JP5510429B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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開示の実施形態は、回転電機に関する。 The disclosed embodiment relates to a rotating electrical machine.
従来、回転電機の一例として、主軸と、主軸のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、主軸のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受と、主軸をジャーナル軸受およびスラスト軸受を介して支持するフレームとを備えたモータがある。 Conventionally, as an example of a rotating electrical machine, a main shaft, a journal bearing that supports the radial direction of the main shaft, a thrust bearing that supports the thrust direction of the main shaft, and a frame that supports the main shaft via the journal bearing and the thrust bearing. There is a motor equipped.
さらに、かかるモータの一例として、軸受隙間に対し圧縮空気を供給することにより、主軸をラジアル方向及びスラスト方向に対し、非接触で支持する静圧空気軸受を有するスピンドルモータが知られている(例えば、特許文献1を参照)。かかる構成のスピンドルモータは、例えば、工作機械のスピンドルを高速で回転させるモータとして用いられる。 Furthermore, as an example of such a motor, a spindle motor having a hydrostatic air bearing that supports the main shaft in a non-contact manner in the radial direction and the thrust direction by supplying compressed air to the bearing gap is known (for example, , See Patent Document 1). The spindle motor having such a configuration is used, for example, as a motor that rotates a spindle of a machine tool at high speed.
しかしながら、上述したスピンドルモータは、かなりの高速で回転するにも拘わらず、軸受の冷却については改善の余地が残されていた。例えば、スラスト軸受の発熱量は、大きくなりがちであるが、そうなると、スラスト軸受の摩擦力が大きくなるなどの熱による弊害が生じ、要求される寿命を満足できないことも考えられる。 However, although the spindle motor described above rotates at a considerably high speed, there remains room for improvement in cooling the bearing. For example, the amount of heat generated by the thrust bearing tends to be large, but if this is the case, it may be possible that a bad effect due to heat such as an increase in the frictional force of the thrust bearing occurs, and the required life cannot be satisfied.
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、スラスト軸受を冷却可能とした回転電機を提供することを目的とする。 One aspect of the embodiment has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can cool a thrust bearing.
実施形態の一態様に係る回転電機は、スラストフランジ部が径方向に設けられ、前記スラストフランジ部に対し負荷側を縮径させて形成した縮径部を有する主軸と、前記主軸のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、前記主軸のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受と、前記主軸を前記ジャーナル軸受およびスラスト軸受を介して支持するフレームとを備えている。そして、前記スラスト軸受は、前記スラストフランジ部を挟持する第1のスラスト軸受および第2のスラスト軸受を備え、前記第2のスラスト軸受は、前記主軸の前記縮径部側に配置されるとともに、前記主軸の縮径分に相当する分が前記第1のスラスト軸受よりも拡張されて冷却液路形成領域が形成されており、当該冷却液路形成領域に冷却液を流す冷却液路を形成している。 In a rotating electrical machine according to an aspect of the embodiment, a thrust flange portion is provided in a radial direction, a main shaft having a reduced diameter portion formed by reducing a load side of the thrust flange portion, and a radial direction of the main shaft A journal bearing that supports the shaft, a thrust bearing that axially supports the thrust direction of the main shaft, and a frame that supports the main shaft via the journal bearing and the thrust bearing. The thrust bearing includes a first thrust bearing and a second thrust bearing that sandwich the thrust flange portion, and the second thrust bearing is disposed on the reduced diameter portion side of the main shaft, A portion corresponding to the reduced diameter of the main shaft is expanded more than the first thrust bearing to form a cooling liquid path forming region, and a cooling liquid path for flowing the cooling liquid is formed in the cooling liquid path forming region. ing.
実施形態の一態様によれば、スラスト軸受を効果的に冷却することができ、発熱による弊害を未然に防止して、熱による低寿命化を防止することが可能となる。 According to one aspect of the embodiment, it is possible to effectively cool the thrust bearing, to prevent adverse effects due to heat generation, and to prevent a reduction in life due to heat.
以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転電機の実施形態を詳細に説明する。以下では、回転電機をスピンドルモータとして説明する。ただし、以下の実施形態における例示で本発明が限定されるものではない。 Embodiments of a rotating electrical machine disclosed in the present application will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the rotating electric machine will be described as a spindle motor. However, the present invention is not limited to the examples in the following embodiments.
図1は、実施形態に係る回転電機としてのスピンドルモータの縦断面視による説明図、図2は、同スピンドルモータの要部を拡大した縦断面視による説明図である。なお、本実施形態に係るスピンドルモータは、図には表さないが、スピンドル軸と軸受との間に微少な軸受隙間を設けている。すなわち、かかる軸受隙間に圧縮空気を供給することにより、スピンドル軸を非接触支持する構成とした静圧空気軸受構造を有する高速スピンドルモータとしている。 FIG. 1 is an explanatory view of a spindle motor as a rotating electrical machine according to the embodiment in a vertical cross-sectional view, and FIG. 2 is an explanatory view in an enlarged vertical cross-sectional view of a main part of the spindle motor. The spindle motor according to the present embodiment has a small bearing gap between the spindle shaft and the bearing, although not shown in the drawing. That is, a high-speed spindle motor having a hydrostatic air bearing structure in which the spindle shaft is supported in a non-contact manner by supplying compressed air to the bearing gap.
図1および図2に示すように、スピンドルモータ10は、主軸1と、主軸1のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、主軸1のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
さらに、スピンドルモータ10は、主軸1をジャーナル軸受およびスラスト軸受を介して支持する筒状のフレーム2を備えている。
Furthermore, the
そして、図1に示すように、フレーム2の先端側にはキャップ21を設けるとともに、フレーム2の基端側にはブラケット22を設けている。
As shown in FIG. 1, a
キャップ21は、図2に示すように、主軸1を挿通する挿通孔27を形成するキャップ中央部分の壁厚を薄くし、主軸1の先端の縦断面形状に合わせて、断面視で端壁に段差を設けている。
As shown in FIG. 2, the
また、フレーム2内において、図1に示すように、主軸1の基端側には、固定子31と回転子32とを具備する回転駆動部3が設けられている。
In the
固定子31は、積層コアからなる固定子本体31aと、この固定子本体31aに巻回されるとともに、樹脂材料によりコイルがモールドされたモールドコイル部31bとを備えている。なお、図1において、符号33は回転駆動部3の固定子31を冷却するための冷却ジャケットを示し、水冷用、あるいは空冷用の図示しない冷却媒体通路が形成されている。
The
一方、回転子32は、円筒形に形成された回転子本体の外周面にマグネットを設けて構成されており、固定子31との間に僅かな間隙を設けて対向するように主軸1に同心的に取付けられている。なお、回転子本体は、積層コア、あるいは鉄などの削り出し部品によって形成される。
On the other hand, the
かかる構成により、モールドコイル部31bへ通電すると、磁極変位によって回転子32に回転力が生じ、それに伴って主軸1が回転する。
With this configuration, when the
本実施形態に係るスピンドルモータ10の軸受は、その配設位置から区分すれば、主軸1を回転させる回転駆動部3が設けられた基端側を支持する基端側軸受と、工具などが取付けられて主軸1の負荷側となる先端側を支持する先端側軸受とから構成されている。
If the bearing of the
そして、基端側軸受としては、図1に示すように、主軸1の基端側を支持する基端側ジャーナル軸受4がその機能を果たしている。一方、先端側軸受としては、図1に示すように、負荷側ジャーナル軸受41と、第1のスラスト軸受5と、第2のスラスト軸受6とがその機能を果たしている。
And as a base end side bearing, as shown in FIG. 1, the base end side journal bearing 4 which supports the base end side of the main axis |
また、本実施形態に係るスピンドルモータ10の軸受は、その機能から区分すれば、主軸1のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、主軸1のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受とから構成されている。
Further, the bearing of the
そして、ジャーナル軸受は、図1に示すように、基端側ジャーナル軸受4と負荷側ジャーナル軸受41とから構成される。一方、スラスト軸受は、図1および図2に示すように、主軸1の径方向に設けられたスラストフランジ部11を挟持する第1のスラスト軸受5および第2のスラスト軸受6から構成される。
As shown in FIG. 1, the journal bearing includes a base end side journal bearing 4 and a load side journal bearing 41. On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, the thrust bearing includes a first thrust bearing 5 and a second thrust bearing 6 that sandwich a
ところで、第1のスラスト軸受5と負荷側ジャーナル軸受41とは、共用軸受7として一体的に形成されている。すなわち、共用軸受7は、第1のスラスト軸受5がスラストフランジ部11に当接するフランジ部を有するように形成され、この第1のスラスト軸受5から主軸1の基端側に向けて延在するように、負荷側ジャーナル軸受41が所定長さの筒状に形成されて構成されている。
By the way, the first thrust bearing 5 and the load-side journal bearing 41 are integrally formed as a common bearing 7. That is, the common bearing 7 is formed so that the first thrust bearing 5 has a flange portion that contacts the
このように、本実施形態に係る主軸1の軸受の具体的な構成としては、基端側ジャーナル軸受4と、第2のスラスト軸受6と、負荷側ジャーナル軸受41と第1のスラスト軸受5とが一体形成された共用軸受7との3つのパーツから構成される。
As described above, the specific configuration of the bearing of the
第1のスラスト軸受5の端面には、第1のスラストメタル51が設けられており、主軸1のスラストフランジ部11の回転駆動部3側を向く面に当接している。
A
一方、第2のスラスト軸受6の端面には、第2のスラストメタル61が設けられており、主軸1のスラストフランジ部11の負荷側を向く面に当接している。なお、図中、符号12は、スラストフランジ部11の厚みに相当するスペーサを示しており、第1のスラスト軸受5と第2のスラスト軸受6との間に介設されている。
On the other hand, a
上述してきた構成において、本実施形態におけるスラスト軸受には、当該スラスト軸受を冷却するための冷却液を流すスラスト軸受用冷却液路81が形成されている。
In the above-described configuration, the thrust bearing in the present embodiment is formed with a thrust bearing cooling
すなわち、図1に示すように、フレーム2には、主軸1の大半の部分を囲繞するように冷却液路8が形成されている。しかし、この冷却液路8をスラスト軸受まで延長することは難しいと考えられていた。なお、図1中、符号81aは、冷却液路8に連続するとともに、基端側ジャーナル軸受4と共用軸受7とに形成された環状冷却液路を示す。
That is, as shown in FIG. 1, a cooling
他方、スラスト軸受は、主軸1を高速回転させた場合、発熱量が多いことが分かっており、その冷却を図ることがスピンドルモータ10の高速化には重要である。
On the other hand, it is known that the thrust bearing generates a large amount of heat when the
そこで、本実施形態に係るスピンドルモータ10では、主軸1に、スラストフランジ部11に対する負荷側を縮径させた縮径部13を形成し、この縮径部13側に配置された第2のスラスト軸受6に、主軸1の縮径分に相当する拡幅部分を形成している。そして、図2に示すように、当該拡幅部分に、スラスト軸受用冷却液路81を形成するための冷却液路形成領域62を形成している。
Therefore, in the
すなわち、第2のスラスト軸受6は、これまでのスラスト軸受よりも主軸1の縮径分(拡幅部分である冷却液路形成領域62の面積に相当)だけ拡張されることになり、当該第2のスラスト軸受6まで冷却液路8を容易に延長することが可能となった。
That is, the second thrust bearing 6 is expanded by the reduced diameter of the main shaft 1 (corresponding to the area of the cooling liquid
すなわち、図2に示すように、フレーム2に形成された冷却液路8と連通するように、第1のスラスト軸受5、スペーサ12、第2のスラスト軸受6を貫通する延長冷却液路80を形成している。
That is, as shown in FIG. 2, the extended cooling
そして、延長冷却液路80の終端を、主軸1の方向に所定長さだけ垂直に延長し、主軸1の周りを囲繞する環状のスラスト軸受用冷却液路81を形成している。
Then, the end of the extended cooling
このように、冷却液路8から連続するスラスト軸受用冷却液路81を冷却液路形成領域62に形成することによって第2のスラスト軸受6を所望する程度まで冷却することができる。こうして、第1のスラスト軸受5を含むスラスト軸受の冷却が可能となり、スピンドルモータ10のさらなる高速化が可能となった。
In this manner, the second thrust bearing 6 can be cooled to a desired level by forming the thrust bearing cooling
また、冷却液路形成領域62におけるスラスト軸受用冷却液路81を挟むように、スラスト軸受の径方向にシール材を設けている。ここでは、キャップ21における、第2のスラスト軸受6の冷却液路形成領域62に当接する面に、スラスト軸受用冷却液路81を挟むようにしてシール装着溝25,25を形成し、このシール装着溝25にOリング26を装着している。
Further, a seal material is provided in the radial direction of the thrust bearing so as to sandwich the thrust bearing
すなわち、Oリング26を用いた低コストの構成でありながら、形成したスラスト軸受用冷却液路81に冷却液を流しても、第2のスラスト軸受6とキャップ21との間から漏れ出る虞がなく、スピンドルモータ10を安心して使用することができる。
In other words, even if the coolant flows through the formed thrust bearing
このように、本実施形態に係るスピンドルモータ10は、低コストであっても十分なシール状態を実現しつつ、発熱しがちなスラスト軸受の冷却を可能としている。
As described above, the
また、本実施形態における第2のスラストメタル61では、主軸1の縮径分に相当する拡幅部分からなる冷却液路形成領域62の先端部を、主軸1の縮径部13に可及的に近接させている。
Further, in the
かかる構成としたことにより、外部からスピンドルモータ10の内部への異物の進入などが防止できる。
With this configuration, it is possible to prevent foreign matters from entering the
例えば、スピンドルモータ10が切削工具などの適用されている場合、負荷側には切削刃物などが装着されていることが考えられる。その場合、切削作業中に飛び跳ねた切削切粉や切削油などがキャップ21の挿通孔27の内周縁と主軸1の先端部との間隙から進入することも考えられる。しかし、第2のスラストメタル61の先端が主軸1に可及的に近接しているため、これらの進入を防止することができる。
For example, when the
さらに、本実施形態における第2のスラストメタル61は、軸受面を第1のスラストメタル51の軸受面と同幅に形成している。
Furthermore, the
これは、第1のスラストメタル51と第2のスラストメタル61とで、スラストフランジ部11を挟持する際の押圧力を等しくするためであり、主軸1をバランスよく軸支可能としている。
This is because the
また、第2のスラストメタル61は、スラストフランジ部11側とは反対側の面を、主軸1の縮径分に相当する分だけ拡幅し、主軸1の方向に対して漸次薄肉状に形成されている。
Further, the
かかる構成としたことにより、図2に示すように、スラストフランジ部11と当接する面積を所定広さに維持しつつ、縮径して生じた主軸1の段差部に必要以上の空間を生じさせることもない。つまり、無用な空気溜りを形成することがない。
By adopting such a configuration, as shown in FIG. 2, while maintaining the area in contact with the
また、第2のスラストメタル61の先端部についても、当該第2のスラストメタル61以外の第2のスラストメタル61と合わせて、主軸1の縮径部13の周面に可及的に近接した状態となっている。
Also, the tip of the
したがって、主軸1との間の極めて狭い間隙部分の長さを長くすることができ、外部からスピンドルモータ10の内部への異物の進入を、より効果的に防止することができる。
Therefore, it is possible to increase the length of the extremely narrow gap between the
上述した実施形態のさらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and modifications of the above-described embodiment can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.
1 主軸
2 フレーム
4 基端側ジャーナル軸受
5 第1のスラスト軸受
6 第2のスラスト軸受
8 冷却液路
10 スピンドルモータ
11 スラストフランジ部
51 第1のスラストメタル
61 第2のスラストメタル
62 冷却液路形成領域
81 スラスト軸受用冷却液路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記主軸のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、
前記主軸のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受と、
前記主軸を前記ジャーナル軸受およびスラスト軸受を介して支持するフレームと、
を備え、
前記スラスト軸受は、前記スラストフランジ部を挟持する第1のスラスト軸受および第2のスラスト軸受を備え、
前記第2のスラスト軸受は、
前記主軸の前記縮径部側に配置されるとともに、前記主軸の縮径分に相当する分が前記第1のスラスト軸受よりも拡張されて冷却液路形成領域が形成されており、当該冷却液路形成領域に冷却液を流す冷却液路が形成されている
ことを特徴とする回転電機。 A main shaft having a reduced diameter portion formed by reducing a diameter of a load side with respect to the thrust flange portion, wherein a thrust flange portion is provided in a radial direction ;
A journal bearing that supports the radial direction of the main shaft;
A thrust bearing that supports the thrust direction of the main shaft;
A frame for supporting the main shaft via the journal bearing and a thrust bearing;
With
The thrust bearing includes a first thrust bearing and a second thrust bearing that sandwich the thrust flange portion,
The second thrust bearing is
The cooling shaft is disposed on the reduced diameter portion side of the main shaft, and a portion corresponding to the reduced diameter portion of the main shaft is expanded from the first thrust bearing to form a cooling liquid path forming region. A rotating electrical machine in which a cooling liquid path for flowing a cooling liquid is formed in the path forming region .
前記第2のスラストメタルは、
前記軸受面が前記第1のスラストメタルの軸受面と同幅に形成される一方、前記スラストフランジ部側とは反対側の面は、前記主軸の縮径分に相当する分だけ前記第1のスラストメタルよりも拡張され、主軸方向に対して漸次薄肉状に形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 The first thrust bearing and the second thrust bearing include a first thrust metal and a second thrust metal, respectively, with bearing surfaces facing the thrust flange portion so as to face each other.
The second thrust metal is
The bearing surface is formed to have the same width as the bearing surface of the first thrust metal, while the surface on the opposite side to the thrust flange portion side is the portion corresponding to the reduced diameter of the main shaft. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotating electrical machine is expanded more than a thrust metal and is gradually thinned with respect to a main axis direction .
ことを特徴とする請求項1または2に記載の回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1 or 2, wherein a sealing material is provided in a radial direction of the thrust bearing so as to sandwich the cooling liquid path in the cooling liquid path forming region.
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