CN114483609A - 真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可使设置于电机转子中的永久磁铁的寿命提高的真空泵。电机转子(4b)包括固定在轴(10)上的磁轭(40)、以及保持于磁轭(40)上的永久磁铁(41)，在磁轭(40)上形成有：保持部(401)，与轴(10)相离而设置，保持永久磁铁(41)；以及一对嵌合部(400)，设置在保持部(401)的轴向两端，通过嵌合而接合于轴(10)；并且嵌合部(400)的径向厚度尺寸设定为小于保持部(401)的径向厚度尺寸。

Description

真空泵
相关分案申请
本申请是原申请申请号201611110055.3，申请日2016年12月06日，发明名称为“真空泵”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种真空泵。
背景技术
作为使涡轮分子泵(turbo molecular pump)等真空泵的转子旋转的电机(motor)，例如，已知有如专利文献1中所记载的直流(direct current，DC)无刷电机(brushless motor)。设置有永久磁铁的电机转子安装在设置有旋转叶片的转子的轴(shaft)上。电机转子包括固定在轴上的磁轭(yoke)、以及设置在磁轭上的永久磁铁。通常，在永久磁铁的外周，设置有抑制因离心力而引起的永久磁铁的膨胀的碳纤维强化塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP)制的保护管。
涡轮分子泵或牵引泵(drag pump)等是使转子以每分数万次旋转的高速而旋转。为了应对这样的高速旋转，在转子中，一般使用重量轻并且拉伸强度高的原材料即铝合金。
此外，当使用通过紧密嵌合将转子与轴加以紧固的方法时，如果轴的线膨胀系数小于转子，则有可能因为由泵的驱动而产生的温度上升而使得嵌合松动，所以轴也使用与转子同样的铝合金。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2014-173431号公报
发明内容
[发明所要解决的技术问题]
且说，在泵驱动时，借由因转子与气体分子的摩擦而引起的发热或电机的发热，轴的温度上升。当使用铝合金制的轴时，由于线膨胀系数大于磁轭或永久磁铁，所以因为轴的热膨胀而使设置于磁轭上的永久磁铁产生热应力。其结果为，在泵驱动时，永久磁铁有可能因热应力而受到损伤。
[解决问题的技术手段]
本发明的优选实施形态的真空泵是通过电机对转子进行旋转驱动而进行真空排气的真空泵，所述真空泵包括：所述转子的轴；以及所述电机的电机转子，所述电机的电机转子包括：固定在所述轴上，且线膨胀系数小于所述轴的磁轭、以及保持于所述磁轭上的永久磁铁，在所述轴的外周面上，形成环状的上侧凸部及环状的下侧凸部，且所述上侧凸部与所述下侧凸部之间形成有间隙，所述上侧凸部及所述下侧凸部与所述保持部的位置在轴向上不重合，在所述磁轭上形成有：保持部，与所述轴相离而设置，且以与所述永久磁铁的径向的内周面接触的状态保持所述永久磁铁；以及上侧嵌合部，设置在所述保持部的轴向上端，通过嵌合于所述上侧凸部而接合；以及下侧嵌合部，设置在所述保持部的轴向下端，通过嵌合于所述下侧凸部而接合；并且所述上侧嵌合部及所述下侧嵌合部的径向厚度尺寸设定为小于所述保持部的径向厚度尺寸，当所述轴产生热膨胀时，通过所述上侧嵌合部与所述保持部的边界附近产生挠曲，且所述下侧嵌合部与所述保持部的边界附近产生挠曲，减少所述保持部朝向径向外侧的变形，从而抑制所述永久磁铁的损伤。
在更优选的实施形态中，所述上侧嵌合部与所述上侧凸部的嵌合为紧密嵌合，所述下侧嵌合部与所述下侧凸部的嵌合为紧密嵌合，所述保持部与所述轴的嵌合为间隙嵌合。
在更优选的实施形态中，所述轴由铝合金所形成，所述磁轭由铁形成。
在更优选的实施形态中，所述上侧嵌合部及所述下侧嵌合部中的接合区域的轴向宽度尺寸设定为所述磁轭的轴向宽度尺寸的10％以下。
在更优选的实施形态中，所述上侧嵌合部及所述下侧嵌合部的径向厚度尺寸设定为所述磁轭的外径尺寸的10％以下。
[发明的效果]
根据本发明，可使设置于电机转子中的永久磁铁的寿命提高。
附图说明
图1是涡轮分子泵的截面图。
图2是表示电机转子的构成的截面图。
图3是表示第1变形例的图。
图4是表示第2变形例的图。
图5是表示比较例的图。
【主要组件符号说明】
1：涡轮分子泵 2：底座
3：泵转子 4：电机
4a：电机定子 4b：电机转子
6：永久磁铁磁轴承 6a、6b、41：永久磁铁
8、9：滚珠轴承 10：轴
11：磁铁固持 12：泵壳体
13：轴承固持器 20：固定叶片
21：定子 30：旋转叶片
31：圆筒部 40、40B：磁轭
42：保护管 100、400a：凸部
101、400：嵌合部 102：凹部
401：保持部 A：嵌合接合部
B：箭头 D：外径尺寸
La：凸部的轴向尺寸 Lb：磁轭的轴向尺寸
P1：涡轮泵部 P2：霍尔韦克泵部
R：旋转体单元 t1：嵌合部的径向厚度尺寸
t2：保持部的径向厚度尺寸
具体实施方式
以下，参照图对用于实施本发明的形态进行说明。图1是涡轮分子泵1的截面图。再者，在涡轮分子泵1上连接着供给电力的电源单元，但是在图1中省略图示。
图1所示的涡轮分子泵1包含包括涡轮叶片(turbine blade)的涡轮泵部P1、以及包括螺旋型的槽的霍尔韦克(Holweck)泵部P2作为排气功能部。当然，本发明并不限于排气功能部中包含涡轮泵部P1及霍尔韦克泵部P2的真空泵，也可以应用于只包含涡轮叶片的真空泵、只包含西格巴恩(Siegbahn)泵或霍尔韦克泵等牵引泵的真空泵、将这些组合起来的真空泵。
涡轮泵部P1包括形成于泵转子3的多段旋转叶片30以及配置在底座(base)2侧的多段固定叶片20。另一方面，设置在涡轮泵部P1的排气下游侧的霍尔韦克泵部P2包括形成于泵转子3上的圆筒部31以及配置在底座2侧的定子21。在圆筒状的定子21的内周面上形成有螺旋槽。多段旋转叶片30及圆筒部31构成旋转侧排气功能部，多段固定叶片20及定子21构成固定侧排气功能部。
泵转子3紧固在轴10上，所述轴10是通过电机4来旋转驱动。电机4是例如使用DC无刷电机，在底座2上设置有电机定子4a，在轴10侧设置有电机转子4b。包括轴10及泵转子3的旋转体单元R是借由使用永久磁铁6a、永久磁铁6b的永久磁铁磁轴承6及滚珠轴承(ballbearing)8而旋转自如地受到支撑。
永久磁铁6a、永久磁铁6b是沿轴向经磁化的环状的永久磁铁。设置于泵转子3上的多个永久磁铁6a是以同极彼此相对向的方式沿轴向配置有多个。另一方面，固定侧的多个永久磁铁6b安装在固定于泵壳体12上的磁铁固持器(magnet holder)11。这些永久磁铁6b也是以同极彼此相对向的方式沿轴向配置有多个。设置在泵转子3上的永久磁铁6a的轴向位置设定为与配置在其内周侧的永久磁铁6b的位置上下偏离。其结果为，径向上的磁力与轴向上的磁力作用至旋转体单元R。
在磁铁固持器11的中央，固定有保持滚珠轴承9的轴承固持器(bearing holder)13。在滚珠轴承8、滚珠轴承9中例如是使用深槽球轴承。在滚珠轴承8中封入有润滑脂(grease)。滚珠轴承9作为对轴上部的半径(radial)方向上的振动进行限制的轴承而发挥作用。在稳定旋转状态下轴10与滚珠轴承9不接触，而在施加了大干扰的情况下、或者在旋转加速时或减速时轴10的离心旋动增大的情况下，轴10与滚珠轴承9接触。
图2是表示设置在轴10上的电机转子4b的构成的截面图。电机转子4b从内周侧起包括磁轭40、永久磁铁41及保护管42。磁轭40、永久磁铁41及保护管42均形成为圆筒状，磁轭40与永久磁铁41的固定是使用粘着剂。磁轭40中使用铁系的金属材料，保护管42中例如使用CFRP。
磁轭40与轴10是通过紧密嵌合而接合。磁轭40包括保持永久磁铁41的保持部401、以及形成于保持部401的轴向两端的嵌合部400。在轴10的外周面上，形成有环状的凸部100。将嵌合部400与凸部100通过嵌合而接合，从而构成嵌合接合部A。在本实施方式中，嵌合部400与凸部100通过紧密嵌合而嵌合。在除了嵌合接合部A以外的轴向区域内，在磁轭40与轴10之间形成有间隙。再者，所述间隙的径向尺寸例如设为缝隙嵌合尺寸左右。
嵌合部400的径向厚度尺寸t1设定为小于保持部401的径向厚度尺寸t2。又，嵌合部400的径向厚度尺寸t1设定为保持部401的外径尺寸D的10％以下。又，嵌合接合部A的轴向尺寸、即凸部100的轴向尺寸La设定为磁轭40的轴向尺寸Lb的10％以下。
在本实施方式中，轴10是使用铝合金，因此轴10的线膨胀系数大于铁系的磁轭40。因此，为了减少轴10发生热膨胀时的永久磁铁41中所产生的热应力，通过紧密嵌合使形成于磁轭40的轴向两端的嵌合部400接合于轴10，在保持永久磁铁41的保持部401的部分设为在磁轭40与轴10之间形成间隙。
图5是表示现有的电机转子4b的一例的图。磁轭40B的内周面的整个面嵌合接合于轴10。当轴10的线膨胀系数大于磁轭40B或永久磁铁41时，如果轴10因温度上升而如箭头B所示产生膨胀，则因热膨胀而产生的应变经由磁轭40B而传递至永久磁铁41。其结果为，有可能导致永久磁铁41的破损。
另一方面，在本实施方式中，在保持部401与轴10之间形成有间隙，因此因热膨胀而导致的轴10的变形不会直接传递至保持部401。当轴10产生热膨胀时，通过嵌合部400与保持部401的边界附近产生挠曲，而可减少保持部401朝向径向外侧的变形(应变)。其结果为，可降低因热膨胀而产生的轴10的变形对永久磁铁41的影响，从而可使永久磁铁41的寿命提高。
再者，在下述第2变形例(参照图4)中，是使嵌合部400与保持部401的径向厚度尺寸构成为相等，但在图2所示的示例中设定为t1＜t2，由此嵌合部400与保持部401的连接部分更容易挠曲，从而可更有效地减少传递至永久磁铁41的应变。
又，嵌合部400的径向厚度尺寸t1优选设为磁轭40的外径尺寸D的10％以下。由此，嵌合部400与保持部401的连接部分更容易挠曲，从而能够更有效地减少传递至永久磁铁41的应变。又，嵌合部400的接合区域的轴向尺寸La优选设为磁轭40的轴向尺寸Lb的10％以下。由此，容易设为如下构成：一方面抑制磁轭40的轴向尺寸，一方面凸部100与保持部401的位置在轴向上不重合。
又，通过将嵌合接合部A中的嵌合设为紧密嵌合，可以减小因温度上升或离心力而引起的电机转子4b的变形，能够降低电机转子4b中的失衡量的变化。进而，又通过将嵌合部设为电机转子4b的两端两处而非单侧一处，可以使如下问题的产生防患于未然：设为单侧一处时的未设为紧密嵌合的磁轭端的半径方向上的位移量增加。
图3～图5是表示所述实施方式的变形例的图，在所有变形例中，都可以起到与所述实施方式的情况同样的作用效果。
(第1变形例)
图3是表示第1变形例的图。在第1变形例中，在磁轭40的嵌合部400上形成有环状的凸部400a，来替代在轴10上设置凸部100。凸部400a分别形成在各嵌合部400的内周侧，将各凸部400a与轴10加以嵌合接合。这时，嵌合接合也设为紧密嵌合。
其它构成与图2所示的情况相同，保持部401形成于一对嵌合部400之间。又，在一对凸部400a之间形成有间隙。嵌合部400的径向厚度尺寸t1设定为小于保持部401的径向厚度尺寸t2。嵌合部400的径向厚度尺寸t1设定为保持部401的外径尺寸D的10％以下。又，嵌合接合部A的轴向尺寸、即凸部400a的轴向尺寸La设定为磁轭40的轴向尺寸Lb的10％以下。
(第2变形例)
图4是表示第2变形例的图。在第2变形例中，通过在轴10上设置环状的凹部102，而在磁轭40与轴10之间形成有间隙。磁轭40的形状与图2所示的磁轭40同样，包括嵌合部400及保持部401。并且，磁轭40的嵌合部400通过紧密嵌合而与夹着凹部102的轴向上侧及下侧的轴大径部分嵌合接合。在这里，将嵌合接合部A的部分的轴大径部称作嵌合部101。通过在轴10上形成有如上所述的凹部102，而在保持部401的部分，在磁轭40与轴10之间形成间隙。即，磁轭40的保持部401设置于一对嵌合接合部A之间。
其它构成与图2所示的情况相同。嵌合部400的径向厚度尺寸t1设定为小于保持部401的径向厚度尺寸t2。又，嵌合部400的径向厚度尺寸t1设定为保持部401的外径尺寸D的10％以下。又，嵌合接合部A的轴向尺寸、即凸部100的轴向尺寸La设定为磁轭40的轴向尺寸Lb的10％以下。
再者，在所述实施方式中，已对嵌合接合部A中的嵌合为紧密嵌合的情况进行说明。但是，只要是通过设置于磁轭40的轴向两端的嵌合部400而接合于轴10的构成，即使在缝隙嵌合的情况下，也可以降低轴10的热膨胀变形对永久磁铁41的影响。再者，在缝隙嵌合的情况下，嵌合部400与轴10的接合是例如通过粘着剂等来进行。
以上，对各种实施方式及变形例进行了说明，但是本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内所能想到的其它形态也包含于本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种真空泵，利用电机对转子进行旋转驱动而进行真空排气，其特征在于，所述真空泵包括：
所述转子的轴；以及
所述电机的电机转子，
所述电机的电机转子包括：磁轭，固定在所述轴上，且线膨胀系数小于所述轴；以及永久磁铁，保持于所述磁轭上，
在所述轴的外周面上，形成环状的上侧凸部及环状的下侧凸部，且所述上侧凸部与所述下侧凸部之间形成有间隙，所述上侧凸部及所述下侧凸部与所述保持部的位置在轴向上不重合，
在所述磁轭上形成有：保持部，与所述轴相离而设置，且以与所述永久磁铁的径向的内周面接触的状态保持所述永久磁铁；以及上侧嵌合部，设置在所述保持部的轴向上端，通过嵌合于所述上侧凸部而接合；以及下侧嵌合部，设置在所述保持部的轴向下端，通过嵌合于所述下侧凸部而接合；并且所述上侧嵌合部及所述下侧嵌合部的径向厚度尺寸设定为小于所述保持部的径向厚度尺寸，
当所述轴产生热膨胀时，通过所述上侧嵌合部与所述保持部的边界附近产生挠曲，且所述下侧嵌合部与所述保持部的边界附近产生挠曲，减少所述保持部朝向径向外侧的变形，从而抑制所述永久磁铁的损伤。
2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述上侧嵌合部与所述上侧凸部的嵌合为紧密嵌合，所述下侧嵌合部与所述下侧凸部的嵌合为紧密嵌合，所述保持部与所述轴的嵌合为间隙嵌合。
3.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述轴由铝合金所形成，所述磁轭由铁形成。
4.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述上侧嵌合部及所述下侧嵌合部中的接合区域的轴向宽度尺寸设定为所述磁轭的轴向宽度尺寸的10％以下。
5.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述上侧嵌合部及所述下侧嵌合部的径向厚度尺寸设定为所述磁轭的外径尺寸的10％以下。
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