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电机在真空环境中的使用 |
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电机在真空环境中的使用
多轴电机控制系统用于超高真空罐内部机制
用于超高真空环境应用的电机。
如何掌控并提高未来对于真空环境作业的可靠性和质量，避免因高真空环境而带来设备无法工作的问题？
现代工厂，例如LED或OLED的生产中会越来越多涉及到真空环境；自上世纪90年代起在晶圆生产过程中厂家设法避免微小灰尘的进入。当今的生产过程 如喷镀（将固体材料物质以粒子的形式在另一物体表面形成一层很薄、精确的涂层）会掺杂空气中其他物质。
为什么不可以将电机直接工作在真空罐中？这样会比较简单。普通的电机由于散发微小粒子和分子沉淀会污染真空罐。其中的有机物比如润滑脂，粘合剂，绝缘层和其他物质会有气体产生，而将普通电机用在真空环境中会带来污染真空罐或其他精密仪器的风险。真空环境中，普通电机所散发气体量，取决于电机自身等级和工作环境温度，或许普通的电机可以偶尔能工作在低真空环境中，但是在高真空和超高真空环境中是绝对无法使用的。
来自Phytron-Elektronik GmbH公司的市场和产品战略总监AlexanderHarzold 说“一个外科医生永远不会用带有灰尘的双手实施手术。同样，为了满足真空应用，一个工程师会考虑选择合适的材料和适当的控制方法。并不是所有的电机都可以在真空中正常工作，并不是所有的电机都适合真空使用”
由于无法直接用在真空罐中，因此普通电机通常被安装在真空罐外部，此时放置在真空罐内部的机械装置通过导孔（真空罐壁于外部连接部分）被外部电机所驱动。虽然这种方式看起来可以节省真空罐内部的空间，但是如果想通过外部的电机实现真空罐内部多维机械运动控制，这样做法显然会受到很大制约，即使可以实现，采用这种方式的成本也会很高，真空罐内部空间会被大量复杂的、额外的机械部件所占用。
另一个方面，使用普通电机通过导孔与真空罐内部连接并不代表没有风险，导孔的密封本身就一个隐患，最糟糕的情况可能会是由于内外压强差真空失去控制，导致真空罐内真空受到污染，影响整批产品生产。在这种情况下，唯一能做的只能更换泄露部件，罐内需要重新抽真空，根据不同的真空罐尺寸和真空度等级，重修时间可能需要几个小时甚至是需要几天的时间，如此一来会造成相当大的生产损失和大量的电能浪费。
实现多轴机械控制很容易！！！
“为了在真空中分析固体样品的质谱，它们不得不使用激光一个接一个得吸附样品，为了实现这个目的，需要二维的精密定位平台。动密封？是否能阻止真空？或者在电机上加一个轴密封？工程师不得不思索寻找阿喀琉斯之踵（原指阿喀琉斯的脚跟，因是其唯一一个没有浸泡到神水的地方，是他唯一的弱点。后来在特洛伊战争中被人射中致命，现在一般是指致命的弱点，要害）持久的解决方案”Dr.Jens Hohadorf(Bruker DaltonicsGmbH 研发部主管 http://www.bruker.com)解释说。乍一看 使用橡胶密封的导孔是一种很成本很低的方法，但是从可靠性和耐久性方面而言，这种方式无法获取详细的分析数据。这就是为什么在马克斯•普朗克地外物理研究所许多大型真空设置中用到很多真空电机。尽管他们并不从事生产活动，但是紧凑的研究日程安排，确保在实验过程中防止故障发生是很有必要的。使用真空电机，即使复杂的多轴机械装置也很容易实现，例如使用电子显微镜通过X，Y，Z三维调节检测真空环境中的样本，就是一个很好的例子。
Dr.Jens Hohadorf还提到，复杂的传输部分例如磁性联轴器或者波纹管不仅需要更多的空间，他们还需要额外的更多的能量，传输在真空中，而这种做法通常成本是非常昂贵的。Dr.Jens Hohadorf 说“真空电机直接安装在那些需要力矩的机械部位是一种结构更紧凑、简单和可靠的解决方案，Phytron真空电机的使用给我们工作代来很多便利”
直接将电机用在真空环境中会代来很多好处，但是对电机也有特殊要求：电机要能够承受真空中的高温，确保电机结构不发生变化，还有保证自身的精度。因此真空电机的外壳一般都采用不锈钢材料，确保定位准确，运动过程中不产生任何气体，这样结构的电机也可以工作在一些极端环境中。此外为了确保电机使用寿命长，无气体产生，高质量的线圈绝缘材料和特种润滑剂也是必需的。根据不同真空度和工作周期，各个部分的优化组合也是很重要。
问题——真空中的温度处理
需要特别关注的是真空中的温度处理，由于真空中没有空气对流，热量只能靠热辐射和材料的热传导来消除。因此为了避免电机过热，要根据实际使用的工作周期，选型中要带有一定的安全余量。此外，还可以选择集成在电机线圈中的温度传感器直接测出电机的温度，通过控制电机的电流降低电机的问题，对热量的有效控制可以延长电机的使用寿命。
在真空中使用真空电机最大的好处是减少真空泄露的风险。过程的稳定性和可靠性是最重要的，特别是在工业生产过程中。电机，根据不同使用强度，使用一段时间后可能需要考虑更换轴承，而高质量的真空电机在适当的防护和保养下，可以长时间使用。
在真空罐外部控制控制内部的真空电机，必要的时候可以增加温度传感器实时检测罐内电机的温度。对于一些特殊的比较大的系统，必须保证真空电机可以完全与外部的可编程控制器很好地融合在一起。从上世纪80年代，the Max Planck Institute 马克斯普朗克研究所 http://www.cbs.mpg.de/index.html 开始使用IXE（Phytron早期产品）产品，该产品集成了可编程控制功能和大功率驱动部分。而如今，马克斯普朗克研究所在使用Phytron新一代产品-柔性控制模块phyMOTION（http://www.phytron.de/ ）新的控制器功能更加丰富，可以选配不同功率的驱动模块2轴4轴8轴、AD输入输出模块、编码器反馈和温度检测模块。支持Ethernet、Profibus、Profinet、RS232/485、USB和蓝牙通信。可以使用自身的软件编程界面，也可以通过LabView或者是选配的触控式电脑屏幕控制。
真空电机的价格，取决于电机的尺寸、真空等级和可选的减速机或Resolver
附：Phytron真空电机产品
VSS / VSH系列真空：真空，超低温，高温，太空应用
德国Phytron公司的VSS系列步进电机具有30多年的空间用应经历，这种特殊的2相混合式步进电机可以用在真空度达到10exp（-11）hPa.被用在许多特殊的场合，如超高温，超低温，高辐射场合
◆ 技术参数
● 用于真空环境中，最大真空度可达10-11 hPa（低，中，高，超高真空度）
● 可用于高温环境中温度范围：-270℃--- +300℃
● 高辐射，辐射电阻可达106 J/kg
● 电机的力矩范围3.4mNm—9.9Nm
◆ 可选器件
可选与其配套的驱动器，减速箱，电机刹车，编码器，散热片，联轴器等
可用于绝对无尘室
VSS19.200;VSS25.200;VSS32.200;VSS42.200;VSS52.200
本文作者：Phytron中国代表处
高先生
TEL：13812617052 |
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