[科普中国]-交流主轴电动机

交流主轴电动机要提供很大的功率，如果用永久磁体，当容量做得很大时，电动机成本太高。主轴驱动系统的电动机还要具有低速恒转矩、高速恒功率的工况。因此，交流主轴电动机采用感应式异步交流电动机，为鼠笼式。1

结构交流主轴伺服电动机从结构上分有带换向器和不带换向器两种。通常多用不带换向器的三相感应电动机。它的结构是定子上装有对称三相绕组，而在圆柱体的转子铁芯上嵌有均匀分布的导条，导条两端分别用金属环把它们连在一起，称为笼式转子。为了增加输出功率，缩小电动机的体积，采用了定子铁芯在空气中直接冷却的办法，没有机壳，而且在定子铁芯上做出了轴向孔以利通风。为此，电动机外形呈多边形而不是圆形。电动机轴的尾部同轴安装有检测元件。1

原理交流主轴伺服电动机的工作原理：当定子上对称三相绕组接通对称三相电源以后，由电源供给励磁电流，在定子和转子之间的气隙内建立起以同步转速旋转的旋转磁场，依靠电磁感应作用，在转子导条内产生感应电热。因为转子上导条已构成闭合回路，转子导条中就有电流流过，从而产生电磁转矩，实现由电能变为机械能的能量变换。1

发展方向交流主轴伺服电动机在结构上有以下三方面的新发展。

(1)输出转换型交流主轴电动机为了满足机床切削加工的需要，要求主轴电动机在任何切削速度下都能提供恒定的功率。但主轴电动机本身由于特性的限制，在低速时为恒转矩输出，而在高速区为恒功率输出。主轴的恒定特性用恒转矩范围的最高速度和恒功率时最高速之比来表示。一般的交流主轴电动机，这个比例为1：3～1：4。为了使低速区也有恒功率，在主轴和电动机之间装有主轴变速箱。如果主轴电动机本身有宽的恒功率范围，则可省掉变速箱，简化主轴结构。现在已开发出一种称为输出转换型交流主轴电动机。输出切换方法很多，有三角一星形切换，绕组数切换或二者组合切换。尤其是绕组数切换非常方便。而且，每套绕组都能分别设计成最佳的功率特性，能得到非常宽的恒功率范围，一般能达到1：8—1：30。

(2)液体冷却电动机在电动机尺寸一定的条件下，输出功率受电动机发热的限制。为此，必须解决发热的问题。一般采用风扇冷却的方法散热。如果采用液体(润滑油)强迫冷却能在保持小体积条件下获得大的功率输出。液体冷却主轴电动机结构的特点是在电动机外壳和前端盖中间有一个独特的油路通道，用强迫循环的润滑油经此来冷却绕组和轴承，使电动机能在20000 r/min高速下连续运行。这类电动机功率范围也很宽。

(3)内装式主轴电动机如果能将主轴与电动机制成一体，就可省去齿轮结构，使主轴驱动简化，这种主轴称为电主轴。内装式主轴电动机的电动机轴就是主轴本身，而电动机的定子装在主轴头内。1

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学