[發明專利]用于電動主軸的恒定溫度控制的方法和系統

在審

• 申請號: 201880086019.9
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN111886798A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: P·G·柏蘭德;鄭特沛;大衛·菲舍爾;秦麗江
• 申請（專利權）人: 安卡有限公司
• 主分類號: H02P29/60
• 分類號: H02P29/60;H02P29/02;H02P23/14;H02P21/06;H02P29/66
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東;黃綸偉

本發明提供了用于通過調節電動機中的電損耗來控制電動機的溫度的方法和系統。在一個實施方式中，確定電動機上的所需負載，并提供滿足所需負載的第一電動機電壓。將電動機的預定溫度設定點與電動機的溫度進行比較，并且基于電動機的溫度和預定溫度設定點確定第二電動機電壓。然后可以基于計算的電壓來調節電動機電壓，并且可以基于所測得的電動機速度和實際電動機電壓來調節電動機負載測量值。

技術領域

本發明涉及用于電動主軸的恒定溫度控制的系統方法和設備。

背景技術

電動主軸由電動機驅動，該電動機的定子和轉子是主軸的集成部分。通常，主軸用于不可預測的速度和扭矩負載的環境中，從而導致電動機中變化的損耗，因此這導致溫度變化。結果，電動主軸經歷尺寸變化，這導致工件尺寸的變化。當要求高公差水平(即，微米和亞微米水平)下的精度時，即使由于溫度引起的很小的尺寸變化也可能對精密加工零件的生產產生影響。電動主軸的這種熱效應仍然是一個未解決的問題。

減少熱效應的影響的一種現有方法是在加工操作開始之前將電動主軸“預熱(warm up)”到工作溫度，然后保持該工作溫度。

控制工作溫度的一種方法是小心地控制負載(即，電動機速度和電動機上的負載)，使得電動機損耗與散熱大致相同。

保持工作溫度的另一方法是主動地控制冷卻液溫度。這通常需要溫度控制系統，在該系統中可以測量冷卻液溫度，并且可以加熱或冷卻冷卻液，從而在進行加工之前發生任何尺寸變化(由于溫度造成的)。然而，這種布置的問題在于，這增加了不期望的開機時間/停機時間，并且當在加工期間存在進一步的溫度變化并且因此存在進一步的尺寸變化時是有問題的。

因此，期望提供改善或至少緩解一個或更多個上述問題的系統方法和設備。

在轉向本發明的發明內容之前，將理解的是，對本發明的背景的討論被包括在內以解釋本發明的上下文。這不應被視為承認所提及的任何材料已出版、已知或是公知常識的部分。

發明內容

本發明提供了一種利用電動機能力以便利用嵌入在電動機驅動器中的溫度控制單元(controller)來主動控制電動機溫度的方法。該方法可應用于嵌入式軸驅動器和各種電動機類型，包括但不限于：旋轉電動機、線性電動機、電動主軸、包括永磁體主軸電動機的同步電動機以及包括感應電動機的異步電動機。在電動機是較大組件(諸如，主軸)的集成部分的應用中，熱損耗然后會傳遞到主軸的其它組件，這可能導致成比例的尺寸變化。甚至很小的尺寸變化也可能對精密加工的工件的生產產生顯著影響。熱量也可以從電動機耗散到電動機附近的其它機器組件。對于具有在電動機附近的熱敏組件的高精度機器而言，這尤其成問題。在高精度機器中，對機器的精度和可重復性的熱影響可能是顯著的。本發明可以用于減少這些組件上的熱效應或以更可預測的方式影響組件。

將理解的是，術語“負載”是指電動機上的負載以及電動機的速度，因此所需負載可以包括電動機所需的負載和電動機所需的速度。例如，取決于電動機的類型，這可以是旋轉的或線性的。

在第一方面，本發明提供了一種通過調節電動機中的電損耗來控制電動機的溫度的方法。

該方法優選地包括以下步驟：(a)確定電動機上的所需負載，并提供滿足所需負載的第一電動機電壓；(b)提供針對電動機的預定溫度設定點；(c)確定電動機的溫度；(d)將電動機的溫度與預定溫度設定點進行比較；(e)基于電動機的溫度和預定溫度設定點確定第二電動機電壓；以及(f)基于在步驟(a)和步驟(e)中計算出的電壓來調節電動機電壓，(g)基于測得的電動機速度和實際電動機電壓來調節電動機負載測量值。

本發明確定電動機上的所需負載并調節第一電壓以滿足所需負載。在溫度低于閾值溫度的情況下，可以將第二電壓施加到電動機，該第二電壓可以將溫度朝向預定溫度設定點增加。有利地，盡管犧牲了一些電動機效率，但是電動機在恒定溫度下操作，這在諸如CNC系統的應用中允許減小在加工時由于溫度引起的尺寸變化的可能性。