CN115549394A - 基于嵌入均热板式的u型直线电机的散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置，包括均热板、两个绕组和电机底座，电机底座上设置有U型槽和内部设有冷却水道，U型槽上开设有用于***均热板的插槽，两个绕组分别位于U型槽内的左右两侧，均热板位于两个绕组之间，均热板的底端和插槽相嵌合，均热板上端为吸收热量的蒸发端，均热板的底端为释放热量的冷凝端，蒸发端相贴于绕组，冷却水道位于U型槽下方，冷却水道贯通电机底座。该发明能够提高U型直线电机的散热效率，平均热量分布，提高U型直线电机的运行效率，在直线电机散热领域具有广阔的发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及电机散热领域，具体为一种基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置。
背景技术
随着时代的不断发展，自动化制造行业慢慢引入高效率的直线传动模组，直线模组包括直线电机和控制器，而直线电机具有高精度、长行程、高负载和高速度等特点。
直线电机热量主要来自绕组工作时产生的欧姆热。基于目前U型直线电机绕组结构，其产生的热量需从绕组的顶部向下传递至底部，再通过绝缘层传至水冷底座，最后将热量传递至冷却水实现热量耗散。但该散热路径长，而且热阻较大，导致散热效率很低，直线电机长期运行过程中热量易堆积，甚至出现“烧机”现象。同时，当电机内部温度较高时，其绝缘寿命相应下降，金属部件的强度、硬度等其他力学性能也会降低，从而严重降低电机的运行寿命和影响其安全性。此外，当该直线电机用于加工机床上，绕组的发热会导致直线电机的机壳发生热变形，微小的变形从而使得机床的加工精度大大降低。综上所述，难以及时排走绕组上产生的热量会导致直线电机的运行效率变差。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置，能够提高U型直线电机的散热效率，平均热量分布，提高U型直线电机的运行效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置，包括均热板、两个绕组和电机底座，电机底座上设置有U型槽和内部设有冷却水道，U型槽上开设有用于***均热板的插槽，两个绕组分别位于U型槽内的左右两侧，均热板位于两个绕组之间，均热板的底端和插槽相嵌合，均热板上端为吸收热量的蒸发端，均热板的底端为释放热量的冷凝端，蒸发端相贴于绕组，冷却水道位于U型槽下方，冷却水道贯通电机底座。
本发明优选地技术方案在于，冷却水道的数目为两个以上，冷却水道呈I型且并列排布，插槽位于相邻冷却水道之间。
本发明优选地技术方案在于，还包括若干个弯曲管道件，弯曲管道件位于电机底座的同一侧，冷却水道包括左冷却水道和右冷却水道，左冷却水道位于插槽的左侧，右冷却水道位于插槽的右侧，弯曲管道件、左冷却水道和右冷却水道的数量相同，弯曲管道件的两端分别和左冷却水道的端部和右冷却水道的端部相连接。
本发明优选地技术方案在于，冷却水道呈U型，冷却水道包括进水段、出水段和连接段，连接段的两端分别和进水段、出水段连通，插槽位于进水段和出水段之间。
本发明优选地技术方案在于，冷却水道设置两个以上，冷却水道之间呈套接设置，进水段均位于插槽的左侧，出水段均位于插槽的右侧。
本发明优选地技术方案在于，冷却水道设置两个以上，连接段均呈直线状，连接段之间均相互连通，进水段均位于插槽的左侧，出水段均位于插槽的右侧。
本发明优选地技术方案在于，冷却水道的截面为正方形。
本发明优选地技术方案在于，蒸发端与绕组之间、冷凝端与插槽之间设置有导热层。
本发明优选地技术方案在于，导热层的材料为导热胶或导热泥。
本发明优选地技术方案在于，均热板为铜基均热板或铝基均热板。
本发明的有益效果：
本发明提出一种基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置，通过在绕组之间嵌入均热板，增设额外传热路径引导到电机底座的冷却水道中，使得冷却水道通过均热板传导能够更有效地带走绕组产生的热量。基于均热板传热机理，其与水冷模块需要有足够的接触面积才能发挥高导热特性，插槽的设置既能起到固定均热板的作用，也能增加均热板的接触面积，并且使之更加靠近U型的冷却水道，减少导热的距离。本散热装置能够显著改善直线电机的绕组散热情况，降低电机铜线绕组温度，提升电机额定使用功率，实现电机轻量化和微型化。使得直线电机在高功率的工作环境下仍然可以达到快速散热的目的，平均热量分布，避免出现“烧机”以及“机壳发生热变形”现象，从而提高运行效率。此外，本散热装置结构简单，对装配要求不高，而且涉及的部件对精度要求不高，易于加工，整体成本低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一的基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置的立体图；
图2为实施例一的基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置的主视图；
图3为实施例一的基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置的俯视图；
图4为实施例一的电机底座的立体图；
图5为实施例一的电机底座的主视图；
图6是图5中沿A-A线的剖视图；
图7为实施例二的基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置的立体图一；
图8为实施例二的基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置的立体图二；
图9为实施例二的基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置的俯体图；
图10为实施例二的弯曲管道件的立体图；
图11为实施例三的基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置的立体图；
图12为实施例三的基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置的主视图；
图13为实施例三的基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置的俯视图；
图14为实施例三的电机底座的立体图；
图15为实施例三的电机底座的主视图；
图16是图15中沿A-A线的剖视图；
图17为实施例四的基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置的立体图；
图18为实施例四的电机底座的立体图；
图19是图18中沿A-A线的剖视图。
图中：
1-均热板；11-蒸发端；12-冷凝端；2-绕组；3-电机底座；4-U型槽；5-冷却水道；51-左冷却水道；52-右冷却水道；510-进水段；520-出水段；530-连接段；6-插槽；7-弯曲管道件。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
如图1-6所示，本实施例中提供的一种基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置，包括均热板1、两个绕组2和电机底座3，电机底座3上设置有U型槽4和内部设有冷却水道5，U型槽4上开设有用于***均热板1的插槽6，插槽位于U型槽4的中间，两个绕组2分别位于U型槽4内的左右两侧，绕组2的底部的形状和大小和U型槽4的形状和大小相匹配。均热板1位于两个绕组2之间，均热板1的底端和插槽6相嵌合，均热板1上端为吸收热量的蒸发端11，均热板1的底端为释放热量的冷凝端12，蒸发端11和两侧的绕组2紧密相贴，冷却水道5呈I型且位于U型槽4下方，冷却水道5贯通电机底座3。本实施例中，均热板1为超薄均热板。具体做法：采用铣削或深孔钻等方法在电机底座上加工出用于嵌入均热板1的插槽6，以及I型的冷却水道5，该电机底座的长度基本接近于绕组2的长度。
优选地，冷却水道5的数目为两个以上，冷却水道5并列排布，插槽6位于相邻冷却水道5之间。该结构中，I型的冷却水道能够充分的带走均热板1从绕组带来的热量。在本实施例中，冷却水道5的数目为四，冷却水道5平均分布于插槽6的两侧，冷却水道5的截面为圆形，其直径为4mm。
优选地，均热板1为铜基均热板或铝基均热板。本实施例中，均热板1为铜基均热板。均热板1内设置有散热工质，散热工质为电阻率18.2MΩ*cm的去离子水，抽真空处理后内部的真空度为7Pa。散热工质在冷凝后通过吸液芯的毛细作用回到蒸发端进行第二阶段的传热，实现一次***内部热循环。
本实施例的散热装置通过在绕组之间嵌入具备高导热特性的超薄均热板，增设额外传热路径引导到电机底座的并列设置的I型冷却水道中，I型结构的冷却水道设计加工简单，而且可以设计多条冷却水道，增大传热的接触面积。散热装置工作时，外界的冷却水通过电机底座的同一侧进入I型的冷却水道，把均热板的热量带走后从电机底座的另一侧流出，不断循环，从而实现纵向高效导热，提升电机性能。基于均热板传热机理，其与水冷模块需要有足够的接触面积才能发挥高导热特性，插槽的设置既能起到固定均热板的作用，也能增加均热板的接触面积，并且使之更加靠近I型的冷却水道。
实施例二
如图7-10所示，本实施例与实施例一的结构基本相同，其区别在于：还包括若干个弯曲管道件7，弯曲管道件7位于电机底座3的同一侧，冷却水道5包括左冷却水道51和右冷却水道52，左冷却水道51位于插槽6的左侧，右冷却水道52位于插槽6的右侧，弯曲管道件7、左冷却水道51和右冷却水道52的数量相同。弯曲管道件7的两端分别和左冷却水道51的端部和右冷却水道52的端部相连接。本实例中，弯曲管道件7、左冷却水道51和右冷却水道52的数量各为两个，弯曲管道件7的其中一个连接外侧的左冷却水道51的端部和外侧的右冷却水道52的端部，弯曲管道件7的另外一个连接内侧的左冷却水道51的端部和内侧的右冷却水道52的端部。
优选地，弯曲管道件7的材料为金属材料或高分子材料。金属材料可以选择铜、铜合金、铝、铝合金、不锈钢等，高分子材料可以选择PDMS、硅胶等。本实施例中，选择的是硅胶。硅胶柔软，化学性能很稳定，适用于高温高湿的应用场景。
优选地，冷凝端12的表面积与插槽6的表面积相同，能够更加充分地利用好均热板的结构并且传导热量。
本实施例的散热装置通过在绕组之间嵌入具备高导热特性的超薄均热板，增设额外传热路径引导到电机底座的并列设置的I型冷却水道中，由于采用了弯曲管道件连接I型的冷却水道，因此，水道的流向相对实施例一发生变化，外界的冷却水通过电机底座的同一侧的左侧进入I型的冷却水道，把均热板的热量带走后从电机底座的同一侧的右侧流出，不断循环。实施例二的装置相对实施例一的配套的水冷装置占用空间更小，适合于对空间利用有要求的应用场景。
实施例三
如图11-16所示，本实施例中提供的一种基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置，包括均热板1、两个绕组2和电机底座3，电机底座3上设置有U型槽4和内部设有冷却水道5，U型槽4上开设有用于***均热板1的插槽6，两个绕组2分别位于U型槽4的左右两侧，绕组2的底部的形状和大小和U型槽4的形状和大小相匹配。均热板1位于两个绕组2之间，均热板1的底端和插槽6相嵌合，均热板1上端为吸收热量的蒸发端11，均热板1的底端为释放热量的冷凝端12，蒸发端11和绕组2紧密相贴，冷却水道5呈U型且位于U型槽4下方，冷却水道5贯通电机底座3，冷却水道5包括进水段51、出水段52和连接段53，技术方案中的连接段既可以是直线状，也可以是弯曲状。连接段53的两端分别和进水段51、出水段52连通，插槽6位于进水段51和出水段52之间。本实施例中，均热板1为超薄均热板，其连接段是弯曲状。具体做法：采用铣削或深孔钻等方法在电机底座上加工出用于嵌入均热板1的插槽6，以及U型的冷却水道5，该电机底座3的长度大于绕组2的长度，内部冷却水道的进水段51、出水段52长度和绕组2的长度相同，其中连接段53呈弯曲状，位于在电机底座3的延伸部分内部。
优选地，冷却水道5设置两个以上，冷却水道5之间呈套接设置，冷却水道5的朝向为同一方向。在本实施例中，冷却水道5的数目为二。进一步地，进水段51均位于插槽6的左侧，出水段52均位于插槽6的右侧。进水段和出水段分别位于插槽的左右两侧，有利于更加集中地带走热量以及设置相应的外界水冷管道。该结构中，两个U型的冷却水道能够充分的带走均热板1从绕组带来的热量。
优选地，冷却水道5的截面为正方形，其边长为4mm。发明人发现，正方形截面的水道所产生的水阻更小，更加有利于提高散热装置的运行效率。
由于铝合金具有良好的导热性能和加工性能。优选地，电机底座3的材料为铝合金。
优选地，均热板1为铜基均热板或铝基均热板。本实施例中，均热板1为铜基均热板。均热板1内设置有散热工质，散热工质为电阻率18.2MΩ*cm的去离子水，抽真空处理后内部的真空度为7Pa。散热工质在冷凝后通过吸液芯的毛细作用回到蒸发端进行第二阶段的传热，实现一次***内部热循环。
本实施例的散热装置通过在绕组之间嵌入具备高导热特性的超薄均热板，增设额外传热路径引导到电机底座的套接设置的U型冷却水道中，U型结构的冷却水道的结构集中包裹于冷凝端的周围，集中带走均热板传导的热量。而且可以通过设计多条冷却水道，增大传热的接触面积。散热装置工作时，外界的冷却水通过插槽的左侧进入冷却水道，把均热板的热量带走后从电机底座的右侧流出，不断循环，从而实现纵向高效导热，提升电机性能。基于均热板传热机理，其与水冷模块需要有足够的接触面积才能发挥高导热特性，插槽的设置既能起到固定均热板的作用，也能增加均热板的接触面积，并且使之更加靠近U型的冷却水道。
实施例四
如图17-19所示，本实施例与实施例三的结构基本相同，其区别在于：冷却水道5设置两个以上，连接段53均呈直线状，连接段53之间均相互连通，进水段51均位于插槽6的左侧，出水段52均位于插槽6的右侧。本实例中，冷却水道5设置两个。具体地，冷却水道5的截面为圆形。
优选地，冷凝端12的表面积与插槽6的表面积相同，能够更加充分地利用好均热板的结构并且传导热量。
本实施例的散热装置由于两个冷却水道的连接段相互连通而且呈直线状，因此，外界的冷却水通过两个进水段统一进入到共有的连接段后再分别从不同的出水段流出，不断循环。由于直线状且共有的连接段相较于弯曲状其套接的连接段更加节省电机底座的空间，因此实施例四的装置相对实施例三的散热装置所占用的空间更小，适合于对空间利用有要求的应用场景。
实施例五
本实施例与实施例三的区别在于，蒸发端11与绕组2之间、冷凝端12与插槽6之间设置有导热层。通过对部件之间存在的缝隙进行填充导热层，可以进一步提高换热效率。
优选地，导热层的材料为导热胶或导热泥。本实施例中，导热层的材料为导热胶。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于嵌入均热板式的U型直线电机的散热装置，其特征在于：
包括均热板(1)、两个绕组(2)和电机底座(3)；
所述电机底座(3)上设置有U型槽(4)和内部设有冷却水道(5)，所述U型槽(4)上开设有用于***所述均热板(1)的插槽(6)；
两个所述绕组(2)分别位于所述U型槽(4)内的左右两侧，所述均热板(1)位于两个所述绕组(2)之间，所述均热板(1)的底端和所述插槽(6)相嵌合，所述均热板(1)上端为吸收热量的蒸发端(11)，所述均热板(1)的底端为释放热量的冷凝端(12)，所述蒸发端(11)相贴于所述绕组(2)；
所述冷却水道(5)位于所述U型槽(4)下方，所述冷却水道(5)贯通所述电机底座(3)。
2.根据权利要求1所述的U型直线电机的散热装置，其特征在于：
所述冷却水道(5)的数目为两个以上，所述冷却水道(5)呈I型且并列排布；
所述插槽(6)位于相邻所述冷却水道(5)之间。
3.根据权利要求2所述的U型直线电机的散热装置，其特征在于：
还包括若干个弯曲管道件(7)，所述弯曲管道件(7)位于所述电机底座(3)的同一侧；
所述冷却水道(5)包括左冷却水道(51)和右冷却水道(52)，所述左冷却水道(51)位于所述插槽(6)的左侧，所述右冷却水道(52)位于所述插槽(6)的右侧；
所述弯曲管道件(7)、左冷却水道(51)和右冷却水道(52)的数量相同，所述弯曲管道件(7)的两端分别和所述左冷却水道(51)的端部和右冷却水道(52)的端部相连接。
4.根据权利要求1所述的U型直线电机的散热装置，其特征在于：
所述冷却水道(5)呈U型，所述冷却水道(5)包括进水段(510)、出水段(520)和连接段(530)，所述连接段(530)的两端分别和所述进水段(510)、出水段(520)连通，所述插槽(6)位于所述进水段(510)和所述出水段(520)之间。
5.根据权利要求4所述的U型直线电机的散热装置，其特征在于：
所述冷却水道(5)设置两个以上，所述冷却水道(5)之间呈套接设置；
所述进水段(510)均位于所述插槽(6)的左侧，所述出水段(520)均位于所述插槽(6)的右侧。
6.根据权利要求4所述的U型直线电机的散热装置，其特征在于：
所述冷却水道(5)设置两个以上，所述连接段(530)均呈直线状，所述连接段(530)之间均相互连通；
所述进水段(510)均位于所述插槽(6)的左侧，所述出水段(520)均位于所述插槽(6)的右侧。
7.根据权利要求1所述的U型直线电机的散热装置，其特征在于：
所述冷却水道(5)的截面为正方形。
8.根据权利要求1所述的U型直线电机的散热装置，其特征在于：
所述蒸发端(11)与所述绕组(2)之间、所述冷凝端(12)与所述插槽(6)之间设置有导热层。
9.根据权利要求8所述的U型直线电机的散热装置，其特征在于：
所述导热层的材料为导热胶或导热泥。
10.根据权利要求1所述的U型直线电机的散热装置，其特征在于：
所述均热板(1)为铜基均热板或铝基均热板。
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