[發明專利]全永磁軸承支承的高速電主軸

無效

• 申請號: 201110318098.1
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN102437798A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 李松生;陳劍;陳斌;周鵬;黃曉
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00;H02K5/20
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

????本發明涉及到一種機電工程領域中全永磁軸承支承的高速電主軸。

背景技術

磁懸浮技術作為一種發展潛力和前景巨大的技術來說目前以備受國內外關注，它帶來的效益是有目共睹的。電主軸作為現代高速加工的核心功能部件，是將驅動電機內裝，以實現電機和主軸等功能的機電一體化的功能。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，但由于需要外部控制系統，因此系統復雜、體積較大、成本高等特點，至今仍然主要處于實驗室研究階段，無法在工業中大范圍推廣應用。

因此需要開發一種新型磁懸浮軸承支承的電主軸，在實現對電主軸轉子系統支承和穩定懸浮的條件下，使之成本低、方便制造和滿足實際工程的使用需要，充分發揮磁懸浮軸承的優點，以實現電主軸高速、高效和高可靠性、長壽命運行的目標。

發明內容

本發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用的局限性和缺點，提供一種全永磁軸承支承的高速電主軸，體現無摩擦磨損、長壽命、高效率、低成本和高可靠性的優點。

為了達到上述目的，本發明的構思如下：

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、直接固定內裝電機轉子和永磁軸承動環的轉軸、安裝內裝電機定子和開有冷卻腔的外殼、安裝永磁軸承定環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軸完全由永磁軸承組成的支承系統支承和穩定懸浮，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，整個支承系統無其它輔助支承軸承，也不需要外部對支承系統進行控制的附加系統。

上述的以徑向永磁軸承作為徑向支承軸承的安裝設置是：在轉軸的前、后端部分別安裝設置兩套斥力型徑向永磁軸承，實現轉軸的徑向懸浮。

上述的以雙向永磁推力軸承作為轉軸軸向支承軸承的安裝設置是：在轉軸固定連接的永磁軸承的動環——推力盤的兩側安裝設置斥力型的雙向永磁推力軸承的定環，從而實現轉軸的軸向懸浮。

在上述的電主軸中設有液體冷卻功能，其冷卻液通道設置在電主軸外殼內，實現對電主軸內裝電機的冷卻，以最大可能地提高內裝電機的輸出功率和在電主軸運行過程中防止過熱現象。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種全永磁軸承支承的高速電主軸，包括電機定子、電機轉子、轉軸、外殼、前蓋、前軸承座、后軸承座、后蓋以及支承系統，所述支承系統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和兩個靜磁環）組成而安裝在電機轉子的兩側，所述雙向永磁推力軸承由兩個靜磁環和一個動磁環安裝在轉軸的一端。

所述兩個徑向永磁軸承中，動磁環和靜磁環的磁極方向分別相同，使得在動磁環和靜磁環間產生徑向斥力，即靜磁環對動磁環產生徑向的支承力，使得與動磁環相固聯的轉軸能夠承受相應的徑向載荷，從而實現對轉軸的徑向支承和穩定懸浮。

所述軸向雙向永磁推力軸承中，在兩相鄰的動、靜磁環軸向側面中，磁極的方向分別相同，使得在動磁環和靜磁環間產生雙向的軸向斥力，即靜磁環對動磁環產生相對的軸向推力，使得與動磁環相固聯的轉軸以承受雙向的軸向載荷，從而實現對轉軸的軸向支承和穩定懸浮。

所述外殼內的空腔中，放置電機定子和冷卻水腔；前軸承座、后軸承座分別安裝徑向永磁軸承的靜磁環；后軸承座和后蓋內安裝軸向永磁軸承的靜磁環；轉軸上固定電機轉子、徑向永磁軸承的動磁環和軸向永磁軸承的動磁環，共同構成全永磁軸承支承的高速電主軸。

本發明與現有技術相比較，具有以下突出實質性的特點和顯著進步：

（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構，在實現對轉軸進行支承和懸浮的過程中，是轉子系統在更大空間范圍內獲得良好的穩定性；

（2）????轉子在運轉過程中，只受空氣阻力的影響，電主軸轉速高，發熱少，壽命長。

（3）不需要潤滑和密封，省去了傳統的潤滑和密封裝置，簡化了機械設計，使其結構緊湊，可靠性高。

（4）環境適應性強，能在真空和腐蝕介質中工作。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而產生無法避免的污染。

（5）????永磁軸承對環境溫度不敏感，可以適應低溫和高溫的使用環境。