一种旋转直线复合式主轴驱动装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种旋转直线复合式主轴驱动装置，其特征在于：至少包括：主轴，装置机座，设置在主轴前端的旋转驱动模块，设置在主轴后端的直线进给模块；所述主轴设置在所述装置机座的中心轴上。本发明实现了主轴旋转和直线进给的复合式驱动，使旋转驱动鲁棒性强，功率密度高；使永磁体用量大大降低，造价便宜。
【专利说明】
一种旋转直线复合式主轴驱动装置
技术领域
[0001]本发明属于机床主轴直接驱动装置领域，特别涉及一种旋转直线复合式主轴驱动装置。【背景技术】
[0002]现今数控机床等机械设备中主轴装置的旋转驱动通常由交流异步电机通过多级齿轮传动，主轴的轴向进给由“旋转电机+滚珠丝杜”驱动。随着高性能永磁材料及永磁同步电机理论技术的发展，利用永磁同步电机直接驱动主轴旋转，用永磁直线电机直接驱动主轴进给的主轴驱动方式具有结构紧凑、传动链效率高、动态响应快、控制性能好等优势，越来越受到广泛的关注。但采用永磁同步电机构建主轴驱动装置存在功率密度较低，电机造价昂贵等缺点，且难以实现主轴旋转直线复合式直接驱动。
【发明内容】
[0003]针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种旋转直线复合式主轴驱动装置，以实现主轴旋转和直线进给的复合式驱动，使旋转驱动鲁棒性强，功率密度高;使永磁体用量大大降低，造价便宜。
[0004]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:一种旋转直线复合式主轴驱动装置，其特征在于:至少包括:主轴，装置机座，设置在主轴前端的旋转驱动模块，设置在主轴后端的直线进给模块;所述主轴设置在所述装置机座的中心轴上。
[0005]所述主轴末端内侧设置有导向芯轴，所述导向芯轴固定在芯轴端盖上，并与所述进给模块次级端盖连接。
[0006]所述旋转驱动模块包括旋转模块定子铁心，旋转模块电枢绕组，旋转模块磁钢，旋转模块转子铁心，隔磁铝环，旋转模块转子轴套;所述旋转模块定子铁心由硅钢片叠压而成，所述旋转模块磁钢分别设置在所述旋转模块定子铁心各齿部中心，所述旋转模块磁钢沿周向充磁，周向相邻的旋转模块磁钢充磁方向相反;所述旋转模块电枢绕组为集中绕组结构，分别缠绕在所述旋转模块定子铁心各齿部外侧上，所述旋转模块电枢绕组绕线方向一致，沿周向依次设置为A，B，C三相绕组;所述旋转模块转子铁心位于所述旋转模块定子铁心的中心轴上，所述旋转模块转子铁心为凸极式结构，由硅钢片叠压而成。
[0007]所述旋转模块定子铁心安装在隔磁铝套内侧，并由定子压环轴向固定;所述旋转模块转子铁心放置在旋转模块转子轴套外侧，所述旋转模块转子轴套嵌套在所述主轴外侦h所述主轴和所述旋转模块转子轴套之间设置有两个对称滑键;所述隔磁铝套安装在所述装置机座内，轴向两端由旋转模块前端盖和旋转模块后端盖固定，所述旋转模块转子轴套两端设置有轴承，所述轴承分别与所述旋转模块前端盖和所述装置机座连接。
[0008]所述直线进给模块包括进给模块初级铁心，进给模块电枢绕组，进给模块磁钢，进给模块次级铁心，进给模块次级辄部套筒，进给模块初级安装套筒;所述进给模块初级铁心为U型环结构，所述进给模块磁钢为环形结构，所述进给模块初级铁心和进给模块磁钢沿轴向间隔排列在进给模块初级安装套筒外侧，末端由进给模块初级端盖固定;所述进给模块磁钢沿周向充磁，周向相邻的进给模块磁钢充磁方向相反;所述进给模块电枢绕组为集中绕组环结构，沿轴向设置在所述各进给模块初级铁心的U型槽内，沿周向依次设置为A，B， C三相绕组;所述进给模块初级安装套筒通过轴承设置在所述主轴后端;所述进给模块次级辄部套筒套装在所述装置机座后端套筒内，所述进给模块次级铁心为内环凸极式结构，沿轴向排列在所述进给模块次级辄部套筒内，两端由进给模块次级端盖固定。
[0009]所述装置机座前端面设置有旋转模块水冷管，所述装置机座后端套筒外侧设置有机座散热筋，所述进给模块次级辄部套筒外侧设置有进给模块水冷管。
[0010]当在所述进给模块电枢绕组通入一定三相交流电，所述直线进给模块初次级之间产生连续电磁推力，使直线进给模块初级带动所述主轴轴向进给。由于在所述主轴与所述进给模块初级安装套筒之间设置有轴承，使进给模块初级不随所述主轴旋转。
[0011]本发明的有益效果是:本发明旋转直线复合式主轴驱动装置可通过旋转驱动模块实现主轴旋转直接驱动，通过直线进给模块实现主轴进给直线驱动，两者可同时进行，亦可单独进行。中间无需任何传动链。相比现有主轴驱动装置，结构大为简化，维护方便，驱动鲁棒性大为增强。旋转驱动模块采用定子永磁拓扑结构，使主轴旋转鲁棒性强，响应迅速。直线进给模块采用短初级定子永磁拓扑结构，大大降低直线驱动材料用量和装置造价。另外， 本发明通过设置水冷管系统大大提高旋转驱动模块和直线进给模块的电磁转矩密度和功率密度，增强装置运行过载负荷和连续运行稳定性。【附图说明】
[0012]图1是本发明一种旋转直线复合式主轴驱动装置的整体轴向剖视图；图2是图1中主轴旋转驱动部分的电磁拓扑结构示意图；图3是图1中主轴旋转驱动部分的轴向展开结构示意图；图4是图1中主轴旋转驱动部分的三维组成结构示意图；图5是图1中主轴直线进给部分的轴向剖视图；图6是图4中本发明直线电机次级动子的三维结构示意图；图7是图4中本发明直线电机初级定子单模块的三维结构示意图；图8是图7中本发明直线电机定子铁心模块硅钢片结构示意图；图9是一种旋转直线复合式主轴驱动装置的三维整体外型意图。[〇〇13]图中，1、主轴；2、旋转驱动模块;3、直线进给模块;4、装置机座；101、滑键；102、导向芯轴；103、芯轴端盖;201、旋转模块定子铁心；202、旋转模块电枢绕组；203、旋转模块磁钢;204、旋转模块转子铁心；205、定子压环;206、隔磁铝环;207、旋转模块转子轴套;208、轴承；209、旋转模块前端盖;210、旋转模块后端盖;301、进给模块初级铁心；302、进给模块电枢绕组;303、进给模块磁钢;304、进给模块次级铁心；305、进给模块次级辄部套筒；306、进给模块初级安装套筒；307、进给模块初级端盖;308、轴承;309、进给模块次级端盖;401、旋转模块水冷管;402、机座散热筋;403、进给模块水冷管。【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明一种旋转直线复合式主轴驱动装置的组成结构作具体介绍:参阅图1所示，本发明一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，至少包括主轴1，装置机座4，设置在主轴前端的旋转驱动模块2，设置在主轴后端的直线进给模块3;所述主轴1设置在所述装置机座4的中心轴上。
[0015]参阅图2所示，所述旋转驱动模块2的电磁拓扑结构为定子永磁开关磁通结构，所述旋转驱动模块2至少包括旋转模块定子铁心201，旋转模块电枢绕组202,旋转模块磁钢 203,旋转模块转子铁心204;产生主磁场的旋转模块磁钢203设置于定子上，转子只有导磁作用的转子铁心204。此话是否是:旋转模块转子铁心204只有导磁作用。[〇〇16]所述旋转模块定子铁心201由硅钢片叠压而成，所述旋转模块磁钢203分别设置在所述旋转模块定子铁心201各齿部中心，所述旋转模块磁钢203沿周向充磁，周向相邻的旋转模块磁钢203充磁方向相反。所述旋转模块电枢绕组202为集中绕组结构，分别缠绕在所述旋转模块定子铁心201各齿部外侧上，所述旋转模块电枢绕组202绕线方向一致，沿周向依次设置为A，B，C三相绕组。所述旋转模块转子铁心204位于所述旋转模块定子铁心201 的中心轴上，所述旋转模块转子铁心204为凸极式结构，由硅钢片叠压而成。
[0017]作为本发明的优选实施例，所述旋转模块定子铁心201为6齿结构，各齿包含4个极。所述旋转模块电枢绕组202个数为6,所述旋转模块转子铁心204凸极数为19。[〇〇18]结合图2,图3和图4所示，所述旋转模块定子铁心201安装在隔磁铝套206内侧，并由定子压环205轴向固定。所述旋转模块转子铁心204放置在旋转模块转子轴套207外侧，所述旋转模块转子轴套207嵌套在所述主轴1外侧。所述主轴1和所述旋转模块转子轴套207之间设置有两个对称滑键101。所述隔磁铝套206安装在所述装置机座4内，轴向两端由旋转模块前端盖209和旋转模块后端210盖固定，所述旋转模块转子轴套207两端设置有轴承208， 所述轴承208分别与所述旋转模块前端盖209和所述装置机座4连接。
[0019]参阅图5所示，所述直线进给模块3包括进给模块初级铁心301，进给模块电枢绕组 302，进给模块磁钢303，进给模块次级铁心304，进给模块次级辄部套筒305，进给模块初级安装套筒306等。其主要特征在于直线进给模块初级直接驱动主轴轴向往复运动，省去一切中间传动环节，进给模块磁钢303和进给模块电枢绕组302均放置在短初级上，长次级只有导磁用的进给模块次级铁心304,大大节省材料用量，降低装置造价。
[0020]参阅图6所示，所述进给模块初级铁心301为U型环结构，所述进给模块磁钢303为环形结构，所述进给模块初级铁心301和进给模块磁钢303沿轴向间隔排列在进给模块初级安装套筒306外侧，末端由进给模块初级端盖307固定。所述进给模块磁钢303沿周向充磁， 周向相邻的进给模块磁钢303充磁方向相反。所述进给模块电枢绕组302为集中绕组环结构，沿轴向设置在所述各进给模块初级铁心301的U型槽内，沿周向依次设置为A，B，C三相绕组。
[0021]作为本发明的优选实施例，所述进给模块初级铁心301个数为12,所述进给模块电枢绕组302个数为12,所述进给模块次级铁心304凸极数为25。
[0022]结合图7和图8所示，所述进给模块初级安装套筒306通过轴承308设置在所述主轴 1后端。所述进给模块次级辄部套筒305套装在所述装置机座4后端套筒内，所述进给模块次级铁心304为内环凸极式结构，沿轴向排列在所述进给模块次级辄部套筒305内，两端由进给模块次级端盖309固定。
[0023] 再次参阅图6所示，所述主轴1末端内侧设置有导向芯轴102,所述导向芯轴102固定在芯轴端盖103上，并与所述进给模块次级端盖309连接。[〇〇24]结合图4和图9所示，所述装置机座4前端面设置有旋转模块水冷管401，所述装置机座4后端套筒外侧设置有机座散热筋402,所述进给模块次级辄部套筒305外侧设置有进给模块水冷管403。
[0025]以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵。
【主权项】
1.一种旋转直线复合式主轴驱动装置，其特征在于:至少包括:主轴(1)，装置机座(4)， 设置在主轴前端的旋转驱动模块(2)，设置在主轴后端的直线进给模块(3);所述主轴(1)设 置在所述装置机座(4)的中心轴上。2.如权利要求1所述的一种旋转直线复合式主轴驱动装置，其特征在于:所述主轴(1) 末端内侧设置有导向芯轴(102)，所述导向芯轴(102)固定在芯轴端盖(103)上，并与所述进 给模块次级端盖(309)连接。3.如权利要求1所述的一种旋转直线复合式主轴驱动装置，其特征在于:所述旋转驱动 模块(2)包括旋转模块定子铁心(201)，旋转模块电枢绕组(202)，旋转模块磁钢(203)，旋转 模块转子铁心(204)，隔磁铝环(206)，旋转模块转子轴套(207);所述旋转模块定子铁心 (201)由硅钢片叠压而成，所述旋转模块磁钢(203)分别设置在所述旋转模块定子铁心 (201)各齿部中心，所述旋转模块磁钢(20 3 )沿周向充磁，周向相邻的旋转模块磁钢(203 )充 磁方向相反;所述旋转模块电枢绕组(202)为集中绕组结构，分别缠绕在所述旋转模块定子 铁心(201)各齿部外侧上，所述旋转模块电枢绕组(202)绕线方向一致，沿周向依次设置为 A，B，C三相绕组;所述旋转模块转子铁心(204)位于所述旋转模块定子铁心(201)的中心 轴上，所述旋转模块转子铁心(204)为凸极式结构，由硅钢片叠压而成。4.如权利要求3所述的一种旋转直线复合式主轴驱动装置，其特征在于:所述旋转模块 定子铁心(201)安装在隔磁铝套(206)内侧，并由定子压环(205)轴向固定;所述旋转模块转 子铁心(204)放置在旋转模块转子轴套(207 )外侧，所述旋转模块转子轴套(207 )嵌套在所 述主轴(1)外侧；所述主轴(1)和所述旋转模块转子轴套(207)之间设置有两个对称滑键 (101);所述隔磁铝套(206)安装在所述装置机座(4)内，轴向两端由旋转模块前端盖(209) 和旋转模块后端(210)盖固定，所述旋转模块转子轴套(207)两端设置有轴承(208)，所述轴 承(208)分别与所述旋转模块前端盖(209)和所述装置机座(4)连接。5.如权利要求1所述的一种旋转直线复合式主轴驱动装置，其特征在于:所述直线进给 模块(3)包括进给模块初级铁心(301)，进给模块电枢绕组(302)，进给模块磁钢(303)，进给 模块次级铁心(304)，进给模块次级辄部套筒(305)，进给模块初级安装套筒(306);所述进 给模块初级铁心(301)为U型环结构，所述进给模块磁钢(303)为环形结构，所述进给模块初 级铁心(301)和进给模块磁钢(303)沿轴向间隔排列在进给模块初级安装套筒(306)外侧， 末端由进给模块初级端盖(307)固定;所述进给模块磁钢(303)沿周向充磁，周向相邻的进 给模块磁钢(303)充磁方向相反;所述进给模块电枢绕组(302)为集中绕组环结构，沿轴向 设置在所述各进给模块初级铁心(301)的U型槽内，沿周向依次设置为A，B，C三相绕组;所 述进给模块初级安装套筒(306)通过轴承(308)设置在所述主轴(1)后端;所述进给模块次 级辄部套筒(305)套装在所述装置机座(4)后端套筒内，所述进给模块次级铁心(304)为内 环凸极式结构，沿轴向排列在所述进给模块次级辄部套筒(305)内，两端由进给模块次级端 盖(309)固定。6.如权利要求1所述的一种旋转直线复合式主轴驱动装置，其特征在于:所述装置机座 (4)前端面设置有旋转模块水冷管(401)，所述装置机座(4)后端套筒外侧设置有机座散热 筋(402)，所述进给模块次级辄部套筒(305)外侧设置有进给模块水冷管(403)。
【文档编号】H02K41/02GK105958727SQ201610419438
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】梁锦涛, 明正峰, 诸文智, 贺迪, 陈娟, 田博
【申请人】西安电子科技大学