真空泵的制作方法

本发明属于真空泵领域，该真空泵包括转子，该转子具有插入其中的一个或更多个叶片，转子又容纳在真空室中，在该真空室中，当转子运动时，在一个叶片或多个叶片与室壁之间形成子空间。

背景技术

真空泵通常包括泵室和容置在泵室内部的转子。该转子包括一个或更多个槽，使得叶片被至少部分地引入所述槽中的每个槽中。泵室容置该转子，但是泵室的内部容积大于由转子和叶片所占据的容积。因此，一个叶片或多个叶片具有一定的空间以在转子旋转时由于泵中提供的离心力或任何其他力而离开转子。但是真空室的该内部容积被设计成使得一个叶片或多个叶片交替地进出转子，从而使得在两个连续叶片与室壁的对应部分之间形成的室取决于转子的位置而具有可变容积。在单个叶片具有单个槽的情况下，槽允许离开转子的单个叶片位于两个径向相对的位置处，使得叶片将真空室划分为不同的室。位于室壁中的流体入口与压力意在被降低的装置流体连接，并且该流体入口在入口点处为真空室进给比如空气或任何其他气体的可压缩流体。由于该入口点是固定的，但叶片与转子一起运动，因此该入口点在转子旋转时进给不同的室。流体出口又位于室壁的出口点处，并且流体出口与诸如大气或者不同的装置的外侧流体区域流体连接。当该出口点处的压力大于外侧流体区域中的压力时，流体离开室。

当压力意在被降低的装置中的压力远非真空时，这些泵工作得相对较好，但是当该装置中的压力降低时，流体出口点处的压力可能低于室的外侧流体区域中的压力。因此，存在下述风险：来自外侧流体区域的流体通过流体出口点进入室，从而增加了与出口点流体连接的室中的压力，并且因此损害了该泵的效率。

技术实现要素：

本发明借助于根据权利要求1所述的真空泵提供了针对该问题的解决方案。本发明的优选实施方式在从属权利要求中限定。

在本发明的第一方面，本发明提供了一种用于对装置中的压力进行降低的真空泵，该真空泵包括：

真空室，真空室具有室壁，其中，室壁包括次要点和最大点，次要点为室壁与转子之间的距离最小处的室壁的的点，最大点为安置第一虚拟尺寸叶片的点，使得由第一虚拟尺寸叶片和由在第一虚拟尺寸叶片之前的第二虚拟尺寸叶片封围的容积最大；

转子，转子容置在真空室中，该转子包括至少一个槽；

至少一个叶片，每个叶片均被至少部分地引入转子的一个槽中；

至少一个流体入口，所述至少一个流体入口位于室壁的第一入口点与室壁的第二入口点之间，第一流体入口适于与该装置流体连通，在该装置中，压力意在被降低；以及

主流体出口，主流体出口位于室壁的第一主出口点与室壁的第二主出口点之间，主流体出口与真空泵的第一外侧流体区域流体连通；

副流体出口，副流体出口位于室壁的第一副出口点与室壁的第二副出口点之间，副流体出口与真空泵的第二外侧流体区域流体连通，第一副出口点与次要点之间的距离小于第一主出口点与次要点之间的距离；

其中，由与第一副出口点相接触的第一虚拟出口叶片和在第一虚拟出口叶片之后的第二虚拟出口叶片限定的室壁的容积大于由与第二主出口点相接触的第三虚拟出口叶片和在第三虚拟出口叶片之前的第四虚拟出口叶片限定的室壁的容积；

其中，室壁包括次要点，该次要点为室壁与转子之间的距离最小的室壁的点；

其中，主流体出口包括主阻挡器件，该主阻挡器件适于在主流体出口中的压力低于第一预定值的情况下对主流体出口与第一外侧流体区域之间的流体连通进行密封。

正如定义，并且没有任何限制目的，在真空室中限定有压缩区域，压缩区域由下述各者所限制：

第一虚拟压缩叶片，该第一虚拟压缩叶片定位成与主要点相接触，主要点是第二入口点或最大点，其中，第一虚拟尺寸叶片安置在最大点处使得由第一虚拟尺寸叶片、在第一虚拟尺寸叶片之前的第二虚拟尺寸叶片、以及室壁和转子的在这些虚拟尺寸叶片之间的部分所封围的容积是最大的；

第二虚拟压缩叶片，第二虚拟压缩叶片定位成与次要点相接触；

转子的包含在第一虚拟压缩叶片和第二虚拟压缩叶片这两者之间、沿从第一虚拟压缩叶片至第二虚拟压缩叶片的方向认定的部分；以及

室壁的在主要点与次要点之间、沿从第一虚拟压缩叶片至第二虚拟压缩叶片的方向认定的部分。

在整个文献中，术语“室壁”包括限制真空室的每个表面，不仅包括其侧壁，而且包括真空室的盖或基部。

“之前”和“之后”的概念应当参照转子的行进方向来理解。从这个意义上来说，第一叶片的前一叶片是在行进方向上比所述第一叶片更靠前的叶片，即，“观察到”在该第一叶片之前的点的叶片。因此，第一叶片的后一叶片为在行进方向上比所述第一叶片更靠后的叶片，即，“观察到”在该第一叶片之后的点的叶片。

在仅具有一个叶片的真空泵中——该一个叶片横过转子并且在两个不同的点处离开转子，“之前”和“之后”的概念是指所述叶片的半部：叶片的一半可以相对于叶片的另一半是前一叶片和后一叶片。

在该泵中，主流体出口和副流体出口足够接近，以使包含在两个连续叶片之间的第一容积同时与主流体出口和副流体出口两者流体连通。

该真空泵具有相对于现有技术的真空泵的改进的效率，这是因为流体出口的存在允许流体在泵操作的第一阶段期间离开，从而避免了流体在其穿过流体出口离开之前的不必要的压缩。在泵操作的第二阶段期间，主流体出口中的第一阻挡器件避免空气进入真空室中，并且仅副流体出口允许流体在未达到过压的情况下离开。此外，主流体出口与副流体出口之间的距离使得：尽管如果这些阻挡器件被关闭，在流体容积到达副流体出口之前仍不会达到高压。

在一些特定实施方式中，主流体出口和副流体出口位于压缩区域内。

这有助于真空泵的高效操作。

在一些特定实施方式中，真空泵还包括位于室壁的第一最终出口点与室壁的第二最终出口点之间的最终流体出口，其中，

第一主出口点与次要点之间的距离大于第一最终出口点与次要点之间的距离；

第一最终出口点与次要点之间的距离小于室壁的在第一虚拟出口叶片与第二虚拟出口叶片之间的部分的长度；并且

第一最终出口点和第二最终出口点位于真空室的压缩区域中。

该最终流体出口为接近次要点的流体提供离开途径。

在一些特定实施方式中，最终流体出口包括最终阻挡器件，该最终阻挡器件适于在最终流体出口中的压力低于第三预定值的情况下对最终流体出口与第三外侧流体区域之间的流体连通进行密封。

该最终阻挡器件提供了真空泵效率的改进。

在一些特定实施方式中，副流体出口包括副阻挡器件，该副阻挡器件适于在副流体出口中的压力低于第二预定值的情况下对副流体出口与第二外侧流体区域之间的流体连通进行密封。

该副阻挡器件提供了真空泵效率的改进。

第一预定值和/或第二预定值和/或第三预定值可以是可以取决于对应的外侧流体区域中的压力的压力值或者可以是恒定值。

在一些实施方式中，第四虚拟出口叶片被包含在压缩区域内。

在这些实施方式中，第一出口距最小点足够远，仍然确保了使包含在两个连续叶片之间的第一容积能够同时与主流体出口和副流体出口两者流体连通的主特征。这与更靠近最小点的情况相比有助于控制真空室的更大部分中的压力。

在一些实施方式中，主阻挡器件和/或副阻挡器件和/或最终阻挡器件包括单向阀。

在一些实施方式中，真空泵包括一个以上的叶片，并且其中，在两个连续叶片之间形成的角度包含在55°至95°之间。

在一些实施方式中，真空泵包括4个或5个或6个叶片。

尽管在一些实施方式中，第一出口流体区域、第二出口流体区域和第三出口流体区域对应于不同的区域(开放大气、另一装置、使车辆的一些其他部件互连的通道)，但在其他实施方式中，出口流体区域中的至少一些出口流体区域是同一区域。

附图说明

为了使说明书完整并且为了提供对本发明的更好的理解，提供了一组附图。所述附图形成说明书的组成部分并且示出了本发明的实施方式，本发明的实施方式不应被解释为限制本发明的范围，而仅作为如何实施本发明的示例。附图包括以下图：

图1示出了根据现有技术的处于第一操作位置的真空泵。

图2示出了根据现有技术的处于第二操作位置的真空泵。

图3示出了根据本发明的真空泵的示意图。

图4示出了根据本发明的真空泵中的压缩区域。

图5示出了根据本发明的处于操作期间的第一位置的真空泵。

图6示出了根据本发明的处于操作期间的第二位置的真空泵。

图7示出了根据本发明的处于第三操作位置的真空泵。

图8是示出了操作本发明的真空泵所需的扭矩与操作现有技术的真空泵所需的扭矩的比较图。

具体实施方式

贯穿整个描述，为了清楚地说明本发明，真空泵被认为在理想气体的情况下操作，而不考虑热现象或流体动力学现象或者该气体的状态变化。在这个意义上在不丧失本发明的主要范围的情况下已经进行了一些简化。

图1和图2示出了根据现有技术的真空泵101。该真空泵101意在降低来自装置120的压力，并且该真空泵101包括：

泵室102，该泵室102具有室壁121；

转子103，该转子103容置在泵室102中并且包括多个槽131；

多个叶片104，每个叶片104均被至少部分地引入在转子103的一个槽131中；

流体入口105，该流体入口105位于室壁121的入口点处；以及

主流体出口161，该主流体出口161位于室壁121的主出口点处；

其中，主出口点意在与外侧流体区域100流体连通。

图1示出了处于操作期间的第一位置的真空泵101。在该位置中，流体通过流体入口105进入泵室102，并且流体保持处于由两个连续的叶片104、室壁121、以及转子103的一部分所限定的第一容积110。当转子旋转时，第一容积110变小(并且流体压力增大)，这是因为室壁121的包含在对第一容积110进行限制的两个连续叶片104之间的部分随着转子103的旋转越来越靠近转子103。

图2示出了处于操作期间的第二位置的真空泵101。在该位置中，由于第一容积110已因转子103的旋转而被减小，因此保持在第一容积110中的流体的压力已经增大。在该第二位置中，第一容积110到达主出口点，在主出口点处泵室102包括主流体出口161。该主流体出口161与外侧流体区域100流体连通。如果容纳在第一容积110中的流体的压力大于外侧流体区域100中的压力，则流体将在第一容积110进入与外侧流体区域100流体连通的状态时离开第一容积110，这是通过转子103的旋转来实现的，如该第二位置中示出的那样。

但是，可能发生这样的情况：流体以低压力进入泵室102，并且在到达该第二位置时流体的压力仍低于外侧流体区域100中的压力。在这种情况下，当第一容积110进入与外侧流体区域100流体连通的状态时，来自外侧流体区域100、具有较高压力的流体将进入第一容积110。这将使真空泵101的效率恶化。

图3示出了根据本发明的真空泵1。该真空泵1包括：

泵室2，该泵室2具有室壁21；

转子3，该转子3容置在泵室2中并且包括多个槽31；

多个叶片4，每个叶片4均被至少部分地引入转子3的一个槽31中；

流体入口5，该流体入口5位于室壁21的第一入口点51与室壁21的第二入口点52之间，流体入口5与装置120流体连通，在该装置120中，压力意在被降低；以及

主流体出口61，该主流体出口61位于室壁21的第一主出口点611与室壁21的第二主出口点612之间，主流体出口61意在与第一外侧流体区域100流体连通；

副流体出口62，该副流体出口62位于室壁21的第一副出口点621与室壁21的第二主出口点622之间，副流体出口62意在与第二外侧流体区域100’流体连通；

其中，主流体出口61包括主阻挡器件71，该主阻挡器件71仅在主流体出口61中的压力等于或高于取决于第一外侧流体区域100中的压力的第一预定值的情况下允许主流体出口61与第一外侧流体区域100之间的流体连通。

第一副出口点621与次要点22之间的距离小于第一主出口点611与次要点22之间的距离。

室壁的由与第一副出口点621相接触的第一虚拟出口叶片601和在第一虚拟出口叶片601之后的第二虚拟出口叶片602限定的容积大于室壁的由与第二主出口点612相接触的第三虚拟出口叶片603和在第三虚拟出口叶片603之前的第四虚拟出口叶片604限定的容积。这意味着，当从与主流体出口的流体连通停止处的第一点移动至与副流体出口的流体连通开始处的第二点时，第二点处的容积大于第一点处的容积。在图4至图7示出的实施方式中，容积甚至在与主流体出口的流体连通停止之前变得与副流体出口流体连通。

在一些特定实施方式中，第一预定值、第二预定值或第三预定值中的任一者是将下述两项相加的结果：开启压力和对应的外侧流体区域中的压力。开启压力是可以是正值或负值的值，但开启压力的绝对值通常比对应的外侧流体区域中的压力小得多。最终结果是，对应的阻挡器件保持密封直到对应的流体出口中的压力大于下述总和为止：开启压力(正或负)加上对应的外侧流体区域中的压力的总和。因此，如果开启压力为负，则即使对应的流体出口中的压力略低于对应的外侧流体区域中的压力仍允许流体连通。对应的阻挡器件保持打开，直到对应的流体出口中的压力下降并且变得低于该预定值为止。

如图4所示，在真空室2中限定有压缩区域11。该压缩区域11由下述各者所限制：

定位成与主要点23相接触的第一虚拟压缩叶片401，下面将对其进行说明；

定位成与次要点22相接触的第二虚拟压缩叶片402；

转子3的包含在这两个压缩叶片即第一压缩叶片401和第二压缩叶片402之间、沿从第一虚拟压缩叶片401至第二虚拟压缩叶片402的方向认定的部分；以及

室壁的在主要点23与次要点22之间、沿从第一虚拟压缩叶片401至第二虚拟压缩叶片402的方向认定的部分。

关于主要点23，取决于泵布局，主要点可以是第二入口点52或最大点。泵的最大点被定义为下述点：所述点使得当第一虚拟尺寸叶片501被置于最大点处时，由第一虚拟尺寸叶片501、在第一虚拟尺寸之前的第二虚拟尺寸叶片502以及室壁和转子的在这些虚拟尺寸叶片501、502之间的部分所封围的容积是最大的。在图4的情况下，最大点与第二入口点52重合，因此主要点也与第二入口点52重合。

次要点22是室壁21的与转子3相距最小距离的点。叶片的行进方向是当真空泵操作时转子运动的方向，因此转子运动的方向正是当真空泵操作时叶片所行进的方向。

真空泵的叶片具有一个位置，在该位置处两个特定连续叶片之间的容积最大。该最大容积在一个叶片位于室壁的第一最大点处并且前一叶片位于室壁的第二最大点处时得以实现。

如果第二入口点52定位成在叶片的行进方向上比该第一最大点更靠近第一主出口点611，则主要点23是第二入口点52。但如果第二入口点52定位成在叶片的行进方向上比该第一最大点更远离第一主出口点611，则主要点23是第一最大点。这仅取决于真空泵的构型和流体入口相对于叶片的位置，因此该点对于每个给定的真空泵而言总是相同的，而不取决于操作。

在一些实施方式中，室壁21可以包括一个以上的次要点22和一个以上的最大点23，这是因为转子可以在一个以上的点处与室壁相切(例如，在椭圆形真空室的情况下)。在这些情况下，真空泵包括一个以上的压缩区域。

主流体出口61位于压缩区域11中。

该真空泵还包括副流体出口62和最终流体出口63，副流体出口62和最终流体出口63全部位于真空泵1的压缩区域11中。

图5示出了处于操作期间的第一位置的真空泵1。在该位置中，流体通过流体入口5进入真空室2，并且流体保持在由前叶片41、后叶片42、室壁21的包含在这些叶片41、42之间的部分、以及转子3的包含在这些叶片41、42之间的部分所限定的第一容积10中。当转子3旋转时，在后叶片42已经到达第一最大点后第一容积10变小，这是因为室壁21的包含在两个叶片41、42之间的对第一容积10进行限制的部分随着转子3的旋转越来越靠近转子3。

副流体出口62位于室壁21的第一副出口点621与室壁的第二副出口点622之间，并且最终流体出口63位于室壁21的第一最终出口点631与室壁21的第二最终出口点632之间。第一副出口点621与次要点22之间的距离大于第一最终出口点631与次要点22之间的距离但小于第一主出口点611与次要点22之间的距离。因此，在正常操作中，进入真空室2的流体首先找到主流体出口61，然后是副流体出口62，并且最后是最终流体出口63。第一最终出口点631与次要点22之间的距离小于室壁的在第一虚拟出口叶片601与第二虚拟出口叶片602之间的部分。

副流体出口62包括副阻挡器件72，该副阻挡器件72仅在副流体出口62中的压力等于或高于取决于第二外侧流体区域100’中的压力的第二预定值的情况下允许副流体出口62与第二外侧流体区域100’之间的流体连通。

最终流体出口63包括副阻挡器件73，该副阻挡器件73仅在最终流体出口63中的压力等于或高于取决于第三外侧流体区域100”中的压力的第三预定值的情况下允许最终流体出口63与第三外侧流体区域100”之间的流体连通。

在特定实施方式中，阻挡器件是止回阀，该止回阀被设计成在流体压力值未达到预定值的情况下防止流体沿一个方向流动通过该止回阀。

图6示出了处于操作期间的第二位置的真空泵1。在该位置中，由于第一容积10的尺寸已因转子3的旋转而被减小，因此保持在第一容积10中的流体的压力已经被增大。在该第二位置中，第一容积10到达第一主出口点611，因此变得与主流体出口61流体连通。该主流体出口61通过主阻挡器件71的插置而与第一外侧流体区域100流体连通，该主阻挡器件71仅在主流体出口61中的压力等于或高于取决于第一外侧流体区域100中的压力的第一预定值的情况下允许主流体出口61与第一外侧流体区域100之间的流体连通。当第一容积10与主流体出口61流体连通时，第一容积10中的压力和主流体出口61中的压力是相同的。

如果容纳在第一容积10中的流体的压力大于第一预定值，则主阻挡器件71允许主流体出口61与第一外侧流体区域100之间的流体连通。如果容纳在第一容积10中的流体的压力进一步大于第一外侧流体区域100中的压力，则流体朝向第一外侧流体区域100离开第一容积10。随着转子的行进导致第一容积10的尺寸减小，该第一容积10中的压力持续增大，并且流体继续离开。但是同时，流体通过主流体出口61离开第一容积10，使得该第一容积10中的压力减小直至第一外侧流体区域100的压力为止或者直到主阻挡器件71被启用为止。在某时刻，转子3的旋转使得当第一容积10的后叶片42到达第二主出口点612时第一容积10停止与主流体出口61流体连通。

当真空泵1开始其操作并且流体入口5中的压力仍然较高时，第一容积10中的压力高到足以打开第一阻挡器件71是容易的。但是，随着流体入口5中的压力因泵操作而减小，第一容积10中的压力更难以达到用以打开阻挡器件71所需的第一预定值，并且在操作中存在一个时刻，在该时刻，第一容积10变得与第一流体出口61流体接触而第一容积中的流体尚未达到足以打开第一阻挡器件71的压力。在这种情况下，当第一容积10进入与主流体出口61流体连通的状态时，由于主阻挡器件71，因此流体不离开真空室2但是流体也不进入真空室2，这在主流体出口61中的压力低于第一预定值的情况下防止主流体出口61与第一外侧流体区域100之间的流体连通。随着转子3继续旋转，第一容积10中的压力继续增加而不因流体离开而减小，这是因为主阻挡器件71保持密封直到第一容积10中的压力达到第一预定值为止。事实上，如果该压力增大使第一容积10中的压力等于或高于第一预定值同时第一容积10仍与第一流体出口61流体接触，则阻挡器件71将打开并且流体将开始离开。如果不是，则主阻挡器件71将保持密封。

在一些实施方式中，比如在这些图5和图6中示出的实施方式中，两个连续叶片的梢端之间的距离大于第二出口点与后一流体出口的第一出口点之间的距离。因此，第一容积10有可能使得：前叶片41的位置使第一容积变得与流体出口流体连通，同时后叶片42的位置保持第一容积与前一流体出口流体连通，如图7所示。在该位置中，第一容积10的前叶片41已经超过第一副出口点621，而第一容积10的后叶片42尚未到达第二主出口点612。因此，第一容积10与第一流体出口61和第二流体出口62流体两者连通。

在这些实施方式中，当第一容积10中的压力在前叶片41到达第一副出口点621之前未高至足以打开第一阻挡器件71时，第一容积10将以不足以打开第一阻挡器件71的压力变得与副流体出口62流体连通。如果第二预定值与第一预定值相同，则副阻挡器件72也将被关闭，这是因为第一容积10中的压力不足以打开副阻挡器件72。但是，如果第一容积10的压缩使得该第一容积10内的压力等于或高于第一预定值和第二预定值同时第一容积10仍然与第一流体出口61流体连通，则主阻挡器件和副阻挡器件两者都将打开。如果没有发生这种情况，则第一阻挡器件71和第二阻挡器件72两者将在这两者同时与第一容积流体连通的整个时间期间被关闭。但是随着后叶片42行进并超过第二主出口点612，第一容积10被进一步压缩，并且可能的是，由于第一容积10中更大的压力，因此副阻挡器件72可能会打开。

操作将继续，逐渐降低入口5中的压力以及因此降低第一容积10中的压力直到真空泵中达到稳态流动为止。

因此，这样的真空泵将能够更有效地操作，而不会不必要地浪费流体压缩中的能量，并且附带地将不会因流体通过出口点进入真空泵而使其操作恶化。

图8图示了用以示出贯穿三种不同的真空泵的整个性能曲线、对三种不同的真空泵的转子进行操作所需的平均扭矩的图。短划线示出了使如现有技术中已知的具有单个短出口的真空泵移动所需的扭矩。点划线示出了用以使如现有技术中已知的具有单个大出口的真空泵移动所需的扭矩。实线示出了使本发明的真空泵移动所需的扭矩。“短”出口和“大”出口是指单个出口的尺寸，单个出口的第二点被安置在真空泵的次要点附近(第二点和次要点应当根据针对本发明的真空泵的描述中所使用的术语来理解)。在短出口的特定示例中，出口沿着真空室中的大约18度延伸，并且在大出口的特定示例中，出口沿着真空室中的大约73度延伸。

具有短出口的真空泵在起动完整操作时需要更大的扭矩，这是因为压力达到了更高的值并且获得了更高的压缩率。当压力水平随着泵的逐渐操作而降低时，两个连续室之间的压力差较低，并且因此该泵在扭矩方面变得更有效。

具有大出口的真空泵最初需要较小的扭矩，这是因为大出口不允许流体达到高压。然而，在与出口连通之前室中的初始预压缩的缺乏导致通向出口流体区域的室与先前的室之间的压力差增大，从而伴随泵的运作而产生较高的阻力扭矩。

利用根据本发明的真空泵，在起动操作时需要低扭矩，并且在第二性能阶段以及在稳定状态中需要低扭矩。

在本文中，术语“包括”及其衍生词(比如“包括有”等)不应被理解为具有排除意义，也就是说，这些术语不应被解释为排除所描述和限定的内容可能包括其他元件、步骤等的可能性。

显然，本发明并不限于本文中所描述的特定实施方式，而是还包括本领域技术人员可能考虑到的在权利要求中所限定的本发明的总体范围内的任何变化(例如，关于对材料、尺寸、部件、构型等的选择)。