CN219760835U - 具有冷却***的直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有冷却***的直线电机，应用于直线电机技术领域，电机定子或\和电机动子配置有该冷却***；电机定子包括定子基座、定子壳体与定子线圈单元，定子基座连接于定子壳体内并构造出腔体，定子线圈单元的端部或全部没入所述腔体内，所述定子壳体内构造有与腔体连通的定子冷却介质流道；电机动子包括动子壳体与动子线圈单元，动子壳体限定有适于冷却介质流动的腔室，动子线圈单元固定连接于所述腔室内，动子壳体内构造有与腔室连通的动子冷却介质流道；通过将定子线圈单元、动子线圈单元浸没于腔体或腔室中，使得冷却介质直接流过线圈带走热量，也就是实现了冷却介质与线圈直接接触，极大缩短了传热路径，提升了散热性能。

Description

具有冷却***的直线电机

技术领域

本实用新型涉及直线电机技术领域，尤其涉及一种具有冷却***的直线电机。

背景技术

直线电机被广泛应用于高速高精场合，为了使得直线电机在工作过程中能够稳定输出，或为了进一步提高直线电机的输出性能，需要对直线电机的线圈进行冷却。尤其当直线电机应用于真空设备中时，由于无法通过空气进行散热，必须对线圈进行冷却操作。

现有技术中，通常采用自然冷却、空气冷却、水冷板冷却，在具体的结构中，通常冷却介质不与线圈直接接触，线圈产生热量需要经过热传导至冷却组件，再由冷却组件带走热量。这种冷却方式由于线圈产生的热量需要经过壳体填充介质、壳体等多种介质的传热，传热路径较长，导致散热能力受到限制。

实用新型内容

本实用新型提供一种具有冷却***的直线电机，用以解决现有技术中传热路径长，散热能力受限的缺陷。

本实用新型提供一种具有冷却***的直线电机，包括电机定子与电机动子，所述电机定子或\和所述电机动子配置有冷却***；所述电机定子包括定子基座、定子壳体与定子线圈单元，所述定子基座连接于所述定子壳体内并构造出腔体，所述定子线圈单元固定连接于所述定子基座上并使得所述定子线圈单元的端部或全部没入所述腔体内；其中，所述定子壳体内构造有定子冷却介质流道，所述腔体与所述定子冷却介质流道连通；

所述电机动子包括动子壳体与动子线圈单元，所述动子壳体限定有适于冷却介质流动的腔室，所述动子线圈单元固定连接于所述腔室内；其中，所述动子壳体内构造有动子冷却介质流道，所述冷却介质流道与所述腔室连通。

根据本实用新型提供的一种直线电机，所述定子线圈单元或\和所述动子线圈单元包括线圈与固定框架，所述线圈嵌设于所述固定框架上。

根据本实用新型提供的一种直线电机，所述固定框架包括中空的底板，沿所述底板中空边缘一圈连接有适于支撑所述线圈的凸起芯框，所述凸起芯框两端分别连接有固定扣件，以使得通过所述固定扣件限定所述线圈。

根据本实用新型提供的一种直线电机，所述线圈包括导线，所述导线以层叠绕制的方式绕制成预定的线圈形状；

其中，所述线圈中任一外圈的导线层与相邻内圈的导线层之间构造有多个具有预定形状的空隙，多个同一所述导线层的所述空隙能够排列形成预定形状的冷却通道。

根据本实用新型提供的一种直线电机，所述底板的两侧上分别具有沟槽，所述沟槽沿底板延伸方向设置。

根据本实用新型提供的一种直线电机，所述线圈具有端部，所述空隙布置在所述端部的转角位置。

根据本实用新型提供的一种直线电机，所述线圈具有端部，所述空隙呈条状布置在所述端部的导线层之间。

根据本实用新型提供的一种直线电机，所述定子壳体或\和所述动子壳体内设有通孔，所述定子冷却介质流道或\和所述动子冷却介质流道与所述通孔相连通，所述通孔正对所述空隙，以使得冷却介质能够充分流过所述冷却通道。

根据本实用新型提供的一种直线电机，所述定子冷却介质流道配置在所述定子基座两端的所述定子壳体内，所述定子冷却介质流道包括分别与腔体相连通的冷却介质输入通道与冷却介质输出通道。

根据本实用新型提供的一种直线电机，所述动子冷却介质流道包括分别与所述腔室连通的冷却介质输入口与冷却介质输出口。

根据上述的实施例，本实用新型至少具有下述的有益效果。

本实用新型提供的一种具有冷却***的直线电机，通过在电机定子或\和电机动子上配置冷却***，并具体地通过将定子线圈单元、动子线圈单元浸没于腔体或腔室内的冷却介质中，使得冷却介质直接流过线圈带走热量，也就是实现了冷却介质与线圈直接接触，极大缩短了传热路径，提升了散热性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的电机定子的结构示意图之一；

图2是本实用新型提供的电机定子的结构示意图之二；

图3是本实用新型提供的电机动子的结构示意图之一；

图4是本实用新型提供的电机动子的结构示意图之二；

图5是本实用新型提供的定子线圈单元或动子线圈单元的结构示意图；

图6是本实用新型提供的固定框架的结构示意图；

图7是本实用新型提供的线圈结构示意图。

附图标记：

1、线圈；11、空隙；2、固定框架；21、固定扣件；22、沟槽；3、定子壳体；31、冷却介质输入通道；311、定子通孔；32、冷却介质输出通道；321、输出孔；33、腔体；4、电机定子；41、齿槽结构；5、电机动子；51、冷却介质输入口；511、动子通孔；512、出孔；52、冷却介质输出口；53、动子壳体；54、腔室。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”“相连通”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连接或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

下面结合图1-图4描述本实用新型的一种具有冷却***的直线电机，包括电机定子4与电机动子5，在构建冷却***时可以在电机定子4内构建冷却***，也可以在电机动子5内构建冷却***，还可以同时在电机定子4和电机动子5上构建冷却***。具体如何构建根据实际的设计需求进行选择。

如图1、图2所示，电机定子4包括定子基座、定子壳体3与定子线圈单元，定子基座连接于定子壳体3内并通过连接的方式构建出腔体33，定子线圈单元固定连接于定子基座上并使得定子线圈单元的端部或全部包含于腔体33内；其中，定子壳体3内构造有定子冷却介质流道，腔体33与定子冷却介质流道连通。

冷却介质通过定子冷却介质流道进入到腔体33中，并由腔体33流出，定子线圈单元的端部或全部浸没于腔体33内，使得在冷却介质流入、流出的过程中将热量及时带走，冷却介质直接与定子线圈单元接触减小了传热路径，提升散热能力。

可以理解的是，如图1所示，若填满电机定子4的齿槽结构41之间的定子线圈单元上的空间，那么腔体33就位于电机定子4连接的两端，此时定子线圈单元的两侧端部没入到两端的腔体33中；若保留电机定子4的齿槽结构41之间的线圈单元上的空间，那么腔体33就包含了电机定子4与两侧的定子壳体3连接的整个空间，此时定子线圈单元全部没入到腔体33中。而对于定子线圈的没入腔体的方式根据实际需求进行选择。

如图3、图4所示，电机动子5包括动子壳体53与动子线圈单元，动子壳体53限定有适于冷却介质流动的腔室54，动子线圈单元固定连接于腔室54内；其中，动子壳体53内构造有动子冷却介质流道，冷却介质流道与腔室54连通。

冷却介质通过动子冷却介质流道进入到腔室54中，并由腔室54流出，动子线圈连接在腔室54内，也就是动子线圈浸没于冷却介质中，使得在冷却介质流入、流出的过程中将动子线圈单元产生的热量及时带走，冷却介质直接与动子线圈单元接触减小了传热路径，提升散热能力。可以理解的是，对于动子线圈单元和定子线圈单元的线圈固定结构可以单独设置或组合设置，也就是，动子线圈单元与定子线圈单元可以同时选择同一类似的线圈固定结构，也可以是不同的线圈固定结构。如图5、图6所示，动子线圈单元与定子线圈单元具有类似的结构，定子线圈单元与动子线圈单元仅在尺寸、形状上有差异，包括线圈1与固定框架2，线圈1嵌设于固定框架2上，固定框架2嵌设于定子基座上和动子壳体53内。具体的实施例中，在定子基座上具有多个并列的齿槽结构41，齿槽结构41与固定框架2配合设计，使得固定框架2嵌入连接到齿槽结构41上，以实现定子线圈单元的连接。在连接动子线圈单元时，直接通过固定框架2连接到动子壳体53内，实现了动子线圈单元的连接。线圈1借助于固定框架2进行连接，不需要在定子齿槽结构41中或者动子壳体53中填充树脂等填充介质就能完成固定连接，原本需要填充固定介质的空间可以灌入绝缘的冷却介质，冷却介质直接与线圈1进行热交换，带走线圈1产生的热量。当然，可以理解的是，为了进一步提升线圈1的稳固性，可以在该空间中部分填充固定介质来进行固定，而在剩余的空间中灌入绝缘的冷却介质进行冷却。

且，借助固定框架2的连接使得线圈1事先绕制完成形成成型的线圈单元，便于电机线圈单元的装配，避免了嵌线等复杂工艺，使得电机制造更加简单。

固定框架2包括中空的底板，沿底板中空边缘一圈连接有适于支撑线圈1的凸起芯框，凸起芯框两端分别连接有固定扣件21，以使得通过固定扣件21限定所述线圈1。

可以理解的是，在制作定子线圈1单元或动子线圈单元时，线圈1按照预定的绕制工艺绕制为成型线圈1结构，成型线圈1首先嵌入到凸起芯框内，然后通过固定扣件21与凸起芯框固定连接以确保成型线圈1连接的稳定性，当然在连接线圈1时，也可以填充胶水、树脂等提升连接强度。

一些实施例中，如图6所示，底板的两侧上分别具有沟槽22，所述沟槽22沿底板延伸方向设置。沟槽22能够引导液体冷却介质流经线圈1的表面，以实现冷却介质与线圈1的充分接触，提升散热性能。

在具体的实施例中，线圈1包括导线，导线以层叠绕制的方式绕制成预定的线圈1形状；其中，线圈1中任一外圈的导线层与相邻内圈的导线层之间构造有多个具有预定形状的空隙11，多个同一导线层的空隙11能够排列形成预定形状的冷却通道。进一步地，如图5所示，线圈1为长方形结构，该结构的线圈1具有两个端部，空隙11布置在线圈1端部转角位置上。进一步地，如图7所示，线圈1为具有两个端部的长方形结构，在空隙11呈条状布置在所述端部的导线层之间，条状空隙11的布置，进一步增加了换热面积，提升了散热性能。

线圈1上空隙11的配置使得冷却液体能够流经空隙11带走线圈1内部大量的热量，进一步提升了散热性能，且对于空隙11的形状不作限定，空隙11的形状由绕制工艺进行决定。具体地，对于具有空隙11的线圈1的制作，可通过在绕制导线层时***垫层材料，使得每一导线层之间或间隔导线层之间具有垫层材料，然后使得垫层材料脱离线圈1形成空隙11，由此制作出具有空隙11的线圈1，该空隙11的形状由垫层材料决定。

进一步地，对于绕制的线圈1的导线不进行限定，可以采用圆漆包线、扁铜漆包线、铝箔线、铜箔线等形式。

又如图1所示，一些实施例中，定子冷却介质流道配置在定子基座两端的定子壳体3内，且定子冷却介质流道包括分别与腔体33相连通的冷却介质输入通道31与冷却介质输出通道32。

上述实施例中，冷却介质通过冷却介质输入通道31输入到定子壳体3内，并进入到腔体33中，线圈1浸没于腔体33中，使得注入的冷却介质与线圈1直接接触，实现直接换热，最后经冷却介质输出通道32输出，提升了散热能力，并进一步提升许用电流，从而提高电机的功率密度，达到提高直线电机输出性能的目的。

进一步的实施例中，如图2所示，图中仅示意性画出部分线圈1，箭头指示介质流动方向。冷却介质输入通道31上开设的与腔体33连通的定子通孔311，定子通孔311正对由空隙11组成的冷却通道设置，这使得在压力的作用下，冷却介质经过定子通孔311，向线圈空隙11组成的冷却通道流动，冷却通道由若干的空隙11组成，属于线圈1中的一部分，通过冷却通道使得线圈1与冷却介质之间接触的面接增加，进而使得冷却介质能够充分流过空隙11内的线圈表面，如图中箭头a所示。由于介质具有流动性，冷却介质部分流过线圈空隙11，部分流过线圈1表面，如图中箭头b所示。最终汇集在冷却介质输出通道32的输出孔321处，并由冷却介质输出通道32排出，如图中箭头c所示。也有一部分的冷却介质可以利用固定框架2上的沟槽22，使其通过沟槽22流经线圈1表面，从对侧的流道中排出。定子通孔311使得冷却介质充分注入到线圈空隙11中，提升了散热能力。

又如图3所示，一些实施例中，动子冷却介质流道设置在动子壳体53的两侧，且动子冷却介质流道包括分别与腔室54连通的冷却介质输入口51与冷却介质输出口52。冷却介质输入口51与冷却介质输出口52的位置不作限定可以互换以及可以在定子壳体3的任一位置。

上述实施例中，冷却介质由冷却介质输入口51输入到腔室54内部，线圈1浸没于腔室54内的冷却介质中，使得注入的冷却介质与线圈1直接接触，实现直接换热，最后冷却介质通过冷却介质输出口52排出，提升了散热能力，并进一步提升许用电流，从而提高电机的功率密度，达到提高直线电机输出性能的目的。

进一步的实施例中，如图4所示，动子壳体53中示意性给出了三个线圈1及其固定框架2，在实际应用中，线圈1及其框架的排布可是任意数量、任意距离的。在动子壳体53内布设介质通道，其介质通道为加工的流道或采用的管道，介质通道与冷却介质输入口51连通，在动子壳体53内还构造有与介质通道连通的动子通孔511，动子通孔511正对线圈1上由空隙11组成的冷却通道设置。如图中箭头方向所示，一部分通过线圈空隙11，如图中箭头a所示，一部分流动线圈1侧面，如图中箭头b所示，一部分流过上表面和下表面，如图中箭头c、d所示。后流经对侧的线圈空隙11和侧面，如图中箭头e和f所示，最终介质汇聚于出孔512，并通过冷却介质输出口52排出。

进一步地，对于冷却介质可以采用不导电、无腐蚀性的液体，例如，氟化液、硅油、天然矿物油、变压器油等；也可以采用不导电、无腐蚀的气体，例如，空气、氮气、氦气等。

可以理解的是，上述实施例中，电机定子4与电机动子5组成密闭***，整个电机仅有冷却介质和线圈1引出线与外界连接，可应用于真空场合。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式方案，一方面将线圈1直接浸泡在冷却介质中，取消或者减少的传统的树脂固定，采用具有流道的固定框架2进行线圈1的固定。既保证绕组线圈1的固定强度，也留下可供冷却介质流动的空间。此时，线圈1的外表面全部浸没与冷却介质中，减少了树脂介质的传热路径，导体热量通过其绝缘层后直接与冷却介质换热，从而提升散热能力，同时线圈1的外表面得到充分利用，线圈1侧面也能与冷却介质进行高效换热；另一方面，绕制线圈1时在端部留下空隙11，增加了与换热介质的接触面积。当采用条状空隙11时，一些实施例中，增加的换热面积甚至可以超过无空隙线圈的整体表面积。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有冷却***的直线电机，包括电机定子与电机动子，其特征在于：

所述电机定子包括定子基座、定子壳体与定子线圈单元，所述定子基座连接于所述定子壳体内并构建出腔体，所述定子线圈单元固定连接于所述定子基座上并使得所述定子线圈单元的端部或全部没入所述腔体内；其中，所述定子壳体内构造有与所述腔体连通的定子冷却介质流道；

或\和，所述电机动子包括动子壳体与动子线圈单元，所述动子壳体限定有适于冷却介质流动的腔室，所述动子线圈单元固定连接于所述腔室内；其中，所述动子壳体内构造有与所述腔室连通的动子冷却介质流道。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述定子线圈单元或\和所述动子线圈单元包括线圈与固定框架，所述线圈嵌设于所述固定框架上。

3.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，所述固定框架包括中空的底板，沿所述底板中空边缘一圈连接有适于支撑所述线圈的凸起芯框，所述凸起芯框两端分别连接有固定扣件，以使得通过所述固定扣件限定所述线圈。

4.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，所述线圈包括导线，所述导线以层叠绕制的方式绕制成预定的线圈形状；

其中，所述线圈中任一外圈的导线层与相邻内圈的导线层之间构造有多个具有预定形状的空隙，多个同一所述导线层的所述空隙能够排列形成预定形状的冷却通道。

5.根据权利要求3所述的直线电机，其特征在于，所述底板的两侧上分别具有沟槽，所述沟槽沿底板延伸方向设置。

6.根据权利要求4所述的直线电机，其特征在于，所述线圈具有端部，所述空隙布置在所述端部的转角位置。

7.根据权利要求4所述的直线电机，其特征在于，所述线圈具有端部，所述空隙呈条状布置在所述端部的导线层之间。

8.根据权利要求6或7所述的直线电机，其特征在于，所述定子壳体或\和所述动子壳体内设有通孔，所述定子冷却介质流道或\和所述动子冷却介质流道与所述通孔相连通，所述通孔正对所述空隙，以使得冷却介质能够充分流过所述冷却通道。

9.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述定子冷却介质流道配置在所述定子基座两端的所述定子壳体内，所述定子冷却介质流道包括分别与腔体相连通的冷却介质输入通道与冷却介质输出通道。

10.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述动子冷却介质流道包括分别与所述腔室连通的冷却介质输入口与冷却介质输出口。