專利名稱：快速旋轉(zhuǎn)的真空泵的制作方法
快速旋轉(zhuǎn)的真空泵技術(shù)領(lǐng)域一種快速旋轉(zhuǎn)的真空泵，尤其^1磁性支撐的非容積式渦輪分子泵需要可靠的^il保護，因為由于存在離心力趁逸不僅導(dǎo)致真空泵損壞，而且還 對人產(chǎn)生高度的危險。
背景技術(shù)：
在實踐中，使用復(fù)雜的電子組件用于快速旋轉(zhuǎn)的真空泵的超速保 護，所述電子組件監(jiān)控轉(zhuǎn)子或電驅(qū)動馬達的轉(zhuǎn)速并且以電子的方法限制 轉(zhuǎn)速。盡管以這種方式能夠借助高的技術(shù)耗費和多余的硬件和軟件實現(xiàn) 用于快速旋轉(zhuǎn)的真空泵的安全的主動的超速保護，但是為此由于高的技 術(shù)耗費產(chǎn)生相當(dāng)大的成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，提供一種具有簡單且可靠的超速保護的快速旋轉(zhuǎn) 的真空泵。根據(jù)本發(fā)明該目的借助權(quán)利要求1的特征得以實現(xiàn)。在根據(jù)本發(fā)明的快速旋轉(zhuǎn)的真空泵中，轉(zhuǎn)子設(shè)計成使得其彎曲臨界 的反向轉(zhuǎn)動共振頻率處于恒定的額定轉(zhuǎn)動頻率上方的3%和最大30%之 間。這里不設(shè)有主動的超速保護，也就是說不設(shè)有除了用于電驅(qū)動馬達 的控制裝置以外還附加地存在的直接的轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)速限制。在反向轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的共振頻率能夠以多種方式進行設(shè)置，使 得其處于恒定的額定轉(zhuǎn)動頻率上方的3%和最大30%之間。尤其是真空 泵的轉(zhuǎn)子的質(zhì)量、幾何形狀以及軸承能夠被如此改變和調(diào)節(jié)，使得在反 向轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的共振頻率處于額定轉(zhuǎn)動頻率上方的最大30%處， 并且以這種方式內(nèi)在地防止超速。在反向轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的共振頻率 下的共振振動消耗非常多的功率，使得只有通過大量的功率儲備才可能 加速至在其上方的轉(zhuǎn)動頻率。電驅(qū)動馬達的驅(qū)動功率必須設(shè)計成使得其完全地由在反向轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的共振頻率范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)動頻率下的 共振振動耗盡。以這種方式提供內(nèi)在的硬件式超速保護，實際上排除了 所述硬件式超速保護的故障。省去了用于主動的超速保護的耗費，從而 顯著地降低了用于超速保護的成本。與相對低的并且通常能夠快速地且以相對少的功率儲備通過的剛 體臨界的共振頻率不同，彎曲臨界的頻率處于相對高的頻率水平。因此 在反向轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的共振頻率尤其適合用作內(nèi)在的超速保護。真空泵的轉(zhuǎn)子通過磁性軸承支撐。在這里磁性軸承指的是具有至少 一個徑向自由度的磁性軸承。然而，實際上當(dāng)設(shè)有磁性軸承時，快速旋轉(zhuǎn)的真空泵的轉(zhuǎn)子在所有五個自由度方面被磁性地支撐。在運轉(zhuǎn)時，磁 性軸承本身由于調(diào)整產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的徑向振動。因此尤其也激勵了彎曲臨界的振動，并且只要沒有使用合適的磁性支撐控制算法來通過彎曲臨界的 共振頻率，泵就會被阻止通過這些振動。在這里沒有提出這樣適合的控 制算法。相反地，磁性支撐控制算法設(shè)計成使得借助可用的驅(qū)動能量， 泵不能通過彎曲臨界的共振頻率。在反向轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的共振頻率最好處于額定轉(zhuǎn)動頻率的5% 和25%之間，尤其是處于額定轉(zhuǎn)動頻率上方的大約20%的范圍內(nèi)。額 定轉(zhuǎn)動頻率上方的大約20%的距離提供了足夠的安全以便防止在轉(zhuǎn)子 從靜止加速至額定轉(zhuǎn)動頻率時過沖該轉(zhuǎn)動頻率。以這種方式在加速時能 夠避免由于過沖導(dǎo)致無意地達到在反向轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的共振頻率。 另一方面在反向轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的共振頻率應(yīng)該盡可能近地處于額定轉(zhuǎn)動頻率上方，以便必須將轉(zhuǎn)子設(shè)計為必要的穩(wěn)定性。快速旋轉(zhuǎn)的真空泵最好為非容積式真空泵，例如渦輪分子真空泵。 在渦輪分子真空泵中轉(zhuǎn)速通常為每分鐘10,000至100,000轉(zhuǎn)。如此高的 轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)動頻率特別建議使用磁性軸承來支撐轉(zhuǎn)子。
下面借助于附圖闡述本發(fā)明。附圖示出用于快速旋轉(zhuǎn)的真空泵的所謂的坎貝爾曲線圖(Campbell Diagram )。
具體實施方式
在附圖的坎貝爾曲線圖中示出在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率,。，上的轉(zhuǎn)子的共 振頻率/^。在這里快速旋轉(zhuǎn)的真空泵為渦輪分子真空泵，所述渦輪分子真空泵 的轉(zhuǎn)子通過磁性軸承完全地五軸支撐。轉(zhuǎn)子通過電驅(qū)動馬達驅(qū)動并且以 恒定的確定的額定轉(zhuǎn)動頻率/ ^運轉(zhuǎn)。在曲線圖中，首先在低的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)分別兩兩示出剛體臨界的共振頻率曲線12、 14。這些共振頻率隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率,。,以相對小的程 度改變。此外，在較高的轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)示出彎曲臨界的反向轉(zhuǎn)動共振頻 率曲線16和彎曲臨界的同向轉(zhuǎn)動共振頻率曲線18。此外，用虛線示出 所謂的位置矢量20。在位置矢量20與彎曲臨界的反向轉(zhuǎn)動共振頻率曲 線16相交的地方能夠讀出用于目前的真空泵的彎曲臨界的反向轉(zhuǎn)動共 振頻率/w。在該示例中用于真空泵的轉(zhuǎn)子的在反向轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的共振 頻率/w大約為970Hz。真空泵或者驅(qū)動馬達、驅(qū)動馬達控制單元和轉(zhuǎn) 子的額定轉(zhuǎn)動頻率/ 。 大約為800 Hz。因此在反向轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的 共振頻率/^位于真空泵的額定轉(zhuǎn)動頻率/ 柳上方的大約21%處。將電馬達的驅(qū)動功率限制為使得當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率,。，達到在反向 轉(zhuǎn)動中的彎曲臨界的共振頻率/d,時，電馬達的驅(qū)動功率完全地由反向 轉(zhuǎn)動共振振動耗盡。真空泵不具有任何其它的主動的超速保護，也就是說不具有除馬達 操縱的轉(zhuǎn)速回路以外的第二個轉(zhuǎn)速控制回路。彎曲臨界的反向轉(zhuǎn)動共振頻率曲線16不受真空泵的磁性軸承的控 制參數(shù)相應(yīng)設(shè)置的影響。但是磁性軸承的控制參數(shù)可設(shè)計為使得彎曲臨 界的共振頻率受到強烈地激勵，以致防止借助可用的驅(qū)動能量通過彎曲 臨界的共振頻率。為此相對柔和地設(shè)計磁性軸承控制參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種快速旋轉(zhuǎn)的真空泵，具有通過電驅(qū)動馬達驅(qū)動的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有確定的恒定的額定轉(zhuǎn)動頻率(fnom)，其中所述轉(zhuǎn)子通過磁性軸承支撐，所述轉(zhuǎn)子的彎曲臨界的反向轉(zhuǎn)動共振頻率(fcrit)處于所述額定轉(zhuǎn)動頻率(fnom)上方的3％和最大30％之間，并且不設(shè)有主動的超速保護。
2. 如權(quán)利要求1所述的快速旋轉(zhuǎn)的真空泵，其特征在于，所述真 空泵構(gòu)成為非容積式真空泵。
3. 如權(quán)利要求2所述的快速旋轉(zhuǎn)的真空泵，其特征在于，所述真 空泵為渦輪分子泵。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的快速旋轉(zhuǎn)的真空泵，其特征 在于，所述彎曲臨界的反向轉(zhuǎn)動共振頻率(/^)處于所述額定轉(zhuǎn)動頻率(/"。附)的5%和25%之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速旋轉(zhuǎn)的真空泵，其具有通過電驅(qū)動馬達驅(qū)動的磁性支撐的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有確定的恒定的額定轉(zhuǎn)動頻率(f<sub>nom</sub>)。所述轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子軸承設(shè)計成使得彎曲臨界的反向轉(zhuǎn)動共振頻率(f<sub>crit</sub>)處于所述額定轉(zhuǎn)動頻率(f<sub>nom</sub>)上方的3％和最大30％之間。因此防止超速。
文檔編號F04D19/04GK101617125SQ200880005839
公開日2009年12月30日 申請日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月24日
發(fā)明者克里斯蒂安·哈里希, 海因里?！ざ鱾惖聽?申請人:厄利孔萊博爾德真空技術(shù)有限責(zé)任公司