飛輪低溫焊接真空密封裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種飛輪低溫焊接真空密封裝置，包括飛輪系統(tǒng)和密封系統(tǒng)，所述飛輪系統(tǒng)包括定子芯軸、飛輪轉(zhuǎn)子和飛輪底座；密封系統(tǒng)包括：密封環(huán)、密封罩、密封帶、下焊錫環(huán)和上焊錫環(huán)；密封罩扣在飛輪轉(zhuǎn)子上，定子芯軸位于飛輪轉(zhuǎn)子的徑向內(nèi)側(cè)，其下端固定在飛輪底座上、上端與密封罩連接；飛輪底座與密封罩之間通過密封環(huán)連接，并通過密封帶、下焊錫環(huán)和上焊錫環(huán)低溫焊接?？啥啻尾鸱狻⒚芊庑阅芎?、放氣量少、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，可用于姿控飛輪和儲能飛輪真空密封保護，為飛輪系統(tǒng)提供一個高真空度的工作環(huán)境。
【專利說明】飛輪低溫焊接真空密封裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種飛輪系統(tǒng)，尤其涉及一種飛輪低溫焊接真空密封裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]飛輪系統(tǒng)利用電機驅(qū)動軸承支承的飛輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來改變角動量大小、進而產(chǎn)生所需的控制力矩以精確控制航天器姿態(tài)。飛輪既能工作在反作用狀態(tài)，用作反作用飛輪；又能工作在偏置狀態(tài)，用作偏置動量輪；進一步提高轉(zhuǎn)速，還可用作姿控儲能兩用飛輪。對于五自由度全主動控制的磁懸浮飛輪還可用作陀螺飛輪，能夠輸出瞬間大控制力矩。若大轉(zhuǎn)動慣量的飛輪轉(zhuǎn)子采用高強度碳纖維材料，并使其能夠工作在較高轉(zhuǎn)速，飛輪系統(tǒng)還可用作儲能飛輪，用于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻。
[0003]通常飛輪轉(zhuǎn)子工作在較高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速越高，飛輪內(nèi)部空氣對轉(zhuǎn)子的阻力越大，飛輪的降速滑行時間越短，穩(wěn)速和調(diào)速功耗越大。此外，地面工作環(huán)境存在一定的灰塵，為避免灰塵進入飛輪內(nèi)部，導(dǎo)致機械軸承潤滑性能下降或磁軸承磁性能改變，需對飛輪進行密封防塵設(shè)計。對于工作在高軌真空環(huán)境的反作用飛輪、偏置動量輪、姿控儲能飛輪和陀螺飛輪，為避免太空宇宙射線和反物質(zhì)射入飛輪內(nèi)部，導(dǎo)致飛輪工作異常，也需對飛輪進行密封防護設(shè)計。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，大多數(shù)飛輪采用橡膠密封圈密封方法，利用兩環(huán)形空腔壓緊橡膠密封圈，為飛輪系統(tǒng)提供一個密封環(huán)境。然而橡膠密封圈隨時間的增加其性能下降，從而導(dǎo)致漏氣和泄露情況發(fā)生。此外，橡膠密封圈為非金屬材料，其自身存在一定的放氣，從而導(dǎo)致密封系統(tǒng)內(nèi)部氣壓上升，真空度下降，增加飛輪轉(zhuǎn)子風(fēng)阻損耗。焊接密封能夠避免上述漏氣和放氣情況發(fā)生，但目前的高溫熔化焊接方法，直接將兩接觸空腔加熱至一定高溫，利用焊機直接將焊條熔化在空腔接觸表面，對飛輪系統(tǒng)進行密封。高溫熔化焊接過高的焊接溫度，會導(dǎo)致飛輪結(jié)構(gòu)尺寸變形、材料性能及其內(nèi)部的電子元器件性能下降或損壞。此外，高溫焊接密封具有不可重復(fù)焊接的缺點，焊接后兩接觸體不可拆。產(chǎn)品研制過程中，需經(jīng)常拆卸/裝配飛輪系統(tǒng)，對其進行調(diào)試和性能測試實驗，高溫密封方法有諸多不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可多次拆封、低溫焊接、密封性能好、放氣量少、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的飛輪低溫焊接真空密封裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明的飛輪低溫焊接真空密封裝置，包括飛輪系統(tǒng)和密封系統(tǒng)，所述飛輪系統(tǒng)包括定子芯軸、飛輪轉(zhuǎn)子和飛輪底座；
[0008]所述密封系統(tǒng)包括:密封環(huán)、密封罩、密封帶、下焊錫環(huán)和上焊錫環(huán)；
[0009]所述密封罩扣在所述飛輪轉(zhuǎn)子上，所述定子芯軸位于所述飛輪轉(zhuǎn)子的徑向內(nèi)側(cè)，其下端固定在所述飛輪底座上、上端與所述密封罩連接；
[0010]所述密封環(huán)設(shè)于所述飛輪底座的邊緣與所述密封罩的下緣之間，所述密封環(huán)的下端止口和上端止口分別與所述飛輪底座的邊緣和所述密封罩的下緣連接，所述密封帶位于所述飛輪底座、密封環(huán)和密封罩的徑向外側(cè)，且所述密封帶的中心與密封環(huán)的中心處于同一平面內(nèi)；
[0011]所述下焊錫環(huán)熔化在所述密封帶的下側(cè)與所述飛輪底座的外側(cè)，所述上焊錫環(huán)熔化在所述密封帶的上側(cè)與所述密封罩的外側(cè)。
[0012]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的飛輪低溫焊接真空密封裝置，由于飛輪底座與密封罩之間通過密封環(huán)連接，并通過密封帶、下焊錫環(huán)和上焊錫環(huán)低溫焊接，可多次拆封、密封性能好、放氣量少、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，可用于姿控飛輪和儲能飛輪真空密封保護，為飛輪系統(tǒng)提供一個高真空度的工作環(huán)境，降低轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)風(fēng)阻損耗，同時可防止灰塵、磁性顆粒和太空宇宙射線進入飛輪內(nèi)部，提高系統(tǒng)整體性能和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例提供的飛輪低溫焊接真空密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實施例中的定子芯軸三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3a為本發(fā)明實施例中的飛輪底座俯視三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3b為本發(fā)明實施例中的飛輪底座仰視三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明實施例中的密封環(huán)三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為本發(fā)明實施例中的密封罩三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1、定子芯軸，2、飛輪轉(zhuǎn)子，3、飛輪底座，4、密封環(huán)，5、密封罩，6、密封帶，7A、下焊錫環(huán)，7B、上焊錫環(huán)，8、密封罩連接螺紋，9、螺釘過孔，10、底座定位外圓柱面，11、芯軸定位止口，12、密封環(huán)定位止口，13、定子芯軸螺紋孔，14、飛輪底座固定螺紋孔，15、密封罩定位止口，16、飛輪底座定位止口，17、密封環(huán)定位止口，18、定子芯軸螺紋孔。
【具體實施方式】
[0020]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0021]本發(fā)明的飛輪低溫焊接真空密封裝置，其較佳的【具體實施方式】是:
[0022]包括飛輪系統(tǒng)和密封系統(tǒng)，所述飛輪系統(tǒng)包括定子芯軸、飛輪轉(zhuǎn)子和飛輪底座；
[0023]所述密封系統(tǒng)包括:密封環(huán)、密封罩、密封帶、下焊錫環(huán)和上焊錫環(huán)；
[0024]所述密封罩扣在所述飛輪轉(zhuǎn)子上，所述定子芯軸位于所述飛輪轉(zhuǎn)子的徑向內(nèi)側(cè)，其下端固定在所述飛輪底座上、上端與所述密封罩連接；
[0025]所述密封環(huán)設(shè)于所述飛輪底座的邊緣與所述密封罩的下緣之間，所述密封環(huán)的下端止口和上端止口分別與所述飛輪底座的邊緣和所述密封罩的下緣連接，所述密封帶位于所述飛輪底座、密封環(huán)和密封罩的徑向外側(cè)，且所述密封帶的中心與密封環(huán)的中心處于同一平面內(nèi)；
[0026]所述下焊錫環(huán)熔化在所述密封帶的下側(cè)與所述飛輪底座的外側(cè)，所述上焊錫環(huán)熔化在所述密封帶的上側(cè)與所述密封罩的外側(cè)。
[0027]所述的飛輪底座和密封環(huán)均為超硬鋁7A09-T6材料。
[0028]所述的密封罩為超硬鋁7A09-T6材料，其厚度為I?2mm。[0029]所述的密封帶為硬鋁2A12-T4材料，其厚度為0.5?1mm。
[0030]所述的下焊錫環(huán)和上焊錫環(huán)為有鉛錫合金或無鉛錫合金。
[0031]所述的下焊錫環(huán)和上焊錫環(huán)通過低溫200?300°C焊接在所述飛輪底座、密封罩和密封帶間的縫隙內(nèi)。
[0032]所述的飛輪底座和密封罩的外表面鍍鎳層，鍍鎳層的厚度為10?20 μ m。
[0033]所述密封環(huán)的上端止口和下端止口與所述飛輪底座的外緣上端止口和所述密封罩的下緣止口的厚度相等，均為I?1.5mm。
[0034]所述定子芯軸與所述飛輪底座之間通過螺釘固定，所述定子芯軸與所述密封罩之間螺紋連接。
[0035]本發(fā)明的飛輪低溫焊接真空密封裝置，可多次拆封、低溫焊接、密封性能好、放氣量少、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，可用于姿控飛輪和儲能飛輪真空密封。
[0036]本發(fā)明的原理是:
[0037]如圖1所示，低溫密封焊接前，對飛輪底座和密封罩外表面進行鍍鎳，待鍍層完全牢固粘接后，將定子芯軸和飛輪轉(zhuǎn)子安裝在飛輪底座內(nèi)，再將密封環(huán)下端放置于飛輪底座止口內(nèi)，隨后通過螺紋將密封罩?jǐn)Q緊在定子芯軸上端，并使密封罩下端剛好全部進入密封環(huán)止口內(nèi)。低溫密封焊接過程中，通過飛輪底座螺紋孔將裝配好的飛輪系統(tǒng)和密封系統(tǒng)，安裝在側(cè)臥轉(zhuǎn)軸上，使飛輪轉(zhuǎn)軸水平。利用密封帶將飛輪底座、密封環(huán)、密封罩三者間的縫隙完全包裹住，采用電熱吹風(fēng)烙鐵將熔化后的焊錫，放置在飛輪底座、密封帶、密封罩三者間的縫隙內(nèi)，待其冷卻凝固后，形成完全的密封系統(tǒng)。由于飛輪底座外緣上端止口厚度、密封環(huán)上下端止口厚度、密封罩下端外緣止口厚度均相等，使得焊錫在三者表面散熱同步，即同時熔化和凝固，從而使得表面熱應(yīng)力較低，增加了密封結(jié)構(gòu)的可靠性。
[0038]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0039]本發(fā)明由于采用焊接密封方式密封，與橡膠密封圈密封方法相比，避免了橡膠老化和橡膠放氣，具有真空度高、可靠性高的優(yōu)點；與高溫熔化焊接方法相比，其利用電熱吹風(fēng)烙鐵熔化焊錫進行密封，焊接溫度為200?300°C，遠低于高溫熔化焊接，避免了飛輪結(jié)構(gòu)尺寸、飛輪材料性能及其內(nèi)部的電子元器件性能下降或損壞。此外焊錫熔點較低，可多次熔化拆裝，便于飛輪系統(tǒng)的裝配調(diào)試和性能測試。
[0040]具體實施例:
[0041]如圖1所示，本發(fā)明主要由飛輪系統(tǒng)和密封系統(tǒng)組成，其中飛輪系統(tǒng)包括:定子芯軸1、飛輪轉(zhuǎn)子2和飛輪底座3 ;密封系統(tǒng)包括:密封環(huán)4、密封罩5、密封帶6、下焊錫環(huán)7A和上焊錫環(huán)7B ;定子芯軸I位于飛輪轉(zhuǎn)子2的徑向內(nèi)側(cè)，并通過螺釘固定在飛輪底座3上，密封環(huán)4位于飛輪底座3和密封罩5之間，密封環(huán)4下端止口和上端止口分別與飛輪底座3和密封罩5連接，定子芯軸I上端外螺紋與密封罩5內(nèi)螺紋連接，密封帶6位于飛輪底座
3、密封環(huán)4和密封罩5的徑向外側(cè)，且密封帶6和密封環(huán)4的中心處于同一平面內(nèi)，下焊錫環(huán)7A熔化在密封帶6下側(cè)和飛輪底座3外側(cè)，上焊錫環(huán)7B熔化在密封帶6的上側(cè)和密封罩5的外側(cè)。在具體應(yīng)用時，本發(fā)明所述的飛輪底座3和密封罩5的外表面均需鍍鎳，鍍層厚度為10?20 μ m,待其完全粘接在飛輪底座3和密封罩5表面后，利用電熱吹風(fēng)烙鐵熔化焊錫進行焊接密封，焊接溫度為200?300°C。
[0042]圖2為本發(fā)明中定子芯軸I三維結(jié)構(gòu)示意圖，其材料為不銹鋼材料，分別通過螺釘過孔9和密封罩連接螺紋8，與飛輪底座3和密封罩5進行連接，其底座定位外圓柱面10用于與飛輪底座3安裝定位。
[0043]圖3a為本發(fā)明中飛輪底座3俯視三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖3b為本發(fā)明中飛輪底座3仰視三維結(jié)構(gòu)示意圖，其材料為超硬鋁7A09-T6材料，鍍鎳鍍層厚度為10?20 μ m,分別通過芯軸定位止口 11和密封環(huán)定位止口 12,與定子芯軸I和密封環(huán)4定位連接,定子芯軸螺紋孔13用于固定安裝定子芯軸1，飛輪底座固定螺紋孔14用于整機與外部結(jié)構(gòu)件的固定安裝。
[0044]圖4為本發(fā)明中密封環(huán)4三維結(jié)構(gòu)示意圖，其材料為超硬鋁7A09-T6材料，分別通過飛輪底座定位止口 16和密封罩定位止口 15，與飛輪底座3和密封罩5定位連接。
[0045]圖5為本發(fā)明中密封罩5三維結(jié)構(gòu)示意圖，其材料為超硬鋁7A09-T6材料，厚度為I?2mm,鍍鎳鍍層厚度為10?20 μ m,分別通過定子芯軸螺紋孔18和密封環(huán)定位止口17,與定子芯軸I和密封環(huán)4定位連接。
[0046]總之，本發(fā)明的密封裝置能夠為飛輪轉(zhuǎn)子提供一個高真空、高可靠的工作環(huán)境，具有可多次拆封、焊接溫度低、密封性好、放氣量少、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。
[0047]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種飛輪低溫焊接真空密封裝置，其特征在于，包括飛輪系統(tǒng)和密封系統(tǒng)，所述飛輪系統(tǒng)包括定子芯軸、飛輪轉(zhuǎn)子和飛輪底座； 所述密封系統(tǒng)包括:密封環(huán)、密封罩、密封帶、下焊錫環(huán)和上焊錫環(huán)； 所述密封罩扣在所述飛輪轉(zhuǎn)子上，所述定子芯軸位于所述飛輪轉(zhuǎn)子的徑向內(nèi)側(cè)，其下端固定在所述飛輪底座上、上端與所述密封罩連接； 所述密封環(huán)設(shè)于所述飛輪底座的邊緣與所述密封罩的下緣之間，所述密封環(huán)的下端止口和上端止口分別與所述飛輪底座的邊緣和所述密封罩的下緣連接，所述密封帶位于所述飛輪底座、密封環(huán)和密封罩的徑向外側(cè)，且所述密封帶的中心與密封環(huán)的中心處于同一平面內(nèi)； 所述下焊錫環(huán)熔化在所述密封帶的下側(cè)與所述飛輪底座的外側(cè)，所述上焊錫環(huán)熔化在所述密封帶的上側(cè)與所述密封罩的外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪低溫焊接真空密封裝置，其特征在于，所述的飛輪底座和密封環(huán)均為超硬鋁7A09-T6材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪低溫焊接真空密封裝置，其特征在于，所述的密封罩為超硬鋁7A09-T6材料，其厚度為I?2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪低溫焊接真空密封裝置，其特征在于，所述的密封帶為硬鋁2A12-T4材料，其厚度為0.5?1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪低溫焊接真空密封裝置，其特征在于，所述的下焊錫環(huán)和上焊錫環(huán)為有鉛錫合金或無鉛錫合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪低溫焊接真空密封裝置，其特征在于，所述的下焊錫環(huán)和上焊錫環(huán)通過低溫200?300°C焊接在所述飛輪底座、密封罩和密封帶間的縫隙內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪低溫焊接真空密封裝置，其特征在于，所述的飛輪底座和密封罩的外表面鍍鎳層，鍍鎳層的厚度為10?20 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛輪低溫焊接真空密封裝置，其特征在于，所述密封環(huán)的上端止口和下端止口與所述飛輪底座的外緣上端止口和所述密封罩的下緣止口的厚度相等，均為I?1.5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項所述的飛輪低溫焊接真空密封裝置，其特征在于，所述定子芯軸與所述飛輪底座之間通過螺釘固定，所述定子芯軸與所述密封罩之間螺紋連接。
【文檔編號】F16J15/06GK103527786SQ201310517682
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】劉強, 房建成, 徐寶東, 葉郭波, 孫興, 周云貴, 張磊 申請人:北京石油化工學(xué)院