JP3058930B2 - Cooling device for rotating shaft - Google Patents

Cooling device for rotating shaft

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JP3058930B2
JP3058930B2 JP3068390A JP6839091A JP3058930B2 JP 3058930 B2 JP3058930 B2 JP 3058930B2 JP 3068390 A JP3068390 A JP 3068390A JP 6839091 A JP6839091 A JP 6839091A JP 3058930 B2 JP3058930 B2 JP 3058930B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸回転用
モータの回転軸、エンジンシャフト等の高温になる回転
軸の冷却装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling device for a rotating shaft of a motor for rotating a spindle of a machine tool, an engine shaft, etc., which is heated to a high temperature .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の工作機械の主軸回転用モータ等の
高温になるモータの回転軸の冷却には、ヒートパイプが
用いられる場合があるが、この場合にヒートパイプの熱
媒を冷却するために回転軸の外周面に基端部を固着し
て立設するとともに、回転軸の軸心方向に間隔をあけて
冷却用のフィンを複数設け、このフィンに対して冷却用
流体をフィンの頂部より更に半径方向に離れた外周辺
置から供給する構造の回転軸の冷却装置が採用されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventional spindle motors for machine tools, etc.
The cooling of the rotary shaft of the motor to become hot, there is a case where the heat pipe is used to cool the heat medium of the heat pipe in this case, a proximal end secured to the outer peripheral surface of the rotary shaft
A plurality of cooling fins are provided at intervals in the direction of the axis of the rotating shaft, and a cooling fluid is applied to the fins in the outer periphery further away from the top of the fins in the radial direction. A cooling device for a rotating shaft having a structure to be supplied from a position is employed.

【0003】即ち、図3に示すように、ヒートパイプ1
0を内蔵したモータの回転軸1の外周面にヒートパイプ
10の熱媒を冷却する冷却面側面に具えた複数の放熱フ
ィン2を設け、同フィン2の頂部より更に半径方向に外
方に離れた位置Pから冷却用流体4を矢印に示すように
供給している。なお、図3中5は回転軸1を支持する軸
受である。
[0003] That is, as shown in FIG.
A plurality of radiating fins 2 provided on the side of a cooling surface for cooling the heat medium of the heat pipe 10 are provided on an outer peripheral surface of a rotating shaft 1 of a motor having a built-in 0, and further radially outward from a top of the fins 2. The cooling fluid 4 is supplied from the position P as shown by the arrow. In FIG. 3, reference numeral 5 denotes a bearing for supporting the rotating shaft 1.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このようなモータの回
転軸は、一般に、軸の全長に対してロータや軸受など熱
源となる部品との接触域のさに対し、その熱を外部へ
放出するための冷却部分の長さが短く、このため冷却
積は狭いものとなっている。従って、冷却部での冷却不
足が原因となってモータ内部の温度が上昇し、軸受の焼
付、ロータの焼損、又は回転軸の熱膨張による寸法精度
の劣化等の問題が生じている。
[Problems that the Invention is to Solve the axis of rotation of such a motor is generally to the length of the contact area of the component as a heat source, such as a rotor and bearings with respect to the entire length of the shaft, releasing the heat to the outside short length of the cooling portion for this the cooling surface <br/> product has a narrow. Therefore, the temperature inside the motor rises due to insufficient cooling in the cooling unit, and problems such as seizure of the bearing, burnout of the rotor, and deterioration of dimensional accuracy due to thermal expansion of the rotating shaft occur.

【0005】また、前記の従来の放熱フィンに対する冷
却用流体は、通常空気等の気体状の冷却流体が使用さ
れ、このため除去熱量が小さく、さらに、冷却用流体
供給は、図3に示すように、放熱フィン2の頂部より更
に半径方向外方に離れた位置Pから供給されるようにし
ているため、冷却流体で冷却する必要のある回転軸1が
回転しているときは、供給した冷却用流体が放熱フィン
2とともに回転を始めるために、遠心力により最も冷却
を必要とする放熱フィン2の根本部に流入しなくなり、
また、放熱フィン2の冷却に関わる有効面積が低減する
という問題点がある。
[0005] As the cooling fluid for the conventional radiating fins , a gaseous cooling fluid such as air is usually used.
Is, Therefore remove heat is reduced, further, the supply of cooling fluid, as shown in FIG. 3, to so that is supplied from the position P spaced further radially outward than the top portion of the heat radiating fins 2 <br / Therefore, when the rotating shaft 1 that needs to be cooled by the cooling fluid is rotating, the supplied cooling fluid starts rotating together with the radiating fins 2, so that the cooling fluid is most cooled by centrifugal force.
Does not flow into the root of the radiation fin 2 that requires
Further, there is a problem that an effective area related to cooling of the radiation fins 2 is reduced.

【0006】本発明は、従来の回転軸の冷却装置上述
した問題点を解決することができる回転軸の冷却装置を
提供しようとするものである。
The present invention, the above-mentioned cooling apparatus for a conventional rotary shaft
It is intended to provide a cooling device for a rotary shaft which can solve the described problems.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸を冷却
するヒートパイプを前記回転軸内に設けるようにした
転軸の冷却装置において、前記回転軸の外周面に基端部
が連結されて軸心方向に間隔を設けて立設され、前記回
転軸のヒートパイプ熱媒を冷却する放熱フィンと、隣接
して配設された前記放熱フィンの間に先端部が外周辺か
ら挿入されて設置され、外部から導入された冷却流体と
しての冷却液体を前記放熱フィンの基端部近傍の前記外
周面に向けて噴射するノズルを設けた冷却媒体供給装置
とを設けた。
The present invention SUMMARY OF THE INVENTION, in the cooling device of the rotating <br/> rotating shaft you so that providing a heat pipe for cooling the rotation shaft to the rotation in the shaft, the outer peripheral surface of the rotary shaft Proximal end
There are erected spaced axially coupled, and heat radiation fins to cool the heat pipe heat medium of the rotary shaft, adjacent
Between the radiating fins arranged in
With cooling fluid introduced from outside
The cooling liquid is removed from the outside near the base end of the radiation fin.
And a cooling medium supply device provided with a nozzle for jetting toward the peripheral surface .

【0008】[0008]

【作用】本発明では、冷却媒体供給装置を構成するノズ
ルにより放熱フィンの根元部近傍の回転軸の外周面に冷
却流体としての冷却液体が噴射されて供給され、回転軸
冷却を必要とする回転軸の回転に、供給された冷却
液体からなる冷却体も回転を始める。このとき、供給
された冷却体は、冷却媒体として空気その他の気体を
使用する場合に比較して比重が大きく、さらには放熱フ
ィンの根元部の回転軸の外周面に向けて噴射されるので
遠心力により、放熱フィンの冷却面に沿ってその先端方
向へ流れ、最終的には放熱フィンの先端から放出され
る。この流れにより、放熱フィン上における冷却体の
停留が無くなり、回転軸に取付けられた放熱フィンは、
その全面積を、有効に放熱に供することが可能となり、
さらには、冷却流体として冷却液体を使用したことによ
り熱容量が大きく、また比重も大きいために冷却流体の
遠心力による移動速度も大きくなり熱伝達が向上し、
来より多くの熱を放熱フィンから放出することが可能と
なる。
According to the present invention, the nozzle constituting the cooling medium supply device is provided.
Cold on the outer circumferential surface of the rotary shaft of the root portion near the heat radiation fin in Le
Is supplied cooling liquid is injected as却流body, during rotation of the rotary shaft which require cooling of the rotary shaft, which is supplied cooling
Cooling flow body made of liquid also starts to rotate. This time, the supplied cooling flow body, the air or other gas as a cooling medium
The specific gravity is higher than when used, and
As it is injected toward the outer peripheral surface of the rotating shaft at the root of the fin, it flows toward the tip along the cooling surface of the radiating fin due to centrifugal force, and finally discharges from the tip of the radiating fin Is done. This flow eliminates the retention of the cooling flow body on the radiating fin, the heat radiation fins attached to the rotating shaft,
The entire area can be effectively used for heat dissipation,
Furthermore, the use of a cooling liquid as a cooling fluid
Heat capacity and specific gravity,
The movement speed due to the centrifugal force is also increased, the heat transfer is improved, and more heat can be released from the radiation fins than before .

【0009】[0009]

【実施例】本発明の一実施例を、図1に示す。1は、そ
の内部にヒートパイプ10が内蔵され図中の矢印方向
へ回転するモータの回転軸であり、同回転軸1のヒート
パイプ10の熱媒の冷却部である一端側の外周には、
回転軸1の軸心方向に互いに間隔をおいて複数のリン
グ状の放熱フィン2が取付けられている。また、隣接す
る放熱フィン2の間には、同放熱フィン2の根元部へ
体状の冷却流体に比較して、熱容量の大きく、比重の大
きい液体状の冷却媒体である冷却流体を吐出する冷却媒
体供給装置を構成する複数のノズル3が外方から回転
軸10の外周へ向て設けられている。なお、5は回
転軸1を支持する軸受である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. 1, the heat pipe 10 is incorporated therein, a rotating shaft of a motor which rotates the direction of the arrow in the drawing, the outer peripheral surface of one end side is a cooling portion of the heating medium of the heat pipe 10 of the rotary shaft 1 Is
At a distance from each other in the axial direction of the rotary shaft 1, the heat radiation fins 2 of a plurality of ring-shaped is attached. Between the adjacent heat radiating fins 2, the gas to the root portion of the heat radiating fins 2
Larger heat capacity and higher specific gravity compared to body cooling fluid
Coolant that discharges a cooling fluid that is a liquid cooling medium
A plurality of nozzles 3 forming the body supply device is provided with from the outside direction Ke to the outer peripheral surface of the rotary shaft 10. Reference numeral 5 denotes a bearing that supports the rotating shaft 1.

【0010】本実施例では、回転軸1は図示しないモー
タのロータとステータによって、図1中矢印方向に回転
するが、この際モータ等で発生する熱によってヒートパ
イプ内の熱媒が加熱されて蒸発し、これが放熱フィン2
による放熱によって冷却されて凝縮し、この凝縮した熱
媒が再びヒートパイプ内を環流して前記のように蒸発
することによって、モータ等で発生する熱を吸収して放
熱し、回転軸1を冷却する。
In this embodiment, the rotating shaft 1 is rotated in the direction of the arrow in FIG. 1 by the rotor and stator of a motor (not shown). At this time, the heat generated in the motor and the like heats the heat medium in the heat pipe. It evaporates and this is the radiation fin 2
Radiating the condensed is cooled by this condensed heat medium is again flushed through the heat pipe ring, by evaporation as described above, and the heat radiation by absorbing heat generated by the motor, the rotary shaft 1 Cooling.

【0011】この際、前記放熱フィン2の根元部の回転
軸1の外周面には、ノズル3から外部から導入された液
体状の冷却流体が供給される。この冷却流体は、従来の
気体状の冷却媒体に比較して比重、熱容量が大きく、し
かも粘性が大きいため放熱フィン2の回転に伴って、図
1中矢印4に示すように、放熱フィン2の面に沿って
その根元部から先端へ向って遠心力によって流れ、放熱
フィン2の全面から大量の熱を吸収して、放熱フィン2
の先端から外周辺に放出するので、放熱フィン2の放熱
効果的に行なわれ、しかも、放熱フィン2の放熱面に
冷却流体が停留することもない。
At this time, the rotation of the root of the radiation fin 2
On the outer peripheral surface of the shaft 1, a liquid introduced from outside through the nozzle 3
A cooling fluid in the form of a body is supplied. The cooling fluid, the prior art
The specific gravity and heat capacity are larger than those of the gaseous cooling medium.
With the rotation of the heat radiating fins 2 for duck viscosity is large, as shown in FIG. 1 arrow 4, along the surface of the heat radiating fins 2,
It flows by centrifugal force from the root to the tip, absorbs a large amount of heat from the entire surface of the radiating fin 2, and
Will release from the tip to the outer periphery, heat radiation of the heat radiating fins 2 are effectively carried out, moreover, the heat radiating surface of the heat radiating fins 2
There is no stagnant cooling fluid.

【0012】従って、本実施例では、複数の放熱フィン
2の全面が冷却体によって冷却されることとなり、
熱フィン2からの熱の放出量が増加し、放熱フィン2の
基端部が固着されている回転軸1を効果的に冷却するこ
とができる。
Accordingly, in this embodiment, will be the entire plurality of radiating fins 2 are cooled by the cooling liquid body, release
The amount of heat released from the heat fins 2 increases ,
The rotating shaft 1 to which the base end is fixed can be effectively cooled.

【0013】図2に、本実施例におけるモータの内部発
熱量に対する軸受部(図1中の点A)の温度の実測結果
を、図3に示す従来の回転の冷却装置における軸受部
(図3中の点A)の温度の実測結果と比較して示す。
FIG. 2 shows an actual measurement result of the temperature of the bearing portion (point A in FIG. 1) with respect to the internal heat generation amount of the motor in the present embodiment, and shows the bearing portion (FIG. 3) in the conventional rotating shaft cooling device shown in FIG. The results are shown in comparison with the measured results of the temperature at point A) in FIG.

【0014】図2によれば、本実施例が、従来の装置よ
り、同じモータの内部発熱量に対して、軸受部の温度を
下げられることが示されている。
FIG. 2 shows that the present embodiment can lower the temperature of the bearing portion with respect to the same internal heating value of the motor than the conventional device.

【0015】なお、前記の実施例の冷却体としては、
水その他の熱容量および比重の大きい液体を用いること
ができる。
[0015] As the cooling liquid of the examples,
It can be used a large liquid body of water or other heat capacity and specific gravity.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、回転軸
のヒートパイプ熱媒の冷却面に設けられた放熱フィンの
全面を液体状の冷却体によって冷却することによっ
て、放熱フィンからの放熱量を増加させることができ、
回転軸を効果的に冷却することができる。従って、例え
ば、モータの熱負荷を従来より上げても、軸受の焼付け
の発生を防ぐことができ、また回転の温度を下げてそ
の熱膨張を低減させることができる。
According to the present invention, as described above, by the entire surface of the heat radiation fins provided in the cooling surface of the heat pipe heat medium of the rotating shaft is cooled by liquid cooling flow body, from the heat radiation fins The amount of heat radiation can be increased,
The rotating shaft can be effectively cooled. Therefore, for example, even if the heat load of the motor is increased more than before, the occurrence of seizure of the bearing can be prevented, and the temperature of the rotating shaft can be reduced to reduce the thermal expansion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例による軸受部の温度と従来の冷却装置
をもつ回転軸の軸受部の温度を実測したグラフである。
FIG. 2 is a graph in which the temperature of the bearing according to the embodiment and the temperature of the bearing of the rotary shaft having the conventional cooling device are measured.

【図3】従来の回転軸の冷却装置の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional cooling device for a rotating shaft.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 回転軸 2 放熱フィン 3 ノズル 4 冷却流体の流れ 5 軸受 10 ヒートパイプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating shaft 2 Radiation fin 3 Nozzle 4 Cooling fluid flow 5 Bearing 10 Heat pipe

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−100675(JP,A) 特開 昭63−7251(JP,A) 実開 昭61−55466(JP,U) 実開 昭61−1345(JP,U) 実開 昭64−12755(JP,U) 実開 昭59−95774(JP,U) 実開 昭58−115878(JP,U) 実開 昭57−34164(JP,U) 実開 昭62−153036(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 11/12 F16C 13/00 H02K 9/22 Continuation of the front page (56) References JP-A-49-100675 (JP, A) JP-A-63-7251 (JP, A) Japanese Utility Model Application No. Sho 61-55466 (JP, U) Japanese Utility Model Application Utility Model No. Sho 61-1345 (JP) , U) Fully open sho 64-12755 (JP, U) Really open sho 59-95774 (JP, U) Really open sho 58-11578 (JP, U) Really open sho 57-34164 (JP, U) Real open sho 62-153036 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23Q 11/12 F16C 13/00 H02K 9/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 回転軸を冷却するヒートパイプを前記
転軸内に設けた回転軸の冷却装置において、前記回転軸
の外周面に基端部が連結されて軸心方向に互いに間隔を
設けて立設され、前記回転軸のヒートパイプ熱媒を冷却
する放熱フィンと、隣接して配設された前記放熱フィン
間に先端部が外周辺から挿入されて設置され、外部か
ら導入された冷却液体を前記放熱フィンの基端部近傍の
前記外周面に向けて噴射するノズルを設けた冷却媒体供
給装置とを設けたことを特徴とする回転軸の冷却装置。
1. A cooling apparatus of the rotary shaft provided with a heat pipe to the rotating <br/> rotating inner shaft to cool the rotation shaft, the rotating shaft
The base end is connected to the outer peripheral surface of the
Provided and erected to cool the heat pipe heat medium of the rotating shaft
Between the radiating fin and the adjacent radiating fin, the tip is inserted from the outer periphery and installed.
The cooling liquid introduced from the vicinity of the base end of the radiation fin
A cooling medium supply device provided with a nozzle for jetting toward the outer peripheral surface .
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