CN113649603B - 一种电主轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电主轴，属于主轴技术领域，电主轴包括：主轴；前轴承，前轴承与主轴配合；电机组件，电机组件套设在主轴外；第一冷却组件，第一冷却组件套设在主轴外；且第一冷却组件位于电机组件和前轴承之间用于阻隔电机组件产生的热量传递至前轴承。本发明将第一冷却组件设置在电机组件和前轴承之间，使得电机组件端部的热量先经过第一冷却组件进行消耗，之后才能到达前轴承，这样就避免了热量直接冲击前轴承而影响前轴承的性能；并且，由于第一冷却组件是套设在主轴外的，这样，当热量通过主轴内部向前轴承传递时，会在第一冷却组件处进行一定的消耗，大大减小了热量的传递。

Description

一种电主轴

技术领域

本发明涉及主轴技术领域，特别是涉及一种电主轴。

背景技术

电主轴是将机床主轴和主轴电机融为一体的新技术，其包括电机、主轴、轴承等部件，电机的转子采用压配的方式与主轴做成一体，主轴则由前后的轴承支撑；由于电主轴结构紧凑，因此其取代了传统的带有齿轮、皮带或者联轴器的主轴。电主轴的热伸长是影响电主轴精度的重要参数，而电主轴的散热效果直接影响热伸长。电机是电主轴产生热量最大的零部件，电机产生的热量，一部分传至主轴处，从而导致主轴长度的变化，各零件或零件各部分之间的相互位置关系发生变化，导致零件产生位移或者扭曲；另一部分传至前轴承处，使得前轴承温度升高，影响前轴承的性能。

电主轴传统的降温方式为：围绕电机的两侧设置冷却通道，这种降温方式虽然可以降低电机两侧的温度，但无法对电机端部进行降温，电机端部产生的热量传递至前轴承，导致前轴承因温度过高而性能下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电主轴，通过在前轴承和电机组件之间设置第一冷却组件，阻隔了电机组件产生的热量直接传递至前轴承，保证了前轴承的性能。

为了解决上述问题，根据本申请的一个方面，本发明的实施例提供了一种电主轴，电主轴包括：

主轴；

前轴承，所述前轴承与主轴配合；

电机组件，所述电机组件套设在主轴上；

第一冷却组件，第一冷却组件套设在主轴外；且第一冷却组件位于电机组件和前轴承之间用于阻隔电机组件产生的热量传递至前轴承。

进一步地，电主轴还包括第二冷却组件，第二冷却组件套设在电机组件上用于对电机组件进行降温。

进一步地，电主轴还包括进水组件，冷却液经进水组件后，一部分进入第一冷却组件内，另一部分进入第二冷却组件内，进入第一冷却组件内的冷却液汇入第二冷却组件内。

进一步地，第一冷却组件包括第一冷却环和第二冷却环，第一冷却环和第二冷却环配合后形成冷却环道。

进一步地，第一冷却环和第二冷却环一体成型。

进一步地，第一冷却环靠近第二冷却环的一面设置有至少两圈第一凹槽，相邻的第一凹槽首尾连通，位于外圈的第一凹槽上开设有液体入口。

进一步地，第二冷却环靠近第一冷却环的一面设置有至少两圈第二凹槽，相邻的第二凹槽首尾连通，位于内圈的第二凹槽上开设有液体出口。

进一步地，第一凹槽与第二凹槽圈数相同且匹配后形成冷却环道。

进一步地，第二冷却环上还开设有回流通道，回流通道一端与液体出口连通，另一端与第二冷却组件连通。

进一步地，液体入口远离第二冷却环的一面开设有第一密封槽，所述第一密封槽上设置有密封圈用于防止冷却液外泄至前轴承。

进一步地，回流通道远离第一冷却环的一面开设有第二密封槽，所述第二密封槽上设置有密封圈用于防止冷却液外泄至电机组件处。

进一步地，第二冷却环远离第一冷却环的一面与电机组件接触。

进一步地，进水组件包括设置在电主轴轴套上的流道，流道的一端为入水端，另一端为进水端，进水端与第一冷却组件和第二冷却组件均连通。

进一步地，第二冷却组件包括冷却水套，冷却水套内开设有螺旋水道，螺旋水道的入口与进水组件连通，螺旋水道还通过回流通道与第一冷却组件连通。

进一步地，第一冷却组件过盈配合在冷却水套内。

进一步地，电机组件包括配合设置的定子和转子，转子的内圆上开设有卡位槽，主轴上开设有挡肩，卡位槽与挡肩配合实现转子轴向方向的定位。

进一步地，卡位槽与挡肩均至少设置两个且两者数量匹配。

进一步地，转子与主轴均为圆锥形，且两者连接处的锥度相同。

与现有技术相比，本发明的电主轴至少具有下列有益效果：

首先，将第一冷却组件设置在电机组件和前轴承之间，使得电机组件端部的热量先经过第一冷却组件进行消耗，之后才能到达前轴承，这样就避免了热量直接冲击前轴承而影响前轴承的性能。

其次，在电主轴传统的冷却方式中，冷却通道围绕电机的侧面设置，一般不与主轴接触，而与电机的定子接触，这样，该冷却通道仅可实现对定子表面的降温，而定子靠近主轴的温度并没有得到有效的改善，因此该处的温度会通过主轴内部向前轴承传递；而采用本方案后，由于第一冷却组件是套设在主轴上的，这样，当热量通过主轴内部向前轴承传递时，会在第一冷却组件处进行一定的消耗，大大减小了热量的传递。

由此可知，本申请通过第一冷却组件位于电机组件和前轴承之间阻隔了热量从主轴外部、电机组件端部传递至前轴承；通过将第一冷却组件套设在主轴上阻隔了热量从主轴内部传递至前轴承；内外结合消耗热量，确保了前轴承不受热量的影响，进而保证了前轴承的性能，提高了使用寿命。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的一种电主轴的剖视图；

图2是图1中A处的局部放大图

图3是本发明的实施例提供的一种电主轴中第一冷却环剖视图；

图4是本发明的实施例提供的一种电主轴中第一冷却环的主视图；

图5是本发明的实施例提供的一种电主轴中第二冷却环的剖视图；

图6是本发明的实施例提供的一种电主轴中第二冷却环的主视图；

图7是本发明实施例提供的一种电主轴的主轴与定子的配合图；

图8是图7中B处的局部放大图；

图9是本发明的实施例提供的一种电主轴中卡位槽的放大图。

其中：

100.主轴；200.前轴承；300.电机组件；400.第一冷却组件；500.第二冷却组件；600.进水组件；101.挡肩；301.定子；302.转子；401.第一冷却环；402.第二冷却环；403.冷却环道；501.冷却水套；502.螺旋水道；601.流道；602.入水端；603.进水端；3021.卡位槽；4011.第一凹槽；4012.液体入口；4013.第一密封槽；4021.第二凹槽；4022.液体出口；4023.回流通道；4024.第二密封槽；40231.第一回水流道；40232.第二回水流道；40233.第三回水流道。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

在本发明的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种电主轴，如图1所示，电主轴包括：

主轴100、前轴承200、电机组件300和第一冷却组件400；其中，前轴承200与主轴100配合；电机组件300套设在主轴100上；第一冷却组件400套设在主轴100外；且第一冷却组件400位于电机组件300和前轴承200之间用于阻隔电机组件300产生的热量传递至前轴承200。

这样，采用上述结构，当电主轴工作时，电机组件300驱动主轴100转动，在这个过程中，电机组件300产生热量，其中，电机组件300端部的热量经过第一冷却组件400进行消耗，避免了热量对前轴承200造成冲击而影响前轴承200的性能；电机组件内部的热量通过主轴100内部向前轴承200传递时，会在第一冷却组件处400包括的主轴100段处进行一定的消耗，大大减小了热量的传递。

因此，本实施例通过第一冷却组件400位于电机组件300和前轴承200之间阻隔了热量从主轴100外部、电机组件300端部传递至前轴承200；通过将第一冷却组件400套设在主轴100上阻隔了热量从主轴100内部传递至前轴承200；内外结合消耗热量，确保了前轴承200不受热量的影响。

需要说明的是：在电主轴中，轴承包括前轴承和后轴承，而在电主轴工作的过程中，经多次检测，后轴承的升温比较小，在升温范围内，因此一般仅关注前轴承的温度。但是，假如后轴承也需要进行冷却的话，本实施例可增加一个第一冷却组件400，并将其设置在电机组件300和后轴承之间，用于阻隔电机组件300产生的热量传递至后轴承。

在其中一个实施例中，为了实现更好的冷却效果：

电主轴还包括第二冷却组件500，第二冷却组件500套设在电机组件300上用于对电机组件300进行降温。

具体地，第二冷却组件500套设在电机组件300上，可对电机组件300的外表面进行有效地降温。

如此，第一冷却组件400和第二冷却组件500结合，实现了对电机组件300的端部和外表面进行降温，使得降温更加彻底。

在其中一个实施例中：

电主轴还包括进水组件600，冷却液经进水组件600后，一部分进入第一冷却组件400内，另一部分进入第二冷却组件500内，进入第一冷却组件400内的冷却液阻隔电机组件300产生的热量传递至前轴承200后汇入第二冷却组件500内。

具体地，在该实施例中，通过进水组件600的设置使得第一冷却组件400和第二冷却组件500为并联结构，两者共用同一个进水组件600，且冷却液进入第一冷却组件400内阻隔电机组件300产生的热量传递至前轴承200后汇入第二冷却组件500内，一方面可以继续带走电机组件300表面的热量，另一方面与第二冷却组件500内的冷却液汇合后共同排出。

另外，上述冷却液不局限于水，还可以是冷却油等。

在具体实施例中：

如图2所示，第一冷却组件400包括第一冷却环401和第二冷却环402，第一冷却环401和第二冷却环402配合后形成冷却环道403。

为了使得第一冷却组件400容易加工，将其设置成第一冷却环401和第二冷却环402，在第一冷却环401和第二冷却环402上分别加工形状位置匹配的环形凹槽，当第一冷却环401和第二冷却环402匹配后，两者上面的凹槽对应在一起，形成冷却环道403，冷却液在该冷却环道403中流动以带走热量。

在其中一个实施例中，第一冷却环401和第二冷却环402也可以通过3D打印或粉末冶金的方式一体成型。

第一冷却环401靠近第二冷却环402的一面设置有至少两圈第一凹槽4011，相邻的第一凹槽4011首尾连通用于冷却液的传递，位于外圈的第一凹槽4011上开设有液体入口4012。

第二冷却环402靠近第一冷却环401的一面设置有至少两圈第二凹槽4021，相邻的第二凹槽4021首尾连通用于冷却液的传递，位于内圈的第二凹槽4021上开设有液体出口4022，第一凹槽4011与第二凹槽4021圈数相同且匹配后形成冷却环道403。

具体地，如图3和图4所示，第一冷却环401靠近第二冷却环402的一面设置有四圈第一凹槽4011，从外至内依次为：第一圈第一凹槽4011、第二圈第一凹槽4011、第三圈第一凹槽4011和第四圈第一凹槽4011；如图5和图6所示，第二冷却环402靠近第一冷却环401的一面设置有四圈第二凹槽4021，从外至内依次为：第一圈第二凹槽4021、第二圈第二凹槽4021、第三圈第二凹槽4021和第四圈第二凹槽4021。

在第一冷却环401中，冷却液从A处进入第一圈第一凹槽4011，逆时针(图3中的方向)流至第一圈第一凹槽4011的尾部，之后进入第二圈第一凹槽4011的首部，顺时针流至第二圈第一凹槽4011的尾部，之后进入第三圈第一凹槽4011的首部，逆时针流入第三圈第一凹槽4011的尾部，之后进入第四圈第一凹槽4011的首部，顺时针流入第四圈第一凹槽4011的尾部。

结合第二冷却环402后，第一冷却环401的第一圈第一凹槽4011和第二冷却环的第一圈第二凹槽4021形成第一冷却环道，第二圈第一凹槽4011和第二圈第二凹槽4021形成第二冷却环道，第三圈第一凹槽4011和第三圈第二凹槽4021形成第三冷却环道，第四圈第一凹槽4011汇合第四圈第二凹槽4021形成第四冷却环道。

在具体工作时，冷却液从液体入口4012进入，依次经过第一冷却环道、第二冷却环道、第三冷却环道和第四冷却环道后，从液体出口4022流出。

更具体地，第二冷却环402上还开设有回流通道4023，回流通道4023一端与液体出口4022连通，另一端与第二冷却组件500连通；这样，冷却液从液体出口4022流出后，经回流通道4023进入第二冷却组件500中。

另外，由于液体出口4022是设置在第四冷却环道上的，而第二冷却组件500靠近第一冷却环道，因此，回流通道4023包括依次连接的第一回水流道40231、第二回水流道40232和第三回水流道40233，第一回水流道40231用于将冷却液从第四冷却环道竖直引出，之后经水平设置的第二回水流道40232流入竖直设置的第三回水流道40233中，而第三回水流道40233中与第二冷却组件500连通；上述的水平和竖直均以图5为标准。

在其中一个实施例中：

为了使第一冷却组件400可以更好的阻隔电机组件300端部的热量，第一冷却组件400中的第二冷却环402远离第一冷却环401的一面与电机组件300接触；这样，电机组件300端部的热量会直接被第一冷却组件400吸收，避免了电机组件300端部的热量对电主轴其余零部件造成热辐射。

在其中一个实施例中：

液体入口4012远离第二冷却环402的一面开设有第一密封槽4013，回流通道4023远离第一冷却环401的一面开设有第二密封槽4024，第一密封槽4013和第二密封槽4024上均设置有密封圈。

由于液体入口4012远离第二冷却环402的一面为前轴承200，回流通道4023远离第一冷却环401的一面为电机组件300，因此本实施例通过密封圈防止了冷却液外泄至前轴承200和电机组件300处。

在其中一个实施例中：

进水组件600包括设置在电主轴轴套上的流道601，流道601的一端为入水端602，另一端为进水端603，进水端603与第一冷却组件400和第二冷却组件500均连通。

在该实施例中，入水端602用于将冷却液引入电主轴中，进水端603用于将冷却液引入第一冷却组件400和第二冷却组件500中。

第二冷却组件500包括冷却水套501，冷却水套501内开设有螺旋水道502，螺旋水道502与进水组件600和第一冷却组件400均连通，具体为螺旋水道502的入口与进水组件600连通，螺旋水道502还通过回流通道4023与第一冷却组件400连通；这样，冷却液经进水组件600后，一部分进入螺旋水道502中，另一部分进入第一冷却组件400中，进入第一冷却组件400中的冷却液在和电机组件300端部产生的热量进行热交换后进入螺旋水道502中。

这样，冷却液经进水组件600进入螺旋水道502中，可实现对电机组件300的降温。

第一冷却组件400过盈配合在冷却水套501内；具体地，第一冷却环401和第二冷却环402分别过盈配合在冷却水套501内，这样避免了第一冷却环401和第二冷却环402因配合不紧密而使冷却液外泄。

在其中一个实施例中：

电机组件300包括配合设置的定子301和转子302，如图7-9所示，转子302的内圆上开设有卡位槽3021，主轴100上开设有挡肩101，卡位槽3021与挡肩101配合实现转子302轴向方向的定位。

传统的电主轴中，转子与主轴仅采用锥面自锁配合，而电主轴在高速运转中，转子由于发热导致变形，致使转子与主轴的位置发生变化，使得两者配合不够紧密；而本实施例通过在转子302上设置卡位槽3021，在主轴100上开设有挡肩101，卡位槽3021与挡肩101配合实现转子302与主轴100的紧密连接。

并且在其中一个实施例中，转子302与主轴100均为圆锥形，且两者连接处的锥度相同。

因此，本实施例通过转子302与主轴100均采用锥面且锥度相同、挡肩101与卡位槽3021定位的方式进行配合，装配位置固定，有效提高装配效率。双重连接方式有效防止了电主轴在高速旋转过程中，转子302发生轴向移动，保证了电主轴精度及寿命。

卡位槽3021与挡肩101均至少设置两个且两者数量匹配；具体地，如图7所示，卡位槽3021与挡肩101均设置三个，可以实现更好的定位效果。

本发明提供的电主轴的工作过程为：

电机组件300工作，带动主轴100转动，在这个过程中，电机组件300产生热量，其中：

电机组件300端部产生的热量通过如下方式进行消耗：冷却液从入水端602进入流道601中，之后通过进水端603到达液体入口4012处，冷却液从液体入口4012进入，经过第一凹槽4011和第二凹槽4021配合形成的冷却环道403后，带走电机组件300端部产生的热量，依次经过第一回水流道40231、第二回水流道40232和第三回水流道40233进入螺旋水道502中；

电机组件300表面产生的热量通过如下方式进行消耗：冷却液从入水端602进入流道601中，之后通过进水端603进入螺旋水道502中，实现对电机组件300表面的降温；

另外，螺旋水道502中的冷却液在流经完整个螺旋水道后从冷却水套501排出。

本发明提供的电主轴，通过设置在电机组件300和前轴承200之间的第一冷却组件400阻隔了电机组件300端部产生的热量传递至前轴承200；并且，由于第一冷却组件400是套设在主轴100上的，这样，当热量通过主轴100内部向前轴承200传递时，会在第一冷却组件400处进行一定的消耗，大大减小了热量的传递。

通过套设在电机组件300上的第二冷却组件实现了对电机组件300表面的降温；两个降温组件结合使得降温更加彻底。并且，本发明通过转子302与主轴100均采用锥面且两者连接处锥度相同、挡肩101与卡位槽3021配合的方式有效提高了装配效率，且有效防止了电主轴在高速旋转过程中，转子302发生轴向移动，保证了电主轴精度及寿命。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (17)

1.一种电主轴，其特征在于，所述电主轴包括：

主轴(100)；

前轴承(200)，所述前轴承(200)与主轴(100)配合；

电机组件(300)，所述电机组件(300)套设在主轴(100)上；

第一冷却组件(400)，所述第一冷却组件(400)套设在主轴(100)外；且所述第一冷却组件(400)位于电机组件(300)和前轴承(200)之间，用于阻隔电机组件(300)产生的热量传递至前轴承(200)；

所述第一冷却组件(400)包括第一冷却环(401)和第二冷却环(402)，所述第一冷却环(401)和所述第二冷却环(402)上分别加工有形状位置匹配的环形凹槽，当所述第一冷却环(401)和所述第二冷却环(402)匹配后，所述第一冷却环(401)和第二冷却环(402)上的环形凹槽对应在一起，形成冷却环道(403)。

2.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述电主轴还包括第二冷却组件(500)，所述第二冷却组件(500)套设在电机组件(300)上，用于对电机组件(300)进行降温。

3.根据权利要求2所述的电主轴，其特征在于，所述电主轴还包括进水组件(600)，冷却液经所述进水组件(600)后，一部分进入所述第一冷却组件(400)内，另一部分进入所述第二冷却组件(500)内，进入所述第一冷却组件(400)内的冷却液汇入第二冷却组件(500)内。

4.根据权利要求3所述的电主轴，其特征在于，所述第一冷却环(401)和第二冷却环(402)一体成型。

5.根据权利要求4所述的电主轴，其特征在于，所述第一冷却环(401)靠近第二冷却环(402)的一面设置有至少两圈第一凹槽(4011)，相邻的所述第一凹槽(4011)首尾连通，位于外圈的第一凹槽(4011)上开设有液体入口(4012)。

6.根据权利要求5所述的电主轴，其特征在于，所述第二冷却环(402)靠近第一冷却环(401)的一面设置有至少两圈第二凹槽(4021)，相邻的所述第二凹槽(4021)首尾连通，位于内圈的第二凹槽(4021)上开设有液体出口(4022)。

7.根据权利要求6所述的电主轴，其特征在于，所述第一凹槽(4011)与第二凹槽(4021)圈数相同且匹配后形成冷却环道(403)。

8.根据权利要求7所述的电主轴，其特征在于，所述第二冷却环(402)上还开设有回流通道(4023)，所述回流通道(4023)一端与液体出口(4022)连通，另一端与第二冷却组件(500)连通。

9.根据权利要求5所述的电主轴，其特征在于，所述液体入口(4012)远离第二冷却环(402)的一面开设有第一密封槽(4013)，所述第一密封槽(4013)上设置有密封圈用于防止冷却液外泄至前轴承(200)。

10.根据权利要求8所述的电主轴，其特征在于，所述回流通道(4023)远离第一冷却环(401)的一面开设有第二密封槽(4024)，所述第二密封槽(4024)上设置有密封圈用于防止冷却液外泄至电机组件(300)处。

11.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述第二冷却环(402)远离第一冷却环(401)的一面与电机组件(300)接触。

12.根据权利要求3所述的电主轴，其特征在于，所述进水组件(600)包括设置在电主轴轴套上的流道(601)，所述流道(601)的一端为入水端(602)，另一端为进水端(603)，所述进水端(603)与第一冷却组件(400)和第二冷却组件(500)均连通。

13.根据权利要求8所述的电主轴，其特征在于，所述第二冷却组件(500)包括冷却水套(501)，所述冷却水套(501)内开设有螺旋水道(502)，所述螺旋水道(502)的入口与进水组件(600)连通，所述螺旋水道(502)还通过回流通道(4023)与第一冷却组件(400)连通。

14.根据权利要求13所述的电主轴，其特征在于，所述第一冷却组件(400)过盈配合在冷却水套(501)内。

15.根据权利要求1所述的电主轴，其特征在于，所述电机组件(300)包括配合设置的定子(301)和转子(302)，所述转子(302)的内圆上开设有卡位槽(3021)，所述主轴(100)上开设有挡肩(101)，所述卡位槽(3021)与挡肩(101)配合实现转子(302)轴向方向的定位。

16.根据权利要求15所述的电主轴，其特征在于，所述卡位槽(3021)与挡肩(101)均至少设置两个且两者数量匹配。

17.根据权利要求15或16所述的电主轴，其特征在于，所述转子(302)与主轴(100)均为圆锥形，且两者连接处的锥度相同。

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