專利名稱：直接液冷和熱屏蔽的三明治結(jié)構(gòu)電機電樞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機電樞的冷卻結(jié)構(gòu)，特別是一種三明治結(jié)構(gòu)電機電樞與周圍環(huán) 境間有良好熱屏蔽的直接液冷結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
三明治結(jié)構(gòu)電機是指中間為電樞組件、兩邊為磁極組件的平面電機或盤式旋轉(zhuǎn)電 機。為提高電機的推力(或轉(zhuǎn)矩)密度，三明治結(jié)構(gòu)電機兩個磁極組件間的間隙必須盡可 能的小，電樞組件一般需為薄型。近年來，三明治結(jié)構(gòu)永磁電機由于具有高定位精度、高推 力(或轉(zhuǎn)矩)密度、高機電頻響、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點已成為高科技尖端運動裝備和半導(dǎo)體電子 專用設(shè)備中驅(qū)動部件的首選機型。然而，這些裝備系統(tǒng)對電機的熱性能有很高的要求。因 為電機溫升不僅會使繞組電阻增加、繞組參數(shù)和永磁體磁性能發(fā)生變化，給控制系統(tǒng)及控 制帶來不確定性；而且還將導(dǎo)致相關(guān)零件的熱變形和周圍空氣的折射率變化，影響激光干 涉儀的檢測精度。所以，必須合理設(shè)計冷卻系統(tǒng)，屏蔽熱源，才能滿足系統(tǒng)的高性能要求。為使三明治結(jié)構(gòu)電機電樞既具有良好的冷卻效果，又能屏蔽熱源、不與周圍環(huán)境 溫度相互影響。為此，需要合理設(shè)計電樞組件的結(jié)構(gòu)，兼顧高精密繞組的繞制與嵌入技術(shù)和 解決冷卻結(jié)構(gòu)與熱屏蔽技術(shù)，具有很大的挑戰(zhàn)性，目前國內(nèi)尚未見成熟的結(jié)構(gòu)形式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)的缺陷，提供一種直接液冷和熱屏蔽的三明治結(jié) 構(gòu)電機電樞，確保電樞繞組甚低的溫升、且與周圍環(huán)境間有良好熱屏蔽。本發(fā)明的構(gòu)思是薄餅形電樞繞組安置在不導(dǎo)熱的薄型密封盒中間，為在容積極 其有限的密封盒內(nèi)實現(xiàn)有效冷卻，采用電樞繞組表面直接液冷方式，將電樞繞組銅耗發(fā)熱 全部由冷卻液帶走；不導(dǎo)熱的密封盒及其與電樞繞組兩表面間的冷卻液形成電樞繞組和周 圍環(huán)境間的良好熱屏蔽，相互間無熱量交換和溫度影響。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種三明治結(jié)構(gòu)電機電樞，包括直 接液冷和熱屏蔽的一個由薄型密封盒和置于該薄型密封盒內(nèi)的多組薄餅形電樞繞組組成 的薄盒狀電樞組件，其特征在于1)所述電樞繞組置于密封盒的腔中間，其中，多組電樞繞組兩表面與密封盒的腔 壁間留有冷卻液強迫循環(huán)的間隙，密封盒開有冷卻液進、出口，電樞繞組銅耗發(fā)熱由強迫循 環(huán)的冷卻液帶走。2)所述密封盒的材質(zhì)為電絕緣、隔磁、隔熱的材料。3)所述密封盒的腔壁內(nèi)側(cè)設(shè)有多個支撐架來固定電樞繞組，從而形成所述冷卻液 強迫循環(huán)的間隙。上述的多組電樞繞組為一維布置，構(gòu)成直線電機的熱屏蔽與直接液冷電樞組件。上述的多組電樞繞組為二維布置，構(gòu)成平面電機的熱屏蔽與直接液冷電樞組件。上述的多組電樞繞組為圓盤形布置，構(gòu)成盤式旋轉(zhuǎn)電機的熱屏蔽與直接液冷電樞
3組件。由上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)占.
^ \\\ ·1)采用冷卻液直接在電樞繞組表面強迫循環(huán)，結(jié)構(gòu)緊湊，冷卻效果好，電樞繞組電 阻及其它參數(shù)保持不變，利于精確控制。2)密封盒材質(zhì)為電絕緣、隔磁、隔熱的材料，強迫循環(huán)冷卻液與密封盒一起形成電 機主要發(fā)熱部件——電樞繞組與周圍環(huán)境間的良好熱屏蔽，避免了溫度變化對控制系統(tǒng)及 控制精度的影響，確保了系統(tǒng)的定位精度。3)在密封盒的腔壁內(nèi)側(cè)設(shè)有多個支撐架，既便于固定電樞繞組和形成冷卻液強迫 循環(huán)的間隙，又增加了電樞組件的剛度，有效地消除電樞組件的形變和振動，進一步提高機 電系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。


圖1為直接液冷和熱屏蔽的三明治結(jié)構(gòu)電機電樞結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為一對極的三明治結(jié)構(gòu)直線電機密封盒盒底部分。圖3為一對極的三明治結(jié)構(gòu)直線電機密封盒盒蓋部分。圖4為四對極的三明治結(jié)構(gòu)盤式旋轉(zhuǎn)電機密封盒左半部分。圖5為四對極的三明治結(jié)構(gòu)盤式旋轉(zhuǎn)電機密封盒右半部分。實施實例下面結(jié)合附圖和具體實施方案對本發(fā)明的三明治結(jié)構(gòu)電機電樞的直接液冷與熱 屏蔽的技術(shù)方案作進一步說明。實施例1 本直接液冷和熱屏蔽的三明治結(jié)構(gòu)直線或平面電機電樞(一對極下結(jié) 構(gòu)剖面參見圖1)包括一個由薄型密封盒1和置于該薄型密封盒1內(nèi)的多組薄餅形電樞繞 組2組成的薄盒狀電樞組件。密封盒1內(nèi)有多個支撐架5固定電樞繞組2，并在密封盒1的 腔壁與電樞繞組2的上、下表面間形成冷卻液強迫循環(huán)的間隙6、7。該薄盒狀電樞組件的上 下側(cè)分別為兩個磁極組件3、4。一個一對極的三明治結(jié)構(gòu)永磁直線電機包含上、下永磁磁極組件以及一個如上所 述的薄盒狀電樞組件，其間采用氣浮技術(shù)形成平面運動的間隙。密封盒由盒底9 (參見圖2)和盒蓋15 (參見圖3) 二部分裝配成，其材料選用不導(dǎo) 電、磁、熱的氧化鋯陶瓷。在盒底9(參見圖2)的內(nèi)側(cè)邊緣有密封槽13，用于安置密封條實 現(xiàn)密封，避免強迫循環(huán)冷卻液的滲漏。盒底9(參見圖2)和盒蓋15(參見圖3)內(nèi)側(cè)的凸臺 11、17組成支撐架來支撐一維分布的電樞繞組8，并在密封盒的腔壁與電樞繞組的上、下表 面間形成冷卻液強迫循環(huán)的間隙。強迫循環(huán)的去離子水從進水口 10、14流入，經(jīng)冷卻液強 迫循環(huán)的間隙，從出水口 12、16流出，從電樞繞組的上、下表面帶走電樞繞組的銅耗發(fā)熱。永磁磁極組件和密封盒中的電樞繞組為二維布置，則構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)永磁平面電 機。實施例2 本直接液冷和熱屏蔽的三明治結(jié)構(gòu)盤式旋轉(zhuǎn)電機電樞(順時針轉(zhuǎn)過90 度的沿圓周展開一對極下結(jié)構(gòu)剖面參見圖1)包含一個由薄型密封盒1和多組薄餅形電樞 繞組2組成的薄盒狀電樞組件，密封盒1內(nèi)有多個支撐架5固定電樞繞組2，并在密封盒1
4的腔壁與電樞繞組2的上、下表面間形成冷卻液強迫循環(huán)的間隙6、7。磁極組件3、4位于其 左、右側(cè)。一個四對極的三明治結(jié)構(gòu)永磁盤式旋轉(zhuǎn)電機包含左、右永磁磁極組件以及一個如 上所述的薄盒狀電樞組件，其間采用軸承支撐形成旋轉(zhuǎn)運動的間隙。密封盒由左半部分24(參見圖4)和右半部分25(參見圖5)裝配而成，其材料選 用不導(dǎo)電、磁、熱的氧化鋯陶瓷，在密封盒左半部分24(參見圖4)右側(cè)的內(nèi)、外邊緣有密封 槽21、23，用于安置密封條實現(xiàn)密封，避免強迫循環(huán)冷卻液的滲漏。密封盒左半部分24(參 見圖4)和密封盒右半部分25 (參見圖5)的凸臺20、27組成支撐架來支撐圓盤形分布的電 樞繞組19，并在密封盒的腔壁與電樞繞組的左、右表面間形成冷卻液強迫循環(huán)的間隙。強迫 循環(huán)的去離子水從進水口 18、26流入，經(jīng)冷卻液強迫循環(huán)的間隙，從出水口 22、28流出，從 電樞繞組的左、右表面帶走電樞繞組的銅耗發(fā)熱。
權(quán)利要求
一種直接液冷和熱屏蔽的三明治結(jié)構(gòu)電機電樞，包括一個由薄型的密封盒(1)和置于該薄型密封盒(1)內(nèi)的多組薄餅形電樞繞組(2)組成的薄盒狀電樞組件，其特征在于a.所述電樞繞組(2)置于密封盒(1)的腔中間，其兩表面與密封盒(1)的腔壁間留有冷卻液強迫循環(huán)的間隙(6、7)，密封盒(1)開有冷卻液進、出口，強迫循環(huán)的冷卻液經(jīng)過電樞繞組(2)兩表面時帶走其銅耗發(fā)熱；b.所述密封盒(1)的材質(zhì)為電絕緣、隔磁、隔熱的材料；c.所述密封盒(1)的腔壁內(nèi)側(cè)有多個支撐架(5)來固定電樞繞組(2)，從而形成所述冷卻液強迫循環(huán)的間隙(6、7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接液冷和熱屏蔽的三明治結(jié)構(gòu)電機電樞，其特征在于密封 盒(1)中的電樞繞組(2)為一維或二維布置，構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)直線或平面電機的熱屏蔽與 直接液冷電樞組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接液冷和熱屏蔽的三明治結(jié)構(gòu)電機電樞，其特征在于密封 盒(1)中的電樞繞組(2)為圓盤形布置，構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)盤式旋轉(zhuǎn)電機的熱屏蔽與直接液 冷電樞組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直接液冷和熱屏蔽的三明治結(jié)構(gòu)電機電樞。電機的薄盒狀電樞組件由薄餅形繞組置于電絕緣、隔磁、隔熱材料制成的薄型密封盒的腔中間構(gòu)成，電樞繞組兩表面與密封盒的腔壁間留有冷卻液強迫循環(huán)的間隙。采用電樞繞組表面直接液冷方式，將電樞繞組的銅耗發(fā)熱全部由冷卻液帶走。本三明治結(jié)構(gòu)電機電樞的直接液冷和熱屏蔽方法結(jié)構(gòu)緊湊、冷卻效果好，避免了溫度變化對控制系統(tǒng)及控制精度的影響，確保了系統(tǒng)的定位精度，適用于高科技尖端運動裝備和半導(dǎo)體電子專用設(shè)備。
文檔編號H02K3/24GK101969243SQ20101029100
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者俞建祥, 周慶生, 張琪, 曹海東, 葛鵬, 謝國棟, 黃蘇融 申請人:上海大學(xué);上海飛馳高科技有限公司