KR20160127673A

KR20160127673A - 진공펌프용 회전자장치

Info

Publication number: KR20160127673A
Application number: KR1020160051286A
Authority: KR
Inventors: 볼프강 로쉬; 위르겐 바그너; 토비아스 스톨; 미카엘 슈바이그회퍼
Original assignee: 파이퍼 버큠 게엠베하
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2016-11-04
Also published as: KR101866831B1; JP6253700B2; EP3088745B1; EP3088745A1; JP2016205397A

Abstract

진공펌프용 회전자 장치는, 허브를 포함하는 회전자 및 샤프트를 포함하고, 샤프트(140) 상에 허브(138)가 배치될 때 샤프트(134)의 제1 섹션(140)과 허브(138)의 제1 섹션(146) 사이에 제1 압입부가 형성되고 샤프트(134)의 제2 섹션(142)과 허브(138)의 제2 섹션(148) 사이에 제2 압입부가 형성됨으로써, 샤프트(134)의 제1 섹션(140)과 허브(138)의 제1 섹션(146)은 서로에 대하여 제1 압입끼워맞춤(press fit)을 포함하고 샤프트(134)의 제2 섹션(142)과 허브(138)의 제2 섹션(148)은 서로에 대하여 제2 압입끼워맞춤을 포함한다.

Description

진공펌프용 회전자장치 {ROTOR ARRANGEMENT FOR A VACUUM PUMP}

본 발명은 허브를 포함하는 회전자와 샤프트를 갖는 진공펌프용 회전자장치에 관한 것이다.

그러한 회전자장치들은 전기모터의 회전자의 회전운동을 샤프트로 전달하기 위해 예를 들어 진공펌프에서 예컨대 터보 몰레큘러 펌프메커니즘의 회전자디스크들과 같은 펌프메커니즘을 샤프트를 통해 구동하기 위해 사용될 수 있다. 허브와 샤프트 사이의 연결은 샤프트-허브-연결로도 표현된다. 종래기술에 따르면 샤프트-허브-연결은 샤프트와 허브 사이 힘 전달 방식에 따라 힘결합식 연결, 형태결합식 연결, 사전긴장된(pretensioned) 형태결합식 연결 및 재료결합식 연결로 분류될 수 있다.

진공펌프, 특히 터보 몰레큘러 펌프에서는 샤프트와 결합된 펌프단계들을 충분히 빠르게 구동하고 이에 대응하여 높은 펌프효과를 달성하기 위하여 높은 회전수로 샤프트가 구동되는 것이 요구될 수 있다. 따라서 샤프트와 허브 사이의 연결 영역에서 가급적 불균형이 발생하지 않을 것이 요구되는데 이는 불균형이 샤프트의 회전에 불리하게 작용하고 샤프트 또는 그 베어링의 마모 또는 또한 손상을 야기할 수 있기 때문이다.

그러한 불균형을 회피하기 위해 샤프트와 허브의 힘결합식 연결이 선호될 수 있다. 여기서 샤프트와 허브 사이의 힘전달은 마찰저항을 통해 이루어진다. 허브와 샤프트 사이에서 압입부가 형성되는데 이는 종래기술에 따르면 예를 들면 클램핑허브들 또는 축소디스크(shrink disc)와 같은 특별한 조임요소들을 통해 실행될 수 있다.

진공펌프용 회전자장치에서 허브가 샤프트로부터 예컨대 수리목적으로 해체되지만 해체시 허브나 샤프트가 손상되지 않는 것이 요구될 수 있다.

본 발명은, 샤프트와 허브 사이의 연결을 포함하고, 허브와 샤프트 사이의 더 확실한 힘전달을 달성하게 하고, 예컨대 수리목적으로 허브와 샤프트를 손상없이 서로 분리할 수 있는, 진공펌프용 개선된 회전자장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

이 과제는 청구항 제1항의 특징들을 갖는 진공펌프용 회전자장치에 의해 해결된다. 발명의 양호한 실시예들과 추가예들은 종속항들에 기재되어 있다.

본 발명에 따른 진공펌프용 회전자장치는 허브를 포함하는 회전자와 샤프트를 포함하고 샤프트의 제1 섹션과 허브의 제1 섹션은 서로에 대하여 제1 압입끼워맞춤을 가지고 샤프트의 제2 섹션과 허브의 제2 섹션은 서로에 대하여 제2 압입끼워맞춤을 가지는데 샤프트에 허브가 배치될 때 샤프트의 제1 섹션과 허브의 제1 섹션 사이에 제1 압입부 및 샤프트의 제2 섹션과 허브의 제2 섹션 사이에 제2 압입부가 형성된다.

본 발명은, 샤프트에서 뿐만 아니라 허브에서도 각각 적어도 두 개의 섹션을 형성하고 이들 섹션은 서로에 대하여 각각 하나의 압입끼워맞춤을 포함한다는 사상에 기반한다. 샤프트가 허브에 배치될 때, 샤프트와 허브 사이에 적어도 두 개의 압입부가 존재한다. 허브와 샤프트 사이에 더 확실한 힘전달이 달성되도록 압입부를 통해 허브와 샤프트 사이의 힘결합식 연결이 생성된다. 한편 압입부들은 불균형을 전혀 야기하지 않거나 단지 작은 불균형만을 야기하여 샤프트는 높은 회전수로도 예컨대 진공펌프에서 구동될 수 있다. 또한 압입끼워맞춤들은 - 샤프트 상에서 허브의 양호한 힘전달 및 견고한 안착에도 불구하고 - 양 부품이 손상없이 서로로부터 분리될 수 있도록 수치설정된다.

양호하게는 샤프트의 제1 섹션과 샤프트의 제2 섹션이 샤프트의 종방향에서 볼 때 서로 이격되어 있다. 이에 대응하여 허브의 제1 섹션과 허브의 제2 섹션은 허브의 종방향에서 볼 때 서로 이격되어 있다.

샤프트의 제1 섹션과 샤프트의 제2 섹션은 양호하게는 샤프트의 축방향으로 종방향연장부, 즉 축방향의 종방향연장부를 포함한다. 이에 대응하여 허브의 제1 및 제2 섹션은 양호하게는 허브의 축방향으로 축방향의 종방향연장부를 포함한다. 허브가 샤프트 상에 배치될 때 샤프트의 면 형태의 제1 섹션과 허브의 면 형태의 제1 섹션은 서로 마주서고 면 형태의 양 섹션들은 서로 압입끼워맞춤방식으로 압입된다. 샤프트와 허브의 제2 섹션들도 마찬가지이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면 샤프트의 제1 및 제2 섹션 사이에 제3 섹션이 제공된다. 대응하여 허브의 제1 및 제2 섹션 사이에 제3 섹션이 제공된다. 샤프트의 제1 및 제2 섹션과 이에 대응하여 허브의 제1 및 제2 섹션은 각각의 제3 섹션에 의하여 서로 분리된다.

양호하게는 샤프트의 제3 섹션과 허브의 제3 섹션은 서로에 대하여 헐거운 끼워맞춤을 포함한다. 샤프트 상에 허브가 배치될 때 샤프트의 제3 섹션과 허브의 제3 섹션 사이에는 약간의 유격이 존재하여 샤프트의 제3 섹션과 허브의 제3 섹션 사이에 압입부가 형성되지 않도록 한다. 샤프트와 허브의 제3 섹션들을 통해 허브는 유리하게 샤프트로부터 분리될 수 있다. 샤프트 또는 허브의 손상은 이로 인해 방지될 수 있다.

양호하게는 샤프트의 제1 섹션의 축방향 길이가 허브의 제1 섹션의 축방향 길이와 적어도 실질적으로 동일하다. 양호하게는 샤프트의 제2 섹션의 축방향 길이가 허브의 제2 섹션의 축방향 길이와 적어도 실질적으로 동일하다. 양호하게는 샤프트의 제3 섹션의 축방향 길이가 허브의 제3 섹션의 축방향 길이와 적어도 실질적으로 동일하다.

샤프트와 허브 상에는 추가로 서로에 할당되는, 서로에 대하여 압입끼워맞춤 또는 헐거운 끼워맞춤을 포함하는 섹션들이 제공될 수 있다. 예를 들어 샤프트의 제4 섹션과 허브의 제4 섹션은 추가의 제3 억지끼워맞춤을 포함하여 샤프트 상에 허브가 배치될 때 샤프트의 제4 섹션 및 허브의 제4 섹션 사이에 추가의 제3압입부가 형성되도록 한다. 또한 샤프트의 제2 및 제4 섹션 사이에 샤프트의 제5 섹션이 제공될 수 있다. 대응하여 허브의 제2 및 제4 섹션 사이에 허브의 제5 섹션이 제공될 수 있다. 샤프트의 제5 섹션과 허브의 제5 섹션은 서로에 대해 헐거운 끼워맞춤을 포함하여 샤프트 상에 허브가 배치될 때 두 제5 섹션들 사이에 작은 유격 또는 작은 반경방향 간극을 형성하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 압입끼워맞춤 및/또는 제2 압입끼워맞춤은 토크가 최대 토크값까지 허브에서 샤프트로 또는 그 반대로 전달가능하도록 수치설정된다. 예컨대 진공펌프 작도시 발생하는 토크의 전달은 이로 인해 확실히 보장될 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면 샤프트의 제1 섹션의 축방향 길이 및/또는 허브의 제1 섹션의 축방향 길이 및/또는 샤프트의 제2 섹션의 축방향 길이 및/또는 허브의 제2 섹션의 축방향 길이는 토크가 최대 토크값까지 허브에서 샤프트로 전달가능하도록 수치설정된다. 샤프트와 허브의 섹션들의 축방향 길이들의 적절한 선택을 통해 더 확실한 토크 전달도 달성될 수 있다.

특히 제1 압입끼워맞춤 및/또는 제2 압입끼워맞춤은 허브가 샤프트로부터 손상없이 해체될 수 있도록 수치설정된다. 이에 따라 필요한 경우 허브를 샤프트로부터 해체하는 것이 가능하다.

샤프트 및/또는 허브의 제1 섹션의 축방향 길이 및/또는 샤프트 및/또는 허브의 제2 섹션의 축방향 길이는 허브가 샤프트로부터 손상없이 해체가능하도록 수치설정된다. 이에 따라 허브는 필요에 따라 간단히 샤프트로부터 해체될 수 있다.

샤프트에서 제1 섹션은 외경D1, 제2 섹션은 외경D2, 그 사이에 놓인 제3 섹션은 외경D3를 포함한다. 양호하게는 D1은 D3보다 크다. 더욱이 양호하게는 D3는 D2보다 큰데, 즉 D1>D3>D2이다.

허브에서 제1 섹션은 내경D4, 제2 섹션은 내경D5, 제1 섹션과 제2 섹션 사이에 놓인 제3 섹션은 내경D6를 포함할 수 있다. 양호하게는 D4가 D6보다 크고 D6는 D5보다 큰데, 즉 D4>D6>D5이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면 회전자는 전기모터의 회전자이다. 또한 샤프트는, 전기모터 회전자의 회전자 허브가 배치되는 진공펌프의 샤프트일 수 있다. 그러나 샤프트는 또한 진공펌프의 샤프트와의 결합을 위해 제공되거나 진공펌프 샤프트와 결합되는 전기모터의 출력샤프트일 수도 있다.

양호하게 회전자는 영구자석들이 매립된 시트스택(sheet stack)을 포함한다. 영구자석들은 회전자의 시트스택에 수용되거나 시트스택에 통합될 수 있다. 매립된 영구자석들은 높은 회전자 회전수에서도 확실히 유지될 수 있다. 또한 영구자석을 회전자에 고정시키기 위하여 바인딩 또는 그에 상응하는 고정수단이 필요없다. 이를 통해 야기되는 불균형은 방지될 수 있다.

전기모터는 PMSM-전기모터 (PMSM = Permanent Magnet Synchronous Motor; 영구자석 동기화 모터)일 수 있고, 이는 영구자석을 포함하는 동기화 모터를 말한다. 특히 전기모터는 IPM-모터 (IPM - Interior Permanent Magnet; 내부 영구자석), 즉 회전자에 자석이 매립되어 있는 모터일 수 있다.

회전자는 자석 커플링의 회전자일 수 있다.

자석 커플링은 특히 밀봉된 회전- 또는 슬라이드 피드쓰루(feedthrough)로서 사용될 수 있다. 그러한 자석 커플링은 진공 외부에 놓인 영구자석장치를 포함할 수 있고 이는 진공에서 회전- 또는 슬라이드 가능하게 보유된, 역시 자석이 구비된 회전자를 가진다. 양 부품은 얇은 벽을 가진 관을 통하여 진공기술적으로 서로 분리될 수 있다. 여기서 내륜과 외륜의 자석들의 간격은, 그들 사이의 자기 인력이 최대한 크도록, 최대한 작게 유지된다. 진공 내부에서 회전자는 구동되어야 하는 애플리케이션과 연결될 수 있고 한편 진공 외부의 자석륜은 전기모터를 통해서 구동가능하고 그 회전자 허브는 위 실시예에 대응하여 자석 커플링의 샤프트와 결합될 수 있다.

본 발명은 또한 진공펌프의 입구로부터 진공펌프의 출구로 기체를 펌프하기 위한 펌프 메커니즘을 갖고 적어도 하나의 본 발명에 따른 회전자 장치를 갖는 진공펌프 특히 로터리 베인 펌프, 루츠 펌프, 터보 몰레큘러 펌프에 관한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 예시적으로 설명된다.
도 1은 진공펌프의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 회전자 장치의 샤프트의 종단면도이다.
도 3은 도 2의 X부분의 확대도이다.
도 4는 도 3의 Z부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 회전자 장치의 회전자의 허브의 횡단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 선 A-A를 따른 허브의 종단면도이다.
도 7은 도 6의 Y 부분의 확대도이다.

도 1에 도시된 진공펌프는 입구플랜지(11)로 둘러싸인 펌프입구(10), 펌프출구(12), 펌프입구(10)에 있는 공정기체를 펌프출구(12)로 추진하기 위한 여러 개의 공정기체 펌프 단계들을 포함한다. 진공펌프는 하우징(64)과 하우징(64) 내에 위치하고 회전축(14) 둘레로 회전가능하게 배치된 회전자 샤프트(15)를 갖는 회전자(16)를 포함한다.

펌프는 본 실시예에서 터보 몰레큘러 펌프로 형성되는데, 회전자 샤프트(15)에 고정된 여러 개의 반경방향 회전자 디스크들(66)과, 회전자 디스크들(66) 사이에 배치되고 하우징(64)에 고정된 고정자 디스크들(68)을 갖는, 펌프작용하면서 서로 차례로 배치된 터보 몰레큘러 펌프 단계들을 포함하며, 회전자 디스크(66)와 이에 이웃한 고정자 디스크(68)가 각각 하나의 터보 몰레큘러 펌프 단계를 형성한다. 고정자 디스크들(68)은 이격링들(70)에 의해 서로에 대하여 소망하는 축방향 간격으로 유지된다.

진공펌프는 또한 반경방향으로 서로 내부에 배치되며 펌프작용하면서 서로 차례대로 배치된 홀웩(Holweck) 펌프단계들을 포함한다. 홀웩 펌프단계들의 회전자는 회전자 샤프트(15)와 일체형으로 형성된 회전자 허브(72) 및 회전자 허브(72)에 고정되고 이에 의해 운송되는 두 개의 실린더 형 홀웩 회전자 슬리브(74, 76)를 포함하고, 이들은 회전축(14)에 동축으로 정렬되고 반경방향으로 서로 내부에 배치된다. 또한 회전축(14)에 동축으로 정렬되고 반경방향으로 서로 내부에 배치되는 두 개의 실린더 형 홀웩 고정자 슬리브(78, 80)이 제공된다. 구동모터(20)의 수용과 고정을 위한 제3의 홀웩 고정자 슬리브는 하우징(64)의 수용섹션(132)에 의해 형성된다.

홀웩 펌프 단계들의 펌프작용하는 표면들은, 홀웩 회전자 슬리브(74, 76), 홀웩 고정자 슬리브(78, 80), 수용섹션(132)의 둘레표면들, 즉 반경방향 내부- 및 외부표면들에 의해 형성된다. 외부 홀웩 고정자 슬리브(78)의 반경방향 내부표면은 반경방향 홀웩 간극(82)의 형성 하에서 외부 홀웩 회전자 슬리브(74)의 외부표면과 마주 놓이고 이것과 함께 제1 홀웩펌프단계를 형성한다. 외부 홀웩 회전자 슬리브(74)의 반경방향 내부표면은 반경방향 홀웩 간극(84) 형성 하에서 홀웩 고정자 슬리브(80)의 반경방향 외부표면과 마주 서고 이것과 함께 제2 홀웩펌프단계를 형성한다. 내부 홀웩 고정자 슬리브(80)의 반경방향 내부표면은 홀웩 간극(86) 형성 하에서 내부 홀웩 회전자 슬리브(76)의 반경방향 외부표면과 마주 놓이고 이것과 함께 제3 홀웩펌프단계를 형성한다. 내부 홀웩 회전자 슬리브(76)의 반경방향 내부표면은 홀웩 간극(87)의 형성 하에서 수용섹션(132)의 반경방향 외부표면과 마주 놓이고 이것과 함께 제4 홀웩펌프단계를 형성한다.

홀웩 고정자 슬리브(78, 80), 수용섹션(132)의 위에 언급된 펌프작용 표면들은 각각 회전축(14)을 중심으로 나선형으로 축방향을 따라 진행하는 홀웩 홈들을 포함하고, 홀웩 회전자 슬리브(74, 76)의 마주보는 둘레면들은 매끄럽고 진공펌프의 작동시 기체는 홀웩 홈들에서 추진된다.

회전자 샤프트(15)를 회전가능하게 지지하기 위하여 펌프출구(12)의 영역에 구름베어링(88)이 제공되고 펌프입구(10)의 영역에 영구자석베어링(90)이 제공된다.

구름베어링(88)의 영역에서 회전자 샤프트(15)에 콘형상의 스플래쉬 너트(92)이 제공되는데 이는 구름베어링(88) 쪽으로 증가하는 외경을 갖는다. 스플래쉬 너트(92)은 작동매체저장소의 적어도 하나의 와이퍼와 슬라이딩 접촉에 놓인다. 작동매체저장소는 상호 적층되며 흡입성있는 여러개의 디스크들(94)을 포함하고, 구름베어링(88)용 작동매체, 예컨대 윤활매체로 침지된다. 진공펌프 작동시 작동매체는 모세관 효과에 의해 작동매체저장소로부터 와이퍼를 거쳐서, 회전하는 스플래쉬 너트(92)에 전달되고 원심력에 의해 스플래쉬 너트(92)을 따라서 스플래쉬 너트(92)의 외경이 커지는 방향으로 추진되어 그 곳에서 예를 들어 윤활기능을 수행한다. 구름베어링(88)과 작동매체저장소는 텁(tub) 형상의 트레이(96)와 진공펌프의 덮개요소(98)에 의해 둘러싸인다.

영구자석베어링은 회전자측 베어링반쪽(100)과 고정자측 베어링반쪽(102)를 포함하는데 이들은 각각 축방향으로 서로 적층된 여러 개의 영구자석링들(104, 106)을 포함한다. 자석링들(104, 106)은 반경방향 베어링간극(108)의 형성 하에서 서로 마주 놓이고 회전자측 자석링들(104)는 반경방향 안쪽에 고정자측 자석링들(106)은 반경방향 바깥쪽에 배치된다. 베어링간극(108)에 존재하는 자기장은 자석링들(104, 106) 사이에서 자기 척력을 유발하고 이는 회전자 샤프트(15)를 반경방향으로 지지한다.

회전자측 자석링들(104)은 자석링들(104)을 반경방향 외측에서 둘러싸는 회전자 샤프트의 캐리어섹션(110)에 의해 이송된다. 고정자측 자석링들은 자석링들(106)을 관통하여 연장되고 하우징(64)의 반경방향 스트럿(114)에 안착되는 고정자측 캐리어섹션(112)에 의해 이송된다. 회전자측 자석링들(104)은 회전자축(14)에 평행하게 일방향으로는 캐리어섹션(110)과 결합된 덮개요소(116)를 통하여 다른방향으로는 캐리어섹션(110)의 반경방향 돌출된 견부를 통하여 고정된다. 고정자측 자석링들(106)은 회전축(14)에 평행하게 일방향으로는 캐리어섹션(112)과 결합된 고정링(118)과 고정링(118)과 자석링들(106) 사이에 배치된 보상부재(120)를 통하여 다른방향으로는 캐리어섹션(112)과 결합된 지지링(122)을 통하여 고정된다.

자석베어링 내부에는 비상- 또는 안전베어링(124)이 제공되는데 이는 진공펌프의 정상작동시에는 비접촉 상태에 있다가, 회전자(16)가 고정자에 대하여 과도하게 반경방향으로 변위되는 경우 회전자측 구조물이 고정자측 구조물에 충돌하는 것을 방지하는 회전자를 위한 반경방향 정지부를 형성하기 위해 결합되어 함께 작동된다. 수용베어링(124)은 윤활되지 않은 구름베어링으로 형성되고 회전자(16) 및/또는 고정자와 함께 반경방향 간극을 형성하는데 이것은 정상작동시에 수용베어링(124)이 결합되지 않게 한다. 수용베어링(124)이 결합되는 반경방향 변위는 수용베어링(124)이 진공펌프의 정상작동시에는 결합되지 않을 정도로 충분히 크고 동시에 회전자측 구조물이 고정자측 구조물에 충돌하는 것이 어떠한 경우라도 방지될 수 있게 충분히 작도록 수치설정된다.

진공펌프는 회전자(16)의 회전 구동을 위한 구동모터(20)를 포함한다. 구동모터(20)는 코어(38) 및 도 1에 개략적으로 도시된 코일들(42)을 갖는 모터고정자(22)를 포함하는데, 코일들(42)은 코어(38)의 반경방향 내측에 제공된 코어(38)의 홈에 고정된다.

구동모터(20)의 전기자는 회전자(16)를 통해 형성되는데 회전자 샤프트(15)는 모터고정자(22)를 관통하여 연장된다. 모터 고정자(22)를 관통하여 연장되는 회전자 샤프트(15)의 섹션 상에서 반경방향 외측에 영구자석장치가 고정된다. 모터 고정자(22)와 모터 고정자(22)를 관통하여 연장되는 회전자(16)의 섹션 사이에는 사이공간(24)이 배치되고 이는 반경방향 모터간극을 포함하는데 이를 통하여 모터 고정자(22)와 영구자석장치(128)가 구동모멘트의 전달을 위하여 자기적으로 상호 영향을 준다.

영구자석장치(128)는 회전자 샤프트(15) 상에 배치된 고정 슬리브(126)를 통하여 축방향으로 회전자 샤프트(15)에 고정된다. 봉지부(130)는 영구자석장치(128)을 그 반경방향 외부에서 둘러싸고 이것을 사이공간(24)에 대하여 밀봉한다.

모터 고정자(22)는 하우징(64)에 고정된 수용섹션(132)을 통해 하우징(64)에 고정되는데 수용섹션(132)은 모터 고정자(22)를 반경방향 외측에서 둘러싸고 모터 고정자(22)를 반경 및 축방향으로 지지한다. 수용섹션(132)은 회전자 허브(72)와 함께 구동모터(20)가 수용되는 모터실(18)을 한정한다.

모터실(18)은, 사이공간(24)의 일측에 배치되고, 내부 배치된 제4 홀웩 펌프단계와 기체연통되게 연결된 입구(28)와, 사이공간(24)의 반대측에 배치되고, 펌프출구(12)와 기체연통되게 연결된 출구(30)를 포함한다.

모터 고정자(22)의 코어(38)는 그 반경방향 외측에 도 1 왼쪽에 도시된 영역에 수용섹션(132)의 이웃하는 영역과 함께 채널(32)를 형성하는 리세스(34)를 포함하고, 이를 통해 모터실(18)로 추진된 공정기체가 사이공간(24)을 지나 입구(28)에서 출구(30)로 추진될 수 있다.

공정기체가 펌프입구(10)에서 펌프출구(12)로 도달하는 기체경로는 도 1에 화살표(26)으로 표시되어 있다. 공정기체는 펌프입구(10)로부터 나와서 우선 순차적으로 터보 몰레큘러 펌프단계들을 통하여 추진되고 이어서 순차적으로 홀웩 펌프단계들을 통하여 추진된다. 제4 홀웩 펌프단계에서 나오는 기체는 모터실(18)에 도달하고 모터실(18)의 입구(28)로부터 채널(32)을 통하여 모터실(18)의 출구(30) 및 펌프출구(12)로 추진된다.

도 2 내지 도 4에 도시된 샤프트(134)는 축방향 단부에, 도 5 내지 도 7을 참조하여 기술된 허브(138)가 부착되는 영역(136)을 포함한다. 샤프트(134)는 영역(136)에서 외경(D1)을 갖는 제1 섹션(140), 외경(D2)을 갖는 제2 섹션(142), 외경(D3)을 갖고 그 사이에 놓이는 제3 섹션(144)을 포함한다.

특히 도 6에 도시된 바와 같이, 허브(138)는 내경(D4)을 갖는 제1 섹션(146), 내경(D5)을 갖는 제2 섹션(148), 제1 섹션(146)과 제2 섹션(148) 사이에 놓이고 내경(D6)을 갖는 제3 섹션(150)을 포함한다.

샤프트(134)의 제1 섹션(140)과 허브(138)의 제1 섹션(146)은 서로에 대하여 제1 압입끼워맞춤을 포함한다. 이는 예를 들어 외경(D1)이 맞춤크기(28r6)를 갖고 허브(138)의 제1 섹션(146)의 내경(D4)은 맞춤크기(28H6)를 가짐으로써 달성된다.

또한 샤프트(134)의 제2 섹션(142)과 허브(138)의 제2 섹션(148)은 서로에 대하여 추가의 제2 압입끼워맞춤을 포함한다. 이는 예를 들어 외경(D2)가 맞춤크기(27r6)를 갖고 허브(138)의 제2 영역(148)의 내경(D5)이 맞춤크기(27H6)를 가짐으로써 달성된다. 샤프트(134)의 제3 섹션(144)과 허브(138)의 제3 섹션(150)은 이와 반대로 서로에 대하여 헐거운 끼워맞춤을 포함한다. 이는 예를 들어 외경(D3)가 27.4mm (-0.2mm)의 치수를 갖고 허브(138)의 제3 섹션(150)의 내경(D6)이 27.5mm (+0.2mm)의 치수를 가짐으로써 달성된다.

특히 양호하게는 위 언급된 맞춤들은 D1이 D3보다 크고 D3이 D2보다 클 때, 즉 D1>D3>D2일 때 실현될 수 있다. 나아가 양호하게는 D4는 D6보다 크다. 또한 양호하게는 D6가 D5보다 큰데, 즉 D4>D6>D5이다.

허브(138)가 샤프트(134)에 배치될 때 위 언급한 끼워맞춤들에 따라 샤프트(134)의 제1 섹션(140)과 허브(138)의 제1 섹션(146) 사이에 제1 압입부가 형성되고 샤프트(134)의 제2 섹션(142)와 허브(138)의 제2 섹션(148) 사이에 제2 압입부가 형성된다. 이와는 반대로 샤프트(134)의 제3 섹션(144)과 허브(138)의 제3 섹션(150) 사이에는 유격이 있거나 반경방향 작은 간극이 존재한다.

영역(136)은 적어도 허브의 축방향 길이(Q)에 실질적으로 대응하는 축방향 길이(L)을 갖는다. 축방향 길이(L)는 예를 들어 21.5mm일 수 있다. 샤프트(134)의 제1 섹션(140)은 축방향 길이(a1)을 포함하는데 이는 적어도 허브(138)의 제1 섹션(146)의 축방향 길이(a2)에 실질적으로 대응하고 예를 들어 6mm일 수 있다. 샤프트(134)의 제2 섹션(142)은 축방향 길이(a3)를 포함하는데 이는 적어도 허브(138)의 제2 섹션(148)의 축방향 길이(a4)에 실질적으로 대응하고 예들 들어 6mm일 수 있다. 허브(138)는 외반경(R)을 포함할 수 있고 이는 예를 들어 20.5mm일 수 있다. 샤프트(134)의 외경(D7)은 예를 들어 30mm 일 수 있다.

샤프트(134)의 제1 섹션(140)과 허브(138)의 제1 섹션(146)의 수치조정, 샤프트(134)의 제2 섹션(142)과 허브(138)의 제2 섹션(148)의 수치조정, 샤프트(134)의 제3 섹션(144)과 허브(138)의 제3 섹션(150)의 수치조정을 통하여, 각각의 끼워맞춤들 뿐만 아니라 각 섹션들의 축방향 길이들에 있어서, 샤프트(134)의 영역(136)에서 허브(138)의 충분히 견고한 안착이 달성된다. 다른 한편으로는 필요에 따라 허브(138)가 샤프트(134)로부터 특히 허브(138)나 샤프트(134)를 손상시키거나 전혀 파괴하지 않고 해체될 수 있는 것이 보장될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 허브(138)를 샤프트(134)의 영역(136) 상에 밀어넣는 것을 용이하게 하기 위해 제1 섹션(140)과 제3 섹션(144) 사이 및 제2 섹션(142)과 제3 섹션(144) 사이에는 반경(R1, R2)이 제공되고 R1은 0.5mm이고 R2는 0.8mm일 수 있다. 또한 영역(136)의 축방향으로 외측에 놓인 단부에서, 즉 제2 섹션(142)의 샤프트(134)의 전방측(154)로의 전이부에는, 추가의 예를 들면 1mm 길이의 영역이 제공되는데 여기에 반경(R2)이 적용될 수 있다.

또한 도 3 및 도 4가 도시하는 바와 같이, 축방향에서 볼 때 영역(136)의 내측에 놓인 단부에는 둘레방향으로 연장하고 단면도로 볼 때 부채꼴 형태의 홈(152)이 샤프트(134)의 외측에 제공된다.

샤프트(134)에 대응하는 방식으로 허브(138)에는 제1 섹션(146)의 전방에, 제1 섹션(146)과 제2 섹션(150) 사이의 전이영역에, 제2 섹션(148)과 제3 섹션(150) 사이의 전이영역에, 도 7이 도시하는 바와 같이, 반경(R1, R2)이 제공된다.

샤프트(134)의 전방측(154)에는 회전축(14)에 동심원으로 연장하는 구멍(156)이 제공되는데 예를 들면 M10-구멍(도 2 참조)이다. 허브(138)를 샤프트(134)의 영역(136)에 장착한 후에, 영역(136)의 외부둘레를 넘어 돌출되는 디스크를 전방측(154) 구멍(156)에 나사를 회전삽입하여 부착시킬 수 있다. 디스크를 통해 허브(138)는 샤프트(134)의 영역(136) 상에 압입될 수 있다. 다만 구멍(156)은 선택사항으로 이해되어야 하는데 이는 구멍(156)이, 특히 고속회전 진공펌프에서 적용하는데 바람직하지 않은 샤프트(134) 내의 불균형을 야기할 수 있기 때문이다.

10 펌프입구
11 입구플랜지
12 펌프출구
14 회전축
15 회전자샤프트
16 회전자
18 모터실
20 구동모터
22 모터고정자
24 사이공간
26 화살표, 기체경로
28 입구
30 출구
32 채널
34 리세스
38 코어
42 코일
64 하우징
66 회전자디스크
68 고정자디스크
70 이격링
72 회전자허브
74, 76 홀웩(Holweck) 회전자슬리브
78, 80 홀웩(Holweck) 고정자슬리브
82, 84, 86, 87 홀웩(Holweck) 간극
88 구름베어링
90 영구자석베어링
92 스플래쉬 너트(splash nut)
94 흡입성 있는 디스크
96 텁(tub) 형태 트레이
98 덮개요소
100 회전자측 베어링반쪽
102 고정자측 베어링반쪽
104, 106 자석링
108 베어링 간극
110, 112 캐리어 섹션
114 스트럿(strut)
116 덮개요소
118 고정링
120 밸랜스요소
122 지지링
124 안전베어링
126 고정슬리브
128 영구자석장치
130 봉지부
132 수용섹션
134 샤프트
136 영역
138 허브
140 샤프트의 제1 섹션
142 샤프트의 제2 섹션
144 샤프트의 제3 섹션
146 허브의 제1 섹션
148 허브의 제2 섹션
150 허브의 제3 섹션
152 홈
154 전방측
156 구멍
D1 외경
D2 외경
D3 외경
D4 내경
D5 내경
D6 내경
D7 외경
R 외반경
L 영역의 축방향 길이
Q 허브의 축방향 길이
a1 샤프트의 제1 섹션의 축방향 길이
a2 허브의 제1 섹션의 축방향 길이
a3 샤프트의 제2 섹션의 축방향 길이
a4 허브의 제2 섹션의 축방향 길이
R1 반경
R2 반경

Claims

진공펌프용 회전자 장치로서,
허브(138)를 포함하는 회전자와,
샤프트(134)를 포함하고,
샤프트(140) 상에 허브(138)가 배치될 때 샤프트(134)의 제1 섹션(140)과 허브(138)의 제1 섹션(146) 사이에 제1 압입부가 형성되고 샤프트(134)의 제2 섹션(142)과 허브(138)의 제2 섹션(148) 사이에 제2 압입부가 형성됨으로써, 샤프트(134)의 제1 섹션(140)과 허브(138)의 제1 섹션(146)이 서로에 대하여 제1 압입끼워맞춤(press fit)을 포함하고 샤프트(134)의 제2 섹션(142)과 허브(138)의 제2 섹션(148)이 서로에 대하여 제2 압입끼워맞춤을 포함하는 진공펌프용 회전자 장치.
제1항에 있어서,
샤프트(134)는 제1 및 제2 섹션(140, 142) 사이에 제3 섹션(144)을 포함하고 허브(138)는 이에 대응하여 제1 및 제2 섹션(146, 148) 사이에 제3 섹션(150)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제2항에 있어서,
샤프트(134)의 제3 섹션(144)와 허브(138)의 제3 섹션(150)은 서로에 대하여 헐거운 끼워맞춤(loose fit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 압입끼워맞춤 및/또는 제2 압입끼워맞춤은 토크가 최대 토크값까지 허브(138)와 샤프트(134) 사이에서 전달가능하도록 수치설정되는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
샤프트(134)의 제1 섹션(140)의 축방향 길이(a1) 및/또는 허브(138)의 제1 섹션(146)의 축방향 길이(a2) 및/또는 샤프트(134)의 제2 섹션(142)의 축방향 길이(a3) 및/또는 허브(138)의 제2 섹션(148)의 축방향 길이(a4)는 토크가 최대 토크값까지 허브(138)와 샤프트(134) 사이에서 전달가능하도록 수치설정되는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
제1 압입끼워맞춤 및/또는 제2 압입끼워맞춤은 허브(138)가 샤프트(134)로부터 손상없이 해체가능하도록 수치설정되는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
샤프트(134)의 제1 섹션(140)의 축방향 길이(a1) 및/또는 허브(138)의 제1 섹션(146)의 축방향 길이(a2) 및/또는 샤프트(134)의 제2 섹션(142)의 축방향 길이(a3) 및/또는 허브(138)의 제2 섹션(148)의 축방향 길이(a4)는 허브(138)가 샤프트(134)로부터 손상없이 해체가능하도록 수치설정되는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
회전자는 전기모터(20)의 회전자인 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제8항에 있어서,
회전자는 영구자석이 매립된 시트스택(sheet stack)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
회전자는 자석 커플링의 회전자인 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
진공펌프로서, 진공펌프의 입구(10)에서 진공펌프의 출구(12)로 기체를 펌프하기 위한 적어도 하나의 펌프 메커니즘 및 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 회전자 장치가 구비된 진공 펌프.
제11항에 있어서,
상기 진공 펌프는 로터리 베인 펌프, 루츠 펌프(roots pump) 또는 터보 몰레큘러 펌프인 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
제4항에 있어서,
샤프트(134)의 제1 섹션(140)의 축방향 길이(a1) 및/또는 허브(138)의 제1 섹션(146)의 축방향 길이(a2) 및/또는 샤프트(134)의 제2 섹션(142)의 축방향 길이(a3) 및/또는 허브(138)의 제2 섹션(148)의 축방향 길이(a4)는 토크가 최대 토크값까지 허브(138)와 샤프트(134) 사이에서 전달가능하도록 수치설정되는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제4항에 있어서,
제1 압입끼워맞춤 및/또는 제2 압입끼워맞춤은 허브(138)가 샤프트(134)로부터 손상없이 해체가능하도록 수치설정되는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제4항에 있어서,
샤프트(134)의 제1 섹션(140)의 축방향 길이(a1) 및/또는 허브(138)의 제1 섹션(146)의 축방향 길이(a2) 및/또는 샤프트(134)의 제2 섹션(142)의 축방향 길이(a3) 및/또는 허브(138)의 제2 섹션(148)의 축방향 길이(a4)는 허브(138)가 샤프트(134)로부터 손상없이 해체가능하도록 수치설정되는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제4항에 있어서,
회전자는 전기모터(20)의 회전자인 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제16항에 있어서,
회전자는 영구자석이 매립된 시트스택(sheet stack)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
제4항에 있어서,
회전자는 자석 커플링의 회전자인 것을 특징으로 하는 회전자 장치.
진공펌프로서, 진공펌프의 입구(10)에서 진공펌프의 출구(12)로 기체를 펌프하기 위한 적어도 하나의 펌프 메커니즘 및 제4항에 따른 회전자 장치가 구비된 진공 펌프.
제19항에 있어서,
상기 진공 펌프는 로터리 베인 펌프, 루츠 펌프(roots pump) 또는 터보 몰레큘러 펌프인 것을 특징으로 하는 진공 펌프.