CN204271880U - 一种用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于磁力真空密封技术领域，具体为一种用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置。其包括由外向内、依次嵌套的同心的空心圆柱体外壳、外磁套、隔离密封套、内磁套和内轴；外固定刻度环设置于外壳和外磁套的顶端，半边法兰设置于外固定刻度环顶部；外磁体和内磁体分别竖直排列于外磁套和内磁套的内侧壁上，外轴承嵌套在隔离密封轴套外侧的下部，内轴承置于内磁体的下侧；内轴外壁紧贴内磁套内侧壁。隔离密封套内部为真空状态；当转动外磁套，引起内磁套的转动，使得内轴产生转动。本实用新型的优点在于大大提高了磁传动馈通装置旋转精度；并且可以通过非真空环境下转动操作，联动真空环境下的轴转动，操作简单。

Description

一种用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置

技术领域

本实用新型属于磁力真空密封技术领域，具体涉及一种用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置。

背景技术

在现代科学实验中，超高真空实验设备越来越普遍，尤其是在薄膜生长以及固体的表面分析方面。对于这些超高真空系统，在操作过程不可避免地需要在真空室外面操纵真空室内的部件作各种特定的运动，如样品的传递，样品停放台的升降等等。也就是说需要真空室外的原动力驱动真空室内的从动件，从室外将动力传递到室内。目前主要有机械传动、电力传动和磁力传动三种方式来实现。机械传动是指用一定方式将室内从动件与室外原动机构联结起来，并在真空室引入口用橡胶圈等材料进行真空密封。这种动密封的方式由于本身密封材料的磨损、放气以及密封处的漏率等原因，一般只能用在低真空或高真空环境。电力传动则需要将马达等驱动装置装入真空室内部，再通过电极密封引入电源，这种结构增大了设备体积，且驱动装置在真空室内放气严重。而磁力传动利用磁体的超距特性, 实现力矩无接触传递。通过磁极间的作用力，将运动件连接起来，外部机构运动，内部机构也在磁场力的作用下跟着动起来，从而实现完全无密封的传动。因此磁力传动目前已经广泛地应用在分子束外延，俄歇质谱仪、高能粒子加速器等科研领域。但现有的磁传动馈通装置传动精度不是很高，很大程度上不能很好地满足超高系统中多自由度精密样品传递等需求，并且普遍为单自由度装置，很多时候不能满足多自由度的需求（如样品传递时一般需要样品杆的前后伸缩自由度以及面内的旋转自由度）。

发明内容

本实用新型的目的在于提供了一种用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置，具体为通过真空内外高密度磁体的圆周分布设计，大大提高了磁传动馈通装置旋转精度；另外真空内部旋转轴采用镂空设计，可以进一步通过磁传动馈通的上下叠加来增加传动自由度。

本实用新型所提供的用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置，主要包括外壳1、外磁套2、外固定刻度环3、固定顶紧螺丝4、半边法兰5、外磁体6、隔离密封套7、外轴承8、内磁体9、内磁套10、内轴承11、内轴12、内固定环13和辅助导向轴承14；其中，外壳1、外磁套2、隔离密封套7、内磁套10和内轴12为由外向内、依次嵌套的同心的空心圆柱体；

所述外壳1与外磁套2固定连接，且两者顶端齐平；

所述外固定刻度环3为侧壁带有刻度的空心圆柱体，设置于外壳1和外磁套2的顶端，固定顶紧螺丝4与外固定刻度环3侧边贯穿连接；

所述半边法兰5再设置于外固定刻度环3顶部且固定连接；所述隔离密封套7的顶端与半边法兰5顶端齐平；

所述外磁体6为若干根长方体磁条，均匀竖直排列于外磁套2内侧壁上且固定连接，即外磁体6位于外磁套2与隔离密封套7之间；

所述外轴承8嵌套在隔离密封轴套7外侧的下部，且被外壳1包围；

所述内磁体9为若干根长方体磁条，均匀竖直排列于内磁套10的外侧壁上且固定连接，同时内磁体9与隔离密封轴套7内侧贴合；

所述内轴承11置于内磁体9的下侧，底部支撑在隔离密封套7的内侧；

所述内轴12外壁紧贴内磁套10内侧壁，且上端部与内固定环13连接；

所述辅助导向轴14承嵌套在内轴12的底部，且辅助导向轴14的外侧面与隔离密封套7内壁贴合；

所述隔离密封套7内为超真空状态；

所述外磁体6和内磁体9不接触隔离密封轴套7管壁。如图3所示。

本实用新型中，考虑到超高真空系统烘烤温度过高可能导致铁磁材料退磁现象，所述内磁体9为软铁材质，大大提高了磁传动馈通装置的使用寿命。

本实用新型中，所述外磁体6和内磁体9的数量一一对应，外磁体6一端沿圆周方向以S\N不同极性交替排列（即相邻排列的两个磁体的S/N极相反）；所述若干根内磁体9一端沿圆周方向也以S\N不同极性交替排列；且沿径向外磁体6和内磁体9相对应的一对的极性相反排列。

本实用新型中，所述隔离密封轴套7中间部分的管壁厚度仅为1mm~3mm，减小了内磁体和外磁体之间的磁隙，大大提高磁传动馈通装置的磁偶合力矩和传动效率。

本实用新型中，所述外磁体6和内磁体9与隔离密封轴套7管壁之间间距分别为为0.3 mm ~0.6mm，避免在传动过程中产生接触摩擦以及引起的材料放气。

本实用新型中，所述外磁套2和内磁套10的内侧壁分别沿各自圆周方向均匀设置若干个凹槽，所述外磁体6和内磁体9分别嵌在相对应的凹槽内。

本实用新型中，所述外磁体6的数量为15~25个，内磁体9的数量为15~25个。

本实用新型中，隔离密封套7内部为超真空状态；当转动外壳1，带动外磁套2转动；由于外磁体6与外磁套2内侧固定连接，外磁套2会进一步带动外磁体6的转动；进而在外磁体6通过磁力作用下，隔离密封套7内的内磁体9发生联动，而内磁体9与内磁套10固定连接，进而引起内磁套10的转动，并最终使得真空内部的内轴12产生实时的转动；通过记录外固定刻度环3以及内轴转动角度的数值记录，测试结果表明：转动外壳所产生内轴的实时转动精度可达0.1度。

本实用新型的优点在于：根据磁体磁极的异性相吸、同性相斥原理及其磁力线能够穿过非铁磁性物质的特性，提供了一种用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置，通过非真空环境下转动操作，联动超高真空环境下的轴转动，操作简单。该装置通过真空内外高密度磁体的圆周分布，大大提高了磁传动馈通装置旋转精度；另外真空内部旋转轴设计成镂空形式，可以进一步通过多个磁传动馈通的上下堆叠增加传动自由度，以满足磁传动馈通装置多自由度的需求。

附图说明

图1 为本实用新型的整体图示。

图2 为本实用新型各部件爆炸图图示。

图3为本实用新型各部件细节结构剖面图示。

图中标号：1为外壳，2为外磁套，3为外固定刻度环，4为固定顶紧螺丝，5为半边法兰，6为外磁体，7为隔离密封套，8为外轴承，9为内磁体，10为内磁套，11为内轴承，12为内轴，13为内固定环、14为辅助导向轴承。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的上述目的，下文将结合附图，详细叙述本实用新型。

所述外壳1为不锈钢薄圆柱套筒，内壁有4个楔形突起；楔形突起的上部带有螺纹孔，用于固定外固定刻度环3；

所述外磁套2为不锈钢圆柱套管，外侧壁有4个与外壳1内壁相匹配的楔形卡槽，用于外壳1与外磁套2之间的连接；外磁套2内侧壁沿圆周方向均匀分布若干个长方体卡槽，用于放置外磁体6；

所述隔离密封轴套7为一体加工而成的圆柱状钣金，外壁从上到下依次带有CF法兰刀口、固定半边法兰5的凹槽、限制转动的螺纹孔、放置外磁体6的凹槽、放置外轴承8的凹槽以及底部的CF法兰口；隔离密封轴套7的内壁从上到下依次带有固定内磁体9、内轴承11、辅助导向轴承14的凹槽；

所述半边法兰5通过螺丝与固定外固定刻度环3连接；

所述内磁套10为不锈钢圆柱套管，其外壁沿圆周方向均匀分布若干个长方体卡槽，用于放置内磁体9；

所述内轴12外壁套有内轴承11和辅助导向轴承14，确保内轴12的顺滑转动；内轴12的上部有一端螺纹，比内磁套10直径偏大一点点的螺母片会与内轴上部固定连接，如图3所示。

本实用新型中，可根据实际实用需求将真空内部待传动的部件与内轴12耦合在一起；另外还可以通过将多个磁传动馈通装置上下堆叠增加传动自由度。

本实用新型两端均为CF法兰接口，作为单个旋转自由度使用时，可以将半边法兰5一侧用CF法兰盲板密封，另一侧则通过CF法兰铜垫圈密封固定到超高真空腔体上；并在内轴12上通过螺丝固定所需旋转的实验部件。在真空外部转动外壳1，经过一系列的联动和磁相互作用，最终会使得真空内部内轴12实时发生转动；当转至固定位置时，拧紧固定顶紧螺丝4，外壳被锁定。

本实用新型作为多个自由度使用时（这里以1个面内旋转和1个面内伸缩2个自由度为例），则将1个磁馈通装置的半边法兰1一侧与另外1个磁馈通装置的辅助导向轴承14一侧密封连接；旋转自由度的磁馈通装置的内轴12通过螺丝整体固定待安装部件；面内伸缩自由度的磁馈通装置的内轴12通过螺丝固定带有齿轮装置的细杆（可以穿过旋转自由度的磁馈通装置的中空内轴12），并经过多个齿轮的相互配合实现面内的伸缩；

本实用新型参照上述实施例的结构对本实用新型进行了说明，但是并不局限于上面叙述的内容，本实用新型包括在上述权利要求保护范围内任何修改和变动。

Claims (7)

1.一种用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置，其特征在于包括外壳（1）、外磁套（2）、外固定刻度环（3）、固定顶紧螺丝（4）、半边法兰（5）、外磁体（6）、隔离密封套（7）、外轴承（8）、内磁体（9）、内磁套（10）、内轴承（11）、内轴（12）、内固定环（13）和辅助导向轴承（14）；其中，外壳（1）、外磁套（2）、隔离密封套（7）、内磁套（10）和内轴（12）为由外向内、依次嵌套的同心的空心圆柱体；

所述外壳（1）与外磁套（2）固定连接，且两者顶端齐平；

所述外固定刻度环（3）为侧壁带有刻度的空心圆柱体，设置于外壳（1）和外磁套（2）的顶端，固定顶紧螺丝（4）与外固定刻度环（3）侧边贯穿连接；

所述半边法兰（5）再设置于外固定刻度环（3）顶部且固定连接；所述隔离密封套（7）的顶端与半边法兰（5）顶端齐平；

所述外磁体（6）为若干根长方体磁条，均匀竖直排列于外磁套（2）内侧壁上且固定连接，即外磁体（6）位于外磁套（2）与隔离密封套（7）之间；

所述外轴承（8）嵌套在隔离密封轴套（7）外侧的下部，且被外壳（1）包围；

所述内磁体（9）为若干根长方体磁条，均匀竖直排列于内磁套（10）的外侧壁上且固定连接，同时内磁体（9）与隔离密封轴套（7）内侧贴合；

所述内轴承（11）置于内磁体（9）的下侧，底部支撑在隔离密封套（7）的内侧；

所述内轴（12）外壁紧贴内磁套（10）内侧壁，且上端部与内固定环（13）连接；

所述辅助导向轴（14）承嵌套在内轴（12）的底部，且辅助导向轴（14）的外侧面与隔离密封套（7）内壁贴合；

所述隔离密封套（7）内为超真空状态；

所述外磁体（6）和内磁体（9）不接触隔离密封轴套（7）管壁。

2.如权利要求1所述的用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置，其特征在于所述内磁体（9）为软铁材质。

3.如权利要求1所述的用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置，其特征在于所述外磁体（6）和内磁体（9）的数量一一对应，外磁体（6）一端沿圆周方向以S\N不同极性交替排列，即相邻排列的两个磁体的S/N极相反；所述若干根内磁体（9）一端沿圆周方向也以S\N不同极性交替排列；且沿径向外磁体（6）和内磁体（9）相对应的一对的极性相反排列。

4.如权利要求1所述的用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置，其特征在于所述隔离密封轴套（7）中间部分的管壁厚度为1mm~3mm。

5.如权利要求1所述的用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置，其特征在于所述外磁体（6）和内磁体（9）与隔离密封轴套（7）管壁之间间距分别为为0.3 mm~0.6mm。

6.如权利要求1所述的用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置，其特征在于所述外磁套（2）和内磁套（10）的内侧壁分别沿各自圆周方向均匀设置若干个凹槽，所述外磁体（6）和内磁体（9）分别嵌在相对应的凹槽内。

7.如权利要求1所述的用于超高真空系统的高精度磁传动馈通装置，其特征在于所述外磁体（6）的数量为15~25个，内磁体（9）的数量为15~25个。