包括真空泵及其马达的真空泵送系统

包括真空泵及其马达的真空泵送系统

　　技术领域

　　本发明涉及一种真空泵送系统，其包括真空泵和用于驱动所述真空泵的马达。

　　更具体地，本发明涉及一种改进的真空泵送系统，其与现有技术的真空泵送系统相比更加可靠，并且比这种现有技术的真空泵送系统更轻且更紧凑。

　　背景技术

　　真空泵用来实现真空条件，即，用于将腔室(所谓的“真空腔室”)抽真空以在所述腔室中建立低于大气压的条件。已知许多不同种类的已知真空泵-具有不同的结构和运行原理，并且每次可以根据特定应用的需要(即，根据要在相应的真空腔室中获得的真空度)来选择特定的真空泵。

　　通常，真空泵包括：泵壳体，该泵壳体中设置有一个或多个泵入口和一个或多个泵出口；以及泵送元件，其布置在所述泵壳体中并且构造成用于将气体从所述一个或多个泵入口泵送至所述一个或多个泵出口：通过将一个或多个泵入口连接至所述真空腔室，真空泵允许将真空腔室中的气体抽真空，从而在所述腔室中创建真空条件。

　　更具体地，已知若干不同种类的真空泵，其中，泵送元件包括静止的定子和可旋转的转子，定子和转子彼此协作以将气体从一个或多个泵入口泵送至一个或多个泵出口。在这种真空泵中，转子通常安装在由马达、即由电动马达驱动的旋转轴上。

　　通过示例的方式，在图1和图2中示意性地示出了根据现有技术的真空泵送系统。

　　在图1和图2所示的示例中，真空泵送系统150包括旋转叶片真空泵110；旋转叶片真空泵通常用来获得低真空条件，即在从大气压低至约10-1Pa的压力范围内。

　　如图1和图2所示，常规的旋转叶片真空泵110通常包括外壳体112，该外壳体容纳内壳体114，该内壳体内限定定子，该定子围绕并且限定圆柱形泵送腔室116。泵送腔室116收容圆柱形转子118，该转子相对于泵送腔室116的轴线偏心地定位；一个或多个可径向移动的径向叶片120(在图2所示的示例中为两个)安装在所述转子118上，并且借助于弹簧122保持抵靠泵送腔室116的壁。

　　在真空泵110的运行期间，气体通过泵的入口端口124从真空腔室中吸入，并且通过吸入管126进入泵送腔室116中，在泵送腔室116中，气体由叶片120推动并因此被压缩，然后气体通过终止于相应的出口端口130处的排出管128被排出。

　　适量的油从油箱(未示出)引入外壳112中，以用作冷却剂和润滑流体。在图2所示的示例中，例如，将内壳114浸入油浴132中。

　　为了驱动真空泵的转子118，真空泵送系统150还包括马达140，并且泵转子118安装至由所述马达驱动的旋转轴。

　　马达140通常是电动马达，该电动马达包括彼此协作的静止的定子和旋转的转子以及与马达转子相连接的输出轴：根据第一种可能的布置，马达转子的输出轴通过机械或磁性联接件来连接至泵转子的旋转轴以驱动泵转子旋转；根据第二替代布置，转子马达的输出轴可以与泵转子的旋转轴成一体，以便驱动泵转子旋转。

　　例如，同一申请人在EP 1 591 663中公开了图1和图2所示的真空泵送系统。

　　以上公开的种类的已知的真空泵送系统具有若干缺点。

　　首先，必须考虑到，在真空泵的运行期间，马达可以处于大气压下，而真空泵的容纳泵转子的泵送腔室可以处于低于大气压的压力下。因此，在马达转子的输出轴与泵转子的旋转轴之间设置动态密封件。

　　动态密封件比静态密封件更昂贵且更不可靠，并且动态密封件的失效会涉及真空泵的故障以及对真空泵和与其连接的真空腔室的损坏。此外，在包括旋转叶片真空泵的真空泵送系统的情况下，这些动态密封件是在泵的运行期间油泄漏的主要原因。

　　其次，包括真空泵及其并列马达的真空泵送系统是笨重的，在真空泵送系统的运输及其组装期间，尤其在那些可用空间很小的应用中，这表现出严重的缺点。

　　此外，如果将马达悬臂式地安装在真空泵上(如图1所示)，则马达转子的输出轴和泵转子的旋转轴会受到挠曲应力，该挠曲应力随着真空泵和马达的尺寸和重量的增大而增加。

　　因此，本发明的一个目的在于通过提供一种更加可靠的真空泵送系统来克服现有技术的上述缺点，在该真空泵送系统中，避免了对动态密封件的需要。

　　本发明的另一目的在于提供一种比根据现有技术的真空泵送系统更轻且更紧凑的真空泵送系统。

　　以上和其他目的借助于所附权利要求书中所要求保护的真空泵送系统来实现。

　　发明内容

　　根据本发明的实施例，马达定子和马达转子容纳在真空泵的泵送腔室中。

　　优选地，马达定子和马达转子以及泵定子和泵转子完全容纳在所述泵送腔室中。

　　在本说明书的上下文中，术语“泵送腔室”可以理解为泵壳体内部的空间，该空间由泵定子限定，并且在该空间中，泵转子被容纳并且通过与泵定子协作来执行泵送动作。

　　在真空泵的运行期间，泵送腔室内的压力常常不是恒定的和/或等于大气压；相反，在泵转子和泵定子的泵送动作的膨胀和压缩阶段，压力在低于大气压的最小值和大于大气压的最大值之间变化。

　　根据本发明的实施例，在泵的运行期间，马达定子和马达基本上与泵定子和泵转子处于相同的压力下。

　　由于马达定子和马达基本上与泵定子和泵转子处于相同的压力下，因此根据本发明的实施例的真空泵送系统可以制成为单个密封单元，并且无需在真空泵与其马达之间的动态密封件。

　　即使真空泵送系统中设置了静态密封件(例如，以用于电气连接)，静态密封件也比动态密封件便宜，并且最重要的是，静态密封件不会疲劳，使得不存在这些静态密封件由于疲劳而劣化和失效的风险。

　　根据本发明的优选实施例，泵转子至少部分地制成为空心体，并且马达容纳在泵转子的内部。

　　优选地，所述泵转子完全制成为空心体，更具体地制成为空心圆柱。

　　根据该优选实施例，马达转子紧固至设置在泵转子中的腔体的内表面或者与该内表面成一体，并且马达定子位于所述腔体的内部。

　　根据本发明的特别优选的实施例，马达转子包括一个或多个永磁体，永磁体紧固至泵转子的腔体的内表面上或者与该内表面成一体，并且马达定子布置在所述腔体的内部并包括由铁磁材料制成且承载一个或多个相应绕组的本体。

　　本发明的前述优选实施例涉及若干附加的优点。

　　真空泵送系统可以制造得紧凑且轻便，这在真空泵送系统的运输和组装期间是特别有利的。

　　在泵转子的旋转期间，泵转子可以悬浮在泵送腔室的内部，这允许减少由泵吸收的功率；此外，由于泵转子可以悬浮在泵送腔室的内部的事实，因此可以减少真空泵产生的噪音，并且也可以减少真空泵产生的振动，这可以提高泵本身的使用寿命和可靠性。

　　根据本发明的优选实施例，泵转子可以相对于布置在所述泵转子的腔体中的马达定子的纵向轴线同心地被驱动。

　　根据本发明的另一优选实施例，泵转子可以相对于布置在所述泵转子的腔体中的马达定子的纵向轴线偏心地被驱动。

　　本发明可以在包括不同种类的真空泵的若干不同的真空泵送系统中实施。

　　通过非限制性示例的方式，本发明可以在包括旋转叶片真空泵的真空泵送系统、包括涡旋真空泵的真空泵送系统等中实施。

　　附图说明

　　根据参照附图通过以非限制性示例的方式给出的本发明的优选实施例的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得更加显而易见，其中：

　　-图1是根据现有技术的真空泵送系统的示意性立体图；

　　-图2是图1的真空泵送系统的真空泵的示意性剖视图；

　　-图3是根据本发明的第一实施例的真空泵送系统的示意性剖视图；

　　-图4是图3的真空泵送系统的示意性纵向截面图；

　　-图5是根据本发明的第二实施例的真空泵送系统的示意性剖视图；

　　-图6是图5的真空泵送系统的示意性纵向截面图。

　　具体实施方式

　　在下文中，将通过非限制性示例的方式参照包括旋转叶片真空泵的真空泵送系统，来详细地描述本发明的优选实施例。在任何情况下，应当指出，本发明也可以应用于包括不同种类的真空泵(如例如涡旋真空泵)的真空泵送系统。

　　参照图3-图4，示出了包括旋转叶片泵10及其马达40的真空泵送系统50。

　　以本身已知的方式，旋转叶片真空泵10包括泵壳体12，该泵壳体中设置有泵入口24和泵出口30，并且该泵壳体容纳用于将气体从所述泵入口泵送至所述泵出口的泵送元件。

　　在所示的实施例中，泵送元件包括静止的泵定子14和可旋转的转子18。

　　泵壳体12容纳静止的泵定子14，该泵定子围绕并且限定泵送腔室16(在所示的实施例中为圆柱形)，该泵送腔室与泵入口24和泵出口30相连接。泵送腔室16收容可旋转的圆柱形转子18，该圆柱形转子相对于所述圆柱形泵送腔室的轴线偏心地定位。一个或多个可径向移动的径向叶片20(在图3所示的示例中为三个)安装在所述泵转子18上，并且借助于相应的弹簧(未示出)或者借助于离心力保持抵靠泵送腔室16的壁。

　　当真空泵运转时，气体通过泵的泵入口24从被抽真空的真空腔室(未示出)中吸入，并且通过入口管26进入泵送腔室16中，在泵送腔室16中，气体通过叶片20被推动并且因此被压缩，然后气体通过终止于泵出口30的排出管28被排出。

　　从连接至真空泵10的油箱32引入油，使得将泵壳体12浸入油浴中，该油浴用作冷却剂和润滑流体。

　　真空泵送系统50还包括用于驱动泵转子18旋转的马达40。

　　根据本发明的实施例，马达40位于真空泵10的泵送腔室16中。

　　由于马达转子42和马达定子44位于泵送腔室16中，因此在泵的运行期间，所述马达转子44和所述马达定子42始终与泵定子14和泵转子18处于基本相同的压力条件下。

　　为了将马达容纳在泵送腔室16中，在所公开的优选实施例中，泵转子18至少部分地制成为空心体，使得在所述泵转子的本体内限定腔体22，并且马达40至少部分地、并且优选地全部容纳在所述腔体22内。

　　更具体地，圆柱形泵转子18中限定圆柱形腔体22，该腔体与所述泵转子的本体平行且同心，并且马达40容纳在所述圆柱形腔体22内。

　　在所示的实施例中，腔体22在泵转子18的整个轴向长度上延伸，使得所述泵转子具有空心圆柱的整体形状。然而，在替代实施例中，腔体22可以仅在泵转子18的一部分轴向长度上延伸。

　　在所示的实施例中，马达是永磁马达，并且马达转子包括固定至泵转子18的腔体22的内表面的多个永磁体46。

　　由于马达转子的永磁体固定至泵转子的腔体的内表面，因此马达转子44和泵转子18一起形成单个转子单元。

　　这些永磁体成形为略微弯曲的矩形板46，板基本上平行于泵转子18的纵向轴线布置并且在腔体22的大部分轴向长度上延伸，所述板46在周向方向上沿着腔体22的内壁等距地间隔开。

　　所述板46的数量优选为偶数，并且布置成使得每个板的极性与相邻板的极性相反。

　　本领域技术人员显而易见的是，马达转子44也可以制成为不同的形状。例如，这种马达转子可以制成为装配在泵转子18的腔体22中的圆柱形套筒。此外，马达转子可以与泵转子的腔体22的内表面制成一体。甚至在这些替代实施例中，马达转子44和泵转子18一起形成单个转子单元。

　　马达定子42位于泵转子18的腔体22的内部，紧固至泵壳体12和/或泵定子14或者与泵壳体12和/或泵定子14成一体。所述马达定子包括由铁磁材料(如，铁氧体、SMC材料等)制成的本体，其具有与永磁体46基本相同的轴向长度并且设置有承载各自的绕组(未示出)的多个径向臂48。

　　在所示的实施例中，马达定子制成为大致圆柱形的本体，该本体布置成与圆柱形腔体22平行且同心。换句话说，沿着所述马达定子和转子42、44的圆周，马达定子42与马达转子44之间的气隙具有恒定的宽度。因此，在所示的实施例中，马达转子44和泵转子18相对于所述马达定子的纵向轴线(即，相对于腔体22的纵向轴线)同心地被驱动。

　　然而，在本发明的替代实施例中，马达定子可以制成为平行于圆柱形腔体22布置但是相对于所述腔体的纵向轴线处于偏心位置的圆柱形本体。换句话说，在沿着所述马达定子和转子42、44的圆周的每个点处，马达定子42和马达转子44之间的气隙具有随时间变化的宽度。因此，在这样的实施例中，马达转子44和泵转子18将相对于所述马达定子的纵向轴线(即，相对于腔体22的纵向轴线)偏心地被驱动，并且马达转子44(和泵转子18)的轴线遵循圆形或椭圆形轨迹移动。

　　以上显而易见的是，根据本发明的布置允许避免对真空泵与马达之间的动态密封件的需要，这是由于马达10与泵定子和泵转子14、18一样，位于真空泵的泵送腔室16中。

　　虽然在根据现有技术的真空泵送系统中，马达在真空泵的运行期间常常处于大气压下，但是在根据本发明的实施例的泵送系统中，马达定子42和马达转子44在泵的运行期间始终与泵定子14和泵转子18处于相同的压力下。

　　以上显而易见的是，由于没有动态密封件，根据本发明的实施例的真空泵送系统更加可靠。在应用于具有旋转叶片真空泵的真空泵送系统的情况下，防止通过动态密封件的油泄漏。

　　以上还显而易见的是，根据本发明的布置允许得到非常紧凑的设计，并且允许与现有技术的那些相比由更少的部件形成的并且更轻的真空泵送系统。

　　以上还显而易见的是，由于马达定子42和马达转子44的协作，在泵转子18的旋转期间，所述泵转子18被磁悬浮而没有在泵送腔室16内部进行接触，这将显著减少真空泵产生的噪音和真空泵产生的振动，从而提高真空泵送系统的使用寿命和可靠性。

　　真空泵10在其两个轴向端部处是闭合的，并且泵转子18可以在其两个轴向端部处设置衬套(未示出)，该衬套插入所述泵转子与泵壳体12之间，该泵壳体转而设置有用于收容所述衬套的基座。由于泵转子18在泵的运行期间悬浮的事实，因此衬套上没有接触，并且这种不接触有利地减少了由泵吸收的功率。

　　现在参照图5和图6，示出了本发明的第二实施例。

　　本发明的该第二实施例与以上公开的第一实施例几乎相同，并且图3-图4中使用的相同的附图标记在图5-图6中也被使用，以用于表示真空泵送系统的相同或相似的部件。

　　该第二实施例与第一实施例的不同之处在于，马达定子设置有收容各自的管道52的一个或多个纵向通孔51(在图5-图6所示的示例中仅一个中心布置的通孔)。

　　管道52延伸通过马达定子42并且伸入相邻的油箱32中，该管道终止于嘴部54，在真空泵送系统50的运行期间，该嘴部始终低于油箱32中的油位。

　　在旋转叶片真空泵冷启动时，所需的扭矩可能非常高，这主要是由于油粘度极度依赖于温度并且在低温下非常高。

　　在启动泵之前，管道52可以有利地用于将热量从马达定子42传递到油浴32，以便升高油温并且降低其粘度。

　　更详细地，在真空泵送系统50冷启动时，可以为马达定子42的绕组供电同时保持马达转子静止。在这种条件下，传输到马达定子的功率不用于使马达转子旋转，而是作为热量散发，从而导致马达定子温度升高。

　　由于管道52，该热量可以从马达定子42传递到油箱32，为此，管道优选地由具有高导热率的材料制成。

　　当使马达转子连续旋转时，油粘度将降低并且所需的扭矩将相应地降低。

　　该第二实施例的另一个优点在于，在运行期间，可以进一步利用管道52来冷却真空泵。

　　事实上，在真空泵的运行期间，油通过管道52从油箱32中被吸入并且进入真空泵10中。为此，在马达定子42的两个轴向端部处，管道52设置有径向孔56。

　　这种布置被证明是特别有效的，这是由于油是靠近泵本身的纵向轴线而引入真空泵中的。

　　显而易见的是，以上公开内容是通过非限制性示例给出的，并且在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以进行若干变型和修改。

　　例如，尽管在本发明的优选实施例的描述中，参照了包括旋转叶片真空泵的真空泵送系统，但是本发明也可以在包括不同种类的真空泵(如涡旋真空泵)的真空泵送系统中实施。

　　类似地，尽管在本发明的优选实施例的描述中，参照了包括永磁马达的真空泵送系统，但是本发明也可以在包括不同种类的马达(如鼠笼马达)的真空泵送系统中实施。