CN104025434A - 马达冷却系统 - Google Patents

马达冷却系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104025434A
CN104025434A CN201280065312.XA CN201280065312A CN104025434A CN 104025434 A CN104025434 A CN 104025434A CN 201280065312 A CN201280065312 A CN 201280065312A CN 104025434 A CN104025434 A CN 104025434A
Authority
CN
China
Prior art keywords
armature coil
gap
air
motor
equipment according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201280065312.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104025434B (zh
Inventor
T·安德里科维奇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TA Instruments Waters LLC
Original Assignee
Bose Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bose Corp filed Critical Bose Corp
Priority to CN201710374859.2A priority Critical patent/CN107257181B/zh
Publication of CN104025434A publication Critical patent/CN104025434A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104025434B publication Critical patent/CN104025434B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

设备包括电动机。电动机包括内壳、布置在内壳内并通过间隙与内壳分开的电枢线圈，以及与电枢线圈相关联的磁芯。设备还包括被配置成使空气在电枢线圈与内壳之间的间隙内流动的风扇。

Description

马达冷却系统
技术领域
线性马达是沿其长度产生线性力的电动马达。这种马达的操作产生大量的热。因为线性马达中的、特别是包括电枢线圈和相关联的磁芯在内的很多组成部件都对温度敏感，所以提供了冷却系统以避免马达性能的劣化。
背景技术
参见图1，使线性马达100冷却的一个途径是在马达的任一侧放置吸热器(heat sink)102。马达100的操作期间产生的热通过传导到吸热器102内而被去除。风扇组104使吸热器102冷却，由此将热分散到周围环境中并使马达100冷却。
发明内容
在一个总的方面中，设备包括电动机。电动机包括内壳、布置在内壳内并通过间隙与内壳分开的电枢线圈以及与电枢线圈相关联的磁芯。该设备还包括被配置成使空气在电枢线圈与内壳之间的间隙内流动的风扇。
实施方式可以包括下面的一个或多个。
间隙内的气流使电枢线圈与磁芯中的至少一者冷却。
风扇被配置成使空气直接吹送通过电枢线圈。
该设备进一步包括多个风扇。多个风扇的配置被确定为使通过电动机的流动速度以及空气与电枢线圈之间的热传递中的至少一者最大化。
风扇被配置成在间隙内引起湍流气流。
间隙的大小被选择为在间隙内引起湍流气流。间隙的大小被选择为使空气与电枢线圈之间的热传递最大化。
电枢线圈是第一电枢线圈并且磁芯是第一磁芯；并且设备进一步包括：与第一电枢线圈相邻的第二电枢线圈，第一电枢线圈通过第一线圈间隙与第二电枢线圈分开；以及与第二电枢线圈相关联的第二磁芯。风扇被配置成使空气在第一线圈间隙内流动。
设备进一步包括第三电枢线圈；以及与第三电枢线圈相邻的第四电枢线圈，第三电枢线圈通过第二线圈间隙与第四电枢线圈分开。风扇被配置成使空气在第二线圈间隙内流动。
电动机是电磁马达。
设备进一步包括布置在电动机的第一端的进气口，风扇布置在进气口中；以及布置在电动机的与进气口相反的第二端的排气口。
在另一总的方面中，方法包括提供电动机。电动机包括内壳、布置在内壳内并通过间隙与内壳分开的电枢线圈以及与电枢线圈相关联的磁芯。方法进一步包括使空气在电枢线圈与内壳之间的间隙内流动。
实施方式可以包括下面的一个或多个。
使空气在间隙内流动使电枢线圈与磁芯中的至少一者冷却。使空气在间隙内流动包括使空气直接吹送通过电枢线圈。使空气在间隙内流动在间隙中引起湍流气流。
方法进一步包括确定间隙的大小，以便在间隙内引起湍流气流。方法进一步包括确定间隙的大小，以便使空气与电枢线圈之间的热传递最大化。
在其他优点之中，这里说明的系统与传统的马达冷却系统相比具有较少的部件并且不复杂，因此能够用于低成本的实施。马达内电枢线圈间的间隙允许高冷却效率，而不会损害诸如马达的输出力等的马达性能。更高效地使马达冷却的能力允许马达用传统的低成本层叠钢制造，而不用较高等级钢制造，由此进一步降低了马达的制造成本。
本发明的其他特征和优点将从下面的说明和权利要求中变得明显。
附图说明
图1是现有技术的马达的图。
图2是通过强制空气冷却来冷却的马达的图。
图3是图2中的马达的内部组成部件的图。
图4A是图3中的内部组成部件的剖切立体图。
图4B是图3中的内部组成部件的剖切前视图。
图4C是图3中的内部组成部件的剖切侧视图。
具体实施方式
参见图2和图3，线性马达200沿其长度(表示为x-轴)输出线性力。马达200由收纳内部体203的外壳201形成。还参见图4A至图4C，内部体203包括四个电枢线圈202a、202b、202c、202d，各电枢线圈分别具有相关联的磁芯204a、204b、204c、204d。操作时，马达200主要由流过电枢线圈202的电流产生大量的热。马达组成部件的性能、特别是磁芯204的性能随着马达温度的增加而降低。
采用强制空气对流冷却系统以排散由马达200产生的热。特别是，风扇组206被定位在马达的前表面210上的入口208处。风扇组206包括将空气直接吹入马达200内部的一个或多个风扇212。气流总体上沿着电枢线圈202的长度(即，沿x轴)并且用于使电枢线圈及相关联的磁芯204冷却。马达200设计为具有直流(straight flow-through)设计，在该设计中，使诸如转弯、弯折或横截面的大变化等的节流部最小化。该无阻的设计允许空气高速流过马达，这提供了空气与马达组成部件之间的高热传递系数。空气经由马达的后表面218上的排气口216离开马达。在一些实施方式中，过滤器219在风扇组206之前被定位在入口208处并且用于将吸入马达的空气过滤，由此避免马达组成部件弄脏。
在马达200的内部，设置了开放空间以促进空气流过电枢线圈202和磁芯204。与电枢线圈202相邻的间隙222至228允许电枢线圈的表面区域的大部分暴露于流通空气中，促进热从线圈向空气传递。特别是，中央间隙222a将电枢线圈202a和202b分开，并且中央间隙222b将电枢线圈202c和202d分开。顶部间隙224a和224b分别将电枢线圈202a和202c与内壳220的顶部分开。下部间隙226a和226b分别将电枢线圈202b和202d与壳体220的底部分开。侧部间隙228a、228b、228c和228d分别将电枢线圈202a、202b、202c和202d与壳体220的中央支撑芯229分开。
高速气流提高了电枢线圈202与流通空气之间的热传递系数。可用于气流的空间体积(即，间隙的大小和几何形状)影响系统对气流的阻抗并因此影响空气通过马达的速度。气流速度还取决于风扇组206的性能以及诸如温度和空气密度等的环境因素。
对于通过马达的湍流气流使热传递系数被最大化。湍流气流可通过使足够高的速度的空气在间隙222至228内流动来获得，这通过使风扇配置和性能以及间隙几何形状最优化来实现。然而，成本和制造方面的考虑要求期望马达具有较小体积并具有最少数量的风扇。因此，在实践中，通过目的是使换热系数最大化并同时使制造成本最小化的迭代过程来确定间隙几何形状和风扇配置。由电枢线圈202发出的热量一般情况下是已知的。诸如电枢线圈202和磁芯204的最大允许操作温度、操作温度下流体(即，流通空气)的特性、马达的气流阻抗、风扇性能曲线以及风扇配置和成本等的因素被用作马达与冷却系统的模型中的参数。马达的设计被确定为使冷却系统的性能最优化。
作为示例，给定由电枢线圈202产生的散热、最大环境温度以及线圈与磁体的温度限制的理解，则可以计算出足以限制敏感的马达组成部件的温度的热传递系数。因为热传递系数是流体的特性、流速和流动几何形状的函数，所以能够将马达设计迭代以便使得用于性能和成本的设计最优化。例如，减小线圈间的间隙增加了马达对气流的阻抗；为补偿增加的阻抗，提高风扇的性能以产生足够的速度以便获得期望的热传递系数。线圈间的较大间隙将降低气流阻抗，但是一般情况下使得较高气流速率变得必要以获得期望的热传递系数。因此，总的来说，采用利用了马达阻抗(即，几何形状和/或间隙大小)、风扇性能和成本作为变量的迭代过程来使马达的设计最优化。
作为示例，基于这样的迭代过程设计出的马达产生了7.5kN的力输出，并通过其四个电枢线圈发散约1.8kW的热，或者说每个线圈450W。上述间隙以及线圈间的间隙为10mm。马达具有44.5cm×27.2mm×43.7mm的外形尺寸并且重约95kg。
间隙222至228的配置还受制于维持马达组成部件的适当的磁性能。在传统的电枢线圈间没有间隙的马达中，磁体转换线(即，N-S磁取向变化)与磁极面的中心对齐。在线圈间具有间隙的马达中，维持了磁体转换线的这种对齐。此外，电枢线圈间包含间隙增加了磁极间的距离，但是继续保持磁体转换距离与磁极面的中心对齐。
应该理解，前述说明意图说明但并不限制本发明的范围，本发明由随附权利要求的范围限定。其他实施方也在所附的权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种设备，其包括：
电动机，所述电动机包括：
内壳，
电枢线圈，所述电枢线圈布置在所述内壳内并通过间隙与所述内壳分开，以及
磁芯，所述磁芯与所述电枢线圈相关联；以及
风扇，所述风扇被配置成使空气在所述电枢线圈与所述内壳之间的所述间隙内流动。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述间隙内的气流使所述电枢线圈与所述磁芯中的至少一者冷却。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述风扇被配置成使空气直接吹送通过所述电枢线圈。
4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括多个风扇。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述多个风扇的布置被确定为使通过所述电动机的流动速度以及空气与所述电枢线圈之间的热传递中的至少一者最大化。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述风扇被配置成在所述间隙内引起湍流气流。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述间隙的大小被选择为在所述间隙内引起湍流气流。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述间隙的大小被选择为使空气与所述电枢线圈之间的热传递最大化。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，
所述电枢线圈是第一电枢线圈并且所述磁芯是第一磁芯，
所述设备进一步包括：
与所述第一电枢线圈相邻的第二电枢线圈，所述第一电枢线圈通过第一线圈间隙与所述第二电枢线圈分开；以及
与所述第二电枢线圈相关联的第二磁芯。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述风扇被配置成使空气在所述第一线圈间隙内流动。
11.根据权利要求9所述的设备，进一步包括：
第三电枢线圈；以及
与所述第三电枢线圈相邻的第四电枢线圈，所述第三电枢线圈通过第二线圈间隙与所述第四电枢线圈分开。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述风扇被配置成使空气在所述第二线圈间隙内流动。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电动机是电磁马达。
14.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：
进气口，所述进气口布置在所述电动机的第一端，所述风扇布置在所述进气口中；以及
排气口，所述排气口布置在所述电动机的与所述进气口相反的第二端。
15.一种方法，包括：
提供电动机，所述电动机包括：
内壳，
布置在所述内壳内并通过间隙与所述内壳分开的电枢线圈，以及
与所述电枢线圈相关联的磁芯；以及
使空气在所述电枢线圈与所述内壳之间的所述间隙内流动。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，使空气在所述间隙内流动使所述电枢线圈与所述磁芯中的至少一者冷却。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，使空气在所述间隙内流动包括使空气直接吹送通过所述电枢线圈。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，使空气在所述间隙内流动使得在所述间隙内引起湍流气流。
19.根据权利要求15所述的方法，进一步包括确定所述间隙的大小，以便在所述间隙内引起湍流气流。
20.根据权利要求15所述的方法，进一步包括确定所述间隙的大小，以便使空气与所述电枢线圈之间的热传递最大化。
CN201280065312.XA 2011-12-29 2012-12-10 马达冷却系统 Active CN104025434B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710374859.2A CN107257181B (zh) 2011-12-29 2012-12-10 马达冷却系统

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/339,786 2011-12-29
US13/339,786 US9444308B2 (en) 2011-12-29 2011-12-29 Linear motor cooling system
PCT/US2012/068726 WO2013101442A2 (en) 2011-12-29 2012-12-10 Motor cooling system

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710374859.2A Division CN107257181B (zh) 2011-12-29 2012-12-10 马达冷却系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104025434A true CN104025434A (zh) 2014-09-03
CN104025434B CN104025434B (zh) 2017-06-16

Family

ID=47501446

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280065312.XA Active CN104025434B (zh) 2011-12-29 2012-12-10 马达冷却系统
CN201710374859.2A Active CN107257181B (zh) 2011-12-29 2012-12-10 马达冷却系统

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710374859.2A Active CN107257181B (zh) 2011-12-29 2012-12-10 马达冷却系统

Country Status (4)

Country Link
US (2) US9444308B2 (zh)
EP (1) EP2798728B1 (zh)
CN (2) CN104025434B (zh)
WO (1) WO2013101442A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111095756A (zh) * 2017-09-25 2020-05-01 株式会社富士 作业装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9444308B2 (en) * 2011-12-29 2016-09-13 Ta Instruments-Waters L.L.C. Linear motor cooling system
US9680352B2 (en) * 2013-09-30 2017-06-13 Ta Instruments-Waters L.L.C. Convection cooling system for motors
USD781253S1 (en) 2015-03-05 2017-03-14 Rockwell Automation Technologies, Inc. Control module cooling fan
CN113316885A (zh) 2019-01-22 2021-08-27 沃特世科技公司 线性马达
CN111600421B (zh) * 2020-04-24 2021-06-04 浙江奇志电机股份有限公司 一种降噪变频制动电动机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3809990A (en) * 1972-07-27 1974-05-07 Warner Electric Brake & Clutch Electric motor adapted for both stepping and continuous operation
US4992687A (en) * 1988-02-15 1991-02-12 Techmarex (Properietary) Limited Generator with inherent overload limiting
US20090058374A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 Thomas Evans High efficiency alternator
CN101783572A (zh) * 2009-01-20 2010-07-21 富士机械制造株式会社 直线电动机及具备该直线电动机的电子电路零件安装机

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3394295A (en) * 1965-10-04 1968-07-23 Itt Rotating and reciprocating electric motor
FR2512601B1 (fr) * 1981-09-08 1986-05-16 Bosch Gmbh Robert Generateur de courant alternatif avec des redresseurs refroidis par l'air
JPS63283460A (ja) 1987-05-12 1988-11-21 Toshiba Corp リニアモ−タ
MY102837A (en) * 1987-07-14 1992-11-30 Satake Eng Co Ltd Variable speed controllable induction motor
JPH0297266A (ja) 1988-10-03 1990-04-09 Toshiba Corp 両側式リニアモータ
JPH05336703A (ja) 1992-05-29 1993-12-17 Toshiba Corp リニアモータの冷却装置
JPH0851759A (ja) * 1994-08-10 1996-02-20 Hitachi Metals Ltd 搬送用リニアモータ
JPH08280167A (ja) 1995-04-05 1996-10-22 Nippon Otis Elevator Co リニアモータ
CN1068994C (zh) * 1996-11-05 2001-07-25 杨泰和 直流电机的低电枢反应x型磁路结构
US6114781A (en) 1999-02-26 2000-09-05 Nikon Corporation Cooling system for a linear or planar motor
US6700235B1 (en) * 1999-11-02 2004-03-02 Franklin Electric Co. Enhanced cooling apparatus and method for rotating machinery
US6825580B2 (en) * 2000-04-07 2004-11-30 Mirae Corporation Apparatus and method for controlling cooling of gantry having linear motor
EP1895645B1 (en) * 2001-08-29 2012-06-27 Yamazaki Mazak Kabushiki Kaisha Air cooled linear motor
US6828700B2 (en) * 2002-09-03 2004-12-07 Lasko Holdings, Inc. Apparatus and method for cooling an electric motor
CN100440695C (zh) * 2003-12-05 2008-12-03 财团法人工业技术研究院 模块化的永磁同步线性马达
DE10361864A1 (de) * 2003-12-30 2005-07-28 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine
JP4690032B2 (ja) * 2004-12-24 2011-06-01 住友電気工業株式会社 アキシャルギャップ型モータ
US20060226718A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Tai-Her Yang Closed enclosure electric machine
JP4904894B2 (ja) * 2005-04-21 2012-03-28 日本電産株式会社 軸流ファン
JP3922589B2 (ja) * 2005-07-11 2007-05-30 株式会社デンソー 車両用タンデム式回転電機
JP4811037B2 (ja) * 2005-07-11 2011-11-09 株式会社デンソー 車両用タンデム式回転電機
JP4278643B2 (ja) * 2005-08-30 2009-06-17 三菱電機株式会社 車両用回転電機
JP4389856B2 (ja) * 2005-09-09 2009-12-24 株式会社デンソー 車両用交流発電機の電圧制御装置
US7514825B2 (en) 2006-05-30 2009-04-07 Asm Assembly Automation Ltd. Linear motor cooling apparatus with air amplification
US8519575B2 (en) * 2009-11-09 2013-08-27 Nucleus Scientific, Inc. Linear electric machine with linear-to-rotary converter
US9231462B2 (en) * 2011-08-16 2016-01-05 Nucleus Scientific, Inc. Minimization of torque ripple
US9444308B2 (en) * 2011-12-29 2016-09-13 Ta Instruments-Waters L.L.C. Linear motor cooling system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3809990A (en) * 1972-07-27 1974-05-07 Warner Electric Brake & Clutch Electric motor adapted for both stepping and continuous operation
US4992687A (en) * 1988-02-15 1991-02-12 Techmarex (Properietary) Limited Generator with inherent overload limiting
US20090058374A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 Thomas Evans High efficiency alternator
CN101783572A (zh) * 2009-01-20 2010-07-21 富士机械制造株式会社 直线电动机及具备该直线电动机的电子电路零件安装机

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111095756A (zh) * 2017-09-25 2020-05-01 株式会社富士 作业装置
CN111095756B (zh) * 2017-09-25 2022-06-14 株式会社富士 作业装置
US11437889B2 (en) 2017-09-25 2022-09-06 Fuji Corporation Work device with air-cooled linear motor

Also Published As

Publication number Publication date
US20130169079A1 (en) 2013-07-04
CN104025434B (zh) 2017-06-16
EP2798728B1 (en) 2020-02-05
US9444308B2 (en) 2016-09-13
CN107257181A (zh) 2017-10-17
US10879767B2 (en) 2020-12-29
CN107257181B (zh) 2020-03-24
WO2013101442A3 (en) 2014-03-27
WO2013101442A2 (en) 2013-07-04
US20170098979A1 (en) 2017-04-06
EP2798728A2 (en) 2014-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104025434A (zh) 马达冷却系统
CN102265487A (zh) 包含多个冷却流的电机及冷却方法
CN105041685A (zh) 具有双向液态冷却剂通路的电马达驱动压缩机
CN201690319U (zh) 一种风力发电机
JPWO2010097837A1 (ja) 永久磁石式発電機
WO2011073520A2 (en) Arrangement and method for cooling an electrical machine
CN103036331B (zh) 包括带冷却通道的极靴的转子
CN204992842U (zh) 永磁电机转子护套
CN202696317U (zh) 用于电动旋转机器的转子
CN203352360U (zh) 一种电动车水冷永磁同步电机冷却水流道结构
CN210327187U (zh) 一种永磁无刷伺服电机
CN203859620U (zh) 一种全封闭式永磁同步牵引电机的循环通风结构
Vu et al. New cooling system design of bldc motor for electric vehicle using computation fluid dynamics modeling
CN201750288U (zh) 变频电机的通风系统
CN212627350U (zh) 一种软磁复合材料定子电机
CN211655930U (zh) 一种永磁电机的散热结构
CN210380472U (zh) 一种具有内部循环风路的水冷机壳
CN102904385A (zh) 非晶定子水冷永磁盘式电机
CN207339538U (zh) 一种电动机用转轴
CN201238226Y (zh) 一种电机机壳
CN214543998U (zh) 一种直线电机高效冷却结构
CN203788099U (zh) 一种能快速散热的电动机
CN204376634U (zh) 一种高效低噪水冷冷却器
CN103944303A (zh) 全封闭式永磁同步牵引电机的循环通风结构
CN114257009B (zh) 具有内部冷却结构的磁极线圈、转子和凸极电机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20160504

Address after: Massachusetts, USA

Applicant after: TA Instruments-Waters LLC

Address before: Massachusetts, USA

Applicant before: Bose Corp.

GR01 Patent grant