JPH04304948A - Cooling device for rotating shaft - Google Patents

Cooling device for rotating shaft

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Publication number
JPH04304948A
JPH04304948A JP6838991A JP6838991A JPH04304948A JP H04304948 A JPH04304948 A JP H04304948A JP 6838991 A JP6838991 A JP 6838991A JP 6838991 A JP6838991 A JP 6838991A JP H04304948 A JPH04304948 A JP H04304948A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotating shaft
heat
heat pipe
space
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6838991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Mizuta
桂司 水田
Haruyoshi Kuwabara
桑原 晴義
Shigeru Takahara
茂 高原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP6838991A priority Critical patent/JPH04304948A/en
Publication of JPH04304948A publication Critical patent/JPH04304948A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To increase the amount of heat transport by increasing the amount of the return flow of the heat medium of a heat pipe which cools a rotating shaft. CONSTITUTION:The axial space 1A of a heat pipe 1 provided within a rotating shaft 10 and having a heat medium enclosed therein is larger in diameter at its portion to be heated than at its portion to be cooled, and both of the portions are communicated with each other by a tapered portion and the heat medium condensed is allowed to flow by centrifugal force from the small diameter portion to be cooled to the large diameter portion to be heated.

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 the main shaft of a machine tool, an engine shaft, or the like.

【0002】0002

【従来の技術】従来の工作機械の主軸回転用等のモータ
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、このヒートパイプの内面形状は、軸方向のどの
位置でも内径が一定の直管型の二重管構造のものが用い
られている。
[Prior Art] A heat pipe is sometimes used to cool the rotating shaft of a motor used to rotate the main shaft of a conventional machine tool. A certain straight, double-tube structure is used.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】モータの回転軸は、主
にロータ、ステータにおける発熱と軸受の発熱によって
温度が上昇し、軸受の焼付や、軸長の熱膨張等の不具合
が生ずることから、この熱を軸の長手方向の一部の領域
から集中的にかつ効率的に放出させるため、前記のよう
に、回転軸内にヒートパイプを用いる場合がある。しか
し、従来の回転軸に用いられているヒートパイプは、設
計上の最外径の制約や中心軸上にボルトを通すために直
管型の二重管の構造としているため、熱媒を封入した空
間の軸方向断面積が小さくなり、回転軸で発生する熱を
全て軸方向に輸送するのには充分ではない。そのため、
高い熱負荷を受ける回転軸には使用することができない
という問題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] The temperature of the rotating shaft of a motor increases mainly due to heat generation in the rotor and stator as well as heat generation in the bearings, causing problems such as seizure of the bearings and thermal expansion of the shaft length. In order to intensively and efficiently release this heat from a partial region in the longitudinal direction of the shaft, a heat pipe may be used within the rotating shaft as described above. However, heat pipes used in conventional rotating shafts are designed with restrictions on the outermost diameter and have a straight double-tube structure in order to pass bolts on the central shaft, so heat pipes are enclosed in a heat medium. The axial cross-sectional area of the space becomes small and is not sufficient to transport all the heat generated by the rotating shaft in the axial direction. Therefore,
There is a problem in that it cannot be used for rotating shafts that are subject to high heat loads.

【0004】本発明は、従来のヒートパイプを用いた回
転軸の冷却装置における以上の問題点を解決しようとす
るものである。
The present invention is an attempt to solve the above-mentioned problems in the conventional cooling device for a rotating shaft using a heat pipe.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸の内部
に冷却用のヒートパイプを設けた回転軸の冷却装置にお
いて、前記ヒートパイプを熱媒を収容した回転軸内の軸
方向へ延びる空間で形成し、前記空間の加熱される部分
の径を大きくし、前記空間の冷却される部分の径を小さ
くし、その間をテーパ状の部分で連絡した。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a cooling device for a rotating shaft in which a heat pipe for cooling is provided inside the rotating shaft. The diameter of the heated portion of the space is increased, the diameter of the cooled portion of the space is decreased, and a tapered portion connects the space.

【0006】[0006]

【作用】本発明において、回転軸が回転すると、回転軸
内のヒートパイプ内の熱媒は遠心力を受け、熱媒を収容
したヒートパイプの空間のテーパ状の部分において半径
の大きい方に流れようとする。このために、ヒートパイ
プの軸方向において、内径の小さいヒートパイプを形成
する空間の冷却される部分の内面に凝縮した熱媒液は、
半径の大きいヒートパイプを形成する空間の加熱される
部分の内面に還流する。
[Operation] In the present invention, when the rotating shaft rotates, the heating medium in the heat pipe inside the rotating shaft is subjected to centrifugal force, and flows toward the larger radius in the tapered part of the space of the heat pipe that accommodates the heating medium. try For this reason, in the axial direction of the heat pipe, the heat medium liquid condensed on the inner surface of the cooled part of the space forming the heat pipe with a small inner diameter,
The air flows back to the inner surface of the heated portion of the space forming a heat pipe with a large radius.

【0007】回転軸に用いられるヒートパイプの熱輸送
能力の限界は、熱媒が収容された空間の断面積の制約に
よって熱媒の封入量が制約され、従って熱媒の最大環流
量によって決まる。熱媒の環流流量は、ヒートパイプの
凝縮面側と蒸発面側の液の水頭差によって決まるが、従
来の直管型のヒートパイプでは、この水頭差が液膜厚さ
の差のみによっていたのに対し、本発明においては、小
径の加熱側と大径の冷却側がテーパ状の部分で連絡され
ているために、内径の差によって遠心力によって生ずる
前記の流れが液膜厚さの差による流れに加算されるため
、環流流量が更に増加し、従って、最大熱輸送量が増大
する。
[0007] The limit of the heat transport capacity of the heat pipe used for the rotating shaft is determined by the amount of heat medium sealed in due to the cross-sectional area of the space in which the heat medium is accommodated, and is therefore determined by the maximum recirculation flow rate of the heat medium. The recirculation flow rate of the heat medium is determined by the difference in water head between the liquid on the condensing surface and the evaporating surface of the heat pipe.In conventional straight heat pipes, this difference in water head was determined only by the difference in liquid film thickness. In contrast, in the present invention, since the small-diameter heating side and the large-diameter cooling side are connected by a tapered part, the flow caused by centrifugal force due to the difference in inner diameter is replaced by a flow due to the difference in liquid film thickness. , the reflux flow rate is further increased and therefore the maximum heat transport amount is increased.

【0008】[0008]

【実施例】本発明の一実施例を、図1に示す。回転軸1
0の外周にはロータ4が取付けられていて、同ロータ4
の両側において軸受6,6によって回転軸10が支持さ
れている。前記ロータ4を取囲んでステータ5が設けら
れ、ロータ4とステータ5はモータを形成し、その作用
によって回転軸10が回転するようになっている。また
、回転軸10の図1中右方向の端部は軸受6から外方に
突出しており、この外周に外部より水又は空気流7を当
てゝ冷却するようになっている。前記回転軸10内には
、軸方向に前記水又は空気流が当る部分から他方の軸受
付近迄延びる回転軸10の軸心と同心の空間1Aが形成
され、同空間1A内に熱媒3が封入されてヒートパイプ
1が構成されている。空間1Aは、前記水又は空気流7
が当る側が小径に、かつ反対側が大径になっており、回
転軸10の軸方向に直線状になめらかなテーパする截頭
円錐形に形成されている。
[Embodiment] An embodiment of the present invention is shown in FIG. Rotating axis 1
A rotor 4 is attached to the outer periphery of the rotor 4.
A rotating shaft 10 is supported by bearings 6, 6 on both sides. A stator 5 is provided surrounding the rotor 4, and the rotor 4 and stator 5 form a motor, and a rotating shaft 10 is rotated by the action of the motor. The right end of the rotating shaft 10 in FIG. 1 protrudes outward from the bearing 6, and the outer periphery of the rotary shaft 10 is cooled by applying water or air flow 7 from the outside. A space 1A is formed in the rotating shaft 10, which is concentric with the axis of the rotating shaft 10 and extends in the axial direction from the portion where the water or air flow hits to near the other bearing, and the heating medium 3 is in the space 1A. The heat pipe 1 is configured by being sealed. Space 1A is the water or air flow 7
It has a small diameter on the side it touches, and a large diameter on the opposite side, and is formed into a truncated conical shape that tapers smoothly linearly in the axial direction of the rotating shaft 10.

【0009】本実施例において、ロータ4及びステータ
5の発熱によって、この部分で空間1A内の液体の熱媒
が加熱されて蒸発して蒸気部3を形成する。一方蒸発し
た熱媒は、水又は空気流が当る部分において(図1中の
分端部)蒸発した熱媒が冷却されて凝縮して、液相部2
を形成する。
In this embodiment, the heat generated by the rotor 4 and the stator 5 heats and evaporates the liquid heat medium in the space 1A in this portion to form the vapor portion 3. On the other hand, the evaporated heat medium is cooled and condensed in the part where the water or air flow hits (the end part in Figure 1), and the liquid phase part 2
form.

【0010】本実施例では、熱媒が凝縮する部分の空間
Aの内面は小径であり、熱媒が蒸発する部分の空間Aの
内面は大径であり、この両部分間をテーパ状の部分で連
絡しているために、凝縮した液相部2をなす熱媒は、回
転軸が回転すると遠心力を受けて、テーパ状の部分を大
径の方向へ流れようとする。凝縮した熱媒は、冷却され
る部分と加熱される部分との液膜の差による水頭差に加
えて、この遠心力による力が加算されて、図1において
空間1Aの内面に沿って左方向へ移動する。
In this embodiment, the inner surface of the space A where the heating medium condenses has a small diameter, and the inner surface of the space A where the heating medium evaporates has a large diameter. Since the heating medium forming the condensed liquid phase portion 2 is subjected to centrifugal force when the rotating shaft rotates, it tends to flow through the tapered portion in the direction of the larger diameter. In addition to the water head difference due to the difference in the liquid film between the cooled part and the heated part, the condensed heat medium is added with the force due to this centrifugal force, and the condensed heat medium moves leftward along the inner surface of the space 1A in FIG. Move to.

【0011】従って、本実施例では、環流する熱媒の流
量を増加することができ、これによって熱輸送量を増大
することができる。
Therefore, in this embodiment, the flow rate of the circulating heat medium can be increased, and thereby the amount of heat transport can be increased.

【0012】図2は、本実施例によるヒートパイプを取
付けたモータ付きの回転軸と従来のヒートパイプを取付
けたモータ付きの回転軸に対して、各々、冷却側端部が
100℃となるよう冷却強さを調節しながら、ロータ、
ステータ側の熱負荷を、一定回転数のもとで変えた場合
における、図1の軸受のA点での温度を計測した結果を
示す。なお、これらの回転軸の軸長は350mmとし、
熱媒はメタノールを使用し、ヒートパイプ内径(本実施
例によるものは最大内径)を40mmφとした。
FIG. 2 shows a rotary shaft with a motor to which the heat pipe according to the present embodiment is attached and a rotary shaft with a motor to which a conventional heat pipe is attached so that the temperature of the cooling side end is 100°C. While adjusting the cooling strength, the rotor,
The results of measuring the temperature at point A of the bearing in FIG. 1 when the heat load on the stator side is changed at a constant rotation speed are shown. Note that the axial length of these rotating shafts is 350 mm,
Methanol was used as the heat medium, and the inner diameter of the heat pipe (the maximum inner diameter in this example) was 40 mmφ.

【0013】図2においては、本実施例による回転軸の
方が、軸受温度が急上昇するロータからの熱負荷が高く
、従って軸受の焼付を生ずる限界熱負荷が高いことが示
されている。
FIG. 2 shows that the rotary shaft according to this embodiment has a higher thermal load from the rotor, which causes the bearing temperature to rise rapidly, and therefore has a higher critical thermal load that causes bearing seizure.

【0014】なお、前記の実施例は直線状のテーパ状の
部分が設けられているが、本発明では、直線状以外のテ
ーパ状とすることができ、なめらかなものが望ましく、
また、ヒートパイプを形成する空間の回転軸に垂直な断
面も円形以外の形状とすることができる。
Although the above-mentioned embodiment has a linear tapered portion, in the present invention, a tapered portion other than a linear portion can be provided, and a smooth portion is preferable.
Further, the cross section of the space forming the heat pipe perpendicular to the rotation axis can also have a shape other than circular.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明は熱媒を収容し回転軸の軸方向へ
延びるヒートパイプを形成する空間の加熱される部分の
径を大きくし冷却される部分の径を小さくし、その間を
テーパ状の部分で連絡したことによって、遠心力によっ
て熱媒は前記冷却される部分から前記加熱される部分に
流れようとすることゝなり、熱媒の環流流量を増加させ
、熱輸送量を増大することができる。
Effects of the Invention The present invention increases the diameter of the heated portion of the space forming the heat pipe that accommodates the heat medium and extends in the axial direction of the rotating shaft, and decreases the diameter of the cooled portion, and creates a tapered shape between them. By connecting the parts, the centrifugal force causes the heating medium to flow from the part to be cooled to the part to be heated, increasing the circulation flow rate of the heating medium and increasing the amount of heat transport. Can be done.

【0016】従って、軸受の焼付き等を防止し、また回
転軸の熱膨張を低減することができる。
[0016] Therefore, seizure of the bearing and the like can be prevented and thermal expansion of the rotating shaft can be reduced.

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

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

【図2】同実施例による軸受温度上昇量の低減効果を示
すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the effect of reducing the amount of bearing temperature rise according to the same example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1      ヒートパイプ 1A    ヒートパイプの空間 2      熱媒の液相部 3      熱媒の蒸気部 4      モータのロータ 5      モータのステータ 6      軸受 7      水又は空気流 10    回転軸 1 Heat pipe 1A Heat pipe space 2 Liquid phase part of heating medium 3. Steam part of heating medium 4 Motor rotor 5 Motor stator 6 Bearing 7 Water or air flow 10 Rotation axis

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  回転軸の内部に冷却用のヒートパイプ
を設けた回転軸の冷却装置において、前記ヒートパイプ
を熱媒を収容した回転軸内の軸方向へ延びる空間で形成
し、前記空間の加熱される部分の径を大きくし、前記空
間の冷却される部分の径を小さくし、その間をテーパ状
の部分で連絡したことを特徴とする回転軸の冷却装置。
1. A cooling device for a rotating shaft in which a heat pipe for cooling is provided inside the rotating shaft, wherein the heat pipe is formed in a space extending in the axial direction within the rotating shaft containing a heat medium, and 1. A cooling device for a rotating shaft, characterized in that the diameter of a portion to be heated is increased, the diameter of a portion of the space to be cooled is decreased, and a tapered portion connects the two.
JP6838991A 1991-04-01 1991-04-01 Cooling device for rotating shaft Pending JPH04304948A (en)

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JP6838991A JPH04304948A (en) 1991-04-01 1991-04-01 Cooling device for rotating shaft

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JPH04304948A true JPH04304948A (en) 1992-10-28

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JP (1) JPH04304948A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007534874A (en) * 2004-01-30 2007-11-29 プラット アンド ホイットニー カナダ コーポレイション Anti-icing device and method for an aero engine nose cone
JP2012062896A (en) * 2011-11-18 2012-03-29 Toyota Motor Corp Internal combustion engine

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