技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
真空泵，尤其是
涡轮分子泵或用于
涡轮分子泵的
前级真空泵(Vorvakuumpumpe)，例如涡旋泵、螺杆真空泵、膜片式泵、
叶轮式回转泵、往复
活塞泵或摇杆式
活塞泵，该真空泵包括至少一个用于泵送气体经过真空泵的泵机构和尤其设计为同步
马达的、用于驱动泵机构的电动马达，其中，电动马达具有
定子和与定子共同作用的、能绕转动轴线转动的
转子，其中，转子具有由薄
钢板的叠片形成的芯和
永磁体，该永磁体围绕转动轴线布置在芯的内部。
背景技术
[0002] 这种类型的真空泵可由EP1265338B1已知。
[0003] 在由
现有技术公开的其他真空泵中，在电动马达的转子的外侧上，永磁体通过粘接紧固在转子磁轭的表面上。在快速转动的转子上，很高的离心
力作用到永磁体上，从而需要永磁体必须由紧箍件来保持。为了在电动马达的转子与定子之间的区域中提供用于紧箍件的空间，必须在转子与定子之间设置更大的有效气隙。这会导致对永磁体材料的更高的需求，并且在电动马达运行中还引起更高的
短路电流。此外，通过使用紧箍件产生更高的生产成本。
发明内容
[0004] 有鉴于此，有必要提供一种真空泵，其具有简单且成本低廉地制造的带有改善的特性的电动马达。
[0005] 该任务尤其通过如下方式来解决，即，通过如下方式改进开头提到的类型的真空泵，即，
薄钢板的叠片由至少一个
焊缝结合在一起，该焊缝布置在芯的区段的外侧上，该区段置于两个沿转子的转动方向来看相邻的永磁体之间。
[0006] 与根据开头提到的文献EP1265338B1的真空泵不同的是，焊缝因此沿径向方向来看不是置于布置在芯中的永磁体的磁极端面的中部之前，而是置于位于两个相邻的永磁体之间的芯区段的外侧上。通过焊缝在置于永磁体之间的芯区段的外侧上的布置，可以减小并且在最优的情况下可以避免由焊缝作用到转子永磁体的磁通上的干扰，由此改善了根据本发明的真空泵的电动马达的运行特性。
[0007] 优选地，焊缝平行于转动轴线地延伸。在此优选地，焊缝布置在设置在薄钢板的叠片中的、平行于转动轴线延伸的槽中。形成芯的由薄钢板构成的堆叠件通常通过如下形成，即，薄钢板沿着转动轴线来看彼此紧靠排列或堆叠。因此，薄板可以以最优的方式由焊缝结合在一起，其方式是：焊缝在芯或薄板堆叠件的外侧上平行于转动轴线地拉制。
[0009] 优选地，焊缝沿转子的转动方向来看布置在芯区段的外侧上的芯区段的中部。因此，焊缝在一定程度上居中地在两个相邻的永磁体之间延伸。因此，焊缝几乎不或在最优的情况下一点也不干扰转子永磁体的磁通。
[0010] 根据本发明的一种改进方案，在芯的每个区段的外侧上分别设置至少一个焊缝，该区段分别置于两个沿转子的转动方向来看相邻的永磁体之间。由此，形成芯的薄板叠片以最优的方式由焊缝结合在一起，而该焊缝不干扰转子永磁体的磁通。
[0011] 根据本发明的一种在此也被要求作为独立的发明而保护的设计方案，叠片的薄钢板，尤其在不使用焊缝的情况下，借助烤漆彼此粘结。由此，薄钢板可以特别良好地结合在一起。此外，在不具有焊缝的设计方案中，取消了焊缝对转子永磁体的磁通的干扰影响。优选地，薄钢板在形成叠片之前配设有烤漆并且在薄钢板组成叠片之后通过加热烤漆而彼此粘结。
[0012] 优选地，每个永磁体在芯的内部中布置在气体密封地封闭的容纳部中。因此，永磁体可以气体密封地封入在相应的容纳部中，并且因此受到保护免遭例如由于氢造成的脆化或例如由于由泵输送的
腐蚀性的气体造成的腐蚀。
[0013] 根据本发明的一种设计方案，转子沿转子的圆周方向来看具有预定数量的转子极，其中，每个转子极包括至少一个用于一个或多个永磁体的容纳部。
[0014] 通过永磁体在容纳部中的布置，嵌入或埋入永磁体。由此，即使在电动马达的转子的转速很高时，永磁体也能可靠地保持在容纳部中。因此，可以省去用于保持永磁体的紧箍件。此外，由于不必设置用于紧箍件的空间，电动马达的转子与定子之间的有效气隙可以保持得很小。这对电动马达的运行和效率，并且进而对真空泵的运行和效率产生有利影响。很小的有效气隙尤其导致很低的短路电流。
[0015] 根据本发明的一种改进方案，每个转子极都具有容纳部，转子极的所有永磁体嵌入在该容纳部中。与每转子极多个独立的容纳部相比，唯一的容纳部可以在制造技术上更简单地实现。然而，每个转子极也可以针对其每个永磁体而具有单独的容纳部。
[0016] 容纳部可以以如下方式定大小，即，沿转子的圆周方向来看，沿径向方向和/或沿轴向方向可以有至少两个永磁体并排地布置在容纳部中。在此，术语“径向方向”和“轴向方向”是参考电动马达的转子的转动轴线，即，径向方向在径向上远离转动轴线地延伸，而轴向方向沿着转动轴线延伸。
[0017] 布置在容纳部中的永磁体可以在复合结构中产生更高的
磁场，从而可以改善电动马达的效率。在此，永磁体沿径向和/或轴向方向的数量尤其也取决于马达大小和/或要达到的最大的马达转矩。
[0018] 薄钢板沿轴向方向或沿转动轴线的纵向方向来看可以布置在两个尤其由硅钢片构成的端部薄板之间。在几何结构上，端部薄板可以与同芯的薄钢板或转子薄板相同地设计，但是当薄钢板构成转子芯时，无需在端面中设置贯穿的留空部，这些留空部是用于永磁体的容纳部。
[0019] 端部薄板可以在容纳部靠外的端部上
覆盖和/或密封盖这些容纳部。因此，在使用端部薄板的情况下，布置在容纳部中的永磁体被封入并且得到保护，免遭脆化和腐蚀。
[0020] 根据本发明的一种改进方案，转子沿转子的圆周方向来看具有预定数量的转子极，其中，每个转子极包括其中至少一个永磁体，并且其中，每个转子极具有相应于里克特轮廓(Richter-Kontur)的外轮廓。在此，外轮廓相应于反余弦函数地延伸，从而在转子极与电动马达的定子之间得到至少近似正弦形的气隙磁通分布。在运行的电动马达中，这在定子侧的导体相中引起至少近似正弦形的感应
电压，这再次对电动马达的运行产生
正面影响。
[0021] 但是，转子也具有相应于圆形的外轮廓。在此，每个转子极的外轮廓相应于部分圆。
[0022] 根据本发明的一种为自身提出保护要求的改进方案，转子沿转子的圆周方向来看包括预定数量的转子极，其中，每个转子极包括至少两个永磁体，其中，相应的转子极的永磁体，尤其以
单层、双层、三层或多层V形的方式布置。由此，用于每个极的磁体可以集中，由此改善了电动马达的运行特性。
[0023] 根据分布式单层绕组的类型或根据分布式双层绕组的类型或根据齿形线圈绕组的类型的各个定子侧的电绕组束可以布置在定子上。
[0024] 根据本发明的一种改进方案，其中至少一个永磁体并且优选其中每个永磁体是
铁氧体，并且特别优选是硬
磁铁氧体，尤其是钡铁氧磁体或稀土磁体。
[0025] 其中至少一个永磁体并且优选其中每个永磁体可以在
磁性材料方面具有NdFeB或SmCo，尤其是SmCo5或Sm2Co17，或者由NdFeB或SmCo，尤其是SmCo5或Sm2Co17构成。
[0026] 其中至少一个永磁体并且优选其中每个永磁体可以具有起保护作用免遭尤其由于氢造成的脆化和/或免遭腐蚀的涂层。涂层可以具有金属层和/或合成材料层。优选地，合成材料层位于金属层之上。合成材料层优选可以是由环氧喷漆构成的层。金属层可以包括锌、钨、金、
银和/或
铝，或者由其中一种提到的金属构成。
[0027] 在转子芯的内部中可以设置有围绕转子转动轴线布置的凹部，通过该凹部减轻了转子的重量。优选地，凹部沿径向方向来看比用于永磁体的容纳部更靠内。优选地，每个凹部沿径向方向来看具有基本上三
角形的横截面。
[0028] 根据本发明的一种在此也被要求作为独立的发明而保护的设计方案，每个永磁体具有磁化方向，其中，至少一个永磁体的磁化方向不与参考转动轴线来看的径向方向平行地延伸，该径向方向至少近似地与永磁体的中心相交。
[0029] 优选地，所有永磁体以如下方式布置，即，它们的相应的磁化方向不与相应的径向方向平行地取向，该径向方向至少近似地与相应的永磁体的中心相交。
[0030] 因此，永磁体以如下方式布置在转子芯中，尤其在用于永磁体的相应的容纳部中，即，它们的磁化方向不与参考转子的转动轴线的径向方向平行地延伸。但是优选地，磁化方向在垂直于转子的转动轴线延伸的平面中延伸。在此，从永磁体的南极向北极延伸的方向被视为磁化方向。
[0031] 根据一种优选的改进方案，至少一个永磁体的磁化方向并且优选每个永磁体的磁化方向也可以以10度至170度之间，优选以25度至155度之间的角度相对于相应的径向方向布置。
[0032] 至少一个永磁体的磁化方向并且优选每个永磁体的磁化方向也可以以至少近似90度的角度相对于相应的径向方向取向。
[0033] 在根据本发明的真空泵的电动马达中，尤其当电动马达设计为同步机时，此外，由于很小的有效气隙和布置在转子芯的内部中的永磁体而可以实现具有相对于表面装配的永磁体的较小的电流的弱磁运行。在公知的弱磁运行中，通过永磁体产生的磁场通过定子的电激励的反向场削弱。弱磁运行的优点是，可以以恒定的机械输出功率实现相对更大的转速范围。
[0034] 此外，在根据本发明的真空泵的电动马达上有利的是，尤其由于埋入的永磁体，该电动马达可以利用所谓的磁阻力矩。
[0035] 电动马达的转子可以经由轴与泵机构的可运动的部分联接，其例如是涡轮分子泵或摇杆式活塞泵或螺杆真空泵或叶轮式回转泵的泵转子、往复活塞泵的泵活塞、涡旋泵的可运动的螺旋管或膜片式泵的泵膜片，以便将转子的旋转运动传递到泵机构的可运动的部分上。
[0036] 定子可以具有用于可转动地容纳转子的内部凹部，转子可转动地容纳在该内部凹部中。
[0037] 由于本案的真空泵中，焊缝沿径向方向来看不是置于布置在芯中的永磁体的磁极端面的中部之前，而是置于位于两个相邻的永磁体之间的芯区段的外侧上。通过焊缝在置于永磁体之间的芯区段的外侧上的布置，可以减小并且在最优的情况下可以避免由焊缝作用到转子永磁体的磁通上的干扰，由此改善了根据本发明的真空泵的电动马达的运行特性。
附图说明
[0038] 图1示出真空泵的横截面；
[0039] 图2示出根据本发明的真空泵的电动马达的定子和转子的径向横截面；
[0040] 图3示出根据本发明的另一
实施例的真空泵的电动马达的转子的径向横截面；
[0041] 图4示出根据本发明的另一实施例的真空泵的电动马达的转子的径向横截面；以及
[0042] 图5示出根据本发明的另一实施例的真空泵的电动马达的转子的径向横截面。
[0043] 主要元件符号说明
[0044] 22 真空泵
[0046] 26 泵入口
[0047] 30 壳体
[0048] 32 转子
[0050] 36 转子轴
[0051] 38 转子圆盘
[0052] 40 定子圆盘
[0053] 42 隔环
[0055] 46、48 霍尔维克转子套筒
[0056] 50、52 霍尔维克定子套筒
[0058] 56 永磁体轴承
[0059] 58、60 轴承半体
[0060] 62、64 磁环
[0061] 66 轴承间隙
[0062] 68 扣机轴承
[0064] 72 可抽吸的圆盘
[0065] 74 马达腔
[0067] 78 保护气体入口
[0068] 82 马达定子
[0069] 84 芯
[0070] 88 永磁体设施
[0071] 90 马达间隙
[0072] 92 紧固套筒
[0073] 94 封装件
[0074] 100 电动马达
[0075] 102 定子
[0076] 104 转动轴线
[0077] 106 转子
[0078] 107 芯
[0079] 107a 薄钢板
[0080] 107b 区段
[0081] 108 转子极
[0082] 109 焊缝
[0083] 110 容纳部
[0084] 112 永磁体
[0085] 114 外轮廓
[0086] 116 定子齿
[0087] 118 凹部
[0088] U 圆周方向
[0089] M 磁化方向
[0090] α 角度
具体实施方式
[0091] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
[0092] 图1中示出的真空泵22包括由入口法兰24包围的泵入口26以及多个泵阶梯部，其用于将泵入口26处的气体传输到图1中未示出的泵出口。真空泵22包括壳体30和布置在壳体中的转子32，其具有能绕
旋转轴线34转动地支承的转子轴36。
[0093] 泵22构造为涡轮分子泵，并且包括多个以起泵作用的方式彼此
串联联接的涡轮分子的泵级，其具有多个固定在转子轴36上的涡轮分子的转子圆盘66和沿轴向方向布置在转子圆盘38中间且紧固在壳体30中的定子圆盘40。定子圆盘40通过隔环70彼此保持有期望的轴向间距。
[0094] 此外，真空泵22包括三个沿径向方向交错地布置且以起泵作用的方式彼此串联联接的霍尔维克泵级。霍尔维克泵级的转子侧部分包括与转子轴36连接的转子轮毂44和两个固定在转子轮毂44上且由其承载的圆柱套形的霍尔维克转子套筒44、46，这些霍尔维克转子套筒同轴于旋转轴线34地定向并沿径向方向交错地嵌套。此外，设置有两个圆柱套形的霍尔维克定子套筒50、52，它们同样同轴于旋转轴线34地定向并且沿径向方向交错地嵌套。霍尔维克泵级的主动泵送的表面分别通过霍尔维克转子套筒46、48和霍尔维克定子套筒50、52的在构造狭窄的径向霍尔维克间隙的情况下彼此相对置的径向套面来形成。在此，其中一个主动泵送的表面分别平滑地构造(当前是霍尔维克转子套筒46或48的表面)，而霍尔维克定子套筒50、52的相对置的主动泵送的表面具有结构化件，其具有螺线形围绕旋转轴线34沿轴向方向延伸的凹槽，在这些凹槽中，在转子32旋转时推动并且由此泵送气体。
[0095] 在泵出口的区域中，通过
滚动轴承54以能转动的方式支承转子轴36，并且在泵入口26的区域中，通过永磁体轴承56以能转动的方式支承转子轴36。
[0096] 永磁体轴承56包括转子侧的轴承半体58和定子侧的轴承半体60，它们分别包括由多个沿轴向方向彼此相叠地堆叠的永磁环62、64组成的环形叠片，其中，磁环62、64在构成
径向轴承间隙66的情况下相对置。
[0097] 在磁体轴承56之中，设置有紧急轴承(Notlager)或扣机轴承68，其构造为未润滑的滚动轴承，并且在真空泵的正常运行中，无碰触的方式空转，并且首先在转子32相对定子过度地径向偏转时起作用，以便形成用于转子32的径向止挡，其防止了转子侧的结构件与定子侧的结构件的碰撞。
[0098] 在滚动轴承54的区域中，在转子轴36上设置有具有朝向滚动轴承54增大的外直径的圆锥形的顶端螺母70。顶端螺母70与包括多个彼此堆叠的可抽吸的圆盘72的运行介质
存储器的至少一个卸载器滑动
接触，该顶端螺母以运行介质，像例如用于滚动轴承54的
润滑剂浸湿。在真空泵运行中，运行介质通过毛细作用从运行介质存储器经由卸载器传递到旋转的顶端螺母70上，并且由于
离心力沿着顶端螺母70沿顶端螺母70的外直径变大的方向输送到滚动轴承54，在那里例如起到润滑的功能。
[0099] 真空泵22包括马达腔74，转子轴36延伸到该马达腔中。马达腔74在转子轴36进入的区域中通过迷宫式密封件76相对真空泵的
工作腔或汲取腔来密封。保护气体入口78可以实现保护气体进入到马达腔74中。
[0100] 在马达腔74中布置有真空泵22的构造为电动马达，尤其为同步马达的驱动马达。驱动马达用于转动地驱动转子32并且包括马达定子82，其等具有芯84和多个在图1中仅示意性地示出的线圈10，这些线圈固定在芯84的设置在芯84的径向内侧上的槽中。芯84由薄板叠片组成，该薄板体叠片具有多个沿轴向方向彼此堆叠的由软磁材料构成的薄板圆盘。
[0101] 驱动马达的也被称为动子或
衔铁的转子通过转子轴36形成，该转子轴延伸穿过马达定子82。在转子轴36的延伸穿过马达定子82的区段上，在径向外侧固定有永磁体设施88。在马达定子82与转子轴36的延伸穿过马达定子82的区段之间构造有径向马达间隙90，经由该径向马达间隙，马达定子82和永磁体设施88相互磁影响，用以传递驱动力矩。
[0102] 永磁体设施88沿轴向方向通过套装在转子轴36上的紧固套筒92固定在转子轴36上。封装件94在永磁体设施88的径向外侧上围绕它并且相对马达间隙90将它密封。
[0103] 根据本发明的真空泵的在图2中以径向横截面示出的电动马达100具有外置的定子102和与定子102共同作用的、能绕转动轴线104转动的转子106。转子106具有芯107，其通过由薄钢板107a构成的叠片形成，其中，在图2中以横截面示出薄钢板107a。薄钢板107a沿轴向方向，也就是说沿转动轴线104的纵向方向彼此紧靠排列，从而这些薄钢板形成叠片或芯107。薄钢板107a尤其是硅钢片。转子106沿转子106的圆周方向U来看具有预定数量的转子极108，其中，为每个转子极108在芯107的内部中设置容纳部110，在该容纳部中布置至少一个永磁体112。
[0104] 因此，永磁体112在芯107的内部中围绕转动轴线104地布置。在真空泵22的驱动马达中，永磁体设施88在径向外侧安装在转子轴36上并且由封装件94来包封，与该驱动马达不同的是，在电动马达100中，永磁体112因此埋入在芯107中或嵌入在其中。
[0105] 在图2中示出的实例中，转子极108的预订数量为六个转子极。在每个容纳部110中，沿转子106的圆周方向来看依次布置有两个永磁体112。未示出的是，沿轴向方向，也就是也转动轴线104的纵向方向来看，两个或多个永磁体112也可以分别并排地布置在相应的容纳部的110中。此外，再次参考转动轴线104，沿径向方向来看，两个或多个永磁体112可以设置在相应的容纳部110中，这同样未示出。
[0106] 每个转子极108具有外轮廓114，其相应于所谓的里克特轮廓。在此，外轮廓114至少近似呈反余弦函数的形状地延伸并且与定子102的内轮廓一起形成有效气隙，其可以实现尽可能正弦的气隙磁通
密度分布。
[0107] 为了减轻重量，在每个极108中设置凹部118。凹部118具有如图2所示的基本上三角形的横截面。
[0108] 永磁体112优选是铁氧磁体，尤其是钡铁氧磁体或稀土磁体。每个永磁体112还具有涂层，其保护该永磁体免遭尤其由于氢造成的脆化和/或腐蚀。
[0109] 此外，薄钢板或转子薄板107a沿轴向方向来看可以布置在两个同样例如可以由硅钢片构成的端部薄板之间(未示出)。通过两个端部薄板，容纳部110可以为了永磁体112在它们的轴向端部上气体密封地封闭。因此，永磁体112可以气体密封地包封在容纳部
110中，以便保护其免遭腐蚀和/或脆化。因此，可以无需各个永磁体的附加的涂层。
[0110] 在定子102的侧上设置有定子齿116，它们径向向内凸出。以公知的方式在定子侧设置电绕组束，它们由定子齿根据齿状线圈绕组的类型来承载(未示出)。
[0111] 代替参考图1所述的驱动马达，图2的电动马达100可以装入在图1的真空泵22的马达腔74中。在此，转子106与转子轴36联接，从而转子轴36可以借助转子106来驱动。由此，形成如下的真空泵，其电动马达100具有转子侧的永磁体112，它们布置在转子106的内部并且因此埋入或嵌入在转子106中。
[0112] 在图2的电动马达100中，芯107具有区段107b，它们置于两个沿转子106的转动方向或圆周方向U来看相邻的永磁体112之间。在这些区段107b的外侧上，焊缝109分别沿与转动轴线104平行的方向延伸。在此，焊缝109以居中对齐的方式是装在相应的区段107b上。然而，它们也能偏离中心地布置。通过焊缝109将彼此紧靠排列的薄钢板结合在一起，从而芯107形成由薄钢板107a构成的牢固的设施。附加或替选于焊缝109，薄钢板
107a可以借助烤漆彼此粘结。
[0113] 在图3至图5中示出转子106的其他变型方案。在此，每个永磁体112以其磁化方向M来标示，其中，磁化方向M是从相应的永磁体112的南极指向北极的方向。在图3至图5示出的变型方案中，永磁体112以如下方式嵌入在芯107中，即，每个永磁体112的磁化方向M不与参考转动轴线104来看相应的径向方向R平行地延伸，该径向方向至少近似与相应的永磁体112的中点相交。这一点在图3至图5中针对永磁体112示例性地说明。
[0114] 每个永磁体112的磁化方向M尤其以角度α倾斜于相应的径向方向R，其中，角度α在10度至170度的范围内，优选在25度至155度的范围内。
[0115] 如在图5的变型方案中示出的那样，角度α也可以至少近似为90度。
[0116] 在图3至图5的变型方案中，如参考图2所述的那样，同样至少一个焊缝可以布置在芯107的区段的外侧上，该1置于两个沿转子106的转动方向相邻的永磁体112之间，以便使形成芯107的薄板叠片结合在一起。替选或补充地，叠片的薄板可以借助烤漆彼此粘结。
[0117] 在图3的变型方案中设置的是，两个沿转子转动方向相邻的永磁体112分别形成转子极108。因此，图3的转子106是6极的。在图3的变型方案中，相应的极108的永磁体112以V形的方式嵌入到芯107中。
[0118] 在图4的变型方案中，四个永磁体112分别形成转子极108，从而图4同样是处6极的转子106。在此，极108的永磁体112(沿径向方向来看)以两层的V形的方式布置，如图4所示的那样。
[0119] 通过相应的极108的永磁体112的V形的布置，每个极108的磁通在转子106与定子102(参见图2)之间的气隙中可以集中在永磁体112之间的区域中，由此可以进一步改善电动马达的运行特性。
[0120] 图1中示出的真空泵22构造为涡轮分子泵。但是，具有根据图2至图5的转子的电动马达也可以使用在其他的泵类系中，例如在相对于涡轮分子泵的
前级泵中。
[0121] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
