NL8400164A

NL8400164A - TURBO-MOLECULAR PUMP WITH SELF-INDUCTION-LOW DC MOTOR, BRAKING DEVICE AND METHOD FOR IT.

Info

Publication number: NL8400164A
Application number: NL8400164A
Authority: NL
Original assignee: Pfeiffer Vakuumtechnik
Priority date: 1983-01-28
Filing date: 1984-01-18
Publication date: 1984-08-16

Description

' ~"ί 9 .+ Ν.0. 32.132 1 l^xrixinoleculairpaip met zelfinduktiearme geli jtetroamotor, rera- inriditing en werkwijze voor het bedrijven hiervan.9 + 32.032.132 1 x xixinolecular vessel with self-induced low-noise electromotor, restoration and operating procedure.

5 De uitvinding heeft betrekking óp een turfearoleculairpcmp met mag netisch gelagerde rotor en kollektorloze gelijkstroavmotor voor het aandrijven van de rotor, een sensor voor het vaststellen van rotortrillin-gen loodrecht cp de rotatieas en een elektrisch werkende reminrichting voor de rotor.The invention relates to a turf-shaped eyepiece pump with a magnetic bearing rotor and a collectorless DC motor for driving the rotor, a sensor for detecting rotor vibrations perpendicular to the rotation axis and an electrically acting brake device for the rotor.

10 Een dergelijke lagering wordt beschreven in het Duitse octroor schrift 2.825.551. Bij deze lagering vindt de radiale stabilisatie plaats met behulp van passieve magneetlagers, die echter axiaal destabiliserend werken. Axiaal wordt de rotor door mechanische glijlagers ondersteund. Verder wordt in het Duitse Auslegeschrift 2.349.033 een 15 tnrbcHioleailairpcBnp beschreven, waarvan de rotor zowel radiaal alsook axiaal door aktieve magneetlagers aanrakingsvrij wordt gelagerd.Such a bearing is described in German patent specification 2,825,551. In this bearing, the radial stabilization takes place with the aid of passive magnetic bearings, which, however, have an axial destabilizing effect. The rotor is supported axially by mechanical slide bearings. Furthermore, German Auslegeschrift No. 2,349,033 describes a 15-liter HoleailairpcBnp, the rotor of which is mounted contact-free radially as well as axially by active magnetic bearings.

De in deze beide octrcoipublikaties beschreven pctnpen vereisen voor het geval van sterke rotortrillingen, die door stoten van buiten kunnen warden opgewekt, of bij het felen van de magnetische lagers, noodlagers. 20 Nu vormt echter een snel draaiende rotor van een turbanoleculairpcnp een anergieo|berginr ichting.In the case of strong rotor vibrations, which may be generated by impacts from the outside, or when the magnetic bearings are folded, the PCs described in these two publications require emergency bearings. However, a rapidly rotating rotor of a turbanolecular pcp now forms an anergy storage device.

Als de met het nominale toerental roterende rotor bij een storing door de noodlagers moet worden opgevangen en de rotor tot stilstand in deze noodlagers moet Iepen, wordt bij het ontbreken van een remmogelijk-25 heid de rotatie-énergie van de rotor als wrijvingsenergie in de noodlagers verbruikt? wat in de regel tot vernieling hiervan leidt. Cm het vernielen van de noodlagers te vermi jden laat men de turbcmoleculairpanp vollopen met gas, dat door wrijving wordt verwarmd en aldus de rotatie-energie afvoert.If the rotor rotating at the nominal speed must be received by the emergency bearings in the event of a malfunction and the rotor must elapse to a stop in these emergency bearings, in the absence of a braking possibility, the rotational energy of the rotor becomes frictional energy in the emergency bearings used up? which usually leads to destruction of this. In order to avoid destroying the emergency bearings, the turbine molecular pan is filled with gas, which is heated by friction and thus the rotational energy is dissipated.

30 Voor het remmen van de rotoren wordt in vele gevallen gebruik ge maakt van de in de rotor ingebouwde aandrijfmotor, die dan als generator wordt geschakeld. Deze methode kan bij kollektorloze gelijkstrocnmotoren met permanent magnetische rotor door het aansluiten van externe weerstanden op de statonokkeling gemakkelijk worden uitgevoerd, maar ver-35 hindert bij statoren met ijzerkem vanwege hun hoge zelfinduktie een toereikende stroansterkte en een snelle remwerking. Draaistrcaimotoren zijn an te remmen ongeschikt, andat reeds bij kortstondige stroanonder-breking hun generatarwerking ophoudt.For braking the rotors, use is often made of the drive motor built into the rotor, which is then switched as a generator. This method can be easily carried out on collectorless DC motors with a permanent magnetic rotor by connecting external resistors to the staton socket, but it prevents sufficient core strength and fast braking effect on iron core stators because of their high inductance. Rotary motors are unsuitable for braking, and that their genera-operation ceases even with a brief power interruption.

Motoren met ijzer in de stator oefenen bovendien radiale aantrek-40 kingskrachten uit, die de stabiliserende magneetlagerkrachten tegenwer- 8 4 G 0 164 2 r , *-* .«> ken. In het bijzonder draaistroormotoren, die op een kleine luchtspleet zijn aangewezen vanwege de noodzakelijke magnetiseringsstrocm, oefenen sterke radiale krachten cp de rotor uit.Motors with iron in the stator additionally exert radial attraction forces, which counteract the stabilizing magnetic bearing forces, * - *. «>. In particular, rotary radiators, which rely on a small air gap because of the necessary magnetizing current, exert strong radial forces on the rotor.

De onderhavige uitvinding beoogt thans een magntisch gelagerde tur-5 taroleculairpcmp met een elektronisch kanmuterende gelijkstroctmiotor te verschaffen, die geen destabiliserende krachten cp de raagneetlagers uitoefent, die door het aansluiten van externe weerstanden cp de motorspoe-len doeltreffend kan worden geremd en beoogt een methode te verschaffen, hoe de ραηρ bij bedrijfsstoringen kan worden stilgezet terwijl de nood-10 lagers worden gespaard.The present invention aims at providing a magnetically mounted tur-tarolecular PPM with an electronically mutating DC motor, which does not exert any destabilizing forces on the magnetic bearings, which can be effectively inhibited by connecting external resistors to the motor coils, and how the ραηρ can be stopped in case of malfunctions while sparing the emergency bearings.

De oplossing hiervan geschiedt volgens de uitvinding door het uitvoeren van de rotoras van de turboroleculairpcrnp als holle as, waarin een radiaal sektorsgewijze met wisselende polariteit gemagnetiseerde ringmagneet binnen een in de holle as ingébouwde stalen klok is aange-15 bracht, die met een in de stalen klok bevestigde stalen as een lucht- ' spleet vormt, waarin de aandrijfspoelen van de ijzerloze motorstator reiken.According to the invention, this is solved by designing the rotor shaft of the turbo-molecular head as a hollow shaft, in which a radially sector-magnet magnet magnetized radial with variable polarity is arranged within a steel bell built into the hollow shaft, which is fitted with a steel clock. Clock-mounted steel shaft forms an air gap into which the drive coils of the ironless motor stator extend.

Motoren met buitenrotor met stalen klok als magnetische kortsluiting en magneetdrager zijn pp zichzelf bekend, maar in deze motoren wor-20 den statoren met ijzerkem toegepast, die destabiliserende radiale krachten op de rotor uitoefenen. Een verder nadeel is de wervelstrcom-vorming in het ijzer van de stator, waardoor het rendement van de motor wordt gereduceerd. Bij de uitvoering van de aandrijfmotor van de turbo-moleculairpcmp volgens de uitvinding is de stator ijzervrij en worden de 25 bijbehorende stalen delen in de rotor slechts door statische magneetvelden doorlopen. Deze bouwwijze waarborgt geringe verliezen, vrijheid van destabiliserende radiale krachten en geringe spoelzelfinduktie.Motors with an outer rotor with steel clock as magnetic short circuit and magnet carrier are known per se, but in these motors iron core stators are used which exert destabilizing radial forces on the rotor. A further drawback is the eddy current formation in the iron of the stator, which reduces the efficiency of the motor. In the embodiment of the drive motor of the turbo molecular weight cmp according to the invention, the stator is iron-free and the associated steel parts in the rotor are only traversed by static magnetic fields. This construction guarantees low losses, freedom from destabilizing radial forces and low coil inductance.

Vanwege de brede luchtspleet is in de motor een sterke ringmagneet noodzakelijk. Een voorkeursuitvoeringsvorm is de segmentsgewijze samen-30 stelling van de ringmagneet bestaande uit afzonderlijke Sra-Co-magneet-stukken. In de spoellichamen van de motorstator zijn twee Hallsondes in-gebouwd, die de rotor stand vaststellen en door middel van een elektronische verwerkingsschakeling met behulp van vier schakeltransistoren de motor spoel met stroom belasten.Due to the wide air gap, a strong ring magnet is necessary in the motor. A preferred embodiment is the segmental composition of the ring magnet consisting of separate Sra-Co magnet pieces. Two Hall probes have been built into the coil bodies of the motor stator, which determine the rotor position and load the motor coil with current by means of an electronic processing circuit using four switching transistors.

35 Een trillingsensor meet de trillingsanplitude van de rotor lood recht cp de rotatieas. In een elektronische bewakingsinrichting wordt de werkelijke trillingsanplitude met een gegeven toelaatbare maximum waarde vergeleken. Bij het overschrijden van deze maximum waarde wordt de motoraandrijving uitgeschakeld en worden reinweerstanden aangesloten.35 A vibration sensor measures the vibration amplitude of the rotor perpendicular to the axis of rotation. In an electronic monitoring device, the actual vibration amplitude is compared with a given permissible maximum value. If this maximum value is exceeded, the motor drive is switched off and cleaning resistors are connected.

40 Deze remschakeling blijft zolang aangesloten, tot de trillingsanplitude 8 4 0-0 1 6 4 g ' ί 3 ' ' * <#". - weer tot beneden de voorafbepaalde waarde is gedaald.40 This brake circuit remains connected until the vibration amplitude 8 4 0-0 1 6 4 g 'ί 3' '* <# ". - has fallen below the predetermined value again.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een voorbeeld. De figuur toont de van belang zijnde kenmerken van een turbo-moleculairpanp volgens de uitvinding.The invention will now be further elucidated on the basis of an example. The figure shows the important features of a turbo molecular pan according to the invention.

5 In een huis 20 zijn de statorschijven 21 ingébouwd, waartussen de rotor 22 met de rotor schijven draait. De magneetlagers 23 en 24a en 24b bestaan uit axiaal te magnetiseren permanent magnetische ringen, die met dezelfde polen cp elkaar zitten. Deze stabiliseren de rotor in radiale richting. De rotorringen 24b van de magneetlagers zijn ingebouwd in de 10 rotoras, die als holle as is uitgevoerd. De statorringen 24a van de magneetlagers zitten cp aan het huis bevestigde dragers, koncentrisch binnen de rotorringen. De axiale stabilisering geschiedt evenals in het Duitse octrooischrift 2.825.551 door taplagers cp verschuifbare aanslagen 25 en 26, waarbij de aanslagen door servanotoren zodanig kunnen 15 worden verplaatst, dat de rotor in het labiele punt van het magneetlager wordt gehouden en aldus de aandrukkracht van de taplagers cp het ondergelegen deel een bepaalde waarde niet overschrijdt.The stator disks 21 are built into a housing 20, between which the rotor 22 rotates with the rotor disks. The magnetic bearings 23 and 24a and 24b consist of axially magnetizable permanent magnetic rings, which sit together with the same poles. These stabilize the rotor in the radial direction. The rotor rings 24b of the magnetic bearings are built into the rotor shaft, which is designed as a hollow shaft. The stator rings 24a of the magnetic bearings are located on body-mounted carriers, concentrically within the rotor rings. The axial stabilization takes place, as in German patent specification 2,825,551, with stops 25 and 26 which are displaceable by trunnion bearings and the stops can be moved by servo motors in such a way that the rotor is kept in the labile point of the magnetic bearing and thus the contact force of the trunnion bearings cp the lower part does not exceed a certain value.

Als noodlagers 27, 28 worden kogellagers toegepast, die in bijbehorende dragers van de magneetlager statoren zijn ingebouwd. Tussen de 20 binnenringen van de lagers en de rotoras bevindt zich een spleet 29, die een bepaalde trilling van de rotor toelaat. De motor is in de as ingebouwd. Een sensor 11 meet de trillingsamplitude van de rotor. Eten elektronische trillingsbewakingsiruichting 12 schakelt bij het overschrijden van de toelaatbare trillingsamplitude het relais 13 uit en verbindt de 25 ranweerstanden 14 met de motorspoelen. Bij het uitvallen valt de stroan van het relais 13 eveneens af en wordt de rotor geremd.Ball bearings are used as emergency bearings 27, 28 and are built into associated bearings of the magnetic bearing stators. Between the inner rings of the bearings and the rotor shaft there is a gap 29, which allows a certain vibration of the rotor. The motor is built into the shaft. A sensor 11 measures the vibration amplitude of the rotor. The electronic vibration monitoring device 12 switches off the relay 13 when the permissible vibration amplitude is exceeded and connects the running resistors 14 to the motor coils. In the event of a failure, the straw from the relay 13 also falls off and the rotor is braked.

De aandrijfeeriheid is in het onderste deel van de tekening weergegeven. Hierbij is de rotoras als holle as 1 uitgevoerd. Hierin is een radiale, sektorsgewijze met wisselende polariteit gemagnetiseerde ring-30 magneet 3 binnen een in de rotoras ingebouwde stalen klok 2 aangebracht. Deze ringmagneet vormt met een in de stalen klok 2 bevestigde stalen as 5 een luchtspleet, waarin de ijzerloze aandrijf spoelen 4 van de motor-stator reiken.The drive unit is shown in the lower part of the drawing. The rotor shaft is designed as hollow shaft 1. Herein, a radial, sector-wise magnetized ring-magnet 3 with variable polarity is arranged within a steel bell 2 built into the rotor shaft. This ring magnet forms an air gap with a steel shaft 5 mounted in the steel bell 2, into which the ironless drive coils 4 of the motor stator extend.

84001648400164

Claims

1. Turbine molecular pan with magnetically mounted rotor and collectorless DC motor for driving the rotor, a sensor for detecting rotor vibrations perpendicular to the axis of rotation and an electrically acting brake device for the rotor, characterized in that the axis of the rotor hollow shaft (1), in which a radial, magnetically magnetized ring magnet (...) with varying polarity is arranged within a steel bell (2) built into the hollow shaft (1), which a steel shaft (5) mounted in the steel clock (2) forms an air gap into which the drive coils (4) of the ironless motor stator extend.

Turbo-molecular lens according to claim 1, characterized in that the ring magnet (3) is composed of separate magnets.

Turbo-molecular pan according to claim 12, characterized in that Hall probes are built into the rotor shaft (2), which are electrically displaced by 90 ° with one another and which supply position signals of the rotor and alternately with the aid of an electronically changing device. power the stator coils.

The method for operating the turbine molecular parp according to claim 1, characterized in that the vibration amplitude measured with the sensor is compared with a given maximum value and when braking resistors are exceeded and the current is interrupted, the brake windings are connected to the motor windings . ***** 8400164