JP2023116401A - モータ主軸 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータ軸線３に沿って延在するとともに、第１の磁石系９と、第１の連結装置保持部１１と、第２の連結装置保持部１２とを有する、スリーブ状のステータ２と、ロータ軸線６に沿って延在するロータシャフト５と、第２の磁石系１０と、第１の連結装置部分４１と、第２の連結装置部分４２とを有する、ロータ４と、を備える、加工工具を駆動するモータ主軸１において、ロータの高精度で再現可能な交換を可能にする。【解決手段】変位距離１４の全体にわたって、内輪６２の第１の軸方向を向いた面６６と第２の連結装置部分４２との間に第１の間隔５８が存在し、第１の軸方向を向いた面６６から離反する側に位置する、内輪６２の第２の軸方向を向いた面６７と第２の第２の連結装置部分４２との間に第２の間隔５９が存在する。【選択図】図５

Description

本発明は、加工工具を駆動するモータ主軸であって、ステータ軸線に沿って延在するとともに、第１の磁石系と、第１の連結装置保持部と、第２の連結装置保持部とを有する、スリーブ状のステータと、ロータ軸線に沿って延在するロータシャフトと、第２の磁石系と、第１の連結装置部分と、第２の連結装置部分とを有する、ロータと、を備え、第１の連結装置部分は、第１の連結装置保持部に固定されるように構成されていて、軸方向の固定側軸受として構成された第１の回転軸受でもって、ロータ軸線を中心に回転自在にロータに支持されていて、第２の連結装置部分は、第２の連結装置保持部に固定されるように構成されていて、軸方向の自由側軸受として構成された第２の回転軸受でもって、ロータ軸線を中心に回転自在にロータシャフトに支持されていて、第２の回転軸受は、ロータシャフト上に固定された内輪と、内輪に対して同軸に配置されるとともに第２の連結装置部分に固定された外輪とを有し、外輪は、内輪と共に、円環状の軸受間隙を画定し、軸受間隙には、複数の転動体が収容されていて、第２の連結装置部分は、ロータ軸線に対して平行に、変位距離に沿って第１の機能位置と第２の機能位置との間を軸方向移動可能にロータシャフトに保持されている、モータ主軸に関する。

独国特許出願公開第１０２０１１１１６７０３号明細書において、モータ駆動式の工作機械ユニット、特にモータ主軸が公知である。工作機械ユニットは、回転軸線を中心に回転自在のロータシャフトを有するロータユニットを備え、この場合、少なくとも組み外された状態で、ロータユニットは、工具保持部及び／又は工作物保持部の端部領域に配置された少なくとも１つの第１の軸受ユニットと、組み付けられた状態でステータユニット内でロータシャフトを支持するための、逆向きに向けられた端部領域に配置された第２の軸受ユニットとを有し、この場合、第２の軸受ユニットは、ロータシャフトの自由側軸受として構成されていて、この場合、組み付けられた状態で自由側軸受の緊締を解除する少なくとも１つの緊締解除装置が設けられている。

独国特許出願公開第１０２０１１１１６７０３号明細書

本発明の課題は、ロータの高精度で再現可能な交換を可能にするモータ主軸を提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴を有する、冒頭で述べた形態のモータ主軸において解決される。この場合、変位距離の全体にわたって、内輪の第１の軸方向を向いた面と第２の連結装置部分との間に第１の間隔が存在し、第１の軸方向を向いた面から離反する側に位置する、内輪の第２の軸方向を向いた面と第２の第２の連結装置部分との間に第２の間隔が存在する、ことが想定されている。したがって、ロータシャフトに対する、第１の機能的位置と第２の機能的位置との間の調整距離に沿って移動可能である第２の連結装置部分の相対的な位置にかかわらず、常に、内輪の第１の軸方向を向いた面と第２の連結装置部分との間と、内輪の第２の軸方向を向いた面と連結装置部分との間との両方で、それぞれ、第１の間隔又は第２の間隔によって設定される第１の空隙又は第２の空隙が存在する、ことが想定されている。第１の間隔と第２の間隔との両方は、常に、変位距離の全体に沿って、ゼロよりも大きい値を有する。この特性によって、モータ主軸の作動中、第２の連結装置部分と第２の回転軸受の内輪との間に、第２の回転軸受の損傷を招いてしまうこともある接触が生じないことが保証される。さらに、この特性によって、ロータが取り外された状態で、第２の回転軸受が不意に分解され得ないことが保証される。

ステータ内にロータを組み付けるために、第１の連結装置部分が第１の連結装置保持部に保持され、そこで固定されるので、軸方向の固定側軸受として構成された第１の回転軸受が第１の軸受箇所でステータに対するロータシャフトの回転支持を保証する、ことが想定されている。

軸受スリーブとも称される第２の連結装置部分が軸受座とも称される第２の連結装置保持部に固定されるので、軸方向の自由側軸受として構成された第２の回転軸受がロータシャフトに対する第２の軸受箇所を形成する、ことが想定されている。軸方向の固定側軸受としての第１の回転軸受の構成と、軸方向の自由側軸受としての第２の回転軸受の構成とによって、ステータとロータとの異なる膨張を招いてしまうことがある、モータ主軸の作動中に生じる熱影響を、第２の回転軸受における変位によって補償できること、そして第１の回転軸受及び第２の回転軸受への所望されない力の導入がもたらされない、ことが達成される。

例えば、第１の回転軸受は、複数の転がり軸受、好ましくは複数の玉軸受、特に複数のアンギュラ玉軸受の集合体として構成されていて、この場合、ころ軸受は、特に好ましくはアンギュラ玉軸受としてＯ型配列で配置可能である。

第２の回転軸受は、軸方向の自由側軸受として構成されているので、ステータとロータとの異なる熱膨張を、第２の連結装置部分に固定された外輪に対する、ロータシャフト上に固定された内輪の軸方向の変位によって補償できる。この場合、第２の回転軸受の内輪と外輪との間の環状の軸受間隙内に配置された転動体は、内輪と外輪との間の軸方向の相対移動にも適合されている、ことが想定されている。好適には、ロータ軸線に沿って第２の連結装置部分が第１の機能位置と第２の機能位置との間を移動できる変位距離は、第２の回転軸受の構成によって決定される、転動体が軸受間隙から退出する前に外輪が内輪に対して移動できる最大変位距離よりも小さく選択されている、ことが想定されている。さらに、安全マージンが設けられた変位距離は、モータ主軸の特定の作動時に生じ得る、ロータとステータとの間の最大の膨張差よりも大きい、ことが想定されている。

好適には、内輪が、円筒形に、場合によっては円錐の内周面を有して形成されていて、第１の軸方向の端面と称されてもよい、内輪の第１の軸方向を向いた面と、第２の軸方向の端面と称されてもよい、内輪の第２の軸方向を向いた面とは、それぞれ、円環状に形成されている、ことが想定されている。特に好適には、第１の軸方向を向いた面は、ロータシャフトのロータ軸線に対して横方向に整列された第１の軸方向を向いた平面内に配置されていて、第２の軸方向を向いた面は、同様にロータシャフトのロータ軸線に対して横方向に整列された第２の軸方向を向いた平面内に配置されているので、両軸方向を向いた平面は、互いに対して平行に整列されている、ことが想定されている。

さらに、第１の機能位置と第２の機能位置との間の変位距離の全体にわたって、内輪の第１の軸方向を向いた面と第２の連結装置部分との間の第１の間隔と、内輪の第２の軸方向を向いた面と第２の連結装置部分との間の第２の間隔との両方がなくならない、ことが想定されている。その意味することによれば、軸方向で、第１の軸方向を向いた面と第２の軸方向を向いた面との両方に関して、第２の連結装置部分と内輪との間に、常に、第１の又は第２の空隙が存在し、したがって、第２の連結装置部分と内輪との間に接触が存在しない。

例えば、第２の連結装置部分は、ロータシャフトのロータ軸線に対して少なくとも本質的に回転対称に構成されていて、ロータ軸線を含む断面でＵ字形の成形輪郭を有し、これにより、径方向内方へ開いた周方向溝が形成され、周方向溝には、第２の回転軸受の外輪が力接続式に及び／又は形状接続式に保持される、ことが想定されている。

好適には、連結装置部分は、環状の２つの単一部分から構成されていて、これらの部分は、軸方向に互いに結合されていて、これにより、周方向溝において外輪の収容が可能となる。

本発明の有利な発展形態は、従属請求項の対象である。

有利には、第２の連結装置部分の外側表面に、特に径方向内方へ凹設された少なくとも１つのロック体凹部が形成されていて、第２の連結装置保持部には、内周面に、特に一定の角度ピッチで配置された複数のロック体が設けられていて、ロック体は、特に径方向外側に位置する解放位置と特に半径方向内側に位置するロック位置との間で調整可能であり、ロック位置では、ロック体凹部に形状接続式に係合するように構成されている。ステータの第２の連結装置保持部に属する少なくとも１つのロック体と、ロータに属する第２の連結装置部分の外側表面におけるロック体凹部との間の相互作用によって、第２の連結装置保持部における第２の連結装置部分の特に軸方向の固定をもたらすことができる。好ましくは、両連結装置保持部と両連結装置部分とは、ロータとステータとの連結が、第１の連結装置保持部における第１の連結装置部分のロック体と第２の連結装置保持部における第２の連結装置部分のロック体とによって保証されるように、構成されている。そのために、有利には、少なくとも１つのロック体又は複数のロック体は、径方向外側に位置する解放位置と径方向内側に位置するロック位置との間で調整できる。好適には、少なくとも１つのロック体又は複数のロック体は、ロック位置で、特にロータのロータ軸線の方へ向けられた、径方向内向きのロック力を、ステータの第２の連結装置保持部からロータの第２の連結装置部分へと伝達できる、ことが想定されている。特に有利には、第２の連結装置部分における垂直力と称されてもよい、各々のロック体から及ぼされるロック力に基づいて、径方向内向きに向けられた力成分と、ロータ軸線に沿って軸方向に向けられた力成分との両方がロータに加えられる。これにより、ロータは、径方向と軸方向との両方で確実にステータに固定される。

好適には、ロック体は、ロック位置で、特にロック体凹部の傾斜面だけに当接し、傾斜面は、ロータ軸線に対して鋭角に向けられていて、これによりロータ軸線に沿ってロック位置の方へ向けられた軸方向のロック力が、第２の連結装置保持部から第２の連結装置部分に導入される、ことが想定されている。ロック体凹部は、選択的に、局所的に制限された孔として又は周方向に延在する溝として、第２の連結装置部分の外周面に形成され得る。ステータにロータを確実にロックするために、ロック体凹部が傾斜面を有し、傾斜面にロック体がロック位置で当接する、ことが重要である。この場合、傾斜面は、特に、ロック体とロック体凹部との間の接触面に一致してよい。接触面又は傾斜面について、接触面又は傾斜面がロータ軸線に対して鋭角に向けられているという条件を満たさなければならない、ことが重要である。このことは、ロック体と、傾斜面と、両連結装置保持部と、これに割り当てられた連結装置部分の幾何学的形状について考慮されるべき公差に鑑みて、有利には、ロック体とロック体凹部との間の接触が可能である接触領域の全体がロータ軸線に対して鋭角を成すことによって実現できる。ロック体が、径方向内向きにロータ軸線の方へ向けられていて、好ましくはロータ軸に対して横方向に延在するロック力を傾斜面に及ぼすと仮定すると、傾斜面の向きに基づいて、径方向内向きに向けられた力成分とロータ軸に対して平行に向けられた別の力成分との、このロック力の分割が生じる。これにより、ステータにおけるロータの所望の径方向及び軸方向のロックが保証される。

ロック体の代替的な一実施形態では、ロック体は、それぞれ解放位置とロック位置との間でロック経路に沿って調整可能であり、この場合、ロック経路は、ロータ軸に対して鋭角に向けられている、ことが想定されている。好適には、この場合、第２の連結装置保持部に収容された複数のロック体のロック経路が、部分円錐状に成形された包絡面上に配置されている、ことが想定され得る。

本発明の別の実施形態では、第２の連結装置保持部の内側表面と第２の連結装置部分の外側表面とが、少なくとも部分的に幾何学的に類似して、特にそれぞれ部分円錐側面状に形成されていて、これにより径方向にもロータ軸線に沿っても向けられたロック方向で、第２の連結装置保持部内での第２の連結装置部分の形状接続式の保持が保証される。第２の連結装置保持部及び第２の連結装置部分のこのような幾何学的形状によって、一方では、第２の連結装置保持部に対する第２の連結装置部分の高精度のセンタリングをもたらすことができる。他方では、第２の連結装置部分と第２の連結装置部分とがそれぞれ部分的に有する円錐形状によって、第２の連結装置保持部からの第２の連結装置部分の有利な分解動作が補助される。このことは、既に第２の連結装置保持部に対する第２の連結装置部分の僅かな軸方向の変位で、対向する、第２の連結装置保持部の内側表面と第２の連結装置部分の外側表面との完全な離脱が生じる、ことに起因する。好適には、部分円錐側面状の表面の円錐角は、１７度から１９度の範囲で設定されていて、これにより、一方では、第２の連結装置保持部と第２の連結装置部分との間の有利なセンタリング作用が実現され、他方では、所望されないセルフロックが回避される。

本発明の一形態では、ロータシャフトに第１のリニアストッパが形成されていて、第１のリニアストッパに、第２の連結装置部分が、第１の機能位置で当接し、ロータシャフトに第２のリニアストッパが形成されていて、第２のリニアストッパに、第２の連結装置部分が、第２の機能位置で当接する、ことが想定されている。第１のリニアストッパ及び第２のリニアストッパの役割は、ロータが取り外された状態で、第２の連結装置部分と、第２の連結装置部分に収容された、第２の回転軸受の外輪との軸方向の摺動を、所定の変位距離に制限することにある。この場合、変位距離は、第２の回転軸受の転動体が内輪と外輪との間の軸受間隙内に留まることが常に保証されるように選択されている。さらに、変位距離は、場合によっては生じるロータとステータとの間の長さ変化によって、第２の連結装置部分が第１の機能位置に又は第２の機能位置に移されないように選択されている。したがって、第２の連結装置部分と第１のリニアストッパと第２のリニアストッパとは、互いに、モータ主軸の作動状態とも称される、ステータ内にロータが組み付けられた状態で、個々の構成要素の全ての公差及び長さの伸長にも鑑みて、第１のリニアストッパと第２のリニアストッパとの両方における第２の連結装置部分の当接が排除されるように、調整されている。

本発明の有利な一発展形態では、第２の連結装置保持部は、相対移動可能に、特に直線移動可能にステータ軸線に沿って変位可能なロック体ガイドを有し、ロック体ガイドには、ガイド用空所が設けられていて、ガイド用空所に、ロック体が、ステータ軸線に対して横方向に移動可能に収容されてていて、ロック体ガイドは、ガイドスリーブに移動可能に支持されていて、ガイドスリーブには、制御面が設けられていて、制御面は、ガイドスリーブに対するロック体ガイドの相対移動によって径方向にロック体の変位がもたらされるように、ロック体の移動を制御するように構成されている。したがって、ロック体ガイドの役割は、一方では、個々のロック体の相対運動について同期を保証することであり、この場合、ロック体は、そのために、ロック体ガイドのガイド用空所に収容されている。この場合、ガイド用空所は、ステータ軸線に沿ってロック体ガイドが相対移動するとき、ロック体が少なくともほとんど遊びなく、ひいてはロック体ガイドの相対移動に対して同期して移動するように、寸法設定されている。ロック体の径方向の位置決めは、ガイド用空所によってではなく、むしろ制御面によって行われ、制御面には、ロック体が好ましくは半径方向外側に位置する端部領域でもって当接し、この場合、この制御面は、ガイドスリーブに形成されている。ロック体ガイドは、相対移動可能に、特に直線移動可能にガイドスリーブに収容されているので、ガイドスリーブに対してロック体ガイドが変位するとき、制御面に沿ったロック体ガイドの転動運動又は摺動運動が生じ、これにより、ロック体の径方向位置を変更できる。

有利には、ガイドスリーブは、軸方向の一方の側で開いた円環状の環状空間を有し、ロック体ガイドには、環状プランジャが割り当てられていて、環状プランジャは、軸方向移動可能にシール作用をもって環状空間に収容されているので、環状空間と環状プランジャとは、可変サイズの作業空間を画定し、これにより、ロック体ガイドの軸方向の変位及びロック体の作動のための流体アクチュエータが形成される。環状空間は、ガイドスリーブ内の周方向に延在する溝と称されてもよく、ガイドスリーブは、径方向内側に位置する第１の内壁と、径方向外側に位置する、第１の内壁とは反対側に位置する第２の内壁と、軸方向に向けられた、円環状に形成された底部領域とを有し、この場合、環溝の、軸方向に向けられた開口は、円環状に形成された、例えば正方形又は長方形の断面を有するように実現された環状プランジャによって閉じられる。したがって、この環状プランジャは、環状空間と共に、可変サイズの流体作業空間を形成し、流体作業空間には、圧力が加えられた流体、特に圧縮空気又は作動油が供給され得る。これにより、ガイドスリーブに対する環状プランジャの軸方向の相対移動を伴う、圧力に依存する作業空間の増大をもたらすことができる。環状プランジャのこの軸方向の相対移動中、ロック体ガイドのガイド用空所に収容されたロック体は、ガイドスリーブに形成された制御面の構成に依存して、少なくとも径方向に又は半径方向と軸方向との両方の重畳された相対移動で変位され、これにより、第２の連結装置部分がロックされる又は解放される。

本発明の別の形態では、ロック体ガイドは、第２の連結装置部分に対するロック位置と第２の連結装置部分に対するアンロック位置との間を移動可能にステータに支持されていて、ロック体ガイドは、アンロック位置で、第２の連結装置保持部の内側表面によって設定された、第２の連結装置部分を収容するように構成された連結装置領域に作用し、これにより、第２の連結装置部分が押し退けられる、ことが想定されている。連結装置領域は、ロータがステータに収容されていて、モータ主軸が作動状態にあるときに、第２の連結装置部分が占める空間体積と称されてもよい。特に、連結装置領域は、第２の連結装置保持部に属する閉鎖環の内側表面と、第２の連結装置保持部に属するロック体ガイドの内側表面とによって、径方向外側で画定される。

ロック体ガイドは、アンロック位置で、この連結装置領域に少なくとも部分的に作用するように構成されているので、ロック体ガイドがロック位置からアンロック位置へ移されると、連結装置領域からの第２の連結装置部分の押し退けを及ぼすことができる。これにより、第２の連結装置部分は、ロック体によってロックが既に解消されているが、場合によっては第２の連結装置部分と第２の連結装置保持部との間の静止摩擦が依然として存在する時点で、ステータ軸線に沿ったロック体ガイドの相対移動によって所定の値だけ軸方向に変位され、これにより、第２の連結装置部分と第２の連結装置保持部との間の静止摩擦が解消される、ことが達成される。特に、ガイドスリーブ内の環状空間とロック体ガイドの環状プランジャとから形成される流体アクチュエータによって提供されるべき軸方向力が、解消動作のために使用される。

本発明の有利な発展形態では、ロック体ガイドに、少なくとも１つのばねが割り当てられていて、ばねは、ロック位置の方へロック体ガイドに作用する軸方向力を提供するように構成されている、ことが想定されている。１つのばねによって、又は常にプリロードが掛けられているようにロック体ガイドとステータに形成された支持面との間に配置されたそのような複数のばねの集合体によって、ロック体ガイドが、流体アクチュエータに圧力が加えられていないとき、ロック体ガイドに対するロック位置と同一である有利な位置で保持されることをもたらすことができる。したがって、ばねによってプリロードが掛けられたロック体ガイドは、通常ロック式又は通常閉鎖式と称されてもよい。この場合、このロックの解消は、流体アクチュエータの加圧によって行われる。ばねのプリロード及びロック体ガイドの軸方向の変位に必要なばねの変形エネルギを提供するように、流体アクチュエータが寸法設定されている、かつ流体アクチュエータに、圧力が加えられた流体が供給され得る。

有利には、第２の回転軸受の転動体は、ロータ軸線に対して平行に整列された円筒ころとして構成されていて、第２の回転軸受の内輪に、周方向に延在する環溝が設けられていて、環溝の側壁は、円筒ころを軸方向でガイドするように構成されていて、第２の回転軸受の外輪は、円筒形に形成された内側表面を有し、内側表面に、円筒ころが当接する。この種の回転軸受は、フランジレス外輪を有する円筒ころ軸受とも称され、軸方向の自由側軸受として、ロータシャフトに対する、第２の連結装置部分のための、高い荷重を加えることが可能な回転軸受を実現する。この円筒ころ軸受の所望されない分解を阻止するために、第２の回転軸受の外輪は、第２の連結装置部分に収容されていて、第２の連結装置部分は、第ロータ軸線に沿って１の機能位置と第２の機能位置との間を変位可能であるが、ただし、各々の第１のリニアストッパと第２のリニアストッパとによって、内輪と外輪との間の軸受間隙からの転動体の離脱が阻止されるように、軸方向の変位が制限される。

有利には、第２の連結装置部分の外側表面は、ロック体凹部と共に、ロック体のための押し退け面を形成し、押し退け面は、ロック体ガイドがロック位置からアンロック位置へ軸方向に変位されるときにロック体を径方向外方へ向けて変位させるように構成されている。この押し退け面は、好ましくは、ロック体と、ガイドスリーブに形成された制御面とに適合されていて、ロック体に対して強制ガイドが得られ、その際、ガイドスリーブに対するロック体ガイドのあらゆる軸方向の位置で、各々のロック体の少なくとも本質的に予測可能な径方向及び軸方向の位置決めが保証されるようになっている。例えば、ロック体凹部によって画定される傾斜面が、第２の連結装置部分の円筒形の外側表面に移行し、これにより、ロック体に対して相対的に第２の連結装置部分が軸方向に変位されるとき、傾斜面の幾何学的形状に基づく径方向外方へのロック体の所望の強制変位が保証され、これに続いて、第２の連結装置部分の円筒形の外周面によるロック体の径方向外側の位置決めの確保が保証される。

有利には、第１の磁石系が装着されたステータと、第２の磁石系が装着されたロータとが、同期モータと非同期モータとの群のうちの電動モータを形成し、第１の磁石系と第２の磁石系とは、それぞれ、磁気コイルと短絡コイルと永久磁石との群のうちの少なくとも１つの構成要素を有する。

本発明の有利な実施形態が、図示されている。

モータ主軸の概略斜視図を示す。 図１によるモータ主軸の断面図であって、機能領域が概略的に記入されている。 図１及び図２によるモータ主軸のステータの断面図を示す。 図１及び図２によるモータ主軸用のロータの断面図を示す。 ロータの第２の連結装置部分についてロック位置で第２の連結装置保持部の部分断面図を示す。 第２の連結装置保持部に保持された第２の連結装置部分のアンロック位置において図５による部分断面図を示す。 第２の連結装置保持部に保持された第２の連結装置部分の解放位置において図５による部分断面図を示す。

図１及び図２に示されたモータ主軸１は、加工センタ内で使用するために設けられていて、例えばフライスなどの図示されていない切削工具を緊締する及び回転駆動するのに用いられる。やはり図示されていない加工センタの、図示されていないモータ主軸保持部に連結するために、モータ主軸は、固定環１５を有する。固定環１５によって、モータ主軸１は、高い精度及び／又は再現正確性をもって、モータ主軸保持部に取り付けることができる。

モータ主軸１は、スリーブ状に構成されたステータ２を有し、この場合、ステータ２の略円筒形の幾何学的形状は、ステータ軸線３を設定する。ステータ２内で、図４に詳しく示されたロータ４が、回転自在に収容されている。ロータ４は、ロータシャフト５を有し、ロータシャフト５は、略管状に構成されていて、ロータ軸線６に沿って延在する。図２に示されているように、作動状態で、ロータ４は、ロータ軸線６がステータ軸３と同一となるように、回転自在にステータ２内に収容されている。

図２の描画は、単なる概略的な概観図として用いられ、図２では、モータ主軸１の、全部で５つの異なる機能領域が、記号としての異なる破線の四角で囲んで記入されている。

第１の機能領域は、本質的に、軸方向の固定側軸受である第１の回転軸受７によって設定される。

第２の機能領域は、ステータ２に割り当てられた第１の磁石系９と、ロータ４に割り当てられた第２の磁石系１０とを有し、したがってモータ主軸１の電動モータコア部材を形成する。というのも、この機能領域では、第１の磁石系９と第２の磁石系１０との間の磁気的な相互作用によって、ロータシャフト５へのトルクの提供がもたらされるからである。

第３の機能領域は、第２の回転軸受８を有し、図４から図７との関連において後で詳説する。

第４の機能領域は、アクチュエータ１６を有する。アクチュエータ１６は、第５の機能領域に配置された緊締装置１７に導入される、ロータ軸線６に沿って方向付けられた直線移動を提供するように構成されている。緊締装置１７の役割は、詳細には図示されていない切削工具、例えばフライス又はドリルを、コレットチャック１８に保持することにある。コレットチャック１８は、第１の機能領域においてロータシャフト５に配置されている。

したがって、モータ主軸１を用いて、電気エネルギを第１の磁石系９及び／又は第２の磁石系１０に供給することによって、ステータ２に対するロータ４の相対回転運動の導入をもたすことができ、その際、この回転運動は、コレットチャック１８に保持された図示されていない切削工具へ伝達でき、そのとき、切削工具によって、例えば分離動作、特にフライス動作又は穿孔動作を実施できる。

図３に詳細に示されているステータ２は、単なる例としてステータ軸線３に対して回転対称に構成された管状のステータハウジング２０を有する。ステータハウジング２０には、第１の端部領域に、第１の連結装置保持部１１が備わっていて、第１の端部領域から離反する側の第２の端部領域に、第２の連結装置保持部１２が備わっている。単なる例として、第１の連結装置保持部１１は、それぞれ円筒形に形成された複数の孔部分を有する段付き孔２１として実現されている。段付き孔２１の、軸方向に整列された端面２２に、単なる例として２つのダボ２３が配置されていて、ダボ２３は、ステータ軸線３に対して平行に整列されていて、図４との関連において後で詳説する、ロータ４の第１の連結装置部分４１の相対回動不能でセンタリングされた保持のために設けられている。

ステータハウジング２０の第２の端部領域に設けられた第２の連結装置保持部１２は、詳細には図示されていない形でステータハウジング２０に定位置に結合された閉鎖環２４を有する。閉鎖環２４に、ガイドスリーブ２５が固定されている。ガイドスリーブ２５には、ロック体ガイド２６が、直線移動可能に収容されている。ロック体ガイド２６は、圧縮ばね２７によって、後で詳説するロック位置に保持される。そのために、圧縮ばね２７は、端面側で閉鎖環２４に加工された穴２８に収容されている。

図４に詳細に示されているロータ４は、軸方向の固定側軸受として構成された第１の回転軸受７と、軸方向の自由側軸受として構成された第２の回転軸受８とを有する。この場合、第１の回転軸受７には、第１の連結装置保持部１１に組み付けるために設けられた第１の連結装置部分４１が割り当てられている。第２の回転軸受８は、第２の連結装置部分４２を有し、第２の連結装置部分４２は、ステータ２の第２の連結装置保持部１２に組み付けるために設けられている。

第１の連結装置部分４１とロータシャフト５との間に、第１の回転軸受７が設けられていて、これにより第１の連結装置部分４１に対するロータシャフト５の低摩擦の回転運動が可能となる。単なる例として、第１の回転軸受７は、第１のアンギュラ玉軸受４３と第２のアンギュラ玉軸受４４とを有する。両アンギュラ玉軸受４３、４４は、それぞれ、ロータシャフト５に固定された内輪４５と、第１の連結装置部分４１に固定された外輪４６とを有する。各々の内輪４５と各々の外輪４６との間の軸受間隙４７には、単なる例として球状に形成された複数の転動体４８が配置されている。第１の連結装置部分に保持された残りの構成要素は、本質的に各々の内輪４５又は外輪４６を締め付けるため、及び両アンギュラ玉軸受４３、４４のシールを保証するために用いられ、後で詳細することはしない。

ロータシャフト５の、第１の回転軸受７から離反する側の端部領域には、第２の回転軸受８が配置されていて、第２の回転軸受８は、軸方向の自由側軸受として構成されていて、これによりステータ２内でのロータ４の支持について静的不安定又は不静定が回避される。さらに、第１の回転軸受７と第２の回転軸受８との間で、第２の磁石系１０が、ロータシャフト５上に配置されている。第２の磁石系１０は、例えば詳細には示されていない短絡コイルであってよい。

図５から図７の描画から看取されるように、第２の回転軸受８は、単なる例として円筒ころ軸受６１を有する。円筒ころ軸受６１によって、ロータシャフト５は、第２の連結装置部分４２に対して回転運動自在に支持されている。

円筒ころ軸受６１は、内輪６２を有し、内輪６２は、その内周面７０でもって、ロータシャフトの外周面８０に当接し、内輪６２は、ロータシャフト５に支持された支持環８１と、圧縮スリーブ８２と、ロータシャフト５に螺合されたねじ環８３とによって定位置にロータシャフト５に固定されている。円筒ころ軸受６１の外輪６３は、内輪６２及びロータ軸線６に対して同軸に配置されていて、単なる例として２つの部分から構成された第２の連結装置部分４２に固定されている。

例えば、第２の連結装置部分４２は、第１の環部９１と第２の環部９２とを有し、この場合、第１の環部９１は、軸方向の端面９３でもって、第２の環部９２の軸方向の端面９４に当接し、軸方向に整列された複数の固定ねじ９５によって、第２の環部９２に結合されている。それぞれロータ軸線６に対して回転対称に構成された第１及び第２の環部９１、９２は、径方向内方へ開いた周方向に延在する環溝９６を画定し、環溝９６には、外輪６３が収容されている。例えば、第１の環部９１、第２の環部９２及び外輪６３の幾何学的形状は、外輪６３が軸方向と径方向との両方で環溝９６に形状接続式に収容されるように、互いに対して調整されている。

内輪６２と外輪６３との間に軸受間隙７４が形成されていて、軸受間隙７４は、径方向内側で、内輪６２に形成された、径方向外方へ開いた溝６４の溝面７１によって、かつ径方向外側で、外輪６３の内周面７２によって設定されている。この軸受間隙７４に、円筒ころとして構成された複数の転動体６５が配置されていて、転動体６５は、内輪６２に対して外輪６３が相対回転運動するとき、それぞれ、溝面７１と外輪６３の内周面７２とに対して転動運動を行う。

さらに、外輪６３の内周面７２は、円筒形に形成されているので、転動体６５に対する外輪６３の軸方向の変位が可能である、ことが想定されている。内輪６２に対する外輪６３の軸方向の相対移動は、第１の環部９１と支持環８１との間に形成された第１のリニアストッパ７５と、第２の環部９２と圧縮スリーブ８２との間に形成された第２のリニアストッパ７６とによって制限される。

例えば、支持環８１は、図５から図７による断面図でＬ字形の成形輪郭を有し、この場合、この成形輪郭によって、径方向外方へ突出する環状カラー８４が、第１の環部９１に対向して配置されるとともに軸方向に向けられたストッパ面が提供され、ストッパ面に、逆向きに向けられた軸方向端面９７が、第２の連結装置部分４２の図示されていない第１の機能位置で当接でき、これにより第１のリニアストッパ７５が形成される、ことが想定されている。

同様の形で、圧縮スリーブ８２に、周方向に延在する環状カラー８６が設けられていて、環状カラー８６の、円筒ころ軸受６１へ向けて形成されたストッパ面８７は、第２の環部９２の、逆向きに向けられた軸方向端面８７に対向して配置されていて、これにより第２のリニアストッパ７６が形成される。したがって、ロータ軸線６に沿った第２の連結装置部分４２の変位距離１４は、第１のリニアストッパ７５と第２のリニアストッパ７６とによって制限されている。

詳細には示されていない、支持環８１の外径と圧縮スリーブ８２の外径とは、それぞれ対向する構成要素の間に常に径方向に延在する空隙が存在するように、図示されていない、第１の環部９１の内径と第２の環部９２の内径とに合わせて調整されているので、ロータ軸線６を中心とするロータシャフト５の回転中、支持環８１と第１の環部９１との間又は圧縮スリーブ８２と第２の環部９２との間に接触が生じない。

図５から図７の描画からさらに看取されるように、第２の連結装置部分４２は、少なくとも部分的に部分円錐状に形成された外側表面５０を有し、外側表面５０は、閉鎖環２４の、部分円錐状の内側表面２９に対して幾何学的に類似して、特に同一に形成されている。さらに、閉鎖環２４の内側表面２９は、ロック体ガイド２６の内側表面３０と支持環８１と圧縮スリーブ８２と共に、連結装置領域３１を画定する。連結装置領域３１は、その大きさが、図５の描画を起点とする、後で詳説する、ロック体ガイド２６の軸方向の変位によって減少可能である。

例えば、ロック体ガイド２６は、円環状に形成された支持環３２を有し、支持環３２に、軸方向にステータ軸線３に沿って、円筒状に形成されたロック体スリーブ３３が続き、ロック体スリーブ３３自体は、環状プランジャ３４に結合されている。原則として、ロック体ガイド２６は、ステータ軸線３に対して回転対称に構成された構成部材であり、ロック体として用いられるロックボール３６を収容するために設けられた、ロック体スリーブ３３に加工されていて径方向外方へ向いた孔３５だけが、ロック体ガイド２６の回転対称の幾何学的形状から逸脱する。

例えば、環状プランジャ３４は、ロータ軸線３に対して回転対称に構成された、ガイドスリーブ２５の軸方向溝３７内に直線移動可能にかつシール作用をもって収容されていて、したがって、軸方向溝３７によって画定される環状空間３８を可変サイズの作業空間３９として利用可能にする、ことが想定されている。この場合、作業空間３９のサイズは、ガイドスリーブ２５に対するロック体ガイド２６の軸方向の位置に依存する。

図５から図７の描画からさらに看取されるように、作業空間３９に圧力が加えられ、その結果として環状プランジャ３４の軸方向端面４０に力が作用すると、図５によるロック位置から図７によるアンロック位置へのロック体ガイド２６の軸方向の変位が行われる。ロック位置とアンロック位置との間のロック体ガイド２６のこのような変位移動の間に、一方では、圧縮ばね２７の圧縮がもたらされ、その際、弾性変形がもたらされる。他方では、ロックボール３６は、ステータ軸線３に沿って軸方向に変位され、これにより、後で詳説するように、ロックボール３６と第２の連結装置部分４２との間のアンロック動作がもたらされる。

図５から分かるように、例示的に示されたロックボール３６は、ロック位置で、ガイドスリーブ２５の、円筒形に形成された内側表面５１と、ロック体ガイド２６のロック体スリーブ３３における、これに属する孔３５と、第２の連結装置部分４２の外側表面５０に加工されたロック体凹部５２との間に形状接続式に収容されている。これにより、ステータ２内での第２の連結装置部分４２の確実なロックが保証される。このロック位置では、第１の環部９１と、内輪６２の、これに対向して配置された第１の軸方向を向いた面６６との間に第１の間隔５８が存在し、そして第２の環部９２と、内輪６２の、これに対向して配置された第２の軸方向を向いた面６７との間に第２の間隔５９が存在する。

作業空間３９に圧力が加えられると、軸方向にシール作用をもって滑動可能にガイドスリーブ２５内に収容された、ロック体ガイド２６の環状プランジャ３４は、図６に示されているように、圧縮ばね２７が圧縮されると同時に、第１の回転軸受７の方へ変位される。その際、支持環３２とガイドスリーブ２５との間に、ガイドスリーブ２５の軸方向を向いた面５５と、これに対向して配置された、支持環３２の軸方向を向いた面５６との間の、径方向外方へ向いた退避間隙５３が開く。ロックボール３６が退避間隙５３に退避できるよりも以前に、径方向外方への、ロックボール３６の早期の退避運動を可能にするために、ガイドスリーブ２５の、円筒形に形成された内側表面５１と軸方向を向いた面５５との間の移行領域に、単なる例として部分円錐状に形成された面取り部５７が設けられている。この（制御面とも称される）面取り部５７は、既に退避間隙５３が完全に開かれる前に、ロックボール３６の径方向外方への変位を可能にする。

さらに、退避間隙へのロックボール３６の変位は、ロック体凹部５２の幾何学的形状によって補助される。ロック体凹部５２は、単なる例として、径方向内方へ凹設された溝として、第２の連結装置部分４２の外側表面５０に加工されていて、ロック体凹部５２は、ロックボール３６の幾何学的形状に適合された溝壁６０を有する。例えば、溝壁６０は、四分の一円形の成形輪郭を有するように構成されていて、これにより、一方では、ロック位置で、ロックボール３６の面状の当接を可能にし、他方では、ガイドスリーブ２５に対してロック体ガイド２６が軸方向に相対移動するときにロックボール３６の押し退けを可能にする。

ロックボール３６のこのような押し退けによって、第２の連結装置部分４２とのロックが解消されるので、図６の描画において左方へ向けられた引張力がロータ４に加えられると、ステータ２からのロータ４の取り外しが可能となる。

しかし典型的には、ロック状態で、特に溝壁６０の領域でロックボール３６から第２の連結装置部分４２へ伝達される、軸方向と径方向との両方の力成分を生じさせる力によって、第２の連結装置部分４２の外側表面５０と閉鎖環２４の内側表面２９との間に著しい静止摩擦が生じることが前提となっている。この静止摩擦は、付加的に、汚染及び／又はフレッチングなどの影響によって増大されるので、ステータ２からのロータ４の簡単な手動の取り外しは予期されていない。したがって、ステータ２からのロータ４の分解を容易にするために、ロック体ガイド２６の最大の調整距離７９に至る前に、ガイドスリーブ２５と共に流体アクチュエータを形成するロック体ガイド２６が、単なる例として環状プランジャ３４に形成された端面７７でもって、第２の連結装置部分４２の端面７８に当接する、ことが想定されている。したがって、環状プランジャ３４の端面７７が第２の連結装置部分４２の端面７８に当接すると、ロック体ガイド２６から第２の連結装置部分４２へ力が導入され、これにより、図７に示されているように、第２の連結装置部分４２は、ロック位置からアンロック位置へ変位できる。

これにより、内輪６２に保持された転動体６５と共に内輪６２に対して相対的に、第２連結装置部分４２及び第２の連結装置部分４２の内側に収容された外輪６３の軸方向の変位が行われ、その際、第２の連結装置部分４２は、第１のリニアストッパ７５と第２のリニアストッパ７６とによって、常に外輪６３による転動体６５のガイド作用が保証されたままであるように、ロータシャフト５に対する相対移動が制限されている。さらに、第１の環部９１及び第２の環部９２は、円筒ころ軸受６１の内輪６２に合わせて、変位距離１４の全体にわたって常に第１の間隔５８及び第２の間隔５９がゼロにはならない又はなくならず、これによりステータ２の外側に取り外された状態でもロータ４の問題のない操作が保証されるように、調整されている。

Claims (12)

1. 加工工具を駆動するモータ主軸（１）であって、
   ステータ軸線（３）に沿って延在するとともに、第１の磁石系（９）と、第１の連結装置保持部（１１）と、第２の連結装置保持部（１２）とを有する、スリーブ状のステータ（２）と、
   ロータ軸線（６）に沿って延在するロータシャフト（５）と、第２の磁石系（１０）と、第１の連結装置部分（４１）と、第２の連結装置部分（４２）とを有する、ロータ（４）と、を備え、
   第１の連結装置部分（４１）は、第１の連結装置保持部（１１）に固定されるように構成されていて、軸方向の固定側軸受として構成された第１の回転軸受（７）でもって、ロータ軸線（６）を中心に回転自在にロータ（５）に支持されていて、第２の連結装置部分（４２）は、第２の連結装置保持部（１２）に固定されるように構成されていて、軸方向の自由側軸受として構成された第２の回転軸受（８）でもって、ロータ軸線（６）を中心に回転自在にロータシャフト（５）に支持されていて、第２の回転軸受（８）は、ロータシャフト（５）上に固定された内輪（６２）と、内輪（６２）に対して同軸に配置されるとともに第２の連結装置部分（４２）に固定された外輪（４３）とを有し、外輪（６３）は、内輪（６２）と共に、円環状の軸受間隙（７４）を画定し、軸受間隙（７４）には、複数の転動体（６５）が収容されていて、第２の連結装置部分（４２）は、ロータ軸線（６）に対して平行に、変位距離（１４）に沿って第１の機能位置と第２の機能位置との間を軸方向移動可能にロータシャフト（５）に保持されている、モータ主軸（１）において、
   変位距離（１４）の全体にわたって、内輪（６２）の第１の軸方向を向いた面（６６）と第２の連結装置部分（４２）との間に第１の間隔（５８）が存在し、第１の軸方向を向いた面（６６）から離反する側に位置する、内輪（６２）の第２の軸方向を向いた面（６７）と、第２の第２の連結装置部分（４２）との間に第２の間隔（５９）が存在することを特徴とする、モータ主軸（１）。
2. 第２の連結装置部分（４２）の外側表面（５０）に、特に径方向内方へ凹設された少なくとも１つのロック体凹部（５２）が形成されていて、第２の連結装置保持部（１２）には、内周面（２９）に、特に一定の角度ピッチで配置された複数のロック体（３６）が設けられていて、ロック体（３６）は、特に径方向外側に位置する解放位置と特に半径方向内側に位置するロック位置との間で調整可能であり、ロック位置では、ロック体凹部（５２）に形状接続式に係合するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のモータ主軸（１）。
3. ロック体（３６）は、ロック位置で、ロック体凹部（５２）の傾斜面（６０）に当接し、特にそこだけに当接し、傾斜面（６０）は、ロータ軸線（６）に対して鋭角に向けられていて、これによりロータ軸線（６）に沿ってロック位置の方へ向けられた軸方向のロック力が、第２の連結装置保持部（１２）から第２の連結装置部分（４２）へ導入されることを特徴とする、請求項２に記載のモータ主軸（１）。
4. 第２の連結装置保持部の内側表面（２９）と第２の連結装置部分（４２）の外側表面（５０）とが、少なくとも部分的に幾何学的に類似して、特にそれぞれ部分円錐側面状に形成されていて、これにより径方向にもロータ軸線（６）に沿っても向けられたロック方向で、第２の連結装置保持部（１２）内での第２の連結装置部分（４２）の形状接続式の保持が保証されることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載のモータ主軸（１）。
5. ロータシャフト（５）に第１のリニアストッパ（７５）が形成されていて、第１のリニアストッパ（７５）に、第２の連結装置部分（４２）が、第１の機能位置で当接し、ロータシャフト（５）に第２のリニアストッパ（７６）が形成されていて、第２のリニアストッパ（７６）に、第２の連結装置部分（４２）が、第２の機能位置で当接することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ主軸（１）。
6. 第２の連結装置保持部（１２）は、相対移動可能に、特に直線移動可能にステータ軸線（３）に沿って変位可能なロック体ガイド（２６）を有し、ロック体ガイド（２６）には、ガイド用空所（３５）が設けられていて、ガイド用空所（３５）に、ロック体（３６）が、ステータ軸線（３）に対して横方向に移動可能に収容されていて、ロック体ガイド（２６）は、ガイドスリーブ（２５）に移動可能に支持されていて、ガイドスリーブ（２５）には、制御面（５７）が設けられていて、制御面（５７）は、ガイドスリーブ（２５）に対するロック体ガイド（２６）の相対移動によって径方向にロック体（３６）の変位がもたらされるように、ロック体（３６）の移動を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ主軸（１）。
7. ガイドスリーブ（２５）は、軸方向の一方の側で開いた円環状の環状空間（３８）を有し、ロック体ガイド（２６）には、環状プランジャ（３４）が割り当てられていて、環状プランジャ（３４）は、軸方向移動可能にシール作用をもって環状空間（３８）に収容されているので、環状空間（３８）と環状プランジャ（３４）とは、可変サイズの作業空間（３９）を画定し、これによりロック体ガイド（２６）の軸方向の変位及びロック体（３６）の作動のための流体アクチュエータが形成されることを特徴とする、請求項６に記載のモータ主軸（１）。
8. ロック体ガイド（２６）は、第２の連結装置部分（４２）に対するロック位置と第２の連結装置部（４２）に対するアンロック位置との間を移動可能にステータ（２）に支持されていて、ロック体ガイド（２６）は、アンロック位置で、第２の連結装置保持部（１２）の内側表面（２９、３０）によって設定された、第２の連結装置部分（４２）を収容するように構成された連結装置領域（３１）に作用し、これにより第２の連結装置部分（４２）が押し退けられることを特徴とする、請求項７に記載のモータ主軸（１）。
9. ロック体ガイド（２６）に、少なくとも１つのばね（２７）が割り当てられていて、ばね（２７）は、ロック位置の方へロック体ガイド（２６）に作用する軸方向力を提供するように構成されていることを特徴とする、請求項６、７又は８に記載のモータ主軸（１）。
10. 第２の回転軸受（８）の転動体（６５）は、ロータ軸線（６）に対して平行に整列された円筒ころとして構成されていて、第２の回転軸受（８）の内輪（６２）に、周方向に延在する環溝（６４）が設けられていて、環溝（６４）の側壁は、円筒ころを軸方向でガイドするように構成されていて、第２の回転軸受（８）の外輪（６３）は、円筒形に形成された内側表面（７２）を有し、内側表面（７２）に、円筒ころが当接することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のモータ主軸（１）。
11. 第２の連結装置部分（４２）の外側表面（５０）は、ロック体凹部（５２）と共に、ロック体（３６）のための押し退け面を形成し、押し退け面は、ロック体ガイド（２６）がロック位置からアンロック位置へ軸方向に変位されるときにロック体（３６）を径方向外方へ向けて変位するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のモータ主軸（１）。
12. 第１の磁石系（９）が装着されたステータ（２）と、第２の磁石系（１０）が装着されたロータ（４）とが、同期モータと非同期モータとの群のうちの電動モータを形成し、第１の磁石系（９）と第２の磁石系（１０）とは、それぞれ、磁気コイルと短絡コイルと永久磁石との群のうちの少なくとも１つの構成要素を有することを特徴とする、請求項１に記載のモータ主軸（１）。

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