專利名稱：超精密直線電機的冷卻結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種超精密直線電機的冷卻結構，屬于直線電機技術領域。
背景技術：
超精密直線電機是保障超精密伺服系統運行的執行機構。隨著納米技術與生物技術的發展，對超精密直線電機的推力密度及推力精度要求逐步提高，由此帶來了電機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采用激光位移傳感器，因此，對環境溫度的恒溫性有較高的要求，而超精密伺服系統由于集成密度較高，在運行過程中，采用的超精密直線電機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要求系統各部件與環境熱交換趨向于零。目前大部分的直線電機很難達到這一要 求。目前對超精密直線電機已提出的水冷卻結構直線電機為了減小推力波動，采用了無鐵心結構，以消除常規電機的齒槽定位力及磁阻力，但是若具有相同的推力密度，電機的繞組所通電流密度勢必要高于有鐵心直線電機，銅耗勢必增大。為了確保電機的可靠運行及減少電機對外界散熱，提出了一種雙邊表貼式冷卻結構如圖9所示，其繞組通過支撐結構A固定，再在其上下表面安裝水冷卻板B，來對繞組實現冷卻，圖中C表示水冷卻的進水口，D表示水冷卻的出水口。對這種雙邊表貼式冷卻結構進行實驗測試的結果表明，電機的側面溫升較高。其采用的上、下兩片水冷卻板B，僅對電機初級的上下表面的溫升抑制較為明顯，其側面的較聞溫升，將與環境產生熱交換。
發明內容
本發明的是為了解決現有直線電機的雙邊表貼式冷卻結構的側面溫升高，易與環境產生熱交換的問題，提供一種超精密直線電機的冷卻結構。本發明所述超精密直線電機的冷卻結構，它包括繞組支撐部和繞組，繞組固定在繞組支撐部表面，它還包括導熱部，該導熱部設置在繞組的外側表面上并與繞組支撐部固定連接。所述導熱部為銅箔圈，該銅箔圈與繞組的外側輪廓相適應，并套接固定在繞組的外側表面上。所述導熱部為由多個銅箔分段分散排布組成的銅箔導熱圈，該銅箔導熱圈與繞組的外側輪廓相適應，每個銅箔分段均固定在繞組的外側表面上。繞組支撐部上具有多個銅箔預留槽，每個銅箔預留槽用于固定一個銅箔分段。所述組成銅箔導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相對的側壁外表面與繞組的外側表面固定。所述導熱部、繞組支撐部與繞組相互之間采用結構膠粘接固定。
本發明的優點是本發明在不改變電機的現有結構情況下，通過增加銅箔的形式，增加了繞組熱源向冷卻結構的導熱路徑，使冷卻板對熱源進行有效的冷卻，它不僅抑制繞組溫升提高電機繞組中所通電密，實現了電機推力的進一步提高，同時，銅箔阻斷了熱源通過電機側面向外界釋放熱量的路徑，抑制了電機與外界的熱交換。因此，在直線電機中采用該結構可提高超精密直線電機的推力密度，并且不改變電機外界環境溫度，為電機的精確位置檢測提供了必要條件。本發明在不改變電機體積的前提下，通過增加導熱支路的方法將繞組側面熱量盡可能多的導向冷卻板，實現了對繞組側表面進行熱屏蔽的功能。
圖1為本發明實施方式二的結構示意圖；圖2為實施方式二中銅箔圈與繞組的固定關系示意圖；圖3為本發明實施方式三的結構示意圖；圖4為實施方式三中銅箔導熱圈與繞組的固定關系示意圖；圖5為本發明實施方式六的結構示意圖；圖6為實施方式六中銅箔導熱圈與繞組的固定關系示意圖；圖7為普通直流直線電機截面的熱網絡分布圖；圖8為采本發明所述冷卻結構的直流直線電機截面的熱網絡分布圖；圖9為現有直線電機的雙邊表貼式冷卻結構的示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖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的冷卻結構，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，它還包括導熱部，該導熱部設置在繞組2的外側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一步說明，所述導熱部為銅箔圈31，該銅箔圈31與繞組2的外側輪廓相適應，并套接固定在繞組2的外側表面上。本實施方式中，在繞組2的側面加了一層銅箔圈31，該銅箔圈31與繞組2和繞組支撐部I之間可分別采用結構膠粘緊、固定，銅箔圈31與繞組2之間的粘接膠優先考慮高導熱結構膠。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，其間可以采用高導熱膠進行填充，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，以確保電機繞組對外絕緣，提高電機的可靠性。
具體實施方式
三下面結合圖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一步說明，所述導熱部為由多個銅箔分段分散排布組成的銅箔導熱圈32，該銅箔導熱圈32與繞組2的外側輪廓相適應，每個銅箔分段均固定在繞組2的外側表面上。
具體實施方式
四本實施方式為對實施方式三的進一步說明，繞組支撐部I上具有多個銅箔預留槽，每個銅箔預留槽用于固定一個銅箔分段。
本實施方式中，將銅箔導熱圈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留槽，同樣通過高導熱的結構膠將銅箔導熱圈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側面溫升問題，同時解決了電機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一步說明，所述組成銅箔導熱圈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相對的側壁外表面與繞組2的外側表面固定。
本實施方式中將銅箔分段加工成類C形結構，在確保上水冷卻板和下水冷卻板與銅箔導熱圈32接觸面積的同時，有效的提高了電機初級的機械結構強度。
具體實施方式
七下面結合圖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、五或六的進一步說明，所述導熱部、繞組支撐部I與繞組2相互之間采用結構膠粘接固定。繞組2與導熱部間的粘接膠要采用絕緣類型的，以確保電機繞組對外絕緣，提高電機的可靠性。工作原理通過直線電機溫度場有限元數值計算的結果，可以看出電機繞組與外界空氣之間的支撐結構越薄，電機表面溫升越高。對采用本發明所述冷卻結構的直線電機建電機溫度場模型，在模型中的熱源為繞組，其熱流有3條流通路徑①熱流Q1由繞組產生熱量向上流經膠層，終至冷卻板；②熱流Q2由繞組產生熱量向右流經膠層、聚醚醚酮PEEK、再向上經膠層終至冷卻板；③熱流Q3由繞組產生熱量向左流經膠層、PEEK,又分為兩路，一路流向PEEK左邊表面進行自然對流散熱，另一路向上流經膠層，終至冷卻板。根據上述分析，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
一 dc
kA(O其中，k。為繞組導熱系數；A。為繞組上表面面積，d。為繞組1/2厚度。繞組上面膠
層向上傳熱熱阻Rcgt dgRcSt = -ΓΤ其中，k。為繞組導熱系數；A。為繞組上表_囬枳；dg膠層厚度。 繞組上面冷卻板熱阻Rcw IΚ^=τ~Τ
/ >'為(3)其中，hw為冷卻板散熱系數。2、熱流支路②各部分熱阻計算。繞組向右傳熱熱阻Rra R^=WT
ZKcAfr 4)·
其中，Af為PEEK、繞組側面面積，Ic為繞組寬度。繞組右側面膠層向右傳熱熱阻R。#
D - dSRcgr — η-γ-
KsAf(5)其中，dg為冷卻板與繞組間的膠膜厚度，kg為膠的導熱系數。繞組右側PEEK向上傳執執阻R ·
I;、、、；、、、I J-L·
R =-1-"
'U: dJ1'cb)其中，Ap2為繞組右側PEEK材料上表面面積，kp為PEEK導熱系數，Ip2為繞組芯柱1/2長度。繞組右側PEEK上表面膠層向上傳熱熱阻Rpgrt
dK
1cSaP-(7)繞組右側水冷板熱阻Rcwr :R^=TT~
為 2( S )其中，hw為冷卻板B的散熱系數。3、熱流支路③各部分熱阻計算。繞組向左傳熱熱阻Rcl
(9) 繞組左側面膠層向左傳熱熱阻Rcigl dRcgi=R =TT-
KsAf(10)繞組左側PEEK向上傳熱熱阻Rplt
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淖—(AΛ \k Af } Api
私/2 <-/2j(11)其中，Apl為繞組左側PEEK板上表面面積，Ipl為繞組支撐結構寬度。繞組左側PEEK上表面膠層向上傳熱熱阻
權利要求
1.一種超精密直線電機的冷卻結構，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熱部，該導熱部設置在繞組(2)的外側表面上并與繞組支撐部(I)固定連接。
2.根據權利要求I所述的超精密直線電機的冷卻結構，其特征在于所述導熱部為銅箔圈(31)，該銅箔圈(31)與繞組(2)的外側輪廓相適應，并套接固定在繞組(2)的外側表面上。
3.根據權利要求I所述的超精密直線電機的冷卻結構，其特征在于所述導熱部為由多個銅箔分段分散排布組成的銅箔導熱圈(32)，該銅箔導熱圈(32)與繞組(2)的外側輪廓相適應，每個銅箔分段均固定在繞組(2)的外側表面上。
4.根據權利要求3所述的超精密直線電機的冷卻結構，其特征在于繞組支撐部(I)上具有多個銅箔預留槽，每個銅箔預留槽用于固定一個銅箔分段。
5.根據權利要求3或4所述的超精密直線電機的冷卻結構，其特征在于所述組成銅箔導熱圈(32)的多個銅箔分段等間距排布。
6.根據權利要求3所述的超精密直線電機的冷卻結構，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相對的側壁外表面與繞組(2)的外側表面固定。
7.根據權利要求1、2、3、4或6所述的超精密直線電機的冷卻結構，其特征在于所述導熱部、繞組支撐部(I)與繞組(2)相互之間采用結構膠粘接固定。
全文摘要
超精密直線電機的冷卻結構，屬于直線電機技術領域。它解決了現有直線電機的雙邊表貼式冷卻結構的側面溫升高，易與環境產生熱交換的問題。它包括繞組支撐部和繞組，繞組固定在繞組支撐部表面，它還包括導熱部，該導熱部設置在繞組的外側表面上并與繞組支撐部固定連接，所述導熱部為銅箔圈，該銅箔圈與繞組的外側輪廓相適應，并套接固定在繞組的外側表面上；或者導熱部為由多個銅箔分段分散排布組成的銅箔導熱圈，該銅箔導熱圈與繞組的外側輪廓相適應，每個銅箔分段均固定在繞組的外側表面上。本發明適用于直線電機的冷卻。
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 優先權日2012年10月23日
發明者李立毅, 潘東華, 熊思亞, 周悅, 唐勇斌, 陳啟明, 郭慶波 申請人:哈爾濱工業大學