一種電機冷卻控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電機冷卻控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)包括：冷卻元件、導(dǎo)管以及流量控制單元，所述冷卻元件與電機線圈相接觸，所述導(dǎo)管與所述冷卻元件相連接，所述導(dǎo)管中設(shè)有流動的冷卻液，所述流量控制單元對所述冷卻液進行控制，所述電機線圈、冷卻元件以及冷卻液中分別設(shè)有第一、第二和第三溫度傳感器，所述第一、第二和第三溫度傳感器分別與所述流量控制單元相連。本發(fā)明利用所述第一、第二和第三溫度傳感器分別對所述電機線圈、冷卻元件以及冷卻液中的溫度進行測量，并利用三者之間的梯度差作為流量控制單元的輸入?yún)⒘浚瑢λ隼鋮s液進行閉環(huán)冷卻，提高調(diào)節(jié)所述冷卻液流速的時間提前量，從而提高電機的散熱效果。
【專利說明】一種電機冷卻控制系統(tǒng)及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機冷卻控制系統(tǒng)及控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]電機廣泛應(yīng)用于精密定位裝置中，如光刻機上的工件臺，但電機熱耗會導(dǎo)致各種問題:如周邊部件膨脹會造成對準(zhǔn)誤差；空氣折射改變會導(dǎo)致精密測量系統(tǒng)的噪音；線圈電阻導(dǎo)致熱量產(chǎn)生，而該熱量又會進一步導(dǎo)致更大電阻。
[0003]由于光刻機領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境的要求尤其苛刻，故需保持電機外表恒溫，溫度偏差在0.1°C范圍內(nèi)，而針對動線圈電機，其熱耗功率通常達2千瓦左右，故通常需要一種冷卻裝置，如圖1所示，該裝置包括一個和熱源電機線圈直接接觸的冷卻元件，所述冷卻元件具有導(dǎo)熱不導(dǎo)電的作用，冷卻元件與環(huán)境接觸，其外表面保持恒溫是冷卻系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)，冷卻元件中間配置可供冷卻液流動的導(dǎo)管，冷卻液的流動將電機產(chǎn)生的熱量傳遞到系統(tǒng)之外，冷卻液的屬性、流速和流量將決定冷卻效率。
[0004]所述冷卻元件作為電機熱源和環(huán)境的緩沖層，其基本熱傳導(dǎo)公式如下:
[0005]W = Cpp V ΑΛΤ，其中，W為熱功耗，Cp為流體特定熱參量，P為密度，v為流速，A為冷卻面，Δ T為冷卻液升溫。
[0006]目前，電機冷卻控制系統(tǒng)為達到冷卻效果，通常是把冷卻液作為恒溫控制對象，請繼續(xù)參考圖1，具體方法包括:使用冷卻液通過圍繞線圈的導(dǎo)管將熱量吸收并帶走，包括一個溫度調(diào)節(jié)裝置，用以調(diào)節(jié)冷卻液的溫度，使其到達電機的設(shè)定溫度(比如:23°c )，一個壓力調(diào)節(jié)裝置，用以調(diào)節(jié)熱動力在冷卻液到達與該設(shè)定溫度時對應(yīng)的飽和壓力，這意味著冷卻液一旦吸收電機熱量后，將達到沸點，冷卻液處于沸點，意味著溫度和壓力處于熱動力依賴關(guān)系狀態(tài)，冷卻液吸收電機熱量后轉(zhuǎn)換成分子間勢能，溫度保持恒定。但由于電機功率不斷發(fā)生變化，熱耗散隨負載而變化，而冷卻液物理屬性限制了所能吸收的最大熱量，由上述熱傳導(dǎo)公式可知，欲限制升溫勢必提高流量或降低功耗，提高流量的一個辦法是提高流速，而冷卻液流速如何適應(yīng)熱耗的動態(tài)變化是個需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種電機冷卻控制系統(tǒng)及控制方法，以使得電機冷卻控制系統(tǒng)中流速能夠較好的適應(yīng)電機負載和熱量的變化。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電機冷卻控制系統(tǒng)及控制方法，所述電機冷卻控制系統(tǒng)包括:冷卻元件、導(dǎo)管以及流量控制單元，所述冷卻元件與電機線圈相接觸，所述導(dǎo)管與所述冷卻元件相連接，所述導(dǎo)管中設(shè)有流動的冷卻液，所述流量控制單元對所述冷卻液進行控制，所述電機線圈、冷卻元件以及冷卻液中分別設(shè)有第一、第二和第三溫度傳感器，所述第一、第二和第三溫度傳感器分別與所述流量控制單元相連。
[0009]較佳地，所述流量控制單元包括控制器、壓力調(diào)節(jié)裝置和溫度調(diào)節(jié)裝置，所述第一、第二和第三溫度傳感器以及壓力調(diào)節(jié)裝置和溫度調(diào)節(jié)裝置分別與所述控制器相連。
[0010]較佳地，還包括液泵，所述液泵與所述導(dǎo)管的一端相連。
[0011]較佳地，所述控制器與所述液泵相連。
[0012]本發(fā)明還提供了一種電機冷卻控制控制方法，應(yīng)用于如上所述的電機冷卻控制系統(tǒng)，其步驟包括:
[0013]S1:所述第一、第二和第三溫度傳感器分別測量所述電機線圈、冷卻元件以及冷卻液的溫度；
[0014]S2:計算SI步驟中所測的電機線圈、冷卻元件以及冷卻液三者溫度的變化梯度；
[0015]S3:以S2步驟所得的變化梯度作為所述流量控制單元的輸入?yún)⒘浚?br> [0016]S4:所述流量控制單元分別對冷卻液進行流量、壓力以及溫度的調(diào)節(jié)；
[0017]S5:循環(huán)SI至S4的步驟，直至所述第一、第二和第三溫度傳感器所測的溫度相同。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明提供的電機冷卻控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)包括:冷卻元件、導(dǎo)管以及流量控制單元，所述冷卻元件與電機線圈相接觸，所述導(dǎo)管與所述冷卻元件相連接，所述導(dǎo)管中設(shè)有流動的冷卻液，所述流量控制單元對所述冷卻液進行控制，所述電機線圈、冷卻元件以及冷卻液中分別設(shè)有第一、第二和第三溫度傳感器，所述第一、第二和第三溫度傳感器分別與所述流量控制單元相連。本發(fā)明利用所述第一、第二和第三溫度傳感器分別對所述電機線圈、冷卻元件以及冷卻液中的溫度進行測量，并利用三者之間的梯度差作為流量控制單元的輸入?yún)⒘?，對所述冷卻液進行閉環(huán)冷卻，提高調(diào)節(jié)所述冷卻液流速的時間提前量，從而提高電機的散熱效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有的電機冷卻控制系統(tǒng)的框圖；
[0020]圖2是本發(fā)明一【具體實施方式】的電機冷卻控制系統(tǒng)的框圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實施例一的電機冷卻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明實施例二的電機冷卻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明實施例三的電機冷卻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明一【具體實施方式】的電機冷卻控制方法的流程圖。
[0025]圖中:11,21,31-電機線圈，12、22、32_冷卻元件，13、23、33_ 導(dǎo)管。

【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的電機冷卻控制系統(tǒng)及控制方法作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0027]實施例1
[0028]本發(fā)明提供的電機冷卻控制系統(tǒng)，如圖2所示，并結(jié)合圖3，所述電機冷卻控制系統(tǒng)包括:冷卻元件12、導(dǎo)管13以及流量控制單元，所述冷卻元件12與電機線圈11相接觸，所述導(dǎo)管13與所述冷卻元件12相連接，較佳地，所述導(dǎo)管13穿插于所述冷卻元件12的內(nèi)部，所述導(dǎo)管13中設(shè)有流動的冷卻液，所述流量控制單元對所述冷卻液進行控制，所述電機線圈11、冷卻元件12以及冷卻液中分別設(shè)有第一、第二和第三溫度傳感器，所述第一、第二和第三溫度傳感器分別與所述流量控制單元相連，本實施例中，電機中的線圈為圓形線圈，相應(yīng)的，所述第一溫度傳感器設(shè)于所述圓形線圈外側(cè)，所述第二溫度傳感器設(shè)于所述圓形線圈與所述冷卻元件12相接觸處，所述第三溫度傳感器設(shè)于所述導(dǎo)管13內(nèi)的冷卻液中，使得所述第三溫度傳感器測得的溫度更接近所述冷卻液的溫度。
[0029]較佳地，請繼續(xù)參考圖2和圖3，所述流量控制單元包括控制器、壓力調(diào)節(jié)裝置和溫度調(diào)節(jié)裝置，所述第一、第二和第三溫度傳感器以及壓力調(diào)節(jié)裝置和溫度調(diào)節(jié)裝置分別與所述控制器相連，所述第一、第二和第三溫度傳感器測得的溫度作為所述控制器的反饋，作為控制器調(diào)節(jié)所述冷卻液的流量以及溫度時的依據(jù)，提高調(diào)節(jié)所述冷卻液流動速度的時間提前量，能進一步提高電機的散熱效果。
[0030]較佳地，請繼續(xù)參考圖2和圖3，所述電機冷卻控制系統(tǒng)還包括液泵，所述液泵與所述導(dǎo)管13的一端相連，具體地，所述控制器與所述液泵相連，這樣，所述控制器可通過對所述液泵進行控制，進而調(diào)節(jié)所述冷卻液的流量，使所述冷卻液的流量能夠更好的適應(yīng)所述電機負載和熱量的變化。
[0031 ] 請參考圖2、圖3和圖6，本發(fā)明還提供了一種電機冷卻控制控制方法，應(yīng)用于如上所述的電機冷卻控制系統(tǒng)，其步驟包括:
[0032]S1:所述第一、第二和第三溫度傳感器分別測量所述電機線圈11、冷卻元件12以及冷卻液的溫度，記所述電機線圈11的溫度為Ts，所述冷卻元件12的溫度為Te，所述冷卻液的溫度為Tw ；
[0033]S2:計算SI步驟中所測的電機線圈11、冷卻元件12以及冷卻液三者溫度的變化梯度(Ts-Te, Te-Tw)；
[0034]S3:以S2步驟所得的變化梯度(Ts-Te，Te-Tw)作為所述控制器的輸入?yún)⒘浚?br> [0035]S4:所述控制器分別通過液泵、壓力調(diào)節(jié)裝置和溫度調(diào)節(jié)裝置對所述冷卻液進行流量、壓力以及溫度的調(diào)節(jié)；
[0036]S5:循環(huán)SI至S4的步驟，直至所述第一、第二和第三溫度傳感器所測的溫度相同，即達到電機線圈11保持常溫的理想狀態(tài)。
[0037]通常，電機在運作情況下，Ts，Te，Tw三者之間的溫度差在一定的范圍內(nèi)波動，但隨著電機負載的變化，這三個參量之差會出現(xiàn)較大波動，通過將其變化(Ts-Te，Te-Tw)作為控制冷卻液流量和溫度的依據(jù)，可提高調(diào)節(jié)冷卻液流動速度的時間提前量，有效的提高電機冷卻控制系統(tǒng)對溫度變化的敏感度，從而提高系統(tǒng)的反應(yīng)效率，進而提高電機的散熱效果，且使用冷卻液進行閉環(huán)冷卻，通過上述控制器輸入?yún)?shù)的梯度變化，調(diào)整冷卻液壓力，使沸點臨界溫度降低，可以進一步提高散熱效果。
[0038]需要說明的是:本發(fā)明中提到的電機線圈11的溫度Ts，冷卻元件12的溫度Te，冷卻液的溫度Tw均為平均溫度，可通過在相應(yīng)的位置設(shè)置多個第一、第二以及第三溫度傳感器測得不同位置點的多個溫度值，再通過求平均值的方式得到需要的平均溫度。
[0039]實施例2
[0040]請參考圖3，本實施例與實施例1的區(qū)別點在于，電機中的線圈為扁形線圈，相應(yīng)的，所述第一溫度傳感器設(shè)于所述電機線圈21，即位于中間位置的扁形線圈中，所述第二溫度傳感器設(shè)于所述扁形線圈與所述冷卻元件22相接觸處，所述第三溫度傳感器設(shè)于所述導(dǎo)管23內(nèi)的冷卻液中。
[0041]實施例3
[0042]請參考圖4，本實施例與實施例1的區(qū)別點在于，電機中的線圈為雙扁形線圈，相應(yīng)的，所述第一溫度傳感器設(shè)于所述電機線圈31，即位于中間位置的兩組扁形線圈中，所述第二溫度傳感器設(shè)于所述扁形線圈與所述冷卻元件32相接觸處，所述第三溫度傳感器設(shè)于所述導(dǎo)管33內(nèi)的冷卻液中。
[0043]綜上，在本發(fā)明實施例提供的電機冷卻控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)包括:冷卻元件、導(dǎo)管以及流量控制單元，所述冷卻元件與電機線圈相接觸，所述導(dǎo)管與所述冷卻元件相連接，所述導(dǎo)管中設(shè)有流動的冷卻液，所述流量控制單元對所述冷卻液進行控制，所述電機線圈、冷卻元件以及冷卻液中分別設(shè)有第一、第二和第三溫度傳感器，所述第一、第二和第三溫度傳感器分別與所述流量控制單元相連。本發(fā)明利用所述第一、第二和第三溫度傳感器分別對所述電機線圈、冷卻元件以及冷卻液中的溫度進行測量，并利用三者之間的梯度差作為流量控制單元的輸入?yún)⒘浚瑢λ隼鋮s液進行閉環(huán)冷卻，提高調(diào)節(jié)所述冷卻液流速的時間提前量，從而提高電機的散熱效果。
[0044]上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電機冷卻控制系統(tǒng)，包括:冷卻元件、導(dǎo)管以及流量控制單元，所述冷卻元件與電機線圈相接觸，所述導(dǎo)管與所述冷卻元件相連接，所述導(dǎo)管中設(shè)有流動的冷卻液，所述流量控制單元對所述冷卻液進行控制，其特征在于，所述電機線圈、冷卻元件以及冷卻液中分別設(shè)有第一、第二和第三溫度傳感器，所述第一、第二和第三溫度傳感器分別與所述流量控制單元相連。
2.如權(quán)利要求1所述的電機冷卻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述流量控制單元包括控制器、壓力調(diào)節(jié)裝置和溫度調(diào)節(jié)裝置，所述第一、第二和第三溫度傳感器以及壓力調(diào)節(jié)裝置和溫度調(diào)節(jié)裝置分別與所述控制器相連。
3.如權(quán)利要求1所述的電機冷卻控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括液泵，所述液泵與所述導(dǎo)管的一端相連。
4.如權(quán)利要求3所述的電機冷卻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器與所述液泵相連。
5.—種電機冷卻控制控制方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的電機冷卻控制系統(tǒng)，其特征在于，其步驟包括: 51:所述第一、第二和第三溫度傳感器分別測量所述電機線圈、冷卻元件以及冷卻液的溫度; 52:計算SI步驟中所測的電機線圈、冷卻元件以及冷卻液三者溫度的變化梯度； 53:以S2步驟所得的變化梯度作為所述流量控制單元的輸入?yún)⒘浚? 54:所述流量控制單元分別對冷卻液進行流量、壓力以及溫度的調(diào)節(jié)； 55:循環(huán)SI至S4的步驟，直至所述第一、第二和第三溫度傳感器所測的溫度相同。
【文檔編號】G05D27/02GK104076844SQ201310103200
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】鄭樂平, 張曉文, 楊志斌, 郭超, 吳飛, 張志鋼 申請人:上海微電子裝備有限公司