交流主軸電動(dòng)機(jī)原理

交流主軸伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理：當(dāng)定子上對(duì)稱三相繞組接通對(duì)稱三相電源以后，由電源供給勵(lì)磁電流，在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙內(nèi)建立起以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，依靠電磁感應(yīng)作用，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電熱。因?yàn)檗D(zhuǎn)子上導(dǎo)條已構(gòu)成閉合回路，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就有電流流過，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)由電能變?yōu)闄C(jī)械能的能量變換。

交流主軸伺服電動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上分有帶換向器和不帶換向器兩種。通常多用不帶換向器的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。它的結(jié)構(gòu)是定子上裝有對(duì)稱三相繞組，而在圓柱體的轉(zhuǎn)子鐵芯上嵌有均勻分布的導(dǎo)條，導(dǎo)條兩端分別用金屬環(huán)把它們連在一起，稱為籠式轉(zhuǎn)子。為了增加輸出功率，縮小電動(dòng)機(jī)的體積，采用了定子鐵芯在空氣中直接冷卻的辦法，沒有機(jī)殼，而且在定子鐵芯上做出了軸向孔以利通風(fēng)。為此，電動(dòng)機(jī)外形呈多邊形而不是圓形。電動(dòng)機(jī)軸的尾部同軸安裝有檢測元件。

交流主軸伺服電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上有以下三方面的新發(fā)展。

(1)輸出轉(zhuǎn)換型交流主軸電動(dòng)機(jī)為了滿足機(jī)床切削加工的需要，要求主軸電動(dòng)機(jī)在任何切削速度下都能提供恒定的功率。但主軸電動(dòng)機(jī)本身由于特性的限制，在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，而在高速區(qū)為恒功率輸出。主軸的恒定特性用恒轉(zhuǎn)矩范圍的最高速度和恒功率時(shí)最高速之比來表示。一般的交流主軸電動(dòng)機(jī)，這個(gè)比例為1：3～1：4。為了使低速區(qū)也有恒功率，在主軸和電動(dòng)機(jī)之間裝有主軸變速箱。如果主軸電動(dòng)機(jī)本身有寬的恒功率范圍，則可省掉變速箱，簡化主軸結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在已開發(fā)出一種稱為輸出轉(zhuǎn)換型交流主軸電動(dòng)機(jī)。輸出切換方法很多，有三角一星形切換，繞組數(shù)切換或二者組合切換。尤其是繞組數(shù)切換非常方便。而且，每套繞組都能分別設(shè)計(jì)成最佳的功率特性，能得到非常寬的恒功率范圍，一般能達(dá)到1：8—1：30。

(2)液體冷卻電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)尺寸一定的條件下，輸出功率受電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的限制。為此，必須解決發(fā)熱的問題。一般采用風(fēng)扇冷卻的方法散熱。如果采用液體(潤滑油)強(qiáng)迫冷卻能在保持小體積條件下獲得大的功率輸出。液體冷卻主軸電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在電動(dòng)機(jī)外殼和前端蓋中間有一個(gè)獨(dú)特的油路通道，用強(qiáng)迫循環(huán)的潤滑油經(jīng)此來冷卻繞組和軸承，使電動(dòng)機(jī)能在20000 r/min高速下連續(xù)運(yùn)行。這類電動(dòng)機(jī)功率范圍也很寬。

(3)內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)如果能將主軸與電動(dòng)機(jī)制成一體，就可省去齒輪結(jié)構(gòu)，使主軸驅(qū)動(dòng)簡化，這種主軸稱為電主軸。內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸就是主軸本身，而電動(dòng)機(jī)的定子裝在主軸頭內(nèi)。

直流主軸電動(dòng)機(jī)的輸出功率要大，因此在結(jié)構(gòu)上不可能做成永磁式的。直流主軸電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，為他勵(lì)式。其定子除了主磁極外，還有換向極，增加換向極是為了改善電動(dòng)機(jī)的換向性能。電動(dòng)機(jī)的主磁極和換向極都采用矽鋼片疊成。在主磁極上除了繞有主磁極繞組外，還繞有補(bǔ)償繞組。增加補(bǔ)償繞組是為了消除轉(zhuǎn)子反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙主磁通的影響，改善電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能。

直流主軸電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相同，由轉(zhuǎn)子繞組和換向器組成。

直流主軸電動(dòng)機(jī)外殼采取封閉式結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。電動(dòng)機(jī)采用軸向強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻或熱管冷卻，以改善冷卻效果，避免電動(dòng)機(jī)熱量傳到主軸。電動(dòng)機(jī)尾部同軸安裝有測速發(fā)電動(dòng)機(jī)等速度反饋元件。

為了滿足數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)的要求，主軸電動(dòng)機(jī)必須具備下述性能：

(1)電動(dòng)機(jī)的輸出功率要大。

(2)在大的調(diào)速范圍內(nèi)速度應(yīng)該穩(wěn)定。

(3)在斷續(xù)負(fù)載下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)小。

(4)加速和減速時(shí)間短。

(5)電動(dòng)機(jī)溫升低。

(6)振動(dòng)、噪聲小。

(7)電動(dòng)機(jī)可靠性高、壽命長、容易維護(hù)。

(8)體積小、重量輕，與機(jī)械連接容易。

(9)電動(dòng)機(jī)過載能力強(qiáng)。

直流主軸電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)不同。因?yàn)橐笾鬏S電動(dòng)機(jī)輸出很大的功率，所以在結(jié)構(gòu)上不能做成永磁式，而與普通的直流電動(dòng)機(jī)相同，也是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，轉(zhuǎn)子與直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相同，由電樞繞組和換向器組成。而定子則完全不同，它由主磁極和換向極組成。有的主軸電動(dòng)機(jī)在主磁極上不但有主磁極繞組，還帶有補(bǔ)償繞組。

這類電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是：為了改善換向性能，在電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上都有換向極，為縮小體積，改善冷卻效果，以免使電動(dòng)機(jī)熱量傳到主軸上，采用了軸向強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻或水管冷卻。為適應(yīng)主軸調(diào)速范圍寬的要求，一般主軸電動(dòng)機(jī)都能在調(diào)速比1：100的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，而且在基本速度以上達(dá)到恒功率輸出，在基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩輸出，以適應(yīng)重負(fù)荷的要求。電動(dòng)機(jī)的主極和換向極都采用硅鋼片疊成，以便在負(fù)載變化或加速、減速時(shí)有良好的換向性能。電動(dòng)機(jī)外殼結(jié)構(gòu)為密封式，以適應(yīng)機(jī)加工車間的環(huán)境。在電動(dòng)機(jī)的尾部一般都同軸安裝有測速發(fā)電機(jī)作為速度反饋元件。