CN101132137B - 直线电机冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电动机冷却技术范围的针对直线电动机特有的结构特点的一种直线电动机冷却器。冷却器冷却水管插入铁心的放线槽内紧靠线圈，冷却水管两管间由连接件连通，冷却水管另一端的双冷却液通道由外部连通器接通，然后和冷却液的进水口、出水口构成冷却回路；再与外面的循环冷却器连通，以完成对直线电机的直接冷却。本发明具有冷却速度快、效率高、结构紧凑、节省空间等优点。

Description

直线电机冷却器

技术领域

本发明属于电动机冷却技术范围，特别涉及针对直线电动机特有的结构特点的一种直线电机冷却器。

背景技术

直线电机属于零传动系统，直接产生高速运动，与旋转电机相比，更容易产生热量，尤其是大推力的直线电机系统。直线电机在机床上应用时往往将其密封起来，以避免由于直线电机的较强磁场而吸入大量的磁性粉尘，封闭使用使得直线电机的散热条件更为恶劣。发热问题直接影响直线电机的快速响应性，限制其最大额定推力，并改变永磁体的工作点。它已经成为制约直线电机发展的瓶颈问题。因此，需要研制开发高效冷却系统以便降低电机工作温度。

一般直线电机的冷却分为外冷式和内冷式冷却系统，其中内冷式冷却系统是直接对产生主要热量的线圈部分进行了冷却。相比较外冷式系统，具有冷却速度快、效率高、结构紧凑等优点。

目前，直接电机初级代表性的内冷却方式主要是有以下几种：

1)管道缠绕式

如图8(a)、(b)所示，此直线电动机初级的组成形式与众不同，四块单独的硅钢叠片围绕在四方体的中心上，组成电动机的铁心。每块硅钢叠片的形状为锯齿状，四个锯齿状叠片铁心组合形成绕制线圈的线圈槽。线圈绕制完成后，在线圈外面环绕水管，使水管紧贴铁心与线圈，水管直接与热源接触带走热量。冷却管能够环绕紧贴线圈，直接冷却热源。这种方法的缺点是由于绕组的形状特殊，所以此种冷却器不具有通用性。而且弯曲的管道直接与热源接触，弯曲部分容易老化。此为西门子公司2005年直线电动机冷却器，为欧洲专利局专利器(提供专利号)。

2)整排金属管冷却方案

如图9(a)所示为单边平板式直线电动机的线圈直接冷却方案。初级主要由铁心、绕组线圈、整排蛇行绕制的扁平的冷却管以及铁心固定板、绝缘纸等组成，次级主要由磁钢及软铁组成。初级固定，次级沿x轴作往复运动。电动机的具体结构为：电动机铁心按磁极分割由若干个独立的铁心齿组成，如图9(b)所示；通过螺栓将各个单独的铁心齿沿直线运动方向成一列地固定在铁心固定板上。绕组嵌在线圈槽中，并通过缘体纸与铁心保持绝缘。冷却管由多根铜管构成，如图9(c)所示，相邻的铜制圆管之间焊接在一起，由此形成冷却液流通回路。

这种方法的缺点是：制造工艺和装配过程复杂，不利于批量加工制造；铁心依靠压紧固定，电机运行噪声大；冷却管道占用了线圈空间，直线电机槽满率降低，推力特性受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却速度快、效率高、结构紧凑、节省空间的直线电机液体冷却器。

本发明的特征在于该冷却器是一种插入式内冷却器；冷却水管3插入铁心1的放线槽内紧靠线圈2，冷却水管两管间由连接件4连通，冷却水管3另一端的双冷却液通道3.1由外部连通器7接通，然后和冷却液的进水口5、出水口6构成冷却回路；

所述冷却水管和直线电机本体的铁心叠片、线圈之间充填有导热性好的填充剂。

所述双冷却液通道的连通分为外部通道连通器7和隔层壁开连通孔8的形式。

本发明的有益效果是冷却器的水管直接插入到铁心齿槽的底部、中部或顶部等任何位置中，线圈产生的热量可以通过冷却器中的冷却液最大限度的带走，达到直接冷却线圈的目的，使本发明具有冷却速度快、效率高、结构紧凑、节省空间的特点。

附图说明

图1采用双冷却液通道、串联冷却回路的内冷式冷却器的装配示意图。

图2双冷却液通道外部连通的异型管内冷式冷却器示意图。

图3(a)双冷却液通道隔层壁开连通孔连通的异型管内冷式冷却器示意图；(b)双冷却液通道隔层壁开连通孔连通的单个异型管结构示意图。

图4装有图2或图3所示内冷式冷却器的电机初级示意图。

图5(a)平行支路冷却器并联冷却回路示意图；(b)平行支路内冷式冷却器结构示意图。

图6平行支路并联冷却回路冷却器的装配示意图。

图7直线电机结构示意图。

图8金属圆管环绕型冷却器：(a)铁心，(b)初级。

图9栅格式整排水管冷却器：(a)初级，(b)线圈组合体，(c)水路。

具体实施方式

本发明提供一种冷却速度快、效率高、结构紧凑、节省空间的直线电机液体冷却器。该冷却器是一种插入式内冷却器，参照说明书附图对该直线电机用冷却装置进行详细的说明。在图1所示内冷式冷却器的装配示意图中，冷却水管3插入铁心1的放线槽内紧靠线圈2，冷却水管两管间由连接件4连通，冷却水管3另一端的双冷却液通道3.1由外部连通器7接通，然后和冷却液的进水口5、出水口6构成冷却回路；并且在冷却水管3和直线电机本体的铁心1的叠片、线圈2之间充填有导热性好的填充剂。

所述冷却水管有双冷却液通道(如图2、图3(a)、(b)所示)和单冷却液通道(如图5所示)两种。

所述双冷却液通道的连通分为外部通道连通器7(如图2所示)和隔层壁开连通孔8(如图3(b))所示)的形式。

所述插入式内冷却器有冷却水管串联冷却回路(如图2、图3所示)和并联冷却回路(如图5所示)两种。

图3(b)所示的是一种异型管形成的冷却回路。该种异型管内部构造示意图，将截面为矩形的异性管设计成上下两个通道，各图中的标号为3.1，冷却液体从一个通道流入，达到直管的末端时通过隔层壁开的连通孔8，从另外一个通道流出；这样一根管无需弯折便形成了冷却液流通所需要的回路。

内冷式冷却器也可称为内插式冷却器，可在电动机初级绕线前、后或中间，直接插入硅钢叠片线圈槽的顶部、底部或中间位置，如图1、图4、图6所示。管道采用导热性良好的圆形、方形或异型管材加工而成。将冷却水管3、连接件4、外部连通器7、出水口6和入水口5连接之后，将整个冷却器插入到初级铁心之中，冷却器提供定向流动的冷却液流动回路，冷却液流动回路紧紧挨近铁心线圈，并在冷却水管3和直线电机本体的铁心1的叠片、线圈2之间充填有导热性好的填充剂，并且冷却水器由导热性良好的金属和非金属材料制成，使得冷却液可以带走铁心1和线圈2产生的热量，达到了直接冷却整个直线电机的目的。

内冷式冷却器中的冷却液流动回路可以直接带走线圈2与铁心1因为铜损、铁损所产生的热量，这是电机发热的主要原因。这种内冷式插入结构保证了较高冷却速度和冷却效率，可以满足高速加工的需要。

图5所示，(a)平行支路并联管冷却回路示意图；(b)平行支路内冷式冷却器结构示意图。异型管冷却器的每根异型管均包含连通的流入通道和流出通道，需要两倍于单管高度的空间。如果冷却液单向流动，则只有一个流动通道，仅需一倍的管道空间，空间占用率将降低。因此，设计了采用大尺寸总管道引导多根平行的小管道的异型管回路布局方案。

本方案采用的异型管，为单向通道管，无需像图2一样将其内部分隔为流入和流出两个通道，对于空间狭窄的直线电机是一种很好的设计。冷却液从入水口5流入进水总管10，再从进水总管10流到各条并行支路的冷却水管3，最后流进出水总管9，从出水口6流出(如图5(a)所示)。

平行支路异型管冷却器由于两端各有一根总管9、10(如图5(a)所示)，所以，可以先将异型出水总管9与各条并行支路的冷却水管3焊接成型(如图5(b)所示)，然后插入铁心1的放线槽中，最后完成另一根总管10与纵向支管8的联接(如图6所示)。

平行支路冷却器由于可以采用单向导通方式，可以大大减少直线电机铁心槽的占用空间，从而减小电机整体体积。最大程度地提高了电机的冷却速度和效率。

连接好的插入式冷却器直接插入到铁心槽1之中，调整好位置后，将冷却器与铁心固定，灌入环氧树脂，将铁心槽1，线圈2与冷却器连接成为整体。

图7所示为直线电机结构示意图。将上述装配好冷却器，并灌入环氧树脂的直线电机初级13上表面与工作台11相联，工作台11通过导轨14与电机底座12相联。电机初级13与固定次级15之间形成气隙通道，电机初级13通过导轨14沿Z向作直线运动，由光栅16检测电机初级的位置与速度。

Claims (1)

1.一种直线电机液体冷却器，其特征在于，该直线电机液体冷却器为一种采用双冷却液通道、串联冷却回路的插入式内冷却器，其串联冷却回路是冷却水管(3)插入铁心(1)的放线槽内紧靠线圈(2)，冷却水管两管间由连接件(4)连通，冷却水管(3)另一端的双冷却液通道(3.1)由外部连通器(7)接通，然后和冷却液的进水口(5)、出水口(6)构成冷却回路；通过将截面为矩形的异形管设计成上下两个通道，所述冷却水管形成双冷却液通道，冷却液从一个通道流入，达到通道的末端时通过外部连通器(7)或隔层壁开的连通孔(8)，从另外一个通道流出，达到了直接冷却整个直线电机的目的。