TW202248534A - 用於真空幫浦的阻尼件 - Google Patents

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彼得 查爾斯 蘭伯
保羅 大衛 史密斯
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Abstract

本發明係關於一種用於真空幫浦的轉子軸承阻尼件，其包括一殼體及具有一旋轉軸且由一轉子軸承支撐之一轉子軸件，該轉子軸承阻尼件包括：一內部夾具，其經組態以耦合至該轉子軸承；一外部夾具，其自該內部夾具經徑向向外地配置且經組態以耦合至該殼體；及一撓曲件，其從該內部夾具徑向向外地延伸至該外部夾具；其中該撓曲件在一徑向平面上之可撓性相對較小，且在實質上垂直於該徑向平面之一方向上之可撓性相對較大。

Description

用於真空幫浦的阻尼件
本發明係關於用於真空幫浦之阻尼件，特定言之，係關於用於渦輪分子幫浦之阻尼件及阻尼配置。本發明亦關於阻尼件之設計及製造之方法。
真空幫浦通常包括呈一轉子(該轉子經安裝至一軸件上)形式之一葉輪，用於相對於一周圍定子旋轉。例如，在一渦輪分子幫浦中，移動轉子葉片組經定位於一軸件上，且在使用中可在固定葉片之間被分離且移動以壓縮氣體，且通常將其輸送至一出口泵，例如一旋轉泵。
一軸件由被定位於該軸件兩端或中間之兩個軸承配置支撐。其中一或兩個軸承配置可係呈滾動軸承形式之一機構軸承。例如，上軸承可呈一磁性軸承形式，且下軸承可呈一滾動軸承形式。在其他實例中，一真空幫浦之一上軸承及一下軸承兩者可呈一滾動軸承形式。
真空幫浦軸件(特定言之，渦輪分子幫浦(其可包括通常以50,000轉/分至100,000轉/分之速度旋轉的轉子))之旋轉速度，對由軸件旋轉產生之振動造成顯著潛在問題。真空幫浦及系統之操作及使用該泵之儀器可能受到振動之影響，該等振動未得到有效阻尼，且被傳輸進該真空幫浦之靜態部件及其他部件。
渦輪分子幫浦中所使用之機構軸承周圍需要軸向及徑向阻尼，以抑制從旋轉總成傳輸進靜態結構之振動。用於渦輪分子幫浦之典型應用要求低振動，使得在真空空間內或真空空間附近之儀器不會受影響。
在使用非磁性軸承系統之情況下，聚合體及金屬組件通常被用於提供阻尼。幫浦機構內之間隙規定在徑向及軸向兩者上移動之允許極限。已知的阻尼配置通常經配置以阻尼在約100 Hz至約10 kHz (10,000 Hz)之頻率範圍內的振動，有時高達約20 kHz (20,000 Hz)。
如圖1中所繪示，該圖展示形成目前最新技術之部件之一真空幫浦之部件，一典型滾動軸承1包括相對於幫浦軸件3經固定之一內圈2、一外圈4及由一支架6支撐之複數個滾動元件5，允許內圈2及外圈4之相對旋轉。滾動軸承1經潤滑以形成在滾動及滑動接觸中分離軸承部件之一層承載膜，從而將摩擦及磨損降至最低。可提供係呈一緊湊型金屬彈簧阻尼件(CMSD)形式之一彈性軸承支架7 (如圖1中所示)，以阻尼或抑制由在幫浦之固定結構內軸件3之旋轉產生之振動。一CMSD通常在軸向上可撓性較小，在徑向上可撓性較大。換言之，在使用期間，一CMSD通常允許一軸件之徑向移動之一位準，即實質上垂直於其旋轉軸，且實質上限制該軸件之縱向移動。此係因為考慮到在一渦輪分子幫浦之動葉片與靜葉片之間的最小間隙，一軸件之軸向移動可能會對軸承造成特大損害。一鎖環8將軸承配置(包含彈性軸承支架7)保持在適當位置。
然而，在一真空幫浦內之材料性質及空間限制內達成足夠的阻尼係有挑戰性的，由於現時及未來潛在的用途越來越敏感，需要在幫浦軸件與固定泵結構之間的經改良隔離，以阻尼更高頻率之振動。
眾所周知，高頻振動可經由各種材料很好地傳輸，因此很容易干擾附近的儀器。例如，質譜儀系統之靈敏度及機構振動不斷增加，超過了現時之目標及上文所描述之目標，例如在約40 kHz至約110 kHz之範圍，及上文已知之影響質譜儀儀器之範圍內。
在此等更高頻率區域內，及在各種振幅及共振下，已經需要或將在不久的將來需要抑制振動。
本發明旨在利用先前技術解決此類及其他問題。
因此，在一第一態樣中，本發明提供了一種用於一真空幫浦之轉子軸承阻尼件，該轉子軸承阻尼件包括一殼體及具有一旋轉軸且由一轉子軸承支撐之一轉子軸件，該轉子軸承阻尼件包括：經組態以耦合至該轉子軸承之一內部夾具，其由該內部夾具經徑向向外地配置且經組態以耦合至該殼體之一外部夾具，及從該內部夾具徑向向外地延伸至該外部夾具之一撓曲件；其中該撓曲件在一徑向平面上之可撓性相對較小，且在實質上垂直於該徑向平面之一方向上之可撓性相對較大。
因此，轉子軸承阻尼件在軸向上之可撓性相對較小，在徑向上相對堅硬。換言之，阻尼件經組態使得其在實質上平行於以真空幫浦之轉子軸件之一旋轉軸之一方向上之可撓性相對較大，而在實質上垂直於該旋轉軸之一平面上之可撓性相對較小。因此，該轉子軸承阻尼件經配置以改良徑向經傳輸振動之阻尼，在使用過程中，同時經配置為相對軸向地可繞。
因此，包括轉子軸承阻尼件之一真空幫浦經配置以提供(特定言之)高頻振動之經改良抑制(否則該等高頻振動可從一真空幫浦之旋轉總成(例如一渦輪分子幫浦之軸件)經傳輸進真空幫浦及/或相鄰系統之靜態結構)。因此，在由該真空幫浦產生之真空空間內或其附近之儀器不會受影響。
如本文所用，術語「阻尼件」(「阻尼」)係指一裝置，其主要經組態以最小化或顯著減少由一真空幫浦之旋轉組件產生且進入一相鄰靜態結構之振動傳輸。
有利的係，轉子軸承阻尼件經組態具有一經降低動態剛度，以在一真空幫浦之旋轉組件與靜態結構之間提供隔振。
在實施例中，轉子軸承阻尼件可包含耗散或吸收與由機構振動引起之轉子軸承阻尼件位移相關之能量之構件。
如本文所用，術語「阻尼件」並非指主要經組態用於管理(包含補償或調節)其他力(諸如使用期間泵組件之熱膨脹)之構件。
如本文所用，術語「耦合」(「經耦合」)分別指藉由直接(即接觸)接合、間接接合(經由中間部件)、可釋放附件、半永久性及/或永久性(即不可釋放的)、黏合，將內部夾具及外部夾具與轉子軸承及殼體連結。在實施例中，內部夾具及外部夾具經由直接接合可分別地經組態以耦合至轉子軸承及殼體。在實施例中，內部夾具及外部夾具經由一推配合接合分別地經組態以耦合至轉子軸承及殼體。
在實施例中，內部夾具及外部夾具可佔據彼此實質上相同的徑向平面，且撓曲件在該等夾具之間徑向向外地延伸。通常，該徑向平面實質上垂直於真空幫浦之轉子軸件之旋轉軸，且該轉子軸承阻尼件經耦合至該真空幫浦。
在實施例中，內部夾具及外部夾具可實質上軸向地偏移，使得該等夾具佔據彼此實質上不同(例如平行)的徑向平面，且撓曲件在該等夾具之間徑向向外地延伸。換言之，該撓曲件可徑向向外地延伸，實質上垂直於轉子軸承阻尼件所在之真空幫浦之轉子軸件之旋轉軸，或該撓曲件可徑向向外地延伸，但實質上不垂直於旋轉軸，例如與旋轉軸成一定角度。因此，該撓曲件可形成一個假想圓錐體之一部件。
在實施例中，內部夾具及外部夾具可在一真空幫浦中佔據彼此實質上相同的徑向平面，且撓曲件可經組態使得允許內部夾具及外部夾具相對於彼此軸向地移動最多約0.25 mm之一距離。
在實施例中，內部夾具及外部夾具可在一真空幫浦中佔據彼此實質上不同的徑向平面，且撓曲件可經組態使得允許內部夾具及外部夾具相對於彼此軸向地移動最多約0.25 mm之一距離。
在實施例中，可允許內部夾具及外部夾具相對於彼此徑向地移動約0.25 mm之一距離，且較佳地，小於其允許的相對軸向移動之一距離。
在實施例中，轉子軸承阻尼件可經形成係一實質上平坦的環齒輪。
在實施例中，撓曲件可具有一非線性組態。在實施例中，撓曲件可係彎曲的。在實施例中，轉子軸承阻尼件實質上可經形成係一圓錐形部件。
在實施例中，轉子軸承阻尼件可包括複數個撓曲件部分。
在實施例中，在使用中，外部夾具經實質上固定地附接至殼體，且內部夾具可相對於該外部夾具係移動的。
在實施例中，內部夾具可經組態以直接地耦合至轉子軸承之一外圈。
在實施例中，內部夾具可經組態以經耦合至一軸承配置之一彈性軸承支架。例如，內部夾具可經組態以耦合至一軸承配置之一緊湊型金屬彈簧阻尼件(CMSD)，CMSD包括經耦合至軸承之一內部部分及一外部部分，其中內部部分及外部部分由至少一個彈性可撓性部件連接，其中彈性軸承支架經由轉子軸承阻尼件而耦合至一真空幫浦之殼體。
因此，結合一軸承支架，轉子軸承阻尼件經組態以更有效地阻尼不同頻率及振幅之振動。例如，一CMSD在徑向上可撓性較大，且徑向上可撓性較小。雖然先前技術之真空幫浦經配置以實質上防止徑向可撓性，但一CMSD及本發明之阻尼件之組合使用提供了一真空幫浦，其中軸向阻尼特性及徑向阻尼特性兩者(特定言之在一渦輪分子幫浦內)可經組態以改良阻尼。
在實施例中，轉子軸承阻尼件經配置以經定位於一渦輪分子幫浦內。
在另一態樣中，本發明提供了一種真空幫浦，其包含一泵殼及經定位於該泵殼內之一幫浦機構，該幫浦機構包括可繞其一旋轉軸旋轉之一轉子軸件，及至少一個軸承配置，該軸承配置包括經耦合至該轉子軸件之一滾動元件軸承；其中該軸承配置經由一徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件而耦合至殼體；該轉子軸承阻尼件經組態使得其在實質上平行於該旋轉軸之一平面內之可撓性相對較大，而在實質上垂直於該旋轉軸之一平面內之可撓性相對較小。
因此，真空幫浦包括一轉子軸承阻尼件，該轉子軸承阻尼件經配置可提供(特定言之)高頻振動之經改良抑制，(否則該等高頻振動從一真空幫浦之旋轉總成(例如，一渦輪分子幫浦之轉子軸件)傳輸進真空幫浦及/或相鄰系統之靜態結構)。因此，在由真空幫浦產生之真空空間內或其附近之儀器不會受影響。更具體而言，轉子軸承阻尼件經配置使得其在軸向上之可撓性相對較大，而在徑向上之可撓性相對較小。
在實施例中，轉子軸承阻尼件可經組態以耗散一或多個振動頻率，該(等)振動頻率可從真空幫浦之旋轉總成傳輸，該(等)一或多個振動頻率為10 kHz或更高。
在實施例中，轉子軸承阻尼件可經組態以耗散在自約10 kHz至約110 kHz、較佳地在自約20 kHz至約110 kHz、更較佳地在自約40 kHz至約110 kHz、且更較佳地在自約75 kHz至約110 kHz之一頻率範圍內的一或多個振動頻率。
在實施例中，轉子軸承阻尼件可經配置成以在約110 kHz或更高之頻率下耗散一或多個振動頻率。
因此，在該等頻率下之振動傳輸不會超出轉子軸承阻尼件，或傳輸將至少被耗散至一允許的位準。
在實施例中，軸承配置可包括一彈性軸承支架，該彈性軸承支架包括經耦合至軸承之一內部部分以及一外部部分，其中該內部部分及該外部部分由至少一個彈性可撓性部件連接，且其中該軸承支架經由該徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件連接至殼體。在實施例中，該軸承支架可包括一緊湊型金屬彈簧阻尼件(CMSD)。
在實施例中，徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件可包括經耦合至軸承配置之一內部夾具、及經耦合至泵殼之一外部夾具、及從內部夾具徑向向外地延伸至外部夾具之一撓曲件；其中該外部夾具經實質上固定地附接至該殼體，且該內部夾具相對於該外部夾具係可移動的。
在另一態樣中，本發明提供了一種真空幫浦，其包含一泵殼及經定位於該殼體內之一幫浦機構，該幫浦機構包括一轉子軸件及至少一個軸承配置，其中該至少一個軸承配置包括經耦合至該轉子軸件之一軸承及一彈性軸承支架，該彈性軸承支架包括經耦合至該軸承之一內部部分及經耦合至該泵殼之一外部部分，其中該內部部分及該外部部分由至少一個彈性可撓性部件連接，且其中該彈性軸承支架之外部部件經由一徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件耦合至該泵殼。
因此，真空幫浦包括一轉子軸承阻尼件，該轉子軸承阻尼件經配置可提供(特定言之)高頻振動之經改良抑制，(否則該等高頻振動可從一真空幫浦之旋轉總成(例如，一渦輪分子幫浦之轉子軸件)傳輸進真空幫浦及/或相鄰系統之靜態結構)。因此，在由真空幫浦產生之真空空間內或其附近之儀器不會受影響。更具體而言，轉子軸承阻尼件經配置使得其在軸向上之可撓性相對較大，而在徑向上之可撓性相對較小。
在實施例中，轉子軸承阻尼件可經組態以耗散可從真空幫浦之旋轉總成經傳輸之一或多個振動頻率，一或多個振動頻率為10 kHz或更高。
在實施例中，轉子軸承阻尼件可經組態在約10 kHz至約110 kHz、較佳地在約20 kHz至約110 kHz、更較佳地在約40 kHz至約110 kHz、且更較佳地在約75 kHz至約110 kHz之一頻率範圍內耗散一或多個振動頻率。
在實施例中，轉子軸承阻尼件可經配置成以在約110 kHz或更高之頻率下耗散一或多個振動頻率。
因此，此等頻率下的振動傳輸不會超出轉子軸承阻尼件，或傳輸至少被耗散至一允許的水準。
在實施例中，彈性軸承支架可包括一緊湊型金屬彈簧阻尼件(CMSD)。
在實施例中，轉子軸件可繞其一旋轉軸旋轉，且徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件可經配置使得其在實質上平行於該旋轉軸之一平面內之可撓性相對較大，而在實質上垂直於該旋轉軸之一平面內之可撓性相對較小。
在實施例中，彈性軸承支架在實質上垂直於該旋轉軸之一平面內之可撓性相對較大，且在實質上平行於該旋轉軸之一平面內之可撓性實質上較小。
在實施例中，徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件可包括經耦合至軸承配置之一內部夾具、及經耦合至泵殼之一外部夾具，及從該內部夾具徑向向外地延伸至該外部夾具之一撓曲件；其中該外部夾具經實質上固定地附接至該殼體，且該內部夾具相對於該外部夾具係可移動的。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，轉子軸承阻尼件可包括多於一個撓曲件。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，內部夾具及外夾具可分別可釋放地連接至軸承配置及泵殼。在適合的前述態樣中之任一項之替代實施例中，該內部夾具及該外部夾具可分別永久地(即不可釋放地)連接至軸承配置及泵殼。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，撓曲件實質上可為環形的。在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，撓曲件可為半環形(part-annular)的。在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，撓曲件在實質上垂直於真空幫浦之旋轉軸之一平面內可具有實質上為圓形之一橫截面。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，外部夾具可實質上被嵌入泵殼之一壁內。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，轉子軸承阻尼件可具有實質上為H形之一橫截面。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，內部夾具之大小實質上大於外部夾具之大小。在實施例中，內部夾具經設定尺寸使得其實質上包圍真空幫浦之軸承配置。因此，轉子軸承阻尼件可吸收從軸承配置之任何部件傳輸之振動。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，內部夾具及外部夾具中至少一者可實質上被拉長，且可實質上垂直於撓曲件延伸。在實施例中，內部夾具及外部夾具兩者可實質上為管狀，且可沿實質上垂直於撓曲件延伸其長度。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，一軸承可包含一軸承籠，該軸承籠具有一內圈、一外圈及可操作地經接合於該內圈與外圈之間的複數個滾動元件。在實施例中，內部夾具可經耦合至軸承之外圈。在實施例中，內部夾具可經耦合至實質上圍繞其圓周之外圈。因此，一真空幫浦可包括轉子軸承阻尼件以代替一彈性軸承支架。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，彈性軸承支架可包括一緊湊型金屬彈簧阻尼件(CMSD)。在實施例中，CMSD可包括經耦合至軸承之一內部部分及一外部部分，其中該內部部分及該外部部分由至少一個彈性可撓性部件連接，其中該軸承支架經由一徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件而耦合至殼體。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，軸承配置可沒有任何附加軸承支架。例如，在實施例中，軸承配置可沒有一環形鎖等。因此，轉子軸承阻尼件實質上可單獨作用，以確保在轉子軸件與泵殼之間的軸承配置。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，可根據其軸向深度(即厚度)、形狀、密度、形狀、材料或類似物定製(或每個)撓曲件，以定製轉子軸承阻尼件之阻尼回應，以抑制特定的非期望振動頻率或振幅。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，撓曲件可包括具有不同軸向深度之二個或更多個部分。換言之，撓曲件可具有二個或更多個具有不同厚度之部分。即，可改變厚度，例如在一徑向向外之方向上增加或減少。增加可為均勻的，亦可為非均勻的。因此，該撓曲件或每個撓曲件之組態可變更由轉子軸承阻尼件提供之阻尼回應，使得阻尼回應可經定製以針對特定的經傳輸振動頻率及/或振幅。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，撓曲件可包括經組態以向轉子軸承阻尼件提供一質量阻尼效果之一部分。在實施例中，該質量阻尼部分之厚度及/或密度可大於撓曲件之剩餘部分之厚度及/或密度。在實施例中，撓曲件可包括與內部夾具及外部夾具實質上等距之一部分，該部分之質量實質上大於撓曲件之一相鄰部分之質量，且該部分經配置以提供一質量阻尼效應。在實施例中，撓曲件包括一部分，該部分具有實質上大於內部夾具及外部夾具之一軸向深度。因此，撓曲件之一部分可在內部夾具及外部夾具實質上上方及下方延伸，以提供一質量阻尼效果。在實施例中，該部分可經組態以改變轉子軸承阻尼件之軸向可撓性。因此，藉由變更一質量阻尼部分之存在或特徵進一步組態不同的可撓性輪廓。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，撓曲件可具有實質上均勻的軸向深度，即厚度。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，撓曲件之不同軸向深度之兩個該等部分與內部和外部耦合器實質上等距。在實施例中，具有一第一軸向深度之一第一部分可能比具有不同於該第一部分之一第二軸向深度之一第二部分更接近內部夾具及外夾具中之一者。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，撓曲件可在內部與外部夾具之間的軸向深度上逐漸變細。例如，在實施例中，撓曲件朝向內部夾具時可為「最厚的」，朝向外部夾具時可為「最薄的」，撓曲件在內部夾具與外部夾具之間逐漸變細。在實施例中，撓曲件在其一中心區域係「最薄的」，即具有一較小軸向深度，且靠近內部夾具及外部夾具之撓曲件部分比中心區域更厚，即具有更大的軸向深度。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，撓曲件在實質上垂直於轉子軸件之旋轉軸之一平面上可具有一實質上為環形之橫截面，且該截面之二個或更多個部分可具有不同的軸向深度。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，轉子軸承阻尼件可包括一或多個穿孔。在實施例中，轉子軸承阻尼件包括多於一個撓曲件，且一該穿孔可實質上分離該轉子軸承阻尼件之相鄰撓曲件。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，一穿孔可實質上形成一充氣空間。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，轉子軸承阻尼件可沒有穿孔等。換言之，在實施例中，轉子軸承阻尼件可實質上呈連續形式，且特定言之，轉子軸承阻尼件可包括一單一實質上連續的撓曲件。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，轉子軸承阻尼件可包括複數個從內部夾具徑向向外地延伸至外部夾具之撓曲件。在實施例中，轉子軸承阻尼件可包括複數個分離相鄰撓曲件之穿孔。在實施例中，轉子軸承阻尼件可包括兩個、三個、四個或更多個半環形撓曲件。在實施例中，轉子軸承阻尼件可包括實質上均勻地圍繞其圓周間隔之複數個撓曲件。
在實施例中，一撓曲件可在內部夾具與外部夾具之間延伸，而不接觸該內部夾具及該外部夾具中之一者或兩者。換言之，可在一撓曲件與該內部夾具及該外部夾具中之每個或兩者之間提供一穿孔或一穿孔之一部分。
在實施例中，一第二材料可實質上經配置為在一撓曲件與內部夾具及外部夾具中之每者之間及在相鄰撓曲件之間的一橋接器。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，一上述撓曲件可由一第一材料形成，轉子軸承阻尼件可包括一或多個穿孔，且至少一個上述穿孔可實質上被一第二材料填充。因此，轉子軸承阻尼件可係一多種材料或「混合成分」轉子軸承阻尼件，即由多於一個材料形成。例如，在實施例中，撓曲件可由一金屬形成，例如一金屬片或箔，且至少一個穿孔可由一聚合體泡沫填充。
在相鄰撓曲件與/或內部夾具及外部夾具中之一者或兩者之間提供一穿孔或一穿孔之一部分之實施例中，穿孔可實質上由一材料填充，該材料經組態以作為在內部夾具、外部夾具與撓曲件之間的一橋接器。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，可填充一穿孔，使得該經填充穿孔具有與一或多個撓曲件實質上相同之軸向深度。
在實施例中，可填充一穿孔，使得該經填充穿孔具有實質上大於一或多個撓曲件之一軸向深度的一軸向深度。在實施例中，轉子軸承阻尼件可由一材料塗覆，該材料與形成內部夾具、外部夾具及(若干)撓曲件之材料不同，其中該塗覆材料填充一或多個該(等)穿孔。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，轉子軸承阻尼件可經實質上整體地形成。
如本文所用，術語「經整體地形成」係指由一單一件形成或經形成係一單一件之轉子軸承阻尼件。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，轉子軸承阻尼件可至少部分地增材製造。在實施例中，轉子軸承阻尼件可完全由一增材製造程序形成。例如，在實施例中，轉子軸承阻尼件可經三維(3D)列印。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，轉子軸承阻尼件可至少部分由一聚合體(例如，一彈性體)、一金屬或其一複合物形成。在實施例中，轉子軸承阻尼件可至少部分地由一彈性體形成。在實施例中，轉子軸承阻尼件可至少部分地由一金屬形成。例如，在實施例中，內部夾具及外夾具可由一金屬板形成；撓曲件可由一金屬板形成，且該轉子軸承阻尼件可具有複數個穿孔；且每個穿孔可由一聚合體填充。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，轉子軸承阻尼件可至少部分地被塗覆。在實施例中，轉子軸承阻尼件可由一聚合體塗覆。例如，在實施例中，內部夾具、外部夾具及撓曲件可為金屬的，且金屬內部夾具、金屬外部夾具及金屬撓曲件可在一聚合體內經塗覆。換言之，阻尼件可經包覆模製。例如，轉子軸承阻尼件之內部夾具、外部夾具及或每個撓曲件可由一金屬材料形成，且轉子軸承阻尼件之內部夾具、外部夾具及或每個撓曲件可由一聚合體包覆模製，以提供一多種材料轉子軸承阻尼件。因此，轉子軸承阻尼件之結構及組態可經更具體地定製，以提供對目標振動頻率之一經改良回應。
在適合的前述態樣中之任一項之實施例中，真空幫浦可係一渦輪分子幫浦。在實施例中，渦輪分子幫浦可具有經定位於轉子軸件之各自端部或中間之兩個軸承配置。在實施例中，一或兩個軸承配置可包括呈一滾動軸承形式之一機構軸承。例如，在實施例中，一第一軸承可呈一磁性軸承之形式，第二軸承可呈一滾動軸承之形式。在實施例中，在渦輪分子幫浦之每個機構軸承處提供一轉子軸承阻尼件。
在另一態樣中，本發明提供了一種設計用於一真空幫浦之一轉子軸承阻尼件之方法，該真空幫浦包括一殼體及具有一旋轉軸且由一轉子軸承支撐一轉子軸件，具有經組態以耦合至轉子軸承之一內部夾具之轉子軸承阻尼件；由該內部夾具徑向地配置於且經組態以耦合至該殼體之一外部夾具，及從該內部夾具徑向地向外延伸到該外夾具之一撓曲件，該方法包括以下步驟： a)判定待阻尼之一或多個振動特性； b)形成內部夾具及外部夾具；且 c)組態撓曲件使得其在一徑向平面上之可撓性相對較小，且在實質上垂直於該徑向平面之一方向上之可撓性相對較大，使得一或多個經判定振動特性在使用中實質上經阻尼。
在實施例中，一振動特性可係一頻率及/或振幅及/或共振。
在另一態樣中，本發明根據任何前述態樣提供一種製造一轉子軸承阻尼件之方法。
在實施例中，該方法可包括至少部分地使用一增材製造程序形成轉子軸承阻尼件之步驟。在實施例中，該方法可包括從一增材製造技術完全地形成轉子軸承阻尼件之步驟。
在實施例中，該方法可包括至少部分地使用一三維(3D)列印程序形成轉子軸承阻尼件之步驟。在實施例中，該方法可包括經由三維(3D)列印程序完全地形成轉子軸承阻尼件之步驟。
本發明提供一種在一真空幫浦(例如，一渦輪分子真空幫浦)中用於一軸承配置之轉子軸承阻尼件。圖2展示一渦輪分子幫浦之部件，該部件可經配置作係一幫浦系統之一部件，其中該渦輪分子幫浦在其排氣口流體地連接至另一個幫浦(例如一旋轉幫浦)。
圖2展示一渦輪分子幫浦10之一部件，該渦輪分子幫浦具有一轉子軸件12及呈一滾動軸承形式之一軸承配置14，該滾動軸承具有一內圈16、一外圈18及呈一滾珠軸承形式之複數個滾動元件20。軸承配置14由一聚合體形成。
一潤滑劑油池22經配置以含有一潤滑劑，在使用中，該潤滑劑藉由由軸件12之旋轉產生之離心力而被吸至軸承14中以潤滑軸承14。在使用過程中，潤滑劑在重力作用下從軸承14流回油池22。
幫浦10進一步包括由一腔壁26界定之一泵殼24。腔壁26由鋁形成。軸件12由鋼形成。腔室具有約150 mm之一內徑。
軸承配置14進一步包括呈一緊湊型金屬彈簧阻尼件(CMSD)形式之一彈性軸承支架，該緊湊型金屬彈簧阻尼件具有一內部部分28、一外部部分30及一O-形環32。CMSD實質上圍繞軸件12之一端部。
幫浦10進一步包括一轉子軸承阻尼件34。轉子軸承阻尼件34具有一內部夾具36及一外部夾具38。轉子軸承阻尼件34進一步包括實質上呈徑向(即向外)在內部夾具36與外部夾具38之間延伸且與內部夾具36及外部夾具38經整體地形成之一撓曲件40。轉子軸承阻尼件34經定位於軸承配置14與泵殼24之間。轉子軸承阻尼件34係環形的，且在實質上平行於軸件12之旋轉軸之一平面內之阻尼件34之一橫截面實質上係H形的。
圖2之真空幫浦10經實質上垂直地配置。內部夾具36及外部夾具38各自形成實質上圍繞軸承配置14的一細長環。撓曲件40經形成為在內部夾具36與外部夾具38之間延伸之一實質上呈平面的膜片。撓曲件40實質上圍繞軸承配置14之完全圓周延伸。
實質上徑向地延伸之撓曲件40經配置使得轉子軸承阻尼件34在軸向上之可繞性相對較大，在徑向上之可繞性相對較小，即剛性。因此，轉子軸承阻尼件34實質上防止軸件12從徑向、從一側至另一側移動，同時允許在軸向之一移動水準。
轉子軸承阻尼件34 (特定言之，撓曲件40)可經形成使得轉子軸承阻尼件34經定製以針對且抑制特定振動頻率及/或振幅。在圖3a及圖3b中展示轉子軸承阻尼件34之兩個實例之部件之橫截面。
如圖3a及圖3b中所展示，轉子軸承阻尼件34具有一內部夾具36、一外部夾具38及一撓曲件40。內部夾具36及外部夾具38具有實質上相似之寬度。內部夾具36之大小實質上大於外部夾具38之大小。內部夾具36及外部夾具38為長方形。圖3a中之撓曲件40具有一不均勻的軸向深度。換言之，撓曲件40具有一不均勻的厚度。撓曲件40朝向內部夾具36之軸向深度大於朝向外部夾具38之軸向深度。
在圖3b之轉子軸承阻尼件中，撓曲件40亦具有一不均勻的軸向深度。撓曲件40有三個部分：第一部分42及第二部分44具有相同或相似軸向深度，分別經定位於內部夾具36及外部夾具38處或其附近；一第三部分46具有小於第一部分42及第二部分44之軸向深度的一軸向深度，且經定位朝向撓曲件40之一中心區域。因此，轉子軸承阻尼件34 (特定言之，撓曲件40)可經定製用於特定的振動頻率及/或振幅。
參考圖4，轉子軸承阻尼件34包括一撓曲件40，該撓曲件40具有含有一適合軸向深度之一質量阻尼部分52，為轉子軸承阻尼件34提供一質量阻尼效果。質量阻尼部分52與內部夾具36及外部夾具38實質上等距。質量阻尼部分52具有實質上大於撓曲件40之相鄰部分42、相鄰部分44之質量之一質量。質量阻尼部分52具有實質上大於內部夾具36及外部夾具38之軸向深度的一軸向深度。撓曲件40之質量阻尼部分52在內部夾具36及外部夾具38之上方及下方延伸。質量阻尼部分52在其各自端部具有輔助夾具54及輔助夾具56，該等輔助夾具經組態以經耦合至一真空幫浦之一部件。質量阻尼部分54經組態以改變轉子軸承阻尼件34之軸向可撓性。
圖5a至圖5d展示根據本發明之數個轉子軸承阻尼件34之徑向橫截面。每個轉子軸承阻尼件34包括一內部夾具36、一外部夾具38及從內部夾具36徑向向外地延伸至外部夾具38之實質上呈徑向地延伸之撓曲件40之至少一者。
圖5a之轉子軸承阻尼件34包括為連續形狀之一撓曲件40，即轉子軸承阻尼件34不包括任何穿孔等。
圖5b之轉子軸承阻尼件34包括四個撓曲件40。每個撓曲件為半環形的，且在內部夾具36與外部夾具38之間延伸。四個穿孔50將相鄰夾具40分離。
圖5c之轉子軸承阻尼件34包括一內部夾具36及一外部夾具38，且內部夾具36由一向內的表面形成，在使用中，圍繞一軸承配置(未展示)。撓曲件40從由一向內的表面形成的內部夾具36徑向向外地延伸至外部夾具38。複數個穿孔50經定位於撓曲件40與外部夾具38之間。
圖5d之轉子軸承阻尼件34包括複數個撓曲件40。相鄰撓曲件40由穿孔50分離。穿孔50亦將內部夾具36與撓曲件40分離。在圖4d之實施例中，穿孔由一材料填充，該材料經組態使得在內部夾具36與每個撓曲件40之間形成一連接。例如，內部夾具36、外部夾具38及撓曲件40可由一金屬箔形成，且穿孔由一聚合體填充。
10:真空幫浦 12:轉子軸件 14:軸承配置 16:內圈 18:外圈 20:滾動元件 22:潤滑劑油池 24:泵殼 26:腔壁 28:內部部分 30:外部部分 32:O-形環 34:轉子軸承阻尼件 36:內部夾具 38:外部夾具 40:撓曲件 42:第一撓曲件部分 44:第二撓曲件部分 46:第三撓曲件部分 50:穿孔 52:質量阻尼部分 54:質量阻尼部分之第一端部 56:質量阻尼部分之第二端部
現在將參考隨附圖式以實例之方式描述本發明之較佳特徵，其中：
圖1展示在一渦輪分子幫浦中先前技術之原位軸承配置。
圖2展示根據本發明之一真空幫浦之部件之一橫截面圖。
圖3a及圖3b展示根據本發明之轉子軸承阻尼件之橫截面圖。
圖4展示根據本發明之包括一軸向延伸部件之一轉子軸承阻尼件之一橫截面圖。
圖5a至圖5d展示根據本發明之轉子軸承阻尼件之橫截面圖。
10:真空幫浦
12:轉子軸件
14:軸承配置
16:內圈
18:外圈
20:滾動元件
24:泵殼
26:腔壁
30:外部部分
32:O-形環
34:轉子軸承阻尼件
36:內部夾具
38:外部夾具
40:撓曲件

Claims (15)

  1. 一種用於一真空幫浦之一轉子軸承阻尼件，其包括一殼體及具有一旋轉軸且由一轉子軸承支撐之一轉子軸件，該轉子軸承阻尼件包括： 一內部夾具，其經組態以耦合至該轉子軸承， 一外部夾具，其由該內部夾具經徑向向外地配置且經組態以耦合至該殼體，及 一撓曲件，其從該內部夾具徑向向外地延伸至該外部夾具； 其中該撓曲件在一徑向平面上之可撓性相對較小，且在實質上垂直於該徑向平面之一方向上之可撓性相對較大。
  2. 如請求項1之轉子軸承阻尼件，其中，在使用中，該外部夾具經實質上固定地附接至該殼體，且該內部夾具相對於該外部夾具係可移動的。
  3. 如請求項1或請求項2之轉子軸承阻尼件，其中該內部夾具經組態以直接經耦合至該轉子軸承之一外圈，或其中該內部夾具經組態以經耦合至一軸承配置之一彈性軸承支架。
  4. 一種真空幫浦，其包含一泵殼及被定位於該泵殼內之一幫浦機構，該幫浦機構包括可繞其一旋轉軸旋轉之一轉子軸件，及至少一個軸承配置，該軸承配置包括經耦合至該轉子軸件之一軸承，其中該軸承配置經由一徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件而耦合至該殼體；該轉子軸承阻尼件經組態使得其在實質上平行於該旋轉軸之一方向上之可撓性相對較大，且在實質上垂直於該旋轉軸之一平面上之可撓性相對較小。
  5. 如請求項4之真空幫浦，該軸承配置包括一彈性軸承支架，該彈性軸承支架包括經耦合至該軸承之一內部部分以及一外部部分，其中該內部部分及該外部部分由至少一個彈性可撓性部件予以連接，其中該軸承支架經由該徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件而連接至該殼體。
  6. 如請求項4或請求項5之真空幫浦，該徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件包括：一內部夾具，其經耦合至該軸承配置；一外部夾具，其經耦合至該泵殼；及一撓曲件，其從該內部夾具徑向向外地延伸至該外部夾具；其中該外部夾具經實質上固定地附接至該殼體，且該內部夾具相對於該外部夾具係可移動的。
  7. 一種真空幫浦，其包含一泵殼及被定位於該泵殼內之一幫浦機構，該幫浦機構包括一轉子軸件及至少一個軸承配置， 其中該至少一個軸承配置包括經耦合至該轉子軸件之一軸承及一彈性軸承支架，該彈性軸承支架包括經耦合至該軸承之一內部部分及經耦合至該泵殼之一外部部分，其中該內部部分及該外部部分由至少一個彈性可撓性部件連接；且 其中該彈性軸承支架之該外部部分經由一徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件而耦合至該泵殼。
  8. 如請求項7之真空幫浦，該轉子軸件可繞其一旋轉軸旋轉，該徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件經配置使得其在實質上平行於該旋轉軸之一平面內之可撓性相對較大，且在實質上垂直於該旋轉軸之一平面內之可撓性相對較小。
  9. 如請求項7或請求項8之真空幫浦，該彈性軸承支架在實質上垂直於該旋轉軸之一平面內之可撓性相對較大，且在實質上平行於該旋轉軸之一平面內之可撓性實質上較小。
  10. 如請求項7至9中任一項之真空幫浦，該徑向向外地延伸之轉子軸承阻尼件包括：一內部夾具，其經耦合至該軸承配置；及一外部夾具，其經耦合至該泵殼；及一撓曲件，其從該內部夾具徑向向外地延伸至該外部夾具；其中該外部夾具經實質上固定地附接至該殼體，且該內部夾具相對於該外部夾具係可移動的。
  11. 如請求項1至3中任一項之轉子軸承阻尼件或如請求項4至10中任一項之真空幫浦，其中該撓曲件包括具有不同軸向深度之二個或更多個部分。
  12. 如請求項1至3或11中任一項之轉子軸承阻尼件，或如請求項4至11中任一項之真空幫浦，其中該撓曲件包括一質量阻尼部分，其一軸向深度實質上等於或大於該內部夾具及該外部夾具中之至少一者。
  13. 如請求項1至3或11中任一項之轉子軸承阻尼件或如請求項4至12中任一項之真空幫浦，其中該撓曲件包括一或多個穿孔，較佳地，其中該撓曲件由一第一材料形成，且至少一個該穿孔實質上由一第二材料填充。
  14. 如請求項1至3或11至13中任一項之轉子軸承阻尼件或如請求項4至13中任一項之真空幫浦，其經實質上整體地形成，且較佳地至少部分地增材製造。
  15. 如請求項1至3或11至14中任一項之轉子軸承阻尼件，其中該轉子軸承阻尼件經定位於一渦輪分子真空幫浦中，或如請求項4至14中任一項之真空幫浦，其中該真空幫浦係一渦輪分子真空幫浦。
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