专利名称：一种具有复合定子结构的电主轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及电主轴技术领域，具体是具有高效散热特性复合定子结构的电主轴。
背景技术：
电主轴技术将电机集成在主轴单元中，实现高速旋转。电主轴高速运转时由于定子的 电涡流、内部的高速气流、以及轴承会产生大量热量，如果不及时散热，不但会引起主轴 温升，影响电主轴的精度，还会导致轴承的损坏。因此必须采取有效的冷却措施。现有的 冷却形式大都采用泵将冷却介质泵入主轴外壳的循环水路中，将热量带走，维持加工过程 的主轴温度稳定。现有技术通常在电主轴定子的外面套一个定子外壳，定子外壳的外表面 再套主轴外壳。将电主轴的定子与定子外壳采用过盈配合安装，并在定子外壳的外圆表面 上加工出螺旋水槽，通过与主轴外壳内圆表面的配合形成冷却介质通道。该技术存在以下 缺点(1)电主轴定子与定子外壳的配合存在间隙，由于空气的导热系数低，阻碍了电主 轴内部热量向外传导；(2)定子外壳不能充分的将电主轴内部的热量传导出来。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种具有复合定子结构的电主轴。 该电主轴结构简单，散热效果好。本发明通过如下技术方案实现
一种具有复合定子结构的电主轴，包括一个套在电主轴复合定子外表面的电主轴外
壳、若干组电主轴定子线圈和一个位于电主轴旋转中心的转子轴，其特征在于还包括一个 环绕电主轴转子轴并与电主轴转子轴有间隙的电主轴复合定子，复合定子由定子导热套和 定子两部分组成，转子轴由主轴和电主轴内置电机转子组成。
上述的具有复合定子结构的电主轴中，所述定子导热套采用具有导热系数为
0.5-1800*/(111上)的材料，将该材料加热熔化后采用压铸、浇铸或注塑工艺与定子外圆表面 紧密结合为一体，定子与定子导热套形成具有导磁功能及导热功能的复合定子，在定子导
热套的外圆表面上形成螺旋形的具有高导热特性的外圆表面沟道；电主轴外壳的内圆表面 与电主轴复合定子的外圆表面紧密结合，复合定子两端用密封圈密封，电主轴复合定子的 外圆表面沟道与电主轴外套的内圆表面形成冷却通道，冷却介质通过冷却通道，带走电主 轴高速转动时产生的热量。
上述的具有复合定子结构的电主轴中，所述定子导热套的材料是指银、银合金、铝、 铝化合物或铝合金、铜或铜合金、金刚石类、镁、氧化镁或镁合金、氮化铝、热塑性导热 树脂或热固性导热树脂。
上述的具有复合定子结构的电主轴中，所述定子导热套采用金属填充型、金属氧化物
填充型、金属氮化物填充型、无机非金属填充型或纤维填充型导热塑料。
上述的具有复合定子结构的电主轴中，定子导热套采用所述材料压铸、浇铸或注塑与
定子外圆表面紧密结合为一体，与定子外圆紧密相连，且具有壁厚为1毫米至50毫米。
上述的具有复合定子结构的电主轴中，所述定子的材料是具有导磁特性的材料，材料是硅钢片、软磁复合材料、稀土合金材料、氧化铁或永久磁钢。
上述的具有复合定子结构的电主轴中，定子导热套外圆表面具有螺旋形沟道，螺旋形 沟道的横截面为半圆形、圆弧形、矩形、三角形或梯形，螺旋形沟道的表面为粗糙表面。
上述的具有复合定子结构的电主轴中，所述的定子导热套前后两端具有螺纹孔，用于 安装电主轴的前后端盖。
上述的具有复合定子结构的电主轴中，所述外壳为一薄壁套筒，其内圆表面与定子导 热套的外圆表面经装配后结合在一起，采用压配合、加热电主轴外壳后热涨配合或采用焊 接或粘接的方式与定子导热套的外圆面固定为一体。
本发明与现有技术相比有如下优点:
1. 采用压铸、浇铸、或注塑工艺将具有导热系数为0.5-1800评/(!11.1<)的材料与定子外
圆表面紧密结合为一体，并在成形模具内腔的作用下，冷却成形后形成一个与定
子外圆紧密相连的且具有壁厚为0.2-30毫米的定子导热套，提高散热效果。
2. 定子导热套与定子外圆表面紧密结合为一体，构成具有高效散热特性的复合定 子。
3. 电主轴的定子与定子导热套采用压铸、浇铸、或注塑工艺形成复合定子，结构紧 密，减小配合间隙，提高导热性能。
4. 定子导热套表面经某种工艺加工后获得具有某种纹路的粗糙表面，增大了与冷却 介质接触面积，利于快速传导热量。
图l是本发明实施方式的具有复合定子结构的电主轴结构示意图。图1中，l一前端
轴承内圈锁紧螺母；2 —前端轴承外圈挡肩；3 —波纹垫片；4一前端轴承；5 —前端盖； 6 —前端轴承外套圈；7 —密封圈；8 —外壳；9一定子线圈；10 —冷却通道；ll一复合 定子；12 —转子轴；13 —后端轴承外圈锁紧套；14一定压弹簧；15 —后端轴承调整锁紧 环；16 —弹簧挡圈；17 —后端轴承；18 —后端轴承支撑架；19一后端轴承内圈锁紧螺母； 20 —后挡板；21—后端盖。
图2是本发明实施方式电主轴冷却结构示意图。图2中，7 —密封圈；8 —外壳；9_ 定子线圈；IO —冷却通道；ll一复合定子；12 —转子轴；22 —冷却回路入口； 23 —冷却 回路出口。
图3是本发明实施方式的复合定子结构示意图。图3中，9一定子线圈；ll-l一定子
导热套；U-2 —定子；ll-l-l一外圆表面沟道。
图4为图3中外圆表面沟道的放大图。
图5是本发明实施方式的电主轴转子轴结构示意图。12-1主轴；12-2电主轴内置 电机转子。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明。
如图1所示， 一种具有高效散热特性复合定子结构的电主轴，该电主轴由前端轴承内圈锁紧螺母1前端轴承外圈挡肩2、波纹垫片3、前端轴承4、前端盖5、前端轴承外套圈 6、密封圈7、外壳8、定子线圈9、冷却通道IO、复合定子ll、转子轴12、后端轴承外 圈锁紧套13、定压弹簧14、后端轴承调整锁紧环15、弹簧挡圈16、后端轴承17、后端 轴承支撑18、后端轴承内圈锁紧螺母19、后挡板20、后端盖21组成。复合定子ll由定 子导热套11_1和定子11-2两部分组成，并环绕转子轴且与转子轴有一定间隙。转子轴12 由主轴12-1和电主轴内置电机转子12-2组成。定子导热套11-1采用具有导热系数为 0.5-1800w/(m.k)的材料，将该材料加热熔化后采用压铸、浇铸或注塑工艺与定子11-2外 圆表面紧密结合为一体，定子11-2与定子导热套11-1形成具有导磁功能及导热功能的复 合定子11。采用成形加工方式在定子导热套11-1的外圆表面上形成螺旋形的具有高导热 特性的外圆表面沟道11-1-1，电主轴外壳8的内圆表面与电主轴复合定子11的外圆表面 紧密结合，两端用密封圈7密封，电主轴复合定子11的外圆表面沟道11-1-1与电主轴外 套8的内圆表面形成冷却通道10，冷却介质通过冷却通道10，带走电主轴高速转动时产 生的热量。
本实施方式中的定子导热套11-1采用具有导热系数为0.5-1800 /(111.10的材料，该材 料可以是金属、非金属、复合材料、纳米材料、导热塑料等。尤其是指银或银合金材料， 铝、铝化合物或铝合金材料，铜或铜合金材料，金刚石类材料，镁、氧化镁或镁合金材料， 氮化铝，热塑性导热树脂和热固性导热树脂，金属填充型、金属氧化物填充型、金属氮化 物填充型、无机非金属填充型、纤维填充型导热塑料。
本实施方式中定子导热套11-1的材料可采用压铸、浇铸、或注塑工艺与电主轴定子 11-2外圆表面紧密结合为一体，并在成形模具内腔的作用下，冷却成形后形成一个与电 主轴定子11-2外圆紧密相连的具有一定壁厚的定子导热套11-1，定子11-2与电主轴定子 导热套11-1形成电主轴复合定子11。
本实施方式中的定子11-2的材料是具有高导磁特性的材料，定子11-2与定子导热套 11-1形成的复合定子11具有高导磁特性及高导热特性。
本实施方式中的复合定子11，采用成形加工方式在定子导热套11-1的外圆表面上形 成螺旋形的具有高导热特性的外圆表面沟道11-1-1，螺旋形沟道的横截面为半圆形、圆弧 形、矩形、三角形、梯形等几何形状，螺旋形沟道的表面经某种工艺加工后获得具有某种 纹路的粗糙表面，此沟道表面积大于具有光滑表面的相同螺旋沟道的表面积。
本实施方式中的电主轴定子导热套11-1外圆表面上的螺旋形沟道与电主轴外壳8的 内圆表面形成冷却通道10，冷却介质从此通道中通过，带走电主轴高速转动时产生的热
量o
本实施方式中的电主轴复合定子11两端与电主轴外套8之间采用密封圈7密封，避 免冷却介质泄漏。
本实施方式中的电主轴外壳8是一个壁厚为0.2-30毫米的套筒，其内圆表面与电主 轴定子导热套11-1的外圆表面经装配后结合在一起，装配方式可以是压配合、加热电主 轴外壳8后配合等，并可采用焊接或粘合的方式与电主轴定子导热套11-1的外圆面固定为一体。
参见图l、 2、 3所示，该电主轴由前端轴承内圈锁紧螺母l、前端轴承外圈挡肩2、 波纹垫片3、前端轴承4、前端盖5、前端轴承外套圈6、密封圈7、外壳8、定子线圈9、 冷却通道IO、复合定子ll、转子轴12、后端轴承外圈锁紧套13、定压弹簧14、后端轴 承调整锁紧环15、弹簧挡圈16、后端轴承17、后端轴承支撑18、后端轴承内圈锁紧螺母 19、后挡板20、后端盖21组成。复合定子11由定子导热套11-1和定子11-2两部分组成， 并环绕转子轴且与转子轴有一定间隙。
复合定子ll:复合定子ll由定子导热套ll-l、定子ll-2两部分组成。将具有导热 系数为0.5-1800w/(m.k)的材料加热熔化后采用压铸、浇铸工艺或注塑工艺在电主轴定子 11-2外圆表面紧密结合一层定子导热套11-1，再采用成形加工方式在定子导热套11-1的 外圆表面上形成螺旋形的具有高导热特性的外圆表面沟道11-1-1 (如图4)。
转子轴12:转子轴12由主轴12-1和电主轴内置电机转子12-2组成。
安装时，电主轴外壳8用焊接或粘合的连接形式与电主轴复合定子11的外圆表面紧 密结合，两端用密封圈7密封，电主轴复合定子11的外圆表面沟道11-1-1与电主轴外套 8的内圆表面形成冷却通道10。
将前端盖5装于复合定子11上，将前端轴承4、后端轴承17装于转子轴12上，利 用转子轴12轴肩定位。前端轴承外套圈6圈装于前端盖5上，实现对前端轴承4外圈锁 紧，前端轴承外圈挡肩2与波纹垫片3实现对前端轴承4外圈预紧，前端轴承内圈锁紧螺 母1装于转子轴12上，实现前端轴承4内圈锁紧。后端轴承外圈锁紧套13、定压弹簧14、 弹簧挡圈16形成后端轴承预紧结构，对后端轴承17外圈施加可调定压预紧力。并用后端 轴承内圈锁紧螺母19对后端轴承17内圈锁紧。再将后挡板20及后端盖21与电主轴的定 子导热套ll-l连接固定。
使用时，从冷却回路入口输入冷却介质，通过电主轴的冷却介质通道与电主轴定子 11-2产生热交换，再从冷却回路出口导出，从而实现循环冷却。
权利要求
1、一种具有复合定子结构的电主轴，包括一个套在电主轴复合定子外表面的电主轴外壳(8)、若干组电主轴定子线圈(9)和一个位于电主轴旋转中心的转子轴(12)，其特征在于还包括一个环绕电主轴转子轴并与电主轴转子轴有间隙的电主轴复合定子(11)，复合定子(11)由定子导热套(11-1)和定子(11-2)两部分组成，转子轴(12)由主轴(12-1)和电主轴内置电机转子(12-2)组成。
2、根据权利要求1所述的具有复合定子结构的电主轴，其特征在于所述定子导热套(11-1)采用具有导热系数为0.5-1800 /(111上)的材料，将该材料加热熔化后采用压铸、浇 铸或注塑工艺与定子(11-2)外圆表面紧密结合为一体，定子(11-2)与定子导热套(11-1) 形成具有导磁功能及导热功能的复合定子(11)，在定子导热套(11-1)的外圆表面上形 成螺旋形的具有高导热特性的外圆表面沟道(11-1-1);电主轴外壳(8)的内圆表面与电 主轴复合定子(11)的外圆表面紧密结合，复合定子(11)两端用密封圈(7)密封，电 主轴复合定子(11)的外圆表面沟道(11-1-1)与电主轴外套(8)的内圆表面形成冷却 通道(10)，冷却介质通过冷却通道(10)，带走电主轴高速转动时产生的热量。
3、 根据权利要求l所述的具有复合定子结构的电主轴，其特征在于所述定子导热套 (11-1)的材料是指银、银合金、铝、铝化合物或铝合金、铜或铜合金、金刚石类、镁、氧化镁或镁合金、氮化铝、热塑性导热树脂或热固性导热树脂。
4、 根据权利要求l所述的具有复合定子结构的电主轴，其特征在于所述定子导热套 (11-1)采用金属填充型、金属氧化物填充型、金属氮化物填充型、无机非金属填充型或纤维填充型导热塑料。
5、 根据权利要求3或4所述的具有复合定子结构的电主轴，其特征在于定子导热套 (11-1)采用所述材料压铸、浇铸或注塑与定子(11-2)外圆表面紧密结合为一体，且壁厚为l毫米至50毫米。
6、 根据权利要求5所述的具有复合定子结构的电主轴，其特征在于所述定子(11-2) 的材料是具有导磁特性的材料，材料是硅钢片、软磁复合材料、稀土合金材料、氧化铁或 永久磁钢。
7、 根据权利要求6所述的具有复合定子结构的电主轴，其特征在定子导热套(11-1) 外圆表面具有螺旋形沟道，螺旋形沟道的横截面为半圆形、圆弧形、矩形、三角形或梯形， 螺旋形沟道的表面为粗糙表面。
8、 根据权利要求7所述的具有复合定子结构的电主轴，其特征在于所述的定子导热 套(11-1)前后两端具有螺纹孔，用于安装电主轴的前后端盖。
9、 根据权利要求8所述的具有复合定子结构的电主轴，其特征在于所述外壳(8)为 一薄壁套筒，其内圆表面与定子导热套(11-1)的外圆表面经装配后结合在一起，采用压 配合、加热电主轴外壳(8)后热涨配合或采用焊接或粘接的方式与定子导热套(11-1) 的外圆面固定为一体。
全文摘要
本发明公开了一种具有复合定子结构的电主轴，包括一个套在电主轴复合定子外表面的电主轴外壳、若干组电主轴定子线圈和一个位于电主轴旋转中心的转子轴，还包括一个环绕电主轴转子轴并与电主轴转子轴有间隙的电主轴复合定子，复合定子由定子导热套和定子两部分组成，转子轴由主轴和电主轴内置电机转子组成。电主轴外壳的内圆表面与电主轴复合定子的外圆表面紧密结合，电主轴复合定子的外圆表面沟道与电主轴外套的内圆表面形成冷却通道，冷却介质通过冷却通道，带走电主轴高速转动时产生的热量。本发明的结构简单，散热效率高。
文档编号H02K1/12GK101436804SQ20081021998
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年12月16日
发明者刘铨权, 李伟光, 董海平, 蒲洪彬, 刚 陈 申请人:华南理工大学