专利名称：带有环形永磁减振系统的电主轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机电工程领域中的电主轴，特别是一种带有环形永磁磁体减振系 统的电主轴。 背景资料
电主轴是采用主轴电机内装，将带有冷却套的电动机定子装配在主轴单元的壳体 内，转子和主轴的旋转部件做成一体的功能部件。目前电主轴转轴的回转精度主要靠 设计、加工及装配过程保证。尽管电主轴的转轴部分在安装之前已经做过精密动平衡， 但不可避免地仍然存在一定量的质量偏心，加上实际工作过程中径向外载荷的作用， 在高速时转子系统极易产生较大的径向振动，目前，绝大部分电主轴内部几乎没有采 取有效的措施来抑制和减小转轴的振动，严重影响电主轴的精度和转速的提高，也大 大降低了电主轴轴承的使用寿命。
因而需要开发一种新型的高速电主轴，使其在工作中能够增加转子系统的刚度和 阻尼，旋转精度，适时抑制和减小转子系统的径向振动，提高电主轴的综合技术性能， 满足电主轴高精度的功能，并且提高电主轴的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了克服目前各种电主轴中缺少减振系统的局限性，提供一种带 有环形永磁减振系统的电主轴，降低转轴的振动、提高转轴的回转精度。 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案
一种将带有环形永磁体装于电主轴内部的高速电主轴，包括转轴、与转轴固定成 一体的电机转子、壳体、与壳体固定连接成一体的电机定子、分别与壳体前后端固定 连接的前端盖和后轴承座、与后轴承座后端固定连接的后端盖、分别安装在前端盖和 后轴承座、内的轴承和内外隔圈。其特征在于在内置电机的前后端，各安装一组同心 永磁环构成环形永磁体减振系统。
上述的环形永磁体减振系统的结构是在轴子的两端即轴承的内侧分别固定一个 环形永磁体，在对应的前端盖和后轴承座上也分别设置一个环形永磁体。每组的内外 两个环形永磁体的磁极方向都是沿电主轴轴向方向的，且内、外环的磁极方向相同， 这样，每组内、外环之间会产生径向方向的斥力，斥力的大小与内、外磁环之间径向 间隙的大小成反比。因此，当转子在径向发生振动而使内、外磁环间的间隙发生变化
时，会使内、外磁环间的径向力产生不平衡现象径向间隙大的部位径向磁的斥力变 大，而径向间隙小的部位径向磁的斥力变小，既有使转子向中心位置回复的附加磁力， 对转子系统的径向振幅起到抑制作用。同时，通过磁力作用，使转子系统的径向阻尼 增大，产生减振作用，并且，为了增加减振效果，采用相隔一定距离的两组永磁体同 心环结构。
本发明的结构特点是考虑到电主轴在转动过程中径向方向上的振动影响转子的 回转精度，将两个内环形磁体分别固定在转轴的两端，两个外环形磁体固定在与内环 相对应的前端盖和后轴承座上。对除转子沿轴向和绕轴向运动之外的4个自由度起到 进一步约束的作用，抑制和减小电主轴在径向方向上的振动，能提高电主轴的回转精 度。
本发明与现有技术相比较，具有以下实质性特点和技术进步
(1) 利用永磁体的磁力和阻尼优点，将两组同心的永磁环组成了电主轴的减振 系统；
(2) 实现了电主轴与减振系统的集成，减振系统起到了对电主轴转子系统在径 向方向
的振动进行抑制和减小的功能；
(3) 电主轴振动小、噪声低、回转精度高、轴承使用寿命长。
图1是本发明一个实施例的结构示意图。 图2是图1示例中转轴减振系统原理图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例是参见图l，带有环形永磁体减振系统的电主轴，包 括转轴l、与转轴l固定成一体的电机转子ll、壳体9、与壳体9固定连接成一体的 电机定子10、分别与壳体9前后端固定连接的前端盖3和后轴承座18、与后轴承座 18后端固定连接的后端盖20、分别安装在前端盖3和后轴承座18内的轴承4、 6、 15、 17和内外隔圈5、 16，在内置电机的前后端，各安装一组同心永磁环构成环形永 磁体减振系统。上述环形永磁体减振系统的结构是在在前端盖3内的转轴1上安装 内磁环7，在前端盖3上安装外磁环8，在后轴承座18内的转轴1上安装内磁环13， 在后端盖18上安装外磁环14，构成两组同心的环形永磁环，对电主轴在转动过程中 转子系统的径向振动起到了相应的抑制和减小作用。永磁减振系统的结构如图2所示，两个轴向磁化的环形永磁体的相互位置为内磁 环7和外磁环8为一组，内磁环13和外磁环14为一组，内外磁环组合产生径向排斥 力，大小与永磁体磁化强度和尺寸有关，可以用径向劲度kr表示，其公式为
<formula>complex formula see original document page 5</formula>式中M—永磁体磁化强度(Wb/m2);
L—轴承之间气隙的平均周长(m); h—轴承的轴向高度(m); /一轴承的径向厚度(m); e—单边径向气隙(m); h—真空磁导率。
根据图2中环形永磁体的位置尺寸可以求出径向劲度K"如果电主轴在转动过程 中转轴的中心轴线产生相对位移，径向间隙大的部位距离为e,径向间隙小的部位距 离为，则相对位移S^^— e2，也既是两个永磁环的中心轴线产生的相对位移，由此 可求出两永磁环所产生的径向磁回复力F=KrS。 一旦转轴偏离中心轴线，环形永磁体 产生的回复磁力增大将阻止转轴偏移，随着转子回到中心轴线，径向磁力达到平衡， 达到减振效果。
权利要求
1、一种带有环形永磁体减振系统的电主轴，包括转轴(1)、与转轴(1)固定成一体的电机转子(11)、壳体(9)、与壳体(9)固定连接成一体的电机定子(10)、分别与壳体(9)前后端固定连接的前端盖(3)和后轴承座(18)、与后轴承座(18)后端固定连接的后端盖(20)、分别安装在前端盖(3)和后轴承座(18)内的轴承(4、6、15、17)和内外隔圈(5、16)，其特征在于在内置电机的前后端，各安装一组同心永磁环构成环形永磁体减振系统。
2、 根据权利要求l所述的带有环形永磁体减振系统的电主轴，其特征在于所述的环 形永磁体减振系统的结构是在前端盖(3)内的转轴(1)上安装内磁环(7)， 在前端盖(3)上安装外磁环(8)，在后轴承座(18)内的转轴(1)上安装内磁 环(13)，在后端盖(18)上安装外磁环(14)，构成两组同心的环形永磁环，对 电主轴在转动过程中转子系统的径向振动起到了相应的抑制和减小作用。
3、 根据权利要求2所述的带有环形永磁体减振系统的电主轴，其特征在于两组同心 的环形永磁环的中心轴线与电主轴的轴线重合，电主轴转轴(1)的振动既是内 磁环(7)轴线和外磁环(8)轴线的偏移及内磁环(13)和外磁环(14)轴线的 偏移，从而在永磁环(7)和(8)之间、(13)和(14)之间产生使转轴回复之 中心斥力和径向阻尼，使电主轴轴心线与两组永磁环轴线重合，达到减小转子系 统径向振幅和减振效果。
全文摘要
本发明涉及一种带有环形永磁体减振系统的电主轴。它包括转轴、与转轴固定成一体的电机转子、壳体、与壳体固定连接成一体的电机定子、分别与壳体前后端固定连接的前端盖和后轴承座、与后轴承座后端固定连接的后端盖、分别安装在前端盖和后轴承座、内的轴承和内外隔圈。在内置电机的前后端，各安装一组同心永磁环构成环形永磁体减振系统。本发明的电主轴振动小、噪声低、回转精度高、轴承使用寿命长。
文档编号H02K5/24GK101345450SQ20081003773
公开日2009年1月14日 申请日期2008年5月20日 优先权日2008年5月20日
发明者左涛涛, 李松生, 毛华伟, 胡志宏 申请人:上海大学