[实用新型]一种异步启动的永磁同步雕刻电主轴

说明书

技术领域

本实用新型涉及数控加工领域，特别涉及一种异步启动的永磁同步雕刻电主轴。

背景技术

在数控雕刻机中，电主轴的应用越来越广泛。随着高速切削技术的发展，人们对电主轴提出了新的要求：在用电主轴进行加工时，要求电主轴发热小、效率高、低速加工性能强、转子热伸长小、控制简单。

目前市场上的高速电主轴普遍采用异步电机驱动，其特点是结构简单易于加工，但因其具有异步电机的特性，效率低、发热大、低速扭矩性能不理想等因素使其越来越不能满足机械加工的要求，尤其是转子发热大引起的转子热伸长也严重影响了加工精度。采用传统同步电机驱动的电主轴虽然能满足以上需求，但是需要增加编码器构成闭环控制，控制复杂，不易设计成高转速电机。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种异步启动的永磁同步雕刻电主轴，能够实现电主轴发热小、效率高、低速加工性能强、转子热伸长小、控制简单的性能。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种异步启动的永磁同步雕刻电主轴，包括定子、转子、芯轴、套筒和轴承，定子由铁芯和绕组组成，安装于套筒内部，并位于转子外部；套筒上设置冷却装置；芯轴固定于转子的轴孔之中；轴承分布于套筒两端，并与芯轴联接；其中，转子由转子冲片叠片、永磁体以及感应鼠笼组成。

上述一种异步启动的永磁同步雕刻电主轴中，转子的具体结构为：每个转子冲片上设有若干鼠笼孔和磁体槽，并且鼠笼孔呈均匀分布，磁体槽位于鼠笼孔的内侧，同时在冲片中心设有轴孔，用于固定芯轴；感应鼠笼由呈圆形排布的若干鼠笼条和两个转子端环固接而成，其鼠笼条穿在转子冲片的鼠笼孔内；由稀土磁铁构成的永磁体装入转子冲片的磁体槽内。

为保证较高的旋转精度，上述一种异步启动的永磁同步雕刻电主轴中，芯轴与转子轴孔的固定联接是通过冷压或热装的工艺方法过盈联接实现的；同时，为实现自动换刀，在芯轴下端设置自动松拉刀装置。

本实用新型的有益效果在于：利用异步启动的永磁同步电机原理，电主轴启动时，其加速过程与异步电机相同，当转子转速接近同步转速时，自动牵入同步，按照同步电机的驱动性能运转，即以异步电机性能启动，以同步电机性能工作。这样将电主轴的异步运转方式改成同步运转方式，提高了电主轴的效率，减少了发热，特别是降低了二次铜损，使得转子热伸缩减小，提高了雕刻电主轴的加工精度；因具有同步电机的性能使得电主轴的机械特性要优于异步雕刻电主轴，从而提高了低速加工能力；同时，还可实现简单的基于变频器的开环调频调压控制或增加传感器实现速度闭环控制或位置闭环控制。

附图说明

图1是异步启动的永磁同步雕刻电主轴的局部结构剖分图。

图2是异步启动的永磁同步雕刻电主轴的横截面图。

其中，1、定子；2、转子；3、芯轴；4、套筒；5、轴承；6、铁芯冲片；61、鼠笼孔；62、磁体槽；7、永磁体；8、感应鼠笼；81、鼠笼条；82、转子端环。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：如图1所示，本实用新型的一种异步启动的永磁同步雕刻电主轴，包括定子1、转子2、芯轴3、套筒4以及轴承5。其中，定子1安装于套筒4的内部，并位于转子2的外部；芯轴3固定于转子2的轴孔之中；轴承5分布于套筒4两端，用以联接和支承芯轴5。

结合图1和图2所示，定子1采用24槽，斜槽一个齿距结构，绕组按照双层叠绕，整距绕法绕制在定子铁芯中。转子2采用32槽，直槽结构，槽型为闭口椭圆形，转子2由铁芯冲片6、永磁体7和感应鼠笼8组成，铁芯冲片5叠加后焊接在一起形成冲片叠片，每一个铁芯冲片6上沿圆周方向均匀设置了32个鼠笼孔61，并在鼠笼孔61内侧沿铁芯冲片6的圆周方向设置了8个磁体槽62，同时在铁芯冲片6的中心设有轴孔，芯轴5通过热装方式与该轴孔过盈联接；32根铜制鼠笼条81分别穿入铁芯冲片6的鼠笼孔61内，并与上下两个转子端环82焊接形成感应鼠笼8；永磁体7选用稀土磁铁构成，锲入转子铁芯冲片6的磁体槽62内。

以上所述的定转子结构构成了雕刻电主轴的异步启动同步电机部分，在雕刻电主轴启动时，感应鼠笼8受到感应产生磁场拖动转子2实现异步启动加速，当转子2的转速接近同步转速时电机自动牵入同步，鼠笼8不再受感应而停止工作，雕刻电主轴开始按照同步电机的性能运转。

本实用新型由于将电主轴的异步运转方式改成同步运转方式，从而提高了电主轴的效率，减少了发热，特别是降低了二次铜损，使得转子热伸缩减小，提高了雕刻电主轴的加工精度和低速加工能力。又由于定转子采用了闭口槽型式，减小了脉动转矩；同时，转子采用的椭圆闭口槽型较圆形闭口槽而言有效增大了鼠笼条的截面积，减小了转子电阻，改善了电机的启动性能，同时，这样的结构也便于装配。