NL8300105A

NL8300105A - Magnetisch gelegerde turbomoleculairpomp.

Info

Publication number: NL8300105A
Application number: NL8300105A
Authority: NL
Original assignee: Pfeiffer Vakuumtechnik
Priority date: 1982-02-11
Filing date: 1983-01-12
Publication date: 1983-09-01
Also published as: JPH0436278B2; US4502832A; BE895866A; GB2114663A; IT8319487A1; DE3204750A1; IT1161570B; IT8319487A0; GB2114663B; FR2521230A1; FR2521230B1; JPS58148296A; DE3204750C2

Description

' * ~ N.0. 31496 1

Magnetisch gelegerde turbomoleculairpomp.

De uitvinding heeft betrekking op een magnetische legering voor rotoren van. turbomoleculaire vacuumpompen, waarbij de vier radiale vrijheidsgraden van een rotor door passieve magnetische radiaallegers gestabiliseerd worden en de axiale vrijheidsgraad door drooglopende me-5 chanische axiaallegers wordt opgenomen. Deze axiale legering heeft zodanig plaats dat de axiale plaats van de rotor in een zodanige stand wordt vastgehouden waarin de oplegkracht van de rotor steeds onder een tevoren bepaalde waarde blijft.

Een dergelijke legering wordt beschreven in de openbaar gemaakte 10 Duitse octrooi-aanvrage 2.825.551. Daarbij worden de radiale vrijheidsgraden door niet geregelde magnetische radiaallegers vastgehouden. Deze radiaallegers bestaan uit permanent magnetische bouweenheden, die op roterende en niet roterende delen radiaal tegengesteld gemagnetiseerd zijn aangebracht. Dit type legering veroorzaakt echter een labiele 15 evenwichtstoestand in axiale richting. Als dus de rotor in geringe mate uit de axiale labiele evenwichtsstand weg beweegt treden krachten op, die hem verder uit de evenwichtsstand verwijderen. Deze krachten nemen toe met de afstand vanaf de evenwichtstoestand, zodat de rotor met een veelvoud van zijn gewicht drukt op de axiale legering. In de openbaar 20 gemaakte Duitse octrooi-aanvrage 2.825.551 wordt beschreven op welke wijze deze krachten onder een tevoren bepaalde waarde worden gehouden Door krachtmeetinrichtingen wordt hun grootte geregistreerd. Overschrijden zij een bepaalde waarde, dan wordt een regelmechanisme op gang gebracht, dat de rotor in de nabijheid van de labiele evenwiehts-25 stand houdt, zodat de axiale oplegkrachten een tevoren bepaalde waarde niet overschrijden. Dit type legering wordt in de genoemde openbaar gemaakte octrooiaanvrage in drie verschillende uitvoeringsvormen beschreven, die echter bij praktische toepassingen belangrijke nadelen bezitten, die hierna worden besproken: 30 a) De axiale plaats van de rotor wordt door een electrische door-gangsmeting geregistreerd. Daarbij zijn de contacten gesloten, als de rotor zich in de labiele evenwichtstoestand binnen de tevoren bepaalde grenzen bevindt, en zij worden steeds geopend, zodra de rotor naar de ene of naar de andere zijde uit deze tevoren bepaalde axiale stand be-35 weegt. Deze uitvoering heeft het nadeel dat bij de bij turbomoleculair-pompen gebruikelijke zeer hoge toerentallen het contact geven zeer onzeker is en daarom geen zuivere regelsignalen te verkrijgen zijn. Bovendien stoort het noodzakelijke verstelmechanisme aan de vacuumzijde

J

8300105 ... ' r 2 sterk omdat hét veel plaats Inneemt en aldus o.a. de Invoerhoofdwaarde van de pomp belangrijk verminderd.

b) De axiale plaats van de rotor wordt door een krachtmeetinrichting op beide zijden van de rotor geregistreerd en door verstelmechanismen 5 eveneens op beide zijden van de rotor geregeld. Deze uitvoering heeft het volgende nadeel: turbomoleculairpompen worden in de regel voor het bereiken van een hoog eindvacuum verwarmd. Door de verwarming zet het huis uit. Omdat de niet roterende delen van het mechanische axiale leger vast met het huis 10 zijn verbonden, wordt aldus de afstand in het axiale leger tussen de oplegvlakken en de rotortappen vergroot. Ligt de rotor tegen het bovenste oplegvlak van het mechanische axiale leger, dan wordt de regeling effectief en de uitzetting wordt uitgeregeld. Ligt de rotor daarentegen in het onderste oplegvlak van het magnetische axiale leger, dan beweegt 15 het bovenste oplegvlak door de uitzetting van de buis af en de regeling kan niet in werking treden omdat hierbij de tevoren bepaalde kracht niet overschreden wordt. Als nu bijvoorbeeld door een stoot de rotor op de andere zijde van het mechanische axiale leger springt, kan hij zich op grote afstand vanaf de labiele evenwichtstoestand en dus ver buiten 20 de tevoren bepaalde grenzen bevinden, waardoor ontoelaatbaar hoge op-legkrachten kunnen ontstaan. Een verder nadeel is als aangegeven onder a) de grotere ingenomen ruimte van het verstelmechanisme op de hoogva-cuumzijde.

c) Om het genoemde nadeel van het terugstelmechanisme op de hoogva-25 cuumzijde te vermijden, wordt in de genoemde openbaar gemaakte octrooiaanvrage een verdere uitvoering voorgesteld, waarbij zich op de hoogva-cuumzijde geen overbrenging bevindt. Hierdoor ondergaat de tap van het onderste mechanische axiale leger een volledige slijtage die kan liggen in de orde van grootte van enkele millimeters. Dit kan op de koop toe 30 worden genomen als de inrichting dienovereenkomstig is uitgevoerd. Op het bovenste leger betekent een slijtage echter een uitwijking uit de labiele evenwichtsstand. Dit is zeer kritisch, zoals het volgende voorbeeld aantoont: bij een axiale labiele stijfheid van 300 N/mm en een tevoren bepaalde oplegkracht van 1 N mag de verplaatsing van de rotor 35 uit de labiele evenwichtsstand niet groter zijn 1/300 mm. Dit betekent dat bij grote afwijking de levensduur van de rotortap zeer beperkt is.

Het doel van de uitvinding is een magnetisch gelegerde turbomole-culairpomp te verschaffen waarbij de legering gevormd wordt door een in radiale richting stabiele en in axiale richting labiele magnetische 40 radiaal legering, die permanent magnetische legerelementen op roterende 8300105 f 3 . V* 4 en niet roterende delen bevat, en uit een mechanische axiale legering, die uit roterende loopvlakken van de rotor en uit niet roterende steun-vlakken met krachtmeetinrichtingen en verstelmechanismen bestaat, waarbij bij overschrijding van een tevoren bepaalde oplegkracht van de ro-5 tor op een mechanisch axiaal leger, welke toestand door de labiele axiale evenwichtstoestand van de rotor optreedt, de rotor in de nabijheid van de labiele axiale evenwichtsstand in een zodanige stand wordt gehouden, dat daarin de oplegkracht van de rotor op het ondersteunings-vlak steeds onder een tevoren bepaalde oplegkracht blijft, welke voor-10 gestelde magnetisch gelegerde turbomoleculairpomp de bovengenoemde nadelen niet meer bezit* Zn het bijzonder bevindt zich op de hoogvacuum-zijde geen mechanisme meer. Een plotselinge door verwarming van het huis veroorzaakte ontoelaatbare verhoging van de axiale oplegkracht van de motor moet worden vermeden en een lange levensduur van het mechani-15 sche axiale leger moet ondanks slijtage van de rotorkap worden bereikt.

Het beoogde doel wordt bereikt doordat de bovenste en de onderste magneetlegerbevestiging met de pompstator als bouweenheid samengevat wordt en in het huis axiaal verschuifbaar wordt aangebracht. De onder-20 ste magneetlegering is met een platform verbonden, dat het mechanisme voor het instellen van het onderste magneetleger draagt, waar dit ten opzichte van de genoemde bouweenheid axiaal verschuifbaar is. Hét bovenste axiale leger is in het bovenste huis vast aangebracht. Door een tweede verstelmechanisme kan de bouweenheid, bestaande uit de bovenste 25 en de onderste magneetlegerbevestiging en de pompstator axiaal verschoven worden. Verder is een electromagnetische inrichting aanwezig, die op de rotor korte axiale krachtimpulsen uitoefent, om deze periodiek afwisselend in contact met de beide looppvlakken van het mechanische axiale leger te brengen, waardoor een voortdurende registratie en rege-30 ling van de axiale plaats van de rotor mogelijk wordt.

Aan de hand van een tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld is weergegeven, wordt de uitvinding hierna nader beschreven.

De tekening toont een magnetisch gelegerde turbomoleculairpomp van het bovenaangehaalde type. In het huis 1 van een turbomoleculairpomp 35 bevindt zich de te legeren rotor 2. In de bovenste bevestiging van het magneetleger 15 is het niet roterende deel 3 van het bovenste permanent magnetische radiale leger bevestigd. Tegenover dit bevindt zich het roterende deel 4 van het magneetleger. Dienovereenkomstig zijn met 21 de onderste magneetlegerbevestiging, met 5 het niet roterende deel 40 en met 6 het roterende deel van het onderste permanent magnetische ........

8300105 4

w V

radiale leger aangegeven. De mechanische axiale legers bestaan uit de roterende tappen 7 en 9 en uit de oplegvlakken 8 en 10. De aandrijving heeft plaats door een electromotor met de rotor 11 en de stator 12. De stator 12 van de motor is in de bevestiging 19 aangebracht. De opleg-5 krachten van de rotor op de niet roterende delen 8 en 10 van het mechanische axiale leger worden door krachtmeetinrichtingen 13 en 14 geregistreerd. Met 16 en 17 zijn de ringen aangegeven, die de statorschijven overbruggen resp. deze opsluiten. De bovenste bevestiging van het mag-neetleger 15, de pompstator, die op de buitenste omtrek door de ringen 10 16 en 17 wordt gevormd, de ring 18, de bevestiging 19 voor de motor- stator, de ring 20 en de onderste magneetlegerbevestiging 21 vormen een in het huis 1 verschuifbare bouweenheid. De bouweenheid wordt door de veren 25 samen gehouden. Daarbij moet de voorspanning van deze veren een veelvoud zijn van de grootst mogelijke kracht, die door de axiale 15 labiliteit van het magneetleger wordt opgewekt, omdat anders de bouweenheid door de magneetkrachten uit elkaar gedrukt wordt. De verschuiving van de bouweenheid heeft plaats via de overbrenging 23 op dë stiften 28, waarbij de bodem 29 als ondersteuning dient.

Op de stiften 28 tussen de overbrengingen 23 en de onderste mag-20 neetlegerbevestiging 21 is een platform 22 bevestigd. Dit platform draagt de overbrenging 24 die de krachtmeetinrichting 14 met het opleg-vlak 10 van het onderste mechanische axiale leger ten opzichte van de bouweenheid kan verstellen. Om te verhinderen dat oliedampen vanaf de aandrijfruimten in de vacuumruimte komen, zijn deze door vouwbalgen 26 25 en 27 van de overige vacuumruimte gescheiden.

Een inrichting die uit de dompelspoel 30 en een permanente magneet 31 met radiaal magneetveld bestaat, oefent op de rotor op tevoren bepaalde afstand korte axiale krachtimpulsen uit. Deze krachtimpulsen kunnen echter eveneens door electromagneten worden ontwikkeld, die af-30 wisselend kortstondig ingeschakeld worden.

Door de krachtmeetinrichting 13 worden de overbrenging 23 en door de krachtmeetinrichting 14 de overbrenging 24 geregeld. Is bijvoorbeeld de kracht op de krachtmeetinrichting 13 te groot, dan verschuift de overbrenging 23 de bouweenheid en de met het onderste platform verbon-35 den deel op het bovenste leger weg. Dit komt overeen met een relatieve beweging van de rotor ten opzichte van de overige delen naar beneden, wat aanleiding geeft tot een vermindering van de axiale kracht. Dit houdt zolang aan dat de tevoren bepaalde kracht wordt onderschreden.

Is de kracht op de onderste gever 14 te hoog, dan wordt het opleg-40 vlak 10 door de overbrenging 24 in voorwaartse richting bewogen, zodat 8300105 ' 5 de rotor naar boven verschuift en dus de kracht wordt verlaagd. Ionen beide krachtmeetinrichtingen een te hoge kracht aan, dan lopen beide overbrengingen in omgekeerde richting, waardoor de oplegvlakken van de mechanische axiale legers uit elkaar worden gebracht en dus worden ont-5 last.

Ontstaat bijvoorbeeld door thermische uitzetting van het huis een luchtspleet in een mechanisch axiaal leger tussen rotortappen en opleg-* vlakken, dan wordt deze toestand tenminste niet door de legering beïnvloed. Een impulsgenerator brengt in tevoren bepaalde tijdsperioden af-10 wisselend positieve en negatieve stroomimpulsen over op de dompelspoel 30. Deze worden door de electromagnetische inrichting in krachtimpulsen op de rotor in axiale richting omgezet. Heeft de rotor geen aanraking met één van de oplegvlakken, dan springt hij door de overeenkomstige impuls op de zijde ervan, en de regeling begint eventueel.

J

8300105

Claims

1. Magnetisch gelegerde turbomoleculairpomp waarbij de legering gevormd wordt uit een in radiale richting stabiele en in axiale rich-5 ting labiele magnetische radiaallegering, welke permanent magnetische legerelementen op roterende en niet roterende delen aanwezig zijn en bestaat uit een magnetische axiale legering, die uit roterende loopvlakken van de rotor en uit niet roterende steunvlakken met krachtmeet-inrichtingen en versteloverbrengingen bestaat, waarbij bij overschrij- 10 ding ervan een tevoren bepaalde oplegkracht van de rotor op een mechanisch axiaal leger, welke toestand door de labiele axiale evenwichtstoestand van de rotor intreedt, de rotor in de nabijheid van de labiele axiale evenwichtstoestand in een zodanige stand wordt gehouden, waarin de oplegkracht van de rotor op het steunvlak steeds onder een tevoren 15 bepaalde oplegkracht blijft, met het kenmerk, dat de bovenste magneet-legerbevestiging (15), de pompstator en de onderste magneetlegerbevestiging (21) in een bouweenheid zijn samengevoegd, die in het pomphuis (1) axiaal verschuifbaar is, dat met de onderste magneetlegerbevesti-ging (21) een platform (22) is verbonden, dat de overbrenging (24) voor 20 het instellen van het onderste axiale leger (5, 6) draagt, waarbij het bovenste axiale leger (3, 4) vast in het huis (1) is aangebracht, dat de bouweenheid door versteloverbrenging (23) kan worden verschoven en dat een electromagnetische inrichting (30, 31) aanwezig is, die op de rotor (2) korte axiale krachtimpulsen uitoefent.

2. Magnetisch gelegerde turbomoleculairpomp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de versteloverbrengingen (23, 24) in het voorva-cuum van de turbomoleculairpomp zijn aangebracht.

3. Magnetisch gelegerde turbomoleculairpomp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verstelmechanismen (23, 24) buiten het vacuum 30 zijn geplaatst.

4. Magnetisch gelegerde turbomoleculairpomp volgens de conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat door een electromagnetische inrichting (30, 31) op· tevoren bepaalde tijdsperioden afwisselend positieve en negatieve krtachtimpulsen in axiale richting op de rotor (2) worden uit- 35 geoefend.

5. Magnetisch gelegerde turbomoleculairpomp volgens de conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, dat de electromagnetische inrichting bestaat uit een dompelspoel (30) en uit een permanent magneetsysteem (31) met radiaalmagneetveld * 40 --oooOooo—— 8300105