专利名称：自控永磁可变磁场装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种半导体材料制造技术，具体为一种具有自动控制功能的永磁可变磁场装置。国际专利分类号拟为Int.C1.C30B30/00(2006.01)。
背景技术：
申请人已获权的“等效微重力晶体生长用径向辐射式磁场可调的永磁装置(ZL99257515.X)”，可以作为本申请的背景技术。它描述了该装置的主要结构特点，在炉底座上固装着生长炉，在生长炉外围圆周固装着导柱，导柱内通过轴承架装着丝杠，丝杠上固装着传动轮，传动轮通过传动带与传动机构连接，生长炉外围套装着永磁磁环，固装在磁环上的套环套装在导柱上，套环内装着电磁离合器。该装置结构简单，节省能源，能实现晶体的“等效微重力生长”，大大提高晶体均匀性与微区均匀性，成本低，可广泛用于无机晶体的生长。该三环永磁体的装置应用于3英寸以下直拉单晶炉时，可取得较好的制造效果，而用于大直径(3英寸以上)单晶炉时，要达到所需磁场的大小相当困难，且成本昂贵，难以应用。随着硅单晶向大直径发展，熔体中的热对流越来越严重。需采用向熔体空间引入永磁磁场的方法，以抑制导电熔体的热对流，从而降低晶体中的氧含量，提高晶体产品质量。试验研究表明，现有的三环型永磁磁场不适用于六英寸以上的大直径单晶生长。另一方面，在先的三环永磁体磁场是靠人工调节，操作十分不便，产品质量难于控制。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题是设计一种自控永磁可变磁场装置，该装置可实现大直径磁场拉晶所需的径向磁场，适用于六英寸以上的大直径单晶生长，且磁场大小可在计算机控制下在一定范围内连续可调，同时结构简单，成本较低。
本实用新型解决所述自控永磁可变磁场装置技术问题的技术方案是设计一种自控永磁可变磁场装置，该装置包括机械部分和控制部分，机械部分包括由数量相同的扇形磁块拼接而成并相套在一起的内磁环和外磁环，其通过上轴承和下轴承固装在固定环和底座之间，内磁环通过水平锥齿轮和垂直锥齿轮与底座内的传动轴的中部连接，步进电机和异步电机分别通过步进电机电磁离合器和异步电机电磁离合器连接到所述传动轴的两端，旋转编码器通过齿轮副也与传动轴的中部连接；在外磁环的外径上部安装有双环固定销，在外磁环的外径下部安装有外环固定销；控制部分包括中央控制单元，与之相连的位置及速度检测单元和串行通信单元，以及受其控制的开关量控制单元和显示单元。
与现有技术相比，本实用新型自控永磁可变磁场装置具有如下优点1.适用于大直径单晶，可应用于六英寸以上单晶炉，实现大直径单晶生长所需磁场；2.实现理想径向磁场，通过横向磁场旋转，在较低成本下可近似形成对磁场拉晶最为理想的径向磁场，实现结晶液面处的径向磁场效应；3.提高产品质量，在已实际应用于六英寸单晶生长时，产品检测结果表明，晶片中含氧量降低了约40％；4.实现自动控制，在计算机控制下，可实现自动调节磁场大小及磁场旋转速度；5.具有多功能，不仅可用于磁场拉晶，而且可应用于化工结晶、磁场对生物细胞的作用研究以及其它需要磁场的场合。
图1为本实用新型自控永磁可变磁场装置一种实施例的机械部分正面结构示意图；图2为本实用新型自控永磁可变磁场装置一种实施例的俯视结构简化示意图；图3为本实用新型自控永磁可变磁场装置一种实施例的磁环结构及充磁方向示意图；
图4为本实用新型自控永磁可变磁场装置一种实施例的控制系统原理示意框图；图5为本实用新型自控永磁可变磁场装置一种实施例的控制系统结构示意框图；图6为本实用新型自控永磁可变磁场装置一种实施例的角度调节模块电路示意图；图7为本实用新型自控永磁可变磁场装置一种实施例的变频调速模块电路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图详细叙述本实用新型本实用新型设计的一种自控永磁可变磁场装置(以下简称磁场装置，参见图1-7)包括机械部分和控制部分，机械部分(参见图1-3)包括由数量相同的扇形磁块拼接而成并相套在一起的内磁环1和外磁环2，其通过上轴承3和下轴承4固装在固定环5和底座6之间，内磁环1通过水平锥齿轮7和垂直锥齿轮8与底座6内的传动轴9的中部连接，步进电机10和异步电机11分别通过步进电机电磁离合器12和异步电机电磁离合器13连接到所述传动轴9的两端，旋转编码器14通过齿轮副17也与传动轴9的中部连接；在外磁环2的外径上部安装有双环固定销15，在外磁环2的外径下部安装有外环固定销16；控制部分包括中央控制单元，与之相连的位置及速度检测单元和串行通信单元，受其控制的开关量控制单元和显示单元。
本实用新型所述相套在一起的内、外磁环1和2为永磁磁环。它们安装在固定环5和底座6之间，并且由上、下轴承3和4所固定。所述的内、外磁环1、2各由数量相等的扇形磁块拼接而成，研究表明扇形磁块拼装数量为16块或32块较为理想，实施例的内、外磁环1、2各由16块扇形磁块拼装而成，所述的内磁环1和外磁环2各自拼接的扇形磁块中，相邻的两块扇形磁块的充磁方向依次相差22.5度(对应16块扇形磁块，参见图3。图3中箭头表示每块扇形磁块的充磁方向，充磁方向和偏离角度以每块扇形磁块的径向线为依据)或11.25度(对应32块扇形磁块)。所述内、外磁环1和2拼接扇形磁块的充磁方向一致(如图3所示位置)时，所述磁环中空位置处的磁场达最大值，磁场分布为均匀分布。随着内、外磁环1、2相对旋转一定角度，其中空位置处的磁场值逐渐减小，但磁场分布保持为均匀分布，直到内外磁环相对旋转180°，磁场值达最小，接近于零，内、外磁环1、2继续相对旋转，磁场值又逐步增大，直至相对旋转360°，磁场值达到最大。如此，在控制系统的控制下，通过调节内、外磁环1、2相对旋转角度，即可对磁环中空位置处的磁场大小在一定范围内进行连续调节。本实用新型实施例的内磁环1孔径设计为340mm，外径为420mm；外磁环2的孔径430mm，外径为520mm；内、外磁环1、2高均为560mm。但这不受限制，完全可根据需要设计。
在磁场大小保持恒定条件下，所述内、外磁环1、2中空位置处的磁场为均匀分布的横向磁场，而当内外磁环1同时以一定速度旋转，在距离磁环中心位置处相等距离的圆周上，磁场的径向分量将按相同规律在一定范围内周期变化，可近似模拟径向交变磁场效应。通过调节内磁环1的旋转速度，即可实现径向磁场效应的频率调节。
本实用新型磁场装置安放时，调节水平调节螺钉18，使所述内、外磁环1和2的中心线与水平线垂直。磁场装置运行时，磁场大小的调节过程为锁定外环固定销16，松开双环固定销15，使内、外磁环1、2可相对旋转，根据所需磁场大小，在微机中计算出内磁环1所需旋转的角度，微机控制步进电机电磁离合器12吸合，步进电机10带动传动轴9旋转，通过垂直锥齿轮8和水平锥齿轮7使内磁环1旋转相应角度后，然后锁定双环固定销15，松开外环固定销16，并断开步进电机电磁离合器12，指令所述的异步电动机电磁离合器13吸合，控制异步电动机11按设定的速度运行工作。所说的外环固定销16和双环固定销15实施例均为销钉销孔结构。当然也可以采用其他简单的已知结构。
磁场旋转速度调节过程为双环固定销15处于锁定状态，外环固定销16处于松开状态，使内、外磁环1、2能够同时旋转，吸合电磁离合器13吸合，异步电机11在微机控制下带动传动轴9旋转，通过所述水平锥齿轮7和垂直锥齿轮8使内、外磁环1、2以给定的速度旋转。
本实用新型所述的步进电机10、异步电机11与传动轴9、内磁环1之间以及旋转编码器14等的机械传动机构为现有技术。
为安装旋转编码器14的需要，在传动轴9上还装有一附加齿轮副17，当传动轴9旋转时，旋转编码器14可随着一起转动，从而可通过换算对磁环旋转速度进行检测。传动轴9与旋转编码器14轴的传动比实施例设计为1∶4。但这一传动比完全可以根据需要变化。
本实用新型所述的控制部分或系统为自行设计，但一般为现有技术。它包括中央控制单元，与之相连的位置及速度检测单元和串行通信单元，受其控制的开关量控制单元和显示单元(参见图4-7)。该控制系统可实现在微机控制下准确调节磁场大小和磁场旋转速度。磁场大小由角度调节模块调节，其以控制器为核心，分别通过P2.0-P2.3口产生驱动步进电机10的脉冲信号、方向控制信号、细分选择信号、电机释放信号。用户对工控机的操作信号以通讯形式作用于单片机控制器，从而实现对步进电机10运行状态的控制，实现角度调节。速度调节模块采用了变频调速(异步电机11)技术来实现磁场旋转速度的准确调节。
所述控制系统实施例的主控芯片采用Atmel公司的AT89S52单片机，显示单元由数码管专用驱动芯片MAX7219驱动8个数码管组成。位置及速度检测单元用于检测磁环的位置及旋转速度，并将检测到的信号送入中央处理单元处理，实施例的位置及速度检测单元采用欧姆龙E6CP-AG5C-C绝对值型旋转编码器，开关量控制单元由单片机P1口外加光耦放大构成驱动电路，用于控制输出步进脉冲信号及电磁离合器控制信号，实施例所用光耦为高速光电耦合器件6N136和功率放大光耦TLP521-1。通信单元由电平转换芯片MAX202E构成，完成上位机与中央处理单元的数据传输，接受上位机指令和数据的任务。基于AT89S52单片机的控制系统，接收上位机的指令，按照上位机指令来调整内外永磁环的夹角或者实时检测永磁环的旋转速度，并把检测的相对角度和旋转速度传送给上位机。显示单元实时显示检测到的磁环位置及旋转速度，以方便监控和调试。
本实用新型磁场装置的自动控制系统设计可以提高磁场控制的精度，简化操作者的工作流程，使工作者避免长期工作在强磁场区，实现工作状况，数据的实时显示，功能具有人性化特征。
当磁场大小调整完以后，锁紧双环固定销15，松开外环固定销16，固定内磁环1，使内、外磁环1、2在锥齿轮7的带动下能同步旋转。上位机与变频器通讯，上位机通过RS232/RS485转换器给定变频器频率与旋转方向，控制高速电动机以给定速度通过锥齿轮8和锥齿轮7带动内、外两磁环1、2同步旋转，为熔体空间提供旋转磁场，保证熔体感受磁场均匀，减小坩埚旋转效应对拉晶的影响。本实用新型可以自动控制内、外磁环1、2的旋转方向与旋转速度。
本实用新型上位机的监控和实时显示系统包括，速度运行曲线窗口，报警窗口，速度控制曲线等。速度运行曲线窗口实时显示频率和速度之间的关系，以及启动停止时速度的实际值大小。报警窗口显示在运行过程中是否出现报警信号；当有报警信号时，显示相应的信号指示。报警信号包括过电流、过电压、过热、变频器过负载、电动机过负载、外部异常、加速中过电流、减速中过电流、恒速中过电流、对地短路、低电压及过转矩等信号。速度控制曲线主要在系统启动或者停止时设置电机的运行曲线，通过与实时测量的曲线图比较，观察设置加减速曲线是否合理，是否按照设定曲线运行。
本实用新型磁场装置虽然为制造半导体材料而设计，但它具有多功能，不仅可用于磁场拉晶，而且可应用于化工结晶、磁场对生物细胞的作用研究以及其它需要磁场的场合。
本实用新型磁场装置未述及之处适用于现有技术。
权利要求1.一种自控永磁可变磁场装置，该装置包括机械部分和控制部分，机械部分包括由数量相同的扇形磁块拼接而成并相套在一起的内磁环和外磁环，其通过上轴承和下轴承固装在固定环和底座之间，内磁环通过水平锥齿轮和垂直锥齿轮与底座内的传动轴的中部连接，步进电机和异步电机分别通过步进电机电磁离合器和异步电机电磁离合器连接到所述传动轴的两端，旋转编码器通过齿轮副也与传动轴的中部连接；在外磁环的外径上部安装有双环固定销，在外磁环的外径下部安装有外环固定销；控制部分包括中央控制单元，与之相连的位置及速度检测单元和串行通信单元，以及受其控制的开关量控制单元和显示单元。
2.根据权利要求1所述的自控永磁可变磁场装置，其特征在于所述的内、外磁环各由16块或32块扇形磁块拼装而成，内磁环和外磁环各自拼接的16块或32块扇形磁块中，相邻的两块扇形磁块的充磁方向依次相差22.5度或11.25度。
3.根据权利要求1或2所述的自控永磁可变磁场装置，其特征在于所述的内磁环孔径为340mm，外径为420mm；外磁环的孔径430mm，外径为520mm；内、外磁环高均为560mm。
4.根据权利要求1或2所述的自控永磁可变磁场装置，其特征在于所述的传动轴与旋转编码器轴的传动比设计为1∶4。
专利摘要本实用新型涉及一种自控永磁可变磁场装置，该装置包括机械部分和控制部分，机械部分包括由数量相同的扇形磁块拼接而成并相套在一起的内磁环和外磁环，其通过上轴承和下轴承固装在固定环和底座之间，内磁环通过水平锥齿轮和垂直锥齿轮与底座内的传动轴的中部连接，步进电机和异步电机分别通过步进电机电磁离合器和异步电机电磁离合器连接到所述传动轴的两端，旋转编码器通过齿轮副也与传动轴的中部连接；在外磁环的外径上部安装有双环固定销，在外磁环的外径下部安装有外环固定销；控制部分包括中央控制单元，与之相连的位置及速度检测单元和串行通信单元，以及受其控制的开关量控制单元和显示单元。
文档编号C30B30/00GK2926265SQ20062002681
公开日2007年7月25日 申请日期2006年7月24日 优先权日2006年7月24日
发明者杨庆新, 刘福贵, 程志光, 张顺心, 耿读艳, 颜威利, 徐岳生, 任丙彦, 李养贤 申请人:河北工业大学