CN103527786A

CN103527786A - 飞轮低温焊接真空密封装置

Info

Publication number: CN103527786A
Application number: CN201310517682.9A
Authority: CN
Inventors: 刘强; 房建成; 徐宝东; 叶郭波; 孙兴; 周云贵; 张磊
Original assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-28
Also published as: CN103527786B

Abstract

本发明公开了一种飞轮低温焊接真空密封装置，包括飞轮系统和密封系统，所述飞轮系统包括定子芯轴、飞轮转子和飞轮底座；密封系统包括：密封环、密封罩、密封带、下焊锡环和上焊锡环；密封罩扣在飞轮转子上，定子芯轴位于飞轮转子的径向内侧，其下端固定在飞轮底座上、上端与密封罩连接；飞轮底座与密封罩之间通过密封环连接，并通过密封带、下焊锡环和上焊锡环低温焊接。可多次拆封、密封性能好、放气量少、结构简单、性能可靠，可用于姿控飞轮和储能飞轮真空密封保护，为飞轮系统提供一个高真空度的工作环境。

Description

飞轮低温焊接真空密封装置

技术领域

本发明涉及一种飞轮系统，尤其涉及一种飞轮低温焊接真空密封装置。

背景技术

飞轮系统利用电机驱动轴承支承的飞轮转子旋转，通过控制转子转速来改变角动量大小、进而产生所需的控制力矩以精确控制航天器姿态。飞轮既能工作在反作用状态，用作反作用飞轮；又能工作在偏置状态，用作偏置动量轮；进一步提高转速，还可用作姿控储能两用飞轮。对于五自由度全主动控制的磁悬浮飞轮还可用作陀螺飞轮，能够输出瞬间大控制力矩。若大转动惯量的飞轮转子采用高强度碳纤维材料，并使其能够工作在较高转速，飞轮系统还可用作储能飞轮，用于电网调峰调频。

通常飞轮转子工作在较高转速，转速越高，飞轮内部空气对转子的阻力越大，飞轮的降速滑行时间越短，稳速和调速功耗越大。此外，地面工作环境存在一定的灰尘，为避免灰尘进入飞轮内部，导致机械轴承润滑性能下降或磁轴承磁性能改变，需对飞轮进行密封防尘设计。对于工作在高轨真空环境的反作用飞轮、偏置动量轮、姿控储能飞轮和陀螺飞轮，为避免太空宇宙射线和反物质射入飞轮内部，导致飞轮工作异常，也需对飞轮进行密封防护设计。

现有技术中，大多数飞轮采用橡胶密封圈密封方法，利用两环形空腔压紧橡胶密封圈，为飞轮系统提供一个密封环境。然而橡胶密封圈随时间的增加其性能下降，从而导致漏气和泄露情况发生。此外，橡胶密封圈为非金属材料，其自身存在一定的放气，从而导致密封系统内部气压上升，真空度下降，增加飞轮转子风阻损耗。焊接密封能够避免上述漏气和放气情况发生，但目前的高温熔化焊接方法，直接将两接触空腔加热至一定高温，利用焊机直接将焊条熔化在空腔接触表面，对飞轮系统进行密封。高温熔化焊接过高的焊接温度，会导致飞轮结构尺寸变形、材料性能及其内部的电子元器件性能下降或损坏。此外，高温焊接密封具有不可重复焊接的缺点，焊接后两接触体不可拆。产品研制过程中，需经常拆卸/装配飞轮系统，对其进行调试和性能测试实验，高温密封方法有诸多不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种可多次拆封、低温焊接、密封性能好、放气量少、结构简单、性能可靠的飞轮低温焊接真空密封装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的飞轮低温焊接真空密封装置，包括飞轮系统和密封系统，所述飞轮系统包括定子芯轴、飞轮转子和飞轮底座；

所述密封系统包括：密封环、密封罩、密封带、下焊锡环和上焊锡环；

所述密封罩扣在所述飞轮转子上，所述定子芯轴位于所述飞轮转子的径向内侧，其下端固定在所述飞轮底座上、上端与所述密封罩连接；

所述密封环设于所述飞轮底座的边缘与所述密封罩的下缘之间，所述密封环的下端止口和上端止口分别与所述飞轮底座的边缘和所述密封罩的下缘连接，所述密封带位于所述飞轮底座、密封环和密封罩的径向外侧，且所述密封带的中心与密封环的中心处于同一平面内；

所述下焊锡环熔化在所述密封带的下侧与所述飞轮底座的外侧，所述上焊锡环熔化在所述密封带的上侧与所述密封罩的外侧。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的飞轮低温焊接真空密封装置，由于飞轮底座与密封罩之间通过密封环连接，并通过密封带、下焊锡环和上焊锡环低温焊接，可多次拆封、密封性能好、放气量少、结构简单、性能可靠，可用于姿控飞轮和储能飞轮真空密封保护，为飞轮系统提供一个高真空度的工作环境，降低转子高速旋转风阻损耗，同时可防止灰尘、磁性颗粒和太空宇宙射线进入飞轮内部，提高系统整体性能和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的飞轮低温焊接真空密封装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中的定子芯轴三维结构示意图；

图3a为本发明实施例中的飞轮底座俯视三维结构示意图；

图3b为本发明实施例中的飞轮底座仰视三维结构示意图；

图4为本发明实施例中的密封环三维结构示意图；

图5为本发明实施例中的密封罩三维结构示意图。

图中：1、定子芯轴，2、飞轮转子，3、飞轮底座，4、密封环，5、密封罩，6、密封带，7A、下焊锡环，7B、上焊锡环，8、密封罩连接螺纹，9、螺钉过孔，10、底座定位外圆柱面，11、芯轴定位止口，12、密封环定位止口，13、定子芯轴螺纹孔，14、飞轮底座固定螺纹孔，15、密封罩定位止口，16、飞轮底座定位止口，17、密封环定位止口，18、定子芯轴螺纹孔。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的飞轮低温焊接真空密封装置，其较佳的具体实施方式是：

包括飞轮系统和密封系统，所述飞轮系统包括定子芯轴、飞轮转子和飞轮底座；

所述的飞轮底座和密封环均为超硬铝7A09-T6材料。

所述的密封罩为超硬铝7A09-T6材料，其厚度为1～2mm。

所述的密封带为硬铝2A12-T4材料，其厚度为0.5～1mm。

所述的下焊锡环和上焊锡环为有铅锡合金或无铅锡合金。

所述的下焊锡环和上焊锡环通过低温200～300℃焊接在所述飞轮底座、密封罩和密封带间的缝隙内。

所述的飞轮底座和密封罩的外表面镀镍层，镀镍层的厚度为10～20μm。

所述密封环的上端止口和下端止口与所述飞轮底座的外缘上端止口和所述密封罩的下缘止口的厚度相等，均为1～1.5mm。

所述定子芯轴与所述飞轮底座之间通过螺钉固定，所述定子芯轴与所述密封罩之间螺纹连接。

本发明的飞轮低温焊接真空密封装置，可多次拆封、低温焊接、密封性能好、放气量少、结构简单、性能可靠，可用于姿控飞轮和储能飞轮真空密封。

本发明的原理是：

如图1所示，低温密封焊接前，对飞轮底座和密封罩外表面进行镀镍，待镀层完全牢固粘接后，将定子芯轴和飞轮转子安装在飞轮底座内，再将密封环下端放置于飞轮底座止口内，随后通过螺纹将密封罩拧紧在定子芯轴上端，并使密封罩下端刚好全部进入密封环止口内。低温密封焊接过程中，通过飞轮底座螺纹孔将装配好的飞轮系统和密封系统，安装在侧卧转轴上，使飞轮转轴水平。利用密封带将飞轮底座、密封环、密封罩三者间的缝隙完全包裹住，采用电热吹风烙铁将熔化后的焊锡，放置在飞轮底座、密封带、密封罩三者间的缝隙内，待其冷却凝固后，形成完全的密封系统。由于飞轮底座外缘上端止口厚度、密封环上下端止口厚度、密封罩下端外缘止口厚度均相等，使得焊锡在三者表面散热同步，即同时熔化和凝固，从而使得表面热应力较低，增加了密封结构的可靠性。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明由于采用焊接密封方式密封，与橡胶密封圈密封方法相比，避免了橡胶老化和橡胶放气，具有真空度高、可靠性高的优点；与高温熔化焊接方法相比，其利用电热吹风烙铁熔化焊锡进行密封，焊接温度为200～300℃，远低于高温熔化焊接，避免了飞轮结构尺寸、飞轮材料性能及其内部的电子元器件性能下降或损坏。此外焊锡熔点较低，可多次熔化拆装，便于飞轮系统的装配调试和性能测试。

具体实施例：

如图1所示，本发明主要由飞轮系统和密封系统组成，其中飞轮系统包括：定子芯轴1、飞轮转子2和飞轮底座3；密封系统包括：密封环4、密封罩5、密封带6、下焊锡环7A和上焊锡环7B；定子芯轴1位于飞轮转子2的径向内侧，并通过螺钉固定在飞轮底座3上，密封环4位于飞轮底座3和密封罩5之间，密封环4下端止口和上端止口分别与飞轮底座3和密封罩5连接，定子芯轴1上端外螺纹与密封罩5内螺纹连接，密封带6位于飞轮底座3、密封环4和密封罩5的径向外侧，且密封带6和密封环4的中心处于同一平面内，下焊锡环7A熔化在密封带6下侧和飞轮底座3外侧，上焊锡环7B熔化在密封带6的上侧和密封罩5的外侧。在具体应用时，本发明所述的飞轮底座3和密封罩5的外表面均需镀镍，镀层厚度为10～20μm，待其完全粘接在飞轮底座3和密封罩5表面后，利用电热吹风烙铁熔化焊锡进行焊接密封，焊接温度为200～300℃。

图2为本发明中定子芯轴1三维结构示意图，其材料为不锈钢材料，分别通过螺钉过孔9和密封罩连接螺纹8，与飞轮底座3和密封罩5进行连接，其底座定位外圆柱面10用于与飞轮底座3安装定位。

图3a为本发明中飞轮底座3俯视三维结构示意图，图3b为本发明中飞轮底座3仰视三维结构示意图，其材料为超硬铝7A09-T6材料，镀镍镀层厚度为10～20μm，分别通过芯轴定位止口11和密封环定位止口12，与定子芯轴1和密封环4定位连接，定子芯轴螺纹孔13用于固定安装定子芯轴1，飞轮底座固定螺纹孔14用于整机与外部结构件的固定安装。

图4为本发明中密封环4三维结构示意图，其材料为超硬铝7A09-T6材料，分别通过飞轮底座定位止口16和密封罩定位止口15，与飞轮底座3和密封罩5定位连接。

图5为本发明中密封罩5三维结构示意图，其材料为超硬铝7A09-T6材料,厚度为1～2mm，镀镍镀层厚度为10～20μm，分别通过定子芯轴螺纹孔18和密封环定位止口17，与定子芯轴1和密封环4定位连接。

总之，本发明的密封装置能够为飞轮转子提供一个高真空、高可靠的工作环境，具有可多次拆封、焊接温度低、密封性好、放气量少、结构简单等优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但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披露的技术范围内，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

1.一种飞轮低温焊接真空密封装置，其特征在于，包括飞轮系统和密封系统，所述飞轮系统包括定子芯轴、飞轮转子和飞轮底座；

2.根据权利要求1所述的飞轮低温焊接真空密封装置，其特征在于，所述的飞轮底座和密封环均为超硬铝7A09-T6材料。

3.根据权利要求1所述的飞轮低温焊接真空密封装置，其特征在于，所述的密封罩为超硬铝7A09-T6材料，其厚度为1～2mm。

4.根据权利要求1所述的飞轮低温焊接真空密封装置，其特征在于，所述的密封带为硬铝2A12-T4材料，其厚度为0.5～1mm。

5.根据权利要求1所述的飞轮低温焊接真空密封装置，其特征在于，所述的下焊锡环和上焊锡环为有铅锡合金或无铅锡合金。

6.根据权利要求1所述的飞轮低温焊接真空密封装置，其特征在于，所述的下焊锡环和上焊锡环通过低温200～300℃焊接在所述飞轮底座、密封罩和密封带间的缝隙内。

7.根据权利要求1所述的飞轮低温焊接真空密封装置，其特征在于，所述的飞轮底座和密封罩的外表面镀镍层，镀镍层的厚度为10～20μm。

8.根据权利要求1所述的飞轮低温焊接真空密封装置，其特征在于，所述密封环的上端止口和下端止口与所述飞轮底座的外缘上端止口和所述密封罩的下缘止口的厚度相等，均为1～1.5mm。

9.根据权利要求1至8任一项所述的飞轮低温焊接真空密封装置，其特征在于，所述定子芯轴与所述飞轮底座之间通过螺钉固定，所述定子芯轴与所述密封罩之间螺纹连接。