具有导流装置的直线电机

摘要

本发明提出一种具有导流装置的直线电机，包括绕组组件。绕组组件包括上面板、下面板和绕组。上面板包括上面板进水管接头和上面板出水管接头，上面板进水管接头和上面板出水管接头形成冷却水的水路。下面板包括下面板进水管接头和下面板出水管接头，下面板进水管接头和下面板出水管接头形成冷却水的水路。绕组放置在上面板和下面板之间。其中，上面板或下面板包括多个导流装置，用以反射和分流冷却水。本发明提出的直线电机，使绕组与水路充分交换热量，达到整个电机定子表面区域温升均衡的目的。

权利要求

1.一种具有导流装置的直线电机，包括绕组组件和磁铁组件，所述绕组组件驱动所述磁铁组件运动，其特征是，其中所述绕组组件，包括：上面板，包括上面板进水管接头和上面板出水管接头，所述上面板进水管接头和所述上面板出水管接头形成冷却水的水路，所述上面板进水管接头和所述上面板出水管接头分别设置在所述上面板的对角线处；

下面板，包括下面板进水管接头和下面板出水管接头，所述下面板进水管接头和所述下面板出水管接头形成冷却水的水路，所述下面板进水管接头和所述下面板出水管接头分别设置在所述下面板的对角线处；以及绕组，放置在所述上面板和所述下面板之间，

其中，所述上面板或所述下面板包括多个导流装置，用以反射和分流所述冷却水，所述导流装置为凸柱，且所述导流装置从所述对角线往两侧逐渐稀疏，可以增大所述对角线之间的压阻，均衡到所述对角线两侧的水路。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征是，所述导流装置不接触所述绕组上。

说明书

具有导流装置的直线电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电力驱动装置，且特别涉及一种具有导流装置的直线电机。

背景技术

[0002] 在光刻机系统中，工件台或掩模台的长行程运动由直线电机来承担。由于承担粗动的直线电机出力往往较大，产生较大的热功耗，许多直线电机都采用水冷媒冷却的方式，电机产生的热量绝大部分由水冷媒带走，达到降低电机绕组表面温升的目的。

[0003] 直线电机的行程较大，特别是动磁铁型的直线电机，动磁铁型直线电机因其不需要给可运动的动子供电，可以减小线缆带来的扰动，在光刻机系统中可体现出其优越性。

[0004] 动磁铁型的直线电机的绕组组件长度可能达到数百甚至一千毫米左右。现有的此类直线电机，采用绕组浸没冷却水的冷却方式，整体上冷却水带走了大部分热量，使直线电机绕组大部分区域的温升能控制在光刻机的指标要求内。然而部分区域由于水路结构设计没有细化，会导致冷却水在部分区域行程涡流，使这部分区域的冷却水没加入循环而迅速升高，从而使在所在区域的电机绕组温度升高。

[0005] 图1所示为已知的直线电机的结构示意图，请参看图1。

[0006] 直线电机包括绕组组件101和磁铁组件102，绕组组件101驱动磁铁组件102产生直线运动。

[0007] 绕组组件101包含上面板103、下面板104、绕组201、绕组固定架202、绕组线缆转接头108构成。绕组线缆转接头108连接电源及控制讯号。绕组201设置在上面板103和下面板104之间，通电后产生安培力。上面板103连接于上面板进水管106a与上面板出水管107a，下面板104连接于下面板进水管106b与下面板出水管107b。上面板103和下面板104分别形成各自的水路，用以为绕组201散热。

[0008] 磁铁组件102作为承担负载运动的部分，包括磁铁阵列105，绕组201产生的安培力的反作用力驱动磁铁阵列105进行直线往返运动，实现负载的运行功能。

[0009] 图2所示为图1所示的直线电机的内部结构水路结构和流向图。请参看图2。

[0010] 绕组组件101的上面板103包括上面板进水管接头204a与上面板面出水管接头205a，分别连接于上面板进水管106a与上面板出水管107a。下面板104包括下面板面出水管接头204b和下面板面出水管接头205b，分别连接于下面板进水管106b与下面板出水管
107b。上面板103的水路形成于上面板进水管接头204a与上面板面出水管接头205a之间。
下面板104的水路形成于下面板面出水管接头204b和下面板面出水管接头205b之间。

[0011] 绕组组件101还包括绕组固定架202，绕组201借助胶水或者螺栓内嵌于不导磁、高硬度的绕组固定架202槽中，保证上面板103、下面板104分别与绕组201上下面之间具有一个间隙作为冷却水的水路。

[0012] 上面板103、下面板104的水路由于各点压阻对称，上面板103、下面板104的冷却水不会互通。

[0013] 如图2所示，绕组组件101按照安装方向205的指示进行封装，构成一个除了进出水接口之外完全封闭的腔体。绕组201产生的热量由上面板进水管106a与上面板出水管107a、下面板进水管106b与下面板出水管107b构成的水路带走，以保证腔体内部的绕组
201温度维持一个较低的水平，以使直线电机高效率运行，同时直线保证电机上面板103和下面板104温升控制在光刻机系统范围内。

[0014] 由流体学得知，上面板103进水管接头204a与上面板面出水管接头205a之间的对角线是冷却水压阻最小的通路，所以通入的冷却水在封闭腔体内形成三股流量，即冷却水主流401，进水端涡流402，出水端涡流403；同理，下面板104的下面板进水管接头204b与下面板面出水管接头205b之间的对角线也是冷却水压阻最小的通路，通入的冷却水在封闭腔体内也形成三股流量。

[0015] 由于形成涡流的部分水参与冷却水的循环速度慢，甚至部分涡流水一直没进入冷却水循环，导致涡流水所在的区域温度升高，从而使在所在区域的电机绕组表面温度升高。

[0016] 图3为图2所示的直线电机绕组组件的表面等温线图。

[0017] 以上面板103为例，沿着绕组组件101的行程，其表面等温线可看到，涡流所在区域由于冷却水交换较慢，温度可能超出系统的指标约束范围。

[0018] 由于部分电机绕组温度升高，使绕组电阻变大，所串联或并联的支路电压和电流与其它支路不均衡，加大了控制难度。由于部分电机绕组温度升高，使这部分线圈所在的电机定子表面温度升高，加大电机定子的热应力作用，严重时可能使动子卡在定子上，造成重大事故。伴随着电机定子表面温度的升高，常出现一个问题：温升大大超出约束边界，给光刻机系统的检测系统带来了恶劣的影响。

发明内容

[0019] 本发明提出一种具有导流装置的直线电机，能够解决上述问题。

[0020] 为了达到上述目的，本发明提出一种具有导流装置的直线电机，包括绕组组件和磁铁组件，绕组组件驱动磁铁组件产生直线运动。绕组组件包括上面板、下面板和绕组。上面板包括上面板进水管接头和上面板出水管接头，上面板进水管接头和上面板出水管接头形成冷却水的水路。下面板包括下面板进水管接头和下面板出水管接头，下面板进水管接头和下面板出水管接头形成冷却水的水路。绕组放置在上面板和下面板之间。其中，上面板或下面板包括多个导流装置，用以反射和分流冷却水。

[0021] 进一步说，导流装置不接触绕组。

[0022] 进一步说，上面板进水管接头和上面板出水管接头设置在上面板的对角线上。

[0023] 进一步说，下面板进水管接头和下面板出水管接头设置在下面板的对角线下。

[0024] 进一步说，导流装置为沿X向设置的导槽板。

[0025] 进一步说，导流装置为凸柱。

[0026] 进一步说，导流装置为沿Y向设置的导槽板。

[0027] 本发明提出的直线电机，具有水路冷却系统，利用导流装置，均衡冷却水的流量分部，对水路进行反射扰动分流，形成多条水路，使直流电机的绕组与水路充分交换热量，达到整个电机定子表面区域温升均衡的目的。

附图说明

[0028] 图1所示为已知的直线电机的结构示意图；

[0029] 图2所示为图1所示的直线电机的内部结构水路结构和流向图；

[0030] 图3为图2所示的直线电机绕组组件的表面等温线图；

[0031] 图4所示为本发明第一实施例的直线电机的水路冷却系统的示意图；

[0032] 图5所示为本发明第二实施例的直线电机的水路冷却系统的示意图；

[0033] 图6所示为本发明第三实施例的直线电机的水路冷却系统的示意图。

具体实施方式

[0034] 为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

[0035] 请参看图4，图4所示为本发明第一实施例的直线电机的水路冷却系统的示意图。

[0036] 直线电机包括绕组组件101和磁铁组件(图未示)，绕组组件101驱动磁铁组件产生直线运动。

[0037] 绕组组件101包括上面板103、绕组201、绕组固定架202、下面板104。绕组201固定在绕组固定架202中，并设置在上面板103和下面板104之间。

[0038] 绕组组件101的上面板103包括上面板进水管接头204a与上面板面出水管接头205a，分别连接于上面板进水管106a与上面板出水管107a。下面板104包括下面板面出水管接头204b和下面板面出水管接头205b，分别连接于下面板进水管106b与下面板出水管107b。上面板进水管接头204a与上面板面出水管接头205a分别设置在上面板103的对角线处。上面板103的水路形成于上面板进水管接头204a与上面板面出水管接头205a之间。下面板面出水管接头204b和下面板面出水管接头205b分别设置在下面板104的对角线处。下面板104的水路形成于下面板面出水管接头204b和下面板面出水管接头205b之间。

[0039] 值得注意的是，上面板103的内表面包括多个导流装置601a、601b、601c、601d，下面板104的内表面包括多个导流装置601e、601f、601g、601h。在本实施例中，导流装置601e、601f、601g、601h为沿X向设置的导槽板。

[0040] 导流装置601a～601h在组装后并不接触绕组201，以避免热量从这些导流装置601a～601h传导到上面板103和上面板104。

[0041] 这些导流装置601a～601h能够在上面板103、下面板104与绕组201之间形成多条导槽，冷却水602能够被分成多股。

[0042] 上面板103的这些导流装置601a、601b、601c、601d的两端分别靠近上面板进水管接头204a与上面板面出水管接头205a，以消除在角落的涡流回路，使所有的冷却水进入循环。

[0043] 下面板104的这些导流装置601e、601f、601g、601h的两端分别靠近下面板面出水管接头204b和下面板面出水管接头205b，以消除在角落的涡流回路，使所有的冷却水进入循环。

[0044] 可以按照每条导槽的流量相等这个关系进行间距设置，靠近对角线的导流装置601c、601d间距会相对小，然后沿着两边逐渐增大，这样冷却水沿着导槽的流量会大致相等。

[0045] 图4中虽然分别在上面板103和下面板104中分别设置了4条导槽板，但本发明不以此为限。

[0046] 图5所示为本发明第二实施例的直线电机的水路冷却系统的示意图。

[0047] 上面板103的内表面包括多个导流装置701a、701b。在本实施例中，导流装置701a、701b为设置在冷却水802的水路中的凸柱。这些凸柱701a、701b可以是圆形。

[0048] 借助导流装置701a、701b的水流反射分流作用，形成多条水路，克服原有冷却结构在角落等部位的不足，使电机绕组与水路充分交换热量，达到整个电机定子表面区域温升均衡的目的。

[0049] 因应不同的电机，导流装置701a、701b的布置需要根据电机的性能设计要求进行流体仿真。在本实施例，导流装置701a从上面板进水管接头204a与上面板面出水管接头205a之间的对角线往两侧逐渐稀疏；导流装置701b从上面板进水管接头203b与上面板面出水管接头204b之间的对角线往两侧逐渐稀疏，这可以增大对角线之间的压阻，均衡到对角线两侧的水路中。

[0050] 导流装置701a、701b不与绕组201接触，从而避免热量从这些导流装置701a、701b传导到上面板103和上面板104。

[0051] 图6所示为本发明第三实施例的直线电机的水路冷却系统的示意图。

[0052] 上面板103的内表面包括多个导流装置801a～801d，下面板104的内表面包括多个导流装置801e～801h，用以反射和分流冷却水802，消除在在角落的涡流回路，使所有的冷却水进入循环。

[0053] 在本实施例中，导流装置801a～801h为沿Y向设置的矩形导流板，不沿水路设置。这样，在上面板103和下面板104与绕组201之间会形成一条弯曲的导槽，使得冷却水的涡流回路能够被消除。

[0054] 本发明以上实施例中，为了便于说明，在上面板103和下面板104中均设置了导流装置，本领域技术人员可知，在冷却要求不高时，可以仅在上面板103或下面板104中设置导流装置。

[0055] 本发明以上实施例所提供的水路冷却系统，消除了直线电机部分区域的突击温升，均衡了绕组组件表面的温升，实现了优化水路冷却结构的目的。

[0056] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。