一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴，包括机体、安装于机体内部的定子和转子轴芯，还包括安装于转子轴芯两端的分别通过前锁紧螺母和后锁紧螺母进行固定的前永磁体组件及后永磁体组件。利用永磁体同极相斥的原理，使电主轴的转子轴芯悬浮在中心，由于是非接触式结构，运动无摩擦，所以能够达到比滚珠轴承等传统轴承更高的转速，同时也不会像气体润滑轴承那样耗费大量能源，节能效果明显；环境适应能力更强，能够适应于恶劣的使用环境，采用冷却液对主轴进行有效冷却，确保高转速下的使用寿命。
【专利说明】一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电主轴，具体涉及一种用永磁体代替轴承的电主轴,属于机电工程领域。
【背景技术】
[0002]闻速电主轴是将主轴电机内装，从而实现闻转速、闻精度及闻效率等功能的机电一体化的动力部件，主要应用于高速加工机床，实现对不同材料的高转速加工，提高加工效率。
[0003]目前市面上的电主轴多采用滚动轴承、空气静压轴承或液体静压轴承进行支撑。对于滚动轴承来讲，虽然有较高的刚度，但不能上到超高转速；空气静压轴承虽然可以使主轴的转速提高，但由于间隙小，对气源的要求较高，可靠性不足，容易发生气锤或其它原因造成的突发性卡死，同时也比较耗能；液体静压轴承由于液体粘度及其它因素的限制，应用在主轴里转速一般都比较低。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采用永磁体代替传统轴承的电主轴，实现高速转动及可靠的性能。
[0005]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:
一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴，包括机体、安装于机体内部的定子和转子轴芯，还包括安装于转子轴芯两端的分别通过前锁紧螺母和后锁紧螺母进行固定的前永磁体组件及后永磁体组件，所述机体的后端安装一连接座，连接座上固定一电源接头；
所述前永磁体组件和后永磁体组件均包括:两对环形磁铁内外圈及设置于两者之间的隔套，所述环形磁铁内外圈包括:套装于转子轴芯上的环形磁铁内圈、安装于轴承座上的环形磁铁外圈，环形磁铁内圈与环形磁铁外圈彼此相邻的一面均为斜面且是同性磁极，相邻两对环形磁铁内外圈的斜面的倾斜方向相反。
[0006]作为一种实施例，前述环形磁铁内圈的内环是S极、外环是N极，所述环形磁铁外圈的内环是N极、外环是S极,相邻的两个面都是N极。
[0007]进一步地，前述后永磁体组件安装于后轴承座上，所述后轴承座容纳于机体内部并且能够相对于机体沿轴向滑动。
[0008]进一步地，前述连接座上设有冷却液入口和冷却液出口，所述连接座和机体内部形成有与冷却液入口和冷却液出口相连通的冷却液通道。
[0009]前述冷却液通道为环形设置的冷却水槽。
[0010]优选地，前述机体的前端还设有一端盖，所述端盖与前锁紧螺母之间留有缝隙以构成迷宫密封。
[0011]优选地，前述前永磁体组件与后永磁体组件均由强磁永磁体制成，与前永磁体组件或后永磁体组件接触的前轴承座、后轴承座、转子轴芯、隔套、前锁紧螺母、后锁紧螺母、端盖均由奥氏体不锈钢材料制成。
[0012]本发明的有益之处在于:本发明是利用永磁体同极相斥的原理，使电主轴的转子轴芯悬浮在中心，由于是非接触式结构，运动无摩擦，所以能够达到比滚珠轴承等传统轴承更高的转速，同时也不会像气体润滑轴承那样耗费大量能源，节能效果明显；环境适应能力更强，能够适应于恶劣的使用环境，采用冷却液对主轴进行有效冷却，确保高转速下的使用寿命；不采用任何特殊材料，成本低，可安装在机床上进行高速的零件加工，也可以广泛用在金属雕铣、玻璃磨削、木材加工及其它材料的高速加工，效率高，寿命长。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴的一个优选实施例的剖面结构示意图；
图2是图1所示实施例的侧面结构示意图；
图3是图1中A处的局部放大结构示意图。
[0014]图中附图标记的含义:1、机体，2、定子，3、转子轴芯，4a、前永磁体组件，4b、后永磁体组件，401、环形磁铁内圈,402、环形磁铁外圈,403、前隔套,404、后隔套,5、前锁紧螺母，
6、后锁紧螺母，7、前轴承座，8、后轴承座，9、连接座，901、电源接头，902、冷却液入口，903、冷却液出口，10、端盖，11、冷却液通道。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0016]参见图1，本发明的一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴，包括机体I,机体I内部安装有定子2、转子轴芯3，转子轴芯3连同安装于其两端的前永磁体组件4a及后永磁体组件4b构成轴系。前永磁体组件4a和后永磁体组件4b分别通过前锁紧螺母5和后锁紧螺母6进行固定，分别对转子轴芯3的前端和后端起支撑作用，与传统的轴承一样，两者分别安装于前轴承座7和后轴承座8上，此外，在机体I的后端安装一连接座9，连接座9上固定一电源接头901，外部驱动器通过电源接头901供电给定子2，驱动主轴转动。
[0017]具体地，如图3所示，前永磁体组件4a和后永磁体组件4b均包括:两对环形磁铁内外圈及设置于两者之间的隔套(包括前隔套403和后隔套404)。环形磁铁内外圈包括:套装于转子轴芯3上的环形磁铁内圈401、安装于轴承座上的环形磁铁外圈402，这样一来，环形磁铁内圈401与环形磁铁外圈402就装配在一起了(两者并没有实际的连接或接触)，彼此相邻的一面均为斜面且是同性磁极，同极相斥，能够产生相当于角接触轴承一样的受力方式，径向与轴向都能起支撑作用。更进一步地，如图3所示，相邻两对环形磁铁内外圈的斜面的倾斜方向相反，中间用隔套隔开，能够产生相当于角接触轴承DB配对一样的效果，同时承受径向力与轴向力。由于环形磁铁内圈401和环形磁铁外圈402之间的间隙相比静压轴承大，非接触运转，所以不用使用油脂润滑同时具有一定的承受外部杂质的能力，可以在相对恶劣的环境下工作，并且能够获得更高的主轴转速。
[0018]作为一种实施例，如图3，环形磁铁内圈401的内环是S极、外环是N极，环形磁铁外圈402的内环是N极、外环是S极，即相邻的两个面都是N极；当然，相邻的两个面也可以都是S极，此处不作赘述。优选地，前永磁体组件4a与后永磁体组件4b均由强磁永磁体制成，与前永磁体组件4a或后永磁体组件4b接触的前轴承座7、后轴承座8、转子轴芯3、隔套、前锁紧螺母5、后锁紧螺母6、端盖10等部件均由奥氏体不锈钢材料制成，防止被磁化。
[0019]在主轴工作时，电机不可避免地会产生热量，而热量会使转子轴芯3受热伸长，转子轴芯3的后端有向后伸展的趋势，所以，为了顺应转子轴芯3的这一特性，将后永磁体组件4b安装于后轴承座8上，后轴承座8容纳于机体I内部并且能够相对于机体I沿轴向滑动，即后轴承座8与机体I之间不采用螺钉固定连接，转子轴芯3受热后，后轴承座8具有向后移动的空间，该空间正好能够“中和”转子轴芯3由于受热导致的伸长，防止由于转子轴芯3伸长引起的永磁体内外圈之间的间隙偏离最佳间隙状态，保证主轴工作时的稳定性。
[0020]为了保证主轴在高速运转时的热稳定性，如图1和图2所示，在连接座9上设有冷却液入口 902和冷却液出口 903，同时在连接座9和机体I内部形成有与冷却液入口 902和冷却液出口 903相连通的冷却液通道11,冷却液通道11贯穿整个轴系所在位置，优选为环形设置的冷却水槽。冷却液优选水或者低粘度的油，从冷却液入口 902进入冷却液通道11，在机体I内部对相关部件循环冷却后，从冷却液出口 903流出主轴，完成对电机工作时所产生热量的交换，起到很好的冷却效果。
[0021]更进一步地，为了有效阻止外部杂质进入主轴内部，确保主轴性能的稳定性，在机体I的前端还设有一端盖10，端盖10与前锁紧螺母5之间留有缝隙以构成迷宫密封，如图3所示，端盖10与前锁紧螺母5之间的缝隙为曲折型的，即迷宫密封。
[0022]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴，包括机体、安装于机体内部的定子和转子轴芯，其特征在于，还包括安装于转子轴芯两端的分别通过前锁紧螺母和后锁紧螺母进行固定的前永磁体组件及后永磁体组件，所述机体的后端安装一连接座，连接座上固定一电源接头； 所述前永磁体组件和后永磁体组件均包括:两对环形磁铁内外圈及设置于两者之间的隔套，所述环形磁铁内外圈包括:套装于转子轴芯上的环形磁铁内圈、安装于轴承座上的环形磁铁外圈，环形磁铁内圈与环形磁铁外圈彼此相邻的一面均为斜面且是同性磁极，相邻两对环形磁铁内外圈的斜面的倾斜方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴，其特征在于，所述环形磁铁内圈的内环是S极、外环是N极，所述环形磁铁外圈的内环是N极、外环是S极，相邻的两个面都是N极。
3.根据权利要求1所述的一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴，其特征在于，所述后永磁体组件安装于后轴承座上,所述后轴承座容纳于机体内部并且能够相对于机体沿轴向滑动。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴，其特征在于，所述连接座上设有冷却液入口和冷却液出口，所述连接座和机体内部形成有与冷却液入口和冷却液出口相连通的冷却液通道。
5.根据权利要求4所述的一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴，其特征在于，所述冷却液通道为环形设置的冷却水槽。
6.根据权利要求4所述的一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴，其特征在于，所述机体的前端还设有一端盖，所述端盖与前锁紧螺母之间留有缝隙以构成迷宫密封。
7.根据权利要求6所述的一种应用永磁体代替轴承的高速电主轴，其特征在于，所述前永磁体组件与后永磁体组件均由强磁永磁体制成,与前永磁体组件或后永磁体组件接触的前轴承座、后轴承座、转子轴芯、隔套、前锁紧螺母、后锁紧螺母、端盖均由奥氏体不锈钢材料制成。
【文档编号】H02K5/16GK103956847SQ201410203807
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】朱旭斌 申请人:江苏华雕机械有限公司