晶圆FAB厂罗茨真空泵用永磁电机研发设计与实验

为满足在晶圆FAB厂内使用罗茨真空泵的工程需求及性能要求, 本文设计了一台1.5 kW小体积高速永磁同步电机并将其作为罗茨真空泵用驱动电机。采用多极少槽的极槽配合方案, 减少变频器及供电装置中高次谐波对电机运行性能和损耗温升的影响。基于场路耦合思想及商业有限元软件, 完成了电机拓扑结构及电磁设计, 仿真结果验证了电磁设计及结构的合理性;通过三维温度场研究, 表明该设计可应用于真空泵类工程之中。最后对样机进行了电机性能实验, 实验数据与设计指标比较吻合, 对罗茨真空泵进行性能测试实验, 进一步验证了罗茨真空泵驱动用高速永磁电机设计的合理性, 新研发电机满足泵的各项性能指标要求, 研究工作具有工程实用价值。     

磁控溅射用旋转阴极磁场装置的结构设计及磁场分析

针对现有磁控溅射装置在镀膜工作中靶面阴极磁场分布不均匀的问题,设计了一种新型旋转阴极磁场装置。该装置通过旋转机构带动磁场做圆周运动,利用凸轮机构使磁场做上下直线运动。首先,利用3D软件绘制出该装置的三维模型;其次,对阴极磁场磁感应强度进行了有限元分析;最后,通过调整磁轭高度、伸出臂长度以及磁轭-靶材间距优化了磁场,并将优化前后的数值模拟曲线进行了对比分析。结果表明,优化后阴极磁场磁感应强度曲线的均匀度由21%改善到6%,有效改善了靶面磁场均匀性,有利于保证磁控溅射的稳定运行。     

真空干泵用永磁-磁阻复合式同步电机设计与分析

针对真空干泵用驱动电机在真空环境中转子散热难的问题,设计了一种混合励磁永磁-磁阻复合式同步电机。该电机转子永磁体励磁结构由钕铁硼与铁氧体两种磁体组成,旨在改变永磁体的排布方式,降低电机的损耗。首先,构建电机转子的拓扑结构,并设计两种方案来研究永磁体的排列方式对电机性能的影响;其次,分析转子参数对电机空载反电动势和电磁转矩的影响,并对电机转子的尺寸进行调整;然后,对比两种方案的损耗大小,选择损耗更低的电机方案;最后,通过有限元计算对目标电机进行了温度场分析,结果表明,所设计方案的电机温度分布合理,因此通过改变永磁体的排布方式能有效提升电机效率,降低电机损耗,确保电机稳定运行。     

真空泵用反凸极永磁同步电机设计与性能分析

针对真空泵用驱动电机运行过程中存在转子温度高、散热难的问题,根据真空泵驱动工况的实际要求,设计了一台反凸极永磁同步电机和一台常规永磁同步电机。首先,利用有限元软件,分析了转子磁障尺寸对电机转矩的影响以及磁障层数对电感的影响,从而得出了转子磁障尺寸和磁障层数的合适值;其次,对两台电机的气隙磁密波形、空载反电动势和损耗等电磁性能进行了对比分析;最后,通过仿真对比分析了两台电机的温度场以及两者转子和转轴处的温升。结果表明,相比于常规永磁同步电机,反凸极永磁同步电机的转矩性能更好、转子损耗和转子温升更小,为新产品研发提供了科学的参考依据。     

各向异性介质中用几何绕射理论进行衍射快速计算及其应用

一、引言迄今用于计算各向异性介质中衍射效应的二个重要方法是抛物线各向异性和菲涅尔近似技术以及波的角谱理论,前者只对波速可很好用抛物线和传播距离足够远使菲涅尔条件得到满足的情形有用,后者对于非抛物线各向异性的普遍情况,是一个精确的方法但须大量的计算时间。本文介绍任意各向异性介质中衍射计算的另一种方法。此法是由J.B.Keller建     

化工泵用新型复合鼠笼结构屏蔽电机驱动性能及多物理场分析

化工泵用屏蔽电机是化工泵的主要动力源,具有运行可靠、无介质泄漏等优点,因而对其运行性能及多物理场分布情况进行分析十分重要。设计了一种用于化工泵用屏蔽电机的新型复合鼠笼结构,通过商业场路耦合时步有限元软件确定电机尺寸,并对其驱动性能进行了分析。基于流固耦合思路,对比分析了新型复合鼠笼结构以及常规纯铜鼠笼电机的三维温度场分布和应力场分布,通过试验和解析计算,验证了所设计的化工泵用屏蔽电机新型复合鼠笼结构及电机方案的合理性和可行性。在基本确保力能指标的前提下,其起动转矩倍数提高了2.6%,起动电流倍数减小了2.2%,绕组端部温度降低了3.18℃,电机质量和成本均有所降低。     

真空干泵用两种驱动电机热特性对比分析

真空干泵驱动电机散热困难,需要严格控制其的温升,进而保证系统的长时间运行。以30 kW驱动电机为研究对象,设计了一台异步电机和一台18/12极双凸极永磁电机。两种电机的外形尺寸和功率等级等条件相同。同时,两种电机的冷却方式均采用机壳通有螺旋水道的水冷,分别对两种电机进行了温度场分析。分析结果表明,在额定运行时双凸极永磁电机具有更低的整体温升,更加适用于真空干泵机组。     

真空干泵用屏蔽电机抗冲击持续带载能力评估与实验

针对真空泵在实际工作过程中,电机出现冲击载荷情况下持续带载能力无法合理利用的问题,对真空泵用屏蔽电机抗冲击持续带载能力进行了定量计算和实验分析.以一台5 kW的屏蔽电机为例,根据真空泵实际工作运行时的冷却条件,利用有限元分析法对25℃和33℃两种冷却水温下电机额定运行时的稳态温度场进行计算,确定电机的最热点位置及最热点温度的安全裕量.通过设置过载转矩模拟冲击载荷,在不考虑电机动态特性的情况下,与电机最大转矩比较确定电机没有失速风险后,对电机过载状态下瞬态温度场进行计算得到电机在不同过载倍数下最热点的温升曲线,结合绝缘限制来定量计算电机在突加负载后的持续带载能力.通过对样机进行测试实验,将得到的测试结果和仿真结果进行对比分析表明,电机在额定运行时带载能力有待进一步发掘,在合理负载率的冲击载荷下仍可以在其允许的时间内安全连续运行.该研究对电机实际运行时过载能力的充分应用以及冲击载荷过大时电机保护装置操作时间的更精确确定提供了科学依据.     

真空干泵用磁通切换永磁同步电机温度场仿真分析

针对真空干泵驱动用电机在极端真空环境下工作时发热严重的问题,以一台4.5 kW磁通切换永磁同步电机(FSPMSM)为研究对象,分析了其冷却结构,并进行了温度场仿真计算。通过有限元软件建立FSPMSM三维温度场仿真计算模型,设定边界条件和热源激励,得到电机内部各部件的温度分布情况,并分析了水道截面直径、水道圈数对电机温度变化的影响。与一台技术要求相同的永磁同步电机(PMSM)在同等冷却条件下进行温度场对比分析,结果表明本电机设计合理。相比于真空干泵常用的传统PMSM,本电机能更好地减少损耗并降低温升,为开发真空干泵用FSPMSM新产品提供了一定的参考。     

铝诱导法制备多晶硅薄膜的膜层间结合力影响机制

目的 分析铝诱导法制备多晶硅薄膜层间结合力大小的影响机制.方法 采用磁控溅射分别制备Al/α-Si复合薄膜以及Al2O3/α-Si复合薄膜,使用划痕仪获取两样品膜层结合力,并进行对比.采用第一性原理计算,从原子间作用力的微观角度,分析Si原子在Al层和Al2O3层的最佳吸附位置、吸附过程中的电子转移情况以及电子态密度图.结果 Si附着于Al层的临界载荷高于Si附着于Al2O3层的临界载荷.Si在Al(001)表面的最佳吸附位点为位点2,在Al2O3(001)表面未发现最佳吸附点.Si在Al2O3(001)表面的不同吸附点位下的电子得失情况不同,Si吸附Al2O3层的效果弱于其吸附于Al层的效果.在Si吸附于Al层的过程中,Si/Al界面层存在着Al─Si金属键的连接作用,Si原子的3p轨道电子和Al原子的3s、3p轨道电子起到吸附作用,吸附后,Si原子3p轨道电子的电子态数量增多,说明吸附过程中发生了电子的转移,膜层间形成了硅化物.在Al2O3层吸附Si原子的过程中,不同的吸附点位上,Si的得失电子情况不同,部分Si离子与Al2O3中的Al离子同时呈现出金属性,金属离子键的作用力降低了Si离子与O离子形成共价键的可能,降低了Al2O3吸附Si的能力.结论 Si吸附于Al层的过程中,与Al形成了硅化物,进而提高了膜层间结合力.加入Al2O3中间过渡层后,Si的金属性降低了与O形成共价键的可能,因此加入Al2O3中间层后,将会降低膜层间结合力.