在极端条件下工作的真空兼容电机

Maxon 电机公司和仪器设计技术公司(IDT)特别研制了一种用于同步加速器的极端真空环境中的小型无刷电动机，如图3 所示。

图3 真空无刷电动机及内部图

牛津大学的钻石光源粒子加速器已经广泛用于各种项目，例如分析机翼的张力效果、研究艾滋病毒的特性，甚至是阅读未打开的古老的信件。为避免电子和大气分子相撞，整个实验过程在真空中进行，其压力低于大气压的10 亿倍，因此需要研发出可在恶劣环境下正常工作的设备。

粒子加速器光束线的双重晶体单色器要求使用直流电动机而不是步进电动机来驱动关键的旋转轴。相比以前使用的步进电动机，目标是实现更高的转速、更低的电机温度和更平稳的动力传动系统。步进电动机本身就有噪声，还有一些振动。采用直流电动机，可以消除或改善这些问题。但是新电机必须要在1.33 ×10-6Pa 的真空环境中运行。

Maxon 公司为其定制的电机基于EC22 电机开发。尽管这个22 mm 的无刷电动机最初应用在探测海底石油的设备上，但是它采用激光焊接的不锈钢结构和宽温度范围已经符合了高真空应用的部分要求，而且无刷直流电动机要比以前的步进电动机更有效率、更安静，反应更快。

开发时对以下一些问题进行了考虑。首先是对温度的管理。在真空中，电机不能以正常的方式通过传递散热，所以有可能导致过热，因而选择耐高温的电机，在空气中保持其内在的额定性能就非常重要。另外，在可能的情况下以某种方式安置其他的部件来传导散热。高比率的齿轮头也是同样重要的。1.33 ×10-5Pa 以下的高真空会使如塑料和胶水等材料气化，降低了性能，又污染了真空，带来除气问题。

电机的每个部件都单独进行测试，必要部件进行升级。例如，标准的PVC 电缆涂料升级为更惰性的卡普顿版本。所以EC22 重载电机不用塑料而用不锈钢材料制成。考虑到除气问题，科研人员不能使用普通的胶水和环氧树脂，而是用大范围的微型激光焊接技术装配电机。Maxon 公司有和太空和航天项目合作的经验，知道在低气压环境下，电机轴承上要使用何种标准、稠薄的润滑脂。选择一种极其惰性的润滑剂非常重要，因为这种润滑剂有足够的厚度来防止其在高真空的环境下蒸发——这可用来解释电机运行特性及其预期的寿命周期。电机要在120℃的真空环境下烘制24 h，以最终避免任何遗留的除气威胁问题。