[发明专利]高速电机主轴行星轮支撑装置及其支撑方法

说明书

本发明公开了高速电机主轴行星轮支撑装置及其支撑方法，包括壳体、旋转轴和至少三个行星滚轮，行星滚轮围绕于旋转轴为中心圆周布置。该支撑方法包括：a、行星滚轮和旋转轴之间形成轴向止推支撑；b、行星滚轮的外径设计，输出行星滚轮的轴承转速；c、行星滚轮作用在旋转轴上的分布情况进行设计；d、行星滚轮对旋转轴施加的作用力进行设计；e、行星滚轮对旋转轴施加垂直于旋转轴的轴心方向的作用力。本发明在旋转轴原有设置轴承位置处，围绕以旋转轴为中心，设置至少三个行星滚轮，以代替轴承，来对旋转轴施加垂直于旋转轴的轴心方向的作用力，起到对旋转轴提供稳固的径向支撑，同时能起到轴向止推作用，能大幅提高旋转轴转速和承载能力。

技术领域

本发明属于高速电机主轴支撑技术领域，具体涉及高速电机主轴行星轮支撑装置及其支撑方法。

背景技术

高速电机具有体积小、转动惯量小，结构紧凑，能量密度大等优点故被工业、医疗、汽车、航天等领域广泛采用。如图1所示，现有技术采用轴承b对高速转子a提供支撑。然而在电机中给高速转子提供支撑作用的轴承已经成为影响高速电机发展的主要障碍。

目前在高速电机中应用较为广泛的轴承有精密金属轴承、精密陶瓷球轴承、动静压空气轴承、磁悬浮轴承等四种。前两者为传统机械结构的接触式滚珠轴承，后两者为轴悬浮非接触式轴承。为了追求极限转速，这些年传统的滚珠轴承在材料、精度上虽然有非常大的进步，但因为受到结构原理的限制，滚珠轴承在高速电机领域的应用中受到加工装配精度、轴承极限转速、润滑方式等制约，已经成为电机实现超高转速的最大瓶颈。而近几年兴起的动静压空气悬浮轴承、磁悬浮轴承等技术虽然不受传统滚珠轴承的转速限制，但该类非接触式轴承能提供的支撑力度非常有限，主轴径向、轴向均无法承受较大载荷，亦无法承受加速度较大的震动。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述不足，提供高速电机主轴行星轮支撑装置及其支撑方法，在旋转轴原有设置轴承位置处，围绕以旋转轴为中心，设置至少三个行星滚轮，以代替轴承，来对旋转轴施加垂直于旋转轴的轴心方向的作用力，起到对旋转轴提供稳固的径向支撑，同时能起到轴向止推作用，能大幅提高旋转轴的转速和承载能力；利用行星滚轮来降低行星滚轮的轴承转速，极大地降低了行星滚轮的轴承转速负载和加工难度，让普通级别的轴承替代原本高等级的精密轴承变为可能；而且具有结构简单、制造便利、成本低廉的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

高速电机主轴行星轮支撑装置，包括壳体和旋转轴，旋转轴安装于壳体中；其特征在于：还包括安装于壳体上的至少三个行星滚轮，行星滚轮围绕于旋转轴为中心圆周布置。在旋转轴原有设置轴承位置处，围绕以旋转轴为中心，设置至少三个行星滚轮，以代替轴承，来对旋转轴施加垂直于旋转轴的轴心方向的作用力，起到对旋转轴提供稳固的径向支撑，能大幅提高旋转轴的转速和承载能力，而且具有结构简单、制造便利、成本低廉的特点。

进一步，处于旋转轴上方的行星滚轮活动在壳体上，处于旋转轴下方的行星滚轮固定在壳体上，使得多个行星滚轮对旋转轴提供更加稳固的径向支撑。

进一步，壳体设有垂直于旋转轴的轴心方向的安装孔，安装孔中活动连接有弹性张紧器，弹性张紧器对上方的行星滚轮施加预紧力，使上方的行星滚轮压紧旋转轴。本发明的弹性张紧器一般分为连接部分和弹性部分，弹性部分由弹性材料制成，对上方的行星滚轮施加预紧力的方式可以为：(1)安装孔为内壁光滑的孔，通过顶推结构对弹性张紧器施加向下作用力，弹性张紧器向下运动，使得弹性部分作用在上方的行星滚轮上，并发生形变，就能对上方的行星滚轮施加预紧力，使上方的行星滚轮牢牢地压在旋转轴上；(2)将安装孔设计为带有螺纹的孔，将弹性张紧器的连接部分也设置螺纹，将连接部分螺纹连接在安装孔中，通过拧动连接部分，使弹性张紧器向下运动，将弹性部分作用在上方的行星滚轮上，并发生形变，就能对上方的行星滚轮施加预紧力，使上方的行星滚轮牢牢地压在旋转轴上。通过上述结构，既能旋转轴被限制在多个滚轮的夹角中间旋转，使得多个行星滚轮对旋转轴提供更加稳固的径向支撑。