CN113088933A - 旋转装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转装置，包括：具有反应腔的反应器；壳体，设置在反应器的底部，壳体包括容纳腔，容纳腔和反应腔相连通；旋转轴，绕自身轴线可转动地设置在壳体的容纳腔内，且旋转轴的一端伸至反应腔内；旋转盘，和旋转轴伸至反应腔的一端连接；石墨托盘，支撑在旋转盘上；加热组件，设置在反应腔内，用于对石墨托盘加热；无框电机，包括转子和定子，定子固定设置在壳体上，转子套设在旋转轴的外侧壁上且对应设置在定子的内部。本发明由于采用无框电机直接驱动旋转轴转动，对旋转轴仅仅施加旋转的力矩，而无侧向力，使得旋转装置的旋转更为平稳和可靠。
Description
技术领域
本发明涉及化学气相沉积(CVD)设备领域，尤其涉及一种旋转装置。
背景技术
用于制备薄膜材料的CVD设备(例如MOCVD、SiC-CVD等设备)是一种集真空、高温、高速旋转等技术为一体的高科技装备。反应气体流经被加热的基片(即衬底)表面，发生化学反应生成GaN、AlN、SiC或其他材料的单晶薄膜。在该类设备中，一般采用旋转轴驱动石墨托盘旋转。具体地，旋转轴的上端安装有旋转盘，旋转盘上支撑有石墨托盘，旋转轴的下端安装有从动轮，从动轮通过同步带和电机的驱动端安装的主动轮连接。旋转时，电机通过带传动结构驱动旋转轴带动旋转盘及石墨托盘转动。
然而，采用带传动结构驱动旋转轴转动时，同步带具有一定的预紧力，容易对旋转轴产生一定的侧向力，高速旋转时这种侧向力还会加大，导致设备的旋转平稳性变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转装置，以解决现有技术中采用带传动结构驱动旋转轴转动时，同步带具有一定的预紧力，容易对旋转轴产生一定的侧向力，高速旋转时这种侧向力还会加大，导致设备的旋转平稳性变差的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种旋转装置，包括：
具有反应腔的反应器；
壳体，设置在所述反应器的底部，所述壳体包括容纳腔，所述容纳腔和所述反应腔相连通；
旋转轴，绕自身轴线可转动地设置在所述壳体的所述容纳腔内，且所述旋转轴的一端伸至所述反应腔内；
旋转盘，和所述旋转轴伸至所述反应腔的一端连接；
石墨托盘，支撑在所述旋转盘上；
加热组件，设置在所述反应腔内，用于对所述石墨托盘加热；
无框电机，包括转子和定子，所述定子固定设置在所述壳体上，所述转子套设在所述旋转轴的外侧壁上且对应设置在所述定子的内部。
在本发明的一个实施例中，所述壳体包括：
上固定支架，所述上固定支架的一端和所述反应器的底壁连接，所述上固定支架的另一端和所述无框电机的所述定子的一端连接；所述下固定支架的一端和所述无框电机的所述定子的另一端连接，所述下固定支架的另一端和底板连接。
在本发明的一个实施例中，所述转子与所述定子之间存在1-2mm的间隙。
在本发明的一个实施例中，所述旋转装置还包括：
支撑筒，所述支撑筒的一端和所述旋转盘连接，所述支撑筒的另一端和所述石墨托盘连接。
在本发明的一个实施例中，所述加热组件包括：
加热器，设置在由所述石墨托盘、所述支撑筒和所述旋转盘围成的加热腔内；
电极板，设置在所述加热腔内且和所述加热器连接；
电极，所述电极的一端和所述电极板连接，所述电极的另一端依次穿过所述旋转盘的中心孔和所述旋转轴的内孔与所述底板连接。
在本发明的一个实施例中，所述石墨托盘包括呈圆柱形的本体，所述加热器呈圆柱形，所述本体和所述加热器同轴且相互平行设置。
在本发明的一个实施例中，所述本体底部的边缘处垂直朝下延伸设置有连接部，所述连接部和所述本体围成一凹槽，所述加热器设置在所述凹槽内，所述连接部的下端和所述支撑筒连接。
在本发明的一个实施例中，所述旋转装置还包括：
上轴承和下轴承，沿所述旋转轴的轴向间隔设置在所述壳体的所述容纳腔内，且分别位于所述无框电机的所述转子的上下两侧，所述旋转轴设置在所述上轴承和所述下轴承内。
在本发明的一个实施例中，所述旋转装置还包括：
上磁流体密封件和下磁流体密封件，沿所述旋转轴的轴向间隔设置在所述壳体的所述容纳腔内，所述上磁流体密封件设置在所述上轴承和所述反应器之间，所述下磁流体密封件设置在所述下轴承和所述底板之间，所述旋转轴设置在所述上磁流体密封件和所述下磁流体密封件内。
在本发明的一个实施例中，所述反应腔、所述石墨托盘、所述旋转盘、所述旋转轴、所述上轴承、所述下轴承、所述上磁流体密封件、所述下磁流体密封件、所述无框电机以及所述壳体同轴设置。
本发明的有益之处在于：
区别于现有技术，应用本发明的技术方案，通过将无框电机的定子固定设置在壳体上，将无框电机的转子套设在旋转轴的外侧壁上且对应设置在定子的内部，当无框电机通电时，会驱动转子做圆周运动从而带动旋转轴、旋转盘以及石墨托盘同步旋转，旋转平稳，水平跳动和上下跳动小于0.01mm。相比于现有技术，由于采用无框电机直接驱动旋转轴转动，对旋转轴仅仅施加旋转的力矩，而无侧向力，使得旋转装置的旋转更为平稳和可靠。另外，采用无框电机的驱动结构比有减速箱、传动带、齿轮等传动零部件的驱动结构的传动效率更高，降低了能耗，节省了成本；同步带在高速旋转状态下工作，易产生疲劳破坏，带齿容易磨损甚至发生断裂问题，同步带磨损、断裂需要更换时，必须将所有零部件全部拆开，维修性差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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1是本发明一实施例中旋转装置的剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参见图1所示，本发明的一实施例中提供的一种旋转装置，包括：反应器、石墨托盘1、旋转盘3、旋转轴5、壳体、加热组件以及无框电机。反应器具有反应腔。壳体设置在反应器的底部，壳体包括容纳腔，容纳腔和反应腔相连通。旋转轴5绕自身轴线可转动地设置在壳体的容纳腔内，且旋转轴5的一端伸至反应腔内。旋转盘3和旋转轴5伸至反应腔的一端连接。石墨托盘1支撑在旋转盘3上。加热组件设置在反应腔内，用于对石墨托盘1加热。无框电机包括转子9和定子10，定子10固定设置在壳体上，转子9套设在旋转轴5的外侧壁上且对应设置在定子10的内部。
上述旋转装置，通过将无框电机的定子10固定设置在壳体上，将无框电机的转子9套设在旋转轴5的外侧壁上且对应设置在定子10的内部，当无框电机通电时，会驱动转子9做圆周运动从而带动旋转轴5、旋转盘3以及石墨托盘1同步旋转，旋转平稳，水平跳动和上下跳动小于0.01mm。相比于现有技术，由于采用无框电机直接驱动旋转轴5转动，对旋转轴5仅仅施加旋转的力矩，而无侧向力，使得旋转装置的旋转更为平稳和可靠。另外，采用无框电机的驱动结构比有减速箱、传动带、齿轮等传动零部件的驱动结构的传动效率更高，降低了能耗，节省了成本；同步带在高速旋转状态下工作，易产生疲劳破坏，带齿容易磨损甚至发生断裂问题，同步带磨损、断裂需要更换时，必须将所有零部件全部拆开，维修性差。
本发明的实施例中，壳体包括上固定支架8、下固定支架11和底板16。上固定支架8的一端和反应器的底壁4连接，上固定支架8的另一端和无框电机的定子10的一端连接。下固定支架11的一端和无框电机的定子10的另一端连接，下固定支架11的另一端和底板16连接。反应器的底壁4、上固定支架8、无框电机的定子10、下固定支架11和底板16围设形成上述的容纳腔。如此，无框电机为嵌入式安装，可以节省空间。
具体到实施例中，采用螺钉15将上固定支架8和无框电机的定子10的上端固定连接以及将下固定支架11和无框电机的定子10的下端固定连接。
本发明的实施例中，转子9与定子10之间存在1-2mm的间隙。
本发明的实施例中，旋转装置还包括支撑筒14，支撑筒14的一端和旋转盘3连接，支撑筒14的另一端和石墨托盘1连接。由于石墨托盘1和支撑筒14相对静止、无动摩擦，提高了石墨托盘1的使用寿命。
本发明的实施例中，加热组件包括加热器19、电极板17和电极18，加热器19设置在由石墨托盘1、支撑筒14和旋转盘3围成的加热腔内。电极板17设置在加热腔内且和加热器19连接。电极18的一端和电极板17连接，电极18的另一端依次穿过旋转盘3的中心孔和旋转轴5的内孔与底板16连接。由于加热器19设置在由石墨托盘1、支撑筒14和旋转盘3围成的加热腔内，使得石墨托盘1的下方无加热死区，加热均匀性好，制备的外延材料厚度均匀性好。
本发明的实施例中，石墨托盘1包括呈圆柱形的本体，加热器19呈圆柱形，本体和加热器19同轴且相互平行设置。由此，可以使得石墨托盘1的温度更为均匀。
进一步地，本体底部的边缘处垂直朝下延伸设置有连接部，连接部和本体围成一凹槽，加热器19设置在凹槽内，连接部的下端和支撑筒14连接。由此，使得石墨托盘1的保温性能更好，降低了能耗。
进一步地，连接部的内侧设置有环形槽，加热器19的边缘可以伸进环形槽内。
本发明的实施例中，反应器的侧壁2和底壁4均设置有冷水腔，冷水腔内循环流动冷却液，用于对反应器降温。
本发明的实施例中，旋转装置还包括上轴承7和下轴承12。上轴承7和下轴承12沿旋转轴5的轴向间隔设置在壳体的容纳腔内，且分别位于无框电机的转子9的上下两侧，旋转轴5设置在上轴承7和下轴承12内。如此，旋转轴5的转动更加平稳。另外，由于无框电机对旋转轴5仅仅施加旋转的力矩，而无侧向力，从而使得上轴承7和下轴承12的磨损非常小，使用寿命大大提高，从而可以避免因为轴承磨损而导致设备的旋转平稳性变差的问题。
本发明的实施例中，旋转装置还包括上磁流体密封件6和下磁流体密封件13。上磁流体密封件6和下磁流体密封件13沿旋转轴5的轴向间隔设置在壳体的容纳腔内，上磁流体密封件6设置在上轴承7和反应器之间，下磁流体密封件13设置在下轴承12和底板16之间，旋转轴5设置在上磁流体密封件6和下磁流体密封件13内。如此，通过上磁流体密封件6可以将反应腔和大气分隔开，通过下磁流体密封件13可以将加热腔和大气隔绝开，从而使得加热器19和反应气体的隔离度更好，提高了加热器19的使用寿命。
本发明的实施例中，底板16和电极18的连接处设置有绝缘材料。
本发明的实施例中，电极板17内设置有冷水腔，冷水腔内循环流动冷却液，用于对电极板17降温。
本发明的实施例中，反应腔大致呈圆柱形，石墨托盘1大致呈圆柱形，加热器19大致呈圆柱形，支撑筒14大致呈圆筒形，旋转盘3大致呈圆柱形，旋转轴5大致呈圆筒形，反应腔、石墨托盘1、加热器19、支撑筒14、旋转盘3、旋转轴5、上轴承7、下轴承12、上磁流体密封件6、下磁流体密封件13、无框电机以及壳体同轴设置。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种旋转装置，其特征在于，包括：
具有反应腔的反应器；
壳体，设置在所述反应器的底部，所述壳体包括容纳腔，所述容纳腔和所述反应腔相连通；
旋转轴，绕自身轴线可转动地设置在所述壳体的所述容纳腔内，且所述旋转轴的一端伸至所述反应腔内；
旋转盘，和所述旋转轴伸至所述反应腔的一端连接；
石墨托盘，支撑在所述旋转盘上；
加热组件，设置在所述反应腔内，用于对所述石墨托盘加热；
无框电机，包括转子和定子，所述定子固定设置在所述壳体上，所述转子套设在所述旋转轴的外侧壁上且对应设置在所述定子的内部。
2.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述壳体包括：
上固定支架，所述上固定支架的一端和所述反应器的底壁连接，所述上固定支架的另一端和所述无框电机的所述定子的一端连接；所述下固定支架的一端和所述无框电机的所述定子的另一端连接，所述下固定支架的另一端和底板连接。
3.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述转子与所述定子之间存在1-2mm的间隙。
4.根据权利要求2所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置还包括：
支撑筒，所述支撑筒的一端和所述旋转盘连接，所述支撑筒的另一端和所述石墨托盘连接。
5.根据权利要求4所述的旋转装置，其特征在于，所述加热组件包括：
加热器，设置在由所述石墨托盘、所述支撑筒和所述旋转盘围成的加热腔内；
电极板，设置在所述加热腔内且和所述加热器连接；
电极，所述电极的一端和所述电极板连接，所述电极的另一端依次穿过所述旋转盘的中心孔和所述旋转轴的内孔与所述底板连接。
6.根据权利要求5所述的旋转装置，其特征在于，所述石墨托盘包括呈圆柱形的本体，所述加热器呈圆柱形，所述本体和所述加热器同轴且相互平行设置。
7.根据权利要求6所述的旋转装置，其特征在于，所述本体底部的边缘处垂直朝下延伸设置有连接部，所述连接部和所述本体围成一凹槽，所述加热器设置在所述凹槽内，所述连接部的下端和所述支撑筒连接。
8.根据权利要求2所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置还包括：
上轴承和下轴承，沿所述旋转轴的轴向间隔设置在所述壳体的所述容纳腔内，且分别位于所述无框电机的所述转子的上下两侧，所述旋转轴设置在所述上轴承和所述下轴承内。
9.根据权利要求8所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置还包括：
上磁流体密封件和下磁流体密封件，沿所述旋转轴的轴向间隔设置在所述壳体的所述容纳腔内，所述上磁流体密封件设置在所述上轴承和所述反应器之间，所述下磁流体密封件设置在所述下轴承和所述底板之间，所述旋转轴设置在所述上磁流体密封件和所述下磁流体密封件内。
10.根据权利要求9所述的旋转装置，其特征在于，所述反应腔、所述石墨托盘、所述旋转盘、所述旋转轴、所述上轴承、所述下轴承、所述上磁流体密封件、所述下磁流体密封件、所述无框电机以及所述壳体同轴设置。
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