TW202311627A - 螺旋式真空泵 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於一真空泵之螺旋轉子，該螺旋轉子具有：一第一端及一第二端，且其等經配置以圍繞該該螺旋轉子之一縱向延伸的旋轉軸旋轉；一轉子壁，其具有一外部泵表面，界定自該第一端延伸至該第二端之一實質上螺旋螺紋；該螺旋轉子進一步包括一或多個內芯，至少一個該內芯具有實質上不同於該轉子壁之密度的一密度；且該或各芯經分佈，使得在使用中當圍繞該旋轉軸旋轉時，該螺旋轉子之一慣性主軸及該螺旋轉子之該旋轉軸係實質上同軸。

Description

螺旋式真空泵

本發明係關於真空泵，且特定言之，本發明係關於具有一螺旋機構之真空泵、用於螺旋式真空泵之螺旋轉子及其設計及製造方法。

螺旋式真空泵係一類型之乾式、正排量真空泵且通常用於工業真空程序，諸如真空塗佈、乾燥、電漿程序及LED製造。一螺旋泵可用作為一獨立泵，或作為一真空系統中之一泵組合之部分。

在一螺旋式真空泵或壓縮器中，通常一對相對同步旋轉之螺旋轉子在相反旋轉方向上以高速旋轉，且嚙合以迫使一流體自一流體入口朝向一流體出口(即，一排放口)。在相對螺旋轉子之間及各螺旋轉子與一泵腔室內之一定子周邊之間提供一小間隙。一螺旋式真空泵通常係非接觸式且無潤滑劑。

一螺旋泵之一螺旋轉子通常包括圍繞其配置一實質上螺旋螺紋或輪廓之一中心錐體或圓柱體。在使用中，當相對螺旋轉子同步旋轉時，流體在由中心錐體及螺紋形成之空隙中流動。

一螺旋轉子可具有一均勻節距(即，一單一節距或一非均勻螺距)且沿轉子之縱軸可具有一均勻輪廓或一非均勻輪廓。

許多既有螺旋泵之一缺點係因為螺旋轉子之質量之分佈不均勻，因此螺旋轉子通常本質上不平衡。通常，在實質上垂直於旋轉軸之一平面處的一轉子之一橫向橫截面處，歸因於螺旋體之螺旋本質，螺旋體之螺紋將配置成僅圍繞錐體之圓周之一部分而非圍繞錐體之整個圓周。因此，歸因於在一軸向平面處僅圍繞錐體之圓周之一部分之螺紋之額外質量，螺旋轉子不平衡。

已知螺旋轉子實質上係實心。在一些實例中，一螺旋轉子可包括一通孔，其經構形以容納促進螺旋轉子之旋轉之一轉子軸。然而，在使用中一軸之一通孔必須(由軸)填充。然而，若存在，則此一通孔實質上圍繞螺旋泵轉子之旋轉軸均勻分佈且因此不促成螺旋轉子之平衡(或不平衡)。

不平衡導致傳輸至一轉子在旋轉時懸浮於其上之軸承之力。此等力導致含有轉子之機器之振動，且無論其附接至或併入任何物件內，連同相關聯雜訊。幾乎總是期望最小化一機器中之振動。

一轉子可具有靜態不平衡。即，質心偏離其旋轉軸。即使轉子具有(或被校正為具有)靜態平衡，旋轉軸周圍及沿旋轉軸之質量之分佈亦可意謂存在殘餘耦合不平衡，所謂之不平衡係因為傳輸至軸承位置之力之量值相等但方向相反且形成一耦合。

已知藉由將質量添加至轉子之區域(自轉子之區域移除質量)來校正一轉子之平衡。靜態不平衡可藉由在轉子上之任何單一位置中添加校正來移除。若一轉子具有靜態及耦合不平衡之一組合，則可在一精確界定之位置處之一單一校正中移除兩者。例如，可自轉子之外表面(諸如轉子之輪廓表面或端面)移除質量。因此，一轉子可包括若干孔或類似者。然而，此等特徵由轉子壁之外表面界定，且因此係外部且不形成轉子本身之部分。

然而，在實踐中，幾乎不可能確保所需之精確位置中之一校正將不干擾轉子之功能，因此更常見的係，藉由在沿轉子之軸向長度之不同平面處添加兩個可自由且方便選擇之校正來移除耦合不平衡。例如，若自一轉子之一端面移除質量，則通常需要在一不同平面處進行一進一步校正以移除耦合不平衡。對於一螺旋泵轉子，更方便的係校正具有抗衡質量之螺旋輪廓之功能部分之兩端之外的平面處之不平衡。然而，此意謂必須留出轉子或轉子軸之部分以適應校正。

當螺旋泵以相對較低速度旋轉時，依此方式校正靜態及耦合不平衡來消除傳輸至螺旋泵之軸承位置之動態力。然而，因為不平衡之源(轉子輪廓)及校正不位於沿轉子之相同軸向位置，因此以在轉子中引入內部彎曲應力為代價消除所傳輸之力。當旋轉頻率較高及/或不平衡校正較大時，內部應力最大。

再者，形成真空泵之材料具有一些固有靈活性且特定言之，當一真空泵在使用中時，真空泵之轉子回應於內部彎曲應力而撓曲。轉子之扭曲改變其質量分佈且重新引入不平衡且因此振動。另外，扭曲增加相對螺旋轉子之間或一螺旋轉子與一泵定子之間的接觸風險。在轉子設計期間需要考量此等扭曲導致提供更大間隙。一固有不平衡轉子將需要一更大校正，其導致更高內部應力及更大扭曲，且因此必須以更大間隙運行。此抑制效能。相反地，一固有平衡轉子可以較小間隙且因此以改良效能運行。

在不考量由內部應力誘發之扭曲之情況中提供足以移除靜態及耦合不平衡之平衡校正稱為「低速動態平衡」。

藉由在與不平衡之源更緊密對準之多個(兩個以上)平面上添加校正可減小轉子中之內部應力。在接近一轉子之正常操作條件之情況中提供選定平衡校正以移除靜態及耦合不平衡且減少扭曲稱為「高速動態平衡」或「全速動態平衡」。對於螺旋泵轉子，不可能在不影響機器效能之情況中在轉子之功能部分內提供校正。在任何地方添加材料均導致轉子或轉子與定子之間發生碰撞。自輪廓移除材料將對氣體洩漏產生不利影響且因此降低真空泵之效能。替代地，可留出一轉子之區段以合併專用抗衡特徵。因此，一轉子之更少回繞(即，匝)可安裝至一給定轉子長度中，其抑制效能。若不必留出一轉子之區段以提供平衡特徵，則可最大化可安裝至一給定轉子之轉子回繞之數目，其將改良一螺旋轉子之處理量與佔用面積比。

螺旋泵之設計及使用仍存在限制，因為用於抵消一螺旋轉子之不平衡之既有實踐不夠有效。

當經歷或預測之振動之位準處於一可接受位準時，可視為實現可接受平衡。公差可由與機械振動及轉子平衡有關之ISO 21940指導，其尤其提供一平衡品質等級(G)。一平衡品質等級界定允許之殘餘不平衡之限制。

因此，持續需要至少解決螺旋泵之螺旋轉子中之不平衡問題，且因此改良真空泵之效能。亦對應地需要降低泵組件之間的接觸風險，藉此改良此等裝置之使用壽命。

本發明旨在解決先前技術之此等及其他問題。

因此，在一第一態樣中，本發明提供一種用於一真空泵之螺旋轉子，該螺旋轉子具有：一第一端及一第二端，且經配置以圍繞該螺旋轉子之一縱向延伸之旋轉軸旋轉；一轉子壁，其具有界定自該第一端延伸至該第二端之一實質上螺旋螺紋之一外部泵表面；該螺旋轉子進一步包括一或多個內芯，至少一個該內芯具有實質上不同於該轉子壁之密度之一密度；且該或各芯經分佈使得該螺旋轉子之一慣性主軸及其旋轉軸在使用中當圍繞該旋轉軸旋轉時實質上同軸。

如本文所使用，術語「轉子壁」係指包括界定一實質上螺旋螺紋之外部泵表面之螺旋轉子之部分。

有利地，本發明之螺旋轉子之構形允許改良轉子之平衡。更具體而言，該螺旋轉子包括一或多個內芯，內芯之至少一者具有實質上不同於該轉子壁之密度之一密度，其等經分佈使得最小化或消除耦合不平衡及/或動態不平衡，因為該螺旋轉子之一慣性主軸及其旋轉軸在使用中實質上同軸。較佳地，可在不需要外部平衡構件之情況下平衡該螺旋轉子。例如，可平衡該螺旋轉子而不需要分別將質量添加至轉子軸及/或轉子之外表面或分別自轉子軸及/或轉子之外表面移除質量。

在實施例中，具有實質上不同於該轉子壁之密度之一密度之該至少一個該芯係指一密度(即，每單位體積之質量)與該轉子壁之密度大不相同以使該或各芯之分佈引起該螺旋轉子之慣性主軸及其旋轉軸在使用中當圍繞該旋轉軸旋轉時實質上同軸，且較佳地不需要外部平衡構件。

在實施例中，一該內芯可為由轉子壁界定之一實質上氣體填充腔室且因此可具有實質上不同於該轉子壁之密度之一密度。例如，一充氣芯可具有約1.20 kg/m ³之一密度且該轉子壁可包括以約7,850 kg/m ³之一密度之鋼。因此，該轉子壁及一內芯可具有以約6,500:1之一比率之相對密度。較佳地，該轉子壁之密度與該內芯之密度之比大於約500:1，較佳地大於約1000:1，較佳地大於約5000:1。

在另一實例中，該轉子壁可包括以約7,850 kg/m ³之一密度之鋼而一內芯可包括以約2,600 kg/m ³之一密度之鋁。因此，該轉子壁及一內芯可具有以約3:1之一比率之相對密度。

為免生疑問，除非另有說明，否則本文所提供之所有量測(包含密度)均在20°C及1個大氣壓下量測。

該螺旋轉子之一或多個內芯允許質量均勻分佈而無需修改該轉子之外部泵表面。特定言之，不必在泵內留出空間來抗衡重物或將質量實質上添加至該轉子或轉子軸之區域(自轉子或轉子軸之區域移除質量)。因此，該轉子之該外表面未受損且可最大化可安裝至一給定轉子之轉子回繞之數目，其改良該螺旋轉子之處理量與佔用面積比。因此，可最佳化該螺旋轉子之效能，因為最小化或完全避免將材料添加至該轉子之該外部泵表面(即，外部)或自該轉子之該外部泵表面(即，外部)移除材料之要求。該螺旋轉子(且特定言之，該或各芯之構形)亦移除既有限制且增加該螺旋轉子之設計及構形之範疇。

平衡之改良係透過該螺旋轉子之一實質上內部部分之構形、且特定言之藉由與該轉子壁相比之至少一個芯之密度及該或各芯之分佈來實現。一或多個芯之構形充當該螺旋轉子之該外部螺紋之一內部抗衡使得最小化或消除振動、內部應力或其他非期望力。與上述已知平衡技術相反，各內芯位於該轉子內部且因此未由一外表面處及因此該轉子之外部之該轉子壁界定。可最小化或消除高速時之軸扭曲。亦可改良泵組件(諸如軸承)之使用壽命。

熟習技術者將熟悉用於判定一螺旋轉子或一組螺旋轉子是否在一給定平衡規範內充分平衡之方法。例如，可使用一電腦程式來判定螺旋轉子是否平衡(即，該螺旋轉子之一慣性主軸及其旋轉軸是否實質上同軸)。例如，一電腦程式可包括用於模擬一螺旋轉子在一預定工作旋轉速度下之旋轉之一電腦實施模擬。熟習技術者將熟悉經構形以提供包含主軸方向之慣性張量資料之適合電腦程式以判定一螺旋轉子或一組螺旋轉子是否可接受地平衡。因此，可在製造之前判定一後續形成之螺旋轉子之平衡(或缺乏平衡)。

另外或替代地，一平衡機器(例如，一雙平面水平平衡器)可用於測試是否/確認一螺旋轉子充分平衡。例如，一螺旋轉子可在一計劃操作旋轉速度(例如5,000 RPM)下運行以判定該螺旋轉子是否充分平衡或是否存在任何耦合不平衡。

在實施例中，鑑於ISO 21940，當該螺旋轉子具有至少G 6.3且更佳地至少G 2.5之一平衡品質等級時，該螺旋轉子之一慣性主軸及其旋轉軸可實質上同軸，且因此該螺旋轉子可視為可接受地平衡。

在實施例中，該或各內芯可經分佈使得該螺旋轉子在一實質上垂直於該轉子之該旋轉軸之平面中之任何橫向橫截面之質心可實質上與該轉子之該旋轉軸重合。

在實施例中，該螺旋轉子可為一單一節距螺旋轉子、一可變節距螺旋轉子或一步進節距螺旋轉子。在實施例中，如EP1960671中所描述，該螺旋轉子可具有一可變節距。

在實施例中，該或各芯經構形使得該螺旋轉子之質心實質上位於該螺旋轉子之該旋轉軸上。在實施例中，該轉子可包括一或多個芯，其等沿該轉子之長度之至少部分分佈且經分佈使得在使用中，當圍繞該旋轉軸旋轉時，該螺旋轉子之該慣性主軸及其旋轉軸實質上同軸。在實施例中，一芯可實質上沿該轉子之整個長度延伸。在實施例中，一芯可僅沿該轉子之長度之部分延伸。在實施例中，實質上垂直於旋轉軸之一平面中之該轉子之任何橫向橫截面之質心實質上位於該螺旋轉子之該旋轉軸上。

在實施例中，該螺旋轉子可包括複數個內芯。

在實施例中，該螺旋轉子可包括兩個或兩個以上芯；各該芯之一區域具有實質上不同於該轉子壁之該密度之一密度。因此，該或各芯可經配置使得該螺旋轉子之質量圍繞該螺旋轉子分佈以在使用時實質上靜態平衡該轉子，且實質上動態平衡該轉子而無需將一單獨抗衡重物耦合至該轉子壁，且無需修改該轉子壁。因為該或各芯係內部，因此該材料不需要與形成該轉子壁之材料相同。在實施例中，一該芯可具有實質上大於或實質上低於該轉子壁之密度之一密度。在實施例中，該螺旋轉子包括一個以上芯，且該至少一個該芯具有實質上類似於或實質上相同於該轉子壁之一密度。

在實施例中，該螺旋轉子可包括三個或三個以上芯。

在實施例中，至少一個該內芯包括具有實質上低於該轉子壁之該密度之一密度的一區域。例如，該轉子壁可係由一材料(諸如一鐵合金，例如不銹鋼)形成，且一芯可係由實質上不如該轉子壁密集之一材料(例如，鋁)形成。在實施例中，一芯可為一空隙(即，一實質上填充氣體之空間，其本質上具有低於該轉子壁之一密度且實質上位於該螺旋轉子內部)。

在實施例中，該螺旋轉子可包括一第一芯及一第二內芯，該第一芯之至少一區域具有實質上低於該第二芯之至少一區域之該密度的一密度。

在實施例中，該螺旋轉子可包括三個芯，其中兩個該芯之至少一區域具有實質上低於該轉子壁之密度的一密度。

在實施例中，至少一個該內芯具有一實質上不對稱之軸向橫截面。在實施例中，該螺旋轉子包括複數個內芯，且兩個或兩個以上該芯具有一實質上不對稱之軸向橫截面。在實施例中，各芯具有一實質上不對稱之軸向橫截面。

在實施例中，至少一該內芯包括一內部腔室，該內部腔室經分佈使得在使用中，當圍繞該軸旋轉時，該螺旋轉子之該慣性主軸及其旋轉軸係實質上同軸。

在實施例中，一內部腔室實質上界定一空隙(即，一實質上為空或填充氣體之空間)。在實施例中，一內部腔室實質上界定一晶格或泡沫位於其內之一空隙。

在實施例中，該螺旋轉子包括一單一芯，該芯包括一內部腔室。因此，該內部腔室具有低於該轉子壁之一密度且經分佈，使得該螺旋轉子之該慣性主軸及其旋轉軸在使用中係實質上同軸。

在實施例中，該螺旋轉子實質上係空心。換言之，該螺旋轉子之該內部體積可實質上包括形成為內部腔室之一或多個內芯。

在實施例中，該螺旋轉子之該第一及第二端可附接至一真空泵之一驅動單元。在實施例中，該螺旋轉子可包括其第一及第二端處之端蓋以附接至一真空泵之一驅動單元。換言之，該螺旋轉子可經配置以在不存在一內部轉子軸下在使用中旋轉。

在實施例中，一芯可包括配置為在使用中用於容納一軸之一通孔之一內部腔室，該通孔經分佈使得在使用中，當圍繞該軸旋轉時，該螺旋轉子之該慣性主軸及其旋轉軸實質上同軸。在實施例中，該通孔可具有一實質上不對稱之軸向橫截面。

在實施例中，一內芯可經配置使得該螺旋轉子之該旋轉軸實質上通過該芯。在實施例中，一內芯可實質上完全由該轉子壁軸向定界。在實施例中，一內芯可實質上沿該轉子之整個長度連續延伸。

在實施例中，一內部腔室可經配置使得該螺旋轉子之該旋轉軸實質上通過該腔室。在實施例中，一內部腔室可相對集中地安置於該螺旋轉子內。

在實施例中，一內部腔室可實質上完全由該轉子壁軸向定界。換言之，該內部腔室可閉合或實質上閉合。除該轉子之該第一端及第二端處之開口之外，該內部腔室可實質上閉合。

在實施例中，一內部腔室經配置以允許一流體流過。因此，一氣體或其他流體可進入或通過該內部腔室以(例如)控制該螺旋轉子之溫度。此可特別有利，因為儘管可藉由氣體注入(例如氮氣)來降低既有真空泵中之高溫，但需要大量氣體以充分降低，其係昂貴且可引起導致泵組件之冷凝及/或腐蝕之冷點。提供一流體可通過其之一內部腔室允許(例如)一冷卻劑通過其中同時避免所描述之冷點問題。

在實施例中，一內部腔室可實質上沿該轉子之整個長度延伸。

在實施例中，該螺旋轉子可包括複數個內部腔室，且該等內部腔室可彼此流體連接，或替代地，可彼此流體密封，或該螺旋轉子可具有流體連接及流體密封室之一組合。

在實施例中，該轉子壁之該外部泵表面實質上係連續的。換言之，該外部泵表面不包括任何外部腔穴。因此，改良該螺旋轉子之效能，因為該螺旋轉子與另一泵組件之間的間隙可跨該螺旋轉子之整個外表面上實質上最小化。在實施例中，該外部轉子表面及/或轉子軸可無抗衡構件，諸如一外部凹性或抗衡重物。

在實施例中，該轉子壁可包括相對較厚之至少一第一部分及相對較薄之一第二部分。換言之，該轉子壁之厚度可圍繞其周長變動使得該螺旋轉子之質量可經分佈使得該螺旋轉子之該慣性主軸及其旋轉軸在使用中實質上同軸。在實施例中，該螺旋轉子包括具有一內部腔室之一或多個芯，該或各內部腔室經構形使得該轉子壁之厚度圍繞其周長變動。

在實施例中，在實質上垂直於該旋轉軸之一平面中之一橫向橫截面處，該轉子壁具有實質上界定該螺旋輪廓之一頂部之一部分(即，一「頂部區域」)及實質上界定該螺旋輪廓之一根部之一部分(即，一「根部區域」)。在實施例中，該轉子壁在該根部區域處可具有實質上大於該頂部區域處之厚度之一厚度。因此，該轉子壁之該更大厚度及因此該根部區域之該轉子壁之質量作用以抗衡該頂部區域處之該轉子壁之質量。在實施例中，該轉子可包括配置為經分佈使得在使用中當圍繞該旋轉軸旋轉時該螺旋轉子之該慣性主軸及其旋轉軸實質上同軸之一內部腔室之一單一內芯。

在實施例中，該轉子壁可具有一實質上均勻厚度。在實施例中，該轉子壁在該根部區域處具有實質上大於該頂部區域處之密度之一密度。

在實施例中，該螺旋轉子包括具有一內部腔室之一芯且該轉子壁具有相對較大厚度之一部分及相對較小厚度之一部分，相對較小厚度之該部分實質上對應於離該旋轉軸最遠之該轉子壁之該部分。

在實施例中，至少一個該內芯可實質上界定一內部螺紋，該內部螺紋經配置以與由該外部泵表面界定之該螺旋螺紋實質上重合。在此等實施例中，該至少一個芯可包括一內部腔室。在實施例中，該內部螺紋形成為該轉子壁之部分。例如，一芯可包括經構形以在該轉子壁之一內表面上界定一內部螺紋之一內部腔室。因此，可在內部安置一內部螺紋以對應該外部泵表面之該外部螺旋螺紋。

在實施例中，一該芯包括一不同本體，其與該轉子壁並非單式且其實質上界定一內部螺紋。在實施例中，該芯可包括與該轉子壁整合之一本體。

在實施例中，該內部螺紋可實質上沿該轉子之整個長度延伸。在實施例中，該內部螺紋可在該螺旋轉子之該第一端與該第二端之間延伸。因此，一抗衡質量可實質上沿該螺旋轉子之整個長度定位。

在實施例中，該螺旋轉子可包括具有界定在該第一端與該第二端之間延伸之一實質上螺旋螺紋之一外部泵表面之一轉子壁；一第一芯，其包括一內部腔室及一第二芯；一內壁，其實質上分離該第一芯及該第二芯。在實施例中，該第二芯可包括一內部腔室。在實施例中，該螺旋轉子可包括一第三芯，該第三芯包括經分佈以在使用中實質上動態平衡該螺旋轉子之一質量。在實施例中，該轉子螺旋體可包括在分離該第一芯及該第二芯之該內壁與該轉子壁之間延伸之若干支撐支柱。

在實施例中，該或各芯經構形使得在使用中，當圍繞該旋轉軸旋轉時，該螺旋轉子之一或多個假想縱向片段之一慣性主軸及該螺旋轉子之該旋轉軸實質上同軸。各假想縱向片段可由實質上彼此平行且實質上垂直於該螺旋轉子之該旋轉軸之兩個間隔橫向平面界定。在實施例中，一第一橫向平面可實質上對應於該螺旋轉子之該第一端，且一第二橫向平面可實質上對應於該螺旋轉子之該第二端。換言之，一假想縱向片段可包括實質上整個螺旋轉子。

在實施例中，該螺旋轉子可包括兩個、三個、四個或更多假想縱向片段，其等之各者具有實質上與該螺旋轉子之該旋轉軸重合之一慣性主軸。因此，在實施例中，該螺旋轉子可具有複數個假想縱向片段，其等本身各獨立地靜態及動態平衡。此係有利的，因為若根據本發明之最廣泛態樣，各假想縱向片段本身係平衡的，則透過其旋轉最小化該螺旋轉子上之潛在應力。在實施例中，該複數個假想縱向片段可一起實質上橫跨該螺旋轉子之整個長度。換言之，該螺旋轉子可無其本身不處於靜態及動態平衡之假想縱向片段。在實施例中，該螺旋轉子可包括各具有實質上與該螺旋轉子之該旋轉軸重合之一慣性主軸之若干(例如，五個或更多個)假想縱向片段。在實施例中，一該假想縱向片段可具有約0.05 mm與100 mm之間的一長度。

在實施例中，至少一個該芯可具有一實質上晶格結構。在實施例中，一芯可實質上由具有一實質上細胞狀結構之一泡沫形成。

在實施例中，至少一個該芯可包括具有複數個支撐支柱之一實質上晶格結構。該等支撐支柱改良該螺旋轉子之該結構強度。在實施例中，該等支撐支柱可經構形以充當該轉子壁與該螺旋轉子之一芯之間的一熱橋。因此，可將熱能自該轉子壁朝向一芯轉移以在使用期間更有效地控制該螺旋轉子之溫度。在實施例中，該或各芯可經構形以將熱能自該轉子壁朝向一軸轉移。

在實施例中，該螺旋轉子可至少部分由一積層製造程序形成。因此，當形成該螺旋轉子時，藉由建立連續材料層，可分佈該或各芯及因此該螺旋轉子之質量。可在該積層製造之螺旋轉子之各層處界定該或各芯之構形使得在各層，該螺旋轉子實質上平衡且在使用中當圍繞其旋轉軸旋轉時將實質上動態平衡。在實施例中，該螺旋轉子實質上、較佳地完全由一積層製造程序形成。在實施例中，該螺旋轉子可實質上由一三維(3D)印刷程序形成。

在實施例中，該或各芯可至少部分地由一積層製造程序形成。

在實施例中，該或各芯可單獨形成，及/或由一不同材料形成至該轉子壁。在實施例中，一該芯之至少一部分可由一實質上多孔材料形成。

在實施例中，一該芯可實質上完全由一單一材料形成，其中該芯之該密度跨該芯之一軸向橫截面上變動。

在實施例中，該螺旋轉子可由選自包括以下之群組之一或多種材料形成：鐵、鋼、鋁、銅及/或一或多種聚合物。在實施例中，該轉子壁實質上由不銹鋼形成，且至少一個芯由一實質上導熱材料形成。在實施例中，至少一個芯實質上由鋁形成。

在一進一步態樣中，本發明提供一種用於一真空泵之螺旋轉子，該螺旋轉子具有一第一端及一第二端，且經配置以圍繞該螺旋轉子之一縱向延伸之旋轉軸旋轉；一轉子壁，其具有界定自該第一端延伸至該第二端之一實質上螺旋螺紋之一外部泵表面；該螺旋轉子進一步包括一或多個內芯，至少一個該芯具有實質上不同於該轉子壁之密度之一密度。在實施例中，該或各至少一個芯係一氣體填充空隙。

較佳地，該或各至少一個芯分佈於該螺旋轉子內使得該螺旋轉子之一慣性主軸及其旋轉軸可實質上同軸，且因此，鑑於ISO 21940，當該螺旋轉子具有至少G 6.3且更佳地至少G 2.5之一平衡品質等級時，該螺旋轉子可被視為可接受地平衡。

在一進一步態樣中，本發明提供一種用於一真空泵之螺旋轉子，該螺旋轉子具有一第一端及一第二端，且經配置以圍繞該螺旋轉子之一旋轉軸旋轉；一轉子壁，其具有界定在該第一端與該第二端之間延伸之一實質上螺旋螺紋之一外部泵表面；該螺旋轉子進一步包括一或多個芯，至少一個該芯具有實質上不同於該轉子壁之密度之一密度，且該或各芯經分佈使得在使用中當圍繞該旋轉軸旋轉時，該螺旋轉子之一或多個假想縱向片段之一慣性主軸與其旋轉軸實質上同軸。

該螺旋轉子之各假想縱向片段可由實質上彼此平行且實質上垂直於該旋轉軸之兩個間隔開之橫向平面界定。

在實施例中，該或各芯可經分佈使得該螺旋轉子在實質上垂直於該旋轉軸之一平面中之任何橫向橫截面之質心實質上位於該螺旋轉子之該旋轉軸上。

在實施例中，該螺旋轉子可包括一第一芯，具有一內部腔室且具有實質上小於該轉子壁之密度之一密度；該芯實質上不對稱。

在一進一步態樣中，本發明提供一種真空泵，根據任何前述態樣其包括一或多個、較佳地兩個或兩個以上螺旋轉子。

在實施例中，該真空泵可包括兩個或兩個以上實質上對準之可反向旋轉之螺旋轉子。

在實施例中，該真空泵之各螺旋轉子可包括一第一端及一第二端，該螺旋轉子經配置以圍繞其旋轉軸旋轉。各螺旋轉子可包括一轉子壁，其具有界定在該第一端與該第二端之間延伸之一實質上螺旋螺紋之一外部泵表面。各螺旋轉子可進一步包括一或多個內芯。一內芯可具有實質上不同於該轉子壁之密度的一密度。在使用中，當圍繞該旋轉軸旋轉時，該或各芯可經分佈使得該螺旋轉子之該慣性主軸及其旋轉軸係實質上同軸。

在實施例中，一該芯可包括一內部腔室。在實施例中，該或各芯可包括一內部腔室。在實施例中，一螺旋轉子可係實質上空心。各螺旋轉子之該內部腔室可經構形以促成該各螺旋轉子圍繞其旋轉軸的平衡。

各螺旋轉子之該或各芯經分佈使得在使用中，當圍繞該旋轉軸旋轉時，該螺旋轉子之該慣性主軸及其旋轉軸係實質上同軸而不修改該轉子之該外部泵表面(即，該外表面)。因此，可最佳化該螺旋轉子之效能，因為不需要將材料添加至該外轉子表面、或機械加工或以其他方式自該外轉子表面移除材料。該或各芯之構形充當該各自螺旋轉子之該外部螺紋之一內部抗衡，使得最小化或消除振動或其他非期望力。因此，減少或消除泵卡住之風險。

本發明亦提供真空泵、特定言之具有一螺旋機構之真空泵的一更大設計範疇。

在實施例中，該真空泵可包括根據本發明之一或多個螺旋轉子，及未落在本發明之範疇內的一或多個螺旋轉子。換言之，一真空泵可包括若干螺旋轉子，並非所有螺旋轉子均係根據本發明。

在實施例中，該真空泵可包括單一節距螺旋轉子、可變節距螺旋轉子或步進螺旋轉子。在實施例中，該真空泵可包括具有一恒定可變節距之螺旋轉子，如EP1960671中所描述。

在實施例中，該真空泵可包括若干轉子軸，各該螺旋轉子係圍繞其安置及配置以在使用中旋轉。在實施例中，該真空泵可包括可連接至各螺旋轉子之該第一端及該第二端且經配置以促進使用中之該等螺旋轉子之旋轉的若干端蓋。

在實施例中，各螺旋轉子之該轉子壁具有一實質上連續之外部泵表面。換言之，各轉子之該外部泵表面可無任何腔穴。因此，可最小化跨實質上各螺旋轉子之整個外表面之對準螺旋轉子之表面之間的間隙。因此，可改良該真空泵之效能。

在實施例中，一該芯可包括一內部腔室。該內部腔室可經配置以允許一流體流過。因此，一氣體或其他流體可進入或通過各螺旋轉子之該內部腔室以(例如)控制該螺旋轉子及/或真空泵之溫度。在實施例中，該真空泵包括用於將一流體引入各螺旋轉子之該內部腔室中之構件。在實施例中，各螺旋轉子經構形以允許一流體在其第一端與第二端之間通過。

在實施例中，一螺旋轉子之該或各芯可經構形使得實質上垂直於該旋轉軸之一平面中之一或多個橫向橫截面具有實質上位於該螺旋轉子之該旋轉軸上之一質心。

在實施例中，該等螺旋轉子可至少部分由一積層製造程序形成。因此，當形成該螺旋轉子時，藉由建立連續材料層，可分佈各螺旋轉子之質量。在實施例中，各螺旋轉子實質上可由一三維(3D)印刷程序形成。

在實施例中，各螺旋轉子可具有一實質上晶格構形。在實施例中，一芯可實質上由具有一實質上細胞狀結構之一泡沫形成。

在實施例中，各螺旋轉子可包括具有含複數個支撐支柱之一實質上晶格結構之一芯。該等支撐支柱可改良該螺旋轉子之該結構強度。在實施例中，該等支撐支柱可經構形以充當該轉子壁與該螺旋轉子之一芯之間的一熱橋。因此，可將熱能自該轉子壁朝向一芯轉移以在使用期間更有效地控制該螺旋轉子之溫度。在實施例中，該或各芯可經構形以將熱能自該轉子壁朝向一軸轉移。

上述態樣之任何或全部之特徵可用於一真空泵或一壓縮器。

在一進一步態樣中，本發明提供一種根據任何前述態樣製造一真空泵之一螺旋轉子之方法。在實施例中，該方法包括使用一積層製造程序至少部分地形成該螺旋轉子之步驟。

在實施例中，該方法包括使用一三維(3D)印刷程序至少部分地形成該螺旋轉子之步驟。

在實施例中，該方法可包括變動圍繞該轉子壁周邊之轉子壁厚度及/或密度使得在使用中，當圍繞該旋轉軸旋轉時，該螺旋轉子之該慣性主軸及其旋轉軸實質上同軸。

在一進一步態樣中，本發明提供一種設計一真空泵之一螺旋轉子之方法，其包括以下步驟： •判定一螺旋轉子之一轉子壁之一所需構形，該轉子壁之該外部泵表面界定一實質上螺旋螺紋； •提供該螺旋轉子之一數位模型，其包含將一材料分配至該轉子壁； •將該螺旋轉子之該數位模型劃分為若干假想縱向片段； •在各該假想縱向片段中產生一或多個內芯，分配至少一個該芯，其具有實質上不同於該轉子壁材料之密度之一密度，其中該或各芯經分佈使得在使用中，當圍繞該旋轉軸旋轉時，該或各假想縱向片段之一慣性主軸及其旋轉軸實質上同軸。

在實施例中，使用一電腦實施該方法或該方法之一或多個步驟。亦提供一種製造一螺旋轉子之方法，其包括製造根據前述方法(較佳地藉由一積層製造程序(諸如雷射燒結))設計之一轉子之步驟。

圖1展示通常指稱1之一螺旋轉子之一縱向片段。熟習技術者應瞭解圖1僅展示一螺旋轉子之一部分且螺旋轉子之長度及總大小將取決於其具體用途及其被安裝於其中之真空泵之大小。

螺旋轉子包括一第一端2及一第二端3。第一端2及第二端3經配置以可連接至經配置以驅動一或多個螺旋轉子之旋轉之一真空泵之一對應部分。例如，一真空泵可包括一螺旋轉子1位於其周圍之一軸。替代地，一真空泵可包括經配置以連接至第一端2及第二端3且促進使用中之螺旋轉子1之旋轉之端蓋或板。

螺旋轉子1包括一轉子壁4，其自第一端2延伸至第二端3，且其具有界定一實質上螺旋螺紋之一外部泵表面5。

外部泵表面5界定轉子壁4之螺旋輪廓。在使用中，螺旋轉子1與一或多個其他螺旋轉子及定子協作以迫使一流體自一真空泵之一流體入口朝向一流體出口(即，排放口)。在使用中流體在螺旋輪廓之空隙中流動。

由轉子壁4之外部泵表面5界定之螺旋螺紋至少部分地指定螺旋轉子1之平衡。假設，若螺旋轉子係實心且具有實質上均勻密度，則歸因於由外部泵表面5界定之螺旋螺紋(即，轉子之質量之不均勻分佈)，轉子1將不平衡。

然而，轉子壁4進一步包括具有一內部腔室之一內芯7。芯7由轉子壁4之一內表面6定界。因此，轉子壁4形成定界芯7之一皮膚或殼體。螺旋轉子1係實質上空心。因此，芯7具有低於轉子壁4之一密度，且芯7經分佈使得在使用中，當圍繞旋轉軸旋轉時，螺旋轉子之一慣性主軸及其旋轉軸實質上同軸。芯7之軸向橫截面不對稱。

螺旋轉子之質心實質上位於其旋轉軸上。

在圖1中所展示之螺旋轉子之縱向片段處，包括一內部腔室7之芯經構形使得質量分佈於螺旋轉子1內以圍繞旋轉軸動態地平衡轉子。

更具體而言，轉子壁4在一根部區域9處具有大於在一頂部區域8處之一厚度以實質上動態地平衡轉子1。在圖1之實施例中，內部腔室自縱向片段之一第一端延伸至縱向片段之第二端。在螺旋轉子1之整個長度上，內部腔室經配置使得轉子壁4在螺旋螺紋之各匝之根部區域9處具有大於在相同匝之頂部區域8處之一厚度。因此，螺旋轉子之質心實質上位於旋轉軸處。

可設想，在其他實施例中，藉由變動轉子壁4之體積及/或密度、藉由變動形成轉子壁4之材料及/或藉由在分佈質量之內部腔室內提供一不同質量來分佈質量，使得轉子1係實質上動態平衡。

如圖6之實施例中所展示(下文將更詳細地描述)，螺旋轉子1可包括用於將轉子壁4連接至一軸之構件以在使用期間將來自軸之驅動力轉移至螺旋轉子1。連接構件可包括若干支撐支柱，其等經配置以在轉子壁4與一軸之間延伸。

在圖1至圖5之實施例中，芯包括一內部腔室7，其經構形使得內表面6形成與由外部泵表面5界定之螺旋螺紋實質上重合之一內部螺紋。內部螺紋係轉子壁4之一單式部分且由芯7之構形界定。

螺旋轉子1經配置使得轉子1之旋轉軸通過內部腔室7。內部腔室完全由轉子壁4定界。

如所描述，內部腔室7在轉子1之第一端2與第二端3之間延伸。螺旋轉子1經配置以允許一流體流過。例如，一冷卻劑可通過內部腔室以一更一致及均勻方式控制螺旋轉子1之溫度。

如所討論，且參考圖2，螺旋轉子1經配置以圍繞其旋轉軸旋轉。旋轉軸通常由線「A」指涉。圖2展示螺旋轉子1之一縱向片段。圖2中繪示由外部泵表面5界定之螺旋螺紋，及轉子壁4之變化厚度以平衡轉子1。

圖3展示根據本發明之一螺旋轉子1之一正面透視圖。螺旋轉子1之外部(即，外部泵表面5)在形式上可實質上係習知使得根據本發明之一或多個螺旋轉子可改裝為一螺旋式真空泵。外部泵表面5係無任何腔穴或機械加工孔或耦合至轉子壁之任何抗衡重物之一實質上連續皮膚。

參考圖4及圖5，圖中展示根據本發明之螺旋轉子1之橫截面圖。可清楚地看到在螺旋轉子1之一軸向橫截面處，芯7實質上不對稱，且轉子壁4之厚度變動。

在圖4及圖5之實施例中，轉子壁4之形式實質上係單式且不包括一不同抗衡本體。換言之，轉子1之一根部區域9處之轉子內表面6處之額外質量係轉子壁4之部分而非一單獨本體，且其係促成及指定轉子1之動態平衡之內部腔室之構形。然而，設想內部腔室7內可存在一額外芯以提供一內部抗衡。

在圖4及圖5之實施例中，在實質上垂直於旋轉軸之一平面中之任何給定橫向橫截面處，芯7及轉子壁4之較厚部分經配置使得該截面之質心與旋轉軸重合。

圖4展示具有比圖5之橫向橫截面更明顯之一頂部區域8之一橫向橫截面。圖4之根部區域8具有大於圖5之根部區域8之一厚度。

圖6展示一螺旋轉子之一進一步實施例。螺旋轉子1包括具有一實質上均勻厚度之一轉子壁4。圖6之螺旋轉子1具有一個以上芯。螺旋轉子1包括一第一芯7a、一第二芯7b及一第三芯7c。第一芯7a實質上形成為一內部腔室且包括複數個支撐支柱10。一內壁11將第一芯7a及第二芯7b分離。支撐支柱10在內壁11與轉子壁4之間延伸。第一芯7a不對稱。

支撐支柱10可配置為轉子壁4與轉子1內部之間的一熱橋。

第二芯7b亦實質上形成為一內部腔室。第二芯7b經配置以在使用中容置一軸12，且經配置以將驅動力自軸轉移至螺旋轉子1。

第三芯7c具有實質上大於第一芯7a及第二芯7b之密度的一密度。第三芯7c定位成與轉子壁4之一部分實質上相對，在由圖6繪示之橫向橫截面處具有最大質量。芯7a、7b、7c各經分佈使得在使用中，當圍繞轉子之旋轉軸旋轉時，螺旋轉子1之一慣性主軸及其旋轉軸實質上同軸。

1:螺旋轉子 2:第一端 3:第二端 4:轉子壁 5:外部泵表面 6:內表面 7:內芯 8:頂部區域 9:根部區域 10:支撐支柱 11:內壁 12:軸

現將參考附圖以實例之方式描述本發明之較佳特徵，其中：

圖1繪示根據本發明之一螺旋轉子之一假想縱向片段之一透視橫截面圖。

圖2展示根據本發明之一螺旋轉子之一假想縱向片段之一透視圖。

圖3展示根據本發明之一螺旋轉子之一假想縱向片段之一透視圖。

圖4展示根據本發明之一螺旋轉子之一軸向橫截面。

圖5展示根據本發明之一螺旋轉子之一進一步軸向橫截面。

圖6展示根據本發明之一螺旋轉子之一進一步軸向橫截面。

1:螺旋轉子

2:第一端

3:第二端

4:轉子壁

5:外部泵表面

6:內表面

7:內芯

8:頂部區域

9:根部區域

Claims (15)

1. 一種用於一真空泵之螺旋轉子，該螺旋轉子具有：一第一端及一第二端，且其等經配置以圍繞該螺旋轉子之一縱向延伸的旋轉軸旋轉； 一轉子壁，其具有界定一實質上螺旋螺紋之一外部泵表面，自該第一端延伸至該第二端； 該螺旋轉子進一步包括一或多個內芯， 至少一個該內芯具有實質上不同於該轉子壁之密度的一密度；且該或各芯經分佈使得該螺旋轉子之一慣性主軸及其旋轉軸在使用中當圍繞該旋轉軸旋轉時係實質上同軸。
2. 如請求項1之螺旋轉子，其包括兩個或兩個以上芯；各該芯之一區域具有實質上不同於該轉子壁之該密度的一密度。
3. 如請求項1或請求項2之螺旋轉子，至少一個該芯包括具有實質上低於該轉子壁之該密度之一密度的一區域。
4. 如任何前述請求項之螺旋轉子，至少一個該芯具有一實質上不對稱的軸向橫截面。
5. 如任何前述請求項之螺旋轉子，至少一個該芯包括一內部腔室。
6. 如任何前述請求項之螺旋轉子，其包括一第一芯及一第二芯；該第一芯之至少一區域具有實質上低於該第二芯之至少一區域之該密度的一密度。
7. 如任何前述請求項之螺旋轉子，該轉子壁包括相對更厚之至少一第一部分；及相對較薄之一第二部分。
8. 如任何前述請求項之螺旋轉子，至少一個該芯實質上界定一內部螺紋；該內部螺紋經配置以與由該外部泵表面界定之該螺旋螺紋實質上重合。
9. 如任何前述請求項之螺旋轉子，其中該或各芯經構形使得該螺旋轉子之一或多個假想縱向片段之各者之一慣性主軸及該螺旋轉子之該旋轉軸在使用中當圍繞該旋轉軸旋轉時係實質上同軸。
10. 如任何前述請求項之螺旋轉子，至少一個該芯具有一實質上晶格結構。
11. 如任何前述請求項之螺旋轉子，該螺旋轉子係至少部分由一積層製造程序形成。
12. 如任何前述請求項之螺旋轉子，其包括具有一內部腔室且具有實質上小於該轉子壁之密度之一密度的一第一芯；該芯係實質上不對稱的。
13. 一種真空泵，其包括如任何前述請求項之一或多個螺旋轉子。
14. 一種設計如請求項1至12中任一項之一真空泵之一螺旋轉子之方法，其包括分佈該或各芯之步驟，使得在使用中，當圍繞該旋轉軸旋轉時，該螺旋轉子之一慣性主軸及其旋轉軸係實質上同軸。
15. 一種製造如請求項14設計之一螺旋轉子之方法，其包括至少部分地使用一積層製造程序來製造經設計之一螺旋轉子的步驟。

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