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    • 专利摘要:
    本發明關於一種用於旋轉泵(2)的磁性轉子，其中轉子(1)可以磁性非接觸的方式被驅動和懸浮在用於輸送流體(3)之旋轉泵(2)的定子(5)內之泵殼體(4)中，並且轉子(1)藉由包括氟化烴之外封裝(6)封裝。依據本發明，轉子(1)包括被金屬套(7)套在外封裝(6)內的永久磁鐵(8)，且金屬套(7)包括由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬。本發明更關於工廠組件，特別是關於具有磁性轉子(1)的旋轉泵(2)。
    公开号:TW201323728A
    申请号:TW101125648
    申请日:2012-07-17
    公开日:2013-06-16
    发明作者:Reto Schob；Thomas Eberle；Natale Barletta
    申请人:Levitronix Gmbh；
    IPC主号:F04D13-00
    专利说明:
    磁性轉子及具有磁性轉子之旋轉泵
    本發明關於用於旋轉泵的磁性轉子，以及工廠組件，特別是關於依據申請專利範圍獨立項第1和8項的前言的具有磁性轉子的旋轉泵。
    磁性懸浮的旋轉泵本身在本領域中已經確立用於特定應用，其中葉輪係藉由磁力以浮動的方式懸浮在較佳地完全關閉的泵殼體的內部中，並且由旋轉場驅動，其由頻繁地配置在泵殼體的外側的定子所產生。這樣的泵係特別有利於這樣的應用，其中，被輸送的流體不可被污染，例如，用於輸送生物液體如血液或非常純的液體，如超純水。
    此外，這樣的旋轉泵適用於輸送腐蝕性液體，其會在很短的時間內破壞機械軸承。因此這樣的旋轉泵特別較佳使用在半導體工業中，例如用於機械性輸送在半導體晶圓的表面的處理中的腐蝕性流體。化學機械的拋光處理(Chemomechanical polishing processes；CMP，化學機械平坦化)，在這裡可以視為重要的例子。在這樣的處理中，典型地很細的固體顆粒之懸浮液，通常被稱為漿料，和液體被施加到旋轉的晶圓，並有作用於很細的半導體結構的拋光或研磨。另一個例子是到晶圓上的光阻劑或電腦硬碟片的表面之粗糙化的應用以藉由凡得瓦(Van der Waals)力防止寫入/讀出磁頭的黏性，亦即，例如，藉由凡得瓦力。
    磁性懸浮的旋轉泵亦較佳使用在用於其他高度腐蝕性物質的實務中。因此，例如，在半導體製造中用於抽排非常高度侵蝕性的化學品如硫酸(H2SO4)，其亦頻繁地必須被設置在升高的溫度下，例如在150℃至200℃，或甚至更高。另一種典型的，非常腐蝕性的酸是磷酸(H3PO4)，其在特定應用中必須仰賴在高達160℃或甚至更高的溫度下抽排。然而，鹽酸(HCl)的氫氟酸(HF)，硝酸(HNO3)，乙酸(CH3COOH)或氟化銨(NH4F2)亦然。在這方面，混合物也頻繁地被使用，例如硫酸和臭氧(H2SO4與O3)，硫酸與過氧化氫(H2SO4與H2O2)，或者，或例如，硫酸與氫氟酸和硝酸(H2SO4與HF和HNO3)的混合物。
    特定的氟化烴顯示對化學侵蝕性物質之特定的抵抗性，在這方面是已知的，特別是對先前提及的酸。因此，這同樣是已知，例如提供具有氟化烴的封裝之無軸承泵的轉子以盡可能保護設置在轉子的內部中的永久磁鐵免於的腐蝕性的酸或酸混合物的破壞性影響。
    然而，氟化烴並未非常頻繁地形成任何足夠的屏障對抗化學品的氣體組分。因此，從氟化烴的封裝，例如，僅具有非常有限的屏障效應對抗臭氧(O3)，其可以實質的量被包含，例如：在硫酸和臭氧(H2SO4與O3)之被抽排的混合物中。
    如果，例如臭氧透過氟化烴的封裝以足夠的量擴散到轉子的內部中的永久磁鐵，這對於在轉子中的永久磁鐵可以導致非常嚴重的損害；永久磁鐵可以例如：絕對地膨脹起來，以及在最壞的情況下，實際上可以爆裂轉子。
    不言自明的是，這些負面效應在升高的溫度下被巨大地放大，不因如通常地已知，擴散處理被遽增地在升高的溫度下加速。
    相反地，以上所有不在升高的溫度下，形成更好的擴散屏障的物質對於極度腐蝕性的酸係非常頻繁地不對抗。因此，如果試圖使用從氟化烴以外的材料之轉子封裝，這些封裝非常迅速地被腐蝕性的酸攻擊；封裝的材料可以由酸部分溶解或放洩，然後如雜質移動入被抽排的流體中，並可以在處理中的另一點發展破壞性的效應。
    如果封裝包含金屬，例如，金屬離子由酸可以被帶入溶液中，然後可以在後續的處理上具有效應，作為被抽排的流體的組分。這可以，例如：在半導體工業中的應用中具有幾乎災難性的後果，因為溶解的金屬離子可以，例如：即使在流體中在非常低的濃度下，以不受控制的方式改變被處理的半導體的摻雜，然後在最壞的情況中因此可以使半導體產品完全無法使用。
    類似的問題也可以相對於泵殼體自然地發生。如果，例如：泵殼體的內表面藉由氟化烴的層保護，氣體組分仍然可以透過其擴散，然後隨著時間破壞定子。
    因此，本發明的目的是提供用於旋轉泵的磁性轉子，其中設置在轉子的內部的永久磁鐵被保護免於以離子的形式溶解的液態和氣態的物質或被抽排的流體的物質之破壞效應，藉此轉子必需較少頻繁地被替換。此外，旋轉泵，特別是加套馬達泵，應該被本發明提供其，類似依據本發明的轉子，被充分保護免於前面提到的從先前技術已知的破壞性影響。在這方面，特別是免於具有氣體組分的腐蝕性的酸之足夠的保護應被提供，也用於在高溫下的使用。
    滿足這些目的之本發明的標的，其特徵在於申請專利範圍之獨立項第1和8項的特徵。
    申請專利範圍之附屬項關於本發明的特別有利的實施方式。
    本發明因此關於一種用於旋轉泵的磁性轉子，其中轉子可以磁性非接觸的方式被驅動和懸浮在用於輸送流體之旋轉泵的定子內之泵殼體中，並且轉子藉由包括氟化烴之外封裝。依據本發明，轉子包括被金屬套套在外封裝內的永久磁鐵，且金屬套包括由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬。
    因此，本發明的轉子的永久磁鐵被雙重封裝。內金屬套實質完全地包圍轉子的永久磁鐵；永久磁鐵特別較佳地由金屬套以氣密方式包圍。金屬套是交替地位於氟化烴所製成的外封裝內。在這方面，金屬套較佳地可以直接完全由封裝包裝，或是進一步的材料可被提供，取決於金屬套和外封裝之間的應用，例如匹配轉子的幾何形狀，質量或其他參數到特定的要求。因此，永久磁鐵也可以直接由金屬套包圍或進一步的材料可以位於金屬套和永久磁鐵之間，例如作為用於補償金屬套和/或永久磁鐵的不同的熱膨脹的熱補償裝置。為了這個目的，以間隙的形式之相應的間距自然也可以簡單地設置在金屬套和永久磁鐵之間。
    由於永久磁鐵被金屬套和外封裝雙重封裝，永久磁鐵同時也受到保護，例如，對如硫酸(H2SO4)的侵蝕性液體，亦在升高的溫度下，例如在150℃至200℃下，或甚至在更高的溫度下。它們係藉由氟化烴的外封裝從永久磁鐵屏蔽。然而，所呈現的任何氣體組分如臭氧，其同樣可以呈現在腐蝕性的液體化學品中，也被效地屏蔽。所呈現的任何氣體組分或酸的離子組分的屏蔽，其不阻礙或不足以被外封裝阻礙，並透過外封裝擴散到轉子的內部中，意味著它們在最新被藉由包圍永久磁鐵的金屬套拖延。
    已經發現在這方面，依據本發明的轉子的永久磁鐵甚至可以從非常腐蝕性的酸，如磷酸(H3PO4)被可靠地屏蔽，其必須可靠地在高達160℃的溫度下或在特定應用中甚至更高被抽排，但也從鹽酸(HCL)，氫氟酸(HF)，硝酸(HNO3)，乙酸(CH3COOH)或氟化銨(NH4F2)，以及也從其他化學腐蝕性的物質。在這方面，即使是混合物，例如硫酸和臭氧(H2SO4與O3)，硫酸與過氧化氫(H2SO4與H2O2)，或者，例如，硫酸與氫氟酸和硝酸(H2SO4與HF和HNO3)的混合物或其他化學高度腐蝕性混合物可以有效地屏蔽。
    轉子的使用壽命或工廠零件的使用壽命，其依據本發明塗覆有氟化烴的外層和由鉭，鈮，鋯，鉿，鈦，金，鉑，鈀，鋨，銦，釕和銠所組成的元素的群組中的金屬之設置於其下的第二層，係藉由本發明決定性地延長。
    在較佳的實施方式中，磁性轉子的金屬套僅由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬組成。在特別較佳用於實務的實施方式中，金屬套實質上只由鉭組成。
    氟化乙烯丙烯(FEP)，乙烯-四氟乙烯(ETFE)，聚四氟乙烯(PTFE)，全氟烷氧基(PFA)，乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)，聚偏二氟乙烯(PVDF)或不同的氟化烴的組合是特別較佳視為用於外封裝的氟化烴。在這方面，依據本發明的轉子的封裝較佳僅由聚四氟乙烯，全氟烷氧基，乙烯三氟氯乙烯或聚偏二氟乙烯材料的至少一者組成。
    在實務中，磁性轉子的永久磁鐵係作為規則以形狀配合的和/或力傳遞的方式被連接到金屬套，藉此永久磁鐵可以實質上不相對於維持在操作狀態中的轉子本體移動。對於轉子的安全的驅動器而言，這是決定性的，因為外磁驅動力自然接合在轉子的永久磁鐵，藉此用於抽排流體的轉子被設置成旋轉。金屬套同樣特別較佳地連接到封裝，特定到塑膠套，以形狀配合的和/或力傳遞的方式。
    在這方面，切出是特別有利地設置在永久磁鐵和金屬套之間，藉此金屬磁鐵的可被焊接而無永久磁鐵的損害，這將參照圖示在下面更詳細說明。
    最後，在實務中，已如上所述，熱補償裝置被設置，如有必要，以補償金屬套和/或永久磁鐵的不同的熱膨脹，藉此例如：在更高的溫度下，不會有多餘的機械應變被促使在金屬套和永久磁鐵之間。熱補償裝置非常頻繁地僅為介於永久磁鐵和金屬套之間的間隙，其被選定為適當地窄，藉此儘管間隙，形狀配合的和/或力傳遞的連接仍然可以在金屬套和永久磁鐵之間充分地確保。
    本發明更關於包括泵殼體的旋轉泵，此泵殼體具有入口，用於供給流體到泵殼體中，並具有出口，用於從泵殼體引離流體，且磁性轉子係在泵殼體中的定子內磁性非接觸地浮起，以及轉子係與用於輸送流體的驅動器操作地連接。在這方面，轉子係藉由包括氟化烴之外封裝封裝。依據本發明，轉子包括被金屬套套在封裝內的永久磁鐵，且金屬套包括由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬。
    為了保護定子本身免於被抽排的腐蝕性的流體，泵殼體的殼體壁的內表面可以設置有由氟化烴製成的塑膠屏障，且金屬屏障，例如以杯子或圓筒的形式，較佳被設置在殼體壁的內表面和定子之間，並由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬組成，藉此定子也理想地以完全類似於在轉子的內部中的永久磁鐵的形式被保護免於被抽排的腐蝕性的流體，特別是，也免於已經提到的具有氣體組分的酸混合物。
    轉子的金屬套和/或向定子的金屬屏障，特別是泵殼體的，在這方面係在特殊的實施方式中只由鉭，鈮，鋯，鉿，鈦，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬組成。
    在這方面，氟化烴特別有利地包括氟化乙烯丙烯(FEP)，乙烯-四氟乙烯(ETFE)，聚四氟乙烯(PTFE)，全氟烷氧基(PFA)，乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)或聚偏二氟乙烯(PVDF)或封裝和/或實質上只由聚四氟乙烯，全氟烷氧基，乙烯三氟氯乙烯或聚偏二氟乙烯的材料的至少一者所組成之在向定子的金屬屏障的內表面處的塑膠屏障。
    了解到，依據本發明的旋轉泵的轉子係自然地如上已述來設計，並且因此依據本發明的旋轉泵的轉子之重複的詳細描述在這點上係多餘的。
    有利地，本身已知很長一段時間的無軸承馬達可以被視為用於本發明的旋轉泵的驅動器，一般在任何所需的實施方式中具有定子，在特別較佳的實施方式中，同時被設計作為軸承定子和作為驅動器定子，並且轉子的軸向高度較佳小於或等於轉子的直徑的一半；因此，轉子是所謂的本身已知的盤型轉子。
    圖1以截面顯示依據本發明的磁性轉子1在示意性表示中。
    依據圖1用於旋轉泵2的磁性轉子1，如下面在參照圖2之特殊的實施方式中將進一步討論，可以以磁性非接觸的方式被驅動和懸浮在用於以本身已知的方式輸送流體3的旋轉泵2的定子5內的泵殼體4中。轉子1藉由包括氟化烴之外封裝6封裝，且封裝6的氟化烴，例如：包括聚四氟乙烯，全氟烷氧基，乙烯三氟氯乙烯或聚偏二氟乙烯。在圖1的特殊的例子中，封裝6僅由上述氟化烴中的至少一者組成。依據本發明，轉子1包括被金屬套7套在封裝6內的永久磁鐵8，且金屬套7包括由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬。在本特殊實施方式中，金屬套除雜質之外，僅由鉭組成。
    如圖1可以清楚地看出，永久磁鐵8以形狀配合的方式連接到金屬套7，且凹部9以倒角的形式被設置在永久磁鐵8和金屬套7之間的永久處，藉此金屬套7能夠被焊接而不被高溫損害永久磁鐵8，溫度在轉子1的製造中過高。藉此，透過封裝向永久磁鐵8所擴散的氣體組分的穿透在操作狀態下可以被防止，金屬套7較佳形成永久磁鐵8的氣密套，其時常在實務中被保證，其中，永久磁鐵8首先被定位在金屬套7內，並且金屬套7係然後以氣密方式焊接或銲錫。
    熱補償裝置10，其在這裡僅為永久磁鐵8和金屬套7之間適當的窄間隙，並作用於金屬套7和永久磁鐵8的不同的熱膨脹的補償，同樣可以於圖1中清楚地確認。
    圖2最後示意性地顯示旋轉泵2的截面，其係本身已知的，並配備有依據本發明的轉子1。旋轉泵2包括泵殼體4，泵殼體4具有用於供給流體3到泵殼體4的入口11，以及具有用於從泵殼體4引離流體3的出口12。流體3在這方面係，例如，具有部分氣體，例如，帶有臭氧的硫酸，之化學腐蝕性酸。為了傳送流體3，依據本發明的磁性轉子1以本身已知的方式磁性非接觸地懸浮在泵殼體4中的定子5內，且轉子1係磁性操作地與轉子1的永久磁鐵8連接並以與驅動器13相同已知的方式具體地由鐵片形成，驅動器13包括作為主要元件的電動線圈131和定子5。這裡驅動器是在特殊的實施方式中，所謂的無軸承馬達，本身已知的，其中定子5同時被設計為軸承定子和驅動器定子。在圖2的特定例子中，轉子1是所謂的盤型轉子，且轉子的軸向高度1較佳地為小於或等於轉子1的直徑的一半。
    在這方面了解到，本發明並不局限於盤型轉子，但是，它可以用在用於任何所欲的磁性懸浮的旋轉機器的所有轉子的類型的原則中。
    依據本發明，轉子1由氟化烴所製作的外封裝6封裝，並且被金屬套7套住的永久磁鐵8係設置於外封裝6內。在這方面，金屬套7包括鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬。
    由氟化烴所製作，並設置在泵殼體4的殼體壁41的內表面411中的塑膠屏障為清楚起見，未更詳細地顯示，且以杯400的形式之金屬屏障被設置在殼體壁41的內表面411和定子5之間，此杯包括由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的金屬。
    正如已經詳細描述於圖1中，永久磁鐵8以形狀配合的和/或力傳遞的方式被連接到金屬套7，且熱補償裝置10以金屬套7和永久磁鐵8之間之窄間隙的形式被設置用於補償金屬套7和永久磁鐵8之不同的熱膨脹。
    應理解到，本發明所有的上述實施方式僅應被理解為示例，或藉由示例被理解，並且本發明特別，但不是僅是，包括所述實施方式的所有合適的組合。
    1‧‧‧磁性轉子
    2‧‧‧旋轉泵
    3‧‧‧流體
    4‧‧‧泵殼體
    5‧‧‧定子
    6‧‧‧封裝
    7‧‧‧金屬套
    8‧‧‧永久磁鐵
    9‧‧‧凹部
    10‧‧‧熱補償裝置
    11‧‧‧入口
    12‧‧‧出口
    13‧‧‧驅動器
    41‧‧‧殼體壁
    131‧‧‧電動線圈
    400‧‧‧杯
    411‧‧‧內表面
    參照附圖，本發明將在下面更詳細的解釋。有顯示在示意性表示中：圖1依據本發明的轉子的實施方式；以及圖2依據本發明的旋轉泵。
    1‧‧‧磁性轉子
    6‧‧‧封裝
    7‧‧‧金屬套
    8‧‧‧永久磁鐵
    9‧‧‧凹部
    10‧‧‧熱補償裝置
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種用於一旋轉泵(2)的磁性轉子，其中該轉子可以磁性非接觸的方式被驅動和懸浮在用於輸送一流體(3)之該旋轉泵(2)的一定子(5)內之一泵殼體(4)中，並且該轉子藉由包括一氟化烴之一外封裝(6)封裝，其特徵在於，該轉子包括被一金屬套(7)套在該外封裝(6)內的一永久磁鐵(8)，且該金屬套(7)包括由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之磁性轉子，其中該金屬套(7)係由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬組成。
    [3] 如申請專利範圍第1或2項所述之磁性轉子，其中該封裝(6)的該氟化烴包括氟化乙烯-丙烯，乙烯-四氟乙烯，聚四氟乙烯)，全氟烷氧基，乙烯三氟氯乙烯或聚偏二氟乙烯，或封裝(6)係較佳由聚四氟乙烯，全氟烷氧基，乙烯三氟氯乙烯或聚偏二氟乙烯的材料之至少一者所組成。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之磁性轉子，其中該永久磁鐵(8)以一形狀配合的和/或一力傳遞的方式被連接到該金屬套(7)。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之磁性轉子，其中該金屬套(7)以一形狀配合的和/或一力傳遞的方式被連接到該封裝(6)。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之磁性轉子，其中一切口(9)係設置在該永久磁鐵(8)和該金屬套(7)之間，藉此該金屬套(7)可以被焊接而不損害該永久磁鐵(8)。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之磁性轉子，其中一熱補償裝置(10)被設置用於補償該金屬套(7)和/或該永久磁鐵(8)之不同的熱膨脹。
    [8] 一種旋轉泵，包括一泵殼體(4)，該泵殼體(4)具有一入口(11)，用於供給一流體(3)到該泵殼體(4)中，並具有一出口(12)，用於從該泵殼體(4)引離該流體(3)，其中，一磁性轉子(1)係在該泵殼體(4)中的一定子(5)內磁性非接觸地浮起，以及該轉子(1)係與用於輸送該流體(3)的一驅動器(13)操作地連接，其中該轉子(1)藉由包括一氟化烴之一外封裝(6)封裝，其特徵在於，該轉子(1)包括被一金屬套(7)套在該封裝(6)內的一永久磁鐵(8)，且該金屬套(7)包括由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之旋轉泵，其中該泵殼體(4)的一殼體壁(41)之一內表面(411)係設置有由該氟化烴所製成之一塑膠屏障，以及一金屬屏障係較佳地設置在該殼體壁(41)的該內表面(411)和該定子(5)之間，該定子(5)包括由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬。
    [10] 如申請專利範圍第8或9項所述之旋轉泵，其中該轉子(1)之該金屬套(7)和/或該金屬屏障係由鉭，鈮，鋯，鈦，鉿，金，鉑，鈀，鋨，銥，釕和銠所組成的元素的群組的至少一金屬組成。
    [11] 如申請專利範圍第8項所述之旋轉泵，其中該氟化烴包括氟化乙烯-丙烯，乙烯-四氟乙烯，聚四氟乙烯，全氟烷氧基，乙烯三氟氯乙烯或聚偏二氟乙烯，或該封裝(6)和/或在該內表面(411)的該塑膠屏障係較佳由聚四氟乙烯，全氟烷氧基，乙烯三氟氯乙烯或聚偏二氟乙烯的材料之至少一者所組成。
    [12] 如申請專利範圍第8項所述之旋轉泵，其中該永久磁鐵(8)以一形狀配合的和/或一力傳遞的方式被連接到該金屬套(7)；和/或其中該金屬套(7)以一形狀配合的和/或一力傳遞的方式被連接到該封裝(6)。
    [13] 如申請專利範圍第8項所述之旋轉泵，其中一切口(9)係設置在該永久磁鐵(8)和該金屬套(7)之間，藉此該金屬套(7)可以被焊接而不損害該永久磁鐵(8)。
    [14] 如申請專利範圍第8項所述之旋轉泵，其中一熱補償裝置(10)被設置用於補償該金屬套(7)和/或該永久磁鐵(8)之不同的熱膨脹。
    [15] 如申請專利範圍第8項所述之旋轉泵，其中該驅動器係一無軸承馬達，以及該定子(5)較佳地被設計為一軸承定子和一驅動器定子，且該轉子(1)的一軸向高度較佳地為小於或等於該轉子(1)的一直徑的一半。
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    同族专利:
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    EP11174669||2011-07-20||
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