超精密直线电机的冷却结构.pdf

超精密直线电机的冷却结构，属于直线电机技术领域。它解决了现有直线电机的双边表贴式冷却结构的侧面温升高，易与环境产生热交换的问题。它包括绕组支撑部和绕组，绕组固定在绕组支撑部表面，它还包括导热部，该导热部设置在绕组的外侧表面上并与绕组支撑部固定连接，所述导热部为铜箔圈，该铜箔圈与绕组的外侧轮廓相适应，并套接固定在绕组的外侧表面上；或者导热部为由多个铜箔分段分散排布组成的铜箔导热圈，该铜箔导热圈与绕组的外侧轮廓相适应，每个铜箔分段均固定在绕组的外侧表面上。本发明适用于直线电机的冷却。

权利要求书一种超精密直线电机的冷却结构，它包括绕组支撑部(1)和绕组(2)，绕组(2)固定在绕组支撑部(1)表面，其特征在于：它还包括导热部，该导热部设置在绕组(2)的外侧表面上并与绕组支撑部(1)固定连接。根据权利要求1所述的超精密直线电机的冷却结构，其特征在于：所述导热部为铜箔圈(31)，该铜箔圈(31)与绕组(2)的外侧轮廓相适应，并套接固定在绕组(2)的外侧表面上。根据权利要求1所述的超精密直线电机的冷却结构，其特征在于：所述导热部为由多个铜箔分段分散排布组成的铜箔导热圈(32)，该铜箔导热圈(32)与绕组(2)的外侧轮廓相适应，每个铜箔分段均固定在绕组(2)的外侧表面上。根据权利要求3所述的超精密直线电机的冷却结构，其特征在于：绕组支撑部(1)上具有多个铜箔预留槽，每个铜箔预留槽用于固定一个铜箔分段。根据权利要求3或4所述的超精密直线电机的冷却结构，其特征在于：所述组成铜箔导热圈(32)的多个铜箔分段等间距排布。根据权利要求3所述的超精密直线电机的冷却结构，其特征在于：所述铜箔分段为C形铜箔分段，该C形铜箔分段的与开口侧相对的侧壁外表面与绕组(2)的外侧表面固定。根据权利要求1、2、3、4或6所述的超精密直线电机的冷却结构，其特征在于：所述导热部、绕组支撑部(1)与绕组(2)相互之间采用结构胶粘接固定。

说明书超精密直线电机的冷却结构
技术领域
本发明涉及一种超精密直线电机的冷却结构，属于直线电机技术领域。
背景技术
超精密直线电机是保障超精密伺服系统运行的执行机构。随着纳米技术与生物技术的发展，对超精密直线电机的推力密度及推力精度要求逐步提高，由此带来了电机绕组电流密度的增加，铜耗随之增加。由于目前超精密位置伺服系统采用激光位移传感器，因此，对环境温度的恒温性有较高的要求，而超精密伺服系统由于集成密度较高，在运行过程中，采用的超精密直线电机很难避免会对外界散热，而采用激光位移传感器的超精密位置伺服系统要求系统各部件与环境热交换趋向于零。目前大部分的直线电机很难达到这一要求。
目前对超精密直线电机已提出的水冷却结构：
直线电机为了减小推力波动，采用了无铁心结构，以消除常规电机的齿槽定位力及磁阻力，但是若具有相同的推力密度，电机的绕组所通电流密度势必要高于有铁心直线电机，铜耗势必增大。为了确保电机的可靠运行及减少电机对外界散热，提出了一种双边表贴式冷却结构如图9所示，其绕组通过支撑结构A固定，再在其上下表面安装水冷却板B，来对绕组实现冷却，图中C表示水冷却的进水口，D表示水冷却的出水口。
对这种双边表贴式冷却结构进行实验测试的结果表明，电机的侧面温升较高。其采用的上、下两片水冷却板B，仅对电机初级的上下表面的温升抑制较为明显，其侧面的较高温升，将与环境产生热交换。
发明内容
本发明的是为了解决现有直线电机的双边表贴式冷却结构的侧面温升高，易与环境产生热交换的问题，提供一种超精密直线电机的冷却结构。
本发明所述超精密直线电机的冷却结构，它包括绕组支撑部和绕组，绕组固定在绕组支撑部表面，它还包括导热部，该导热部设置在绕组的外侧表面上并与绕组支撑部固定连接。
所述导热部为铜箔圈，该铜箔圈与绕组的外侧轮廓相适应，并套接固定在绕组的外侧表面上。
所述导热部为由多个铜箔分段分散排布组成的铜箔导热圈，该铜箔导热圈与绕组的外侧轮廓相适应，每个铜箔分段均固定在绕组的外侧表面上。
绕组支撑部上具有多个铜箔预留槽，每个铜箔预留槽用于固定一个铜箔分段。
所述组成铜箔导热圈的多个铜箔分段等间距排布。
所述铜箔分段还可以为C形铜箔分段，该C形铜箔分段的与开口侧相对的侧壁外表面与绕组的外侧表面固定。
所述导热部、绕组支撑部与绕组相互之间采用结构胶粘接固定。
本发明的优点是：本发明在不改变电机的现有结构情况下，通过增加铜箔的形式，增加了绕组热源向冷却结构的导热路径，使冷却板对热源进行有效的冷却，它不仅抑制绕组温升提高电机绕组中所通电密，实现了电机推力的进一步提高，同时，铜箔阻断了热源通过电机侧面向外界释放热量的路径，抑制了电机与外界的热交换。因此，在直线电机中采用该结构可提高超精密直线电机的推力密度，并且不改变电机外界环境温度，为电机的精确位置检测提供了必要条件。
本发明在不改变电机体积的前提下，通过增加导热支路的方法将绕组侧面热量尽可能多的导向冷却板，实现了对绕组侧表面进行热屏蔽的功能。
附图说明
图1为本发明实施方式二的结构示意图；
图2为实施方式二中铜箔圈与绕组的固定关系示意图；
图3为本发明实施方式三的结构示意图；
图4为实施方式三中铜箔导热圈与绕组的固定关系示意图；
图5为本发明实施方式六的结构示意图；
图6为实施方式六中铜箔导热圈与绕组的固定关系示意图；
图7为普通直流直线电机截面的热网络分布图；
图8为采本发明所述冷却结构的直流直线电机截面的热网络分布图；
图9为现有直线电机的双边表贴式冷却结构的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述超精密直线电机的冷却结构，它包括绕组支撑部1和绕组2，绕组2固定在绕组支撑部1表面，它还包括导热部，该导热部设置在绕组2的外侧表面上并与绕组支撑部1固定连接。
具体实施方式二：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述导热部为铜箔圈31，该铜箔圈31与绕组2的外侧轮廓相适应，并套接固定在绕组2的外侧表面上。
本实施方式中，在绕组2的侧面加了一层铜箔圈31，该铜箔圈31与绕组2和绕组支撑部1之间可分别采用结构胶粘紧、固定，铜箔圈31与绕组2之间的粘接胶优先考虑高导热结构胶。另外，在装配时，铜箔圈31的上、下表面与上水冷却板和下水冷却板要保证完全接触，其间可以采用高导热胶进行填充，以确保铜箔圈31的表面与水冷却板的高效率的热交换。
绕组2与铜箔圈31间的粘接胶要采用绝缘类型的，以确保电机绕组对外绝缘，提高电机的可靠性。
具体实施方式三：下面结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述导热部为由多个铜箔分段分散排布组成的铜箔导热圈32，该铜箔导热圈32与绕组2的外侧轮廓相适应，每个铜箔分段均固定在绕组2的外侧表面上。
具体实施方式四：本实施方式为对实施方式三的进一步说明，绕组支撑部1上具有多个铜箔预留槽，每个铜箔预留槽用于固定一个铜箔分段。
本实施方式中，将铜箔导热圈32切分成若干段，在绕组支撑部1与绕组2的接触面上先加工出铜箔预留槽，同样通过高导热的结构胶将铜箔导热圈32与绕组2及绕组支撑部1粘接在一起，
本实施方式不仅解决了电机侧面温升问题，同时解决了电机电涡流阻尼力的问题。
具体实施方式五：本实施方式为对实施方式三或四的进一步说明，所述组成铜箔导热圈32的多个铜箔分段等间距排布。
具体实施方式六：下面结合图5至图6说明本实施方式，本实施方式为对实施方式三的进一步说明，所述铜箔分段为C形铜箔分段，该C形铜箔分段的与开口侧相对的侧壁外表面与绕组2的外侧表面固定。
本实施方式中将铜箔分段加工成类C形结构，在确保上水冷却板和下水冷却板与铜箔导热圈32接触面积的同时，有效的提高了电机初级的机械结构强度。
具体实施方式七：下面结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、二、三、四、五或六的进一步说明，所述导热部、绕组支撑部1与绕组2相互之间采用结构胶粘接固定。
绕组2与导热部间的粘接胶要采用绝缘类型的，以确保电机绕组对外绝缘，提高电机的可靠性。
工作原理：
通过直线电机温度场有限元数值计算的结果，可以看出电机绕组与外界空气之间的支撑结构越薄，电机表面温升越高。
对采用本发明所述冷却结构的直线电机建电机温度场模型，在模型中的热源为绕组，其热流有3条流通路径：
①热流Q1由绕组产生热量向上流经胶层，终至冷却板；
②热流Q2由绕组产生热量向右流经胶层、聚醚醚酮PEEK、再向上经胶层终至冷却板；
③热流Q3由绕组产生热量向左流经胶层、PEEK，又分为两路，一路流向PEEK左边表面进行自然对流散热，另一路向上流经胶层，终至冷却板。
根据上述分析，计算各部分热阻：
1、热流支路①各部分热阻计算。
绕组向上传热热阻Rct：