技术领域
[0001] 本
发明涉及
真空泵领域，具体地说是一种降低动
不平衡的
涡轮分子泵。
背景技术
[0002] 涡轮分子泵属于高速
旋转机械，其是一种利用高速旋转的动
叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的
真空泵。涡轮分子泵主要由泵体、涡轮
转子、
主轴、静涡轮级和驱动装置等组成，泵体包括泵盖和泵座，主轴设置在泵体中心，并与涡轮转子固定，用于固定涡轮转子的旋转中心线与主轴轴线重合，涡轮转子和静涡轮级交替排列。
[0003] 涡轮分子泵属于高速轻载作业，为了能够使结构紧凑，同时改善
支撑的
力学特性以减小
轴承受力，
现有技术中涡轮分子泵的涡轮转子通常设计为中空的碗式结构，倒扣在主轴上，主轴通过轴承安装在泵座上。
[0004] 目前较为常见的涡轮分子泵为内转子
电机结构，电机采用普通电机，电机
定子套在电机转子外，如图1所示，电机转子2固定套设在主轴7两个轴承9之间
位置，电机定子1套在所述电机转子1外，并固定设置在泵座101上成型的伸向涡轮转子4中空部的圆筒内侧，其磁面与电机转子1的磁面相对。通电后，电机转子2与电机定子1磁面之间形成旋转
磁场，驱使电机转子2高速旋转，电机转子2带动主轴7一同旋转，主轴7再带动涡轮转子4一同旋转，最终涡轮转子4与静涡轮级5之间形成强大的抽气作用。但是该现有技术在使用中存在以下问题：1、由于采用普通结构的电机，故其电机定子的结构决定其磁极外缠绕有厚厚的线包，导致电机定子长度较长，电机定子长度较长决定了其所安装处的泵座伸向涡轮转子中空部的圆筒长度较长，而电机转子相对电机定子固定套设在主轴上，故导致主轴长度也较长，因此，该现有技术的结构设计导致涡轮分子泵整体尺寸较大，结构不紧凑，生产成本也较高；2、由于制造主轴以及涡轮转子的材质不可能完全均匀，以及两者在加工及装配中存在误差等一些不可避免的因素，会导致该现有技术中主轴与电机转子一同旋转时存在残余
质量不平衡问题，而该现有技术中，由于电机转子固定套设在主轴上，其在主轴上的安装偏差又会使得残余质量不平衡的问题加重，而为了解决残余质量不平衡的问题，只能通过涡轮转子4上的力偶加重或反
相位去重的方法（即在涡轮转子4上的平衡钉孔43处增添螺钉或者反相去螺钉）来平衡，而该现有技术中由于主轴较长，使得残余质量不平衡的问题加重，导致采用力偶加重或者反相位去重的方法很难消除泵整体运转时的动平衡；3、另外，由于涡轮转子为倒置的碗式结构，由主轴和涡轮转子组成的轴系转子的质心位置靠近上方的轴承，而该现有技术中电机转子由于其结构关系只能设置在主轴的靠近中心的位置，距离轴系转子的质心较远，电机产生的转矩脉动会使得轴系进动振动变大，并且难于通过涡轮转子的质量平衡加重来消除，从而导致涡轮分子泵整体振动较大。
[0005] 现有技术中还有一种外转子电机结构涡轮分子泵，如图2所示，该现有技术采用还是普通电机结构，不同于上述现有技术的是该外转子电机结构涡轮分子泵的电机转子2套在电机定子1外，电机定子1固定设置在泵座101伸向涡轮转子4中空部的圆筒外侧，电机转子2则相应的紧贴在涡轮转子4的碗壁上，电机定子1磁面与电机转子2磁面相对。该现有技术在使用过程中也存在问题：1、在该现有技术中，由于泵体10内要保持高真空，所以涡轮转子在安装电机转子时一般不会通过螺钉连接等需要开设孔的方式，而是通
过热装工艺将电机转子卡在涡轮转子的碗壁内，这样，电机转子与涡轮转子之间就会存在较大的作用力，由图2可以看出，电机转子只能安装在涡轮转子没有设置旋转
叶片的碗口处的内壁上，而此处的碗壁最薄，电机转子与碗壁之间的作用力必然会使涡轮转子的许用强度降低，从而导致泵的最大转速必须下降，降低了涡轮分子泵的工作效率；2、在该现有技术中，涡轮转子由于安装电机转子后会出现残余质量不平衡的现象，而要解除残余质量不平衡，就需要在涡轮转子碗口处外壁上开设平衡钉孔，通过往平衡钉孔中添加平衡钉来调节质量平衡，但是涡轮转子碗口处壁薄，开设平衡钉孔的话就必须增加碗口处的壁厚，这样一来，主轴和涡轮转子形成的轴系转子的
转动惯量就会增加，相应的涡轮分子泵的
加速和减速就会变慢，工作效率降低；2、在该现有技术中，同样存在着电机转子距离主轴和涡轮转子形成的轴系转子的质心较远的问题，从而导致该现有技术的涡轮分子泵运行时振动较大，影响使用寿命和工作效率。
[0006] 综上所述，现有技术中不管是内转子电机结构的涡轮分子泵还是外转子电机结构的涡轮分子泵都存在着较严重的动不平衡的问题，而且通过目前常用的力偶加重或者反相位去重的方法也很难将动不平衡的问题消除。
发明内容
[0007] 为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的涡轮分子泵的涡轮转子运转过程中动不平衡严重，导致涡轮分子泵振动较大的问题，提供一种涡轮转子运转过程中动不平衡降低、振动较小的涡轮分子泵。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明是一种涡轮分子泵，包括泵体；主轴，可旋转的设置在所述泵体内，且所述主轴的旋转中心与所述泵体的中心线重合；涡轮转子，设于所述泵体内，其
中轴线与所述主轴旋转中心重合,且所述涡轮转子与所述主轴固定连接形成轴系转子；电机，包括电机定子和电机转子，所述电机转子与所述轴系转子联动设置；静涡轮级，与所述涡轮转子交替配合设置；所述涡轮转子包括本体以及沿所述本体四周成型的旋转叶片，所述本体呈中空的碗式结构，倒扣在所述主轴上，其碗底厚，碗壁薄，且碗壁厚度自碗底至碗口处越来越薄；所述电机转子、所述电机定子为中部具有通孔的盘形结构，所述电机转子和所述电机定子通过各自所述通孔先后套设在所述主轴上，所述电机转子与所述电机定子盘面相对，且所述电机定子固定不动，所述电机转子固定设置在所述主轴与所述涡轮转子连接处，以使所述电机定子与所述电机转子形成的旋转动力源位于或者接近所述主轴与所述涡轮转子形成的轴系转子的质心处。
[0009] 所述电机转子的上盘面固定贴合在所述涡轮转子的所述本体的碗底处，所述电机定子的上盘面与所述电机转子的下盘面相对，且两所述盘面之间留有间隙。
[0010] 所述电机转子固定卡装在靠近所述涡轮转子的碗底处的所述主轴上，所述电机定子相对的设置在所述电机转子的下方，所述电机转子和所述电机定子之间留有间隙。
[0011] 所述电机转子包括导磁板、固定体和
永磁体，所述导磁板一侧固定贴合在所述涡轮转子的所述本体的碗底，另一侧与所述固定体贴合设置，所述永磁体包括多段均匀间隔设置在所述固定体内的N磁极和S磁极；
[0012] 所述电机定子包括定子磁极和缠绕在所述定子磁极上的线包，所述定子磁极正对所述固定体并与所述固定体间留有所述间隙，以形成由N磁极起，经过所述间隙，至所述定子磁极，再返回经所述间隙，至S磁极，再至所述导磁板，最后回所述N磁极的循环磁路。
[0013] 所述泵体包括泵盖和泵座，所述泵座成型有伸向所述涡轮转子中空部内的圆筒，所述圆筒两端设有第一盖和第二盖，所述第二盖密封在所述圆筒下方端口，所述第一盖中部成型有用于所述主轴穿过的第一通孔，所述主轴通过密封轴承架设在所述第一盖和所述第二盖上，且所述主轴穿过所述第一盖与所述涡轮转子的碗底固定连接。
[0014] 所述电机定子的下盘面固定连接在所述第一盖上。
[0015] 所述主轴延伸至所述本体碗底处的一端通过长脚螺钉与所述本体的碗底固定连接。
[0016] 所述导磁板和固定体套装在所述主轴延伸至所述本体的一端上，所述定子磁极设置在所述线包环形内壁与所述底座的上端面之间形成的环形凹槽内。
[0017] 所述本体上成型有多个与所述旋转叶片相间设置的平衡钉孔，通过往所述平衡钉孔内设置平衡钉来调节由所述主轴和所述涡轮转子所组成的轴系转子的动不平衡。
[0018] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0019] 1、在本发明中，所述涡轮转子的所述本体呈中空的碗式结构，倒扣在所述主轴上，其碗底厚，碗壁薄，且碗壁厚度自碗底至碗口处越来越薄，使得本发明中所述主轴和所述涡轮转子形成的轴系转子的质心位置位于或者接近所述主轴与所述涡轮转子的连接处；以此，本发明通过将所述电机转子和电机定子设计为具有通孔的盘形结构，并将所述电机转子和所述电机定子通过各自通孔先后套设在所述主轴上，所述电机转子和所述电机定子盘面相对，所述电机定子固定不动，所述电机转子固定设置在所述主轴的与所述涡轮转子的连接处，从而使所述电机定子与所述电机转子形成的旋转动力源位于或者接近所述主轴与所述涡轮转子形成的轴系转子的质心处，该种电机转子的结构设置以及位置设置使得涡轮分子泵在高速运转时，电机转子所产生的转矩脉动较小，轴系转子运转平衡，涡轮分子泵整体动不平衡降低，振动较小，另外，在本发明中，通过将电机定子和电机转子设计为盘形结构，使得电机在泵体内占用的空间变小，从而使得主轴可以设计为较短的尺寸，使得泵整体结构更紧凑，降低了生产成本。
[0020] 2、在本发明中，所述电机转子的上盘面固定贴合在所述涡轮转子的所述本体的碗底，所述电机定子的上盘面与所述电机转子的下盘面相对，且两所述盘面之间留有间隙，该种设置方式通过电机转子直接带动涡轮转子转动传动效率提高；另外，在本发明中，所述电机转子工作时会发热，所述电机转子的上盘面固定贴合在所述涡轮转子的本体的碗底处可以通过具有较大导
热能力和
散热能力的涡轮转子散热，有利于降低电机转子的
工作温度，提高了电机转子固定套内的永磁材料的性能
稳定性。
[0021] 3、在本发明中，所述泵体包括泵盖和泵座，所述泵座成型有伸向所述涡轮转子中空部内的圆筒，所述圆筒两端设有第一盖和第二盖，所述第二盖密封在所述圆筒下方端口，所述第一盖中部成型有用于所述主轴穿过的第一通孔，所述主轴通过密封轴承架设在所述第一盖和所述第二盖上，为了使电机结构工作状态下稳定可靠，在本发明中，将所述电机定子的下盘面固定连接在第一盖上，另外，在该种设置方式下，可以在不拆开涡轮转子和主轴的情况下更换轴承，从而保护了泵的整体动平衡，使得维修时更简单、便利、快捷。
[0022] 4、在本发明中，所述本体上成型有多个与所述旋转叶片相间设置的平衡钉孔，通过往所述平衡钉孔内设置平衡钉来调节由主轴与涡轮转子所组成的轴系转子的动不平衡，该种设置方式使得本发明的涡轮分子泵进一步降低动不平衡。
附图说明
[0023] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体
实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0024] 图1是现有技术的涡轮分子泵结构示意图；
[0025] 图2是另一种现有技术的涡轮分子泵结构示意图；
[0026] 图3是本发明的涡轮分子泵结构示意图；
[0027] 图4是本发明的电机结构示意图；
[0028] 图5是本发明的电机转子的俯视图；
[0029] 图6是本发明的所述循环磁路示意图。
[0030] 图中附图标记表示为：1-电机定子、11-定子磁极、12-线包、2-电机转子、21-导磁板、22-固定体、23-永磁体、231-N磁极、232-S磁极、4-涡轮转子、41-本体、42-旋转叶片、43-平衡钉孔、5-静涡轮级、7-主轴、8-间隙、9-轴承、10-泵体、101-泵盖、102-泵座、102a-圆筒、102b-第一盖、102c-第二盖。
具体实施方式
[0031] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0032] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0033] 实施例1
[0034] 如图3所示，本实施例的涡轮分子泵包括泵体10，设置在泵体10内的主轴7、涡轮转子4、电机以及静涡轮级5，主轴7可旋转的设置在所述泵体10内，并且主轴7的旋转中心与泵体10的中心线重合；涡轮转子4通过其一端与主轴7固定连接形成一体的轴系转子，涡轮转子4转动时带动主轴7转动，主轴7转动时带动涡轮转子4一同转动，涡轮转子4与主轴7固定连接的方式很多，本实施例中采用螺钉连接方式，即在涡轮转子4以及主轴7上成型有相应的螺钉孔，然后通过螺钉穿插到螺钉孔中对涡轮转子4以及主轴7进行固定。在本实施例中，电机包括电机定子1和电机转子2，电机定子1和电机转子2共同作用，用于驱动主轴7和涡轮转子4一同旋转。静涡轮级5与涡轮转子4配合设置，所谓配合设置是指静涡轮级5的静叶片和涡轮转子4的旋转叶片42相互交替设置，从而使得所述旋转叶片42通过高速旋转与静叶片之间形成强大的抽气作用。
[0035] 为了降低本实施例的涡轮分子泵在运转时存在的动不平衡，本实施例中所述电机转子2和所述电机定子1组成的电机设置在所述主轴7和所述涡轮转子4组成的轴系转子的质心处，具体为，由于涡轮转子4的所述本体41呈中空的碗式结构，而且所述本体41倒扣在所述主轴7上，其碗底厚，碗壁薄，且碗壁厚度自碗底至碗口处越来越薄，这样就使得所述涡轮转子4与所述主轴7一同旋转组成的轴系转子的质心位置位于或者接近于所述主轴7与所述涡轮转子4连接处，本实施例中，所述电机转子2和所述电机定子1均为中部具有通孔的盘形结构，所述电机转子2和所述电机定子1通过各自所述通孔先后套设在所述主轴7上，所述电机转子2与所述电机定子1盘面相对，且所述电机定子1固定不动，所述电机转子2固定设置在所述主轴7与所述涡轮转子的连接处，以使所述电机定子1与所述电机转子2形成的旋转动力源位于或者接近所述主轴7与所述涡轮转子4形成的轴系转子的质心处，从而使得涡轮分子泵运转过程中动不平衡降低、振动较小。另外，电机转子和电机定子设计为盘形结构，设于主轴7与涡轮转子4连接处，使得本实施例中的主轴7的长度尺寸变短，相应的，泵体10的长度尺寸也变短，不仅节省了生产成本，而且使得泵整体结构更加紧凑。
[0036] 在本实施例中，如图3、图4所示，所述电机定子1和所述电机转子2均为盘式结构，由于涡轮分子泵泵体内部空间零部件较多，剩余空间很小，尤其是用于设置电机的主轴7与涡轮转子4连接处的空间更小，其中，所述电机转子2的上盘面固定贴合在所述本体41的碗底上，所述电机定子1设置在所述电机转子2的下方，所述电机定子1的上盘面与所述电机转子2的下盘面正对，并且所述电机转子2的下盘面与所述电机定子1的上盘面之间留有间隙8，该间隙8一方面用于电机定子1与所述电机转子2之间导磁，另一方面，该间隙8的设置使得所述电机定子1不会妨碍所述电机转子2的旋转。另外，在本实施例中，所述电机转子2工作时会发热，所述电机转子2的上盘面固定贴合在所述涡轮转子4的本体41的碗底处可以通过具有较大导热能力和散热能力的涡轮转子散热，有利于降低电机转子2的工作温度，提高了电机转子2固定套内的永磁材料的性能稳定性。
[0037] 在本实施例中，如图3、图4所示，所述电机转子2包括导磁板21、固定体22和永磁体23，其中，所述导磁板21,由
磁性材料制成，其形状为环形，安装时，主轴7穿过所述导磁板21的环形形状的内环，为了节省材料，所述环形形状内环为圆形，其直径优选为略大于所述主轴7的直径，所述环形形状外环优选为圆形，也可以为其他形状，例如多边形等。所述导磁板
21的一侧固定贴合在所述涡轮转子4的所述本体41的碗底，所述导磁板21的另一侧与所述固定体22贴合设置，所述固定体22内部设置有永磁体23，如图5所示，所述永磁体23包括多段均匀间隔设置在所述固定体22内的N磁极231和S磁极232。所述电机定子1包括定子磁极
11和缠绕在所述定子磁极11上的线包12，所述定子磁极11正对所述固定体22设置，并且所述定子磁极11与所述固定体22之间留有所述间隙8，从而在所述线包12通电时，如图6所示，形成由N磁极231起，经过所述间隙8，至所述定子磁极11，然后返回再经过所述间隙8，至S磁极232，再至所述导磁板21，最后回所述N磁极231的循环磁路。在所述循环磁路的驱动下，所述电机转子2相对电机定子1高速旋转。
[0038] 在本实施例中，所述泵体10包括泵盖101和泵座102，所述泵座102成型有伸向所述涡轮转子4中空部内的圆筒102a，所述圆筒102a两端设有第一盖102b和第二盖102c，所述第二盖102c密封在所述圆筒102a下方端口，所述第一盖102b中部成型有用于所述主轴7穿过的第一通孔，所述主轴7通过密封轴承9架设在所述第一盖102b和所述第二盖102c上，且所述主轴7穿过所述第一盖102b与所述涡轮转子4的碗底固定连接。
[0039] 为了使电机结构固定更加稳定可靠，在本实施例中，所述电机定子1的下盘面固定连接在所述第一盖102b上。
[0040] 所述主轴7延伸至所述本体41碗底处的一端通过长脚螺钉与所述本体41的碗底固定连接。
[0041] 在本实施例中，如图3、图4所示，所述导磁板21和所述固定体22套装在所述主轴7延伸至所述本体的一端上，所述定子磁极11设置在所述线包12环形内壁与所述
支架31的上端面之间形成的环形凹槽内。
[0042] 在本实施例中，所述本体41上成型有多个与所述旋转叶片42相间设置的平衡钉孔43，通过以上所描述的电机结构以及设电机设置的位置，本实施例的涡轮分子泵的涡轮转子4上产生很小的力偶不平衡，针对该力偶不平衡，本实施例中，通过往所述平衡钉孔43内设置平衡钉来调节由所述主轴7和所述涡轮转子4所组成的轴系转子的力偶不平衡。
[0043] 实施例2
[0044] 作为实施例一的可替代方式，两实施例的区别在于：在本实施例中，所述电机转子2固定卡装在靠近所述涡轮转子4的碗底处的主轴上，所述电机定子1可以自由的设置在所述电机转子2的沿主轴方向的任意一侧，但是保证所述电机定子1不与涡轮转子4以及主轴7
接触，即电机定子1相对于涡轮转子4以及主轴7固定不动，并且不会与涡轮转子以及主轴7产生摩擦。本实施例中，所述电机转子2的设置位置靠近于涡轮转子4与主轴7组成的轴系转子的质心，可以有效降低本发明涡轮分子泵整体运转时的动不平衡性。本实施例的工作过程大致为：当电机转子2在与电机定子1形成的旋转磁场作用下旋转时，电机转子2带动主轴
7旋转，而主轴7再带动涡轮转子4一同转动，从而涡轮转子4实现与静涡轮级5共同作用形成强大的抽气作用。
[0045] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
