CN1596499A - 一个直线电动机的空气冷却的线圈单元 - Google Patents

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Abstract

一种单侧作用的直线电动机的线圈单元(1)具有一个带有线圈(5)的铁心(3)，该线圈与铁心(3)通过浇注材料(6)连接成一个模制件。该模制件由一个外壳(2)包围，其中在外壳与模制件之间构成一圈窄缝隙(16)，通过该缝隙可以透吹冷却空气。由此使带有线圈(5)的铁心(3)大面积地被冷却，并且使外壳(2)与铁心(3)和线圈(5)隔热。

Description

一个直线电动机的空气冷却的线圈单元
本发明涉及一种一个直线电动机的线圈单元，该线圈单元具有电磁线圈、至少一个铁心、一个包围该线圈和铁心的外壳，该外壳向着直线电动机的一个磁轨道敞开，其中铁心与外壳固定连接，其中线圈通过一种浇注材料固定，而在外壳内部设有至少一个冷却空气通道。
例如通过DE 19842384 A1已知一种这样的线圈单元。在其后面一个电机初级构件容纳在一个被称为运行小车的外壳中，并可以在一个导轨形的导向外壳的次级构件上移动。这样一种初级构件通常由一个磁铁心制成，该磁铁心可以通过横置的线圈操纵。通常这种线圈与铁心和外壳浇铸并固定。在外壳中按照缝隙3、列23至26构成通风槽，它们排出电机的损耗热量并应该使得线圈构件的加热保持得尽可能地小。
此外按照US 4,172,229 A已知一种双作用直线电动机，其中一个铁心浸入到U形磁铁构件的侧腿之间。铁心用线圈缠绕，在其中间空间中设置强制排风的冷却空气通道。该冷却空气通道加大了线圈之间的距离并由此增加直线电动机有效截面之间的分布宽度。
此外通过US 5,642,013 A已知一种直线电动机，其中线圈壁安置在磁铁心的缝隙式凹槽中。凹槽在其底部容纳用于冷却液的冷却管，冷却液必需通过压力管道输送并通过一个返回管路进行排放。这种管道连接不适用于快速运转的线圈构件，例如所述线圈构件为了配备衬底而安置电结构件。此外冷却通道有损磁通。
本发明的任务是，创造一种具有单侧作用的直线电动机的线圈单元，其中改善热特性。
这个任务通过本发明按照权利要求1得以实现。通过环绕设置的缝隙实现一个非常大的具有最大冷却效果的冷却面。所述冷却面位于线圈和铁心的磁作用区的外部。线圈和铁心可以以一个狭窄的作用距离布置，因此可以实现大的功率密度。
一个特殊的优点在于，所述缝隙构成一个大面积的热隔离层，通过该隔离层使线圈构件的损耗热远离包围的支承外壳。由此这样少地加热支承外壳，使得在外壳中不产生值得一提的变形并避免固定在外壳上的侧面的直线导向构件之间的应力。通常使用一个直线电动机作为一个定位臂的位置驱动机构，其中外壳中的热变形可以导致位置变化，该位置变化将降低定位精度。
本发明的优选改进方案在权利要求2至9中给出：
按照权利要求2缝隙宽度例如减小到0.2mm，其中在冷却介质与要被冷却的构件之间产生增强的材料接触。此外通过大的缝隙长度使得所产生的冷却空气的噪声分布在较长的长度上，并相应降低其强度。通常的线圈和铁心与框架外壳的浇铸在这里是不成问题的。配置和力传递在这里通过狭窄的支承元件、例如通过连接螺栓实现。为了使缝隙横截面环绕地保持均匀，这两个模制件例如在相应的浇铸模型中必需精确地相互匹配。
通过根据权利要求3的改进方案使冷却空气均匀地分布并围绕要被冷却的构件完全地环绕流过，因此实现全部的冷却效果。在此能够使缝隙宽度例如在更少热负荷的铁心外棱边上扩展到较大的横截面。
通过根据权利要求4的改进方案可以附加地实现冷却通道，该冷却通道还进一步改善冷却效果。
按照权利要求5的支承凸起可以由成形的凸台形隆起构成，在该隆起上支承铁心。
通过根据权利要求6和7的间隔体继续减少铁心与外壳之间的热传导。存在使用陶瓷材料的可能性，其绝热效果例如比铝大50倍，由此尽可能取消支承元件的桥接效果(Brueckenwirkung)。
通过根据权利要求8的改进方案可以在一个具有相应形状精度的平面上实现大量支承位置。
按照权利要求9的改进方案能够在导向元件与外壳之间实现形状刚性的连接。在这里不需要补偿一个热变形的弹性结构，因此在导向元件与装配基础之间能够构成一种形状稳定的连接。
下面借助于在附图中所示的实施例详细说明本发明。
图1示出通过一个直线电动机线圈单元垂直于该直线电动机运动方向的截面图，
图2示出沿着图1中线II-II的线圈单元截面图，
图3以放大局部视图示出图1中的线圈单元的背面支承元件。
按照图1和2，一个线圈单元1具有一个外壳2，在该外壳上通过支承元件4固定一个由叠片构成的铁心3，该支承元件设计为在外壳2上整体成形的支承突起。铁心3与电气线圈5的绕组通过一种浇注材料6固定连接。所述外壳2具有侧面突出的法兰形凸出部分7，该凸出部分用于固定直线导向元件8。该导向元件与一个固定的导向轨道10的相应的导轨9共同起作用。导向轨道10在导轨9之间具有一个磁轨道11，它由在移动方向上相互并列的永久磁铁制成。
外壳2在面对磁轨道11的一侧敞开，并在其余的侧面以窄小的距离包围带有线圈5的铁心3。这个距离用作环绕的缝隙16，其宽度减小到半毫米的一小部分。所述铁心3和线圈5与浇注材料6一起构成具有确定外轮廓的模制件，外壳2的内壁准确地与所述模制件相匹配，以保证确定的缝隙宽度。在浇注材料6中构成附加的冷却空气通道17，它设置在线圈5的侧面的端部与铁心3之间。在图2左侧所示的环绕轮廓给出缝隙16，该缝隙在线圈端部之间延伸并构成一个靠近热源的相应大的冷却面。在图2的右侧示出另一变型，其中缝隙16是一个直线的包络线，由此减轻沉重外壳的重量并由此减轻总重量。
外壳2在其背离磁轨道11的表面上具有一个入口接头14用于按照方向箭头12垂直于铁心3表面输送的冷却空气。该入口接头向着铁心3漏斗形地扩展，因此在向着流动横截面的缝隙16的过渡处不变窄。由此可以使通过所述进口吹入的冷却空气大面积地分布到在工作时变热的模制件上，以使所述模制件以高效冷却。根据铁心的大小也可以具有多个相互间隔的入口接头。冷却空气也可以以反向的流动方向从入口接头吸出，并且这些被加热的空气通过一个排出空气软管例如从一个机器外壳中排出，如同通过一个第二方向箭头18所示的那样。
所述缝隙在有效的构件与外壳2之间通过在点状支承元件4上的最小体触点构成一个热隔离层。由此使外壳尽可能地隔热。因此该壳体的背离磁轨道11的表面可以直接作为其它具有高的支承强度的结构件的装配基础。
按照图3所述支承元件设计为独立的环形间隔体13，该间隔体由陶瓷或烧结塑料制成并具有微小导热性。为了进一步改善隔热，该间隔体的厚度大于缝隙宽度，其中外壳2具有相应的凹槽。一个用于金属固定螺栓20头部的垫片19由一种与间隔体13相同的材料制成。

Claims (9)

1.一种直线电动机的线圈单元(1)，该线圈单元具有电磁线圈(5)、至少一个铁心(3)以及一个包围该线圈和铁心(3)的外壳(2)，该外壳向着直线电动机的一条磁轨道(11)敞开；其中铁心(3)与外壳(2)固定连接；其中线圈(5)通过一种浇注材料(6)固定；其中在外壳(2)内部设有至少一个冷却空气通道，其特征在于，强制通风的冷却空气通道主要是外壳(2)与具有浇铸线圈(5)的铁心(3)之间的较窄宽度的缝隙(16)；并且铁心(3)通过狭窄的支承元件(4)与外壳(2)连接。
2.如权利要求1所述的线圈单元，其特征在于，所述环绕的缝隙(16)的缝隙宽度小于1毫米；并且带有线圈(5)的铁心和外壳(2)是相互匹配的模制件。
3.如权利要求1或2所述的线圈单元，其特征在于，一个用于冷却空气的入口(14)设置在背离磁轨道(11)的铁心(3)的表面上，并且缝隙(16)一直引导到外壳(2)敞开的底面。
4.如权利要求1、2或3所述的线圈单元，其特征在于，在浇注材料(6)中、尤其是在线圈(5)的绕组与铁心(3)之间构成附加的冷却空气通道(17)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的线圈单元，其特征在于，所述支承元件(4)是成形在外壳(2)上的支承突起。
6.如权利要求1至4中任一项所述的线圈单元，其特征在于，所述支承元件是独立的具有较小导热性的间隔体(13)。
7.如权利要求6所述的线圈单元，其特征在于，所述环形的、由耐压陶瓷制成的间隔体(13)的厚度大于所述缝隙宽度，并且外壳(2)具有用于间隔体(13)的凹槽。
8.如权利要求5、6或7所述的线圈单元，其特征在于，所述支承元件(4)设置在外壳(2)的表面上，并且该表面是用于其它结构件(15)的装配基础。
9.如上述权利要求中任一项所述的线圈单元，其特征在于，所述外壳(2)具有用于直线导向元件(8)的侧面的支承凸出部分(7)。
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