TW202237988A - 停止真空泵之方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種終止一真空泵之一轉子之旋轉之方法。該方法包括以下步驟：在足以使該真空泵(之溫度)等於或低於一臨限溫度之一停留時間內依一中間RPM旋轉該轉子，依該中間RPM，該轉子實質上不可能與該定子碰撞；及隨後使該轉子減緩旋轉直至終止旋轉。

Description

停止真空泵之方法

本發明係關於真空泵，且特定言之，本發明係關於一種終止(即，停止)一真空泵轉子之旋轉之方法。

當製造一真空或壓縮機泵之一組件時，就像所有製造組件一樣，相同組件之個別單元之間可存在實體尺寸之微小變動。此等製造容限一般係固有的且無法避免；但通常儘可能減小。一製造商可權衡提供具有最小製造容限之組件之生產成本及效率與此向最終組裝泵或壓縮機提供之益處。可接受製造容限可取決於組件及其使用而不同。

對於在泵或壓縮機在使用中時相對於其他組件移動之組件(例如，一泵之轉子葉或葉片)而言，減小製造容限特別重要。減小容限使移動組件能夠藉由其等之間的減小距離來配置以提高泵之效率。

此在乾式真空泵(諸如螺旋泵、魯氏(roots)泵或爪式泵)中特別重要，因為轉子與定子之間的主泵浦室中無潤滑。缺少潤滑可有益於減少真空系統之污染；然而，缺少潤滑需要進一步減小轉子與定子之間的間隙以提高泵浦效率。

因為減小間隙，所以一轉子與一定子或另一轉子碰撞之概率會增大。此轉子碰撞不僅會停止泵，且亦會引起所涉及之(若干)轉子及/或(若干)定子損壞。

本發明者已發現，在諸多泵(例如，一多級魯氏泵)中，歸因於泵在使用期間經歷之熱循環，相對運動中之組件之間需要額外間距。由泵產生之熱引起泵之組件熱膨脹。泵內之不同組件包括不同材料，因此，組件之熱膨脹速率可不同。泵內之組件之不同熱膨脹之一效應係泵之相鄰組件之間的間距可隨溫度改變而改變以導致組件相對於彼此之有效移動。

當泵「冷起動」(即，使用環境溫度(例如，25°C)處之真空泵來起始轉子旋轉)時，轉子沿一實質上上游泵方向移位。此移位部分歸因於旋轉動力效應及轉子軸件可旋轉地安裝於其上之軸承之安置。移位亦部分歸因於沿泵方向產生於泵室內之內部壓力梯度。移位通常可小於約100 μm，較佳地，小於約50 μm，例如，20 μm。

因此，為防止各級之(若干)轉子與相鄰上游分隔壁(即定子)碰撞，上游軸向間隙可大於最佳泵效率所需之間隙。因此，增大上游軸向間隙通常大於「冷起動」時之轉子之移位。

如上文所討論，當使用一泵時，泵之溫度可升高以引起泵內之組件熱膨脹。本發明者已發現，隨著泵之溫度升高，轉子可沿相對於定子之一實質上下游泵方向有效移位。此可部分歸因於由組件之不同幾何形狀引起之泵之組件之不同熱膨脹。此外，此可部分歸因於包括不同材料之不同組件具有不同熱膨脹係數。轉子及定子通常包括不同材料，例如，定子可包括鋁且轉子可包括鐵。因此，鋁定子之熱膨脹速率可大於鐵轉子之熱膨脹速率。

舉例而言，發明者已發現，在接近其熱極限操作之一些泵中，一轉子可沿相對於一定子之一實質上下游泵浦方向移位高達約150 μm或甚至高達約250 μm。

當關斷一泵時，轉子之旋轉速率可減小直至其旋轉終止。此減速至靜止可稱之為減緩。轉子通常自由自旋直至其停止，但可施加制動(例如，馬達制動)。減緩可花費少於約120秒，較佳地少於約60秒，例如，約20秒。

當泵減緩時，轉子之旋轉速率之減小可為非線性的。在關斷泵不久之後，轉子之旋轉速度之改變速率最初可較小，因為壓力梯度仍存在於泵內且轉子之旋轉慣性保持相對較高。然而，隨著壓力梯度減小，轉子之旋轉速度之減小速率可歸因於轉子上之曳力而增大。最後，隨著轉子接近停止，轉子之旋轉速率之減小速率再次減小。

隨著泵室內之壓力梯度減小，轉子可沿一實質上下游泵浦方向移位。

若泵已在操作使得泵之溫度已引起轉子沿相對於定子之一實質上下游泵浦方向移位，則當轉子減速時，轉子可歸因於壓力梯度之減小而沿下游方向進一步移位。轉子沿下游方向之此進一步移位可引起一轉子與一下游定子碰撞。一轉子與一定子之間的碰撞可界定為一轉子與一定子之間的直接接觸，其可引起轉子及/或定子損壞。泵之一或多個組件需要修復及/或替換，因此，一碰撞可防止轉子進一步旋轉直至已發生此修復/替換。

當用於例如半導體製程之特定應用時，一些泵可在使用期間展現泵室內之顆粒物質之一累積。當停止泵操作且組件熱接觸時，此顆粒物質可壓縮於泵室之一轉子與一相鄰定子之間。當泵「冷起動」時，壓縮顆粒物質與轉子之間的增大摩擦可增大起始轉子旋轉所需之扭矩。在一些例項中，所需扭矩可超過泵之操作扭矩以導致起動失敗。

為克服此起動問題，已知用於在泵之關閉期間吹掃顆粒物質之各種機構。例如，WO 2004/038222揭示一種自動化關閉序列，其包括：終止泵浦機構之操作；監測泵浦機構之溫度；依一預選溫度間隔起始泵浦機構之操作以自泵室內吹掃污染物顆粒物質；及最後終止泵浦機構之操作。

經由此一方法之關閉允許吹掃泵室內之沈積顆粒物質以藉此確保此顆粒物質不壓縮於泵浦機構之轉子與定子之間。此可避免起動問題。

EP 1900943 (A1)揭示一種用於自一泵室內清除顆粒物質之替代方法。該方法包括：使泵浦機構之旋轉速度減小至低於一預設臨限速度；在一時段內保持旋轉速度以自轉子與相鄰定子之間吹掃任何累積顆粒物質；接著終止泵浦機構之旋轉。再次，此方法防止顆粒物質累積及壓實於轉子與定子之間的間隙中。因此，避免泵浦機構之冷起動期間之增大扭矩要求。

EP 2048365 (A2)揭示一種用於在採取泵停止動作之後根據一預定時序模式使泵轉子沿一正向及/或相反方向旋轉接著終止泵旋轉之機構。類似地，此機構吹掃顆粒物質且防止顆粒物質壓實於轉子與定子之間的間隙中。

此等發明之各者旨在防止由顆粒物質壓實於轉子與定子之間的間隙中引起之真空泵之增大扭矩起動問題。然而，無發明識別轉子在終止旋轉期間與定子碰撞之更嚴重問題。

目前，為減小使用期間之碰撞風險，組件之間的標稱間距考量容限疊加及熱循環/膨脹兩者。然而，增大組件之間(特定言之，轉子與定子之間)的間距顯著降低泵之效率。此等問題在減小一真空泵之大小時特別有關，因為效率損失對泵之總體效能具有一更大影響。此會有害於泵浦效能且減小可由泵達成之最終泵浦壓力。

因此，持續需要解決熱膨脹對泵效率之影響。

本發明旨在解決先前技術之此等及其他問題。

因此，在一第一態樣中，本發明提供一種終止(即，停止)一真空泵之一轉子之旋轉之方法。該真空泵包括包含該轉子及一定子之一泵室。

在起始該方法之前，該轉子正在依一操作RPM (每分鐘轉數)旋轉。該操作RPM大於一臨限RPM，使得該轉子無法在無該轉子與該定子碰撞之一相對較高可能性之情況下自該操作RPM減緩至終止旋轉(即，靜止)。

該方法包括以下步驟：在足以使該真空泵等於或低於一臨限溫度之一停留時間內依一中間RPM旋轉該轉子，依該中間RPM，該轉子實質上不可能與該定子碰撞。接著，隨後，使該轉子減緩直至旋轉終止。

該中間RPM等於或低於該臨限RPM。

本發明者有利地發現，根據本發明之方法顯著減小該轉子及該定子在關斷該真空泵時碰撞之風險。根據本方法在一停留時間內依一中間RPM旋轉該轉子可確保足夠壓力梯度維持於該泵內同時降低泵溫度以因此防止該轉子在組件熱移位時顯著下游移位以引起一碰撞。此外，因為實質上避免此溫度相依碰撞機制之效應，所以可減小各轉子與下游相鄰定子之間的間隙以提高泵浦效率。

較佳地，使用根據本發明之方法可使該真空泵之該轉子及定子能夠經配置使得其等之間的最小距離(即，間隙)使得若在操作期間該轉子高於該臨限RPM地旋轉且減緩至終止旋轉，則存在該轉子與該定子碰撞之一相對較高可能性。

為了本發明，該臨限RPM係一熱穩態中之最大旋轉速度，其中該轉子可在該轉子實質上不可能與該定子碰撞之情況下減緩直至旋轉終止。熟習技術者應瞭解，該臨限RPM可取決於諸多因數，例如，真空泵之特定類型、該轉子相對於該定子之配置、該轉子與該定子之間的最小間隙、該真空泵之該等組件之材料及該真空泵之該等組件之冷卻速率。

該臨限溫度係該轉子在一熱穩態中正在依該臨限RPM旋轉時該真空泵之溫度。

為了本發明，終止一真空泵之一轉子之旋轉意謂減小該轉子之旋轉速度直至其實質上靜止，即，依約0 RPM之一速度旋轉。依約0 RPM旋轉被視為已終止。此旋轉終止可與關斷該泵(諸如用於維護或在使用之間)相關聯。

通常在減緩期間，該(等)轉子自由自旋直至其停止，但可應用制動。一般而言，當減緩時，一馬達將不再驅動該轉子。

為了本發明，「一轉子與一定子碰撞」可界定為一轉子與一定子之間的直接接觸。當與該定子發生碰撞時，該轉子通常可在旋轉。在該碰撞期間，該轉子與該定子之間的摩擦及衝擊使該轉子停止旋轉。一轉子與一定子碰撞可引起損壞該轉子及/或定子。一碰撞需要修復及/或替換該泵之一或多個組件。

一轉子與一定子之間的一碰撞會導致該轉子與該定子之間的一鎖定接合。此鎖定接合可由該轉子碰觸及接合至該定子以引起該轉子之該旋轉卡住導致。若一鎖定接合發生於一碰撞期間，則此會引起對該轉子及/或該定子之不可修復損壞且會導致該真空泵之大量停機時間。包括鋁或鋁合金之轉子及/或定子會特別易於在一碰撞期間鎖定接合。

為了本發明，一「該轉子與該定子碰撞之相對較高可能性」可界定為在自該特定RPM之一減緩期間存在一轉子與一定子碰撞之一大於約1%之概率，較佳地該轉子與該定子碰撞之大於約5%之概率，更較佳地該轉子與該定子碰撞之大於約10%之概率，更較佳地該轉子與該定子碰撞之大於約20%之概率，更較佳地該轉子與該定子碰撞之大於約30%之概率，更較佳地該轉子與該定子碰撞之大於約40%之概率，更較佳地該轉子與該定子碰撞之大於約50%之概率，更較佳地該轉子與該定子碰撞之大於約60%之概率，更較佳地該轉子與該定子碰撞之大於約70%之概率，更較佳地該轉子與該定子碰撞之大於約80%之概率，更較佳地該轉子與該定子碰撞之大於約90%之概率。最較佳地，在自該特定RPM之一減緩期間存在一轉子與一定子碰撞之一大於約99%之概率。

「一轉子與一定子碰撞」可排除一轉子接觸沈積於一定子上之顆粒物質。

為了本發明，「該轉子實質上不可能與該定子碰撞」可界定為在自該特定RPM之一減緩期間存在該轉子與該定子碰撞之小於約0.1%之概率，更較佳地該轉子與該定子碰撞之小於約0.01%之概率。較佳地，在該真空泵之壽命期間或在檢修之間，該轉子不會與該定子碰撞。

歸因於與一轉子與一定子之間的一碰撞相關聯之潛在嚴重後果，熟習技術者應瞭解，當該轉子自該中間RPM減緩旋轉時，一「該轉子與該定子碰撞之相對較高可能性」可與「該轉子實質上不可能與該定子碰撞」相比來判定。一轉子與一定子之間的一碰撞會損壞該真空泵且亦會損壞連接該真空泵之一程序工具。因此，先前技術之真空泵經操作使得該轉子實質上不可能與該定子碰撞。在使該轉子自操作RPM減緩至終止旋轉時發生之一碰撞之甚至一1%可能性會被視為不可接受的。當然，一碰撞發生之一更大可能性更不可接受。本發明允許該轉子依超過該臨限RPM之一操作RPM旋轉，其在先前技術之方法中會被避免。此外，本發明之方法可允許該轉子與定子之間的該等間隙減小至一大小，其中若該轉子自該操作RPM減緩至終止旋轉，則將存在該轉子與該定子之間的碰撞之一相對較高可能性。

此外，該「該轉子與該定子碰撞之相對較高可能性」可經廣義界定以囊括根據該操作RPM超過該臨限RPM之量值發生之一碰撞之可能性之變異數。該操作RPM超過該臨限RPM之量越大，在該轉子自該操作RPM減緩至終止旋轉時發生之一碰撞之可能性越高。

為了本發明，熱穩態可界定為該轉子之該旋轉保持一特定旋轉速度(RPM)時之該真空泵之溫度直至該轉子之溫度變成實質上恆定，例如，在至少1分鐘內變動小於約+/-0.1°C。

該真空泵可為一乾式真空泵。較佳地，該乾式真空泵可為魯氏泵，更較佳地，一多級魯氏泵。例如，該真空泵可為由愛德華真空(Edwards Vacuum)生產之一nXRi乾式多級魯氏泵或nXLi乾式多級魯氏泵。

該泵室可收容一或多個轉子及/或定子。較佳地，該泵室可由實質上包圍該一或多個轉子及/或定子之一外壁界定。

該真空泵可包括複數個轉子。該一或多個轉子較佳地配置於一或多個轉子軸件上。各轉子可包括經配置以與該轉子軸件一起旋轉之一多葉片活塞。各轉子較佳地可包括兩葉片、三葉片、四葉片或五葉片活塞。該真空泵之各轉子較佳地具有實質上相同尺寸。

該真空泵之該等轉子較佳地可依轉子級組態。各轉子級可包括配置於一第一轉子軸件上之一第一轉子及配置於一第二轉子軸件上之一對應第二轉子。該第一轉子軸件及該第二轉子軸件可實質上平行。在使用中，該第一轉子軸件及該第二轉子軸件可經組態以沿相反方向旋轉。該第一轉子及該第二轉子之葉片之旋轉路徑在該第一轉子及該第二轉子不碰觸之情況下重疊。

該泵室之該外壁通常可包括流體可透過其進入該泵室之一進口。該泵室之該外壁可進一步包括流體可透過其離開該泵室之一出口。通常，該泵進口可位於或朝向該泵室之一第一端及/或該泵出口可位於或朝向該泵室之一第二端。通常，當該泵在使用中時，該泵進口可耦合至待抽空之一室及/或一進一步真空泵。

泵方向可界定為在該泵在使用中時流動通過該真空泵之該流體之大部分可沿其流動之方向。該出口通常定位於自該進口之沿該泵方向之實質上下游。

在不背離上文之情況下，該泵進口可經組態使得在使用期間流體沿實質上垂直於該泵方向之一方向進入主室。另外或替代地，該泵出口可經組態使得在使用期間，流體沿實質上垂直於該泵方向之一方向離開該主室。有利地，此能夠減小該泵之大小。

該真空泵通常可進一步包括經組態以在使用中時驅動該一或多個轉子旋轉之一馬達，通常一電動馬達。該馬達通常定位於該泵室之外部。該馬達可耦合至各轉子軸件。替代地，各轉子軸件可耦合至一分離馬達。

該泵較佳地可包括複數個轉子級。該複數個轉子級可沿該第一轉子軸件及/或該第二轉子軸件之長度配置。該等轉子級可由分隔壁(及，定子)分離。該等分隔壁可包括允許相鄰轉子級之間的流體連接之連接導管。

該泵通常可包括自約1個至約10個轉子級，較佳地自約2個至約8個。轉子級之數目可取決於泵之類型。

該一或多個轉子通常係金屬的，例如，由鐵或其一合金製成。

該一或多個定子通常係金屬的，例如，由鋁或一鋁合金製成。

該(等)定子之一或多者可呈一分隔壁之形式，較佳地，各定子可為一分隔壁。一分隔壁通常可定位於相鄰轉子級之各轉子之間。

當該泵在操作中時，該(等)轉子之該操作RPM可為自約5000 RPM至約16000 RPM，較佳地自6000 RPM至約16000 RPM，更較佳地自約12000 RPM至約15000 RPM。

該中間RPM通常等於或低於該臨限RPM。該中間RPM較佳地係該操作RPM之旋轉速度之約一半，較佳地自該操作RPM之約25%至約75%，較佳地自該操作RPM之約40%至約60%。

該真空泵通常包括經組態以量測該真空泵之該溫度之一溫度感測器。該方法可進一步包括以下步驟：在該停留時間期間經由該溫度感測器來量測該真空泵之該溫度及判定該溫度等於或低於該臨限溫度。該真空泵之該溫度通常係指該真空泵之一轉子之溫度。

該溫度感測器通常經組態以直接量測一轉子之溫度；然而，其亦可經組態以量測可自其推斷該轉子之該溫度之該真空泵之一組件(例如，一定子及/或一轉子軸件)之溫度。該溫度感測器較佳地可經組態以量測一定子之溫度。

當該泵在操作中時，該泵(例如，一轉子)之該溫度可為自約50°C至約150°C，較佳地自約70°C至約120°C。此可稱作操作溫度。該操作溫度一般將處於穩態中。熟習技術者應瞭解，操作期間之該真空泵之該溫度可取決於環境溫度、該(等)轉子之該旋轉速度及其他因數。

該操作溫度可為該轉子在一熱穩態中正在依一操作RPM旋轉時之該泵(例如，一轉子或定子)之該溫度。較佳地，當該泵之該溫度等於該操作溫度時，該轉子無法在無該轉子與該定子碰撞之一相對較高可能性之情況下自該操作RPM減緩至終止旋轉。為免生疑問，該轉子與該定子碰撞之該相對較高可能性係上文所參考之相對較高可能性。

該臨限溫度通常比該操作溫度低自約10°C至約70°C，較佳地低自約20°C至約50°C。

在實施例中，該泵可包括複數個溫度感測器。各溫度感測器可經組態以量測該真空泵之一不同組件之溫度。各溫度感測器較佳地可經組態以量測該真空泵之一不同級之溫度。更較佳地，各溫度感測器可經組態以量測該真空泵之一不同級之一定子之溫度。

另外或替代地，該泵可包括經組態以量測其一組件之該馬達之溫度之一溫度感測器。

該溫度感測器通常可為一熱阻器。

經由該溫度感測器來量測該真空泵(轉子)之該溫度可有利地提高該方法之效率，因為可在該泵等於或低於該臨限溫度時即起始減緩旋轉直至終止旋轉。

在實施例中，可經由該溫度感測器在整個該停留時間內依預定時間間隔量測該真空泵(轉子)之該溫度。該預定時間間隔較佳地係每秒或更少。該預定時間間隔較佳地少於約0.5秒，更較佳地少於約0.1秒。替代地，可實質上連續量測該真空泵(轉子)之該溫度。

經由該溫度感測器依預定時間間隔或實質上連續量測該真空泵之該溫度有利地減少該真空泵溫度等於或低於該臨限溫度與該轉子減緩旋轉至終止旋轉之間的時間。此可進一步提高該方法之效率。

該方法可進一步包括以下步驟：僅在由該溫度感測器量測之該真空泵之該溫度小於或等於該臨限溫度之後起始該轉子自該中間RPM減緩旋轉至終止旋轉。

藉由僅在該真空泵之該溫度小於或等於該臨限溫度之後起始該轉子自該中間RPM減緩旋轉至終止旋轉可有益地確保該轉子實質上不可能與該定子碰撞，同時提供一時間及能量高效減緩程序。此外，此一方法確保不管該轉子在使用期間旋轉之該操作RPM如何，在終止旋轉期間該轉子實質上不可能與該定子碰撞。因此，此一方法提供適應該泵之操作狀況之變通性。

量測該真空泵(較佳地該轉子或經由該定子，最佳地經由該定子)之該溫度可有利地確保更準確判定是否將避免該轉子與該定子碰撞。此係因為主要是該轉子及定子之差動熱膨脹導致終止旋轉期間之碰撞。

替代地，該轉子可在一預定停留時間內依一中間RPM旋轉。該預定停留時間可根據特定泵組態來選擇。該預定停留時間較佳地可經判定以確保該停留時間足以使該真空泵之該溫度在該預定停留時間結束之前低於該臨限溫度。

此方法可在關斷該真空泵時自動執行。因此，使用者可能不知道正在使用程序。此可同樣應用於根據本發明之其他方法。

熟習技術者應瞭解，該臨限溫度及/或臨限RPM及/或預定停留時間可由有限元素分析及/或實驗判定。

在一預定停留時間內依一中間RPM旋轉該轉子可有利地簡化該方法。另外，藉由一預定停留時間來操作能夠無需溫度感測器以降低該真空泵之成本。

該預定停留時間通常可為自約0秒至約600秒，較佳地自約30秒至約480秒。

該真空泵通常包括一控制器。使該轉子自操作RPM減緩直至終止旋轉之該方法可由輸入至該控制器之一單一運算子起始。較佳地在起始該控制器之後可自動執行本發明之方法。

該控制器通常可耦合至該馬達。該控制器可經組態以控制該馬達之旋轉速度。該控制器較佳地可耦合至該真空泵之一或多個溫度感測器。

該控制器可經組態以回應於由該(等)溫度感測器產生之信號而控制該馬達之該旋轉速度。該控制器可經組態以比較由該溫度感測器量測之溫度與預定溫度值(例如，該臨限溫度)且因此藉由將一信號發送至該馬達來調整該馬達之該旋轉速度。

較佳地，在起始根據本發明之方法之後，該溫度感測器可將指示該真空泵之該溫度之信號傳送至該控制器。該等信號可實質上連續或依預定時間間隔傳送。

該控制器較佳地耦合至一顯示裝置。該顯示裝置可包括一螢幕。

該控制器較佳地可經組態使得一使用者可將命令輸入至其。該輸入命令可經由開關、觸控螢幕或其他方法來發生。根據本發明之方法較佳地可由該控制器之一單一使用者輸入(例如，一開關)起始。此有利地使該方法能夠在藉由該使用者之初始輸入之後完全自動化。此可降低使用者錯誤之可能性且可提高該方法之效率。

該真空泵通常包括經組態以降低該真空泵(例如，轉子及/或定子)之該溫度之一冷卻系統。該方法可包括以下步驟：操作該冷卻系統以降低該真空泵之該溫度。該方法較佳地可進一步包括在該轉子正在依一中間RPM旋轉時起始該冷卻系統或提高該冷卻系統之冷卻效能。

在該真空泵之操作期間，驅動該轉子旋轉之該馬達產生熱。此熱可引起該真空泵之組件熱膨脹。

該冷卻系統可包括一冷卻風扇及/或一流體冷卻系統。該流體冷卻系統可為一水冷卻系統。

該冷卻系統可經組態以在操作期間冷卻該馬達。另外或替代地，該冷卻系統可經組態以降低該真空泵之一或多個轉子之溫度。

在其中該冷卻系統包括一冷卻風扇之實施例中，增大該冷卻系統之冷卻速率可涉及增大該冷卻風扇之旋轉速率。在其中該冷卻系統包括一流體冷卻系統之實施例中，增大該冷卻系統之該冷卻速率可涉及增大流體流動速率。

通常，在根據本發明之方法期間，當減小該轉子之該旋轉速度時，可增大該冷卻系統之該冷卻速率。使用該冷卻系統來降低該真空泵之該溫度可有利地減少該真空泵之該溫度低於該臨限溫度所需之該停留時間。此可減少經由本發明之方法來達成終止該轉子旋轉所需之時間。

該冷卻系統通常可耦合至該控制器，使得該冷卻系統之操作可由該控制器控制。此可有利地實現自動化該冷卻系統之該操作且除了經由該控制器來起始該方法之外無需使用者輸入。

在實施例中，可在該轉子正在依大於該臨限RPM之一旋轉速度旋轉時增大該冷卻系統之冷卻效應以藉此使該真空泵之該溫度降低至低於該臨限溫度，其中可使該轉子之減緩旋轉至終止旋轉。

可藉由(較佳地)在操作該冷卻系統時使該轉子之該旋轉速度降低至等於或低於該臨限RPM之一中間RPM來增大該真空泵之該冷卻速率。因此，根據本發明之方法允許更快速且更能量高效地終止該真空泵之該(等)轉子之旋轉。

該臨限RPM通常係自該轉子之最大旋轉速度之約30%至約70%，較佳地自該轉子之該最大旋轉速度之約40%至約50%。例如，該臨限RPM可為自約5000 RPM至約8000 RPM，較佳地自約6000 RPM至約7500 RPM。熟習技術者應瞭解，該臨限RPM可取決於應用該方法之特定泵及/或其中使用該泵之特定應用。此外，熟習技術者應瞭解，該操作RPM可等於或低於該轉子之該最大旋轉速度。

在一進一步態樣中，本發明提供一種終止一真空泵之一轉子之旋轉之方法。該真空泵包括包含該轉子及一定子之一泵室。該轉子正在依一操作RPM旋轉且處於一熱穩態。

該方法包括以下步驟：量測該真空泵(轉子)之該溫度；及自該真空泵之該溫度判定該轉子是否正在依大於一臨限RPM之一操作RPM旋轉。若該操作RPM大於該臨限RPM，則根據先前態樣中所界定之方法來終止該轉子之旋轉，或若該操作RPM不大於該臨限RPM，則在無一停留時間之情況下依一中間RPM使該轉子自該操作RPM減緩直至終止。

該臨限RPM係一熱穩態中之該最大旋轉速度，其中該轉子可在該轉子實質上不可能與該定子碰撞之情況下減緩直至終止旋轉。

此方法可有利地確保僅在該轉子依大於一臨限RPM之一操作RPM旋轉時使用根據先前態樣之方法。若該轉子依小於該臨限RPM之一操作RPM旋轉，則該轉子實質上不可能與該定子碰撞。因此，無需先前態樣中所陳述之方法，且可在無需在一停留時間內依一中間RPM旋轉該轉子之情況下終止該轉子之該旋轉。此可有益地確保儘可能高效地發生終止該真空泵之該轉子之旋轉。如上文所討論，一冷卻系統可用於使該真空泵(例如，轉子)之該溫度等於或低於該臨限溫度。

較佳地使用一或多個溫度感測器來量測該真空泵(例如，轉子)之該溫度。

在一進一步態樣中，本發明提供一種真空泵。該真空泵包括一泵室，其包含一轉子、一定子及經組態以控制該轉子之該旋轉速度之一控制器。

該轉子及定子經配置使得其等之間的距離確保若在操作期間該轉子正在高於一臨限RPM地旋轉且減緩至終止旋轉，則存在該轉子與該定子碰撞之一相對較高可能性。該臨限RPM係一熱穩態中之該最大旋轉速度，其中該轉子可在該轉子實質上不可能與該定子碰撞之情況下減緩直至終止旋轉。

在操作期間，當該轉子正在自大於該臨限RPM之一操作RPM減緩時，該控制器經組態以使該轉子之該旋轉速度減小至一中間RPM (依該中間RPM，該轉子實質上不可能與該定子碰撞)且使該旋轉速度在足以使該真空泵等於或低於一臨限溫度之一停留時間內保持該中間RPM。該中間RPM等於或低於該臨限RPM。該控制器經組態以在該停留時間之後使該轉子減緩旋轉直至終止旋轉。

該臨限溫度係該轉子在一熱穩態中正在依該臨限RPM旋轉時之該真空泵(例如，轉子)之該溫度。

該真空泵可進一步包括經組態以降低該真空泵之該溫度之一冷卻系統。

該冷卻系統可包括一冷卻風扇及/或一流體冷卻系統。該流體冷卻系統可為一水冷卻系統。該冷卻系統較佳地包括一冷卻風扇。

該冷卻系統可經組態以在操作期間冷卻該馬達。使用該冷卻系統來降低該真空泵之該溫度可有利地減少該真空泵之該溫度低於該臨限溫度所需之該停留時間。此繼而可減少達成終止該轉子之旋轉所需之時間。

該冷卻系統通常可耦合至該控制器，使得該控制器可控制該冷卻系統之該操作。此可有利地實現自動化該冷卻風扇之操作且除了經由該控制器來起始終止旋轉之外無需使用者輸入，例如，按壓一「關斷」命令。

該泵通常係一多級真空泵。該泵較佳地係一多級魯氏泵。例如，該泵可為由愛德華真空生產之一nXLi乾式多級魯氏泵或一nXRi乾式多級魯氏泵。

在一進一步態樣中，本發明提供一種包括一泵室之真空泵，該泵室包含一轉子及一定子及經組態以控制該轉子之該旋轉速度之一控制器。該轉子及定子經配置使得其等之間的最小距離使得若在操作期間該轉子正在高於一臨限RPM地旋轉且減緩至終止旋轉，則存在該轉子與該定子碰撞之一相對較高可能性。

該臨限RPM係一熱穩態中之該最大旋轉速度，其中該轉子可在該轉子實質上不可能與該定子碰撞之情況下減緩直至旋轉終止。該泵可包括經組態以量測該真空泵之該溫度之一溫度感測器。該控制器可耦合至該溫度感測器。

在操作期間，當該轉子正在自大於該臨限RPM之一操作RPM減緩時，該控制器經組態以依使得該轉子實質上不可能與該定子碰撞之一速率減小該轉子之該旋轉速度。此可藉由該溫度感測器依預定時間或實質上連續將溫度信號發送至該控制器來達成。

為免生疑問，一「該轉子與該定子碰撞之相對較高可能性」及「該轉子實質上不可能與該定子碰撞」係如上文中所界定。

該控制器可比較自該溫度感測器接收之該溫度信號與一預定轉子旋轉速度對泵臨限溫度。最大轉子旋轉速度對溫度臨限值可判定該轉子旋轉速度可在該轉子實質上不可能與該定子碰撞之情況下自其減緩至終止旋轉之各轉子旋轉速度處之最大可容許熱穩態泵溫度。較佳地，若該真空泵之量測溫度高於該預定轉子旋轉速度對泵溫度臨限值，則該控制器將減慢該轉子之該旋轉之減小速率。

為免生疑問，本文中所描述之態樣及實施例之特徵可經組合且仍落於本發明之範疇內。

圖1 (a至d)展示根據先前技術之一泵之一示意圖。圖展示一真空泵之一轉子級(1)之一橫截面圖。

轉子級(1)包括安裝於一轉子軸件(3)上之一轉子(2)。轉子軸件(3)可實質上平行於一泵方向(A)。泵方向(A)界定總體流體在使用泵期間流動之方向。泵方向(A)可界定一泵進口(圖中未展示)與一泵出口(圖中未展示)之間的方向。轉子級(1)進一步包括一對定子(4、5)。該對定子包含一上游定子(4)及一下游定子(5)。術語「上游」及「下游」界定各定子相對於一特定轉子之位置。上游定子(4)及下游定子(5)可各呈一級間分隔壁之形式。

圖1(a)展示關斷泵(即，轉子(2)不相對於該對定子(4、5)旋轉)時之轉子級(1)之配置。此展示轉子級(1)內之轉子(2)之組態及泵靜止時之泵內之間隙。

在轉子(2)與上游定子(4)之間，存在一上游轉子間距(x)，其界定轉子(2)與上游定子(4)之間的最小距離。在轉子(2)與下游定子(5)之間，存在一下游轉子間距(y)，其界定轉子(2)與下游定子(5)之間的最小距離。當轉子(2)不相對於該對定子(4、5)旋轉時，上游轉子間距(x)通常小於下游轉子間距(y)。

泵經組態使得上游轉子間距(x)及下游轉子間距(y)相對較小，同時確保在考量組件之製造容限之情況下轉子不碰觸一定子。此可減少真空泵之級之間的流體洩漏。

當轉子(2)靜止時，轉子級內之流體壓力處於平滑，即，轉子級(1)之上游端及轉子級(1)之下游端處之流體壓力之間實質上無差異。轉子級(1)之上游端可界定為介於上游定子(4)與轉子(2)之間。轉子級(1)之下游端可界定為介於轉子(2)與下游定子(5)之間。

圖1(b)展示已開啟泵時(即，在使用之最初20秒期間)之轉子級。當開啟泵時，轉子(2)相對於定子(4、5)在其旋轉軸(Z)上旋轉。

當旋轉轉子(2)時，在轉子級(1)之一上游端與一下游端之間建立一壓力梯度。流體壓力可在級之上游端處較低且在級之下游端處較高。因此，此可使轉子(2)之位置朝向級(1)之一上游端偏置。

此外，旋轉動力效應及轉子軸件(3)可旋轉地安裝於其上之軸承(圖中未展示)之安置促成轉子朝向轉子級(1)之上游端移位。

轉子(2)朝向轉子級(1)之上游端移位可相較於圖1(a)減小上游間隙(x)且增大下游間隙(y)。

轉子之此上游移位亦係可在設計泵時考量以最小化轉子(2)與定子(4)碰撞之風險之一因數。

圖1(c)展示泵已在運行且泵(轉子)之溫度已升高至一操作溫度(例如，85°C)時之轉子級(1)。操作溫度大於臨限溫度。

真空泵之溫度已升高且分別引起轉子(2)及定子(4、5)之差動熱膨脹，因為其等由不同材料製成。此有效地引起轉子(2)朝向轉子級(1)之下游端移位。

轉子(2)朝向轉子級(1)之下游端移位可相較於圖1(b)增大上游間隙(x)且減小下游間隙(y)。

圖1(d)展示泵(轉子)處於高於70°C之一溫度時、終止轉子(2)之旋轉時之轉子級(1)。真空泵之溫度高於臨限溫度。

當終止轉子(2)之旋轉時，轉子級(1)之上游端與下游端之間的壓力梯度減小。此消除轉子(2)之位置朝向轉子級(1)之上游端偏置以引起轉子(2)朝向轉子級(1)之下游端之一進一步移位。如圖中所展示，進一步移位引起轉子(2)與下游定子(5)碰撞。碰撞係因為下游間隙(y)有效變成零以導致轉子(2)與定子(5)之間的直接接觸。

此碰撞可導致損壞轉子(2)及/或定子(5)及機器停機時間。

圖2(a至d)展示根據本發明之一泵之操作之一示意圖。圖展示根據本發明之一泵之一轉子級(6)之一橫截面圖。

圖2(a)及圖2(b)實質上相同於圖1(a)及圖(b)，泵內之狀況及程序及因此描述將不重複。轉子級(6)包括經組態以控制轉子(7)之旋轉速度之一控制器(10)。

圖2(c)展示泵已在運行且泵之溫度已升高至高於環境溫度(例如，20°C)而至一操作溫度(例如，85°C)時之轉子級(6)。操作溫度大於臨限溫度。因為轉子及定子由各具有不同熱膨脹係數之不同材料製成，所以其等之加熱有效地引起轉子朝向轉子級(6)之下游端移位。

當使用根據本發明之一方法來關斷泵時，使轉子(7)之旋轉速度自操作RPM減小至一中間RPM。中間RPM小於臨限RPM。

轉子級(6)進一步包括經組態以在操作期間量測定子(8、9)之溫度之一溫度感測器(11)。轉子之溫度可自定子之溫度推斷。

轉子(7)之旋轉速度在一停留時間內保持中間RPM。在停留時間期間，溫度感測器(11)持續量測定子(8、9)之溫度。控制器(10)可比較自溫度感測器(11)接收之溫度信號與臨限溫度。當定子(8、9)之溫度指示轉子已下降至等於或低於臨限溫度(例如，等於或低於70°C)時，則可消除至轉子(7)之驅動，使得轉子減速至一靜止(例如，減緩)。

圖2(d)展示轉子(7)之旋轉已終止時之轉子級(6)。如圖中所展示，在轉子(7)減緩旋轉至終止旋轉期間，轉子(7)與定子(8、9)之間無碰撞。

圖2(c)與圖2(d)之間的下游間隙(y)中存在一小量減小，但不足以引起轉子(7)與定子(9)之間的一碰撞。

隨著泵進一步冷卻，泵將朝向圖2(a)中所展示之組態返回以依約環境溫度(例如，20°C)到達該初始組態。

圖3展示根據本發明之一泵之一操作方法之一流程圖。最初，在起始終止真空泵之轉子之旋轉之方法之前，轉子正在依一操作RPM旋轉(12)。操作RPM大於一臨限RPM，使得轉子無法在無轉子與定子碰撞之一相對較高可能性之情況下自操作RPM減緩至終止旋轉。

方法接著包括以下步驟：依一中間RPM旋轉轉子(13)。當依中間RPM旋轉時，轉子實質上不可能與定子碰撞。中間RPM等於或低於一臨限RPM。臨限溫度係轉子在一熱穩態中正在依臨限RPM旋轉時之真空泵之溫度。轉子在足以使真空泵等於或低於一臨限溫度之一停留時間內依中間RPM旋轉。

方法可進一步包括以下步驟：起始一冷卻系統(14)。冷卻系統可經組態以降低真空泵之溫度。溫度感測器較佳地可經組態以量測轉子或定子之溫度。

方法可進一步包括以下步驟：在停留時間期間經由一溫度感測器來量測真空泵之溫度(15)。可在整個停留時間內依預定時間間隔經由溫度感測器來量測溫度。預定時間間隔較佳地可為每秒或更少。

方法包括以下步驟：使轉子減緩旋轉直至終止旋轉(16)。

應瞭解，可在不背離由根據專利法所解譯之隨附申請專利範圍界定之本發明之精神及範疇之情況下對所展示之實施例進行各種修改。

1:轉子級 2:轉子 3:轉子軸件 4:上游定子 5:下游定子 6:轉子級 7:轉子 8:定子 9:定子 10:控制器 11:溫度感測器 12:最初，在起始終止真空泵之轉子之旋轉之方法之前，轉子正在依一操作RPM旋轉 13:依一中間RPM旋轉轉子 14:起始一冷卻系統 15:在停留時間期間經由一溫度感測器來量測真空泵之溫度 16:使轉子減緩旋轉直至終止旋轉 A:泵方向 x:上游轉子間隙 y:下游轉子間隙 Z:旋轉軸線

現將參考附圖依舉例方式描述本發明之較佳特徵，其中： 圖1(a至d)繪示根據先前技術之一泵之操作之一示意圖。 圖2(a至d)繪示根據本發明之一泵之操作之一示意圖。 圖3繪示根據本發明之一泵之一操作方法之一流程圖。

6:轉子級

7:轉子

8:定子

9:定子

10:控制器

11:溫度感測器

x:上游轉子間隙

y:下游轉子間隙

Claims (15)

1. 一種終止一真空泵之一轉子之旋轉之方法，該真空泵包括包含該轉子及一定子之一泵室； 其中在起始該方法之前，該轉子正在依一操作RPM旋轉， 其中該操作RPM大於一臨限RPM，使得該轉子無法在無該轉子與該定子碰撞之一相對較高可能性之情況下自該操作RPM減緩至終止旋轉； 該方法包括以下步驟： a)在足以使該真空泵等於或低於一臨限溫度之一停留時間內依一中間RPM旋轉該轉子，依該中間RPM，該轉子實質上不可能與該定子碰撞，其中該中間RPM等於或低於該臨限RPM； b)隨後，使該轉子減緩旋轉直至終止旋轉； 其中該臨限RPM係一熱穩態中之最大旋轉速度，其中該轉子可在該轉子實質上不可能與該定子碰撞之情況下減緩直至終止旋轉；且 其中該臨限溫度係該轉子在一熱穩態中正在依該臨限RPM旋轉時該真空泵之溫度。
2. 如請求項1之方法，其中該真空泵包括經組態以量測該真空泵之該溫度之一溫度感測器，該方法進一步包括以下步驟：在該停留時間期間經由該溫度感測器來量測該真空泵之該溫度及判定該溫度等於或低於該臨限溫度。
3. 如請求項2之方法，其包括經由該溫度感測器在整個該停留時間內依預定時間間隔量測該真空泵之該溫度，較佳地其中該預定時間間隔係每秒或更少。
4. 如請求項2或請求項3之方法，其包括以下步驟：僅在由該溫度感測器量測之該真空泵之該溫度小於或等於該臨限溫度之後起始該轉子自該中間RPM減緩旋轉直至終止旋轉。
5. 如請求項2至4中任一項之方法，其中該溫度感測器經組態以量測該轉子或該定子，較佳地該轉子之溫度。
6. 如請求項1之方法，其中在步驟(a)期間，在一預定停留時間內依一中間RPM旋轉該轉子。
7. 如請求項6之方法，其中該預定停留時間少於或等於約600秒，較佳地自約30秒至約480秒。
8. 如前述請求項中任一項之方法，其中該真空泵包括一控制器，且其中該方法由至該控制器之一單一使用者輸入起始。
9. 如前述請求項中任一項之方法，其中該真空泵包括經組態以降低該真空泵之該溫度之一冷卻系統，其中該方法包括操作該冷卻系統以降低該真空泵之該溫度之步驟，較佳地進一步包括在該轉子正在依該中間RPM旋轉時提高該冷卻系統之冷卻效能。
10. 如前述請求項中任一項之方法，其中該臨限RPM係自約5000 RPM至約8000 RPM，較佳地自約6000 RPM至約7500 RPM。
11. 一種終止一真空泵之一轉子之旋轉之方法，該真空泵包括包含該轉子及一定子之一泵室，其中該轉子正在旋轉且處於一熱穩態； 該方法包括以下步驟： a)量測該真空泵之溫度，較佳地該轉子及/或該定子之溫度； b)判定該轉子是否正在依大於一臨限RPM之一操作RPM旋轉； c)若如此，則根據請求項1至10中任一項中所界定之方法來終止該轉子之旋轉； 其中該臨限RPM係一熱穩態中之最大旋轉速度，其中該轉子可在該轉子實質上不可能與該定子碰撞之情況下減緩直至終止旋轉。
12. 一種包括一泵室之真空泵，該泵室包含一轉子、一定子及經組態以控制該轉子之旋轉速度之一控制器； 其中該轉子及定子經配置使得其等之間的最小距離使得若在操作期間該轉子正在高於一臨限RPM地旋轉且減緩至終止旋轉，則存在該轉子與該定子碰撞之一相對較高可能性； 其中該臨限RPM係一熱穩態中之最大旋轉速度，其中該轉子可在該轉子實質上不可能與該定子碰撞之情況下減緩直至終止旋轉， 其中在操作期間，當該轉子之該旋轉速度自大於該臨限RPM之一操作RPM減小時，該控制器經組態以使該轉子之該旋轉速度減小至依該轉子實質上不可能與該定子碰撞之一中間RPM且使該旋轉速度在足以使該真空泵等於或低於一臨限溫度之一停留時間內保持該中間RPM，其中該中間RPM等於或低於該臨限RPM； 該控制器經組態以在該停留時間之後使該轉子減緩旋轉直至終止旋轉； 其中該臨限溫度係該轉子在一熱穩態中正在依該臨限RPM旋轉時之該真空泵之該溫度。
13. 如請求項12之真空泵，其進一步包括經組態以量測該轉子及/或定子之溫度之一溫度感測器。
14. 如請求項12或13中任一項之真空泵，其進一步包括經組態以降低該轉子之該溫度之一冷卻系統，較佳地其中該冷卻系統包括一風扇。
15. 如請求項12至14中任一項之真空泵，其中該泵係一多級真空泵，較佳地一多級魯氏泵。

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