加长永久环形磁体和具有此种环形磁体的磁轴承制造技术

用于在旋转机械中使用的磁轴承（300）的单件式加长永久环形磁体（122、144），从而，在使用中所述轴承（300）具有平行于并居中地穿过环形磁体（122、144）的孔的旋转轴线（102），其中所述磁体（122、144）包括在磁体轴向端部之间的偶数个轴向极化区域（122a‑d、144a‑d），轴向相邻的极化区域彼此互相排斥。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于磁轴承布置的磁体、包括所述磁体的轴承布置和包括所述轴承布置的真空泵。特别地，本专利技术能够在磁轴承布置中特别有用，其减弱用于涡轮分子真空泵的杂散磁场，但是可以理解的是，本专利技术不限于此领域且其他应用可以被本领域技术人员理解。在下文中通过特定的应用对本专利技术进行描述。然而，可以理解的是，本专利技术不限于涡轮分子真空泵。
技术介绍
涡轮分子泵经常用作真空系统的部件，所述真空系统用于抽空装置，例如扫描电子显微镜（SEMs）和平板印刷装置。所述涡轮分子泵通常包括位于泵的高真空端部的不含油的被动永磁轴承布置，以提供大体上无摩擦的干燥轴承布置，所述大体上无摩擦的干燥轴承布置不含否则可能在抽空体积内造成污染的润滑材料。如EP2705263中所描述的，已知的被动永磁轴承布置应用多个单独的轴向堆叠环形磁体。此种布置的例子在图1和图2中示出。图1示出了典型涡轮分子泵200的截面图，所述涡轮分子泵包括一系列从转子轴108向外延伸的转子叶片106。被动磁轴承布置100、110位于轴108的高真空（入口）端部。轴承布置100、110包括固定到泵壳体的一系列三个单独的永磁体环100，所述永磁体环100被一系列三个单独的永磁体环110同心地环绕，所述永磁体环110被固定到转子布置106、108并与之一起围绕轴线102旋转。在图2中更详细地示出了用于涡轮分子泵（未示出）的被动永磁轴承布置10的又一示例的横截面图。在这个示例中，轴承布置10包括四个外部旋转的永磁体环12a、12b、12c和12d的阵列12和四个内部非旋转的永磁环14a、14b、14c和14d的阵列14，其布置以使得外部旋转的阵列12以同心的方式环绕内部静止的阵列14。磁体全部由稀土磁性材料形成，例如钐钴。外部阵列12附接于涡轮分子泵（未示出）的转子上，其中静止阵列14附接于所述泵的定子上。由于机械强度和实际结构的原因，一般情况下外部环阵列形成轴承装置的旋转部分而内部环形成静止部分。在此示例中，各个阵列12、14中的磁环12a到12d和14a到14d的磁化（即极化）相应地与泵转子（未示出）的旋转轴线102大致对准。磁化（极化）方向已经由箭头指出，其中各个箭头的头部指出北极。磁体布置在各个阵列内，使得它们相对于彼此互相排斥；即，阵列中的近端磁体以相同磁极接触相同阵列中的其最近相邻的磁体（例如，磁体12a和12b以其南极接触彼此）。各个阵列中的外部磁环12a、12d、14a、14d均使其北极面向最外面。布置10的各个阵列12、14中的磁体12a到12d和14a到14d定向成在阵列12、14之间提供互相排斥，且因此产生几乎无摩擦的轴承。很多其它构造是可能的，其使用不同数目的环，具有轴向或径向磁化，且布置成用于转子与定子之间的排斥力或吸引力。尽管多种构造都是可能的，但在环中的磁化方向相对于其旋转轴线102完美地对称时，它们全部都最佳地工作。旋转阵列12的环12a到12d中的磁化在图2中示为相对于其几何（旋转）轴线102完美地对称。然而，事实上，由于磁环的制造工艺的实际局限性，各个磁环12a到12d（且同样对于磁体14a到14d）的轴向磁化都是不完美的。尽管磁体的生产对于本领域技术人员来说是已知的，为了示出不完美在工艺中如何产生并在涡轮分子泵中导致问题，将在此描述简化的版本。生产磁体最常见的方法是通过粉末冶金。工艺通过形成精细粉末开始，随后在充电或者磁化之前压紧并烧结在一起。精细粉末通过几个步骤形成，其被设置为特定的颗粒尺寸以包含具有一个优选磁性指向的材料。在粉末形成之后，所述粉末被压紧成期望的形状。用于这一工艺的两个众所周知的技术是轴向/横向压制和等静压压制（isostaticpressing）。两个方法必要地包括将颗粒对准和固定，从而在完成的磁体中的所有磁性区域均指向一个方向。在轴向/横向压制中，粉末被放置进刚性腔室中，腔室成形为与最终磁体的形状匹配，并随后使用压制工具压紧。在压紧发生前，将对准磁场应用于粉末以保证所有颗粒都在相同的方向被对准。压紧动作固定或者说“冻结”这一对准。等静压压制是指，柔性容器填充有粉末，所述容器随后被密封，并对其应用对准磁场。所述容器随后使用液压流体（例如水）等静压地压制，从而压力被应用到密封容器的外部，在所有侧面均等地压紧所述密封容器。通过等静压压制，制造大型磁体以及由于压紧的压力均等地应用于所有侧面从而保证粉末保持相对好的对准并具有相对高的磁性能量这两者是可能的。压制部分随后在真空烧结炉中烧结，磁体周围的温度和气压根据生产的磁体的类型和等级指定。稀土材料被加热到烧结温度并使其随着时间变得致密。在上述示例中使用的钐钴磁体在烧结之后有固溶热处理的额外要求。当烧结工艺完成时，磁体具有粗糙表面和仅仅近似的尺寸，所以需要进一步的处理，通过例如磨光内表面和外表面以产生最终的抛光。此时，仍然没有展现外部磁场。在抛光工艺之后，磁体随后需要磁化以产生外部磁场。这可以在包括中空圆柱体的螺线管中完成，各种磁体尺寸和形状可以被放置在所述中空圆柱体中，或者使用设计成给予独特磁性图案的其他装置完成。因此，当阵列中的每个单独的磁体制成时，其每个在磁场方向的指向中会有微小的变化。因此每个单独的环形磁体互相之间具有轻微的不完美，从而阵列中的每个极化的轴向对准互相之间相对于旋转轴线102也将会是不完美（不对称）的。这在图3a和图3b中被示出。在轴向磁化的永磁环中观察到的最大磁性不对称通常是小角度误差，从而如图3中指出的，磁体的轴线偏离旋转轴线102几度的角度。根据磁体的质量或者等级，角度误差θ可能约为3°。这个误差可以视为相对于理想轴向磁化的小扰动；实际上，如图3b中示出的，横向磁偶极矩8叠加在预期的轴向偶极矩6上。除了横向偶极（一阶）不对称，存在高阶不对称，例如四极和六极不对称。不对称的幅度或者磁场强度通常随着磁极数量的增加而减少。当这些小的不对称在旋转磁体阵列12的任何环12a到12d中发生时，会产生时间变化磁场（对于静止磁体14a到14d，磁场是不变的）。这些2、4和6磁极不对称分别产生泵转子的旋转速度的1倍、2倍、3倍频率的时间变化磁场。扫描电子显微镜的性能受机械振动或涡轮分子泵发出的杂散磁场的高度影响，杂散磁场已知直接干涉电子束或仪器的电流。如在EP2705263中描述的，克服上述杂散一阶和二阶磁场问题的一个已知方法是通过有效抵消每个单独磁体的杂散磁场的方法组装用于永磁体轴承布置的旋转磁体阵列。这通过首先至少测量/表征多个磁体的一阶和二阶横向杂散磁场（即横向偶极和四极杂散磁场）的大小和相位（矢量）实现。随后，独立地对于至少四个环形磁体，相对于所述环形磁体上的参考点来计算阵列中的所述至少四个磁体中每个的相对角度指向和相对磁极方向，从而当阵列被组装时，将提供最小的时间变化磁场。这就是磁体的最佳相对指向，其中每个磁体的所有杂散磁场基本上被抵消。然而，上述方法的一个问题是许多磁体必须被表征，从而找到用于泵的磁体的可接受组合。换句话说，为了找到四个环形磁体的组合使得杂散磁场可以被基本上抵消，需要对多于四个磁体进行最初的表征。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述提到的问题。在第一方面，本专利技术提供用于磁轴承布置的单件式加长永久环形磁体，其在使用中具有旋转轴线，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在旋转机械中使用的磁轴承的单件式加长永久环形磁体，从而，在使用中所述轴承具有平行于环形磁体的孔并居中地穿过环形磁体的孔的旋转轴线，其中，所述磁体包括在磁体轴向端部之间的偶数个轴向极化区域，轴向相邻的极化区域彼此互相排斥。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.20 GB 1408899.11.一种用于在旋转机械中使用的磁轴承的单件式加长永久环形磁体，从而，在使用中所述轴承具有平行于环形磁体的孔并居中地穿过环形磁体的孔的旋转轴线，其中，所述磁体包括在磁体轴向端部之间的偶数个轴向极化区域，轴向相邻的极化区域彼此互相排斥。2.根据权利要求1所述的单件式环形磁体，包括至少四个轴向极化区域。3.一种磁轴承布置，包括旋转磁体和非旋转磁体，其中，旋转磁体包括根据权利要求1或2所述的单件式环形磁体，所述单件式环形磁体同心地围绕非旋转磁体，其中，非旋转磁体是单件式加长永久环形磁体，包括在磁体轴向端...

【专利技术属性】
技术研发人员：A威尔，BD布鲁斯特，
申请(专利权)人：爱德华兹有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB