永磁懸浮電主軸的製作方法

2023-05-27 15:25:11

專利名稱：永磁懸浮電主軸的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種永磁懸浮電主軸，特別是一種永磁懸浮軸承支承的變頻電機 工具機主軸。
技術背景隨著科學技術的發展，機械製造業也得到了迅速發展，而且其發展趨勢是向著高 速和高精度的方向發展。高速高精度加工在當今的航空航天、汽車、摩託車和模具等 機械加工領域的迅速發展，在某種程度上徹底改變了金屬切削加工的狀況，大大提高 了金屬切削效率和表面加工精度，在很多情況下實現了以銑代磨、以車代磨，如模具 的硬銑削、硬車削作為最終精加工工序；同時也需要更高速和更高精度的驅動和旋轉 切削主軸。要實現更高速更高精度的金屬切削，高速高精度變頻電機工具機主軸是整個 切削系統中至關重要的一部分。用永磁懸浮軸承來支承電機轉子，可以實現電機轉子 的高速高精度旋轉，因此它能夠滿足金屬切削的高速高精度的要求。永磁懸浮軸承(Permanent Magnetic Bearing簡稱PMB )由兩對軸向堆疊永磁環 構成。與主動磁懸浮軸承相比，永磁懸浮軸承是無需主動電子控制系統的被動磁懸浮 軸承，不僅節省了電力消耗，更重要的是還減少了可能失效的複雜控制部件，使系統 更加可靠，使用壽命更長，適用於壽命超過數萬小時的超低摩擦、超長壽命等工況條 件。永磁懸浮軸承的發展是與機械設計學、材料學等學科的發展息息相關的，各國學 者在各自的研究領域正在進行著廣泛的研究。隨著高性能永磁材料的發展，永磁懸浮 軸承的力學特性得到了極大的提高，通過優化設計，其剛度值已經能夠滿足工業應用 的要求，而將其應用到工具機主軸中，可以實現無接觸穩定懸浮，使變頻電機轉子的轉 速和旋轉精度得到極大的提高，進而利用其對金屬進行高速高精度加工。目前，國內外己有的對變頻電機工具機主軸的軸承支承技術中，工業應用的變頻電 機工具機主軸支承全部採用滾動軸承、滑動軸承、氣懸浮軸承或主動磁懸浮軸承等，還 沒有採用被動永磁懸浮軸承支承的變頻電機工具機主軸。實用新型內容本實用新型的目的在於針對己有技術的不足之處，提供一種永磁懸浮電主軸，它 具有高的極限轉速、極小的摩擦、較長的壽命和較大的工作範圍，並且具有結構簡單、成本低、無需潤滑、無汙染等優點。為達到上述目的，本實用新型採用下述技術方案一種永磁懸浮工具機電主軸，包括殼體、固定於殼體內腔的變頻電機定子、處於變 頻電機定子中心的電機轉子、與電機轉子構成一體的轉子主軸和支承轉子主軸兩端的 徑向軸承和推力軸承，其特徵在於所述的徑向軸承為永磁軸承，所述的推力軸承為推 力球軸承。上述的永磁軸承的結構是在轉子主軸的兩端分別固定1個可轉動的永磁環組 盤。轉動永磁環組盤由內套圈與外套圈之間安裝永磁環和隔離環構成，隔離環採用隔 磁材料，半徑不同的永磁環依次徑向嵌套，永磁環被隔離環分離，在轉動永磁環組盤 兩側相對放置靜止永磁環組盤，靜止永磁環組盤固定在電機殼體上，靜止永磁環組盤 由保護套內安裝永磁環和隔離環構成，半徑不同的永磁環依次徑向嵌套，永磁環被隔 離環分離，永磁環固定在保護套上，保護套固定在殼體上；兩個靜止永磁環組盤之間 用隔圈分離，使得轉動永磁環組盤和其兩側的靜止永磁環組盤之間有相同的間隙；靜 止永磁環組盤和轉動永磁環組盤內永磁環都採用軸向磁化，相鄰環的永磁環極性相 反；靜止永磁環組盤和轉動永磁環組盤之間的永磁環極性相反，兩者互相吸引。上述的轉子主軸的兩端凸肩支撐在推力球軸承上，推力球軸承固定安裝在兩端端 蓋上，端蓋固定在殼體上，轉子主軸從一側端蓋伸出。上述變頻電機定子與殼體之間有水套接通外界冷卻水管。本實用新型與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出特點和顯著優點本實 用新型中的變頻電機主軸採用永磁軸承支承，省去了主動控制磁懸浮軸承的控制系 統，減少了出現故障的可能性，對電機定子進行冷卻，從而達到與現有技術相比較極 大提高轉速、減小摩擦、延長壽命和擴大工作範圍的目的，並具有無需潤滑、無汙染 等優點。


圖1是本實用新型一個實施例的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型的一個優選實施例是參見圖l，其示出的是本永磁懸浮電主軸的機 械結構本永磁懸浮電主軸包括殼體1、固定於殼體1內腔的變頻電機定子12、處於變頻電機定子12中心的電機轉子13、與電機轉子13構成一體的轉子主軸5和支承轉子主軸5兩端的徑向軸承和推力軸承，其特徵在於所述的徑向軸承為永磁軸承，所 述的推力軸承為推力球軸承。上述的永磁軸承的結構是在轉子主軸5的兩端分別固定1個可轉動的永磁環組 盤。轉動永磁環組盤由內套圈6與外套圈9之間安裝永磁環7和隔離環8構成，隔離 環8採用隔磁材料，半徑不同的永磁環7依次徑向嵌套，永磁環7被隔離環8分離， 在轉動永磁環組盤兩側相對放置靜止永磁環組盤，靜止永磁環組盤固定在電機殼體1 上，靜止永磁環組盤由保護套3內安裝永磁環7和隔離環8構成，半徑不同的永磁環 7依次徑向嵌套，永磁環7被隔離環8分離，永磁環7固定在保護套3上，保護套3 固定在殼體l上；兩個靜止永磁環組盤之間用隔圈IO分離，使得轉動永磁環組盤和 其兩側的靜止永磁環組盤之間有相同的間隙；靜止永磁環組盤和轉動永磁環組盤內永 磁環7都採用軸向磁化，相鄰環的永磁環7極性相反；靜止永磁環組盤和轉動永磁環 組盤之間的永磁環極性相反，兩者互相吸引。上述的轉子主軸的兩端凸肩撐在推力球軸承4上，推力球軸承固定安裝在兩端端 蓋2上，端蓋2固定在殼體1上，轉子主軸5從一側端蓋2伸出。上述變頻電機定子12與殼體1之間有水套11接通外界冷卻水管。兩個靜止永磁環組盤和一個可動永磁環組盤構成一個永磁軸承的基本結構。根據 實際設計要求，在徑向可由若干個永磁環組成永磁環組盤,在電機主軸的軸向可套裝 若干個永磁環組盤組成永磁軸承。因此，可以通過增加永磁環組盤中的磁環數目和主 軸套裝永磁環組盤數目兩種手段來滿足永磁軸承的承載設計要求。 由於永磁懸浮軸承具有傳統軸承所無法比擬的許多優越性能，本實用新型與現有傳統 機械軸承支承的變頻電機工具機主軸相比具有如下優點(1) 永磁懸浮軸承支承的工具機電主軸轉速比滾動軸承支承的工具機電主軸轉速大約 高1 4倍，比滑動軸承支承的工具機電主軸轉速大約高2.5倍，實現了工具機電主軸的高 速化。(2) 維護成本低，壽命長。由於永磁懸浮軸承是靠磁場力來懸浮軸頸，相對運動 表面之間沒有接觸，不存在摩擦、磨損和接觸疲勞產生的壽命問題，所以永磁懸浮軸 承支承的電機壽命和可靠性均遠高於傳統機械軸承支承的工具機電主軸。(3) 永磁懸浮軸承支承的工具機電機主軸中的永磁軸承不需潤滑，對環境無汙染。(4) 永磁懸浮軸承支承的電機主軸其動力學參數(如剛度、阻尼等)可以通過磁鐵磁化參數進行調節，其迴轉精度可以達到微米級或更高，剛度可以根據實際要求來設 計。因此永磁懸浮軸承支承的電機主軸的迴轉精度比傳統機械軸承支承的電主軸高， 實現了工具機電主軸的高精度化。
權利要求1.一種永磁懸浮電主軸，包括殼體(1)、固定於殼體(1)內腔的變頻電機定子(12)、處於變頻電機定子(12)中心的電機轉子(13)、與電機轉子(13)構成一體的轉子主軸(5)和支承轉子主軸(5)兩端的徑向軸承和推力軸承，其特徵在於所述的徑向軸承為永磁軸承，所述的推力軸承為推力球軸承。
2、 根據權利要求1所述的永磁懸浮電主軸，其特徵在於所述的永磁軸承的結構是 在轉子主軸(5)的兩端分別固定l個可轉動的永磁環組盤。轉動永磁環組盤由內 套圈(6)與外套圈(9)之間安裝永磁環(7)和隔離環(8)構成，隔離環(8) 採用隔磁材料，半徑不同的永磁環(7)依次徑向嵌套，永磁環(7)被隔離環(8) 分離，在轉動永磁環組盤兩側相對放置靜止永磁環組盤，靜止永磁環組盤固定在 電機殼體(1)上，靜止永磁環組盤由保護套(3)內安裝永磁環(7)和隔離環(8) 構成，半徑不同的永磁環(7)依次徑向嵌套，永磁環(7)被隔離環(8)分離， 永磁環(7)固定在保護套(3)上，保護套(3)固定在殼體(1)上；兩個靜止 永磁環組盤之間用隔圈(10)分離，使得轉動永磁環組盤和其兩側的靜止永磁環 組盤之間有相同的間隙；靜止永磁環組盤和轉動永磁環組盤內的永磁環(7)都採 用軸向磁化，相鄰環的永磁環(7)極性相反；靜止永磁環組盤和轉動永磁環組盤 之間的永磁環極性相反，兩者互相吸引。
3、 根據權利要求2所述的永磁懸浮電主軸，其特徵在於所述的轉子主軸(5)的兩端 凸肩支撐在推力球軸承(4)上，推力球軸承固定安裝在兩端端蓋(2)上，端蓋(2)固定在殼體(1)上，轉子主軸(5)從一側端蓋(2)伸出。
4、 根據權利要求l、 2、 3所述的永磁懸浮電主軸，其特徵在於所述的變頻電機定子
專利摘要本實用新型涉及一種永磁懸浮電主軸。它包括殼體、固定於殼體內腔的變頻電機定子、處於變頻電機定子中心的電機轉子、與電機轉子構成一體的轉子主軸和支承轉子主軸兩端的徑向軸承和推力軸承，所述的徑向軸承為永磁軸承，推力軸承為推力球軸承。本電主軸具有高極限轉速、極小的摩擦、較長的使用壽命和較大的工作範圍且結構簡單、成本低、無需潤滑和無汙染等優點。
文檔編號H02K5/16GK201167264SQ200820055840
公開日2008年12月17日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者劉汝衛, 彪 張, 鋼 張, 李松生, 梁世頗, 趙志峰, 剛 高 申請人:上海大學