涡轮分子真空泵以及用于制造转子的方法与流程

本发明涉及一种涡轮分子真空泵。本发明还涉及一种用于制造涡轮分子真空泵转子的方法。

背景技术：

1、在封壳中产生高真空需要使用包括定子的涡轮分子真空泵，转子在定子中被驱动快速旋转，例如每分钟超过九万转的旋转。

2、在一些使用涡轮分子真空泵的方法如制造半导体或led的方法中，可以在真空泵中形成沉积层。这种沉积会导致定子与转子之间的游隙受限，从而可能引起转子停止。沉积层事实上通过摩擦使转子升温，这会使其产生蠕变，随后可能开裂。

3、已知的做法是加热定子以避免反应产物在泵中凝结。然而，要注意确保转子的温度不超过特定的高阈值，以保持其机械强度。事实上，当温度升高时，尤其是铝超过150℃时，对转子离心力的机械阻力会降低。

4、真空泵工作温度的升高也意味着限制最大泵送气体流量以保持转子温度与其运行规范相符，因为要泵送的气体流量越大，真空泵升温就越多。

5、然而，这些对工作温度和最大气体流量的限制确实与产品预期相冲突。事实上，寻求尽可能地提高加热温度，以限制沉积物的形成，从而延长泵的使用寿命。同时，寻求最大限度地增加泵送气体的流量以提高生产率，尤其是重气体(例如氩气)的流量。

6、然而，重气体确实存在引起转子的加热进一步增大的缺点。事实上，转子的散热一方面是通过传递到分子(对流)来实现的，另一方面是通过红外辐射来实现的。然而，在泵送重气体的情况下，通过对流进行的热交换会大大减少。

7、此外，由于工艺气体可能具有很强的腐蚀性，因此可能有必要在转子上涂覆保护层(例如镀镍)来保护转子。然而，镍涂层具有大约为0.2的非常低的红外发射率。这种低发射率极大地限制了转子与其环境之间的热交换，从而限制了可泵送的最大气体流量。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提出一种涡轮分子真空泵，其至少部分地解决了现有技术的缺陷。

2、为此，本发明的主题是一种涡轮分子真空泵，其构造成将待泵送的气体从吸入孔驱动到排放孔，该涡轮分子真空泵包括：

3、-定子，所述定子包括至少一个翅片级和构造成能够被冷却的壳体，

4、-转子，所述转子构造成在定子中旋转并且包括至少两个叶片级，叶片级和翅片级沿转子的旋转轴线轴向地彼此相继布置，并且所述转子包括面向定子的壳体布置的与旋转轴线同轴的内碗(internal bowl)，

5、-吹扫装置，所述吹扫装置配置成将吹扫气流注入位于定子壳体与转子内碗之间的间隙中，

6、其特征在于，至少在内碗表面的一部分上，面向定子的能够被冷却的壳体布置的转子的内碗表面具有高于与泵送气体流体连通的转子外表面的发射率，并且至少在内碗表面的一部分上，与泵送气体流体连通的转子外表面具有低于转子的内碗表面的发射率，

7、并且/或者，至少在定子的壳体表面的一部分上，面向转子的内碗布置的定子的能够被冷却的壳体的表面具有高于与泵送气体流体连通的转子外表面的发射率，并且至少在定子的壳体表面的一部分上，与泵送气体流体连通的转子外表面具有低于定子的壳体表面的发射率。

8、在辐射传递中，发射率对应于表面元件在给定温度发出的热辐射的辐射流量与基准值(即黑体在此同一温度发射的流量)之比。

9、内碗的大部分表面，例如内碗除定心表面之外的整个表面，和/或定子壳体的大部分表面，例如定子壳体除定心表面之外的整个表面，例如具有较高的发射率。

10、一个或多个高发射率表面具有例如大于或等于0.4的发射率。

11、与泵送气体流体连通的一个或多个表面可以具有小于0.3的发射率。特别地，与泵送气体流体连通的转子的外表面可具有防腐蚀保护涂层，例如镀镍层。

12、转子的具有高发射率表面的内部，并且仅所述内部，使得可以通过散热促进转子的辐射冷却。具有高发射率表面的在转子下方的定子壳体使得可以通过自身被冷却的壳体的辐射来促进转子的冷却。

13、涡轮分子真空泵可以包括配置成冷却定子壳体的冷却装置，和/或配置成加热包围转子的定子套筒的加热装置。

14、包围转子的定子套筒被加热，以避免在定子的内表面上形成沉积物。套筒与转子之间的热交换被低发射率的转子外表面减少，以免使转子升温。

15、在转子下方突出的定子壳体被冷却，以保护转子下方的电子部件和电机。转子内碗和/或定子壳体的高发射率表面促进壳体与转子之间的热交换，以便更好地冷却转子。

16、为了显著增强热交换，在不与泵送气体直接连接的区域中的位于运动部件和固定部件两者上的高发射率表面是优选的。

17、在转子内碗的端部与定子壳体之间的环形流导部的截面积例如小于或等于12mm2/1.69x 10-3pa.m3/s的注入吹扫气体流量(12mm2/sccm)，以限制泵送气体进入位于定子壳体与转子内碗之间的间隙，并保护位于转子内碗与定子壳体之间的一个或多个发射率较高的表面。

18、吹扫气体的流量例如小于或等于0.0845pa.m3/s(或50sccm)。

19、在运行中，由于一个或多个具有高发射率的表面，促进了在转子下方与定子壳体的热交换，从而增强了转子的辐射冷却。这些高发射率的表面不会遇到潜在具有腐蚀性的泵送气体，因为它们一方面受到在转子下方的间隙中循环的吹扫气体的保护，另一方面受到内碗端部处的环形流导部的保护。吹扫气体和环形流导部使得可以保护转子和/或定子的高发射率表面免受可能渗入转子下方的泵送气体的侵蚀。因此，只有受保护的表面被制成高发射性的，它们不会遇到或遇到很少的潜在腐蚀性的泵送气体。

20、此外，涡轮分子真空泵可以单独地或组合地包括下文描述的一个或多个特征。

21、转子的内碗和/或定子的壳体的一个或多个高发射率表面例如通过表面处理获得，例如通过阳极氧化或喷砂或开槽或纹理化(例如通过激光)或苏打处理获得。通过阳极氧化、苏打处理或激光纹理化对铝进行表面处理的优点是，能够以合理的成本获得发射率大于0.8的表面。

22、转子内碗和/或定子壳体的一个或多个高发射率表面可通过涂层沉积获得，例如类型的等离子体沉积化学涂层或不含溶剂的涂料类型涂层，例如环氧聚合物涂层，更普遍地称为“环氧涂料”。只有转子内碗的表面尤其是霍尔维克裙部(holweck skirt)的表面具有高发射率涂层的这一事实提供了以下优点：转子涂层的牢固度通过离心力的挤压作用得到加强。

23、涂层的厚度例如介于30μm与100μm之间。

24、涂层或表面处理部分例如具有无光泽的和/或深色的外观。

25、尤其可以提供若干表面处理部分和/或涂层，以增大转子和/或定子在间隙中的发射率。

26、涂层或表面处理部分优选不含溶剂。溶剂事实上在某些泵送应用中完全是待设定的，最好不要在真空泵中使用溶剂，以避免任何反向散射到要泵送的封壳中的风险。

27、吹扫装置可构造成在支承和引导转子的驱动轴的至少一个轴承处注入吹扫气流，使得吹扫气流在从定子壳体流出之前经过所述至少一个轴承。

28、涡轮分子真空泵可包括检测是否存在由吹扫装置注入的吹扫气体的传感器。

29、真空泵例如包括被接纳在定子中的、在壳体内或与壳体热接触的冷却装置，例如液压回路，以冷却定子的壳体。冷却装置例如通过常温水的循环例如可以将壳体的温度控制在小于或等于75℃的温度，例如70℃。

30、有利地，涡轮分子真空泵包括配置成通过红外辐射测量转子温度的温度传感器。温度传感器可放置在定子的壳体上，面向内碗的高发射率表面。

31、定子的加热装置例如是加热电阻带，其配置成将定子的套筒加热到设定温度，例如大于80℃，例如130℃。

32、根据一个示例性实施例，转子包括位于至少两个叶片级下游的霍尔维克裙部，霍尔维克裙部由光滑圆筒体形成，该光滑圆筒体构造成对着定子的用于泵送气体的螺旋沟槽旋转，面向定子壳体布置的内碗也由霍尔维克裙部的内部部分形成。

33、根据另一个示例，所述真空泵仅为涡轮分子泵：转子包括至少两个叶片级，但不包括霍尔维克裙部。

34、本发明的另一个主题是一种用于制造如前文所述的涡轮分子真空泵转子的方法，其中：

35、-对转子外表面进行处理以获得转子的除定心表面之外的高发射率表面，或者在转子上沉积涂层以获得转子的除定心表面之外的高发射率表面，然后

36、-通过遮盖转子的内碗，对旨在与泵送气体流体连通的转子外表面进行镀镍。

37、本发明的另一个主题是一种用于制造如前文所述的涡轮分子真空泵转子的方法，其中：

38、-对转子的包括内碗和霍尔维克裙部的第一部分进行表面处理以获得转子的第一部分的高发射率表面，或者在转子的包括内碗和霍尔维克裙部的第一部分上沉积涂层以获得转子的第一部分的高发射率表面，然后

39、-通过遮盖转子的内碗对转子的旨在与泵送气体流体连通的第一部分的表面进行镀镍，然后将转子的第一部分与转子的包括至少两个叶片级的镀镍的第二部分固定在一起。

40、本发明的另一个主题是一种用于制造如前文所述的涡轮分子真空泵转子的方法，其中，例如通过螺纹连接或过盈配合将形成具有高发射率表面的内碗的部件与转子本体组装在一起，转子本体一方面具有与内碗互补的凹形结构，另一方面包括至少两个叶片级。形成具有高发射率表面的内碗的部件例如由阳极氧化铝制成。