[发明专利]一种基于分形流道的冷却套及电主轴

说明书

技术领域

本发明涉及冷却设备领域，尤其涉及一种基于分形流道的冷却套及电主轴。

背景技术

随着机床不断朝高速、高精度方向发展，数控加工机床的主轴则主要采用电主轴。电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好的优点。可是电主轴的发热所造成的热误差则是制约电主轴加工精度的关键因素。大量研究表明：在精密机床中，热误差所引起的加工误差占总误差的70%左右。而电机的发热是电主轴发热的主要因素，电机定子则占电机发热量的三分之二以上，因此，如何将电机定子的发热快速有效地带走是解决该热误差的有效手段。

目前，对电机定子的冷却采用在电机定子的外圆周套上冷却套，与外围换热系统形成封闭的冷却循环系统。冷却套内的流道有螺旋形和直道形。

申请公布号为CN 101847909A的中国发明专利申请公开了一种高速车床电主轴部件冷却方法及结构，在内装式伺服电机定子与箱体之间装有轴承水套，该轴承水套外圆切有冷却腔槽及螺旋型流体通道，同时内装式伺服电机定子外壳上带有螺旋水套，轴承水套和螺旋水套两个水套通过孔串联起来，并由箱体上冷却水进口、轴承水套、内装式伺服电机定子水套、箱体上冷却水出口共同构成一个封闭的水冷却循环系统。

公开号为CN 101431277A的中国发明专利申请公开了一种高速电主轴的直水道式冷却装置，包括机壳、端盖以及后轴承室，端盖、后轴承室分别与机壳配合安装，机壳为整体式结构，机壳圆周方向上设有直孔结构的冷却水道，相邻的冷却水道在机壳与端盖、机壳与后轴承式的配合安装处相连通。

上述两个专利申请分别公开了螺旋形流道的冷却套和直道形流道的冷却套，这些结构存在着以下的技术问题：

一、采用螺旋形或者直道形冷却流道散热，其有效散热效率均不理想，需要进一步提高；

二、无论是螺旋形的还是直道形的冷却流道散热，均没有考虑到散热所需要消耗的泵功率，即当增强电机定子的散热后，驱动冷却的泵所需要的功率也在加大，这样有效散热没有增大，反而减小，导致有效散热效率下降。

在CPU散热领域，国内外的专家学者也在致力于此问题的解决。他们通过理论与实验证实了利用分形理论设计的冷却流道具有更好的散热效率。如公开号为CN 101394730A的中国发明专利申请公开了一种分形散热器，包括一个热沉块和从热沉块大体沿着径向向外延伸的多个散热肋片，至少一部分散热肋片具有分形结构，具有分形结构的散热肋片包括至少一个分支，且每个分支具有分支形式中的至少一种：a）一分为二以及b）一分为三，其有效散热效率相比之前有一定地提高，但是其有效散热效率仍不理想。

发明内容

本发明提供了一种基于分形流道的冷却套，为采用分形网络流道形成的冷却套，与外围换热系统连接起来形成循环冷却系统，能够提高温度分布的均匀性以及提高有效散热效率。

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；

所述冷却套内圈的外壁沿圆周向设有若干个内圈冷却单元，所述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所述四个内圈工字形流道连通的内圈工字形连接流道，所述内圈工字形连接流道与冷却套的入水口相连；

所述冷却套中圈沿圆周向设有若干个与所述内圈冷却单元正对且连通的中圈冷却单元，所述中圈冷却单元包括矩形分布的四个中圈工字形流道以及与所述四个中圈工字形流道连通的中圈工字形连接流道，所述中圈工字形连接流道与冷却套的出水口相连；

所述冷却套的入水口与冷却套的出水口错开相对设置。即冷却套的入水口位于本发明基于分形流道的冷却套轴向的一侧，冷却套的出水口位于本发明基于分形流道的冷却套轴向的另一侧。

从冷却套的入水口向本发明基于分形流道的冷却套通入冷却介质，通常选用水，冷却介质流入到内圈冷却单元中，依次经过内圈工字形连接流道和内圈工字形流道，之后冷却介质进入到冷却套中圈上的中圈冷却单元，再依次经过中圈工字形连接流道和中圈工字形流道，最后从冷却套的出水口流出，从而起到冷却作用，其冷却工作过程是一个连续的过程，基于本发明这样的冷却结构，能够提高温度分布的均匀性以及有效散热效率。