一種永磁直線電機次級的製作方法

2024-03-08 05:27:15

本發明涉及直線電機領域，尤其涉及一種永磁直線電機次級。

背景技術：

目前，直線電機具有高響應性和長期穩定性的特點而在加工中心、成型放電加工機和龍門系統等工業機械中得到越來越廣泛的應用。直線電機可以看成旋轉電機沿徑向剖開並展開成直線，旋轉電機的定子成為直線電機的動子(亦稱為初級)，旋轉電機的轉子成為直線電機的定子(亦稱為次級)，次級包括安裝板和安裝在安裝板的永磁體，安裝板安裝在機臺上。

直線電機運行時存在熱損失，產生的熱量一部分留在初級一部分留在次級。由於初級本身體積較大，容易集成冷卻通道進行冷卻，因而初級的散熱得到了較好的保證。但是，現有的直線電機存在以下缺陷：安裝板則難以集成水道進行冷卻，主要原因有如下三點：1.從力學角度而言，安裝板所受永磁體的應力較大，要求安裝板穩固牢靠，而去除安裝板材料的加工會造成安裝板強度降低；2.從電磁角度來說，永磁體正下方的安裝板起到導磁作用，去除安裝板材料的加工會導致該處磁導率下降，使得磁場強度下降，最終影響電機性能。3.從熱損耗角度來看，電機運行時，熱損耗存遍布安裝板各處，普通的冷卻手段只能冷卻到局部，仍然存在安裝板熱量被機臺吸收的情況，依舊會引發機臺熱變形。以上三點，導致永磁直線電機次級的冷卻困難，而熱量不被帶走，則溫度將繼續上升次級溫度過高會導致永磁體退磁，一旦出現永磁體退磁將使電機推力大幅下降，存在機臺制動失效的安全隱患。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種永磁體直線電機次級，其能實現安裝板的降溫，以降低外部機臺制動失效的安全隱患。

本發明的目的採用如下技術方案實現：

一種永磁直線電機次級，包括至少一個次級單元，所述次級單元包括永磁體和安裝板，所述永磁體安裝在所述安裝板上；所述安裝板底部內凹以用於與外部機臺表面之間形成氣隙；所述安裝板的兩側均開設有貫穿所述安裝板相對兩端的冷卻通道。

進一步地，所述次級單元數量為兩個或兩個以上；兩個或兩個以上的所述次級單元沿直線依次排列，任意兩相鄰的冷卻通道通過連接組件連通。

進一步地，所述連接組件包括兩連接接頭和連接管，所述連接組件的兩連接頭分別以可拆卸地方式安裝在兩相鄰冷卻通道的兩相鄰開口處；各所述連接接頭均與所述冷卻通道連通；所述連接組件的所述連接管的兩端分別對應密封插裝於該連接組件的兩所述連接接頭上，且所述連接組件的所述連接管連通該連接組件的兩所述連接接頭。

進一步地，所述冷卻通道的兩開口處均開設有內螺紋，所述連接接頭開設有與所述內螺紋螺接配合的外螺紋。

進一步地，所述連接管插裝於所述連接接頭的部位與所述連接接頭之間設置有密封圈。

進一步地，所述連接管的兩端均凸出有限位凸臺，所述限位凸臺形成有限位面，所述限位面與對應的所述連接接頭靠近所述連接管的端面相抵碰。

進一步地，所述永磁體通過黏膠固定在所述安裝板上。

進一步地，所述安裝板上開設有存膠槽，所述黏膠填充在所述存膠槽內。

進一步地，所述永磁直線電機次級還包括裹覆所述永磁體外表面的灌封膠層。

進一步地，所述安裝板上開設有卡槽，所述永磁體卡裝在所述卡槽內。

進一步地，所述卡槽呈燕尾狀。

相比現有技術，本發明的有益效果在於：

本發明通過在安裝板與外部機臺之間形成氣隙，並在安裝板的兩側開設冷卻通道，往冷卻通道內通入流動的冷卻劑，氣隙造成熱量在安裝板中傳遞時難以穿過底部氣隙排出，而運動至安裝板兩側的位置，並被兩側的冷卻通道帶走而排出安裝板外，實現了安裝板的降溫，防止永磁體退磁，避免了外部電機推力的大幅下降，降低機臺制動失效的安全隱患；再者，減少安裝板傳遞至外部機臺的熱量，確保機臺的加工精度。

附圖說明

圖1為本發明永磁體直線電機次級的結構示意圖(去除灌封膠層)；

圖2為本發明永磁體直線電機次級的透視圖；

圖3為本發明安裝板的側視圖；

圖4為本發明安裝板的剖視圖；

圖5為本發明安裝板的俯視圖；

圖6為本發明永磁體直線電機次級的整體結構圖；

圖7為本發明連接組件的剖視圖；

圖8為本發明連接組件的爆炸圖。

圖中：10、次級單元；11、永磁體；12、安裝板；121、冷卻通道；122、存膠槽；123、卡槽；20、氣隙；30、連接組件；31、連接接頭；311、外螺紋；32、連接管；321、限位凸臺；3211、限位面；33、密封圈；40、灌封膠層；50、外部機臺。

具體實施方式

下面，結合附圖以及具體實施方式，對本發明做進一步描述，需要說明的是，在不相衝突的前提下，以下描述的各實施例之間或各技術特徵之間可以任意組合形成新的實施例。

如圖1-3所示的一種永磁直線電機次級，包括至少一個次級單元10，次級單元10包括永磁體11和安裝板12，永磁體11安裝在安裝板12上；安裝板12底部內凹以用於與外部機臺50表面之間形成氣隙20；安裝板12的兩側均開設有貫穿安裝板12相對兩端的冷卻通道121。

使用時，往冷卻通道121內通入流動的冷卻劑，當本永磁直線電機次級產生熱量時，熱量傳遞至安裝板12，由於空氣是不良導熱體，其導熱率降低且安裝板12底部與外部機臺50之間形成氣隙20，造成熱量在安裝板12中傳遞時難以穿過底部氣隙20排出，大部分熱量隨安裝板12的幾何形狀運動，並運動至安裝板12兩側的位置，而被冷卻通道121內的冷卻劑帶走，實現安裝板12的降溫。

通過將冷卻通道121開設在安裝板12的兩側，對安裝板12的厚度影響較小，且對磁路基本無影響，保障本永磁直線電機次級的正常使用，同時，通過底部與外部機臺50之間形成氣隙20，實現大部分熱量集中移動至安裝板12的兩側，而使得開設在兩側的冷卻通道121可帶走安裝板12的熱量，進而對安裝板12進行降溫，防止永磁體11退磁，避免了外部電機推力的大幅下降，降低外部機臺50制動失效的安全隱患；再者，減少安裝板12傳遞至外部機臺50的熱量，確保外部機臺50的加工精度。

上述實施例中可採用以下兩種方式通入冷卻劑，方式一：將位於同一側的冷卻通道121的其中一開口(如圖所示的a1)作為進水口，另一開口(如圖1的a2)作為回水口，進而通入冷卻劑，該方式一的冷卻壓降較小，適用於次級單元10較多的本永磁直線電機次級；方式二：將其中一冷卻通道121的其中一開口(如圖所示的a1)作為進水口)，其中一冷卻通道121的另一開口(如圖1的a2)與另一冷卻通道121的其中一開口(如圖1所示的b1)直接通過連接管32連接，並將另一冷卻通道121的另一開口(如圖1所示的b2)作為回水口的方式，進而通入冷卻劑；該方式二的冷卻壓降較大，但進出水口集中於一側，合適小型機臺和次級單元10較少的本永磁直線電機次級使用。

再者，次級單元10數量為兩個或兩個以上；兩個或兩個以上的次級單元10沿直線依次排列，任意兩相鄰的冷卻通道121通過連接組件30連通，通過增加次級單元10數量，提升外部永磁直線電機行程。

同時，上述實施例中的永磁體11可採用多段式設計，即永磁體11包括多段永磁體單元，每一永磁體單元的長度可設計比較短，即將同一磁極分成多段式，利用磁極分段降低損耗的方法，可有效減小電機運行時永磁體11內部渦流，進一步從源頭抑制永磁體11發熱。同時由於永磁體11體積減小，其製造的難度也會隨之減小，進一步壓縮了成本。

如圖7-8所示，優選的，連接組件30包括兩連接接頭31和連接管32，連接組件30的兩連接頭分別以可拆卸地方式安裝在兩相鄰冷卻通道121的兩相鄰開口處；各連接接頭31均與冷卻通道121連通；連接組件30的連接管32的兩端分別對應密封插裝於該連接組件30的兩連接接頭31上，且連接組件30的連接管32連通該連接組件30的兩連接接頭31，即同一連接組件30的連接管32和兩連接接頭31中，連接管32連通兩連接接頭31；採用兩連接接頭31和連接管32配合的方式，且連接接頭31以可拆卸的方式安裝，可任意選擇次級單元10的數量，通過不斷拼接來提升外部永磁直線電機行程；再者，該連接方式簡單。

冷卻通道121的兩開口處均開設有內螺紋，冷卻通道121的兩端均開設有內螺紋，可實現次級單元10數量的隨意增加，且連接接頭31開設有與內螺紋螺接配合的外螺紋311，通過螺紋螺接的方式，簡單易實現。

為了防止通入冷卻劑時，冷卻劑外溢，連接管32插裝於連接接頭31的部位與連接接頭31之間設置有密封圈33，即密封圈33分別與連接管32插裝於連接接頭31部位的外壁和連接接頭31的內壁相貼合，實現兩者之間的密封連接，密封性能可靠。再者，與接頭連接的連接管32採用無螺紋設計，安裝連接管32時不需要扳手擰緊，僅需徒手接插即可。

連接管32的兩端均凸出有限位凸臺321，限位凸臺321形成有限位面3211，限位面3211與對應的連接接頭31靠近連接管32的端面相抵碰，通過限位面3211實現連接管32的限位；再者，即使徒手插接時未將接頭插入到位，在將兩安裝板12安裝到相互抵碰的位置時，連接管32也隨之到位，大幅度提高安裝效率。

優選地，永磁體11通過黏膠固定在安裝板12上。

上述實施例中，由於使用了冷媒強制冷卻，可能會出現過冷現象。即冷媒溫度過低，液化空氣中的水汽，造成永磁體11驟冷出現凝水，影響黏膠穩定性。為降低過冷現象對黏膠的影響，如圖6所示，進一步地，永磁直線電機次級還包括裹覆永磁體11外表面的灌封膠層40。當過冷現象出現時，空氣中的水汽被冷凝出來，但由於永磁體11被灌封膠層40包裹，凝水無法接觸永磁體11，因而對黏膠不產生影響。此外，灌封膠層40起到將永磁體11與外界隔離的作用，在外部機臺50碎屑和切削液四濺的工況下，灌封膠層40可以有效延長永磁體11壽命。

或者，為了降低黏膠失效對本永磁直線電機次級正常運作的影響，如圖4所示，進一步地，安裝板12上開設有卡槽123，永磁體11卡裝在卡槽123內，採用卡槽123安裝，利用卡槽123的槽壁抵消永磁體11所受到的磁吸力。此時即使出現了黏膠失效，永磁體11會被卡在卡槽123中，而不會被吸走。其次，在本永磁直線電機次級的製作過程中，使用黏膠粘結永磁體11時，需要輔以其他定位工裝，以便確保永磁體11黏接位置正確。本設計的卡槽123可以在永磁體11安裝時提供安裝軌道，無需額外工裝，可提高本永磁直線電機次級的生產效率。更進一步地，卡槽123呈燕尾狀，燕尾狀的卡槽123通過斜壁來實現卡住作用。

安裝板12上開設有存膠槽122，黏膠填充在存膠槽122內。可防止在黏膠未凝固前的四處流動。

如圖5所示，在合理的初級設計和參數優化的基礎上，將永磁體11在電機運行方向(如圖5所示的x線方向)上偏轉一個角度(如圖5所示的夾角y)，利用傾斜的磁極可起到弱化磁場的突變情況，進一步降低直線電機的推力波動率。防治噪聲和振刀紋。

而為了進一步防止安裝板12熱量從底部散出，可在氣隙20出填充隔熱材料。

上述實施方式僅為本發明的優選實施方式，不能以此來限定本發明保護的範圍，本領域的技術人員在本發明的基礎上所做的任何非實質性的變化及替換均屬於本發明所要求保護的範圍。