專利名稱：超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，屬于直線電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超精密直線電機(jī)是保障超精密伺服系統(tǒng)運行的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。隨著納米技術(shù)與生物技術(shù)的發(fā)展，對超精密直線電機(jī)的推力密度及推力精度要求逐步提高，由此帶來了電機(jī)繞組電流密度的增加，銅耗隨之增加。由于目前超精密位置伺服系統(tǒng)采用激光位移傳感器，因此，對環(huán)境溫度的恒溫性有較高的要求，而超精密伺服系統(tǒng)由于集成密度較高，在運行過程中，采用的超精密直線電機(jī)很難避免會對外界散熱，而采用激光位移傳感器的超精密位置伺服系統(tǒng)要求系統(tǒng)各部件與環(huán)境熱交換趨向于零。目前大部分的直線電機(jī)很難達(dá)到這一要 求。目前對超精密直線電機(jī)已提出的水冷卻結(jié)構(gòu)直線電機(jī)為了減小推力波動，采用了無鐵心結(jié)構(gòu)，以消除常規(guī)電機(jī)的齒槽定位力及磁阻力，但是若具有相同的推力密度，電機(jī)的繞組所通電流密度勢必要高于有鐵心直線電機(jī)，銅耗勢必增大。為了確保電機(jī)的可靠運行及減少電機(jī)對外界散熱，提出了一種雙邊表貼式冷卻結(jié)構(gòu)如圖9所示，其繞組通過支撐結(jié)構(gòu)A固定，再在其上下表面安裝水冷卻板B，來對繞組實現(xiàn)冷卻，圖中C表示水冷卻的進(jìn)水口，D表示水冷卻的出水口。對這種雙邊表貼式冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行實驗測試的結(jié)果表明，電機(jī)的側(cè)面溫升較高。其采用的上、下兩片水冷卻板B，僅對電機(jī)初級的上下表面的溫升抑制較為明顯，其側(cè)面的較聞溫升，將與環(huán)境產(chǎn)生熱交換。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的是為了解決現(xiàn)有直線電機(jī)的雙邊表貼式冷卻結(jié)構(gòu)的側(cè)面溫升高，易與環(huán)境產(chǎn)生熱交換的問題，提供一種超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，它包括繞組支撐部和繞組，繞組固定在繞組支撐部表面，它還包括導(dǎo)熱部，該導(dǎo)熱部設(shè)置在繞組的外側(cè)表面上并與繞組支撐部固定連接。所述導(dǎo)熱部為銅箔圈，該銅箔圈與繞組的外側(cè)輪廓相適應(yīng)，并套接固定在繞組的外側(cè)表面上。所述導(dǎo)熱部為由多個銅箔分段分散排布組成的銅箔導(dǎo)熱圈，該銅箔導(dǎo)熱圈與繞組的外側(cè)輪廓相適應(yīng)，每個銅箔分段均固定在繞組的外側(cè)表面上。繞組支撐部上具有多個銅箔預(yù)留槽，每個銅箔預(yù)留槽用于固定一個銅箔分段。所述組成銅箔導(dǎo)熱圈的多個銅箔分段等間距排布。所述銅箔分段還可以為C形銅箔分段，該C形銅箔分段的與開口側(cè)相對的側(cè)壁外表面與繞組的外側(cè)表面固定。所述導(dǎo)熱部、繞組支撐部與繞組相互之間采用結(jié)構(gòu)膠粘接固定。
本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明在不改變電機(jī)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)情況下，通過增加銅箔的形式，增加了繞組熱源向冷卻結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱路徑，使冷卻板對熱源進(jìn)行有效的冷卻，它不僅抑制繞組溫升提高電機(jī)繞組中所通電密，實現(xiàn)了電機(jī)推力的進(jìn)一步提高，同時，銅箔阻斷了熱源通過電機(jī)側(cè)面向外界釋放熱量的路徑，抑制了電機(jī)與外界的熱交換。因此，在直線電機(jī)中采用該結(jié)構(gòu)可提高超精密直線電機(jī)的推力密度，并且不改變電機(jī)外界環(huán)境溫度，為電機(jī)的精確位置檢測提供了必要條件。本發(fā)明在不改變電機(jī)體積的前提下，通過增加導(dǎo)熱支路的方法將繞組側(cè)面熱量盡可能多的導(dǎo)向冷卻板，實現(xiàn)了對繞組側(cè)表面進(jìn)行熱屏蔽的功能。


圖1為本發(fā)明實施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施方式二中銅箔圈與繞組的固定關(guān)系示意圖；圖3為本發(fā)明實施方式三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實施方式三中銅箔導(dǎo)熱圈與繞組的固定關(guān)系示意圖；圖5為本發(fā)明實施方式六的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為實施方式六中銅箔導(dǎo)熱圈與繞組的固定關(guān)系示意圖；圖7為普通直流直線電機(jī)截面的熱網(wǎng)絡(luò)分布圖；圖8為采本發(fā)明所述冷卻結(jié)構(gòu)的直流直線電機(jī)截面的熱網(wǎng)絡(luò)分布圖；圖9為現(xiàn)有直線電機(jī)的雙邊表貼式冷卻結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖I至圖6說明本實施方式，本實施方式所述超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，它包括繞組支撐部I和繞組2，繞組2固定在繞組支撐部I表面，它還包括導(dǎo)熱部，該導(dǎo)熱部設(shè)置在繞組2的外側(cè)表面上并與繞組支撐部I固定連接。
具體實施方式
二 下面結(jié)合圖I和圖2說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的進(jìn)一步說明，所述導(dǎo)熱部為銅箔圈31，該銅箔圈31與繞組2的外側(cè)輪廓相適應(yīng)，并套接固定在繞組2的外側(cè)表面上。本實施方式中，在繞組2的側(cè)面加了一層銅箔圈31，該銅箔圈31與繞組2和繞組支撐部I之間可分別采用結(jié)構(gòu)膠粘緊、固定，銅箔圈31與繞組2之間的粘接膠優(yōu)先考慮高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠。另外，在裝配時，銅箔圈31的上、下表面與上水冷卻板和下水冷卻板要保證完全接觸，其間可以采用高導(dǎo)熱膠進(jìn)行填充，以確保銅箔圈31的表面與水冷卻板的高效率的熱交換。繞組2與銅箔圈31間的粘接膠要采用絕緣類型的，以確保電機(jī)繞組對外絕緣，提高電機(jī)的可靠性。
具體實施方式
三下面結(jié)合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的進(jìn)一步說明，所述導(dǎo)熱部為由多個銅箔分段分散排布組成的銅箔導(dǎo)熱圈32，該銅箔導(dǎo)熱圈32與繞組2的外側(cè)輪廓相適應(yīng)，每個銅箔分段均固定在繞組2的外側(cè)表面上。
具體實施方式
四本實施方式為對實施方式三的進(jìn)一步說明，繞組支撐部I上具有多個銅箔預(yù)留槽，每個銅箔預(yù)留槽用于固定一個銅箔分段。
本實施方式中，將銅箔導(dǎo)熱圈32切分成若干段，在繞組支撐部I與繞組2的接觸面上先加工出銅箔預(yù)留槽，同樣通過高導(dǎo)熱的結(jié)構(gòu)膠將銅箔導(dǎo)熱圈32與繞組2及繞組支撐部I粘接在一起，本實施方式不僅解決了電機(jī)側(cè)面溫升問題，同時解決了電機(jī)電渦流阻尼力的問題。
具體實施方式
五本實施方式為對實施方式三或四的進(jìn)一步說明，所述組成銅箔導(dǎo)熱圈32的多個銅箔分段等間距排布。
具體實施方式
六下面結(jié)合圖5至圖6說明本實施方式，本實施方式為對實施方式三的進(jìn)一步說明，所述銅箔分段為C形銅箔分段，該C形銅箔分段的與開口側(cè)相對的側(cè)壁外表面與繞組2的外側(cè)表面固定。

本實施方式中將銅箔分段加工成類C形結(jié)構(gòu)，在確保上水冷卻板和下水冷卻板與銅箔導(dǎo)熱圈32接觸面積的同時，有效的提高了電機(jī)初級的機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
具體實施方式
七下面結(jié)合圖7和圖8說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一、二、三、四、五或六的進(jìn)一步說明，所述導(dǎo)熱部、繞組支撐部I與繞組2相互之間采用結(jié)構(gòu)膠粘接固定。繞組2與導(dǎo)熱部間的粘接膠要采用絕緣類型的，以確保電機(jī)繞組對外絕緣，提高電機(jī)的可靠性。工作原理通過直線電機(jī)溫度場有限元數(shù)值計算的結(jié)果，可以看出電機(jī)繞組與外界空氣之間的支撐結(jié)構(gòu)越薄，電機(jī)表面溫升越高。對采用本發(fā)明所述冷卻結(jié)構(gòu)的直線電機(jī)建電機(jī)溫度場模型，在模型中的熱源為繞組，其熱流有3條流通路徑①熱流Q1由繞組產(chǎn)生熱量向上流經(jīng)膠層，終至冷卻板；②熱流Q2由繞組產(chǎn)生熱量向右流經(jīng)膠層、聚醚醚酮PEEK、再向上經(jīng)膠層終至冷卻板；③熱流Q3由繞組產(chǎn)生熱量向左流經(jīng)膠層、PEEK,又分為兩路，一路流向PEEK左邊表面進(jìn)行自然對流散熱，另一路向上流經(jīng)膠層，終至冷卻板。根據(jù)上述分析，計算各部分熱阻I、熱流支路①各部分熱阻計算。繞組向上傳熱熱阻Rct
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kA(O其中，k。為繞組導(dǎo)熱系數(shù)；A。為繞組上表面面積，d。為繞組1/2厚度。繞組上面膠
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其中，Af為PEEK、繞組側(cè)面面積，Ic為繞組寬度。繞組右側(cè)面膠層向右傳熱熱阻R。#
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權(quán)利要求
1.一種超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，它包括繞組支撐部⑴和繞組(2)，繞組⑵固定在繞組支撐部(I)表面，其特征在于它還包括導(dǎo)熱部，該導(dǎo)熱部設(shè)置在繞組(2)的外側(cè)表面上并與繞組支撐部(I)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱部為銅箔圈(31)，該銅箔圈(31)與繞組(2)的外側(cè)輪廓相適應(yīng)，并套接固定在繞組(2)的外側(cè)表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱部為由多個銅箔分段分散排布組成的銅箔導(dǎo)熱圈(32)，該銅箔導(dǎo)熱圈(32)與繞組(2)的外側(cè)輪廓相適應(yīng)，每個銅箔分段均固定在繞組(2)的外側(cè)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于繞組支撐部(I)上具有多個銅箔預(yù)留槽，每個銅箔預(yù)留槽用于固定一個銅箔分段。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述組成銅箔導(dǎo)熱圈(32)的多個銅箔分段等間距排布。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述銅箔分段為C形銅箔分段，該C形銅箔分段的與開口側(cè)相對的側(cè)壁外表面與繞組(2)的外側(cè)表面固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或6所述的超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱部、繞組支撐部(I)與繞組(2)相互之間采用結(jié)構(gòu)膠粘接固定。
全文摘要
超精密直線電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，屬于直線電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有直線電機(jī)的雙邊表貼式冷卻結(jié)構(gòu)的側(cè)面溫升高，易與環(huán)境產(chǎn)生熱交換的問題。它包括繞組支撐部和繞組，繞組固定在繞組支撐部表面，它還包括導(dǎo)熱部，該導(dǎo)熱部設(shè)置在繞組的外側(cè)表面上并與繞組支撐部固定連接，所述導(dǎo)熱部為銅箔圈，該銅箔圈與繞組的外側(cè)輪廓相適應(yīng)，并套接固定在繞組的外側(cè)表面上；或者導(dǎo)熱部為由多個銅箔分段分散排布組成的銅箔導(dǎo)熱圈，該銅箔導(dǎo)熱圈與繞組的外側(cè)輪廓相適應(yīng)，每個銅箔分段均固定在繞組的外側(cè)表面上。本發(fā)明適用于直線電機(jī)的冷卻。
文檔編號H02K9/00GK102882314SQ20121040482
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者李立毅, 潘東華, 熊思亞, 周悅, 唐勇斌, 陳啟明, 郭慶波 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)