CN102909396A

CN102909396A - 具有外转子结构的高速电主轴

Info

Publication number: CN102909396A
Application number: CN2012103984183A
Authority: CN
Inventors: 李松生; 董玛莉; 鲁豫鑫; 邵娟; 俞锋
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明公开了一种具有外转子结构的高速电主轴，电机主轴作为安装电机内定子的芯轴，电机内定子安装在内部不动的电机主轴上，形成电机定子部分，而电机转子部分包括电机外转子和外壳，电机外转子安装于电机内定子的外围旋转，电机外转子紧固在外壳内部并带动外壳一起旋转，形成一体转动的空心轴头转子系统，靠近前端盖外壳的前端外圆处安装连接工作组件，电机主轴的后端从后端盖的中心孔穿过，悬伸于空心轴头转子系统外部，形成能与外部设备固定连接的结合部。本发明克服传统内转子结构电主轴在用于深孔深腔内表面加工条件下刚度不足、加工精度降低和无法提高加工效率的缺陷，实现在高速旋转条件下提高主轴刚度，使得加工精度和加工效率提高。

Description

具有外转子结构的高速电主轴

技术领域

本发明涉及一种电主轴，特别是可应用于深孔和深腔内表面加工机床的一种高速电主轴，可广泛用于加工中心。

背景技术

高速电主轴是一种将刀具主轴与驱动电机集成在一起，以实现电机和主轴一体化的功能部件。具有深孔、深腔结构的工件，其内表面的磨削等切削加工一直是相关制造工程领域所面临的难题之一，如果采用普通内转子结构的高速电主轴，是将砂轮等切削工具直接安装在悬伸式主轴上，由于深孔、深腔尺寸的限制，安装切削刀具的悬伸主轴刚度较低，会影响加工精度，也无法提高加工效率。因此需要改善带动砂轮等切削刀具旋转主轴的刚度或者通过采用其它结构的电主轴来避免因使用常规电主轴前端悬伸过长而降低主轴刚度、影响加工精度和无法提高加工效率等问题。

常规电主轴的结构中的内部芯轴是旋转体，电主轴的外壳固定不动。这种电主轴其转速可以达到很高并可以保持整体稳定性，但是不适用于对深孔、深腔内表面磨削等切削加工要求。对深孔、深腔内表面磨削等切削加工时，安装切削刀具的电主轴转轴输出端做成悬伸主轴的结构形式，然后将悬伸的刀具伸入深孔或深腔内部进行切削加工。但是由于受到深孔深腔内部尺寸、电主轴支承轴承等结构尺寸的限制，电主轴输出端悬伸的主轴往往直径较小而致使安装切削工具部位的刚度很低，使得削加工精度降低，并且无法磨削加工的效率。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有外转子结构的高速电主轴，克服传统内转子结构电主轴在用于深孔深腔内表面加工条件下刚度不足、加工精度降低和无法提高加工效率的缺陷，提供一种适用于深孔深腔内表面切削加工的具有外转子结构的高速电主轴，实现在高速旋转条件下提高主轴刚度，使得内表面的加工精度和加工效率可以得到提高。

为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有外转子结构的高速电主轴，包括电机主轴，电机主轴作为安装电机内定子的芯轴，电机内定子安装在内部不动的电机主轴上，形成电机定子部分，而电机转子部分包括电机外转子和外壳，电机外转子安装于电机内定子的外围旋转，电机外转子紧固在外壳内部并带动外壳一起旋转，在外壳和电机主轴之间由前后两组轴承进行支承，轴承的外圈与外壳固定连接，面向电机主轴两端的轴承内圈外端面分别通过轴承套与电机主轴进行紧固安装连接，使轴承同时限制外壳沿电机主轴的轴向运动，外壳与前端盖、后端盖紧密结合安装连接，与电机外转子一起形成一体转动的空心轴头转子系统，靠近前端盖外壳的前端外圆处形成空心轴头转子系统的传动端，空心轴头转子系统的传动端能安装连接工作组件，电机主轴的前端被前端盖密封在空心轴头转子系统内部，电机主轴的前端不接触前端盖，电机主轴的后端从后端盖的中心孔穿过，悬伸于空心轴头转子系统的外部，形成能与外部设备固定连接的电机主轴的结合部。

作为本发明的改进，在上述电机主轴与电机内定子之间还设有冷却水腔，向冷却水腔中通入循环水对外壳内装的电机定子部分和电机转子部分进行冷却。

作为本发明的进一步改进，在上述空心轴头转子系统的外部的电机主轴的后端设有安装法兰，安装法兰以与外部设备进行固定和联接。

上述电机主轴优选采用空心轴，沿电机主轴的轴向内孔通道将电源线引入电机内定子的线圈绕组。

作为本发明的更进一步改进，安装靠近电机主轴前端的轴承外圈的外壳前段形成传力区段，安装电机外转子的外壳中段形成动力生成区段，而靠近电机主轴后端的轴承外圈的外壳后段形成空心轴头转子系统的扰动控制区段，传力区段和动力生成区段的外壳的厚度皆大于扰动控制区段的外壳的厚度，扰动控制区段的外壳内部还设有后轴承座，外壳、轴承的外圈和后端盖通过后轴承座紧固安装连接。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明高速电主轴通过采用内装电机外转子结构的方式，实现电主轴外壳旋转，以带动安装在外壳前端外圆上的砂轮等切削工具高速旋转。

2. 本发明高速电主轴通过采用内装电机外转子的结构，将电主轴内部固定不动的芯轴一端设置有安装法兰，用于与机床等联接固定，使得电主轴可以整体深入深孔、深腔内部进行内表面磨削等切削加工，避免普通电主轴采用悬伸式转轴结构造成的刚度低、无法提高加工效率等问题，以提高深孔、深腔工件内表面磨削等切削加工的精度和效率。

附图说明

图1是本发明实施例一具有外转子结构的高速电主轴的结构示意图。

图2是本发明实施例二具有外转子结构的高速电主轴的结构示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

参见图1，一种具有外转子结构的高速电主轴，包括电机主轴5，电机主轴5作为安装电机内定子的芯轴，电机内定子7安装在内部不动的电机主轴5上，形成电机定子部分，而电机转子部分包括电机外转子6和外壳3，电机外转子6安装于电机内定子7的外围旋转，电机外转子6紧固在外壳3内部并带动外壳3一起旋转，在外壳3和电机主轴5之间由前后两组轴承4、10进行支承，轴承4、10的外圈与外壳3固定连接，面向电机主轴5两端的轴承4、10内圈外端面分别通过轴承套2、11与电机主轴5进行紧固安装连接，使轴承4、10同时限制外壳3沿电机主轴5的轴向运动，外壳3与前端盖1、后端盖12紧密结合安装连接，与电机外转子6一起形成一体转动的空心轴头转子系统，靠近前端盖1外壳3的前端外圆处形成空心轴头转子系统的传动端，空心轴头转子系统的传动端能安装连接工作组件，电机主轴5的前端被前端盖1密封在空心轴头转子系统内部，电机主轴5的前端不接触前端盖1，电机主轴5的后端从后端盖12的中心孔穿过，悬伸于空心轴头转子系统的外部，形成能与外部设备固定连接的电机主轴5的结合部。在本实施例中，空心轴头转子系统作为旋转体，其电机外转子6紧固在外壳3内壁并带动外壳3一起高速转动，电主轴外壳3的前端通过安装连接砂轮等切削工具，与电机主轴5整体一起可伸入深孔或深腔内部进行内表面磨削等切削加工。本实施例高速电主轴既能适应深孔深腔内表面切削加工的工况条件，又能够在保证高转速的同时满足电机主轴5刚度和加工精度的要求，提高加工效率。本实施例突破了常规电主轴内部芯轴旋转、外壳固定不动的结构模式，结构紧凑、散热条件良好，砂轮等切削工具安装在旋转的外壳上，可以与电主轴一起整体深入深孔或深腔的内部实现内表面进行磨削等形式的切削加工，避免了使用常规电主轴前端悬伸过长而降低主轴刚度、影响加工精度和无法提高加工效率等问题。

在本实施例中，在电机主轴5与电机内定子7之间还设有冷却水腔8，向冷却水腔8中通入循环水对外壳3内装的电机定子部分和电机转子部分进行冷却，以便提高内装电机的输出功率、降低电机系统温升。

在本实施例中，在空心轴头转子系统的外部的电机主轴5的后端设有安装法兰13，安装法兰13以与外部设备进行固定和联接，使电机工作时电机主轴5固定不动，提高磨削加工的精度，保障加工产品的质量稳定性。

在本实施例中，电机主轴5最好为空心轴，沿电机主轴5的轴向内孔通道14将电源线引入电机内定子7的线圈绕组，方便电机布线，提高设备组件更加紧凑，保证电源供应和信号反馈。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

参见图2，在本实施例中，安装靠近电机主轴5前端的轴承4外圈的外壳3前段形成传力区段，安装电机外转子6的外壳3中段形成动力生成区段，而靠近电机主轴5后端的轴承10外圈的外壳3后段形成空心轴头转子系统的扰动控制区段，传力区段和动力生成区段的外壳3的厚度皆大于扰动控制区段的外壳3的厚度，扰动控制区段的外壳3内部还设有后轴承座9，外壳3、轴承10的外圈和后端盖12通过后轴承座9紧固安装连接。在本实施例中，空心轴头转子系统作为旋转体，旋转体的包壳是传动力输出载体，即外壳3的传力区段和动力生成区段在工作时处于应力集中状态，其厚度较大，以保证刚度，而外壳3的扰动控制区段厚度较薄，方便安装后轴承座9，在控制空心轴头转子系统扰动的同时，加强空心轴头转子系统的外壳3、轴承10的外圈和后端盖12之间的结合刚度，更好地提高系统稳定性。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明具有外转子结构的高速电主轴的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有外转子结构的高速电主轴，包括电机主轴（5），其特征在于：所述电机主轴（5）作为安装电机内定子的芯轴，电机内定子（7）安装在内部不动的所述电机主轴（5）上，形成电机定子部分，而电机转子部分包括电机外转子（6）和外壳（3），所述电机外转子（6）安装于所述电机内定子（7）的外围旋转，所述电机外转子（6）紧固在所述外壳（3）内部并带动所述外壳（3）一起旋转，在所述外壳（3）和所述电机主轴（5）之间由前后两组轴承（4、10）进行支承，所述轴承（4、10）的外圈与所述外壳（3）固定连接，面向所述电机主轴（5）两端的所述轴承（4、10）内圈外端面分别通过轴承套（2、11）与所述电机主轴（5）进行紧固安装连接，使所述轴承（4、10）同时限制所述外壳（3）沿所述电机主轴（5）的轴向运动，所述外壳（3）与前端盖（1）、后端盖（12）紧密结合安装连接，与所述电机外转子（6）一起形成一体转动的空心轴头转子系统，靠近所述前端盖（1）所述外壳（3）的前端外圆处形成所述空心轴头转子系统的传动端，所述空心轴头转子系统的传动端能安装连接工作组件，所述电机主轴（5）的前端被前端盖（1）密封在所述空心轴头转子系统内部，所述电机主轴（5）的前端不接触所述前端盖（1），所述电机主轴（5）的后端从所述后端盖（12）的中心孔穿过，悬伸于所述空心轴头转子系统的外部，形成能与外部设备固定连接的所述电机主轴（5）的结合部。

2.根据权利要求1所述的具有外转子结构的高速电主轴，其特征在于：在所述电机主轴（5）与电机内定子（7）之间还设有冷却水腔（8），向所述冷却水腔（8）中通入循环水对所述外壳（3）内装的电机定子部分和电机转子部分进行冷却。

3.根据权利要求2所述的具有外转子结构的高速电主轴，其特征在于：在所述空心轴头转子系统的外部的所述电机主轴（5）的后端设有安装法兰（13），所述安装法兰（13）以与外部设备进行固定和联接。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的具有外转子结构的高速电主轴，其特征在于：所述电机主轴（5）为空心轴，沿所述电机主轴（5）的轴向内孔通道（14）将电源线引入所述电机内定子（7）的线圈绕组。

5.根据权利要求4所述的具有外转子结构的高速电主轴，其特征在于：安装靠近所述电机主轴（5）前端的轴承（4）外圈的所述外壳（3）前段形成传力区段，安装所述电机外转子（6）的所述外壳（3）中段形成动力生成区段，而靠近所述电机主轴（5）后端的轴承（10）外圈的所述外壳（3）后段形成所述空心轴头转子系统的扰动控制区段，传力区段和动力生成区段的所述外壳（3）的厚度皆大于所述扰动控制区段的所述外壳（3）的厚度，所述扰动控制区段的所述外壳（3）内部还设有后轴承座（9），所述外壳（3）、所述轴承（10）的外圈和所述后端盖（12）通过所述后轴承座（9）紧固安装连接。