CN109494919A - 电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备在旋转轴以高速旋转的情况下有效地抑制异物的侵入的油封的电动机。电动机包括：相对构件，其包含与旋转轴相对的部分；密封构件，其具有弹性；以及环状构件，其支承密封构件。在旋转轴的外周面配置有磁体。在环状构件的内周面配置有线圈单元。在旋转轴旋转时，在磁力的作用下，环状构件向与旋转轴相同的朝向旋转。密封构件与环状构件一起以小于旋转轴的转速的转速进行旋转。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及一种抑制异物侵入的电动机。

背景技术

电动机存在有在异物飞散的环境下被使用的情况。例如，机床的主轴头配置于加工工件的加工室。主轴头在进行了切削时产生的切屑以及切削液等异物飞散的环境下被使用。主轴头包含使主轴旋转的电动机。在异物侵入电动机的内部时，可能导致绕线产生绝缘不良、或轴承的功能受损。

电动机包括：转子，其包含与其他构件连结的旋转轴；以及壳体，其包围转子。旋转轴绕旋转轴线旋转。由于在壳体无法固定旋转轴，因此，电动机优选具备抑制异物自壳体与旋转轴之间侵入内部的机构。

以往，讨论有抑制异物经由旋转轴与壳体之间而侵入的构造。在以往的技术中，公知有一种在旋转轴与壳体之间配置油封的构造(例如，日本特开2004－36798号公报)。油封固定于壳体并以油封的顶端的唇部与旋转轴的外周面进行滑动的方式形成。

而且，公知有一种具备密封结构的电动机，该密封结构在旋转轴以低速旋转的情况下具有油封的功能，在旋转轴以高速旋转的情况下具有迷宫式密封件的功能(例如，日本特开平7－55012号公报和日本特开平9－28053号公报)。

而且，除油封和迷宫式密封件以外，作为抑制壳体的内部的液体向外部流出的构造，公知有机械式密封件(例如，日本特开2013－96568号公报)。

发明内容

发明要解决的问题

通过在壳体与旋转轴之间配置油封，能够抑制异物自旋转轴与壳体之间侵入。然而，油封在旋转轴进行旋转的过程中始终与旋转轴接触。因此，例如在旋转轴以超过每分钟8000转的高速进行旋转的情况下，存在与旋转轴接触的部分因摩擦而发热的情况。此外，存在与旋转轴接触的部分磨损的情况。该结果，可能导致油封的密闭性能下降、油封经年劣化。

考虑有代替油封而采用以通过缩小构件彼此之间的间隔而使空气难以流动的方式形成的迷宫式密封件的方法。然而，虽然迷宫式密封件的供空气流通的流路狭窄，但由于存在空气的流路，因此，存在密闭性能较差的问题。特别是，在旋转轴以低速进行旋转的情况或旋转轴停止的情况下，存在密闭性能降低的问题。

用于解决问题的方案

本发明的一技术方案为一种电动机，该电动机包括包含旋转轴的转子和支承旋转轴的壳体。电动机包括固定于壳体并包含与旋转轴相对的部分的相对构件。电动机包括具有弹性并形成为环状的密封构件和支承密封构件的环状构件。密封构件的径向上的内侧的端部与旋转轴接触，密封构件的径向上的外侧的端部与相对构件接触。环状构件形成为，绕与旋转轴相同的旋转轴线旋转。在旋转轴的外周面配置有产生磁性的第1磁性产生构件。在环状构件的内周面以与第1磁性产生构件相对的方式配置有产生磁性的第2磁性产生构件。第1磁性产生构件和第2磁性产生构件形成为，在旋转轴旋转时在磁力的作用下环状构件向与旋转轴相同的朝向旋转。密封构件以小于旋转轴的转速的转速与环状构件一起进行旋转。

也可以是，第1磁性产生构件为在周向上互相分开配置的多个永磁体，第2磁性产生构件为以与永磁体相对的方式在周向上互相分开配置的多个线圈单元。

也可以是，线圈单元包含卷绕导线而成的线圈和连接于所述导线的电阻元件。

也可以是，该电动机包括第1轴承，该第1轴承以支承旋转轴的端部的方式形成，并支承于壳体，以及第2轴承，其支承于壳体，该第2轴承与第1轴承呈同轴状配置，环状构件固定于第2轴承的内圈，第2轴承的内圈、环状构件以及密封构件一体旋转。

发明的效果

根据本发明的一技术方案，能够提供一种具备在旋转轴以高速旋转的情况下有效地抑制异物的侵入的油封的电动机。

附图说明

图1是实施方式的电动机的端部的剖视图。

图2是实施方式的电动机的概略主视图。

图3是实施方式的电动机的密封构件的局部的放大剖视图。

图4是实施方式的密封构件的立体图。

图5是环状构件的概略立体图。

图6是配置于环状构件的内表面的线圈单元的概略俯视图。

图7是说明旋转轴以及密封构件的表面的速度的放大俯视图。

具体实施方式

参照图1至图7，说明实施方式的电动机。本实施方式的电动机在异物飞散的环境下被使用。本实施方式的电动机配置于通过使工具相对于工件相对移动从而对工件进行加工的机床。机床包含使供工具安装的主轴旋转的主轴头。本实施方式的电动机配置于主轴头。

主轴头配置于机床的加工室。在主轴头的周围存在对工件进行了切削时产生的切屑以及喷射到加工室的切削液的液滴等异物。本实施方式的电动机具有抑制这些异物侵入电动机的内部的构造。

图1是本实施方式的电动机的顶端的部分的概略剖视图。图2是本实施方式的电动机的顶端的部分的概略主视图。图1和图2表示在旋转轴连结其他的构件的一侧的端部。另外，在图2中，对密封构件41附加有阴影。电动机1包括转子11和定子12。定子12例如具有定子芯和线圈16，该定子芯由在轴向上层叠的多个磁性钢板形成。转子11具有旋转轴13和转子芯17，该转子芯17固定于旋转轴13的外侧并具有多个磁体。旋转轴13与传递旋转力的主轴等其他的构件连结。

旋转轴13绕旋转轴线RA旋转。本实施方式的轴向表示旋转轴13的旋转轴线RA所延伸的方向。本实施方式的径向表示以旋转轴线RA为中心的圆的半径方向。本实施方式的周向表示以旋转轴线RA为中心的圆的圆周方向。而且，在电动机1中，将旋转轴13与其他的构件连结的一侧称作前侧。而且，将与前侧相反的一侧称作后侧。在图1所示的例子中，箭头81表示电动机1的前侧。

电动机1包含配置于前侧的部分的壳体21。壳体21以包围转子11的方式形成为筒状。在壳体21固定有定子12。壳体21包含支承第1轴承14的支承构件25。壳体21借助轴承14将转子11支承为能够旋转。轴承14将旋转轴13的前侧的端部支承为能够旋转。

图3中表示配置有密封构件的部分的放大剖视图。第1轴承14为用于使旋转轴13旋转的轴承。第1轴承14包含外圈31、内圈32以及配置于外圈31与内圈32之间的滚珠33。内圈32与旋转轴13一起旋转。壳体21的支承构件25对轴承14的外圈31进行支承。

本实施方式的电动机1包括具有与旋转轴13相对的部分的相对构件22。本实施方式的相对构件22固定于壳体21。相对构件22形成为板状。相对构件22以包围旋转轴13的方式形成为环状。本实施方式的相对构件22利用粘接剂固定于壳体21，但并不限定于该方式，相对构件也可以利用螺栓等紧固构件固定于壳体。

相对构件22具有作为与旋转轴13的外周面相对的部分的相对部22a。相对部22a形成为面状。相对部22a以与旋转轴13的外周面平行地延伸的方式形成。即，旋转轴13的外周面与相对部22a的内周面之间的间隔在周向上恒定。

本实施方式的相对构件形成为板状，但并不限定于该方式。相对构件能够以具有与旋转轴相对的部分的方式由任意的形状形成。而且，相对构件的相对部还可以在按压密封构件的方向上具有弹性。

图4中表示本实施方式的密封构件的立体图。参照图2至图4，在夹在相对构件22与旋转轴13之间的区域配置有作为油封的密封构件41。密封构件41由具有弹性的构件形成。密封构件41形成为环状。密封构件41具有基部41a、自基部41a朝向旋转轴13的外周面延伸的内侧唇部41b以及自基部41a朝向相对部22a延伸的外侧唇部41c。内侧唇部41b与旋转轴13的外周面进行滑动。外侧唇部41c与相对构件22的相对部22a的表面进行滑动。

内侧唇部41b和外侧唇部41c以在径向上变形的方式具有弹性。内侧唇部41b和外侧唇部41c例如能够由丁腈橡胶或氟橡胶等橡胶形成。内侧唇部41b在弹性力的作用下按压于旋转轴13。外侧唇部41c在弹性力的作用下按压于相对构件22的相对部22a。

密封构件能够具有具备内侧唇部和外侧唇部的任意的结构。例如，还可以在密封构件41的基部41a的内部配置有用于维持基部41a的形状的金属环。而且，也可以在内侧唇部41b和外侧唇部41c以朝向所接触的构件被按压的方式包含弹簧。

本实施方式的密封构件41以与旋转轴13的旋转轴线RA呈同轴状旋转的方式形成。电动机1包含作为用于使密封构件41旋转的轴承的第2轴承44。第2轴承44与第1轴承14呈同轴状配置。轴承44包含外圈45、内圈46以及配置于外圈45与内圈46之间的滚珠47。轴承44的外圈45固定于支承构件26。支承构件26固定于支承构件25。轴承44借助支承构件26支承于壳体21。

电动机1包含固定于第2轴承44的环状构件42。环状构件42固定于轴承44的内圈46。环状构件42以绕与旋转轴13相同的旋转轴线RA旋转的方式形成。密封构件41的基部41a固定于环状构件42。密封构件41与环状构件42以及轴承44的内圈46一体旋转。

本实施方式的电动机1包括使密封构件41绕旋转轴线RA旋转的驱动机构。驱动机构包含配置于旋转轴13的外周面的第1磁性产生构件。第1磁性产生构件形成为用于产生磁性。而且，驱动机构包含配置于环状构件42的内周面的第2磁性产生构件。第2磁性产生构件形成为用于产生磁性。第2磁性产生构件以与第1磁性产生构件相对的方式配置。

本实施方式的驱动机构在磁力的作用下使密封构件41旋转。驱动机构向与旋转轴13相同的朝向使环状构件42旋转。驱动机构形成为利用小于旋转轴13的转速的转速使环状构件42旋转。

本实施方式的第1磁性产生构件包含配置于旋转轴13的外周面的多个磁体51。本实施方式的磁体51为永磁体。多个磁体51在周向上互相分开地配置。多个磁体51以彼此成为等间隔的方式配置。在本实施方式中，外侧成为S极的磁体51与外侧成为N极的磁体51沿着周向交替配置。即，多个磁体51以相邻的磁体的磁极不同的方式配置。

图5中表示本实施方式的环状构件的概略立体图。参照图3和图5，环状构件42以包围旋转轴13的方式形成为环状。第2磁性产生构件包含配置于环状构件42的内周面的多个线圈单元53。多个线圈单元53在周向上互相分开地配置。线圈单元53沿着环状构件42的内周面以等间隔配置。线圈单元53以与配置于旋转轴13的磁体51相对的方式配置。

图6中表示本实施方式的线圈单元的概略主视图。线圈单元53具有卷绕导线而成的线圈54和与导线连接的电阻元件55。本实施方式的线圈单元53以线圈54的平面形状成为四边形的方式形成。电阻元件55连接于线圈54的导线一侧的顶端和另一侧的顶端。

流入线圈54的电流值根据电阻元件55的电阻值而决定。电阻元件55具有调整流入线圈54的导线的电流的大小的功能。线圈单元53并不限定于该方式，能够采用利用线圈能够产生磁性的任意的方式。

本实施方式的密封构件41利用驱动机构在旋转轴13旋转时由于磁力的作用而旋转。参照图2和图3，旋转轴13向箭头83所示的方向旋转。磁体51与旋转轴13一起旋转。磁体51所生成的磁通横跨与磁体51相对的线圈单元53。在线圈单元53的线圈54流入感应电流。而且，自线圈单元53产生由感应电流生成的磁性。利用磁体51所产生的磁性和线圈单元53所生成的磁性的作用，在线圈单元53上作用有磁力。磁力向磁体51移动的方向发挥作用。其结果，环状构件42向与旋转轴13旋转的方向相同的方向旋转。而且，如箭头84所示，固定于环状构件42的密封构件41与环状构件42一起旋转。

在密封构件41旋转时，内侧唇部41b在旋转轴13的外周面上滑动。而且，外侧唇部41c在相对部22a上滑动。这样，由于密封构件41与旋转轴13的外周面和相对构件22的相对部22a接触并且进行旋转，由此，能够维持壳体21的内部的密闭。换言之，利用密封构件41能够形成旋转轴13的周围的密闭构造。能够抑制异物自壳体21与旋转轴13之间的部分侵入电动机1的内部。

驱动机构以使密封构件41的转速(角速度)慢于旋转轴13的转速(角速度)的方式形成。密封构件41的转速能够通过变更线圈单元53的电阻元件55进行调整。通过选定电阻值较大的电阻元件55，能够减小流入线圈54的电流值。能够减小由线圈单元53产生的磁通密度。其结果，能够减小密封构件41的转速。

另一方面，通过选定电阻值较小的电阻元件55，能够增大密封构件41的转速。即，电阻元件55的电阻值越小，则越能够使密封构件41的转速接近旋转轴13的转速。这样，由于线圈单元53包含电阻元件55，因此，通过选定具有适当的电阻值的电阻元件55，能够以期望的转速使密封构件41旋转。

接着，详细说明密封构件的转速。图7是本实施方式的旋转轴、密封构件以及相对构件的放大概略主视图。在此例子中，将旋转轴13的转速设为角速度ω1。而且，将密封构件41的转速设为角速度ω2。角速度ω1大于角速度ω2(ω1＞ω2)。旋转轴13具有半径a。密封构件41具有径向上的宽度b。宽度b对应于相对构件22与旋转轴13之间的间隔。

参照图3和图7，以角速度ω1进行旋转的旋转轴13的外周面处的周向上的速度成为aω1。速度aω1由箭头85表示。而且，密封构件41的内侧唇部41b的接触部处的周向上的速度成为aω2。速度aω2由箭头86表示。

在以往技术的油封的构造中，密封构件静止。因此，旋转轴相对于密封构件的唇部的周向上的相对速度成为速度aω1。相对于此，在本实施方式的构造中，旋转轴13相对于内侧唇部41b的周向上的相对速度成为a(ω1－ω2)。本实施方式中的旋转轴13相对于内侧唇部41b的相对速度小于以往技术的油封的唇部的相对速度。即，本实施方式的电动机1能够减小油封与旋转轴进行滑动的部分处的相对速度。因此，在油封中，能够抑制与旋转轴进行滑动的部分的发热和磨损。

接着，密封构件41的外侧唇部41c的接触部的周向上的速度为(a+b)ω2。速度(a+b)ω2由箭头87表示。由于相对构件22静止，因此，该周向上的速度成为外侧唇部41c相对于相对构件22的周向上的相对速度。该速度(a+b)ω2优选小于旋转轴的外周面处的周向上的速度aω1。根据该结构，与以往的油封的唇部的相对速度相比，能够减慢本实施方式的外侧唇部的相对速度。能够抑制密封构件的外侧唇部的发热和磨损。

线圈单元53的电阻元件55的电阻值优选以满足上述的条件的方式选定。即，电动机优选以密封构件的转速小于旋转轴的转速、且外侧唇部的周向上的速度小于旋转轴的表面处的周向上的速度的方式形成。

而且，配置于旋转轴13的磁体51所产生的磁通密度、磁体51的个数、磁体51彼此之间的间隔、线圈54的大小、线圈54的形状、线圈54的匝数、线圈单元53彼此之间的间隔等优选以满足上述的条件的方式选定。

这样，本实施方式的电动机1能够在密封构件41的内侧唇部41b以及外侧唇部41c使相对速度小于以往技术的油封的唇部的相对速度。因此，能够抑制密封构件的唇部处的发热以及磨损。本实施方式的电动机能够长时间地维持密封构件的可靠性。

特别是，在旋转轴以高速进行旋转时，容易产生密封构件的发热以及劣化。因此，本实施方式的密闭结构适用于旋转轴以高速进行旋转的电动机。作为高速旋转的电动机，能够例示旋转轴13的转速为8000rpm以上的电动机。

在此，使机床的主轴旋转的主轴电动机以高速进行旋转。而且，包含主轴电动机的主轴头配置于异物飞散的加工室的内部。主轴头需要防止异物侵入电动机的内部的构造。因此，具有本发明的密闭结构的电动机适用于机床的主轴电动机。

而且，电动机的转速的上限值依赖于密封构件的材质。对各个密封构件确定了转速的上限值。而且，转速的上限值还依赖于电动机的旋转轴的直径。本实施方式的电动机能够抑制密封构件的发热和磨损，因此，能够以大于以往技术的电动机的转速的上限值的转速使旋转轴旋转。

在本实施方式的电动机中，在利用了线圈的感应电流的电磁力的作用下，密封构件旋转。作为使用了磁力的驱动机构，并不限定于该方式，能够采用利用了磁力的任意的方式。本实施方式的第1磁性产生构件为多个永磁体，第2磁性产生构件为多个线圈单元，但并不限定于该方式。第1磁性产生构件和第2磁性产生构件能够采用以环状构件旋转的方式产生磁性的任意的构件。例如，作为第1磁性产生构件能够在旋转轴的外周面以外侧成为N极的方式配置多个永磁体，作为第2磁性产生构件能够在环状构件的内周面以内侧成为S极的方式配置多个永磁体。根据该结构，也能够伴随着旋转轴的旋转使密封构件旋转。而且，还可以在旋转轴和环状构件中的至少一者作为磁性产生构件而配置有电磁体。

在本实施方式的线圈单元53中，在线圈54的导线连接有电阻元件55，但并不限定于此。还可以在线圈单元不配置电阻元件，而使用具有电阻的导线作为构成线圈的导线。

另外，本实施方式的线圈单元53的电阻元件55的电阻值未产生变化，但并不限定于该方式。作为电阻元件，能够采用能够使电阻值变化的可变电阻器。通过使可变电阻器的电阻值变化，能够调整密封构件的转速。例如，在电动机的组装工序中，能够以密封构件在设计时所设定的转速下进行旋转的方式调整可变电阻器的电阻值。

另外，能够采用能够根据来自外部的信号使电阻值变化的可变电阻器。根据该结构，在组装电动机之后，也能够容易地调整密封构件的转速。在使密封构件以高速旋转的情况下，能够减小电阻值。例如，能够根据工件的加工内容设定工具以及主轴电动机的转速。而且，能够与主轴电动机的转速相对应地调整密封构件的转速。

本实施方式的电动机为使机床的主轴旋转的电动机，但并不限定于该方式。本发明能够应用于配置在异物可能侵入的环境中的任意的电动机。

上述的实施方式能够适当组合。在上述的各个附图中，对相同或相等的部分标注相同的附图标记。另外，上述的实施方式为例示，并不用于限定发明。而且，在实施方式中，包含有技术方案的范围所示的实施方式的变更。

Claims (4)

1.一种电动机，其中，

该电动机包括：

转子，其包含旋转轴；

壳体，其支承所述旋转轴；

相对构件，其固定于所述壳体，该相对构件包含与所述旋转轴相对的部分；

密封构件，其具有弹性，并形成为环状；以及

环状构件，其支承所述密封构件，

所述密封构件的径向上的内侧的端部与所述旋转轴接触，所述密封构件的径向上的外侧的端部与所述相对构件接触，

所述环状构件形成为，绕与所述旋转轴相同的旋转轴线旋转，

在所述旋转轴的外周面配置有产生磁性的第1磁性产生构件，

在所述环状构件的内周面以与所述第1磁性产生构件相对的方式配置有产生磁性的第2磁性产生构件，

所述第1磁性产生构件和所述第2磁性产生构件形成为，在所述旋转轴旋转时在磁力的作用下所述环状构件向与所述旋转轴相同的朝向旋转，

所述密封构件以小于所述旋转轴的转速的转速与所述环状构件一起进行旋转。

2.根据权利要求1所述的电动机，其中，

所述第1磁性产生构件为在周向上互相分开配置的多个永磁体，

所述第2磁性产生构件为以与所述永磁体相对的方式在周向上互相分开配置的多个线圈单元。

3.根据权利要求2所述的电动机，其中，

所述线圈单元包含卷绕导线而成的线圈和连接于所述导线的电阻元件。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电动机，其中，

该电动机包括第1轴承，该第1轴承以支承所述旋转轴的端部的方式形成，并支承于所述壳体，以及

第2轴承，其支承于所述壳体，该第2轴承与所述第1轴承呈同轴状配置，

所述环状构件固定于所述第2轴承的内圈，

所述第2轴承的内圈、所述环状构件以及所述密封构件一体旋转。