JPH0645700Y2 - 磁気軸受スピンドル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、回転機械の高速主軸として用いる磁気軸受
スピンドルに関する。

〔従来の技術〕

例えば、工作機械の高速主軸の如く、磁気軸受を用いた
高速スピンドルは、主軸を二つのラジアル磁気軸受と両
ラジアル磁気軸受間に位置するアキシャル磁気軸受で非
接触に支持し、通常主軸はビルトインされた電動モータ
によって駆動されるようになっている。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、上記のような磁気軸受スピンドルは、主軸の
回転中は完全な非接触であるため、各磁気軸受のロータ
部やモータのロータ部に生じる鉄損による発熱は、エア
により冷却する以外に手段はなく、このためのエアの消
費は非常に大きく、例えば1Nm³／分の程度を必要とす
る。

従って、主軸の回転にモータ駆動用の電源とエアの供給
とが必要となり、主軸の駆動コストが高くつくという問
題がある。

また、モータの発熱をエアによって冷却するのは非常に
困難であり、このため主軸の温度が上昇し、工作物の加
工精度を低下させるという問題がある。

さらに、電動モータを主軸にビルトインすると、電動モ
ータ分だけ主軸が長くなり、このため主軸の曲げ固有振
動数が低下し、剛性の低下を引起こす原因になってい
る。

この考案の課題は、上記のような問題点を解決するた
め、冷却用のエアを主軸の駆動源に用いることによって
電動モータの使用を省き、駆動コストの削減と同時に主
軸の剛性を高め、工作物の加工精度を高めることができ
る磁気軸受スピンドルを提供することを目的としてい
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記のような課題を解決するため、この考案は、主軸
を、二つのラジアル磁気軸受と、両ラジアル磁気軸受間
に位置するアキシャル磁気軸受とで非接触に支持した磁
気軸受スピンドルにおいて、主軸の駆動のためのエアタ
ービンをアキシャル磁気軸受に設け、このアキシャル磁
気軸受のエアタービンに供給するエアがラジアル磁気軸
受を通ってこのラジアル磁気軸受を冷却するようにした
構成としたものである。

この考案において、エアタービンは、アキシャル磁気軸
受のロータ外周にタービン羽根を形成し、制御用電磁石
の一方にノズルと他方にディフューザーを設けて構成す
ることができる。

〔作用〕

主軸は二つのラジアル磁気軸受とその間に位置するアキ
シャル磁気軸受で支持され、アキシャル磁気軸受のエア
タービンにエアを供給すると、主軸は完全非接触で回転
し、モータの発熱による主軸の温度上昇がないので工作
物の加工精度が向上し、主軸は短尺化によって剛性も向
上する。

また、エアタービンに供給したエアは、ラジアル磁気軸
受を通過することにより、このラジアル磁気軸受を冷却
するので、主軸の温度上昇を防ぎ、温度上昇による主軸
の伸びがなく、加工物の加工精度が向上する。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図と第２図のように、ケーシング１の内部に主軸２
を収納し、ケーシング１と主軸２の間において、主軸２
の上下端部に、タッチダウン軸受３、４と、主軸２の上
部中間と下部中間にラジアル磁気軸受５、６と、上下ラ
ジアル磁気軸受５、６間の位置にアキシャル磁気軸受７
が各々配置されている。

上下のラジアル磁気軸受５と６は、主軸２に設けたロー
タ5a、6aとケーシング１に固定した磁極5b、6bとで形成
され、主軸２のラジアル方向を非接触状態で支持すると
共に、ラジアル位置センサ８、９の検出信号によって制
御されるようになっている。

アキシャル磁気軸受７は、主軸２に固定したロータ10
と、このロータ10を上下から挾むようケーシング１に固
定した制御用上部電磁石11と下部電磁石12で形成され、
主軸２のアキシャル方向を非接触で支持するようになっ
ている。

上記アキシャル磁気軸受７には、主軸２を駆動するため
のエアタービン13が設けられている。

このエアタービン13は、第２図のように、ロータ10の外
周にタービン羽根14を設けると共に、上部電磁石11の周
囲に複数のノズル15を上下に貫通するように設け、下部
電磁石12の周囲で各ノズル15の直下位置にディフューザ
ー16を設けて構成されている。

上記ノズル15は、エア流速を増加してタービン羽根14に
当て、エアの運動エネルギーで主軸２を駆動するよう、
下端が小径に絞られていると共に、ディフューザー16は
エアの効率を改善することになる。

前記エアタービン14に対してエアを供給するため、ケー
シング１の上端にエア入口17を設けると共に、上部タッ
チダウン軸受３のホルダー18と上下ラジアル位置センサ
８、９とにエア通路19、20、21を穿設し、ケーシング１
の周壁におけるアキシャル磁気軸受７と下部ラジアル磁
気軸受６の間及びケーシング１の下端とにエア出口22、
23が設けられている。

エア入口17からケーシング１内に供給したエアは、エア
通路19、20と上部ラジアル磁気軸受５の磁極5b間の隙間
を順次通過し、ノズル15で流速が増加してタービン羽根
14に当り、主軸２を回転させた後、ディフューザー16を
通り、一部はエア出口22で外部に流出し、残りは、下部
ラジアル磁気軸受６の磁極6bの隙間からエア通路21を通
り、エア出口23で外部に流出する。

従って、ラジアル磁気軸受５、６とアキシャル磁気軸受
７の冷却用のエアを、アキシャル磁気軸受７に設けたエ
アタービン13によって主軸２の駆動に用いることができ
る。

なお、ケーシング１内の上部には、主軸２の上端と対向
する位置に、アキシャル位置センサ24と回転検出器25が
設けられている。

次に、第３図に示す例は、エアタービン13に対するエア
の供給において主軸２とアキシャル磁気軸受７のラビリ
ンス26からエアがもれるのを無くすため、上部電磁石11
に外周面で開口する周溝27と、この周溝27から下面に貫
通するノズル15とを設け、ケーシング１の外周壁に周溝
27と連通するエア入口17aを形成し、エアをエアタービ
ン13へダイレクトに供給し、駆動効率を良くしている。

この考案の磁気軸受スピンドルは上記のような構成であ
り、ケーシング１内にエア入口17、17aからエアを供給
すると、エアタービン13によって主軸２を高速回転させ
ると共に、ラジアル磁気軸受５、６とアキシャル磁気軸
受７によって主軸２を完全非接触で支持することにな
る。

〔効果〕

以上のように、この考案によると、アキシャル磁気軸受
にエアタービンを設け、エアによって主軸を駆動するよ
うにしたので、磁気軸受スピンドルの駆動に電動モータ
の使用が省け、従来の冷却用エアのみで主軸が駆動でき
るため、駆動コストの低減が図れる。

また、電動モータの使用が省けると共に、エアタービン
に供給するエアがラジアル磁気軸受を通って冷却するの
で、電動モータ及びラジアル磁気軸受の発熱による主軸
の温度上昇がなく、温度上昇による主軸の伸び発生を抑
え、工作物の加工精度を向上させることができる。

更に、アキシャル磁気軸受に駆動用エアタービンの機能
を持たせることにより、新たなエアタービンを追加する
必要がなく、電動モータの省略とによって主軸が短くな
り、主軸の固有振動数を高くして剛性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係る磁気軸受スピンドルの縦断面
図、第２図は同上におけるエアタービン部分の正面図、
第３図はエアタービンの他の例を示す縦断面図である。 １……ケーシング、２……主軸、 ３、４……タッチダウン軸受、 ５、６……ラジアル磁気軸受、 ７……アキシャル磁気軸受、 ８、９……ラジアル位置センサ、 10……ロータ、11、12……電磁石、 13……エアタービン、14……タービン羽根、 15……ノズル、16……ディフューザー、 17……エア入口、 19、20、21……エア通路、 22、23……エア出口。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸を、二つのラジアル磁気軸受と、両ラ
   ジアル磁気軸受間に位置するアキシャル磁気軸受とで非
   接触に支持した磁気軸受スピンドルにおいて、主軸の駆
   動のためのエアタービンをアキシャル磁気軸受に設け、
   このアキシャル磁気軸受のエアタービンに供給するエア
   がラジアル磁気軸受を通ってこのラジアル磁気軸受を冷
   却するようにしたことを特徴とする磁気軸受スピンド
   ル。
2. 【請求項２】エアタービンは、アキシャル磁気軸受のロ
   ータ外周にタービン羽根を形成し、制御用電磁石の一方
   にノズルと他方にディフューザーを設けて構成されてい
   る請求項（１）に記載の磁気軸受スピンドル。