本發明涉及電主軸，尤其涉及一種永磁同步電主軸。

背景技術：

在小型的5軸聯動cnc機床中，需要體積小、大扭矩、高轉速、高剛性、高精度的電主軸，現有技術中，為了便于取換刀頭，需利用拉桿等機構輔助推拉刀柄，因此，要在電主軸上設置較為復雜的推拉機構，因而增大了電主軸的體積，難以滿足cnc機床對電主軸的小體積要求。此外，目前，電主軸的工作端一般采用兩種防護結構，一種是在電主軸的工作端加裝防護罩，其缺點是不能有效防止水進入電主軸，影響電主軸的使用壽命；另一種是采用單一的密封圈，其缺點是在電主軸高速運行時很容易發熱損壞，難以防止水進入電主軸內。可見，這兩種防護結構均不能有效防止水、塵等進入電主軸內，大大縮減了電主軸的使用壽命。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的不足，提供一種能有效防止水塵進入電主軸內、便于取換刀頭，并且體積小、性能優的永磁同步電主軸。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案。

一種永磁同步電主軸，其包括有鋼筒組件，所述鋼筒組件的下端設有前軸承座組件，所述前軸承座組件的軸承室內設有前軸承組件，所述前軸承座組件的下端固定有軸承壓板，所述鋼筒組件的頂部設有后軸承座組件，所述后軸承座組件的軸承室內設有后軸承組件，所述鋼筒組件內固定有定子組件，所述定子組件內穿設有轉子組件，所述轉子組件的下端穿過前軸承組件和軸承壓板，所述轉子組件的上端穿過后軸承組件，所述轉子組件呈中空狀，且所述轉子組件的內腔穿有拉桿組件，所述轉子組件的下端設有與所述拉桿組件相連接并且用于夾持刀頭的刀柄，所述軸承壓板的下端固定有防塵環組件，所述防塵環組件的內側設有防塵蓋，所述防塵蓋下方設有防水蓋，所述防塵蓋和防水蓋均套接于轉子組件，所述防塵蓋與防塵環組件之間以及所述防水蓋與防塵環組件之間均存在縫隙，所述后軸承座組件的上端設有中空的背蓋，所述背蓋的上端蓋合有油缸蓋，所述背蓋與油缸蓋所形成的空腔內設有活塞，所述活塞的外側壁與背蓋的內側壁緊密連接，且所述活塞能夠沿所述背蓋上下滑動，所述活塞的下端連接于所述拉桿組件，所述活塞的上方形成有油壓腔，所述活塞的下方形成有氣壓腔，換刀頭時，通過向所述油壓腔加載油壓而驅使所述活塞帶動拉桿組件向下移動，所述拉桿組件將刀柄向轉子組件之外推出而令所述刀柄放松，換刀頭后，通過向所述氣壓腔加載氣壓而驅使所述活塞帶動拉桿組件向上移動，所述拉桿組件將刀柄向轉子組件之內拉動而令刀柄夾緊刀頭。

優選地，所述防塵蓋和防水蓋均螺合于轉子組件上，且所述防水蓋、防塵蓋和前軸承組件的內圈依次抵接。

優選地，所述后軸承座組件的軸承室內還設有預緊碟簧和調整墊片，所述調整墊片抵接于后軸承組件的下端，所述預緊碟簧抵接于調整墊片的下端。

優選地，所述后軸承組件的上端設有后軸承壓套，所述后軸承壓套的上方設有編碼器分度盤，所述編碼器分度盤的上方設有轉子螺母，所述后軸承壓套、編碼器分度盤和轉子螺母均套接于轉子組件，藉由所述轉子組件而帶動后軸承壓套、編碼器分度盤和轉子螺母轉動。

優選地，所述前軸承座組件包括有前軸承座和前軸承座外套，所述前軸承座的外側壁開設有冷卻水路，所述前軸承座與前軸承座外套之間夾設有用于密封冷卻水路的密封膠圈，所述前軸承座的上端形成有法蘭盤，所述法蘭盤固定連接于鋼筒組件。

優選地，所述鋼筒組件包括有水套和鋼套，所述水套的側壁開設有貫穿于水套上下兩端的導流孔和導氣孔，所述水套的外側設有冷卻流道，所述冷卻流道的兩端設有用于裝配密封膠圈的第一密封圈槽，所述水套中間位置的外側壁開設有螺絲孔。

優選地，所述后軸承座組件包括有后軸承座、第一o型密封圈和第二o型密封圈，所述后軸承座上設有穿線孔、冷卻流道入口、壓縮空氣入口、冷卻流道出口、編碼器安裝鍵槽和軸承室，所述軸承室的內壁開設有膠圈槽，所述預緊碟簧的內側開設有8個均勻分布的延伸槽。

優選地，所述轉子組件包括有轉子芯，所述轉子芯上套設有前端板、轉子鐵芯和后端板，所述轉子鐵芯的外側壁開設有4個圓弧槽，兩個相鄰圓弧槽之間設有隔槽筋，所述圓弧槽上裝配有用于提供勵磁的永磁體，所述永磁體的內外壁均為圓弧形，所述永磁體的厚度由中間向兩側逐漸減小，所述永磁體的外圓弧上過盈裝配有永磁體保護套，所述永磁體保護套上均勻分布有多個v型槽，所述永磁體的外圓弧上設有絕緣涂覆，所述轉子芯和轉子鐵芯過盈配合。

優選地，所述拉桿組件包括有拉桿，所述拉桿上套設有拉桿碟簧、滑塊和固定塊，所述拉桿的上端設有氣嘴單向閥組件，所述滑塊的內側和外側分別開設有第一開槽和第二開槽，所述第一開槽內設有第一滑塊套，所述的第二開槽內設第二滑塊套，所述滑塊將套設于拉桿上的拉桿碟簧分成兩部分，所述拉桿的前端設有第一螺牙，所述固定塊位于拉桿碟簧的下端，且所述固定塊螺合于拉桿，所述拉桿的上端且在所述拉桿的外側壁開設有第三開槽，所述第三開槽內裝配有拉桿套，所述拉桿中心處開設有貫穿于拉桿的中心孔，所述氣嘴單向閥組件位于所述中心孔的上端開口處。

優選地，所述防塵環組件的內環側固定有擋氣環，所述擋氣環與軸承壓板之間以及擋氣環與防塵蓋之間均形成有間隙，所述擋氣環與防塵環組件之間形成有第一腔體，所述擋氣環與所述防塵蓋之間形成有第二腔體，所述前軸承座內開設有氣流道，且所述氣流道連通于鋼筒組件的導氣孔，所述軸承壓板上開設有壓板通孔，所述導氣孔內的氣流依次經過壓板通孔、第一腔體、第二腔體以及防水蓋與防塵環組件之間的縫隙向外吹送。

本發明公開的永磁同步電主軸中，在防塵蓋和防水蓋的配合作用下，有效防止了水塵等進入電主軸內部，由防水蓋周圍吹出的氣流能有效將電主軸刀頭側產生的水、灰塵、鐵屑吹開，避免上述水塵進入電主軸內部而造成危害，有助于提高電主軸使用壽命，同時，在背蓋、油缸蓋和活塞的作用下，可有效實現對拉桿組件的氣動或油壓驅動，大大方便了用戶更換刀頭。此外，本發明采用內藏式永磁同步電機、且液壓缸體與主軸背蓋為一體式結構，主軸體積小、功率密度大、伺服剛性好、加減速快、高能效、環保，特別的適用于小型5軸聯動cnc機床。

附圖說明

圖1為本發明永磁同步電主軸的剖視圖。

圖2為前軸承座組件的結構圖。

圖3為水套的結構圖。

圖4為鋼筒組件的剖視圖。

圖5為后軸承座組件的端面結構圖一。

圖6為圖5中沿b-b線的剖視圖。

圖7為后軸承座組件的端面結構圖二。

圖8為圖7中沿c-c線的剖視圖。

圖9為預緊碟簧的結構圖。

圖10為轉子組件的分解圖。

圖11為轉子鐵芯的端部結構圖。

圖12為拉桿組件的剖視圖。

圖13為轉子組件末端的局部剖視圖。

圖14為轉子螺母的結構圖。

圖15為永磁同步電主軸前端部的剖視圖。

圖16為擋氣環的結構圖。

圖17為背蓋的俯視圖。

圖18為圖17中沿b-b線的剖視圖。

圖19為圖17中沿c-c線的剖視圖。

圖20為圖17中沿d-d線的剖視圖。

圖21為圖17中沿e-e線的剖視圖。

圖22為活塞主體部分的剖視圖。

圖23為活塞裝配后的剖視圖。

圖24為氣嘴螺釘的結構圖。

圖25為油缸蓋的結構圖。

圖26為油缸蓋的剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作更加詳細的描述。

本發明公開了一種永磁同步電主軸，請參照圖1，其包括有鋼筒組件8，所述鋼筒組件8的下端設有前軸承座組件6，所述前軸承座組件6的軸承室內設有前軸承組件7，所述前軸承座組件6的下端固定有軸承壓板5，所述鋼筒組件8的頂部設有后軸承座組件15，所述后軸承座組件15的軸承室內設有后軸承組件16，所述鋼筒組件8內固定有定子組件10，所述定子組件10內穿設有轉子組件11，所述轉子組件11的下端穿過前軸承組件7和軸承壓板5，所述轉子組件11的上端穿過后軸承組件16，所述轉子組件11呈中空狀，且所述轉子組件11的內腔穿有拉桿組件12，所述轉子組件11的下端設有與所述拉桿組件12相連接并且用于夾持刀頭的刀柄1，所述軸承壓板5的下端固定有防塵環組件4，所述防塵環組件4的內側設有防塵蓋2，所述防塵蓋2下方設有防水蓋3，所述防塵蓋2和防水蓋3均套接于轉子組件11，所述防塵蓋2與防塵環組件4之間以及所述防水蓋3與防塵環組件4之間均存在縫隙，所述后軸承座組件15的上端設有中空的背蓋18，所述背蓋18的上端蓋合有油缸蓋25，所述背蓋18與油缸蓋25所形成的空腔內設有活塞22，所述活塞22的外側壁與背蓋18的內側壁緊密連接，且所述活塞22能夠沿所述背蓋18上下滑動，所述活塞22的下端連接于所述拉桿組件12，所述活塞22的上方形成有油壓腔，所述活塞22的下方形成有氣壓腔，換刀頭時，通過向所述油壓腔加載油壓而驅使所述活塞22帶動拉桿組件12向下移動，所述拉桿組件12將刀柄1向轉子組件11之外推出而令所述刀柄1放松，換刀頭后，通過向所述氣壓腔加載氣壓而驅使所述活塞22帶動拉桿組件12向上移動，所述拉桿組件12將刀柄1向轉子組件11之內拉動而令刀柄1夾緊刀頭。

上述永磁同步電主軸中，在防塵蓋2和防水蓋3的配合作用下，有效防止了水塵等進入電主軸內部，由防水蓋3周圍吹出的氣流能有效將電主軸刀頭側產生的水、灰塵、鐵屑吹開，避免上述水塵進入電主軸內部而造成危害，有助于提高電主軸使用壽命，同時，在背蓋18、油缸蓋25和活塞22的作用下，可有效實現對拉桿組件12的氣動或油壓驅動，大大方便了用戶更換刀頭。此外，本發明采用內藏式永磁同步電機、且液壓缸體與主軸背蓋為一體式結構，主軸體積小、功率密度大、伺服剛性好、加減速快、高能效、環保，特別的適用于小型5軸聯動cnc機床。

關于防水防塵部分，進一步地，所述防塵蓋2和防水蓋3均螺合于轉子組件11上，且所述防水蓋3、防塵蓋2和前軸承組件7的內圈依次抵接。

本實施例中，所述后軸承座組件15的軸承室內還設有預緊碟簧14和調整墊片13，所述調整墊片13抵接于后軸承組件16的下端，所述預緊碟簧14抵接于調整墊片13的下端。所述后軸承組件16的上端設有后軸承壓套17，所述后軸承壓套17的上方設有編碼器分度盤19，所述編碼器分度盤19的上方設有轉子螺母20，所述后軸承壓套17、編碼器分度盤19和轉子螺母20均套接于轉子組件11，藉由所述轉子組件11而帶動后軸承壓套17、編碼器分度盤19和轉子螺母20轉動。

作為一種優選方式，請參照圖1和圖2，所述前軸承座組件6包括有前軸承座61和前軸承座外套62，所述前軸承座61的外側壁開設有冷卻水路63，所述前軸承座61與前軸承座外套62之間夾設有用于密封冷卻水路63的密封膠圈，所述前軸承座61的上端形成有法蘭盤65，所述法蘭盤65固定連接于鋼筒組件8。進一步地，所述前軸承座61的裝配位包括短止口和法蘭結構，所述前軸承座組件6的內腔用于裝配前軸承組件7，所述軸承壓板5設有密封圈，所述軸承壓板5下方設有防塵環組件4，所述防塵環組件4設有壓縮空氣出氣口，所述前軸承下方設有防塵蓋2，所述防塵蓋2下方設有防水蓋3。

關于鋼筒組件的結構，結合圖1、圖3和圖4所示，所述鋼筒組件8包括有水套81和鋼套82，所述水套81的側壁開設有貫穿于水套81上下兩端的導流孔811和導氣孔812，所述水套81的外側設有冷卻流道813，所述冷卻流道813的兩端設有用于裝配密封膠圈的第一密封圈槽814，所述水套81中間位置的外側壁開設有螺絲孔815。其中，所述水套81的兩端面分別設有用于裝配第二o型密封膠圈的沉頭孔，所述水套81的兩個端面之一為法蘭，所述鋼套82與水套81過盈裝配而組合成鋼筒組件8。

本實施例中，結合圖1、圖5至圖9所示，所述后軸承座組件15包括有后軸承座151、第一o型密封圈155和第二o型密封圈156，所述后軸承座151上設有穿線孔1511、冷卻流道入口1513、壓縮空氣入口1514、冷卻流道出口1515、編碼器安裝鍵槽1516和軸承室1519，所述軸承室1519的內壁開設有膠圈槽1518，所述預緊碟簧14的內側開設有8個均勻分布的延伸槽1521。

關于轉子部分的結構，結合圖10和圖11所示，所述轉子組件11包括有轉子芯112，所述轉子芯112上套設有前端板113、轉子鐵芯114和后端板115，所述轉子鐵芯114的外側壁開設有4個圓弧槽，兩個相鄰圓弧槽之間設有隔槽筋1142，所述圓弧槽上裝配有用于提供勵磁的永磁體111，所述永磁體111的內外壁均為圓弧形，所述永磁體111的厚度由中間向兩側逐漸減小，所述永磁體111的外圓弧上過盈裝配有永磁體保護套116，所述永磁體保護套116上均勻分布有多個v型槽，所述永磁體111的外圓弧上設有絕緣涂覆，所述轉子芯112和轉子鐵芯114過盈配合，其中，主軸的轉子組件上永磁體外保護套外圓開v型槽，可減少主軸運行時發熱，從而減少了轉子芯及整個主軸的發熱量，從而延長的主軸使用壽命，增加產品的市場競爭力，便于生產和推廣。

進一步地，所述永永磁體外圓弧弧長和轉子鐵芯上的隔槽筋外圓弧長的比例在3.8-5.45之間，所述永磁體111的內圓弧與轉子鐵芯114的圓弧槽1141形狀相同，所述轉子鐵芯114的每個圓弧槽內裝配一片或多片永磁體111。

上述結構中，轉子組件的永磁體，其結構為中間厚度較大，依次往兩側逐漸變薄的結構，中間厚度與兩側厚度之比在1.5至2之間，利用定子組件11的線圈繞組節距等于11、極距為12的36槽定子鐵芯，使每極永磁體短圓弧磁極結構依然能使電機的反應電動勢為純正弦，無其他諧波電動勢，有利于驅動和主軸定位，同時電機無齒槽轉矩，且扭矩平穩無脈動。

關于拉桿部分，請參照圖1和圖12，所述拉桿組件12包括有拉桿121，所述拉桿121上套設有拉桿碟簧122、滑塊123和固定塊124，所述拉桿121的上端設有氣嘴單向閥組件21，所述滑塊123的內側和外側分別開設有第一開槽1231和第二開槽1232，所述第一開槽1231內設有第一滑塊套125，所述的第二開槽1232內設第二滑塊套1252，所述滑塊123將套設于拉桿121上的拉桿碟簧122分成兩部分，所述拉桿121的前端設有第一螺牙1211，所述固定塊124位于拉桿碟簧122的下端，且所述固定塊124螺合于拉桿121，所述拉桿121的上端且在所述拉桿121的外側壁開設有第三開槽1213，所述第三開槽1213內裝配有拉桿套126，所述拉桿121中心處開設有貫穿于拉桿121的中心孔1215，所述氣嘴單向閥組件21位于所述中心孔1215的上端開口處。其中，拉桿組件末端裝配有氣嘴單向閥組件，使得主軸的防水性能更好。

關于編碼器的安裝結構，結合圖1、圖13和圖14所示，所述編碼器分度盤19安裝于轉子組件11的末端，所述編碼器分度盤19的下方為后軸承壓套17，其上方為轉子螺母20，所述轉子螺母20的端面貫穿設有10個均勻分布的螺牙孔201，所述螺牙孔201內裝配有螺絲202。

本實施例中，請參照圖1、圖15和圖16，所述防塵環組件4的內環側固定有擋氣環40，所述擋氣環40與軸承壓板5之間以及擋氣環40與防塵蓋2之間均形成有間隙，所述擋氣環40與防塵環組件4之間形成有第一腔體41，所述擋氣環40與所述防塵蓋2之間形成有第二腔體43，所述前軸承座61內開設有氣流道63，且所述氣流道63連通于鋼筒組件8的導氣孔812，所述軸承壓板5上開設有壓板通孔51，所述導氣孔812內的氣流依次經過壓板通孔51、第一腔體41、第二腔體43以及防水蓋3與防塵環組件4之間的縫隙向外吹送。

其中，所述擋氣環40上開設有導氣槽42，所述導氣槽42用于將第一腔體41和第二腔體43連通。

本發明將編碼器分度盤安裝在轉子芯上，其裝配方式為高精密間隙配合，通過裝在軸承固定螺母和轉子螺母之間，利用轉子螺母端面圓周上的螺絲孔固定編碼器分度盤，使編碼器分度盤在主軸快速啟動、停止、運行時無打滑且安裝便捷，可控制主軸精確位置進給、停止，而反方向進給無因聯接間隙造成位置誤差。

結合圖1、圖15至圖24所示，所述背蓋18上設有電源出線孔181、編碼器出線孔182、冷卻入口183、壓縮空氣入口184、冷卻出口185、活塞復位壓縮空氣入口186、液壓油入口187、裝配孔188、位置傳感器開關信號孔189、中心出氣壓縮空氣入口1810、液壓油導流道1811、活塞復位壓縮空氣導流道1812、液壓腔體1813、第一密封膠圈槽1814、中心出氣壓縮空氣導流道1815、第一傳感器安裝孔1816、第二傳感器安裝孔1817和第三傳感器安裝孔1818，所述液壓缸體1813內腔裝配有活塞22，所述活塞22呈“十”字形狀，包括中心貫通221、第二密封膠圈槽222、內螺紋孔225、第一臺階孔224、第二臺階孔223，所述的內螺紋孔225裝配有氣嘴螺釘23，所述氣嘴螺釘23端面設有密封槽231，所述的氣嘴螺釘23裝配有氣嘴24，所述的氣嘴24的第一臺階面內側裝配有密封圈241，所述的第一臺階孔224裝配有彈簧242，所述的液壓缸體1813上方裝配有油缸蓋25，所述的油缸蓋25設有裝配通孔251、端面過氣孔254、油路避讓槽252、密封槽253和氣體連接通道255。

其中，主軸冷卻能力強，冷卻順序為先冷卻前軸承座組件6內的前軸承組件7，再冷卻定子組件10，再到后軸座組件15內的后軸承組件16，使轉子組件11前端熱伸長小，軸向精度好，軸承運行溫升小，可有效提高使用壽命。

本發明公開的永磁同步電主軸，其實現了體積小、主軸扭矩大、速度階躍響應快、脈動轉矩小、扭矩和電流比例為常數、功率因數高、電機效率高、轉子無銅損耗、轉子與定子磁場同步，使得轉子無感應電機需加大輸出力時銅損耗和鐵損耗增加，造成轉子溫度變化，制造對電機參數變化影響少，電機參數一致性好，便于小型5軸cnc機床銑削主軸有更大幅度的擺動，便于數控設備的推廣，主軸還可在制動時將能量反饋回電網，節約能源。

以上所述只是本發明較佳的實施例，并不用于限制本發明，凡在本發明的技術范圍內所做的修改、等同替換或者改進等，均應包含在本發明所保護的范圍內。