CN108599466A - 一种永磁同步热管冷却电主轴 - Google Patents

一种永磁同步热管冷却电主轴 Download PDF

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吴明阳
孙宇杰
程耀楠
戴野
李鹏飞
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Abstract

本发明为一种永磁同步热管冷却电主轴，包括主轴外壳，主轴外壳内部装有主轴，两端分别由前轴承和后轴承支撑，前轴承与后轴承又分别安装在前轴承组件与后轴承组件上，可以较大程度上传导出前后轴承产生的热量；主轴外壳中间部位固定有热管基座，后端部设计有散热腔室，无机热管穿过热管基座，冷凝端插入前轴承组件中同时穿过后轴承组件，蒸发端伸入到散热腔室内，可以一定程度上吸收轴承与电机定子发出的热量，同时，热管蒸发端装有散热片；本发明相对其他主轴装置在内部结构、热管安装位置、电机选择与冷却方式上做了改进，选用永磁同步电机，转子发热量小，且整体结构简单，运行平稳，能够提高电主轴的使用寿命。

Description

一种永磁同步热管冷却电主轴
技术领域
本发明涉及加工设备技术领域，尤其涉及一种永磁同步热管冷却电主轴。
背景技术
迈入21世纪，高速切削技术进入了空前快速的发展期，制造业对高速高精度加工的强烈需求也推动了电主轴的发展，相伴而来也给高速电主轴带来了一些新的技术难题，其中电主轴的散热问题成为研究的热点问题之一。高速电主轴轴承的摩擦发热和内置电机损耗发热是无法避免的，轴承发热主要是轴承滚动体与轴承内外圈之间的摩擦发热，内置电机损耗发热主要是定子绕组铜损与转子铁损发热，且转子铁损产生的热量占比达到电机损耗发热量的1/3，且若高速电主轴在工作时产生的热量不能及时散发出去，这些囤积的热量会改变电机、轴承及相关元件之间的热力学性能，使主轴产生较严重的热变形，将会导致高速机床加工精度降低。
为了改善电主轴的散热问题，现有技术通常是在主轴外壳内壁开设冷却通道，采用水循环冷却的方式进行散热，虽然这种设计在一定程度上能改善电主轴整体的散热性能，但不能满足对电主轴轴芯、轴承组件及电机定子等固定部位散热的需求。此外，水循环冷却触发时间较长，散热效率也较低，不能及时的将电主轴内部产生的热量散发出去。有人也提出采用热管冷却的方式对电主轴轴芯进行冷却，这种方法虽然能较有效的降低主轴轴芯温度，且冷却触发时间短，但因其结构上的缺陷，将热管安装在主轴轴芯处时，随主轴高速旋转时热管会使主轴的振动性能恶化，不能满足加工精度的要求，此外，热管随着主轴高速旋转，较大的离心力会严重影响热管的散热效率。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种永磁同步热管冷却电主轴，在结构、电机及冷却方式上做了改进，能较好的解决电主轴轴芯、电机及轴承组件的散热问题，且结构简单运行平稳，振动性能较好。同时该永磁同步热管冷却电主轴反应迅速，散热效率较高，能保证电主轴长时间工作，延长使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：它包括电主轴外壳、电机定子、电机转子、主轴、前后轴承及前后轴承组件、热管、热管基座、热管散热片、散热腔室；所述的主轴设在机体的内部，主轴两端架在所述的前后轴承上，所述的前后轴承分别安装在所述的前后轴承组件上，前后轴承组件固定在主轴外壳内壁上，所述的热管基座安装在主轴外壳内壁上，在后轴承组件之间，所述的定子安装在热管基座的内壁上，所述的热管安装在所述的热管基座内，与所述的前后轴承组件相连，从后轴承组件中伸出，伸入所述的散热腔室内，所述的散热腔室安装在电主轴外壳的后端，所述的热管散热片安装在散热腔室内的热管上。
本发明专利与已有电主轴技术相比较的优点是：1.本发明采用永磁同步电机，避免了电机转子铁芯损耗，能够降低主轴轴芯的发热量，可以较好的解决主轴轴芯因电机转子发热产生的热变形问题。
2.不同于现有电主轴热管冷却技术，本发明在热管的安装位置及方式上做了改进，将热管装置插入紧贴于电机定子外壁的热管基座上，热管冷凝端可以同时穿过前后轴承组件，能够较大程度上吸收轴承及电机定子产生的热量，在散热腔室内的热管蒸发端设有散热片，可以加快蒸发端热量的散发，提高热管的工作效率，能够将主轴内部产生的热量及时有效的散发出去。
3.本发明采用无机热管冷却，相比普通热管，无机热管冷却反应迅速，传热效率高，可靠性较高。
4.在整体结构上，热管安装在紧贴于主轴外壳内壁与电机定子外壁的热管基座中，热管不随主轴轴芯一起转动，能够提高电主轴转动时的动态特性，且轴芯采用双联轴承前后支撑，运行平稳。
附图说明
图1为本发明专利的结构示意图。
图中：数字1为主轴外壳，数字2为前轴承，数字3为主轴，数字4为前轴承组件，数字5为热管基座，数字6为热管，数字7为电机定子，数字8为电机转子，数字9为后轴承组件，数字10为后轴承，数字11为热管散热片，数字12为散热腔室网罩，数字13为散热腔室。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：如图1所示，一种永磁同步热管冷却电主轴，包括主轴外壳1，主轴外壳1内装有主轴3，主轴3的两端分别由前轴承2和后轴承10支撑，前轴承2与后轴承10又分别安装在前轴承组件4与后轴承组件9上，而前轴承组件4与后轴承组件9又固定在主轴外壳1的内壁上，此外，在主轴3的中间部位套有电机转子8，与主轴3过盈连接，主轴外壳1中间部位内壁上固定有热管基座5，热管基座5内圈安装有电机定子7，主轴外壳1后端部安装有散热腔室网罩12，与主轴外壳1围成散热腔室13，热管6穿过热管基座5，前端插入前轴承组件4中，后端穿过后轴承组件9并伸入到散热腔室13内，散热腔室13内的热管部分装有散热片11。
一种永磁同步热管冷却电主轴采用永磁同步电机，电机转子不产生铁芯损耗，发热量小，能较好解决普通电主轴转子发热的难题，较大程度上减少机体内部的发热量，进而减小主轴轴芯的热变形量。
所述的热管6安装在紧贴于主轴外壳内部及电机定子外部的热管基座5上，冷凝端前端插入前轴承组件4里，穿过热管基座5，后端穿过后轴承组件9，使蒸发端伸入冷却腔室中，能较大程度地吸收前后轴承及电机定子产生的热量。伸入散热腔室内部的热管上安装有较多的散热片，能及时有效的将热管吸收的热量散发出去。
所述的热管6为无机热管，相比于普通热管，无机热管启动迅速、传热速度快，传热能力较强，且使用寿命较长，安全可靠。
所述的前后轴承组件及热管基座采用热传导性能较好的材料，可以及时的将前后轴承及电机定子产生的热量传导出去。
一种永磁同步热管冷却电主轴采用双联陶瓷球轴承，极限转速较高，稳定性能较好。

Claims (5)

1.一种永磁同步热管冷却电主轴，其特征在于：包括主轴外壳（1）、前轴承（2）、主轴（3）、前轴承组件（4）、热管基座（5）、热管（6）、电机定子（7）、电机转子（8）、后轴承组件（9）、后轴承（10）、散热片（11）、散热腔室网罩（12）、散热腔室（13）；主轴（3）两端架在前轴承（2）与后轴承（10）上，前轴承（2）与后轴承（10）又分别安装在前轴承组件（4）与后轴承组件（9）上，热管（6）穿过热管基座（5），前端插入前轴承组件（4）中，后端穿过后轴承组件（9）并伸入到散热腔室（13）内。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步热管冷却电主轴，其特征在于:电主轴采用永磁同步电机与热管冷却相结合的方式。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步热管冷却电主轴，其特征在于:热管（6）安装在热管基座（5）上，且前端插入前轴承组件（4）中，后端穿过后轴承组件（5）中，且热管（6）为无机热管。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步热管冷却电主轴，其特征在于:所述前轴承（2）与后轴承（10）采用双联陶瓷球轴承。
5.根据权利要求1所述的一种永磁同步热管冷却电主轴，其特征在于热管（6）的蒸发端伸入到冷却腔室中，且热管蒸发端设有散热片。
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