专利名称：真空泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有安全轴承的且快速运转的磁性轴承-真空泵。
背景技术：
例如涡轮分子真空泵的快速运转的真空泵以多个10000至lOOOOOU/min的额定转 速运行。用于支撑泵转子的无摩擦磁性轴承尤其适合于这种真空泵。当磁性轴承失效时，当 碰撞时以及然后当磁性轴承总是不能或者不能完全满足其目的时，真空泵被一个或者几个 相关联的机械式安全轴承支撑，该安全轴承能够构造为滚动轴承或者滑动轴承。先前以额 定转速运转的真空泵的完全惯性运动能够持续几个小时。如果这发生在磁性轴承失效时， 安全轴承会受到巨大的负载使得所述安全轴承仅承受很少的所谓的完全惯性运动。
发明内容
与此相对，本发明的目的是提供一种真空泵，在该真空泵中当磁性轴承失效时以 可靠的方式保护安全轴承。按照本发明该目的通过权利要求1的特征实现。根据本发明的真空泵具有带多个转换触点的制动继电器，其中每个转换触点具有 基极触点、制动触点和工作触点。在一方面基极触点和另一方面制动触点或者工作触点之 间建立转换连接。制动触点直接相互连接并且以这种方式形成共同的短路点。驱动马达的 定子线圈连接于转换触点的基极触点。定子线圈在转换触点的制动位置中通过短路点直接 彼此相互电连接。在转换触点的工作位置中定子线圈通过工作触点单独与逆变器模块相连 接。在逆变器模块中产生驱动马达运转所需要的通电模式。定子线圈在无干扰的运行中通 过转换触点的工作触点与逆变器模块相连接，该逆变器模块产生相应的通电模式以用于各 自的定子线圈。每个定子线圈分别设有相应的转换触点。在干扰或者故障的情况下，制动继电器切换到其制动位置使得定子线圈不再与逆 变器模块相连接，而是仅仅直接彼此相互连接。通过制动继电器作为转换触点的简单构造 和在故障或干扰的情况下从工作位置到制动位置的简单切换，以极其简单的方式将可靠的 切换用于故障情况。在制动器继电器切换到制动位置后驱动马达用作发电机。由发电机在驱动马 达-定子线圈中产生的电能以热能的方式通过真空泵的外壳导出或者缓冲。基本上由制动 继电器和定子线圈组成的整个制动布置结构为极其 简单和耐用的，并且因此可靠的。在故 障情况下通过转换触点在制动位置的立即切换以及制动效应的立即应用实现快速的和有 效的减速。尤其是在以下情况中，即逆变器模块自身有缺陷以及存在损害危险的原因，通过 将逆变器模块立即与定子线圈分开阻止了在检测到这种干扰后逆变器模块还进行有害作用。基本上由定子线圈和定子片组成的马达定子最好以无气隙的方式与吸热体相连接。例如能够为此将马达定子压入相应地构成的吸热体中，使得界面以较大面积接触并且具有良好的导热性。如有可能吸热体能够通过例如导热膏、导热薄膜等辅助装置以良好导 热的方式与马达定子连接。通过设有吸热体能够在制动情况下将在定子线圈中出现的热量 以可靠的且有效的方式从马达定子排出，以使得能够存储在较大的热容中并且排到周围大 气中。根据优选的构造，在马达定子和吸热体之间可以获得小于0. 1K/W的平均热阻。由此也保证了在较高的制动功率以及马达定子和吸热体之间相对小的截面的情况下制动热 量的有效排出，并且避免了定子线圈过热。根据优选的构造，温度传感器和马达定子和/或吸热体相关联，其中断路器根据 温度传感器测得的温度影响电的制动功率。由此以完全可靠的方式避免了定子线圈的过 热。断路器能够以一级的方式构成，然而也能够以无级的方式构成。根据优选的构造，吸热体由泵外壳形成。马达定子也以直接或者间接的方式，至少以良好导热的方式，与泵外壳相连接。泵外壳优选由铝制成，因为铝具有良好的导热特性和 热容特性。可替代地或者补充地，吸热体也能够由独立的吸热元件形成，该吸热元件由不同于泵外壳和马达定子或者定子片的另外的材料制成。例如，吸热体能够由具有在30°C和 80°C之间进行相变的材料制成。因为相变总是与高的热能交换相联系，这种构成的吸热元 件能够吸收非常多的能量，而在此没有明显的加热。例如低温金属、蜡、水等适合作为这种 材料。当材料在上述的温度范围内具有在固体和液体之间的相变并且具有可逆的特性时， 水作为吸热体元件材料的应用局限于不可逆的相变。水必须在制动后再次填满。制动触点最好为常闭触点并且工作触点为制动继电器的常开触点。原则上，制动触点也能够构造为常开触点并且工作触点构造为常闭触点。然而，当用于制动继电器工作 的供电发生故障时这种设置用于将制动继电器不再切换到制动状态或者制动位置。因此有 利的是，将制动继电器的常闭触点应用于马达线圈的彼此相互连接。安全轴承最好构成为滑动轴承。制动继电器最好为机械继电器。相对于电子继电器，仅机械继电器可能将驱动马达的定子线圈与真空泵的常见控制和调节进行真正的电流 分离。机械继电器在供电完全故障的情况下自动进入其闭合位置，该闭合位置优选为故障 位置或者制动位置，使得关于烧断和转换触点的不期望的短路存在很高的安全性。根据优选的构造设有用于控制制动继电器的继电器控制装置，该继电器控制装置 具有与电模块相连接的故障提示输入端，其中当至少一个电模块的故障提示信号需要故障 提示输入端处理时，继电器控制装置将制动继电器接通到故障状态。在这个意义上电模块 能够为逆变器模块，并且能够为计算模块、监控计算模块运行的看门狗模块、电源模块和/ 或磁性轴承控制模块。所述的模块的每个优选通过自身的信号线连接于继电器控制装置的 自身的故障提示输入端。继电器控制装置自身为控制制动继电器的模块。继电器控制装置具有多个故障提 示输入端，该故障提示输入端分别与真空泵的电模块相连接，该真空泵与泵转子的运行有 直接的或者间接的关系，尤其是与磁性轴承和驱动马达的运行有关系。如果与继电器控制 装置的故障提示输入端以这种方式相连接的模块中只有单个模块发出故障提示时，制动继 电器接通到故障状态中。
尤其是在以下情况中，即逆变器模块自身有缺陷以及存在损害危险的原因，通过将逆变器模块立即与定子线圈分开阻止了在检测到这种干扰后逆变器模块的进一步有害 作用。故障状态或者制动状态的引入不是直接通过逆变器模块实现。当选择逆变器模块 时不会损害制动继电器或者继电器控制装置的功能性。如果-电压供应不具有过低或者过高的电压，-计算模块没有侦测到其他模块的任一个中的故障，-监控计算模块的准确运行的看门狗模块没有侦测到故障，并且-泵单元和控制单元之间没有重要的电线断开，制动继电器处于其工作状态中或者其工作位置中，在该制动继电器中马达线圈与 逆变器模块相连接。不言而喻，真空泵的另外的模块和构件能够与继电器控制装置的错误提示输入端 相连接。安全轴承最好构成为滑动轴承。滑动轴承通常比滚动轴承成本低。通过泵转子在 故障或者制动情况下可靠的制动可以大大地降低滑动轴承的磨损。由此能够使用相对成本 低的滑动轴承作为安全轴承以用于高额定转速和高泵转子质量。根据本发明的优选的构造，真空泵为涡轮分子泵。涡轮分子真空泵通常以多个 lOOOOU/min的非常高转速运转并且因此适合于磁性轴承的应用，相应的安全轴承分别与该 磁性轴承相关联。
接下来参照附图详细叙述本发明的两个实施例。其示出图1示意性地示出带有制动继电器的真空泵，该制动继电器在故障或者制动情况 下将驱动马达的定子线圈相互短路连接，其中吸热体由泵外壳形成；图2示出如图1的真空泵，不同之处在于，吸热体由独立的吸热元件形成。
具体实施例方式图1和2中示出涡轮分子真空泵10，该涡轮分子真空泵10由通过电连接线40彼 此相互连接的泵单元12和控制单元14组成。真空泵10在其泵单元12中具有泵转子16，该泵转子16由电驱动马达18以达 lOOOOOU/min的额定转速驱动。转子轴以磁性的方式被支撑在两个磁性轴承20、21中，所述 磁性轴承20、21分别为多轴的并且共同形成五轴磁性轴承。磁性轴承20、21与构造为机械 滑动轴承或者滚动轴承的安全轴承22、23相关联。驱动马达18为三相的直流无刷马达并且具有三个定子线圈191、192、193。然而驱 动马达也能够构造为异步机器或者磁阻马达。泵单元12此外具有制动继电器42，该制动继电器42具有三个转换触点。转换触 点具有三个基极触点62、63、64，三个构成为常开触点的工作触点47、48、49以及三个构成为常闭触点的制动触点44、45、46。三个定子线圈191、192、193分别与基极触点62、63、64 相连接。制动触点44、45、46通过断路器54分别直接相互连接。三个制动触点44、45、46 在断路器54后面的连接形成短路点60。断路器54与温度传感器58相耦连，该温度传感器58以导热的方式固定在马达定子72上。在制动的情况下，面临定子线圈191、192、193的过热危险时将断路器54打开，并 且当温度传感器58检测到的马达定子22的温度再次降到允许的温度时才再次关闭。断路 器54也能够以无级控制的方式设计用于制动功率。图1的真空泵10通过其马达定子72以导热的方式能够直接与由铝制成的泵外壳 70相连接。在马达定子72和泵外壳70之间设有以导热膏或者导热薄膜的形式的导热层 68。导热层68在马达定子72和泵外壳70之间建立了良好的导热连接，使得在该区域产生 较小的热阻。定子线圈191、192、193也以良好热导的方式与马达定子的定子片相连接，例 如通过用良好热导的浇铸材料进行浇铸和/或使用形状接合-线圈支架。因为一部分制动 能量耗散在定子线圈191、192、193中，通过较小的热阻保证了从定子线圈191、192、193到 吸热体的良好导热性。外壳70在图1的实施例中形成了吸热体70。在图2的实施例中，吸热体由独立的吸热元件66形成，该吸热元件66围绕着马达 定子72并且以良好导热的方式耦连于该马达定子72。吸热元件由在30°C和80°C之间的范 围内可以改变其聚集态的材料形成，例如蜡。作为吸热元件材料还能够例如使用低温金属， 例如铅或者类似的材料。水也能够用作吸热元件-材料，然而水由液态到气态的相变是不 可逆的。控制单元14具有用于所有常见的模块和构件的电压供给的电源模块30、用于马 达线圈191、192、193的通电的逆变器模块32、用于控制磁性轴承20、21的磁性轴承控制 模块34、用于尤其是磁性轴承控制模块34和逆变器模块32的控制和监控的计算模块36、 用于监控计算模块的功能性的看门狗模块38以及用于控制制动继电器的继电器控制装置 28。继电器控制装置28具有多个故障提示输入端，该输入端通过相应的电信号线与 逆变器模块32、计算模块36和看门狗模块38相连接。如果上述三个模块32、36、38中只有 一个发出故障信号到继电器控制装置28的有关故障提示输入端，继电器控制装置28在图 10所示的故障状态或者制动状态下接通制动继电器。制动继电器42完全为机械继电器。磁性轴承控制模块34和电源模块30也能够以可选的方式通过相应的信号线与继 电器控制装置28的故障提示输入端相连接。泵转子16也能够可替代地以仅单轴的、双轴的、三轴的或者四轴的主动的且磁性 的方式被支撑，与此同时常见的轴以被动的或者机械的方式被支撑。以从典型的几微秒到毫秒的有规律间隔通过计算模块36通知看门狗模块38。如 果预定的通知信号没有到达，看门狗模块38将故障信号发送到继电器控制装置28上。如果以下的模块32、36在内部或者外部侦测到不规律性且该不规律性证明真空 泵或者泵转子16的立即制动是正确的，逆变器模块32和/或计算模块36同样能够直接将 故障信号发送到继电器控制装置28上。计算模块36也相应地监控磁性轴承控制模块34和电源模块30的功能。在泵单元12和控制单元14之间的电连接线40断开的情况下，制动继电器42自动进入制动状态或者制动位置，使得在这种情况下马达线圈191、192、193也彼此相互短路.
权利要求
真空泵(10)具有泵转子(16)；主动磁性轴承(20、21)；与所述磁性轴承(20、21)相关联的安全轴承(22、23)；带有马达定子(72)的电驱动马达(18)，所述马达定子(72)具有多个用于驱动所述泵转子(16)的定子线圈(191、192、193)；带有多个转换触点的制动继电器(42)，所述转换触点分别具有基极触点(62、63、64)、制动触点(44、45、46)和工作触点(47、48、49)；以及短路点(60)，所述制动继电器(42)的所有制动触点(44、45、46)通过所述短路点(60)直接相互连接，其中所有定子线圈(191、192、193)连接于所述转换触点的基极触点(62、63、64)，并且所有定子线圈(191、192、193)通过所述制动继电器(42)的制动触点(44、45、46)以及通过所述短路点(60)能够直接相互连接，而且所有定子线圈(191、192、193)通过所述工作触点(47、48、49)能够与逆变器模块(32)相连接。
2.根据权利要求1所述的真空泵(10)，其特征在于，具有所述定子线圈(1%、192、193) 和定子片的所述马达定子(72)以无气隙的方式与吸热体(70 ；66)相连接。
3.根据权利要求1或者2所述的真空泵(10)，其特征在于，在所述马达定子(72)和所 述吸热体(70 ；66)之间的热连接具有小于0. 1K/W的平均热阻。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的真空泵(10)，其特征在于，温度传感器(58)与 所述马达定子(72)和/或所述吸热体(70 ；66)相关联，其中断路器(54)根据所述温度传 感器(58)测得的温度影响电制动功率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的真空泵(10)，其特征在于，所述吸热体由泵外 壳(70)形成。
6.根据权利要求5所述的真空泵(10)，其特征在于，所述泵外壳(70)由铝制成。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的真空泵(10)，其特征在于，所述吸热体由独立 的吸热元件(66)形成，所述吸热元件(66)由不同于所述泵外壳(70)的材料制成。
8.根据权利要求7所述的真空泵(10)，其特征在于，所述吸热元件(66)由具有在30°C 和80°C之间的进行相变的材料制成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的真空泵(10)，其特征在于，所述制动触点(44、 45,46)为常闭触点并且所述工作触点(47、48、49)为常开触点。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的真空泵(10)，其特征在于，所述制动继电器 (42)为机械继电器。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的真空泵(10)，其特征在于，所述安全轴承 (22、23)构成为滑动轴承。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的真空泵(10)，其特征在于，所述真空泵(10) 为涡轮分子泵。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的真空泵(10)，其特征在于，设有继电器控制 装置(28)，所述继电器控制装置(28)具有与电模块(32、36、38)相连接的故障提示输入端， 其中当至少一个电模块(32、36、38)的故障信号需要故障提示输入端处理时，所述继电器控制装置(28)将所述制动继电器(42)接通到闭合所述制动触点(44、45、46)的制动状态中。
14.根据权利要求13所述的真空泵(10)，其特征在于，所述电模块为逆变器模块(32)、 计算模块(36)、监控所述计算模块(36)运行的看门狗模块(38)、电源模块(30)和/或磁 性轴承控制模块(34)，其中每个模块(32、36、38)通过自身的信号线连接于所述继电器控 制装置(28)的故障提示输入端。
全文摘要
本发明涉及一种真空泵(10)，其具有泵转子(16)；主动磁性轴承(20、21)；与所述磁性轴承(20、21)相关联的安全轴承(22、23)；带有马达定子的电驱动马达(18)，所述马达定子具有多个用于驱动所述泵转子(16)的定子线圈(191、192、193)；带有多个转换触点的制动继电器(42)，所述转换触点分别具有基极触点(62、63、64)、制动触点(44、45、46)和工作触点(47、48、49)；以及短路点(60)，所述制动继电器(42)的所有制动触点(44、45、46)通过所述短路点(60)直接相互连接。所有定子线圈(191、192、193)连接于所述转换触点的基极触点(62、63、64)并且通过所述制动继电器(42)的制动触点(44、45、46)以及通过所述短路点(60)能够直接相互连接而且通过所述工作触点(47、48、49)能够与逆变器模块(32)相连接。
文档编号F04D19/04GK101802414SQ200880108004
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月16日 优先权日2007年9月19日
发明者乌尔里希·云格, 克里斯蒂安·哈里希 申请人:厄利孔莱博尔德真空技术有限责任公司