一种基于均温板的直线电机散热结构

1.本发明涉及电机散热技术领域，具体涉及一种基于均温板的直线电机散热结构。


背景技术：

2.随着现代制造工业的快速发展，高速精密加工设备的需求越来越多。与传统的传动方式相比，直线电机直驱进给系统具有进给速度快、加速度大、定位精度高等显著优势，它不需要任何中间机械传动机构，消除了机械传动机构的损耗与限制，实现了电机到工作台的“零传动”，可以大大提升整个系统效率。目前广泛应用于高档数控机床、极大规模集成电路制造装备等领域。
3.但直线电机在精细工作中发热会导致永磁体退磁、电机效率降低、寿命下降、绝缘失效等问题，这在一定程度上制约了电机系统优良性能的发挥。特别是电机正向着大推力、高加速度等方向发展，通常需要施加较大的电流密度，就会产生较大的损耗，极其容易导致电机的线圈绕组温度骤升引而引发电机热失控问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的直线电机的散热效率，本发明提供一种基于均温板的直线电机散热结构，能够提高直线电机的散热效率，平均热量分布，提高直线电机的运行效率。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种基于均温板的直线电机散热结构，包括相互配合的定子和动子，所述动子滑动设置于所述定子上，还包括：电机硅钢片，所述电机硅钢片的底部连接有铁芯，所述铁芯上缠绕有线圈绕组，所述电机硅钢片的上部设置有凹槽，所述凹槽中嵌入有均温板，所述均温板的蒸发端设有导热界面材料，且所述均温板的冷凝端设有导热垫片，所述电机硅钢片的顶面设有散热鳍片，其中，所述均温板的一端与所述铁芯接触传热，另一端与所述散热鳍片接触传热。
7.如上所述的基于均温板的直线电机散热结构，进一步的，所述定子包括磁钢和导轨，所述磁钢沿所述导轨的长度方向铺设。
8.如上所述的基于均温板的直线电机散热结构，进一步的，所述均温板分别与所述电机硅钢片和所述散热鳍片之间为面接触。
9.如上所述的基于均温板的直线电机散热结构，进一步的，所述电机硅钢片的侧面和所述散热鳍片均具有鳍片式形状散热外壳。
10.如上所述的基于均温板的直线电机散热结构，进一步的，所述导热垫片为导热碳纤维垫片；所述散热鳍片为铝合金散热件。
11.如上所述的基于均温板的直线电机散热结构，进一步的，所述均温板的形状为平板式。
12.如上所述的基于均温板的直线电机散热结构，进一步的，所述均温板为铜基均温板。
13.如上所述的基于均温板的直线电机散热结构，进一步的，所述均温板安装在所述线圈绕组的正上方。
14.如上所述的基于均温板的直线电机散热结构，进一步的，所述导热界面材料为导热硅脂。
15.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明提出一种基于均温板的直线电机散热结构，结合对电机的几何参数、电磁性能及运行工况的研究，设计了一种与直线电机相匹配的相变均温板，将相变均温板嵌入电机磁钢片中，相变均温板一端与铁芯核心高温区域相接触，另一端与作为冷源的散热鳍片相接触，其中均温板的上下方均设有导热界面材料，来减少器件面接触过程中的热阻，强化热量的有效传递。基于相变均温板高导热率的特性，利用均温板内部形成的气液相变循环，将绕组组件在工作时产生的欧姆热从绕组组件均匀传递至散热鳍片中带走。其中，考虑到电机工作时，经常做高速往返运动，而散热鳍片的设计能大大地提高散热结构对于风量的有效利用，提高电机的散热效率。且散热鳍片通过螺丝锁固在动子上，降低了生产和装配难度。
16.综上所述，该散热结构能使电机即使长期运行也不容易产生热量堆积，实现电机轻量化和微型化的要求。此外，本散热结构简单，易于生产加工，具有节能、成本低等优势。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
18.图1为本发明实施方式中的散热结构的三维示意图；
19.图2为本发明实施方式中的均温板装配于动子上的三维视图；
20.图3为本发明实施方式中的均温板装配于动子上的爆炸视图；
21.图4为本发明实施方式中的均温板装配于动子上的侧视图；
22.图5为本发明实施方式中的均温板的三维视图。
23.附图表示：1、散热鳍片；2、均温板；3、电机硅钢片；4、环氧树脂；5、导热垫片；6、动子；7、定子；8、线圈绕组；9、铁芯；10、固定螺丝；11、蒸发端；12、冷凝端；13、导轨；14、磁钢；15、凹槽。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.实施例：
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或
描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的属于是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
31.参见图1至图5，本发明实施方式公开了一种基于均温板的直线电机散热结构，包括相互配合的定子7和动子6，动子6包括散热鳍片1、均温板2(或称相变均温板2)、硅钢片3、环氧树脂4、导热垫片5、线圈绕组8、铁芯9和固定螺丝10，电机硅钢片3上设置有方形凹槽15，凹槽15中嵌入均温板2；环氧树脂4及导热垫片5分别置于均温板2的蒸发端11及冷凝端12。其中散热鳍片1通过固定螺丝10锁固于硅钢片3上。本实施方式中的相变均温板一端与铁芯核心高温区域相接触，另一端与作为冷源的散热鳍片相接触，基于相变均温板高导率的特性，利用均温板内部形成的气液相变循环，将绕组组件在工作时产生的欧姆热从绕组组件均匀传递至散热鳍片中带走。
32.在某些实施方式中，定子包括磁钢14和导轨13，磁钢14沿长度方向铺设于导轨13上，动子6沿定子7做直线运动。
33.在某些实施方式中，相变均温板2分别与硅钢片3和散热鳍片1之间为面接触，以使热量传递的路径面积更大，充分保证了电机散热效果。
34.在某些实施方式中，电机硅钢片3及散热鳍片1均设计有鳍片式形状散热外壳，一方面能增加电机与冷却空气的接触面积，另一方面通过鳍片形状的外壳设计，能提高对流换热系数，从而强化了电机与外界的换热能力。
35.在某些实施方式中，蒸发端11与硅钢片3之间、冷凝端12与散热鳍片1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界面材料，可以减少器件间的接触热阻，
进一步提高传热的效率。优选地，导热层的材料可为导热垫片或导热硅脂。本实施案例中，蒸发端11的热界面材料选用环氧树脂4，因此区域接触面积大，所需填充的材料较多，范围较广，而环氧树脂具有高导热率和优良绝缘性的特点；冷凝端12的导热界面材料为导热碳纤维垫片，此区域需填充材料较少，厚度以薄为佳。
36.在某些实施方式中，散热鳍片为铝合金散热件。优选地，散热鳍片1的材料可选铜、铜合金、铝、铝合金等。本实施案例中，选择的是铝合金散热件。铝合金具有质量轻、价格便宜、导热性能较好、加工方便的优点，适用于电机的应用场景。
37.在某些实施方式中，均温板2的形状为平板式，此形状能最大限度地接触热源，能够更加充分地利用好均温板的高导热性能。另，均温板的厚度薄、重量轻，能减少对电机结构的改动，并能使电机强化了散热性能的同时也达到轻量化的设计目标。
38.在某些实施方式中，均温板2为铜基均温板，铜材均温板具有工艺成熟、导热性能好，厚度薄的优点，适用于作为强化传热的部件。
39.在某些实施方式中，均温板2的安装位置为线圈绕组8的正上方，当直线电机工作时，线圈绕组8发热升温，热量通过铁芯9传递至硅钢片3中，而中间的热量积聚是最严重区域，均温板的安装位置设计，能最大限度地保证热量高效率进行二次传输，从而提升电机与外界的换热能力，降低线圈绕组8的温升。
40.本发明通过对电机的几何参数、电磁性能及运行工况的研究，设计了一种与直线电机相匹配的相变均温板2，将相变均温板2嵌入电机硅钢片3中，相变均温板2一端与铁芯9核心高温区域相接触，另一端与作为冷源的散热鳍片1相接触，其中均温板的上下方均设有导热界面材料，来减少器件面接触过程中的热阻，强化热量的有效传递。基于相变均温板2高导热率的特性，利用均温板2内部形成的气液相变循环，将线圈绕组8在工作时产生的欧姆热从绕组组件均匀传递至散热鳍片1中带走。其中，考虑到电机工作时，经常做高速往返运动，而散热鳍片1的设计能大大地提高散热结构对于风量的有效利用，提高电机的散热效率。且散热鳍片1通过固定螺丝10锁固在动子6上，降低了生产和装配难度。
41.综上，该散热结构能使电机即使长期运行也不容易产生热量堆积，实现电机轻量化和微型化的要求。此外，本散热结构简单，易于生产加工，具有节能、成本低等优势。
42.本发明未尽事宜为公知技术。
43.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
44.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于均温板的直线电机散热结构，包括相互配合的定子和动子，所述动子滑动设置于所述定子上，其特征在于，还包括：电机硅钢片，所述电机硅钢片的底部连接有铁芯，所述铁芯上缠绕有线圈绕组，所述电机硅钢片的上部设置有凹槽，所述凹槽中嵌入有均温板，所述均温板的蒸发端设有导热界面材料，且所述均温板的冷凝端设有导热垫片，所述电机硅钢片的顶面设有散热鳍片，其中，所述均温板的一端与所述铁芯接触传热，另一端与所述散热鳍片接触传热。2.根据权利要求1所述的基于均温板的直线电机散热结构，其特征在于，所述定子包括磁钢和导轨，所述磁钢沿所述导轨的长度方向铺设。3.根据权利要求1所述的基于均温板的直线电机散热结构，其特征在于，所述均温板分别与所述电机硅钢片和所述散热鳍片之间为面接触。4.根据权利要求1所述的基于均温板的直线电机散热结构，其特征在于，所述电机硅钢片的侧面和所述散热鳍片均具有鳍片式形状散热外壳。5.根据权利要求1所述的基于均温板的直线电机散热结构，其特征在于，所述导热垫片为导热碳纤维垫片；所述散热鳍片为铝合金散热件。6.根据权利要求1所述的基于均温板的直线电机散热结构，其特征在于，所述均温板的形状为平板式。7.根据权利要求1所述的基于均温板的直线电机散热结构，其特征在于，所述均温板为铜基均温板。8.根据权利要求1所述的基于均温板的直线电机散热结构，其特征在于，所述均温板安装在所述线圈绕组的正上方。9.根据权利要求1所述的基于均温板的直线电机散热结构，其特征在于，所述导热界面材料为导热硅脂。

技术总结
本发明公开了一种基于均温板的直线电机散热结构，涉及电机散热技术领域，包括相互配合的定子和动子，所述动子滑动设置于所述定子上，还包括：电机硅钢片，所述电机硅钢片的底部连接有铁芯，所述铁芯上缠绕有线圈绕组，所述电机硅钢片的上部设置有凹槽，所述凹槽中嵌入有均温板，所述均温板的蒸发端设有导热界面材料，且所述均温板的冷凝端设有导热垫片，所述电机硅钢片的顶面设有散热鳍片，其中，所述均温板的一端与所述铁芯接触传热，另一端与所述散热鳍片接触传热。本发明能够提高直线电机的散热效率，平均热量分布，提高直线电机的运行效率。效率。效率。


技术研发人员：杨光 陈炜华 王长宏 李茂生 纪贤强
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/20