CN105471216A - 真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机 - Google Patents

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洪申平
毕刘新
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Abstract

本发明涉及一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，其包含电机转子、电机定子，电机转子包括合金钢芯轴、永磁、合金护套，电机定子包括定子铁芯、线包绕组、引出线、霍尔元件、霍尔传感器、霍尔电路板、霍尔安装基座、环氧树脂、电机外套筒，所述霍尔安装基座位于定子铁芯朝向引出线一侧；所述霍尔元件的引脚焊接于霍尔电路板，所述霍尔电路板四周包裹有铜网屏蔽层；所述霍尔传感器的相对位置通过霍尔安装基座严格固定；所述引出线一端为霍尔传感器的信号线，另一端为大电流的电机三相电电流引出线，其中对霍尔传感器的引出线加套屏蔽保护；所述电机定子安装完后使用环氧树脂进行灌封；所述电机外套筒用以保证电机定子的装配精度。

Description

真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机
技术领域
本发明涉及一种真空分子泵，特别是一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机。
背景技术
现有的真空分子泵是一种机械式真空泵，它通过高速旋转的多级涡轮转子叶片和静止涡轮叶片的组合进行抽气，在分子流区域内对被抽气体产生很高的压缩比，从而获得所需要的高真空和超高真空性能。分子泵的抽气机理是，在分子流区域内靠高速运动的刚体表面传递给气体分子以动量，使气体分子在刚体表面的运动方向上产生定向流动，从而达到抽气的目的。由此可知：分子泵的转子叶片必须具有与气体分子速度相近的线速度，具有这样的高速度才能使气体分子与动叶片相碰撞后改变随机散射的特性而作定向运动。分子泵的转速越高，对提高分子泵的各项性能越有利。同时，分子泵内为真空环境，电机定转子之间是不接触的，电机转子产生的热量只能通过热辐射来散发，而且分子泵的使用工况是需要连续运行的，有时候一运行就是连续3个月，这些热量会慢慢的累积起来，因此需要电机损耗尽量小，产生的热量尽量少，最好能在热辐射的情况下就能在较低温度下达到热平衡。传统异步电机功率因素低，由其是在高速下，功率损耗大，会产生大量的热量，因此限制了分子泵向超高速发展。而现有的有刷直流电机由于在高转速下，电刷使用寿命极短也不适合采用。因此本方案中只能才有直流无刷永磁电机，直流无刷永磁电机的功率密度高，由其是在高转速下能量损耗不到异步电机的50％，又因为分子泵的初始转动惯量非常大，普通的无霍尔直流无刷电机影响分子泵的启动效果，因此本方案最终确定采用霍尔永磁无刷直流电机。霍尔永磁无刷直流电机所采用的霍尔元件容易受电机三相电流产生的电磁场干扰，而且霍尔元件在电机定子内不容易安装固定，导致这种电机批量生产非常困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、装配简单、性能稳定可靠、霍尔传感器屏蔽措施好、便于批量生产的霍尔永磁高速电机。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是设计了内转子霍尔永磁高速(无刷直流)电机，由电机转子和电机定子两大部分组成，其中电机转子由合金钢芯轴、永磁片或永磁环、合金护套三个部件组成。合金钢芯轴由于需要保证强度要求，一般要经过多次退火处理；为了降低电机驱动部分的设计难度和加强驱动部分的通用性，本方案电机采用1对级或是2对级方案，因此永磁可以采用永磁环或是用永磁环均匀割开的永磁片方式，这样便于保证永磁安装到芯轴上后的圆整度，永磁安装到芯轴上采用高强度、耐高温胶水固定；合金护套采用高强度低损耗合金材料，也是通过采用高强度、耐高温胶水与永磁固定。
电机定子由定子铁芯、线包绕组、霍尔传感器及霍尔电路板、霍尔安装基座、灌封树脂及电机外套筒、引出线六个部件组成。定子铁芯由0.15-0.5mm厚的硅钢片叠压组成，形状为6磁极、12磁极或24磁极，磁极采用马蹄形，沿圆周均匀分布，为减小铁损，磁极间隙设计小于4mm。线包绕组采用容易塑型的自粘线，并采用多股方式，这样便于下线和整形，线包绕组与定子铁芯及线包绕组相互之间采用绝缘纸进行屏蔽保护。方案中采用6个霍尔传感器，按圆周均匀分布在电机定子内圆，即每隔60°安装一个，将6个霍尔3个一组分成两组，实际使用时只选用其中相邻的3个，另外3个备用，为简化线路设计，便于霍尔的安装，我们设计了专门的霍尔电路板来焊接固定霍尔的引脚，同时为了屏蔽电机电磁场对霍尔传感器的影响，我们在霍尔电路板四周包裹了铜网屏蔽层。由于分子泵转速很高，达到每分钟20000转以上，因此霍尔传感器之间微小的相位差也会对电机的性能和使用效果产生很大的影响，因此为了减小这种误差和提高生产效率，我们还设计了专门用来固定霍尔位置的霍尔安装基座，通过安装基座，霍尔传感器的相对位置被严格的固定住了，保证了霍尔传感器的高可靠性。为了优化电机定子与外壳的导热性能，我们还对安装完的电机定子用导热性能良好的环氧树脂进行灌封，由于树脂外形尺寸不容易控制，我们同时设计了电机外套筒，通过最后加工电机外套筒来保证电机定子的装配精度。引出线采用绝缘层为铁氟龙材料的高温线，引出线分两股从电机定子两端分别引出，走大电流的电机三相电流引出线为一端，霍尔传感器的信号线为另一端，同时对霍尔传感器的引出线进行加套屏蔽保护，这样就能为霍尔传感器有效的屏蔽了周围的电磁场干扰。
本发明的真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，包含电机转子和电机定子两大部分，电机转子部分包括合金钢芯轴、永磁、合金护套，电机定子部分包括定子铁芯、线包绕组、引出线、霍尔元件、霍尔传感器、霍尔电路板、霍尔安装基座、环氧树脂、电机外套筒，所述霍尔安装基座位于定子铁芯朝向引出线一侧；所述霍尔元件的引脚焊接于霍尔电路板，所述霍尔电路板四周包裹有铜网屏蔽层；所述霍尔传感器的相对位置通过霍尔安装基座严格固定；所述引出线一端为霍尔传感器的信号线，另一端为大电流的电机三相电电流引出线，其中对霍尔传感器的引出线加套屏蔽保护；所述电机定子安装完后使用环氧树脂进行灌封；所述电机外套筒用以保证电机定子的装配精度。
作为优选，所述的合金钢芯轴经过多次退火处理。
作为优选，所述的电机采用1对级或2对级方案。
作为优选，所述的永磁采用永磁环或永磁环均匀割开的永磁片方式，所述永磁采用高强度、耐高温胶水固定于芯轴上。
作为优选，所述的定子铁芯由0.15-0.5mm厚的硅钢片叠压组成，形状为6磁极、12磁极或24磁极，磁极采用马蹄形，沿圆周均匀分布，磁极间隙小于4mm。
作为优选，所述的线包绕组采用易塑形的自粘线，采用多股方式，所述线包绕组与定子铁芯相互之间采用绝缘纸隔蔽保护。
作为优选，所述的霍尔传感器为6个，按圆周均匀分布在电机定子内周，即每隔60°安装一个，相邻的3个一组分两组，使用时仅用一组另一组备用。
作为优选，所述的引出线采用绝缘层为铁氟龙材料的高温线。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：1.降低电机驱动部分的设计难度和加强驱动部分的通用型；2.保证了永磁安装到芯轴上后的圆整度；3.减小铁损，便于下线和整形；4.简化线路设计，便于霍尔的安装；5.保证了霍尔传感器的有效屏蔽周围电磁场干扰，提高了可靠性，减小霍尔传感器之间的相位差这种误差，提高生产效率；6.保证电机定子的装配精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的剖面示意图；
图2为本发明的定子铁芯示意图；
图3为本发明的霍尔安装基座示意图；
图4为本发明的整体结构示意图。
标号说明：1-1.转子芯轴；1-2.永磁体；1-3.合金护套；2-1.电机外壳；2-2.定子铁芯；2-3.线包绕组；2-4.霍尔安装基座；3.引出线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，包含电机转子和电机定子两大部分，电机转子部分包括合金钢的转子芯轴1-1、永磁体1-2、合金护套1-3，电机定子部分包括定子铁芯2-2、线包绕组2-2、引出线3、霍尔元件、霍尔传感器、霍尔电路板、霍尔安装基座2-4、环氧树脂、电机外壳2-1，霍尔安装基座2-4位于定子铁芯2-2朝向引出线3一侧；霍尔元件的引脚焊接于霍尔电路板，霍尔电路板四周包裹有铜网屏蔽层；霍尔传感器的相对位置通过霍尔安装基座2-4严格固定；引出线3一端为霍尔传感器的信号线，另一端为大电流的电机三相电电流引出线，其中对霍尔传感器的引出线加套屏蔽保护；电机定子安装完后使用环氧树脂进行灌封；电机外套筒用以保证电机定子的装配精度。
电机转子由转子芯轴1-1、永磁片或永磁环、合金护套1-3三个部件组成。
合金钢的转子芯轴1-1经过多次退火处理。电机采用1对级或2对级方案。永磁体1-2.采用永磁环或永磁环均匀割开的永磁片方式，所述永磁体1-2采用高强度、耐高温胶水固定于转子芯轴1-1上。
定子铁芯2-2由0.15-0.5mm厚的硅钢片叠压组成，形状为6磁极、12磁极或24磁极，磁极采用马蹄形，沿圆周均匀分布，磁极间隙小于4mm。线包绕组采用易塑形的自粘线，采用多股方式，线包绕组2-3与定子铁芯2-2相互之间采用绝缘纸隔蔽保护。
霍尔传感器为6个，按圆周均匀分布在电机定子内周，即每隔60°安装一个，相邻的3个一组分两组，使用时仅用一组另一组备用。引出线采用绝缘层为铁氟龙材料的高温线。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，包含电机转子和电机定子两大部分，电机转子部分包括合金钢芯轴、永磁、合金护套，电机定子部分包括定子铁芯、线包绕组、引出线、霍尔元件、霍尔传感器、霍尔电路板、霍尔安装基座、环氧树脂、电机外套筒，其特征是：所述霍尔安装基座位于定子铁芯朝向引出线一侧；所述霍尔元件的引脚焊接于霍尔电路板，所述霍尔电路板四周包裹有铜网屏蔽层；所述霍尔传感器的相对位置通过霍尔安装基座严格固定；所述引出线一端为霍尔传感器的信号线，另一端为大电流的电机三相电电流引出线，其中对霍尔传感器的引出线加套屏蔽保护；所述电机定子安装完后使用环氧树脂进行灌封；所述电机外套筒用以保证电机定子的装配精度。
2.根据权利要求1所述的一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，其特征是：所述的合金钢芯轴经过多次退火处理。
3.根据权利要求1所述的一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，其特征是：所述的电机采用1对级或2对级方案。
4.根据权利要求1所述的一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，其特征是：所述的永磁采用永磁环或永磁环均匀割开的永磁片方式，所述永磁采用高强度、耐高温胶水固定于芯轴上。
5.根据权利要求1所述的一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，其特征是：所述的定子铁芯由0.15-0.5mm厚的硅钢片叠压组成，形状为6磁极、12磁极或24磁极，磁极采用马蹄形，沿圆周均匀分布，磁极间隙小于4mm。
6.根据权利要求1所述的一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，其特征是：所述的线包绕组采用易塑形的自粘线，采用多股方式，所述线包绕组与定子铁芯相互之间采用绝缘纸隔蔽保护。
7.根据权利要求1所述的一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，其特征是：所述的霍尔传感器为6个，按圆周均匀分布在电机定子内周，即每隔60°安装一个，相邻的3个一组分两组，使用时仅用一组另一组备用。
8.根据权利要求1所述的一种真空分子泵用霍尔永磁无刷直流高速电机，其特征是：所述的引出线采用绝缘层为铁氟龙材料的高温线。
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