TW521477B - Machine, preferably vacuum pump, with magnet bearing - Google Patents

Description

521477 五、發明説明（1 ) 本發明是有關於具有定子（stator)之機器，其具有借 助於徑向穩定並且軸向不穩定磁鐵軸承而設置之轉子， 其中此等磁鐵軸承各自由同心配置的磁鐵環堆疊所構 成，其中此位置固定的磁鐵環堆疊配置於內，以及轉動 的磁鐵環堆疊配置於外，並且具有裝置以調整轉子之軸 向位置。須形成磁鐵軸承，使得它尤其適合於送風機或 真空泵（較佳是以高轉數推動的磨擦式真空泵）中轉子 之設置。 在渦輪分子式真空泵中使用磁鐵軸承是爲所熟知（請 參閱E P 4 1 4 1 2 7 A 1 )，並且經得起考驗。上述元件所揭示 的磁鐵軸承，其由彼此嚙合之定子磁鐵環堆疊與轉子磁 鐵環堆疊所構成。在此種特性的磁鐵軸承中以及因此 還有在以此配備的機器中之安裝費用是非常的高。此 外，會造成轉子位置改變（其在溫度負載中發生）的問 題。 由DE-A3 8 1 8 5 5 6是所熟知的機器，其具有在一開始 所提到性質的特點。它是關於一種具有兩個被動式徑 向穩定與軸向不穩定之磁鐵軸承之渦輪分子式真空 泵。此用於調整轉子軸向位置的裝置首先在於須選擇 磁鐵軸承的運作點，使得它對於不穩定點在高真空側的 方向中移動。並且其次在於，設有一個與磁鐵軸承無關 的起重系統，以它此經由運作點移動所產生的軸向力持 續不斷地被補償。在此種方式的解決方案中，不但其調 整，而且對此所需要之裝置是昂貴的。 521477 五、發明説明（2 ) 本發明以此目的爲基礎，其製成一種機器其具有在一 開始所提到的特徵，其較根據習知技術的解決方案簡單 容易。 此目的是根據本發明藉由申請專利範圍之特徵而解 決。 在根據本發明的機器中不再存在嚙合之磁鐵環堆疊， 因此安裝費用降低。並且不再需要與磁鐵軸承無關的 起重（lift)系統以調整轉子之軸向位置。此軸承結構整 體由較少之彼此不同的零件構成，因此簡化其製造深度， 軸承支撐與補充供應。 本發明之其他優點與細節根據第1至1 〇圖作詳細的 說明。 圖式之簡單説明 第1與2圖槪要圖式說明具有轉子之機器，其本身 是各自在根據本發明所形成之磁鐵軸承中支撐。 弟3圖具有根據本發明軸承裝置之渦輪分子式/分 子式真空泵。 第4至7圖是經由根據本發明磁鐵軸承之部份截 面，其具有不同配置的裝置用於作軸向調整。 第8至1 0圖是具有抑制裝置之用於磁鐵軸承配置 之例。 在此第1與2圖中所槪要圖式說明的機器丨，是將旋 轉系統2設置於兩個磁鐵軸承3，4之中。磁鐵軸承3，4 的每一個是由兩個環堆疊5，6 (軸承3 )或環堆疊7，8 (軸 -4- 521477 五、發明説明（3 ) 承4 )所構成。此內部環堆疊5，7各自爲位置固定地設 置，此等外部的環堆疊6，8，其各自與內部環堆疊同心並 且無接觸地將其圍繞（縫隙9)，是旋轉系統2之組成成 份。此結構是整體上旋轉對稱。一傳動馬達則未說 明。 此旋轉系統2在兩個正面上具有中央凹口 1 1，1 2，此 等凹口 3壁形成容器1 3，1 4用於旋轉磁鐵環堆疊6，8。 在容器1 4中是關於管形的加強件，其由不可磁化之 材料例如是CFK所構成，其較佳是藉由壓緊座而固定 於旋轉系統2上。一個圍繞凹口 1 2之加強件1 4之區 段在其內側上支撐磁鐵環堆疊8。 在此等凹口 11，12中突出位置固定的支柱15, 16與 容器1 7，1 8須對於位置固定之磁鐵環堆疊5,7進入，使 得此等外部環堆疊6，8同心圍繞內部環堆疊5，6。其在 圖中在支柱1 6下各自具有一個用於旋轉系統2之軸末 端2 0之中央孔1 9，此軸末端之正面配置軸感測器2 1。 此軸感測器2 1是用於磁鐵軸承4之軸向調整的裝置 之組成部份。一或多個繞組2 3各自具有一 U形對環 堆璺8開口的轭2 4，產生此以虛線與箭頭2 5所表示的 磁場。在第1與2圖中各自設有兩個圍繞磁鐵環堆疊 8之繞組2 3。其軛構件2 4是藉由以非鐵性材料所構成 的間隔圓板2 6而彼此分隔。 此等繞組或此由繞組2 3所產生的磁場之控制，是取 決於由感測器2 1所提供的信號作爲調整2 7。在介於 521477 五、發明説明（4 ) 各自外部旋轉之環堆疊6,8與繞組23或磁軛構件24 之股邊之正面之間的縫隙2 8中此作爲軸向調整之磁力 產生作用。 環堆疊5至8各自由在軸方向中之磁鐵環所構成，其 需要作極交換地配置（典型地顯示於根據第1圖之軸承 3中），使得磁鐵軸承3,4之環堆疊5,6或7,8互相排 斥。較佳須設有如此多的外環對與內環對，使得每一偕1 磁鐵環堆疊在兩側上以相同的磁極終結。在根據第1 圖的解決方案中，此等環堆疊5,6或7,8各自形成兩個 彼此同心配置的圓柱體。此等磁鐵環堆疊5,7或6，8 之磁鐵環之尺寸是適宜於各自同。在根據第2圖的解 決方案中，軸承3，4兩個環堆疊5，6或7，8之環的互相 面對之周圍表面之直徑呈階梯式的變化（同樣考慮週_ 而實用），因此縫隙Ρ亦具有階梯形狀。在軸承4中的 縫隙2 8亦可具有階梯形狀（與在第2圖中說明的不 同）。 在上部軸承3中可以將旋轉磁鐵的橫截面保持小於 在軸承4中旋轉磁鐵的橫截面。此節省用於磁鐵材料 的成本。 在第4圖中須要將介於軛構件之極表面與磁鐵之間 的縫隙28 (其藉由CFK管之恆定之內直徑）保持得小， 因此軸向軸承可以在磁鐵上作用。 磁鐵環堆疊5至8之環是保持固定於其容器1 3，1 4， i 7，；[ 8中。每一個磁鐵環的兩個正面是附在圓環形的間 -6· 521477 五、發明説明（5 ) 隔薄片3 1上，其由非鐵性材料構成，因此磁力較佳是在 縫隙9或2 8中作用。若此間隔環形薄片3 1的材料另 外具有良好之導電性質（例如，銅），則同時達成旋轉移動 之抑制。 除了間隔薄片外，還可以將環堆疊之環之彼此面對之 表面封裝，以防止磁性材料受到氣體的侵入（例如在磨 擦操泵中的材料）。例如在第2圖中說明之用於各個位 置固定之環堆疊5，7之階梯式之套管3 2，3 3。它是從環 堆疊的側面與所屬的容器（例如，以焊接）密閉式地連接。 此等環堆疊5，6或7，8之內環與外環較佳是各自成 對地配置。爲了改善軸向調整是合適將此等軸向主動 磁鐵軸承4之外部旋轉式環堆疊8添加另外的環。此 種特性之變化例是在第1與2圖中說明。此環堆疊8 較環堆疊7多具有兩個環。此兩個在外部以29表示的 環被添加於堆疊8。它因此是可以關係軟鐵性環，然而 較佳是添加兩個其他的磁鐵環。 在此於第3圖中所說明之機器1中，渦輪分子式泵/ 分子栗疋在遗體35中具有所安裝之定子葉片37之連 接凸緣3 6。此磁性設置之轉子2具有轉子葉片3 8，其 在定子葉片37之間運轉，並且造成氣體之輸送。在泵1 中是關於一種複合（compound)泵。在其上具有配備了 葉片的區段與分子泵區段39連接。 轉子2是設置於兩個磁鐵軸承3與4中之中。磁鐡 軸承3是位於高真空側中。此位置固定之磁鐵環堆疊 521477 五、發明説明（6 ) 5 \支柱1 5與其容器1 7是軸承末端4 1之組成部份。 磁鐵軸承4是在泵1之初步（initial)真空側中。兩個 軸承具有大致相同的硬度。此旋轉系統2之重心是以 42表示。 泵1是具有所配備之抗磨擦軸承與壓縮軸承44，4 5 此高真空側的壓縮軸承44是在轉子凹口 1 1中。此初 步（前）真空側之壓縮軸承45是配置在磁鐵軸承4之下 之軸末端20與位置固定之支柱1 6之間。 作爲傳動馬達46的是具有定子47與電樞48之高頻 馬達。此外，在定子側設有氣管49。其將定子室50真 空密封，而用於向初步真空側密封。氣管4 9到達介於 具有其軛構件24之繞組23與旋轉磁鐵環堆疊8之間 的縫隙2 8。它因此是適合由不可磁化並且導電不良的 材料例如是CFK所構成。 在轉子側設有已經說明之管形加強件1 4。它不僅加 強環堆疊8，而且加強馬達電樞4 8。 爲了平衡公差，使得此軸承4藉由調整螺絲5 2而調 整，而將位置固定之環堆疊7之支柱置於其上。須要適 當地調整，使得旋轉系統軸向地在不穩定的運作點中。 以便以少許的能量在此點進行軸向的調整。 在第4至7圖中顯示用於主動磁鐵軸承4之不同的 實施例。在根據第4圖（沒有磁力線）與第5圖（具有磁 力線）之解決方案中，環堆疊7與8之各自形成四個磁 鐵環，只有一個繞組23具有其所設之U形軛24。此軛 521477 五、發明説明（7) 2 4U形邊股之前面之距離，大約對應於環堆疊8之磁鐡 環之軸向尺寸。爲了達成磁力之最適交換效果，此U形 股邊之前面是位於環堆疊8之兩個相鄰之磁鐵環2中 間的高度中，在所說明的實施例中，它是在兩個中間的 磁鐵環之中間高度中。 在根據第6圖的實施例中同樣是只有一個繞組23具 有其軛2 4。此U形軛2 4之股邊之面向環堆疊8之環 的前面之距離，相對應於磁鐵環之軸向尺寸之大約兩 倍。第7圖顯示具有五個繞組2 3與軛2 4之解決方 案。環堆疊8具有6個磁鐵環。此所有六個軛股邊的 前面是大約位於此等磁鐵環的中間高度中。 位於磁鐵環堆疊7，8之環的每一個之間的是如已經 說明的是間隔環薄片3 1，其根據所使用的材料而對於磁 力線之形成及/或抑制作用具有影響。 此間隔環薄片3 1之適當的配置，較佳是用於達成抑 制效果以及磁鐵環之增加之塗層而根據在第8至1 0圖 中所描述之磁鐵軸承3的實施例說明。 若此間隔環薄片3 1之材料是由一種具有高的導電能 力而適合用於達成抑制作用的材料所構成，它可以適合 用於抑制作用之改善。此間隔環薄片3 1之邊緣（在那 裡磁場進入縫隙9中）加厚，例如持續地向外增大，並且 磁鐵環的形狀適應此邊緣。在第8圖中說明此實施 例。此中間的間隔環薄片3 1·之靠近縫隙之加厚邊緣 是以5 4表示。因此，此磁場再通過導電材料（此由渦流 -9- 521477 五、發明説明（8 ) 所產生），此造成抑制的相反力量較大。 在根據第9圖的實施例中例如環堆疊5的磁鐵環& 所有側被塗層（塗層5 5 )。在側面它具有間隔薄片3 1 @ 功能，因此它在塗層5 5足夠的厚度與適當的材料選_ 中，具有影響磁力線及/或抑制磁力線的效果。此外_ 成保護磁鐵環防止氣體入侵。此保護還可以藉由以下 達成，即設有套管32,其爲階梯形如已經在第2圖中說 明，或是圓柱形如同例如在第圖（環堆疊5)中說明。 磁鐵環之間隔環薄片31(或塗層55)必須是足夠的厚， 以便滿足其目的，更因還有軸承之所欲的硬度取決於間 隔薄片的厚度。在磨擦泵中其平均尺寸等級具有的厚 度證實是在0.2 5毫米（nim )至1 · 0毫米（)的範圍中爲 適合。 此外，螺旋形捲繞之箔繞組2 3的使用被證實爲適合， 因爲其空間的需求相當的小。

符號說明 1…機器 2 ...旋轉系統 3，4…磁鐵軸承 5.6.7.8.. .環堆疊 9.. .縫隙 1 1 ...凹口 12，14…容器 2 0 ...軸末端 -10- 521477 五、發明説明（9 ) 2 1 ...軸向感測器 2 3…繞組 24…軛 2 8···縫隙 -11-

Claims (1)

1. 521477

   六、申請專利範圍 第901 10597號「具有磁鐵軸承之機器（尤其是真空泵）」專利 案 （91年1月修正） 六申請專利範圍 1. 一種具有一定子之機器（1)，具有一借助於徑向穩定並且軸 向不穩定之磁鐵軸承（3,4)而設置之轉子（5)，其中此等磁鐵 軸承（3,4)各自由同心配置之磁鐵環堆疊（5,6;7,8)所構成其 中位置固定的磁鐵環堆疊（5或7)配置於內，並且旋轉的磁 鐵環堆疊（6或8)配置於外，以及具有裝置（21,23,24,27)用 於調整轉子（2)的軸向位置，其特徵爲 此兩個磁鐵軸承（3,4)之一（4)本身具有裝置用於軸向調 整，並且至少一個由軸承感測器（21)所控制之繞組（23)以及 極構件（24)，圍繞此係軸向調整軸承（4)之外部磁鐵環堆疊 ⑻。 ^ 2. 如申請專利範圍第丨項之機器，其中此等磁鐵環堆疊（5至 8)是由在軸的方向中磁化的環所構成，其以極交換的方式 重疊配置，並且軸承（3,4)之環堆疊（5,6或7,8)彼此排斥。 3·如申請專利範圍第2項之機器，其中極構件（24)形成於U 形橫截面中，並且此極構件（24)之U形股邊之前面是面向 接近外部磁鐵環堆疊（8)。 4·如申請專利範圍第3項之機器，其中此極構件（24)中u形 股邊之前面具有距離，其對應於磁鐵環之軸向尺寸之大約 〜至數倍，並且須配置繞組/軛構件，使得U形股邊之前面 是位於此等磁鐵環中間之高度中。 5·如申請專利範圍第4項之機器，其中 521477 飞 六、申妹直刹餘圖 -Ί I 口月-cp* 导匕 1¾ .......... 一或多個繞組（23)具有一個或各一個U形的極構件(24)。 6.如申請專利範圍第2至5項中任一項之機器，其中外部環 堆疊（8)之η個磁鐵環中設有n-1個繞組（23)，其各自被配 置成U形的極構件（24)圍繞，並且此U形軛構件（24)之股 邊是大約位於此等磁鐵環的中間之高度中。 7·如申請專利範圍第1至4項中任一項之機器，其中磁鐵軸 承之兩個環堆疊之磁鐵環的總數各自不同。 8·如申請專利範圍第7項之機器，其中旋轉磁鐵環堆疊（6,8) 之磁鐵環總數大於位置固定之磁鐵環對（5,7)之磁鐵環之 總數。 9·如申請專利範圍第1至4項中任一項之機器，其中環堆疊 (5,6,7,8)之磁鐵環固定於容器中，並且管形加強件作爲容 器用於軸向主動軸承（4)之外部環堆疊（8)之磁鐵環，其以 第一區段固定於旋轉系統（2)上，並且以第二區段承載環堆 疊（8)之磁鐵環。 1〇·如申請專利範圍第8項之機器，其中此加強件（14)還圍繞 傳動馬達（46)之電樞（48)。 11·如申請專利範圍第2至4項中任一項之機器，其中設有中 央配置之支柱（15,16)用於位置固定之磁鐵環堆疊（5，7)，此 等支柱（15,16)之一具有中央孔（19)，此旋轉系統（2)之軸末 端（20)到達此孔（19)，並且在軸末端（20)之自由之正面配置 軸向感測器（21)。 1Z如申請專利範圍第9項之機器，其中設有中央配置之支柱 (15,16)用於位置固定之磁鐵環堆疊（5,7)，此等支柱（15,16) !! I. η—— 一··' — \ i 年 S CV I ^— --L---------— ____ '申請專利範圍 之一具有中央孔（19)，此旋轉系統（2)之軸末端（20)到達此 孔（19)，並且在軸末端（20)之自由之正面配置軸向感測器 (21)。 &如申請專利範圍第丨丨項之機器，其中支柱（15，16)之一可軸 向調整。 14·如申請專利範圍第1至4項中任一項之機器，其中環堆疊 對（5,6或7,8)之環之彼此面對接近之周圍表面之直徑呈 階梯式地改變。 15·如申請專利範圍第9項之機器，其中環堆疊對（5,6或7,8) 之環之彼此面對接近之周圍表面之直徑呈階梯式地改 雙。 16.如申請專利範圍第丨至4項中任一項之機器，其中至少在 磁鐵環堆疊（5，6,7,8)之磁鐵環的一部份之間，有由非鐵性 材料所構成之間隔環薄片（31)。 看 17·如申請專利範圍第14項之機器，其中至少在磁鐵環堆疊 (5,6,7,8)之磁鐵環的一部份之間，有由非鐵性材料所構成 之間隔環薄片（31)。 18. 如申請專利範圍第14項之機器，其中此間隔環薄片（31)之 材料具有高的導電性。 19. 如申請專利範圍第18項之機器，其中此間隔環薄片（31)之 靠近縫隙之邊緣變厚。 20·如申請專利範圍第16項機器，其中此等磁鐵環被封裝 (encapsule)，並且此封裝之塗層具有間隔環薄片（31)的功 能。 521477

   六、申請專利範圍 21.如申請專利範圍第1 9項機器，其中此等磁鐵環被封裝 (encapsule)，並且此封裝之塗層具有間隔環薄片（31)的功 能。 22如申請專利範圍第16項之機器，其中磁鐵環之靠近縫隙之 周圍表面配置一套管（32)。 23.如申請專利範圍第19項之機器，其中磁鐵環之靠近縫隙之 周圍表面配置一套管（32)。 如申請專利範圍第1至4項中任一項之機器，其中它形成 作爲磨擦泵（1),並且此被動式軸承（3)配置於高真空側上， 此軸向主動式軸承（4)配置於初步（前）真空側上。 2&如申請專利範圍第9項之機器，其中它形成作爲磨擦泵（1)， 並且此被動式軸承（3)配置於高真空側上，此軸向主動式軸 承（4)配置於初步（前）真空側上。 26如申請專利範圍第24項之機器，其中傳動馬達（46)具有所 設之氣管（49)，並且此氣管（49)到達此軸向主動式軸承（4) 之縫隙（28)。