CN102290951B - 直驱旋转装置 - Google Patents

Abstract

一种直驱旋转装置，属于半导体封装设备技术领域。包括外壳、定子、下盖、由磁轭和永磁块构成的转子、轴承、光栅尺和读码器，特点：在外壳的壳壁上并且围绕壳壁的圆周方向开设有复数组第一气孔，每组第一气孔的数量为一对，并且在各第一气孔上配设有冷却空气接头；在定子上并且围绕定子的圆周方向的边缘部位开设有复数组第二气孔；在下盖朝向定子的一侧的边缘部位开设有组数相等的气道凹槽，第一气孔、第二气孔和气道凹槽彼此相通。优点：降低温升而避免定子的线圈绕组发热乃至烧损，保障直驱电机的高速旋转要求，可避免一旦泄漏而引起污染的麻烦，简化结构和缩小体积；避免遭受外部环境影响；有利于提高转子的刚度。

Description

直驱旋转装置

技术领域

本发明属于半导体封装设备技术领域，具体涉及一种直驱旋转装置。

背景技术

上面提及的直驱旋转装置是直接驱动式旋转装置的简称，这种装置在驱使负载旋转运动时无需借助于作为过渡部件的诸如传动带和传动轮等。

如业界所知之理，半导体封装工艺对封装装备有着极其严苛的要求，例如半导体封装设备的摆臂的水平旋转运动的定位精度和频率响应特性的优良与否直接关系到封装设备良品率和工作效率。随着人们对半导体封装效率的不断提高，越来越要求驱使摆臂运动的驱动源必须满足高频响、高定位精度和大转矩等特性。

早先，半导体产品生产厂商普遍采用伺服电机驱动半导体封装设备的摆臂，伺服电机虽有输出速度高的长处，但是力矩小系其缺憾，因此通常需要借助于变速传动机构将伺服电机的高速的小力矩转化为低速的大力矩输出。而变速传动机构不仅增加了负载的转动惯量，而且降低了系统的频率响应特性，同时由于部件多而不利于保障系统的可靠性和稳定性，因为变速传动机构的误差会对摆臂的定位精度造成影响。直驱旋转装置能够弥补伺服电机的所述缺憾。

在已公开的中国专利文献中不乏见诸关于直驱旋转装置的技术方案，典型的如公布号CN101752973A推荐的一种直驱电机和公布号CN102020178A提供的一体式门机直驱装置，这两项专利申请方案中的前一项是针对公知的作为家用电器的洗衣机的直驱电机存在的振动大、运行有失平稳和安装麻烦而提出的，技术要点是将转子设在定子外，定子的定子铁芯构成36槽结构，并且将转子的磁瓦数设计为42块藉以形成42极。后一项专利申请方案是针对电梯门机而提出的。该两项专利申请方案对于高频响和高定位精度的半导体封装设备的直驱电机而言不具可借鉴的技术意义。

更为典型的如CN10055809C介绍的一种直驱回转装置，该方案虽然具有其说明书第2页最后1行至第3页第9行所称的技术效果并且可作为半导体封装设备使用，但是依然存在以下弊端：其一，对设置线圈的铁芯（即定子）以及对用于限定铁芯的下盖难以起到全面的冷却效果，因为该专利方案是在壳体上开设安装止口，将用于冷却的制冷机与安装止口上的一个接口连接，将油箱与安装止口上的另一个接口连接，以形成冷却液的循环（具体可参见说明书第5页第2至第4行），可见，专利教导的冷却既是表面冷却，又是单一冷却，所谓的表面冷却即为对壳体的壳壁冷却，而所谓的单一冷却即为仅对壳体部件冷却，因而不足以使铁芯温度有效降低，于是当长时间使用时因温升过高而损及线圈之虞；其二，既存在冷却液泄漏的风险，又伴随因冷却液泄漏而引起污染风险，因为该专利教导的冷却介质为液体，更确切地讲为冷却油（具体可参见说明书第5页第1行所述的油箱）；其三，冷却装置结构复杂并且投资大，尤其会导致整个直驱回转装置的体积庞大化，因为专利需配备制冷机和油箱。

除此之外，还存在光栅尺（专利称非接触式精密圆光栅）和编码器（专利称非接触式读数头）容易损坏的弊端，因为其是将抗外界侵扰能力或称影响的能力较为脆弱的光栅尺和编码器露裸设置，具体可参见该专利的说明书第3页最后两行。又，专利方案难以确保转子（专利称直驱电机转子）的刚度，尽管其采用的是高精度和高刚度大直径单向轴承（说明书第4页第4行），并且这种轴承因属特殊轴承而难以从市售渠道获得，此外将转子采用长螺栓与轴承内圈固连不仅较为麻烦，而且有失结构的紧凑与简洁。

鉴于上述已有技术，有必要加以改进，对此，本申请人作了有益的尝试，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的首要任务在于提供一种有助于对壳体、定子铁芯和用以限定定子铁芯的下盖全面冷却而藉以有效地降低温升进而避免线圈烧损、有利于防止因冷却介质泄漏而引起污染麻烦、有益于简化结构节约投资而藉以体现经济性的直驱旋转装置。

本发明的另一任务在于提供一种有助于使光栅尺和编码器得以可靠保护而藉以避免遭受外部环境影响的直驱旋转装置。

本发明的又一任务在于提供一种轴承设置合理而藉以提高转子刚度的直驱旋转装置。

为体现完成本发明的首要任务，本发明提供的技术方案是：一种直驱旋转装置，包括具有轴承座和定子容纳腔的外壳、具有转子配合腔的定子、下盖、由磁轭和永磁块构成的转子、轴承、光栅尺和读码器，定子位于外壳与下盖之间，并且外壳、定子和下盖三者固定连接在一起，转子通过其磁轭与轴承的轴承外圈固定并且对应于所述的转子配合腔，轴承的轴承内圈与所述的轴承座固定，特征在于：在所述的外壳的壳壁上并且围绕壳壁的圆周方向以间隔状态开设有复数组第一气孔，每组第一气孔的数量为一对，并且在各第一气孔上配设有一冷却空气接头；在所述的定子上并且围绕定子的圆周方向的边缘部位以间隔状态开设有数量与所述第一气孔的数量相等的并且位置相对应的复数组第二气孔；在所述的下盖朝向所述定子的一侧的边缘部位并且在对应于所述的第二气孔的位置开设有数量与第二气孔的组数相等的气道凹槽，第一气孔、第二气孔和气道凹槽彼此相通。

为体现完成本发明的另一任务，本发明提供的技术方案是：所述的轴承座具有一轴承座腔，在该轴承座腔内构成有一读码器安装板，所述的读码器设置在读码器安装板上；所述的转子的磁轭具有一磁轭腔，该磁轭腔朝向所述外壳，并且在该磁轭腔的中央构成有一轴座套，在轴座套上固定有一光栅尺固定盘，所述的光栅尺固定在该光栅尺固定盘朝向所述读码器的一侧，并且与读码器相对应。

为体现完成本发明的又一任务，本发明提供的技术方案是：所述的轴承有彼此相对叠置的一对，并且该对轴承为角接触轴承。

在本发明的一个具体的实施例中，当所述的外壳、定子和下盖彼此固定连接在一起后，所述的第一气孔与所述的第二气孔彼此重合，并且所述的气道凹槽与第二气孔重合。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的第一气孔的孔口部位设置有孔口配合螺纹，所述的冷却空气接头具有螺纹配接端，螺纹配接端与孔口配合螺纹螺纹配接。

在本发明的又一个具体的实施例中，在所述的磁轭腔的底部设置有一轴承下压环，而在磁轭朝向所述外壳的一侧的端面上配设有一轴承上压环，该轴承上压环与端面固定，所述的轴承位于轴承上、下压环之间。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的定子容纳腔构成于所述轴承座的外壁与所述的壳壁之间。

在本发明的还有一个具体的实施例中，在所述的磁轭腔的外壁上并且围绕该外壁的圆周方向构成有永磁块槽，所述的永磁块嵌置在永磁块槽内。

本发明提供的技术方案由于在外壳的壳壁上开设了复数组第一气孔，在定子上开设了与第一气孔相对应的并且相通的以及组数相等的第二气孔和在下盖上开设了与第二气孔相通的并且与第二气孔的组数相等的气道凹槽，从而在冷却空气接头的作用下使各组第一、第二气孔和气道凹槽形成冷却回路，有助于使外壳、定子和下盖全面冷却，有效地降低温升而避免定子的线圈绕组发热乃至烧损，保障直驱电机的高速旋转要求，由于摒弃了已有技术中的液体介质冷却，因此可避免一旦泄漏而引起污染的麻烦，并且还有助于简化结构和缩小体积；将读码器和光栅尺分别设置在外壳和转子内，能起到理想的蔽护作用，避免遭受外部环境影响；将一对轴承相对叠置，有利于提高转子的刚度。

附图说明

图1为本发明的实施例结构图。

图2为本发明的应用例示意图。

图3为本发明提供的直驱旋转装置的实验测试图。

图4为图3的局部数据曲线图。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

请见图1，给出了构成本发明直驱旋转装置的一外壳1，该外壳1也可称之为上盖，在该外壳1朝向下面还要描述的下盖3的一侧的中央区域以直接或间接方式构成有轴承座11，这里所称的直接方式是指将轴承座11与外壳1一体制造，而这里所称的间接方式是指将轴承座11单独制作后再与外壳1固定，因此不论采用何种方式，两者是等效的。在本实施例中，将轴承座11单独制作后，通过一组定位螺钉112与外壳1固定。轴承座11的轴承座腔111具有一读码器安装板1111，在该读码器安装板1111上固定有一读码器7。在轴承座11的外壁与外壳1的壳壁13（壳壁13的内壁）之间构成有定子容纳腔12。优选地，将读码器7的线路板71用螺钉711与前述的读码器安装板1111固定。

给出的定子2和下盖3与前述的外壳1固定连接在一起，由于定子2的结构属于公知技术，并且定子2的绕组线圈23的结构形式也属公知技术，因此本申请人不再对其赘述。在本实施例中，将定子2置于外壳1与下盖3之间。由图1所示，在外壳1的边缘部位间隔开设有外壳固定孔14，在定子2的边缘部位间隔开设有定子固定孔24，而在下盖3的边缘部位开设有下盖固定孔32，外壳固定孔14、定子固定孔24和下盖固定孔32彼此对应，并且由螺栓141依次穿入外壳固定孔14、定子固定孔24和下盖固定孔32内将外壳1、定子2和下盖3三者固定连接在一起。其中，下盖固定孔32为螺纹孔。

作为本发明提供的技术方案的技术要点：在外壳1的壳壁13上并且围绕壳壁13的圆周方向以间隔状态开设有复数组第一气孔131，每组第一气孔131的数量为一对，在各第一气孔131的孔口部位设计有孔口配合螺纹1311（内螺纹），并且在各第一气孔131上借助于孔口配合螺纹1311固定有一冷却空气接头8。由图1所示，冷却空气接头8具有一螺纹配接端81，藉由该螺纹配接端81与孔口配合螺纹1311的配合而将冷却空气接头8可靠地固定在壳体1上。

又，在定子2的边缘部位并且围绕定子2的圆周方向开设有复数组第二气孔22，第二气孔22的组数与前述的第一气孔131的组数相等，位置相对应，并且每组第二气孔22的数量为一对（即两个）。

及，在下盖3朝向定子2的一侧的边缘部位并且围绕下盖3的圆周方向开设有复数条气道凹槽31，气道凹槽31的数量与前述的第二气孔22的组数相等，并且位置相对应。

当由前述的螺栓141将外壳1、定子2和下盖3固定连接为一起时，则前述的第一、第二气孔131、22相互重合，并且前述的气道凹槽31与第二气孔22重合。由于每一组第一、第二气孔131、22以及一条气道凹槽31得以形成一个冷却空气的进出回路，因此复数组第一、第二气孔131、22及复数条气道凹槽31便构成了复数个冷却空气的进出气回路。在本实施例中，虽然示意了前述的第一、第二气孔131、22的组数各有四个，并且气道凹槽31有四条，但显然不应受到该数量的限制，任何增加或减少第一、第二气孔131、22及气道凹槽31的措施均应当视为等效性变化，即依然属于本发明方案的保护范围。

依据常识，前述的与各组第一气孔131中的其中一个第一气孔131配接的一对冷却空气接头8中的其中一个冷却空气接头8与压缩空气装置管路连接而作为进气接头，而另一个冷却空气接头8作为排气接头。用于冷却的外界空气经一个冷却空气接头8进入一个第一气孔131，经一个第二气孔22进入气道凹槽31，再经另一个第二气孔22和另一个第一气孔131以及另一个冷却空气接头8排出。

请见图2并且继续结合图1，转子4由磁轭41和永磁块42构成，磁轭41具有一磁轭腔411，在该磁轭腔411的中央并且朝向外壳1的一侧延伸构成有一轴座套4111，在该轴座套4111上固设有一光栅尺固定盘4112，在该光栅尺固定盘4112朝向前述的读码器安装板1111的一侧设置光栅尺6，光栅尺6与读码器7相对应并且与读码器7之间保持有约为0.4-0.6㎜的间隙。在磁轭腔411的底部设置有一轴承下压环4113，而在磁轭41朝向外壳1的一侧的端面412上通过螺钉4131固定有一轴承上压环413，在磁轭腔411的外壁上构成有永磁块槽414，永磁块42嵌固在永磁块槽414内，并且在定子2的转子配合腔21内与前述的绕组线圈23相对应（图2示）。

转子4套置在轴承5的轴承外圈51上，更确切地讲磁轭41的磁轭腔411的内壁与轴承外圈51套固，而轴承5的轴承内圈52套固在前述的轴承座11上（图2示），并且轴承5位于前述的轴承上、下压环413、4113之间，即由上压环413对轴承5限定。

前述的轴承5有一对，该对轴承5相对设置，即背对背叠设，并且该对轴承为角接触轴承，将一对轴承如此设置可以显著增强转子4即增强磁轭41的刚度。

由图2所示，在前述的磁轭41的磁轭腔411内的轴座套4111上优选以平键固定方式固定有一输出轴4114，输出轴4114与转臂装置9连接。

请见图3和图4并且依然结合图1和图2，本申请人在保密措施下对本发明结构进行了实验，直驱电机的驱动电压为230V，采用电流环控制，读码器7的分度数为50万个脉冲/转，转子4的位置从0°阶跃至90°的调整时间为50ms，稳态误差为0.00072°，响应线由图2和图3示意。从实验可知，本发明提供的永磁同步直驱电机能够满足半导体高速封装工艺中对前述的转臂装置9的驱动要求。

综上所述，本发明方案能体现对外壳1、定子2和下盖3的同时冷却；将读码器7和光栅尺6蔽护设置；将一对轴承5背对背叠置（相对设置），从而克服了已有技术中的欠缺，客观地达到了发明目的并且体现了申请人所述的技术效果。

当然，上述仅为本发明的较佳的实施例而已，并非用来限制本发明的实施范围，即凡是依据本发明申请专利范围内的内容所做的等效变化与修饰，都应视为本发明方案的技术范畴。

Claims (7)

1.一种直驱旋转装置，包括具有轴承座(11)和定子容纳腔(12)的外壳(1)、具有转子配合腔(21)的定子(2)、下盖(3)、由磁轭(41)和永磁块(42)构成的转子(4)、轴承(5)、光栅尺(6)和读码器(7)，定子(2)位于外壳(1)与下盖(3)之间，并且外壳(1)、定子(2)和下盖(3)三者固定连接在一起，转子(4)通过其磁轭(41)与轴承(5)的轴承外圈(51)固定并且对应于所述的转子配合腔(21)，轴承(5)的轴承内圈(52)与所述的轴承座(11)固定，其特征在于：在所述的外壳(1)的壳壁(13)上并且围绕壳壁(13)的圆周方向以间隔状态开设有复数组第一气孔(131)，每组第一气孔(131)的数量为一对，并且在各第一气孔(131)上配设有一冷却空气接头(8)；在所述的定子(2)上并且围绕定子(2)的圆周方向的边缘部位以间隔状态开设有数量与所述第一气孔(131)的数量相等的并且位置相对应的复数组第二气孔(22)；在所述的下盖(3)朝向所述定子(2)的一侧的边缘部位并且在对应于所述的第二气孔(22)的位置开设有数量与第二气孔(22)的组数相等的气道凹槽(31)，第一气孔(131)、第二气孔(22)和气道凹槽(31)彼此相通，所述的轴承座(11)具有一轴承座腔(111)，在该轴承座腔(111)内构成有一读码器安装板(1111)，所述的读码器(7)设置在读码器安装板(1111)上；所述的转子(4)的磁轭(41)具有一磁轭腔(411)，该磁轭腔(411)朝向所述外壳(1)，并且在该磁轭腔(411)的中央构成有一轴座套(4111)，在轴座套(4111)上固定有一光栅尺固定盘(4112)，所述的光栅尺(6)固定在该光栅尺固定盘(4112)朝向所述读码器(7)的一侧，并且与读码器(7)相对应。

2.根据权利要求1所述的直驱旋转装置，其特征在于所述的轴承(5)有彼此相对叠置的一对，并且该对轴承(5)为角接触轴承。

3.根据权利要求1所述的直驱旋转装置，其特征在于当所述的外壳(1)、定子(2)和下盖(3)彼此固定连接在一起后，所述的第一气孔(131)与所述的第二气孔(22)彼此重合，并且所述的气道凹槽(31)与第二气孔(22)重合。

4.根据权利要求1所述的直驱旋转装置，其特征在于所述的第一气孔(131)的孔口部位设置有孔口配合螺纹(1311)，所述的冷却空气接头(8)具有螺纹配接端(81)，螺纹配接端(81)与孔口配合螺纹(1311)螺纹配接。

5.根据权利要求1所述的直驱旋转装置，其特征在于在所述的磁轭腔(411)的底部设置有一轴承下压环(4113)，而在磁轭(41)朝向所述外壳(1)的一侧的端面(412)上配设有一轴承上压环(413)，该轴承上压环(413)与端面(412)固定，所述的轴承(5)位于轴承上、下压环(413、4113)之间。

6.根据权利要求1所述的直驱旋转装置，其特征在于所述的定子容纳腔(12)构成于所述轴承座(11)的外壁与所述的壳壁(13)之间。

7.根据权利要求1所述的直驱旋转装置，其特征在于在所述的磁轭腔(411)的外壁上并且围绕该外壁的圆周方向构成有永磁块槽(414)，所述的永磁块(42)嵌置在永磁块槽(414)内。

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