[发明专利]五自由度交流磁轴承支承的高速电主轴系统

权利要求书

1.五自由度交流磁轴承支承的高速电主轴系统，包括压装在钢筒中的交直流三自由度主动磁轴承(25)、高速主轴电机(26)、交流二自由度主动磁轴承(27)、转轴(3)、右端盖(1)和左端盖(21)，其特征在于，高速主轴电机(26)安装在转轴(3)上，所述的交直流三自由度主动磁轴承(25)和交流二自由度主动磁轴承(27)分别安装在高速主轴电机(26)左右两侧；轴向位移传感器探头(2)安装在右端盖(1)上，处于转轴(3)的轴心线上，检测转轴(3)的轴向位移；径向辅助轴承(4)固定在右端盖(1)中；右端4个径向位移传感器探头(61)沿圆周均匀分布、固定在右端盖(1)与交直流三自由度主动磁轴承(25)之间的右端传感器支架(51)上，检测转轴(3)右端径向2个自由度的位移；高速主轴电机(26)左右两侧分别安装有第二限位套筒(122)和第一限位套筒(121)，第二限位套筒(122)左端紧靠交流二自由度主动磁轴承(27)，第一限位套筒(121)右端紧靠交直流三自由度主动磁轴承(25)；左端传感器支架(52)紧靠左端盖(21)，左端4个径向位移传感器探头(62)沿圆周均匀分布、固定在左端传感器支架(52)上，检测转轴(3)左端径向2个自由度的位移；在交流二自由度主动磁轴承(27)与左端传感器支架(52)之间安装有第三限位套筒(123)进行限位；径向-轴向辅助轴承(20)安装在左端盖(21)中。

2.五自由度交流磁轴承支承的高速电主轴系统，包括压装在钢筒中的高速主轴电机(26)、两个交流二自由度主动磁轴承(27)、轴向主动磁轴承(28)、转轴(3)、右端盖(1)和左端盖(21)，其特征在于，高速主轴电机(26)安装在转轴(3)上，所述两个交流二自由度主动磁轴承(27)分别安装在高速主轴电机(26)左右两侧，所述轴向主动磁轴承(28)安装在右侧的交流二自由度主动磁轴承(27)的右侧；径向辅助轴承(4)和径向-轴向辅助轴承(20)分别安装在右端盖(1)和左端盖(21)中；轴向位移传感器探头(2)安装在右端盖(1)上，处于转轴(3)的轴心线上，检测转轴(3)的轴向位移；轴向主动磁轴承(28)紧靠右端盖(1)安装，其左侧为右端传感器支架(51)，右端4个径向位移传感器探头(61)沿圆周均匀分布、固定在右端传感器支架(51)上，检测转轴(3)右端径向2个自由度的位移；右端的交流二自由度主动磁轴承(27)左右两侧分别有第一限位套筒(121)和第四限位套筒(124)，第四限位套筒(124)右端紧靠右端传感器支架(51)，第一限位套筒(121)左端紧靠高速主轴电机(26)；左端的交流二自由度主动磁轴承(27)左右两侧分别有第三限位套筒(123)和第二限位套筒(122)，第二限位套筒(122)右端紧靠高速主轴电机(26)，第三限位套筒(123)左端紧靠左端传感器支架(52)，左端4个径向位移传感器探头(62)沿圆周均匀分布、固定在左端紧靠左端盖(21)的左端传感器支架(52)上，检测转轴(3)左端径向2个自由度的位移。

3.根据权利要求1所述的高速电主轴系统，其特征在于，所述交直流三自由度主动磁轴承(25)包括三自由度磁轴承转子(7)、三自由度磁轴承径向控制线圈(8)、三自由度磁轴承径向定子(9)、三自由度磁轴承轴向控制线圈(10)和三自由度磁轴承轴向定子(11)；所述三自由度磁轴承转子(7)由圆环形硅钢片叠压而成，套装在系统共用的转轴(3)上；所述三自由度磁轴承轴向定子(11)采用2片×3极的双片式六极结构，左右两侧每片三自由度磁轴承轴向定子(11)具有沿圆周均匀分布的3个三自由度磁轴承轴向定子磁极(111、112、113)，3个三自由度磁轴承轴向定子磁极(111、112、113)与三自由度磁轴承转子(7)之间形成轴向气隙；左右2个三自由度磁轴承轴向控制线圈(10)分别紧靠左右2片轴向定子(11)，置于内侧，通电产生三自由度磁轴承轴向控制磁通(25)；三自由度磁轴承径向定子(9)具有3个沿圆周均匀分布的三自由度磁轴承径向定子磁极(91、92、93)，每个三自由度磁轴承径向定子磁极(91、92、93)均处于轴向相对的2个三自由度磁轴承轴向定子磁极(111、112、113)之间，3个三自由度磁轴承径向定子磁极(91、92、93)与三自由度磁轴承转子(7)之间形成径向气隙3个三自由度磁轴承径向控制线圈(8)绕在3个三自由度磁轴承径向定子磁极(91、92、93)上，采用三相交流功率逆变器驱动控制，以产生三自由度磁轴承径向控制磁通(26)。