气体转移真空泵的制作方法

气体转移真空泵的制作方法
【专利摘要】描述了一种改进的真空泵机构(10)，其中交叉实心或穿孔元件(4)布置成与通道(12)部件交叉。交叉实心或穿孔元件和通道部件的相对移动引起气体分子从泵的入口(16)推动至泵的出口(18)。气体分子约束在通道部件内，并且气体分子与交叉实心或穿孔部件(14)的平且光滑的表面的相互作用影响气体分子的动量，以使它们被朝出口(18)指引。在一个实施例中，通道部件(12)形成为螺旋部，并且交叉实心或穿孔元件为盘形。提供了备选实施例，其具有构造为螺旋形部的通道部件(12)和构造为圆筒形裙部的穿孔元件。泵提供泵容量的显著改进、泵的减小的功率消耗和尺寸。
【专利说明】气体转移真空泵

【技术领域】
[0001] 本发明涉及气体转移型的真空泵。具体而言但非排他地，本发明涉及一种新型的 拖曳真空泵机构。

【背景技术】
[0002] 大体上，真空泵可根据它们的泵送机制分成各种类别。因此，在广义上，真空泵可 归类为气体转移泵和捕集泵。气体转移泵还可分类为动力泵或正排量泵（其包括往复泵和 回转式排量泵，诸如罗茨或回转导叶机构）。动力泵还可进一步分类为拖曳泵（诸如，分子 拖曳泵或涡轮分子泵）或流体捕集泵（诸如，油蒸气扩散泵）。
[0003] 为了实现一定水平的真空压力，不同类型的泵可布置成串联操作，以便压缩低压 气体至处于或刚刚高于大气压力的压力。在此类泵送布置中使用的不同类别的泵取决于许 多因素，例如包括所需的真空压力水平、需要真空环境的应用、一定时间段内泵送的材料的 体积，以及通过真空泵泵送的材料。
[0004] 气体转移真空泵目前在许多不同工业和科学应用中使用。例如，气体转移泵提供 用于半导体装置的制造（包括但不限于，集成电路、微处理器、发光二级管、平板显示器和 太阳能电池板的制造）的真空。这些应用要求相对无菌或良好的环境，以便使材料能够沉 积在基底上并且在基底上处理。此外，气体转移泵用于需要真空的其它工业过程中，包括玻 璃涂覆、钢制造、发电、真空蒸馏、锂离子电池生产等。一些科学仪器（诸如质谱仪或电子束 显微镜）也要求真空环境，并且气体转移泵通常用于实现适合的真空环境。
[0005] 随着时间的过去，已经开发了各种类型的气体转移泵机构。不同的泵机构根据应 用的要求和由于不同真空压力下的气体分子的不同流动行为而开发。例如，在高真空压力 (KT 3mbar和以下）下，气体分子被说成在分子流范围中。此处，分子自由地移动，而不相互 妨碍，并且碰撞主要是与容器的壁。分子撞击容器的壁，粘住达相对短的时段，并且接着沿 新且不可预知的方向离开壁的表面。气流为任意的，并且平均自由程为相对大的。在分子流 范围中，泵送在分子自动地迁移到真空泵中时发生。在大约lmbar的大气压力的范围中的 真空压力下，气体分子以不同方式表现。在这些较高压力下，流动被称为粘性流动。此处， 气体分子频繁地与彼此碰撞，并且分子的平均自由程为相对短的。湍流和层流状态存在于 该压力范围中。分子状态与粘性状态之间的压力范围被称为过渡流动范围（从大约lmbar 至lj lCT3mbar)。
[0006] 然而，不存在可横跨所有真空压力范围在所需的高效率下操作的已知单类泵机 构。因此，为了将室抽空至高水平的真空压力（例如，l〇_ 6mbar)，真空泵系统可包括涡轮分 子泵（其设计成在1〇_9到l〇_2mbar之间的压力下高效地操作），该涡轮分子泵由分子拖曳 泵机构（其在过渡流动范围中高效地操作）支持，并且由涡旋泵、罗茨泵或螺杆泵（其在粘 性流动范围中高效地操作并且在大气压力下排放气体）进一步支持，这取决于应用要求。
[0007] 某些分子拖曳机构在20世纪前半部分开发出，并且随后被优化。然而，除开发性 设计微调之外，各种拖曳机构构造的基本布置保持不变。在本质上，拖曳泵动作由从相对快 移动转子表面直接到包含在由定子限定的通道内的气体分子的动量转移产生。机构采用它 们的主要开发者的名字。
[0008] 例如，在图1中所示的Gaede泵机构（其以Wolfgang Gaede 1878-1945命名）中， 气体分子被迫横穿一组旋转叶轮盘1，其中的各个紧邻静止气体通道2旋转，其入口 3和出 口 4由静止剥离器部件5分开，静止剥离器部件5在出口处将分子推离旋转盘，并且进入下 一级的入口中（还见专利文献US852947和GB 190927457)。
[0009] 图2中所示的Holweck泵机构大体上包括紧邻螺旋凹槽外壁7自旋的侧部光滑的 圆柱6,并且以Fernand Holweck (1890-1941)命名。圆柱的切向速度将动量给予气体分子， 其在凹槽通道内沿螺旋路径朝出口 4被推进。通常使用多个凹槽表面（可更详细地参照US 1492846)。在备选的Holweck构造中，侧部光滑的圆柱可形成定子，并且转子可构造为螺旋 凹槽构件。
[0010] 在如图3中所示的Siegbahn泵机构中，转子大体上包括将动量给予气体分子的自 旋盘8。定子包括保持接近旋转盘的其表面上的螺旋形通道。因此，气体分子被迫沿向内螺 旋的径向路径行进。该机构由Mane Siegbahn (1886-1978)开发，并且在专利文献GB332879 中进一步描述。
[0011] 因为技术人员对它们熟悉，所以这些已知机构及它们附加的化身（incarnation) 的更详细的阐释在此处为不必要的。各种机构形成真空泵【技术领域】的技术人员的公知常识 的部分，其中进一步阐释在关于本主题的各种书籍中找到。例如，可对以下教材进行参照： Nigel Harris 的"Modern Vacuum Practice"，由 McGraw - Hill 在 2007 年出版（ISBN-10:0 - 9551501 - 1 - 6);由Paul A Redhead编辑的"Vacuum Science and Technology"， American Vacuum Society 通过 AIP Press 在 1994 年出版（ISBN 1 - 56396 - 248 - 9); 以及 Mars Hablanian 的〃High - Vacuum Technology - A Practical Guide〃，由 Marcel Dekker Inc 在 1990 年出版（ISBN 0 - 8247 - 8197 - X)。
[0012] Holweck和Siegbahn机构两者通常用作用于涡轮分子泵机构的前级泵送机构。 有利地，Holweck或Siegbahn转子可集成地联接于涡轮分子泵的转子，从而允许单个转子 和驱动马达设计。此类泵机构被称为复合涡轮式分子泵，并且该类型的泵的实例在例如 US8070419、US6422829 和 EP1807627 中公开。
[0013] 然而，已知的分子拖曳机构遭受各种缺陷。例如，泵机构的容量有限，因为转子必 须相对接近定子旋转，并且定子通道的深度必须相对浅以便优化泵的压缩比。在已知的拖 曳泵机构中，不可能的是通过使定子通道的深度增大超过某一极限来增大容量。抽空的系 统处于低于泵的排放的气体压力下，并且气体自然试图通过泵流回到抽空的系统中以补偿 任何压力梯度。如果定子通道过深，则最远离转子的通道的部分中的气体分子可不受转子 影响。因此，气体分子沿通道与预计流动方向相反朝拖曳泵级的入口回流的路径可在通道 过深而导致泵效率和压缩比的显著损失时提供。
[0014] 期望增大拖曳机构真空泵的容量。这可通过提供以平行构造布置的若干拖曳机构 来实现，诸如US5893702中公开的系统。此处，同心Holweck泵级布置成与彼此并联工作。 然而，该类型的构造所需的附加的转子重量、惯性、复杂性和总体泵尺寸可使其为不合乎需 要的。
[0015] 涡轮分子泵包括从转子轮轴或毂沿大体径向方向延伸的一系列转子叶片。一系列 转子叶片组沿旋转轴线堆叠在彼此的顶部上。叶片成角来将由旋转撞击的气体分子朝出 口引导。通常将定子叶片置于各个转子叶片组之间，以改进泵效率，并且减少气体分子朝 泵入口的回流。定子叶片大体上按照与转子叶片相同的原理设计，但定子叶片沿相反方向 成角。转子叶片和定子叶片可由金属块加工成，或者由具有从片材冲压出的叶片的金属片 形成。技术人员熟悉该类型的真空泵，并且机构的进一步描述在此处为不必要的。提出了 备选的涡轮分子泵设计，其可描述为径流式涡轮分子泵，诸如US2007081889、US6508631和 DE10004271中所示的那些。
[0016] 轴流式涡轮分子真空泵和径流式涡轮分子真空泵两者仅在分子流动范围压力下 高效，因为泵依靠高速转子，将动量给予气体分子，并且朝出口引导分子。在处于其中气体 分子与彼此以及泵的部分相互作用的过渡和粘性流动范围中的高压下，涡轮分子泵变得效 率更低。该效率降低表示涡轮分子泵不能在相对低的真空压力下提供气体的有效压缩比。 实际上，在低真空压力下（即，在过渡和粘性流动压力范围中），气体分子可由于与邻近气 体分子而非设计成朝出口引导分子的泵的部分的相互作用而变为"捕集"在转子或定子的 叶片之间。因此，在这些较高压力下，泵可遭受所谓的'停滞'，其中气体分子并未沿泵的轴 向长度朝出口有效地转移，而是趋于保持在邻近转子叶片之间的空间中，并且在大体周向 的路径中行进。


【发明内容】

[0017] 本发明旨在提供一种改善以上论述的问题的真空泵机构。此外，本发明旨在提供 一种真空泵机构，其具有相对高的泵送能力，在较低的消耗水平下操作，并且/或者相比于 具有相同或类似规格的已知的泵机构需要相对较小的空间。换言之，本发明旨在提供一种 在气体吞吐量、购置成本和/或总体泵尺寸方面更高效的真空泵。
[0018] 为了解决和实现该目的，本发明在广义上针对一种泵机构，其中两个元件布置用 于相对于彼此相对移动，并且其中第一元件提供限定入口与出口之间的气体流动路径的通 道，并且第二元件成角地与通道交叉，其中第二元件被穿孔以允许气体流过其，或者为实心 的，并且布置成允许气体围绕其流动，并且在使用期间，相对移动朝出口推动通道中的气体 分子。第二元件应当相对薄（例如，对于穿孔的第二组件，小于1_厚），并且具有光滑和/ 或平的表面。如果利用实心第二元件，则元件的厚度不太关键，并且可在2_或更小的范围 中。为了解决和最小化气体分子的'停滞'，第一元件（其限定气体流动通道）应当延伸 至相对接近或尽可能接近第二元件的表面的位置。可利用该布置，以使大部分气体分子在 第二元件与通道交叉的点处保持在气体流动通道内，并且在其穿出通道时不由第二元件停 滞。第二元件可在沿通道的长度的位置处或在通道的出口或入口处与通道交叉。用语〃穿 孔〃的采用意味着穿孔元件包括布置成允许气体穿过元件的气体可渗透的孔口。
[0019] 因此，第一元件和第二元件的组合提供分子拖曳泵布置。然而，可看到本发明与已 知的分子拖曳泵（如上文所述）的差别在于，已知系统大体上在定子和转子的平面布置成 平行或构件同心地布置的情况下操作。在广义上，本发明的泵送机构的一个元件在不同于 其它元件的平面中操作。换言之，一个元件穿过由其它元件限定的气体流动通道，并且气体 可沿流动路径依靠提供用于气体分子通过或围绕元件中的一个经过的穿孔或间隙而经过。
[0020] 更确切地说，在本发明的第一方面中，提供了一种真空泵或泵转子，其包括交叉部 件（实心元件或穿孔元件），该交叉部件布置成使得在使用期间，交叉部件影响与交叉部件 相互作用的气体分子的动量，并且其中交叉部件布置成允许气体分子经由间隙或多个穿孔 穿过其。交叉部件可为实心装置（具有为零的透明度值）或具有多个穿孔的穿孔元件，该 多个穿孔允许气体分子流过穿孔的元件。穿孔可由穿孔元件的边缘包围，或者在穿孔元件 的边缘处开启。换言之，开启的穿孔不由穿孔元件的边缘包围。
[0021] 穿孔元件或交叉部件可布置成与泵中的气体流动路径的一部分交叉。穿孔元件或 交叉部件可包括面对泵入口的上游表面以及面对泵出口的下游表面，布置成使得穿孔元件 或交叉部件的上游表面和下游表面可没有凸起。换言之，表面为光滑的或大体上平的，而没 有从表面延伸的元件。穿孔元件可为穿孔的盘或穿孔的圆筒。盘或圆筒的表面为平的，其 中表面没有凸起。用语"平的"的采用意味着表面被说成即使在利用锥形穿孔元件和/或 穿孔设置在锥形盘或圆筒的弯曲表面上时也是平的，表面不包括从穿孔元件的平或弯曲的 平面延伸出的凸起。
[0022] 穿孔元件或交叉部件的上游表面和下游表面可提供动量由其转移至气体分子的 器件。因此，穿过包括此类转子的泵的分子与转子的上游表面和下游表面相互作用，并且被 朝出口推动。
[0023] 设置成穿过穿孔元件的穿孔可包括具有圆形、长形、卵形、六边形、矩形、梯形或多 边形的孔。此外，穿孔元件可包括周缘，并且穿孔的至少一部分在周缘处开启。即，穿孔不 由周缘包围。此外，开启的穿孔可沿径向方向朝内周缘延伸，由此设置在邻近的端部开启的 穿孔之间的上游表面和下游表面的一部分朝周缘延伸以形成平的径向导叶。
[0024] 有利地，穿孔元件或交叉部件可具有小于1. 5mm的厚度，优选为小于1mm，并且更 优选为小于〇. 5mm。厚度测量为上游表面与下游表面之间的距离。
[0025] 此外，穿孔元件包括穿过穿孔元件以使上游表面和下游表面互连的穿孔的环形阵 列。穿孔可沿垂直于盘的表面的方向延伸穿过穿孔元件。因此，穿孔延伸穿过穿孔元件以 允许气体穿过其，并且具有等于穿孔的位置处的穿孔元件的厚度的相互作用长度。
[0026] 此外，穿孔盘可包括环形部分，多个穿孔设置在该环形部分中，并且环形部分的透 明度沿径向方向变化。透明度可相对于离盘中心的径向距离增大而增大。此外，透明度根据 穿孔尺寸的变化、穿孔的角间距的变化、穿孔的周向间距的变化或它们的任何组合而变化。 透明度看作是由穿孔元件的穿孔占据的、与气体流动通道交叉的穿孔元件的总面积（即， 排除由穿孔元件的材料占据的面积）与同给定的流动路径通道交叉的部件的总面积之比。
[0027] 此外，心轴可联接于穿孔元件或交叉部件，所述心轴与其同轴地布置。心轴可布置 成联接于多个穿孔元件（或交叉部件），并且/或者多个穿孔元件或交叉部件中的各个可设 置在沿心轴的轴向长度的分立位置处。此外，心轴可布置成具有一直径，其沿旋转轴线变化 以形成轴向轮廓，该轴向轮廓为截头圆锥、梯级、子弹形和圆柱形中的任一个，或它们的任 何组合。此外，心轴的直径可沿轴向长度朝泵出口增大。该布置可有助于包括串联布置的 多个转子元件的泵内的气体压缩。
[0028] 有利地，穿孔元件或交叉部件可通过圆柱形间隔元件间隔开，以使包括穿孔盘或 交叉部件的第一元件设置成最接近泵的入口，并且包括穿孔盘或交叉部件的第二元件设置 成最接近泵的输出部。第一穿孔盘可具有相比于第二穿孔盘更高或更低的透明度。如果期 望的入口压力在分子流动压力范围中并且出口压力在过渡或粘性流动压力范围中，则可利 用该布置，以最大化泵内的气体压缩。穿孔元件可经由间隔元件联接于心轴，以允许穿孔元 件的准确间距。穿孔元件和实心交叉部件的组合可遍及泵布置，例如，第一元件可包括穿孔 元件，并且第二元件可包括实心交叉部件，或反之亦然。
[0029] 穿孔盘可包括环形部分，多个穿孔设置在该环形部分中，并且实心内部部分设置 在环形部分与盘的中心之间，布置成使得实心内部部分形成盘的内周。在一个布置中，在与 第一穿孔盘的实心内部部分相比时，第二穿孔盘的实心内部部分沿径向方向远离旋转轴线 延伸。此外，穿孔盘可包括环形部分，多个穿孔设置在该环形部分中，并且实心外部部分形 成盘的外周。
[0030] 有利地，涡轮分子叶片区段可设置用于在穿孔元件或交叉部件的上游使用。此外， 其它泵送机构（诸如再生泵机构、Siegbahn、Holweck或Gaede拖曳机构或离心泵转子区 段）可设置用于在穿孔元件的下游使用。
[0031] 此外，转子可由包括铝、铝合金、钢、碳纤维增强的聚合物（CFRP)或钛的材料制 成。
[0032] 此外或作为备选，提供了布置成与真空泵转子协作的真空泵或真空泵定子，包括： 通道部件或元件，其具有气体流动通道设置在其上的表面，所述通道由至少侧壁和底板形 成，其中侧壁包括布置成容纳交叉部件或穿孔元件的交叉槽口，其以交叉角与气体流动路 径交叉，并且其中通道布置成将气体约束在其中，并且其中交叉部件或穿孔元件和通道元 件能够相对于彼此移动。如上文所述，穿孔元件构造成允许气体穿过其，并且交叉部件布置 成允许气体穿过其。交叉角可为锐角，或者垂直于转子元件穿过的气体流动路径壁的一部 分。
[0033] 有利地，通道部件可为圆筒形，并且气体流动通道形成为设置在圆筒的内表面上 的螺旋部。在该构造中，通道的侧壁可设置在通道部件的内圆筒形表面上，并且从内表面朝 纵轴线延伸；并且/或者交叉槽口可沿径向方向朝通道部件的纵轴线延伸。因此，该构造提 供了用于在轴流式泵中使用的定子。作为备选，通道部件可为盘形，并且气体流动通道形成 为设置在通道部件的上表面上的螺旋形部。在该构造中，流动通道可在通道部件的外周与 接近盘形通道部件的径向轴线的位置之间延伸；并且/或者交叉槽口可从径向轴线沿弧延 伸恒定距离。因此，该构造提供了用于在径流式泵中使用的定子。
[0034] 取决于期望的泵特性，交叉槽口可从气体流动通道的底板延伸。作为备选，槽口可 延伸至未到气体流动通道的底板的位置。在两种情况下，槽口布置成容纳转子，并且如果 转子并未与气体流动通道完全地交叉（即，在转子的周缘与通道底板之间存在留下的小间 隙），则可利用备选构造。
[0035] 有利地，通道部件可布置成形成定子的部分，所述定子包括固定于彼此的两个或 更多个定子元件。定子元件中的各个可与彼此相同。此外，各个定子元件可包括布置成与 邻近定子元件的抵接表面协作的抵接表面。更进一步，交叉槽口可设置在与抵接表面重合 的位置处。交叉槽口的平面可布置成垂直于抵接表面。因此，定子可包括相对容易组装以 形成完整的定子的节段。
[0036] 有利地，一个定子元件的气体流动通道的一部分可布置成与邻近定子元件的气体 流动通道的一部分重叠。此外，该构造还允许气体流动通道的相应重叠部分布置成重叠并 且形成气体流动通道的侧壁中的交叉槽口。
[0037] 有利地，真空泵或泵定子可包括布置成从入口朝出口延伸的两个或更多个气体流 动通道。结果，提供了多启动泵，其中以该方式构造的定子提供具有许多入口以最大化气体 的吞吐量的器件。作为优选，六到二十个之间的气体流动通道可布置成从入口朝出口延伸。 除其它因素之外，启动的数量取决于泵机构的直径。
[0038] 此外或作为备选，气体流动通道可以以梯级构造布置，由此气体流动通道包括与 彼此互连的径向和纵向区段。用于容纳转子的槽口可构造成与纵向区段重合，使得槽口大 体上垂直于转子。
[0039] 当然，本发明的各种方面在上文中分别描述为转子和定子。然而，本发明还可提供 具有第一方面中描述的转子的特征的定子，或具有以上第二方面中描述的定子的特征的转 子。
[0040] 此外，提供了一种具有机构的真空泵，包括：布置成与形成在通道部件的表面上的 通道交叉的交叉部件或穿孔部件，所述通道布置成将气体分子从泵的入口朝出口引导，其 中交叉部件（或穿孔部件）和通道部件布置成关于彼此移动，以使在使用期间，气体分子沿 通道朝出口被推动，所述交叉部件或穿孔部件布置成允许气体分子围绕或通过其经过。交 叉部件或穿孔部件可成锐角或成90度角地与通道交叉。
[0041] 通道部件可包括槽口，其设置在通道的壁中，布置成在穿孔部件与通道交叉的点 处容纳穿孔部件。槽口可至少横跨通道的深度延伸，以使穿孔部件可在穿孔部件与通道交 叉的点处完全地分开通道。作为备选，槽口不延伸至通道的底板，并且穿孔部件仅与气体流 动通道的部分交叉，从而在交叉点处留下气体流动通道中的间隙。换言之，穿孔部件可布置 成横跨气体流动通道延伸以与通道的大部分交叉，由此间隙设在穿孔部件之间，使得在使 用期间，气体分子可穿过间隙。
[0042] 作为备选，槽口不延伸至通道的底板，并且交叉部件仅与气体流动通道的部分交 叉，从而在交叉点处留下气体流动通道中的间隙。间隙设置在内圆周或外圆周与通道的一 部分之间，并且间隙围绕交叉部件的外圆周或内圆周延伸。换言之，交叉部件可布置成横跨 气体流动通道延伸以与通道的大部分交叉，由此间隙提供在交叉部件之间，使得在使用期 间，气体分子可穿过间隙，并且围绕交叉部件。因此，交叉部件可为实心的（即，没有穿孔）， 并且周向间隙提供气体分子可由其转移或推动穿过交叉部件的器件。当交叉部件布置为转 子并且通道布置为泵的定子时，间隙可设置在交叉部件的外周圆周与通道之间。作为备选， 当交叉部件布置为定子元件并且通道部件为泵的转子时，间隙可设置在交叉部件的内周圆 周与通道之间。
[0043] 有利地，通道部件可为圆筒形，并且通道形成在内表面上，以形成设置在通道部件 的相对端处的入口与出口之间的螺旋气体流动路径。此外，在该构造中，穿孔部件可为穿孔 盘。盘可为具有光滑或平表面的锥形，没有凸起。因此，穿孔部件的厚度，连同盘穿过其以 减小气体分子的停滞的槽口宽度，可最小化。换言之，槽口的宽度大小与穿孔部件的厚度相 当，以便限制或最小化可在穿孔内停滞或穿过槽口的气体的量。
[0044] 此外，穿孔部件为转子，并且通道部件为定子。转子可根据以上第一方面中描述的 构造中的任一个布置。
[0045] 通道部件可包括径向表面，通道形成在该径向表面上，以提供径向表面的内圆周 与外圆周之间的螺旋形气体流动路径。因此，穿孔部件可为穿孔的圆筒。穿孔圆筒可与通 道部件同心地布置，由此交叉槽口沿圆形路径延伸，并且转子可容纳在槽口内。该布置允许 气体分子的径向流通过真空泵泵送。
[0046] 有利地，涡轮分子叶片转子可设置在通道部件的上游。这提供了进一步激励气体 分子进入泵机构中的手段，特别是在分子流动压力范围中。
[0047] 真空泵可进一步包括设置在通道部件下游的第三泵送级。第三泵送级可包括离心 泵送级、Holweck拖曳机构、Siegbahn拖曳机构、Gaede拖曳机构或再生泵机构中的任一个。 第三泵送机构可布置成在接近或高于大气压力的压力下排放。
[0048] 因此，穿孔或交叉部件包括面对泵入口的上游表面，以及面对泵出口的下游表面。 穿孔或交叉部件的上游表面和下游表面可没有凸起。换言之，表面为平或光滑的。穿孔部 件可为穿孔盘或穿孔圆筒。穿孔部件可包括周缘，并且穿孔的至少一部分在周缘处开启。 开启的穿孔可沿径向方向朝内周缘延伸，由此设置在邻近的端部开启的穿孔之间的上游表 面和下游表面的一部分朝周缘延伸以形成平的径向导叶。穿孔或交叉部件具有小于2_或 1. 5_的厚度，优选为小于1_，并且更优选为小于0. 5_。此外，穿孔部件中的穿孔可沿垂 直于盘的表面的方向延伸穿过穿孔部件。因此，气体分子的停滞可最小化，并且泵的效率改 进。
[0049] 此外，本发明提供了一种真空泵，包括：入口、出口、穿孔部件或交叉部件、通道部 件，以及马达；其中通道部件包括具有形成在其上的通道的表面，所述通道布置成将气体 分子从入口朝出口引导，穿孔部件或交叉部件布置成与通道交叉，穿孔或交叉部件包括没 有凸起的上游表面和下游表面，与通道交叉的穿孔或交叉部件的一部分具有小于2_的厚 度，并且马达布置成引起穿孔或交叉部件和通道部件的相对移动，使得在使用期间，相对移 动引起气体分子沿通道朝出口被推动，所述穿孔或交叉部件允许气体分子穿过其或围绕 其。
[0050] 此外，还提供了一种真空泵机构，包括：连接于驱动马达并且能够围绕气体分子 可沿其泵送的轴线旋转的转子，以及与轴线同心地布置的定子，其中定子和转子均围绕第 一端部与第二端部之间的纵轴线沿纵向延伸预定距离，并且转子包括布置成面对定子的第 二表面的第一表面，定子包括设置在第二表面上并且从第二表面延伸至第一表面的第三表 面，以形成定子和转子的第一端部处的入口与定子和转子的第二端部处的出口之间的螺旋 气体流动路径，转子包括设置在出口处并且在第一表面与第二表面之间延伸的气体可渗透 的盘形径向部件，径向部件布置成旋转并且将动量给予气体分子，并且其中径向部件从第 三表面的端部部分沿轴向移位小于2_。
[0051 ] 此外，本发明还提供了一种真空泵机构，包括：布置成与第二泵送元件协作以将气 体分子从入口朝出口推动的第一泵送元件，所述第一泵送元件和所述第二泵送元件布置成 关于彼此围绕轴线移动，第一泵送兀件具有围绕轴线布置的第一表面，其面对第二泵送兀 件的第二表面以形成第一表面与第二表面之间的间隙，第一泵送兀件还包括从第一表面横 跨间隙延伸至第二表面的环形筛网，所述筛网可渗透气体分子，第二泵送元件还包括设置 在第二表面上的螺旋壁，其横跨间隙延伸至第一表面，形成第一表面与第二表面之间的螺 旋路径，泵送的气体分子可沿该螺旋路径迁移，其中环形筛网设置在螺旋壁的下游。
[0052] 此外，根据本发明的泵可包括至少两个交叉元件，其沿串联的通道部件的轴线间 隔开距离1，各个元件具有厚度t，并且1: t之比为5:1或更大，10:1或更大，或1: t之比为 20:1或更大。此外，交叉元件可具有0. 02或小于其直径的厚度，更优选地，交叉元件的厚度 小于0. 01或小于其直径。更进一步，多个导叶可从通道部件延伸以限定螺旋通道，导叶成 级地布置，具有设置在相邻级之间的交叉元件，并且其中同一级内的导叶的空间弦比为大 于或等于4,并且导叶在输出部处的空间弦比为5或更大，或6或更大。

【专利附图】

【附图说明】
[0053] 现在经由实例并且参照附图来描述本发明的实施例，在该附图中： 图1、2和3为已知的分子拖曳泵送机构的示意图； 图4为本发明的实施例的示意图； 图5为实施本发明的泵机构的一部分的示意图； 图6为图5的一部分的放大图； 图7为示出根据本发明的五个备选穿孔部件的部分的示意图； 图8为本发明的备选实施例的示意图； 图9为以分解视图示出的本发明的另一个实施例的示意图； 图10为图9的实施例的示意图； 图11为图10中所示的泵机构的截面； 图12为图10中所示的泵机构的另一个截面； 图13为本发明的又一个实施例的示意图，示出了并入本发明的机构的复合泵； 图14为图13中所不的栗的截面图； 图15为本发明的另一个实施例的不意图； 图16为实施本发明的泵的一部分的截面区域； 图17和图18为本发明的又一个实施例的示意图； 图19为图17中所示的本发明的备选实施例的示意图； 图20为本发明的又一个备选实施例的一部分的示意图； 图21至22为示出图20的实施例的构件的示意图；以及 图23为实施本发明的泵的构件的各种参数的示意图。

【具体实施方式】
[0054] 现在经由各种实施例描述本发明的构想。
[0055] 然而，技术人员理解的是，所述的各个实施例不是发明的构想的独特或分立表示， 而是相反地，来自一个实施例的元件可与来自另一个的元件组合，而不脱离本发明的范围。 此外，本发明构想按照泵来描述。另外，技术人员容易理解的是，本文所述的机构可形成分 立的独立泵，或复合真空泵的一个或更多个构件。
[0056] 本发明的第一实施例在图4至7中示意性地示出。参照图4,示出了真空泵机构 10,其包括通道元件12和穿孔交叉元件14。通道元件和穿孔交叉元件能够相对于彼此移 动，以便将进入泵的入口 16的气体分子朝出口 18推动。此类相对移动可通过保持元件中的 一个静止同时另一个由电动机（例如）以旋转运动驱动来提供。出于该实施例的目的，我 们将按照通道元件为泵的静止构件（即，定子）并且穿孔元件作为泵的旋转从动元件（即， 转子）来描述泵机构。当然，本发明不限于该布置，并且技术人员理解其它构造是可能的， 其中通道元件被驱动，同时穿孔元件保持静止，或也被驱动以提供所需的相对运动。
[0057] 在第一实施例中，通道部件（定子）12大体上为圆筒形，具有设置在圆筒的轴线20 的一个端部处的入口 16,以及设置在另一相对端部处的出口 18。因此，该实施例大体上可 描述为轴流式泵。至少一个通道22可形成在圆筒的内表面24上。附图中所示的实施例示 出了两个通道，以提供所谓的'二启动'泵或'双启动'。当然，如果期望，可形成更多通 道，如下面论述的。通道由底板26和从底板朝轴线延伸以形成螺旋流动路径的侧壁28形 成。底板与圆筒的内圆筒表面重合。通道侧壁沿径向方向延伸距离L，其可典型地为大约几 毫米至100mm或更大，这取决于泵的操作要求。在所示的双启动构造中，存在形成双螺旋部 的两个流动路径。通道的侧壁28与螺旋导叶30集成地形成，螺旋导叶30从圆筒的内表面 24延伸。导叶的一侧形成第一通道的侧壁，而导叶的的另一侧形成相邻通道的侧壁。
[0058] 穿孔交叉元件14 (转子）包括心轴32,其可联接于马达以驱动马达。盘34安装在 心轴上，并且通过使用间隔元件36来定位和保持就位。盘为相对薄的，具有小于2mm的沿 轴向方向的厚度，更优选为小于1. 5mm，并且最可能在0. 75到0. 25mm厚的范围中。穿孔38 的阵列设在盘34上，以允许气体分子从一侧到另一侧经由穿孔穿过盘。穿孔布置成直接穿 过盘，并且不倾斜至转子或盘的表面。盘布置成以一角度与气体流动路径交叉，因此需要穿 孔以允许气体分子穿过盘的径向平面，并且继续沿流动路径。槽口 40设在通道元件中，以 容纳盘并且允许盘与通道交叉。结果，通道在盘的任一侧延伸，并且盘将通道分成最接近入 口的上游部分和盘下游的下游部分。
[0059] 转子盘设置成离气体流动通道侧壁的起点有较短距离' 1'。换言之，侧壁在气体 流动通道的入口处在转子上方沿轴向方向延伸距离' 1'。因此，入口在径向和轴向平面中 具有大小L1的截面，其中气体流动通道的L宽度大小在图4和图18中示出。距离' 1'可 在5到40mm之间或更大。结果，当与上文所述的已知拖曳泵机构相比时，显而易见的是，实 施本发明的泵机构的容量极大地改进。如上文所述，已知的拖曳泵机构在它们的能力上限 于泵送相对大体积的气体，而实施本发明的泵可通过使用该构造来克服该限制，其中一个 元件以给定角与气体流动通道交叉。大约几百_ 2到4, 000m2或更大的气体流动通道的截 面面积能够使用本发明容易实现。当测量泵中的相邻穿孔元件之间的距离时也可使用大小 1，并且转子盘之间的气体流动路径的截面面积也测量为L1。
[0060] 图5为图4中所示的机构的一部分的周向截面，并且示出了实施本发明的泵的操 作原理。当在操作中时，如由图5中的箭头指示的，盘以相对高的速度围绕轴线20旋转。 在图5中，操作原理以线性方式示出了泵的构件，以帮助使理解操作原理容易。结果，盘的 旋转移动示为如由箭头指示的线性移动。此外，图5示意性地示出了实施本发明的真空泵， 其具有将泵分成五个级A到E的四个转子盘。级A在第一转子50的上游，第二转子51将 级B与C分开，第三转子52将级C与D分开，并且第四转子将级D与E分开。区段E在第 四转子53的下游终止于泵的出口 18处。转子盘通过穿过设置在通道壁中的槽口 40而与 流动路径通道交叉。槽口设计成使得盘以最小空隙穿过槽口，该最小空隙为最接近槽口 40 的盘的表面上方和下方大约〇. 50mm的空隙。
[0061] 图5中示出了各种可能的气体分子路径。第一路径由箭头60示出。分子进入泵 的入口，该泵在高真空压力下操作。其撞击定子壁30,并且释放到转子50的路径中。撞击 转子的实心部分，动量通过转子的相对移动给予至分子。接下来，分子撞击侧壁的下侧表面 28,并且其被再次朝转子引导。此处，分子的路径与盘的穿孔38相互作用，允许分子穿过交 叉盘进入泵的下一个区段中，即，如所示的区段B。
[0062] 另一个分子的第二路径由箭头62示出。此处，分子的路径穿过转子上的穿孔，从 而允许分子从区段B前进至区段C，其中，其接着与通道的侧壁相互作用，并且从表面朝转 子发射，其刚穿过该转子。此处，其与转子的下游表面相互作用，并且因此其固持在区段C 内。接着，其路径从转子51继续到第三转子52上，从此处到通道的相对的侧壁，并且接着 穿过第三转子的穿孔进入区段D中。因此，动量可通过转子的上游表面或下游表面或通过 两个表面转移至气体分子。
[0063] 不同分子的第三路径由箭头64示出。此处，分子经由第二转子51中的穿孔从区 段B进入区段C，其中，其停在通道的侧壁上。当其从侧壁发射时，其接着通过转子的穿孔返 回至区段B。不管与第二转子的进一步相互作用，分子不离开区段B。实施本发明构想的泵 的我们的初始计算建模已经示出了该路径相对不太可能出现，但其有时出现。
[0064] 因此，迁移到泵的入口中的气体分子遇到转子盘的表面。一些分子穿过穿孔，并且 撞击气体流动路径通道22的表面。然而，相当大比例的分子撞击旋转盘的一个或更多个表 面，停在该处达较短时间段，并且接着沿随机方向离开表面。以该方式离开表面的气体分子 的动量由盘的旋转运动影响，并且分子有可能具有转移至其的动量，该动量具有沿转子的 移动方向的主分量。结果，撞击和尚开盘的表面的大部分分子被朝通道壁的下侧和朝转子 穿过通道壁的点推动。因此，分子最终通过转子和气体流动路径的交叉的组合来朝泵机构 的出口推动。
[0065] 从图5可看到气体的压缩从级A增大至级E。转子间距朝级E增加减小和/或增 大侧壁相对于转子的倾斜角可有助于在气体分子变为朝出口压缩时保持泵效率。此外，有 可能的是不同的转子穿孔图案和透明度在级A到E中遇到的不同压力下使用。
[0066] 图6示出了如图5中所示的区域70的放大图，其中转子和侧壁交叉。转子50在 交叉点处穿过侧壁28的槽口 40。为了提供高效的泵送，S卩，气体分子从转子盘的一侧高效 转移至另一侧，泵设计者应当考虑最小化分子的潜在返回路径，或允许分子有效地保持在 泵的相同级中的路径（即，如上文阐释的级A到E)。例如，槽口 40的宽度T应当尽可能最 小化，以解决和防止气体在不穿过穿孔元件50的情况下从侧壁的一侧流至另一侧。此外， 转子50的厚度' t'应当最小化，以便在其穿过槽口 40来解决和防止所谓的气体分子"直 接停滞"时减小气体分子在穿孔内转移的可能性。我们的初始计算建模结果指示了 1.0mm 到0. 3mm的转子厚度' t'将在连同1. 5到1. 0mm或其接近值的槽口宽度T操作时提供足够 的泵送效率。其它因素可影响转子的厚度' t'，诸如满足所需的刚度和强度参数，以防止使 用期间由向心力引起的转子破坏，或防止由横跨转子厚度的振动或压差引起的转子的轴向 挠曲。换言之，T:t的比应当尽实际可能地接近1。
[0067] 此外，如重叠的长度'm'那样，槽口 40的长度M(如由穿过槽口 40的转子看到的） 可影响泵送效率。重叠取决于转子盘50相对于通道壁的平面倾斜的角α，槽口的长度Μ和 槽口的宽度Τ。此外，穿孔的尺寸（图中示为' d'）、穿孔的间距D和槽口的相对长度Μ也可 影响泵送效率。有可能的是，可需要d:M的不同比率，这取决于泵送的气体的压力和/或泵 的期望吞吐量。例如，在粘性流动压力范围中，我们的初始评定示出了 'd'应当相对大，可 能超过M，以便提供高效泵送。'd'的大小可在分子压力范围中减小。因此，实施本发明的 泵的不同级可使用不同转子大小和穿孔大小。
[0068] 如图4中所示，交叉角α典型地在沿径向距离L的中间的点处测量。这样做的原 因是由于角取决于其被测量的径向位置变化。本发明的实施例可能利用40°到5°之间的 角α，这取决于气体泵送的压力和分子遇到随后的转子表面之前要求的期望的气体流动路 径长度。典型地，我们已经对具有大约20°到5°之间的角α的泵机构进行了初始建模。 当然，可使用不同的角，这取决于泵的要求。
[0069] 此外，为了提供高效的泵送，通道宽度'1'与槽口宽度Τ的比应当保持在较高水 平，优选在粘性流动范围中超过5的值，并且在较低压力范围中超过10或更大的值。此处， 1用于测量相邻穿孔元件之间的距离，以及入口开口之间的距离。
[0070] 图7示出了图7a至7e中的不同转子的节段。附图示出了穿孔类型的不同实例， 并且当然，本发明不限于这些指定的穿孔，并且技术人员理解不同构造是可能的。
[0071] 在图7a中，示出了如上文所述的盘转子的四分之一节段100。转子具有轴线102、 内周缘104和外周缘105。穿孔107的阵列106设在环形带106中。穿孔布置为径向缝隙， 其具有远大于它们的宽度或周向大小的径向长度大小。
[0072] 图7b示出了备选实施例110,其中相同的标记用于指示共同的特征。然而，该实施 例与其它实施例的差别在于，穿孔107在形状上为圆形和/或卵形的。此外，转子盘的外周 缘105包括波状边缘，其使得能够减小转子的总重量。
[0073] 图7c示出了另一个备选实施例112,其中相同的标记用于指示共同的特征。然而， 该实施例与其它实施例的差别在于，穿孔107为菱形或体育场形的，沿周向方向延伸。此 夕卜，外周缘可构造有波状或锯齿形轮廓（类似于图7b中所示的），以有助于减轻重量。
[0074] 图7d示出了另一个备选实施例114,其中相同的标记用于指示共同的特征。然而， 该实施例与其它实施例的差别在于，穿孔107为六边形，以提供间隔开穿孔并且减小邻近 穿孔之间的材料块的更高效的方式。此外，外周缘可构造有波状或锯齿形轮廓（类似于图 7b中所示的），以有助于减轻重量。
[0075] 图7e示出了另一个备选实施例116,其中相同的标记用于指示共同的特征。然而， 该实施例与其它实施例的差别在于，穿孔107在外周缘处开启。换言之，穿孔为形成为穿过 盘的缝隙，其从接近内周缘104的位置延伸，并且延伸至外周缘105。换言之，该实施例中的 盘包括一系列导叶或指状部分117,其具有恒定截面轮廓（S卩，恒定宽度和厚度），并且从毂 部分118沿径向向外延伸。值得注意的是，导叶117未转出平盘的平面，以形成成角的叶片 (此类布置将类似于涡轮分子泵送机构中使用的那些）：当盘穿过通道壁时，导叶保持为平 的，以便保持盘的最小厚度以减小气体分子的停滞。导叶之间的空间出于该文献的目的而 称为穿孔。导叶的顶部表面和底部表面提供了动量由其转移至穿过泵的气体分子的器件。 这并不与涡轮分子泵叶片中使用的机构相同，其中所有动量由于分子与相对于涡轮转子的 径向平面倾斜的转子叶片的成角表面之间的相互作用而转移至气体分子。
[0076] 在图7中所示的所有实施例中，存在穿孔设置在其中的外环形径向带106附近的 内环形径向带。内带包括实心材料，但可同样包括穿孔或减小盘重量的其它器件。所有穿 孔应当设置在与气体流动路径交叉的盘的部分中。还可有利的是包括与气体流动路径交叉 的盘的部分中的实心环形内带的一部分。
[0077] 此外，在将转子盘构造成横跨气体流动路径的仅一部分延伸的情况下，还可存在 优点，由此最接近通道的底板的流动路径中的小外径向带未被转子占据。换言之，在该附 加实施例中，转子并未分开流动路径或者横跨通道的整个径向宽度和因此气体流动路径延 伸。我们将预计到转子的外周缘与通道的底板之间的此类外周间隙为大约5_到10_。此 类布置激励气体分子围绕转子的外缘沿气体流动路径经过。此外，当保持转子的外周缘与 通道的底板之间的间距小于1〇_时，转子的运动可仍影响气体分子，引导或影响分子的动 量，以使它们在期望的方向上沿气体流动路径推动。在该布置中，容纳穿孔元件的气体流动 通道侧壁中的槽口不必延伸至气体流动通道的底板。槽口可终止于设置转子的外周缘的点 处。
[0078] 此外，在该布置中，转子可不必要包括穿孔，在该情况下，实心交叉部件可替换穿 孔的交叉元件。
[0079] 图17至图19中示出了包括实心交叉部件的本发明的实施例。参照图17和图18， 示出了泵机构400,其包括与该文献中所述的其它实施例共有的特征。此类共同特征标有相 同的附图标记。泵包括转子轴32,其布置成围绕轴线20旋转。定子12包括如上文参照图 4所述的螺旋气体流动通道。槽口 40提供成容纳设置在轴上的交叉元件14。交叉元件布 置成与由定子通道构件和间隔元件的表面36提供的流动通道交叉。在该实施例中，交叉元 件410为实心的（具有为零的透明值），并且具有横跨螺旋流动通道的宽度测量的宽度W。 流动通道具有大于W的宽度大小L。因此，具有宽度大小G的间隙412设在实心转子盘410 的外周圆周与流动通道之间，其中 L = ff + G, 并且间隙提供成允许气体分子围绕转子经过，并且沿流动通道朝泵的出口 18继续。参 照图18,提供了该备选实施例的不同视点。间隙G的大小可为大约10_或其接近值。典型 地，交叉元件的宽度大小W在流动通道的宽度大小L的80%到95%之间。
[0080] 周向间隙412提供了泵送气体分子在它们的通路上朝出口经过交叉部件的器件。 在此类布置中，交叉部件不允许气体穿过其，因为没有用于气体穿过转子的穿孔或器件。相 反，间隙允许气体分子经过，并且间隙在转子的外圆周（或周缘）与通道的底板之间。间 隙412可围绕转子圆周的大部分延伸（S卩，围绕转子的圆周大于180°和高达360° )。在 备选布置中，可有利的是，间隙包括一系列限流或节流部分，其可提供显著的孔口或开口区 域，该显著的孔口或开口区域设在转子的圆周与通道底板之间。换言之，间隙的宽度可布置 成沿周向变化。
[0081] 穿孔部件的透明度测量为与由穿孔占据的气体流动通道交叉的部件的总面积 (即，排除由穿孔部件的材料占据的面积）与同给定流动路径通道交叉的部件的总面积之 比。因此，采用图7中所示的实施例作为实例，25%的透明度的采用意味着设置在气体流动 通道内的转子盘（即，穿孔部件）的面积的四分之一包括开口空间或穿孔。相比之下，80% 的透明度的采用意味着设置在气体流动通道内的穿孔部件（转子盘）的面积的五分之四包 括开口空间或穿孔。
[0082] 如上文所述，动量通过分子与盘的上游表面和下游表面（上游表面和下游表面位 于盘的平面中）之间的相互作用来从转子转移到气体分子。盘较薄，并且穿过上游表面与 下游表面之间的穿孔的仅最小比例的气体分子与穿孔的垂直壁相互作用。在分子范围压力 水平下，气体分子的大部分（至少75%)可能穿过穿孔，而不冲击具有大约0. 5mm的厚度的 盘的穿孔的壁。换言之，穿孔的前缘和后缘对穿过穿孔的气体分子的动量具有较小影响，特 别是在分子流动压力范围中。
[0083] 尺寸、穿孔之间的间隔距离和转子的透明度可取决于许多因素变化，包括泵或独 立泵级设计成操作所处的压力。例如，在分子流中，穿孔间距和透明度对于确定泵的动力不 太关键，因为空气动力效果不妨碍气体分子在这些低压下穿过穿孔。换言之，与粘性流动压 力范围中的流体动力相关联的边界层、冲击波和其它影响在分子流动压力范围中不存在或 者最小化。
[0084] 相比之下，在粘性流动压力范围中，穿孔尺寸将布置成最大化穿过泵送机构的气 体转移。另外，对于粘性流动操作，透明度应当在给定机械约束内增大。例如，穿孔沿周向 方向的尺寸可超过定子侧壁中的槽口的宽度。此外，如上文所述，2至10_的间隙可设在转 子的内周缘或外周缘与气体流动通道的底板之间，以便有助于提供足够或期望的气体吞吐 量。因此，多级泵中的转子盘的大小和透明度可能通过泵变化，这是因为气体分子在它们朝 入口穿过泵时变为被压缩：入口处的转子穿孔尺寸和图案可不同于出口处的转子穿孔尺寸 和图案，因为出口在较高压力下操作。
[0085] 图8中示出了本发明的备选实施例。此处，泵130包括转子132和定子134。转子 132布置成关于定子134围绕轴线A沿箭头135所示的方向旋转。定子在形状上为大体圆 筒形，并且包括设置在圆筒的一个轴向端部处的入口 136,以及设置在另一个轴向端部处的 出口 138。
[0086] 转子包括从设置在轮轴143上的中心心轴142延伸的一对双螺旋叶片140,由此心 轴在形状上为大体圆柱形，并且布置成与定子圆筒同轴。螺旋流动路径由转子叶片、定子圆 筒的内表面144和从入口延伸到出口的心轴的外表面146限定。在图8中所示的实例中， 存在形成双螺旋部的两个流动路径，路径布置成与彼此平行。然而，可提供一个或更多个流 动通道，并且本发明不限于此处所述的实施例。
[0087] 转子元件包括布置成容纳与流动路径交叉的穿孔定子元件134的交叉槽口 148。 在该实施例中，定子示为横跨流动路径的整个宽度延伸。然而，该特征不是必需的，并且可 提供小间隙来有助气体朝出口流动。转子中的穿孔150允许气体流过转子元件并且沿流动 路径通道前进。
[0088] 四个穿孔盘以流动路径的360°转动布置。任何数量的穿孔盘可以以该方式布置， 但认为每圈1到8个盘之间就足够，这取决于泵的特定要求。堆叠元件152布置在各个穿 孔元件之间，并且用于使盘间隔开期望的距离，并且在操作期间将盘保持就位。堆叠元件还 提供了流动通道的内圆筒表面144。
[0089] 各种实施例的操作原理类似。通道和穿孔部件的相对运动提供了朝泵出口推动气 体分子的手段。实施例之间的差别在于，在实际工程解决方案中，泵的部分由马达驱动。
[0090] 参照图19,示出了泵的备选布置425,其中转子包括螺旋气体流动通道构件，并且 定子包括交叉元件。除相对于交叉部件或元件的差别之外，该实施例在原理上类似于图8 中所示的实施例。附图中所示的实施例共有的特征标有相同的附图标记。在该实施例425 中，交叉元件434形成定子136的一部分，并且转子140包括设置在转子轴143, 146上的螺 旋通道。转子具有宽度大小L。气体流动通道由以距离W延伸到流动通道中的实心交叉部 件434交叉，其中W > L。因此，具有宽度大小G的间隙438设在交叉部件434的内周缘与 转子之间，其中 L = ff + G, 并且间隙提供成允许气体分子围绕交叉定子部件经过，并且沿流动通道朝泵的出口 18 继续。如上文所述，并且参照图17和图18,间隙G的大小可为大约10mm或其接近值。典型 地，交叉元件的宽度大小W在流动通道的宽度大小L的80%到95%之间。
[0091] 周向间隙438提供了泵送气体分子在它们的路径上朝出口经过交叉部件的器件。 在此类布置中，交叉部件不允许气体穿过其，因为没有用于气体穿过转子的穿孔或器件。相 反，间隙允许气体分子经过，并且间隙在转子的外圆周（或周缘）与通道的底板之间。间隙 434可围绕交叉部件的内圆周的大部分延伸（S卩，围绕内圆周大于180°和高达360° )。在 备选布置中，可有利的是，间隙包括一系列限流或节流部分，其可提供显著的孔口或开口区 域，该显著的孔口或开口区域设在转子与交叉部件之间。换言之，间隙的宽度可布置成沿周 向变化。该构造允许定子由围绕包括转子的中心芯配合的两个或更多个部分制成。
[0092] 可能的是，具有相对较小尺寸或在较高压力下操作的本发明的实施例可利用第二 实施例，而相对大的泵或在较低压力下操作的泵可利用第一实施例。此外，可合乎需要的是 提供混合构造，其利用相同泵中的两个实施例，其中低压级和高压级设置在相同的驱动轮 轴上，低压级（分子流动压力范围）并入第一实施例，而较高压级（过渡和/或粘性流动压 力范围）并入第二实施例。
[0093] 参照图9、10、11和12示意性地示出了第三实施例，其中示出了备选的真空泵机构 180。
[0094] 参照图9,转子元件182示为与定子元件184分开以有助于阐释。转子182包括驱 动心轴186,盘形部件188安装于驱动心轴186。盘部件188具有顶面190和底面192。转 子布置成围绕如箭头指示的轴线194旋转。一系列同心的穿孔裙部元件195布置成从盘部 件的底面延伸。穿孔196阵列布置成穿过每个裙部，以允许气体在外区段与内区段之间流 过裙部。图9中仅一个裙部可见。
[0095] 定子元件184布置成与转子协作，并且在使用期间，将气体从入口 198朝出口 200 推动。定子元件包括具有上表面204的盘部件202,其面对转子的盘部件的底面192。壁 206从顶面向上延伸与转子的裙部部件195的轴向长度相同的距离。槽口 208布置在壁中 以容纳转子裙部元件。壁206的表面、定子盘的上表面204和转子盘的底面192限定布置 成将气体分子从入口 198朝泵的出口 200引导的流动通道。流动通道在该实施例中具有螺 旋形形式，并且通道在入口与出口之间与一个或更多个转子裙部部件195交叉。
[0096] 图11示出了图10中所示的组装的泵的轴向截面视图。此处，出口 200在定子的 中心中可见。该布置适用于具有布置在附图中所示的泵机构下游的后续泵机构的泵设计。 在此类布置中，多个泵送机构可由单个马达驱动以改进泵系统效率。存在附图中示出的四 个转子裙部，它们所有都相对于彼此和旋转轴线194同心地布置。气体流动路径由箭头210 示出，并且看到的是，转子裙部195与流动路径交叉。图12示出了图10中所示的泵机构的 径向截面。相同的附图标记用于使理解容易。
[0097] 在操作期间，转子和定子元件的相对移动通过以电动机驱动转子元件同时定子元 件在适合的壳体中保持静止来实现。抽空的室中的气体分子朝入口 198迁移，并且与旋转 裙部的表面相互作用的任何分子具有它们的由转子的移动影响的动量。因此，分子沿螺旋 形流动路径朝出口被推动。气体分子能够穿过转子中的穿孔，并且朝出口向前。交叉锐角 (即，转子裙部与气体流动通道交叉的角，除其它因素外，其由螺旋形部的螺距确定）的性 质提供了压缩穿过泵的气体的高效机构。因此，径流式泵由第三实施例提供。
[0098] 该实施例以与上文和下文所述的相同的原理操作。就此而言，当考虑泵可能操作 的参数时，应当考虑类似的设计考虑。例如，转子裙部的厚度应当最小化以控制气体停滞的 量。同样，槽口宽度也应当出于类似原因最小化。然而，在该实施例中，裙部从盘沿轴向延 伸的构造可在转子速度增大时引起问题；由于作用于仅在一个端部处被支承的裙部上的向 心力，转子可在使用期间在直径上增大。因此，设计者可限于用于制造转子的某些材料，包 括呈现出适当的强度重量比的那些。其它特征可设计到转子中以有助于适当地加强转子。 例如，裙部可渐缩成在其安装到盘部件上的点处具有较厚的端部。
[0099] 图13和图14中示出了本发明的另一个备选实施例。此处，真空泵机构250包括 三个显著的级，以形成复合泵，其中泵机构的至少一部分包括本发明构想。
[0100] 参照图13,泵以断面形式示出，其中定子的一部分从附图中除去。泵包括入口 252 和出口 254。入口级256包括一个或更多个涡轮分子转子叶片级258。中间级260包括如该 文献中所述的根据本发明构想的真空泵机构。出口级262包括一个或更多个离心泵级264。 泵的转子区段布置成如箭头指示地围绕轴线R旋转。当然，入口级256和出口级262分别 可构造成任何适合的泵送机构，这取决于泵的应用和特定要求。例如，入口级不限于涡轮分 子泵机构，并且出口级不限于离心机构；例如，出口级还可包括Gaede、Siegbahn或Holweck 机构中的任一个或这些类型的泵送机构的任何组合。再生或涡流空气动力泵机构也可认为 是适合的。此外，附加的前级泵可设在出口处（如果规格指示需要一个）。
[0101] 图14示出了沿旋转轴线R截取的泵的截面。所有转子元件，S卩，涡轮分子叶片258、 穿孔转子盘265和离心转子元件264安装在心轴或轮轴268上。间隔元件270设置在各种 转子元件之间，以将转子元件保持就位。定子272由围绕转子定位的至少两个节段形成，以 形成泵定子。定子包括适当的构件274,其形成如前文所述的气体流动通道。此外，可并入 另外的定子构件，诸如，必要的离心定子构件276和附加的涡轮分子定子构件（未示出）。 此外，各个节段包括一个气体流动通道的开端，并且因此在该布置中，节段的数量等于气体 流动通道的数量。
[0102] 在图13中所示的实施例中，定子由六个节段制成，但在该断面视图中仅示出了三 个。（当然，此类分段定子构造可应用于该文献中所述的实施例中的任一个）。参照图16， 两个节段330和332各自分别具有协作的抵接表面334和335和用于使节段以期望构造定 位的器件336。抵接表面或在邻近节段330和332之间的连结的位置布置成与气体流动通 道侧壁的区段338的终点重合。气体流动通道的部分339还可布置成延伸超过抵接表面， 并且横跨接头悬置，并且与邻近的节段332协作。同样，设置在槽口 40的下游的气体流动 通道侧壁340的初始部分342可包括悬置部分342。结果，各个邻近节段的侧壁通道的悬置 部分布置成形成或延伸容纳转子50的槽口的长度。
[0103] 图15示出了实施本发明的泵的另一个构造。此处，泵机构300以断面形式示出， 以有助于理解发明构想；示出了定子302的一半，并且仅示出了一个转子盘304。转子轮轴 和附加的转子未在该图中示出。
[0104] 定子由六个节段306制成，其中的三个在图15中示出。各个定子节段包括入口 308,从而在组装时提供六启动泵机构。在该实施例中，定子节段抵接彼此，以沿抵接表面 310连结。组装的定子在形状上为大体圆筒形，并且内圆筒表面312提供了气体流动通道 的底面。多个通道壁由从内圆筒表面向内延伸的一系列径向部件314形成。壁和通道底板 一起限定气体流动通道，其在图15中的圆筒的基部处在入口 308与出口 315之间延伸。气 体流动通道在形状上为大体螺旋，但其由于壁314的构造而遵循梯级轮廓。就此而言，流动 通道具有遵循周向方向的区段和遵循轴向或纵向方向的区段。壁的纵向部分316包括布置 成容纳穿孔转子盘320的槽口 318,这类似于上文已经描述的类型。在该实施例中，转子盘 320以锐角与流动通道的总体方向交叉，但垂直地穿过通道壁。
[0105] 参照图20到22,提供了本发明的又一个附加实施例。在图20中，泵机构450包括 转子元件452和定子元件454,这基于图8中所示的机构的相同原理。如上文所述，气体分 子在通道的顶部处进入机构或装置，并且在泵操作期间朝如所示的通道的底部被推动。在 该实施例中，转子元件包括在围绕毂456的螺旋路径中经过的十四个通道。通道由成角的 翅片或导叶458限定，其从毂沿径向方向延伸，并且各个通道与平的穿孔网孔元件454交 叉，平的穿孔网孔元件454围绕毂并且横跨通道的宽度延伸。泵的级串联布置，由此各个级 由沿径向延伸的一系列导叶限定，并且由定子元件交叉。大体上，相邻的转子元件排列成形 成由包括穿孔盘的一个或更多个定子元件交叉的连续通道。点线459和460指示了通道的 路径，并且示出了通道的螺旋性质。通道朝出口变窄，并且因此导叶的角朝出口变平。穿孔 元件具有恒定的径向和周向不透明度，具有以规则图案布置的圆形孔口。各个孔口的直径 朝定子元件的外缘增大。转子如箭头A指示地沿旋转方向被驱动。
[0106] 参照图21，倒角C形成在导叶的前缘和后缘上以改进泵效率。倒角减小槽口的长 度M，以试图减小可由于气体分子穿过容纳穿孔定子元件的导叶中的槽口而出现的任何湍 流，定子通过该槽口与通道交叉（也如图6中提出）。
[0107] 此外，网孔元件的上游侧上的导叶的后缘设置在与网孔转子的下游侧上的导叶的 相邻前缘相同的径向位置。该布置导致梯级在网孔元件与通道相交的点处形成在螺旋通道 中。我们的实验示出了该布置提供了高效的真空泵送机构，其中最小化了布置成容纳在限 定螺旋通道的相邻元件之间的网孔元件的间隙。
[0108] 转子可使用已知涡轮分子真空泵中已经使用的种类的主动和/或被动磁悬浮轴 承来安装。在此类情况下，重要的是，在转子加速或减速时，提供足够的空间来容纳通道导 叶之间的网孔定子元件。安装在磁性轴承上的转子可在泵的操作的启动或停机期间经历轴 向移动，并且因此需要足够的空间来容纳该移动，并且减小或防止泵部分的碰撞。当然，重 要的是保持槽口宽度最小，以便减小相邻通道之间的气体停滞的可能性。面对网孔元件的 导叶的表面可设有坚直的牺牲元件或涂层，其在泵的操作周期期间移位或磨蚀（例如，磨 蚀可在从制造地点装运之前的泵测试期间发生），以确保间隙最小化。然而，任何所得的废 物材料应当容易地从泵清除。
[0109] 本发明在许多方面与已知的泵机构不同。例如，已知的拖曳机构（诸如，Holweck、 Siegbahn或Gaede机构）在转子和定子元件布置在相同平面或同心地布置的情况下操作。 在本文所述的本发明中，清楚的是，转子和定子元件不符合该总体原理，而相反，转子和定 子元件布置成与彼此交叉。例如，在气体流动路径由大体上沿泵的轴线的定子中的螺旋通 道限定的情况下，转子以总体径向构造布置，该总体径向构造与通道交叉，并且允许气体流 过转子以便遵循轴向流动路径。
[0110] 此外，本发明的实施例与已知的涡轮分子泵的差别在于定子或转子（取决于使用 的构造）为平的，并且比另一个补充元件薄得多。动量可通过分子和自旋盘转子的上表面 或下表面的相互作用来转移至气体分子，这是与涡轮叶片相比的，该涡轮叶片不同地操作， 由此定子叶片和转子叶片除定子叶片布置成面对转子叶片的相反方向外典型地是相同的。
[0111] 参照图23,实施本发明的螺旋通道的导叶的空间弦比应当大于或等于4,优选5或 更大。在泵的排气级处，空间弦比应当优选为大于5,优选为6或更大。空间弦比为由涡轮 分子泵设计者使用的已知的测量，并且看作是相邻导叶的前缘之间的周向距离S(典型地 在沿导叶的中间的点处测得）与导叶的轴向高度Η之比。换言之，泵包括从限定螺旋通道 的通道部件延伸的多个导叶，并且导叶沿通道部件的轴线成级地布置，由此级由交叉元件 或盘分开，即，交叉元件设置在相邻级之间。同一级内的导叶的空间弦比大于或等于4。
[0112] 此外，呈盘形式的穿孔元件的厚度和直径的纵横比应当布置成小于0.02,并且优 选为小于0.01。换言之，穿孔盘元件（不管其用作定子还是转子）的轴向厚度应当小于盘 的直径的1/50,更优选为直径的1/100。此外，盘的厚度与相邻盘之间的间距的比应当小于 0. 10。换言之，t:l之比（还分别参照图4和图6)应当为至少1:5或更大，优选为1:10或 更大，最优选为1:20或更大，这取决于泵特性。结果，盘沿串联的通道部件的轴线间隔开距 离1，并且该间距为盘的轴向厚度的至少十倍。典型地，已知的涡轮分子泵布置成使得相邻 的转子和定子元件具有相同或类似的大小。
[0113] 技术人员将构想出本发明的另外的实施例和改型，而不背离如所附权利要求中限 定的发明构想的范围。例如，泵机构可包括泵级之间的级间区段，以允许所谓的分流构造。 换言之，泵可具有沿轴向长度设置的两个或更多个分立的入口，以使泵可在不同压力下抽 空室，正如差动泵送质谱分析装置通常所要求的那样。
[0114] 此外，将理解的是，泵可构造成使得穿孔转子盘在气体流动通道的端部处与气体 流动通道交叉。换言之，转子位于通道的末端处，并且通道壁不延伸超过转子至转子下游的 位置。在该构造中，不要求通道壁中的槽口。然而，最接近转子的壁的端部应当设置成离最 接近通道壁的盘的表面尽可能近。该布置还允许了泵元件的分子构造，其可一个在另一个 顶部上堆叠，以形成多级泵。
[0115] 此外，上文公开的所有实施例布置成气体流动通道壁布置成与交叉转子的任一侧 对准。然而，通道壁对准对于泵的操作不是必需的。例如，特别是当在分子流动压力范围中 操作时，气体流动通道壁在转子的任一侧上的失准将不排除泵的操作。气体分子将仍能够 穿过穿孔转子并且进入下一个下游区段中。
[0116] 此外，穿孔元件的厚度可朝外缘渐缩，或朝最远离穿孔元件联接于或邻接传动轴 或轮轴的点设置的边缘渐缩。因此，在锥形转子盘的情况下，上游表面和下游表面形成为非 常浅的圆锥，其具有接近180°的顶角。换言之，锥形盘构造为背靠背地安装的两个浅圆锥， 以形成盘，该盘具有在中心处最大并且朝盘的周缘渐缩的厚度。出于该文献的目的，即使在 利用锥形穿孔元件时，上游表面和下游表面被说成是平的。如果利用锥形圆筒穿孔元件，这 也同样适用，在该情况下，上游表面和下游表面被认为是在圆筒的平面中，即使向穿孔元件 提供界面锥形。
[0117] 更进一步，包括多个交叉元件的泵可构造成包括遍及泵具有不同透明度值的交叉 元件，包括具有为零的透明度值的交叉部件或元件（即，布置成具有设置在交叉部件的内 周缘或外周缘与通道底板之间的间隙的实心元件）。交叉元件的数量、位置和种类取决于泵 的设计和应用。例如，如果预计泵转移腐蚀性气体，该腐蚀性气体可由于腐蚀性地除去穿孔 周围的材料从而增大穿孔的孔口尺寸而改变穿孔交叉元件的透明度，则可使用实心交叉部 件。作为备选，如果预计大量灰尘或可冷凝的材料携带在泵送的气体中由此交叉元件上的 沉积物可阻塞穿孔，则可使用实心交叉部件。
[0118] 此外，如果泵设计者需要提供具有最小停滞体积的交叉部件，则实心交叉部件的 使用可为有利的。更进一步，实心交叉部件相对容易制作，并且在制造或保养过程期间获得 或装卸较便宜。此外，可能的是，实心交叉部件可在高压真空泵或高压级（其处于或低于大 气压力）或多级泵的排气级中使用，其中穿过排气级的气体体积由于泵内的气体压缩而低 于进入泵中的气体体积。因此，气体分子可围绕交叉部件的内周缘或外周缘转移，并且可不 需要穿孔孔口来用于高效泵送。
[0119] 考虑之前和当前的技术水平，我们相信，本发明构想基于应当采用主发明人的姓 名的本发明对真空泵技术和机构作出了显著贡献。就此而言，本发明的实施例随后可称为 Schofield 栗。
[0120] 备款 1. 一种具有机构的真空泵，包括： 布置成与形成在通道部件的表面上的通道交叉的交叉元件，所述通道布置成将气体分 子从泵的入口朝出口引导，其中 交叉元件和通道部件布置成关于彼此移动，以使在使用期间，气体分子沿通道朝出口 被推动，所述交叉元件布置成允许气体分子穿过其或围绕其，并且交叉元件具有布置成与 气体分子相互作用的上游表面和下游表面，并且所述表面位于交叉元件的平面中，并且没 有凸起。
[0121] 2.根据条款1所述的真空泵，其中通道部件包括槽口，其设置在通道的壁中，布置 成在交叉元件与通道交叉的点处容纳交叉元件。
[0122] 3.根据条款2所述的真空泵，其中交叉元件被穿孔，并且槽口至少横跨通道的深 度延伸，以使穿孔的交叉元件可在穿孔的交叉元件与通道交叉的点处完全地分开通道。
[0123] 4.根据条款1所述的真空泵，其中通道部件为圆筒形，并且通道形成在内表面上， 以形成设置在通道部件的相对端处的入口与出口之间的螺旋气体流动路径。
[0124] 5.根据条款1所述的真空泵，其中通道部件包括径向表面，通道形成在该径向表 面上，以提供径向表面的内圆周与外圆周之间的螺旋形气体流动路径。
[0125] 6.根据条款1或条款4所述的真空泵，其中交叉元件为穿孔元件，其包括盘，该盘 具有在盘的平面中的上游表面和下游表面，并且没有凸起。
[0126] 7.根据条款1或条款5所述的真空泵，其中交叉元件为穿孔元件，其包括圆筒，该 圆筒具有在圆筒的平面中的上游表面和下游表面，并且没有凸起。
[0127] 8.根据任何前述条款所述的真空泵，其中交叉元件包括上游表面和下游表面，交 叉元件的所述表面没有凸起，并且表面在盘或圆筒的平面中。
[0128] 9.根据条款1、6、7或8所述的真空泵，其中交叉元件的上游表面和下游表面提供 了动量由其转移到气体分子的器件。
[0129] 10.根据任何前述条款所述的真空泵，其中交叉元件或穿孔元件包括周缘，并且间 隙设在交叉元件的周缘之间，以允许气体经过交叉元件，或者穿孔的至少一部分在周缘处 开启。
[0130] 11.根据条款10所述的真空泵，其中间隙布置成围绕内周缘或外周缘的大部分延 伸，或者开启的穿孔沿径向方向朝内周缘延伸，由此设置在邻近的端部开启的穿孔之间的 上游表面和下游表面的部分朝内周缘或外周缘延伸以形成平径向导叶。
[0131] 12.根据任何前述条款所述的真空泵，其中交叉元件具有小于2_，或小于1. 5_， 或小于1mm或小于0. 5mm的厚度。
[0132] 13.根据任何前述条款所述的真空泵，其中穿孔沿垂直于盘的表面的方向延伸穿 过穿孔元件。
[0133] 14.根据任何前述条款所述的真空泵，其中穿孔元件包括多个穿孔设置在其中的 部分，并且环形部分的透明度沿径向方向或纵向方向变化。
[0134] 15.根据条款14所述的真空泵，其中透明度相对于离盘的中心的径向距离增大而 增大。
[0135] 16.根据条款14中任一项所述的真空泵，其中透明度根据穿孔尺寸的变化、穿孔 的角间距的变化、穿孔的周向间距的变化或它们的任何组合而变化。
[0136] 17.根据条款1所述的真空泵，还包括联接于交叉元件的心轴，所述心轴与交叉元 件同轴地布置。
[0137] 18.根据条款17所述的真空泵，其中心轴布置成联接于多个交叉元件。
[0138] 19.根据条款18所述的真空泵，其中多个交叉元件中的各个设置在沿心轴的轴向 长度的分立位置处。
[0139] 20.根据条款17所述的真空泵，其中多个交叉元件中的各个设置在心轴的径向元 件上的分立位置处。
[0140] 21.根据条款17到19中任一项所述的真空泵，其中心轴具有直径，该直径沿旋 转轴线变化以形成轴向轮廓，该轴向轮廓为截头圆锥形、梯级、子弹形和圆柱形中的任何一 个，或它们的任何组合。
[0141] 22.根据条款21所述的真空泵，其中心轴的直径沿轴向长度朝泵出口增大。
[0142] 23.根据条款18所述的真空泵，其中交叉或穿孔元件由圆柱形间隔元件间隔开， 以使第一交叉或穿孔盘设置成最接近泵的入口，并且第二交叉或穿孔盘设置成最接近泵的 输出部。
[0143] 24.根据条款23所述的真空泵，其中第一穿孔盘具有相比于第二穿孔盘更高或更 低的透明度。
[0144] 25.根据条款23或24所述的真空泵，其中交叉或穿孔元件经由间隔元件联接于心 轴。
[0145] 26.根据条款21和24所述的真空泵，其中在相比于第一穿孔盘的实心内部部分 时，第二穿孔盘的实心内部部分沿径向方向远离旋转轴线延伸。
[0146] 27.根据任何前述条款所述的真空泵，还包括设置用于在交叉或穿孔元件的上游 使用的涡轮分子叶片区段。
[0147] 28.根据任何前述条款所述的真空泵，还包括设置用于在交叉穿孔元件的下游 使用的第二泵区段，所述第二泵区段包括再生泵区段、离心泵区段、Holweck、Siegbahn或 Gaede拖曳泵机构中的任一个，或它们的任何组合。
[0148] 29.根据任何前述条款所述的真空泵，其中交叉或穿孔元件由包括铝、铝合金、钢、 碳纤维增强聚合物（CFRP)或钛的材料制成。
[0149] 30.根据任何前述条款所述的真空泵，其中设置成穿过穿孔元件的穿孔包括具有 圆形、长形、卵形、六边形、矩形、梯形或多边形的孔。
[0150] 31.根据条款7所述的真空泵，其中穿孔圆筒与通道部件同心地布置。
[0151] 32.根据条款31所述的真空泵，其中交叉槽口沿圆形路径延伸，并且转子容纳在 槽口内。
[0152] 33.根据任何前述条款所述的真空泵，还包括设置在通道部件上游的涡轮分子叶 片转子。
[0153] 34.根据任何前述条款所述的真空泵，还包括设置在通道部件下游的第三泵送级， 其中第三泵送级包括离心泵送级、Holweck拖曳机构、Siegbahn拖曳机构、Gaede拖曳机构 或再生泵机构中的任一个。
[0154] 35.根据任何前述条款所述的真空泵，其中交叉元件布置成横跨通道延伸以与大 多数通道交叉，由此间隙设在交叉元件与通道的一部分之间，使得在使用期间，气体分子可 穿过间隙。
[0155] 36.根据条款35所述的真空泵，其中交叉元件为没有穿孔的实心装置。
[0156] 37.根据任何前述条款所述的真空泵，其中交叉和/或穿孔元件为泵转子，并且通 道部件为泵定子。
[0157] 38.根据任何前述条款所述的真空泵，其中交叉和/或穿孔元件为泵定子，并且通 道部件为泵转子。
[0158] 39. -种根据条款37的穿孔元件或条款38的通道部件的真空泵转子。
[0159] 40. -种根据条款37的通道部件或条款38的穿孔元件的真空泵定子。
[0160] 41. 一种真空泵，包括： 入口， 出口， 交叉部件， 通道部件，以及 马达； 其中通道部件包括具有形成在其上的通道的表面，所述通道布置成将气体分子从入口 朝出口引导， 交叉部件布置成与通道交叉， 交叉部件包括没有凸起的上游表面和下游表面， 与通道交叉的交叉部件的一部分具有小于2_的厚度，并且 马达布置成引起交叉部件和通道部件的相对移动，使得在使用期间，相对移动引起气 体分子沿通道朝出口被推动，所述交叉部件允许气体分子穿过其或围绕其。
[0161] 42. -种真空泵机构，包括： 转子，其联接于驱动马达，并且能够围绕轴线旋转，气体分子可沿该轴线泵送，以及 与轴线同心地布置的定子， 其中定子和转子均围绕第一端部与第二端部之间的轴线沿纵向延伸达预定长度，并且 转子包括布置成面对定子的第二表面的第一表面， 定子包括设置在第二表面上并且从第二表面延伸至第一表面的第三表面，以形成定子 和转子的第一端部处的入口与定子和转子的第二端部处的出口之间的螺旋气体流动路径， 转子包括设置在出口处并且在第一表面与第二表面之间延伸的气体可渗透的盘形径 向部件，径向部件布置成旋转并且将动量给予气体分子，并且其中径向部件从第三表面的 端部部分沿轴向移位小于2mm。
[0162] 43. -种真空泵机构，包括： 第一泵送元件，其布置成与第二泵送元件协作以将气体分子从入口朝出口推动，所述 第一泵送元件和第二泵送元件布置成关于彼此围绕轴线移动， 第一泵送元件具有围绕轴线布置的第一表面，其面对第二泵送元件的第二表面，以形 成第一表面与第二表面之间的间隙， 第一泵送元件还包括从第一表面横跨间隙延伸至第二表面的环形筛网，所述筛网可渗 透气体分子， 第二泵送元件还包括螺旋壁，其设置在第二表面上，横跨间隙延伸至第一表面，形成第 一表面与第二表面之间的螺旋路径，泵送的气体分子可沿该螺旋路径迁移， 其中环形筛网设置在螺旋壁的下游。
[0163] 44. 一种真空泵机构，包括： 布置成与第二泵送元件协作以将气体分子从入口朝出口推动的第一泵送元件，所述第 一泵送元件和所述第二泵送元件布置成关于彼此围绕轴线移动， 第一泵送元件具有围绕轴线布置的第一表面，其面对第二泵送元件的第二表面以形成 第一表面与第二表面之间的间隙， 第一泵送元件还包括环形筛网，其从第一表面横跨间隙延伸至邻近第二表面的位置， 使得环形孔口设在第一泵送元件与第二表面之间，以允许气体分子朝出口穿过孔口，并且 所述筛网不可渗透气体分子， 第二泵送元件还包括螺旋壁，其设置在第二表面上，横跨间隙延伸至第一表面，形成第 一表面与第二表面之间的螺旋路径，泵送的气体分子沿该螺旋路径被推动， 其中环形筛网设置在螺旋壁的下游。
[0164] 45. -种如本文参照附图中的图4至19所述的真空泵转子。
[0165] 46. -种如本文参照附图中的图4至19所述的真空泵定子。
[0166] 47. -种如本文参照附图中的图4至19所述的真空泵。
【权利要求】
1. 一种具有机构的真空泵，包括： 布置成与形成在通道部件的表面上的通道交叉的交叉元件，所述通道布置成将气体分 子从所述泵的入口朝出口引导，其中 所述交叉元件和所述通道部件布置成关于彼此移动，以使在使用期间，气体分子沿所 述通道朝所述出口被推动，所述交叉元件布置成允许气体分子穿过其或围绕其，并且所述 交叉元件具有布置成与气体分子相互作用的上游表面和下游表面，并且所述表面位于所述 交叉元件的平面中，并且没有凸起。
2. 根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述通道部件包括槽口，其设置在所述 通道的壁中，布置成在所述交叉元件与所述通道交叉的点处容纳所述交叉元件。
3. 根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件被穿孔，并且所述槽口至 少横跨所述通道的深度延伸，以使所述穿孔的交叉元件可在所述穿孔的交叉元件与所述通 道交叉的点处分开所述通道。
4. 根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述通道部件为圆筒形，并且所述通道 形成在内表面上，以形成设置在所述通道部件的相对端处的所述入口与所述出口之间的螺 旋气体流动路径。
5. 根据任何前述权利要求所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件包括具有上游表 面和下游表面的盘，所述交叉元件的所述表面没有凸起，并且所述表面位于所述盘的平面 中。
6. 根据权利要求1或权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述泵包括至少两个交叉 元件，其沿串联的所述通道部件的轴线间隔开一距离1，各个元件具有厚度t，并且1: t之比 为5:1或更大、10:1或更大，或者l:t之比为20:1或更大。
7. 根据权利要求1或权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件具有0. 02 或小于其直径的厚度，更优选的是所述交叉元件的厚度小于〇. 01或小于其直径。
8. 根据权利要求4和权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述泵包括从限定螺旋通 道的所述通道部件延伸的多个导叶，所述导叶成级地布置，具有设置在相邻级之间的交叉 元件，并且其中同一级内的导叶的空间弦比大于或等于4。
9. 根据权利要求8所述的真空泵，其特征在于，输出部处的导叶的空间弦比为5或更 大，或6或更大。
10. 根据权利要求1或权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件的上游表 面和下游表面提供了动量由其转移到所述气体分子的器件。
11. 根据任何前述权利要求的真空泵，其特征在于，所述交叉元件或穿孔元件包括周 缘，并且间隙设在所述交叉元件的周缘之间，以允许气体穿过所述交叉元件，或者穿孔的至 少一部分在所述周缘处开启。
12. 根据权利要求11所述的真空泵，其特征在于，所述间隙布置成围绕所述内周缘或 所述外周缘的大部分延伸，或者开启的穿孔沿径向方向朝内周缘延伸，由此设置在邻近的 端部开启的穿孔之间的所述上游表面和所述下游表面的部分朝所述内周缘或所述外周缘 延伸以形成平径向导叶。
13. 根据任何前述权利要求所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件具有小于2mm， 或小于1. 5mm,或小于1mm或小于0· 5mm的厚度。
14. 根据任何前述权利要求所述的真空泵，其特征在于，所述穿孔沿垂直于所述交叉元 件的表面的方向延伸穿过所述交叉元件。
15. 根据任何前述权利要求所述的真空泵，其特征在于，所述穿孔元件包括多个穿孔设 置在其中的部分，并且环形部分的透明度沿径向方向或纵向方向变化。
16. 根据权利要求15所述的真空泵，其特征在于，所述透明度相对于离所述盘的中心 的径向距离增大而增大。
17. 根据权利要求15中的任一项所述的真空泵，其特征在于，所述透明度根据所述穿 孔的尺寸的变化、所述穿孔的角间距的变化、所述穿孔的周向间距的变化或它们的任何组 合而变化。
18. 根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，还包括联接于所述交叉元件的心轴， 所述心轴与所述交叉元件同轴地布置。
19. 根据任何前述权利要求所述的真空泵，其特征在于，还包括设置用于在所述交叉或 穿孔元件的上游使用的涡轮分子叶片区段。
20. 根据任何前述权利要求所述的真空泵，其特征在于，还包括设置用于在所述交叉穿 孔元件的下游使用的第二泵区段，所述第二泵区段包括再生泵区段、离心泵区段、Holweck、 Siegbahn或Gaede拖曳泵机构中的任一个，或它们的任何组合。
21. 根据任何前述权利要求所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件布置成横跨所 述通道延伸以与大多数所述通道交叉，由此间隙设在所述交叉元件与所述通道的一部分之 间，使得在使用期间，气体分子可穿过所述间隙，并且其中所述交叉元件为没有穿孔的实心 装直。
22. 根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件为泵转子，并且所述通 道部件为泵定子。
23. 根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述交叉元件为泵定子，并且所述通 道部件为泵转子。
24. -种真空泵，包括： 入口， 出口， 交叉部件， 通道部件，以及 马达； 其中所述通道部件包括具有形成在其上的通道的表面，所述通道布置成将气体分子从 所述入口朝所述出口引导， 所述交叉部件布置成与所述通道交叉， 所述交叉部件包括没有凸起的上游表面和下游表面， 与所述通道交叉的所述交叉部件的一部分具有小于2_的厚度，并且 所述马达布置成引起所述交叉部件和所述通道部件的相对移动，使得在使用期间，所 述相对移动引起气体分子沿所述通道朝所述出口被推动，所述交叉部件允许气体分子穿过 其或围绕其。
【文档编号】F04D17/16GK104066999SQ201380006640
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2012年1月27日
【发明者】N.P.肖菲尔德, I.D.斯通斯, S.道德斯威尔 申请人:爱德华兹有限公司