CN107460540A - 一种平衡调节型绕线装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及单晶硅生产设备技术领域,尤其涉及一种平衡调节型绕线装置。该平衡调节型绕线装置包括基座、电机、绕线机构和平衡机构。该绕线机构包括滚珠花键、绕线轮和固定螺母。该绕线机构的绕线轮在转动绕线的同时,会在固定螺母的作用下沿滚珠花键的轴向运动。该平衡机构包括丝杆、导向杆和平衡块,该丝杆与滚珠花键通过同步带连接。该平衡机构能够在绕线轮沿轴向运动的过程中,带动平衡块向与绕线轮相反的方向运动,使该绕线装置的重心保持不变,以保证绕线装置运行的稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及单晶硅生产设备技术领域,尤其涉及一种平衡调节型绕线装置。
背景技术
单晶硅主要用于制作半导体元件,包括大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等,是集成电路产业和太阳能光伏产业的重要功能材料。制备单晶硅的方法有很多,其中,直拉法是生产单晶硅最常用的方法之一。
图1为一种通过直拉法制备单晶硅的单晶炉结构示意图。该单晶炉主要包括:密封腔体01、加热装置02、坩埚03、籽晶轴线04和籽晶提升机构05。在使用该单晶炉制备单晶硅的过程中,首先将多晶硅加入坩埚03中,使用加热装置02加热坩埚03,使多晶硅熔化为硅熔融体。其次,采用籽晶提升机构05使籽晶轴线04下端的籽晶慢慢下降进入硅熔融体中。最后,使用籽晶提升机构05将籽晶按照一定速度向上提升。在提升的过程中,籽晶与硅熔体的固液界面之间的硅熔融体冷却成固态的硅单晶。
籽晶提升机构05主要包括电机和绕线轮。在提升籽晶的过程中,绕线轮不仅在电机的作用下按照一定的速率转动将籽晶提升,而且沿绕线轮的轴线左右运动,以减小绕线过程中籽晶轴线04位置的偏移。但是,该提升机构的绕线轮在左右运动的过程中,提升机构的重心不断地发生变化,无法始终保持提升机构的重心与籽晶轴线04重合。因此,在提升籽晶的过程中,籽晶提升机构可能会由于重心不稳而导致籽晶轴线04晃动,降低籽晶头运行的稳定性,导致固液之间的氧化物进入到晶体内部,降低了晶体品质以及单晶棒一次性生长的成功率和单晶的转化效率。
发明内容
本申请提供了一种平衡调节型绕线装置,以解决现有绕线装置在绕线的过程中重心不断地变化,导致绕线机构运行稳定性低的问题。
一种平衡调节型绕线装置,包括:基座、设置于所述基座上的绕线机构、平衡机构和电机,其中,
所述绕线机构包括滚珠花键、绕线轮和固定螺母;所述滚珠花键的花键轴与所述电机连接,所述滚珠花键的花键外筒上设有所述绕线轮和第一螺纹,所述第一螺纹与所述固定螺母相配合,所述固定螺母设置于所述基座上;
所述平衡机构包括丝杆、导向杆和平衡块;所述平衡块上设有第一通孔和第二通孔,所述第一通孔内设有第二螺纹和与所述第二螺纹相配合的所述丝杆,所述第二通孔内设有所述导向杆;
所述滚珠花键和所述丝杆通过同步带连接,所述绕线轮和所述平衡块的运动方向相反。
可选的,所述基座上设有密封壳体,所述绕线机构设置于所述密封壳体的内部;所述电机和所述平衡机构设置于所述密封壳体的外部。
可选的,所述基座上还设有配重块,所述配重块和所述电机相对设置于所述绕线机构的两侧。
可选的,所述的平衡调节型绕线装置还包括限位装置,所述限位装置包括感应片、第一限位开关和第二限位开关;
所述感应片设置于所述平衡块上,所述第一限位开关和所述第二限位开关分别设置于平衡块运动的两个极限位置处。
可选的,所述导向杆上设有直线轴承,所述第二通孔设置于所述直线轴承上。
可选的,所述绕线轮上设有线槽。
可选的,所述密封壳体上设有透明视窗。
可选的,所述滚珠花键与所述密封壳体的连接处通过磁流体密封件密封。
本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果:
该平衡调节型绕线装置包括基座、电机、绕线机构和平衡机构。该绕线机构包括滚珠花键、绕线轮和固定螺母。该绕线机构的绕线轮在转动绕线的同时,绕线轮会在固定螺母的作用下沿滚珠花键的轴向运动。该平衡机构包括丝杆、导向杆和平衡块,该丝杆与滚珠花键通过同步带连接。该平衡机构能够在绕线轮沿轴向运动的过程中,带动平衡块向与绕线轮相反的方向运动,使该绕线装置的重心保持不变,以保证绕线装置运行的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,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为一种通过直拉法制备单晶硅的单晶炉结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种平衡调节型绕线装置的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种平衡调节型绕线装置的俯视图。
图4为本申请实施例提供的一种平衡调节型绕线装置的剖面图A-A。
图5为本申请实施例提供的绕线轮的结构示意图。
图6为本申请实施例提供的平衡块的结构示意图。
附图标记说明:
1、基座;2、绕线机构;21、滚珠花键;211、花键轴;212、花键外筒;22、绕线轮;221、线槽;23、固定螺母;24、第一螺纹;25、轴承座;26、轴承;27、磁流体密封件;28、轴套;3、平衡机构;31、丝杆;32、导向杆;321、直线轴承;33、平衡块;331、第一通孔;332、第二通孔;333、第二螺纹;34、底板;35、第一侧板;36、第二侧板;4、电机;41、第一减速器;42、第二减速器;5、同步带;51、第一带轮;52、第二带轮;53、小轴;6、密封壳体;61、透明视窗;62、前侧板;63、后侧板;7、配重块;71、横向调节槽;72、纵向调节槽;8、限位装置;81、感应片;82、第一限位开关;83、第二限位开关。
具体实施方式
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请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,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图2为本申请实施例提供的一种平衡调节型绕线装置的整体结构示意图。图3为本申请实施例提供的一种平衡调节型绕线装置的俯视图。图4为本申请实施例提供的一种平衡调节型绕线装置的剖面图A-A。
请参阅图2-图4,本实施例提供的平衡调节型绕线装置包括:基座1、密封壳体6、绕线机构2、平衡机构3和电机4。该密封壳体6设置于该基座1上,该绕线机构2设置于密封壳体6的内部,该电机4和平衡机构3设置于密封壳体6的外部。
该密封壳体6的形状为长方体,并且该密封壳体6的前侧板62和该密封壳体6的后侧板63可拆卸。当需要对设置于该密封壳体6内部的绕线机构2进行检修时,可将该前侧板62或者后侧板63从密封壳体6上拆卸下来。
可选的,该密封壳体6上设有透明视窗61。通过该透明视窗61可以观察密封壳体6内部的绕线机构2的运转情况。
可选的,该密封壳体6的底座上还设有配重块7,该配重块7和电机4相对设置于密封壳体6的两侧。该配重块7的底座两侧分别设有一个横向调节槽71,该绕线机构2的底座上设有一个与该横向调节槽71垂直的纵向调节槽72。将螺栓依次穿过该横向调节槽71和纵向调节槽72,即可将该配重块7固定于该绕线机构2的基座1上。
该配重块7用于调节该平衡调节型绕线装置在静止状态下的重心位置。示例性的,当该绕线装置的重心位置位于籽晶轴线的左侧时,沿着横向调节槽71将该配重块7向右调节,使该装置的重心与该籽晶轴线重合。当该绕线装置的重心位置位于籽晶轴线的后侧时,沿着纵向调节槽72将该配重块7向前调节,使该绕线装置的重心与该籽晶轴线重合,以保证籽晶轴线在提升过程中的稳定性。
该绕线机构2包括滚珠花键21、绕线轮22和固定螺母23、轴承26、轴承座25和磁流体密封件27。该轴承座25设置于密封壳体6的一个侧壁上,该轴承座25上固定有轴承26。该磁流体密封件27设置于该密封壳体6上与轴承26相对的侧壁上。该滚珠花键21包括花键轴211和花键外筒212,该花键外筒212能够在外力的作用下沿该花键轴211运动。该花键轴211的一端与该轴承26连接,该花键轴211的另一端穿过密封壳体6上的磁流体密封件27与电机4连接。
由于在直拉法制备单晶硅的过程中,单晶炉内部空间需要与外界环境隔绝,以避免外界空气中的氧气和杂质进入单晶炉内,影响单晶硅的品质。该磁流体密封件27能够将单晶炉内环境与外界环境隔绝起来。
该滚珠花键21的花键外筒212上设有绕线轮22和第一螺纹24,该第一螺纹24与固定螺母23相配合,该固定螺母23设置于该密封壳体6上。可选的,在本实施中,该第一螺纹24可以直接设置于花键外筒212的外表面,也可以在花键外筒212的外表面设置一个带有第一螺纹24的轴套28。该绕线轮22、轴套28均通过螺栓固定于滚珠花键21的花键外筒212上。
当电机4带动花键轴211转动时,花键外筒212上的绕线轮22会随着花键轴211一起转动,将籽晶轴线缠绕于绕线轮22上,将籽晶慢慢地从硅熔融体中提升起来,成形单晶硅。在绕线轮22绕线的过程中,如果绕线轮22始终沿花键轴211的轴向静止不动,籽晶轴线将杂乱地堆积缠绕在绕线轮22上,导致籽晶轴线不断地晃动,影响单晶硅的质量。
因此,在该花键外筒212上设置了第一螺纹24,在密封壳体6上设置了固定螺母23。该第一螺纹24与该固定螺母23相配合。当花键轴211带动花键外筒212转动时,不仅绕线轮22会随着花键外筒212转动,花键外筒212上的第一螺纹24也会随着花键轴211的转动而转动,由于该第一螺纹24与固定于密封壳体6上的固定螺母23配合在一起,因此,当花键轴211转动时,该固定螺母23会给花键外筒212一个作用力,使花键外筒212沿花键轴211向前或者向后运动,以保证籽晶轴线均匀地缠绕于绕线轮22上,并保证在缠绕的过程中籽晶轴线不发生晃动。
可选的,请参阅图5,该绕线轮22上设有线槽221。在本实施例中,该线槽221的横截面形状为半圆形,该线槽221呈螺旋状紧密设置于该绕线轮22上。在绕线轮22转动缠绕籽晶轴线的过程中,籽晶轴线嵌于该线槽221的内部,将籽晶轴线固定起来,避免其在绕线的过程中游移,导致装置不稳定。
需要说明的是,本申请中的电机4可以有多种形式,例如,一种自身带有减速器的电机4,该电机4可以直接与花键轴211连接。或者一种自身不具备减速功能的电机4,该电机4可以通过若干个减速器与花键轴211连接。无论上述哪种连接方式,都旨在实现以一个较低且稳定的转速带动花键轴211转动。
在本实施例中,由于该电机4的主轴与花键轴211垂直,因此,该电机4首先与第一减速器41连接,以通过第一减速器41降低转轴输出转速并使第一减速器41动力输出轴的方向与花键轴211的方向一致。示例性的,该第一减速器41可以为蜗轮蜗杆减速器。该第一减速器41再与第二减速器42连接,以进一步降低该第二减速器42的输出转速,使绕线机构2缓慢且稳定地运转。
在本实施例中,该第二减速器42的一端与滚珠花键21的花键轴211连接,该第二减速器42的另一端设有一小轴53,该小轴53与该花键轴211同轴,该小轴53的上设有第一带轮51。
通常情况下,在该绕线装置使用前,会先调节该绕线装置的重心位置,使该绕线装置的重心位置与籽晶轴线重合。但是当绕线轮22沿花键轴211运动之后,该绕线装置的重心位置便会沿着绕线轮22运动的方向移动,使绕线装置的重心与偏离籽晶轴线。
因此,本申请提供的绕线装置还包括平衡机构3。在本实施例中,该平衡机构3包括底板34,该底板34设置于电机4的上方,并且该底板34的上方设置有两个相互平行的第一侧板35和第二侧板36,该第一侧板35和第二侧板36垂直于所述底板34。
该平衡机构3还包括丝杆31、导向杆32和平衡块33。请参阅图6,该平衡块33上设有第一通孔331和第二通孔332。该第一通孔331内设有第二螺纹333和与该第二螺纹333相配合的丝杆31;该第二通孔332内设有导向杆32。
该丝杆31的一端设置于所述第一侧板35上,该丝杆31的另一端设置于所述第二侧板36上。该导向杆32的一端通过轴承26设置于所述第一侧板35上,该导向杆32的另一端通过轴承26设置于所述第二侧板36上,并且该导向杆32与该丝杆31平行。该丝杆31位于第一侧板35上的一端设有第二带轮52,该第二带轮52与第一带轮51通过同步带5连接。
当电机4带动花键轴211转动时,花键轴211带动与其连接的第一带轮51转动,该第一带轮51通过同步带5驱动第二带轮52转动。该第二带轮52与丝杆31连接,进而驱动丝杆31转动。在丝杆31转动的过程中,由于平衡块33上设有第二螺纹333,在丝杆31和第二螺纹333的作用下,平衡块33将沿着丝杆31的轴线根据丝杆31的转动方向向前或者向后运动。
该导向杆32用于防止平衡块33随着丝杆31转动。在丝杆31转动的过程中,平衡块33会在丝杆31的作用下产生随丝杆31一起转动的趋势,而该导向杆32阻止了平衡块33的转动。可以理解的是,该平衡块33产生了一定的压力作用于该导向杆32上,这就导致平衡块33在沿导向杆32轴线向左或者向右运动的过程中产生较大的摩擦力,导致该绕线装置在运行的过程中消耗的能量较大。因此,本实施例在该导向杆32上设置了直线轴承321,并将该第二通孔332设置于该直线轴承321上,该直线轴承321能够将平衡块33和导向杆32之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦,以减小平衡块33和导向杆32之间的摩擦力。
值得说明的是,该平衡块33的运动方向与该绕线轮22的运动方向相反。示例性的,当绕线轮22沿花键轴211向左运动时,该平衡块33沿丝杆31和导向杆32向右运动,使得该绕线装置的重心位置始终保持在籽晶轴线上。
可选的,该绕线装置还包括限位装置8,该限位装置8包括感应片81、第一限位开关82和第二限位开关83。该感应片81设置于该平衡块33上,该第一限位开关82和该第二限位开关83分别设置于平衡块33运动的两个极限位置,例如,该丝杆31的两端。当该平衡块33运动到任意一个极限位置时,平衡块33上的感应片81触发限位开关,该绕线装置停止运动。
综上所述,本申请提供的平衡调节型绕线装置的绕线机构2和平衡机构3能够协调工作。当绕线机构2在缠绕籽晶轴线的过程中沿滚珠花键21轴线运动时,该平衡机构3能够带动平衡块33向与绕线轮22相反的方向运动,使该绕线装置的重心保持不变,以提供绕线装置运行的稳定性,提高晶体品质以及单晶棒一次性生长的成功率和单晶的转化效率。
需要说明的是,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (8)
1.一种平衡调节型绕线装置,其特征在于,包括:基座(1)、设置于所述基座(1)上的绕线机构(2)、平衡机构(3)和电机(4),其中,
所述绕线机构(2)包括滚珠花键(21)、绕线轮(22)和固定螺母(23);所述滚珠花键(21)的花键轴(211)与所述电机(4)连接,所述滚珠花键(21)的花键外筒(212)上设有所述绕线轮(22)和第一螺纹(24),所述第一螺纹(24)与所述固定螺母(23)相配合,所述固定螺母(23)设置于所述基座(1)上;
所述平衡机构(3)包括丝杆(31)、导向杆(32)和平衡块(33);所述平衡块(33)上设有第一通孔(331)和第二通孔(332),所述第一通孔(331)内设有第二螺纹(333)和与所述第二螺纹(333)相配合的所述丝杆(31),所述第二通孔(332)内设有所述导向杆(32);
所述滚珠花键(21)和所述丝杆(31)通过同步带(5)连接,所述绕线轮(22)和所述平衡块(33)的运动方向相反。
2.根据权利要求1所述的平衡调节型绕线装置,其特征在于,所述基座(1)上设有密封壳体(6),所述绕线机构(2)设置于所述密封壳体(6)的内部;所述电机(4)和所述平衡机构(3)设置于所述密封壳体(6)的外部。
3.根据权利要求1或2所述的平衡调节型绕线装置,其特征在于,所述基座(1)上还设有配重块(7),所述配重块(7)和所述电机(4)相对设置于所述绕线机构(2)的两侧。
4.根据权利要求1或2所述的平衡调节型绕线装置,其特征在于,还包括限位装置(8),所述限位装置(8)包括感应片(81)、第一限位开关(82)和第二限位开关(83);
所述感应片(81)设置于所述平衡块(33)上,所述第一限位开关(82)和所述第二限位开关(83)分别设置于平衡块(33)运动的两个极限位置处。
5.根据权利要求1或2所述的平衡调节型绕线装置,其特征在于,所述导向杆(32)上设有直线轴承(321),所述第二通孔(322)设置于所述直线轴承(321)上。
6.根据权利要求1或2所述的平衡调节型绕线装置,其特征在于,所述绕线轮(22)上设有线槽(221)。
7.根据权利要求2所述的平衡调节型绕线装置,其特征在于,所述密封壳体(6)上设有透明视窗(61)。
8.根据权利要求2所述的平衡调节型绕线装置,其特征在于,所述滚珠花键(21)与所述密封壳体(6)的连接处通过磁流体密封件(27)密封。
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