[发明专利]一种集成旋转变压器的静态真空轴系装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空机器人领域的装置，具体涉及一种集成旋转变压器的静态真空轴系装置。

背景技术

随着大规模集成电路产业的迅速发展，其主流技术正由65nm向32nm过渡，而实践证明，0.35μm及其以下尺寸的许多前端工艺，如离子注入、刻蚀、镀膜、沉积、溅射等都必须在超高洁净度的真空环境下进行。为了提高洁净度和生产效率，降低成本，集束型设备已成为半导体前端设备的发展主流。真空机器人是集束型设备中晶圆在各反应工艺腔室之间传输的核心部件，由于真空机器人需要在真空环境下运作，而大气环境与真空环境之间的密封隔离与动力传递正是制约真空机器人性能提高的技术瓶颈。由于电机轴系及其位移测量装置是真空机器人的核心部件，因此处理好电机与位置检测部件的真空隔离问题成为设计真空机器人轴系的关键技术。

大气机器人与真空机器人最核心的区别是它们的动力传递方式不同。大气机器人可以把电机直接安装在关节位置来驱动手臂；而真空机器人的手臂必须在高真空高洁净环境下工作，如果仍将电机直接连接手臂，电机定子电枢表面的塑料绝缘材料在真空环境下释放的微粒与气体将破坏高洁净度高真空环境，此外直接驱动电机的铜损(热功)较大，在真空环境中很难散热，所以必须把电机定子置于大气环境中。因此如何将电机提供的动力从大气环境传递给真空环境中的机械手臂成为了真空机器人研发的技术瓶颈。

常用的真空机械手轴系一般通过磁性联轴器实现静态密封，但是存在以下缺点：轴承在真空环境下，需要采用特殊润滑方式以减少颗粒产生对真空环境的污染；永磁体及粘结胶在真空环境下，会带来一定的气体泄露；电机定子与转子、磁性联轴器主动转子与随动转子之间都存在间隙，给系统的控制增加了复杂性，同时降低了系统的刚性。

在轴系系统中往往还需要位置检测部件，通过它能够实时地检测出电机转子的位置、转速，以实现对电机的转速、转矩及其位置的高精度控制，以获取良好的性能。由于旋转变压器是一种电磁式传感器，本质上是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，其内部没有任何电子元件，仅仅由定子和转子组成，结构简单。因此随着对电机自动化控制的要求日益增加，用于转动轴系的电机附带旋转变压器成为常见的配置。

但是由于对用于真空机器人轴系上的电机在重量和空间上较大，现在的结构在布置旋转变压器时，电机轴承与旋转变压器的转子在空间上会有干涉从而导致布置困难，同时由于空间限制，旋转变压器与其它零部件的距离狭小，给设计、制造、维修都会带来较大困难，同时无法解决电机与位移测量装置之间的真空隔离问题，因此在真空轴系中很少采用旋转变压器作为轴系的位移测量装置。

发明内容

本发明的主要目的是为了克服上述已有技术的不足之处，提供一种集成旋转变压器的真空静态轴系装置，使其结构紧凑，体积减少，安装灵活方便，节省开发周期；同时使电机轴与负载的刚性耦合，从而实现所谓的“零传动”方式，运转平稳，噪声小；位置检测部件与电机的无缝集成，可实现轴系的“零泄漏”密封传动，可用于化工空冶炼、制药设备中的真空、液体、有害气体、有害液体及超净化环境中，尤其适用高真空环境下真空机器人的动力传动。

根据本发明的一个方面，提供一种集成旋转变压器的静态真空轴系装置，包括：驱动部件、真空密封罩、位置检测部件、轴系基座、真空隔离套、第二O型密封圈、第一O型密封圈、第一滚动轴承、第二滚动轴承、轴承隔环、传动轴、轴系法兰、游动滚动轴承、轴承压盖、轴承压盖、第三O型密封圈；

所述驱动部件包括同轴安装的电机定子、旋转变压器定子、电机与旋转变压器一体化转子、转子法兰盘、定子固定压块，其中：电机与旋转变压器一体化转子与转子法兰盘通过螺钉相连，电机定子与旋转变压器定子通过定子固定压块固定在轴系基座内侧，并同轴系基座紧密配合；

所述真空密封罩包括密封罩上法兰、密封罩、密封罩下法兰，其中：密封罩下法兰通过螺钉固定在轴系基座上端面，在轴系基座上开有第二环形凹槽，在第二环形凹槽中填有第二O型密封圈；密封罩上法兰通过螺钉固定在传动轴的轴系法兰上，在密封罩上法兰上开有第三环形凹槽，在第三环形凹槽中填有第三O型密封圈，真空密封罩能够自由地上下收缩，配合控制上下方向运动的驱动机构，能够带动整个轴系基座沿上下方向运动；