核電站機(jī)械臂及耐輻射兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于驅(qū)動(dòng)器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，尤其涉及一種耐輻射兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前可利用的可再生能源中，核能是極少數(shù)達(dá)到工業(yè)應(yīng)用、可以大規(guī)模替代化石燃料的能源之一。但核電站中的強(qiáng)輻照環(huán)境使得工作人員無(wú)法進(jìn)入其中作業(yè)，遠(yuǎn)距離控制技術(shù)是核工業(yè)不可缺少的工具。不可避免地，控制系統(tǒng)中的大量元器件將受到強(qiáng)輻射照射，而電子元器件的耐輻射能力往往成為瓶頸。
[0003]驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為遠(yuǎn)距離控制中的必要系統(tǒng)，其耐輻照性能至關(guān)重要。為保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在強(qiáng)輻照環(huán)境下依然能工作，目前通常采用將整塊電路板用鎢或鉛等重金屬整體包裹的屏蔽方法，但卻因此給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造成了大量的無(wú)用質(zhì)量，同時(shí)削弱了系統(tǒng)的控制性能。
[0004]與其他電機(jī)相比，步進(jìn)電機(jī)無(wú)電刷，電機(jī)的壽命僅取決于軸承的壽命，因此具有高可靠性，即使在強(qiáng)輻照環(huán)境下仍能保持長(zhǎng)時(shí)間工作。但與之相對(duì)應(yīng)，相比伺服驅(qū)動(dòng)器等，現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制性能低，而且市售的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器并不具備通信功能，以上缺點(diǎn)極大限制了步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的使用。針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的問(wèn)題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種耐輻射兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可有效提高裝置的輻射抗性。
[0006]此外，本發(fā)明還提供一種核電站機(jī)械臂，可有效提高裝置的輻射抗性。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種耐輻射兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器包括:電路板、電子元器件；
[0009]所述電子元器件包括主控制芯片、電源部分、CAN總線收發(fā)器、電流反饋部分、雙H橋MOSFET驅(qū)動(dòng)電路;所述電源部分、CAN總線收發(fā)器、電流反饋部分、雙H橋MOSFET驅(qū)動(dòng)電路與主控制芯片的不同引腳相連；
[0010]所述CAN總線收發(fā)器作為一個(gè)信息化接口，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)器之間、驅(qū)動(dòng)器與總控制器之間的通訊；由于該動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括3個(gè)自由度，所以需要三臺(tái)驅(qū)動(dòng)器間相互協(xié)調(diào)配合；當(dāng)控制器收到命令后，通過(guò)CAN接口分別給予三臺(tái)驅(qū)動(dòng)器不同的控制信號(hào)，以使三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)相互獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)，完成預(yù)定動(dòng)作；
[0011 ]作為對(duì)輻射敏感的功率元件，采用耐輻射能力強(qiáng)的8個(gè)MOSFET搭建電路，與集成度高的驅(qū)動(dòng)芯片相比，其耐輻射能力大大提高；同時(shí)，將組成H橋的8個(gè)MOSFET管及電壓轉(zhuǎn)換元器件分立在電路板四周，利用垂直空間節(jié)省電路板面積，增強(qiáng)器件的散熱能力；
[0012]所述驅(qū)動(dòng)器選用封裝小、的電子元器件組成電路，布局緊湊，電路板的體積為120cm3，重量為90g;部分芯片上有鎢/氧化鋁貼片材料；
[0013]所述驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的電子元器件上貼有防輻射材料，該防輻射材料為局部屏蔽用的鎢基合金；
[0014]整個(gè)電路板外部加裝防輻射屏蔽盒，屏蔽盒外殼為雙層結(jié)構(gòu)，分別為重金屬屏蔽層及中子有機(jī)復(fù)合屏蔽層沖子屏蔽層在最外側(cè)，重金屬屏蔽層在內(nèi)測(cè)，能有效吸收中子層屏蔽產(chǎn)生的次級(jí)γ射線。
[0015]所述中子有機(jī)復(fù)合屏蔽層材料為以耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料，提高單位厚度的有機(jī)材料中子屏蔽性能;重金屬屏蔽層材料為鎢基復(fù)合材料，提高單位厚度的伽馬射線屏蔽率，當(dāng)中子穿過(guò)最外層有機(jī)復(fù)合層時(shí)，其中子能量將被慢化成熱中子，部分熱中子被吸收;產(chǎn)生的次級(jí)γ射線能量很低，穿過(guò)有機(jī)層后將被重金屬屏蔽層有效的阻擋，防止其進(jìn)入屏蔽盒體內(nèi)部對(duì)電子器件產(chǎn)生損害;而對(duì)于較強(qiáng)的單一 γ射線，雖然有機(jī)層屏蔽效果有限，但內(nèi)層的重金屬防護(hù)層能起到良好的屏蔽效果；
[0016]所述中子有機(jī)屏蔽層的材料為耐高溫B4C/環(huán)氧樹(shù)脂中子屏蔽復(fù)合材料，采用一種氨基酚三官能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂作為基體材料，具有較好的高溫力學(xué)性能，且密度小、耐高能輻照、粘度低和耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕;但由于環(huán)氧樹(shù)脂值較高，固化過(guò)程中容易出現(xiàn)爆聚現(xiàn)象，且固化后韌性較差，選用液體羧基丁腈橡膠作為增韌劑;含硼化合物具有較好的中子屏蔽性能，選用設(shè)定比例的B4C顆粒作為填料，采用澆鑄冷卻固化成型的方法，能在200°C以上環(huán)境中使用；
[0017]所述主控制芯片還連接有輻射感應(yīng)器;所述電路板外的防輻射外殼的至少一面設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu);防輻射外殼至少包括一個(gè)可調(diào)面，可調(diào)面連接一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接主控制芯片；主控制芯片根據(jù)輻射感應(yīng)器感應(yīng)到的輻射強(qiáng)度，通過(guò)所述主控制芯片控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而控制防輻射外殼處于打開(kāi)狀態(tài)還是閉合狀態(tài)。
[0018]—種耐輻射兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器包括電路板，電路板上設(shè)有電子元器件；
[0019]所述驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的電子元器件上貼有防輻射材料，整個(gè)電路板外部由防輻射外殼包裹。
[0020]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述驅(qū)動(dòng)器還包括主控制芯片、電源部分、CAN總線收發(fā)器、電流反饋部分、雙H橋MOSFET驅(qū)動(dòng)電路；
[0021]所述電源部分、CAN總線收發(fā)器、電流反饋部分、雙H橋MOSFET驅(qū)動(dòng)電路與控制芯片的不同引腳相連。
[0022]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述主控制芯片還連接有輻射感應(yīng)器;所述電路板外的防輻射外殼的至少一面設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)；防輻射外殼至少包括一個(gè)可調(diào)面，可調(diào)面連接一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接主控制芯片;主控制芯片根據(jù)輻射感應(yīng)器感應(yīng)到的輻射強(qiáng)度，通過(guò)所述主控制芯片控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而控制防輻射外殼處于打開(kāi)狀態(tài)還是閉合狀態(tài)。
[0023 ]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，構(gòu)成電路的電子元件均為較耐輻射或工藝級(jí)別高的芯片元件。
[0024]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電子元器件上所貼的防輻射材料為鎢與氧化鋁的混合物。
[0025]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，電路板外部的整體防護(hù)屏蔽層采用重金屬及有機(jī)復(fù)合材料雙層結(jié)構(gòu)，外層為碳化硼摻雜的有機(jī)復(fù)合材料層，對(duì)中子射線慢化吸收，內(nèi)層為重金屬屏蔽層，采用鎢稀土等重金屬?gòu)?fù)合材料，屏蔽中子產(chǎn)生的次級(jí)γ射線及環(huán)境中存在的高能γ射線，屏蔽殼體能在多場(chǎng)耦合環(huán)境中使用。
[0026]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述有機(jī)復(fù)合材料選用氨基酚三官能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂，并以碳化硼為填充材料，加入設(shè)定量的液體羧基丁腈橡膠作為增韌劑，制備耐高溫歡顏函數(shù)值中子復(fù)合屏蔽材料，其使用溫度達(dá)200°c以上，且兼具較好的高溫力學(xué)性能、耐輻照性能及耐酸堿腐蝕性能。
[0027]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，各部分配合能實(shí)現(xiàn)電流的比例積分調(diào)節(jié)和電機(jī)的加減速啟停，且其驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分倍數(shù)最高可達(dá)256。
[0028]作為優(yōu)選，所述電子芯片均盡量采用貼片封裝，并選用封裝材料好、抗干擾能力強(qiáng)的尚級(jí)別芯片。
[0029]優(yōu)選地，在芯片間互不干擾的前提下合理布局布線，減小電路板體積。將組成H橋的8個(gè)MOS管及電壓轉(zhuǎn)換元器件分立在電路板四周。
[0030]所述電路板體積不超過(guò)10cm3，長(zhǎng)度不超過(guò)8.5mm，寬度小于6mm，所述電路板質(zhì)量不大于35g。
[0031]作為優(yōu)選，在電子芯片上所貼的片狀防輻射材料為氧化鋁基體的復(fù)合材料，密度不超過(guò)8g/cm3，遠(yuǎn)小于媽的19.35g/cm3，對(duì)γ射線的屏蔽率不小于同樣厚度的純媽的70% ；
[0032]作為優(yōu)選，電路板的防福射外殼由有機(jī)屏蔽層和重金屬屏蔽復(fù)合層構(gòu)成。有機(jī)復(fù)合屏蔽層，采用一種氨基酚三官能團(tuán)環(huán)氧樹(shù)脂作為基體材料，它具有較好的高溫力學(xué)性能，且密度小、耐高能輻照、粘度低和耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕。選用一定比例的B4C顆粒作為填料，以制備耐高溫B4C/環(huán)氧樹(shù)脂中子屏蔽復(fù)合材料，可在200°C以上環(huán)境中使用。單位厚度的熱中子屏蔽性能較傳統(tǒng)材料提高20%以上;重金屬屏蔽層材料為鎢基復(fù)合材料，與最常用鉛材料相比，單位厚度的γ射線屏蔽率超過(guò)40%，整個(gè)外殼的重量不超過(guò)3.2kg，若用純鎢材料，達(dá)到同樣的屏蔽效果所需重量不小于4kg。
[0033]—種核電站機(jī)械臂，其包括機(jī)械臂本體、上述的耐輻射兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
[0034]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的核電站機(jī)械臂及耐輻射兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可有效提高裝置的輻射抗性。
[0035]1、所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電路各部分之間配合能實(shí)現(xiàn)電流的比例積分調(diào)節(jié)和電機(jī)的