專利名稱：多種類型軸承混合支承的超精密電主軸的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機電工程領域中的電主軸，特別是一種多種類型軸承混合支承的 超精密電主軸。
背景技術：
電主軸是將電機內裝，實現動力轉換和輸出的功能部件，目前由于電主軸一般采 用同一類型的軸承，其中電主軸的結構主要有滾動軸承支承的電主軸、流體潤滑軸 承支承的電主軸、磁懸浮軸承支承的電主軸、氣體軸承支承的電主軸和其它軸承支承 的電主軸，這些類型軸承支承的電主軸可以實現簡單高速或簡單重載的要求，不能滿 足目前電主軸超高精度的要求。
發明內容
本發明的目的是為了克服目前同一類型軸承支承電主軸應用的局限性，提供一種 多種類型軸承混合支承的超精密電主軸，實現既能夠承受很大的軸向載荷，達到超高 回轉精度的功能，同時又能夠在正常工作條件要求范圍內，實現高可靠性、長壽命的 運行。
為了達到上述目的，本發明的構思是在內裝電機和徑向空氣軸承集成的電主軸 中，利用徑向空氣軸承能滿足超精密加工和主動磁軸承便于控制的性能，以徑向空氣 軸承作為轉軸的主支承，主動磁軸承作為轉軸的輔助支承，實現轉軸超高回轉精度的 優點。
根據上述的發明構思，本發明采用如下技術方案
一種多種類型軸承混合支承的超精密電主軸，包括外殼以及安裝在外殼內的定 子、轉子、與轉子固定連接成一體的轉軸和轉軸支承系統，其特征在于所述轉軸支承 系統采用如下多種類型軸承支承結構
(1) 采用雙向氣體止推軸承作為轉軸的軸向支承軸承；
(2) 采用定子與轉子之間構成徑向空氣軸承作為轉軸的徑向主要支承軸承；
(3) 采用兩個主動磁軸承作為轉軸的徑向輔助支承軸承。
上述的雙向氣體止推軸承的結構是所述轉軸后端與一個推力盤固定連接成一 體，所述推力盤的兩個推力面分別與后蓋和固定圈的推力面之間形成盤形徑向氣隙， 所述盤形軸向氣隙接通高壓氣源，所述后蓋和固定圈與殼體固定連接。上述的徑向空氣軸承的結構是所述定子內壁與轉子外壁之間形成環形徑向氣 隙，高壓空氣經外殼內的空氣通道至定子內的氣孔和氣穴而接通至所述環形徑向氣 隙。
上述的兩個主動磁軸承安裝在轉軸兩端部，分別位于前蓋和后蓋內。 上述外殼內有冷卻內腔和冷卻液通道接通冷卻液源。 本發明與現有技術相比較，具有以下實出實質性特點和顯著優點-本發明的突出實質性特點是利用徑向空氣軸承回轉精度高、高轉速時溫升極小， 造成的熱變形誤差亦很小的優點，以徑向空氣軸承作為轉軸的主承載元件，限制轉子 系統除沿軸向和繞軸向運動之外的4個自由度；利用主動磁軸承易于控制能保持轉軸 工作達到很高精度的優點，以主動磁軸承作為轉軸的輔助支承。針對軸向載荷的要求， 采用載荷可調、具有非接觸特點的雙向氣體止推軸承，作為電主軸的軸向支承，約束 轉子沿軸向移動的自由度，承受全部軸向外載荷。取徑向空氣軸承較高的承載能力和 相當高的工作精度特性，配合以主動磁軸承便于控制和更高工作精度的性能，實現轉 軸超高回轉精度的目的。 本發明的顯著優點
(1) 電主軸超高的回轉精度；
(2) 電主軸在超高的回轉精度下具有一定的軸向承載能力；
(3) 充分發揮氣體軸承和磁軸承各自的優點，克服了單一類型軸承的局限性；
(4) 電主軸在簡單的結構基礎上能夠滿足超高精度、軸向承載能力和長壽命運 行的功能要求。
圖1是本發明一個實施例的結構示意圖。 圖2是圖1中轉軸支承系統原理圖。
具體實施例方式
本發明的一個優選實施例是參見圖l,本多種類型軸承混合支承的超精密電主 軸，包含有直接固定連接電機轉子6的轉軸1、兼作電機定轉軸徑向空氣軸承固定圈
的定子5、兼作轉軸徑向空氣軸承轉動圈的轉子6、外殼12、前蓋2、后蓋15、雙向
氣體止推軸承等部件。轉軸支承系統采用多種類型軸承混合支承結構，以內裝電機定 子和轉子作為徑向空氣軸承的固定圈和轉動圈的徑向空氣軸承作為主承載元件，兩個
主動磁軸承3、 ll修正徑向空氣軸承誤差和外界干擾影響，雙向氣體止推軸承作為轉軸軸向支承。
上述的以徑向空氣軸承作為轉軸徑向主要支承的安裝設置是在內裝電機定子放 置繞組的鐵芯上，置有雙列圓周均布的徑向進氣孔9和氣穴7等，作為徑向空氣軸承 的固定圈，而電機轉子6同時為徑向空氣軸承的轉動圈。
上述的以主動磁軸承作為轉軸輔助支承的安裝設置是在軸軸1的兩端即前蓋2 和固定圈14上分別安裝一個主動磁軸承3和主動磁軸承11。
上述的以雙向氣體止推軸承作為轉軸軸向支承的安裝設置是在轉軸1固定連接 的止推軸承的轉子——推力盤13的兩側安裝設置雙向氣體止推軸承的定子，即后蓋
15和固定圈14。
上述的電主軸中，圖1所示電主軸的外殼12上還布置有空氣通道8，用于對徑 向空氣軸承供應壓縮空氣；以及冷卻液通道10和冷卻內腔4，用于對電主軸的內裝 電機進行冷卻。
其轉軸的支承系統原理參見圖2，轉軸l沿x、 y軸方向移動和繞x、 y軸方 向轉動的4個自由度有與內裝電機定轉子作為徑向空氣軸承的定轉子的徑向空氣軸 承和兩個主動磁軸承3、 ll進行約束，沿轉子軸線z方向的自由度由雙向氣體止推軸 承加以限制。徑向空氣軸承作為主承載元件，其回轉精度高、高轉速時溫升極小，造 成的熱變形誤差亦很小；主動磁軸承3、 ll作為輔助支承，修正徑向空氣軸承誤差和 外界干擾影響；雙向氣體止推軸承承受全部的軸向工作載荷。氣體軸承與磁軸承混合 支承，可以實現電主軸主軸的超高回轉精度。
權利要求
1.一種多種類型軸承混合支承的超精密電主軸，包括外殼(12)以及安裝在外殼(12)內的定子(5)、轉子(6)、與轉子(6)固定連接成一體的轉軸(1)和轉軸支承系統，具特征在于所述轉軸支承系統采用如下多種類型軸承支承結構a.采用雙向氣體止推軸承作為轉軸的軸向支承軸承；b.采用定子(5)與轉子(6)之間構成徑向空氣軸承作為轉軸的徑向主要支承軸承；c.采用兩個主動磁軸承(3、11)作為轉軸的徑向輔助支承軸承。
2. 根據權利要求1所述的多類型軸承混合支承的超精密電主軸，其特征在于所述的 雙向氣體止推軸承的結構是所述轉軸(1)后端與一個推力盤(13)固定連接成 一體，所述推力盤(13)的兩個推力面分別與后蓋(15)和固定圈(14)的推力 面之間形成盤形徑向氣隙，所述盤形軸向氣隙接通高壓氣源，所述后蓋(15)和 固定圈(14)與殼體(12)固定連接。
3. 根據權利要求1所述的多類型軸承混合支承的超精密電主軸，其特征在于所述的 徑向空氣軸承的結構是所述定子(5)內壁與轉子(6)外壁之間形成環形徑向 氣隙，高壓空氣經外殼(12)內的空氣通道(8)至定子(5)內的氣孔(9)和氣 穴(7)而接通至所述環形徑向氣隙。
4. 根據權利要求1所述的多類型軸承混合支承的超精密電主軸，其特征在于所述的 兩個主動磁軸承(3、 11)安裝在轉軸(1)兩端部，分別位于前蓋(2)和后蓋(15) 內。
5. 根據權利要求1所述的多類型軸承混合支承的超精密電主軸，其特征在于所述外 殼(12)內有冷卻內腔(4)和冷卻液通道(10)接通冷卻液源。
全文摘要
本發明公開了一種多種類型軸承混合支承的超精密電主軸，它由支承系統、內裝電機、殼體和轉軸等部件組成。其中電主軸的支承系統由與內裝電機集成的徑向空氣軸承、主動磁軸承和作為轉軸軸向支承的雙向氣體止推軸承共同組成。本多種類型軸承混合支承的超精密電主軸采用回轉精度高、高轉速時溫升極小的徑向空氣軸承作為主承載元件，而將便于控制的主動磁軸承作為輔助支承，修正徑向空氣軸承誤差和外界干擾影響，雙向氣體止推軸承承受軸向工作載荷，從而實現主軸超高的回轉精度的功能。
文檔編號H02K7/09GK101304195SQ20081004002
公開日2008年11月12日 申請日期2008年7月1日 優先權日2008年7月1日
發明者侯富昌, 左濤濤, 李松生, 毛華偉, 胡志宏 申請人:上海大學