一种纯风冷超高速高精度大功率小型化磁悬浮电主轴的制作方法

本发明涉及一种纯风冷超高速高精度大功率小型化磁悬浮电主轴。

背景技术：

现代高技术产品都是通过高集成度、精密部件和零件装配的，高精度的产品是精密设备仪器加式而成的，零库存、订单式的采购，给装备制造业带来了新的挑战，也给高速加工技术带来了生机与活力。各种高精度机床、数控机床成为目前装备制造业的主力军，机床的加工效率及其加工精度越来越受到社会的关注。磁悬浮技术带来了一种无摩擦世界，通过对磁悬浮轴承控制，可以在1秒内实现对磁轴承的加速，达到大功率，而且可以实现小型化，从根本上解决高速加工中最重要的、最核心部件。采用纯风冷设计，可以解决电主轴密封困难的重大问题。磁悬浮技术是一项高新技术，也是一项朝阳产业，得到全球产业界的广泛认同，磁悬浮主轴将满足现代设备超高速度、高精度、大功率、小型化的需要。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种纯风冷超高速高精度大功率小型化磁悬浮电主轴。

根据本发明的磁悬浮电主轴包括：壳体、定子、定子翅片散热器、磁轴承，转子以及与转子共轴连接的风扇；壳体上制作有进气口和排气口，壳体与定子散热器、前后磁轴承之间形成密闭的工作风道。

壳体，所述壳体内具有容纳腔，容纳腔内置定子翅片散热器、电机定子；左、右两端安装有前端面磁轴承组件和后端磁轴承组件；定子翅片散热器上有凹槽，用于通风；定子，安装在所述容纳腔内，定子上设有定子冷却腔，定子冷却腔与定子翅片散热器相连；磁轴承，其磁密度、轴承直径、轴承长度，是通过精确计算根据电主轴功率大小设计制造的，置于容纳腔内，穿过电机定子，定子可旋转。磁轴承组件由永磁体、传感器、输入电源等组成；壳体上开有进风口和出风口，保证常温干净空气流动顺畅，带走磁轴承高速运转产生的热量。

本发明实施例的电主轴具有纯风次冷超高速高精度大功率小型化的优点。

另外，本发明上述实施例的电主轴还可以具有如下附加的技术特征：

所述电主轴采用高速、高效永磁同步电机及控制技术，电机、电机控制系统总效率最高达到国际领先水平。

所述电主轴定子上安装有温度传感器和报警装置，报警装置与温度传感器相连以便根据所述定子温度传感器的检测值进行判读和报警提示。

附图说明

图1是磁悬浮纯风冷结构电主轴的结构示意图；

图2是磁悬浮纯风冷结构电主轴后端磁轴承的结构示意图；

图3是磁悬浮纯风冷结构电主轴的前端磁轴承结构示意图；

图4是磁悬浮纯风冷结构电主轴的轴向磁轴承结构示意图；

图5是磁悬浮纯风冷结构电主轴的风冷示意图；

图6是翅片散热器的结构图。

图中，1、风扇；2、后端磁轴承；3定子；4、壳体；5、主轴；6、翅片散热器；7、前端磁轴承；8、密封；9、叠片；10、后端磁轴承壳体；11、后端径向传感器；12、叠片；13、前端磁轴承壳体；14、前端径向传感器；15、轴向磁轴承壳；16、前端保护；17、线圈；18、前端辅助轴向保护；19、轴向传感器。

具体实施方式

下面通过参考附图解释本发明。

参考附图描述本发明的磁悬浮电主轴。如图1-图6所示，本发明的磁悬浮电主轴包括：风扇1，后端磁轴承2，定子3，壳体4，主轴5，翅片散热器6，前端磁轴承7，密封组件8。

壳体，壳体内具有容纳腔，容纳腔内置定子翅片散热器6、电机定子3和主轴5。壳体上开有进风口和出风口，保证常温干净空气流动顺畅，带走磁轴承高速运转产生的热量。

散热器翅片6安装在容纳腔内，散热器翅片6与壳体4相连，散热器翅片6上有凹槽与壳体4形成气流通道，增大了气流通道的面积，翅片传导定子3产生的热量，大部分通过凹槽内流动的高压常温气体带走热量，另一部分散热器翅片6将热量传递到壳体4，直接散发到空气中，实现对电机定子3的冷却。

定子3内镶在翅片散热器6内，定子3上设有定子冷却流道。

主轴5由轴承座、永磁体、硅钢片、连接套筒等组成，安装在容纳腔内，是一根磁性轴承，其磁密度、轴承直径、轴承长度，是通过精确计算根据电主轴功率大小设计制造的，穿过电机定子3，定子3可旋转。主轴增速快，可在数十秒内实现0～100000转/分钟。

磁悬浮电主轴后端磁轴承包括：叠片组件9，后端磁轴承壳体10，后端径向传感器11。

磁悬浮电主轴的前端磁轴承包括：叠片组件2，前端磁轴承壳体13，前端径向传感器14。

磁悬浮电主轴的轴向磁轴承包括：轴向磁轴承壳15，前端保护16，线圈17，前端辅助轴向保护18，轴向传感器19。

工作原理：磁悬浮电主轴通电后，主轴5在控制系统指挥下，前端磁轴承7、后端磁轴承2受电磁力控制，将主轴悬浮；当主轴5接收到外部指令后，主轴5在电磁力的驱动下开始旋转，带动风扇旋转，经过滤的常温空气从壳体进气口流入，流经散热器翅片6上的凹槽和通风道，将电机定子产生的大部分热量从排气孔排出，实现对磁悬浮电机的定子降温。壳体4采用金属铸件，导热性良好，可以将散热器翅片6传导的热量散发到空气中，起到辅助降温的效果。

本发明的磁悬浮电主轴通过过盈地配合安装，极大地减小电主轴的体积，节省大量空间，使电主轴适用于空间体积受限的场合，采用磁悬浮及控制技术，易于增速，大大地减少电主轴工作时的振动。

本发明的电主轴通过在壳体内设置转子纯风冷定子翅片散热器，对电主轴进行冷却，使电主轴的轴承始终不会在较高的温度下工作，确保电主轴长时间高精度稳定工作。

本发明的电主轴的转速可以在0-100000r/min之间实现无级变速，满足在不同场合、不同转速、不同工况下平稳工作，保证轴承在高速、高温、大振动和跨临界转速、极其复杂和苛刻的工况下安全可靠运行。大功率，保证电主轴传输出更大的转矩，从而保证电主轴可以使用在更多更广泛的场合。

本发明的电主轴适于在特殊场合使用，特别适用于高精度钻铣床、各种高精度数控机床、高精度雕刻专用机床、高精度磨床、以及其他需要超高转速高精度大功率场合机床、高速离心机、旋辗机床等。磁悬浮电主轴也可以使用在航空航天、船舶等行业以及一些特殊需要使用超高速高精度大功率电主轴的领域。

技术特征：

1.一种纯风冷超高速高精度大功率小型化磁悬浮电主轴，其特征是它由壳体，定子，风扇，主轴，前端磁轴承，后端磁轴承，翅片散热器，密封组件组成。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮电主轴，其特征在于壳体，壳体内具有容纳腔，容纳腔内置定子翅片散热器、电机定子和主轴。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮电主轴，其特征在于散热器翅片安装在容纳腔内，散热器翅片与壳体相连，散热器翅片上有凹槽与壳体形成气流通道。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮电主轴，其特征在于前端磁轴承由叠片、前端磁轴承壳体、前端径向传感器组成；后端磁轴承由叠片、后端磁轴承壳体、后端径向传感器组成。

技术总结
本发明属于电机领域，涉及一种纯风冷超高速高精度大功率小型化磁悬浮电主轴。本发明包括：壳体，定子，风扇，主轴，前端磁轴承，后端磁轴承，翅片散热器，密封组件。本发明具有纯风冷超高速高精度大功率小型化的优点。应用磁悬浮无摩擦技术，可以在60秒内实现磁轴承0‑100000r/min之间无级变速，满足在不同场合、不同转速、不同工况下平稳工作，保证轴承在高速、高温、大振动和跨临界转速、极其复杂和苛刻的工况下安全可靠运行。采用纯风冷设计，解决了电主轴密封困难的重大问题。磁悬浮电主轴将满足现代设备超高速度、高精度、大功率、小型化的需要。本发明采用高速、高效永磁同步电机及控制技术，总效率达到国际领先水平。

技术研发人员：辜益山;谢清明;王中原
受保护的技术使用者：亚之捷智能装备(江苏)有限公司;苏州磁锋能源科技有限公司
技术研发日：2020.07.01
技术公布日：2021.08.03