CN102474922B - 感应发热辊装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种感应发热辊装置，可以确保辊主体的温度均匀性，并且可以提高磁轴承的支承稳定性。该感应发热辊装置包括：辊主体(2)；转动轴(3)，设置在辊主体(2)的底部中央部；支承体(4)，内部插入有转动轴(3)，并且设置有磁通产生机构(5)，该磁通产生机构(5)配置在辊主体(2)和转动轴(3)之间的空洞内；以及径向磁轴承(6)、(7)，具有设置在支承体(4)的内周面上并与转动轴(3)的外周面相对的磁极部，并且径向磁轴承(6)、(7)在前端侧和后端侧在径向上非接触地支承转动轴(3)。

Description

感应发热辊装置

技术领域

本发明涉及感应发热辊装置，特别涉及悬臂式感应发热辊装置。

背景技术

在尼龙、聚酯等合成纤维等的制造工艺中，在纺丝后进行通过加热并在长度方向上拉伸达成分子取向从而提高拉伸强度等特性的拉伸工序。

此外，在所述拉伸工序中，通常使用多个感应发热辊装置进行合成纤维的加热，并且通过各感应发热辊装置的转动速度差对合成纤维进行拉伸。

如专利文献1所示，所述感应发热辊装置包括：辊主体，在底部中央部具有轴嵌合部；以及磁通产生机构，由配置在辊主体内部的圆筒状铁芯和感应线圈构成，通过将电动机转动轴的前端与辊主体的轴嵌合部嵌合连接，以悬臂式的方式支承辊主体，并通过电动机直接使辊主体转动。在所述结构中，通过电动机使辊主体转动，此外通过利用交流电源使磁通产生机构的感应线圈励磁，使辊主体发热。

作为所述感应发热辊装置的更具体的结构，所述感应发热辊装置具有在辊主体的空洞内延伸的圆筒部，并具备与电动机一体连接的凸缘部。所述圆筒部以沿着辊主体的轴心方向的方式在辊主体内部延伸。此外，磁通产生机构固定在所述圆筒部的外侧的面上。此外，在圆筒部前端侧的内侧的面与转动轴之间设置有滚动轴承，通过该滚动轴承以相对于圆筒部可以转动的方式支承转动轴。

但是，在通过滚动轴承支承转动轴的结构中，存在根据取决于滚动轴承的磨损的寿命，需要定期更换滚动轴承的问题。特别是感应发热辊装置的滚动轴承的更换作业负担非常大。

另一方面，如专利文献2所示，也有通过磁轴承支承辊主体的装置，所述磁轴承设置在圆筒部的外周面上，以磁轴承的磁极部与辊主体的内周面相对的方式设置。这样，通过将磁轴承以所谓的在径向上朝外的方式配置，尽可能加大磁极部与辊主体(被支承体)之间的相对面积，从而提高支承稳定性。

但是，在通过磁轴承支承辊主体时，磁轴承配置在磁通产生机构的轴向两侧，存在由磁通产生机构产生的磁通的磁路受到磁轴承限制的问题。由此，磁通不能通过辊主体整体，存在非常难以将辊主体的温度控制为均匀的问题。

此外，为了解决因磁轴承和磁通产生机构的配置关系而导致的辊主体温度不均匀的问题，如专利文献3所示，公开有一种技术方案，通过引导部件使磁路在轴向上延伸，将磁通向比磁轴承更靠外侧的位置引导，来实现辊主体温度的均匀化。

但是，即使在通过引导部件使磁路延伸的结构中，通过辊主体的磁通密度在轴向的各位置上不同，所以难以使辊主体的温度均匀。此外，将引导部件设置在辊主体的内部的结构，会导致辊主体的大型化并会对磁轴承等其他结构构件的配置造成限制，因此并不是上策。

此外，前端侧的磁轴承以所谓的朝内的方式设置，使得磁极部与转动轴的外周面相对，但是为了确保支承稳定性，前端侧的磁轴承需要在长边方向上变大，在该情况下，导致磁通通过的区域进一步受到限制，存在难以确保辊主体温度的均匀性的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利公开公报特开2009-163968号

专利文献2:日本专利公报第4106277号

专利文献3:日本专利公报第4221227号

发明内容

本发明所要解决的技术问题

本发明是为了解决所述的问题而做出的，本发明的主要目的在于提供一种感应发热辊装置，可以确保辊主体的温度的均匀性，并且可以提高磁轴承的支承稳定性。

解决技术问题的技术方案

即，本发明提供一种感应发热辊装置，其特征在于包括：有底圆筒状的辊主体，具有夹套室，该夹套室封入有气液两相的热介质并在轴向上延伸设置；转动轴，以沿着所述辊主体的转动中心轴的方式设置在所述辊主体的底部中央部；支承体，内部插入有所述转动轴，并且设置有磁通产生机构，该磁通产生机构配置在所述辊主体和所述转动轴之间的空洞内，该磁通产生机构包括圆筒状铁芯和缠绕在该圆筒状铁芯上的感应线圈；以及径向磁轴承，具有设置在所述支承体的内周面上并与所述转动轴的外周面相对的磁极部，所述径向磁轴承在前端侧和后端侧在径向上非接触地支承所述转动轴，所述前端侧的径向磁轴承配置在所述辊主体的内部，所述后端侧的径向磁轴承配置在所述辊主体的外部，所述径向磁轴承由在两端形成有磁极部且剖面呈コ形的轭铁和缠绕在该轭铁的磁极部上的线圈构成，在所述磁极部的前端上形成有圆弧状凹部，所述圆弧状凹部的曲率与所述转动轴的外周面的曲率相同，所述磁极部的前端面与所述转动轴的外周面相对配置。

按照所述的感应发热辊装置，由于通过磁轴承支承转动轴，所以不会产生利用滚动轴承支承转动轴等情况下的磨损，能够显著延长轴承的寿命。此外，因为辊主体上设置有封入有气液两相的热介质的夹套室，所以可以使辊主体轴向的温度均匀。另外，由于设置有夹套室，所以即使在轴向上使磁轴承的长度变长，也可以使温度均匀，所以能够使磁轴承在轴向上变大，从而可以提高转动轴的支承稳定性。此外，由于使磁轴承以所谓在径向上朝内的方式可以转动地支承转动轴，所以可以不考虑辊主体和磁轴承间的配置关系地配置磁轴承，可以将后端侧的磁轴承配置在辊主体的外部等，从而可以进一步提高支承稳定性。

所述前端侧的径向磁轴承配置在所述辊主体的内部，所述后端侧的径向磁轴承配置在所述辊主体的外部能够提高辊主体和转动轴的支承稳定性。

由于通过磁轴承支承转动轴的装置，比通过滚动轴承支承转动轴的装置更能进行高速转动，所以如果将辊主体和转动轴锥嵌合(テーパ嵌合)并通过连接件连接，存在会导致辊主体和转动轴之间的晃动变大、刚性变小的问题。为了解决该问题，优选的是，所述辊主体与所述转动轴是一体的。

为了不使支承体和辊主体在径向上大型化，优选的是，所述前端侧的径向磁轴承和所述磁通产生机构以在轴向上不重叠的方式设置。

为了抑制因磁轴承的温度变化而产生的不稳定振动，优选的是，在所述支承体的设置有所述径向磁轴承的部分上形成有冷却流体通道，冷却流体在该冷却流体通道中流通。

同样，通过在所述支承体的与所述辊主体的内周面相对的外周面上设置隔热件，也可以抑制稳定状态下的磁轴承的温度上升，从而可以抑制不稳定振动的发生。

发明效果

按照所述结构的本发明，可以确保辊主体温度的均匀性，并且可以提高磁轴承的支承稳定性。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的感应发热辊装置的剖视图。

图2是表示与图1为相同实施方式的前端侧的磁轴承的A-A线剖视图。

图3是变形实施方式的感应发热辊装置的剖视图。

图4是变形实施方式的感应发热辊装置的剖视图。

附图标记说明

100···感应发热辊装置

2···辊主体

21A···夹套室

3···转动轴

5···磁通产生机构

51···圆筒状铁芯

52···感应线圈

4···支承体

6···前端侧的径向磁轴承(径向磁轴承，磁轴承，轴承)

6a、6b···磁极部

7···后端侧的径向磁轴承(径向磁轴承，磁轴承)

7a、7b···磁极部

4A···冷却流体通道

具体实施方式

下面参照附图对本发明的感应发热辊装置的一个实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的感应发热辊装置100包括：辊主体2；转动轴3，设置在辊主体2的底部中央部；支承体4，以可以转动的方式支承转动轴3，并且设置有磁通产生机构5；以及径向磁轴承6、7，设置在支承体4的内周面上，并在前端侧和后端侧在径向上非接触地支承转动轴3。另外，配置有未图示的推力磁轴承，该推力磁轴承用于在推力方向上非接触地支承转动轴3。

辊主体2为有底圆筒状，在底部中央部一体地设置有转动轴3。此外，在辊主体2的侧周壁21上，在周向上以例如等间隔的方式形成有多个夹套室21A，夹套室21A在长边方向(轴向)上延伸并封入有气液两相的热介质，各夹套室21A内的端部与设置在侧周壁21的周向上的环状的孔连通，且各夹套室21A之间连续。通过该夹套室21A内封入的气液两相的热介质的潜热移动，使辊主体2的外表面温度均匀。此外，夹套室21A超过与磁通产生机构5相对的位置，在辊主体2的侧周壁21上沿着轴向的大致全长设置。此外，在辊主体2的侧周壁21的前端侧上，埋设有用于检测外表面的温度的温度传感器10。

本实施方式的转动轴3与辊主体2一体成型，以沿着转动中心轴C的方式设置在辊主体2的底部中央部。此外，在转动轴3的后端部301上以沿周向等间隔的方式能拆装地固定有驱动电动机8的转子81。作为所述结构的一个例子，转动轴3的后端部301呈随着朝向后端去直径缩小的锥台(テーパ)形，转子81的内周面呈与所述后端部301的锥台相对的锥台形，在转子81嵌合于所述转动轴3的后端部301上的状态下，通过螺栓、螺母等连接件9将后端部301和转子81连接固定。通过所述结构，在更换后端侧的磁轴承7时，只要取下连接件9并拆下转子81，就可以容易地将后端侧的磁轴承7向后端侧拔出。

支承体4内部插入有转动轴3，并且支承体4的前端部配置在辊主体2和转动轴3之间的空洞内，在支承体4的前端侧和后端侧，通过磁轴承6、7以可以转动的方式支承转动轴3。此外，支承体4的与转动轴3的转子81相对的内周面上设置有驱动电动机8的定子82。具体而言，支承体4包括：支承体主体41，安装有前端侧的磁轴承6和后端侧的磁轴承7；以及固定部42，设置在所述支承体主体41的后端，固定定子82。

支承体主体41包括：圆筒部411，外径小于辊主体2的内径；以及凸缘部412，外径大于所述圆筒部411的外径，在圆筒部411的基端部覆盖辊主体2的开口部。此外，支承体主体41的侧周壁上形成有多个冷却流体通道4A，所述多个冷却流体通道4A在凸缘部412的外周面上开口，并向圆筒部411的前端部延伸，各冷却流体通道4A在支承体4的前端部折返并在凸缘部412的外周面上开口。所述冷却流体通道4A内供给有例如水或油等冷却流体，通过所述冷却流体的流通来冷却支承体4，通过该冷却对磁通产生机构5和前端侧的磁轴承6进行冷却。

这样，通过设置冷却流体通道4A来冷却前端侧的轴承6，能够在热的稳定状态下降低轴承温度，因此可以减小组装时与稳定状态时的轴承间隙和预压的差，在一直到稳定状态的期间都能够抑制不稳定振动的发生。

磁通产生机构5为圆筒状，磁通产生机构5以沿着辊主体2的内周面的方式设置在支承体4(具体而言圆筒部411)上，磁通产生机构5包括：圆筒状铁芯51，通过将弯曲的磁性钢板放射状地沿圆周方向排列层叠而形成；以及感应线圈52，缠绕在圆筒状铁芯51的外周面上。

通过所述磁通产生机构5，当在感应线圈52上施加交流电压时产生交变磁通，所述交变磁通通过圆筒状铁芯51和辊主体2的侧周壁21。通过交变磁通的通过，辊主体2上产生电流，利用所述电流，辊主体2进行焦耳加热。

此外，在支承体4的与辊主体2的内周面相对的外周面、具体而言支承体4的圆筒部411和磁通产生机构5的外周面上设置有隔热件11。由此，可以抑制稳定状态下磁轴承的温度上升，并能够抑制不稳定振动的发生。

前端侧的磁轴承6在前端侧，在径向上非接触地支承转动轴3，磁轴承6具有设置在支承体4的内周面上并与转动轴3的外周面相对的磁极部6a、6b。所述前端侧的磁轴承6设置在辊主体2的内部，并且位于比磁通产生机构5更靠前端侧的位置。

具体地说，如图1的局部放大图、图2的A-A线剖视图所示，前端侧的磁轴承6包括在支承体4的前端部内周面(具体而言圆筒部411前端的内周面)上沿周向等间隔配置的四个磁轴承。各磁轴承6包括：轭铁61，两端形成有磁极部6a、6b，剖面大致呈コ形；以及线圈62，缠绕在该轭铁61的磁极部6a、6b上。磁极部6a、6b的前端上形成有圆弧状凹部，所述圆弧状凹部的曲率与转动轴3的外周面的曲率大致相同，磁极部6a、6b的前端面与转动轴3的外周面相对配置。另外，设置有前端侧的磁轴承6的圆筒部411前端的内周面形成为：以使前端侧的磁轴承6的磁极部6a、6b的前端与其他的内周面处于大致同一个面上的方式内径变大。

此外，后端侧的磁轴承7在后端侧，在径向上非接触地支承转动轴3，后端侧的磁轴承7包括磁极部7a、7b，磁极部7a、7b设置在支承体4的内周面上并与转动轴3的外周面相对。所述后端侧的磁轴承7设置在辊主体2的外部，且位于比磁通产生机构5更靠后端侧的位置。将后端侧的磁轴承7设置在辊主体2的外部是因为：后端侧的磁轴承7设置在支承体4的内周面上，且磁极部7a、7b与转动轴3的外周面相对设置，而不是与辊主体2的内周面相对设置。

具体地说，如图1所示，后端侧的磁轴承7包括在支承体4(凸缘部)的内周面上沿周向等间隔配置的四个磁轴承。各磁轴承与前端侧的磁轴承6相同，包括：轭铁71，两端形成有磁极部7a、7b且剖面大致呈コ形；以及线圈72，缠绕在该轭铁71的磁极部7a、7b上。

另外，在前端侧的磁轴承6和后端侧的磁轴承7之间设置有例如滚动轴承或滑动轴承等保护轴承12，保护轴承12用于在磁轴承6、7因停电等停止时应急性地支承转动轴3。

<本实施方式的效果>

按照如上所述结构的本实施方式的感应发热辊装置100，由于利用磁轴承6、7支承转动轴3，所以不会产生使用滚动轴承时的消耗等，能够显著延长轴承的寿命。此外，由于在辊主体2上设置有封入了气液两相的热介质的夹套室21A，所以可以使辊主体2的轴向的温度均匀。此外，由于设置了夹套室21A，所以即使在轴向上使磁轴承6、7变大也可以使温度保持均匀，因此可以在轴向上使磁轴承6、7变大，从而可以提高转动轴3和辊主体2的支承稳定性。此外，因为磁轴承6、7以所谓在径向上朝内的方式支承转动轴3，因此可以不考虑辊主体2和磁轴承6、7的配置关系地配置磁轴承6、7。特别是将后端侧的磁轴承7配置在辊主体2的外部等，使前端侧的磁轴承6和后端侧的磁轴承7之间的距离变大，能够进一步提高支承稳定性。

<其他变形实施方式>

另外，本发明不限于所述实施方式。

例如，在所述实施方式中，支承体4在轴向上具有一个磁通产生机构5，所述磁通产生机构5以夹在前端侧的磁轴承6和后端侧的磁轴承7之间的方式配置，但是如图3所示，也可以使支承体4在轴向上具有两个磁通产生机构5，并将前端侧的磁轴承6配置在所述的两个磁通产生机构5之间。

此外，磁通产生机构5不限于两个，也可以在轴向上设置三个以上。

此外，所述实施方式的磁轴承是在轴向上配置了前端侧的磁轴承6和后端侧的磁轴承7两处磁轴承，但是也可以在轴向上配置三处以上的磁轴承。

另外，所述实施方式的后端侧的磁轴承7，在辊主体2的外部配置在比驱动电动机8更靠前端侧的位置，即配置在辊主体2和驱动电动机8之间，但是，如图4所示，也可以将所述后端侧的磁轴承7配置在比驱动电动机8更靠后端侧的位置，具体而言配置在驱动电动机8和温度检测装置(旋转传感器(回転トランス))RTS之间。

此外，在所述实施方式中，使辊主体2和转动轴3为一体，使辊主体2和转动轴3之间不会因转动而产生晃动，但是，也可以采用锥嵌合等方式，通过连接件连接辊主体2和转动轴3。

此外，本发明不限于所述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内当然可以进行各种变形。

工业实用性

按照本发明，可以确保辊主体的温度均匀性，并且可以提高磁轴承的支承稳定性。

Claims (4)

1.一种感应发热辊装置，其特征在于包括：

有底圆筒状的辊主体，具有夹套室，该夹套室封入有气液两相的热介质并在轴向上延伸设置；

转动轴，以沿着所述辊主体的转动中心轴的方式设置在所述辊主体的底部中央部；

支承体，内部插入有所述转动轴，并且设置有磁通产生机构，该磁通产生机构配置在所述辊主体和所述转动轴之间的空洞内，该磁通产生机构包括圆筒状铁芯和缠绕在该圆筒状铁芯上的感应线圈；以及

径向磁轴承，具有设置在所述支承体的内周面上并与所述转动轴的外周面相对的磁极部，所述径向磁轴承在前端侧和后端侧在径向上非接触地支承所述转动轴，

所述前端侧的径向磁轴承配置在所述辊主体的内部，所述后端侧的径向磁轴承配置在所述辊主体的外部，

所述径向磁轴承由在两端形成有磁极部且剖面呈コ形的轭铁和缠绕在该轭铁的磁极部上的线圈构成，在所述磁极部的前端上形成有圆弧状凹部，所述圆弧状凹部的曲率与所述转动轴的外周面的曲率相同，所述磁极部的前端面与所述转动轴的外周面相对配置。

2.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，所述辊主体与所述转动轴是一体的。

3.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，所述前端侧的径向磁轴承和所述磁通产生机构以在轴向上不重叠的方式设置。

4.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，在所述支承体的设置有所述径向磁轴承的部分上形成有冷却流体通道，冷却流体在该冷却流体通道中流通。