[发明专利]一种温度自检测电主轴冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及冷却装置，特别涉及一种温度自检测电主轴冷却装置。

背景技术

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，使高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动，实现机床的“零传动”。电主轴与直线电机技术、高速刀具技术一起，把高速加工推向一个新时代，在高效加工领域有着举足轻重的作用。大量研究表明，主轴发热是影响其性能(刚度、精度、使用寿命)的最主要因素之一，由其导致的主轴热误差是数控机床等精密加工机械的最大误差源。因此对电主轴进行冷却具有重要的意义。

目前，电主轴冷却一般采取强制循环油冷却的方式对其定子及主轴轴承进行冷却，即将经过油冷却装置的冷却油强制性地在主轴定子外和主轴轴承外循环，带走主轴高速旋转产生的热量。此外，还有采用压缩空气冷却的电主轴，如HSPK系列压缩空气冷却电主轴。采用这两种冷却方式对主轴冷却套密封性有严格要求，易因密封性问题导致冷却剂泄漏使冷却效果下降和污染工作环境。因此，建立一种新型高效、结构紧凑、清洁环保的冷却系统具有十分重要的意义。

近年来，相变材料(PCM-Phase Change Material)在我国已经列为国家级研发利用序列，这种材料一旦在人类生活被广泛应用，将成为节能环保的最佳绿色环保载体。相变材料是指随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

不同相变材料的溶解点和溶解潜热不同，基于此可通过选择不同的相变材料来开发适用于不同场合的冷却装置。如水是一种常见的相变材料，在1个大气压0℃的情况下，1千克质量的冰转变成同温度的水，要吸收79.6千卡的热量；STL37水合盐相变温度为28℃；目前可查商品化的相变材料熔点温度范围为从-30℃到+117℃。大量实验表明，一般主轴发热温度在20-80℃左右，因此，针对特定电主轴可采用相应熔点的相变材料来实现冷却。

声表面波传感是近些年发展起来的一种新的传感测量方式。声表面波传感器除了具有精度和灵敏度高，线性度好等特点外，更重要的是实现了传感器的无线和无源化。声表面波传感器一般在射频段工作，可以将声表面波输出信号直接转化成为电磁波发射出去，实现信息的无线传输。声表面波传感器的基片采用压电材料，传感器受电磁波激发时具有储能特性，在信号回传时无需额外供电，只以电磁波作为能量的供应和信号传输的工具，从而摆脱了电池的限制，实现传感信号反馈的无源化。

目前，电主轴冷却一般采取强制循环油冷却的方式对其定子及主轴轴承进行冷却，即将经过油冷却装置的冷却油强制性地在主轴定子外和主轴轴承外循环，带走主轴高速旋转产生的热量，如申请公布号为CN102862092 A的专利文献公开了一种基于分形流道的冷却套，包括依次紧密套接的冷却套内圈、冷却套中圈和冷却套外圈；冷却套内圈的外壁沿圆周向设有内圈冷却单元，包括矩形分布的四个内圈工字形流道以及与其连通的内圈工字形连接流道，内圈工字形连接流道与冷却套的入水口相连；冷却套中圈沿圆周向设有与内圈冷却单元正对且连通的中圈冷却单元；冷却套的入水口与冷却套的出水口错开相对设置。

此外，还有采用压缩空气冷却的电主轴，如HSPK系列压缩空气冷却电主轴。

采用上述两种冷却方式对主轴冷却套密封性有严格要求，易因密封性问题导致冷却剂泄漏使冷却效果下降和污染工作环境，且现有技术中一般采用有源有线、有源无线等监测技术进行测温，但这存在诸多局限性，传统有线传感器往往难以实现在理想测点上的安装，且监测系统通常需要多个传感器，使得电源线和信号线的配置更加复杂；无线传感器摆脱了走线的限制，但仍受到供能问题和体积问题的困扰。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种温度自检测电主轴冷却装置。解决了现有技术易因密封性问题导致冷却剂泄漏使冷却效果下降和污染工作环境的问题，以及现有测量技术诸多局限性的问题。

本发明采取的技术方案如下：

一种温度自检测电主轴冷却装置，包括具有电主轴通道的壳体，壳体内沿电主轴通道的外围分布有换热介质通道，所述换热介质通道内设有：

冷却球，与所述换热介质通道滚动配合，冷却球包括空心球体，以及填充在空心球体内的相变材料；

传感球，与所述换热介质通道滚动配合，用于探测换热介质通道的温度。