CN109194028A - 电主轴的定子线包的冷却系统及电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电主轴的定子线包的冷却系统及电主轴，定子线包外侧缠绕散热管，散热管与电机壳体上沿轴向设置的冷却介质通道连通，冷却介质在电机外部经冷却介质入口流入冷却介质通道和散热管，由冷却介质出口回流到电机外部。采用本发明的技术方案，冷却介质可以通过缠绕在电机定子线包上的散热管直接与电机线包进行热交换，换热效率高，实现电主轴电机定子线包处的快速冷却，避免温度无法扩散而导致的热变形，实现电主轴高精度加工且可以提高电主轴使用寿命。

Description

电主轴的定子线包的冷却系统及电主轴

技术领域

本发明属于机床技术领域，特别涉及一种电主轴的定子线包冷却系统及采用定子线包冷却系统的电主轴。

背景技术

电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪音低、响应快等优点，在现代制造业中得到了广泛应用。但是由于高速电主轴的定转子都是内藏式，全部处在密闭的空间中，在高速运转过程中发热量很大，特别是电机定子的线包处，由于定子线包无法直接与冷却介质进行热交换，热量很难进行扩散，使得电机壳体内部空气热量很高，容易引起电主轴的热伸长变形，进而对加工精度造成影响。

现有技术中，对电主轴发热问题的解决方法主要分两类：

第一类电机定子冷却，如专利CN101895170B，是在定子外壳内加工出冷却水道，并向内通入冷却液体进行冷却，该方法能够对定子铁芯的发热起到很好的冷却效果，但是无法对定子线包进行冷却，线包热量无法扩散。

第二类是转子冷却，如专利CN 107009193 A，是将转子中心做成通孔，并通入冷却气体或液体对转子中心进行冷却，虽然对转子铁芯具有一定的冷却效果，但是需要配高速转换接头，费用高昂，可靠性低，且芯轴通入的气体或者液体如果分布不均匀，会影响芯轴的动平衡，严重影响电主轴轴承的寿命与可靠性。

另外，专利CN 206313600 U，也解决电机定转子冷却的问题，但是其采用在芯轴上加工螺旋槽，通过芯轴旋转造成电机转子两侧压力差，从而使气体流过电机两端实现冷却的目的，该方案芯轴加工复杂，芯轴的刚度大幅度降低且螺旋槽在旋转时会产生不对称的轴向力，影响轴承寿命。

专利201711154863.4，其主要是利用气体对主轴端部进行冷却，在主轴端部设置涡流气体形成结构，结构复杂，且涡流效果差，主轴一端出冷却气体、一侧出热分体，两测温度不均匀，变形大，且无法对电机定子线包进行冷却。

发明内容

针对现有技术中，电主轴的电机定子线包处的热量无法与冷却介质直接进行热交换的问题，本发明提供了一种电主轴的定子线包的冷却系统及电主轴的技术方案。

一种电主轴的定子线包的冷却系统，定子线包外侧缠绕散热管，定子两侧线包的散热管通过电机壳体或者定子上沿轴向设置的冷却介质通道相连通，冷却介质在电机外部经冷却介质入口流入冷却介质通道和散热管，由冷却介质出口回流到电机外部。

进一步地，定子两侧分别设有前线包和后线包，前线包外侧缠绕前线包散热管，后线包外侧缠绕后线包散热管，前线包散热管和后线包散热管由连接通道连通。

进一步地，连接通道为设置在定子上的凹槽，该凹槽是加工定子时，在定子上预留的凹槽，或者连接通道为设置在电机壳体上的凹槽，该凹槽是在电机壳体加工时，预留的凹槽。

进一步地，冷却介质通道包括冷却介质流入通道和冷却介质流出通道，冷却介质流入通道一端设有冷却介质入口，另一端与前线包散热管连通；冷却介质流出通道一端设有冷却介质出口，另一端与后线包散热管连通。其中电机定子两端预留冷却介质出入口。

进一步地，电机壳体上设有阶梯通孔，阶梯通孔分为第一阶梯通孔和第二阶梯通孔，第一阶梯通孔连通冷却介质流入通道与前线包散热管。

进一步地，电机壳体上设有第二阶梯通孔，第二阶梯通孔连通冷却介质流出通道与后线包散热管。

进一步地，前线包散热管和后线包散热管通过整体注塑、铸铝或者铸铜与定子成为一体，提高电机端部线包的热交换速度。

进一步地，前线包散热管和后线包散热管的材质为导热材料，如采用铜或者铝。

进一步地，冷却介质为气体、液体或者气体与液体的混合物，例如可以采用水、油或者冷媒。

本发明还公开了一种采用电主轴的定子线包的冷却系统的电主轴，包括芯轴、电机壳体、定子、转子、前轴承和后轴承，所述芯轴的两端设置在前轴承和后轴承上，所述芯轴与转子固定连接，所述定子与电机壳体固定，所述定子与转子配合。

进一步地，电机壳体与定子线包处的密封结构为铜管涨紧密封。

进一步地，阶梯通孔内插入阶梯铜管，所述阶梯铜管的小端插入线包散热管，所述阶梯铜管的大端在电机壳体的孔内；所述电机定子密封圈设于阶梯铜管的小端内，电机定子密封圈外径大于铜管小端的内径；所述壳体密封圈设于阶梯铜管的大端内，壳体密封圈的外径大于铜管大端的内径，电机定子密封圈和壳体密封圈涨紧铜管，铜管发生形变，进行密封。

进一步地，阶梯通孔通过端盖密封，端盖与阶梯通孔采用螺纹连接或者焊接。

采用本发明的技术方案，冷却介质可以通过缠绕在电机定子线包上的散热管直接与电机线包进行热交换，换热效率高，实现电主轴电机定子线包处的快速冷却，避免温度无法扩散而导致的热变形，实现电主轴高精度加工且可以提高电主轴使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例中的电主轴的剖视图。

图2为本发明一实施例中的电主轴的定子线包的冷却系统中的冷却介质流动方向示意图。

图3为本发明一实施例中的电主轴的电机壳体与定子密封示意图。

附图标记如下：

1—电机壳体，2—前轴承，3—芯轴，4—前端密封结构，5—定子 6—转子，7—后轴承，8—冷却介质流入通道，9—冷却介质入口， 10—前线包散热管，11—连接通道，12—后线包散热管，13—后端密封结构，14—冷却介质流出通道，15—冷却介质出口，16—阶梯铜管， 17—端盖，18—壳体密封圈，19—电机定子密封圈，20—定子塑封。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

请参见图1，一种具有电机定子线包冷却系统的电主轴，其由电机壳体1、前轴承2、芯轴3、定子5、转子6、后轴承7以及定子线包冷却系统等主体结构组成。芯轴3的两端设置在前轴承2和后轴承7上，芯轴3与转子6固定连接，定子5与电机壳体1固定，定子5与转子6配合。

定子5两侧分别设有前线包和后线包，前线包外侧缠绕前线包散热管10，后线包外侧缠绕后线包散热管12，前线包散热管10和后线包散热管12由连接通道连通11，连接通道11为预先设置在定子上的凹槽。

冷却介质通道包括冷却介质流入通道8和冷却介质流出通道14，冷却介质流入通道8一端设有冷却介质入口9，另一端与前线包散热管10连通；冷却介质流出通道14一端设有冷却介质出口15，另一端与后线包散热管12连通。冷却介质流入通道8和冷却介质流出通道14分别为预设在电机壳体上的凹槽，冷却介质入口9和冷却介质出口15分别与外部的介质供应系统连接。

电机壳体1与定子5之间设有前端密封结构4和后端密封结构13。

请参考图3，电机壳体与定子的前端密封结构，电机壳体1上设有阶梯通孔，阶梯通孔内设有阶梯铜管16，阶梯铜管16的小端插入前线包散热管10，阶梯铜管16的大端在电机壳体1的孔内；电机定子密封圈19设于阶梯铜管16 的小端内，电机定子密封圈19外径大于铜管小端的内径；壳体密封圈20设于阶梯铜管的大端内，壳体密封圈20的外径大于铜管大端的内径，电机定子密封圈19和壳体密封圈20涨紧铜管，铜管发生形变，进行密封。

阶梯通孔通过端盖17密封，端盖17与阶梯通孔采用螺纹连接或者焊接。

本实施例中采用定子注塑20，前线包散热管10和后线包散热管12与定子 5成为一体，提高电机端部线包的热交换速度。

本实施例中，电机壳体1与定子的后端密封结构13与前端密封结构4采用的密封方式一致。

请参见图1和图3，电机壳体1沿轴向设置了冷却介质入口9与冷却介质流入通道8，电机壳体1侧面设置了一个阶梯通孔，冷却介质由冷却流入通道8 流入阶梯通孔，经由阶梯通孔进入电机定子线包侧面预留的前线包散热管10的入口。

请参见图2，冷却介质的循环回路如下，冷却介质由外部的供应系统经过冷却介质入口9进入冷却介质流入通道8，后进入前线包散热管10，与定子前线包进行热交换，后进入连接通道11，后进入定子后线包散热管12，与定子后线包进行热交换，经过冷却介质流出通道14，最后由冷却介质出口15回流到冷却介质供应系统中。

本实施例中的冷却介质为水。

上述实施例只是本发明的优选方案，本发明还可有其他实施方案。本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所设定的范围内。

Claims (14)

1.一种电主轴的定子线包的冷却系统，其特征在于：所述定子线包外侧缠绕散热管，所述定子两侧线包的散热管通过电机壳体或者定子上沿轴向设置的冷却介质通道相连通，冷却介质在电机外部经冷却介质入口流入冷却介质通道和散热管，由冷却介质出口回流到电机外部。

2.根据权利要求1所述的一种电主轴的定子线包的冷却系统，其特征在于：所述定子两侧分别设有前线包和后线包，所述前线包外侧缠绕前线包散热管，所述后线包外侧缠绕后线包散热管，所述前线包散热管和后线包散热管由连接通道连通。

3.根据权利要求2所述的一种电主轴的定子线包的冷却系统，其特征在于：所述连接通道为设置在电机壳体或者定子上的凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种电主轴的定子线包的冷却系统，其特征在于：所述冷却介质通道包括冷却介质流入通道和冷却介质流出通道，所述冷却介质流入通道一端设有冷却介质入口，另一端与前线包散热管连通；所述冷却介质流出通道一端设有冷却介质出口，另一端与后线包散热管连通。

5.根据权利要求4所述的一种电主轴的定子线包的冷却系统，其特征在于：所述电机壳体上设有第一阶梯通孔，所述第一阶梯通孔连通冷却介质流入通道与前线包散热管。

6.根据权利要求4所述的一种电主轴的定子线包的冷却系统，其特征在于：所述电机壳体上设有第二阶梯通孔，所述第二阶梯通孔连通冷却介质流出通道与后线包散热管。

7.根据权利要求2所述的一种电主轴的定子线包的冷却系统，其特征在于：所述前线包散热管和后线包散热管通过整体注塑、铸铝或者铸铜与定子成为一体。

8.根据权利要求2-7任一项所述的一种电主轴的定子线包的冷却系统，其特征在于：所述前线包散热管和后线包散热管的材质为铜、铝或者其他导热材料。

9.根据权利要求1所述的一种电主轴的定子线包的冷却系统，其特征在于：所述冷却介质为气体、液体或者气液混合物。

10.一种电主轴，其特征在于，所述电主轴采用如权利要求1-8所述的电主轴的定子线包的冷却系统。

11.根据权利要求1所述的一种电主轴，其特征在于，包括芯轴、电机壳体、定子、转子、前轴承和后轴承，所述芯轴的两端设置在前轴承和后轴承上，所述芯轴与转子固定连接，所述定子与电机壳体固定，所述定子与转子对应放置。

12.根据权利要求11所述的一种电主轴，其特征在于，所述电机壳体与定子线包处的密封结构为铜管涨紧密封。

13.根据权利要求12所述的一种电主轴，其特征在于，阶梯通孔内插入阶梯铜管，所述阶梯铜管的小端插入线包散热管，所述阶梯铜管的大端在电机壳体的孔内；所述电机定子密封圈设于阶梯铜管的小端内，电机定子密封圈外径大于铜管小端的内径；所述壳体密封圈设于阶梯铜管的大端内，壳体密封圈的外径大于铜管大端的内径，电机定子密封圈和壳体密封圈涨紧铜管，进行密封。

14.根据权利要求13所述的一种电主轴，其特征在于，所述阶梯通孔通过端盖密封，所述端盖与阶梯通孔采用螺纹连接或者焊接。