專利名稱：馬達的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種馬達和一種真空泵，所述真空泵包括具有馬達轉子的馬達，所述馬達轉子在泵的使用過程中暴露于低于大氣壓的壓力下。
背景技術：
真空處理加工一般用在半導體設備和平板顯示器的制造中以在基板上沉積薄膜， 和用在冶金過程中。用來將比較大的處理室中抽空到所希望的壓力的泵吸系統一般包括與至少一個初級抽氣泵串聯連接的至少一個前置泵。真空泵典型地具有無油式泵吸機構，因為存在于泵吸機構中的任何潤滑劑都可能引起在其中執行真空處理加工的清潔環境的污染。這種“干式”真空泵一般是單級或多級的正排量泵，所述泵在泵吸機構中采用內嚙合式轉子。所述轉子可以在每級中具有同樣類型的輪廓或所述輪廓可以在級與級之間變化。初級抽氣泵可以具有與前置泵相似的泵吸機構，或具有不同的泵吸機構。典型地，異步交流馬達驅動前置泵的泵吸機構。這種馬達必須具有一額定功率，所述額定功率使得所述泵能在泵入口和出口之間提供泵送的氣體的足夠壓縮，和使得最后得到的泵吸速度足以完成所要求的工作量。干式真空泵的早期設計基本上使用標準馬達，所述標準馬達帶有以油脂潤滑的軸承，并且在馬達和真空泵的抽吸機構之間具有軸密封件。這些馬達以比較低的速度(小于 60Hz)在大氣壓力下工作。已經發現上油脂潤滑的軸承和軸密封件是真空泵的不可靠性之源，因此泵設計的趨勢是除去這些零件和以較高速度(大約100Hz)運行。這已經通過將馬達集成(或結合)到真空系統中來實現，因而避免了提供軸密封件和使用來自泵齒輪箱的油潤滑馬達軸承的要求，從而將油脂潤滑的軸承從馬達上除去。將馬達集成到真空抽吸系統中的缺點在于，就前置泵而言，現在要求馬達轉子在真空下工作，而以前的馬達轉子總是在大氣壓力下工作。這是一個區別，已經發現鑒于在真空泵使用過程中馬達的過熱，該區別嚴重地約束了可實現的馬達額定功率。電動機典型地具有大約85%的效率，馬達中的15%的損失引起馬達繞組、馬達定子和馬達轉子的發熱。在馬達繞組和馬達定子中所產生的熱量容易通過馬達殼體利用傳導來傳送，并且典型地通過水冷從殼體移除。所述繞組可能被有利地罐裝或封裝以改善與馬達定子和/或與馬達殼體的熱傳遞。當在大氣壓力下工作時，在馬達轉子中所產生的熱量主要利用馬達內部的空氣作為用于將熱量從馬達轉子傳遞到馬達殼體的介質、通過對流而傳送到馬達的殼體。馬達轉子可以設有散熱片以使該效果達到最大化。然而，當在真空下工作時，在馬達殼體內部只有很少的空氣或沒有空氣，因此，用于使熱量從馬達轉子散失的主要途徑不再有效，而這嚴重地限制了馬達轉子的有效的冷卻。盡管通過沿著馬達軸并經由軸承的傳導和通過從馬達轉子的輻射某些冷卻是有效的，但這些冷卻機制的組合僅僅產生比較小的冷卻效果。典型地!^mblin油被用來潤滑真空泵的齒輪和軸承。如果馬達被集成到泵齒輪
4箱中，或連接到泵齒輪箱上，并且分享用于潤滑馬達的軸承的齒輪箱油，則存在有下列可能性這種油可能與馬達轉子接觸。如果i^omblin油被加熱到超過觀01的溫度，它就分解形成高腐蝕性的氟化氫，因此，對馬達轉子的工作溫度典型地設定250°C的上限。與當在大氣壓力下工作時的大約7. 5kff的額定功率相比，這可能將馬達的額定功率減小到當在真空條件下工作時的大約2kW。
發明內容
本發明優選實施例的目的至少是提供當在低于大氣壓的壓力下工作時對馬達的旋轉部件的冷卻的改善。在第一方面，本發明提供一種馬達，所述馬達包括靜止部件和可相對于靜止部件旋轉的旋轉部件，所述靜止部件包括殼體和設置在殼體內的馬達定子，而所述旋轉部件包括由軸承支撐的軸和位于所述軸上用以相對于馬達定子旋轉的馬達轉子；和用于供給潤滑劑用以潤滑軸承的潤滑劑供給系統；其特征是，其中一個靜止部件與其中一個旋轉部件一起限定環形槽(或環形通道)，所述環形槽用于接納來自潤滑劑供給系統的潤滑劑，以形成馬達的靜止部件和旋轉部件之間的導熱路徑(或通道)。通過在環形槽內潤滑劑的存在而這樣形成在馬達的旋轉部件和靜止部件之間的導熱路徑能改善馬達的較熱的旋轉部件和較冷的馬達靜止部件之間的熱傳遞。當馬達轉子在低于大氣壓的壓力下工作時(即，當殼體內的環境處于低于大氣壓的壓力下時)，這個導熱路徑能極大地降低馬達轉子的溫度，并且當馬達在大氣壓力下工作時，還可能有助于馬達轉子的冷卻。通過提供當在低于大氣壓的壓力下工作時的馬達轉子的改善冷卻，可以使當在低于大氣壓的壓力下工作時的馬達的額定功率與當在大氣壓力下工作時的馬達的額定功率近似相同。此外，馬達旋轉部件的溫度降低能減小穿過或橫過軸承的溫度梯度，所述軸承用來支撐相對于馬達的靜止部件旋轉的軸。在第一實施例中，環形槽由殼體和軸限定，環形槽圍繞所述軸延伸并且與所述軸同心。可以設置兩個這種環形槽，馬達轉子位于這兩個槽之間。這些槽中的每一個都可以位于用來支撐用以相對于殼體旋轉的軸的相應軸承的外面，即，每個軸承都位于馬達轉子和相應的環形槽之間。作為選擇，每個環形槽都可以軸向上位于馬達轉子和相應的軸承之間。較靠近馬達轉子的槽的位置能提高建立在殼體和軸之間的導熱路徑的冷卻效果。潤滑劑供給系統可以構形成將潤滑劑直接供給到所述環形槽或每個環形槽，隨著軸的旋轉，潤滑劑被從環形槽傳送到軸承中。已經通過軸承的潤滑劑可以返回到泵齒輪箱， 所述泵齒輪箱可以提供用于潤滑劑供給系統的潤滑劑源。可以設置用于將潤滑劑從殼體排出的裝置以控制殼體內潤滑劑的量，排出的潤滑劑也返回到齒輪箱。在第二實施例中，環形槽由馬達定子和馬達轉子限定。潤滑劑供給系統可以布置成向殼體中供給潤滑劑以部分地浸沒馬達轉子，且由此由馬達轉子和馬達定子之間的環形空氣間隙形成填充潤滑劑的槽。在這個實施例中，潤滑劑供給系統可以布置成將潤滑劑直接供給到殼體中以填充環形槽，因為這可有利于潤滑劑供給系統的構形。可以設置用于控制容放在殼體內的潤滑劑的量的裝置。例如，排出管的入口可以徑向地位于環形槽和軸之間以將潤滑劑從殼體排出，排出管入口相對于殼體的位置決定了馬達轉子被潤滑劑浸沒的最大深度。
在該第二實施例中，軸的旋轉使得被部分浸沒的馬達轉子將潤滑劑的液滴拋向殼體的壁。用于在馬達轉子附近支撐軸的軸承的定位能使軸承被這些潤滑劑的液滴潤滑，由此避免了提供兩個單獨的用于潤滑軸承的潤滑劑供給系統的需求。因而，在第二方面，本發明提供了一種馬達，所述馬達包括殼體、設置在殼體內的馬達定子、穿過所述殼體的軸、支撐相對于殼體旋轉的軸的軸承、位于所述軸上用以相對于馬達定子旋轉的馬達轉子、和用于將潤滑劑供給到殼體的潤滑劑供給系統，所述軸承被定位成接納隨著軸的旋轉被馬達轉子拋出的潤滑劑。在第一實施例的變型中，馬達定子和馬達轉子限定有另外的環形槽。在這個變型中，第一實施例的排出裝置的入口朝著軸徑向地移動，且如此所述入口可以位于與第二實施例的排出管的入口相似的位置，即徑向上位于另外的環形槽和軸之間。結果，能允許一定量的潤滑劑形成在殼體內以便部分地浸沒所述馬達轉子，并由此由馬達轉子和馬達定子之間的環形空氣間隙形成充填潤滑劑的槽。所述入口相對于殼體的位置決定了馬達轉子被潤滑劑浸沒的最大深度。這能進一步提高馬達轉子的冷卻。在第三方面，本發明提供一種真空泵，所述真空泵包括如前所述的馬達，和其中在泵的使用過程中在殼體內產生低于大氣壓的壓力。在第四方面，本發明提供一種在馬達的使用過程中從位于低于大氣壓的壓力環境內的馬達轉子移除熱量的方法，所述馬達包括靜止部件和可相對于靜止部件旋轉的旋轉部件，所述靜止部件包括殼體和設置在殼體內的馬達定子，而所述旋轉部件包括由軸承支撐的軸和位于軸上用以相對于馬達定子旋轉的馬達轉子，所述方法包括向殼體供給潤滑劑， 用于潤滑軸承和用以充填被限定在其中一個靜止部件和其中一個旋轉部件之間的環形槽， 以在馬達的靜止部件和旋轉部件之間形成導熱路徑；和冷卻其中一個靜止部件以將已經經過所述路徑傳導的熱量從馬達移除。與本發明第一方面有關的上述的特征可同等地應用于本發明的第四方面，反之亦然。
現在將參考附圖描述本發明的優選特征，其中圖1是馬達的第一實施例的示意性橫截面圖；和圖2是馬達的第二實施例的示意性橫截面圖。
具體實施例方式首先參考圖1，用于真空泵的馬達10包括靜止部件和可相對于靜止部件旋轉的旋轉部件。所述靜止部件包括殼體12和位于殼體12內的馬達定子14，馬達定子14具有被封裝在樹脂18中的端部繞組16。用于圍繞馬達定子14傳送冷卻液流例如水的管20設置成與殼體12熱接觸。如圖1中所示，管20可以穿過殼體12，或作為選擇可以環繞殼體12的外側延伸。殼體12優選地由具有較高熱導率的材料制成，優選地由金屬材料例如鋁制成。所述旋轉部件包括被馬達定子14沿圓周或周向上包圍的馬達轉子22和軸24，馬達轉子22安裝在所述軸M上。軸M由軸承沈、觀支撐用以相對于殼體12旋轉，從而驅動真空泵的葉輪。馬達轉子22可以包括多個徑向翼片四用于隨著軸M的旋轉在殼體12內產生氣流，以使得在空氣存在于殼體12內的情況下，通過對流將熱量從徑向翼片四抽出或引出，所述對流是由于在殼體12內循環的空氣的強制流動所引起的。潤滑劑供給系統30設置成用于供給潤滑劑，例如烴油或!^omblin油，以潤滑軸承 26,280在這個實施例中，潤滑劑供給系統30包括在馬達10的殼體12中加工出的潤滑劑供給管(或管道)或導管32、34，每個潤滑劑供給管或導管都用于將潤滑劑從真空泵的齒輪箱或從專用的潤滑劑容器傳送到相應的軸承26、28。潤滑劑通過每個供給管32、34供給到由殼體12和軸M確定的相應的環形槽或環形通道36、38中。每個槽36、38都繞著軸M同心地延伸，并且在這個實施例中軸向地位于馬達轉子22和相應的軸承沈、觀之間。潤滑劑充填環形槽36、38并隨著軸M的旋轉沿著軸M通過，進入到軸承沈、28中。參考圖1，已經穿過軸承沈的潤滑劑可以進入由殼體12 和軸M確定的并位于軸承26外面的另外的環形槽40，即軸承沈位于馬達轉子22和另外的環形槽40之間。如所圖示的，環形槽36、38、40可以由軸對和殼體12的支承凸緣方便地確定出。潤滑劑返回管或導管42、44也在殼體12中加工出，用于使潤滑劑返回到齒輪箱。 返回管42布置成(或配置成)使潤滑劑從裝放馬達定子14的室46返回，且返回管44布置成(或配置成)使潤滑劑從環形槽38返回。在這個實施例中，返回管42的入口位于馬達定子14和馬達轉子22之間的空氣間隙之下，以使得在泵的使用過程中，室46基本上沒有潤滑劑。優選地將馬達10集成到真空抽吸系統中，且如此，在泵的使用過程中，殼體12的室46暴露于低于大氣壓的壓力下。因此，通過在泵的使用過程中在殼體12內的空氣量的減少使因對流從徑向翼片四移除的熱量可能被極大地削減。然而，位于軸M和殼體12之間的充填有潤滑劑的環形槽36、38、40提供了導熱路徑，用于在殼體12內的大氣壓力和低于大氣壓的壓力下，通過傳導將熱量從馬達的旋轉部件傳遞到馬達10的殼體12中。如圖 1中的空心(或遮蔽)箭頭48所示，在馬達10的使用過程中在馬達轉子22中產生的熱量通過傳導被傳遞到馬達10的軸M上。熱量通過傳導沿著軸M通過，然后同樣通過傳導， 經過填充有潤滑劑的環形槽36、38、40被傳遞到馬達10的殼體12上。接著所述熱量通過傳導經由殼體12的壁被傳遞給在管20內流動的水。當馬達10的殼體12暴露于低于大氣壓的壓力時，熱量從軸M到馬達10的殼體 12的傳導能使馬達轉子22的溫度被降低到從50至100°C范圍內的溫度，同時實現比較高的馬達額定功率，例如大于5kW，優選地大約7. 5kW。此外，在泵的使用過程中，能將經過軸承沈、28的溫度梯度維持在可接受的程度，例如大約50°C。在圖2中圖示出用于真空泵的馬達60的第二實施例。如第一實施例中那樣，馬達 60包括靜止部件和可相對于靜止部件旋轉的旋轉部件。所述靜止部件包括殼體62和位于殼體62內的馬達定子64，所述馬達定子64具有被封裝在樹脂68中的端部繞組66。用于圍繞馬達定子64傳送冷卻液流例如水的管70設置成與殼體62熱接觸。如圖2中所圖示的，管70可以穿過殼體62，或管70可以環繞殼體62的外側延伸。殼體62優選地由具有比較高熱導率的材料制成，優選地由金屬材料例如鋁制成。旋轉部件包括被馬達定子64沿圓周或周向上圍繞的馬達轉子72和軸74，馬達轉子72安裝在所述軸74上。軸M由開式軸承76、78支撐用以相對于殼體62旋轉，從而驅
7動真空泵的葉輪。如圖2中所圖示的，在這個實施例中，每個軸承76、78的位置均與殼體62 的相應內壁80、82相鄰，優選地與殼體62的相應內壁80、82齊平。馬達轉子72可以包括多個徑向翼片84用于隨著軸74的旋轉在殼體62內產生氣流，以使得在空氣存在于殼體62 內的情況下，通過對流將熱量從徑向翼片84抽出或引出，所述對流是由于在殼體62內循環的空氣的強制流動所引起的。潤滑劑供給系統90設置成用于供給潤滑劑，例如!^omblin油，用以潤滑軸承76、 78。在這個實施例中，潤滑劑供給系統90包括潤滑劑供給管(或管道)或導管92，所述管或導管延伸到殼體62中用于將潤滑劑從真空泵的齒輪箱或從專用潤滑劑容器直接傳送到殼體62的室94中。潤滑劑返回管或排出管96從殼體62的室94延伸出以使潤滑劑返回到齒輪箱。在這個實施例中，所述排出管96的入口 98徑向地位于軸74和環形空氣間隙100 之間，所述環形空氣間隙100被限定在馬達定子64和馬達轉子72之間，以使得在泵的使用過程中，馬達轉子72部分地浸沒在位于室94內的潤滑劑的池(或坑)102中，并使得空氣間隙100填充有潤滑劑。優選地將馬達60集成到真空抽吸系統中，且如此，在泵的使用過程中，殼體62的室94暴露于低于大氣壓的壓力下。因此，通過在泵的使用過程中在殼體62內的空氣量的減少因對流從徑向翼片84移除的熱量可能被極大地削減。然而，位于馬達定子64和馬達轉子72之間的充填有潤滑劑的環形空氣間隙100提供了導熱路徑，用于在殼體62內的大氣壓力和低于大氣壓的壓力下，通過傳導將熱量從馬達的旋轉部件傳遞到馬達60的殼體 62上。如圖2中的空心(或遮蔽)箭頭110所示，在馬達60的使用過程中在馬達轉子72 中產生的熱量通過傳導經過充填有潤滑劑的空氣間隙100被傳遞到馬達定子64，然后同樣通過傳導，被傳遞到馬達60的殼體62上。然后所述熱量通過傳導經由殼體62的壁被傳遞給在管70內流動的水。如第一實施例中那樣，當馬達60的殼體62暴露于低于大氣壓的壓力時，熱量從馬達轉子72到馬達定子64的傳導能使馬達轉子72的溫度降低到從50至100°C范圍內的溫度，同時實現比較高的馬達額定功率，例如大于5kW，優選地大約7. 5kW。此外，在泵的使用過程中，能將經過軸承76、78的溫度梯度維持在可接受的程度，例如大約50°C。另外，隨著馬達轉子72在殼體62內的旋轉，存在于殼體62內的潤滑劑被從馬達轉子72向外拋。軸承76、78定位成接納隨著軸74的旋轉被馬達轉子72拋出的潤滑劑，從而使軸承76、78能被從馬達轉子72拋出的潤滑劑潤滑。與第一實施例的潤滑劑供給系統 30相比，這個方案能使潤滑劑供給系統90得到簡化；與第一實施例中需要兩個潤滑劑供給管32、34將潤滑劑供給到每個軸承沈、觀相反，需要單個潤滑劑供給管92將潤滑劑直接供給到殼體62中。另外，用第二實施例的簡化的返回管96代替第一實施例的潤滑劑返回管 44和42，對于潤滑劑供給管92的機械加工可以比對于兩個潤滑劑供給管32、34的機械加工要簡單得多。此外，由于在殼體62中所含的潤滑劑的量由排出管96的入口 98的位置決定，所以可以不用調節潤滑劑向殼體62的供給。比較起來，在第一實施例中可能需要對潤滑劑向環形槽36、38的供給速度進行某些控制。在第一實施例的變型中，潤滑劑返回管42的入口可以定位于與第二實施例的排出管96的入口 98相似的位置，即徑向上位于軸M和環形空氣間隙之間，所述環形空氣間隙被限定在馬達定子14和馬達轉子22之間。結果，在泵的使用過程中，馬達轉子22部分地浸沒在位于室46內的潤滑劑的池(或坑)中，且使得空氣間隙充填有潤滑劑。在殼體內的大氣壓力和低于大氣壓的壓力下，位于馬達定子14和馬達轉子22之間的充填有潤滑劑的環形空氣間隙提供了額外的導熱路徑，用以通過傳導將熱量從馬達的旋轉部件傳遞到馬達的殼體上。
權利要求
1.一種馬達，所述馬達包括靜止部件和可相對于所述靜止部件旋轉的旋轉部件，所述靜止部件包括殼體和設置在所述殼體內的馬達定子，而所述旋轉部件包括由軸承支撐的軸和位于所述軸上用以相對于所述馬達定子旋轉的馬達轉子；和用于供給潤滑劑用以潤滑所述軸承的潤滑劑供給系統；其特征在于，其中一個所述靜止部件與其中一個所述旋轉部件一起確定環形槽，所述環形槽用于接納來自所述潤滑劑供給系統的潤滑劑以形成所述馬達的所述靜止部件和所述旋轉部件之間的導熱路徑，其中，所述環形槽由所述殼體和所述軸限定。
2.如權利要求1所述的馬達，其特征在于，所述馬達轉子位于兩個所述環形槽之間。
3.如權利要求1所述的馬達，其特征在于，每個環形槽都軸向地位于所述馬達轉子和相應的軸承之間。
4.如權利要求1至3中任一項所述的馬達，其特征在于，所述潤滑劑供給系統構形成將潤滑劑直接供給到所述環形槽或每個環形槽。
5.如權利要求1至4中任一項所述的馬達，其特征在于，所述馬達轉子和所述馬達定子限定有另外的環形槽。
6.如權利要求5所述的馬達，其特征在于，所述另外的環形槽布置成接納由所述潤滑劑供給系統供給的潤滑劑。
7.如權利要求1至6中任一項所述的馬達，其特征在于，其包括用于從所述殼體排出潤滑劑的裝置。
8.如前述權利要求中任一項所述的馬達，其特征在于，其包括用于冷卻所述殼體的裝置。
9.如權利要求8所述的馬達，其特征在于，所述冷卻裝置包括用于圍繞所述馬達定子傳送冷卻劑的裝置。
10.一種真空泵，所述真空泵包括如前述權利要求中任一項所述的馬達。
11.如權利要求10所述的真空泵，其特征在于，在所述泵的使用過程中在所述殼體內產生低于大氣壓的壓力。
12.如權利要求10或11所述的真空泵，其特征在于，其包括齒輪箱，且其中所述潤滑劑供給系統構形成從所述齒輪箱向所述馬達供給潤滑劑。
13.當從屬于權利要求10時如權利要求12所述的真空泵，其特征在于，用于從所述殼體排出潤滑劑的所述裝置的入口徑向地位于所述另外的環形槽和所述軸之間。
14.一種在馬達的使用過程中從位于低于大氣壓的壓力環境內的馬達轉子移除熱量的方法，所述馬達包括靜止部件和可相對于所述靜止部件旋轉的旋轉部件，所述靜止部件包括殼體和設置在所述殼體內的馬達定子，而所述旋轉部件包括由軸承支撐的軸和位于所述軸上以相對于所述馬達定子旋轉的馬達轉子，所述方法包括向所述殼體供給潤滑劑，用于潤滑所述軸承和用于填充被限定在其中一個所述靜止部件和其中一個所述旋轉部件之間的環形槽，以形成所述馬達的所述靜止部件和所述旋轉部件之間的導熱路徑；并冷卻其中一個所述靜止部件以將經過所述路徑已經傳導的熱量從所述馬達移除，其中，將所述潤滑劑供給到所述殼體中以充填由所述殼體和所述軸限定的環形槽。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，將所述潤滑劑供給到所述殼體中以充填兩個所述環形槽，所述馬達轉子位于所述環形槽之間。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，使每個環形槽都軸向地位于所述馬達轉子和相應的軸承之間。
17.如權利要求14至16中任一項所述的方法，其特征在于，將所述潤滑劑直接供給到所述環形槽中。
18.如權利要求14至17中任一項所述的方法，其特征在于，將所述潤滑劑供給到所述殼體以充填由所述馬達定子和所述馬達轉子限定的另外的環形槽。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，通過排出管將潤滑劑從所述殼體排出，所述排出管的入口徑向地位于所述另外的環形槽和所述軸之間。
20.如權利要求14所述的方法，其特征在于，通過圍繞所述馬達定子傳送的冷卻劑冷卻所述殼體。
全文摘要
本發明提出一種馬達，它包括靜止部件和可相對于靜止部件旋轉的旋轉部件，靜止部件包括殼體和設置在殼體內的馬達定子，而旋轉部件包括由軸承支撐的軸和位于軸上以相對于馬達定子旋轉的馬達轉子。潤滑劑供給系統供給潤滑劑以潤滑軸承。其中一個靜止部件與其中一個旋轉部件一起限定環形槽，環形槽用于接納來自潤滑劑供給系統的潤滑劑以形成馬達的靜止部件和旋轉部件之間的導熱路徑。在一個實施例中，環形槽由軸和殼體限定。在另一個實施例中，環形槽由馬達定子和馬達轉子限定。
文檔編號F16N1/00GK102447350SQ20111033461
公開日2012年5月9日 申請日期2007年7月3日 優先權日2006年7月10日
發明者A·J·維爾德, L·M·菲利普 申請人:愛德華茲有限公司