CN101325360A - 一种磁力传动器 - Google Patents

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丛明
李腾
姜英
杜宇
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本发明属于工业用机器人技术领域，特别涉及在IC制造产业中，在真空环境中起硅片传输与定位作用的硅片传输机器人用的一种磁力传动器。磁力传动器包括实现转矩传入的动力输入部分，实现转矩输出的动力输出部分，壳体部分和磁路部分；动力输入部分中，动力输入设备通过端键与输入轴相联接，外转子通过键与输入轴相联接，外转子通过深沟球轴承与壳体进行定位；磁路部分中，内转子与内永磁体，外转子与外永磁体的联接方式均采用胶接。本发明的磁力传动器结构紧凑、磁体分布紧密、体积小、传递力矩较大、控制容易、运行平稳、拆装方便、运动惯量小，可应用于洁净度要求较高的真空机器人上。

Description

一种磁力传动器
技术领域
本发明属于工业用机器人技术领域，特别涉及在IC制造产业中，在真空环境中起硅片传输与定位作用的硅片传输机器人用的一种磁力传动器。
背景技术
近年来，随着科学技术和信息产业的不断发展，对硅片的加工与制造环境提出了更高的要求，尤其是在IC制造业中，可靠度、洁净度和精密度等技术指标的提高已经成为产业发展的趋势。为了适应这种要求，国外一些公司开发出了用于硅片传输的真空机器人，如美国的brooks公司和日本的rorze公司。
目前，真空机器人普遍采用的是机械传动。机械传动由于零部件的接触摩擦，不可避免地产生尘埃粒子，从而影响了环境的洁净度。因此，为了减少机械传动部件对环境的污染，使机器人适应于在更高洁净环境和真空环境下的应用，传统的机械传动技术和普通机器人机构已满足不了应用发展的需求，于是我们提出了面向真空机器人的磁力传动技术的研究。
磁力传动技术是以现代磁学的基本理论，应用永磁材料或电磁铁磁极所产生同性相斥、异性相吸的磁力作用，来实现力或力矩无接触传递的一种新技术。实现这一技术的装置称为磁力传动器，又称为磁力驱动器、磁力耦合器、磁力联轴器等。
在现有的技术中，对磁力传动设备的研究相对较少，应用于真空机器人上的磁力传动器在国内处于空白阶段。国内为数不多的几项磁力传动方面的发明专利，主要是应用在磁力泵和运输机械方面。如公开号为CN1163504，名称为磁力传动装置的发明专利，结构特点是把旋转运动转化为直线运动，其主要应用范围是汽车和拖拉机等运输机械。国内还没有应用于真空机器人方面的磁力传动器专利。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服结构缺陷，提出一种应用于真空机器人上的，能实现同步传动的，在传动的同时能起到一定承压密封作用的，可以在非机械接触的情况下传递运动和力矩的径向型圆筒式永磁磁力传动器。外转子上粘结外永磁体，内转子上粘结内永磁体，内转子和外转子之间设置有密封罩组成一个封闭的空间，能够有效防止空气中尘埃粒子和由于机械接触所产生的粒子带来的污染，从而提高精密度。磁力传动器采用转矩的径向型外传内结构形式，有效解决了机械传动过程中存在的振动、无法准确对心以及密封的问题。
本发明采用的技术方案如下：本发明所述的一种磁力传动器，包括实现转矩传入的动力输入部分，实现转矩输出的动力输出部分，壳体部分和磁路部分。动力输入部分中，动力输入设备通过端键10与输入轴11相联接，外转子8通过键9与输入轴11相联接，外转子8通过深沟球轴承15、深沟球轴承16和深沟球轴承20与壳体14进行定位；磁路部分中，内转子6与内永磁体18，外转子8与外永磁体19的联接方式均采用胶接，内永磁体18和外永磁体19均是弧形的片状单元，其中，外永磁体19通过强力胶粘接在外转子8的内壁上，并通过外转子8的轴肩支撑定位；内永磁体18通过强力胶粘接在内转子6的外壁上，并通过内转子6的轴肩支撑定位；内转子6上共计粘接有18片内永磁体18，相邻两片内永磁体18的磁极排布方向采用反向安装，外转子8上共计粘接有18片外永磁体19，相邻两片外永磁体19的磁极分布方向采用反向安装；内永磁体18和外永磁体19均采取了N、S级交替连续排布的力矩组合推拉的结构形式；壳体部分中，密封罩1为T型圆柱状，其中前端薄壁圆筒状的部分安装在内永磁体18和外永磁体19之间，并且与内永磁体18和外永磁体19均不发生接触，留有一定间隙；密封罩1通过螺栓21与壳体14相联接，密封罩1和壳体14之间安装有密封圈7，后端盖板2通过螺钉3与密封罩1相联接，密封罩1通过内转子6上的深沟球轴承17，深沟球轴承22和外转子上的深沟球轴承16进行定位；壳体14通过固定在外转子8上的深沟球轴承15和深沟球轴承20进行定位，前端盖板12通过螺钉13与壳体14相联接；动力输出部分中，内转子6通过键5与输出轴4相联接，内转子6通过深沟球轴承17和深沟球轴承22和密封罩1进行定位。
所述一种磁力传动器是通过径向整体充磁来得到符合要求的内外永磁体；所述一种磁力传动器，其密封罩采用非导磁金属材料，永磁体采用稀土永磁体材料。
本发明的有益效果：本发明所述的真空机器人用磁力传动器的永磁体采用组合推拉式紧密排列方式，能够有效缩小传动器体积并提高气隙磁场强度，传动器结构简单紧凑，磁体分布紧密、体积小、传递力矩较大、控制容易、运行平稳、拆装方便、运动惯量小，可应用于洁净度要求较高的真空机器人上。
附图说明
图1是一种真空机器人用磁力传动器轴向剖面示意图，图2是图1中A-A截面的结构示意图。其中：1-密封罩，2-后端盖板，3-螺钉，4-输出轴，5-键，6-内转子，7-密封圈，8-外转子，9-键，10-端键，11-输入轴，12-前端盖板，13-螺钉，14-壳体，15-轴承，16-轴承，17-轴承，18-内永磁体，19-外永磁体，20-轴承，21-螺栓，22-轴承。
图3是一种真空机器人用磁力传动器磁极排布及力矩合成示意图。其中：6-内转子，8-外转子，18-内永磁体，19-外永磁体，a-第一块磁体，b-第二块磁体，c-第三块磁体，FT-推斥力，FX-吸引力，FH-合力。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例：
如附图1所示，本发明一种磁力传动器包括动力输入部分、动力输出部分、壳体部分和磁路部分四部分。在壳体部分的支撑和定位作用下，原动力通过动力输入部分输入，外转子8带动外永磁体19转动，通过磁路部分的磁力线耦合带动内转子6转动，最后通过动力输出部分将所获得的转矩输出到真空环境中。下面详细说明各运动的工作原理：
启动电动机，主动电机输出的转矩经过减速装置减速后通过端键10带动输入轴11转动，输入轴11通过键9的联接带动外转子8开始转动，外永磁体19随之做同步转动。以一对在静止状态时相互吸引的第一块磁体a和第二块磁体b为例，当外永磁体19随外转子8开始沿逆时针方向转动时，原本相互吸引保持静止状态的第一块磁体a和第二块磁体b开始分离，第一块磁体a随外转子8转动时其内侧的S级继续对第二块磁体b的外侧N级产生吸引力FX，与此同时转向第二块磁体b的第三块磁体c的内侧N级对第二块磁体b的外侧N级产生推斥力FT，根据力的平行四边形法则，吸引力FX和推斥力FT最终合成为一个能推动第二块磁体b使其进行同向转动的周向力FH，如图3所示。在初始阶段，内转子6和外转子8并不能同步转动，在经过了起步阶段的延迟之后，内转子6和外转子8最终达到同步转动状态。内永磁体18通过磁力线的耦合获得转矩并随之转动，进而带动内转子6进行转动，内转子6通过键5的联接带动输出轴4转动并输出转矩。
在本发明一种磁力传动器中，磁路部分是整个装置的核心部分，包括内永磁体18和外永磁体19之间气隙大小，内永磁体18和外永磁体19的对数多少等因素都对该磁力传动器的性能有很大影响：如果气隙过大，磁力线会由于太过发散而造成浪费，而如果气隙过小，则不利于力矩的传递；如果磁极对数太多，会形成磁通的重叠造成浪费，如果磁极对数太少，则无法形成推动内转子6转动所需的足够磁场强度。本发明一种磁力传动器可应用于真空机器人上，对于IC产业发展具有重要意义。

Claims (3)

1、一种磁力传动器，包括实现转矩传入的动力输入部分、实现转矩输出的动力输出部分、壳体部分和磁路部分，其特征在于：
动力输入部分中，动力输入设备通过端键(10)与输入轴(11)相联接，外转子(8)通过键(9)与输入轴(11)相联接，外转子(8)通过深沟球轴承(15)、深沟球轴承(16)和深沟球轴承(20)与壳体(14)进行定位；
磁路部分中，内转子(6)与内永磁体(18)，外转子(8)与外永磁体(19)的联接方式均采用胶接，内永磁体(18)和外永磁体(19)均是弧形的片状单元，其中，外永磁体(19)通过强力胶粘接在外转子(8)的内壁上，并通过外转子(8)的轴肩支撑定位；内永磁体(18)通过强力胶粘接在内转子(6)的外壁上，并通过内转子(6)的轴肩支撑定位；内转子(6)上共计粘接有18片内永磁体(18)，相邻两片内永磁体(18)的磁极排布方向采用反向安装，外转子(8)上共计粘接有18片外永磁体(19)，相邻两片外永磁体(19)的磁极分布方向采用反向安装；内永磁体(18)和外永磁体(19)均采取了N、S级交替连续排布的力矩组合推拉的结构形式；
壳体部分中，密封罩(1)为T型圆柱状，其中前端薄壁圆筒状的部分安装在内永磁体(18)和外永磁体(19)之间，并且与内永磁体(18)和外永磁体(19)均不发生接触，留有一定间隙；密封罩(1)通过螺栓(21)与壳体(14)相联接，密封罩(1)和壳体(14)之间安装有密封圈(7)，后端盖板(2)通过螺钉(3)与密封罩(1)相联接，密封罩(1)通过内转子(6)上的深沟球轴承(17)，深沟球轴承(22)和外转子(8)上的深沟球轴承(16)进行定位；壳体(14)通过固定在外转子(8)上的深沟球轴承(15)和深沟球轴承(20)进行定位，前端盖板(12)通过螺钉(13)与壳体(14)相联接；
动力输出部分中，内转子(6)通过键(5)与输出轴(4)相联接，内转子(6)通过深沟球轴承(17)和深沟球轴承(22)和密封罩(1)进行定位。
2、根据权利要求1所述一种磁力传动器，其特征在于：通过径向整体充磁来得到符合要求的内外永磁体。
3、根据权利要求1或2所述一种磁力传动器，其特征在于：密封罩采用非导磁金属材料，永磁体采用稀土永磁体材料。
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