FR2947473A3

FR2947473A3 - Structure de dissipation de chaleur pour machines-outils hermetiquement scellees

Info

Publication number: FR2947473A3
Application number: FR0954500A
Authority: FR
Inventors: Bach Pangho Chen
Original assignee: Individual
Current assignee: Xpole Precision Tools Inc
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-07
Anticipated expiration: 2015-07-01
Also published as: FR2947473B3

Abstract

Une structure de dissipation de chaleur pour machines-outils hermétiquement scellées, qui comprend un rotor de moteur (20) tournant pour entraîner simultanément un écoulement d'air afin d'effectuer une dissipation de chaleur. Elle comprend un boîtier de machine-outil (40) avec un évent de dissipation de chaleur (41) et une chambre (43) à l'intérieur, un stator (31) dans la chambre et un rotor (20) situé entre le stator (31) et le boîtier (40). Le rotor (20) et la paroi de boîtier forment entre eux un espace d'écoulement d'air tourbillonnant (A). Le rotor (20) et le stator (31) forment entre eux un espace d'écoulement axial (B). L'espace d'écoulement tourbillonnant (A) et l'espace d'écoulement axial (B) communiquent par l'intermédiaire d'un passage d'écoulement d'air radial (C).

Description

STRUCTURE DE DISSIPATION DE CHALEUR POUR MACHINES-OUTILS HERMETIQUEMENT SCELLEES

La présente invention porte sur une structure de dissipation de chaleur pour machines-outils hermétiquement scellées, et, en particulier, sur une structure de dissipation de chaleur de machine-outil, entraînée par rotation d'un rotor de moteur qui génère simultanément un écoulement d'air pour effectuer une dissipation de chaleur.

Depuis l'invention du moteur électrique, des progrès continus ont été réalisés au cours des siècles et ont conduit à d'importantes contributions au bien-être des gens. Initialement, les moteurs électriques étaient principalement construits dans de grandes dimensions et à des fins industrielles. Il a depuis évolué en des dimensions plus petites et a été appliqué à des appareils domestiques et des machines-outils. Grâce à l'avancée des matériaux et des technologies de fabrication, la dimension du moteur électrique a été réduite alors que l'applicabilité a été accrue de façon significative. De nos jours, une grande diversité de moteurs électriques est disponible, selon des types de structure. Chaque type de moteur a diverses caractéristiques d'application en termes de dimensions, dissipation de chaleur, couple, vitesse de rotation, matériau, coût de production, procédé de commande et analogues. Etant donné que chaque moteur électrique est différent, il est difficile d'affirmer lequel est le meilleur. La sélection du moteur optimal doit prendre en compte l'environnement d'utilisation et les exigences d'utilisation. Sur un moteur électrique plus petit, les environnement et condition d'utilisation les plus ambitieux sont ceux des machines-outils.

Le moteur électrique utilisé sur les machines-outils doit satisfaire une demande importante pour toutes ses caractéristiques, telles qu'une dimension compacte, un couple suffisant, une vitesse de rotation élevée et une plus grande durabilité d'utilisation pendant une période de temps prolongée. Une insuffisance d'une quelconque caractéristique mentionnée ci-dessus pourrait provoquer un dysfonctionnement ou un endommagement de la machine-outil. Une autre préoccupation devant être traitée est la chaleur accumulée générée par le palier, l'enroulement du stator de moteur et l'électromagnétisme. Si elle n'est pas traitée de façon correcte, elle pourrait amener le moteur à surchauffer et agir directement sur la durée de fonctionnement de la machine-outil, à savoir, affecter la durabilité de la machine-outil. Le moteur électrique généralement utilisé sur les machines-outils est un moteur à courant continu à balais, avec un balai et un commutateur. Il est habituellement volumineux et a un rendement inférieur. Des étincelles sont générées entre le balai et le commutateur, ce qui conduit à l'usure de ces deux éléments. Ils deviennent des articles consommables et doivent être régulièrement remplacés. Par conséquent, le moteur pour machines-outils est progressivement remplacé par le moteur à courant continu sans balais d'une dimension plus petite et d'un rendement plus élevé. Sa dimension plus petite conduit à la concentration de la chaleur générée par le moteur. La chaleur tend à s'accumuler dans un boîtier hermétiquement scellé lors de l'utilisation, car le moteur à courant continu sans balais est enfermé dans une machine-outil et la chaleur est difficile à évacuer. Par suite, un surchauffage pourrait se produire, influençant le fonctionnement de la machine-outil.

Pour surmonter ce problème, de nombreuses structures de dissipation de chaleur ont été développées. Des références peuvent être trouvées dans les brevets américains No. 6 789 630 et No. 7 166 939, la demande de brevet américain No. 2008/0233848, et le brevet chinois No. M263204. Le moteur à courant continu sans balais le plus communément utilisé sur des machines-outils est un moteur à roue interne. Il comprend principalement un arbre pour entraîner un ventilateur ou un dissipateur de chaleur fixé à celui-ci. Lorsque le moteur principal tourne, le ventilateur ou le dissipateur de chaleur est entraîné en rotation simultanément, et un écoulement d'air est généré pour effectuer une dissipation de chaleur. Il existe une autre technique avec un moteur de refroidissement équipé d'un ventilateur. Que le moteur principal tourne ou non, le moteur de refroidissement fonctionne de façon continue pour effectuer le refroidissement. Cependant, une telle approche a un effet limité lorsque la machine-outil est utilisée pendant une longue durée. La dimension et les éléments nécessaires augmentent également, et les coûts de fabrication et la consommation en énergie électrique sont également plus élevés. Le moteur à courant continu sans balais utilisé sur les machines-outils n'adopte généralement pas le moteur à roue externe. Il présente également un problème de refroidissement identique au moteur à roue interne. Il existe également des techniques antérieures concernant la structure de refroidissement du moteur à roue externe, telles que le brevet chinois No. M269645. Le moteur a principalement une roue externe avec une entrée d'air formée dans celle-ci. Le boîtier comporte une ouverture correspondante. Un écoulement d'air est aspiré par la rotation de la roue externe et déchargé à travers l'ouverture pour obtenir un effet de refroidissement. Cependant, la structure de refroidissement du moteur à courant continu sans balais avec la roue externe perturbe l'écoulement d'air simplement par une surface tangente inclinée sur l'entrée d'air de la roue externe. Elle a un effet limité sur évacuation de la chaleur accumulée dans une condition d'utilisation prolongée. Par conséquent, il existe un besoin pour un perfectionnement des moteurs à courant continu sans balais utilisés sur les machines-outils afin de résoudre le problème provoqué par une médiocre dissipation de chaleur. L'objectif principal de la présente invention est de résoudre le problème de surchauffage se produisant dans les moteurs à courant continu sans balais classiques utilisés dans des machines-outils hermétiquement scellées, par disposition d'une structure de refroidissement pour évacuer de façon efficace la chaleur accumulée dans le moteur.

La présente invention a donc pour objet une structure de dissipation de chaleur pour machines-outils hermétiquement scellées, comprenant : un boîtier de machine-outil ayant une chambre et une paroi qui présente un évent de dissipation de chaleur communiquant avec la chambre et l'extérieur ; un stator situé dans la chambre ; et un rotor situé dans la chambre entre le stator et le boîtier ; caractérisée par le fait que le rotor et la paroi du boîtier forment entre eux un espace d'écoulement d'air tourbillonnant, le rotor et le stator formant entre eux un espace d'écoulement d'air axial, l'espace d'écoulement d'air tourbillonnant et l'espace d'écoulement d'air axial étant interposés par un passage d'écoulement d'air radial pour une communication entre eux, le rotor ayant une ouverture d'écoulement axial communiquant avec l'espace d'écoulement tourbillonnant et l'espace d'écoulement axial, le rotor ayant au moins une partie de direction d'écoulement, le rotor tournant par rapport au stator, le stator générant un écoulement d'air thermique s'écoulant radialement de l'espace d'écoulement axial à l'espace d'écoulement tourbillonnant par l'intermédiaire du passage d'écoulement d'air radial, la partie de direction d'écoulement déchargeant l'écoulement d'air thermique à travers l'évent de dissipation de chaleur vers l'extérieur et dirigeant un écoulement d'air de refroidissement externe à travers l'ouverture d'écoulement axial dans l'espace d'écoulement axial pour former un écoulement d'air de dissipation de chaleur circulant. Le rotor peut avoir une base pour former l'ouverture d'écoulement axial et une partie annulaire qui contient des éléments magnétiques pour tourner par rapport au stator. La base du rotor peut comporter une nervure de direction d'écoulement auxiliaire. La base du rotor peut être progressivement contractée d'une manière inclinée de la périphérie externe 25 au centre. La partie de direction d'écoulement peut être située axialement sur la surface périphérique externe du rotor. La partie de direction d'écoulement peut être 30 située sur la surface périphérique externe du rotor d'une manière incurvée. L'évent de dissipation de chaleur peut comporter une entrée d'air et une sortie d'air.

L'évent de dissipation de chaleur peut comporter un filtre. Le stator et le rotor peuvent être couplés coaxialement sur un arbre de rotation.

L'arbre de rotation peut comporter une extrémité distale fixée à un ensemble outil. Le boîtier de machine-outil peut comporter une bague de blocage pour sceller hermétiquement la chambre. Grâce à la structure exposée ci-dessus, l'invention peut fournir de nombreux avantages par rapport aux techniques classiques, notamment : 1. Selon l'invention, la partie de direction d'écoulement est formée sur le rotor d'une manière intégrée, sans ajout d'éléments supplémentaires et de procédés d'assemblage ou de fabrication supplémentaires. Le coût de production total est inférieur en raison du fait qu'aucune structure de refroidissement supplémentaire n'est nécessaire. 2. Du fait que la partie de direction d'écoulement est directement formée sur le rotor du moteur, ce dernier peut être maintenu à la dimension initiale et tourner pour effectuer une dissipation de chaleur sans consommer d'énergie électrique supplémentaire. Ce qui précède, ainsi que des objectifs, caractéristiques et avantages supplémentaires de l'invention apparaîtront plus clairement à partir de la description détaillée suivante, qui se poursuit avec référence aux dessins annexés. Sur ces dessins . - la Figure 1 est une vue éclatée de l'invention ;

- la Figure 2 est une vue en coupe de l'invention ; 5 - la Figure 3 est une vue en coupe de l'invention, représentant schématiquement la condition d'écoulement d'air 1 ; - la Figure 4 est une vue en coupe de l'invention, représentant schématiquement la condition d'écoulement d'air 2 ; et

10 - la Figure 5 est une vue éclatée d'un autre mode de réalisation de l'invention.

Si l'on se réfère aux Figures 1 et 2, on peut voir que la présente invention comprend un boîtier d'outil 15 40 qui comporte à l'intérieur une chambre 43 et au moins un évent de dissipation de chaleur 41 formé dans la paroi de celle-ci pour faire communiquer la chambre 43 et l'extérieur du boîtier 40. La chambre 43 contient un stator 31 pour fournir un champ magnétique tournant. Dans un mode 20 de réalisation de l'invention, le stator 31 est installé dans la chambre 43 et positionné par un siège de stator 30. La chambre 43 contient également un rotor 20 entre le stator 31 et le boîtier 40. Comme représenté sur les dessins, le rotor 20 est formé sous la forme d'un cylindre 25 et entoure le stator 31 d'une manière espacée. Le rotor 20 et la paroi du boîtier 40 forment entre eux un espace d'écoulement tourbillonnant A. Le rotor 20 et le stator 31 forment entre eux un espace d'écoulement axial B. L'espace d'écoulement tourbillonnant A et l'espace d'écoulement 30 axial B communiquent l'un avec l'autre à travers un passage d'écoulement d'air radial C. Le rotor 20 comporte en outre une ouverture d'écoulement axial 26 communiquant avec l'espace d'écoulement tourbillonnant A et l'espace d'écoulement axial B. Le rotor 20 comporte au moins une partie de direction d'écoulement 25 pour entraîner l'air environnant afin de former un écoulement tourbillonnant lorsque le rotor 20 tourne. Ceci forme la structure de base de l'invention. Dans le mode de réalisation exposé ci-dessus, le stator 31 et le rotor 20 sont couplés ensemble sur un arbre 10. L'arbre 10 a une extrémité distale fixée à un ensemble outil 11. Le mode de réalisation représenté sur les dessins illustre une simple meule pour faciliter la discussion, mais ceci ne limite pas l'invention. L'arbre 10 peut également être couplé au rotor 20 pour transmettre une rotation d'une manière non coaxiale. L'ensemble outil 11 est également non limité à la meule. D'autres ensembles outils pour déployer une énergie de rotation peuvent également être utilisés. Le rotor 20 a une base 21 et une partie annulaire 22. L'ouverture d'écoulement axial 26 est formée sur la base 21. La base 21 a en outre une nervure de direction d'écoulement auxiliaire 27 pour aider à canaliser l'écoulement d'air vers l'ouverture d'écoulement axial 26. La partie annulaire 22 comporte des éléments magnétiques 28 situés de façon fixe sur une surface périphérique interne 24 du rotor 20. Pour former un espace scellé hermétiquement pour la chambre 43 destinée à contenir à l'intérieur le rotor 20 et le stator 31, une bague de blocage 50 est disposée dans le boîtier 40 pour isoler la chambre 43 à l'extérieur afin de repousser la poussière et des matériaux extérieurs. Si l'on se réfère maintenant à la Figure 3, on peut voir que, lors de l'utilisation, le rotor 20 tourne par rapport au stator 31. Un écoulement d'air thermique généré autour du stator 31 s'écoule radialement de l'espace d'écoulement axial B à l'espace d'écoulement tourbillonnant 25 30 A par l'intermédiaire du passage d'écoulement d'air radial C. La partie de direction d'écoulement 25 génère un écoulement d'air pour décharger l'écoulement d'air thermique à travers l'évent de dissipation de chaleur 41 vers l'extérieur et dirige un écoulement d'air de refroidissement externe pour effectuer un échange de chaleur entre l'écoulement d'air de refroidissement et l'écoulement d'air thermique. Les dessins montrent également des trajets d'écoulement d'entrée et de sortie des écoulements d'air de refroidissement et thermique. L'évent de dissipation de chaleur 41 a en outre une entrée d'air 411 et une sortie d'air 412. Les positions de l'entrée d'air 411 et de la sortie d'air 412 représentées sur les dessins sont uniquement destinées à des fins d'illustration pour faciliter la discussion, et ne sont pas destinées à limiter l'invention. L'échange de chaleur entre l'écoulement d'air de refroidissement et l'écoulement d'air thermique peut avoir lieu à la fois dans l'entrée d'air 411 et la sortie d'air 412. Grâce à l'écoulement d'air de refroidissement aspiré, passant à travers l'ouverture d'écoulement axial 26 et entrant dans l'espace d'écoulement axial B, un écoulement d'air de dissipation de chaleur circulant est formé pour obtenir un effet de dissipation de chaleur. Si l'on se réfère à la Figure 4, on peut voir que la base 21 du rotor 20 peut être progressivement contractée d'une manière inclinée de la périphérie vers le centre pour améliorer l'efficacité d'écoulement de l'écoulement d'air de dissipation de chaleur circulant. Si l'on se réfère la Figure 5, on peut voir que, dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'évent de dissipation de chaleur 41 peut comporter un filtre 42 situé dans celui-ci pour empêcher la poussière ou des matériaux extérieurs d'entrer dans le moteur et d'affecter la durée de vie de la machine-outil. La partie de direction d'écoulement 25, à part le positionnement à l'extérieur de la surface périphérique externe 23 du rotor 20 dans la direction axiale comme représenté sur la Figure 1, peut également être formée d'une manière incurvée sur la surface périphérique externe 23. En résumé, la partie de direction d'écoulement 25 vise à diriger l'écoulement d'air, et peut être choisie selon des exigences, telles qu'une configuration axiale, incurvée ou d'autres configurations, pour obtenir une efficacité de direction d'écoulement d'air optimale. Grâce aux techniques discutées ci-dessus, l'air accumulé dans le moteur de la machine-outil hermétiquement scellée peut être évacué de façon aisée, et la durée de vie et la durabilité de la machine-outil peuvent être grandement améliorées. Bien que les modes de réalisation préférés de l'invention aient été exposés à des fins de divulgation, des modifications des modes de réalisation de l'invention divulguées ainsi que d'autres modes de réalisation de celle-ci peuvent apparaître à l'homme du métier. En conséquence, les revendications annexées sont destinées à couvrir tous les modes de réalisation qui ne s'écartent pas de l'esprit et du principe de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1 - Structure de dissipation de chaleur pour machines-outils hermétiquement scellées, comprenant : un boîtier de machine-outil (40) ayant une chambre (43) et une paroi qui présente un évent de dissipation de chaleur (41) communiquant avec la chambre (43) et l'extérieur ; un stator (31) situé dans la chambre (43) ; et - un rotor (20) situé dans la chambre (43) entre le stator (31) et le boîtier (40) ; caractérisée par le fait que le rotor (20) et la paroi du boîtier (40) forment entre eux un espace d'écoulement d'air tourbillonnant (A), le rotor (20) et le stator (31) formant entre eux un espace d'écoulement d'air axial (B), l'espace d'écoulement d'air tourbillonnant (A) et l'espace d'écoulement d'air axial (B) étant interposés par un passage d'écoulement d'air radial (C) pour une communication entre eux, le rotor (20) ayant une ouverture d'écoulement axial (26) communiquant avec l'espace d'écoulement tourbillonnant (A) et l'espace d'écoulement axial (B), le rotor (20) ayant au moins une partie de direction d'écoulement (25), le rotor (20) tournant par rapport au stator (31), le stator (31) générant un écoulement d'air thermique s'écoulant radialement de l'espace d'écoulement axial (B) à l'espace d'écoulement tourbillonnant (A) par l'intermédiaire du passage d'écoulement d'air radial (C), la partie de direction d'écoulement (25) déchargeant l'écoulement d'air thermique à travers l'évent de dissipation de chaleur (41) vers l'extérieur et dirigeant un écoulement d'air de refroidissement externe à travers l'ouverture d'écoulementaxial (26) dans l'espace d'écoulement axial (B) pour former un écoulement d'air de dissipation de chaleur circulant.
2 - Structure de dissipation de chaleur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le rotor (20) a une base (21) pour former l'ouverture d'écoulement axial (26) et une partie annulaire (22) qui contient des éléments magnétiques (28) pour tourner par rapport au stator.
3 - Structure de dissipation de chaleur selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la base (21) du rotor (20) comporte une nervure de direction d'écoulement auxiliaire (27).
4 - Structure de dissipation de chaleur selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la base (21) du rotor (20) est progressivement contractée d'une manière inclinée de la périphérie externe au centre.
5 - Structure de dissipation de chaleur selon l'une quelconque des revendications 2, 3 ou 4, caractérisée par le fait que la partie de direction d'écoulement (25) est située axialement sur la surface périphérique externe (23) du rotor (20).
6 - Structure de dissipation de chaleur selon l'une quelconque des revendications 2, 3 ou 4, caractérisée par le fait que la partie de direction d'écoulement (25) est située sur la surface périphérique externe (23) du rotor (20) d'une manière incurvée.
7 - Structure de dissipation de chaleur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'évent de dissipation de chaleur (41) comporte une entrée d'air (411) et une sortie d'air (412).
8 - Structure de dissipation de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 7, caractérisée par le fait que l'évent de dissipation de chaleur (41) comporte un filtre (42).
9 - Structure de dissipation de chaleur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le stator (31) et le rotor (20) sont couplés coaxialement sur un arbre de rotation (10).
10 - Structure de dissipation de chaleur selon la revendication 9, caractérisée par le fait que l'arbre de rotation (10) comporte une extrémité distale fixée à un ensemble outil (11).
11 - Structure de dissipation de chaleur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le boîtier de machine-outil (40) comporte une bague de blocage (50) pour sceller hermétiquement la chambre (43).