一种真空泵的制作方法

1.本实用新型涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种真空泵。


背景技术：

2.真空泵作为制造业中重要的通用设备，广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。目前，随着真空泵在半导体制造业中的广泛应用，半导体工艺中加热温度的要求不断提高，亟需对真空泵中各部件的耐温性能与散热性能进行改进。
3.真空泵在工作过程中需要设置一定的加热温度，在空载运转过程中，真空泵的电机温度受到加热温度的影响会逐渐升高，随着真空泵气载的增加与温度的累积，电机温度继续升高容易出现过温报警，使真空泵进入过温保护状态并被迫进行降速，进而导致制造工艺过程中真空泵的流量抽速下降，因此应用于半导体工艺设备的真空泵电机通常需要具有较佳的散热功能。
4.在现有的分子泵(真空泵)中，电机通常通过电机与轴承座进行热传导的方式进行散热，温度向外传导至泵壳，泵壳通过自带的冷却水降温功能对自身温度进行调节。然而，泵壳本身带有加热功能，且在泵壳温度超过加热设定值时才控制冷却水进行循环降温，泵壳对真空泵电机的降温作用有限。
5.因此，如何提供一种能够提高电机散热效率的真空泵结构，成为本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本实用新型旨在提供一种真空泵，该真空泵能够提高电机的散热效率。
7.为实现上述目的，本实用新型提供一种真空泵，用于对半导体工艺腔室进行抽真空，包括电机、电机轴承座，第一定子轴承、第二定子轴承和真空泵底座；
8.所述第一定子轴承、所述电机和所述第二定子轴承沿所述电机轴承座的轴线方向依次叠设在所述电机轴承座中；
9.所述真空泵底座与所述电机轴承座的底部固定连接并封闭所述电机轴承座的底部开口；
10.所述第一定子轴承位于所述第二定子轴承远离所述真空泵底座的一侧，所述第一定子轴承的内孔、所述电机的内孔和所述第二定子轴承的内孔相互连通；
11.所述电机与所述电机轴承座的内壁之间具有冷却空隙；所述电机轴承座的侧壁和/或所述第二定子轴承中形成有通道，所述通道的一端与所述冷却空隙连通，所述通道的另一端用于与冷却气源连接。
12.可选地，所述电机轴承座的侧壁中形成有所述通道，所述通道包括第一通道，所述第一通道沿所述电机轴承座的轴线方向延伸，所述电机轴承座的内壁形成有与所述冷却空隙对应的连通结构，所述第一通道通过所述连通结构与所述冷却空隙连通。
13.可选地，所述连通结构为连通槽，所述连通槽在所述电机轴承座的内壁上沿环绕
所述电机轴承座的轴线方向延伸。
14.可选地，所述连通槽的两侧壁之间的距离沿靠近所述电机轴承座轴线方向逐渐增大。
15.可选地，所述电机轴承座的内壁上形成有多个所述连通槽，多个所述连通槽沿所述电机轴承座的轴线方向间隔分布，且多个所述连通槽均与所述第一通道连通。
16.可选地，所述电机轴承座的外壁上形成有环绕所述电机轴承座轴线且向外延伸的固定环，且所述电机轴承座通过所述固定环与所述真空泵底座固定连接；
17.所述通道还包括第二通道和第三通道，所述第二通道在所述固定环中沿所述电机轴承座的径向延伸，所述第三通道在所述固定环中沿所述电机轴承座的轴线方向延伸，所述第二通道的第一端与所述第一通道连通，所述第二通道的第二端与所述第三通道连通，所述第三通道的第二端在所述固定环的底部形成进气口；
18.所述真空泵底座中形成有第四通道，所述第四通道的一端在所述真空泵底座的顶面上形成与所述进气口对接并连通的导气出口，所述第四通道的另一端在所述真空泵底座的表面上形成用于与冷却气源连接的导气进口。
19.可选地，所述真空泵还包括第一密封螺柱和第二密封螺柱；
20.所述电机轴承座的侧壁中形成有沿所述电机轴承座的轴线方向延伸并贯穿至所述电机轴承座底部的第一连通孔，所述第一密封螺柱密封所述第一连通孔在所述电机轴承座底部的开口，形成所述第一通道；
21.所述固定环中形成有沿所述电机轴承座的径向方向延伸的第二连通孔，所述第二连通孔的一端与所述第一通道连通，所述第二连通孔的另一端贯穿至所述固定环的表面，所述第二密封螺柱密封所述第二连通孔在所述固定环表面上的开口，形成所述第二通道。
22.可选地，所述电机轴承座的外壁上形成有环绕所述电机轴承座轴线且向外延伸的固定环，且所述电机轴承座通过所述固定环与所述真空泵底座固定连接；
23.所述通道还包括第二连通孔，所述第二连通孔在所述固定环中沿所述电机轴承座的径向延伸，所述第二连通孔的一端与所述第一通道连通，所述第二连通孔的另一端贯穿至所述固定环的表面形成进气口；
24.所述真空泵还包括泵壳和导气管，所述泵壳套设在所述电机轴承座外侧并与所述真空泵底座密封连接，以将所述电机轴承座与外界隔绝，所述导气管的一端与所述进气口连接，另一端穿过所述泵壳，用于与所述冷却气源连接。
25.可选地，所述第二定子轴承中形成有所述通道，所述真空泵底座中形成有第五通道，所述通道的一端与所述冷却空隙连通，所述通道的另一端与所述第五通道连通，且所述第五通道用于将所述通道与冷却气源连接。
26.可选地，所述真空泵还包括冷却气体管路和控制装置，所述通道通过所述冷却气体管路与冷却气源连接，所述冷却气体管路上设置有开关阀，所述控制装置用于在所述电机的电流小于预设阈值时，控制所述开关阀开启，以将所述冷却气源与所述第一通道导通；在所述电机的电流大于或等于所述预设阈值时，控制所述开关阀关闭。
27.可选地，所述真空泵还包括吹扫气体管路，所述吹扫气体管路用于将所述冷却气源与所述第一定子轴承的内孔、所述电机的内孔和所述第二定子轴承的内孔连通，以向所述第一定子轴承的内孔、所述电机的内孔和所述第二定子轴承的内孔中提供冷却气体。
28.在本实用新型提供的真空泵中，电机与电机轴承座的内壁之间具有冷却空隙，电机轴承座的侧壁和/或第二定子轴承中的通道能够将冷却气源与冷却空隙连通，从而将冷却气源中的冷却气体导入至该冷却空隙中，并弥散至电机的四周，与电机的表面进行换热，在真空泵水冷未启动的情况下，能够有效的地提高了电机的散热效率；即便水冷启动时，也能辅助水冷对电机进行降温，保证了在真空泵运行过程中的电机的温度可控性，使真空泵的流量抽速稳定，进而保证了半导体生产线的生产节奏。
附图说明
29.附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
30.图1是本实用新型实施例提供的真空泵的结构示意图；
31.图2是本实用新型实施例提供的真空泵的结构示意图；
32.图3是图2中真空泵的局部放大示意图；
33.图4是本实用新型另一实施例提供的真空泵的结构示意图；
34.图5是本实用新型另一实施例提供的真空泵的结构示意图；
35.图6是图5中真空泵内部的部分气体路径示意图；
36.图7是本实用新型实施例提供的真空泵中冷却气源与其他部件之间的气路结构示意图；
37.图8是本实用新型实施例提供的真空泵中控制装置所执行的功能的流程示意图。
38.附图标记说明：
39.11：电机
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12：电机轴承座
40.13：第二定子轴承
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14：第二定子传感器
41.15：第一定子传感器
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16：第一定子轴承
42.17：轴承压盖
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18：保护轴承
43.19：真空泵底座
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20：泵壳
44.21：三通连接件
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22：开关阀
45.100：通道
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110：第一通道
46.111：第一密封螺柱
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120：第二通道
47.121：第二密封螺柱
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130：第三通道
48.150：导气管
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200：连通槽
49.300：第四通道
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p1：冷却气体管路
50.p2：吹扫气体管路
具体实施方式
51.以下结合附图对本实用新型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实用新型，并不用于限制本实用新型。
52.为解决上述技术问题，作为本实用新型的一个方面，提供一种真空泵，用于对半导体工艺腔室进行抽真空，如图1所示，该真空泵包括电机11、电机轴承座12、第一定子轴承16(xy定子轴承)、第二定子轴承13(ab定子轴承)和真空泵底座19。
53.第一定子轴承16、电机11和第二定子轴承13沿电机轴承座12的轴线方向依次叠设在电机轴承座12中，真空泵底座19与电机轴承座12的底部固定连接并封闭电机轴承座12的底部开口，第一定子轴承16位于第二定子轴承13远离真空泵底座19的一侧，第一定子轴承16的内孔、电机11的内孔和第二定子轴承13的内孔相互连通。
54.其中，电机11与电机轴承座12的内壁之间具有冷却空隙，电机轴承座12的侧壁和/或第二定子轴承13中形成有通道，该通道的一端与冷却空隙连通，通道的另一端用于与冷却气源连接。
55.需要说明的是，第一定子轴承16与第二定子轴承13均用于对真空泵的主轴(图中未示出)进行径向定位，具体地，主轴沿轴向穿过第一定子轴承16的内孔、电机11的内孔和第二定子轴承13的内孔，主轴上固定套设有第一转子轴承、涡轮和第二转子轴承，第一转子轴承的轴向位置与第一定子轴承16对应，第二转子轴承的轴向位置与第二定子轴承13对应，从而通过第一转子轴承与第一定子轴承16以及第二转子轴承与第二定子轴承13组成的两个磁悬浮轴承实现对主轴的径向定位，在保持主轴的轴线位置及角度的同时降低主轴转动时所需克服的阻力，进而保证电机11驱动涡轮绕主轴轴线转动时涡轮位置的稳定性。
56.在本实用新型提供的真空泵中，电机11与电机轴承座12的内壁之间具有冷却空隙，电机轴承座12的侧壁和/或第二定子轴承13中的通道能够将冷却气源与冷却空隙连通，从而将冷却气源中的冷却气体导入至该冷却空隙中，并弥散至电机11的四周，与电机11的表面进行换热，极大地提高了电机11的散热效率，保证了在高温的半导体工艺中运行的电机11的温度可控性，进而保证了半导体生产线的生产节奏。
57.作为本实用新型的一种可选实施方式，如图1所示，真空泵还包括第一定子传感器15(xy定子传感器)、第二定子传感器14(ab定子传感器)、轴承压盖17、保护轴承18。真空泵的控制系统能够根据第一定子传感器15和第二定子传感器14的反馈信号，实时调整第一定子轴承16与第二定子轴承13中的控制电流(即实时调整各个方向的电磁力)，以保证主轴轴线的位置稳定性。
58.作为本实用新型的一种可选实施方式，如图2至图6所示，电机轴承座12的侧壁中形成有通道(以下称电机轴承座12侧壁中的通道为通道100)，该通道100包括第一通道110，第一通道110沿电机轴承座12的轴线方向延伸，电机轴承座12的内壁上形成与冷却空隙对应的连通结构，第一通道110通过连通结构与冷却空隙连通。
59.作为本实用新型的一种可选实施方式，该连通结构可以为沿电机轴承座12的径向由电机轴承座12的内壁贯穿至第一通道110的连通孔。
60.为提高冷却气体与电机之间的换热效率，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图2至图6所示，该连通结构为连通槽200。在本实用新型实施例中，电机轴承座12的内壁上开设有连通槽200，第一通道110与连通槽200相通，从而冷却气体经过通道100后，部分冷却气体先进入连通槽200中，再由连通槽200进入冷却空隙中，部分冷却气体直接经过通道与冷却间隙的连通处进入冷却间隙，如此加快了冷却气体在冷却间隙中的扩散，并且增大了冷却气体在冷却间隙的存储空间，进而提高了冷却气体流动至电机11四周并与电机11进行换热的效率。
61.为提高冷却气体沿环绕电机11周向分布的均匀性，进一步提高冷却气体与电机之间的换热效率，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图5、图6所示，连通槽200在电机轴
承座12的内壁上沿环绕电机轴承座12的轴线方向延伸。
62.在本实用新型实施例中，连通槽200为沿环绕电机11的周向延伸的环形槽，能够引导流出通道100的冷却气体沿周向流动并均匀弥散在电机11的四周，从而进一步提高了冷却气体与电机11进行换热的效率。
63.为进一步提高冷却气体与电机之间的换热效率，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图5、图6所示，连通槽200的两侧壁之间的距离沿靠近电机轴承座12轴线方向逐渐增大。
64.在本实用新型实施例中，连通槽200的两侧壁之间存在夹角，使连通槽200的横截面为梯形，使冷却气体由通道100中流出后在连通槽200中沿径向流动时的流通面积逐渐增大，从而引导冷却气体顺畅地流出，避免了连通槽200在电机轴承座12内壁上的开口处的直角结构造成的流动分离现象，提高了冷却气体的流通性，降低了冷却气体在流动过程中的动能损失，进一步提高了电机11的冷却散热能力。
65.为提高冷却气体在冷却空隙中沿电机轴承座12轴向分布的均匀性，进一步提高电机11的冷却散热能力，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图5、图6所示，电机轴承座12的内壁上形成有多个连通槽200(即多个连通结构)，多个连通槽200沿电机轴承座12的轴线方向间隔分布，且多个连通槽200均与通道100连通。
66.在本实用新型实施例中，电机轴承座12的内壁上对应于电机11的位置沿轴向间隔开设有多个连通槽200，如图6所示，部分冷却气体由通道100中流出后，通过多条连通槽200均匀流动至电机11与电机轴承座12内壁之间的冷却空隙中，加快了冷却气体在冷却间隙的扩散，且使冷却气体的流动空间进一步增大，并提高了冷却气体在冷却空隙中沿电机轴承座12轴向分布的均匀性，从而进一步提高了电机11的冷却散热能力。
67.作为本实用新型的一种优选实施方式，如图5、图6所示，多个连通槽200沿电机轴承座12的轴线方向等间隔分布，从而进一步保证冷却气体在冷却空隙中沿电机轴承座12轴向分布的均匀性，提高电机11的冷却散热能力。
68.需要说明的是，在电机轴承座12内部的多个部件与电机轴承座12的内壁之间均预留有气路间隙(例如，轴承压盖17及保护轴承18分别与电机轴承座12之间具有气路间隙，第一定子传感器15和电机轴承座12之间具有气路间隙，第一定子轴承16和电机轴承座12之间也具有气路间隙)，可允许气流经过并汇入第一定子轴承16的内孔、电机11的内孔中，即，冷却气源的冷却气体流入冷却空隙中后可通过内孔排出。例如，如图6所示，冷却气体通过通道100和连通槽200流入冷却空隙并与电机11的表面进行换热后，可通过气路间隙流入内孔中，并随涡轮转动产生的气流一同流出。
69.作为本实用新型的一种可选实施方式，如图2、图3所示，电机轴承座12的外壁上形成有环绕电机轴承座12轴线且向外延伸的固定环，且电机轴承座12通过固定环与真空泵底座19固定连接；
70.通道100还包括第二通道120和第三通道130，第二通道120在固定环中沿电机轴承座12的径向延伸，第三通道130在固定环中沿电机轴承座12的轴线方向延伸，第二通道120的第一端与第一通道110连通，第二通道120的第二端与第三通道130连通，第三通道130的第二端在固定环的底部形成进气口；
71.真空泵底座19中形成有第四通道300，第四通道300的一端在真空泵底座19的顶面
上形成与进气口对接并连通的导气出口，第四通道300的另一端在真空泵底座19的表面上形成用于与冷却气源连接的导气进口。
72.在本实用新型实施例中，通道100在固定环的底部形成进气口，通过进气口与第四通道300对接，并通过真空泵底座19中形成的第四通道300与冷却气源连接，从而使冷却空隙与冷却气源之间连接的气路结构均为刚性结构，与外置管路结构相比，提高了气路结构的结构强度及稳定性，进而保证了冷却空隙与冷却气源之间气路的密闭性，保证了电机11的冷却散热能力。
73.本实用新型实施例对如何在电机轴承座12、真空泵底座19等结构上制作通道结构不作具体限定，例如，可通过铣、钻孔等工艺制作出孔洞结构，进而得到第一通道110、第二通道120等结构。
74.为简化制作通道100的工艺，作为本实用新型的一种优选实施方式，第一通道110和第二通道120均通过先在电机轴承座12表面上钻孔、再对孔洞在电机轴承座12表面上的开口进行封堵的方式得到，具体地，如图3所示，真空泵还包括第一密封螺柱111和第二密封螺柱121；
75.电机轴承座12的侧壁中形成有沿电机轴承座12的轴线方向延伸并贯穿至电机轴承座12底部的第一连通孔，第一密封螺柱111密封第一连通孔在电机轴承座12底部的开口，形成第一通道110；
76.固定环中形成有沿电机轴承座12的径向方向延伸的第二连通孔，第二连通孔的一端与第一通道110连通，第二连通孔的另一端贯穿至固定环的表面，第二密封螺柱121密封第二连通孔在固定环表面上的开口，形成第二通道120。
77.在本实用新型实施例中，第一通道110和第二通道120均通过在电机轴承座12表面上钻孔后，利用密封螺柱对孔洞的端部进行封堵的方式得到，从而在保证通道100气密性的同时，简化了通道100的制作工艺。
78.作为本实用新型的一种可选实施方式，第四通道300也可通过钻孔的方式得到，具体地，如图1至图3所示，第四通道300包括形成在真空泵底座19顶面上的第三连通孔310和形成在真空泵底座19侧面的第四连通孔320，第三连通孔310沿电机轴承座12的轴线方向延伸，第四连通孔320沿电机轴承座12的径向延伸，且第三连通孔310的底端与第四连通孔320的底端连通，第三连通孔310在真空泵底座19顶面的开口形成为导气出口，第四连通孔320在真空泵底座19侧面的开口形成为导气进口。
79.为简化冷却空隙与冷却气源之间连接的气路结构，作为本实用新型的另一种实施方式优选实施方式，如图4所示，电机轴承座12的外壁上形成有环绕电机轴承座12轴线且向外延伸的固定环，且电机轴承座12通过固定环与真空泵底座19固定连接；
80.通道100还包括第二连通孔122，第二连通孔在固定环中沿电机轴承座12的径向延伸，第二连通孔122的一端与第一通道110连通，第二连通孔122的另一端贯穿至固定环的表面形成进气口；
81.真空泵还包括泵壳20和导气管150，泵壳20套设在电机轴承座12上并与真空泵底座19密封连接，以将电机轴承座12与外界隔绝，导气管150的一端与进气口连接，另一端穿过泵壳20，用于与冷却气源连接(即第二连通孔122在固定环表面的开口未通过第二密封螺柱121密封形成第二通道120，而是直接通过外接的导气管150与冷却气源连接)。
82.在本实用新型实施例中，电机轴承座12中的通道100在固定环的侧面形成进气口，进气口通过穿出泵壳20的导气管150与冷却气源连通，从而简化了冷却空隙与冷却气源之间连接的气路结构，降低了真空泵的制作难度和制作成本。
83.作为本实用新型的另一种可选实施方式，第二定子轴承13中形成有该通道，真空泵底座19中形成有第五通道，通道的一端与冷却空隙连通，通道的另一端与第五通道连通，且第五通道用于将通道与冷却气源连接。
84.可选地，如图1所示，在第二定子轴承13与电机11之间设置有第二定子传感器14的情况下，第二定子传感器14中也形成有相应的通道，第五通道的一端与冷却气源连接，另一端依次通过第二定子传感器14中的通道和第二定子轴承13中的通道与冷却空隙连通。
85.为提高真空泵的整体性能，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图2、图4所示，真空泵还包括冷却气体管路p1和控制装置，通道通过冷却气体管路p1与冷却气源连接(具体可以为通道100依次通过第四通道300和冷却气体管路p1与冷却气源连接，或者通道100依次通过导气管150和冷却气体管路p1与冷却气源连接，或者第二定子轴承13中的通道依次通过第五通道和冷却气体管路p1与冷却气源连接)，冷却气体管路p1上设置有开关阀22。如图8所示，控制装置用于判断电机11的电流是否小于预设阈值(即执行步骤s1)，并在电机11的电流小于预设阈值时，控制开关阀22开启(即执行步骤s2)，以将冷却气源与通道100导通；在电机11的电流大于或等于预设阈值时，控制开关阀22关闭(即执行步骤s3)。可选地，开关阀22为电磁阀。
86.在本实用新型实施例中，通道100与冷却气源之间的冷却气体管路p1上设置有开关阀22，控制装置能够实时根据电机11的电流检测真空泵的气载状态，并通过开关阀22对冷却气体管路p1的气体供给进行控制，具体地：当检测到真空泵中电机11的电流小于预设阈值时，判断真空泵为空载(即非工艺状态，例如相邻两片晶圆的制作工艺之间、或者每一轮pm周期中)，控制开关阀22打开，进而使冷却气体流通至冷却空隙中对电机11进行冷却；当检测到真空泵中电机11的电流大于或等于预设阈值时，判断真空泵为非空载(即工艺状态)，控制开关阀22关闭，从而仅在真空泵气载较小时对电机进行冷却，避免在半导体工艺过程中占用泵体载荷，保证真空泵的使用性能。
87.为提高真空泵内部的洁净度，作为本实用新型的一种可选实施方式，如图2所示，真空泵还包括吹扫气体管路p2，吹扫气体管路p2用于将冷却气源与第一定子轴承16的内孔、电机11的内孔和第二定子轴承13的内孔连通，以向第一定子轴承16的内孔、电机11的内孔和第二定子轴承13的内孔中提供冷却气体。
88.在本实用新型实施例中，冷却气源还通过吹扫气体管路p2向第一定子轴承16的内孔、电机11的内孔和第二定子轴承13的内孔中提供冷却气体，从而对真空泵的内部进行吹扫，保证真空泵内部的洁净度，防止真空泵内部零件的腐蚀以及副产物的沉积。
89.为避免在半导体工艺过程中占用泵体载荷，保证真空泵的使用性能，优选地，吹扫气体管路p2上也设置有开关阀，控制装置用于控制开关阀的开度，使吹扫气体管路p2持续向第一定子轴承16的内孔、电机11的内孔和第二定子轴承13的内孔中提供小流量冷却气体。
90.作为本实用新型的一种可选实施方式，如图2、图7所示，真空泵还包括吹扫总管p0和三通连接件21，吹扫总管p0的一端与冷却气源连接，另一端通过三通连接件21与冷却气
体管路p1和吹扫气体管路p2连接，即，冷却气体管路p1和吹扫气体管路p2分别为吹扫总管p0末端引出的两根支路。
91.可选地，该三通连接件21为三通接头或者三通阀门。
92.在本实用新型的其他实施方式中，为了降低真空泵底座19的加工难度，冷却气体管路p1和吹扫气体管路p2也可以在各自的开关阀之后汇成一条管路后与第一通道110连通，冷却气体与电机表面换热后，经电机轴承座12内部的多个部件与电机轴承座12的内壁之间预留的气路间隙以及部件之间的装配间隙进入真空泵的内部(即第一定子轴承16的内孔、电机11的内孔和第二定子轴承13的内孔中)，从而同时实现吹扫真空泵和冷却电机的功能。
93.在本实用新型提供的真空泵中，电机11与电机轴承座12的内壁之间具有冷却空隙，电机轴承座12的侧壁和/或第二定子轴承13中的通道能够将冷却气源与冷却空隙连通，从而将冷却气源中的冷却气体导入至该冷却空隙中，并弥散至电机11的四周，在真空泵水冷未启动的情况下，能够有效的地提高了电机的散热效率；即便水冷启动时，也能辅助水冷对电机进行降温，保证了在真空泵运行过程中的电机的温度可控性，使真空泵的流量抽速稳定，进而保证了半导体生产线的生产节奏。
94.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。