[实用新型]一种高速电主轴的冷却装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于高速电主轴的一种冷却装置，尤其是一种将半导体制冷技术运用到高速电主轴系统冷却的装置。

背景技术

高速电主轴主要包括主轴外壳、转子轴、定子部件和转子部件，常应用于高转速、高精度的加工制造中。由于电主轴将电机集成在其内部，使其增加了一个较大的发热源。电机的发热主要有定子的铜耗发热及转子的铁损发热，其定子绕组的发热占电机总发热量的三分之二以上。另外，电机转子在主轴壳体内高速旋转，搅动内腔中的空气也会发热。如不及时进行冷却，将会使机械系统发热变形，从而影响其精度。

现阶段高速电主轴多采用水冷方式进行冷却。水冷方式主要采用水套结构，水套与主轴外壳之间设置有水道，水道有螺旋水道和直水道两种，利用流动在水道内的冷却水对高速电主轴系统进行冷却。具有一定压力和流量的循环冷却水在外壳的一端流入，另一端流出。有资料显示，电主轴的中间部位发热量最大。在冷却水流动的过程中，水温逐渐升高，进而与主轴外壳的温差将会越来越小，因此冷却效果也会越来越差，同时也造成了两端的温度分布不均。另外，水的比热容较大，其冷却速度也较慢，冷却效果不好。

半导体制冷又称热电制冷或温差制冷，具有非常好的热电转换特性。其结构简单，尺寸小，制冷片由热电堆和导线组成，无任何机械运动部件，噪音低，无磨损，寿命长；具有较高的可靠性和良好的可维修性。制冷温度和速度可以通过改变工作电流和电压大小在规定范围内进行调节，制冷量可以在毫瓦和千瓦级之间变化，制冷温差可达20度到150度。

半导体技术虽然具有上述诸多优点，但现有技术中并未发现将半导体制冷技术应用于高速电主轴系统的报道。

实用新型内容

本实用新型的任务在于解决现有技术中高速电主轴的冷却装置所存在的技术缺陷，提供一种高速电主轴的冷却装置。

其技术解决方案是：

一种高速电主轴的冷却装置，包括套置在主轴外壳上的密封水套、开设在主轴外壳的螺旋式水道与冷却水循环系统；上述螺旋式水道包括位于主轴外壳左侧的左侧螺旋式水道，与位于主轴外壳右侧的右侧螺旋式水道，左侧螺旋式水道与右侧螺旋式水道彼此独立，左侧螺旋式水道的水道进水口位于主轴外壳的左侧端，水道出水口位于主轴外壳的中央段，右侧螺旋式水道的水道进水口位于主轴外壳的右侧端，水道出水口位于主轴外壳的中央段，冷却水循环系统的供水管路同时连接两个水道进水口；上述冷却装置还包括半导体制冷片及水冷散热管，水冷散热管包括冷却管与储热部，冷却管的一端为冷却管入水口，另一端为冷却管出水口，半导体制冷片的冷端与主轴外壳的中央段接触，热端与水冷散热管的储热部接触；上述两个水道出水口同时连接冷却管入水口，冷却管出水口连接冷却水循环系统的回水管路。

上述半导体制冷片有两块或两块以上，在主轴外壳的中央部位的周向上均匀分布。

上述水冷散热管的储热部穿经密封水套开设的安装孔，半导体制冷片安装在主轴外壳的座孔内，半导体制冷片的冷端朝向主轴外壳一侧，热端朝向水套一侧并与储热部的端面接触，密封水套与储热部之间进行密封连接固定。

上述冷却管内设置有管栅。

本实用新型具有以下技术效果：

本实用新型将主轴外壳分为三段进行冷却，其中主轴外壳左、右两段采用水冷方式冷却，中间段采取半导体制冷片进行冷却，能够实现对中间部位的强化冷却。由于半导体制冷片接通直流电流后就会产生能量的转移，形成温差较大的冷端和热端，因此其工作时相当于一个热泵，直接从主轴外壳中吸收热量运送到水冷散热管，热量转移的速度快、效率高。此外，左、右两侧螺旋式水道同时通入冷却水，由于温差较大，冷却的速度也较快。本实用新型是高速电主轴较为理想的冷却装置。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型一种实施方式的结构原理示意图，主要示出了主轴外壳部分。

图2示出了本实用新型中的水冷散热管，为一种剖示状态。

图3示出了上述方式中的水冷散热管、半导体制冷片及主轴外壳之间的装配位置关系，为一种断面状态。

具体实施方式