JP2008151124A - 真空ポンプおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の欠点を回避する、真空ポンプ用冷却を提供する。
【解決手段】本発明は、ガス入口およびガス出口を有するハウジングと、モータと、およびファンとを備えた、低真空または中真空発生用真空ポンプに関するものである。真空ポンプの冷却をモータとは無関係に調節可能にするために、ファンがファン・モータを有することが提案される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス入口およびガス出口を有するハウジングと、モータと、およびファンとを備えた、低真空または中真空発生用真空ポンプに関するものである。本発明は、さらに、ガス入口およびガス出口を有するハウジングと、モータ軸を有するモータと、およびファンとを備えた、低真空および中真空発生用真空ポンプの運転方法に関するものである。

真空ポンプ内に、熱源、例えばその中でガスが圧縮されるポンプ装置が存在する。この熱は、構造部分を過熱することによって運転トラブルを発生することがあってはならない。したがって、発生する熱にさらされているこのような構造部分それ自身は十分に冷却されなければならない。欧州特許公開第１２４２７４４号が現行の従来技術を示している。電動機は軸を有し、軸はポンプ装置のポンプ作用構造部分を駆動するように働く。電動機の少なくとも一方の軸端上にファン羽根車が装着され、ファン羽根車は羽根を有している。軸の回転により羽根はガス流れを発生し、ガス流れは真空ポンプの構造部分に向けられている。

供給されるガス量したがって達成される冷却作用もまた特に軸の回転速度の関数である。したがって、真空ポンプのヒート・バランスは電動機の運転に密接に関連する。しかしながら、これはしばしば好ましくないことがあり、および特に、例えばプロセスを制御するために真空技術の観点から必要となる回転速度調節において、妥協が必要となる。
欧州特許公開第１２４２７４４号

したがって、従来技術の欠点を回避する、真空ポンプ用冷却を提供することが本発明の課題である。

この課題は、請求項１の特徴を有する真空ポンプおよび請求項９の特徴を有する方法により解決される。
ファンが固有のファン・モータを有することにより、ファンにより発生されるガス流れを、真空ポンプ・モータの速度とは無関係に調節することが可能である。さらに、ファン・モータにより、ファンを、ヒート・バランス上最も好ましい真空ポンプ上の位置に配置することが可能である。したがって、冷却は完全に必要に応じて調節可能であり、且つ真空要求および冷却要求の間の妥協はもはや必要としない。真空ポンプの運転方法は、ファン・モータを第１の回転速度で運転し、およびポンプ・モータを第２の回転速度で運転し、この場合、回転速度は少なくとも一時的に異なっていることを開示する。このことは、例えば真空ポンプの回転速度を低下し、同時にファンにより発生される冷却空気流量を上昇させることを可能にする。このことは、例えば真空ポンプを遮断するときに有利となることがある。

請求項２−８は本発明の有利な変更形態を示す。
一変更態様において、真空ポンプのハウジングが冷却フィンを有し、ファンが冷却フィン内に空気を供給することにより、真空ポンプの冷却特性は改善される。このことは、そのガス流れが冷却フィンの間の空間内に吹き込まれるようにファンが配置されることにより達成可能である。

この手段は、フードが真空ポンプの少なくとも一部を包囲し、およびファンのガス流れが冷却フィンの間の空間内に転向されるように形成されていることにより改善される。
一変更態様において、ファンが真空ポンプ・ハウジングの固有のセクション内に配置されるとき、真空ポンプの冷却に対して他の利点が得られる。このことは、ファンを、冷却が必要となるハウジングの範囲の近くに装着することを可能にする。

真空ポンプのヒート・バランスのために、したがって必要な冷却のためにもまた、低温に保持されるべき電子部品を含む制御電子装置および多量の熱がガスの圧縮に基づいてその中に発生するポンプ装置がそれぞれ、固有のハウジング・セクション内に配置されているとき、それは有利である。このことは範囲の熱的分離を可能にする。

このとき、一変更態様において、真空ポンプは、ファンがポンプ装置を含むハウジング・セクション内に送風するように形成されてもよい。これにより、冷却空気は最も効果的に冷却のために利用される。

セクション形式のハウジング構造を有する真空ポンプは、制御電子装置を有するセクションが自然対流により冷却されるように改良可能である。即ち、ファンの空気流れは、全て真空ポンプの高温セクションの冷却のために利用可能である。

最後の変更態様は真空ポンプのポンプ装置に関するものである。回転翼形油回転ポンプにおいては、冷却が駆動装置とは無関係に行われるという利点が特に顕著となる。潤滑剤が潤滑およびシールのために使用されるので、好ましくない冷却特性は潤滑剤の機能を低下させることがある。

一実施例により本発明を詳細に説明する。その他の利点も同時に示される。
以下の図において同じ符号は同じ部品を示す。

図１は、４つのセクションから構成され且つフード１により包囲されている真空ポンプを示す。このフードは、図ａ）においては取り外された状態において示され、一方、図ｂ）においてはフードが真空ポンプに装着され且つこの真空ポンプのハウジングの一部を包囲している。真空ポンプそれ自身はベース１０上に据え付けられている。

真空ポンプのセクションは種々の機能ユニットを含む。制御セクション２は制御電子装置を含み、制御電子装置は、駆動装置のコイルに通電するために電源電圧を供給する。中間セクション３内にファン６が配置され、ファンは空気を吸い込み且つハウジングに設けられている冷却フィン８の間の空間内に供給し、これにより冷却効果が達成される。ファンの吸込および供給作用は破線矢印により示されている。周辺セクション４はガス接続口即ちガス入口９およびガス出口を有している。周辺セクションにはさらにベース１０が配置されている。ベースは緩衝材例えばエラストマー本体を有し、これにより、真空ポンプおよび床の間の振動伝達が低減される。ポンプ・セクション５内に、ガスがそれにより大気に排出可能なように圧縮される部品が配置されている。これらの４つのセクションは軸方向に連続して配置され、この場合、周辺セクションおよび制御セクションの間に中間セクションが存在する。周辺セクションの、中間セクションとは反対側にポンプ・セクションが設けられている。

真空ポンプのセクションは少なくとも一部フード１により包囲されている。フードは、例えば、それが真空ポンプの下側部分を覆うように形成されている。ここでは、真空ポンプのベースが装着されている方向に下側が覆われている。制御セクションおよび中間セクションは完全に覆われているようにフードが形成されている一方で、ポンプ・セクションの範囲内においてはフードの高さは低いので、フードは下側部分のみを覆っているにすぎない。この下側部分内に冷却フィン８が設けられ、この場合、冷却フィンは上側部分内にも設けられていてもよい。フードは冷却フィンの少なくとも一部を覆っているので、フード、ハウジングおよび冷却フィンにより囲まれた通路が形成される。フードはさらにファンも覆っている。ファンが空気を吸い込み且つそれに続いて空気を通路内に供給可能なように、フードは開口を有している。例えば、開口は複数の通気スリット７として形成されている。通気スリットの数および形は、真空ポンプと、およびファンのガス流れに対する要求とに応じてそれぞれ変化されてもよい。

図２は真空ポンプの縦断面図により制御セクションおよび中間セクションの構造を示す。制御セクション２は密閉ハウジングを有し、密閉ハウジングは冷却フィン１１を備えている。冷却フィンを介して自然対流による冷却が行われる。制御セクションの内部に電子部品が配置され、電子部品は制御電子装置１２を形成し且つ例えば基板上に装着されている。この電子部品は、電圧および電流が適切な形で駆動装置のコイルに印加され、この結果、駆動軸の回転を達成可能にするように供給電圧を変換する。この場合、供給電圧は５０Ｈｚを有する２２０Ｖのような通常の電源電圧であっても、または４８Ｖのような通常の工業電圧であってもよい。特に熱を発生する、制御電子装置のこのような部品は、それらが制御セクションのハウジングの内壁と接触するように配置されていてもよい。これらは冷却フィン１１の範囲内に形成されることが好ましい。同様に、制御電子装置を完全にまたは一部シーリング・コンパウンド内に埋め込むことが考えられる。これは同様に熱伝導を増大させる。さらに、これにより、より高い機械的安全性が達成される。

中間セクション３はそのハウジング内に複数の構成部品を有している。スイッチ１５は真空ポンプを起動／停止するために使用される。例えば予備への切換または回転速度設定がそれにより実行可能なその他のスイッチがそこに配置されていてもよい。同様に、ここに、電源がそれに接続されるソケット１６が配置されている。この電圧は、一方で制御電子装置に、他方で小電源１７に供給され、小電源は適切な電気結線を介して補助電子装置１８に作動電圧を供給する。補助電子装置はスイッチ１５の投入状態を制御信号に変換する働きをし、制御信号は同様に適切な電気結線を介して制御電子装置に供給される。補助電子装置は、ファン・モータ６ａにそれにより電圧が供給され且つファン・モータ６ａがそれにより起動／停止される手段もまた有している。一変更態様において、この中間セクション内にその他の通信手段が配置される。このために、スイッチ、プラグおよびソケットが必要であり、これらはスイッチ１５と同様にハウジング壁上に配置されている。これらの部品は次に電気結線等を介して拡張補助電子装置と結合され、拡張補助電子装置は例えばフィールド・バス・インタフェースまたはシリアル・インタフェースを駆動するための手段等を含む。これらのインタフェースを介して、「ポンプ運転中」、実際回転速度または予備真空ポンプの作動化のような状態情報を外部インタフェースから問い合わせ可能である。

中間セクション３のハウジングおよび制御セクション２の間にシール１４が設けられている。シールは、一方で内部空間を湿気および塵埃から保護するためにシールする働きをし、他方でシールは熱的障壁を示すので、中間セクションの方向から制御セクションへの熱伝導が遮断される。このようなシールは中間セクションおよび周辺セクション４の間にもまた設けられているので、ここでもまた気密性および断熱性が与えられている。中間セクションの一部内において支持構造１９がファンを支持し、ファンはファン・モータ６ａおよびファン・ブレード６ｂを有している。破線矢印はファンにより発生されるガス流れを示す。空気は吸い込まれ且つ冷却フィン８の間に供給される。

図３に、中間セクション、制御セクションおよび周辺セクションの一部が、線Ｂ−Ｂ′による真空ポンプの横断面図により示されている。この図において、真空ポンプの、制御セクション側正面に配置されている冷却フィン１１が断面図で示されている。冷却フィンは、自然対流を最適化するために、その縦軸が重力方向に向けられている。制御セクションの冷却フィンは、自然対流の空気流れを妨害しないために、フード１によって覆われないことが好ましい。制御電子装置１２から、中間セクション内に設けられているケーブル・ダクト２０内を通過して周辺セクション４まで、電気結線が伸長している。このケーブル・ダクトは両端においてダクト・シール２１および２２により湿気および熱伝達から保護されている。特にモータ制御の側にケーブル引込み２７が設けられている。周辺セクション４の内部に駆動装置のコイル２６が配置されている。このコイルの通電は制御電子装置１２により行われる。回転対称分離要素２３がコイルの内部に設けられ且つコイルを分離要素の内部から密閉分離している。分離要素内に軸２４の端部が突出し、軸の端部上に永久磁石２５が固定されている。この図内においてもまた破線矢印はファンから発生されたガス流れを示している。吸込みは通気スリット７を通して行われ、ガスは次に周辺セクションの方向に供給される。一変更態様においては、このような通気スリットが真空ポンプの底部内にも設けられている。真空ポンプのベースは、このとき、それを通して空気を吸込み可能な隙間を形成するという課題もまた有している。

本発明は１つのファンのみに限定されていないことを図３が示している。複数のファンが設けられていてもよい。例えば、中間セクションの下側部分に２つのファンが設けられ、この場合、２つのファンの各々は、冷却空気を、真空ポンプ特に周辺セクションおよびポンプ・セクションのサイドのそれぞれに設けられている通路内に供給する。真空ポンプの熱源に冷却空気を供給するように、冷却空気を補充するためにその他のファンが配置されていてもよい。

図４は真空ポンプの周辺セクションおよびポンプ・セクション５の断面図を示す。この例は単段の潤滑剤シール式回転翼形油回転真空ポンプを示す。これはポンプ・セクション内にポンプ装置３０を有している。ポンプ装置３０は正面側の広い面で周辺セクション４と結合されているので、そこには良好な熱伝導が存在する。ポンプ・セクション５のハウジングは良好な熱伝導を有して周辺セクションと結合されているので、熱は周辺セクションから本体に広い面積で伝達される。このポンプ装置内に設けられている円筒内孔は軸２４により偏心して貫通される。軸は１つの部品または複数の部品から形成されていてもよい。軸は第１の滑り軸受３１および第２の滑り軸受３２により回転可能に支持される。これらの滑り軸受は潤滑剤により潤滑され、潤滑剤はポンプ装置を包囲する潤滑剤タンク３５から供給される。円筒内孔内において翼板３３が回転し、この場合、翼板および円筒内孔壁の間に吸込室３４が形成される。ガスはガス入口９を介してこの吸込室内に到達する。滑り軸受３１とは反対側において周辺セクション４内に突出している軸端に永久磁石２５が固定され、永久磁石は周辺セクション内に設けられているコイル２６と協働し、これにより軸は回転させられる。永久磁石およびコイルは共に電動機を形成する。この例においては、電動機はブラシレス直流電動機である。このタイプのモータを用いることにより本発明の利点は特に顕著となるが、本発明はこのタイプの駆動装置に限定されていない。潤滑剤、たいていの場合オイルは、軸受の潤滑のほかに翼板の潤滑およびシールにも使用される。

図５に、ポンプ・セクションが線Ａ−Ａ′による断面図で示されている。この図において、軸２４の偏心位置および翼板３３の位置が示されている。翼板の間に、図示されていないばねが設けられている。ポンプ・セクションのハウジングは冷却フィン８を有している。フード１は冷却フィンを覆い、これにより流動通路４２が形成される。相互に結合されていてもよいこの流動通路内を、ファンから供給されたガスが流動し、ハウジングから熱を奪い且つこの結果熱をハウジングから搬出する。この熱はポンプ装置３０内において発生し且つ潤滑剤タンクを介してハウジングに排出される。ハウジングは、通路がその端部において開放しているように形成されていることが好ましい。これは、フードが真空ポンプのポンプ・セクションの正面側を覆わないことによりきわめて簡単に達成される。フードおよびハウジングの間に中間部材４０が配置され、中間部材は例えば高いエラストマー成分を有している。中間部材は、熱的障壁としてのみならず、ポンプ・ハウジングからフードへの振動伝達を低減させるためにも有効である。固定手段例えばねじ４１がフードを固定している。

この実施例に示されている真空ポンプは好ましいヒート・バランスを有している。第１の強力な熱源は、圧縮熱に基づき、ポンプ・セクション５内に存在する。その他の強力な熱源は周辺セクションであり、その理由は、周辺セクション内には駆動装置のコイルが配置され、コイル内において損失動力が熱に変換されるからである。さらに、ポンプ装置３０の正面側を介して熱が周辺セクション内に導かれ、その理由は、この位置においてポンプ装置および周辺セクションは大きな面で相互に接触しているからである。これらの熱源は、中間セクションによって制御セクションから遠ざけられている。セクションの順序に基づき、間隔が最大にあけられている。中間セクションおよびそれに隣接するセクションの間に設けられているシールの熱抵抗がこれに追加される。これらの受動的手段はきわめて好ましいヒート・バランスを形成させる。これに、１つまたは複数のファンによる能動的冷却が重ねられる。中間セクション内にファンを配置することにより、大部分の熱を放出する真空ポンプのセクションに冷却空気が直接吹き付けられる。冷却空気はさらにフード内を通して供給され、フードは、一方で接触保護として働き、他方でファンにより供給される冷却空気を、熱源であるポンプ・セクションおよび周辺セクションに最適に導入する。要するに、提案された真空ポンプの冷却は、従来技術に比較して決定的に改善されている。

この実施例はオイル・シール式回転翼形油回転真空ポンプを提供している。しかしながら、ポンプ・セクションを交換することにより、本発明を、低真空または中真空を発生させるための他の真空ポンプにも適合させることが考えられる。このポンプ・セクション内に、このとき、他のポンプ原理が使用される。考えられるポンプ原理は、例えば、乾式ピストン形圧縮機、乾式回転翼形回転ポンプまたは揺動ピストン形回転ポンプである。

ａ）はフードが取り外された状態における、ｂ）はフードが装着されている状態における、フードを備えた真空ポンプの側面図である。 真空ポンプの中間セクションおよび制御セクションの縦断面図である。 線Ｂ−Ｂ′による真空ポンプの横断面図である。 ポンプ・セクションおよび周辺セクションの縦断面図である。 線Ａ−Ａ′による図１の真空ポンプの断面図である。

符号の説明

１ フード
２ 制御セクション
３ 中間セクション
４ 周辺セクション
５ ポンプ・セクション
６ ファン
６ａ ファン・モータ
６ｂ ファン・ブレード
７ 通気スリット
８、１１ 冷却フィン
９ ガス入口
１０ ベース
１２ 制御電子装置
１３、１４、２１、２２ シール
１５ スイッチ
１６ ソケット
１７ 小電源
１８ 補助電子装置
１９ 支持構造
２０ ケーブル・ダクト
２３ 分離要素
２４ 軸
２５ 永久磁石
２６ コイル
２７ ケーブル引込み
３０ ポンプ装置
３１、３２ 滑り軸受
３３ 翼板
３４ 吸込室
３５ 潤滑剤タンク
４０ 中間部材
４１ ねじ
４２ 流動通路

Claims (9)

1. ガス入口（９）およびガス出口を有するハウジングと、モータと、およびファン（６）とを備えた、低真空または中真空発生用真空ポンプにおいて、
   ファンがファン・モータ（６ａ）を有することを特徴とする真空ポンプ。
2. ハウジングが冷却フィン（８）を有し、およびファン（６）は、それが空気を冷却フィンの間の空間内に供給するように配置されていることを特徴とする請求項１の真空ポンプ。
3. ハウジングの少なくとも一部を包囲するフード（１）が、冷却フィン（８）の範囲内において、ファンにより供給された空気が冷却フィンの間の空間内に転向されるように形成されていることを特徴とする請求項２の真空ポンプ。
4. ハウジングが、ファンを含む少なくとも１つのセクション（３）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの真空ポンプ。
5. ハウジングが、ポンプ装置（３０）を備えたポンプ・セクション（５）と、および制御電子装置（１２）を備えた制御セクション（２）とを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの真空ポンプ。
6. ファン（６）は、供給された空気が、ポンプ装置（３０）を含むハウジングのセクション内を流れるように配置されていることを特徴とする請求項５の真空ポンプ。
7. ファン（６）は、制御電子装置（１２）を備えた制御セクション（２）が自然対流により冷却されるように配置されていることを特徴とする請求項５または６の真空ポンプ。
8. ポンプ装置（３０）が軸（２４）を含み、軸はポンプ装置のハウジング内に存在する円筒内孔を偏心して貫通し、この場合、軸はポンプ作用を達成する翼板（３３）を有することと、および
   ポンプ装置が、翼板をシールし且つ潤滑するための潤滑剤を含むことと、
   を特徴とする請求項１ないし７のいずれかの真空ポンプ。
9. ガス入口（９）およびガス出口を有するハウジングと、モータ軸を有するモータと、およびファン（６）とを備えた、低真空または中真空発生用真空ポンプの運転方法において、
   第１の回転速度を有するファンおよび第２の回転速度を有するモータが運転され、この場合、第１および第２の回転速度が少なくとも一時的に異なっていることを特徴とする真空ポンプの運転方法。

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