CN105846629A - 一种径向充磁的真空洁净电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种径向充磁的真空洁净电机，属于真空洁净电机技术领域。本发明电机转子轭一和电机转子轭二为一组，电机转子轭一的外侧和电机转子轭二的外侧均设有一个转子体挡圈，两组电机转子轭相邻的两个转子体挡圈之间设有转子间隔环，电机转子轴的后部设有转子轴卡簧，电机转子轭三、电机转子轭四、电机转子轭一和电机转子轭二上均设有电机转子轭定位销，电机转子轭三、电机转子轭四、电机转子轭一和电机转子轭二上均布有转子永磁体嵌口，转子永磁体嵌口内设有转子永磁体，电机转子轴后端的陶瓷深沟球轴承与电机后端盖之间设有轴承弹簧垫，电机转子轭与电机机壳之间设有定子冲片，定子冲片上设有定子冲片铆钉。本发明尤其适用于航空航天领域。

Description

一种径向充磁的真空洁净电机

技术领域

本发明涉及一种径向充磁的真空洁净电机，属于真空洁净电机技术领域。

背景技术

真空洁净电机是指能工作在真空条件下并能满足高洁净度要求的电机。

真空洁净电机主要满足两个方面的要求，即真空和洁净两方面。真空主要是指电机的使用环境要满足一定的真空度，在该环境下电机能正常工作，并且电机本身不对真空环境造成影响。而这里的洁净是指在真空的环境下，还必须满足一定的洁净度要求，除了尘埃外，还包括有机物分子等。电机在正常使用过程中不会影响环境的洁净度，还能够满足正常的工作要求。

所以真空洁净电机的使用要求是指在超洁净、高真空环境下能稳定工作，在工作过程中温升小、洁净度高、放气率低、精度高、稳定性强，并且电机本身不会对真空和洁净环境造成影响。

目前，国内外对于“真空洁净电机”并没有统一的叫法，但是关于真空电机的研究已经有很多。

真空电机是近年来应用比较广泛的机械产品，其原理和真空泵大同小异，主要是结构设计上的一些不同。国内外在真空技术方面所研究的主要方向集中在电机、泵在真空环境下的静态性能；电机在工作过程中的温升控制；电机内部的结构包括漆包线的高压浸渍技术；电机的表面质量以及工作稳定性；真空材料的选择等方面。

在洁净方面，国内外所做的研究主要集中在空气洁净技术方面的应用，没有在真空环境中讨论洁净方面的要求。

因为在真空条件下，缺少了很重要的一种传热方式——对流，所以一般的电机在真空条件下，普遍存在散热性不好等问题。真空洁净电机就是在真空电机的基础上对洁净度有了更进一步的要求。这里的洁净度要求除了要满足气体、尘埃等颗粒之外，还有挥发的油脂小分子等有机物分子。

国家重大科学工程-惯性约束激光核聚变装置(ICF)融合超精密加工技术，精密微驱动技术和洁净制造技术，需突破超洁净、高真空和强电磁辐射下，超精密光机装备的功能设计、洁净精密制造及快捷拆装技术等难题。其中，真空洁净电机作为整个工程项目中的重要部件，对整个项目的进展起至关重要的作用。高性能真空洁净电机需在超洁净、高真空的环境下进行稳定工作，应用范围相当的广泛。高性能的真空洁净电机在工作过程中温升小、洁净度高、放气率低、精度高、稳定性强，从而能真正意义上自主实现国家重大科学工程的建设任务。就目前国内外市场而言，德国的Phytron真空电机应用相当广泛且技术比较成熟，但造价相当的昂贵，而国内生产的真空电机还没有真正意义上达到真空产品的标准，相关研究结果在结构优化、低温升、高稳定性和洁净度与国外比还有一定的差距，尤其是强辐射、高真空及超洁净的工作环境下的电机的设计及使用特性相关研究很少。并且现有的真空电机很少遵循高洁净度的要求，而有洁净度要求的场合一般不是用于真空环境，高洁净和高真空往往没有同时考虑到。

综上，真空洁净步进电机是一种适合在超洁净、高真空环境需要的新型驱动器。因为在高真空、超洁净条件下电机的结构设计及性能特性研究很少，然而国家的战略需求及多项重大科学工程对真空洁净电机做驱动器的需求很大，针对激光约束核聚变装置要求的结构紧凑、低温升，超洁净，高真空环境的使用特性，研制尺寸小，强度高，超洁净，低温升的真空洁净电机，显得迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即针对激光约束核聚变装置要求的结构紧凑、低温升，超洁净，高真空环境的使用特性，研制尺寸小，强度高，超洁净，低温升的真空洁净电机，显得迫在眉睫的问题。进而提供一种径向充磁的真空洁净电机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种径向充磁的真空洁净电机，包括：电机机壳、定子冲片铆钉、定子冲片、电机前端盖、电机后端盖、轴承弹簧垫、电机转子轴、电机转子轭三、电机转子轭四、电机转子轭定位销、转子永磁体、转子体挡圈、转子间隔环、电机转子轭一、电机转子轭二、转子轴卡簧和陶瓷深沟球轴承，所述电机前端盖安装在电机机壳的前端，电机后端盖安装在电机机壳的后端，电机转子轴的主体部分设置在电机机壳内，电机转子轴的后端与电机后端盖之间由一个陶瓷深沟球轴承转动连接，电机转子轴的前端与电机前端盖之间由另一个陶瓷深沟球轴承转动连接，电机前端盖和电机后端盖之间的电机转子轴上安装有两组电机转子轭，电机转子轭三和电机转子轭四为一组，电机转子轭三的外侧和电机转子轭四的外侧均设有一个转子体挡圈，电机转子轭一和电机转子轭二为一组，电机转子轭一的外侧和电机转子轭二的外侧均设有一个转子体挡圈，两组电机转子轭相邻的两个转子体挡圈之间设有转子间隔环，电机转子轴的后部设有转子轴卡簧，电机转子轭三、电机转子轭四、电机转子轭一和电机转子轭二上均设有电机转子轭定位销，电机转子轭三、电机转子轭四、电机转子轭一和电机转子轭二上均布有转子永磁体嵌口，转子永磁体嵌口内设有转子永磁体，电机转子轴后端的陶瓷深沟球轴承与电机后端盖之间设有轴承弹簧垫，电机转子轭与电机机壳之间设有定子冲片，定子冲片上设有定子冲片铆钉。

定子冲片材料为硅钢片，厚度为0.35mm，共120片叠压制作而成，通过铆钉固连在机壳内。

电机转子轴的材料为45号钢，电机转子轴与电机转子轭、转子体挡圈、转子间隔环通过过盈配合连接在一起。

所述转子永磁体由钐钴合金磁性材料制成。

本发明具有以下技术效果：

采用陶瓷轴承，材料本身具有耐高温度1200℃，并且独具的无油自润滑特性，能满足在高真空和超洁净环境中的使用要求。耐高温使得轴承在100℃～800℃间不产生因温差造成的膨胀。而无油自润滑可以有效避免使用润滑脂等对环境产生的有机污染。

与两相HB型步进电机不同，转子永磁体采用独特的径向充磁，钐钴合金磁性材料磁性能高，在高温、高真空等特殊环境下性能好，且用多个磁体分开，可以避免发热严重，利于散热。

电机各个部件通过配合加点焊的方式连接，采用机械加工和装配方法保证连接的可靠性，所以控制各个零件的加工精度相当重要。避免采用胶结的方式，可以防止带入有机污染，能满足在高洁净环境下的使用要求。

提出了真空洁净电机的概念，并且提出了设计方案，设计出的产品可以满足百级洁净环境要求，真空度达10^-4Pa，使用温度为-20℃～+200℃的环境中使用，可以满足高真空、超洁净的使用环境。

本发明尤其适用于航空航天领域。

附图说明

图1为本发明径向充磁的真空洁净电机的整体结构剖面图。

图2为图1的C向视图。

图3为转子体的结构示意图。

图4为图3的D向视图。

图5为电机转子轭的结构示意图。

图6为图5的E-E剖视图。

图7为电机机壳、定子冲片和定子冲片铆钉的连接结构示意图。

图8为图7的F-F剖视图。

图9为转子永磁体的结构示意图。

图10为绕组的连接结构示意图。

图中的附图标记，1为电机机壳，2为定子冲片铆钉，3为定子冲片，4为电机前端盖，5为电机后端盖，6为轴承弹簧垫，7为电机转子轴，8为电机转子轭三，9为电机转子轭四，10为电机转子轭定位销，11为转子永磁体，12为转子体挡圈，13为转子间隔环，14为电机转子轭一，15为电机转子轭二，16为转子轴卡簧，17为陶瓷深沟球轴承，18为转子永磁体嵌口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1～图9所示，本实施例所涉及的一种径向充磁的真空洁净电机，包括：电机机壳1、定子冲片铆钉2、定子冲片3、电机前端盖4、电机后端盖5、轴承弹簧垫6、电机转子轴7、电机转子轭三8、电机转子轭四9、电机转子轭定位销10、转子永磁体11、转子体挡圈12、转子间隔环13、电机转子轭一14、电机转子轭二15、转子轴卡簧16和陶瓷深沟球轴承17，所述电机前端盖4安装在电机机壳1的前端，电机后端盖5安装在电机机壳1的后端，电机转子轴7的主体部分设置在电机机壳1内，电机转子轴7的后端与电机后端盖5之间由一个陶瓷深沟球轴承17转动连接，电机转子轴7的前端与电机前端盖4之间由另一个陶瓷深沟球轴承17转动连接，电机前端盖4和电机后端盖5之间的电机转子轴7上安装有两组电机转子轭，电机转子轭三8和电机转子轭四9为一组，电机转子轭三8的外侧和电机转子轭四9的外侧均设有一个转子体挡圈12，电机转子轭一14和电机转子轭二15为一组，电机转子轭一14的外侧和电机转子轭二15的外侧均设有一个转子体挡圈12，两组电机转子轭相邻的两个转子体挡圈12之间设有转子间隔环13，电机转子轴7的后部设有转子轴卡簧16，电机转子轭三8、电机转子轭四9、电机转子轭一14和电机转子轭二15上均设有电机转子轭定位销10，电机转子轭三8、电机转子轭四9、电机转子轭一14和电机转子轭二15上均布有转子永磁体嵌口18，转子永磁体嵌口18内设有转子永磁体11，电机转子轴7后端的陶瓷深沟球轴承17与电机后端盖5之间设有轴承弹簧垫6，电机转子轭与电机机壳1之间设有定子冲片3，定子冲片3上设有定子冲片铆钉2。

本实施例的轴承前后端各1个，分别与前后端盖连接，采用陶瓷轴承，主要是考虑到在真空条件下的散热问题。电机转子轭结构如图1、图3所示，共有四个即两对，材料为电工纯铁，一对电机转子轭组成一个圆盘并通过转子永磁体连接在一起，两个圆盘的齿错开1/2个齿距安装，电机转子轭定位销起定位的作用，中间留下2mm的间隔用于散热。每节电机转子轭50个齿，步距角为1.8°。为了增大转矩，轴向均布两节相同的转子轭对，中间用转子间隔环分开，其材料为铜，同时也起散热作用。轴端挡圈用于电机转子轭的轴向定位，同时也起散热作用。转子永磁体采用钐钴合金磁性材料，磁性能高，在高温、高真空等特殊环境下性能好。一对连接的转子体采用径向充磁，充磁方向相反，每边八个，两节各十六个，插在转子轭中。转子挡圈一共四个，材料为铝合金，用于转子轭和永磁体的轴向定位，同时也起到散热作用。电机转子轴的材料为45号钢，电机转子轴与电机转子轭、转子体挡圈、转子间隔环通过过盈配合连接在一起。

定子部件如图7、图8所示，与转子齿对应的定子，主极内径有与转子齿节距相同的小齿，与转子齿的磁通在气隙处相互作用，产生电磁转矩，其气隙为0.1mm。定子部件主要由定子冲片、电机机壳等组成。其中定子冲片如图7所示，定子冲片材料为硅钢片，厚度为0.35mm，共120片叠压制作而成，通过铆钉固连在机壳内。

绕组共八个线圈，每个线圈32匝，采用耐高温真空环境漆包线，线径为0.5mm(带漆皮)。

在选择电机材料的时候，所选择的材料的放气率要小，必须选择满足洁净要求的真空材料，并且为了防止在高真空条件下的发热，材料的导热性好。所以电机各部分选择铜、铝合金、不锈钢、耐高温真空环境漆包线等，可以满足使用要求。为了避免因磨损产生固体小颗粒污染，对于重要的表面(旋转、接触等表面)利用等离子体浸没离子注入技术，这样可以增加材料表面硬度，提高表面耐磨性，同时又不改变表面粗糙度，可以满足高洁净环境下的使用。

采用开孔、热对称性、多间隙等结构设计，能有效减小热膨胀，有利于电机的散热。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种径向充磁的真空洁净电机，其特征在于，包括：电机机壳(1)、定子冲片铆钉(2)、定子冲片(3)、电机前端盖(4)、电机后端盖(5)、轴承弹簧垫(6)、电机转子轴(7)、电机转子轭三(8)、电机转子轭四(9)、电机转子轭定位销(10)、转子永磁体(11)、转子体挡圈(12)、转子间隔环(13)、电机转子轭一(14)、电机转子轭二(15)、转子轴卡簧(16)和陶瓷深沟球轴承(17)，所述电机前端盖(4)安装在电机机壳(1)的前端，电机后端盖(5)安装在电机机壳(1)的后端，电机转子轴(7)的主体部分设置在电机机壳(1)内，电机转子轴(7)的后端与电机后端盖(5)之间由一个陶瓷深沟球轴承(17)转动连接，电机转子轴(7)的前端与电机前端盖(4)之间由另一个陶瓷深沟球轴承(17)转动连接，电机前端盖(4)和电机后端盖(5)之间的电机转子轴(7)上安装有两组电机转子轭，电机转子轭三(8)和电机转子轭四(9)为一组，电机转子轭三(8)的外侧和电机转子轭四(9)的外侧均设有一个转子体挡圈(12)，电机转子轭一(14)和电机转子轭二(15)为一组，电机转子轭一(14)的外侧和电机转子轭二(15)的外侧均设有一个转子体挡圈(12)，两组电机转子轭相邻的两个转子体挡圈(12)之间设有转子间隔环(13)，电机转子轴(7)的后部设有转子轴卡簧(16)，电机转子轭三(8)、电机转子轭四(9)、电机转子轭一(14)和电机转子轭二(15)上均设有电机转子轭定位销(10)，电机转子轭三(8)、电机转子轭四(9)、电机转子轭一(14)和电机转子轭二(15)上均布有转子永磁体嵌口(18)，转子永磁体嵌口(18)内设有转子永磁体(11)，电机转子轴(7)后端的陶瓷深沟球轴承(17)与电机后端盖(5)之间设有轴承弹簧垫(6)，电机转子轭与电机机壳(1)之间设有定子冲片(3)，定子冲片(3)上设有定子冲片铆钉(2)。

2.根据权利要求1所述的径向充磁的真空洁净电机，其特征在于，定子冲片材料为硅钢片，厚度为0.35mm，共120片叠压制作而成，通过铆钉固连在机壳内。

3.根据权利要求1所述的径向充磁的真空洁净电机，其特征在于，电机转子轴的材料为45号钢，电机转子轴与电机转子轭、转子体挡圈、转子间隔环通过过盈配合连接在一起。

4.根据权利要求1所述的径向充磁的真空洁净电机，其特征在于，所述转子永磁体由钐钴合金磁性材料制成。