CN102075123B

CN102075123B - 一种高温真空磁悬浮旋转机构

Info

Publication number: CN102075123B
Application number: CN 201110005324
Authority: CN
Inventors: 刘志弘; 刘晓屏; 崔杰; 严利人; 王玉东; 付军
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: CN102075123A

Abstract

本发明涉及一种旋转机构，尤其涉及一种在高温和真空状态下的磁悬浮旋转机构。其结构为：下永磁铁固定在高温真空腔体的内部底面，上永磁铁位于下永磁铁的上方，并与上永磁铁之间通过磁斥力产生间隙；支架固定在上永磁铁上，而转子固定在支架上；定子固定在高温真空腔体外部与转子相对的位置。其核心为应用磁悬浮技术以及开关磁阻电动机的原理实现了在高温真空环境下实现无磨擦非接触旋转，因而避免了传统真空系统中密封圈的磨损老化问题以及无法耐高温的问题，从而提供了一种全新的高温真空旋转装置的解决方案。

Description

一种高温真空磁悬浮旋转机构

技术领域

本发明涉及一种旋转机构，尤其涉及一种在高温和真空状态下的磁悬浮旋转机构。

背景技术

目前，在很多产品的制作过程中，为保证产品的质量，一般都是在无尘的环境下对产品进行高温真空加工。为了保证产品具有足够好的均匀性，经常要求在真空系统中加入旋转装置。现有的实现此功能的真空旋转装置如图1所示，该装置包括真空腔体1、承载托盘2、连接轴3、旋转电机4和密封圈5。其中连接轴3一端与旋转电机4相连，另一端通过密封圈5伸入到真空腔体1内部与承载托盘2连接，这样当旋转电机4旋转时即可带动承载托盘2旋转，进而带动放置在旋转托盘2上的产品进行旋转。

该旋转装置的真空密封方式为接触式密封，磨擦力比较大而且易于磨损，还会因磨损引起气密失效而降低使用寿命。另外，该密封圈5多为橡胶材质(或铁磁流体等材质)，这些都很难使用在温度高于300摄氏度的真空腔体中。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种高温真空条件下的磁悬浮旋转机构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该机构包括高温真空腔体、定子、转子、支架、上永磁铁和下永磁铁。所述下永磁铁固定在高温真空腔体的内部底面，上永磁铁位于下永磁铁的上方，并与上永磁铁之间通过磁斥力产生间隙；支架固定在上永磁铁上，而转子固定在支架上；定子固定在高温真空腔体外部与转子相对的位置。所述定子为环状带磁极的电磁铁，转子为环状带磁极的无绕组软磁铁，定子和转子根据直径不同分别组成四相结构或五相结构或五相以上结构，且转子的磁极数小于定子的磁极数。

所述支架、上永磁铁和下永磁铁均为环状。

所述支架带有上下托盘，产品放置于下托盘上。

所述上永磁铁和下永磁铁的内径和外径分别相同；所述上永磁铁的上表面是平面，下面是梯形凸块；所述下永磁铁的上面是与上永磁铁的梯形凸块对应的梯形凹槽，下表面是平面；上永磁铁的上表面与下永磁铁的下表面磁极相同；上永磁体的梯形凸块的下表面与下永磁铁的梯形凹槽的上表面磁极相同，且与上永磁铁的上表面磁极相反。

所述上永磁铁和下永磁铁的材料为耐高温300℃以上的稀土强磁铁。

所述支架的材料为石英。

本发明的有益效果为：该旋转机构是非接触式旋转机构，动力不用通过实体旋转轴传导到高温真空系统中的加工用的托盘上，避免了传统真空系统中密封圈的磨损老化问题以及无法应用在高温真空系统中的问题，从而提供了一种全新的高温真空旋转装置。

附图说明

图1为现有技术的真空旋转装置的结构示意图。

图2为本发明高温真空磁悬浮旋转机构的结构示意图。

图3为定子的结构示意图。

图4为转子的结构示意图。

图5为上下永磁铁结构示意图。

图中标号：

11-高温真空腔体；12-定子；13-转子；14-支架；15-上永磁铁；16-下永磁铁。

具体实施方式

本发明应用磁悬浮技术，提供了一种无实体旋转轴的高温真空磁悬浮旋转机构，下面通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步说明。

如图2所示，本机构包括高温真空腔体11、定子12、转子13、材料为石英的支架14、上永磁铁15和下永磁铁16。下永磁铁16固定在高温真空腔体11的内部底面，上永磁铁15位于下永磁铁16的上方，并与上永磁铁16之间通过磁斥力产生间隙，间隙大小由永磁铁之间的磁力和转子13、支架14、上永磁铁15的总重量共同决定（如果总重比较大的话，可以增加上下永磁铁的直径和宽度-内外径之差，以保证上下永磁铁之间有足够相斥磁力）；支架14固定在上永磁铁15上，而转子13固定在支架14上；定子12固定在高温真空腔体11外部与转子13相对的位置。支架14带有上下托盘，产品放置于下托盘上。

定子12、转子13、支架14、上永磁铁15和下永磁铁16均为环状。定子12为环状带磁极的电磁铁，转子13为环状带磁极的无绕组软磁铁，定子和转子根据直径不同分别组成四相结构或五相结构或五相以上结构，且转子13的磁极数小于定子12的磁极数。如图3和图4所示。

如图5所示，上永磁铁15和下永磁铁16的内径和外径分别相同；上永磁铁15的上表面是平面，下面是梯形凸块；下永磁铁16的上面是与上永磁铁15的梯形凸块对应的梯形凹槽，下表面是平面；上永磁铁15的上表面与下永磁铁16的下表面磁极相同，上永磁体15的梯形凸块的下表面与下永磁铁16的梯形凹槽的上表面磁极相同，且与上永磁铁15的上表面磁极相反。上永磁铁15和下永磁铁16的材料为耐高温300℃以上的稀土强磁铁。

本发明中转子的旋转机理类似于开关磁阻电动机的原理，本例中定子12和转子13组成四相（8/6)结构。对定子12其中一对绕组磁极进行通电，根据磁阻最小原理，转子13上离定子12通电磁极最近的一对磁极就会受到磁引力的作用而转向定子通电磁极，又由于上下永磁铁间没有磨擦力，因此这种转动力足以使转子转动一个角度（此角度等于转子两个相邻磁极之间的夹角与定子两个磁极之间的夹角差，如：定子是四对磁极，则夹角是45度；转子是三对磁极，夹角是60度；则夹角差是15度），并最终到达和定子通电磁极相对的位置。如果连续对定子12上相邻的另一对磁极进行通电，并且每次只有一组通电，转子13就会不停的转动，进而带动石英支架和上永磁铁转动。这样就可以实现产品在高温真空环境下的旋转运动。

Claims

1.高温真空磁悬浮旋转机构，包括高温真空腔体（11）、定子（12）、转子（13）、支架（14）、上永磁铁（15）和下永磁铁（16），其特征在于，

所述下永磁铁（16）固定在高温真空腔体（11）的内部底面，上永磁铁（15）位于下永磁铁（16）的上方，上永磁铁（15）与下永磁铁（16）之间通过磁斥力产生间隙；支架（14）固定在上永磁铁（15）上，而转子（13）固定在支架（14）上；定子（12）固定在高温真空腔体（11）外部与转子（13）相对的位置；

所述定子（12）为环状带磁极的电磁铁，转子（13）为环状带磁极的无绕组软磁铁，定子和转子根据直径不同分别组成四相结构或五相结构或五相以上结构，且转子（13）的磁极数小于定子（12）的磁极数。

2.根据权利要求1所述的高温真空磁悬浮旋转机构，其特征在于，所述支架（14）、上永磁铁（15）和下永磁铁（16）均为环状。

3.根据权利要求1所述的高温真空磁悬浮旋转机构，其特征在于，所述支架（14）带有上下托盘，产品放置于下托盘上。

4.根据权利要求2所述的高温真空磁悬浮旋转机构，其特征在于，所述上永磁铁（15）和下永磁铁（16）的内径和外径分别相同；所述上永磁铁（15）的上表面是平面，下面是梯形凸块；所述下永磁铁（16）的上面是与上永磁铁（15）的梯形凸块对应的梯形凹槽，下表面是平面；上永磁铁（15）的上表面与下永磁铁（16）的下表面磁极相同；上永磁体（15）的梯形凸块的下表面与下永磁铁（16）的梯形凹槽的上表面磁极相同，且与上永磁铁（15）的上表面磁极相反。

5.根据权利要求1所述的高温真空磁悬浮旋转机构，其特征在于，所述上永磁铁（15）和下永磁铁（16）的材料为耐高温300℃以上的稀土强磁铁。

6.根据权利要求1所述的高温真空磁悬浮旋转机构，其特征在于，所述支架（14）的材料为石英。