技术领域
背景技术
[0002] 涡轮分子泵装置被构造为通过
电机来驱动设置有回转
叶片的
转子，以使转子相对于
定子叶片高速转动，由此抽空气体分子，并且涡轮分子泵装置与各种类型的
真空处理装置一起使用。这种涡轮分子泵的示例包括设置有用于冷却电机主体和电源单元的
水冷却结构的涡轮分子泵（例如，
专利文献1）。
[0003] 引用列表
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1：日本特开2006–274960号
公报发明内容
[0006] 技术问题
[0007] 水冷却结构适合于局部地冷却限定的部分（具有容易冷却的形状的部分）。然而，当欲使水冷却结构冷却诸如涡轮分子泵的电源单元等相对大的区域时，仅仅设置水冷却机构将导
致冷却不充分。也可以想到使用与水冷却机构接合的冷却
风扇单元。然而，考虑到风扇的短服务寿命，采用
冷却风扇单元是不适当的。
[0008] 问题的解决方案
[0009] 根据本发明的涡轮分子泵装置包括：涡轮分子泵主体；电源单元，其驱动所述涡轮分子泵主体；以及水冷却单元，其设置于所述涡轮分子泵主体和所述电源单元之间，其中设置在所述电源单元的壳体中的组件被分类成需要强冷却的需强冷却的组件、需要中等冷却的需中等冷却的组件以及基本不需要冷却的无需冷却的组件，所述需强冷却的组件配置于用于通
过热传递至所述水冷却单元来冷却的第一空间，所述需中等冷却的组件配置于用于通过热传递至所述壳体的内表面来冷却的第二空间，以及所述无需冷却的组件配置于用于通过所述壳体内的热
辐射或局部
对流来冷却的第三空间。
[0010] 优选的是，所述需强冷却的组件在所述第一空间中被安装于第一
基板，所述第一基板与所述水冷却单元相
接触，所述需中等冷却的组件被安装于第二基板，所述第二基板与所述壳体的所述内表面相接触，以及所述无需冷却的组件被安装于第三基板，所述第三基板配置于所述第一基板和所述第二基板之间的所述第三空间中。
[0011] 当所述需强冷却的组件绝缘时，优选的是，所述需强冷却的组件在所述第一空间中被安装成与所述水冷却单元相接触。当所述需中等冷却的组件绝缘时，优选的是，所述需中等冷却的组件在所述第二空间中被安装成与所述壳体的内表面相接触。
[0012] 当所述需强冷却的组件不绝缘时，优选的是，所述需强冷却的组件在所述第一空间中被安装成经由绝缘片与所述水冷却单元相接触。当所述需中等冷却的组件不绝缘时，优选的是，所述需中等冷却的组件被安装成经由绝缘片与所述壳体的所述内表面相接触，所述绝缘片与所述壳体的所述内表面相接触。
[0013] 优选的是，安装有所述无需冷却的组件的所述基板由玻璃
纤维增强环
氧或酚
醛树脂构成，以及由玻璃纤维增强环氧或
酚醛树脂构成的所述基板被所述水冷却单元或所述第一基板
支撑，使得所述第三基板配置于与所述第一基板和所述第二基板相分离的
位置。
[0014] 当所述涡轮分子泵主体包括定子叶片、回转叶片、使所述回转叶片转动的转子及驱动所述转子的转子电机时，那么所述电源单元包括电源系统
电路，所述电源系统电路包括驱动所述转子电机的三相逆变器、控制所述逆变器的电源装置、将所述转子电机的再生电
力转换成热的
再生制动电阻器等。所述三相逆变器和所述电源装置作为所述需强冷却的组件可以配置于所述第一空间，以及所述再生制动
电阻器可以配置为与所述水冷却单元相接触。
[0015] 当所述涡轮分子泵主体包括定子叶片、回转叶片、使所述回转叶片转动的转子及驱动所述转子的转子电机时，那么所述电源单元包括电源系统电路，所述电源系统电路包括驱动所述转子电机的三相逆变器、控制所述逆变器的电源装置、将所述转子电机的再生电力转换成热的再生制动电阻器等。所述三相逆变器和所述电源装置作为所述需强冷却的组件可以在所述第一空间中配置于第一基板，以及所述再生制动电阻器可以配置为与所述水冷却单元相接触。
[0016] 对于安装有三相逆变器和电源装置的第一基板，可以使用诸如金属基基板、具有金属芯的基板及使用具有高导热性的陶瓷（像氮化
铝）的陶瓷基板等高导热基板。在这种情况下，再生制动电阻器可以是环状的，所述高导热第一基板可以配置于环状的所述再生制动电阻器的内侧。
[0017] 对于再生制动电阻器，可以使用护套加热器。
[0018] 在任何上述涡轮分子泵设备中，所述涡轮分子泵主体可以包括入口侧的泵主体壳体和出口侧的基体壳体，所述泵主体壳体和所述基体壳体在它们的凸缘处用
螺栓相连接。此外，所述水冷却单元包括设置有
冷却水用的管道的平板状的水冷却夹套。所述基体壳体用螺栓经由所述基体壳体的凸缘被连接至所述水冷却夹套的上侧（上面），使得所述水冷却夹套的外周部被装配于所述电源单元的所述壳体的开口端，并且用螺栓连接至所述开口端，使得能够防止所述水冷却夹套转动。
[0019] 本发明的有益效果
[0020] 根据本发明，在不使用任何冷却风扇单元的情况下，可以有效地冷却构成电源单元的每个组件。
附图说明
[0021] [图1]涡轮分子泵装置的外视图。
[0022] [图2]示出水冷却夹套的图，其中，（a）为俯视图，（b）为主视图，（c）为仰视图。
[0023] [图3]示出电源单元的壳体的图，其中，（a）为俯视图，（b）为主视图。
[0024] [图4]沿图3中的线IV–IV的截面图。
[0025] [图5]沿图3中的线V–V的截面图。
[0026] [图6]沿图3中的线VI–VI的截面图。
[0027] [图7]示出夹套主体和电源单元的壳体之间的装配结构的图。
[0028] [图8]示出控制单元14的细节的方
框图。
[0029] [图9]（a）是示出壳体140的内部的截面图，（b）是装置的沿线b–b的截面图。
[0030] [图10]用于说明
支架的图，利用该支架将护套加热器安装于冷却装置。
[0031] [图11]示出需要强冷却的组件、需要中等冷却的组件、不需要冷却的组件及安装各组件的基板的图。
[0032] [图12]示出如何支撑安装有不需要冷却的组件的基板的图。
具体实施方式
[0033] 参照图1至10，说明根据本发明的实施方式的涡轮分子泵装置。涡轮分子泵装置被构造为通过电机来驱动设置有回转叶片（rotary vane）的转子，以使转子相对于定子叶片高速转动，由此抽空气体分子。该类型的涡轮分子泵装置与不同类型的真空处理装置一起使用。
[0034] 图1示出根据本发明的实施方式的涡轮分子泵装置10的外视图。涡轮分子泵装置10包括进行抽空的泵主体11、基体（base）12、冷却单元13及驱动和控制泵主体11的电源单元14。泵主体11具有公知的结构并且省略其详细说明。泵主体11主要包括：旋转体，其包括具有回转叶片的转子和回
转轴；定子叶片，其与回转叶片配合工作；以及电机，其驱动旋转体转动。用构成五轴磁
轴承的磁体非接触地支撑旋转体。由
磁轴承可转动地、磁悬浮的回转体被电机驱动，以高速转动，由此使回转叶片相对于定子叶片以高速转动，由此从被连接至入口11Q的真空处理设备（未示出）抽吸气体分子并且从连接至背侧端口（back port）的出口12H抽空气体分子。
[0035] 冷却单元13设置于泵主体11和电源单元14之间，并且冷却电源单元14中的发热构件、主要为电机驱动电路的电学组件。如图2所示，冷却单元13包括：夹套主体13a，其内形成有冷却水管道；以及冷却水入口13b和冷却水出口13c，它们用于使来自泵（未示出）的冷却水通
过冷却水管道循环。
[0036] 泵主体11设置有壳体110。在图1中，壳体110在上侧和下侧设置有连接凸缘110UF、110LF。基体12设置有壳体120。在图1中，壳体120在上侧和下侧设置有连接凸缘
120UF、120LF。壳体110、120被称为
泵壳体。泵主体11的上连接凸缘110UF用螺栓11B连接至真空处理装置（未示出）的出口。泵主体11的下连接凸缘110LF用螺栓12B连接至上连接凸缘120UF。基体12的下连接凸缘120LF配置于冷却单元13的上侧13US上。冷却单元13用螺栓13B紧固于基体12的下侧。冷却单元13的下侧抵靠电源单元14的壳体140的上端，壳体140用螺栓14B紧固于冷却单元13。
[0037] 如图2所示，夹套主体13a呈大致八边形的平板的形式，并且在底部设置有具有大致八边形的平面形状的凸部（terrace portion）13e。在夹套主体13a的外周部的每个预定
角位置设置突起部13f。每个突起部13f设置有用于紧固电源单元的壳体140的孔13g。在凸部13e上设置有与泵的转动轴线同心的
螺纹孔13h。如图1所示，夹套的上侧13US被配置成抵靠抽空单元12的壳体120的下连接凸缘120LF并且螺栓13B被螺纹固定于
螺纹孔13h中，因而将夹套主体13a紧固于壳体120。通过将电源单元壳体140配置成电源单元壳体140的上侧抵靠夹套主体13a的背侧13LS以及通过将螺栓14B装配于电源单元壳体
140的螺纹孔中，而将电源单元14紧固于夹套主体13a。
[0038] 参照图3，说明电源单元壳体140。电源单元壳体140形成为具有底（参照图4）的八边形管。如图5和图6的放大图所示，在电源单元壳体140的开口端14a设置有沿着电源单元壳体140的全周的大致八边形的台阶部14b。在开口端14a的外周部的每个预定角位置设置突出部14c。每个突出部14c设置有用于将电源单元壳体140紧固于夹套主体13a的螺纹孔14d。如图7所示，夹套主体13a的凸部13e嵌合到台阶部14b。也就是，冷却单元13的凸部13e的八边形形状的周向部被嵌合到大致八边形形状的台阶部14b。
[0039] 参照图8，说明电源单元14。从一次电源15向电源单元14供给交流电力，交流电被输入至AC/DC转换器14a。通过
电压传感器14b来检测输入交流电力的电压。AC/DC转换器14a将从一次电源15供给的交流电力转换成直流电力。从AC/DC转换器14a输出的直流电力被输入至DC/DC转换器14d和用于
驱动电机16的三相逆变器14c。通过电压传感器14e来检测被输入至DC/DC转换器14d的直流电力的电压。DC/DC转换器14d的输出被输入至通过PWM控制等控制三相逆变器14c的逆变器控制电路14f及控制磁轴承17的磁悬浮的磁轴承控制单元14g。
[0040] 磁轴承控制单元14g包括执行轴承控制的控制单元141g和基于控制单元141g所计算的控制
信号而供给励磁
电流至磁轴承17的励磁
放大器142g。
[0041] 转数传感器19所检测的转子20的转数被输入至逆变器控制电路14f，逆变器控制电路14f基于输入的转子的转数来控制三相逆变器14c。符号14h表示用于消耗再生过剩电力的再生制动电阻器（护套加热器），在转子减速时，利用再生制动电阻器14h消耗再生电力。通过利用晶体管控制电路14i控制晶体管14j的开/闭来控制流过再生制动电阻器14h的电流的开/闭。符号14k表示用于防止再生时电力的逆流的
二极管。
[0042] 图9是示出电源单元14的基板和元件的具体配置的图。图9（a）呈现出夹套主体13a和电源单元14的纵向截面。图9（b）呈现出沿（a）中线b–b的截面图。电机驱动电路单元是将电力供给至电机的大电力单元。电机驱动电路单元包括作为再生时的发热装置的再生制动电阻器14h，因此将电机驱动电路单元配置在冷却单元13的正下方。
[0043] 如图8所示，电源单元14包括电机驱动电路单元和磁轴承控制单元，如图9（a）所示，电源单元14的不同组件分散地配置于多个基板81至83。根据本实施方式，这些组件取决于发热量和耐高温性，被分类成三组，即需强冷却的组件50、需中等冷却的组件60及无需冷却的组件70。这些组件分别配置于不同的基板81至83。
[0044] 需强冷却的组件50是需要强冷却的组件。如图11所示，需强冷却的组件50例如包括产生大约5W以上的热的电源装置51或电阻器52、电力线圈
变压器53、大
电解电容器等。需中等冷却的组件60是需要冷却但与需强冷却的组件不同、不需要强冷却的组件。需中等冷却的组件60包括产生小于大约5W的热的电源元件61和一定程度耗电的
电子电路组件62。无需冷却的组件70包括分别消耗少量电力的晶体管71、电阻器/电容器72、IC73等，并且基本上不需要冷却。
[0045] 安装有需强冷却的组件50的基板81是高导热基板。在安装有组件的一侧设置有绝缘膜，通过绝缘膜配置组件50和布线。高导热基板81在环状再生制动电阻器14h内被固定于夹套主体13A，使得基板的背侧面（与组件安装侧相反的一侧）与冷却单元13的夹套主体13A的下侧几乎完全接触。因此，需强冷却的组件50可以通过高导热基板81被冷却单元13很好地冷却。对于特别地需要强冷却的组件50，导热复合物50A设置于组件50和基板81的组件安装侧之间，以进一步提高冷却的效率。
[0046] 安装有需中等冷却的组件60的基板82是高导热基板，并且基板82的组件安装侧设置有绝缘膜。组件60和布线图案配置于绝缘膜。基板82的背侧（与组件安装侧相反的一侧）被固定，使得基板82的背侧与电源单元壳体140的底侧几乎完全接触。因此，在需中等冷却的组件60中产生的热通过高导热基板82和电源单元壳体140被有效地散至外部空气。尽管需中等冷却的组件60的绝对冷却效率比需强冷却的组件50的绝对冷却效率低，但是能达到用于需中等冷却的组件60的充分冷却。
[0047] 安装有无需冷却的组件70的基板83由玻璃纤维增强环氧或酚醛树脂（glass epoxy or phenol resin）制成。基板83配置于高导热基板81和高导热基板82之间，基板83与高导热基板81和高导热基板82相分离。例如，如图12所示，基板83可以通过诸如大头螺栓（stud bolt）等支撑构件91被支撑于高导热基板81。基板83可以被支撑于水冷却夹套主体13A而不是高导热基板81。基板83不是高导热基板，并且配置于未预期这些无需冷却的组件70大量
散热的位置。然而，由于组件70是不需要冷却的组件，因此不会产生问题。应当注意的是，如果在无需冷却的组件70和周围构件之间存在
温度梯度，那么无需冷却的组件70利用热辐射或利用通过局部对流的热传导而被冷却。
[0048] 如上所述，电源单元14的组件被分类成需强冷却的组件50、需中等冷却的组件60及无需冷却的组件70。需强冷却的组件50配置于第一空间，在该第一空间中通过热传递至水冷却单元13来冷却组件，需中等冷却的组件60配置于第二空间，在该第二空间中通过热传递至壳体140的内表面来冷却组件，无需冷却的组件70配置于第三空间，在该第三空间中利用热辐射或利用通过壳体140中局部对流而热传递至周围构件来冷却组件。因此，需要冷却的组件可以取决于需要冷却的程度而被有效地冷却，从而不需要安装冷却风扇。
[0049] 特别地，在根据上述实施方式的电源单元14中，需强冷却的组件50和需中等冷却的组件60被分别安装于高导热基板，基板被配置成与水冷却单元13或壳体140的内表面相接触，以通过热传递冷却基板。因此，至此，仅需要将已配置有组件的基板配置成与水冷却单元13或壳体140的内表面接触，由此便于有效的装配工作。
[0050] 图10（b）示出再生制动电阻器14h的外视图。图10（a）是安装支架的立体图。再生制动电阻器14h可以是例如护套加热器，护套加热器形成为具有与夹套主体13a的底部的轮廓相对应的形状的C形环。再生制动电阻器14h的一个
端子用
电缆CA1连接至AC/AC转换器的正极线，再生制动电阻器14h的另一个端子用电缆CA2连接至晶体管14i的集
电极引线。
[0051] 如图10（a）所示，安装孔设置于安装支架21的上凸缘21UF。通过插通安装孔并且螺纹固定于夹套主体13a的螺纹孔中的螺栓（未示出）来将安装支架21固定于夹套主体13a。安装支架21具有比电源单元壳体140的内径和夹套主体13a的外径稍小的外径。如图9（a）所示，安装支架21沿被连接至夹套主体13a的电源单元壳体140的开口端的内周部设置于内部区域。护套加热器14h配置于U形截面的底面，使得护套加热器14h围绕安装支架21并且用固定部件（未示出）固定于安装支架21。如上所述，护套加热器14h被配置成沿如下端部的内周部延伸：壳体140在该端部接触冷却单元13。换言之，在配置护套加热器14h之前，护套加热器14h形成为与壳体140的内周部的形状相对应的形状。配置有护套加热器14h的空间是不能配置电机驱动单元、磁轴承控制单元等的基板和元件的空间。因此，可以提高电源单元壳体140内的各种元件的布局的空间利用效率，这有助于电源单元14的小型化。
[0052] 因为再生制动电阻器14h通过由导热材料制成的支架21安装于冷却单元13，因此当再生制动运行时产生的热被转移至冷却单元13。因此，可以抑制温度过度的增长。
[0053] 注意的是，可以通过使用沿护套加热器14h的轮廓以预定间隔被固定于夹套主体13a的底部的多个扣件（clasp）代替安装支架21来固定护套加热器14h。在这种情况下，如果护套加热器14h被压靠于夹套主体13a的底部，可以提高导热性。再生制动电阻器的形状不需要是如图10所示的环状，只要散热至夹套主体13a是可能的，可以采用任何适当的形状。
[0054] 在根据实施方式的涡轮分子泵装置10中，利用大致八边形的凸部13e和大致八边形的台阶部14b使夹套主体13a和电源单元140彼此装配在一起，以构成反
扭矩结构。当由于扰动使泵主体11的转子与泵壳体的内周部相接触时，产生冲击扭矩。由于该冲击转矩，当泵壳体110相对于真空处理装置转动、直到停止时，
惯性力由于冷却单元13和电源单元14的自重而作用于冷却单元13和电源单元14，使得扭矩由于惯性力而作用于紧固部（第一紧固部），抽空壳体120和冷却单元13在该紧固部被彼此紧固在一起。此外，扭矩由于惯性力而被施加于紧固部（第二紧固部），冷却单元13和电源单元壳体140在该紧固部被彼此紧固在一起。归因于电源单元14的自重的惯性力矩从大致八边形的周向台阶部14b被传递至夹套主体13a的八边形的凸部13e。由于夹套主体13a用螺栓13B被紧固于抽空壳体120，因此由于惯性力而产生的剪切力作用于螺栓13B。因此，没有大的由于惯性力而产生的剪切力作用于将夹套主体13a紧固于电源单元壳体140的螺栓14B。因此，由于不必考虑惯性力，所以螺栓14B的直径可以被设置成相对小。
[0055] 根据上述实施方式的涡轮分子泵装置可以进行如下变型。
[0056] （1）需强冷却的组件50被安装于高导热基板81，该基板81被安装成与冷却单元13接触。然而，需强冷却的组件50可以在它的绝缘状态下被安装于冷却单元13。当组件自身不绝缘时，它们通过具有良好导热性的绝缘片来安装于冷却单元。
[0057] （2）需中等冷却的组件60被安装于高导热基板82，该基板82被安装成与壳体140的内表面相接触。然而，需中等冷却的组件60可以在它们的绝缘状态下被安装于壳体140的内表面。当组件本身不绝缘时，它们经由具有良好的导热性的绝缘片安装于壳体140的内表面。
[0058] 注意的是，只要本发明的特征没有被破坏，本发明不限定于上述实施方式。
[0059] 因此，本发明可以被应用于各种类型的涡轮分子泵，该涡轮分子泵包括驱动涡轮分子泵主体的电源单元14、被插入到涡轮分子泵主体11和电源单元14之间的水冷却单元13，其中设置在电源单元14的壳体140中的组件被分类成：需要强冷却的需强冷却的组件
50、需要中等冷却的需中等冷却的组件60及基本不需要冷却的无需冷却的组件70，需强冷却的组件50配置于第一空间，在该第一空间中通过热传递至水冷却单元13来冷却需强冷却的组件50，需中等冷却的组件60配置于第二空间，在该第二空间中通过热传递至壳体
140的内表面来冷却需中等冷却的组件60，以及无需冷却的组件70配置于第三空间，在该第三空间中通过热辐射或局部对流来在壳体140中冷却无需冷却的组件70。
