一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸的製作方法
2023-05-06 16:33:16 1
一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸，包括機體、安裝於機體內部的定子和轉子軸芯，還包括安裝於轉子軸芯兩端的分別通過前鎖緊螺母和後鎖緊螺母進行固定的前永磁體組件及後永磁體組件。利用永磁體同極相斥的原理，使電主軸的轉子軸芯懸浮在中心，由於是非接觸式結構，運動無摩擦，所以能夠達到比滾珠軸承等傳統軸承更高的轉速，同時也不會像氣體潤滑軸承那樣耗費大量能源，節能效果明顯；環境適應能力更強，能夠適應於惡劣的使用環境，採用冷卻液對主軸進行有效冷卻，確保高轉速下的使用壽命。
【專利說明】一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種電主軸，具體涉及一種用永磁體代替軸承的電主軸,屬於機電工程領域。
【背景技術】
[0002]聞速電主軸是將主軸電機內裝，從而實現聞轉速、聞精度及聞效率等功能的機電一體化的動力部件，主要應用於高速加工工具機，實現對不同材料的高轉速加工，提高加工效率。
[0003]目前市面上的電主軸多採用滾動軸承、空氣靜壓軸承或液體靜壓軸承進行支撐。對於滾動軸承來講，雖然有較高的剛度，但不能上到超高轉速；空氣靜壓軸承雖然可以使主軸的轉速提高，但由於間隙小，對氣源的要求較高，可靠性不足，容易發生氣錘或其它原因造成的突發性卡死，同時也比較耗能；液體靜壓軸承由於液體粘度及其它因素的限制，應用在主軸裡轉速一般都比較低。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種採用永磁體代替傳統軸承的電主軸，實現高速轉動及可靠的性能。
[0005]為了實現上述目標，本發明採用如下的技術方案:
一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸，包括機體、安裝於機體內部的定子和轉子軸芯，還包括安裝於轉子軸芯兩端的分別通過前鎖緊螺母和後鎖緊螺母進行固定的前永磁體組件及後永磁體組件，所述機體的後端安裝一連接座，連接座上固定一電源接頭；
所述前永磁體組件和後永磁體組件均包括:兩對環形磁鐵內外圈及設置於兩者之間的隔套，所述環形磁鐵內外圈包括:套裝於轉子軸芯上的環形磁鐵內圈、安裝於軸承座上的環形磁鐵外圈，環形磁鐵內圈與環形磁鐵外圈彼此相鄰的一面均為斜面且是同性磁極，相鄰兩對環形磁鐵內外圈的斜面的傾斜方向相反。
[0006]作為一種實施例，前述環形磁鐵內圈的內環是S極、外環是N極，所述環形磁鐵外圈的內環是N極、外環是S極,相鄰的兩個面都是N極。
[0007]進一步地，前述後永磁體組件安裝於後軸承座上，所述後軸承座容納於機體內部並且能夠相對於機體沿軸向滑動。
[0008]進一步地，前述連接座上設有冷卻液入口和冷卻液出口，所述連接座和機體內部形成有與冷卻液入口和冷卻液出口相連通的冷卻液通道。
[0009]前述冷卻液通道為環形設置的冷卻水槽。
[0010]優選地，前述機體的前端還設有一端蓋，所述端蓋與前鎖緊螺母之間留有縫隙以構成迷宮密封。
[0011]優選地，前述前永磁體組件與後永磁體組件均由強磁永磁體製成，與前永磁體組件或後永磁體組件接觸的前軸承座、後軸承座、轉子軸芯、隔套、前鎖緊螺母、後鎖緊螺母、端蓋均由奧氏體不鏽鋼材料製成。
[0012]本發明的有益之處在於:本發明是利用永磁體同極相斥的原理，使電主軸的轉子軸芯懸浮在中心，由於是非接觸式結構，運動無摩擦，所以能夠達到比滾珠軸承等傳統軸承更高的轉速，同時也不會像氣體潤滑軸承那樣耗費大量能源，節能效果明顯；環境適應能力更強，能夠適應於惡劣的使用環境，採用冷卻液對主軸進行有效冷卻，確保高轉速下的使用壽命；不採用任何特殊材料，成本低，可安裝在工具機上進行高速的零件加工，也可以廣泛用在金屬雕銑、玻璃磨削、木材加工及其它材料的高速加工，效率高，壽命長。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸的一個優選實施例的剖面結構示意圖；
圖2是圖1所示實施例的側面結構示意圖；
圖3是圖1中A處的局部放大結構示意圖。
[0014]圖中附圖標記的含義:1、機體，2、定子，3、轉子軸芯，4a、前永磁體組件，4b、後永磁體組件，401、環形磁鐵內圈,402、環形磁鐵外圈,403、前隔套,404、後隔套,5、前鎖緊螺母，
6、後鎖緊螺母，7、前軸承座，8、後軸承座，9、連接座，901、電源接頭，902、冷卻液入口，903、冷卻液出口，10、端蓋，11、冷卻液通道。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。
[0016]參見圖1，本發明的一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸，包括機體I,機體I內部安裝有定子2、轉子軸芯3，轉子軸芯3連同安裝於其兩端的前永磁體組件4a及後永磁體組件4b構成軸系。前永磁體組件4a和後永磁體組件4b分別通過前鎖緊螺母5和後鎖緊螺母6進行固定，分別對轉子軸芯3的前端和後端起支撐作用，與傳統的軸承一樣，兩者分別安裝於前軸承座7和後軸承座8上，此外，在機體I的後端安裝一連接座9，連接座9上固定一電源接頭901，外部驅動器通過電源接頭901供電給定子2，驅動主軸轉動。
[0017]具體地，如圖3所示，前永磁體組件4a和後永磁體組件4b均包括:兩對環形磁鐵內外圈及設置於兩者之間的隔套(包括前隔套403和後隔套404)。環形磁鐵內外圈包括:套裝於轉子軸芯3上的環形磁鐵內圈401、安裝於軸承座上的環形磁鐵外圈402，這樣一來，環形磁鐵內圈401與環形磁鐵外圈402就裝配在一起了(兩者並沒有實際的連接或接觸)，彼此相鄰的一面均為斜面且是同性磁極，同極相斥，能夠產生相當於角接觸軸承一樣的受力方式，徑向與軸向都能起支撐作用。更進一步地，如圖3所示，相鄰兩對環形磁鐵內外圈的斜面的傾斜方向相反，中間用隔套隔開，能夠產生相當於角接觸軸承DB配對一樣的效果，同時承受徑向力與軸向力。由於環形磁鐵內圈401和環形磁鐵外圈402之間的間隙相比靜壓軸承大，非接觸運轉，所以不用使用油脂潤滑同時具有一定的承受外部雜質的能力，可以在相對惡劣的環境下工作，並且能夠獲得更高的主軸轉速。
[0018]作為一種實施例，如圖3，環形磁鐵內圈401的內環是S極、外環是N極，環形磁鐵外圈402的內環是N極、外環是S極，即相鄰的兩個面都是N極；當然，相鄰的兩個面也可以都是S極，此處不作贅述。優選地，前永磁體組件4a與後永磁體組件4b均由強磁永磁體製成，與前永磁體組件4a或後永磁體組件4b接觸的前軸承座7、後軸承座8、轉子軸芯3、隔套、前鎖緊螺母5、後鎖緊螺母6、端蓋10等部件均由奧氏體不鏽鋼材料製成，防止被磁化。
[0019]在主軸工作時，電機不可避免地會產生熱量，而熱量會使轉子軸芯3受熱伸長，轉子軸芯3的後端有向後伸展的趨勢，所以，為了順應轉子軸芯3的這一特性，將後永磁體組件4b安裝於後軸承座8上，後軸承座8容納於機體I內部並且能夠相對於機體I沿軸向滑動，即後軸承座8與機體I之間不採用螺釘固定連接，轉子軸芯3受熱後，後軸承座8具有向後移動的空間，該空間正好能夠「中和」轉子軸芯3由於受熱導致的伸長，防止由於轉子軸芯3伸長引起的永磁體內外圈之間的間隙偏離最佳間隙狀態，保證主軸工作時的穩定性。
[0020]為了保證主軸在高速運轉時的熱穩定性，如圖1和圖2所示，在連接座9上設有冷卻液入口 902和冷卻液出口 903，同時在連接座9和機體I內部形成有與冷卻液入口 902和冷卻液出口 903相連通的冷卻液通道11,冷卻液通道11貫穿整個軸系所在位置，優選為環形設置的冷卻水槽。冷卻液優選水或者低粘度的油，從冷卻液入口 902進入冷卻液通道11，在機體I內部對相關部件循環冷卻後，從冷卻液出口 903流出主軸，完成對電機工作時所產生熱量的交換，起到很好的冷卻效果。
[0021]更進一步地，為了有效阻止外部雜質進入主軸內部，確保主軸性能的穩定性，在機體I的前端還設有一端蓋10，端蓋10與前鎖緊螺母5之間留有縫隙以構成迷宮密封，如圖3所示，端蓋10與前鎖緊螺母5之間的縫隙為曲折型的，即迷宮密封。
[0022]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和優點。本行業的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本發明，凡採用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸，包括機體、安裝於機體內部的定子和轉子軸芯，其特徵在於，還包括安裝於轉子軸芯兩端的分別通過前鎖緊螺母和後鎖緊螺母進行固定的前永磁體組件及後永磁體組件，所述機體的後端安裝一連接座，連接座上固定一電源接頭； 所述前永磁體組件和後永磁體組件均包括:兩對環形磁鐵內外圈及設置於兩者之間的隔套，所述環形磁鐵內外圈包括:套裝於轉子軸芯上的環形磁鐵內圈、安裝於軸承座上的環形磁鐵外圈，環形磁鐵內圈與環形磁鐵外圈彼此相鄰的一面均為斜面且是同性磁極，相鄰兩對環形磁鐵內外圈的斜面的傾斜方向相反。
2.根據權利要求1所述的一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸，其特徵在於，所述環形磁鐵內圈的內環是S極、外環是N極，所述環形磁鐵外圈的內環是N極、外環是S極，相鄰的兩個面都是N極。
3.根據權利要求1所述的一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸，其特徵在於，所述後永磁體組件安裝於後軸承座上,所述後軸承座容納於機體內部並且能夠相對於機體沿軸向滑動。
4.根據權利要求1-3任一項所述的一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸，其特徵在於，所述連接座上設有冷卻液入口和冷卻液出口，所述連接座和機體內部形成有與冷卻液入口和冷卻液出口相連通的冷卻液通道。
5.根據權利要求4所述的一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸，其特徵在於，所述冷卻液通道為環形設置的冷卻水槽。
6.根據權利要求4所述的一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸，其特徵在於，所述機體的前端還設有一端蓋，所述端蓋與前鎖緊螺母之間留有縫隙以構成迷宮密封。
7.根據權利要求6所述的一種應用永磁體代替軸承的高速電主軸，其特徵在於，所述前永磁體組件與後永磁體組件均由強磁永磁體製成,與前永磁體組件或後永磁體組件接觸的前軸承座、後軸承座、轉子軸芯、隔套、前鎖緊螺母、後鎖緊螺母、端蓋均由奧氏體不鏽鋼材料製成。
【文檔編號】H02K5/16GK103956847SQ201410203807
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】朱旭斌 申請人:江蘇華雕機械有限公司