CN1630166A - 机床内置轴式主轴电动机的冷却设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于冷却机床内置轴式主轴电动机的冷却设备，其中主轴电动机包括封闭主轴的电动机外壳，绕着主轴固定的转子，以及绕着转子固定于电动机外壳内圆周表面的定子，转子和定子间形成间隙，其中冷却设备包括：冷却气供应装置，用于供应冷却气；电动机外壳，其具有冷却气引入通道，用来将从冷却气供应装置供应的冷却气导入到转子和定子的一侧；以及冷却气喷射喷嘴，其可拆卸地安装在电动机外壳中并且具有一个或多个可以向转子和定子之间的间隙喷射冷却气的喷嘴开口。

Description

机床内置轴式主轴电动机的冷却设备
技术领域
本发明涉及用于驱动机床主轴的主轴电动机的冷却设备，特别涉及机床内置轴式主轴电动机的冷却设备，其能有效地冷却主轴电动机。
背景技术
诸如数控车床、加工中心、或者类似的机床具有用于旋转主轴的主轴电动机。这样的主轴电动机趋向于内置式，其中主轴电动机与主轴集成一体。内置式主轴电动机能无噪音和无震动地旋转主轴。
如图1所示，这样的内置式主轴电动机包括电动机外壳10。电动机外壳设置为封闭主轴S。这里，相应的轴承12设置在电动机外壳10和主轴S之间来辅助主轴S的转动。另外，电动机外壳10的相对开口侧通过盖子14密封。
主轴电动机包括转子20，其绕着主轴S固定，和定子22，其绕着转子20设置，并且在转子20和定子22之间形成间隙t。定子22固定于外壳10的内圆周表面。
主轴电动机设置有冷却设备，用于冷却在主轴电动机运转时产生的高温。冷却设备是使用诸如水或油的液体式冷却设备，其中冷却设备包括旋流式通道30和液体供应装置，用于供应诸如水或油的液体到旋流式通道30中。特别地，液体供应装置由液体泵32组成。
这种液体式冷却设备构造为利用液体泵32抽取液体然后将抽取的液体供应到旋流式通道30，因此允许液体穿过旋流式通道30来冷却电动机外壳10。
然而，这种传统的液体式设备具有以下缺点，因为这种设备使用一种将冷却液供应到电动机外壳10上的结构，所以仅仅能够冷却传到电动机外壳10上的热量。
这样的缺点使得冷却转子20和定子22是困难的，因此产生高温热量，其将产生从转子20和定子22辐射的热量被传到主轴S的问题。
同时，传到主轴S上的热量导致主轴细微的变形，例如弯曲变形，结果产生如下问题，主轴不能以高精度转动，因此安装在主轴上的刀具不能以高精度加工工件。因此，由于传到主轴上的热量，可能会大批量制造出低精度的次品工件。
有鉴于此，最近提出了用于防止主轴细微变形的冷却设备。作为例子，公开号为No.7-185994的日本专利公开了一种冷却设备，其包括空气供应通道，用来向电动机外壳供应空气；和喷嘴，其设置在空气供应通道的端部用来向主轴喷射所供应的空气。冷却设备将空气导入到空气供应通道然后利用喷嘴将导入的空气直接喷射到主轴上。
这种冷却设备具有直接冷却主轴的优点，因此防止主轴的变形。然而，因为冷却设备也采用了不能冷却转子和定子的结构，而热量主要产生于转子和定子，对该冷却设备而言不可能从根本上防止高温的产生，结果产生于转子和定子的热量连续地传到主轴，因此存在冷却效率退化的问题。
发明内容
因此，提出本发明来解决现有技术中存在的上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种用于冷却机床内置轴式主轴电动机的冷却设备，其可以有效地冷却产生高温的转子和定子，因此从根本上阻止热量传到主轴。
本发明的另一个目的是提供一种用于冷却机床内置轴式主轴电动机的冷却设备，其可以从根本上阻止热量传到主轴，因此允许主轴以高精度转动并且可以以高精度制造工件。
为了实现上述目的，提供一种冷却机床内置轴式主轴电动机的冷却设备，其中主轴电动机包括封闭主轴的电动机外壳，绕着主轴固定的转子，以及绕着转子固定于电动机外壳内圆周表面的定子，转子和定子间形成间隙，其中冷却设备包括：冷却气供应装置，用于供应冷却气；电动机外壳，其具有冷却气引入通道，用来将由冷却气供应装置供应的冷却气导入到转子和定子的一侧；以及冷却气喷射喷嘴，其可拆卸地安装在电动机外壳中并且具有一个或多个可以向转子和定子之间的间隙喷射冷却气的喷嘴开口。
优选地，冷却气喷射喷嘴具有环形体，其固定地安装在电动机外壳的内部圆周表面并沿着转子和定子的一侧外围设置，并且其中的环形体包括形成于沿着环形体底侧的环形中的气流道，能与冷却气引入通道相通，以及多个喷嘴开口，用于沿着气流道向转子和定子间的间隙顶部喷射冷却气。
附图说明
参考附图从下面详细的说明中将会明白本发明的上述和其它的目的、特性和优点，其中
图1是示出传统的机床内置式主轴电动机的结构的侧截面图；
图2是示出本发明内置式主轴电动机的冷却设备的结构的侧截面图；
图3是详细示出形成本发明主轴电动机冷却设备的冷却气引入通道和冷却气喷嘴的结构的分解透视图；以及
图4是示出形成本发明主轴电动机冷却设备的冷却气喷嘴的一种变型的示意图。
具体实施方式
下面，参考附图详细地说明根据本发明的内置轴式主轴电动机的冷却设备的优选实施例。与上述传统设备相同的部件将使用与现有技术相同的标号。
在说明本发明主轴电动机冷却设备前，首先参考附图2简单说明主轴电动机的结构。如图所示，主轴电动机包括电动机外壳10。电动机外壳10设置为封闭主轴S。电动机外壳10的相对两端用盖子14密封。
另外，主轴电动机包括绕着转子20固定的转子20以及绕着转子20设置的定子22，在转子和定子间形成间隙。定子22固定于电动机外壳10的内部圆周表面。
主轴电动机还包括用于冷却电动机外壳10的冷却设备。冷却设备包括旋流式通道30，其沿着电动机外壳10的外围形成，以及液体泵32，用于供应诸如水或油的液体进入旋流式通道30。
这样的液体式冷却设备通过液体泵32抽取液体然后将抽取的液体供应到旋流式通道30，以便在液体穿过旋流式通道30时冷却电动机外壳10。
接着，说明用于冷却转子20和定子22的本发明冷却设备。首先，如图2所示，本发明冷却设备包括形成于电动机外壳10中的冷却气引入通道100。
冷却气引入通道100具有入口102和出口104。入口102向着电动机外壳的外侧形成并且被设置为用来导入冷却气，例如冷却空气，冷却气或类似物。另外，出口104向着电动机外壳10的内部形成并且被设置为用来将导入的冷却气体排到电动机外壳10的内部。
再参考图2，本发明冷却设备包括冷却气供应装置，用于向冷却气引入通道100供应冷却气。冷却气供应装置由气压源110构成，例如空气泵。
这样气压泵110抽取冷却空气并且使得抽取的冷却空气导入到冷却气引入通道100中。这里，气压源110通过气体管路112与电动机外壳10的冷却气引入通道100相连，其中气体管路112按顺序地设置有用于过滤冷却空气的过滤器114和用于控制冷却空气压力的控制阀116。
参考图2和图3，本发明冷却设备包括冷却气体喷射喷嘴120，用来将从冷却空气引入通道100的出口流出的冷却空气喷射到转子20和定子22。
冷却气喷射喷嘴120具有环形体122。环形体122绕着主轴S设置并且可拆卸地安装在电动机外壳10的内部圆周表面上。这里，电动机外壳10的内部圆周表面形成有环形底座部分16以便环形体122固定地设置在底座部分16上，并且多个螺钉孔16a形成于底座部分16中。穿过环形体122把螺钉18拧到螺钉孔16a中。由于以这种方式穿过螺钉孔16a把螺钉18拧到螺钉孔16a中，环形体122被可拆卸地安装在电动机外壳10中。
环形体122的底侧设置有气流道124，其与冷却气引入通道100的出口104连通。气流道124沿着环形体122的底侧设置为环形。这样的气流道124用作沿着电动机外壳10的内部圆周表面引导从冷却空气引入通道100排出的冷却空气。
另外，多个喷嘴开口126形成于环形体122的上侧用来将气流道124中的冷却空气向转子20和定子22喷射。喷嘴开口126沿着环形体122是等间距的。
这些喷嘴开口126通过向转子20和定子22喷射在气流道124中的冷却空气来直接冷却都能产生高温的转子20和定子22。特别地，喷嘴开口126可以通过直接冷却产生高温的转子20和定子22来从根本上阻止高温的产生。而且，由于喷嘴开口126均匀地喷射冷却空气同时沿着转子20和定子22的底侧在转子20和定子22下流动，可以比较有效地冷却转子20和定子22的整体。
同时，环形体122的喷嘴开口126设置为对着转子20和定子22，特别地对着转子20和定子22的中间位置。这样将冷却空气喷射到转子20和定子22之间的间隙t，因为高温主要产生于转子20和定子22相互接触的地方。因此，通过向转子20和定子22之间的间隙t喷射冷却空气，可以有效地冷却高温产生的地方。
向转子20和定子22之间的间隙t喷射的冷却空气沿着间隙t移动并且完全冷却转子20和定子22。另外，在冷却转子20和定子22之后，冷却空气从转子20和定子22的相对端排出。
再参考图2，本发明冷却设备包括排出通道，用于将冷却空气排到电动机外壳10外，该空气被排出到转子20和定子22的相对侧。排出通道130形成于电动机外壳10的盖子14上。这样的排出通道130用于将从转子20和定子22之间排出的冷却空气快速地向外排出。同时，虽然示出的排出通道形成于电动机外壳10的盖子14中，但也可以形成这样排出通道，例如直接在电动机外壳10上。
接着，参考图2说明本发明的工作例子。首先，从气压源110中抽取冷却空气。接着，利用气压线112将抽取的冷却空气导入电动机外壳10的冷却气引入通道100中。这时，当通过过滤器114和压力控制阀116时，冷却空气被过滤并且被控制到适当的压力。
另外，导入到冷却空气引入通道100中的冷却空气流到出口104然后流入气流道124，并且流入到气流道124的冷却空气沿着气流道124移动。然后，沿着气流道124移动的冷却空气通过喷嘴开口126沿着转子20和定子22的底侧喷射。特别地，冷却空气被喷射到转子20和定子22之间的间隙t。
同时，喷射到转子20和定子22之间的间隙t的冷却空气吸收由转子20和定子22产生的高温，同时快速地沿着转子20和定子22间的间隙t移动，因此完全冷却转子20和定子22。然后，在冷却转子20后冷却空气被排出到转子20和定子22的相对端并且被排出的冷却空气通过盖子14的排出通道130向外排出。
根据本发明的这样的工作原理，冷却空气直接喷射到转子20和定子22，因此可以直接冷却是高温源的转子20和定子22。特别地，通过向主要高温源转子20和定子22间的间隙t吹冷却空气，可以从根本上阻止高温的产生。
图4示出本发明冷却气喷射喷嘴120的一种变型。这种样式的冷却气喷射喷嘴120还包括多个导向件140，用于引导从喷嘴开口126喷射的冷却空气直接到达转子20和定子22间的间隙t。
导向件140是与环形体122集成一体的导向管并且向转子20和定子22间的间隙t延伸以便将从喷嘴开口126喷射的冷却空气直接引导到达转子20和定子22间的间隙t，所以更多的冷却空气可以流过转子20和定子22间的间隙t，因此使冷却效果最佳。
如上所述，根据本发明主轴电动机冷却设备，由于高压的冷却空气直接喷射到转子和定子上，可以直接冷却高温产生源的转子和定子。特别地，通过向产生高温的主要源头的转子和定子间的间隙t吹冷却空气，可以从根本上阻止高温的产生，因此使冷却效果最大。
虽然参考特定的优选实施例描述并说明了本发明，但本发明不限于特定的实施例。本领域的技术人员可以理解，可以进行形式和细节上的修改而不脱离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种用于冷却机床内置轴式主轴电动机的冷却设备，其中主轴电动机包括封闭主轴的电动机外壳，绕着主轴固定的转子，以及绕着转子固定于电动机外壳内圆周表面的定子，转子和定子间形成间隙，冷却设备包括：
冷却气供应装置，用于供应冷却气；
电动机外壳，其具有冷却气引入通道，用来将从冷却气供应装置供应的冷却气导入到转子和定子的一侧；以及
冷却气喷射喷嘴，其可拆卸地安装在电动机外壳中并且具有一个或多个可以向转子和定子之间的间隙喷射冷却气的喷嘴开口。
2.如权利要求1中所述的设备，其中冷却气喷射喷嘴具有环形体，其固定地安装在电动机外壳的内部圆周表面并沿着转子和定子的一侧外围设置，并且
其中环形体包括形成于沿着环形体底侧的环形中的气流道，能与冷却气导入通道相通，以及多个喷嘴开口，用于沿着气流道向转子和定子间的间隙顶部喷射冷却气。
3.如权利要求1中所述的设备，还包括多个导向件，用于把从冷却气喷射喷嘴的喷嘴开口喷射出的冷却气直接引导到转子和定子间的间隙，以及
其中导向件是从喷嘴开口的外围延伸的导向管，分别朝向转子和定子间的间隙。
4.如权利要求2中所述的设备，还包括多个导向件，用于把从冷却气喷射喷嘴的喷嘴开口喷射出的冷却气直接引导到转子和定子间的间隙，以及
其中导向件是从喷嘴开口的外围延伸的导向管，分别朝向转子和定子间的间隙。
5.如权利要求1中所述的设备，还包括排出通道，其形成于电动机外壳中，以便向外排出通过转子和定子间的间隙的冷却空气。
6.如权利要求1所述的设备，还包括排出通道，其形成于电动机外壳中，以便向外排出通过转子和定子间的间隙的冷却空气。
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