CN109660104A - 一种直线电机初级部件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线电机初级部件，包括铁心、绕组线圈、进液接头和出液接头，所述铁心用于插设于绕组线圈中，还包括进液冷却通道、出液冷却通道和导流块，所述进液接头与进液冷却通道连通，所述出液接头与出液冷却通道连通，所述进液冷却通道绕铁心设置，所述出液冷却通道绕绕组线圈环绕设置。本发明的直线电机初级部件采用双冷却回路结构，对初级运行时主要的发热源绕组线圈与铁心进行充分冷却，冷却速度更高、冷却效果更加明显。

Description

一种直线电机初级部件

技术领域

本发明涉及一种直线电机技术领域，尤其涉及一种直线电机初级部件。

背景技术

与传统伺服电机加滚珠丝杠的传动进给系统相比，直线电机在移动速度和定位精度上更具有优势。由于机械接触少，使得直线电机具有快速响应性和长期稳定性。减少传动之间的零部件，整体结构更简单，维护方便。可以增加次级部件的长度来加大运动行程，且不损失电机性能。永磁直线电机兼具永磁电机和直线电机的双重特点，具有推力大、速度高、体积小等特点，是构成高速高精度直线进给系统的首选。永磁直线电机在加工中心、放电加工机和龙门系统等工业机械中得到越来越广泛的应用。

随着直线电机于高端机床的发展运用，对电机的性能及结构提出了新的要求。在高精度、高响应的基础上提出了小型化、模块化、高推力密度等更多的需求，使得电机结构体积越做越小，整体布局越来越紧凑。导致制作电机材料的利用率越来越高，电机的发热量不断增大，电机的温度越来越高。而在解决电机温升的问题上，除了从电磁设计方案上进行优化外，冷却结构的设计也越来越重要。在同等电磁结构的设计方案下，好的冷却结构能对电机进行有效的冷却，可使得电机具有更大的输出推力、更低的温升。保证电机安全运行，可防止绝缘材料老化、增加电机的运行寿命。

目前，为了使电机既有更好的运行性能，直线电机一般都会采用强制冷却结构。为了满足电机的温升需求，各个生产厂家设计出了各种冷却方案。而最简单且最常用的方案是在铁心上开槽来安装蛇形铜管的冷却结构形式。采用铁心开槽的形式安装时，由于冷却的对象只真对铁心，运行时绕组产生的热量需通过铁心后方可将热量传递出去，造成散热效果不理想，电机温度偏高的现象。由于其冷却面积小，冷却不充分的缺陷，发热量高的电机上不适合使用，为了弥补这一缺陷，有时会在此冷却结构的基础上再增加一套冷却回路来直接绕在绕组线圈。这样将导致整个冷却结构变得复杂，外部必须增加更多的管路和接口，不利于生产安装且增加成本。

另如专利公布号为CN 102187555 A的方案，采用扁管穿行于绕组与绕组之间，其结构特点是冷却管路直接穿插在绕组之间，运行时直接冷却发热绕组。能做到更有效的冷却电机，因电机的发热源主要来自绕组热损耗。但当铜管安装于槽内时大幅度占用了绕组空间，造成线圈匝数下降，减小了铁心槽的利用率，最终导致电机可输出推力降低。另受制于铜管折弯半径需求，相邻的槽内不能同时安装铜管，间接的降低了铁心槽的利用率，出现个别槽内有滞留空间等现象。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种直线电机初级部件，其能提高直线电机的散热效率。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种直线电机初级部件，包括铁心、绕组线圈、进液接头和出液接头，所述铁心用于插设于绕组线圈中，还包括进液冷却通道、出液冷却通道和导流块，所述进液接头与进液冷却通道连通，所述出液接头与出液冷却通道连通，所述进液冷却通道绕铁心设置，所述出液冷却通道绕绕组线圈环绕设置。

进一步地，还包括接线板，所述接线板与导流块可拆卸连接，所述进液接头和出液接头设置在接线板的同一侧。

进一步地，所述导流块包括导流块本体以及设置于导流块本体上的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔连通，所述进液冷却通道与第一通孔连通，所述出液冷却通道与第二通孔连通。

进一步地，所述进液冷却通道与第一通孔之间设置有第一防水圈，所述出液冷却通道与第二通孔之间设置有第二防水圈。

进一步地，所述导流块还包括档板和固定结构，所述固定结构用于将档板固定于导流块本体上。

进一步地，所述铁心包括铁心轭部和铁心齿部，且所述铁心轭部与铁心齿部相接，所述铁心轭部处间隔设置有倒梯形开槽，所述倒梯形开槽用于承载T形块。

进一步地，所述倒梯形开槽之间还设置有填充凹槽，所述填充凹槽内填充有灌封胶，且所述灌封胶的热阻大于铁心的热阻。

进一步地，所述倒梯形开槽和T形块之间设置有间隙。

进一步地，所述铁心轭部的倒梯形开槽和填充凹槽之间设置有第三通孔，所述第三通孔大小与进液冷却通道大小相适应，所述进液冷却通道依次通过多个第三通孔以固定设置于铁心处。

进一步地，所述进液冷却通道包括多段铜管，所述铜管之间采用扩散焊接工艺进行焊接以使得各铜管连接形成一个密封的通路。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的直线电机初级部件采用双冷却回路结构，对初级运行时主要的发热源绕组线圈与铁心进行充分冷却，冷却速度更高、冷却效果更加明显。

附图说明

图1为本实施例的直线电机初级部件的结构图；

图2为本实施例的直线电机初级部件中铁心安装铜管结构图；

图3为本实施例的铁心铜管扩散焊接示意图；

图4为本实施例的接线板处结构示意图；

图5为本实施例的导流块及其工作原理示意图；

图6为本实施例的铁心及绕组线圈热量传递路径示意图。

附图说明：1、出液接头；2、接线板；3、铁心；31、T形块；311、间隙；32、绕组线圈；33、填充凹槽；4、出液冷却通道；5、进液冷却通道；51、焊接扩散区域；6、导流块；61、档板；62、堵头；63、固定结构；64、导流块本体；65、防水圈；7、进液接头；8、过度安装板。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种直线电机初级部件，包括铁心3、绕组线圈32、进液接头7和出液接头1，所述铁心3用于插设于绕组线圈32中，还包括进液冷却通道5、出液冷却通道4和导流块6，所述进液接头7与进液冷却通道5连通，所述出液接头1与出液冷却通道4连通，所述进液冷却通道5绕铁心3设置，所述出液冷却通道4绕绕组线圈32环绕设置。为了充分对初级进行冷却，本实施例的方案最为优选地是采用双冷却串联结构，冷却回路更长、冷却面积更广，能对电机初级运行时的主要发热源铁心3与线圈冷却。且结构简单，工作时冷却管冷却流量不损失。相比于单回路冷却结构，冷却量更大。使得热量在电机内部滞留的时间更短，电机的温升更低。但是除了双冷却串联回路，还可以采用双冷却并联回路，当采用双冷却并联回路的时候，可以在进液接头7和进液冷却通道5处设置分流结构来实现并联分流。同样的，在出液接头1和出液冷却通道4连接处也要设置对应的分流结构来实现分流汇合。

如图4所示，本实施例的直线电机初级部件还包括接线板2，所述接线板2与导流块6可拆卸连接，所述进液接头7和出液接头1设置在接线板2的同一侧。本实施例的进液接头7和出液接头1均通过过度安装板8与接线板2固定，接线板2的主要作用是为了将进液接头7和出液接头1固定在接线板2上，从而使得其接头固定，并且其还可以与导流块6固定，使得其与其与的初级部件形成一个稳定的整体。

如图5所示，本实施例提供的导流块6包括导流块本体64以及设置于导流块本体64上的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔连通，所述进液冷却通道5与第一通孔连通，所述出液冷却通道4与第二通孔连通。所述进液冷却通道5与第一通孔之间设置有防水圈65，所述出液冷却通道4与第二通孔之间设置有防水圈65。所述导流块6还包括档板61和固定结构63，所述固定结构63用于将档板61固定于导流块本体64上。采用双冷却管路的设计结构后，管路布置复杂，受制于铜管折弯半径的限制(铜管外径越大折弯所需的半径越大)，特别在铁心3高度方向上，高度空间小，采用稍大的铜管时将受制于折弯半径，无法在此面上进行安装，而改用小铜管将会使得流量变小，冷却量也将减少。为了解决这一问题，在此处设计了专门的转接引流装置，其作用是使铜管力道在小的空间内完成360°的换向，不需要对铜鼓进行弯曲，从而消除铜管折弯半径限制。通过此装置，将回路连接、固定、换向。使得冷却回路的安装得以实现。

如图2和图3所示，本实施例的铁心3的具体结构，所述铁心3包括铁心轭部和铁心齿部，且所述铁心轭部与铁心齿部相接，所述铁心轭部处间隔设置有倒梯形开槽，所述倒梯形开槽用于承载T形块31。所述倒梯形开槽之间还设置有填充凹槽33，所述填充凹槽33内填充有灌封胶，且所述灌封胶的热阻大于铁心的热阻。所述倒梯形开槽和T形块31之间设置有间隙311。这个间隙311设置的目的是为了使得传输的热量不要通过T形块31散发出去，而是要传送至冷却通道处。

所述铁心轭部的倒梯形开槽和填充凹槽33之间设置有第三通孔，所述第三通孔大小与进液冷却通道5大小相适应，如图3所示，铁心3与进液冷却通道5之间的通过焊接扩散区域51焊接在一起。所述进液冷却通道5包括多段铜管，所述铜管之间采用扩散焊接工艺进行焊接以使得各铜管连接形成一个密封的通路。传统电机铜管安装都是直接安装在铁心槽内后不再进行处理。结果是避免不了铜管与铁心3之间的安装间隙311，间接照成接触面积小，热阻大等问题。不能将冷却管工作时效率发挥到最大。在此结构中，铜管的安装先根据选用铜管的大小，后在铁心3加工相对应大小的通孔，在铜管嵌入安装槽后，先通过扩散焊接工艺方法，将铜管的两端进行焊接，是铜管连成一个完整且密封的回路。然后再将铜管与铁心3焊接在一起。使铜管与铁心3紧密的结合在一起，结构牢靠稳定。铜管与铁心3实现零间隙，接触面积最大且无缝隙结合。热量传递时热阻最小，当铁心3在电机通电流后产生的损耗热量能以更快的速度传递到铜管的冷却剂中，热量被最快的速度带走，冷却效率得到进一步提高。传统纯铜或铜合金与其他金属材料的焊接一直是技术难点，焊接后结构强度及焊接点氧化问题一直未能很好的解决。而此结构在铜管转接头处采用扩散渗透焊接技术，在不通过焊条或者其他辅助焊剂的条件下，两焊接件直接接触后通过物质分子相互扩散，在接触面形成一层混合物质过渡层，达到金属焊接的作用。其优点为机构简单、密封性强、焊接牢靠。在转接头处使用此工艺，铜管与前安装板的安装结构变得根据简单，结构强度更强。铜管的安装于连接通过锡焊或其他焊接代替扩散焊；且铜管也可以使用方管或扁管代替。

所述进液冷却通道5依次通过多个第三通孔以固定设置于铁心3处。为了进一步提高铁心3热量的传递速度，铁心3轭部采用倒梯形开槽结构及减小T形块31的尺寸，其原理是根据材料的热传递速度的不同，让热量按热阻低的方向上传递，最终热量将以最快的速度按规划好的路径输送到冷却管上，使得热量能快速的被带走。具体的传输方式如图6所示；由于铁心3材料的热量传递速度远远高于灌封树脂的传递速度，通过制作间隙311优化热量传输路径。此时大部分的热量将以指定的方向传递，将第一时间传送到冷却管上以最快的速度被带走。铁心3轭部的倒梯形形状采用别的形状代替，可以是方形或者其他固定形状。

本实施例的有铁心永磁直线电机初级采用串联双铜管冷却回路设计，新的工艺方法及热量传递路径设计。达到了增加冷却面积，提高冷却速度，快速的将电机热量带走的目的。避免了热量的滞留，有效控制电机的温升，具有良好的电机整体冷却能力。且结构相对传统的结构更加简单，安装牢靠、密封能强等优点。

直线电机初级的冷却效果越好，电机的部分指标性能就优越，针对于这一结构特点，本发明采用串联双冷却回路结构设计，对初级运行时主要的发热源绕组线圈32与铁心3进行充分冷却，冷却速度更高、冷却效果更加明显。通过在铜管回落的安装、连接中均采用新的焊接技术及工艺方法。保证了铜管与铁心3的安装更加的牢靠的同时能让热量传递得更快，其次在连接中能达到很强的密封性，使铜管的连接更加的稳固牢靠。此双回路的冷却结构，解决单独回路冷却量不足且不会占用槽内空间的问题。另外回路结构通过内部串联设计的设计方案，结构简单，不会增加过多的进液口及其他的安装设备。总体结构整体具有热量传递快、冷却效率高、回路密封性强等优点。采用新的制作工艺、特殊的机构设计。在同等条件下，进一步的提高了电机的冷却效率，更好更有效的降低了电机的实际温升，提高了电机的运行性能及安全可靠性。

本实施例的工作原理：

本实施例冷却结构核心是两个冷却回路串联组成，通过增加冷却面积与优化热量传输速度，达到提高冷却速度与提高效率的目的。如图1所示：整个结构由2个快速气接头、接线板2、铁心3、进液冷却通道5、导流块6、出液冷却通道4组成。通过安装和拼接，组成一个通过电机初级内部的密闭回路，并牢靠的安装在初级上。工作时：冷却介由入口处快速接头将系统外部的冷却介质引入管道中，冷却介质通过铁心3蛇形管冷却回路将铁心3的热量带走，热量随着冷却介质顺着流道被带离铁心3。在经过铁心3后，通过导流块6。如图5所示：导流块6的结构原理为先在底座上加工两横一竖的三通孔，然后用堵头62将竖直方向的孔堵塞住。形成一进一出的通道口。安装铜管后使用O型圈进行密封，最后用挡板与螺钉将O型圈锁紧。导流块6内的冷却剂进行换向，流入出液冷却通道4回路，出液冷却通道4为了不占用槽内空间，将其布置于绕组线圈32两端并紧贴在线圈端部，并行穿过所有线圈的端部，达到充分的冷却线圈的目的。最后再由出口流入外部系统中。整个系统通过以上步骤的循环，完成电机的整个冷却流程。

当控制电机整体温升，原则上可通过降低电机工作时的发热量和改善电机冷却结构进行优化调整。在设计初期，通过优化电机电磁方案设计，可使电机运行时产生的热量降到最优，但电机运行产生的热量与电机所输出的功率是成正比的，如电机需输出更大的功率，其产生的热量也必须增加，此时若要电机满足温升需求，电机的冷却结构设计就显得尤为重要了。

当电机发热量大时，冷却结构需具有良好的冷却能力。本方案在整个冷却结构上采用了加大冷却面积及优化热量传递路径的设计方案，已达到增强冷却效果的目的。在增加冷却面积的构思上，采用串联双冷却管结构设计，冷却结构由铁心3回路和绕组端部回路组成，增加冷却管在初级内部的路径长度，使得管路在工作时，冷却介质在铁心3内部的流过更多的地方，直接接触冷却的面积更大，使得冷却效果更明显。在提高热量传递的优化方案上，首先优化了热量的传输路径，让热量以最快的速度传递到冷却管的冷却介质中，避免热量在铁心3内部的滞留而导致电机温度升高。如图3所示：铜管在安装后与铁心3进行扩散焊接，使铁心3与铜管做到充分接触，热阻达到最小，热量传递最快。如图6所示：在铁心3轭部开梯形槽且在T形块31底部与铁心3留有一定的空间尺寸，也就是间隙311以实现达到加大热阻的作用，其目的是为了让热量沿着最优的线路到达冷却回路上，最快的将热量带走，避免热量的滞留导致电机温度的升高。

为解决直线电机运行时初级的发热量大、温升高的问题，本发明的技术方案是：一种直线电机初级双回路串联冷却结构，在铜管的形状及安装工艺方法上进行优化，特别在热量传输路径上的优化，使得电机热量以最快的速度传到冷却回路上，热量在电机内部滞留的时间短，快速有效的将热量带走，达到快速冷却电机的目的。同时双管路冷却结构直接对电机的热源进行强制冷却，冷却面积大，能从分的对线圈与铁心3进行冷却，冷却效果更加的明显。与现有同规格的电机相比较，具有冷却效果更好，电机温升更低的优势。

当电机运行的温度降低且得到控制时，可进一步的提高电机的材料的使用率，进再一步的开发电机的性能。达到小型化和集成化的目的。而在工艺方案上，采用铜管扩散焊接工艺，对加快冷却速度有着明显优势，另一方面使得铜管的安装更加的牢固，密封性更好，提高电机的整体安全性。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种直线电机初级部件，包括铁心、绕组线圈、进液接头和出液接头，所述铁心用于插设于绕组线圈中，其特征在于，还包括进液冷却通道、出液冷却通道和导流块，所述进液接头与进液冷却通道连通，所述出液接头与出液冷却通道连通，所述进液冷却通道绕铁心设置，所述出液冷却通道环绕绕组线圈设置。

2.如权利要求1所述的一种直线电机初级部件，其特征在于，还包括接线板，所述接线板与导流块可拆卸连接，所述进液接头和出液接头设置在接线板的同一侧。

3.如权利要求1所述的一种直线电机初级部件，其特征在于，所述导流块包括导流块本体以及设置于导流块本体上的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔连通，所述进液冷却通道与第一通孔连通，所述出液冷却通道与第二通孔连通。

4.如权利要求3所述的一种直线电机初级部件，其特征在于，所述进液冷却通道与第一通孔之间设置有防水圈，所述出液冷却通道与第二通孔之间设置有防水圈。

5.如权利要求4所述的一种直线电机初级部件，其特征在于，所述导流块还包括档板和固定结构，所述固定结构用于将档板固定于导流块本体上。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的一种直线电机初级部件，其特征在于，所述铁心包括铁心轭部和铁心齿部，且所述铁心轭部与铁心齿部相接，所述铁心轭部处间隔设置有倒梯形开槽，所述倒梯形开槽用于承载T形块。

7.如权利要求6所述的一种直线电机初级部件，其特征在于，所述倒梯形开槽之间还设置有填充凹槽，所述填充凹槽内填充有灌封胶，且所述灌封胶的热阻大于铁心的热阻。

8.如权利要求7所述的一种直线电机初级部件，其特征在于，所述倒梯形开槽和T形块之间设置有间隙。

9.如权利要求8所述的一种直线电机初级部件，其特征在于，所述铁心轭部的倒梯形开槽和填充凹槽之间设置有第三通孔，所述第三通孔大小与进液冷却通道大小相适应，所述进液冷却通道依次通过多个第三通孔以固定设置于铁心处。

10.如权利要求9所述的一种直线电机初级部件，其特征在于，所述进液冷却通道包括多段铜管，多段铜管之间采用扩散焊接工艺进行焊接以使得各铜管连接形成一个密封的通路。