CN112476051A

CN112476051A - 一种电主轴散热装置

Info

Publication number: CN112476051A
Application number: CN202011309267.0A
Authority: CN
Inventors: 崔立; 梁雪峰
Original assignee: Shanghai Polytechnic University
Current assignee: Shanghai Polytechnic University
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2021-03-12
Anticipated expiration: 2040-11-20
Also published as: CN112476051B

Abstract

本发明涉及一种电主轴散热装置，包括电主轴线圈散热装置、轴承散热装置、热交换器、节流阀。电主轴线圈散热装置包括第一散热配流盘、第一导流板、第二导流板，两导流板沿两条平行的螺旋线分布，二者构成正反流向的两个流道。轴承散热装置包括散热配流盘，散热配流盘的上方沿圆周方向被隔热板均匀分成若干独立空间用于对轴承不同发热部位进行精准散热。热交换器包括制冷室、制热室以及鳍片，用于将恒温制冷液、恒温制热液、电主轴水冷液三者隔离同时进行热交换。节流阀由伺服电机控制其开口大小，以限制恒温制冷液、恒温制热液的流量。本发明的电主轴线圈、轴承轴向散热均匀，可根据线圈、轴承具体温度自动调配散热液温度进行降温。

Description

一种电主轴散热装置

技术领域

本发明涉及一种散热装置，具体涉及一种将轴承散热装置沿周向分成若干均等的散热模块，可对轴承某局部高发热点进行精准冷却，实现在轴承外圈局部发热量较大的时候仍保持轴承周向温度均匀的电主轴散热装置。

背景技术

电主轴在工作时，其发热位置主要集中在电主轴线圈以及主轴两端轴承上；电主轴线圈的发热会将热量传递到主轴引起主轴热变形影响加工精度，同时线圈受热会引起内阻升高，内阻升高反过来消耗更多功率用于发热，这降低电主轴有效功率输出；从长期来看，电主轴线圈发热会引起线圈绝缘层老化，影响电主轴使用寿命；由于电主轴在工作时受切削力的作用以及轴承自身制造、装配误差，轴承的发热、磨损是不可避免的，轴承发热会加速轴承的磨损，故降低轴承工作时的温度，有助于延长轴承寿命。

水冷散热系统是电主轴常用的散热系统，但目前水冷系统还存在两个问题：一、还无法实现主轴线圈以及轴承保持在恒定的较低的温度，即，当电主轴在高速大负载的工况下，即使有水冷散热系统，电主轴温度仍会升高且保持在较高温度；二、目前电主轴线圈以及轴承散热流道设计不够完善，即，当线圈受热时，散热流道仅允许散热液从一端进入，一端出来，这会引起线圈和轴承在轴向散热不均；同时，主轴在切削时，总是单向受力，这会引起轴承外圈某个方向受力过大，因而发热量会沿着轴承圆周方向分布不均；目前电主轴散热系统仅完成了单一温度散热液无差别地统一散热，还没实现根据轴承具体某点发热量的不同，自动调节散热液温度进行散热。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种将轴承散热装置沿周向分成若干均等的散热模块，可对轴承某局部高发热点进行精准冷却，实现在轴承外圈局部发热量较大的时候仍保持轴承周向温度均匀的电主轴散热装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种电主轴散热装置，所述电主轴散热装置包括：电主轴线圈散热装置、轴承散热装置、热交换器、节流阀。

电主轴线圈散热装置包括第一散热配流盘、第一导流板、第二导流板，两导流板沿两条平行的螺旋线分布，二者构成正反流向的两个流道。

轴承散热装置包括散热配流盘，散热配流盘的上方沿圆周方向被隔热板均匀分成若干独立空间用于对轴承不同发热部位进行精准散热。

热交换器包括制冷室、制热室以及鳍片，用于将恒温制冷液、恒温制热液、电主轴水冷液三者隔离同时进行热交换。

节流阀由伺服电机控制其开口大小，以限制恒温制冷液、恒温制热液的流量。

在本发明的具体实施例子中，所述电主轴线圈散热装置包括第一出水口、电主轴外壳、第二出水口、定子线圈、第一散热配流盘、第一进水口、第一密封圈、第二进水口、第二密封圈、第一导流板、第二导流板、第一热传感器；

定子线圈固定在第一散热配流盘上，第一热传感器内嵌在第一散热配流盘上用于检测定子线圈温度；第一散热配流盘与电主轴外壳配合，为防止散热液泄露，二者间隙通过第一密封圈、第二密封圈消除，第一密封圈、第二密封圈固定在第一散热配流盘两端的限位槽内。

所述第一散热配流盘两端轴向设有第一出水口、第二出水口、第一进水口、第二进水口，第一散热配流盘的外表面设有第一导流板、第二导流板；所述第一导流板与第二导流板分别在两条平行螺旋线上，第一导流板与第二导流板二者划分出两条流道，用于正反两个方向散热液流过。

在本发明的具体实施例子中，所述轴承散热装置包括第三密封圈、第九引流腔、第二散热配流盘、轴承、第十引流腔、第四密封圈、第三散热配流盘、第十一引流腔、第五密封圈、第二引流腔室、第四出水口、第一密封圈限位槽、液流通孔、第三引流腔室、第四引流腔室、第二密封圈限位槽、第五出水口、第十一隔热板、第一环形导流槽、第六出水口、隔流板、第四进水口、集中出水口、第二环形导流槽、第三环形导流槽、第十二隔热板、第二热传感器。

若干第二热传感器嵌在在第二散热配流盘、第三散热配流盘内圈表面，在圆周方向均布，且与轴承外圈接触；若干第二热传感器应均布在每个第一环形导流槽正下方，便于精准散热。

第三密封圈固定在第一密封圈限位槽内；所述第五密封圈固定在第十一引流腔限位槽内；所述第四密封圈固定在第十引流腔中第二密封圈限位槽内；所述第九引流腔内部设有第二引流腔室，沿其径向设置有第四出水口。

所述第二散热配流盘两端面分别与第九引流腔开有第二引流腔室的端面、第十引流腔开有第三引流腔室的端面密封连接；所述第三散热配流盘两端面分别与第十引流腔开有第四引流腔室的端面、第十一引流腔开有引流腔室的端面密封连接。

所述第九引流腔与第十一引流腔结构与功能相同；所述第二散热配流盘与第三散热配流盘结构与功能相同；所述第三密封圈、第四密封圈、第五密封圈型号相同；第十引流腔沿径向中间位置开有若干液流通孔。

所述液流通孔沿圆周方向均布；所述第十引流腔两侧分别设有第三引流腔室和第四引流腔室，沿其径向设置有第五出水口；所述第二散热配流盘沿其圆周方向均布设置有若干第十一隔热板；若干第十一隔热板与第二散热配流盘两侧面构成若干第一环形导流槽，所述第一环形导流槽下方为第十二隔热板，所述第十二隔热板下方为第三环形导流槽。

所述第一环形导流槽用于容纳来自热交换器的冷却液，所述第三环形导流槽用于容纳循环吸热后的冷却液；流道一侧的挡板开有若干第四进水口；

所述若干隔流板将第一环形导流槽内部空间划分成若干流道，相邻流道液流方向不同；来自热交换器的冷却液由第一环形导流槽直接进入第四进水口内，经过隔流板之间或隔流板与第十一隔热板之间形成的流道进入第六出水口内；

所述沿圆周方向均布的第六出水口将吸热后的冷却液引入第三环形导流槽内；所述第二散热配流盘两侧的集中出水口将第二散热配流盘两侧的第二环形导流槽、第三环形导流槽内吸热后的冷却液集中排出。

在本发明的具体实施例子中，所述热交换器包括第一隔热板、第一引流腔、第二隔热板、第二引流腔、第三隔热板、第三引流腔、第四隔热板、第四引流腔、制冷室、第五引流腔、第五隔热板、第一导流口、第二导流口、第三导流口、第四导流口、第六隔热板、第三进水口、第七隔热板、制热室、第三出水口、第五导流口、第六导流口、第八隔热板、第七导流口、第八导流口、第一制冷液入口、第一制冷液出口、加热鳍片、制冷鳍片、第九隔热板、第三导流板、第一引流腔室、第十隔热板、第六引流腔、第七引流腔、第八引流腔第一制热液入口、第一制热液出口。

第一引流腔、第二引流腔、第三引流腔、第四引流腔、第五引流腔、第六引流腔、第七引流腔、第八引流腔内部分别设置有一个第一引流腔室；第一导流口、第二导流口、第三导流口、第四导流口、第五导流口、第六导流口、第七导流口、第八导流口分别固定在第六引流腔、第五引流腔、第八引流腔、第七引流腔、第四引流腔、第三引流腔、第二引流腔、第一引流腔上。

所述第一引流腔与第二引流腔均固定在第二隔热板上，同时第二隔热板用于第一引流腔与第二引流腔之间的隔热。

所述第五引流腔与第六引流腔均固定在第五隔热板上，同时第五隔热板用于第五引流腔与第六引流腔之间的隔热；所述第一引流腔、第二隔热板、第二引流腔固定在制冷室一侧，第五引流腔、第五隔热板、第六引流腔固定在制冷室对称的另一侧。

所述第四引流腔与第三引流腔均固定在第四隔热板上，同时第四隔热板用于第四引流腔与第三引流腔之间的隔热；所述第七引流腔与第八引流腔均固定在第六隔热板上，同时第六隔热板用于第七引流腔与第八引流腔之间的隔热；所述第三引流腔、第四隔热板、第四引流腔固定在制热室一侧，第六隔热板、第七引流腔、第八引流腔固定在制热室对称的另一侧。

所述加热鳍片固定在制热室上，所述制冷鳍片固定在制冷室上；所述第一引流腔、第二隔热板、第二引流腔、制冷室、第五引流腔、第五隔热板、第一导流口、第二导流口、第七导流口、第八导流口、制冷鳍片、第六引流腔所构成的整体与第三引流腔、第四隔热板、第四引流腔、第三导流口、第四导流口、第六隔热板、制热室、第五导流口、第六导流口、加热鳍片、第七引流腔、第八引流腔所构成的整体仅通过第一隔热板、第三隔热板、第七隔热板、第八隔热板、第九隔热板、第十隔热板固定连接。

所述第三进水口、第三出水口分别固定在第七隔热板、第八隔热板上；所述制冷室与制热室采用上进下出的结构，即，恒温制冷液通过制冷室上的若干第一制冷液入口进入制冷室，在吸收热量后通过制冷室上的若干第一制冷液出口流出，同理，恒温制热液通过制热室上的若干第一制热液入口进入制热室，在释放热量后通过制热室上的若干第一制热液出口流出；所述制冷室与制热室内部空间均通过若干第三导流板划分成若干流道；所述恒温制冷液由制冷室一端靠近上方的第一制冷液入口进入流道，在流道尽头通过制冷室另一端靠近下方的第一制冷液出口流出，相邻的流道中液流方向相反，此设置的目的是使沿流道方向温度分布均匀，同理制热室的流道设置与液流方向与所述制冷室采取的方式相同；

所述加热鳍片、制冷鳍片相隔一定距离固定，相互不接触，这构成了电主轴水冷液的流道；所述电主轴水冷液经第三进水口进入第三进水口所对应的流道，由于第九隔热板一端分别与第七隔热板、第八隔热板固定，其另一端距离第一隔热板有一段距离，故电主轴水冷液会绕过第九隔热板进入第三出水口所对应的流道中，并经过第三出水口流出。

在本发明的具体实施例子中，所述节流阀包括第九导流口、第十导流口、节流阀外壳、第一滑槽、若干套筒、第一定位槽、第一滑杆、伺服电机输出轴、第一固定板、伺服电机、第二固定板、第二滑槽、钢珠、第二定位槽、导杆、第二滑杆；

所述伺服电机固定在第一固定板一个侧面上，其另一个侧面固定有若干第一滑杆，若干第一滑杆与若干套筒一一对应且活动连接；所述若干第一滑杆与若干套筒相对轴向运动时，二者轴线重合；

若干套筒固定在第二固定板上，第二固定板与节流阀外壳之间通过密封连接；所述伺服电机输出轴上表面以及第二固定板通孔内表面加工出用螺纹密封的管螺纹，以实现第二固定板与伺服电机输出轴之间的密封；

用螺纹密封的管螺纹除实现密封外还实现伺服电机输出轴的旋进与旋出，进而调节节流口大小，实现控制恒温制冷、制热液的流量；

所述伺服电机输出轴与导杆通过钢珠连接；所述钢珠分别与伺服电机输出轴上的第一定位槽、导杆上的第二定位槽接触，由于伺服电机输出轴旋转，导杆固定不动，为降低钢珠与第一定位槽、第二定位槽间的摩擦，须使第一定位槽与第二定位槽的曲率小于钢珠的曲率；所述导杆固定有第二滑杆；所述第二滑杆分别与第一滑槽、第二滑槽间隙配合，以限制导杆沿其轴向转动；所述节流阀外壳两端分别设置有第九导流口、第十导流口。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的电主轴散热装置有如下优点：

1、本发明对电主轴散热流道进行重新设计，使散热液沿流道轴向进行双向散热，这避免了电主轴线圈、轴承轴向散热不均的问题。

2、将轴承散热装置沿周向分成若干均等的散热模块，可对轴承某局部高发热点进行精准冷却，实现在轴承外圈局部发热量较大的时候仍保持轴承周向温度均匀。

3、本发明可根据线圈、轴承具体温度自动调配散热液温度进行降温。

4、为实现电主轴中散热液保持较低温度，在电主轴外部设置恒低温和恒高温系统，由于保持恒低温需要氨类或氟类物质，为避免泄露，将恒低温、恒高温、电主轴水冷液通过热交换器隔离开来，使三者在不接触、不混合的前提下进行热交换。

5、为实现恒低温、恒高温液体流量自动连续控制，本发明还对节流阀结构进行了重新设计。

附图说明

图1为本发明提供的电主轴散热装置局部剖视图。

图2为本发明提供的电主轴散热装置中定子线圈热传感器位置分布图。

图3为本发明提供的电主轴散热装置中第一散热配流盘流道分布图。

图4为本发明提供的电主轴散热装置中热交换器装配图。

图5为本发明提供的电主轴散热装置中热交换器内部结构图。

图6为本发明提供的电主轴散热装置中热交换器制热、制冷室流道分布图。

图7为本发明提供的电主轴散热装置中热交换器引流腔内部结构图。

图8为本发明提供的电主轴散热装置中热交换器水流通道分布图。

图9为本发明提供的电主轴散热装置中节流阀第一内部结构图。

图10为本发明提供的电主轴散热装置中节流阀第二内部结构图。

图11为本发明提供的电主轴散热装置中轴承工作图。

图12为本发明提供的电主轴散热装置中轴承散热装置局部剖视图。

图13为本发明提供的电主轴散热装置中轴承散热装置爆炸图。

图14为本发明提供的电主轴散热装置中第九、第十一引流腔内部结构图。

图15为本发明提供的电主轴散热装置中第十引流腔液流通孔位置分布图。

图16为本发明提供的电主轴散热装置中第十引流腔内部结构图。

图17为本发明提供的电主轴散热装置中第二、第三配流盘内部结构图。

图18为本发明提供的电主轴散热装置中第二、第三配流盘第一配流装置图。

图19为本发明提供的电主轴散热装置中第二、第三配流盘第二配流装置图。

图20为本发明提供的电主轴散热装置工作流程图。

下面是本发明中标号对应的名称：

第一出水口1、电主轴外壳2、第二出水口3、定子线圈4、第一散热配流盘5、第一进水口6、第一密封圈7、第二进水口8、第二密封圈9、第一导流板10、第二导流板11、第一隔热板12、第一引流腔13、第二隔热板14、第二引流腔15、第三隔热板16、第三引流腔17、第四隔热板18、第四引流腔19、制冷室20、第五引流腔21、第五隔热板22、第一导流口23、第二导流口24、第三导流口25、第四导流口26、第六隔热板27、第三进水口28、第七隔热板29、制热室30、第三出水口31、第五导流口32、第六导流口33、第八隔热板34、第七导流口35、第八导流口36、第一制冷液入口37、第一制冷液出口38、加热鳍片39、制冷鳍片40、第九隔热板41、第三导流板42、第一引流腔室43、第十隔热板44、第九导流口45、第十导流口46、节流阀外壳47、第一滑槽48、套筒49、第一定位槽50、第一滑杆51、伺服电机输出轴52、第一固定板53、伺服电机54、第二固定板55、第二滑槽56、钢珠57、第二定位槽58、导杆59、第二滑杆60、第三密封圈61、第九引流腔62、第二散热配流盘63、轴承64、第十引流腔65、第四密封圈66、第三散热配流盘67、第十一引流腔68、第五密封圈69、第二引流腔室70、第四出水口71、第一密封圈限位槽72、液流通孔73、第三引流腔室74、第四引流腔室75、第二密封圈限位槽76、第五出水口77、第十一隔热板78、第一环形导流槽79、第六出水口80、隔流板81、第四进水口82、集中出水口83、第二环形导流槽84、第三环形导流槽85、第十二隔热板86、第一热传感器100、第六引流腔101、第七引流腔102、第八引流腔103、第二热传感器104、第一制热液入口105、第一制热液出口106。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

图20为本发明提供的电主轴散热装置工作流程图，如上述图所示：本发明提供的电主轴散热装置，包括电主轴线圈散热装置、轴承散热装置、热交换器、节流阀。

图1为本发明提供的电主轴散热装置局部剖视图，图2为本发明提供的电主轴散热装置中定子线圈热传感器位置分布图，图3为本发明提供的电主轴散热装置中第一散热配流盘流道分布图。如图1-3所示：电主轴线圈散热装置包括第一出水口1、电主轴外壳2、第二出水口3、定子线圈4、第一散热配流盘5、第一进水口6、第一密封圈7、第二进水口8、第二密封圈9、第一导流板10、第二导流板11、第一热传感器100；定子线圈4固定在第一散热配流盘5上，第一热传感器100内嵌在第一散热配流盘5上用于检测定子线圈4温度；第一散热配流盘5与电主轴外壳2配合，为防止散热液泄露，二者间隙通过第一密封圈7、第二密封圈9消除，第一密封圈7、第二密封圈9固定在第一散热配流盘5两端的限位槽内；第一散热配流盘5两端轴向设有第一出水口1、第二出水口3、第一进水口6、第二进水口8，其外表面设有第一导流板10、第二导流板11；第一导流板10与第二导流板11分别在两条平行螺旋线上，其二者划分出两条流道，用于正反两个方向散热液流过。

图13为本发明提供的电主轴散热装置中轴承散热装置爆炸图，图14为本发明提供的电主轴散热装置中第九、第十一引流腔内部结构图，图15为本发明提供的电主轴散热装置中第十引流腔液流通孔位置分布图，图16为本发明提供的电主轴散热装置中第十引流腔内部结构图，图17为本发明提供的电主轴散热装置中第二、第三配流盘内部结构图，图18为本发明提供的电主轴散热装置中第二、第三配流盘第一配流装置图，图19为本发明提供的电主轴散热装置中第二、第三配流盘第二配流装置图。如上述图所示：轴承散热装置由第三密封圈61、第九引流腔62、第二散热配流盘63、轴承64、第十引流腔65、第四密封圈66、第三散热配流盘67、第十一引流腔68、第五密封圈69、第二引流腔室70、第四出水口71、第一密封圈限位槽72、液流通孔73、第三引流腔室74、第四引流腔室75、第二密封圈限位槽76、第五出水口77、第十一隔热板78、第一环形导流槽79、第六出水口80、隔流板81、第四进水口82、集中出水口83、第二环形导流槽84、第三环形导流槽85、第十二隔热板86、第二热传感器104构成；若干第二热传感器104嵌在在第二散热配流盘63、第三散热配流盘67内圈表面，在圆周方向均布，且与轴承外圈接触；若干第二热传感器104应均布在每个第一环形导流槽79正下方，便于精准散热；第三密封圈61固定在第一密封圈限位槽72内；第五密封圈69固定在第十一引流腔68限位槽内；第四密封圈66固定在第十引流腔65中第二密封圈限位槽76内；第九引流腔62内部设有第二引流腔室70，沿其径向设置有第四出水口71；第二散热配流盘63两端面分别与第九引流腔62开有第二引流腔室70的端面、第十引流腔65开有第三引流腔室74的端面密封连接；第三散热配流盘67两端面分别与第十引流腔65开有第四引流腔室75的端面、第十一引流腔68开有引流腔室的端面密封连接；第九引流腔62与第十一引流腔68结构与功能相同；第二散热配流盘63与第三散热配流盘67结构与功能相同；第三密封圈61、第四密封圈66、第五密封圈69型号相同；第十引流腔65沿径向中间位置开有若干液流通孔73；液流通孔73沿圆周方向均布；第十引流腔65两侧分别设有第三引流腔室74和第四引流腔室75，沿其径向设置有第五出水口77；第二散热配流盘63沿其圆周方向均布设置有若干第十一隔热板78；若干第十一隔热板78与第二散热配流盘63两侧面构成若干第一环形导流槽79，不同第一环形导流槽79可通入不同温度的冷却液，针对轴承沿其周向发热量不同进行精准降温；第一环形导流槽79下方为第十二隔热板86，第十二隔热板86下方为第三环形导流槽85；第一环形导流槽79用于容纳来自热交换器的冷却液，第三环形导流槽85用于容纳循环吸热后的冷却液；流道一侧的挡板开有若干第四进水口82；若干隔流板81将第一环形导流槽79内部空间划分成若干流道，相邻流道液流方向不同，此设置目的是消除轴承轴向散热不均；来自热交换器的冷却液由第一环形导流槽79直接进入第四进水口82内，经过隔流板81之间或隔流板81与第十一隔热板78之间形成的流道进入第六出水口80内；沿圆周方向均布的第六出水口80将吸热后的冷却液引入第三环形导流槽85内；第二散热配流盘63两侧的集中出水口83将第二散热配流盘63两侧的第二环形导流槽84、第三环形导流槽85内吸热后的冷却液集中排出。

图4为本发明提供的电主轴散热装置中热交换器装配图，图5为本发明提供的电主轴散热装置中热交换器内部结构图，图6为本发明提供的电主轴散热装置中热交换器制热、制冷室流道分布图，图7为本发明提供的电主轴散热装置中热交换器引流腔内部结构图，图8为本发明提供的电主轴散热装置中热交换器水流通道分布图。如图4-8所示：热交换器由第一隔热板12、第一引流腔13、第二隔热板14、第二引流腔15、第三隔热板16、第三引流腔17、第四隔热板18、第四引流腔19、制冷室20、第五引流腔21、第五隔热板22、第一导流口23、第二导流口24、第三导流口25、第四导流口26、第六隔热板27、第三进水口28、第七隔热板29、制热室30、第三出水口31、第五导流口32、第六导流口33、第八隔热板34、第七导流口35、第八导流口36、第一制冷液入口37、第一制冷液出口38、加热鳍片39、制冷鳍片40、第九隔热板41、第三导流板42、第一引流腔室43、第十隔热板44、第六引流腔101、第七引流腔102、第八引流腔103第一制热液入口105、第一制热液出口106构成；第一引流腔13、第二引流腔15、第三引流腔17、第四引流腔19、第五引流腔21、第六引流腔101、第七引流腔102、第八引流腔103内部分别设置有一个第一引流腔室43；第一导流口23、第二导流口24、第三导流口25、第四导流口26、第五导流口32、第六导流口33、第七导流口35、第八导流口36分别固定在第六引流腔101、第五引流腔21、第八引流腔103、第七引流腔102、第四引流腔19、第三引流腔17、第二引流腔15、第一引流腔13上；第一引流腔13与第二引流腔15均固定在第二隔热板14上，同时第二隔热板14用于第一引流腔13与第二引流腔15之间的隔热；第五引流腔21与第六引流腔101均固定在第五隔热板22上，同时第五隔热板22用于第五引流腔21与第六引流腔101之间的隔热；第一引流腔13、第二隔热板14、第二引流腔15固定在制冷室20一侧，第五引流腔21、第五隔热板22、第六引流腔101固定在制冷室20对称的另一侧；第四引流腔19与第三引流腔17均固定在第四隔热板18上，同时第四隔热板18用于第四引流腔19与第三引流腔17之间的隔热；第七引流腔102与第八引流腔103均固定在第六隔热板27上，同时第六隔热板27用于第七引流腔102与第八引流腔103之间的隔热；第三引流腔17、第四隔热板18、第四引流腔19固定在制热室30一侧，第六隔热板27、第七引流腔102、第八引流腔103固定在制热室30对称的另一侧；加热鳍片39固定在制热室30上，制冷鳍片40固定在制冷室20上；第一引流腔13、第二隔热板14、第二引流腔15、制冷室20、第五引流腔21、第五隔热板22、第一导流口23、第二导流口24、第七导流口35、第八导流口36、制冷鳍片40、第六引流腔101所构成的整体与第三引流腔17、第四隔热板18、第四引流腔19、第三导流口25、第四导流口26、第六隔热板27、制热室30、第五导流口32、第六导流口33、加热鳍片39、第七引流腔102、第八引流腔103所构成的整体仅通过第一隔热板12、第三隔热板16、第七隔热板29、第八隔热板34、第九隔热板41、第十隔热板44固定连接；第三进水口28、第三出水口31分别固定在第七隔热板29、第八隔热板34上；制冷室20与制热室30采用上进下出的结构，即，恒温制冷液通过制冷室20上的若干第一制冷液入口37进入制冷室20，在吸收热量后通过制冷室20上的若干第一制冷液出口38流出，同理，恒温制热液通过制热室30上的若干第一制热液入口105进入制热室30，在释放热量后通过制热室30上的若干第一制热液出口106流出；制冷室20与制热室30内部空间均通过若干第三导流板42划分成若干流道；恒温制冷液由制冷室20一端靠近上方的第一制冷液入口37进入流道，在流道尽头通过制冷室20另一端靠近下方的第一制冷液出口38流出，相邻的流道中液流方向相反，此设置的目的是使沿流道方向温度分布均匀，同理制热室30的流道设置与液流方向与制冷室20采取的方式相同；加热鳍片39、制冷鳍片40相隔一定距离固定，相互不接触，这构成了电主轴水冷液的流道；电主轴水冷液经第三进水口28进入第三进水口28所对应的流道，由于第九隔热板41一端分别与第七隔热板29、第八隔热板34固定，其另一端距离第一隔热板12有一段距离，故电主轴水冷液会绕过第九隔热板41进入第三出水口31所对应的流道中，并经过第三出水口31流出。

图9为本发明提供的电主轴散热装置中节流阀第一内部结构图。图10为本发明提供的电主轴散热装置中节流阀第二内部结构图。图11为本发明提供的电主轴散热装置中轴承工作图。图12为本发明提供的电主轴散热装置中轴承散热装置局部剖视图。如图9-12所示：节流阀由第九导流口45、第十导流口46、节流阀外壳47、第一滑槽48、套筒49、第一定位槽50、第一滑杆51、伺服电机输出轴52、第一固定板53、伺服电机54、第二固定板55、第二滑槽56、钢珠57、第二定位槽58、导杆59、第二滑杆60构成；伺服电机54固定在第一固定板53一个侧面上，其另一个侧面固定有若干第一滑杆51，若干第一滑杆51与若干套筒49一一对应且活动连接；若干第一滑杆51与若干套筒49相对轴向运动时，二者轴线重合；若干套筒49固定在第二固定板55上，第二固定板55与节流阀外壳47之间通过密封连接；伺服电机输出轴52上表面以及第二固定板55通孔内表面加工出用螺纹密封的管螺纹，以实现第二固定板55与伺服电机输出轴52之间的密封；用螺纹密封的管螺纹除实现密封外还实现伺服电机输出轴52的旋进与旋出，进而调节节流口大小，实现控制恒温制冷、制热液的流量；伺服电机输出轴52与导杆59通过钢珠57连接；钢珠57分别与伺服电机输出轴52上的第一定位槽50、导杆59上的第二定位槽58接触，由于伺服电机输出轴52旋转，导杆59固定不动，为降低钢珠57与第一定位槽50、第二定位槽58间的摩擦，须使第一定位槽50与第二定位槽58的曲率小于钢珠57的曲率；导杆59固定有第二滑杆60；第二滑杆60分别与第一滑槽48、第二滑槽56间隙配合，以限制导杆59沿其轴向转动；节流阀外壳47两端分别设置有第九导流口45、第十导流口46。

本发明工作原理：参照图20，当电主轴在切削加工时恒高温液输出泵与恒低温液输出泵同时启动，电主轴各热传感器开始工作：第一热传感器100、第二热传感器104开始收集热信号并转换成电信号传递给机床计算机系统；机床计算机系统接受电信号并转换成温度信号后与设定温度信号对比，当温度低于预设温度不做处理，当温度高于预设温度便计算制冷、制热液输出比例，控制第一节流阀、第二节流阀中伺服电机54转动；伺服电机54转动以调节节流口大小，进而控制制冷、制热液输出流量大小；恒高温与恒低温液分别经节流阀，再分别经第四导流口26、第六导流口33和第二导流口24、第八导流口36后进入第三引流腔17、第七引流腔102和第一引流腔13、第五引流腔21内；恒高温与恒低温液分别经第一制热液入口105、第一制冷液入口37进入制热室30与制冷室20中的流道内；流道设计成上口进、下口出，即恒高温与恒低温液分别通过制热室30、制冷室20上方若干第一制热液入口105、第一制冷液入口37进入，分别从制热室30、制冷室20下方若干第一制热液出口106、第一制冷液出口38流出；制热室30、制冷室20内部相邻流道液流流向设置成相反，目的是使制热室30、制冷室20的鳍片上的温度沿流道方向保持恒定；从制热室30、制冷室20流出的液体经管道流回恒高温液输出泵、恒低温液输出泵进行再加热或再制冷以保持各泵输出液温度恒定。

电主轴水冷液经第三进水口28进入热交换器内进行温度调整，温度调整好的水冷液经第三出水口31流出分别进入线圈散热装置或轴承散热装置中；由于电主轴线圈以及轴承需要不同温度散热，故需要准备若干对节流阀以及若干热交换器实现多种温度输出。

水冷液通过第一进水口6、第二进水口8进入第一散热配流盘5中，由于第一导流板10、第二导流板11是沿两条平行螺旋线分布，故有两个导流槽实现相邻两个导流槽内液流方向相反，这可以消除电主轴线圈沿轴向散热不均的现象；经吸收热量后，水冷液经第一出水口1、第二出水口3流回热交换器进行温度调节。

多路不同温度的水冷液，根据若干第二热传感器104的测量被分配到第二散热配流盘63、第三散热配流盘67中不同区域内；水冷液经第一环形导流槽79进入若干第四进水口82内，水冷液经过吸热后从若干第六出水口80流出并进入第二环形导流槽84或第三环形导流槽85内；水冷液经集中出水口83流出并进入第二引流腔室70或第三引流腔室74或第四引流腔室75内并经过第四出水口71或第五出水口77流回热交换器进行温度调整。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种电主轴散热装置，其特征在于：所述电主轴散热装置包括：

电主轴线圈散热装置、轴承散热装置、热交换器、节流阀；

电主轴线圈散热装置包括第一散热配流盘、第一导流板、第二导流板，两导流板沿两条平行的螺旋线分布，二者构成正反流向的两个流道；

轴承散热装置包括散热配流盘，散热配流盘的上方沿圆周方向被隔热板均匀分成若干独立空间用于对轴承不同发热部位进行精准散热；

热交换器包括制冷室、制热室以及鳍片，用于将恒温制冷液、恒温制热液、电主轴水冷液三者隔离同时进行热交换；

2.根据权利要求1所述的电主轴散热装置，其特征在于：所述电主轴线圈散热装置包括第一出水口(1)、电主轴外壳(2)、第二出水口(3)、定子线圈(4)、第一散热配流盘(5)、第一进水口(6)、第一密封圈(7)、第二进水口(8)、第二密封圈(9)、第一导流板(10)、第二导流板(11)、第一热传感器(100)；

定子线圈(4)固定在第一散热配流盘(5)上，第一热传感器(100)内嵌在第一散热配流盘(5)上用于检测定子线圈(4)温度；第一散热配流盘(5)与电主轴外壳(2)配合，为防止散热液泄露，二者间隙通过第一密封圈(7)、第二密封圈(9)消除，第一密封圈(7)、第二密封圈(9)固定在第一散热配流盘(5)两端的限位槽内；

所述第一散热配流盘(5)两端轴向设有第一出水口(1)、第二出水口(3)、第一进水口(6)、第二进水口(8)，第一散热配流盘(5)的外表面设有第一导流板(10)、第二导流板(11)；所述第一导流板(10)与第二导流板(11)分别在两条平行螺旋线上，第一导流板(10)与第二导流板(11)二者划分出两条流道，用于正反两个方向散热液流过。

3.根据权利要求1所述的电主轴散热装置，其特征在于：所述轴承散热装置包括第三密封圈(61)、第九引流腔(62)、第二散热配流盘(63)、轴承(64)、第十引流腔(65)、第四密封圈(66)、第三散热配流盘(67)、第十一引流腔(68)、第五密封圈(69)、第二引流腔室(70)、第四出水口(71)、第一密封圈限位槽(72)、液流通孔(73)、第三引流腔室(74)、第四引流腔室(75)、第二密封圈限位槽(76)、第五出水口(77)、第十一隔热板(78)、第一环形导流槽(79)、第六出水口(80)、隔流板(81)、第四进水口(82)、集中出水口(83)、第二环形导流槽(84)、第三环形导流槽(85)、第十二隔热板(86)、第二热传感器(104)；

若干第二热传感器(104)嵌在在第二散热配流盘(63)、第三散热配流盘(67)内圈表面，在圆周方向均布，且与轴承外圈接触；若干第二热传感器(104)应均布在每个第一环形导流槽(79)正下方，便于精准散热；

第三密封圈(61)固定在第一密封圈限位槽(72)内；所述第五密封圈(69)固定在第十一引流腔(68)限位槽内；所述第四密封圈(66)固定在第十引流腔(65)中第二密封圈限位槽(76)内；所述第九引流腔(62)内部设有第二引流腔室(70)，沿其径向设置有第四出水口(71)；

所述第二散热配流盘(63)两端面分别与第九引流腔(62)开有第二引流腔室(70)的端面、第十引流腔(65)开有第三引流腔室(74)的端面密封连接；所述第三散热配流盘(67)两端面分别与第十引流腔(65)开有第四引流腔室(75)的端面、第十一引流腔(68)开有引流腔室的端面密封连接；

所述第九引流腔(62)与第十一引流腔(68)结构与功能相同；所述第二散热配流盘(63)与第三散热配流盘(67)结构与功能相同；所述第三密封圈(61)、第四密封圈(66)、第五密封圈(69)型号相同；第十引流腔(65)沿径向中间位置开有若干液流通孔(73)；

所述液流通孔(73)沿圆周方向均布；所述第十引流腔(65)两侧分别设有第三引流腔室(74)和第四引流腔室(75)，沿其径向设置有第五出水口(77)；所述第二散热配流盘(63)沿其圆周方向均布设置有若干第十一隔热板(78)；若干第十一隔热板(78)与第二散热配流盘(63)两侧面构成若干第一环形导流槽(79)，所述第一环形导流槽(79)下方为第十二隔热板(86)，所述第十二隔热板(86)下方为第三环形导流槽(85)；

所述第一环形导流槽(79)用于容纳来自热交换器的冷却液，所述第三环形导流槽(85)用于容纳循环吸热后的冷却液；流道一侧的挡板开有若干第四进水口(82)；

所述若干隔流板(81)将第一环形导流槽(79)内部空间划分成若干流道，相邻流道液流方向不同；来自热交换器的冷却液由第一环形导流槽(79)直接进入第四进水口(82)内，经过隔流板(81)之间或隔流板(81)与第十一隔热板(78)之间形成的流道进入第六出水口(80)内；

所述沿圆周方向均布的第六出水口(80)将吸热后的冷却液引入第三环形导流槽(85)内；所述第二散热配流盘(63)两侧的集中出水口(83)将第二散热配流盘(63)两侧的第二环形导流槽(84)、第三环形导流槽(85)内吸热后的冷却液集中排出。

4.根据权利要求1所述的电主轴散热装置，其特征在于：所述热交换器包括第一隔热板(12)、第一引流腔(13)、第二隔热板(14)、第二引流腔(15)、第三隔热板(16)、第三引流腔(17)、第四隔热板(18)、第四引流腔(19)、制冷室(20)、第五引流腔(21)、第五隔热板(22)、第一导流口(23)、第二导流口(24)、第三导流口(25)、第四导流口(26)、第六隔热板(27)、第三进水口(28)、第七隔热板(29)、制热室(30)、第三出水口(31)、第五导流口(32)、第六导流口(33)、第八隔热板(34)、第七导流口(35)、第八导流口(36)、第一制冷液入口(37)、第一制冷液出口(38)、加热鳍片(39)、制冷鳍片(40)、第九隔热板(41)、第三导流板(42)、第一引流腔室(43)、第十隔热板(44)、第六引流腔(101)、第七引流腔(102)、第八引流腔(103)第一制热液入口(105)、第一制热液出口(106)；

第一引流腔(13)、第二引流腔(15)、第三引流腔(17)、第四引流腔(19)、第五引流腔(21)、第六引流腔(101)、第七引流腔(102)、第八引流腔(103)内部分别设置有一个第一引流腔室(43)；第一导流口(23)、第二导流口(24)、第三导流口(25)、第四导流口(26)、第五导流口(32)、第六导流口(33)、第七导流口(35)、第八导流口(36)分别固定在第六引流腔(101)、第五引流腔(21)、第八引流腔(103)、第七引流腔(102)、第四引流腔(19)、第三引流腔(17)、第二引流腔(15)、第一引流腔(13)上；

所述第一引流腔(13)与第二引流腔(15)均固定在第二隔热板(14)上，同时第二隔热板(14)用于第一引流腔(13)与第二引流腔(15)之间的隔热；

所述第五引流腔(21)与第六引流腔(101)均固定在第五隔热板(22)上，同时第五隔热板(22)用于第五引流腔(21)与第六引流腔(101)之间的隔热；所述第一引流腔(13)、第二隔热板(14)、第二引流腔(15)固定在制冷室(20)一侧，第五引流腔(21)、第五隔热板(22)、第六引流腔(101)固定在制冷室(20)对称的另一侧；

所述第四引流腔(19)与第三引流腔(17)均固定在第四隔热板(18)上，同时第四隔热板(18)用于第四引流腔(19)与第三引流腔(17)之间的隔热；所述第七引流腔(102)与第八引流腔(103)均固定在第六隔热板(27)上，同时第六隔热板(27)用于第七引流腔(102)与第八引流腔(103)之间的隔热；所述第三引流腔(17)、第四隔热板(18)、第四引流腔(19)固定在制热室(30)一侧，第六隔热板(27)、第七引流腔(102)、第八引流腔(103)固定在制热室(30)对称的另一侧；

所述加热鳍片(39)固定在制热室(30)上，所述制冷鳍片(40)固定在制冷室(20)上；所述第一引流腔(13)、第二隔热板(14)、第二引流腔(15)、制冷室(20)、第五引流腔(21)、第五隔热板(22)、第一导流口(23)、第二导流口(24)、第七导流口(35)、第八导流口(36)、制冷鳍片(40)、第六引流腔(101)所构成的整体与第三引流腔(17)、第四隔热板(18)、第四引流腔(19)、第三导流口(25)、第四导流口(26)、第六隔热板(27)、制热室(30)、第五导流口(32)、第六导流口(33)、加热鳍片(39)、第七引流腔(102)、第八引流腔(103)所构成的整体仅通过第一隔热板(12)、第三隔热板(16)、第七隔热板(29)、第八隔热板(34)、第九隔热板(41)、第十隔热板(44)固定连接；

所述第三进水口(28)、第三出水口(31)分别固定在第七隔热板(29)、第八隔热板(34)上；所述制冷室(20)与制热室(30)采用上进下出的结构，即，恒温制冷液通过制冷室(20)上的若干第一制冷液入口(37)进入制冷室(20)，在吸收热量后通过制冷室(20)上的若干第一制冷液出口(38)流出，同理，恒温制热液通过制热室(30)上的若干第一制热液入口(105)进入制热室(30)，在释放热量后通过制热室(30)上的若干第一制热液出口(106)流出；所述制冷室(20)与制热室(30)内部空间均通过若干第三导流板(42)划分成若干流道；所述恒温制冷液由制冷室(20)一端靠近上方的第一制冷液入口(37)进入流道，在流道尽头通过制冷室(20)另一端靠近下方的第一制冷液出口(38)流出，相邻的流道中液流方向相反，此设置的目的是使沿流道方向温度分布均匀，同理制热室(30)的流道设置与液流方向与所述制冷室(20)采取的方式相同；

所述加热鳍片(39)、制冷鳍片(40)相隔一定距离固定，相互不接触，这构成了电主轴水冷液的流道；所述电主轴水冷液经第三进水口(28)进入第三进水口(28)所对应的流道，由于第九隔热板(41)一端分别与第七隔热板(29)、第八隔热板(34)固定，其另一端距离第一隔热板(12)有一段距离，故电主轴水冷液会绕过第九隔热板(41)进入第三出水口(31)所对应的流道中，并经过第三出水口(31)流出。

5.根据权利要求1所述的电主轴散热装置，其特征在于：所述节流阀包括第九导流口(45)、第十导流口(46)、节流阀外壳(47)、第一滑槽(48)、若干套筒(49)、第一定位槽(50)、第一滑杆(51)、伺服电机输出轴(52)、第一固定板(53)、伺服电机(54)、第二固定板(55)、第二滑槽(56)、钢珠(57)、第二定位槽(58)、导杆(59)、第二滑杆(60)；

所述伺服电机(54)固定在第一固定板(53)一个侧面上，其另一个侧面固定有若干第一滑杆(51)，若干第一滑杆(51)与若干套筒(49)一一对应且活动连接；所述若干第一滑杆(51)与若干套筒(49)相对轴向运动时，二者轴线重合；

若干套筒(49)固定在第二固定板(55)上，第二固定板(55)与节流阀外壳(47)之间通过密封连接；所述伺服电机输出轴(52)上表面以及第二固定板(55)通孔内表面加工出用螺纹密封的管螺纹，以实现第二固定板(55)与伺服电机输出轴(52)之间的密封；

用螺纹密封的管螺纹除实现密封外还实现伺服电机输出轴(52)的旋进与旋出，进而调节节流口大小，实现控制恒温制冷、制热液的流量；

所述伺服电机输出轴(52)与导杆(59)通过钢珠(57)连接；所述钢珠(57)分别与伺服电机输出轴(52)上的第一定位槽(50)、导杆(59)上的第二定位槽(58)接触，由于伺服电机输出轴(52)旋转，导杆(59)固定不动，为降低钢珠(57)与第一定位槽(50)、第二定位槽(58)间的摩擦，须使第一定位槽(50)与第二定位槽(58)的曲率小于钢珠(57)的曲率；所述导杆(59)固定有第二滑杆(60)；所述第二滑杆(60)分别与第一滑槽(48)、第二滑槽(56)间隙配合，以限制导杆(59)沿其轴向转动；所述节流阀外壳(47)两端分别设置有第九导流口(45)、第十导流口(46)。