專利名稱：全永磁軸承支承的高速電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種機(jī)電工程領(lǐng)域中全永磁軸承支承的高速電主軸。
背景技術(shù)：
磁懸浮技術(shù)作為一種發(fā)展?jié)摿颓熬熬薮蟮募夹g(shù)來說目前以備受國內(nèi)外關(guān)注，它帶來的效益是有目共睹的。電主軸作為現(xiàn)代高速加工的核心功能部件，是將驅(qū)動電機(jī)內(nèi)裝， 以實(shí)現(xiàn)電機(jī)和主軸等功能的機(jī)電一體化的功能。目前磁懸浮軸承支承的電主軸主要有電磁軸承支承的電主軸，雖然電磁軸承具有無摩擦磨損和可控的特點(diǎn)，但由于需要外部控制系統(tǒng)，因此系統(tǒng)復(fù)雜、體積較大、成本高等特點(diǎn)，至今仍然主要處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，無法在工業(yè)中大范圍推廣應(yīng)用。因此需要開發(fā)一種新型磁懸浮軸承支承的電主軸，在實(shí)現(xiàn)對電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)支承和穩(wěn)定懸浮的條件下，使之成本低、方便制造和滿足實(shí)際工程的使用需要，充分發(fā)揮磁懸浮軸承的優(yōu)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)電主軸高速、高效和高可靠性、長壽命運(yùn)行的目標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服目前滾動軸承、滑動軸承等普通軸承或電磁軸承支承的電主軸應(yīng)用的局限性和缺點(diǎn)，提供一種全永磁軸承支承的高速電主軸，體現(xiàn)無摩擦磨損、長壽命、高效率、低成本和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思如下
一種全永磁軸承支承的高速電主軸，它包括徑向和軸向永磁軸承、直接固定內(nèi)裝電機(jī)轉(zhuǎn)子和永磁軸承動環(huán)的轉(zhuǎn)軸、安裝內(nèi)裝電機(jī)定子和開有冷卻腔的外殼、安裝永磁軸承定環(huán)的前軸承座和后軸承座等。其特征在于所述的高速電主軸的轉(zhuǎn)軸完全由永磁軸承組成的支承系統(tǒng)支承和穩(wěn)定懸浮，在承受外部徑向和軸向載荷同時，以約束除繞軸線旋轉(zhuǎn)之外的5 個自由度前、后兩套徑向永磁軸承作為徑向支承軸承以承受徑向載荷，而以雙向的軸向永磁推力軸承作為軸向支承軸承以承受軸向載荷，整個支承系統(tǒng)無其它輔助支承軸承，也不需要外部對支承系統(tǒng)進(jìn)行控制的附加系統(tǒng)。上述的以徑向永磁軸承作為徑向支承軸承的安裝設(shè)置是在轉(zhuǎn)軸的前、后端部分別安裝設(shè)置兩套斥力型徑向永磁軸承，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的徑向懸浮。上述的以雙向永磁推力軸承作為轉(zhuǎn)軸軸向支承軸承的安裝設(shè)置是在轉(zhuǎn)軸固定連接的永磁軸承的動環(huán)——推力盤的兩側(cè)安裝設(shè)置斥力型的雙向永磁推力軸承的定環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的軸向懸浮。在上述的電主軸中設(shè)有液體冷卻功能，其冷卻液通道設(shè)置在電主軸外殼內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對電主軸內(nèi)裝電機(jī)的冷卻，以最大可能地提高內(nèi)裝電機(jī)的輸出功率和在電主軸運(yùn)行過程中防止過熱現(xiàn)象。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種全永磁軸承支承的高速電主軸，包括電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、外殼、前蓋、前軸承座、后軸承座、后蓋以及支承系統(tǒng)，所述支承系統(tǒng)包括兩個徑向永磁軸承作為徑向支承軸承，一個軸向雙向永磁推力軸承作為軸向支承軸承；所述的兩個徑向永磁軸承分別由兩個動磁環(huán)和兩個靜磁環(huán))組成而安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩側(cè)，所述雙向永磁推力軸承由兩個靜磁環(huán)和一個動磁環(huán)安裝在轉(zhuǎn)軸的一端。所述兩個徑向永磁軸承中，動磁環(huán)和靜磁環(huán)的磁極方向分別相同，使得在動磁環(huán)和靜磁環(huán)間產(chǎn)生徑向斥力，即靜磁環(huán)對動磁環(huán)產(chǎn)生徑向的支承力，使得與動磁環(huán)相固聯(lián)的轉(zhuǎn)軸能夠承受相應(yīng)的徑向載荷，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)軸的徑向支承和穩(wěn)定懸浮。所述軸向雙向永磁推力軸承中，在兩相鄰的動、靜磁環(huán)軸向側(cè)面中，磁極的方向分別相同，使得在動磁環(huán)和靜磁環(huán)間產(chǎn)生雙向的軸向斥力，即靜磁環(huán)對動磁環(huán)產(chǎn)生相對的軸向推力，使得與動磁環(huán)相固聯(lián)的轉(zhuǎn)軸以承受雙向的軸向載荷，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)軸的軸向支承和穩(wěn)定懸浮。所述外殼內(nèi)的空腔中，放置電機(jī)定子和冷卻水腔；前軸承座、后軸承座分別安裝徑向永磁軸承的靜磁環(huán)；后軸承座和后蓋內(nèi)安裝軸向永磁軸承的靜磁環(huán)；轉(zhuǎn)軸上固定電機(jī)轉(zhuǎn)子、徑向永磁軸承的動磁環(huán)和軸向永磁軸承的動磁環(huán)，共同構(gòu)成全永磁軸承支承的高速電主軸。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下突出實(shí)質(zhì)性的特點(diǎn)和顯著進(jìn)步
(1)利用永磁材料異性相斥、且距離越近、斥力越大的特性，采用特殊排列和配置的斥力型永磁軸承結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)軸進(jìn)行支承和懸浮的過程中，是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在更大空間范圍內(nèi)獲得良好的穩(wěn)定性；
(2)轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，只受空氣阻力的影響，電主軸轉(zhuǎn)速高，發(fā)熱少，壽命長。(3)不需要潤滑和密封，省去了傳統(tǒng)的潤滑和密封裝置，簡化了機(jī)械設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高。(4)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能在真空和腐蝕介質(zhì)中工作。而空氣軸承卻無法在真空中使用，滑動軸承和滾動軸承在真空中會由于油分子的揮發(fā)而產(chǎn)生無法避免的污染。(5)永磁軸承對環(huán)境溫度不敏感，可以適應(yīng)低溫和高溫的使用環(huán)境。(6)能同時承受較大的軸向和徑向載荷，滿足實(shí)際工程使用需要。
圖1是本發(fā)明中全永磁軸承支承的高速電主軸的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中全永磁軸承支承的高速電主軸的轉(zhuǎn)軸支承系統(tǒng)原理、及支承系統(tǒng)布局圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合
如下
本實(shí)施例是參見圖1，本全永磁軸承支承的高速電主軸，包括電機(jī)定子(9)、電機(jī)轉(zhuǎn)子(7)、轉(zhuǎn)軸(1)、外殼(6)、前蓋(2)、前軸承座(5)、后軸承座(12)、后蓋(16)以及支承系統(tǒng)等。所述支承系統(tǒng)包括兩對徑向永磁軸承(動磁環(huán)3和10、靜磁環(huán)4和11)作為徑向支承軸承，雙向永磁推力軸承(靜磁環(huán)13、15和動磁環(huán)14)作為軸向支承軸承。所述的兩對徑向永磁軸承(動磁環(huán)3和10、靜磁環(huán)4和11)安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子8的兩側(cè)，所述雙向永磁推力軸承(靜磁環(huán)13、15和動磁環(huán)14)安裝在轉(zhuǎn)軸(1)的一端。實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于如下
參見圖1，上述外殼(6)內(nèi)的空腔安置所述的電主軸內(nèi)裝電機(jī)定子(9)和電機(jī)轉(zhuǎn)子(7)， 電機(jī)定子(9)與外殼(6)內(nèi)壁固定連接。上述外殼(6)上布置有冷卻水通道(8)接通冷卻系統(tǒng)，對內(nèi)裝的電機(jī)定子(9)的外側(cè)進(jìn)行冷卻。其轉(zhuǎn)軸(1)的支承系統(tǒng)原理和支承系統(tǒng)布局參見圖2，左端徑向永磁軸承(19)中動磁環(huán)(3)和靜磁環(huán)(4)磁極方向相同，右端徑向永磁軸承(18)中動磁環(huán)(10)和靜磁環(huán) (11)磁極方向相同，它們都是斥力型徑向永磁軸承，利用動、靜磁環(huán)永久磁體之間產(chǎn)生的排斥力支承轉(zhuǎn)軸。當(dāng)轉(zhuǎn)軸1上作用有徑向載荷時，動磁環(huán)和靜磁環(huán)間的工作氣隙將要發(fā)生變化，氣隙減小方向的斥力要比氣隙增大方向的斥力大，從而使轉(zhuǎn)軸徑向位置發(fā)生變化，向氣隙增大的方向移動，最終趨于徑向的平衡狀態(tài)；雙向永磁推力軸承(17)作為軸向支承軸承，其推力盤即動磁環(huán)(14)的磁性分別與其兩側(cè)的靜磁環(huán)(13、15)相同，從而分別產(chǎn)生軸向的斥力。當(dāng)轉(zhuǎn)軸1上作用有軸向載荷時，推力盤即動磁環(huán)(14)與靜磁環(huán)(13、15)間的工作氣隙將要發(fā)生變化，氣隙減小一側(cè)的斥力要比氣隙增大一側(cè)的斥力大，從而使轉(zhuǎn)軸(1)軸向位置發(fā)生變化，向氣隙增大的一側(cè)移動，最后趨于平衡狀態(tài)?？梢?，在沒有其它輔助支承、 也沒有外部輔助控制系統(tǒng)的條件下，電主軸轉(zhuǎn)軸依靠全永磁軸承的支承系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)5 自由度的支承和穩(wěn)定懸浮功能。
權(quán)利要求
1.一種全永磁軸承支承的高速電主軸，包括電機(jī)定子(9 )、電機(jī)轉(zhuǎn)子(7 )、轉(zhuǎn)軸(1)、外殼(6)、前蓋(2)、前軸承座(5)、后軸承座(12)、后蓋(16)以及支承系統(tǒng)，其特征在于所述支承系統(tǒng)包括兩個徑向永磁軸承(19、18)作為徑向支承軸承，一個軸向雙向永磁推力軸承 (17)作為軸向支承軸承；所述的兩個徑向永磁軸承(19、18)分別由兩個動磁環(huán)(3、10)和兩個靜磁環(huán)(4、11)組成而安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子(7)的兩側(cè)，所述雙向永磁推力軸承(17)由兩個靜磁環(huán)(13、15)和一個動磁環(huán)(14)安裝在轉(zhuǎn)軸(1)的一端。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的全永磁軸承支承的高速電主軸，其特征在于所述兩個徑向永磁軸承(19、18)中，動磁環(huán)(3、10)和靜磁環(huán)(4、11)的磁極方向分別相同，使得在動磁環(huán)(3、10) 和靜磁環(huán)(4、11)間產(chǎn)生徑向斥力，S卩靜磁環(huán)(4、11)對動磁環(huán)(3、10 )產(chǎn)生徑向的支承力，使得與動磁環(huán)(3、10)相固聯(lián)的轉(zhuǎn)軸(1)能夠承受相應(yīng)的徑向載荷，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)軸(1)的徑向支承和穩(wěn)定懸浮。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的全永磁軸承支承的高速電主軸，其特征在于所述軸向雙向永磁推力軸承(17)中，在兩相鄰的動、靜磁環(huán)軸向側(cè)面中，磁極的方向分別相同，使得在動磁環(huán) (14)和靜磁環(huán)(13、15)間產(chǎn)生雙向的軸向斥力，S卩靜磁環(huán)(13、15)對動磁環(huán)(14)產(chǎn)生相對的軸向推力，使得與動磁環(huán)(14)相固聯(lián)的轉(zhuǎn)軸(1)以承受雙向的軸向載荷，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)軸(1)的軸向支承和穩(wěn)定懸浮。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的全永磁軸承支承的高速電主軸，其特征在于所述外殼(6)內(nèi)的空腔安置所述的電機(jī)定子(9)和冷卻水腔；前軸承座(5)、后軸承座(12)分別安裝徑向永磁軸承(19、18)的靜磁環(huán)(4、11)；后軸承座(12)和后蓋(16)內(nèi)安裝軸向永磁軸承(17)的靜磁環(huán)(13、15)；轉(zhuǎn)軸(1)上固定電機(jī)轉(zhuǎn)子(7)、徑向永磁軸承(19、18)的動磁環(huán)(4、11)和軸向永磁軸承(17)的動磁環(huán)(14)，共同構(gòu)成全永磁軸承支承的高速電主軸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全永磁軸承支承的高速電主軸，包括電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、外殼、前蓋、前軸承座、后軸承座、后蓋以及支承系統(tǒng)，所述支承系統(tǒng)包括兩個徑向永磁軸承作為徑向支承軸承，一個軸向雙向永磁推力軸承作為軸向支承軸承；所述的兩個徑向永磁軸承分別由兩個動磁環(huán)和兩個靜磁環(huán))組成而安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩側(cè)，所述雙向永磁推力軸承由兩個靜磁環(huán)和一個動磁環(huán)安裝在轉(zhuǎn)軸的一端。本全永磁軸承支承的高速電主軸采用無摩擦磨損、無需輔助支承、無需外部控制的全永磁軸承作為電主軸的支承部件，以承受軸向和徑向載荷，實(shí)現(xiàn)對電主軸轉(zhuǎn)軸承完全的支承和穩(wěn)定懸浮功能。
文檔編號H02N15/00GK102437798SQ201110318098
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者周鵬, 李松生, 陳劍, 陳斌, 黃曉 申請人:上海大學(xué)