一種軸向充磁的真空潔凈電機的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種軸向充磁的真空潔凈電機，屬于真空潔凈電機技術領域。本發明所述電機前端蓋安裝在電機機殼的前端，電機后端蓋安裝在電機機殼的后端，電機轉子軸的大部設置在電機機殼內，電機轉子軸的后端與電機后端蓋之間由一個陶瓷深溝球軸承轉動連接，電機轉子軸的前部與電機前端蓋之間由另一個陶瓷深溝球軸承轉動連接，電機前端蓋和電機后端蓋之間的電機轉子軸上設有四個轉子軛和兩個永磁體，每兩個轉子軛之間設有一個永磁體，中間的兩個相鄰的轉子軛中間設有一個轉子擋圈，最后端的轉子軛的外壁與電機轉子軸之間設有彈簧卡圈，電機機殼內固定有定子沖片，定子沖片由定子沖片鉚釘連接為一個整體。
【專利說明】
一種軸向充磁的真空潔凈電機
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種軸向充磁的真空潔凈電機，屬于真空潔凈電機技術領域。
【背景技術】
[0002]真空潔凈電機是指能工作在真空條件下并能滿足高潔凈度要求的電機。
[0003]真空潔凈電機主要滿足兩個方面的要求，即真空和潔凈兩方面。真空主要是指電機的使用環境要滿足一定的真空度，在該環境下電機能正常工作，并且電機本身不對真空環境造成影響。而這里的潔凈是指在真空的環境下，還必須滿足一定的潔凈度要求，除了塵埃外，還包括有機物分子等。電機在正常使用過程中不會影響環境的潔凈度，還能夠滿足正常的工作要求。
[0004]所以真空潔凈電機的使用要求是指在超潔凈、高真空環境下能穩定工作，在工作過程中溫升小、潔凈度高、放氣率低、精度高、穩定性強，并且電機本身不會對真空和潔凈環境造成影響。
[0005]目前，國內外對于“真空潔凈電機”并沒有統一的叫法，但是關于真空電機的研究已經有很多。
[0006]真空電機是近年來應用比較廣泛的機械產品，其原理和真空栗大同小異，主要是結構設計上的一些不同。國內外在真空技術方面所研究的主要方向集中在電機、栗在真空環境下的靜態性能；電機在工作過程中的溫升控制；電機內部的結構包括漆包線的高壓浸漬技術;電機的表面質量以及工作穩定性;真空材料的選擇等方面。
[0007]在潔凈方面，國內外所做的研究主要集中在空氣潔凈技術方面的應用，沒有在真空環境中討論潔凈方面的要求。
[0008]因為在真空條件下，缺少了很重要的一種傳熱方式一一對流，所以一般的電機在真空條件下，普遍存在散熱性不好等問題。真空潔凈電機就是在真空電機的基礎上對潔凈度有了更進一步的要求。這里的潔凈度要求除了要滿足氣體、塵埃等顆粒之外，還有揮發的油脂小分子等有機物分子。
[0009]國家重大科學工程-慣性約束激光核聚變裝置(ICF)融合超精密加工技術，精密微驅動技術和潔凈制造技術，需突破超潔凈、高真空和強電磁輻射下，超精密光機裝備的功能設計、潔凈精密制造及快捷拆裝技術等難題。其中，真空潔凈電機作為整個工程項目中的重要部件，對整個項目的進展起至關重要的作用。高性能真空潔凈電機需在超潔凈、高真空的環境下進行穩定工作，應用范圍相當的廣泛。高性能的真空潔凈電機在工作過程中溫升小、潔凈度高、放氣率低、精度高、穩定性強，從而能真正意義上自主實現國家重大科學工程的建設任務。就目前國內外市場而言，德國的Phytron真空電機應用相當廣泛且技術比較成熟，但造價相當的昂貴，而國內生產的真空電機還沒有真正意義上達到真空產品的標準，相關研究結果在結構優化、低溫升、高穩定性和潔凈度與國外比還有一定的差距，尤其是強輻射、高真空及超潔凈的工作環境下的電機的設計及使用特性相關研究很少。并且現有的真空電機很少遵循高潔凈度的要求，而有潔凈度要求的場合一般不是用于真空環境，高潔凈和高真空往往沒有同時考慮到。
[0010]綜上，真空潔凈步進電機是一種適合在超潔凈、高真空環境需要的新型驅動器。因為在高真空、超潔凈條件下電機的結構設計及性能特性研究很少，然而國家的戰略需求及多項重大科學工程對真空潔凈電機做驅動器的需求很大，針對激光約束核聚變裝置要求的結構緊湊、低溫升，超潔凈，高真空環境的使用特性，研制尺寸小，強度高，超潔凈，低溫升的真空潔凈電機，顯得迫在眉睫。
【發明內容】
[0011]本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，即針對激光約束核聚變裝置要求的結構緊湊、低溫升，超潔凈，高真空環境的使用特性，研制尺寸小，強度高，超潔凈，低溫升的真空潔凈電機，顯得迫在眉睫的問題。進而提供一種軸向充磁的真空潔凈電機。
[0012]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0013]—種軸向充磁的真空潔凈電機，包括:電機的轉子、電機的定子、電機前端蓋和電機后端蓋，所述電機的轉子包括電機轉子軸、陶瓷深溝球軸承、轉子軛、永磁體、轉子擋圈和彈簧卡圈，所述電機的定子包括定子沖片鉚釘、定子沖片和電機機殼，所述電機前端蓋安裝在電機機殼的前端，電機后端蓋安裝在電機機殼的后端，電機轉子軸的大部設置在電機機殼內，電機轉子軸的后端與電機后端蓋之間由一個陶瓷深溝球軸承轉動連接，電機轉子軸的前部與電機前端蓋之間由另一個陶瓷深溝球軸承轉動連接，電機前端蓋和電機后端蓋之間的電機轉子軸上設有四個轉子軛和兩個永磁體，每兩個轉子軛之間設有一個永磁體，中間的兩個相鄰的轉子軛中間設有一個轉子擋圈，最后端的轉子軛的外壁與電機轉子軸之間設有彈簧卡圈，電機機殼內固定有定子沖片，定子沖片由定子沖片鉚釘連接為一個整體。
[0014]所述永磁體采用鋁鎳鈷磁性材料。
[0015]所述定子沖片的材料為硅鋼片，每片定子沖片的厚度為0.35mm，共120片疊壓制作
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[0016]所述電機轉子軸的材料為45號鋼，電機轉子軸與轉子軛、轉子擋圈通過過盈配合連接在一起。
[0017]本發明具有以下技術效果:
[0018]采用陶瓷軸承，材料本身具有耐高溫度1200°C，并且獨具的無油自潤滑特性，能滿足在高真空和超潔凈環境中的使用要求。耐高溫使得軸承在100°c?800°C間不產生因溫差造成的膨脹。而無油自潤滑可以有效避免使用潤滑脂等對環境產生的有機污染。
[0019]永磁體采用軸向充磁，溫度系數小，高溫下不退磁，磁極磁化為軸向，并且在裝配后兩極磁化，充磁簡單。
[0020]電機各個部件通過配合加點焊的方式連接，采用機械加工和裝配方法保證連接的可靠性，所以控制各個零件的加工精度相當重要。避免采用膠結的方式，可以防止帶入有機污染，能滿足在高潔凈環境下的使用要求。
[0021]提出了真空潔凈電機的概念，并且提出了設計方案，設計出的產品可以滿足百級潔凈環境要求，真空度達10—4Pa,使用溫度為-20°C?+200°C的環境中使用，可以滿足高真空、超潔凈的使用環境。
[0022 ]本發明尤其適用于航空航天領域。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明軸向充磁的真空潔凈電機的整體結構剖面圖。
[0024]圖2為圖1的C向視圖。
[0025]圖3為本發明軸向充磁的真空潔凈電機的外部結構剖面圖。
[0026]圖4為電機轉子的外部結構示意圖。
[0027]圖5為電機轉子的剖面結構示意圖。
[0028]圖6為電機轉子的端面結構示意圖。
[0029]圖7為轉子軛的立體結構示意圖。
[0030]圖8為轉子軛的平面結構示意圖。
[0031 ]圖9為轉子軛的剖面結構示意圖。
[0032]圖10為定子沖片的結構示意圖。
[0033]圖11為繞組的連接結構示意圖。
[0034]圖中的附圖標記，I為電機轉子軸，2為電機前端蓋，3為陶瓷深溝球軸承，4為定子沖片鉚釘，5為轉子軛，6為永磁體，7為轉子擋圈，8為定子沖片，9為電機機殼，1為彈簧卡圈，11為電機后端蓋。
【具體實施方式】
[0035]下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發明的保護范圍不限于下述實施例。
[0036]如圖丨?圖10所示，本實施例所涉及的一種軸向充磁的真空潔凈電機，包括:電機的轉子、電機的定子、電機前端蓋2和電機后端蓋11，所述電機的轉子包括電機轉子軸1、陶瓷深溝球軸承3、轉子軛5、永磁體6、轉子擋圈7和彈簧卡圈10，所述電機的定子包括定子沖片鉚釘4、定子沖片8和電機機殼9，所述電機前端蓋2安裝在電機機殼9的前端，電機后端蓋11安裝在電機機殼9的后端，電機轉子軸I的大部設置在電機機殼9內，電機轉子軸I的后端與電機后端蓋11之間由一個陶瓷深溝球軸承3轉動連接，電機轉子軸I的前部與電機前端蓋2之間由另一個陶瓷深溝球軸承3轉動連接，電機前端蓋2和電機后端蓋11之間的電機轉子軸I上設有四個轉子軛5和兩個永磁體6，每兩個轉子軛5之間設有一個永磁體6，中間的兩個相鄰的轉子軛5中間設有一個轉子擋圈7，最后端的轉子軛5的外壁與電機轉子軸I之間設有彈簧卡圈10，電機機殼9內固定有定子沖片8，定子沖片8由定子沖片鉚釘4連接為一個整體。
[0037]如圖1和圖5所示，電機的轉子結構為兩個導磁圓盤(轉子軛)中間夾著一個永磁體(圓柱形)軸向串在一起，中間留下2mm的間隔用于散熱。兩個轉子軛的外圓齒距相同，彼此錯開1/2個齒距安裝，每節轉子軛50個齒，步距角為1.8°。為了增大轉矩，軸向均布兩節相同的轉子軛對，中間用轉子擋圈分開，轉子擋圈的材料為銅，同時也起散熱作用。永磁體6采用鋁鎳鈷磁性材料，溫度系數小，高溫下不退磁，磁極磁化為軸向，N極和S極在裝配后兩極磁化，充磁簡單。電機轉子軸的材料為45號鋼，與轉子軛、轉子擋圈通過過盈配合連接在一起。
[0038]定子部件如圖1所示，與轉子齒對應的定子，主極內徑有與轉子齒節距相同的小齒，與轉子齒的磁通在氣隙處相互作用，產生電磁轉矩，其氣隙為0.1_。定子部件主要由定子沖片、電機機殼等組成。其中定子沖片如圖10所示，定子沖片的材料為硅鋼片，每片定子沖片的厚度為0.35mm，共120片疊壓制作而成，通過定子沖片鉚釘固連在電機機殼內。
[0039]繞組共八個線圈，每個線圈32匝，采用耐高溫真空環境漆包線，線徑為0.5_(帶漆皮)。
[0040]在選擇電機材料的時候，所選擇的材料的放氣率要小，必須選擇滿足潔凈要求的真空材料，并且為了防止在高真空條件下的發熱，材料的導熱性好。所以電機各部分選擇銅、鋁合金、不銹鋼、耐高溫真空環境漆包線等，可以滿足使用要求。為了避免因磨損產生固體小顆粒污染，對于重要的表面(接觸、旋轉等表面)可以利用等離子體浸沒離子注入技術，這樣可以增加材料表面硬度，提高表面耐磨性，同時又不改變表面粗糙度，可以滿足高潔凈環境下的使用。
[0041]采用開孔、熱對稱性、多間隙等結構設計，能有效減小熱膨脹，有利于電機的散熱。
[0042]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，這些【具體實施方式】都是基于本發明整體構思下的不同實現方式，而且本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種軸向充磁的真空潔凈電機，其特征在于，包括:電機的轉子、電機的定子、電機前端蓋(2)和電機后端蓋(11)，所述電機的轉子包括電機轉子軸(I)、陶瓷深溝球軸承(3)、轉子軛(5)、永磁體(6)、轉子擋圈(7)和彈簧卡圈(10)，所述電機的定子包括定子沖片鉚釘(4)、定子沖片(8)和電機機殼(9)，所述電機前端蓋(2)安裝在電機機殼(9)的前端，電機后端蓋(11)安裝在電機機殼(9)的后端，電機轉子軸(I)的大部設置在電機機殼(9)內，電機轉子軸(I)的后端與電機后端蓋(11)之間由一個陶瓷深溝球軸承(3)轉動連接，電機轉子軸(I)的前部與電機前端蓋(2)之間由另一個陶瓷深溝球軸承(3)轉動連接，電機前端蓋(2)和電機后端蓋(11)之間的電機轉子軸(I)上設有四個轉子軛(5)和兩個永磁體(6)，每兩個轉子軛(5)之間設有一個永磁體(6)，中間的兩個相鄰的轉子軛(5)中間設有一個轉子擋圈(7)，最后端的轉子軛(5)的外壁與電機轉子軸(I)之間設有彈簧卡圈(10)，電機機殼(9)內固定有定子沖片(8)，定子沖片(8)由定子沖片鉚釘(4)連接為一個整體。2.根據權利要求1所述的軸向充磁的真空潔凈電機，其特征在于，所述永磁體(6)采用鋁鎳鈷磁性材料。3.根據權利要求1所述的軸向充磁的真空潔凈電機，其特征在于，所述定子沖片(8)的材料為硅鋼片，每片定子沖片(8)的厚度為0.35mm，共120片疊壓制作而成。4.根據權利要求1所述的軸向充磁的真空潔凈電機，其特征在于，所述電機轉子軸(I)的材料為45號鋼，電機轉子軸(I)與轉子軛、轉子擋圈通過過盈配合連接在一起。
【文檔編號】H02K1/27GK105871146SQ201610182738
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】陳家軒, 張慶春, 包鋼
【申請人】哈爾濱工業大學