直线电机单元、直线电机动子和直线电机的制作方法

本申请涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种直线电机单元，还涉及安装有该直线电机单元的直线电机动子和直线电机。

背景技术：

直线电机是近期发展起来的一种新型直接驱动技术，由于直线电机具有零传动链、无接触、无反向间隙、高刚度、响应快速等突出优势，直线电机正逐步取代伺服电机与滚珠丝杠等间接伺服机构，成为高速、精密高端装备的核心功能部件。但它和其它类型的电机一样，在使用过程中不可避免的会产生各种各样的电气和机械损耗，这些损耗绝大部分都会转换为热能在电机中聚集，导致电机的温度升高。如果不解决好直线电机的散热问题，因散热不好导致电机长期工作温度过高。在其使用过程中，电机由于散热不好长期处于高温工作状态，达到甚至超过了绝缘材料的耐温极限，对绝缘材料造成了不可逆的伤害，使直线电机的故障率一直居高不下。因此，有效的散除掉电机的发热，降低电机的工作温度，采取确定有效的散热方式是电机长期稳定工作的保证。

公开号为cn100488006c的专利文件公开了一种直线电机及其冷却流道布置方式，冷却流道蛇形穿插在所述相邻线圈之间，该方案可以有效冷却所述线圈绕组，避免线圈的温升过高，导致烧坏线圈。但是该方案虽然能够有效降低绕组温升，但是占据了槽内的空间位置，导致导线匝数下降，电机功率密度下降。公开号为cn207098866u的专利文件公开了一种直线电机冷却系统及直线电机。直线电机冷却系统包括主冷却流道、硅钢片和副冷却流道；所述主冷却流道设置在所述硅钢片上，所述硅钢片底部缠绕直线电机的线圈绕组。但所述主冷却流道无法冷却线圈的内部，电机内部温升必然远超电机表面温升，线圈最大电流受到温升要求限制，导致电机推力不足，影响电机推重比。

在上述相关技术中，直线电机的冷却流道无法兼顾对绕组的良好散热和尽量少的占用槽部空间。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种直线电机单元，以及安装有该直线电机单元的直线电机动子和直线电机。

为了实现上述目的，根据本技术方案的一个方面，本技术方案提供了一种直线电机单元。

根据本申请实施例的直线电机单元，其包括：

铁芯，包括轭部和在所述轭部正面沿直线电机运动方向依次设置的多个齿部，所述齿部之间形成槽部；

冷却流道，贴覆于所述齿部用于固定绕组的表面上；

绕组，缠绕于所述齿部的冷却流道外。

进一步的，直线电机单元还包括底板和金属片，所述底板的一侧贴合连接在所述铁芯表面，另一侧成型有凸起的筋条，相邻两筋条之间形成沟槽，所述金属片覆盖在所述底板上密封所述沟槽形成所述冷却流道。

进一步的，所述轭部的侧面也贴覆有冷却流道，用于连接相邻两个齿部上的冷却流道。

进一步的，设置于所述轭部和齿部同侧的底板，与设置于每个齿部同一侧且垂直于运动方向的立面上的底板一体成型。

进一步的，设置于所述轭部和齿部同侧的金属片，与设置于每个齿部同一侧且垂直于运动方向的立面上的金属片一体成型。

进一步的，所述底板和金属片外部包塑成型有与所述铁芯连接的绝缘骨架，所述绕组缠绕于所述绝缘骨架外。

进一步的，所述绕组外包塑成型有塑封体。

进一步的，所述冷却流道由轭部侧面依次经过齿部平行于运动方向的一个侧面、垂直于运动方向的一个侧面、该齿部平行于运动方向的该侧面后回到轭部侧面，然后以相同方式在下一个齿部的表面设置。

进一步的，位于所述铁芯两侧的冷却流道相互独立设置。

进一步的，所述铁芯每一侧的所述冷却流道设置为一条或并排的多条。

进一步的，所述轭部的正面和侧面、所述齿部的表面均贴有隔热膜，所述冷却流道设置于所述隔热膜外。

进一步的，所述隔热膜为硅酸铝纤维纸。

进一步的，所述铁芯由多层电工硅钢片层叠而成，层叠方向与运动方向和齿部伸出方向均垂直。

为了实现上述目的，根据本技术方案的第二个方面，本技术方案还提供了一种直线电机动子。

该直线电机动子包括一个或多个本申请文件提供的上述直线电机单元。

为了实现上述目的，根据本技术方案的第三个方面，本技术方案还提供了一种直线电机。

该直线电机包括本申请文件提供的上述直线电机动子。

在上述技术方案提供的直线电机单元中，分布于轭部的侧面和齿部的立面上的冷却流道，在有效降低绕组线圈的温升的同时，由于其贴覆分布于铁芯的表面，可以减少槽面积耗费量，提高电机槽满率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示意性的给出了本申请中铁芯的立体结构图；

图2示意性的给出了本申请中铁芯包塑底板后的结构图；

图3为图2中a部分的局部放大图；

图4为图2中b部分的局部放大图；

图5示意性的给出了本申请中一种底板的立体结构图；

图6示意性的给出了本申请中一种金属片的立体结构图；

图7示意性的给出了本申请中铁芯包塑底板后的爆炸结构图；

图8示意性的给出了本申请中一种直线电机单元的爆炸结构图；

图9示意性的给出了本申请中一种直线电机单元包塑绝缘骨架后的立体结构图；

图10为图9中c部分的局部放大图；

图11示意性的给出了本申请中一种直线电机单元包塑塑封体后的立体结构图；

图12示意性的给出了本申请中一个齿部的冷却流道示意图；以及

图13示意性的给出了本申请中隔热膜的安装结构图。

图中：

1、铁芯；101、轭部；102、齿部；103、槽部；2、冷却流道；201、进/出液口；3、绕组；4、底板；401、轭部底板；402、齿部底板；403、槽部底板；404、筋条；5、金属片；501、轭部金属片；502、齿部金属片；503、槽部金属片；6、绝缘骨架；7、塑封体；8、隔热膜；801、侧面隔热膜；802、齿槽隔热膜。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1-13并结合实施例来详细说明本申请。

本申请实施例提供了一种直线电机单元，其包括铁芯1和绕组3。如图1所示，铁芯1包括轭部101和在轭部101正面沿直线电机运动方向依次设置的多个齿部102，齿部102之间形成槽部103。其中，齿部102用于缠绕绕组3，槽部103用于容纳绕组3，轭部101位导磁部。其中，直线电机的移动方向如图1中直线x所示。优选的，铁芯1由多层电工硅钢片层叠而成，其层叠方向与直线电机的运动方向和齿部102的伸出方向均垂直。

在具体工作过程中，由于绕组会产生大量的热量，会导致绕组线圈烧坏，需要冷却系统对绕组线圈进行降温。例如，公开号为cn100488006c的专利文件公开了一种直线电机及其冷却流道布置方式，冷却流道蛇形穿插在相邻线圈之间以及穿插于线圈内部，该方案可以有效冷却线圈绕组，避免线圈的温升过高。但是该方案的冷却流道的布局占据了槽内的空间位置，会导致导线匝数下降，导致电机功率密度下降。再如，公开号为cn207098866u的专利文件公开了一种直线电机冷却系统及直线电机，直线电机冷却系统包括主冷却流道、硅钢片和副冷却流道，主冷却流道设置在硅钢片上，硅钢片底部缠绕直线电机的线圈绕组，虽然主冷却流道没有占据槽内空间，不会影响绕组线圈的匝数，但是该结构无法冷却线圈的内部，电机内部温升必然远超电机表面温升，线圈最大电流受到温升要求限制，导致电机推力不足，影响电机推重比。

为了尽可能的降低冷却流道对于槽内空间的占用比例，且可以达到较好的绕组线圈的冷却效果，如图2所示，直线电机单元还包括冷却流道2，冷却流道2贴覆于所述齿部(102)用于固定绕组的表面上，并且绕组3缠绕于齿部102上的冷却流道外。通常，绕组的线圈绕组每个齿部102上，齿部102用于固定绕组的表面实质上为每个齿部的四个立面，即平行于直线电机运动方向的两个侧面和垂直于直线电机运动方向的两个面，冷却流道中用于流动冷却液为直线电机内部进行散热，冷却液包括但不限于水、乙醇、甘油、乙二醇以及其他复合型冷却液。优选的，冷却流道还贴覆于轭部101的侧面上，用于连接相邻两个齿部上的冷却流道。

其中，轭部101的侧面理解为轭部101平行于直线电机运动方向的两个侧面，即附图1和2中轭部101的左右两侧，同理齿部102的侧面理解为齿部102平行于直线电机运动方向的两个侧面，即附图1和2中齿部102的左右两侧。

上述实施例中的冷却流道2，贴合在绕组3和铁芯1之间，可以有效降低线圈内部的温度，防止线圈过热，并且对于槽部的占用空间小。为了进一步提高冷却效果，冷却流道在铁芯的表面上覆盖面积尽可能的大，提高导热面积，具体可以通过多排设置、回环往复等方式来实现。

本申请实施例还提供了一种具体的冷却流道的结构以及形成方式。如图2-10所示，直线电机单元还包括底板4和金属片5，底板4的一侧贴合连接在铁芯1表面，另一侧成型有凸起的筋条404，相邻两筋条之间形成沟槽，金属片5覆盖在底板4上密封沟槽形成冷却流道2。其中沟槽结构即为开口形式的冷却流道2，在附图2中的标号2实际上为沟槽结构，为了便与理解将其标注为冷却流道。底板4上通过凸起的筋条404来形成沟槽后再贴合金属片形成冷却流道的方式，可以实现冷却流道的大面积设置，相邻的两个冷却流道之间可以共用一个筋条404，提高了利用面积，而且将形成冷却流道的沟槽和筋条集成在了底板4上，可以方便冷却流道的安装布局，只需要将底盘贴合固定在铁芯的相应位置即可。优选的，底板4及其上形成的筋条404通过注塑成型的塑料结构，底板4通过包塑工艺固定在铁芯1上。

为了进一步方便冷却流道的安装布局，将多个位置的底板一体设计。如图5和图7所示，设置于轭部101和齿部102同侧的底板，与设置于每个齿部102同一侧且垂直于运动方向的立面上的底板一体成型。具体的，如图所示，一体成型的底板4包括轭部底板401、齿部底板402和槽部底板403，其中，轭部底板401用于覆盖连接在轭部101的侧面，齿部底板402用于覆盖连接在齿部102的侧面，槽部底板403用于覆盖在齿部102垂直于直线电机运动方向的立面上，且轭部底板401和齿部底板402位于铁芯1的同一侧，用于覆盖每一个齿部的槽部底板403均位于齿部的同一侧。如图7所示，位于铁芯1两侧的冷却流道2相互独立设置，即位于铁芯1的另一侧的轭部底板和齿部底板以及覆盖在齿部相对的另一侧的立面的槽部底板也一体成型设计为一块底板，由此，铁芯1表面的相应部分可以通过两个一体成型的底板进行覆盖，大大降低的安装的工作量，另外，两个一体成型的底板上的冷却流道相互独立设置。通过附图7可以看出，两个一体成型的底板的结构可以设置为完全相同，在安装时，只需要将其中一个旋转180°后从另一侧安装即可。

与上述的一体成型的底板相匹配，为了进一步方便冷却流道的安装布局，可以将多个位置的金属片一体设计。如图6和图8所示，可以将设置于轭部101和齿部102同侧的金属片，与设置于每个齿部102同一侧且垂直于运动方向的立面上的金属片一体成型。具体的，如图所示，一体成型的金属片5包括轭部金属片501、齿部金属片502和槽部金属片503，其中，轭部金属片501用于覆盖连接在轭部底板401上，齿部金属片502用于覆盖连接在齿部底板402上，槽部金属片503用于覆盖在槽部底板403上，且轭部金属片501和齿部金属片502位于铁芯1的同一侧，用于覆盖每一个齿部的槽部金属片503均位于齿部的同一侧。与前述的底板结构相匹配的，如图8所示，位于铁芯1两侧的金属片5相互独立设置，即位于铁芯1的另一侧的轭部金属片和齿部金属片以及覆盖在齿部相对的另一侧的立面的槽部金属片也一体成型设计为一块金属片，由此，位于铁芯另一侧一体成型的底板的相应部分可以通过该金属片进行覆盖。通过附图8可以看出，两个一体成型的金属片的结构可以设置为完全相同，在安装时，只需要将其中一个旋转180°后从另一侧安装即可。

如图9和10所示，底板4和金属片5外部包塑成型有与铁芯1连接的绝缘骨架6，绕组3缠绕于绝缘骨架6外。具体实现方式可以为，在底板4上粘贴金属片5之后，将包塑有底板4的直线电机单元放置在模腔内完成第二次包塑，形成绝缘骨架6。二次包塑可以将金属片5固定在于底板4上，与筋条404和沟槽贴合密封，形成密封的冷却流道2。

如图11所示，在第二次包塑完成后，在包塑有绝缘骨架6的铁芯1的齿部102上卷绕导线，形成绕组3，将带有绕组线圈的铁芯放置在模腔内，进行第三次包塑，包塑塑封成型有塑封体7，其可以作为直线电机的表面外壳。

在本申请中，底板4上设置的冷却流道2的在铁芯1表面的布局方式可以实际需要来进行确定。附图12示意性的给出了一种可行的在单个齿部部分的冷却流道布置图。其中，附图12中相当于将轭部底板401、齿部底板402和槽部底板403上的冷却流道放在一个平面内进行展示，图中的箭头方向表示冷却通道内冷却液的流动方向。

如图12所示，冷却流道2由轭部101侧面依次经过齿部102平行于运动方向的一个侧面、垂直于运动方向的一个侧面，然后再回到该齿部平行于运动方向的侧面后回到轭部101侧面，然后以相同方式在下一个齿部的表面设置。具体的，通过附图12结合其他附图可以看出，冷却剂在铁芯1的轭部101侧面沿着直线电机运动方向的直线流入，经过铁芯1的齿部102时，往齿部102方向弯折，并从铁芯1齿部102的侧面分配至铁芯1齿部102垂直于直线电机运动方向的一个立面内，在该立面内回转一圈后，回到齿部102的侧面，并沿齿部102伸出方向的反方向回流，直到轭部101后，沿直线电机运动方向所在直线折弯，流向下一个齿部，然后在下一个齿部重复上面的布局方式。具体在本申请的实施例提供的一体成型的底板和一体成型的金属片所构成的冷却流道中，单个冷却流道的布局(即冷却液的流动方向)依次经过轭部底板401、第一个齿部底板402、第一个槽部底板403、第一个齿部底板402、轭部底板401、第二个齿部底板402、第二个槽部底板403、第二个齿部底板403、轭部底板401、第三个齿部底板401，……，如此循环设置。上述的冷却流道布局方式不仅可以覆盖较大的面积，而且可以配一体成型的底板结构，便于加工设置，使用更加灵活。

在上述的实施例中，冷却流道的数量不做具体限制，可以设置为一个，也可以并排设置有多个，数量仅与冷却流道尺寸和轭部、齿部尺寸相关联。如图2-4、12所示，冷却流道并排设置有三个。

在一些实施例中，如图2-4所示，冷却流道的进/出液口201设置在铁芯轭部侧面的开始和末端处，方便与外部管路连通。

在工作过程中，绕组3的线圈所产生的热量，有一部分会传导至铁芯，进而由铁芯传导至电机的表面，致使电机表面温度上升，影响直线电机的机床等运动部件的精度。

为了有效解决上面的技术问题，在一些实施例中，如图7和13所示，轭部101的正面和侧面、齿部102的表面均贴有隔热膜8。优选的，如图13所示，铁芯一侧的轭部侧面和齿部侧面的隔热膜一体设置，形成侧面电热膜201；覆盖在轭部正面、齿部的齿尖部分的端面、齿部垂直于直线电机运动方向的两个立面的隔热膜一体设置，形成齿槽电热膜802。

如图3、4、7和10所示，冷却流道2设置于隔热膜8外。上述的布置方式有效的隔断了绕组3的线圈向铁芯1传递热量。其中隔热膜8包括但不限于硅酸铝纤维纸。

在一些实施例中，如图9所示，轭部101的背面还设置有安装凹槽104，并且安装凹槽104内开设有钻孔105，用于将直线电机单元安装紧固。

需要说明的是，本申请直线电机单元的其他构成以及操作对于本领域的普通技术人员来说是可知的，均可以参照现有技术中的相关结构，在此不再详细描述。

此外，本申请还公开了一种直线电机动子，包括上述实施例所提供的直线电机单元。直线电机动子可以仅包括一个本申请实施例提供的上述直线电机单元，也可以包括多个依次拼装的上述直线电机电源。由于该直线电机单元为上述实施例中公开的直线电机单元，因此具有该直线电机单元的直线电机动子也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。根据上述实施例的直线电机动子还可以包括其他必要组件或结构，并且对应的布置位置和连接关系均可参考现有技术中的直线电机动子结构，各未述及结构的连接关系、操作及工作原理对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

此外，本申请还公开了一种直线电机，包括直线电机动子，由于该动子为上述实施例中公开的直线电机动子，因此具有该直线电机动子的直线电机也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

根据上述实施例的直线电机的其他构成以及操作对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。