用於真空機械手的直接驅動電動機的製作方法

2023-11-04 01:39:32

專利名稱：用於真空機械手的直接驅動電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於真空機械手的直接驅動電動機，具體說就是一種專用於半導體設備中真空機械手的內轉子三相永磁同步電動機，適用於直接驅動多軸機械手。
背景技術：
半導體行業中，真空機械手實現將動力從大氣環境傳輸到真空環境，傳統的真空機械手具有多個關節，每個關節布置有電機驅動裝置，機械手末端軌跡為多個關節的運動合成。國外上一代真空機械手藉助磁性聯軸器實現伺服電機與真空軸系之間連接。傳統的機械手末端在傳輸時數據計算量大，傳統的電機驅動裝置結構鬆散，精度低，控制性差，難以滿足真空機械手高速、高精度、大轉矩、小型化的發展需求。

發明內容
本發明的目的是提供一種大間隙直接驅動的電機，運用交流伺服驅動器對電機進行控制，無需中間減速環節就能夠直接實現對末端部件的轉矩轉速控制，定轉子間有真空隔離套，因此採用大間隙磁路設計。為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種用於真空機械手的直接驅動電動機，所述電動機包括定子、轉子，以及傳感器；其中，所述轉子置於真空環境中，並且與真空環境內的機械手的傳動軸直接連接，而所述定子置於大氣環境，所述定子與轉子之間的氣隙> I. 5mm，在定轉子間設置有不導磁的真空隔離套3。優選的，所述定子與轉子之間的氣隙為I. 5mm 3mm。所述真空隔離套的厚度為O. 5mm 1mm。所述電動機使用增量式的光電編碼器作為傳感器，其光學碼盤的每圈線數為5000線。所述電動機的轉子和定子採用分數槽的極槽配合，以減小電動機的輸出轉矩波動；所述轉子的磁極數為26極；所述定子的鐵芯槽數為27槽，槽口寬度為I. 5mm。所述定子由衝片疊壓形成，三相電樞繞組在定子齒上成集中短距分布；電機定子的繞組外灌封環氧樹脂，對繞組進行整形與保護。優選的，所述繞組內設置有溫度傳感器，其根據電機內的溫升情況，驅動外部的控制器對電動機做出調整，以適應在不同溫度下的不同工作效率。所述永磁轉子包含作為永磁磁極的沿圓周均勻分布的磁鋼，轉子軛，在磁極與磁極之間均勻分布的肖_導磁絕緣材料，以及在磁鋼外設置的不導磁的護套。當永磁磁極為衫鈷永磁體時,永磁磁鋼的徑向半徑差值4mm 7mm ；當永磁磁極為銣鐵硼磁體時，永磁磁鋼的徑向直徑半徑差值為4mm 6mm。所述不導磁的護套的厚度為O. 3mm 1mm。本發明是一種大間隙直接驅動的永磁同步電動機，由於真空機器人的傳動軸在真空中工作，為了減少中間環節，本發明中將電機轉子也置於真空環境中，而將定子置於大氣環境中，則在電機定轉子之間就需要真空隔離套隔開。本發明的優點是作為真空機械手的一部分，實現真空機械手末端低速運行的要求，相比已有技術中採用高速電機與磁性聯軸器或減速機構結合以實現使用要求的方式，本發明中將直接驅動電機轉子與運動載體直接連接，中間省去了減速機構，實現結構簡單，傳動空間減小、複雜程度下降，精度高，轉矩大，啟動轉矩低。本發明中還採用中空盤式結構的轉子，便於實現真空機器人的多軸軸系的空間同軸布置，並且可使配線從中穿過；採用大間隙的結構能夠便於實現轉子真空與定子大氣環境的有效隔離，更加適用於半導體行業。


圖I是本發明所述電動機的整體結構示意圖；
圖2是本發明所述電動機的軸向剖視圖。永磁轉子1，永磁磁極1-1，轉子軛1-2，不導磁不鏽鋼的護套1-3，定子2，定子衝片2-1，定子齒2-2，不導磁不鏽鋼的真空隔離套3。
具體實施例方式以下結合圖I和圖2說明本發明的實施方式。本發明所述的電動機，是一種大間隙的交流伺服電機，適用於直接驅動真空機械手。該電機主要包括由矽鋼片衝片2-1疊壓的定子2、設有永磁磁極1-1、轉子軛1-2、極間絕緣材料、不導磁的轉子護套1-3的永磁轉子I ;其中，所述轉子I為中空盤式結構，置於真空潔淨環境中，並且與機械手的傳動軸直接連接，而所述定子2置於大氣環境，在定轉子間設置有真空隔離套3。另外，所述電動機還使用光電編碼器作為傳感器，優選的，其增量式光學碼盤的每圈線數為5000線。為了減小電機的輸出轉矩波動，電機採用分數槽的極槽配合。一個具體的實施例中，轉子I的磁極數為26極，定子2的鐵芯槽數為27槽。所述定子2採用均勻齒槽結構，優選的，槽口寬度為I. 5mm,平行齒的齒寬為
4.3mm ;定子2鐵心外徑為178mm,定子鐵心內徑111. 6mm,鐵心長度13. 4mm。電樞繞組在定子齒2-2上，為了便於端部長度最小化，電機三相繞組為集中短距分布。每一相繞組匝數相等；在定子每個齒上的繞組為220匝，雙線並繞。並且，電機定子2的電樞繞組外灌封環氧樹脂進行絕緣，實現對繞組的整形與保護。在一些實施例中，在電機繞組內設置有加溫度傳感器，根據電機內溫升情況，驅動外部的控制器做出調整，以適應不同溫度下的不同工作效率。所述轉子I的26個磁極1-1沿圓周均布,轉子磁極厚度5. 9mm,極弧係數O. 65,轉子內徑82. 5mm,轉子長度13. 4mm。優選的，當磁極1-1為衫鈷永磁體時，永磁體磁鋼徑向半徑差值4mm 7mm ;當永磁體為銣鐵硼磁體時，永磁磁鋼徑向直徑半徑差值為4mm 6mm。為滿足真空潔淨度要求，轉子磁鋼表面做鍍鎳處理。還可以在電機轉子軸的表面車Imm深螺紋槽，使轉子磁鋼與轉子間粘接更牢固。在電機轉子的磁極與磁極之間均勻分布有鋁塊或其它的非導磁材料；若不加真空隔離套，則不需要加極間非導磁絕緣材料。並且，轉子磁鋼外設置有不導磁不鏽鋼的護套1-3進行保護，護套1-3的厚度為
O.3mm 1mm，優選厚度為O. 5mm。本發明的其中一個特點在於，定子2鐵心與轉子I鐵心之間為大間隙，並且放置有同軸的不導磁不鏽鋼真空隔離套3。所述電機定轉子間的氣隙> I. 5mm,例如是I. 5mm到3mm,優選是 > 1.8mm。所述真空隔離套3的厚度為O. 5mm 1mm，優選厚度為O. 8mm。真空隔離套3的材料為弱磁，奧氏體304不鏽鋼；也可選用其它滿足易加工，不導磁，適合真空隔離場合的材料。該真空隔離套3兩端採用靜態密封方式密封，實現電機定轉子之間的真空隔離。本發明所述的電機工作轉矩可達6Nm以上，轉矩波動1%之內，能夠實現電機的連續高精度調節。 儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種用於真空機械手的直接驅動電動機，其特徵在於，所述電動機包括定子(2)、轉子(1)，以及傳感器；其中，所述轉子(I)置於真空環境中，並且與真空環境內的機械手的傳動軸直接連接，而所述定子(2)置於大氣環境，所述定子(2)與轉子(I)之間的氣隙^ I. 5mm,在定轉子間設置有不導磁的真空隔離套3。
2.如權利要求I所述的電動機，其特徵在於，所述定子(2)與轉子(I)之間的氣隙為I. 5mm 3mmο
3.如權利要求I或2所述的電動機，其特徵在於，所述真空隔離套(3)的厚度為O.5mm Imm0
4.如權利要求I所述的電動機，其特徵在於，所述電動機使用增量式的光電編碼器作為傳感器，其光學碼盤的每圈線數為5000線。
5.如權利要求I所述的電動機，其特徵在於，所述電動機的轉子(I)和定子(2)採用分數槽的極槽配合，以減小電動機的輸出轉矩波動；所述轉子(I)的磁極數為26極；所述定子(2)的鐵芯槽數為27槽，槽口寬度為1.5mm。
6.如權利要求I或2或5所述的電動機，其特徵在於，所述定子(2)由衝片(2-1)疊壓形成，三相電樞繞組在定子齒(2-2)上成集中短距分布；電機定子(2)的繞組外灌封環氧樹月旨，對繞組進行整形與保護。
7.如權利要求6所述的電動機，其特徵在於，所述繞組內設置有溫度傳感器，其根據電機內的溫升情況，驅動外部的控制器對電動機做出調整，以適應在不同溫度下的不同工作效率。
8.如權利要求I或2所述的電動機，其特徵在於，所述永磁轉子(I)包含作為永磁磁極(1-1)的沿圓周均勻分布的磁鋼，轉子軛(1-2)，在磁極與磁極之間均勻分布的非導磁絕緣材料，以及在磁鋼外設置的不導磁的護套(1-3)。
9.如權利要求8所述的電動機，其特徵在於，當永磁磁極(1-1)為釤鈷永磁體時,永磁磁鋼的徑向半徑差值4mm 7mm ;當永磁磁極(1_1)為銣鐵硼磁體時，永磁磁鋼的徑向直徑半徑差值為4mm 6mm。
10.如權利要求8所述的電動機，其特徵在於，所述不導磁的護套(1-3)厚度為.O.3mm Imm0
全文摘要
本發明涉及一種用於真空機械手的直接驅動電動機，將電機轉子置於真空環境中，電機轉子與運動載體直接連接實現直接驅動，中間省去了減速機構；將定子置於大氣環境中，並在電機定轉子之間用真空隔離套隔開。本發明實現結構簡單，精度高，轉矩大，啟動轉矩低。本發明的轉子還採用中空盤式結構，便於實現真空機器人的多軸軸系的空間同軸布置，並且可使配線從中穿過；採用大間隙的結構能夠便於實現轉子真空與定子大氣環境的有效隔離，更加適用於半導體行業。
文檔編號H02K21/00GK102904409SQ20121039443
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月17日 優先權日2012年10月17日
發明者劉品寬 申請人:上海微泓自動化設備有限公司