氣體轉移真空泵的製作方法

2023-05-18 08:48:01

氣體轉移真空泵的製作方法
【專利摘要】描述了一種改進的真空泵機構(10)，其中交叉實心或穿孔元件(4)布置成與通道(12)部件交叉。交叉實心或穿孔元件和通道部件的相對移動引起氣體分子從泵的入口(16)推動至泵的出口(18)。氣體分子約束在通道部件內，並且氣體分子與交叉實心或穿孔部件(14)的平且光滑的表面的相互作用影響氣體分子的動量，以使它們被朝出口(18)指引。在一個實施例中，通道部件(12)形成為螺旋部，並且交叉實心或穿孔元件為盤形。提供了備選實施例，其具有構造為螺旋形部的通道部件(12)和構造為圓筒形裙部的穿孔元件。泵提供泵容量的顯著改進、泵的減小的功率消耗和尺寸。
【專利說明】氣體轉移真空泵

【技術領域】
[0001] 本發明涉及氣體轉移型的真空泵。具體而言但非排他地，本發明涉及一種新型的 拖曳真空泵機構。

【背景技術】
[0002] 大體上，真空泵可根據它們的泵送機制分成各種類別。因此，在廣義上，真空泵可 歸類為氣體轉移泵和捕集泵。氣體轉移泵還可分類為動力泵或正排量泵（其包括往復泵和 迴轉式排量泵，諸如羅茨或迴轉導葉機構）。動力泵還可進一步分類為拖曳泵（諸如，分子 拖曳泵或渦輪分子泵）或流體捕集泵（諸如，油蒸氣擴散泵）。
[0003] 為了實現一定水平的真空壓力，不同類型的泵可布置成串聯操作，以便壓縮低壓 氣體至處於或剛剛高於大氣壓力的壓力。在此類泵送布置中使用的不同類別的泵取決於許 多因素，例如包括所需的真空壓力水平、需要真空環境的應用、一定時間段內泵送的材料的 體積，以及通過真空泵泵送的材料。
[0004] 氣體轉移真空泵目前在許多不同工業和科學應用中使用。例如，氣體轉移泵提供 用於半導體裝置的製造（包括但不限於，集成電路、微處理器、發光二級管、平板顯示器和 太陽能電池板的製造）的真空。這些應用要求相對無菌或良好的環境，以便使材料能夠沉 積在基底上並且在基底上處理。此外，氣體轉移泵用於需要真空的其它工業過程中，包括玻 璃塗覆、鋼製造、發電、真空蒸餾、鋰離子電池生產等。一些科學儀器（諸如質譜儀或電子束 顯微鏡）也要求真空環境，並且氣體轉移泵通常用於實現適合的真空環境。
[0005] 隨著時間的過去，已經開發了各種類型的氣體轉移泵機構。不同的泵機構根據應 用的要求和由於不同真空壓力下的氣體分子的不同流動行為而開發。例如，在高真空壓力 (KT 3mbar和以下）下，氣體分子被說成在分子流範圍中。此處，分子自由地移動，而不相互 妨礙，並且碰撞主要是與容器的壁。分子撞擊容器的壁，粘住達相對短的時段，並且接著沿 新且不可預知的方向離開壁的表面。氣流為任意的，並且平均自由程為相對大的。在分子流 範圍中，泵送在分子自動地遷移到真空泵中時發生。在大約lmbar的大氣壓力的範圍中的 真空壓力下，氣體分子以不同方式表現。在這些較高壓力下，流動被稱為粘性流動。此處， 氣體分子頻繁地與彼此碰撞，並且分子的平均自由程為相對短的。湍流和層流狀態存在於 該壓力範圍中。分子狀態與粘性狀態之間的壓力範圍被稱為過渡流動範圍（從大約lmbar 至lj lCT3mbar)。
[0006] 然而，不存在可橫跨所有真空壓力範圍在所需的高效率下操作的已知單類泵機 構。因此，為了將室抽空至高水平的真空壓力（例如，l〇_ 6mbar)，真空泵系統可包括渦輪分 子泵（其設計成在1〇_9到l〇_2mbar之間的壓力下高效地操作），該渦輪分子泵由分子拖曳 泵機構（其在過渡流動範圍中高效地操作）支持，並且由渦旋泵、羅茨泵或螺杆泵（其在粘 性流動範圍中高效地操作並且在大氣壓力下排放氣體）進一步支持，這取決於應用要求。
[0007] 某些分子拖曳機構在20世紀前半部分開發出，並且隨後被優化。然而，除開發性 設計微調之外，各種拖曳機構構造的基本布置保持不變。在本質上，拖曳泵動作由從相對快 移動轉子表面直接到包含在由定子限定的通道內的氣體分子的動量轉移產生。機構採用它 們的主要開發者的名字。
[0008] 例如，在圖1中所示的Gaede泵機構（其以Wolfgang Gaede 1878-1945命名）中， 氣體分子被迫橫穿一組旋轉葉輪盤1，其中的各個緊鄰靜止氣體通道2旋轉，其入口 3和出 口 4由靜止剝離器部件5分開，靜止剝離器部件5在出口處將分子推離旋轉盤，並且進入下 一級的入口中（還見專利文獻US852947和GB 190927457)。
[0009] 圖2中所示的Holweck泵機構大體上包括緊鄰螺旋凹槽外壁7自旋的側部光滑的 圓柱6,並且以Fernand Holweck (1890-1941)命名。圓柱的切向速度將動量給予氣體分子， 其在凹槽通道內沿螺旋路徑朝出口 4被推進。通常使用多個凹槽表面（可更詳細地參照US 1492846)。在備選的Holweck構造中，側部光滑的圓柱可形成定子，並且轉子可構造為螺旋 凹槽構件。
[0010] 在如圖3中所示的Siegbahn泵機構中，轉子大體上包括將動量給予氣體分子的自 旋盤8。定子包括保持接近旋轉盤的其表面上的螺旋形通道。因此，氣體分子被迫沿向內螺 旋的徑向路逕行進。該機構由Mane Siegbahn (1886-1978)開發，並且在專利文獻GB332879 中進一步描述。
[0011] 因為技術人員對它們熟悉，所以這些已知機構及它們附加的化身（incarnation) 的更詳細的闡釋在此處為不必要的。各種機構形成真空泵【技術領域】的技術人員的公知常識 的部分，其中進一步闡釋在關於本主題的各種書籍中找到。例如，可對以下教材進行參照： Nigel Harris 的"Modern Vacuum Practice"，由 McGraw - Hill 在 2007 年出版（ISBN-10:0 - 9551501 - 1 - 6);由Paul A Redhead編輯的"Vacuum Science and Technology"， American Vacuum Society 通過 AIP Press 在 1994 年出版（ISBN 1 - 56396 - 248 - 9); 以及 Mars Hablanian 的〃High - Vacuum Technology - A Practical Guide〃，由 Marcel Dekker Inc 在 1990 年出版（ISBN 0 - 8247 - 8197 - X)。
[0012] Holweck和Siegbahn機構兩者通常用作用於渦輪分子泵機構的前級泵送機構。 有利地，Holweck或Siegbahn轉子可集成地聯接於渦輪分子泵的轉子，從而允許單個轉子 和驅動馬達設計。此類泵機構被稱為複合渦輪式分子泵，並且該類型的泵的實例在例如 US8070419、US6422829 和 EP1807627 中公開。
[0013] 然而，已知的分子拖曳機構遭受各種缺陷。例如，泵機構的容量有限，因為轉子必 須相對接近定子旋轉，並且定子通道的深度必須相對淺以便優化泵的壓縮比。在已知的拖 曳泵機構中，不可能的是通過使定子通道的深度增大超過某一極限來增大容量。抽空的系 統處於低於泵的排放的氣體壓力下，並且氣體自然試圖通過泵流回到抽空的系統中以補償 任何壓力梯度。如果定子通道過深，則最遠離轉子的通道的部分中的氣體分子可不受轉子 影響。因此，氣體分子沿通道與預計流動方向相反朝拖曳泵級的入口回流的路徑可在通道 過深而導致泵效率和壓縮比的顯著損失時提供。
[0014] 期望增大拖曳機構真空泵的容量。這可通過提供以平行構造布置的若干拖曳機構 來實現，諸如US5893702中公開的系統。此處，同心Holweck泵級布置成與彼此並聯工作。 然而，該類型的構造所需的附加的轉子重量、慣性、複雜性和總體泵尺寸可使其為不合乎需 要的。
[0015] 渦輪分子泵包括從轉子輪軸或轂沿大體徑向方向延伸的一系列轉子葉片。一系列 轉子葉片組沿旋轉軸線堆疊在彼此的頂部上。葉片成角來將由旋轉撞擊的氣體分子朝出 口引導。通常將定子葉片置於各個轉子葉片組之間，以改進泵效率，並且減少氣體分子朝 泵入口的回流。定子葉片大體上按照與轉子葉片相同的原理設計，但定子葉片沿相反方向 成角。轉子葉片和定子葉片可由金屬塊加工成，或者由具有從片材衝壓出的葉片的金屬片 形成。技術人員熟悉該類型的真空泵，並且機構的進一步描述在此處為不必要的。提出了 備選的渦輪分子泵設計，其可描述為徑流式渦輪分子泵，諸如US2007081889、US6508631和 DE10004271中所示的那些。
[0016] 軸流式渦輪分子真空泵和徑流式渦輪分子真空泵兩者僅在分子流動範圍壓力下 高效，因為泵依靠高速轉子，將動量給予氣體分子，並且朝出口引導分子。在處於其中氣體 分子與彼此以及泵的部分相互作用的過渡和粘性流動範圍中的高壓下，渦輪分子泵變得效 率更低。該效率降低表示渦輪分子泵不能在相對低的真空壓力下提供氣體的有效壓縮比。 實際上，在低真空壓力下（即，在過渡和粘性流動壓力範圍中），氣體分子可由於與鄰近氣 體分子而非設計成朝出口引導分子的泵的部分的相互作用而變為"捕集"在轉子或定子的 葉片之間。因此，在這些較高壓力下，泵可遭受所謂的'停滯'，其中氣體分子並未沿泵的軸 向長度朝出口有效地轉移，而是趨於保持在鄰近轉子葉片之間的空間中，並且在大體周向 的路徑中行進。


【發明內容】

[0017] 本發明旨在提供一種改善以上論述的問題的真空泵機構。此外，本發明旨在提供 一種真空泵機構，其具有相對高的泵送能力，在較低的消耗水平下操作，並且/或者相比於 具有相同或類似規格的已知的泵機構需要相對較小的空間。換言之，本發明旨在提供一種 在氣體吞吐量、購置成本和/或總體泵尺寸方面更高效的真空泵。
[0018] 為了解決和實現該目的，本發明在廣義上針對一種泵機構，其中兩個元件布置用 於相對於彼此相對移動，並且其中第一元件提供限定入口與出口之間的氣體流動路徑的通 道，並且第二元件成角地與通道交叉，其中第二元件被穿孔以允許氣體流過其，或者為實心 的，並且布置成允許氣體圍繞其流動，並且在使用期間，相對移動朝出口推動通道中的氣體 分子。第二元件應當相對薄（例如，對於穿孔的第二組件，小於1_厚），並且具有光滑和/ 或平的表面。如果利用實心第二元件，則元件的厚度不太關鍵，並且可在2_或更小的範圍 中。為了解決和最小化氣體分子的'停滯'，第一元件（其限定氣體流動通道）應當延伸 至相對接近或儘可能接近第二元件的表面的位置。可利用該布置，以使大部分氣體分子在 第二元件與通道交叉的點處保持在氣體流動通道內，並且在其穿出通道時不由第二元件停 滯。第二元件可在沿通道的長度的位置處或在通道的出口或入口處與通道交叉。用語〃穿 孔〃的採用意味著穿孔元件包括布置成允許氣體穿過元件的氣體可滲透的孔口。
[0019] 因此，第一元件和第二元件的組合提供分子拖曳泵布置。然而，可看到本發明與已 知的分子拖曳泵（如上文所述）的差別在於，已知系統大體上在定子和轉子的平面布置成 平行或構件同心地布置的情況下操作。在廣義上，本發明的泵送機構的一個元件在不同於 其它元件的平面中操作。換言之，一個元件穿過由其它元件限定的氣體流動通道，並且氣體 可沿流動路徑依靠提供用於氣體分子通過或圍繞元件中的一個經過的穿孔或間隙而經過。
[0020] 更確切地說，在本發明的第一方面中，提供了一種真空泵或泵轉子，其包括交叉部 件（實心元件或穿孔元件），該交叉部件布置成使得在使用期間，交叉部件影響與交叉部件 相互作用的氣體分子的動量，並且其中交叉部件布置成允許氣體分子經由間隙或多個穿孔 穿過其。交叉部件可為實心裝置（具有為零的透明度值）或具有多個穿孔的穿孔元件，該 多個穿孔允許氣體分子流過穿孔的元件。穿孔可由穿孔元件的邊緣包圍，或者在穿孔元件 的邊緣處開啟。換言之，開啟的穿孔不由穿孔元件的邊緣包圍。
[0021] 穿孔元件或交叉部件可布置成與泵中的氣體流動路徑的一部分交叉。穿孔元件或 交叉部件可包括面對泵入口的上遊表面以及面對泵出口的下遊表面，布置成使得穿孔元件 或交叉部件的上遊表面和下遊表面可沒有凸起。換言之，表面為光滑的或大體上平的，而沒 有從表面延伸的元件。穿孔元件可為穿孔的盤或穿孔的圓筒。盤或圓筒的表面為平的，其 中表面沒有凸起。用語"平的"的採用意味著表面被說成即使在利用錐形穿孔元件和/或 穿孔設置在錐形盤或圓筒的彎曲表面上時也是平的，表面不包括從穿孔元件的平或彎曲的 平面延伸出的凸起。
[0022] 穿孔元件或交叉部件的上遊表面和下遊表面可提供動量由其轉移至氣體分子的 器件。因此，穿過包括此類轉子的泵的分子與轉子的上遊表面和下遊表面相互作用，並且被 朝出口推動。
[0023] 設置成穿過穿孔元件的穿孔可包括具有圓形、長形、卵形、六邊形、矩形、梯形或多 邊形的孔。此外，穿孔元件可包括周緣，並且穿孔的至少一部分在周緣處開啟。即，穿孔不 由周緣包圍。此外，開啟的穿孔可沿徑向方向朝內周緣延伸，由此設置在鄰近的端部開啟的 穿孔之間的上遊表面和下遊表面的一部分朝周緣延伸以形成平的徑嚮導葉。
[0024] 有利地，穿孔元件或交叉部件可具有小於1. 5mm的厚度，優選為小於1mm，並且更 優選為小於〇. 5mm。厚度測量為上遊表面與下遊表面之間的距離。
[0025] 此外，穿孔元件包括穿過穿孔元件以使上遊表面和下遊表面互連的穿孔的環形陣 列。穿孔可沿垂直於盤的表面的方向延伸穿過穿孔元件。因此，穿孔延伸穿過穿孔元件以 允許氣體穿過其，並且具有等於穿孔的位置處的穿孔元件的厚度的相互作用長度。
[0026] 此外，穿孔盤可包括環形部分，多個穿孔設置在該環形部分中，並且環形部分的透 明度沿徑向方向變化。透明度可相對於離盤中心的徑向距離增大而增大。此外，透明度根據 穿孔尺寸的變化、穿孔的角間距的變化、穿孔的周向間距的變化或它們的任何組合而變化。 透明度看作是由穿孔元件的穿孔佔據的、與氣體流動通道交叉的穿孔元件的總面積（即， 排除由穿孔元件的材料佔據的面積）與同給定的流動路徑通道交叉的部件的總面積之比。
[0027] 此外，心軸可聯接於穿孔元件或交叉部件，所述心軸與其同軸地布置。心軸可布置 成聯接於多個穿孔元件（或交叉部件），並且/或者多個穿孔元件或交叉部件中的各個可設 置在沿心軸的軸向長度的分立位置處。此外，心軸可布置成具有一直徑，其沿旋轉軸線變化 以形成軸向輪廓，該軸向輪廓為截頭圓錐、梯級、子彈形和圓柱形中的任一個，或它們的任 何組合。此外，心軸的直徑可沿軸向長度朝泵出口增大。該布置可有助於包括串聯布置的 多個轉子元件的泵內的氣體壓縮。
[0028] 有利地，穿孔元件或交叉部件可通過圓柱形間隔元件間隔開，以使包括穿孔盤或 交叉部件的第一元件設置成最接近泵的入口，並且包括穿孔盤或交叉部件的第二元件設置 成最接近泵的輸出部。第一穿孔盤可具有相比於第二穿孔盤更高或更低的透明度。如果期 望的入口壓力在分子流動壓力範圍中並且出口壓力在過渡或粘性流動壓力範圍中，則可利 用該布置，以最大化泵內的氣體壓縮。穿孔元件可經由間隔元件聯接於心軸，以允許穿孔元 件的準確間距。穿孔元件和實心交叉部件的組合可遍及泵布置，例如，第一元件可包括穿孔 元件，並且第二元件可包括實心交叉部件，或反之亦然。
[0029] 穿孔盤可包括環形部分，多個穿孔設置在該環形部分中，並且實心內部部分設置 在環形部分與盤的中心之間，布置成使得實心內部部分形成盤的內周。在一個布置中，在與 第一穿孔盤的實心內部部分相比時，第二穿孔盤的實心內部部分沿徑向方向遠離旋轉軸線 延伸。此外，穿孔盤可包括環形部分，多個穿孔設置在該環形部分中，並且實心外部部分形 成盤的外周。
[0030] 有利地，渦輪分子葉片區段可設置用於在穿孔元件或交叉部件的上遊使用。此外， 其它泵送機構（諸如再生泵機構、Siegbahn、Holweck或Gaede拖曳機構或離心泵轉子區 段）可設置用於在穿孔元件的下遊使用。
[0031] 此外，轉子可由包括鋁、鋁合金、鋼、碳纖維增強的聚合物（CFRP)或鈦的材料制 成。
[0032] 此外或作為備選，提供了布置成與真空泵轉子協作的真空泵或真空泵定子，包括： 通道部件或元件，其具有氣體流動通道設置在其上的表面，所述通道由至少側壁和底板形 成，其中側壁包括布置成容納交叉部件或穿孔元件的交叉槽口，其以交叉角與氣體流動路 徑交叉，並且其中通道布置成將氣體約束在其中，並且其中交叉部件或穿孔元件和通道元 件能夠相對於彼此移動。如上文所述，穿孔元件構造成允許氣體穿過其，並且交叉部件布置 成允許氣體穿過其。交叉角可為銳角，或者垂直於轉子元件穿過的氣體流動路徑壁的一部 分。
[0033] 有利地，通道部件可為圓筒形，並且氣體流動通道形成為設置在圓筒的內表面上 的螺旋部。在該構造中，通道的側壁可設置在通道部件的內圓筒形表面上，並且從內表面朝 縱軸線延伸；並且/或者交叉槽口可沿徑向方向朝通道部件的縱軸線延伸。因此，該構造提 供了用於在軸流式泵中使用的定子。作為備選，通道部件可為盤形，並且氣體流動通道形成 為設置在通道部件的上表面上的螺旋形部。在該構造中，流動通道可在通道部件的外周與 接近盤形通道部件的徑向軸線的位置之間延伸；並且/或者交叉槽口可從徑向軸線沿弧延 伸恆定距離。因此，該構造提供了用於在徑流式泵中使用的定子。
[0034] 取決於期望的泵特性，交叉槽口可從氣體流動通道的底板延伸。作為備選，槽口可 延伸至未到氣體流動通道的底板的位置。在兩種情況下，槽口布置成容納轉子，並且如果 轉子並未與氣體流動通道完全地交叉（即，在轉子的周緣與通道底板之間存在留下的小間 隙），則可利用備選構造。
[0035] 有利地，通道部件可布置成形成定子的部分，所述定子包括固定於彼此的兩個或 更多個定子元件。定子元件中的各個可與彼此相同。此外，各個定子元件可包括布置成與 鄰近定子元件的抵接表面協作的抵接表面。更進一步，交叉槽口可設置在與抵接表面重合 的位置處。交叉槽口的平面可布置成垂直於抵接表面。因此，定子可包括相對容易組裝以 形成完整的定子的節段。
[0036] 有利地，一個定子元件的氣體流動通道的一部分可布置成與鄰近定子元件的氣體 流動通道的一部分重疊。此外，該構造還允許氣體流動通道的相應重疊部分布置成重疊並 且形成氣體流動通道的側壁中的交叉槽口。
[0037] 有利地，真空泵或泵定子可包括布置成從入口朝出口延伸的兩個或更多個氣體流 動通道。結果，提供了多啟動泵，其中以該方式構造的定子提供具有許多入口以最大化氣體 的吞吐量的器件。作為優選，六到二十個之間的氣體流動通道可布置成從入口朝出口延伸。 除其它因素之外，啟動的數量取決於泵機構的直徑。
[0038] 此外或作為備選，氣體流動通道可以以梯級構造布置，由此氣體流動通道包括與 彼此互連的徑向和縱向區段。用於容納轉子的槽口可構造成與縱向區段重合，使得槽口大 體上垂直於轉子。
[0039] 當然，本發明的各種方面在上文中分別描述為轉子和定子。然而，本發明還可提供 具有第一方面中描述的轉子的特徵的定子，或具有以上第二方面中描述的定子的特徵的轉 子。
[0040] 此外，提供了一種具有機構的真空泵，包括：布置成與形成在通道部件的表面上的 通道交叉的交叉部件或穿孔部件，所述通道布置成將氣體分子從泵的入口朝出口引導，其 中交叉部件（或穿孔部件）和通道部件布置成關於彼此移動，以使在使用期間，氣體分子沿 通道朝出口被推動，所述交叉部件或穿孔部件布置成允許氣體分子圍繞或通過其經過。交 叉部件或穿孔部件可成銳角或成90度角地與通道交叉。
[0041] 通道部件可包括槽口，其設置在通道的壁中，布置成在穿孔部件與通道交叉的點 處容納穿孔部件。槽口可至少橫跨通道的深度延伸，以使穿孔部件可在穿孔部件與通道交 叉的點處完全地分開通道。作為備選，槽口不延伸至通道的底板，並且穿孔部件僅與氣體流 動通道的部分交叉，從而在交叉點處留下氣體流動通道中的間隙。換言之，穿孔部件可布置 成橫跨氣體流動通道延伸以與通道的大部分交叉，由此間隙設在穿孔部件之間，使得在使 用期間，氣體分子可穿過間隙。
[0042] 作為備選，槽口不延伸至通道的底板，並且交叉部件僅與氣體流動通道的部分交 叉，從而在交叉點處留下氣體流動通道中的間隙。間隙設置在內圓周或外圓周與通道的一 部分之間，並且間隙圍繞交叉部件的外圓周或內圓周延伸。換言之，交叉部件可布置成橫跨 氣體流動通道延伸以與通道的大部分交叉，由此間隙提供在交叉部件之間，使得在使用期 間，氣體分子可穿過間隙，並且圍繞交叉部件。因此，交叉部件可為實心的（即，沒有穿孔）， 並且周向間隙提供氣體分子可由其轉移或推動穿過交叉部件的器件。當交叉部件布置為轉 子並且通道布置為泵的定子時，間隙可設置在交叉部件的外周圓周與通道之間。作為備選， 當交叉部件布置為定子元件並且通道部件為泵的轉子時，間隙可設置在交叉部件的內周圓 周與通道之間。
[0043] 有利地，通道部件可為圓筒形，並且通道形成在內表面上，以形成設置在通道部件 的相對端處的入口與出口之間的螺旋氣體流動路徑。此外，在該構造中，穿孔部件可為穿孔 盤。盤可為具有光滑或平表面的錐形，沒有凸起。因此，穿孔部件的厚度，連同盤穿過其以 減小氣體分子的停滯的槽口寬度，可最小化。換言之，槽口的寬度大小與穿孔部件的厚度相 當，以便限制或最小化可在穿孔內停滯或穿過槽口的氣體的量。
[0044] 此外，穿孔部件為轉子，並且通道部件為定子。轉子可根據以上第一方面中描述的 構造中的任一個布置。
[0045] 通道部件可包括徑向表面，通道形成在該徑向表面上，以提供徑向表面的內圓周 與外圓周之間的螺旋形氣體流動路徑。因此，穿孔部件可為穿孔的圓筒。穿孔圓筒可與通 道部件同心地布置，由此交叉槽口沿圓形路徑延伸，並且轉子可容納在槽口內。該布置允許 氣體分子的徑向流通過真空泵泵送。
[0046] 有利地，渦輪分子葉片轉子可設置在通道部件的上遊。這提供了進一步激勵氣體 分子進入泵機構中的手段，特別是在分子流動壓力範圍中。
[0047] 真空泵可進一步包括設置在通道部件下遊的第三泵送級。第三泵送級可包括離心 泵送級、Holweck拖曳機構、Siegbahn拖曳機構、Gaede拖曳機構或再生泵機構中的任一個。 第三泵送機構可布置成在接近或高於大氣壓力的壓力下排放。
[0048] 因此，穿孔或交叉部件包括面對泵入口的上遊表面，以及面對泵出口的下遊表面。 穿孔或交叉部件的上遊表面和下遊表面可沒有凸起。換言之，表面為平或光滑的。穿孔部 件可為穿孔盤或穿孔圓筒。穿孔部件可包括周緣，並且穿孔的至少一部分在周緣處開啟。 開啟的穿孔可沿徑向方向朝內周緣延伸，由此設置在鄰近的端部開啟的穿孔之間的上遊表 面和下遊表面的一部分朝周緣延伸以形成平的徑嚮導葉。穿孔或交叉部件具有小於2_或 1. 5_的厚度，優選為小於1_，並且更優選為小於0. 5_。此外，穿孔部件中的穿孔可沿垂 直於盤的表面的方向延伸穿過穿孔部件。因此，氣體分子的停滯可最小化，並且泵的效率改 進。
[0049] 此外，本發明提供了一種真空泵，包括：入口、出口、穿孔部件或交叉部件、通道部 件，以及馬達；其中通道部件包括具有形成在其上的通道的表面，所述通道布置成將氣體 分子從入口朝出口引導，穿孔部件或交叉部件布置成與通道交叉，穿孔或交叉部件包括沒 有凸起的上遊表面和下遊表面，與通道交叉的穿孔或交叉部件的一部分具有小於2_的厚 度，並且馬達布置成引起穿孔或交叉部件和通道部件的相對移動，使得在使用期間，相對移 動引起氣體分子沿通道朝出口被推動，所述穿孔或交叉部件允許氣體分子穿過其或圍繞 其。
[0050] 此外，還提供了一種真空泵機構，包括：連接於驅動馬達並且能夠圍繞氣體分子 可沿其泵送的軸線旋轉的轉子，以及與軸線同心地布置的定子，其中定子和轉子均圍繞第 一端部與第二端部之間的縱軸線沿縱向延伸預定距離，並且轉子包括布置成面對定子的第 二表面的第一表面，定子包括設置在第二表面上並且從第二表面延伸至第一表面的第三表 面，以形成定子和轉子的第一端部處的入口與定子和轉子的第二端部處的出口之間的螺旋 氣體流動路徑，轉子包括設置在出口處並且在第一表面與第二表面之間延伸的氣體可滲透 的盤形徑向部件，徑向部件布置成旋轉並且將動量給予氣體分子，並且其中徑向部件從第 三表面的端部部分沿軸向移位小於2_。
[0051 ] 此外，本發明還提供了一種真空泵機構，包括：布置成與第二泵送元件協作以將氣 體分子從入口朝出口推動的第一泵送元件，所述第一泵送元件和所述第二泵送元件布置成 關於彼此圍繞軸線移動，第一泵送兀件具有圍繞軸線布置的第一表面，其面對第二泵送兀 件的第二表面以形成第一表面與第二表面之間的間隙，第一泵送兀件還包括從第一表面橫 跨間隙延伸至第二表面的環形篩網，所述篩網可滲透氣體分子，第二泵送元件還包括設置 在第二表面上的螺旋壁，其橫跨間隙延伸至第一表面，形成第一表面與第二表面之間的螺 旋路徑，泵送的氣體分子可沿該螺旋路徑遷移，其中環形篩網設置在螺旋壁的下遊。
[0052] 此外，根據本發明的泵可包括至少兩個交叉元件，其沿串聯的通道部件的軸線間 隔開距離1，各個元件具有厚度t，並且1: t之比為5:1或更大，10:1或更大，或1: t之比為 20:1或更大。此外，交叉元件可具有0. 02或小於其直徑的厚度，更優選地，交叉元件的厚度 小於0. 01或小於其直徑。更進一步，多個導葉可從通道部件延伸以限定螺旋通道，導葉成 級地布置，具有設置在相鄰級之間的交叉元件，並且其中同一級內的導葉的空間弦比為大 於或等於4,並且導葉在輸出部處的空間弦比為5或更大，或6或更大。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0053] 現在經由實例並且參照附圖來描述本發明的實施例，在該附圖中： 圖1、2和3為已知的分子拖曳泵送機構的示意圖； 圖4為本發明的實施例的示意圖； 圖5為實施本發明的泵機構的一部分的示意圖； 圖6為圖5的一部分的放大圖； 圖7為示出根據本發明的五個備選穿孔部件的部分的示意圖； 圖8為本發明的備選實施例的示意圖； 圖9為以分解視圖示出的本發明的另一個實施例的示意圖； 圖10為圖9的實施例的示意圖； 圖11為圖10中所示的泵機構的截面； 圖12為圖10中所示的泵機構的另一個截面； 圖13為本發明的又一個實施例的示意圖，示出了併入本發明的機構的複合泵； 圖14為圖13中所不的慄的截面圖； 圖15為本發明的另一個實施例的不意圖； 圖16為實施本發明的泵的一部分的截面區域； 圖17和圖18為本發明的又一個實施例的示意圖； 圖19為圖17中所示的本發明的備選實施例的示意圖； 圖20為本發明的又一個備選實施例的一部分的示意圖； 圖21至22為示出圖20的實施例的構件的示意圖；以及 圖23為實施本發明的泵的構件的各種參數的示意圖。

【具體實施方式】
[0054] 現在經由各種實施例描述本發明的構想。
[0055] 然而，技術人員理解的是，所述的各個實施例不是發明的構想的獨特或分立表示， 而是相反地，來自一個實施例的元件可與來自另一個的元件組合，而不脫離本發明的範圍。 此外，本發明構想按照泵來描述。另外，技術人員容易理解的是，本文所述的機構可形成分 立的獨立泵，或複合真空泵的一個或更多個構件。
[0056] 本發明的第一實施例在圖4至7中示意性地示出。參照圖4,示出了真空泵機構 10,其包括通道元件12和穿孔交叉元件14。通道元件和穿孔交叉元件能夠相對於彼此移 動，以便將進入泵的入口 16的氣體分子朝出口 18推動。此類相對移動可通過保持元件中的 一個靜止同時另一個由電動機（例如）以旋轉運動驅動來提供。出於該實施例的目的，我 們將按照通道元件為泵的靜止構件（即，定子）並且穿孔元件作為泵的旋轉從動元件（即， 轉子）來描述泵機構。當然，本發明不限於該布置，並且技術人員理解其它構造是可能的， 其中通道元件被驅動，同時穿孔元件保持靜止，或也被驅動以提供所需的相對運動。
[0057] 在第一實施例中，通道部件（定子）12大體上為圓筒形，具有設置在圓筒的軸線20 的一個端部處的入口 16,以及設置在另一相對端部處的出口 18。因此，該實施例大體上可 描述為軸流式泵。至少一個通道22可形成在圓筒的內表面24上。附圖中所示的實施例示 出了兩個通道，以提供所謂的'二啟動'泵或'雙啟動'。當然，如果期望，可形成更多通 道，如下面論述的。通道由底板26和從底板朝軸線延伸以形成螺旋流動路徑的側壁28形 成。底板與圓筒的內圓筒表面重合。通道側壁沿徑向方向延伸距離L，其可典型地為大約幾 毫米至100mm或更大，這取決於泵的操作要求。在所示的雙啟動構造中，存在形成雙螺旋部 的兩個流動路徑。通道的側壁28與螺旋導葉30集成地形成，螺旋導葉30從圓筒的內表面 24延伸。導葉的一側形成第一通道的側壁，而導葉的的另一側形成相鄰通道的側壁。
[0058] 穿孔交叉元件14 (轉子）包括心軸32,其可聯接於馬達以驅動馬達。盤34安裝在 心軸上，並且通過使用間隔元件36來定位和保持就位。盤為相對薄的，具有小於2mm的沿 軸向方向的厚度，更優選為小於1. 5mm，並且最可能在0. 75到0. 25mm厚的範圍中。穿孔38 的陣列設在盤34上，以允許氣體分子從一側到另一側經由穿孔穿過盤。穿孔布置成直接穿 過盤，並且不傾斜至轉子或盤的表面。盤布置成以一角度與氣體流動路徑交叉，因此需要穿 孔以允許氣體分子穿過盤的徑向平面，並且繼續沿流動路徑。槽口 40設在通道元件中，以 容納盤並且允許盤與通道交叉。結果，通道在盤的任一側延伸，並且盤將通道分成最接近入 口的上遊部分和盤下遊的下遊部分。
[0059] 轉子盤設置成離氣體流動通道側壁的起點有較短距離' 1'。換言之，側壁在氣體 流動通道的入口處在轉子上方沿軸向方向延伸距離' 1'。因此，入口在徑向和軸向平面中 具有大小L1的截面，其中氣體流動通道的L寬度大小在圖4和圖18中示出。距離' 1'可 在5到40mm之間或更大。結果，當與上文所述的已知拖曳泵機構相比時，顯而易見的是，實 施本發明的泵機構的容量極大地改進。如上文所述，已知的拖曳泵機構在它們的能力上限 於泵送相對大體積的氣體，而實施本發明的泵可通過使用該構造來克服該限制，其中一個 元件以給定角與氣體流動通道交叉。大約幾百_ 2到4, 000m2或更大的氣體流動通道的截 面面積能夠使用本發明容易實現。當測量泵中的相鄰穿孔元件之間的距離時也可使用大小 1，並且轉子盤之間的氣體流動路徑的截面面積也測量為L1。
[0060] 圖5為圖4中所示的機構的一部分的周向截面，並且示出了實施本發明的泵的操 作原理。當在操作中時，如由圖5中的箭頭指示的，盤以相對高的速度圍繞軸線20旋轉。 在圖5中，操作原理以線性方式示出了泵的構件，以幫助使理解操作原理容易。結果，盤的 旋轉移動示為如由箭頭指示的線性移動。此外，圖5示意性地示出了實施本發明的真空泵， 其具有將泵分成五個級A到E的四個轉子盤。級A在第一轉子50的上遊，第二轉子51將 級B與C分開，第三轉子52將級C與D分開，並且第四轉子將級D與E分開。區段E在第 四轉子53的下遊終止於泵的出口 18處。轉子盤通過穿過設置在通道壁中的槽口 40而與 流動路徑通道交叉。槽口設計成使得盤以最小空隙穿過槽口，該最小空隙為最接近槽口 40 的盤的表面上方和下方大約〇. 50mm的空隙。
[0061] 圖5中示出了各種可能的氣體分子路徑。第一路徑由箭頭60示出。分子進入泵 的入口，該泵在高真空壓力下操作。其撞擊定子壁30,並且釋放到轉子50的路徑中。撞擊 轉子的實心部分，動量通過轉子的相對移動給予至分子。接下來，分子撞擊側壁的下側表面 28,並且其被再次朝轉子引導。此處，分子的路徑與盤的穿孔38相互作用，允許分子穿過交 叉盤進入泵的下一個區段中，即，如所示的區段B。
[0062] 另一個分子的第二路徑由箭頭62示出。此處，分子的路徑穿過轉子上的穿孔，從 而允許分子從區段B前進至區段C，其中，其接著與通道的側壁相互作用，並且從表面朝轉 子發射，其剛穿過該轉子。此處，其與轉子的下遊表面相互作用，並且因此其固持在區段C 內。接著，其路徑從轉子51繼續到第三轉子52上，從此處到通道的相對的側壁，並且接著 穿過第三轉子的穿孔進入區段D中。因此，動量可通過轉子的上遊表面或下遊表面或通過 兩個表面轉移至氣體分子。
[0063] 不同分子的第三路徑由箭頭64示出。此處，分子經由第二轉子51中的穿孔從區 段B進入區段C，其中，其停在通道的側壁上。當其從側壁發射時，其接著通過轉子的穿孔返 回至區段B。不管與第二轉子的進一步相互作用，分子不離開區段B。實施本發明構想的泵 的我們的初始計算建模已經示出了該路徑相對不太可能出現，但其有時出現。
[0064] 因此，遷移到泵的入口中的氣體分子遇到轉子盤的表面。一些分子穿過穿孔，並且 撞擊氣體流動路徑通道22的表面。然而，相當大比例的分子撞擊旋轉盤的一個或更多個表 面，停在該處達較短時間段，並且接著沿隨機方向離開表面。以該方式離開表面的氣體分子 的動量由盤的旋轉運動影響，並且分子有可能具有轉移至其的動量，該動量具有沿轉子的 移動方向的主分量。結果，撞擊和尚開盤的表面的大部分分子被朝通道壁的下側和朝轉子 穿過通道壁的點推動。因此，分子最終通過轉子和氣體流動路徑的交叉的組合來朝泵機構 的出口推動。
[0065] 從圖5可看到氣體的壓縮從級A增大至級E。轉子間距朝級E增加減小和/或增 大側壁相對於轉子的傾斜角可有助於在氣體分子變為朝出口壓縮時保持泵效率。此外，有 可能的是不同的轉子穿孔圖案和透明度在級A到E中遇到的不同壓力下使用。
[0066] 圖6示出了如圖5中所示的區域70的放大圖，其中轉子和側壁交叉。轉子50在 交叉點處穿過側壁28的槽口 40。為了提供高效的泵送，S卩，氣體分子從轉子盤的一側高效 轉移至另一側，泵設計者應當考慮最小化分子的潛在返迴路徑，或允許分子有效地保持在 泵的相同級中的路徑（即，如上文闡釋的級A到E)。例如，槽口 40的寬度T應當儘可能最 小化，以解決和防止氣體在不穿過穿孔元件50的情況下從側壁的一側流至另一側。此外， 轉子50的厚度' t'應當最小化，以便在其穿過槽口 40來解決和防止所謂的氣體分子"直 接停滯"時減小氣體分子在穿孔內轉移的可能性。我們的初始計算建模結果指示了 1.0mm 到0. 3mm的轉子厚度' t'將在連同1. 5到1. 0mm或其接近值的槽口寬度T操作時提供足夠 的泵送效率。其它因素可影響轉子的厚度' t'，諸如滿足所需的剛度和強度參數，以防止使 用期間由向心力引起的轉子破壞，或防止由橫跨轉子厚度的振動或壓差引起的轉子的軸向 撓曲。換言之，T:t的比應當盡實際可能地接近1。
[0067] 此外，如重疊的長度'm'那樣，槽口 40的長度M(如由穿過槽口 40的轉子看到的） 可影響泵送效率。重疊取決於轉子盤50相對於通道壁的平面傾斜的角α，槽口的長度Μ和 槽口的寬度Τ。此外，穿孔的尺寸（圖中示為' d'）、穿孔的間距D和槽口的相對長度Μ也可 影響泵送效率。有可能的是，可需要d:M的不同比率，這取決於泵送的氣體的壓力和/或泵 的期望吞吐量。例如，在粘性流動壓力範圍中，我們的初始評定示出了 'd'應當相對大，可 能超過M，以便提供高效泵送。'd'的大小可在分子壓力範圍中減小。因此，實施本發明的 泵的不同級可使用不同轉子大小和穿孔大小。
[0068] 如圖4中所示，交叉角α典型地在沿徑向距離L的中間的點處測量。這樣做的原 因是由於角取決於其被測量的徑向位置變化。本發明的實施例可能利用40°到5°之間的 角α，這取決於氣體泵送的壓力和分子遇到隨後的轉子表面之前要求的期望的氣體流動路 徑長度。典型地，我們已經對具有大約20°到5°之間的角α的泵機構進行了初始建模。 當然，可使用不同的角，這取決於泵的要求。
[0069] 此外，為了提供高效的泵送，通道寬度'1'與槽口寬度Τ的比應當保持在較高水 平，優選在粘性流動範圍中超過5的值，並且在較低壓力範圍中超過10或更大的值。此處， 1用於測量相鄰穿孔元件之間的距離，以及入口開口之間的距離。
[0070] 圖7示出了圖7a至7e中的不同轉子的節段。附圖示出了穿孔類型的不同實例， 並且當然，本發明不限於這些指定的穿孔，並且技術人員理解不同構造是可能的。
[0071] 在圖7a中，示出了如上文所述的盤轉子的四分之一節段100。轉子具有軸線102、 內周緣104和外周緣105。穿孔107的陣列106設在環形帶106中。穿孔布置為徑向縫隙， 其具有遠大於它們的寬度或周向大小的徑向長度大小。
[0072] 圖7b示出了備選實施例110,其中相同的標記用於指示共同的特徵。然而，該實施 例與其它實施例的差別在於，穿孔107在形狀上為圓形和/或卵形的。此外，轉子盤的外周 緣105包括波狀邊緣，其使得能夠減小轉子的總重量。
[0073] 圖7c示出了另一個備選實施例112,其中相同的標記用於指示共同的特徵。然而， 該實施例與其它實施例的差別在於，穿孔107為菱形或體育場形的，沿周向方向延伸。此 夕卜，外周緣可構造有波狀或鋸齒形輪廓（類似於圖7b中所示的），以有助於減輕重量。
[0074] 圖7d示出了另一個備選實施例114,其中相同的標記用於指示共同的特徵。然而， 該實施例與其它實施例的差別在於，穿孔107為六邊形，以提供間隔開穿孔並且減小鄰近 穿孔之間的材料塊的更高效的方式。此外，外周緣可構造有波狀或鋸齒形輪廓（類似於圖 7b中所示的），以有助於減輕重量。
[0075] 圖7e示出了另一個備選實施例116,其中相同的標記用於指示共同的特徵。然而， 該實施例與其它實施例的差別在於，穿孔107在外周緣處開啟。換言之，穿孔為形成為穿過 盤的縫隙，其從接近內周緣104的位置延伸，並且延伸至外周緣105。換言之，該實施例中的 盤包括一系列導葉或指狀部分117,其具有恆定截面輪廓（S卩，恆定寬度和厚度），並且從轂 部分118沿徑向向外延伸。值得注意的是，導葉117未轉出平盤的平面，以形成成角的葉片 (此類布置將類似於渦輪分子泵送機構中使用的那些）：當盤穿過通道壁時，導葉保持為平 的，以便保持盤的最小厚度以減小氣體分子的停滯。導葉之間的空間出於該文獻的目的而 稱為穿孔。導葉的頂部表面和底部表面提供了動量由其轉移至穿過泵的氣體分子的器件。 這並不與渦輪分子泵葉片中使用的機構相同，其中所有動量由於分子與相對於渦輪轉子的 徑向平面傾斜的轉子葉片的成角表面之間的相互作用而轉移至氣體分子。
[0076] 在圖7中所示的所有實施例中，存在穿孔設置在其中的外環形徑向帶106附近的 內環形徑向帶。內帶包括實心材料，但可同樣包括穿孔或減小盤重量的其它器件。所有穿 孔應當設置在與氣體流動路徑交叉的盤的部分中。還可有利的是包括與氣體流動路徑交叉 的盤的部分中的實心環形內帶的一部分。
[0077] 此外，在將轉子盤構造成橫跨氣體流動路徑的僅一部分延伸的情況下，還可存在 優點，由此最接近通道的底板的流動路徑中的小外徑向帶未被轉子佔據。換言之，在該附 加實施例中，轉子並未分開流動路徑或者橫跨通道的整個徑向寬度和因此氣體流動路徑延 伸。我們將預計到轉子的外周緣與通道的底板之間的此類外周間隙為大約5_到10_。此 類布置激勵氣體分子圍繞轉子的外緣沿氣體流動路徑經過。此外，當保持轉子的外周緣與 通道的底板之間的間距小於1〇_時，轉子的運動可仍影響氣體分子，引導或影響分子的動 量，以使它們在期望的方向上沿氣體流動路徑推動。在該布置中，容納穿孔元件的氣體流動 通道側壁中的槽口不必延伸至氣體流動通道的底板。槽口可終止於設置轉子的外周緣的點 處。
[0078] 此外，在該布置中，轉子可不必要包括穿孔，在該情況下，實心交叉部件可替換穿 孔的交叉元件。
[0079] 圖17至圖19中示出了包括實心交叉部件的本發明的實施例。參照圖17和圖18， 示出了泵機構400,其包括與該文獻中所述的其它實施例共有的特徵。此類共同特徵標有相 同的附圖標記。泵包括轉子軸32,其布置成圍繞軸線20旋轉。定子12包括如上文參照圖 4所述的螺旋氣體流動通道。槽口 40提供成容納設置在軸上的交叉元件14。交叉元件布 置成與由定子通道構件和間隔元件的表面36提供的流動通道交叉。在該實施例中，交叉元 件410為實心的（具有為零的透明值），並且具有橫跨螺旋流動通道的寬度測量的寬度W。 流動通道具有大於W的寬度大小L。因此，具有寬度大小G的間隙412設在實心轉子盤410 的外周圓周與流動通道之間，其中 L = ff + G, 並且間隙提供成允許氣體分子圍繞轉子經過，並且沿流動通道朝泵的出口 18繼續。參 照圖18,提供了該備選實施例的不同視點。間隙G的大小可為大約10_或其接近值。典型 地，交叉元件的寬度大小W在流動通道的寬度大小L的80%到95%之間。
[0080] 周向間隙412提供了泵送氣體分子在它們的通路上朝出口經過交叉部件的器件。 在此類布置中，交叉部件不允許氣體穿過其，因為沒有用於氣體穿過轉子的穿孔或器件。相 反，間隙允許氣體分子經過，並且間隙在轉子的外圓周（或周緣）與通道的底板之間。間 隙412可圍繞轉子圓周的大部分延伸（S卩，圍繞轉子的圓周大於180°和高達360° )。在 備選布置中，可有利的是，間隙包括一系列限流或節流部分，其可提供顯著的孔口或開口區 域，該顯著的孔口或開口區域設在轉子的圓周與通道底板之間。換言之，間隙的寬度可布置 成沿周向變化。
[0081] 穿孔部件的透明度測量為與由穿孔佔據的氣體流動通道交叉的部件的總面積 (即，排除由穿孔部件的材料佔據的面積）與同給定流動路徑通道交叉的部件的總面積之 比。因此，採用圖7中所示的實施例作為實例，25%的透明度的採用意味著設置在氣體流動 通道內的轉子盤（即，穿孔部件）的面積的四分之一包括開口空間或穿孔。相比之下，80% 的透明度的採用意味著設置在氣體流動通道內的穿孔部件（轉子盤）的面積的五分之四包 括開口空間或穿孔。
[0082] 如上文所述，動量通過分子與盤的上遊表面和下遊表面（上遊表面和下遊表面位 於盤的平面中）之間的相互作用來從轉子轉移到氣體分子。盤較薄，並且穿過上遊表面與 下遊表面之間的穿孔的僅最小比例的氣體分子與穿孔的垂直壁相互作用。在分子範圍壓力 水平下，氣體分子的大部分（至少75%)可能穿過穿孔，而不衝擊具有大約0. 5mm的厚度的 盤的穿孔的壁。換言之，穿孔的前緣和後緣對穿過穿孔的氣體分子的動量具有較小影響，特 別是在分子流動壓力範圍中。
[0083] 尺寸、穿孔之間的間隔距離和轉子的透明度可取決於許多因素變化，包括泵或獨 立泵級設計成操作所處的壓力。例如，在分子流中，穿孔間距和透明度對於確定泵的動力不 太關鍵，因為空氣動力效果不妨礙氣體分子在這些低壓下穿過穿孔。換言之，與粘性流動壓 力範圍中的流體動力相關聯的邊界層、衝擊波和其它影響在分子流動壓力範圍中不存在或 者最小化。
[0084] 相比之下，在粘性流動壓力範圍中，穿孔尺寸將布置成最大化穿過泵送機構的氣 體轉移。另外，對於粘性流動操作，透明度應當在給定機械約束內增大。例如，穿孔沿周向 方向的尺寸可超過定子側壁中的槽口的寬度。此外，如上文所述，2至10_的間隙可設在轉 子的內周緣或外周緣與氣體流動通道的底板之間，以便有助於提供足夠或期望的氣體吞吐 量。因此，多級泵中的轉子盤的大小和透明度可能通過泵變化，這是因為氣體分子在它們朝 入口穿過泵時變為被壓縮：入口處的轉子穿孔尺寸和圖案可不同於出口處的轉子穿孔尺寸 和圖案，因為出口在較高壓力下操作。
[0085] 圖8中示出了本發明的備選實施例。此處，泵130包括轉子132和定子134。轉子 132布置成關於定子134圍繞軸線A沿箭頭135所示的方向旋轉。定子在形狀上為大體圓 筒形，並且包括設置在圓筒的一個軸向端部處的入口 136,以及設置在另一個軸向端部處的 出口 138。
[0086] 轉子包括從設置在輪軸143上的中心心軸142延伸的一對雙螺旋葉片140,由此心 軸在形狀上為大體圓柱形，並且布置成與定子圓筒同軸。螺旋流動路徑由轉子葉片、定子圓 筒的內表面144和從入口延伸到出口的心軸的外表面146限定。在圖8中所示的實例中， 存在形成雙螺旋部的兩個流動路徑，路徑布置成與彼此平行。然而，可提供一個或更多個流 動通道，並且本發明不限於此處所述的實施例。
[0087] 轉子元件包括布置成容納與流動路徑交叉的穿孔定子元件134的交叉槽口 148。 在該實施例中，定子示為橫跨流動路徑的整個寬度延伸。然而，該特徵不是必需的，並且可 提供小間隙來有助氣體朝出口流動。轉子中的穿孔150允許氣體流過轉子元件並且沿流動 路徑通道前進。
[0088] 四個穿孔盤以流動路徑的360°轉動布置。任何數量的穿孔盤可以以該方式布置， 但認為每圈1到8個盤之間就足夠，這取決於泵的特定要求。堆疊元件152布置在各個穿 孔元件之間，並且用於使盤間隔開期望的距離，並且在操作期間將盤保持就位。堆疊元件還 提供了流動通道的內圓筒表面144。
[0089] 各種實施例的操作原理類似。通道和穿孔部件的相對運動提供了朝泵出口推動氣 體分子的手段。實施例之間的差別在於，在實際工程解決方案中，泵的部分由馬達驅動。
[0090] 參照圖19,示出了泵的備選布置425,其中轉子包括螺旋氣體流動通道構件，並且 定子包括交叉元件。除相對於交叉部件或元件的差別之外，該實施例在原理上類似於圖8 中所示的實施例。附圖中所示的實施例共有的特徵標有相同的附圖標記。在該實施例425 中，交叉元件434形成定子136的一部分，並且轉子140包括設置在轉子軸143, 146上的螺 旋通道。轉子具有寬度大小L。氣體流動通道由以距離W延伸到流動通道中的實心交叉部 件434交叉，其中W > L。因此，具有寬度大小G的間隙438設在交叉部件434的內周緣與 轉子之間，其中 L = ff + G, 並且間隙提供成允許氣體分子圍繞交叉定子部件經過，並且沿流動通道朝泵的出口 18 繼續。如上文所述，並且參照圖17和圖18,間隙G的大小可為大約10mm或其接近值。典型 地，交叉元件的寬度大小W在流動通道的寬度大小L的80%到95%之間。
[0091] 周向間隙438提供了泵送氣體分子在它們的路徑上朝出口經過交叉部件的器件。 在此類布置中，交叉部件不允許氣體穿過其，因為沒有用於氣體穿過轉子的穿孔或器件。相 反，間隙允許氣體分子經過，並且間隙在轉子的外圓周（或周緣）與通道的底板之間。間隙 434可圍繞交叉部件的內圓周的大部分延伸（S卩，圍繞內圓周大於180°和高達360° )。在 備選布置中，可有利的是，間隙包括一系列限流或節流部分，其可提供顯著的孔口或開口區 域，該顯著的孔口或開口區域設在轉子與交叉部件之間。換言之，間隙的寬度可布置成沿周 向變化。該構造允許定子由圍繞包括轉子的中心芯配合的兩個或更多個部分製成。
[0092] 可能的是，具有相對較小尺寸或在較高壓力下操作的本發明的實施例可利用第二 實施例，而相對大的泵或在較低壓力下操作的泵可利用第一實施例。此外，可合乎需要的是 提供混合構造，其利用相同泵中的兩個實施例，其中低壓級和高壓級設置在相同的驅動輪 軸上，低壓級（分子流動壓力範圍）併入第一實施例，而較高壓級（過渡和/或粘性流動壓 力範圍）併入第二實施例。
[0093] 參照圖9、10、11和12示意性地示出了第三實施例，其中示出了備選的真空泵機構 180。
[0094] 參照圖9,轉子元件182示為與定子元件184分開以有助於闡釋。轉子182包括驅 動心軸186,盤形部件188安裝於驅動心軸186。盤部件188具有頂面190和底面192。轉 子布置成圍繞如箭頭指示的軸線194旋轉。一系列同心的穿孔裙部元件195布置成從盤部 件的底面延伸。穿孔196陣列布置成穿過每個裙部，以允許氣體在外區段與內區段之間流 過裙部。圖9中僅一個裙部可見。
[0095] 定子元件184布置成與轉子協作，並且在使用期間，將氣體從入口 198朝出口 200 推動。定子元件包括具有上表面204的盤部件202,其面對轉子的盤部件的底面192。壁 206從頂面向上延伸與轉子的裙部部件195的軸向長度相同的距離。槽口 208布置在壁中 以容納轉子裙部元件。壁206的表面、定子盤的上表面204和轉子盤的底面192限定布置 成將氣體分子從入口 198朝泵的出口 200引導的流動通道。流動通道在該實施例中具有螺 旋形形式，並且通道在入口與出口之間與一個或更多個轉子裙部部件195交叉。
[0096] 圖11示出了圖10中所示的組裝的泵的軸向截面視圖。此處，出口 200在定子的 中心中可見。該布置適用於具有布置在附圖中所示的泵機構下遊的後續泵機構的泵設計。 在此類布置中，多個泵送機構可由單個馬達驅動以改進泵系統效率。存在附圖中示出的四 個轉子裙部，它們所有都相對於彼此和旋轉軸線194同心地布置。氣體流動路徑由箭頭210 示出，並且看到的是，轉子裙部195與流動路徑交叉。圖12示出了圖10中所示的泵機構的 徑向截面。相同的附圖標記用於使理解容易。
[0097] 在操作期間，轉子和定子元件的相對移動通過以電動機驅動轉子元件同時定子元 件在適合的殼體中保持靜止來實現。抽空的室中的氣體分子朝入口 198遷移，並且與旋轉 裙部的表面相互作用的任何分子具有它們的由轉子的移動影響的動量。因此，分子沿螺旋 形流動路徑朝出口被推動。氣體分子能夠穿過轉子中的穿孔，並且朝出口向前。交叉銳角 (即，轉子裙部與氣體流動通道交叉的角，除其它因素外，其由螺旋形部的螺距確定）的性 質提供了壓縮穿過泵的氣體的高效機構。因此，徑流式泵由第三實施例提供。
[0098] 該實施例以與上文和下文所述的相同的原理操作。就此而言，當考慮泵可能操作 的參數時，應當考慮類似的設計考慮。例如，轉子裙部的厚度應當最小化以控制氣體停滯的 量。同樣，槽口寬度也應當出於類似原因最小化。然而，在該實施例中，裙部從盤沿軸向延 伸的構造可在轉子速度增大時引起問題；由於作用於僅在一個端部處被支承的裙部上的向 心力，轉子可在使用期間在直徑上增大。因此，設計者可限於用於製造轉子的某些材料，包 括呈現出適當的強度重量比的那些。其它特徵可設計到轉子中以有助於適當地加強轉子。 例如，裙部可漸縮成在其安裝到盤部件上的點處具有較厚的端部。
[0099] 圖13和圖14中示出了本發明的另一個備選實施例。此處，真空泵機構250包括 三個顯著的級，以形成複合泵，其中泵機構的至少一部分包括本發明構想。
[0100] 參照圖13,泵以斷面形式示出，其中定子的一部分從附圖中除去。泵包括入口 252 和出口 254。入口級256包括一個或更多個渦輪分子轉子葉片級258。中間級260包括如該 文獻中所述的根據本發明構想的真空泵機構。出口級262包括一個或更多個離心泵級264。 泵的轉子區段布置成如箭頭指示地圍繞軸線R旋轉。當然，入口級256和出口級262分別 可構造成任何適合的泵送機構，這取決於泵的應用和特定要求。例如，入口級不限於渦輪分 子泵機構，並且出口級不限於離心機構；例如，出口級還可包括Gaede、Siegbahn或Holweck 機構中的任一個或這些類型的泵送機構的任何組合。再生或渦流空氣動力泵機構也可認為 是適合的。此外，附加的前級泵可設在出口處（如果規格指示需要一個）。
[0101] 圖14示出了沿旋轉軸線R截取的泵的截面。所有轉子元件，S卩，渦輪分子葉片258、 穿孔轉子盤265和離心轉子元件264安裝在心軸或輪軸268上。間隔元件270設置在各種 轉子元件之間，以將轉子元件保持就位。定子272由圍繞轉子定位的至少兩個節段形成，以 形成泵定子。定子包括適當的構件274,其形成如前文所述的氣體流動通道。此外，可併入 另外的定子構件，諸如，必要的離心定子構件276和附加的渦輪分子定子構件（未示出）。 此外，各個節段包括一個氣體流動通道的開端，並且因此在該布置中，節段的數量等於氣體 流動通道的數量。
[0102] 在圖13中所示的實施例中，定子由六個節段製成，但在該斷面視圖中僅示出了三 個。（當然，此類分段定子構造可應用於該文獻中所述的實施例中的任一個）。參照圖16， 兩個節段330和332各自分別具有協作的抵接表面334和335和用於使節段以期望構造定 位的器件336。抵接表面或在鄰近節段330和332之間的連結的位置布置成與氣體流動通 道側壁的區段338的終點重合。氣體流動通道的部分339還可布置成延伸超過抵接表面， 並且橫跨接頭懸置，並且與鄰近的節段332協作。同樣，設置在槽口 40的下遊的氣體流動 通道側壁340的初始部分342可包括懸置部分342。結果，各個鄰近節段的側壁通道的懸置 部分布置成形成或延伸容納轉子50的槽口的長度。
[0103] 圖15示出了實施本發明的泵的另一個構造。此處，泵機構300以斷面形式示出， 以有助於理解發明構想；示出了定子302的一半，並且僅示出了一個轉子盤304。轉子輪軸 和附加的轉子未在該圖中示出。
[0104] 定子由六個節段306製成，其中的三個在圖15中示出。各個定子節段包括入口 308,從而在組裝時提供六啟動泵機構。在該實施例中，定子節段抵接彼此，以沿抵接表面 310連結。組裝的定子在形狀上為大體圓筒形，並且內圓筒表面312提供了氣體流動通道 的底面。多個通道壁由從內圓筒表面向內延伸的一系列徑向部件314形成。壁和通道底板 一起限定氣體流動通道，其在圖15中的圓筒的基部處在入口 308與出口 315之間延伸。氣 體流動通道在形狀上為大體螺旋，但其由於壁314的構造而遵循梯級輪廓。就此而言，流動 通道具有遵循周向方向的區段和遵循軸向或縱向方向的區段。壁的縱向部分316包括布置 成容納穿孔轉子盤320的槽口 318,這類似於上文已經描述的類型。在該實施例中，轉子盤 320以銳角與流動通道的總體方向交叉，但垂直地穿過通道壁。
[0105] 參照圖20到22,提供了本發明的又一個附加實施例。在圖20中，泵機構450包括 轉子元件452和定子元件454,這基於圖8中所示的機構的相同原理。如上文所述，氣體分 子在通道的頂部處進入機構或裝置，並且在泵操作期間朝如所示的通道的底部被推動。在 該實施例中，轉子元件包括在圍繞轂456的螺旋路徑中經過的十四個通道。通道由成角的 翅片或導葉458限定，其從轂沿徑向方向延伸，並且各個通道與平的穿孔網孔元件454交 叉，平的穿孔網孔元件454圍繞轂並且橫跨通道的寬度延伸。泵的級串聯布置，由此各個級 由沿徑向延伸的一系列導葉限定，並且由定子元件交叉。大體上，相鄰的轉子元件排列成形 成由包括穿孔盤的一個或更多個定子元件交叉的連續通道。點線459和460指示了通道的 路徑，並且示出了通道的螺旋性質。通道朝出口變窄，並且因此導葉的角朝出口變平。穿孔 元件具有恆定的徑向和周向不透明度，具有以規則圖案布置的圓形孔口。各個孔口的直徑 朝定子元件的外緣增大。轉子如箭頭A指示地沿旋轉方向被驅動。
[0106] 參照圖21，倒角C形成在導葉的前緣和後緣上以改進泵效率。倒角減小槽口的長 度M，以試圖減小可由於氣體分子穿過容納穿孔定子元件的導葉中的槽口而出現的任何湍 流，定子通過該槽口與通道交叉（也如圖6中提出）。
[0107] 此外，網孔元件的上遊側上的導葉的後緣設置在與網孔轉子的下遊側上的導葉的 相鄰前緣相同的徑向位置。該布置導致梯級在網孔元件與通道相交的點處形成在螺旋通道 中。我們的實驗示出了該布置提供了高效的真空泵送機構，其中最小化了布置成容納在限 定螺旋通道的相鄰元件之間的網孔元件的間隙。
[0108] 轉子可使用已知渦輪分子真空泵中已經使用的種類的主動和/或被動磁懸浮軸 承來安裝。在此類情況下，重要的是，在轉子加速或減速時，提供足夠的空間來容納通道導 葉之間的網孔定子元件。安裝在磁性軸承上的轉子可在泵的操作的啟動或停機期間經歷軸 向移動，並且因此需要足夠的空間來容納該移動，並且減小或防止泵部分的碰撞。當然，重 要的是保持槽口寬度最小，以便減小相鄰通道之間的氣體停滯的可能性。面對網孔元件的 導葉的表面可設有堅直的犧牲元件或塗層，其在泵的操作周期期間移位或磨蝕（例如，磨 蝕可在從製造地點裝運之前的泵測試期間發生），以確保間隙最小化。然而，任何所得的廢 物材料應當容易地從泵清除。
[0109] 本發明在許多方面與已知的泵機構不同。例如，已知的拖曳機構（諸如，Holweck、 Siegbahn或Gaede機構）在轉子和定子元件布置在相同平面或同心地布置的情況下操作。 在本文所述的本發明中，清楚的是，轉子和定子元件不符合該總體原理，而相反，轉子和定 子元件布置成與彼此交叉。例如，在氣體流動路徑由大體上沿泵的軸線的定子中的螺旋通 道限定的情況下，轉子以總體徑向構造布置，該總體徑向構造與通道交叉，並且允許氣體流 過轉子以便遵循軸向流動路徑。
[0110] 此外，本發明的實施例與已知的渦輪分子泵的差別在於定子或轉子（取決於使用 的構造）為平的，並且比另一個補充元件薄得多。動量可通過分子和自旋盤轉子的上表面 或下表面的相互作用來轉移至氣體分子，這是與渦輪葉片相比的，該渦輪葉片不同地操作， 由此定子葉片和轉子葉片除定子葉片布置成面對轉子葉片的相反方向外典型地是相同的。
[0111] 參照圖23,實施本發明的螺旋通道的導葉的空間弦比應當大於或等於4,優選5或 更大。在泵的排氣級處，空間弦比應當優選為大於5,優選為6或更大。空間弦比為由渦輪 分子泵設計者使用的已知的測量，並且看作是相鄰導葉的前緣之間的周向距離S(典型地 在沿導葉的中間的點處測得）與導葉的軸向高度Η之比。換言之，泵包括從限定螺旋通道 的通道部件延伸的多個導葉，並且導葉沿通道部件的軸線成級地布置，由此級由交叉元件 或盤分開，即，交叉元件設置在相鄰級之間。同一級內的導葉的空間弦比大於或等於4。
[0112] 此外，呈盤形式的穿孔元件的厚度和直徑的縱橫比應當布置成小於0.02,並且優 選為小於0.01。換言之，穿孔盤元件（不管其用作定子還是轉子）的軸向厚度應當小於盤 的直徑的1/50,更優選為直徑的1/100。此外，盤的厚度與相鄰盤之間的間距的比應當小於 0. 10。換言之，t:l之比（還分別參照圖4和圖6)應當為至少1:5或更大，優選為1:10或 更大，最優選為1:20或更大，這取決於泵特性。結果，盤沿串聯的通道部件的軸線間隔開距 離1，並且該間距為盤的軸向厚度的至少十倍。典型地，已知的渦輪分子泵布置成使得相鄰 的轉子和定子元件具有相同或類似的大小。
[0113] 技術人員將構想出本發明的另外的實施例和改型，而不背離如所附權利要求中限 定的發明構想的範圍。例如，泵機構可包括泵級之間的級間區段，以允許所謂的分流構造。 換言之，泵可具有沿軸向長度設置的兩個或更多個分立的入口，以使泵可在不同壓力下抽 空室，正如差動泵送質譜分析裝置通常所要求的那樣。
[0114] 此外，將理解的是，泵可構造成使得穿孔轉子盤在氣體流動通道的端部處與氣體 流動通道交叉。換言之，轉子位於通道的末端處，並且通道壁不延伸超過轉子至轉子下遊的 位置。在該構造中，不要求通道壁中的槽口。然而，最接近轉子的壁的端部應當設置成離最 接近通道壁的盤的表面儘可能近。該布置還允許了泵元件的分子構造，其可一個在另一個 頂部上堆疊，以形成多級泵。
[0115] 此外，上文公開的所有實施例布置成氣體流動通道壁布置成與交叉轉子的任一側 對準。然而，通道壁對準對於泵的操作不是必需的。例如，特別是當在分子流動壓力範圍中 操作時，氣體流動通道壁在轉子的任一側上的失準將不排除泵的操作。氣體分子將仍能夠 穿過穿孔轉子並且進入下一個下遊區段中。
[0116] 此外，穿孔元件的厚度可朝外緣漸縮，或朝最遠離穿孔元件聯接於或鄰接傳動軸 或輪軸的點設置的邊緣漸縮。因此，在錐形轉子盤的情況下，上遊表面和下遊表面形成為非 常淺的圓錐，其具有接近180°的頂角。換言之，錐形盤構造為背靠背地安裝的兩個淺圓錐， 以形成盤，該盤具有在中心處最大並且朝盤的周緣漸縮的厚度。出於該文獻的目的，即使在 利用錐形穿孔元件時，上遊表面和下遊表面被說成是平的。如果利用錐形圓筒穿孔元件，這 也同樣適用，在該情況下，上遊表面和下遊表面被認為是在圓筒的平面中，即使向穿孔元件 提供界面錐形。
[0117] 更進一步，包括多個交叉元件的泵可構造成包括遍及泵具有不同透明度值的交叉 元件，包括具有為零的透明度值的交叉部件或元件（即，布置成具有設置在交叉部件的內 周緣或外周緣與通道底板之間的間隙的實心元件）。交叉元件的數量、位置和種類取決於泵 的設計和應用。例如，如果預計泵轉移腐蝕性氣體，該腐蝕性氣體可由於腐蝕性地除去穿孔 周圍的材料從而增大穿孔的孔口尺寸而改變穿孔交叉元件的透明度，則可使用實心交叉部 件。作為備選，如果預計大量灰塵或可冷凝的材料攜帶在泵送的氣體中由此交叉元件上的 沉積物可阻塞穿孔，則可使用實心交叉部件。
[0118] 此外，如果泵設計者需要提供具有最小停滯體積的交叉部件，則實心交叉部件的 使用可為有利的。更進一步，實心交叉部件相對容易製作，並且在製造或保養過程期間獲得 或裝卸較便宜。此外，可能的是，實心交叉部件可在高壓真空泵或高壓級（其處於或低於大 氣壓力）或多級泵的排氣級中使用，其中穿過排氣級的氣體體積由於泵內的氣體壓縮而低 於進入泵中的氣體體積。因此，氣體分子可圍繞交叉部件的內周緣或外周緣轉移，並且可不 需要穿孔孔口來用於高效泵送。
[0119] 考慮之前和當前的技術水平，我們相信，本發明構想基於應當採用主發明人的姓 名的本發明對真空泵技術和機構作出了顯著貢獻。就此而言，本發明的實施例隨後可稱為 Schofield 慄。
[0120] 備款 1. 一種具有機構的真空泵，包括： 布置成與形成在通道部件的表面上的通道交叉的交叉元件，所述通道布置成將氣體分 子從泵的入口朝出口引導，其中 交叉元件和通道部件布置成關於彼此移動，以使在使用期間，氣體分子沿通道朝出口 被推動，所述交叉元件布置成允許氣體分子穿過其或圍繞其，並且交叉元件具有布置成與 氣體分子相互作用的上遊表面和下遊表面，並且所述表面位於交叉元件的平面中，並且沒 有凸起。
[0121] 2.根據條款1所述的真空泵，其中通道部件包括槽口，其設置在通道的壁中，布置 成在交叉元件與通道交叉的點處容納交叉元件。
[0122] 3.根據條款2所述的真空泵，其中交叉元件被穿孔，並且槽口至少橫跨通道的深 度延伸，以使穿孔的交叉元件可在穿孔的交叉元件與通道交叉的點處完全地分開通道。
[0123] 4.根據條款1所述的真空泵，其中通道部件為圓筒形，並且通道形成在內表面上， 以形成設置在通道部件的相對端處的入口與出口之間的螺旋氣體流動路徑。
[0124] 5.根據條款1所述的真空泵，其中通道部件包括徑向表面，通道形成在該徑向表 面上，以提供徑向表面的內圓周與外圓周之間的螺旋形氣體流動路徑。
[0125] 6.根據條款1或條款4所述的真空泵，其中交叉元件為穿孔元件，其包括盤，該盤 具有在盤的平面中的上遊表面和下遊表面，並且沒有凸起。
[0126] 7.根據條款1或條款5所述的真空泵，其中交叉元件為穿孔元件，其包括圓筒，該 圓筒具有在圓筒的平面中的上遊表面和下遊表面，並且沒有凸起。
[0127] 8.根據任何前述條款所述的真空泵，其中交叉元件包括上遊表面和下遊表面，交 叉元件的所述表面沒有凸起，並且表面在盤或圓筒的平面中。
[0128] 9.根據條款1、6、7或8所述的真空泵，其中交叉元件的上遊表面和下遊表面提供 了動量由其轉移到氣體分子的器件。
[0129] 10.根據任何前述條款所述的真空泵，其中交叉元件或穿孔元件包括周緣，並且間 隙設在交叉元件的周緣之間，以允許氣體經過交叉元件，或者穿孔的至少一部分在周緣處 開啟。
[0130] 11.根據條款10所述的真空泵，其中間隙布置成圍繞內周緣或外周緣的大部分延 伸，或者開啟的穿孔沿徑向方向朝內周緣延伸，由此設置在鄰近的端部開啟的穿孔之間的 上遊表面和下遊表面的部分朝內周緣或外周緣延伸以形成平徑嚮導葉。
[0131] 12.根據任何前述條款所述的真空泵，其中交叉元件具有小於2_，或小於1. 5_， 或小於1mm或小於0. 5mm的厚度。
[0132] 13.根據任何前述條款所述的真空泵，其中穿孔沿垂直於盤的表面的方向延伸穿 過穿孔元件。
[0133] 14.根據任何前述條款所述的真空泵，其中穿孔元件包括多個穿孔設置在其中的 部分，並且環形部分的透明度沿徑向方向或縱向方向變化。
[0134] 15.根據條款14所述的真空泵，其中透明度相對於離盤的中心的徑向距離增大而 增大。
[0135] 16.根據條款14中任一項所述的真空泵，其中透明度根據穿孔尺寸的變化、穿孔 的角間距的變化、穿孔的周向間距的變化或它們的任何組合而變化。
[0136] 17.根據條款1所述的真空泵，還包括聯接於交叉元件的心軸，所述心軸與交叉元 件同軸地布置。
[0137] 18.根據條款17所述的真空泵，其中心軸布置成聯接於多個交叉元件。
[0138] 19.根據條款18所述的真空泵，其中多個交叉元件中的各個設置在沿心軸的軸向 長度的分立位置處。
[0139] 20.根據條款17所述的真空泵，其中多個交叉元件中的各個設置在心軸的徑向元 件上的分立位置處。
[0140] 21.根據條款17到19中任一項所述的真空泵，其中心軸具有直徑，該直徑沿旋 轉軸線變化以形成軸向輪廓，該軸向輪廓為截頭圓錐形、梯級、子彈形和圓柱形中的任何一 個，或它們的任何組合。
[0141] 22.根據條款21所述的真空泵，其中心軸的直徑沿軸向長度朝泵出口增大。
[0142] 23.根據條款18所述的真空泵，其中交叉或穿孔元件由圓柱形間隔元件間隔開， 以使第一交叉或穿孔盤設置成最接近泵的入口，並且第二交叉或穿孔盤設置成最接近泵的 輸出部。
[0143] 24.根據條款23所述的真空泵，其中第一穿孔盤具有相比於第二穿孔盤更高或更 低的透明度。
[0144] 25.根據條款23或24所述的真空泵，其中交叉或穿孔元件經由間隔元件聯接於心 軸。
[0145] 26.根據條款21和24所述的真空泵，其中在相比於第一穿孔盤的實心內部部分 時，第二穿孔盤的實心內部部分沿徑向方向遠離旋轉軸線延伸。
[0146] 27.根據任何前述條款所述的真空泵，還包括設置用於在交叉或穿孔元件的上遊 使用的渦輪分子葉片區段。
[0147] 28.根據任何前述條款所述的真空泵，還包括設置用於在交叉穿孔元件的下遊 使用的第二泵區段，所述第二泵區段包括再生泵區段、離心泵區段、Holweck、Siegbahn或 Gaede拖曳泵機構中的任一個，或它們的任何組合。
[0148] 29.根據任何前述條款所述的真空泵，其中交叉或穿孔元件由包括鋁、鋁合金、鋼、 碳纖維增強聚合物（CFRP)或鈦的材料製成。
[0149] 30.根據任何前述條款所述的真空泵，其中設置成穿過穿孔元件的穿孔包括具有 圓形、長形、卵形、六邊形、矩形、梯形或多邊形的孔。
[0150] 31.根據條款7所述的真空泵，其中穿孔圓筒與通道部件同心地布置。
[0151] 32.根據條款31所述的真空泵，其中交叉槽口沿圓形路徑延伸，並且轉子容納在 槽口內。
[0152] 33.根據任何前述條款所述的真空泵，還包括設置在通道部件上遊的渦輪分子葉 片轉子。
[0153] 34.根據任何前述條款所述的真空泵，還包括設置在通道部件下遊的第三泵送級， 其中第三泵送級包括離心泵送級、Holweck拖曳機構、Siegbahn拖曳機構、Gaede拖曳機構 或再生泵機構中的任一個。
[0154] 35.根據任何前述條款所述的真空泵，其中交叉元件布置成橫跨通道延伸以與大 多數通道交叉，由此間隙設在交叉元件與通道的一部分之間，使得在使用期間，氣體分子可 穿過間隙。
[0155] 36.根據條款35所述的真空泵，其中交叉元件為沒有穿孔的實心裝置。
[0156] 37.根據任何前述條款所述的真空泵，其中交叉和/或穿孔元件為泵轉子，並且通 道部件為泵定子。
[0157] 38.根據任何前述條款所述的真空泵，其中交叉和/或穿孔元件為泵定子，並且通 道部件為泵轉子。
[0158] 39. -種根據條款37的穿孔元件或條款38的通道部件的真空泵轉子。
[0159] 40. -種根據條款37的通道部件或條款38的穿孔元件的真空泵定子。
[0160] 41. 一種真空泵，包括： 入口， 出口， 交叉部件， 通道部件，以及 馬達； 其中通道部件包括具有形成在其上的通道的表面，所述通道布置成將氣體分子從入口 朝出口引導， 交叉部件布置成與通道交叉， 交叉部件包括沒有凸起的上遊表面和下遊表面， 與通道交叉的交叉部件的一部分具有小於2_的厚度，並且 馬達布置成引起交叉部件和通道部件的相對移動，使得在使用期間，相對移動引起氣 體分子沿通道朝出口被推動，所述交叉部件允許氣體分子穿過其或圍繞其。
[0161] 42. -種真空泵機構，包括： 轉子，其聯接於驅動馬達，並且能夠圍繞軸線旋轉，氣體分子可沿該軸線泵送，以及 與軸線同心地布置的定子， 其中定子和轉子均圍繞第一端部與第二端部之間的軸線沿縱向延伸達預定長度，並且 轉子包括布置成面對定子的第二表面的第一表面， 定子包括設置在第二表面上並且從第二表面延伸至第一表面的第三表面，以形成定子 和轉子的第一端部處的入口與定子和轉子的第二端部處的出口之間的螺旋氣體流動路徑， 轉子包括設置在出口處並且在第一表面與第二表面之間延伸的氣體可滲透的盤形徑 向部件，徑向部件布置成旋轉並且將動量給予氣體分子，並且其中徑向部件從第三表面的 端部部分沿軸向移位小於2mm。
[0162] 43. -種真空泵機構，包括： 第一泵送元件，其布置成與第二泵送元件協作以將氣體分子從入口朝出口推動，所述 第一泵送元件和第二泵送元件布置成關於彼此圍繞軸線移動， 第一泵送元件具有圍繞軸線布置的第一表面，其面對第二泵送元件的第二表面，以形 成第一表面與第二表面之間的間隙， 第一泵送元件還包括從第一表面橫跨間隙延伸至第二表面的環形篩網，所述篩網可滲 透氣體分子， 第二泵送元件還包括螺旋壁，其設置在第二表面上，橫跨間隙延伸至第一表面，形成第 一表面與第二表面之間的螺旋路徑，泵送的氣體分子可沿該螺旋路徑遷移， 其中環形篩網設置在螺旋壁的下遊。
[0163] 44. 一種真空泵機構，包括： 布置成與第二泵送元件協作以將氣體分子從入口朝出口推動的第一泵送元件，所述第 一泵送元件和所述第二泵送元件布置成關於彼此圍繞軸線移動， 第一泵送元件具有圍繞軸線布置的第一表面，其面對第二泵送元件的第二表面以形成 第一表面與第二表面之間的間隙， 第一泵送元件還包括環形篩網，其從第一表面橫跨間隙延伸至鄰近第二表面的位置， 使得環形孔口設在第一泵送元件與第二表面之間，以允許氣體分子朝出口穿過孔口，並且 所述篩網不可滲透氣體分子， 第二泵送元件還包括螺旋壁，其設置在第二表面上，橫跨間隙延伸至第一表面，形成第 一表面與第二表面之間的螺旋路徑，泵送的氣體分子沿該螺旋路徑被推動， 其中環形篩網設置在螺旋壁的下遊。
[0164] 45. -種如本文參照附圖中的圖4至19所述的真空泵轉子。
[0165] 46. -種如本文參照附圖中的圖4至19所述的真空泵定子。
[0166] 47. -種如本文參照附圖中的圖4至19所述的真空泵。
【權利要求】
1. 一種具有機構的真空泵，包括： 布置成與形成在通道部件的表面上的通道交叉的交叉元件，所述通道布置成將氣體分 子從所述泵的入口朝出口引導，其中 所述交叉元件和所述通道部件布置成關於彼此移動，以使在使用期間，氣體分子沿所 述通道朝所述出口被推動，所述交叉元件布置成允許氣體分子穿過其或圍繞其，並且所述 交叉元件具有布置成與氣體分子相互作用的上遊表面和下遊表面，並且所述表面位於所述 交叉元件的平面中，並且沒有凸起。
2. 根據權利要求1所述的真空泵，其特徵在於，所述通道部件包括槽口，其設置在所述 通道的壁中，布置成在所述交叉元件與所述通道交叉的點處容納所述交叉元件。
3. 根據權利要求2所述的真空泵，其特徵在於，所述交叉元件被穿孔，並且所述槽口至 少橫跨所述通道的深度延伸，以使所述穿孔的交叉元件可在所述穿孔的交叉元件與所述通 道交叉的點處分開所述通道。
4. 根據權利要求1所述的真空泵，其特徵在於，所述通道部件為圓筒形，並且所述通道 形成在內表面上，以形成設置在所述通道部件的相對端處的所述入口與所述出口之間的螺 旋氣體流動路徑。
5. 根據任何前述權利要求所述的真空泵，其特徵在於，所述交叉元件包括具有上遊表 面和下遊表面的盤，所述交叉元件的所述表面沒有凸起，並且所述表面位於所述盤的平面 中。
6. 根據權利要求1或權利要求5所述的真空泵，其特徵在於，所述泵包括至少兩個交叉 元件，其沿串聯的所述通道部件的軸線間隔開一距離1，各個元件具有厚度t，並且1: t之比 為5:1或更大、10:1或更大，或者l:t之比為20:1或更大。
7. 根據權利要求1或權利要求5所述的真空泵，其特徵在於，所述交叉元件具有0. 02 或小於其直徑的厚度，更優選的是所述交叉元件的厚度小於〇. 01或小於其直徑。
8. 根據權利要求4和權利要求5所述的真空泵，其特徵在於，所述泵包括從限定螺旋通 道的所述通道部件延伸的多個導葉，所述導葉成級地布置，具有設置在相鄰級之間的交叉 元件，並且其中同一級內的導葉的空間弦比大於或等於4。
9. 根據權利要求8所述的真空泵，其特徵在於，輸出部處的導葉的空間弦比為5或更 大，或6或更大。
10. 根據權利要求1或權利要求5所述的真空泵，其特徵在於，所述交叉元件的上遊表 面和下遊表面提供了動量由其轉移到所述氣體分子的器件。
11. 根據任何前述權利要求的真空泵，其特徵在於，所述交叉元件或穿孔元件包括周 緣，並且間隙設在所述交叉元件的周緣之間，以允許氣體穿過所述交叉元件，或者穿孔的至 少一部分在所述周緣處開啟。
12. 根據權利要求11所述的真空泵，其特徵在於，所述間隙布置成圍繞所述內周緣或 所述外周緣的大部分延伸，或者開啟的穿孔沿徑向方向朝內周緣延伸，由此設置在鄰近的 端部開啟的穿孔之間的所述上遊表面和所述下遊表面的部分朝所述內周緣或所述外周緣 延伸以形成平徑嚮導葉。
13. 根據任何前述權利要求所述的真空泵，其特徵在於，所述交叉元件具有小於2mm， 或小於1. 5mm,或小於1mm或小於0· 5mm的厚度。
14. 根據任何前述權利要求所述的真空泵，其特徵在於，所述穿孔沿垂直於所述交叉元 件的表面的方向延伸穿過所述交叉元件。
15. 根據任何前述權利要求所述的真空泵，其特徵在於，所述穿孔元件包括多個穿孔設 置在其中的部分，並且環形部分的透明度沿徑向方向或縱向方向變化。
16. 根據權利要求15所述的真空泵，其特徵在於，所述透明度相對於離所述盤的中心 的徑向距離增大而增大。
17. 根據權利要求15中的任一項所述的真空泵，其特徵在於，所述透明度根據所述穿 孔的尺寸的變化、所述穿孔的角間距的變化、所述穿孔的周向間距的變化或它們的任何組 合而變化。
18. 根據權利要求1所述的真空泵，其特徵在於，還包括聯接於所述交叉元件的心軸， 所述心軸與所述交叉元件同軸地布置。
19. 根據任何前述權利要求所述的真空泵，其特徵在於，還包括設置用於在所述交叉或 穿孔元件的上遊使用的渦輪分子葉片區段。
20. 根據任何前述權利要求所述的真空泵，其特徵在於，還包括設置用於在所述交叉穿 孔元件的下遊使用的第二泵區段，所述第二泵區段包括再生泵區段、離心泵區段、Holweck、 Siegbahn或Gaede拖曳泵機構中的任一個，或它們的任何組合。
21. 根據任何前述權利要求所述的真空泵，其特徵在於，所述交叉元件布置成橫跨所 述通道延伸以與大多數所述通道交叉，由此間隙設在所述交叉元件與所述通道的一部分之 間，使得在使用期間，氣體分子可穿過所述間隙，並且其中所述交叉元件為沒有穿孔的實心 裝直。
22. 根據權利要求1所述的真空泵，其特徵在於，所述交叉元件為泵轉子，並且所述通 道部件為泵定子。
23. 根據權利要求1所述的真空泵，其特徵在於，所述交叉元件為泵定子，並且所述通 道部件為泵轉子。
24. -種真空泵，包括： 入口， 出口， 交叉部件， 通道部件，以及 馬達； 其中所述通道部件包括具有形成在其上的通道的表面，所述通道布置成將氣體分子從 所述入口朝所述出口引導， 所述交叉部件布置成與所述通道交叉， 所述交叉部件包括沒有凸起的上遊表面和下遊表面， 與所述通道交叉的所述交叉部件的一部分具有小於2_的厚度，並且 所述馬達布置成引起所述交叉部件和所述通道部件的相對移動，使得在使用期間，所 述相對移動引起氣體分子沿所述通道朝所述出口被推動，所述交叉部件允許氣體分子穿過 其或圍繞其。
【文檔編號】F04D17/16GK104066999SQ201380006640
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年1月24日 優先權日:2012年1月27日
【發明者】N.P.肖菲爾德, I.D.斯通斯, S.道德斯威爾 申請人:愛德華茲有限公司