專利名稱：帶有環(huán)形永磁減振系統(tǒng)的電主軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機電工程領(lǐng)域中的電主軸，特別是一種帶有環(huán)形永磁磁體減振系 統(tǒng)的電主軸。 背景資料
電主軸是采用主軸電機內(nèi)裝，將帶有冷卻套的電動機定子裝配在主軸單元的殼體 內(nèi)，轉(zhuǎn)子和主軸的旋轉(zhuǎn)部件做成一體的功能部件。目前電主軸轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度主要靠 設(shè)計、加工及裝配過程保證。盡管電主軸的轉(zhuǎn)軸部分在安裝之前已經(jīng)做過精密動平衡， 但不可避免地仍然存在一定量的質(zhì)量偏心，加上實際工作過程中徑向外載荷的作用， 在高速時轉(zhuǎn)子系統(tǒng)極易產(chǎn)生較大的徑向振動，目前，絕大部分電主軸內(nèi)部幾乎沒有采 取有效的措施來抑制和減小轉(zhuǎn)軸的振動，嚴重影響電主軸的精度和轉(zhuǎn)速的提高，也大 大降低了電主軸軸承的使用壽命。
因而需要開發(fā)一種新型的高速電主軸，使其在工作中能夠增加轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度和 阻尼，旋轉(zhuǎn)精度，適時抑制和減小轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的徑向振動，提高電主軸的綜合技術(shù)性能， 滿足電主軸高精度的功能，并且提高電主軸的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服目前各種電主軸中缺少減振系統(tǒng)的局限性，提供一種帶 有環(huán)形永磁減振系統(tǒng)的電主軸，降低轉(zhuǎn)軸的振動、提高轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度。 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種將帶有環(huán)形永磁體裝于電主軸內(nèi)部的高速電主軸，包括轉(zhuǎn)軸、與轉(zhuǎn)軸固定成 一體的電機轉(zhuǎn)子、殼體、與殼體固定連接成一體的電機定子、分別與殼體前后端固定 連接的前端蓋和后軸承座、與后軸承座后端固定連接的后端蓋、分別安裝在前端蓋和 后軸承座、內(nèi)的軸承和內(nèi)外隔圈。其特征在于在內(nèi)置電機的前后端，各安裝一組同心 永磁環(huán)構(gòu)成環(huán)形永磁體減振系統(tǒng)。
上述的環(huán)形永磁體減振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是在軸子的兩端即軸承的內(nèi)側(cè)分別固定一個 環(huán)形永磁體，在對應(yīng)的前端蓋和后軸承座上也分別設(shè)置一個環(huán)形永磁體。每組的內(nèi)外 兩個環(huán)形永磁體的磁極方向都是沿電主軸軸向方向的，且內(nèi)、外環(huán)的磁極方向相同， 這樣，每組內(nèi)、外環(huán)之間會產(chǎn)生徑向方向的斥力，斥力的大小與內(nèi)、外磁環(huán)之間徑向 間隙的大小成反比。因此，當轉(zhuǎn)子在徑向發(fā)生振動而使內(nèi)、外磁環(huán)間的間隙發(fā)生變化
時，會使內(nèi)、外磁環(huán)間的徑向力產(chǎn)生不平衡現(xiàn)象徑向間隙大的部位徑向磁的斥力變 大，而徑向間隙小的部位徑向磁的斥力變小，既有使轉(zhuǎn)子向中心位置回復(fù)的附加磁力， 對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的徑向振幅起到抑制作用。同時，通過磁力作用，使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的徑向阻尼 增大，產(chǎn)生減振作用，并且，為了增加減振效果，采用相隔一定距離的兩組永磁體同 心環(huán)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點是考慮到電主軸在轉(zhuǎn)動過程中徑向方向上的振動影響轉(zhuǎn)子的 回轉(zhuǎn)精度，將兩個內(nèi)環(huán)形磁體分別固定在轉(zhuǎn)軸的兩端，兩個外環(huán)形磁體固定在與內(nèi)環(huán) 相對應(yīng)的前端蓋和后軸承座上。對除轉(zhuǎn)子沿軸向和繞軸向運動之外的4個自由度起到 進一步約束的作用，抑制和減小電主軸在徑向方向上的振動，能提高電主軸的回轉(zhuǎn)精 度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下實質(zhì)性特點和技術(shù)進步
(1) 利用永磁體的磁力和阻尼優(yōu)點，將兩組同心的永磁環(huán)組成了電主軸的減振 系統(tǒng)；
(2) 實現(xiàn)了電主軸與減振系統(tǒng)的集成，減振系統(tǒng)起到了對電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在徑 向方向
的振動進行抑制和減小的功能；
(3) 電主軸振動小、噪聲低、回轉(zhuǎn)精度高、軸承使用壽命長。
圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1示例中轉(zhuǎn)軸減振系統(tǒng)原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是參見圖l，帶有環(huán)形永磁體減振系統(tǒng)的電主軸，包 括轉(zhuǎn)軸l、與轉(zhuǎn)軸l固定成一體的電機轉(zhuǎn)子ll、殼體9、與殼體9固定連接成一體的 電機定子10、分別與殼體9前后端固定連接的前端蓋3和后軸承座18、與后軸承座 18后端固定連接的后端蓋20、分別安裝在前端蓋3和后軸承座18內(nèi)的軸承4、 6、 15、 17和內(nèi)外隔圈5、 16，在內(nèi)置電機的前后端，各安裝一組同心永磁環(huán)構(gòu)成環(huán)形永 磁體減振系統(tǒng)。上述環(huán)形永磁體減振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是在在前端蓋3內(nèi)的轉(zhuǎn)軸1上安裝 內(nèi)磁環(huán)7，在前端蓋3上安裝外磁環(huán)8，在后軸承座18內(nèi)的轉(zhuǎn)軸1上安裝內(nèi)磁環(huán)13， 在后端蓋18上安裝外磁環(huán)14，構(gòu)成兩組同心的環(huán)形永磁環(huán)，對電主軸在轉(zhuǎn)動過程中 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的徑向振動起到了相應(yīng)的抑制和減小作用。永磁減振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，兩個軸向磁化的環(huán)形永磁體的相互位置為內(nèi)磁 環(huán)7和外磁環(huán)8為一組，內(nèi)磁環(huán)13和外磁環(huán)14為一組，內(nèi)外磁環(huán)組合產(chǎn)生徑向排斥 力，大小與永磁體磁化強度和尺寸有關(guān)，可以用徑向勁度kr表示，其公式為
<formula>complex formula see original document page 5</formula>式中M—永磁體磁化強度(Wb/m2);
L—軸承之間氣隙的平均周長(m); h—軸承的軸向高度(m); /一軸承的徑向厚度(m); e—單邊徑向氣隙(m); h—真空磁導(dǎo)率。
根據(jù)圖2中環(huán)形永磁體的位置尺寸可以求出徑向勁度K"如果電主軸在轉(zhuǎn)動過程 中轉(zhuǎn)軸的中心軸線產(chǎn)生相對位移，徑向間隙大的部位距離為e,徑向間隙小的部位距 離為，則相對位移S^^— e2，也既是兩個永磁環(huán)的中心軸線產(chǎn)生的相對位移，由此 可求出兩永磁環(huán)所產(chǎn)生的徑向磁回復(fù)力F=KrS。 一旦轉(zhuǎn)軸偏離中心軸線，環(huán)形永磁體 產(chǎn)生的回復(fù)磁力增大將阻止轉(zhuǎn)軸偏移，隨著轉(zhuǎn)子回到中心軸線，徑向磁力達到平衡， 達到減振效果。
權(quán)利要求
1、一種帶有環(huán)形永磁體減振系統(tǒng)的電主軸，包括轉(zhuǎn)軸(1)、與轉(zhuǎn)軸(1)固定成一體的電機轉(zhuǎn)子(11)、殼體(9)、與殼體(9)固定連接成一體的電機定子(10)、分別與殼體(9)前后端固定連接的前端蓋(3)和后軸承座(18)、與后軸承座(18)后端固定連接的后端蓋(20)、分別安裝在前端蓋(3)和后軸承座(18)內(nèi)的軸承(4、6、15、17)和內(nèi)外隔圈(5、16)，其特征在于在內(nèi)置電機的前后端，各安裝一組同心永磁環(huán)構(gòu)成環(huán)形永磁體減振系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的帶有環(huán)形永磁體減振系統(tǒng)的電主軸，其特征在于所述的環(huán) 形永磁體減振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是在前端蓋(3)內(nèi)的轉(zhuǎn)軸(1)上安裝內(nèi)磁環(huán)(7)， 在前端蓋(3)上安裝外磁環(huán)(8)，在后軸承座(18)內(nèi)的轉(zhuǎn)軸(1)上安裝內(nèi)磁 環(huán)(13)，在后端蓋(18)上安裝外磁環(huán)(14)，構(gòu)成兩組同心的環(huán)形永磁環(huán)，對 電主軸在轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的徑向振動起到了相應(yīng)的抑制和減小作用。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有環(huán)形永磁體減振系統(tǒng)的電主軸，其特征在于兩組同心 的環(huán)形永磁環(huán)的中心軸線與電主軸的軸線重合，電主軸轉(zhuǎn)軸(1)的振動既是內(nèi) 磁環(huán)(7)軸線和外磁環(huán)(8)軸線的偏移及內(nèi)磁環(huán)(13)和外磁環(huán)(14)軸線的 偏移，從而在永磁環(huán)(7)和(8)之間、(13)和(14)之間產(chǎn)生使轉(zhuǎn)軸回復(fù)之 中心斥力和徑向阻尼，使電主軸軸心線與兩組永磁環(huán)軸線重合，達到減小轉(zhuǎn)子系 統(tǒng)徑向振幅和減振效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有環(huán)形永磁體減振系統(tǒng)的電主軸。它包括轉(zhuǎn)軸、與轉(zhuǎn)軸固定成一體的電機轉(zhuǎn)子、殼體、與殼體固定連接成一體的電機定子、分別與殼體前后端固定連接的前端蓋和后軸承座、與后軸承座后端固定連接的后端蓋、分別安裝在前端蓋和后軸承座、內(nèi)的軸承和內(nèi)外隔圈。在內(nèi)置電機的前后端，各安裝一組同心永磁環(huán)構(gòu)成環(huán)形永磁體減振系統(tǒng)。本發(fā)明的電主軸振動小、噪聲低、回轉(zhuǎn)精度高、軸承使用壽命長。
文檔編號H02K5/24GK101345450SQ20081003773
公開日2009年1月14日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者左濤濤, 李松生, 毛華偉, 胡志宏 申請人:上海大學(xué)