-6K-1。
20.根据权利要求6所述的真空泵，其特征在于，对于钛，所述套筒的热膨胀低于1*10-6K-1。
21.根据权利要求7所述的真空泵，其特征在于，所述凹槽和突起部的宽度或深度中的至少一者相同。
22.根据权利要求8所述的真空泵，其特征在于，所述凹槽的宽度或深度中的至少一者与所述突起部的宽度或深度中的至少一者不同。
23.根据权利要求13所述的真空泵，其特征在于，所述第一轴向端部朝向所述转子的端部。
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