CN101969243B - 直接液冷和热屏蔽的三明治结构电机电枢 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直接液冷和热屏蔽的三明治结构电机电枢。电机的薄盒状电枢组件由薄饼形绕组置于电绝缘、隔磁、隔热材料制成的薄型密封盒的腔中间构成，电枢绕组两表面与密封盒的腔壁间留有冷却液强迫循环的间隙。采用电枢绕组表面直接液冷方式，将电枢绕组的铜耗发热全部由冷却液带走。本三明治结构电机电枢的直接液冷和热屏蔽方法结构紧凑、冷却效果好，避免了温度变化对控制系统及控制精度的影响，确保了系统的定位精度，适用于高科技尖端运动装备和半导体电子专用设备。

Description

直接液冷和热屏蔽的三明治结构电机电枢

技术领域

本发明涉及一种电机电枢的冷却结构，特别是一种三明治结构电机电枢与周围环境间有良好热屏蔽的直接液冷结构。

背景技术

三明治结构电机是指中间为电枢组件、两边为磁极组件的平面电机或盘式旋转电机。为提高电机的推力(或转矩)密度，三明治结构电机两个磁极组件间的间隙必须尽可能的小，电枢组件一般需为薄型。近年来，三明治结构永磁电机由于具有高定位精度、高推力(或转矩)密度、高机电频响、结构紧凑等优点已成为高科技尖端运动装备和半导体电子专用设备中驱动部件的首选机型。然而，这些装备系统对电机的热性能有很高的要求。因为电机温升不仅会使绕组电阻增加、绕组参数和永磁体磁性能发生变化，给控制系统及控制带来不确定性；而且还将导致相关零件的热变形和周围空气的折射率变化，影响激光干涉仪的检测精度。所以，必须合理设计冷却系统，屏蔽热源，才能满足系统的高性能要求。

为使三明治结构电机电枢既具有良好的冷却效果，又能屏蔽热源、不与周围环境温度相互影响。为此，需要合理设计电枢组件的结构，兼顾高精密绕组的绕制与嵌入技术和解决冷却结构与热屏蔽技术，具有很大的挑战性，目前国内尚未见成熟的结构形式。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的缺陷，提供一种直接液冷和热屏蔽的三明治结构电机电枢，确保电枢绕组甚低的温升、且与周围环境间有良好热屏蔽。

本发明的构思是：薄饼形电枢绕组安置在不导热的薄型密封盒中间，为在容积极其有限的密封盒内实现有效冷却，采用电枢绕组表面直接液冷方式，将电枢绕组铜耗发热全部由冷却液带走；不导热的密封盒及其与电枢绕组两表面间的冷却液形成电枢绕组和周围环境间的良好热屏蔽，相互间无热量交换和温度影响。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：一种三明治结构电机电枢，包括直接液冷和热屏蔽的一个由薄型密封盒和置于该薄型密封盒内的多组薄饼形电枢绕组组成的薄盒状电枢组件，其特征在于：

1)所述电枢绕组置于密封盒的腔中间，其中，多组电枢绕组两表面与密封盒的腔壁间留有冷却液强迫循环的间隙，密封盒开有冷却液进、出口，电枢绕组铜耗发热由强迫循环的冷却液带走。

2)所述密封盒的材质为电绝缘、隔磁、隔热的材料。

3)所述密封盒的腔壁内侧设有多个支撑架来固定电枢绕组，从而形成所述冷却液强迫循环的间隙。

上述的多组电枢绕组为一维布置，构成直线电机的热屏蔽与直接液冷电枢组件。

上述的多组电枢绕组为二维布置，构成平面电机的热屏蔽与直接液冷电枢组件。

上述的多组电枢绕组为圆盘形布置，构成盘式旋转电机的热屏蔽与直接液冷电枢组件。

由上所述，本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：

1)采用冷却液直接在电枢绕组表面强迫循环，结构紧凑，冷却效果好，电枢绕组电阻及其它参数保持不变，利于精确控制。

2)密封盒材质为电绝缘、隔磁、隔热的材料，强迫循环冷却液与密封盒一起形成电机主要发热部件——电枢绕组与周围环境间的良好热屏蔽，避免了温度变化对控制系统及控制精度的影响，确保了系统的定位精度。

3)在密封盒的腔壁内侧设有多个支撑架，既便于固定电枢绕组和形成冷却液强迫循环的间隙，又增加了电枢组件的刚度，有效地消除电枢组件的形变和振动，进一步提高机电系统的频率响应。

附图说明

图1为直接液冷和热屏蔽的三明治结构电机电枢结构示意图。

图2为一对极的三明治结构直线电机密封盒盒底部分。

图3为一对极的三明治结构直线电机密封盒盒盖部分。

图4为四对极的三明治结构盘式旋转电机密封盒左半部分。

图5为四对极的三明治结构盘式旋转电机密封盒右半部分。

实施实例

下面结合附图和具体实施方案对本发明的三明治结构电机电枢的直接液冷与热屏蔽的技术方案作进一步说明。

实施例1：本直接液冷和热屏蔽的三明治结构直线或平面电机电枢(一对极下结构剖面参见图1)包括一个由薄型密封盒1和置于该薄型密封盒1内的多组薄饼形电枢绕组2组成的薄盒状电枢组件。密封盒1内有多个支撑架5固定电枢绕组2，并在密封盒1的腔壁与电枢绕组2的上、下表面间形成冷却液强迫循环的间隙6、7。该薄盒状电枢组件的上下侧分别为两个磁极组件3、4。

一个一对极的三明治结构永磁直线电机包含上、下永磁磁极组件以及一个如上所述的薄盒状电枢组件，其间采用气浮技术形成平面运动的间隙。

密封盒由盒底9(参见图2)和盒盖15(参见图3)二部分装配成，其材料选用不导电、磁、热的氧化锆陶瓷。在盒底9(参见图2)的内侧边缘有密封槽13，用于安置密封条实现密封，避免强迫循环冷却液的渗漏。盒底9(参见图2)和盒盖15(参见图3)内侧的凸台11、17组成支撑架来支撑一维分布的电枢绕组8，并在密封盒的腔壁与电枢绕组的上、下表面间形成冷却液强迫循环的间隙。强迫循环的去离子水从进水口10、14流入，经冷却液强迫循环的间隙，从出水口12、16流出，从电枢绕组的上、下表面带走电枢绕组的铜耗发热。

永磁磁极组件和密封盒中的电枢绕组为二维布置，则构成三明治结构永磁平面电机。

实施例2：本直接液冷和热屏蔽的三明治结构盘式旋转电机电枢(顺时针转过90度的沿圆周展开一对极下结构剖面参见图1)包含一个由薄型密封盒1和多组薄饼形电枢绕组2组成的薄盒状电枢组件，密封盒1内有多个支撑架5固定电枢绕组2，并在密封盒1的腔壁与电枢绕组2的上、下表面间形成冷却液强迫循环的间隙6、7。磁极组件3、4位于其左、右侧。

一个四对极的三明治结构永磁盘式旋转电机包含左、右永磁磁极组件以及一个如上所述的薄盒状电枢组件，其间采用轴承支撑形成旋转运动的间隙。

密封盒由左半部分24(参见图4)和右半部分25(参见图5)装配而成，其材料选用不导电、磁、热的氧化锆陶瓷，在密封盒左半部分24(参见图4)右侧的内、外边缘有密封槽21、23，用于安置密封条实现密封，避免强迫循环冷却液的渗漏。密封盒左半部分24(参见图4)和密封盒右半部分25(参见图5)的凸台20、27组成支撑架来支撑圆盘形分布的电枢绕组19，并在密封盒的腔壁与电枢绕组的左、右表面间形成冷却液强迫循环的间隙。强迫循环的去离子水从进水口18、26流入，经冷却液强迫循环的间隙，从出水口22、28流出，从电枢绕组的左、右表面带走电枢绕组的铜耗发热。

Claims (3)

1.一种直接液冷和热屏蔽的三明治结构电机电枢，包括一个由薄型的密封盒(1)和置于该薄型密封盒(1)内的多组薄饼形电枢绕组(2)组成的薄盒状电枢组件，其特征在于：

a.所述电枢绕组(2)置于密封盒(1)的腔中间，其两表面与密封盒(1)的腔壁间留有冷却液强迫循环的间隙(6、7)，密封盒(1)开有冷却液进、出口，强迫循环的冷却液经过电枢绕组(2)两表面时带走其铜耗发热；

b.所述密封盒(1)的材质为电绝缘、隔磁、隔热的材料；

c.所述密封盒(1)的腔壁内侧有多个支撑架(5)来固定电枢绕组(2)，从而形成所述冷却液强迫循环的间隙(6、7)。

2.根据权利要求1所述的直接液冷和热屏蔽的三明治结构电机电枢，其特征在于密封盒(1)中的电枢绕组(2)为一维布置，构成三明治结构直线电机的热屏蔽与直接液冷电枢组件。

3.根据权利要求1所述的直接液冷和热屏蔽的三明治结构电机电枢，其特征在于密封盒(1)中的电枢绕组(2)为圆盘形布置，构成三明治结构盘式旋转电机的热屏蔽与直接液冷电枢组件。

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