CN209157136U - 一种永磁同步电主轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种永磁同步电主轴，其涉及机床配件的技术领域，从内而外依次包括转轴、转子、定子和固定于基座上的套筒，套筒的内壁设置有位于定子两侧的前凸环和后凸环，转轴的外壁螺纹连接有位于转轴两侧的锁紧螺母，套筒的两端分别设置有套设于转轴外的前轴承盖和后轴承盖，套筒与转轴之间设置有位于前轴承盖与前凸环之间的前轴承组、位于后轴承盖与后凸环之间的后轴承组；套筒内开设有水冷通道，套筒上设置有连通于水冷通道的出水口和进水口。本实用新型通过水冷直接消减电主轴各个部分的温升，同时轴向力传递至抵触面而部分抵消，且剩余的轴向力通过套筒均匀传递至基座上，以此提高电主轴内吧的配合精度，避免电主轴产生噪声。

Description

一种永磁同步电主轴

技术领域

本实用新型涉及机床配件的技术领域，尤其是涉及一种永磁同步电主轴。

背景技术

在车床设备中，动力拖动系统一般分为机械式和电主轴紧凑式，电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。电主轴通常安装在车床的安装基座上，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。

目前普遍使用的是异步电主轴，此种形式的电主轴虽然克服了转速低、震动大、噪音大的缺点，但是因为使用的是异步电机，体积大，电机的定、转子的功耗发热大，效率低，而且同种功率大小的情况在冲击载负荷下丢转比较严重，甚至堵转，导致无法发挥机床的性能，而现有的电主轴是外部降温，面临的问题是降温不均匀、不彻底，进而加工精度得不到保障，使用寿命短。

授权公告号为CN201889444U的中国专利公开了一种车铣磨复合永磁同步电主轴，包括主轴、永磁转子组件、定子组件、外壳、前压盖和后压盖，外壳的前端和后端分别设置有前轴承座和后轴承座，前压盖和后压盖分别安装在前轴承座和后轴承座的外端，定子组件安装在外壳内壁，永磁转子组件安装在主轴上，主轴的前端从外壳伸出，主轴分别通过设置在前轴承座上的前轴承和后轴承座上的后轴承安装在外壳内，主轴的后端设置有编码器，编码器与外部的驱动器连接，前压盖与主轴的连接处设置有限制前轴承沿主轴轴向移动的锁紧螺母，所述主轴上且靠近主轴的后端设置有锁紧装置。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：在工作过程中，上述电主轴采用外部降温方式，容易导致电主轴内部散热不均匀，导致永磁转子组件和定子组件、前轴承和后轴承过盈配合；同时，电主轴始终受到转轴轴向力的作用，容易导致永磁转子组件和定子组件、前轴承和后轴承相对偏移；最终会导致电主轴内的转动接触面之间配合不准确，进而导致电主轴内部的部件磨损、产生噪声。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种温升低且噪音少的永磁同步电主轴。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种永磁同步电主轴，从内而外依次包括转轴、转子、定子和固定于基座上的套筒，所述套筒的内壁设置有位于所述定子两侧的前凸环和后凸环，所述转轴的外壁螺纹连接有位于所述转轴两侧的锁紧螺母，所述套筒的两端分别设置有套设于所述转轴外的前轴承盖和后轴承盖，所述套筒与所述转轴之间设置有位于所述前轴承盖与所述前凸环之间的前轴承组、位于所述后轴承盖与所述后凸环之间的后轴承组；所述套筒内开设有水冷通道，所述套筒上设置有连通于所述水冷通道的出水口和进水口。

通过采用上述技术方案，电主轴通过套筒固定安装于基座上，定子受到两侧的凸环限位，转子受到两侧的锁紧螺母限位，此时转轴的两端受到前轴承盖与后轴承盖支撑，并且转轴随着转子相对于定子转动、将轴向力传递至两个轴承盖上；同时，轴承盖和转轴的部分轴向力传递至相应的轴承组上，轴承组将轴向力再均匀传递至套筒上；在轴向力传递过程中，通过在进水口、水冷通道、出水口之间循环冷水，直接消减电主轴各个部分的温升，同时轴向力受到两侧各个抵触面之间的接触而部分抵消，且剩余的轴向力最终通过套筒均匀传递至基座上，整体受力情况良好没有薄弱点，最终提高转子和定子、前轴承组和后轴承组之间的配合精度，避免电主轴产生噪声。

本实用新型进一步设置为：所述前轴承组包括若干个的角接触球轴承一和若干对成对安装的角接触球轴承二，所述角接触球轴承靠近所述前轴承盖一侧的肩部较低，所述后轴承组包括若干对成对安装的角接触球轴承三。

通过采用上述技术方案，因角接触球轴承的内外圈的滚道可在水平轴线上有相对位移，通过成对双联安装既可以同时承受径向负荷和轴向负荷，又可避免引起附加轴向力，而且可在两个方向使转轴和套筒限制在轴向游隙范围内，以此提高前轴承组和后轴承组之间的配合精度，避免电主轴产生噪声；又由于转轴的前端通常需要安装工装夹具，因此通过设置角接触球轴承一，以此提高转轴前端对的轴向负荷以及附加轴向力，整体受力情况良好没有薄弱点。

本实用新型进一步设置为：所述转轴的外壁设置有密封端子，所述前轴承盖的端面部分抵触于所述密封端子的端面、部分开设有环形内凹的凹槽，所述密封端子的端面开设有环形内凹的密封槽，所述转轴外套设有嵌合于所述密封槽内和所述凹槽内的防水盖，所述防水盖和所述前轴承均通过螺钉固定于基座上。

通过采用上述技术方案，由于转轴的前端为工作端、容易接触到车床上喷淋的液体，通过防水盖的端面与凹槽和密封端子、防水盖的内壁与转轴、密封端子与前轴承盖形成多重密封，同时转轴又可以相对于防水盖转动，以此形成转动密封结构，从而避免外界液体渗入电主轴内、引起前轴承组锈蚀失效。

本实用新型进一步设置为：所述前轴承盖的端面上开设有环形槽，所述套筒的端面上设置有嵌合于所述环形槽内的限位端子。

通过采用上述技术方案，通过限位端子与环形槽之间的配合，便于前轴承盖在套筒前端的安装定位，进一步保证电主轴前端的密封效果。

本实用新型进一步设置为：所述后轴承盖的端面上设置有若干个环形内凹的台阶槽，所述转轴外套设有部分嵌合于所述台阶槽内的防尘盖；所述防尘盖和所述后轴承盖通过同一螺钉固定于所述后凸环上。

通过采用上述技术方案，由于转轴的后端需要连接电路以及其他驱动器，容易沾染油污、灰尘，通过防尘盖与台阶槽和转轴形成转动密封结构，从而避免外界油污灰尘渗入电主轴内、引起后轴承组卡紧失效。

本实用新型进一步设置为：所述水冷通道沿轴向依次包括连通于所述进水口的第一环形腔、第二环形腔、连通于所述出水口的第三环形腔，所述第一环形腔和所述第二环形腔之间连通有至少两个第一螺旋通道，所述第二环形腔与所述第三环形腔之间连通有至少两个第二螺旋通道。

通过采用上述技术方案，通过设置三个环形腔，分别对前轴承组、转子和定子、后轴承组进行充分冷却，并在相邻的环形腔之间设置螺旋通道，在调节电主轴内其他部件的温升以及环境压力的同时，加速冷却水的流动，从而直接消减电主轴各个部分的温升，最终提高转子和定子、前轴承组和后轴承组之间的配合精度，避免电主轴产生噪声。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：

1.通过水冷直接消减电主轴各个部分的温升，同时轴向力传递至抵触面而部分抵消，且剩余的轴向力通过套筒均匀传递至基座上，以此提高电主轴内吧的配合精度，避免电主轴产生噪声；

2.通过在套筒两侧设置防尘盖和防水盖，直接避免电主轴内的前轴承组和后轴承组失效；

3.通过分设三个环形腔对散热部位重点降温，并辅以螺旋槽局部降温，从而快速有效地消减电主轴的温升。

附图说明

图1是本实用新型的电主轴的结构示意图。

图2是图1中A部分的局部放大示意图。

图中，1、套筒；11、出水口；12、进水口；2、转轴；21、连接盖；22、编码器；3、前轴承组；31、角接触球轴承一；32、角接触球轴承二；4、前凸环；5、动力组件；51、转子；52、定子；53、锁紧螺母；6、后凸环；7、后轴承组；71、角接触球轴承三；8、前密封组件；81、密封端子；82、密封槽；83、前轴承盖；84、凹槽；85、防水盖；86、环形槽；87、限位端子；9、后密封组件；91、后轴承盖；92、台阶槽；93、防尘盖；10、水冷通道；101、第一环形腔；102、第二环形腔；103、第三环形腔；104、第一螺旋通道；105、第二螺旋通道。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，为本实用新型公开的一种永磁同步电主轴，包括通过螺钉固定于基座上的套筒1、穿设于套筒1内的转轴2，套筒1与转轴2之间沿轴向从前到后依次设置有前轴承组3、固定于套筒1的内壁的前凸环4、动力组件5、固定于套筒1的内壁的后凸环6、后轴承组7，套筒1的两端设置有套设于转轴2外的前密封组件8和后密封组件9，转轴2的后端固定有连接盖21和编码器22。同时，为减小电主轴的温升，套筒1内开设有水冷通道10，套筒1上设置有连通于水冷通道10的出水口11和进水口12，以此对电主轴水冷降温。

动力组件5包括固定于转轴2的外壁的转子51、固定于套筒1的内壁的定子52。为减小动力组件5内的相对位移，在转轴2的外壁螺纹连接有两个锁紧螺母53，前侧的锁紧螺母53抵触于前轴承组3的端面和前凸环4的内壁，后侧的锁紧螺母53抵触于后凸环6的端面，且锁紧螺母53位于转子51的两端、并夹紧转子51，同时，定子52的两端也分别抵触于前凸环4的端面和后凸环6的端面，且后侧的锁紧螺母53压紧定子52的内壁，以此限制转子51和定子52轴向和径向移动。

前轴承组3和后轴承组7的内圈均固定于转轴2的外壁，前轴承组3的外圈固定于套筒1的内壁，后轴承组7的外圈固定于后凸环6的内壁，以此实现转轴2相对于套筒1快速转动。其中，前轴承组3包括若干个的角接触球轴承一31和一对成对安装的角接触球轴承二32，角接触球轴承靠近前轴承盖83一侧的肩部较低，后轴承组7为一对成对安装的角接触球轴承三71。因角接触球轴承的内外圈的滚道可在水平轴线上有相对位移，通过成对双联安装既可以同时承受径向负荷和轴向负荷，又可避免引起附加轴向力，而且可在两个方向使转轴2和套筒1限制在轴向游隙范围内，以此提高前轴承组3和后轴承组7之间的配合精度，避免电主轴产生噪声；又由于转轴2的前端通常需要安装工装夹具，因此通过设置角接触球轴承一31，以此提高转轴2前端对的轴向负荷以及附加轴向力，整体受力情况良好没有薄弱点。

由于前轴承组3、转子51和定子52、后轴承组7为主要发热部位，水冷通道10沿轴向依次包括连通于进水口12的第一环形腔101、第二环形腔102、连通于出水口11的第三环形腔103，第一环形腔101和第二环形腔102之间连通有两个第一螺旋通道104，第二环形腔102与第三环形腔103之间连通有两个第二螺旋通道105。通过设置第一环形腔101、第二环形腔102、第三环形腔103，分别对前轴承组3、转子51和定子52、后轴承组7进行充分冷却，并在相邻的环形腔之间设置第一螺旋通道104和第二螺旋通道105，在调节电主轴内其他部件的温升以及环境压力的同时，加速冷却水的流动，从而直接消减电主轴各个部分的温升。

后密封组件9包括设置于套筒1的后端的后轴承盖91、开设于后轴承盖91的后端面的台阶槽92、部分嵌合于台阶槽92内的防尘盖93；防尘盖93和后轴承盖91通过同一螺钉固定于后凸环6上。由于转轴2的后端需要连接电路以及其他驱动器，容易沾染油污、灰尘，通过防尘盖93与台阶槽92和转轴2形成转动密封结构，从而避免外界油污灰尘渗入电主轴内、引起后轴承组7卡紧失效。

参照图2，前密封组件8包括设置于转轴2的前端的环形的密封端子81、开设于密封端子81的前端面的密封槽82、设置于密封端子81和套筒1之间的前轴承盖83、开设于前轴承盖83的前端面的凹槽84、部分嵌合于密封槽82内和凹槽84内的防水盖85。防水盖85和前轴承均通过螺钉固定于基座上。由于转轴2的前端为工作端、容易接触到车床上喷淋的液体，通过防水盖85的端面与凹槽84和密封端子81、防水盖85的内壁与转轴2、密封端子81与前轴承盖83形成多重密封，从而避免外界液体渗入电主轴内、引起前轴承组3锈蚀失效。为便于前轴承盖83的定位，前轴承盖83的端面上开设有环形槽86，套筒1的端面上设置有嵌合于环形槽86内的限位端子87。

本实施例的实施原理为：轴向力受到前密封组件8、前轴承组3和前凸环4以及后密封组件9、后轴承组7和后凸环6而层层抵消，且剩余的轴向力最终通过套筒1均匀传递至基座上，整体受力情况良好没有薄弱点，同时，通过在进水口12、水冷通道10、出水口11之间循环冷水，直接消减电主轴各个部分的温升，最终减小电主轴各部位之间变形量并提高配合精度，避免电主轴产生噪声。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种永磁同步电主轴，从内而外依次包括转轴(2)、转子(51)、定子(52)和固定于基座上的套筒(1)，其特征在于：所述套筒(1)的内壁设置有位于所述定子(52)两侧的前凸环(4)和后凸环(6)，所述转轴(2)的外壁螺纹连接有位于所述转轴(2)两侧的锁紧螺母(53)，所述套筒(1)的两端分别设置有套设于所述转轴(2)外的前轴承盖(83)和后轴承盖(91)，所述套筒(1)与所述转轴(2)之间设置有位于所述前轴承盖(83)与所述前凸环(4)之间的前轴承组(3)、位于所述后轴承盖(91)与所述后凸环(6)之间的后轴承组(7)；所述套筒(1)内开设有水冷通道(10)，所述套筒(1)上设置有连通于所述水冷通道(10)的出水口(11)和进水口(12)。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电主轴，其特征在于：所述前轴承组(3)包括若干个的角接触球轴承一(31)和若干对成对安装的角接触球轴承二(32)，所述角接触球轴承靠近所述前轴承盖(83)一侧的肩部较低，所述后轴承组(7)包括若干对成对安装的角接触球轴承三(71)。

3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电主轴，其特征在于：所述转轴(2)的外壁设置有密封端子(81)，所述前轴承盖(83)的端面部分抵触于所述密封端子(81)的端面、部分开设有环形内凹的凹槽(84)，所述密封端子(81)的端面开设有环形内凹的密封槽(82)，所述转轴(2)外套设有嵌合于所述密封槽(82)内和所述凹槽(84)内的防水盖(85)，所述防水盖(85)和所述前轴承均通过螺钉固定于基座上。

4.根据权利要求2所述的一种永磁同步电主轴，其特征在于：所述前轴承盖(83)的端面上开设有环形槽(86)，所述套筒(1)的端面上设置有嵌合于所述环形槽(86)内的限位端子(87)。

5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电主轴，其特征在于：所述后轴承盖(91)的端面上设置有若干个环形内凹的台阶槽(92)，所述转轴(2)外套设有部分嵌合于所述台阶槽(92)内的防尘盖(93)；所述防尘盖(93)和所述后轴承盖(91)通过同一螺钉固定于所述后凸环(6)上。

6.根据权利要求1所述的一种永磁同步电主轴，其特征在于：所述水冷通道(10)沿轴向依次包括连通于所述进水口(12)的第一环形腔(101)、第二环形腔(102)、连通于所述出水口(11)的第三环形腔(103)，所述第一环形腔(101)和所述第二环形腔(102)之间连通有至少两个第一螺旋通道(104)，所述第二环形腔(102)与所述第三环形腔(103)之间连通有至少两个第二螺旋通道(105)。