ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА
ROTATING ELECTRICAL MACHINE

Родственные заявки
Настоящая заявка основана на японской заявке на патент № 2011-239601, поданной в патентное ведомство Японии 31 октября 2011 г., все информационное содержание которой настоящим включено в состав настоящего документа посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Вариант осуществления изобретения относится к вращающейся электрической машине.
Предшествующий уровень техники
Традиционно двигатель в качестве иллюстративной вращающейся электрической машины включает в себя главный вал, подшипник скольжения, упорный подшипник и каркас. Подшипник скольжения поддерживает главный вал в радиальном направлении. Упорный подшипник поддерживает главный вал в направлении осевой нагрузки. Каркас поддерживает главный вал при помощи подшипника скольжения и упорного подшипника.
Кроме того, в качестве примера такого двигателя известен двигатель вращения шпинделя, включающий в себя гидростатический воздушный подшипник. Гидростатический воздушный подшипник поддерживает главный вал в радиальном направлении и в направлении осевой нагрузки бесконтактным способом посредством подачи сжатого воздуха в зазор подшипника (например, см. японскую выложенную заявку на патент № 2001-304259). Двигатель вращения шпинделя используется, например, в качестве двигателя для вращения шпинделя станка с высокой скоростью.
Двигатель вращения шпинделя вращается с очень высокой скоростью. Тем не менее, существует необходимость в усовершенствовании охлаждения подшипника. Например величина тепла, сгенерированного упорным подшипником, имеет тенденцию быть большой. Если величина тепла, сгенерированного упорным подшипником, становится большой, то, вероятно, произойдет неблагоприятное воздействие вследствие нагрева, такое как большая сила трения упорного подшипника. В результате существует случай, когда срок службы двигателя вращения шпинделя не удовлетворяет требованиям.
Цель аспекта варианта осуществления состоит в предоставлении вращающейся электрической машины, включающей в себя охлаждаемый упорный подшипник.
Сущность изобретения
Вращающаяся электрическая машина в соответствии с аспектом варианта осуществления включает в себя: главный вал; подшипник скольжения для поддержки главного вала в радиальном направлении; упорный подшипник для поддержки главного вала в направлении осевой нагрузки; каркас для поддержки главного вала при помощи подшипника скольжения и упорного подшипника; и проход для охлаждающей жидкости для упорного подшипника, через который течет охлаждающаяся жидкость для охлаждения упорного подшипника.
В соответствии с аспектом варианта осуществления упорный подшипник может эффективно охлаждаться. Соответственно возможно заблаговременное исключение отрицательного воздействия, вызванного посредством генерирования тепла, и избегание уменьшения срока службы вследствие нагревания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является пояснительным представлением, изображающим вертикальное поперечное сечение вращающейся электрической машины в соответствии с вариантом осуществления; и
Фиг.2 является пояснительным представлением, изображающим вертикальное поперечное сечение увеличенной главной части вращающейся электрической машины.
Подробное описание вариантов осуществления
В следующем подробном описании, в целях объяснения, многочисленные конкретные детали предложены для обеспечения полного понимания раскрытых вариантов осуществления. Однако будет очевидно, что один или несколько вариантов осуществления могут быть осуществлены без этих конкретных деталей. В других случаях, для упрощения чертежа, широко известные структуры и устройства изображены схематично.
В дальнейшем вариант осуществления вращающейся электрической машины, раскрытой в настоящей заявке, будет подробно описан со ссылкой на сопроводительные чертежи. В настоящем документе вращающаяся электрическая машина описывается в качестве двигателя вращения шпинделя. Однако настоящее раскрытие не ограничено иллюстрацией следующего варианта осуществления.
Фиг.1 является пояснительным представлением, изображающим вертикальное поперечное сечение двигателя 10 вращения шпинделя, который является примером вращающейся электрической машины в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Фиг.2 является пояснительным представлением, изображающим вертикальное поперечное сечение увеличенной главной части двигателя 10 вращения шпинделя. Двигатель 10 вращения шпинделя является высокооборотным двигателем вращения шпинделя, включающим в себя структуру гидростатического воздушного подшипника. Таким образом, в двигателе 10 вращения шпинделя между валом шпинделя (главным валом) и подшипником предоставлен маленький зазор подшипника (не показан). Сжатый воздух подается в зазор подшипника. Соответственно вал шпинделя поддерживается бесконтактным способом.
Как показано на фиг.1 и 2, двигатель 10 вращения шпинделя включает в себя главный вал 1, подшипники (4 и 41) скольжения и упорные (5 и 6) подшипники. Подшипники скольжения поддерживают главный вал 1 в радиальном направлении. Упорные подшипники поддерживают главный вал 1 в направлении осевой нагрузки.
Кроме того, двигатель 10 вращения шпинделя включает в себя цилиндрический каркас 2. Каркас 2 поддерживает главный вал 1 при помощи подшипников скольжения и упорных подшипников.
Как показано на фиг.1, на оконечной части каркаса 2 предоставлена крышка 21. С другой стороны, держатель 22 предоставлен в основании каркаса 2.
Как показано на фиг.2, в центральной части крышки 21 сформировано установочное отверстие 27, в которое вставляется главный вал 1. Толщина стенки центральной части крышки тоньше, чем других частей. Поперечное сечение крышки 21 имеет вкладыши подшипника, соответствующие вертикальной форме поперечного разреза оконечной части главного вала 1.
Как показано на фиг.1, шарнирный ведущий блок 3 предоставлен со стороны основания главного вала 1 внутри каркаса 2. Шарнирный ведущий блок 3 включает в себя статор 31 и ротор 32.
Статор 31 включает в себя часть 31b литой катушки и корпус 31a статора, включающий в себя пластинчатый сердечник. Часть 31b литой катушки включает в себя катушку, обмотанную вокруг корпуса 31a статора, и полимерный материал для литья катушки. Как показано на фиг.1, охлаждающий кожух 33 для охлаждения статора 31 предоставлен между статором 31 шарнирного ведущего блока 3 и каркасом 2. Двигатель 10 вращения шпинделя включает в себя средний проход для охлаждения (не показан) для водяного охлаждения или воздушного охлаждения, которое соединено с охлаждающим кожухом 33.
С другой стороны, ротор 32 включает в себя корпус ротора, имеющий цилиндрическую форму, и магнит, предоставленный на его внешней периферийной поверхности. Ротор 32 прикреплен к главному валу 1, соосно с главным валом 1. Ротор 32 расположен таким образом, чтобы между ротором 32 и статором 31 был предоставлен небольшой промежуток, и чтобы ротор 32 находился лицом к статору 31. Корпус ротора включает в себя пластинчатый сердечник, или часть, сформированную посредством механической обработки металла, такого как железо.
В двигателе 10 вращения шпинделя, включающем в себя вышеописанную конфигурацию, магнитный полюс статора 31 изменяется, если электрический ток подается на часть 31b литой катушки статора 31. Соответственно сила вращения передается на ротор 32, и в результате главный вал 1 вращается.
Главный вал 1 двигателя 10 вращения шпинделя имеет часть 11 упорного фланца и часть 13 с уменьшенным диаметром с ее стороны нагрузки. Часть 11 упорного фланца имеет поверхность, ось главного вала 1 которой является ортогональной линией. Диаметр части 11 упорного фланца больше, чем диаметр корпуса главного вала 1 (части главного вала 1, которая ближе к стороне основания, чем часть 11 упорного фланца). Диаметр части 13 с уменьшенным диаметром меньше, чем диаметр корпуса главного вала 1. Часть 13 с уменьшенным диаметром предоставлена таким образом, чтобы соприкасаться с частью 11 упорного фланца со стороны главного вала 1, которая находится ближе к стороне нагрузки, чем часть 11 упорного фланца. Часть 11 упорного фланца и часть 13 с уменьшенным диаметром расположены таким образом, чтобы быть соосными с главным валом 1 и вращаются вместе с главным валом 1.
При выполнении классификации подшипников на основе их размещения при монтаже подшипники двигателя 10 вращения шпинделя классифицируются на подшипник со стороны основания для поддержки стороны основания и подшипник оконечной стороны для поддержки оконечной стороны. Шарнирный ведущий блок 3 для вращения главного вала 1 предоставлен со стороны основания главного вала 1. Инструмент или подобное закрепляется с оконечной стороны главного вала 1. Соответственно оконечная сторона главного вала 1 является стороной нагрузки главного вала 1.
Как показано на фиг.1, подшипник со стороны основания двигателя 10 вращения шпинделя является подшипником 4 скольжения стороны основания. С другой стороны, подшипник оконечной стороны двигателя 10 вращения шпинделя включает в себя подшипник скольжения 41 стороны нагрузки, первый упорный подшипник 5 и второй упорный подшипник 6.
При выполнении классификации на основе функций подшипники двигателя 10 вращения шпинделя классифицируются на подшипник скольжения и упорный подшипник. Подшипники скольжения поддерживают главный вал 1 в радиальном направлении. Упорные подшипники поддерживают главный вал 1 в направлении осевой нагрузки.
Как показано на фиг.1, подшипник скольжения двигателя 10 вращения шпинделя включает в себя основной подшипник 4 скольжения стороны основания и подшипник 41 скольжения стороны нагрузки. С другой стороны, упорный подшипник двигателя 10 вращения шпинделя включает в себя первый упорный подшипник 5 и второй упорный подшипник 6, между которыми находится часть 11 упорного фланца, как показано на фиг.1 и 2.
Кстати, первый упорный подшипник 5 и подшипник 41 скольжения стороны нагрузки сформированы как единое целое в виде единого подшипника 7. Таким образом, в едином подшипнике 7 первый упорный подшипник 5 включает в себя фланцевую часть, которая соприкасается с частью 11 упорного фланца. Подшипник скольжения 41 стороны нагрузки проходит в направлении стороны основания главного вала 1 от первого упорного подшипника 5. Подшипник скольжения 41 стороны нагрузки имеет цилиндрическую форму, имеющую предварительно определенную длину.
В частности, как уже было описано, подшипник главного вала 1 включает в себя три части. Эти части являются подшипником 4 скольжения стороны основания, вторым упорным подшипником 6 и единым подшипником 7. Единый подшипник 7 включает в себя подшипник скольжения 41 стороны нагрузки и первый упорный подшипник 5, которые сформированы как единое целое.
Как показано на фиг.2, первый вкладыш 51 упорного подшипника предоставлен на торцевой поверхности первого упорного подшипника 5. Первый вкладыш 51 упорного подшипника соприкасается с поверхностью части 11 упорного фланца главного вала 1, который находится лицом к шарнирным ведущим блокам 3.
С другой стороны, второй вкладыш 61 упорного подшипника предоставлен на торцевой поверхности второго упорного подшипника 6. Второй вкладыш 61 упорного подшипника соприкасается с поверхностью части 11 упорного фланца главного вала 1, который находится лицом к стороне нагрузки. Как показано на фиг.2, двигатель 10 вращения шпинделя включает в себя шайбу 12. Толщина шайбы 12 соответствует толщине части 11 упорного фланца. Шайба 12 предоставлена между первым упорным подшипником 5 и вторым упорным подшипником 6.
Во втором упорном подшипнике 6 предоставлен проход для охлаждающей жидкости для упорного подшипника 81. Проход для охлаждающей жидкости для упорного подшипника 81 является каналом, через который течет охлаждающаяся жидкость для охлаждения второго упорного подшипника 6.
Как показано на фиг.1, проход 8 для охлаждающей жидкости (главный проход для охлаждающей жидкости) имеет отверстие 83 для ввода охлаждающей жидкости. Проход 8 для охлаждающей жидкости предоставлен в каркасе 2 таким образом, чтобы окружать большую часть главного вала 1. Кроме того, кольцевые проходы 81a для охлаждающей жидкости (проходы для охлаждающей жидкости для подшипника скольжения) предоставлены в подшипнике 4 скольжения стороны основания и в едином подшипнике 7. Кольцевые проходы 81a для охлаждающей жидкости соединяются с проходами 8 для охлаждающей жидкости.
Если главный вал 1 будет вращаться с высокой скоростью, то количество тепла, сгенерированное упорным подшипником, будет большим. Следовательно, охлаждение упорного подшипника является предпочтительным, исходя из высокоскоростного вращения двигателя 10 вращения шпинделя. Однако было решено, что тянуть проход 8 для охлаждающей жидкости до упорного подшипника является сложным.
Следовательно, в двигателе 10 вращения шпинделя главный вал 1 имеет часть 13 с уменьшенным диаметром, имеющую малый диаметр. Тогда второй упорный подшипник 6 присоединяется к части 11 упорного фланца со стороны части 13 с уменьшенным диаметром. Ширина второго упорного подшипника 6 увеличивается на разницу в диаметре между главным валом 1 и частью 13 с уменьшенным диаметром (на величину диаметра, на которую уменьшен главный вал 1). Таким образом, второй упорный подшипник 6 включает в себя расширенную часть, соприкасающуюся с частью 13 с уменьшенным диаметром, которая имеет маленький диаметр (то есть второй упорный подшипник 6 соприкасается с частью 13 с уменьшенным диаметром). Тогда, как показано на фиг.2, предоставляется область 62 для формирования прохода для охлаждающей жидкости в расширенной части второго упорного подшипника 6. Проход для охлаждающей жидкости для упорного подшипника 81 сформирован в области 62 для формирования прохода для охлаждающей жидкости.
Таким образом, второй упорный подшипник 6 расширяется на величину диаметра, на который уменьшается главный вал 1 по сравнению с обычным упорным подшипником. Величина, на которую уменьшился диаметр, соответствует объему области 62 для формирования прохода для охлаждающей жидкости, которая является расширенной частью второго упорного подшипника 6. Возможно, легко расширить проход 8 для охлаждающей жидкости ко второму упорному подшипнику 6 благодаря расширенной части.
Таким образом, как показано на фиг.2, предоставлен расширенный проход 80 для охлаждающей жидкости таким образом, чтобы соединяться с проходом 8 для охлаждающей жидкости, сформированным в каркасе 2. Расширенный проход 80 для охлаждающей жидкости проходит через первый упорный подшипник 5, гайку 12 и второй упорный подшипник 6.
Кольцевой проход для охлаждающей жидкости для упорного подшипника 81 предоставлен в концевой части расширенного прохода 80 для охлаждающей жидкости. Таким образом, концевая часть расширенного прохода 80 для охлаждающей жидкости и окружающее его пространство тянутся к главному валу 1 на предварительно определенную длину таким образом, чтобы быть перпендикулярными, по существу, проходу 8 для охлаждающей жидкости. Проход для охлаждающей жидкости для упорного подшипника 81 предоставлен в концевой части расширенного прохода 80 для охлаждающей жидкости таким образом, чтобы окружать главный вал 1.
Таким образом, проход для охлаждающей жидкости для упорного подшипника 81 соединяется с проходом 8 для охлаждающей жидкости и предоставлен в области 62 для формирования прохода для охлаждающей жидкости. Соответственно второй упорный подшипник 6 может охлаждаться до желательной температуры. В результате можно охлаждать упорные подшипники, включающие в себя первый упорный подшипник 5. Следовательно, возможно вращать двигатель 10 вращения шпинделя с более высокой скоростью.
Двигатель 10 вращения шпинделя включает в себя герметизирующий материал для исключения утечки охлаждающей жидкости из прохода для охлаждающей жидкости к упорному подшипнику 81. Таким образом, как показано на фиг.2, два углубления 25 для удержания изолирующей прокладки сформированы на поверхности крышки 21, которая соприкасается с областью 62 для формирования прохода для охлаждающей жидкости второго упорного подшипника 6. Эти углубления 25 для удержания изолирующей прокладки имеют кольцевую форму таким образом, чтобы заключать между собой проход для охлаждающей жидкости для упорного подшипника 81 в области 62 для формирования прохода для охлаждающей жидкости и, таким образом, чтобы тянуться в круговом направлении упорного подшипника. Уплотнительные кольца 26, служащие в качестве герметизирующих материалов, удерживаются в углублениях 25 для удержания изолирующей прокладки.
Как уже было описано, в двигателе 10 вращения шпинделя уплотнительные кольца 26, служащие в качестве герметизирующих материалов, используются для исключения утечки охлаждающей жидкости. Соответственно может быть исключена утечка охлаждающейся жидкости, текущей через проход для охлаждающей жидкости для упорного подшипника 81 из части между вторым упорным подшипником 6 и крышкой 21. Следовательно, двигатель 10 вращения шпинделя может надежно использоваться. Кроме того, уплотнительные кольца 26 используются в качестве герметизирующих материалов. Соответственно герметизирующие материалы могут быть получены с малыми затратами.
В этом способе в двигателе 10 вращения шпинделя состояние достаточной герметизации достигается с низкими затратами. Следовательно, можно охлаждать упорные подшипники, которые, скорее всего, формируют высокую температуру, с низкими затратами.
Кроме того, в двигателе 10 вращения шпинделя второй вкладыш 61 упорного подшипника предоставлен на торцевой поверхности второго упорного подшипника 6. Оконечная часть второго вкладыша 61 упорного подшипника (часть со стороны части 13 с уменьшенным диаметром) и оконечная часть области 62 для формирования прохода для охлаждающей жидкости расположены максимально близко части 13 с уменьшенным диаметром главного вала 1.
Соответственно может быть исключено попадание постороннего объекта снаружи во внутреннюю часть двигателя 10 вращения шпинделя и т.п.
Например, двигатель 10 вращения шпинделя может быть использован в режущем инструменте и т.п. В этом случае режущее лезвие и т.п. может быть прикреплено со стороны нагрузки главного вала 1. В этом случае посторонние объекты, летящие во время процесса резания, такие как стружка и смазочно-охлаждающее масло, могут попасть в промежуток между внутренним периферийным краем отверстия для вставки 27 крышки 21 и оконечной частью главного вала 1. Однако в двигателе 10 вращения шпинделя наконечник второго вкладыша 61 упорного подшипника расположен максимально близко к главному валу 1. Следовательно, попадание этих посторонних объектов может быть исключено.
Кроме того, ширина поверхности подшипника второго вкладыша 61 упорного подшипника является почти такой же, что и ширина поверхности подшипника первого вкладыша 51 упорного подшипника. Другими словами, площадь поверхности второго вкладыша 61 упорного подшипника, которая соприкасается с частью 11 упорного фланца, почти равна площади поверхности первого вкладыша 51 упорного подшипника, которая соприкасается с частью 11 упорного фланца.
Соответственно прижимающая сила второго вкладыша 61 упорного подшипника, противодействующая части 11 упорного фланца, почти равна прижимающей силе первого вкладыша 51 упорного подшипника, противодействующей части 11 упорного фланца. Следовательно, первый вкладыш 51 упорного подшипника и второй вкладыш 61 упорного подшипника могут шарнирно поддерживать главный вал 1 в равновесии.
Ширина части, включающей в себя поверхность второго вкладыша 61 упорного подшипника со стороны, находящейся напротив части 11 упорного фланца, увеличена на величину диаметра, на которую уменьшен главный вал 1. Следовательно, второй вкладыш 61 упорного подшипника сформирован таким образом, чтобы постепенно становиться более тонким в направлении части 13 с уменьшенным диаметром (главному валу 1).
При такой конфигурации, как показано на фиг.2, формирование излишнего пространства вокруг части 13 с уменьшенным диаметром главного вала 1 (части вкладыша подшипника) исключается, несмотря на то, что поддерживается предварительно определенное значение площади поверхности второго вкладыша 61 упорного подшипника, который соприкасается с частью 11 упорного фланца. Соответственно исключается формирование емкости с излишним воздухом.
Кроме того, максимальное количество частей в оконечной части второго вкладыша 61 упорного подшипника располагается максимально близко к периферийной поверхности части 13 с уменьшенным диаметром главного вала 1, пока поддерживается предварительно определенное значение площади поверхности второго вкладыша 61 упорного подшипника, которая соприкасается с частью 11 упорного фланца.
Следовательно, часть второго вкладыша 61 упорного подшипника, которая располагается максимально близко к периферийной поверхности части 13 с уменьшенным диаметром главного вала 1, является вытянутой. Соответственно может быть более эффективно исключено попадание постороннего объекта снаружи во внутреннюю часть двигателя 10 вращения шпинделя.
Кроме того, вращающаяся электрическая машина из настоящего раскрытия может являться следующей из с первой по четвертую вращающейся электрической машиной. Первая вращающаяся электрическая машина включает в себя: главный вал; подшипник скольжения, шарнирно поддерживающий в радиальном направлении главный вал; упорный подшипник, который шарнирно поддерживает главный вал в направлении осевой нагрузки; и каркас, который поддерживает главный вал при помощи подшипника скольжения и упорного подшипника, а упорный подшипник включает в себя проход для охлаждающей жидкости, через который течет охлаждающая жидкость для охлаждения упорного подшипника.
Вторая вращающаяся электрическая машина является вращающейся электрической машиной в соответствии с первой вращающейся электрической машиной, в которой упорный подшипник включает в себя первый упорный подшипник и второй упорный подшипник, между которыми помещается часть упорного фланца, предоставленная в радиальном направлении главного вала, главный вал включает в себя часть с уменьшенным диаметром, где диаметр главного вала со стороны нагрузки относительно части упорного фланца уменьшен, второй упорный подшипник, расположенный со стороны части с уменьшенным диаметром, включает в себя расширенную часть, соответствующую величине диаметра, на которую уменьшен главный вал, и расширенная часть включает в себя область для формирования прохода для охлаждающей жидкости для формирования прохода для охлаждающей жидкости.
Третья вращающаяся электрическая машина является вращающейся электрической машиной в соответствии со второй вращающейся электрической машиной, в которой изолирующие материалы предоставлены в радиальном направлении упорного подшипника таким образом, чтобы между ними находился проход для охлаждающей жидкости в области для формирования прохода для охлаждающей жидкости.
Четвертая вращающаяся электрическая машина является вращающейся электрической машиной в соответствии со второй или третьей вращающейся электрической машиной, в которую первый упорный подшипник и второй упорный подшипник включают в себя первый вкладыш упорного подшипника и второй вкладыш упорного подшипника соответственно, поверхности которых, находящиеся лицом к части упорного фланца, являются поверхностями подшипников, поверхность подшипника второго вкладыша упорного подшипника сформирована таким образом, чтобы иметь такую же ширину, что и ширина поверхности подшипника первого вкладыша упорного подшипника, ширина поверхности, находящаяся напротив части упорного фланца, увеличена на величину диаметра, на которую уменьшен главный вал, а второй вкладыш упорного подшипника сформирован таким образом, чтобы постепенно становиться более тонким в направлении главного вала.
В соответствии с этими вращающимися электрическими машинами упорные подшипники могут эффективно охлаждаться; и, следовательно, можно заранее исключить отрицательное воздействие, вызванное посредством генерирования тепла, и избежать уменьшения срока службы вследствие нагревания.
Дополнительные эффекты и модификации вышеупомянутого варианта осуществления могут быть легко достигнуты посредством специалистов в данной области техники. Следовательно, более широкие аспекты настоящего раскрытия не ограничиваются описанным выше конкретным подробным и репрезентативным вариантом осуществления. Соответственно аспекты настоящего раскрытия могут быть изменены в отдельности без отступления от сущности и объема общей концепции раскрытия, определенной посредством прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.
Предшествующее подробное описание было представлено в целях иллюстрации и описания. В свете вышеупомянутой идеи возможно множество модификаций и изменений. Оно не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или для ограничения предмета изобретения, описанного в настоящем документе до точной раскрытой формы. Несмотря на то, что предмет изобретения был описан языком, определенным для структурных отличительных признаков и/или методологических действий, следует понимать, что предмет, определенный в приложенной формуле изобретения, не обязательно ограничен описанными выше конкретными отличительными признаками или действиями. Скорее, описанные выше конкретные отличительные признаки и действия раскрыты в виде иллюстративных форм реализации формулы изобретения, приложенных к настоящему раскрытию.