CN108183575A - 一种后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机，包括定子组件、前法兰、后法兰、油缸法兰、转子模块、水冷壳体和外壳，油缸法兰的一端与转子模块的后端固定连接，油缸法兰的外圆周面与后法兰的内圆周面通过迷宫密封，转子模块的内部插入有机械主轴中的芯轴，芯轴的尾端的外表面设有螺纹，芯轴的尾端依次穿过转子模块和油缸法兰的内部并与锁紧螺母固定连接从而实现芯轴、转子模块和油缸法兰的固定连接，前法兰用于固定机械主轴外部的主轴箱体。本发明充分利用空间、减小安装难度，简化结构、提高冷却效果、减小成本，提高编码器的稳定性和使用寿命，提高主轴的整体动平衡精度，提高机械主轴中的轴承等易损件的使用寿命。

Description

一种后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机

技术领域

本发明属于电机制造技术领域，尤其涉及一种后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机。

背景技术

现有的机床主轴驱动方式，要么是连接皮带驱动主轴的伺服电机，该驱动方式目前成熟稳定，技术易掌握，安装简单方便；要么是电主轴，即电机定转子内藏于主轴内部，电机定子与转子分别安装到设备上，安装较为繁琐，对安装要求较高；要么是后置式盘式电主轴，即一个盘式电机直接安装在机械主轴上，此结构的电主轴的整体动平衡差，在高速运转时容易产生噪音，振动，安装要求高，轴承易损坏，编码器易损坏。

采用连接皮带驱动机械主轴的伺服电机，内部带有两个轴承，即两个定位支点；转动设备上一般采用两个轴承支点，很多应用行业在设备安装电机的转轴上本身已经有两个轴承支点，这种结构如果采用整机结构的伺服电机意味增加了两个定位支点，支点过多会导致轴承严重发热或产生轴承噪音，增加系统功率损耗，甚至会导致轴承损坏，从而导致整个转动设备不能正常运作，因此现有的通过伺服电机连接皮带驱动机械主轴的方案，传动链长，效率低，精度低，皮带易磨损打滑，维护周期短，动态响应慢等。采用定、转子分离的电主轴结构，通常需要分别将定子与转子安装到设备上，由于伺服电机转子吸力非常大，因此装配的过程较为困难；而且，该结构转子一般为空心轴结构，不便于编码器的安装，同时，定转子分离结构会造成较多的散件，由于客户对电机的结构了解有限，过多的散件无疑也在增加客户端的安装难度。采用后置式盘式电机的电主轴结构，通常是电机做成整机结构，电机内部带有1到2组轴承，机械主轴内部也有2组用于承受载荷的轴承，这种结构意味着在一个主轴结构有3到4个支撑点，出现了过定位的现象，支撑点过多会导致轴承严重发热或轴承噪音，同时还会产生振动，进而影响编码器的精度甚至损坏；同时受整体结构的限制，无法保证主轴的整体动平衡精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机，本后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机充分利用空间、减小安装难度，简化结构、提高冷却效果、减小成本、提高编码器的稳定性和使用寿命，同时可以提高主轴的整体动平衡精度，提高了机械主轴中的轴承等易损件的使用寿命。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机，包括定子组件、前法兰、后法兰、油缸法兰、转子模块、水冷壳体和外壳，所述定子组件的内侧设有转子模块，所述水冷壳体套设在所述定子组件的外侧并与定子组件过盈配合连接，所述前法兰位于水冷壳体的前侧且前法兰与水冷壳体为一体结构，所述后法兰位于水冷壳体的后侧且后法兰与水冷壳体固定连接，所述外壳套设并固定在所述水冷壳体的外侧，所述油缸法兰的一端与所述转子模块的后端固定连接，所述油缸法兰的外圆周面与后法兰的内圆周面通过迷宫密封，所述转子模块和油缸法兰的内部均为中空结构，所述转子模块的内部插入有机械主轴中的芯轴，所述芯轴的尾端的外表面设有螺纹，所述芯轴的尾端依次穿过转子模块和油缸法兰的内部并与锁紧螺母固定连接从而实现芯轴、转子模块和油缸法兰的固定连接，所述油缸法兰用于固定机械主轴尾端连接的主轴油缸，所述前法兰用于固定机械主轴外部的主轴箱体。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述水冷壳体的外表面均匀布置有用于形成冷却循环通道的沟槽，所述水冷壳体与外壳之间通过密封圈密封连接且密封圈位于沟槽的外侧。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述水冷壳体的外表面设有冷却液进出口。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述后法兰通过螺钉与水冷壳体固定连接，所述油缸法兰的一端通过螺钉与所述转子模块的后端固定连接，所述转子模块的内表面与机械主轴中的芯轴的外表面通过平键连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述定子组件包括定子铁芯、定子绕组、环氧封装层、绕组引出线和引出线固定板，所述定子铁芯上缠绕有定子绕组，所述定子铁芯和定子绕组通过环氧封装层封装为一体结构，所述定子绕组与绕组引出线连接，所述引出线固定板与水冷壳体的前侧面通过螺钉固定连接，所述绕组引出线穿过引出线固定板并固定在引出线固定板上。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述机械主轴中的芯轴上还设有编码器组件，所述编码器组件位于定子组件的前侧，所述编码器组件为分体式编码器，包括编码器读头和编码器齿轮，所述编码器齿轮位于编码器读头的内侧，所述主轴箱体的后端设有凹槽，所述编码器读头与主轴箱体通过螺钉固定连接且编码器读头位于凹槽内，所述编码器齿轮与机械主轴中的芯轴通过过盈配合连接固定。

本发明的有益效果为：

（1）本发明中的定子组件和转子模块之间无需轴承支撑连接，机械主轴上的主轴箱体支撑分离式直驱电机中的定子组件，转子模块由机械主轴中的芯轴支撑，从而使定子组件和转子模块之间无需轴承支撑连接即可实现带动机械主轴中的芯轴旋转，结构之间连接紧密，不会产生振动，充分提高了主轴的整体动平衡精度，提高了机械主轴中的轴承等易损件的使用寿命，结构简单，充分利用空间、减小安装难度，并简化结构。

（2）本发明中的油缸法兰与后法兰之间采用迷宫密封的形式，使转子模块带动油缸法兰旋转的同时保证后法兰和油缸法兰之间的旋转密封，防止油缸内的液体进入电机内部，损坏电机。

（3）本发明中的水冷壳体的外表面均匀布置有用于形成冷却循环通道的沟槽，并由密封圈密封。水冷壳体的结构可以有效的对电机内部进行散热，提高冷却效果。

（4）本发明的编码器组件采用分体式编码器，编码器读头和编码器齿轮无需轴承支撑，编码器读头通过螺钉固定在主轴箱体上，通过主轴箱体支撑，编码器齿轮通过芯轴支撑，安装简单方便，且由于编码器组件直接与机械主轴的芯轴固定连接，不会产生振动，编码器的测量精度高，且提高了编码器的稳定性和使用寿命。

附图说明

图1为本发明的无轴承分离式直驱电机的结构示意图。

图2为本发明的机械主轴与无轴承分离式直驱电机整体安装后的结构示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图2对本发明的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1和图2，一种后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机，包括定子组件、前法兰1、后法兰2、油缸法兰6、转子模块3、水冷壳体4和外壳5，所述定子组件的内侧设有转子模块3，所述水冷壳体4套设在所述定子组件的外侧并与定子组件过盈配合连接，所述前法兰1位于水冷壳体4的前侧且前法兰1与水冷壳体4为一体结构，所述后法兰2位于水冷壳体4的后侧且后法兰2与水冷壳体4固定连接，所述外壳5套设并固定在所述水冷壳体4的外侧，所述油缸法兰6的一端与所述转子模块3的后端固定连接，所述油缸法兰6的外圆周面与后法兰2的内圆周面通过迷宫7密封，所述转子模块3和油缸法兰6的内部均为中空结构，所述转子模块3的内部插入有机械主轴中的芯轴16，所述芯轴16的尾端的外表面设有螺纹，所述芯轴16的尾端依次穿过转子模块3和油缸法兰6的内部并与锁紧螺母17固定连接从而实现芯轴16、转子模块3和油缸法兰6的固定连接，所述油缸法兰6用于固定机械主轴尾端连接的主轴油缸，并保证相对位置。所述前法兰1用于通过螺栓固定机械主轴外部的主轴箱体15，并保证相对位置。通过上述无轴承分离式直驱电机的结构以及与机械主轴的连接方式可以提高主轴的整体动平衡精度，提高了机械主轴中的轴承等易损件的使用寿命。

本实施例中，所述水冷壳体4的外表面均匀布置有用于形成冷却循环通道的沟槽8，所述水冷壳体4与外壳5之间通过密封圈14密封连接且密封圈14位于沟槽8的外侧。电机冷却方式靠水冷壳体4与外壳5之间的回路冷却，并由密封圈14密封。水冷壳体4的结构可以有效的对电机内部进行散热，提高冷却效果。

本实施例中，所述水冷壳体4的外表面设有冷却液进出口。

本实施例中，所述后法兰2通过螺钉与水冷壳体4固定连接，所述油缸法兰6的一端通过螺钉与所述转子模块3的后端固定连接，所述转子模块3的内表面与机械主轴中的芯轴16的外表面通过平键连接。

本实施例中，所述定子组件包括定子铁芯9、定子绕组10、环氧封装层13、绕组引出线11和引出线固定板12，所述定子铁芯9上缠绕有定子绕组10，所述定子铁芯9和定子绕组10通过环氧封装层13封装为一体结构，所述定子绕组10与绕组引出线11连接，所述引出线固定板12与水冷壳体4的前侧面通过螺钉固定连接，所述绕组引出线11穿过引出线固定板12并固定在引出线固定板12上。环氧封装层13提高了定子铁芯9和定子绕组10的防护等级，且有利于散热，提高冷却效果。引出线固定板12用于对绕组引出线11进行固定。

本实施例中，参见图2，所述机械主轴中的芯轴16上还设有编码器组件，所述编码器组件位于定子组件的前侧，所述编码器组件为分体式编码器，包括编码器读头22和编码器齿轮21，所述编码器齿轮21位于编码器读头22的内侧，所述主轴箱体15的后端设有凹槽23，所述编码器读头22与主轴箱体15通过螺钉固定连接且编码器读头22位于凹槽23内，所述编码器齿轮21与机械主轴中的芯轴16通过过盈配合连接固定。本实施例的编码器读头22和编码器齿轮21无需轴承支撑，编码器读头22通过螺钉固定在主轴箱体15上，通过主轴箱体15支撑，编码器齿轮21通过芯轴16固定支撑，安装简单方便，不会产生振动，编码器的测量精度高。芯轴16转动的过程中带动编码器齿轮21转动，编码器读头22检测编码器齿轮21旋转的角度和圈数。

本实施例主要应用于机床行业，本实施例采用的分离式直驱电机18用于带动机床中的机械主轴旋转。参见图2，机械主轴一般包括芯轴16、前轴承19、后轴承20等，芯轴16的外侧通过前轴承19和后轴承20固定有主轴箱体15。本实施例中的定子组件和转子模块3之间无需轴承支撑连接，分离式直驱电机18中的定子组件通过前法兰1与机械主轴外侧的主轴箱体15连接，通过机械主轴上的主轴箱体15来支撑分离式直驱电机18中的定子组件，转子模块3与芯轴16通过平键配合以及锁紧螺母17固定，转子模块3由机械主轴中的芯轴16支撑，从而使定子组件和转子模块3之间无需轴承支撑连接即可实现带动机械主轴中的芯轴16旋转，不会产生振动，充分提高主轴的整体动平衡精度，提高了机械主轴中的前轴承19和后轴承20等易损件的使用寿命，结构简单，充分利用空间、减小安装难度，简化结构。另，一般机床行业内的机械主轴的尾端会连接油缸，因此本发明还设有油缸法兰6，由于油缸法兰6与后法兰2之间的迷宫7密封的形式，使转子模块3带动油缸法兰6旋转的同时保证后法兰2和油缸法兰6之间的旋转密封，防止油缸内的液体进入电机内部，损坏电机。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机，其特征在于：包括定子组件、前法兰（1）、后法兰（2）、油缸法兰（6）、转子模块（3）、水冷壳体（4）和外壳（5），所述定子组件的内侧设有转子模块（3），所述水冷壳体（4）套设在所述定子组件的外侧并与定子组件过盈配合连接，所述前法兰（1）位于水冷壳体（4）的前侧且前法兰（1）与水冷壳体（4）为一体结构，所述后法兰（2）位于水冷壳体（4）的后侧且后法兰（2）与水冷壳体（4）固定连接，所述外壳（5）套设并固定在所述水冷壳体（4）的外侧，所述油缸法兰（6）的一端与所述转子模块（3）的后端固定连接，所述油缸法兰（6）的外圆周面与后法兰（2）的内圆周面通过迷宫（7）密封，所述转子模块（3）和油缸法兰（6）的内部均为中空结构，所述转子模块（3）的内部插入有机械主轴中的芯轴（16），所述芯轴（16）的尾端的外表面设有螺纹，所述芯轴（16）的尾端依次穿过转子模块（3）和油缸法兰（6）的内部并与锁紧螺母（17）固定连接从而实现芯轴（16）、转子模块（3）和油缸法兰（6）的固定连接，所述油缸法兰（6）用于固定机械主轴尾端连接的主轴油缸，所述前法兰（1）用于固定机械主轴外部的主轴箱体（15）。

2.根据权利要求1所述的后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机，其特征在于：所述水冷壳体（4）的外表面均匀布置有用于形成冷却循环通道的沟槽（8），所述水冷壳体（4）与外壳（5）之间通过密封圈（14）密封连接且密封圈（14）位于沟槽（8）的外侧。

3.根据权利要求2所述的后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机，其特征在于：所述水冷壳体（4）的外表面设有冷却液进出口。

4.根据权利要求1所述的后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机，其特征在于：所述后法兰（2）通过螺钉与水冷壳体（4）固定连接，所述油缸法兰（6）的一端通过螺钉与所述转子模块（3）的后端固定连接，所述转子模块（3）的内表面与机械主轴中的芯轴（16）的外表面通过平键连接。

5.根据权利要求1所述的后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机，其特征在于：所述定子组件包括定子铁芯（9）、定子绕组（10）、环氧封装层（13）、绕组引出线（11）和引出线固定板（12），所述定子铁芯（9）上缠绕有定子绕组（10），所述定子铁芯（9）和定子绕组（10）通过环氧封装层（13）封装为一体结构，所述定子绕组（10）与绕组引出线（11）连接，所述引出线固定板（12）与水冷壳体（4）的前侧面通过螺钉固定连接，所述绕组引出线（11）穿过引出线固定板（12）并固定在引出线固定板（12）上。

6.根据权利要求1所述的后置式驱动机械主轴的无轴承分离式直驱电机，其特征在于：所述机械主轴中的芯轴（16）上还设有编码器组件，所述编码器组件位于定子组件的前侧，所述编码器组件为分体式编码器，包括编码器读头（22）和编码器齿轮（21），所述编码器齿轮（21）位于编码器读头（22）的内侧，所述主轴箱体（15）的后端设有凹槽（23），所述编码器读头（22）与主轴箱体（15）通过螺钉固定连接且编码器读头（22）位于凹槽（23）内，所述编码器齿轮（21）与机械主轴中的芯轴（16）通过过盈配合连接固定。