[发明专利]用于电动主轴的恒定温度控制的方法和系统

说明书

本发明提供了用于通过调节电动机中的电损耗来控制电动机的温度的方法和系统。在一个实施方式中，确定电动机上的所需负载，并提供满足所需负载的第一电动机电压。将电动机的预定温度设定点与电动机的温度进行比较，并且基于电动机的温度和预定温度设定点确定第二电动机电压。然后可以基于计算的电压来调节电动机电压，并且可以基于所测得的电动机速度和实际电动机电压来调节电动机负载测量值。

技术领域

本发明涉及用于电动主轴的恒定温度控制的系统方法和设备。

背景技术

电动主轴由电动机驱动，该电动机的定子和转子是主轴的集成部分。通常，主轴用于不可预测的速度和扭矩负载的环境中，从而导致电动机中变化的损耗，因此这导致温度变化。结果，电动主轴经历尺寸变化，这导致工件尺寸的变化。当要求高公差水平(即，微米和亚微米水平)下的精度时，即使由于温度引起的很小的尺寸变化也可能对精密加工零件的生产产生影响。电动主轴的这种热效应仍然是一个未解决的问题。

减少热效应的影响的一种现有方法是在加工操作开始之前将电动主轴“预热(warm up)”到工作温度，然后保持该工作温度。

控制工作温度的一种方法是小心地控制负载(即，电动机速度和电动机上的负载)，使得电动机损耗与散热大致相同。

保持工作温度的另一方法是主动地控制冷却液温度。这通常需要温度控制系统，在该系统中可以测量冷却液温度，并且可以加热或冷却冷却液，从而在进行加工之前发生任何尺寸变化(由于温度造成的)。然而，这种布置的问题在于，这增加了不期望的开机时间/停机时间，并且当在加工期间存在进一步的温度变化并且因此存在进一步的尺寸变化时是有问题的。

因此，期望提供改善或至少缓解一个或更多个上述问题的系统方法和设备。

在转向本发明的发明内容之前，将理解的是，对本发明的背景的讨论被包括在内以解释本发明的上下文。这不应被视为承认所提及的任何材料已出版、已知或是公知常识的部分。

发明内容

本发明提供了一种利用电动机能力以便利用嵌入在电动机驱动器中的温度控制单元(controller)来主动控制电动机温度的方法。该方法可应用于嵌入式轴驱动器和各种电动机类型，包括但不限于：旋转电动机、线性电动机、电动主轴、包括永磁体主轴电动机的同步电动机以及包括感应电动机的异步电动机。在电动机是较大组件(诸如，主轴)的集成部分的应用中，热损耗然后会传递到主轴的其它组件，这可能导致成比例的尺寸变化。甚至很小的尺寸变化也可能对精密加工的工件的生产产生显著影响。热量也可以从电动机耗散到电动机附近的其它机器组件。对于具有在电动机附近的热敏组件的高精度机器而言，这尤其成问题。在高精度机器中，对机器的精度和可重复性的热影响可能是显著的。本发明可以用于减少这些组件上的热效应或以更可预测的方式影响组件。

将理解的是，术语“负载”是指电动机上的负载以及电动机的速度，因此所需负载可以包括电动机所需的负载和电动机所需的速度。例如，取决于电动机的类型，这可以是旋转的或线性的。

在第一方面，本发明提供了一种通过调节电动机中的电损耗来控制电动机的温度的方法。

该方法优选地包括以下步骤：(a)确定电动机上的所需负载，并提供满足所需负载的第一电动机电压；(b)提供针对电动机的预定温度设定点；(c)确定电动机的温度；(d)将电动机的温度与预定温度设定点进行比较；(e)基于电动机的温度和预定温度设定点确定第二电动机电压；以及(f)基于在步骤(a)和步骤(e)中计算出的电压来调节电动机电压，(g)基于测得的电动机速度和实际电动机电压来调节电动机负载测量值。

本发明确定电动机上的所需负载并调节第一电压以满足所需负载。在温度低于阈值温度的情况下，可以将第二电压施加到电动机，该第二电压可以将温度朝向预定温度设定点增加。有利地，尽管牺牲了一些电动机效率，但是电动机在恒定温度下操作，这在诸如CNC系统的应用中允许减小在加工时由于温度引起的尺寸变化的可能性。