專利名稱：具有并行泵送的對稱轉(zhuǎn)子盤的側(cè)溝槽壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于泵送流體介質(zhì)(氣體或液體)的泵。具體地但非排他地，本發(fā)明涉及一種構(gòu)造為再生式真空泵的真空泵。以下參照真空泵描述本發(fā)明，但應(yīng)理解本發(fā)明不以任何方式限于真空泵并能夠等同地應(yīng)用于其他類型的泵，諸如液體泵、氣體壓縮機等。
背景技術(shù)：
包括再生式泵送機構(gòu)的真空泵目前是已知的。已知的再生式泵送機構(gòu)包括多個環(huán)形陣列的轉(zhuǎn)子葉片，其安裝在轉(zhuǎn)子上并從轉(zhuǎn)子軸向延伸到形成在定子內(nèi)的各個環(huán)形溝槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)導致葉片沿著溝槽移動形成氣體渦流，所述氣體渦流沿泵送機構(gòu)的和入口與出口之間的流動路徑流動。此類型真空泵的例子是本領(lǐng)域已知的，并且在EP0568069與EP1170508內(nèi)描述了所述泵的特定變體。這些文檔中所描述的再生式泵送機構(gòu)可以包括形成為盤狀構(gòu)造的轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子任一側(cè)上帶有泵元件。被泵送的氣體隨流動路徑前進，所述流動路徑被布置成使得氣體從入口沿著轉(zhuǎn)子的一側(cè)流動，然后以串行方式移動到轉(zhuǎn)子的另一側(cè)并由此前往出

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種超過常規(guī)泵的改良泵。本發(fā)明提供一種包括再生式泵送機構(gòu)的泵，所述再生式泵送機構(gòu)包括安裝在軸向軸上用于相對于定子旋轉(zhuǎn)的大體盤形轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有第一與第二表面，每個表面上具有形成同心圓的一系列成形凹槽，及在面對泵轉(zhuǎn)子的第一或第二表面之一的定子表面內(nèi)形成的定子溝槽，其中，每個同心圓與定子溝槽的一部分對準從而形成在泵入口與出口之間延伸的一段氣體流動路徑，并且轉(zhuǎn)子將此段流動路徑分成子段使得氣體能夠沿任何子段、 溝槽或轉(zhuǎn)子側(cè)同時流向出口。結(jié)果，受泵送的氣體以并行方式沿轉(zhuǎn)子的兩個表面流動。因而，此構(gòu)造能夠提供一種轉(zhuǎn)子任一側(cè)上的氣壓能夠大體上相等或平衡的泵送機構(gòu)。本發(fā)明備選地或另外地提供一種再生式泵轉(zhuǎn)子，所述再生式泵轉(zhuǎn)子具有大體盤形輪廓并且可安裝到軸向軸上用于相對于泵定子旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子具有第一與第二表面，每個表面上具有形成同心圓的一系列成形凹槽并構(gòu)造成面對在定子表面內(nèi)形成的定子溝槽，其中，在使用期間每個同心圓與定子溝槽的一部分對準從而形成在泵入口與出口之間延伸的一段氣體流動路徑，并且所述氣體流動路徑被轉(zhuǎn)子分開使得氣體能夠沿轉(zhuǎn)子的所述第一與第二表面(或沿泵的定子溝槽)同時流向出口。因而，此構(gòu)造能夠提供一種轉(zhuǎn)子任一側(cè)上的氣壓能夠大體上相等或平衡的轉(zhuǎn)子機構(gòu)。本發(fā)明備選地或另外地提供一種包括再生式泵送機構(gòu)的泵，所述再生式泵送機構(gòu)具有安裝在軸向驅(qū)動軸上用于相對于定子旋轉(zhuǎn)的大體盤形泵轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)位于一表面內(nèi)并且限定用于將氣體從入口泵送到出口并形成于泵送機構(gòu)
4的泵轉(zhuǎn)子與定子之間的流動路徑的至少一部分，所述轉(zhuǎn)子與定子包括被布置成在泵送操作期間控制轉(zhuǎn)子與定子之間的軸向間隙的軸向氣體軸承。因而，泵的這種構(gòu)造提供一種位于轉(zhuǎn)子上的氣體軸承，所述氣體軸承使得能夠和改善泵的轉(zhuǎn)子與定子部件之間軸向間隙的控制。定子可以包括位于與泵轉(zhuǎn)子各自軸向側(cè)相鄰的兩個定子部分，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)位于泵轉(zhuǎn)子的每個軸向側(cè)上，并且流動路徑被泵轉(zhuǎn)子分為子流動路徑，從而氣體能夠沿著泵轉(zhuǎn)子的每個軸向側(cè)同時流向出口。另外，子流動路徑可以布置成關(guān)于泵轉(zhuǎn)子的徑向中心線對稱。此外，第一與第二流動路徑子段可以分別由位于泵轉(zhuǎn)子兩側(cè)的第一與第二表面以及面對泵轉(zhuǎn)子的第一與第二表面中的各自一個的第一與第二定子溝槽所限定。而且，第一定子溝槽所限定的第一流動路徑子段與第二定子溝槽所限定的第二流動路徑子段可以布置成泵送等體積的氣體。又另外，第一與第二流動路徑子段可以布置成在相同徑向方向上引導氣體，例如將氣體從泵轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑向位置引導到外徑向位置。這些構(gòu)造可單獨地或任意組合地提供一種平衡的泵送配置，由此，受泵送的氣體施加在轉(zhuǎn)子任一側(cè)上的壓力大體上彼此相等。結(jié)果，轉(zhuǎn)子與定子泵部件之間的軸向間隙能夠保持在相對小的距離，由此減少轉(zhuǎn)子與定子之間的氣體泄漏，這進而能夠改善泵送效率。軸向氣體軸承轉(zhuǎn)子部件可以布置成與氣體軸承定子部件協(xié)作以在泵運轉(zhuǎn)期間控制在轉(zhuǎn)子與泵的定子之間的軸向運行間隙。軸向氣體軸承可以包括泵轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子零件與定子上的定子零件。結(jié)果，可以在相對少的部件上相對容易地制造多個泵零件。另外，軸向氣體軸承部件的一部分可布置成與第一表面在相同平面內(nèi)。軸向氣體軸承可以包括泵轉(zhuǎn)子的每個軸向側(cè)上的轉(zhuǎn)子零件且其可與各自定子部分上的定子零件協(xié)作，從而已沿流動路徑被泵送的氣體能夠在轉(zhuǎn)子每個軸向側(cè)上的兩個零件之間通過。結(jié)果， 受泵送的氣體能夠用于驅(qū)動軸向氣體軸承。再生式泵送機構(gòu)的入口可以位于泵的徑向內(nèi)部而出口位于泵的徑向外部。因而， 氣體流動路徑布置成使得受泵送的氣體從機構(gòu)內(nèi)部向機構(gòu)外部流動。另外，如果空氣軸承位于靠近出口的泵轉(zhuǎn)子與定子的徑向外部，則處于較高“出口壓力”的氣體能夠用于驅(qū)動軸承。另外，該布置可以允許泵轉(zhuǎn)子與定子之間的軸向運行間隙為小于50 μπκ小于30 μπκ 小于20 μπκ小于15 μπ 或約8 μ m中的任一個的量級。這樣的間隙通常比常規(guī)再生式泵送機構(gòu)上可獲得的間隙要小得多。結(jié)果，在轉(zhuǎn)子與定子之間受泵送氣體的泄露能夠最小化， 由此在泵送效率和/或吞吐量方面產(chǎn)生潛在的改善。此外，泵機構(gòu)的表面可用比制造部件的材料更硬的材料涂覆。例如，以下中的至少一個可用這樣的材料涂覆具有位于其內(nèi)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的泵轉(zhuǎn)子表面；面對泵轉(zhuǎn)子表面的定子表面；或包括軸向氣體軸承的泵轉(zhuǎn)子或定子的表面。涂層材料可以是鎳PTFE基質(zhì)、陽極氧化鋁、碳基材料或其組合中的任一種。而且，碳基材料可以是化學汽相沉積(CVD)過程所沉積的人造金剛石材料或類金剛石材料中的任一種。這樣的堅硬涂層可以幫助保護泵部件免于磨損。還有，涂層能夠幫助防止受泵送氣體流中所夾帶的微粒進入泵轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙。泵轉(zhuǎn)子的第一與第二表面可以布置成相互平行。換句話說，第一與第二表面可為平坦的或平面的，并且布置成互相平行。此外，軸向氣體軸承部件的一部分可以布置成與第一或第二表面在相同平面內(nèi)。結(jié)果，所述表面可以機加工、研磨或拋光到相對高的平面度。
5這樣可以幫助在轉(zhuǎn)子與定子泵部件之間保持小的軸向間隙。本發(fā)明的其他優(yōu)選和/或可選方面描述于此并限定于所附權(quán)利要求中。


為了可以充分理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖描述僅以示例方式給出的本發(fā)明的實施例，附圖中
圖1示意性示出了真空泵； 圖2是圖1中所示真空泵的轉(zhuǎn)子的平面圖； 圖3是圖1中所示真空泵的定子的平面圖； 圖4更詳細地示出圖2中所示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；以及圖5更詳細地示出備選的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式參看圖1，示出包括再生式泵送機構(gòu)11的真空泵10。所述真空泵具有入口 13和出口 15，入口 13用于連接到將被抽空的設(shè)備或腔室，出口 15通常向大氣排放。圖1中所示的真空泵還包括位于再生式機構(gòu)上游并將在下面詳述的分子牽引泵送機構(gòu)90。再生式泵送機構(gòu)包括安裝在軸向軸14上用于相對于定子16旋轉(zhuǎn)的大體盤形轉(zhuǎn)子12。所述軸由馬達18驅(qū)動并可以以10，000印111與75，000 rpm之間的速度且優(yōu)選以約 40, 000 rpm的速度旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子12具有多個轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)20，用于當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時將沿定子內(nèi)的溝槽22的氣體沿泵送機構(gòu)的入口 M與出口沈之間的流動路徑泵送。入口與出口在圖3 中更詳細地示出。如下面將詳述的，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是形成于轉(zhuǎn)子的軸向面對的平表面的每個內(nèi)的凹槽。轉(zhuǎn)子12與定子16包括用于控制在轉(zhuǎn)子與定子之間的軸向間隙X的軸向氣體軸承觀。被動式磁性軸承30控制轉(zhuǎn)子12相對于定子16的徑向位置。軸向氣體軸承觀包括泵轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子零件32與定子上的定子零件34。所述軸承位于靠近出口沈的泵送機構(gòu)的低真空或大氣部分處。氣體軸承是有好處的，因為其允許轉(zhuǎn)子與定子之間的小的軸向運行間隙，這對于減少受泵送氣體從溝槽的泄露以及生產(chǎn)高效的小型泵來說是必要的。本發(fā)明實施例中可得到的典型軸向間隙小于30 μπι，甚至在5-15 μ m的范圍內(nèi)。雖然空氣軸承能夠產(chǎn)生小的軸向運行間隙，但空氣軸承不太適合承擔相對重的負載。因此，在圖1中，定子16包括鄰近轉(zhuǎn)子的各自軸向側(cè)40、42的兩個定子部分36、38，而轉(zhuǎn)子包括在其每個軸向側(cè)上的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)20，用于沿入口 M與出口沈之間的各自流動路徑將氣體泵送通過各自定子部分沈、28內(nèi)的溝槽22。這樣，流動路徑就被轉(zhuǎn)子所分割或分開， 使得子流動路徑關(guān)于轉(zhuǎn)子12的軸向中心線成鏡像受泵送的氣體沿轉(zhuǎn)子兩側(cè)并行地流動。 泵送期間所產(chǎn)生的力大致被平衡(即，受泵送的氣體沒有施加凈負載)到這樣的程度，使得空氣軸承觀能夠抵抗所施加的負載。換言之，受泵送機構(gòu)所泵送及壓縮的氣體將在泵送機構(gòu)的轉(zhuǎn)子和定子上施加軸向負載。上面所描述的布置導致施加到轉(zhuǎn)子的凈軸向負載大體上等于0 N (牛頓)，因為轉(zhuǎn)子任一側(cè)上的軸向負載通常相等并反向作用從而相互抵消。轉(zhuǎn)子包括至少一個圖1中用虛線示出的通孔25，用于讓氣體由其穿過而從轉(zhuǎn)子的一個軸向側(cè)到轉(zhuǎn)子的另一個軸向側(cè)。所述通孔允許氣體沿轉(zhuǎn)子每個軸向側(cè)上的流動路徑被泵送。為了控制轉(zhuǎn)子上表面40與定子部分36之間的軸向間隙以及轉(zhuǎn)子下表面42與定子部分38之間的軸向間隙，軸向氣體軸承觀在轉(zhuǎn)子的每個軸向側(cè)上包括轉(zhuǎn)子零件44、46。 轉(zhuǎn)子零件44、46可與各自定子部分36、38上的定子零件48、50協(xié)作，從而排氣區(qū)內(nèi)的氣體送入軸承部件之間的空間并控制轉(zhuǎn)子與兩定子部分之間的軸向間隙X。而且，被沿流動路徑泵送的氣體能夠在轉(zhuǎn)子的每個軸向側(cè)上的兩零件44、48 ；46,50之間通過并形成在軸承內(nèi)所使用的氣體的至少一部分。如圖1和3中所詳示的，入口 M位于泵送機構(gòu)11的徑向內(nèi)部，而出口沈位于泵送機構(gòu)的徑向外部。所述機構(gòu)的徑向外部比起徑向內(nèi)部處于相對較高的壓力。通常，泵排空到大氣或相對低的真空。由于氣體軸承需要足夠量的氣體以相對于定子支撐轉(zhuǎn)子，在低真空下氣體軸承位于泵送機構(gòu)的徑向外部。在現(xiàn)有技術(shù)的再生式機構(gòu)中，入口通常位于徑向外部而出口位于徑向內(nèi)部。然而，當使用氣體軸承時，可優(yōu)選將軸承設(shè)置在轉(zhuǎn)子和定子的外徑向部分，因為這提供更高的穩(wěn)定性并能夠更精確地控制軸向間隙X。因此，在本實施例中，入口與出口位置互換，從而氣體軸承位于接近相對高壓出口的外徑向部分處，從而其不僅接收足夠的氣體用于操作，而且還提供更強的支撐和更高的穩(wěn)定性。在徑向外部設(shè)置泵送機構(gòu)出口的另一個好處是夾帶在氣體流內(nèi)的微粒通常由離心力驅(qū)向出口并離開泵送機構(gòu)?，F(xiàn)在參考圖2與3更詳細地描述氣體軸承。圖2示出轉(zhuǎn)子12的上軸向側(cè)40的平面圖而圖3示出定子部分36的平面圖。在圖2中，氣體軸承的轉(zhuǎn)子零件32位于轉(zhuǎn)子的外徑向部分，并包括繞轉(zhuǎn)子圓周均等分布的多個軸承表面52，以在轉(zhuǎn)子上提供對稱的軸承力。軸承表面與轉(zhuǎn)子的上表面40平齊或出于同一平面。各凹槽部分討相對于旋轉(zhuǎn)方向R (在此例中逆時針)位于軸承表面52 的導行邊緣。在此例中，凹槽部分討各自包括兩個凹槽表面56、58，其從軸承表面凹下不同深度并朝向軸承表面減小深度。凹槽表面56在距盤12的上表面40有1 mm的區(qū)域中相對較深。凹槽表面58在距上表面40有15 μ m的區(qū)域中相對較淺。圖3中示出的定子零件48包括平的圓周軸承表面60，所述軸承表面60延伸通過一段與轉(zhuǎn)子軸承表面52的徑向距離相當?shù)膹较蚓嚯x。軸承表面60與定子部分36、38的平面表面69、71平齊或處于同一平面中。應(yīng)理解在備選布置中，軸承表面52可以設(shè)置在定子上而圓周軸承表面60可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子上。在使用中，更深的凹槽表面56連同定子的軸承表面60捕集周圍空氣或通過出口 26排出的氣體。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)導致被捕集的氣體在有臺階的表面58與定子表面60之間受到推動，從而當其被更淺深度的中間凹口壓縮時壓力上升。更深的凹口與軸承表面之間的臺階使壓力能夠更平緩地上升并從而推動軸承表面52與定子表面60之間的氣體流。氣體隨后在軸承表面52與定子表面60之間受到推動，當氣體被壓縮時壓力進一步提高。在相對高壓氣體支撐轉(zhuǎn)子并抵抗相對于定子的軸向運動的情況下，軸向間隙X被軸承表面52與定子表面60之間的距離控制。也就是說，轉(zhuǎn)子兩軸向側(cè)上的軸承布置一起抵抗兩個軸向方向的運動。通常，軸承表面52與定子表面60之間的軸向間隙在10與30 μ m之間并優(yōu)選為15 μ m。軸承表面52與凹槽部分M之間的導行邊緣62相對于徑向方向(如虛線所示)成一定角度，使得在使用期間沿一個或多個流動路徑的微粒通過離心力的作用被導行邊緣62 導向下游朝向泵出口 15。在此例中，所述角度約為30°，不過根據(jù)需要也可以采用其他角度。類似的，凹槽表面56、58之間的交線64相對于徑向方向也成一定角度，使得沿流動路徑的微粒被導向出口。交線64和導行邊緣62的角度優(yōu)選為相同的，使得表面58或軸承表面 52上移動的氣體在內(nèi)徑向位置與外徑向位置處移動大體相同的距離，使得表面上的壓力大體相等。由于轉(zhuǎn)子的切向速度在表面的外徑向位置比在內(nèi)徑向位置更大，上述角度之間存在小的差別?？諝廨S承表面可由陶瓷制造或使用陶瓷涂覆，因為這樣的材料提供適合氣體軸承的相對平坦且低摩擦的表面。當開始轉(zhuǎn)子操作時，轉(zhuǎn)子和定子最初接觸并摩擦，直至速度達到約1000 rpm。一旦轉(zhuǎn)子建立起足夠的速度，則氣體軸承支撐轉(zhuǎn)子離開定子。氣體軸承的表面因此優(yōu)選為非常光滑的或自潤滑的。轉(zhuǎn)子和定子的相對徑向位置受圖1中所示的被動式磁性軸承30控制。在備選布置中可以使用滾珠軸承。不過，磁性軸承提供了一種許多真空泵應(yīng)用中優(yōu)選的干軸承。另外， 在構(gòu)造用于在相對高速下運行的此類小型泵中，氣體軸承和磁性軸承的組合提供一種旋轉(zhuǎn)阻力相對小的無接觸軸承布置。另外，氣體軸承抵抗磁性軸承元件在軸向方向上的相對運動。在磁性軸承失效的情況下可提供備用軸承(未示出)?，F(xiàn)在將參考圖2到5更詳細地描述本實施例的再生式泵送機構(gòu)。轉(zhuǎn)子的平面表面40、42緊密相鄰且平行于定子部分36、38的平面表面69、71。轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)20由在轉(zhuǎn)子的平面表面40、42內(nèi)布置為同心圓66或環(huán)形陣列的一系列成形凹槽(或鏟斗)形成。在本實施例中，所述結(jié)構(gòu)形成于兩個表面40與42內(nèi)，但在其他布置中，轉(zhuǎn)子凹槽可以僅設(shè)置在轉(zhuǎn)子的一個軸向側(cè)內(nèi)。在圖2中示出凹槽20的七個同心圓， 不過根據(jù)需要可以設(shè)置更多或更少的數(shù)目。多個大體圓周溝槽68形成于第一定子部分36 的平面表面69內(nèi)并與形成在轉(zhuǎn)子的一個面40內(nèi)的同心圓66對準。第二多個大體圓周溝槽68形成于第二定子部分38的平面表面71內(nèi)并與形成在轉(zhuǎn)子的另一個面42內(nèi)的同心圓 66對準。應(yīng)注意雖然適用于圖2中所示轉(zhuǎn)子的定子應(yīng)包括與七個同心圓66的每個對準的七個溝槽，但圖3為了簡化起見僅示出三個溝槽68。一個軸向側(cè)上的轉(zhuǎn)子與定子的平面表面40、69和另一個軸向側(cè)上的平面表面42、 71各自被軸向運行間隙X分隔開。由于運行間隙小，氣體從凹槽及溝槽68的泄露受到抑制，從而在轉(zhuǎn)子的每側(cè)上從泵送機構(gòu)的入口 M到出口沈形成氣體流動路徑70。因此，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，成形凹槽產(chǎn)生沿流動路徑流動的氣體渦流。定子溝槽68在其大部分范圍上是周向的但包括一段大體直的段72用于從一個溝槽到徑向的外溝槽導引氣體。所以，這些直段相似于常規(guī)再生式泵中所見的也起到將氣體從一個泵溝槽輸送到下一個的所謂“剝離器”段。所述成型凹槽20越過轉(zhuǎn)子的平面表面 69，如圖3中虛線所示。在已知的再生類型的泵送機構(gòu)中，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)通常是伸出轉(zhuǎn)子表面平面并與定子表面平面重疊的葉片。葉片布置成同心圓，其伸到與轉(zhuǎn)子同心圓對準的定子的溝槽內(nèi)。當這種現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，葉片引起沿流動路徑壓縮氣體的氣體渦流。葉片或轉(zhuǎn)子的葉片支撐構(gòu)件與溝槽之間存在徑向間隙，其控制氣體從流動路徑泄露。泵的操作導致泵的零件溫度上升，不過轉(zhuǎn)子的溫度上升通常大于定子的溫度上升。溫度的上升導致轉(zhuǎn)子與定子最明顯地在徑向上膨脹。由于轉(zhuǎn)子膨脹程度與定子不同，轉(zhuǎn)子葉片或葉片支撐構(gòu)件與定子之間的徑向間隙必須足夠大以適應(yīng)不同的膨脹率，使得轉(zhuǎn)子葉片或葉片支撐構(gòu)件不與定子發(fā)生接觸。因此不可避免地，徑向間隙相對大，從而允許氣體從流動路徑泄露。在本實施例中，轉(zhuǎn)子和定子的平面表面40、69與42、71之間的軸向運行間隙X控制流動路徑的密封(即，流動路徑的相繼圓或匝之間)。圖1中更清楚地示出此布置，其中示出三個匝(wrap)。由于軸向間隙小，優(yōu)選為小于50 μ m、更優(yōu)選為在8 μ m到30 μ m的范圍內(nèi)，并最優(yōu)選為約15 ym，所以從所述機構(gòu)的徑向外部的高壓溝槽到由其徑向向內(nèi)的低壓溝槽的氣體泄露受到抑制。在當前布置中，氣體軸承能夠提供足夠小的軸向運行間隙，使得從流動路徑的泄露小得可以接受。此外，轉(zhuǎn)子與定子在軸向方向上沒有重疊。因此，轉(zhuǎn)子與定子之間在徑向方向上任何有差異的膨脹都可以在不增加泄露的情況下被容易地適應(yīng)， 因為在徑向方向上的膨脹不影響定子與轉(zhuǎn)子之間的軸向間隙X。有差異的徑向膨脹可能導致定子溝槽與轉(zhuǎn)子同心圓之間的小的錯位，但這樣的錯位不會明顯影響到泵送。在轉(zhuǎn)子表面內(nèi)設(shè)置凹槽而不是從表面軸向伸出葉片的另一個好處是凹槽更易于制造，比如通過銑削或鑄造。而且，轉(zhuǎn)子和定子表面可以機加工、研磨或拋光成具有相對高表面平面度的平坦表面以及高的公差等級。這允許轉(zhuǎn)子和定子的相關(guān)表面在泵操作期間在近距離內(nèi)無碰撞地經(jīng)過?，F(xiàn)在將參考圖4與5更詳細地描述形成在轉(zhuǎn)子內(nèi)的凹槽，所述圖分別示出凹槽的
第一與第二示例。圖如示出沿圖4b所示中心線C穿過轉(zhuǎn)子凹槽20的圓66所取的剖面。圖4b示出轉(zhuǎn)子的圓66的平面圖。凹槽的形狀設(shè)置成使得在使用時它們沿流動路徑70在氣體渦流的流動方向上向氣體施以動量。也就是說，凹槽與沿流動路徑70的氣體相互作用以在流動路徑內(nèi)產(chǎn)生并保持氣體渦流。除了產(chǎn)生及保持渦流，凹槽和氣體的相互作用還壓縮氣體，增加渦度或氣體沿流動路徑旋繞的速度。如圖4所示，凹槽20大致由轉(zhuǎn)子12的平面表面40之一內(nèi)的不對稱切口形成。 相對于旋轉(zhuǎn)方向R，凹槽具有導行部分72與隨行部分74。導行部分是通過從傾斜的導行邊緣76逐漸增加凹槽的深度D而形成的。就此而言，導行邊緣76對平面表面40成約 30° (+/-10° )角。隨行部分是通過相對陡峭地減小深度D至隨行邊緣78而形成的。隨行部分與導行部分成近似直角并與平面表面40成約60° (+/-10° )角。隨行部分76形成彎曲表面，所述彎曲表面相對于方向R轉(zhuǎn)過約180°并一般近似于渦流內(nèi)氣體流的改變方向。在點“a”與點“b”之間沿中心線C的距離與垂直于中心線“C”的凹槽寬度之間的比率是約0.7:1。在使用中，轉(zhuǎn)子在方向“R”上旋轉(zhuǎn)而氣體在導行邊緣76的點“a”處進入凹槽。在點“a”處，渦流的流動方向大體平行于彎曲表面74和隨行部分(約30° ) 二者。圖4b中的箭頭表示“空氣流入葉片腔體”的流動方向。彎曲隨行部分74的角度與導行部分72的角度增加了進入凹槽的氣體量，因為它與氣體在渦流內(nèi)的流動方向互補。凹槽中的氣體在彎曲隨行部分74周圍受引導。從圖4b中的平面圖可見，氣體轉(zhuǎn)過約90-180°，從而當氣體流出凹槽時，氣體以與其進入凹槽時成直角或相反的方向流動。此外，當氣體接近隨行部分的退出點“b”時氣體轉(zhuǎn)得更快，由此對氣體施加動量并沿流動路徑70壓縮氣體。隨著氣體沿隨行部分74流動，導行部分72逐漸增加深度，直至其達到點“d”處的凹槽最深部分。圖5中示出凹槽的第二個示例。圖如示出凹槽的平面圖。圖恥示出沿轉(zhuǎn)子和定子的中心線C所取的剖面。圖5c示出穿過凹槽與溝槽沿垂直于中心線C的線所取的剖面。不像圖4中所示的凹槽，圖5中所示的凹槽是對稱的。凹槽20大致由轉(zhuǎn)子12的平面表面40、42之一內(nèi)的對稱切口形成。凹槽具有導行部分78與隨行部分80。導行部分是通過從成角度的導行邊緣82逐漸增加凹槽深度而形成的。就此而言，導行部分與平面表面40成約30° (+/-10° )角。隨行部分80是通過相對陡峭地減小深度至隨行邊緣84而形成的。導行部分經(jīng)由彎曲表面平滑過渡到隨行部分中。隨行部分76形成彎曲表面，所述彎曲表面轉(zhuǎn)過約180°并大體近似于渦流內(nèi)氣體流動的改變方向。導行邊緣82與中心線C 成直角。在使用中，轉(zhuǎn)子在方向“R”上旋轉(zhuǎn)并且氣體在導行邊緣76處進入凹槽。渦流的流動方向是以約30°并大體平行于中心線C的角度進入凹槽。圖4b中的箭頭表示“進氣” 的流動方向。彎曲隨行部分的角度在入口處大體與流動方向?qū)?。凹槽?nèi)的氣體在彎曲隨行部分80周圍受導引。從圖4b中的平面圖可見，氣體轉(zhuǎn)過約180°，從而當氣體流出凹槽時，氣體以與其進入凹槽時大體相反的方向流動，由此對氣體施以動量時并沿流動路徑70 壓縮氣體。圖5c示出由凹槽20與定子溝槽68形成的導管內(nèi)的氣體渦流的流動方向。轉(zhuǎn)子和/或定子表面上的涂層能夠幫助減少磨損。在泵的開始階段里，隨著轉(zhuǎn)子自旋加快并達到運轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)子與定子的表面可能互相接觸并摩擦。當轉(zhuǎn)子以低于閾值水平的速度旋轉(zhuǎn)，軸向空氣軸承未起作用時，出現(xiàn)此摩擦。高于此閾值，空氣軸承提供足夠的 “抬升”以分開轉(zhuǎn)子與定子部件。通過提供經(jīng)硬化的和/或自潤滑的涂層，磨損量能夠受到控制或限制。此外，涂層能夠幫助防止受泵送氣體流內(nèi)所夾帶的微粒進入轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙縫隙。由于轉(zhuǎn)子與定子部件之間相對小的縫隙，這被認為是一個特定的問題。如果某一直徑或大小的灰塵微?；蝾愃莆锬軌蜻M入此縫隙，則它們就可能起到磨料的作用而使泵部件受到過度磨損。最糟的情況下泵可能會卡住。設(shè)想了許多合適的涂層，不過涂層材料可以是鎳PTFE基質(zhì)、陽極氧化鋁、碳基材料或其組合中的任何一種。而且，碳基材料可以是通過化學汽相沉積(CVD)過程沉積的人造金剛石材料或類金剛石材料(DLM)中的任一種。轉(zhuǎn)子定子上的涂層不必是相同的材料， 可以選擇不同的涂層以利用每種涂層的特性。例如，定子部件可以使用自潤滑涂層來涂覆， 而轉(zhuǎn)子使用類金剛石材料來涂覆。在圖1所示的實施例中，再生式泵送機構(gòu)11與上游分子牽引泵送機構(gòu)90串聯(lián)。 該實施例中的分子牽引泵送機構(gòu)90包括Siegbahn泵送機構(gòu)，所述Siegbahn泵送機構(gòu)包括安裝在軸向軸14上用于相對于定子旋轉(zhuǎn)的大體盤形轉(zhuǎn)子92。定子由設(shè)置在轉(zhuǎn)子盤92的每個軸向側(cè)上的定子部分94、96構(gòu)成。每個定子部分包括朝轉(zhuǎn)子盤延伸并限定出多個螺旋溝槽100的多個壁98。由于氣體軸承觀支撐再生式泵送機構(gòu)的轉(zhuǎn)子且再生式泵送機構(gòu)與 Siegbahn泵送機構(gòu)都安裝到軸14，所以氣體軸承對Siegbahn機構(gòu)的轉(zhuǎn)子提供軸向支撐。在使用中，穿過Siegbahn機構(gòu)的流動路徑使用箭頭示出，其在轉(zhuǎn)子的第一或上軸向側(cè)上徑向向外地通過并沿轉(zhuǎn)子的第二或下軸向側(cè)徑向向內(nèi)地通過。
轉(zhuǎn)子相對于定子的徑向位置受軸承30控制，所述軸承30是被動磁性軸承。如上面所提到的，軸承布置都是無接觸的干軸承，尤其適合于干泵環(huán)境。再生式泵送機構(gòu)11與Siegbahn泵送機構(gòu)的組合提供一種真空泵，其能夠每小時泵送10立方米并且仍比現(xiàn)有泵相對更小。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離所請求保護發(fā)明的范圍的情況下將會設(shè)想到本發(fā)明的備選實施例。例如，通孔25可包括布置成貫穿轉(zhuǎn)子的一系列孔。其他孔可以位于相對徑向靠外的位置以提供氣壓能夠在轉(zhuǎn)子任一側(cè)上平衡的其他方式。備選地，如果在轉(zhuǎn)子上存在壓力差，則可以在定子內(nèi)設(shè)置橫向供給的溝槽以允許轉(zhuǎn)子一側(cè)上的氣體流到轉(zhuǎn)子的另一側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種再生式泵轉(zhuǎn)子，包括能安裝到軸向軸上用于相對于泵定子旋轉(zhuǎn)的大體盤形泵轉(zhuǎn)子，所述泵轉(zhuǎn)子具有第一與第二表面，所述第一與第二表面每個上具有形成同心圓的一系列成形凹槽并構(gòu)造成面對在定子的表面內(nèi)形成的定子溝槽，其中，在使用期間，每個同心圓與定子溝槽的一部分對準從而形成在真空泵的入口與出口之間延伸的一段氣體流動路徑， 并且所述氣體流動路徑被所述轉(zhuǎn)子分開使得氣體能夠沿所述第一與第二表面同時流向所述出口。
2.一種包括再生式泵送機構(gòu)的泵，所述再生式泵送機構(gòu)包括安裝在軸向軸上用于相對于定子旋轉(zhuǎn)的大體盤形泵轉(zhuǎn)子，所述泵轉(zhuǎn)子具有第一與第二表面，所述第一與第二表面每個上具有形成同心圓的一系列成形凹槽，及在面對所述泵轉(zhuǎn)子的第一或第二表面之一的定子的表面內(nèi)形成的定子溝槽，其中，每個同心圓與定子溝槽的一部分對準從而形成在所述泵的入口與出口之間延伸的一段氣體流動路徑，并且所述泵轉(zhuǎn)子將此段流動路徑分成子段使得氣體能夠沿任何子段同時流向所述出口。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述第一與第二表面位于所述泵轉(zhuǎn)子的任一側(cè)上，并且第一與第二定子溝槽面對所述泵轉(zhuǎn)子的第一與第二表面中的各自一個，由此分別限定第一與第二流動路徑子段。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，由所述第一定子溝槽限定的第一流動路徑子段與由所述第二定子溝槽限定的第二流動路徑子段被布置為泵送相同體積的氣體。
5.如權(quán)利要求3或4所述的設(shè)備，其中，所述第一與第二流動路徑子段被布置為在相同的徑向方向上引導氣體。
6.如權(quán)利要求3，4，或5中任一項所述的設(shè)備，其中，所述第一與段流動路徑子段每個都布置為引導氣體從所述泵轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑向位置到外徑向位置。
7.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述泵轉(zhuǎn)子與所述定子的相面對表面之間的軸向運行間隙影響所述流動路徑的相鄰部分之間的或相鄰流動路徑子段之間的密封。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述軸向運行間隙為以下任一個小于30μπκ小于20 μ m，或約8 μ m。
9.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，還包括軸向氣體軸承轉(zhuǎn)子部件，其布置成與氣體軸承定子部件協(xié)作，用于在泵操作期間控制所述轉(zhuǎn)子與泵的定子之間的所述軸向運行間隙。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述軸向氣體軸承部件的一部分與所述第一表面在同一平面內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述第一與第二表面是平面。
12.如權(quán)利要求1，2或11所述的設(shè)備，其中，所述第一第二表面相互平行。
13.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)子具有布置成垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的徑向?qū)ΨQ軸線。
14.如前述任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述第一或第二表面的至少一部分使用比泵轉(zhuǎn)子材料更堅硬的材料涂覆。
15.如權(quán)利要求14所述的真空泵，其中，所述涂覆材料是鎳PTFE基質(zhì)、陽極氧化鋁、碳基材料或其組合中的任一種。
16.如權(quán)利要求15所述的真空泵，其中，所述碳基材料是化學汽相沉積所沉積的人造金剛石或類金剛石材料中的任一種。
17.如權(quán)利要求1或2所述的真空泵，其中，所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是對稱的。
18.如權(quán)利要求1或2所述的真空泵，其中，所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是非對稱的。
19.如權(quán)利要求18所述的真空泵，其中，所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有導行部分和隨行部分以及相對于所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的寬度尺寸傾斜的導行邊緣。
20.如權(quán)利要求19所述的真空泵，其中，所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)被布置成使得，在使用期間，氣體在所述導行部分內(nèi)的第一點處進入所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)并在所述隨行部分內(nèi)的第二點處退出， 并且其中，所述第一和第二點之間的距離相對于所述寬度尺寸的比率是0.7:1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包括再生式泵送機構(gòu)的泵，所述再生式泵送機構(gòu)具有安裝在軸向軸上用于相對于定子旋轉(zhuǎn)的大體盤形泵轉(zhuǎn)子。所述轉(zhuǎn)子具有第一與第二表面，所述第一與第二表面每個上具有形成同心圓的一系列成形凹槽，及在面對所述轉(zhuǎn)子的第一或第二表面之一的定子的表面內(nèi)形成的定子溝槽。每個同心圓與定子溝槽的一部分對準從而形成在所述泵的入口與出口之間延伸的一段氣體流動路徑，并且所述轉(zhuǎn)子將此段流動路徑分成子段使得氣體能夠沿任何子段、溝槽或轉(zhuǎn)子側(cè)同時流向所述出口。結(jié)果，受泵送的氣體沿所述轉(zhuǎn)子的兩個表面以并行方式流動。因而，該構(gòu)造能夠提供一種在所述轉(zhuǎn)子任一側(cè)的氣壓能夠大體相等或平衡的泵送機構(gòu)。
文檔編號F04D5/00GK102428279SQ201080021898
公開日2012年4月25日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者P. 肖菲爾德 N. 申請人:愛德華茲有限公司