什麽是真空馬達?解釋使用示例和優點

1.什麽是真空?

真空是充滿氣體且壓力低於正常大氣壓力的空間。真空在許多領域發揮重要作用，包括科學、工程和醫學。

在科學中，它用於研究原子和分子。
在工程中，真空用於製造半導體和太陽能電池等材料，以及製造電子元件。
在醫療領域，真空用於研究活體組織、保存血液和組織以及消毒手術器械。

真空類型

絕對真空

真空作為物理學中的概唸也很重要。古典論中的絕對真空是空間中完全沒有分子的狀態。宇宙空間雖然被稱為真空，但實際上由於宇宙中也存在微量分子，因此始終是虛擬狀態，是不存在的空間。

負壓

負壓是大氣壓力低於地球標準大氣壓力（海平面附近=1大氣壓）的狀態。JIS（日本工業標準）定義了四個階段：低真空、中真空、高真空和超高真空。

• 低真空:作為真空包裝使用，用於制造真空管和電子部件等。
• 中真空:用於制造半導體和太陽能電池等材料。
• 高真空:用於制造激光和電子顯微鏡等設備。
• 超高真空:用於原子和分子研究等。

2.需要真空環境的用途是什麽?

前面已經對真空進行了說明，利用這種真空環境的裝置和宇宙空間使用的裝置都使用了馬達。

例1:真空薄膜形成裝置的殼體

真空薄膜形成設備用於形成金屬、陶瓷、半導體、有機材料等薄膜。
薄膜用於多種應用，包括半導體裝置、太陽能電池、顯示器和光學元件。

真空薄膜成型設備之所以需要真空環境，是為了除去幹擾薄膜生長所必需的原子和分子運動的空氣分子。
在真空環境中，由於大氣壓力較低，原子和分子彼此碰撞的可能性較小。這使得原子和分子更容易黏附到所需位置，從而形成均勻、高品質的薄膜。

真空薄膜形成裝置的用途例

• 晶體管、二極體、電容器等半導體元件(為了提高性能、減小體積)
• 太陽能電池 (將太陽光轉換為電能)
• 液晶顯示器和有機EL等顯示器(提高畫質、減小厚度)
• 激光、光纖等光學器件(為了提高性能、減小體積)
• 太陽能電池、燃料電池、發光二極體 (LED) 等能源元件 (為了提高性能、提高效率)
• 金屬、陶瓷和塑料等材料的保護性塗層(防止磨損，腐蝕，紫外線)
• 玻璃、塑料、金屬等材料的裝飾塗層(為了增加美觀、耐用性和功能)

示例2:真空冶金設備外殼

真空冶金設備是一種在真空中熔化和凝固金屬的設備。

冶金設備需要真空環境的原因是
“通過去除大氣中的雜質，我們可以抑制金屬氧化和雜質污染。”
“在真空中，金屬的凝固速度加快，因此可以製造出晶粒細小、均勻的金屬製品。”
“凝固過程中產生的氣泡變得更小，提高了金屬的強度和品質。”
因為有這樣的優點是。

真空冶金裝置的用途實例

• 高品質鋼的制造
• 高溫合金的制造
• 半導體材料的制造
• 磁性材料
• 超導材料的制備

示例3:加速器外殼

加速器是一種向電子和質子等粒子提供能量並將其加速到高速的裝置。
加速器必須在真空環境中運作。這是因為粒子在與加速器內空氣中的分子碰撞時會損失能量。

在真空環境中，可以避免空氣中粒子與分子之間的碰撞，粒子可以加速到很高的速度。
加速器用於物理、化學、生物學和醫學等各領域的研究。

它也用於醫學診斷和放射治療，並且在粒子束治療等方面很有用。

真空冶金裝置的用途實例

• 物質結構的研究
• 新物質的開發
• 醫療診斷
• 放射治療
• 核聚變研究

示例4:在外太空中使用電機的示例

在宇宙空間，馬達被用於人造衛星和宇宙飛船的許多機器的工作。

外層空間應用實例

• 機械手臂：
  它由馬達控制，可以遠端操作，例如抓取和釋放太空船外的物體。
• 天線：
  衛星和太空船使用它與地球和其他太空船進行通訊。馬達用於為衛星和太空船定向，以便它們能夠與地球和其他太空船正確通訊。
• 太陽能電池陣列：
  用於為衛星和太空船提供動力。它由馬達控制，使其面向太陽的方向，以便能夠捕捉盡可能多的陽光。
• 推進器：
  用於控制人造衛星或太空船軌道的推進器。這些推進器由馬達驅動的噴嘴組成。
  當馬達驅動噴嘴時，高壓氣體從噴嘴噴出，提供推力並使衛星或太空船加速。
• 反作用輪：
  它在姿態和軌跡控制中發揮著重要作用，由一系列由馬達旋轉的輪子組成。衛星和太空船需要精確的姿態控制。
  例如，如果一艘太空船需要面向某個方向，反作用輪的旋轉部分可以控制太空船的旋轉運動。它也用於在軌道上進行微調並移動到特定位置。

例如，電機是航天器和人造衛星運行不可或缺的設備。即使在惡劣的環境下，它也能提供可靠和精確的操作，這對於成功完成任務至關重要。

3.使用真空馬達的優點是什麽?

​以前，當使用馬達在真空環境中移動物體時，需要使用真空引入機（旋轉引入機）將外部馬達的運動傳遞到真空室（我所做的保持真空狀態的空間）。
然而，有真空導入機需要大空間、佔用大量空間等問題。

如果是真空馬達，由於可直接設置在真空環境中使用，因此無需真空導入機，可減小裝置的體積。

4.真空使用馬達時的註意事項

下面就真空條件下電機使用的註意事項進行說明。

溫度升高的風險

當電流流過馬達繞組時，繞組的溫度會升高。在大氣中，熱量會透過空氣對流逸出，但在沒有空氣的真空中，溫度會顯著升高。因此，防止發熱的措施很重要。

山洋電氣真空步進電機

• 使用耐高溫材質 (可在200°C下連續使用) 。

產生廢氣的風險

潤滑油和冷卻油在真空中蒸發。當揮發油擴散到真空中時，它會黏附在真空幫浦和真空室的表面，導致性能下降。
另外，如果潤滑油蒸發，軸承、齒輪等零件的表面將不再潤滑。

另外，作為標準馬達，法蘭和端托架均採用壓鑄 (將熔化的非鐵金屬合金高壓註入模具，形成產品的技術) 制造。但是，這種方法會使微細的空氣殘留在表面，導衹排氣。

山洋電氣真空步進電機

• 完全不使用標準馬達使用的防銹油。
• 沒有使用成為排氣原因的塗料和溶劑進行塗裝。
• 組裝前，將零件烘烤以盡可能去除排氣，然後進行清潔和組裝。
  （烘烤處理是透過加熱表面去除含有水分的氣體分子的過程。）
• 法蘭和端托架使用的不是壓鑄，而是從鋁塊切削出來的切削產品。
• 滾珠軸承使用不易揮發的真空潤滑脂。

另外，在超高真空環境下使用時，還進行了使用固體潤滑 (僅在滾珠軸承的內圈、外圈、滾珠上進行塗層) 軸承等定制。

電機可靠性

真空環境中的馬達故障可能會導致嚴重的問題。特別是在維修或更換困難的應用中，需要極高的可靠性。

山洋電氣真空步進電機

• 考慮到各部件的熱膨脹係數，比如，定子和凸緣採用與熱膨脹係數相近的材料，即使在高溫下也能保持組裝精度。

馬達效率

在真空環境中運行的馬達很難逸出熱量，因此以盡可能小的功率產生高扭矩非常重要。因此，必須選擇效率高的馬達。

山洋電氣真空步進電機

• 我們的設計是將繞組電流造成的損失最小化。
• 採用了將電機芯產生的損失最小化的設計。

5.介紹山洋電氣的真空步進馬達（2相/5相）

特性

• 無需真空導入器，可直接放入真空環境中驅動的步進電機。
• 適用於可簡單進行高精度定位控制的真空環境的衹動器。
• 從低真空到超高真空，可根據各種環境壓力進行定制。
• 耐熱溫度為200°C。

可用壓力的估計值

用途

半導體制造裝置、電子顯微鏡、加速器、放射光分析裝置、宇宙飛船機械臂等

馬達尺寸

□42毫米～□86毫米
我們可以提供完全客製化的馬達以滿足客戶的需求。請聯絡我們以了解更多詳情。

可定制性

真空中的使用環境因顧客而異。
在山洋電氣，我們可以根據客戶的要求進行各種客製化。 請隨時與我們聯繫。

山洋電氣製化結果範例：

• 半導體晶圓檢查裝置/電纜材質的定制
• 空間站機械臂/全定制
• 真空蒸鍍裝置/帶齒輪的步進電機的定制
• 電子顯微鏡/齒輪步進電機定制
• 原子能相關裝置/步進電機的放射線對應定制
• 液晶濺射裝置/帶齒輪的步進電機的定制等

山洋電氣株式會社伺服系統事業部合作單位：伺服系統事業群，銷售部，設計部 1

發布日期：2023-06-01 00:00