EP2191140A1 - Vacuum pump - Google Patents

Vacuum pump

Info

Publication number
EP2191140A1
EP2191140A1 EP08804262A EP08804262A EP2191140A1 EP 2191140 A1 EP2191140 A1 EP 2191140A1 EP 08804262 A EP08804262 A EP 08804262A EP 08804262 A EP08804262 A EP 08804262A EP 2191140 A1 EP2191140 A1 EP 2191140A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vacuum pump
brake
relay
module
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08804262A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ulrich Jung
Christian Harig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leybold GmbH
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oerlikon Leybold Vacuum GmbH filed Critical Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Publication of EP2191140A1 publication Critical patent/EP2191140A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/048Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps comprising magnetic bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control
    • F04D27/0292Stop safety or alarm devices, e.g. stop-and-go control; Disposition of check-valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • F16C2360/45Turbo-molecular pumps

Definitions

  • the invention relates to a high-speed magnetic bearing vacuum pump with backup bearings.
  • Vacuum pumps are operated at rated speeds of several 10,000 to 100,000 rev / min.
  • frictionless magnetic bearings for supporting the pump rotor are suitable for such vacuum pumps.
  • the Pump rotor supported by one or more associated mechanical Fanglagem, which may be formed as a rolling or sliding bearing. A complete discharge of a previously run at rated speed vacuum pump may take several hours. If this occurs in case of failure of the magnetic bearing, the fishing camps are claimed considerably, so that they tolerate only a few so-called full outlets.
  • the object of the invention is in contrast to provide a vacuum pump, in which the backup bearings are reliably protected in case of failure of the magnetic bearing.
  • the vacuum pump according to the invention has a brake relay with several changers, each changer having a base contact, a brake contact and an operating contact.
  • the alternating connection is established between the base contact on the one hand and the brake contact or the operating contact on the other hand.
  • the brake contacts are directly connected to each other and thus form a common short-circuit point.
  • the stator coils of the drive motor are connected to the base contacts of the changer.
  • the stator coils are electrically connected directly to each other via the short-circuit point in the brake position of the changer.
  • the stator coils are individually connected to an inverter module via the operating contacts. In the inverter module, the required for the operation of the drive motor electrical energization pattern is generated.
  • stator coils are connected to the inverter module via the operating contacts of the changer, which generates the appropriate energization pattern for the respective stator coil.
  • a respective changer is provided in each case.
  • the brake relay is switched to its braking position, so that the stator coils are no longer connected to the inverter module, but only directly to each other. Due to the simple design of the brake relay as a changer and the simple switchover in case of failure or failure of the operating position in the braking position is provided in a very simple manner a reliable switching for the case of an error.
  • the drive motor After switching the brake relay to the braking position, the drive motor operates as a generator.
  • the electrical energy generated by the generator in the drive motor stator coils is dissipated or buffered in the form of heat via the housing of the vacuum pump.
  • the entire brake assembly which consists essentially of the brake relay and the stator coils is extremely simple and robust, and thus reliable. In the event of a fault, a quick and efficient speed reduction is realized by the immediate changeover of the changer into the braking position and the immediate onset of the braking effect.
  • the immediate separation of the inverter module from the stator coils prevents, in particular in the event that the inverter module itself is faulty and cause of destruction, after detection of such a fault, the inverter module can still be damaging.
  • the motor stator which is essentially formed by the stator coils and a stator lamination, is preferably connected to a heat absorption body in an air gap-free manner.
  • the motor stator can be pressed into a suitably designed heat-absorbing body for this purpose so that the interfaces touch each other over a large area and have good heat conduction.
  • the heat absorption body with the rotor stator with aids such as thermal grease, shallleitfolien etc., good be thermally conductively connected.
  • a mean thermal resistance of less than 0.1 K / W can be found. As a result, a reliable dissipation of the brake heat is ensured even at high braking performance and relatively small interfaces between the motor stator and the heat-absorbing body, and prevents overheating of the stator coils.
  • a temperature sensor is associated with the motor stator and / or the heat-absorbing body, wherein a power switch influences the electrical braking power as a function of the temperature measured by the temperature sensor.
  • the heat receiving body is formed by the pump housing.
  • the motor stator is thus directly or indirectly, at least good thermal conductivity, connected to the pump housing.
  • the pump housing is preferably made of aluminum, since aluminum has good thermal conductivity and heat capacity properties.
  • the heat-absorbing body can also be formed by a separate heat-absorbing element, which consists of a different material than the pump housing and the motor stator or the stator.
  • the heat absorbing member may be made of a material that has a phase transition between 30 ° C and 80 ° C having. Since a phase transition is always associated with a high consumption of heat energy, a heat absorbing element designed in this way can absorb a great deal of energy without considerably heating up.
  • a material for example, a low-temperature metal, wax, water, etc. is suitable.
  • the brake contact is a normally closed contact and the operating contact is a normally open contact of the brake relay.
  • the brake contact can also be designed as a normally open contact and the normally closed contact as an operating contact.
  • such an arrangement would ensure in case of failure of the power supply for the operation of the brake relay that the brake relay could not be brought into the braking state or in the braking position. It is therefore advantageous to use for the connection of the motor coils with each other, the normally closed contacts of the brake relay.
  • the backup bearing is designed as a sliding bearing.
  • the brake relay is a mechanical relay. Only a mechanical relay offers, in contrast to an electronic relay, the possibility of a true electrical isolation of the stator coils of the drive motor from the rest of the control and regulation of the vacuum pump. The mechanical relay falls automatically in complete failure of the power supply to its rest position, which is preferably the fault position or the braking position, so that there is a high level of security with respect to a burnout and an undesirable short circuit of the changeover contacts.
  • a relay control is provided for controlling the brake relay having an error message input connected to an electrical module, the relay controller switching the brake relay to a fault condition when an error message is sent to an error message input Signal is present at least one electrical module.
  • An electrical module in this sense may be the inverter module, a computer module, a watchdog module monitoring the operation of the computer module, a power supply module and / or a magnetic bearing control module.
  • Each of the mentioned modules is preferably connected with its own signal line to a separate error message input of the relay control.
  • the relay control is a separate module that controls the brake relay.
  • the relay controller has a plurality of error message inputs, each connected to an electrical module of the vacuum pump, which are directly or indirectly involved in the operation of the pump rotor, and in particular, dealing with the operation of the magnetic bearing and the drive motor. If only one of the modules connected in this way to an error message input of the relay control reports an error message to the relay control, the brake relay is switched to the error state.
  • the immediate removal of the inverter module from the motor coils prevents, in particular in the event that the inverter module itself is faulty and the cause of destruction, after detection of such a fault, the inverter module can no longer be harmful.
  • the brake relay is in its operating state or in its operating position in which the motor coils are connected to the inverter module, if
  • the watchdog module which in turn monitors the correct operation of the computer module, detects no error
  • the backup bearings are designed as plain bearings.
  • Sliding bearings are generally cheaper than rolling bearings. Due to the reliable braking of the pump rotor in case of failure or braking, the wear of the plain bearing is significantly reduced. As a result, even for high rated speeds and high pump rotor masses, a relatively inexpensive slide bearing can be used as a backup bearing.
  • the vacuum pump is a turbomolecular vacuum pump.
  • Turbomolecular vacuum pumps are usually operated at very high speeds of several 10,000 rpm and are therefore predestined for the use of a magnetic bearing, each of which is assigned a corresponding fishing camp.
  • Figure 1 schematically shows a vacuum pump with a brake relay
  • Figure 2 is a vacuum pump, as in Figure 1, with the difference that the heat-absorbing body of a separate
  • Heat absorbing element is formed.
  • FIGS. 1 and 2 show a turbomolecular vacuum pump 10, which consists of a pump unit 12 and a control unit 14, which are connected to one another by electrical connection lines 40.
  • the vacuum pump 10 has in its pump unit 12 a pump rotor 16 which is driven by an electric drive motor 18 at a rated speed of up to 100,000 rpm.
  • the rotor shaft is magnetically mounted in two magnetic bearings 20,21, which are each multi-axis and together form a five-axis magnetic bearing.
  • the magnetic bearings 20,21 catch bearings 22,23 are assigned, which are designed as a mechanical sliding bearing or as a rolling bearing.
  • the drive motor 18 is a three-phase DC brushless motor and has three stator coils 19 ! , 19 2 , 1Q 3 on. However, the drive motor can also be designed as an asynchronous machine or as a reluctance motor.
  • the pump unit 12 further includes a brake relay 42 having three changers.
  • the changer has three base contacts 62,63,64, three designed as working contacts operating contacts 47,48,49 and three formed as normally closed contacts brake contacts 44,45,46.
  • the three stator coils 19i, 19 2 , 19 3 are each connected to a base contact 62, 63, 64.
  • the brake contacts 44,45,46 are each directly connected to each other via a circuit breaker 54. The connection of the three brake contacts 44,45,46 behind the power switch 54 forms a short-circuit point 60th
  • the power switch 54 is coupled to a temperature sensor 58, which is attached to the motor stator 72 thermally conductive. In the event of impending overheating of the stator coils 19i, 19 2 , 19 3 in the event of braking, the circuit breaker 54 is opened, and is not closed again until the temperature of the motor stator 72 determined by the temperature sensor 58 has dropped again to an admissible temperature.
  • the power switch 54 may also be designed to regulate the braking power continuously.
  • the vacuum pump 10 of Figure 1 is thermally conductively connected with its motor stator 72 directly to the pump housing 70, which consists of aluminum. Between the motor stator 72 and the pump housing 70, a heat conducting layer 68 is provided, in the form of a thermal paste or a heat conducting foil. The heat-conducting layer 68 establishes a good heat-conducting connection between the motor stator 72 and the housing 70, so that a low thermal resistance is produced in this area.
  • the stator coils 19i, 19 2 , 19 3 are also connected to the stator stator of the motor stator with good thermal conductivity, for example, by encapsulation in a highly heat-conductive potting compound and / or use of a positive-locking coil carrier.
  • the housing 70 forms a heat receiving body 70 in the embodiment of FIG.
  • the heat-absorbing body is formed by a separate heat-absorbing element 66, which surrounds the motor stator 72 and is connected to it with good heat-conducting properties.
  • the heat absorbing member is made of a material which changes its state of aggregation in a range between 30 ° C and 80 ° C, for example, wax.
  • a heat receiving element material for example, a low-temperature metal, such as lead or similar materials may be used. Water can also be used as the heat receiving element material, but its phase transition from liquid to gaseous would be irreversible.
  • the control unit 14 has a power supply module 30 for supplying power to all other modules and components, an inverter module 32 for energizing the motor coils 19i, 19 2 , 19 3 , a magnetic bearing control module 34 for controlling the magnetic bearings 20,21, a computer Module 36 for controlling and monitoring in particular the magnetic bearing control module 34 and the inverter module 32, a watchdog module 38 for monitoring the functionality of the computer module 36 and a relay control 28 for controlling the brake relay 42.
  • a power supply module 30 for supplying power to all other modules and components
  • an inverter module 32 for energizing the motor coils 19i, 19 2 , 19 3
  • a magnetic bearing control module 34 for controlling the magnetic bearings 20,21
  • a computer Module 36 for controlling and monitoring in particular the magnetic bearing control module 34 and the inverter module 32
  • a watchdog module 38 for monitoring the functionality of the computer module 36
  • a relay control 28 for controlling the brake relay 42.
  • the relay controller 28 has a plurality of error message inputs, which are connected via corresponding electrical signal lines to the inverter module 32, the computer module 36 and the watchdog module 38. If only one of the three aforementioned modules 32,36,38 sends an error signal to the relevant error message input of the relay controller 28, the relay controller 28 switches the brake relay 42 in the error or braking state shown in the figures 10 is shown.
  • the brake relay 42 is a purely mechanical relay. Also, the magnetic bearing control module 34 and the power supply module 30 may optionally be connected via a corresponding signal line to an error message input of the relay controller 28.
  • the pump rotor 16 can also be actively magnetically supported only one, two, three or four axes, while the other axes are mounted passively or mechanically.
  • the watchdog module 38 is notified by the computer module 36 at regular intervals, typically a few microseconds to milliseconds. If the agreed notification signal remains off, the watchdog module 38 outputs an error signal to the relay controller 28.
  • the inverter module 32 and / or the computer module 36 directly output a fault signal to the relay controller 28 when the aforementioned modules 32,36 detect internal or external irregularities, the immediate braking of the vacuum pump or the Justify pump rotor 16.
  • the computer module 36 also monitors the function of the magnetic bearing control module 34 and the power supply module 30 accordingly.
  • the brake relay 42 In the event of an interruption of the electrical connection lines 40 between the pump unit 12 and the control unit 14, the brake relay 42 automatically falls into the braking state or in the braking position, so that the motor coils 19i, 19 2 , 19 3 are short-circuited to each other for this case.

Abstract

The invention relates to a vacuum pump (10) having a pump rotor (16), and active magnetic bearing (20,21), a safety bearing (22,23) associated with the magnetic bearing (20,21), an electric drive motor (18) having a motor stator having a plurality of stator coils (191,192,193) for driving the pump rotor (16), a brake relay (42) having a plurality of changers each having a base contact (62,63,64), a brake contact (44,45,46) and an operational contact (47,48,49), and a short circuit point (60) by way of which all brake contacts (44,45,46) of the brake relay (42) are directly connected to each other. All stator coils (191,192,193) are connected to the base contacts (62,63,64) of the changer, and can be connected directly to each other by way of the brake contacts (44,45,46) of the brake relay (42) and by way of the short circuit point (60), and can be connected to an inverter module (32) by way of the operational contacts (47,48,49).

Description

Vakuumpumpe vacuum pump
Die Erfindung bezieht sich auf eine schnelllaufende magnetgelagerte Vakuumpumpe mit Fanglagern.The invention relates to a high-speed magnetic bearing vacuum pump with backup bearings.
Schnelllaufende Vakuumpumpen, beispielsweise Turbomolekular-High-speed vacuum pumps, for example turbomolecular
Vakuumpumpen, werden mit Nenndrehzahlen von mehreren 10.000 bis zu 100.000 U/min betrieben. Für derartige Vakuumpumpen eignen sich insbesondere reibungsfreie Magnetlager zur Lagerung des Pumpenrotors. Bei Ausfall des Magnetlagers, bei Stößen und immer dann, wenn die Magnetlagerung ihrer Aufgabe nicht oder nicht vollständig nachkommen kann, wird der Pumpenrotor von einem oder mehreren zugeordneten mechanischen Fanglagem gestützt, die als Wälz- oder Gleitlager ausgebildet sein können. Ein vollständiger Auslauf einer zuvor mit Nenndrehzahl laufenden Vakuumpumpe kann mehrere Stunden dauern. Falls dies bei Ausfall der Magnetlagerung erfolgt, werden die Fanglager erheblich beansprucht, so dass diese nur wenige sogenannte Vollausläufe vertragen.Vacuum pumps, are operated at rated speeds of several 10,000 to 100,000 rev / min. In particular, frictionless magnetic bearings for supporting the pump rotor are suitable for such vacuum pumps. In case of failure of the magnetic bearing, in shocks and whenever the magnetic bearing their task can not or not fully comply, the Pump rotor supported by one or more associated mechanical Fanglagem, which may be formed as a rolling or sliding bearing. A complete discharge of a previously run at rated speed vacuum pump may take several hours. If this occurs in case of failure of the magnetic bearing, the fishing camps are claimed considerably, so that they tolerate only a few so-called full outlets.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vakuumpumpe zu schaffen, bei der die Fanglager bei Ausfällen der Magnetlagerung zuverlässig geschont werden.The object of the invention is in contrast to provide a vacuum pump, in which the backup bearings are reliably protected in case of failure of the magnetic bearing.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.This object is achieved by the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe weist ein Bremsrelais mit mehreren Wechslern auf, wobei jeder Wechsler einen Basiskontakt, einen Bremskontakt und einen Betriebskontakt aufweist. Die wechselnde Verbindung wird zwischen dem Basiskontakt einerseits und dem Bremskontakt oder dem Betriebskontakt andererseits hergestellt. Die Bremskontakte sind direkt miteinander verbunden und bilden auf diese Weise einen gemeinsamen Kurzschlusspunkt. Die Statorspulen des Antriebsmotors sind an die Basiskontakte des Wechslers angeschlossen. Die Statorspulen werden in der Bremsstellung des Wechslers über den Kurzschlusspunkt unmittelbar miteinander elektrisch verbunden. In der Betriebsstellung des Wechslers werden die Statorspulen über die Betriebskontakte einzeln mit einem Wechselrichter-Modul verbunden. In dem Wechselrichter-Modul wird das für den Betrieb des Antriebsmotors benötigte elektrische Bestromungsmuster erzeugt. Bei störungsfreiem Betrieb sind die Statorspulen über die Betriebskontakte des Wechslers mit dem Wechselrichter- Modul verbunden, das für die jeweilige Statorspule entsprechende Bestromungsmuster generiert. Für jede Statorspule ist jeweils ein entsprechender Wechsler vorgesehen. Im Falle einer Störung bzw. eines Fehlers wird das Bremsrelais in seine Bremsstellung umgeschaltet, so dass die Statorspulen nicht mehr mit dem Wechselrichter-Modul, sondern ausschließlich direkt miteinander verbunden sind. Durch die einfache Ausbildung des Bremsrelais als Wechsler und die einfache Umschaltung im Fehler- bzw. Störungsfall von der Betriebsstellung in die Bremsstellung wird auf sehr einfache Weise eine zuverlässige Umschaltung für den Fehlerfall zur Verfügung gestellt.The vacuum pump according to the invention has a brake relay with several changers, each changer having a base contact, a brake contact and an operating contact. The alternating connection is established between the base contact on the one hand and the brake contact or the operating contact on the other hand. The brake contacts are directly connected to each other and thus form a common short-circuit point. The stator coils of the drive motor are connected to the base contacts of the changer. The stator coils are electrically connected directly to each other via the short-circuit point in the brake position of the changer. In the operating position of the changer, the stator coils are individually connected to an inverter module via the operating contacts. In the inverter module, the required for the operation of the drive motor electrical energization pattern is generated. In the event of trouble-free operation, the stator coils are connected to the inverter module via the operating contacts of the changer, which generates the appropriate energization pattern for the respective stator coil. For each stator coil a respective changer is provided in each case. In case of a fault or a fault, the brake relay is switched to its braking position, so that the stator coils are no longer connected to the inverter module, but only directly to each other. Due to the simple design of the brake relay as a changer and the simple switchover in case of failure or failure of the operating position in the braking position is provided in a very simple manner a reliable switching for the case of an error.
Nach der Umschaltung des Bremsrelais in die Bremsstellung arbeitet der Antriebsmotor als Generator. Die von dem Generator in den Antriebsmotor- Statorspulen erzeugten elektrische Energie wird in Form von Wärme über das Gehäuse der Vakuumpumpe abgeleitet bzw. gepuffert. Die gesamte Bremsanordnung, die im Wesentlichen aus dem Bremsrelais und den Statorspulen besteht, ist äußerst einfach und robust, und damit zuverlässig. Im Fehlerfall wird durch die sofortige Umschaltung des Wechslers in die Bremsstellung und das sofortige Einsetzen der Bremswirkung eine schnelle und effiziente Drehzahlverringerung realisiert.After switching the brake relay to the braking position, the drive motor operates as a generator. The electrical energy generated by the generator in the drive motor stator coils is dissipated or buffered in the form of heat via the housing of the vacuum pump. The entire brake assembly, which consists essentially of the brake relay and the stator coils is extremely simple and robust, and thus reliable. In the event of a fault, a quick and efficient speed reduction is realized by the immediate changeover of the changer into the braking position and the immediate onset of the braking effect.
Durch die sofortige Trennung des Wechselrichter-Moduls von den Statorspulen wird verhindert, dass, insbesondere für den Fall, dass das Wechselrichter-Modul selbst fehlerhaft und Ursache für Zerstörungsgefahr ist, nach einer Detektion einer derartigen Störung das Wechselrichter-Modul noch schädigend wirken kann.The immediate separation of the inverter module from the stator coils prevents, in particular in the event that the inverter module itself is faulty and cause of destruction, after detection of such a fault, the inverter module can still be damaging.
Vorzugsweise ist der Motorstator, der im Wesentlichen von den Statorspulen und einem Statorblech gebildet wird, luftspaltfrei mit einem Wärmeaufnahmekörper verbunden. Beispielsweise kann der Motorstator hierzu in einen entsprechend ausgebildeten Wärmeaufnahmekörper eingepresst sein, so dass sich die Grenzflächen großflächig berühren und eine gute Wärmeleitung aufweisen. Gegebenenfalls kann der Wärmeaufnahmekörper mit dem Rotorstator mit Hilfsmitteln, wie beispielsweise Wärmeleitpaste, Wärmeleitfolien etc., gut wärmeleitend verbunden sein. Durch das Vorsehen eines Wärmeaufnahmekörpers kann die im Bremsfall in den Statorspulen auftretende Wärme zuverlässig und effektiv von dem Motorstator abgeführt werden, um in einer großen Wärmekapazität gespeichert bzw. an die umgebende Atmosphäre abgeführt werden zu können.The motor stator, which is essentially formed by the stator coils and a stator lamination, is preferably connected to a heat absorption body in an air gap-free manner. For example, the motor stator can be pressed into a suitably designed heat-absorbing body for this purpose so that the interfaces touch each other over a large area and have good heat conduction. Optionally, the heat absorption body with the rotor stator with aids such as thermal grease, Wärmeleitfolien etc., good be thermally conductively connected. By providing a heat receiving body, the heat occurring in the stator coils in the case of braking can be dissipated reliably and effectively from the motor stator in order to be stored in a large heat capacity or to be dissipated to the surrounding atmosphere.
Zwischen dem Motorstator und dem Wärmeaufnahmekörper ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ein mittlerer Wärmewiderstand von weniger als 0,1 K/W anzutreffen. Hierdurch wird auch bei hohen Bremsleistungen und relativ kleinen Grenzflächen zwischen dem Motorstator und dem Wärmeaufnahmekörper eine zuverlässige Abfuhr der Bremswärme sichergestellt, und eine Überhitzung der Statorspulen vermieden.Between the motor stator and the heat-absorbing body, according to a preferred embodiment, a mean thermal resistance of less than 0.1 K / W can be found. As a result, a reliable dissipation of the brake heat is ensured even at high braking performance and relatively small interfaces between the motor stator and the heat-absorbing body, and prevents overheating of the stator coils.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist dem Motorstator und/oder dem Wärmeaufnahmekörper ein Temperatursensor zugeordnet, wobei ein Leistungsschalter die elektrische Bremsleistung abhängig von der durch den Temperatursensor gemessenen Temperatur beeinflusst. Hierdurch wird eine Überhϊtzung der Statorspulen absolut zuverlässig vermieden. Der Leistungsschalter kann einstufig, kann jedoch auch stufenlos ausgebildet sein.According to a preferred embodiment, a temperature sensor is associated with the motor stator and / or the heat-absorbing body, wherein a power switch influences the electrical braking power as a function of the temperature measured by the temperature sensor. As a result, a Überhϊtzung the stator coils is absolutely reliable avoided. The circuit breaker can be single-stage, but can also be continuously variable.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Wärmeaufnahmekörper von dem Pumpen-Gehäuse gebildet. Der Motorstator ist also direkt oder indirekt, jedenfalls gut wärmeleitend, mit dem Pumpen-Gehäuse verbunden. Das Pumpen-Gehäuse besteht bevorzugt aus Aluminium, da Aluminium gute Wärmeleit- und Wärmekapazitäts-Eigenschaften aufweist.According to a preferred embodiment, the heat receiving body is formed by the pump housing. The motor stator is thus directly or indirectly, at least good thermal conductivity, connected to the pump housing. The pump housing is preferably made of aluminum, since aluminum has good thermal conductivity and heat capacity properties.
Alternativ oder ergänzend kann der Wärmeaufnahmekörper auch von einem separaten Wärmeabsorptionselement gebildet werden, das aus einem anderen Material besteht, als das Pumpen-Gehäuse und der Motorstator bzw. das Statorblech. Beispielsweise kann das Wärmeabsorptionselement aus einem Material bestehen, das zwischen 30° C und 80° C einen Phasenübergang aufweist. Da ein Phasenübergang stets mit einem hohen Wärmeenergie-Verzehr verbunden ist, kann ein derartig ausgebildetes Wärmeabsorptionselement sehr viel Energie aufnehmen, ohne sich dabei erheblich zu erwärmen. Als ein derartiges Material ist beispielsweise ein niedertemperaturiges Metall, Wachs, Wasser u.a. geeignet. Während ein Material, das in dem genannten Temperaturbereich einen Phasenübergang zwischen einem Festkörper und einer Flüssigkeit aufweist, ein reversibles Verhalten hat, ist der Einsatz von Wasser als Material für das Wärmeabsorptionselement auf einen irreversiblen Phasenübergang beschränkt. Das Wasser müsste nach einem Bremsfall wieder aufgefüllt werden.Alternatively or additionally, the heat-absorbing body can also be formed by a separate heat-absorbing element, which consists of a different material than the pump housing and the motor stator or the stator. For example, the heat absorbing member may be made of a material that has a phase transition between 30 ° C and 80 ° C having. Since a phase transition is always associated with a high consumption of heat energy, a heat absorbing element designed in this way can absorb a great deal of energy without considerably heating up. As such a material, for example, a low-temperature metal, wax, water, etc. is suitable. While a material having a phase transition between a solid and a liquid in said temperature range has a reversible behavior, the use of water as a material for the heat-absorbing element is limited to an irreversible phase transition. The water would have to be refilled after a braking event.
Vorzugsweise ist der Bremskontakt ein Ruhekontakt und ist der Betriebskontakt ein Arbeitskontakt des Bremsrelais. Grundsätzlich kann der Bremskontakt auch als Arbeitskontakt und der Ruhekontakt als Betriebskontakt ausgebildet sein. Allerdings würde eine derartige Anordnung bei Ausfall der Energieversorgung für den Betrieb des Bremsrelais dafür sorgen, dass das Bremsrelais nicht mehr in den Bremszustand bzw. in die Bremsstellung gebracht werden könnte. Es ist daher vorteilhaft, für die Verbindung der Motorspulen miteinander die Ruhekontakte des Bremsrelais zu verwenden.Preferably, the brake contact is a normally closed contact and the operating contact is a normally open contact of the brake relay. In principle, the brake contact can also be designed as a normally open contact and the normally closed contact as an operating contact. However, such an arrangement would ensure in case of failure of the power supply for the operation of the brake relay that the brake relay could not be brought into the braking state or in the braking position. It is therefore advantageous to use for the connection of the motor coils with each other, the normally closed contacts of the brake relay.
Vorzugsweise ist das Fanglager als Gleitlager ausgebildet. Vorzugsweise ist das Bremsrelais ein mechanisches Relais. Nur ein mechanisches Relais bietet, im Gegensatz zu einem elektronischen Relais, die Möglichkeit einer echten galvanischen Trennung der Statorspulen des Antriebsmotors von der übrigen Steuerung und Regelung der Vakuumpumpe. Das mechanische Relais fällt bei völligem Ausfall der Energieversorgung selbsttätig in seine Ruhestellung, die bevorzugt die Fehlerstellung bzw. die Bremsstellung ist, so dass eine weitgehende Sicherheit in Bezug auf ein Durchbrennen und auf einen unerwünschten Kurzschluss der Wechslerkontakte besteht. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Relais-Steuerung zur Steuerung des Bremsrelais vorgesehen, die einen Fehlermeldungs-Eingang aufweist, der mit einem elektrischen Modul verbunden ist, wobei die Relais-Steuerung das Bremsrelais in einen Fehlerzustand schaltet, wenn an einem Fehlermeldungs- Eingang ein Fehlermeldungs-Signal mindestens eines elektrischen Moduls anliegt. Ein elektrisches Modul in diesem Sinne kann das Wechselrichter-Modul sein, kann ein Rechner-Modul, ein Watchdog-Modul, das den Betrieb des Rechner-Moduls überwacht, ein Netzteil-Modul und/oder ein Magnetlagersteuerungs-Modul sein. Jedes der genannten Module ist bevorzugt mit einer eigenen Signalleitung an einem eigenen Fehlermeldungs-Eingang der Relais-Steuerung angeschlossen.Preferably, the backup bearing is designed as a sliding bearing. Preferably, the brake relay is a mechanical relay. Only a mechanical relay offers, in contrast to an electronic relay, the possibility of a true electrical isolation of the stator coils of the drive motor from the rest of the control and regulation of the vacuum pump. The mechanical relay falls automatically in complete failure of the power supply to its rest position, which is preferably the fault position or the braking position, so that there is a high level of security with respect to a burnout and an undesirable short circuit of the changeover contacts. According to a preferred embodiment, a relay control is provided for controlling the brake relay having an error message input connected to an electrical module, the relay controller switching the brake relay to a fault condition when an error message is sent to an error message input Signal is present at least one electrical module. An electrical module in this sense may be the inverter module, a computer module, a watchdog module monitoring the operation of the computer module, a power supply module and / or a magnetic bearing control module. Each of the mentioned modules is preferably connected with its own signal line to a separate error message input of the relay control.
Die Relais-Steuerung ist ein eigenes Modul, das das Bremsrelais steuert. Die Relais-Steuerung weist mehrere Fehlermeldungs-Eingänge auf, die jeweils mit einem elektrischen Modul der Vakuumpumpe verbunden sind, die mit dem Betrieb des Pumpenrotors direkt oder indirekt zu tun haben, und insbesondere mit dem Betrieb des Magnetlagers und des Antriebsmotors zu tun haben. Wenn nur ein einziges der auf diese Weise mit einem Fehlermeldungs-Eingang der Relais-Steuerung verbundenes Modul eine Fehlermeldung an die Relais- Steuerung meldet, wird das Bremsrelais in den Fehlerzustand geschaltet.The relay control is a separate module that controls the brake relay. The relay controller has a plurality of error message inputs, each connected to an electrical module of the vacuum pump, which are directly or indirectly involved in the operation of the pump rotor, and in particular, dealing with the operation of the magnetic bearing and the drive motor. If only one of the modules connected in this way to an error message input of the relay control reports an error message to the relay control, the brake relay is switched to the error state.
Durch die sofortige Abtrennung des Wechselrichter-Moduls von den Motorspulen wird verhindert, dass, insbesondere für den Fall, dass das Wechselrichter-Modul selbst fehlerhaft und die Ursache für Zerstörungsgefahr ist, nach Detektion einer derartigen Störung das Wechselrichter-Modul nicht mehr schädigend wirken kann.The immediate removal of the inverter module from the motor coils prevents, in particular in the event that the inverter module itself is faulty and the cause of destruction, after detection of such a fault, the inverter module can no longer be harmful.
Die Einleitung des Fehler- bzw. Bremszustandes erfolgt nicht unmittelbar durch das Wechselrichter-Modul. Bei Auswahl des Wechselrichter-Moduls wird die Funktionalität des Bremsrelais bzw. der Relais-Steuerung nicht beeinträchtigt. -j _The initiation of the error or braking state does not take place directly by the inverter module. Selecting the inverter module will not affect the functionality of the brake relay or relay control. -j_
Das Bremsrelais ist in seinem Betriebszustand bzw. in seiner Betriebsstellung, in dem die Motorspulen mit dem Wechselrichter-Modul verbunden sind, wennThe brake relay is in its operating state or in its operating position in which the motor coils are connected to the inverter module, if
• die elektrische Spannungsversorgung nicht eine zu niedrige oder zu hohe Spannung zur Verfügung stellt,• the electrical power supply does not provide too low or too high a voltage,
• das Rechner-Modul nicht einen Fehler in irgendeinem der anderen Module festgestellt hat,• the calculator module has not detected an error in any of the other modules
• das Watchdog-Modul, das seinerseits den korrekten Betrieb des Rechner- Moduls überwacht, keinen Fehler feststellt, und• The watchdog module, which in turn monitors the correct operation of the computer module, detects no error, and
• keine wichtige elektrische Leitung zwischen einer Pumpeneinheit und der Steuereinheit unterbrochen ist.• no important electrical line between a pump unit and the control unit is interrupted.
Selbstverständlich können weitere Module und Bauteile der Vakuumpumpe mit einem Fehlermeldungs-Eingang der Relais-Steuerung verbunden sein.Of course, further modules and components of the vacuum pump may be connected to an error message input of the relay controller.
Vorzugsweise sind die Fanglager als Gleitlager ausgebildet. Gleitlager sind grundsätzlich preiswerter als Wälzlager. Durch die zuverlässige Abbremsung des Pumpenrotors im Fehler- bzw. Bremsfall wird der Verschleiß des Gleitlagers erheblich reduziert. Hierdurch kann auch für hohe Nenndrehzahlen und hohe Pumpenrotor-Massen ein relativ preiswertes Gleitlager als Fanglager verwendet werden.Preferably, the backup bearings are designed as plain bearings. Sliding bearings are generally cheaper than rolling bearings. Due to the reliable braking of the pump rotor in case of failure or braking, the wear of the plain bearing is significantly reduced. As a result, even for high rated speeds and high pump rotor masses, a relatively inexpensive slide bearing can be used as a backup bearing.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vakuumpumpe eine Turbomolekular-Vakuumpumpe. Turbomolekular-Vakuumpumpen werden üblicherweise bei sehr hohen Drehzahlen von mehreren 10.000 U/min betrieben und sind daher prädestiniert für den Einsatz eines Magnetlagers, dem jeweils ein entsprechendes Fanglager zugeordnet ist. Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zwei Äusführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.According to a preferred embodiment of the invention, the vacuum pump is a turbomolecular vacuum pump. Turbomolecular vacuum pumps are usually operated at very high speeds of several 10,000 rpm and are therefore predestined for the use of a magnetic bearing, each of which is assigned a corresponding fishing camp. In the following two embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
Es zeigen :Show it :
Figur 1 schematisch eine Vakuumpumpe mit einem Bremsrelais, das dieFigure 1 schematically shows a vacuum pump with a brake relay, the
Statorspulen des Antriebsmotors im Fehler- bzw. Bremsfall miteinander kurzschließt, wobei der Wärmeaufnahmekörper von dem Pumpen-Gehäuse gebildet wird,Short-circuiting stator coils of the drive motor in the event of a fault or braking, wherein the heat absorption body is formed by the pump housing,
Figur 2 eine Vakuumpumpe, wie in der Figur 1, mit dem Unterschied, dass der Wärmeaufnahmekörper von einem separatenFigure 2 is a vacuum pump, as in Figure 1, with the difference that the heat-absorbing body of a separate
Wärmeabsorptionselement gebildet wird.Heat absorbing element is formed.
In den Figuren 1 und 2 ist eine Turbomolekular-Vakuumpumpe 10 dargestellt, die aus einer Pumpeneinheit 12 und einer Steuereinheit 14 besteht, die durch elektrische Verbindungsleitungen 40 miteinander verbunden sind.FIGS. 1 and 2 show a turbomolecular vacuum pump 10, which consists of a pump unit 12 and a control unit 14, which are connected to one another by electrical connection lines 40.
Die Vakuumpumpe 10 weist in ihrer Pumpeneinheit 12 einen Pumpenrotor 16 auf, der von einem elektrischen Antriebsmotor 18 mit einer Nenndrehzahl von bis zu 100.000 U/min angetrieben wird. . Die Rotorwelle ist magnetisch in zwei Magnetlagern 20,21 gelagert, die jeweils mehrachsig sind und zusammen eine fünfachsige Magnetlagerung bilden. Den Magnetlagern 20,21 sind Fanglager 22,23 zugeordnet, die als mechanische Gleitlager oder als Wälzlager ausgebildet sind.The vacuum pump 10 has in its pump unit 12 a pump rotor 16 which is driven by an electric drive motor 18 at a rated speed of up to 100,000 rpm. , The rotor shaft is magnetically mounted in two magnetic bearings 20,21, which are each multi-axis and together form a five-axis magnetic bearing. The magnetic bearings 20,21 catch bearings 22,23 are assigned, which are designed as a mechanical sliding bearing or as a rolling bearing.
Der Antriebsmotor 18 ist ein dreiphasiger DC-Brushless-Motor und weist drei Statorspulen 19!,192,1Q3 auf. Der Antriebsmotor kann jedoch auch als Asynchron-Maschine oder als Reluktanz-Motor ausgebildet sein. Die Pumpeneinheit 12 weist ferner ein Bremsrelais 42 auf, das drei Wechsler aufweist. Der Wechsler weist drei Basiskontakte 62,63,64, drei als Arbeitskontakte ausgebildete Betriebskontakte 47,48,49 sowie drei als Ruhekontakte ausgebildete Bremskontakte 44,45,46 auf. Die drei Statorspulen 19i,192,193 sind jeweils mit einem Basiskontakt 62,63,64 verbunden. Die Bremskontakte 44,45,46 sind über einen Leistungsschalter 54 jeweils direkt miteinander verbunden. Die Verbindung der drei Bremskontakte 44,45,46 hinter dem Leistungsschalter 54 bildet einen Kurzschlusspunkt 60.The drive motor 18 is a three-phase DC brushless motor and has three stator coils 19 ! , 19 2 , 1Q 3 on. However, the drive motor can also be designed as an asynchronous machine or as a reluctance motor. The pump unit 12 further includes a brake relay 42 having three changers. The changer has three base contacts 62,63,64, three designed as working contacts operating contacts 47,48,49 and three formed as normally closed contacts brake contacts 44,45,46. The three stator coils 19i, 19 2 , 19 3 are each connected to a base contact 62, 63, 64. The brake contacts 44,45,46 are each directly connected to each other via a circuit breaker 54. The connection of the three brake contacts 44,45,46 behind the power switch 54 forms a short-circuit point 60th
Der Leistungsschalter 54 ist mit einem Temperatursensor 58 gekoppelt, der an dem Motorstator 72 wärmeleitend befestigt ist. Bei drohender Überhitzung der Statorspulen 19i,192,193 im Bremsfall wird der Leistungsschalter 54 geöffnet, und wird erst wieder geschlossen, wenn die von dem Temperatursensor 58 ermittelte Temperatur des Motorstators 72 wieder auf eine zulässige Temperatur abgesunken ist. Der Leistungsschalter 54 kann auch die Bremsleistung stufenlos regelnd ausgelegt sein.The power switch 54 is coupled to a temperature sensor 58, which is attached to the motor stator 72 thermally conductive. In the event of impending overheating of the stator coils 19i, 19 2 , 19 3 in the event of braking, the circuit breaker 54 is opened, and is not closed again until the temperature of the motor stator 72 determined by the temperature sensor 58 has dropped again to an admissible temperature. The power switch 54 may also be designed to regulate the braking power continuously.
Die Vakuumpumpe 10 der Figur 1 ist mit ihrem Motorstator 72 wärmeleitend unmittelbar mit dem Pumpen-Gehäuse 70 verbunden, das aus Aluminium besteht. Zwischen dem Motorstator 72 und dem Pumpen-Gehäuse 70 ist eine Wärmeleitschicht 68 vorgesehen, in Form einer Wärmeleitpaste oder einer Wärmeleitfolie. Die Wärmeleitschicht 68 stellt eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Motorstator 72 und dem Gehäuse 70 her, so dass in diesem Bereich ein geringer Wärmewiderstand hergestellt ist. Auch die Statorspulen 19i,192,193 sind gut wärmeleitend mit dem Statorblech des Motorstators verbunden, beispielsweise durch Verguss in einer gut wärmeleitenden Vergussmasse und/oder Verwendung eines Formschluss- Wickelträgers. Da ein Teil der Bremsenergie in den Statorspulen 19i,192,193 abgebaut wird, wird durch einen geringen Wärmewiderstand eine gute Wärmeleitung von den Statorspulen 19i,192,193 zu dem Wärmeaufnahmekörper sichergestellt. Das Gehäuse 70 bildet in dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 einen Wärmeaufnahmekörper 70.The vacuum pump 10 of Figure 1 is thermally conductively connected with its motor stator 72 directly to the pump housing 70, which consists of aluminum. Between the motor stator 72 and the pump housing 70, a heat conducting layer 68 is provided, in the form of a thermal paste or a heat conducting foil. The heat-conducting layer 68 establishes a good heat-conducting connection between the motor stator 72 and the housing 70, so that a low thermal resistance is produced in this area. The stator coils 19i, 19 2 , 19 3 are also connected to the stator stator of the motor stator with good thermal conductivity, for example, by encapsulation in a highly heat-conductive potting compound and / or use of a positive-locking coil carrier. Since a part of the braking energy is dissipated in the stator coils 19i, 19 2 , 19 3 , a good heat conduction from the stator coils 19i, 19 2 , 19 3 to the heat-absorbing body is achieved by a low thermal resistance ensured. The housing 70 forms a heat receiving body 70 in the embodiment of FIG.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird der Wärmeaufnahmekörper von einem separaten Wärmeabsorptionselement 66 gebildet, das den Motorstator 72 umgibt und gut wärmeleitend an diesen angekoppelt ist. Das Wärmeabsorptionselement besteht aus einem Material, das in einem Bereich zwischen 30° C und 80° C seinen Aggregatzustand ändert, beispielsweise Wachs. Als Wärmeaufnahmeelement-Material kann beispielsweise auch ein niedertemperaturiges Metall, beispielsweise Blei oder ähnliche Materialien, verwendet werden. Als Wärmeaufnahmeelement-Material kann auch Wasser dienen, dessen Phasenübergang von flüssig nach gasförmig jedoch irreversibel wäre.In the exemplary embodiment of FIG. 2, the heat-absorbing body is formed by a separate heat-absorbing element 66, which surrounds the motor stator 72 and is connected to it with good heat-conducting properties. The heat absorbing member is made of a material which changes its state of aggregation in a range between 30 ° C and 80 ° C, for example, wax. As a heat receiving element material, for example, a low-temperature metal, such as lead or similar materials may be used. Water can also be used as the heat receiving element material, but its phase transition from liquid to gaseous would be irreversible.
Die Steuereinheit 14 weist ein Netzteil-Modul 30 zur Spannungsversorgung aller übrigen Module und Bauteile, ein Wechselrichter-Modul 32 zur Bestromung der Motorspulen 19i,192,193, ein Magnetlagersteuerungs-Modul 34 zur Steuerung der Magnetlager 20,21, ein Rechner-Modul 36 zur Steuerung und Überwachung insbesondere des Magnetlagersteuerungs-Moduls 34 und des Wechselrichter- Moduls 32, ein Watchdog-Modul 38 zur Überwachung der Funktionalität des Rechner-Moduls 36 sowie eine Relais-Steuerung 28 zur Steuerung des Bremsrelais 42 auf.The control unit 14 has a power supply module 30 for supplying power to all other modules and components, an inverter module 32 for energizing the motor coils 19i, 19 2 , 19 3 , a magnetic bearing control module 34 for controlling the magnetic bearings 20,21, a computer Module 36 for controlling and monitoring in particular the magnetic bearing control module 34 and the inverter module 32, a watchdog module 38 for monitoring the functionality of the computer module 36 and a relay control 28 for controlling the brake relay 42.
Die Relais-Steuerung 28 weist mehrere Fehlermeldungs-Eingänge auf, die über entsprechende elektrische Signalleitungen mit dem Wechselrichter-Modul 32, dem Rechner-Modul 36 und dem Watchdog-Modul 38 verbunden sind. Wenn nur eines der drei vorgenannten Module 32,36,38 ein Fehler-Signal an den betreffenden Fehlermeldungs-Eingang der Relais-Steuerung 28 sendet, schaltet die Relais-Steuerung 28 das Bremsrelais 42 in den Fehler- bzw. Bremszustand, der in den Figuren 10 dargestellt ist. Das Bremsrelais 42 ist ein rein mechanisches Relais. Auch das Magnetlagersteuerungs-Modul 34 und das Netzteil-Modul 30 können optional über eine entsprechende Signalleitung mit einem Fehlermeldungs- Eingang der Relais-Steuerung 28 verbunden sein.The relay controller 28 has a plurality of error message inputs, which are connected via corresponding electrical signal lines to the inverter module 32, the computer module 36 and the watchdog module 38. If only one of the three aforementioned modules 32,36,38 sends an error signal to the relevant error message input of the relay controller 28, the relay controller 28 switches the brake relay 42 in the error or braking state shown in the figures 10 is shown. The brake relay 42 is a purely mechanical relay. Also, the magnetic bearing control module 34 and the power supply module 30 may optionally be connected via a corresponding signal line to an error message input of the relay controller 28.
Der Pumpenrotor 16 kann alternativ auch lediglich ein-, zwei-, drei- oder vierachsig aktiv magnetisch gelagert sein, während die übrigen Achsen passiv oder mechanisch gelagert sind.Alternatively, the pump rotor 16 can also be actively magnetically supported only one, two, three or four axes, while the other axes are mounted passively or mechanically.
Das Watchdog-Modul 38 wird durch das Rechner-Modul 36 in regelmäßigen Intervallen von typischerweise einigen Mikrosekunden bis Millisekunden benachrichtigt. Bleibt das vereinbarte Benachrichtigungs-Signal aus, gibt das Watchdog-Modul 38 ein Fehler-Signal an die Relais-Steuerung 28 aus.The watchdog module 38 is notified by the computer module 36 at regular intervals, typically a few microseconds to milliseconds. If the agreed notification signal remains off, the watchdog module 38 outputs an error signal to the relay controller 28.
Ebenso kann das Wechselrichter-Modul 32 und/oder das Rechner-Modul 36 direkt ein Fehler-Signal an die Relais-Steuerung 28 ausgeben, wenn die vorgenannten Module 32,36 intern oder extern Unregelmäßigkeiten feststellen, die ein sofortiges Abbremsen der Vakuumpumpe bzw. des Pumpenrotors 16 rechtfertigen.Likewise, the inverter module 32 and / or the computer module 36 directly output a fault signal to the relay controller 28 when the aforementioned modules 32,36 detect internal or external irregularities, the immediate braking of the vacuum pump or the Justify pump rotor 16.
Das Rechner-Modul 36 überwacht auch die Funktion des Magnetlagersteuerungs- Moduls 34 und des Netzteil-Moduls 30 entsprechend.The computer module 36 also monitors the function of the magnetic bearing control module 34 and the power supply module 30 accordingly.
Im Falle einer Unterbrechung der elektrischen Verbindungsleitungen 40 zwischen der Pumpeneinheit 12 und der Steuereinheit 14 fällt das Bremsrelais 42 selbstständig in den Bremszustand bzw. in die Bremsstellung, so dass auch für diesen Fall die Motorspulen 19i,192,193 miteinander kurzgeschlossen werden. In the event of an interruption of the electrical connection lines 40 between the pump unit 12 and the control unit 14, the brake relay 42 automatically falls into the braking state or in the braking position, so that the motor coils 19i, 19 2 , 19 3 are short-circuited to each other for this case.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vakuumpumpe (10) mit1. Vacuum pump (10) with
einem Pumpenrotor (16),a pump rotor (16),
einem aktiven Magnetlager (20,21),an active magnetic bearing (20,21),
einem dem Magnetlager (20,21) zugeordneten Fanglager (22,23),a backup bearing (22, 23) associated with the magnetic bearing (20, 21),
einem elektrischen Antriebsmotor (18) mit einem Motorstator (72) mit mehreren Statorspulen (19i,192/193) zum Antrieb des Pumpenrotors (16),an electric drive motor (18) having a motor stator (72) having a plurality of stator coils (19i, 19 2/19 3) for driving the pump rotor (16),
einem Bremsrelais (42) mit mehreren Wechslern mit jeweils einem Basiskontakt (62,63,64), einem Bremskontakt (44,45,46) und einem Betriebskontakt (47,48,49), unda brake relay (42) having a plurality of changeover contacts each having a base contact (62, 63, 64), a brake contact (44, 45, 46) and an operating contact (47, 48, 49), and
einem Kurzschlusspunkt (60), über den alle Bremskontakte (44,45,46) des Bremsrelais (42) direkt miteinander verbunden sind,a short-circuit point (60), via which all brake contacts (44, 45, 46) of the brake relay (42) are directly connected to one another,
wobei alle Statorspulen (19i,192,193) an die Basiskontakte (62,63,64) der Wechsler angeschlossen sind und über die Bremskontakte (44,45,46) des Bremsrelais (42) und über den Kurzschlusspunkt (60) direkt miteinander verbindbar und über die Betriebskontakte (47,48,49) mit einem Wechselrichter-Modul (32) verbindbar sind.wherein all stator coils (19i, 19 2 , 19 3 ) are connected to the base contacts (62,63,64) of the changer and via the brake contacts (44,45,46) of the brake relay (42) and via the short-circuit point (60) directly connectable to each other and the operating contacts (47,48,49) with an inverter module (32) are connectable.
2. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Statorspulen (19i,192,193) und ein Statorblech aufweisende Motorstator (72) luftspaltfrei mit einem Wärmeaufnahmekörper (70;66) verbunden ist.2. Vacuum pump (10) according to claim 1, characterized in that the stator coils (19i, 19 2 , 19 3 ) and a stator plate having Motor stator (72) free of air gap with a heat receiving body (70; 66) is connected.
3. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Verbindung zwischen dem Motorstator (72) und dem Wärmeaufnahmekörper (70;66) einen mittleren Wärmewiderstand von weniger als 0,1 K/W aufweist.3. Vacuum pump (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the thermal connection between the motor stator (72) and the heat receiving body (70; 66) has an average thermal resistance of less than 0.1 K / W.
4. Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Motorstator (72) und/oder dem Wärmeaufnahmekörper (70;66) ein Temperatursensor (58) zugeordnet ist, wobei ein Leistungsschalter (54) die elektrische Bremsleistung abhängig von der durch den Temperatursensor (58) gemessenen Temperatur beeinflusst.4. Vacuum pump (10) according to any one of claims 1-3, characterized in that the motor stator (72) and / or the heat receiving body (70; 66) is associated with a temperature sensor (58), wherein a power switch (54), the electric braking power depending on the temperature measured by the temperature sensor (58).
5. Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaufnahmekörper von dem Pumpen- Gehäuse (70) gebildet wird.5. Vacuum pump (10) according to any one of claims 1-4, characterized in that the heat-absorbing body of the pump housing (70) is formed.
6. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpen-Gehäuse (70) aus Aluminium besteht.6. Vacuum pump (10) according to claim 5, characterized in that the pump housing (70) consists of aluminum.
7. Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaufnahmekörper von einem separaten Wärmeabsorptionselement (66) gebildet wird, das aus einem anderen Material als das Pumpen-Gehäuse (70) besteht.7. Vacuum pump (10) according to any one of claims 1-4, characterized in that the heat-absorbing body is formed by a separate heat-absorbing element (66), which consists of a different material than the pump housing (70).
8. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabsorptionselement (66) aus einem Material besteht, das zwischen 30° C und 80° C einen Phasenübergang aufweist. 8. Vacuum pump (10) according to claim 7, characterized in that the heat absorbing element (66) consists of a material which has a phase transition between 30 ° C and 80 ° C.
9. Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskontakt (44,45,46) ein Ruhekontakt und der Betriebskontakt (47,48,49) ein Arbeitskontakt ist.9. Vacuum pump (10) according to any one of claims 1-8, characterized in that the brake contact (44,45,46) is a normally closed contact and the operating contact (47,48,49) is a normally open contact.
10. Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsrelais (42) ein mechanisches Relais ist.10. Vacuum pump (10) according to any one of claims 1-9, characterized in that the brake relay (42) is a mechanical relay.
11. Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fanglager (22,23) als Gleitlager ausgebildet sind.11. Vacuum pump (10) according to any one of claims 1-10, characterized in that the fishing camp (22,23) are designed as sliding bearings.
12. Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (10) eine Turbomolekular- Vakuumpumpe ist.12. Vacuum pump (10) according to any one of claims 1-11, characterized in that the vacuum pump (10) is a turbomolecular vacuum pump.
13. Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relais-Steuerung (28) vorgesehen ist, die einen Fehlermeldungs-Eingang aufweist, der mit einem elektrischen Modul (32,36,38) verbunden ist, wobei die Relais-Steuerung (28) das Bremsrelais (42) in einen den Bremskontakt (44,45,46) schließenden Bremszustand schaltet, wenn an einem Fehlermeldungs-Eingang ein Fehler-Signal mindestens eines elektrischen Moduls (32,36,38) anliegt.13. Vacuum pump (10) according to any one of claims 1-12, characterized in that a relay control (28) is provided which has an error message input, which is connected to an electrical module (32,36,38), wherein the relay controller (28) switches the brake relay (42) into a brake state closing the brake contact (44, 45, 46) if an error signal of at least one electrical module (32, 36, 38) is applied to an error message input ,
14. Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Modul ein Wechselrichter-Modul (32), ein Rechner-Modul (36), ein Watchdog-Modul (38), das den Betrieb des Rechner-Moduls (36) überwacht, ein Netzteil-Modul (30) und/oder ein Magnetlagersteuerungs- Modul (34) ist, wobei jedes Modul (32,36,38) mit einer eigenen Signalleitung an einem Fehlermeldungs-Eingang der Relais-Steuerung (28) angeschlossen ist. 14. Vacuum pump (10) according to claim 13, characterized in that the electrical module, an inverter module (32), a computer module (36), a watchdog module (38), the operation of the computer module (36 ), a power supply module (30) and / or a magnetic bearing control module (34), each module (32, 36, 38) having its own signal line connected to an error message input of the relay controller (28) ,
EP08804262A 2007-09-19 2008-09-16 Vacuum pump Withdrawn EP2191140A1 (en)

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