[发明专利]全永磁轴承支承的高速电主轴

说明书

技术领域

    本发明涉及到一种机电工程领域中全永磁轴承支承的高速电主轴。

背景技术

磁悬浮技术作为一种发展潜力和前景巨大的技术来说目前以备受国内外关注，它带来的效益是有目共睹的。电主轴作为现代高速加工的核心功能部件，是将驱动电机内装，以实现电机和主轴等功能的机电一体化的功能。目前磁悬浮轴承支承的电主轴主要有电磁轴承支承的电主轴，虽然电磁轴承具有无摩擦磨损和可控的特点，但由于需要外部控制系统，因此系统复杂、体积较大、成本高等特点，至今仍然主要处于实验室研究阶段，无法在工业中大范围推广应用。

因此需要开发一种新型磁悬浮轴承支承的电主轴，在实现对电主轴转子系统支承和稳定悬浮的条件下，使之成本低、方便制造和满足实际工程的使用需要，充分发挥磁悬浮轴承的优点，以实现电主轴高速、高效和高可靠性、长寿命运行的目标。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前滚动轴承、滑动轴承等普通轴承或电磁轴承支承的电主轴应用的局限性和缺点，提供一种全永磁轴承支承的高速电主轴，体现无摩擦磨损、长寿命、高效率、低成本和高可靠性的优点。

为了达到上述目的，本发明的构思如下：

一种全永磁轴承支承的高速电主轴，它包括径向和轴向永磁轴承、直接固定内装电机转子和永磁轴承动环的转轴、安装内装电机定子和开有冷却腔的外壳、安装永磁轴承定环的前轴承座和后轴承座等。其特征在于所述的高速电主轴的转轴完全由永磁轴承组成的支承系统支承和稳定悬浮，在承受外部径向和轴向载荷同时，以约束除绕轴线旋转之外的5个自由度：前、后两套径向永磁轴承作为径向支承轴承以承受径向载荷，而以双向的轴向永磁推力轴承作为轴向支承轴承以承受轴向载荷，整个支承系统无其它辅助支承轴承，也不需要外部对支承系统进行控制的附加系统。

上述的以径向永磁轴承作为径向支承轴承的安装设置是：在转轴的前、后端部分别安装设置两套斥力型径向永磁轴承，实现转轴的径向悬浮。

上述的以双向永磁推力轴承作为转轴轴向支承轴承的安装设置是：在转轴固定连接的永磁轴承的动环——推力盘的两侧安装设置斥力型的双向永磁推力轴承的定环，从而实现转轴的轴向悬浮。

在上述的电主轴中设有液体冷却功能，其冷却液通道设置在电主轴外壳内，实现对电主轴内装电机的冷却，以最大可能地提高内装电机的输出功率和在电主轴运行过程中防止过热现象。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种全永磁轴承支承的高速电主轴，包括电机定子、电机转子、转轴、外壳、前盖、前轴承座、后轴承座、后盖以及支承系统，所述支承系统包括两个径向永磁轴承作为径向支承轴承，一个轴向双向永磁推力轴承作为轴向支承轴承；所述的两个径向永磁轴承分别由两个动磁环和两个静磁环）组成而安装在电机转子的两侧，所述双向永磁推力轴承由两个静磁环和一个动磁环安装在转轴的一端。

所述两个径向永磁轴承中，动磁环和静磁环的磁极方向分别相同，使得在动磁环和静磁环间产生径向斥力，即静磁环对动磁环产生径向的支承力，使得与动磁环相固联的转轴能够承受相应的径向载荷，从而实现对转轴的径向支承和稳定悬浮。

所述轴向双向永磁推力轴承中，在两相邻的动、静磁环轴向侧面中，磁极的方向分别相同，使得在动磁环和静磁环间产生双向的轴向斥力，即静磁环对动磁环产生相对的轴向推力，使得与动磁环相固联的转轴以承受双向的轴向载荷，从而实现对转轴的轴向支承和稳定悬浮。

所述外壳内的空腔中，放置电机定子和冷却水腔；前轴承座、后轴承座分别安装径向永磁轴承的静磁环；后轴承座和后盖内安装轴向永磁轴承的静磁环；转轴上固定电机转子、径向永磁轴承的动磁环和轴向永磁轴承的动磁环，共同构成全永磁轴承支承的高速电主轴。

本发明与现有技术相比较，具有以下突出实质性的特点和显著进步：

（1）利用永磁材料异性相斥、且距离越近、斥力越大的特性，采用特殊排列和配置的斥力型永磁轴承结构，在实现对转轴进行支承和悬浮的过程中，是转子系统在更大空间范围内获得良好的稳定性；

（2）    转子在运转过程中，只受空气阻力的影响，电主轴转速高，发热少，寿命长。

（3）不需要润滑和密封，省去了传统的润滑和密封装置，简化了机械设计，使其结构紧凑，可靠性高。

（4）环境适应性强，能在真空和腐蚀介质中工作。而空气轴承却无法在真空中使用，滑动轴承和滚动轴承在真空中会由于油分子的挥发而产生无法避免的污染。

（5）    永磁轴承对环境温度不敏感，可以适应低温和高温的使用环境。