WO2005003580A1

WO2005003580A1 - 磁気軸受装置

Info

Publication number: WO2005003580A1
Application number: PCT/JP2003/008544
Authority: WO
Inventors: Akihiro Shimada
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-13
Also published as: EP1717468A1; US7315101B2; JP4293185B2; CN1666026A; JPWO2005003580A1; US20060163962A1; CN100344889C; EP1717468A4; US20070273219A1

Abstract

簡単な構成で冷却効果が大きい磁気軸受装置を得るため、回転軸１の後部外径に後方向に空気流を形成するフィン１５を設けると共に、このフィン１５が回転することにより生成される空気流を圧縮された渦流に変換し且つ軸方向に貫通穴を有するジェネレータ１６を、フィン１５と適当な隙間を隔てて固定し、さらにこのジェネレータ１６の後方側に内径がジェネレータ１６の貫通穴１９の直径よりも大きく且つ後方端にコントロールバルブ２１を有するチューブ２０を備える構成として、回転軸１の駆動力で冷却風を生成するようにし、また、回転軸１内部には、冷却風を通過させるための軸方向に貫通する冷却風流通路２２を形成した。

Description

技術分野

本発明は工作機械のスピンドルュニット等に使用される磁気軸受装置に係り特にその磁気軸受装置の冷却構造明に関するものである。

景技術

書

磁気軸受装置は、従来から広く用いられている転がり軸受装置では実現困難な超高速回転を実現することを主目的として一般に使用される。しかし、磁気軸受装置は転がり軸受装置と比較し、超高速化が可能である反面、電気部品点数が多いため、軸受装置本体の発熱も大きくなるのが一般である。従来の磁気軸受装置の冷却対策としては、例えばュニット外部からコンプレッサ等により、ユニット内部へ空気を供給し、この供給された空気流を、回転軸表面を通過させることにより冷却している。このような磁気軸受装置の冷却構造は、例えば特開平 8 _ 6 1 3 6 6公報に記載されている。

しかしながら上述.の冷却構造においては、単に外部より雰囲気温度に近い空気流を、ユニット内部を循環させているだけあり、冷却性に優れず、また外部からユニット内部へ空気流を供給するための装置（コンプレッサ等）が別途必要となり、冷却設備が大掛かりになるという問題があった。

発明の開示

本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、簡単な構成で冷却効果が大きい磁気軸受装置を得ることを目的とする。

本発明は前記目的を達成させるため、回転体の駆動力を用いて低温の冷却風を生成する冷却風生成手段と、この冷却風生成手段にて生成された低温の冷却 ' 風を磁気軸受装置内部に流通させる冷却風流通路とを備える構成としたものである。

また、前記冷却風生成手段を、前記回転体の駆動力を用いて高速気流を生成する高速気流生成手段と、この高速気流生成手段にて生成された高速気流を渦流に変換する変換手段と、この変換手段にて変換きれた高速渦流を流通させる気流通路と、この気流通路の反変換手段側に設けられたコントロールバルブとを備えるものとしたものである。

このため、回転体が超高速回転することを利用して低温の冷却風を生成するので、簡単な構成で冷却効果が大きい磁気軸受装置を得ることができる。

また、回転軸に設けられ、この回転軸の駆動力により軸方向の気流を発生させるフィン、このフィンと所定間隔を介して固定され、高速渦流を生成するジエネレ一夕、このジェネレータにて生成された高速渦流を流通させるチューブ、及びこのチューブの反ジェネレータ側に設けられたコントロールバルブを有し、低温の冷却風を生成する冷却風生成手段と、この冷却風生成手段にて生成された低温の冷却風を磁気軸受装置内部に流通させる冷却風流通路とを備える構成としたものである。

このため、回転体が超高速回転することを利用して低温の冷却風を生成する • ので、簡単な構成で冷却効果が大きい磁気軸受装置を得ることができる。

また、前記冷却風流通路を、前記回転軸部に、軸方向に延在するように設けたものである。

このため、回転軸部を効率よく冷却することができる。

また、前記冷却風流通路を、筐体に設けられた冷却風流通路と、この筐体に設けられた冷却風流通路に前記低温の冷却風を導くパイプとを有するものとしたものである。

このため、回転軸部ばかりでなく、磁気軸受装置全体を効率よく冷却することができる。

また、アキシャル磁気軸受ディスクに設けられ、このアキシャル磁気軸受デイスクの外径方向に向かう気流を発生させるフィン、このフィンの外周部に位置し、前記フィンにて発生させられた気流を取込み且つ外径方向に向かって高速気流として吹出す供給口、この供給口より吹出された高速気流を、渦流に変換するジェネレータ、前記筐体に軸方向に延在するように設けられ、このジェネレ一夕にて生成された高速渦流を流通させる気流通路、及びこの気流通路の反ジヱネレー夕側に設けられたコントロールバルブを有し、低温の冷却風を生成する冷却風生成手段と、この冷却風生成手段にて生成された低温の冷却風を磁気軸受装置内部に流通させる冷却風流通路とを備える構成としたものである。このため、回転体が超高速回転することを利用して低温の冷却風を生成するので、簡単な構成で冷却効果が大きい磁気軸受装置を得ることができる。特にアキシャル磁気軸受デイスクの外径は回転部の各部の中で最も外径が大きいので、その他の部位で高速渦流を生成するよりも最も冷却効果が大きい。

また、前記低温の冷却風を回転軸部に導く案内部を設けたものである。

また、前記冷却風流通路を、前記筐体に設けられ、前記冷却風生成手段にて生成された低温の冷却風が流通する冷却風流通路と、この冷却流通路を通過した冷却風を回転軸部に導く案内板と、回転軸部に設けられ、前記案内板にて案内された冷却風を軸方向に流通させ、回転軸部を冷却する冷却風流通路とを有するものとしたものである。

このため、このため、回転軸部をも効率よく冷却でき、、磁気軸受装置全体を効率よく冷却することができる。

また、アキシャル磁気軸受ディスクに設けられ、このアキシャル磁気軸受デイスクの外径方向に向かう気流を発生させるフィン、このフィンの外周部に位置し、前記フィンにて発生させられた気流を取込み且つ外径方向に向かって髙速気流として吹出す吸気口、この吸気口より吹出された高速気流を流通させる気流通路、この気流通路より吹出された高速気流を、渦流に変換するジエネレ一夕、このジェネレータにて生成された高速渦流を流通させるチューブ、及びこのチューブの反ジェネレータ側に設けられたコントロ一ルバルブを有し、低温の冷却風を生成する冷却風生成手段と、この冷却風生成手段にて生成された低温の冷却風を磁気軸受装置内部に流通させる冷却風流通路とを備える構成としたものである。

このため、回転体が超高速回転することを利用して低温の冷却風を生成するので、簡単な構成で冷却効果が大きい磁気軸受装置を得ることができる。図面の簡単な説明

第 1図は本発明の実施の形態 1に係る磁気軸受スピンドルュニットの全体構成を示す断面図である。

第 2図は本発明の実施の形態 1に係る磁気軸受スピンドルュニットに使用するジェネレータ構造を示す図である。

第 3図は第 1図の X _ X '線断面図である。

第 4図は本発明の実施の形態 2に係る磁気軸受スピンドルュニッ卜の全体構成を示す断面図である。

第 5図は本発明の実施の形態 2に係る磁気軸受スピンドルュニッ卜に使用するジェネレータ構造を示す図である。

第 6図は本発明の実施の形態 3に係る磁気軸受スピンドルュニットの全体構成を示す断面図である。

第 7図は本発明の実施の形態 3に係る磁気軸受スピンドルュニットに使用するジェネレータ構造を示す図である。

第 8図は本発明の実施の形態 4に係る磁気 ¾受スピンドルュニッ卜の全体構成を示す断面図である。

第 9図は本発明の実施の形態 5に係る磁気軸受スピンドルュニヅ卜の全体構成を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

実施例の形態 1 .

以下本発明の実施の形態 1を、第 1図〜第 3図を用いて説明する。

なお、本発明の実施の形態 1は、磁気軸受装置を、工具を回転させるスピンドルに用いた磁気軸受スピンドルュニットを示しており、第 1図はその磁気軸受スピンドルュニットの全体構成を示す断面図、第 2図はその磁気軸受スピンドルユニットに使用するジェネレータ構造を示す図で、（a)は正面図、（b)は図 (a)の Y- Y線断面図、（c)は図（a)の背面図、第 3図はその磁気軸受スピンドルュニットに使用するコントロールバルブを示す、第 1図の X-X '線断面図ある。

そしてこの磁気軸受スピンドルュニットは、次のように構成されている。即ち、ヅールホルダ一保持機構を内蔵した回転軸 1に、リング状の電磁鋼板を積層して形成したフロント側ラジアル磁気軸受口一夕 2 a と、磁性材からなるアキシャル磁気軸受ディスク 3と、主軸モー夕口一夕 4 (アキシャル磁気軸受ディスク 3とリア側ラジアル磁気軸受口一夕 2 b との間に位置する）と、リング状の電磁鋼板を積層して形成したリア側ラジアル磁気軸受ロー夕 2 b とが、嵌合固定されている。なお、回転軸 1の左端には図示しないが、前記ツールホルダー保持機構 4 7にツールホルダーを介して回転ヅールが設置される。また、ツールホルダー保持機構 4 7にヅールホルダ一を固定する際、ばね材 4 8の押圧力に抗して押し棒 4 9をツールホルダー着脱用油圧シリンダー 4 5にて図の左側に押圧して、図の左端に位置するコレツト状のヅ一ルホルダー保持部 5 0 を拡開し、この拡開部にツールホルダーを挿入する。そして前記押し棒 4 9の押圧力を解放することによつて前記ばね材 4 8の押圧力によりッールホルダー保持部 5 0にヅールを保持する。また、ヅールホルダー保持機構 4 7と回転軸 1 とは、前記ばね材 4 8における軸方向の押圧力により一体化されて回転する。また、回転軸 1のラジアル磁気軸受ロー夕 2 a、 2bの外径部の半径方向には、適当な微小間隔（通常 0. 5〜1. 0mm程度）を設けて、フロント側ラジアル磁気軸受ステ一夕 5a、リァ側ラジアル磁気軸受ステ一夕 5bが配置されている。なお、このラジアル磁気軸受ステ一夕 5aは通電されたとき、ラジアル磁気軸受口一夕 2aの周囲に 4個の電磁石を生成するものである。またラジアル磁気軸受ステ一夕 5bも同様に、通電されたとき、ラジアル磁気軸受ロー夕 2 bの周囲に 4個の電磁石を生成するものである。

また、該回転軸 1のアキシャル磁気軸受ディスク 3の近傍においては、軸方向に適当な微小間隔（通常 0. 5〜1. 0 mm程度）を設けて、リング状電磁石を有する 1対のアキシャル磁気軸受ステ一夕 6a、 6b (負荷側アキシャル磁気軸受ステ一夕 6a、反負荷側アキシャル磁気軸受ステ一夕 6b) が、アキシャル磁気軸受ディスク 3を挟み込むように配置されている。なお、アキシャル磁気軸受ステ一夕 6a、 6bは、リング状のカラ一 27によって軸方向の位置決めがなされている。

また、主軸モー夕ロー夕 4の近傍においては、回転軸 1を回転駆動されるための主軸モー夕ステ一夕 7が、主軸モー夕ロー夕 4の外径部から半径方向に適当な微小間隔を設けて配置されている。

また、ラジアル磁気軸受ステ一夕 5 a、 5bと主軸モー夕ステ一夕 7の外径部には、ステ一夕冷却用のオイルジャケット 8a、 8b、 9が取付けられている。なお、図中、 8aはフロント側ラジアル磁気軸受ステ一夕冷却用のオイルジャケヅト、 8b はリア側ラジアル磁気軸受ステ一夕冷却用のオイルジャケヅト、

9は主軸モー夕ステ一夕冷却用のオイルジャケヅトである。

また、回転軸 1、ラジアル磁気軸受ステ一夕 5 a、 5b、アキシャル磁気軸受ステ一夕 6a、 6b、及び主軸モ一夕ステ一夕 7は、筒状スレーム 10に、オイルジャケット 8a、 8b、 9を介して収められ、且つフレーム 10の各端部に、負荷側ブラケット 1 1及び反負荷側ブラケット 12が夫々取付けられている。また、アキシャル磁気軸受ステ一夕 6a、 6bも、フレーム 10に収納されている。

また、負荷側ブラケット 1 1及び反負荷側ブラケット 12には、それそれ磁気軸受制御用の非接触変位センサ 14a、 14bが、回転軸 1とある適当な微小間隔（通常 0. 5 mm程度）を介して取付けられている。

また、緊急時のュニヅト破損回避のための保護ベアリング（夕ツチダウンべァリングとも言う） 13 a、 13 b力 s、負荷側ブラケット 1 1及び反負荷側ブラケヅト 12に、回転軸 1とある適当な微小間隔（通常 0. 2mm程度）を介して取付けられている。即ち、この保護ベアリング 13a、 13bは、磁気軸受装置が正常動作しているときは回転軸 1と非接触状態にあるが、磁気軸受装置が何らかの原因により制御不能となったとき、回転軸 1と接触してこの回転軸 1 を受止めることにより、ユニットの破損を防ぐ。

また、負荷側ブラケット 1 1及び反負荷側ブラケット 12に、回転軸 1の径方向及び軸方向位置を測定する非接触変位センサ 14a、 14bが夫々固定されている。そしてこの変位センサ 14a、 14bの出力信号をもとに、ラジアル磁気軸受ステ一夕 5a、 5bとラジアル磁気軸受ロー夕 2 a、 2 との空隙部、及びアキシャル磁気軸受ステ一夕 6a、 6bとアキシャル磁気軸受ディスク 3との空隙部に、図示しない磁気軸受駆動用ドライバにより適当な磁気吸引力を発生させ、回転軸 1を各ステ一夕 5a、 5b、 6a、 6b、 7と離隔した目標位置に非接触で支承し、この非接触状態で、主軸モー夕ステ一夕 7に適当な電圧を印加することにより、回転軸 1の超高速回転（70, 000 r/mi n程度以上）を実現している。

また、回転軸 1の回転数は、回転軸 1に固着されたエンコーダ用歯車及び反負荷側ブラケヅト 12に固着されたエンコーダへヅド 51により検出し、前記磁気軸受駆動用ドライバへフィードバックするように構成されている。

更にまた、回転軸 1の後部に後方向に（反負荷側に）空気流を形成するためのフィン 1 5が等間隔に複数枚設けられており、且つこのフィン 1 5と適当な間隔を隔ててジヱネレ一夕（変換手段） 1 6が、反負荷側ブラケット 1 2に支持された固定用アングル 4 4に固定されている。

第 2図はジェネレータ 1 6のみを取り出して図示したものであり、このジェネレ一夕 1 6は、フィン 1 5との相乗作用により生成される高速空気流を高圧渦流に変換するために、複数個のフィン部材（第 2図においては 8個のフィン部材）が、高速空気流吸入口 1 7から渦流吐出口 1 8 (第 2図においては 8箇所に形成されている）に向か,うにしたがってテ一パ小となると共に、ジエネレ —夕 1 6の軸方向に対し螺旋方向に形成されている。また、ジェネレータ 1 6 のさらに内径部には軸方向の貫通穴 1 9が形成されている。

さらにジェネレータ 1 6の後方側には、ジェネレータ 1 6の貫通穴 1 9の直径よりも大きい内径を有するチューブ（気流通路） 2 0が連結され、且つこのチューブ 2 0の後方端に、第 3図に示すような、高圧渦流の一部を外気中へ放出する量を調整するコントロールバルブ 2 1を備えている。なお、このコントロールバルブ 2 1は、その外周部に設けられた熱風吐出量調整用ねじ 4 6をチユーブ 2 0にねじ込むことにより、チューブ 2 0に設けられている。

また、回転軸 1部には、第 1図に示すように、複数個の冷却風流通路 2 2が、周方向に等間隔に形成されている。なお、この冷却風流通路 2 2は、第一の冷却風流通路と、第二の冷却風流通路とから構成されており、第一の冷却風流通路は、一端がフィン 1 5側の軸端に開口し、他端がリァ側ラジアル磁気軸受ロ一夕 2 b部の内壁部に開口する、回転軸 1内部を軸方向に延在する構成と成つている。また第二の冷却風流通路は、第一の冷却風流通路におけるリア側ラジアル磁気軸受ロー夕 2 b部側の開口部と連通し、フロント側ラジアル磁気軸受口一夕 2 a部の負荷側端部まで延在するよう回転軸 1の外周部に形成されたスプライン状部と、このスプライン状部の開放部を閉塞する、リア側ラジアル磁気軸受ロー夕 2 b、主軸モー夕ロー夕 4、アキシャル磁気軸受ディスク 3、フロント側ラジアル磁気軸受ロー夕 2 a及び口一夕間に位置するカラーの各内周壁とから構成されている。

なおまた、この実施の形態 1では、フィン 1 5、ジェネレータ 1 6、チュープ 2 0及びコントロールバルブ 2 1により、高速回転する回転軸 1の駆動力を用いて低温の冷却風を生成する冷却風生成手段を構成している。また、フィン 1 5とジェネレータ 1 6の一部とで、圧縮気流生成手段を構成している。更にまた、フレーム 1 0、負荷側ブラケヅト 1 1及び反負荷側ブラケヅト 1 2により、筐体を構成している。

この実施の形態 1に係る磁気軸受スピンドルュニットは、以上のように構成されている。

この構造によれば、一般に磁気軸受スピンドルュニットは超高速回転で使用されることがほとんどであるため、回転軸 1が超高速回転するとフィン 1 5によりスピンドル後方に向かう高速空気流が生成される。この高速空気流はジェネレ一夕 1 6の吸入口 1 7に送り込まれ、吐出口 1 8より放出されるが、その途中、ジェネレータ 1 6がテーパ小となっていることと螺旋方向に形成されていることにより、吐出口 1 8より放出される折には高圧渦流となり、隣接するチューブ 2 0内の周面に対し、その接線方向に向かって音速に近い速度で吐出される。そして、チューブ 2 0内に送り込まれた高速渦流は、その後方に設けられたコントロールバルブ 2 1に向かって移動する過程で、大きな遠心力が作用して圧力と密度が急上昇すると共に、管路抵抗を増加させて温度が上昇し、熱風となって熱風吐出口 2 3から外気中へ放出される。また、これと同時に前記高速渦流の遠心力により、チューブ 2 0の中心付近は密度が疎な状態になると共に、熱風となる外側渦流と同方向に回転しながら、熱風吐出口 2 3とは反対方向にあるジェネレータ 1 6の貫通穴 1 9に向かって逆方向に移動する。この移動する過程で、内側渦流は減速する制動作用のため外側渦流に対して仕事を行って温度が低下するため、冷却風となって、ジェネレータ 1 6の貫通穴 1 9より排出される。なお、この冷却風の生成原理は、 1 9 3 0年頃フランスの物理学者 Georges Ranqueによって発見されたもので、例えば、 7PMa、 20°C の圧縮空気を 640L/min供給すれば、- 55°Cの 100L/minの空気をジェネレータ 1 6の貫通穴 1 9より噴出する。そして、この貫通穴 1 9はチューブ 2 0の内径よりも小さいため、冷却風となった内側渦流のみが通過でき、効率の良い構造となっている。また、回転軸 1の内部には軸方向に貫通する冷却風流通路 2 2 が形成されているため、ジェネレータ 1 6の貫通穴 1 9より吐出された冷却風は、矢印で示すように、回転軸 1の内部をスピンドルユニット前方（負荷側）に向かって移動し、その過程で回転軸 1を冷却して、最終的に回転軸 1の前方部（負荷側）より外気中へ放出される。

即ち、この構造においては、冷却風発生部に駆動部分のない極めて簡単な構造であり、しかも、回転軸 1自身が超高速で回転することを利用して、外部にコンプレッサ等の圧縮器等を使用せずに高圧空気を生成し、冷却風を作り出すことができる。そして、生成された冷却風を回転軸 1の内部を通過させることにより、効率良く回転軸 1を冷却することができる。 .

なお、ジェネレータ 1 6の貫通穴 1 9より、回転軸 1の方向へ吐出される冷却風の量は、熱風吐出口 2 3から排出される熱風の量を調整することより、コントロ一ルできる。つまり、コントロールバルブ 2 1の調整によって任意に定めることができる。実施例の形態 2 .

次に本発明の実施の形態 2を、第 4図及び第 5図を用いて説明する。

なお、本発明の実施の形態 2も、実施の形態 1と同様に、磁気軸受装置を、工具を回転させるスピンドルに用いた磁気軸受スピンドルュニットを示しており、第 3図はその磁気軸受スピンドルユニットの全体構成を示す断面図、第 4 図はその磁気軸受スピンドルュニットに使用するジヱネレー夕構造を示す図で、 (a)は正面図、 (b)は図（a)の Z - Z線断面図、（c)は図（a)の背面図ある。

そしてこの磁気軸受スピンドルュニヅトは、次のように構成されている。即ち、反負荷側ブラケット 1 2及びフレーム 1 0に、軸方向に延在し且つ周方向に等間隔に位置する複数個の冷却風流通路 2 6が形成されている（この実施の形態の場合には、 2本の冷却風流通路 2 6が形成されている）。また、この冷却風流通路 2 6に夫々連通し、アキシャル磁気軸受ディスク 3の外周部に開口する冷却風流通路 2 6が、アキシャル磁気軸受ステ一夕 6 a， 6 b の軸方向位置決め用カラ一 2 7に形成されている。即ち、この冷却風流通路 2 6は、その一端がアキシャル磁気軸受ディスク 3の外周部に開口し、他端が反負荷側ブラケヅト 1 2の外部端面に開口する構成となっている。

第 4図はフィン 1 5と適当な間隔を隔てて固定されたジェネレータ 1 6のみを取り出して図示したものであり、このジェネレータ 1 6の貫通穴 1 9の内径よりさらに内側からジェネレータ 1 6の径方向に、ジェネレータ 1 6の外部に通ずる複数本のパイプ 2 4 (この実施の形態の場合には、 2本のパイプ）が貫通固定されており、またこのパイプ 2 4のジヱネレー夕 1 6内の一端 2 5はチューブ 2 0の方向を向いて設置されている。

そしてこのパイプ 2 4の他端は、冷却風流通路 2 6の反負荷側ブラケット 1 2側の開口部に接続されている。

なおその他の構成は、実施の形態 1で説明した磁気軸受スビンドルュニットと同様の構成である。

この構造によれば、回転軸 1が超高速回転するとフィン 1 5によりスピンドル後方に向かう高速空気流が生成される。この高速空気流はジェネレータ 1 6 の吸入口 1 7に送り込まれ、吐出口 1 8より放出されるが、その途中、ジエネレ一夕 1 6がテーパ小となっていることと螺旋方向に形成されていることにより、吐出口 1 8より放出される折には高圧渦流となり、隣接するチューブ 2 0 内の周面に対し、その接線方向に向かって音速に近い速度で吐出される。そして、チューブ 2 0内に送り込まれた高速渦流はその後方に設けられたコント口ールバルブ 2 1に向かって移動する過程で、大きな遠心力が作用して圧力と密度が急上昇すると共に、管路抵抗を増加させて温度が上昇し、熱風となって熱風吐出口 2 3から外気中へ放出される。また、これと同時に前記高速渦流の遠心力により、チューブ 2 0の中心付近は密度が疎な状態になると共に、熱風となる外側渦流と同方向に回転しながら、熱風吐出口 2 3とは反対方向にあるジヱネレ一夕 1 6の貫通穴 1 9に向かって逆方向に移動する。この移動する過程で、内側渦流は減速する制動作用のため外側渦流に対して仕事を行って温度が低下するため、冷却風となって、ジェネレータ 1 6の貫通穴 1 9より排出される。この貫通穴 1 9はチューブ 2 0の内径よりも小さいため、冷却風となった内側渦流のみが通過でき、効率の良い構造となっている。また、回転軸 1の内部には軸方向に賞通する冷却風流通路 2 2が形成されているため、ジヱネレ一夕 1 6の貫通穴 1 9より吐出された冷却風は、矢印で示すように、回転軸 1の内部をスピンドルュニット前方に向かって移動し、その過程で回転軸 1を冷却して、最終的に回転軸 1の前方部より外気中へ放出される。さらに、ジヱネレ一夕 1 6の内部に設けられたパイプ 2 4の一端 2 5がチューブ 2 0の方向を向いて設置されているため、矢印で示すように、ジェネレータ 1 6より吐出される冷却風の一部はこのパイプ 2 4に吸入され、反負荷側ブラケット 1 2、フレ —ム 1 0の内部に設けられた冷却風流通路 2 6を通過してアキシャル磁気軸受ステ一夕 6の軸方向位置決め用カラー 2 7の外径部より、ユニット内部へ侵入する。このカラー 2 7の部分より侵入する冷却風は主に、アキシャル磁気軸受ディスク 3とアキシャル磁気軸受ステ一夕 6 a、 6 bの間の空隙、リァ側ラジアル磁気軸受ロ一夕 2 aとラジアル磁気軸受ステ一夕 5 aの間の空隙、主軸モー夕ロー夕 4と主軸モー夕ステ一夕 7の間の空隙、ならびにラジアル磁気軸受ロー夕 2 b とラジアル磁気軸受ステ一夕 5 b の間の空隙を通過して外気中へ放出され、外気中へ向かって移動する過程で回転軸 1表面、及び各ステ一夕を冷却する。

即ち、この構造においては、実施の形態 1で説明した場合と同様の原理により、効率良く回転軸 1及び各ステ一夕を冷却することができる。

なお、コントロールバルブ 2 1の調整により、冷却風の量を調整できることも同様である。実施例の形態.3 .

次に本発明の実施の形態 3を、第 6図及び第 7図を用いて説明する。

なお、本発明の実施の形態 3も、実施の形態 1と同様に、磁気軸受装置を、工具を回転させるスピンドルに用いた磁気軸受スピンドルュニヅトを示している。

そしてこの磁気軸受スピンドルュニヅトは、次のように構成されている。即ち、アキシャル磁気軸受ディスク 3の外径部には、径方向に空気流を形成するためのラジアルフィン 2 8が設けられている。また、このフィン 2 8と適当な間隔を隔てて設置されたアキシャル磁気軸受ステ一夕 6 a, 6 b の軸方向位置決め用カラー 2 7には、その内径部から外径部に向かってテ一パ小となる吸気口 2 9が複数箇所に設けられており、テ一パ小となる側の供給口 3 0は、ジエネレー夕 1 6の外径部に通じている。このジェネレータ 1 6は、供給口 3 0 と対向する位置に位置するとともに、フレーム 1 0の内部に固定されている。またこのジヱネレー夕 1 6は、第 7図（（a) は正面図、（b)は図（a) の縦断面図）にその詳細を示すように、供給口 3 0よ ·り噴出された空気流を渦流に変換し気流通路 3 2を流通させるため、供給口 3 0より噴出された空気流を取込むための複数の切欠き部を、側面外周部に等間隔に有し、且つこの切欠き部より内周部に向かう螺旋状溝 3 1が側面部に施されている。またこのジェネレータ 1 6は、その中心部には軸方向の貫通穴 1 9を有している。なお、第 7図中、 1 8は渦流吐出口である。さらに、このジェネレータ 1 6のュニヅト後方側に、その内径がジエネレー夕 1 6の貫通穴, 1 9の直径よりも大きい気流通路 3 2を、フレーム 1 0及び反負荷側ブラケット 1 2の内部に軸方向に形成し、またこの気流通路 3 2の後方端にコントロールバルブ 2 1を有している。また、このジェネレータ 1 6のュニット前方側にも、ジヱネレー夕 1 6の貫通穴 1 9からユニット内部へ通ずる冷却風流通路 3 3が、フレーム 1 0、及び負荷側ブラケット 1 1の内部に施されている。

なおその他の構成は、実施の形態 1、 2で説明した磁気軸受スピンドルュニヅトと同様の構成である。

この構造によれば、回転軸 1が超高速回転すると、アキシャル磁気軸受ディスク 3の外径部に形成されたラジアルフィン 2 8の効果により、径方向に向かう高速空気流が生成される。この高速空気流はアキシャル磁気軸受ステ一夕 6 a, 6 b の軸方向位置決め用カラー 2 7に設けられた吸気口 2 9に取り込まれるが、この吸気口 2 9の形状が外径方向に向かうに従ってテーパ小となる形状であるため、このカラ一 2 7の外径部の供給口 3 0から吐出する際には高圧空気となっている。この高圧空気はジヱネレー夕 1 6の外径部に送り込まれ、このジェネレータ 1 6に施された螺旋状溝の効果により、ジェネレータ 1 6の吐出口 1 8より放出される折には高圧渦流となり、ュニット後方側に隣接するフレーム 1 0内の気流通路 3 2内の周面に対し、その接線方向に向かって音速に近い速度で吐出される。アキシャル磁気軸受ディスク 3の外径は回転軸 1の各部位の中で最も外径が大きいので、その他の部位で高速渦流を生成するよりも、最も効果が大きい。そして、気流通路 3 2内に送り込まれた高速渦流はその後方に設けられたコントロールバルブ 2 1に向かって移動する過程で、大きな遠心力が作用して圧力と密度が急上昇すると共に、管路抵抗を増加させて温度が上昇し、熱風となって熱風吐出口 2 3から外気中へ放出される。また、これと同時に前記高速渦流の遠心力により、気流通路 3 2の中心付近は密度が疎な状態になると共に、熱風となる外側渦流と同方向に回転しながら、熱風吐出口 2 3とは反対方向にあるジェネレータ 1 6の貫通穴 1 9に向かって逆方向に移動する。この移動する過程で、内側渦流は減速する制動作用のため外側渦流に対して仕事を行って温度が低下するため、冷却風となって、矢印で示すように、ジェネレータ 1 6の貫通穴 1 9をユニット前方側へ向かって通過する。この貫通穴 1 9は気流通路 3 2の内径よりも小さいため、冷却風となった内側渦流のみが通過でき、効率の良い構造となっている。そして、この冷却風はジヱネレ —夕 1 6の前方部に位置するフレーム 1 0、負荷側ブラケット 1 1に設けられた冷却風流通路 3 3に送り込まれ、ュニット内部に運ばれ、回転軸 1の表面、ならびに各ステ一夕を冷却する。 .

即ち、この構造においては、実施の形態 1、 2で説明したものと同様の原理により、効率良く回転軸 1、及び各ステ一夕を冷却することができる。

なお、コントロールバルブ 2 1の調整により、冷却風の量を調整できることも同様である。実施例の形態 4 .

次に本発明の実施の形態 4を、第 8図を用いて説明する。

なお、本発明の実施の形態 4も、実施の形態 1と同様に、磁気軸受装置を、工具を回転させるスピンドルに用いた磁気軸受スピンドルュニヅトを示している。，

そしてこの磁気軸受スピンドルュニットは、次のように構成されている。即ち、アキシャル磁気軸受ディスク 3の外径部にラジアルフィン 2 8を設け、その効果により冷却風を生成する構造は実施の形態 3と同様である。この実施の形態 4では、さらに回転軸 1内部に軸方向に貫通する冷却風流通路 2 2を形成すると共に、冷却風を冷却風流通路 2 2に取り込みやすくするためのフィン 3 4が、回転軸' 1における冷却風流通路 3 5の開口部と対向する位置に設けられている。また、冷却風流通路 3 5から吹出された冷却風を、冷却風流通路 2 2へ効率良く取り込むための冷却風案内板 3 5が、その周囲部が負荷側ブラケヅト 1 1とフレーム 1 0との間に狭時されることにより設置されている。

なお、冷却風流通路 2 2は、回転軸 1におけるフィン 3 4設置部から変位センサ 1 4b 近傍まで延在するよう回転軸 1の外周部に形成されたスプライン状部と、このスプライン状部の開放部を閉塞する、リア側ラジアル磁気軸受ロー夕 2 b、主軸モ一夕口一夕 4、アキシャル磁気軸受ディスク 3、フロント側ラジアル磁気軸受口一夕 2 a及び各ロー夕間に配設されたカラーの各内周壁とから構成されている。

またその他の構成は、実施の形態 3で説明した磁気軸受スピンドルュニヅトと同様の構成である。

' この構造によれば、回転軸 1が超高速回転するとアキシャル磁気軸受デイスク 3の外径部に形成されたラジアルフィン 2 8の効果により、径方向に向かう高速空気流が生成される。この高速空気流はアキシャル磁気軸受ステ一夕 6 a, '6 b の軸方向位置決め用カラ一 2 7に設けられた吸気口 2 9に取り込まれるが、この吸気口 2 9'の形状が外径方向に向かうに従ってテーパ小となる形状であるため、このカラ一 2 7の外径部の供給口 3 0から吐出する際には高圧空気となつている。この高圧空気はジェネレータ 1 6の外径部に送り込まれ、このジヱネレ一夕 1 6に施された螺旋状溝の効果により、ジェネレータ 1 6の吐出口 1 8より放出される折には高圧渦流となり、ユニット後方側に隣接するフレーム 1 0内の気流通路 3 2内の周面に対し、その接線方向に向かって音速に近い速度で吐出される。アキシャル磁気軸受ディスク 3の外径は回転軸 1の各部位の中で最も外径が大きいので、その他の部位で高速渦流を生成するよりも、最も効果が大きい。そして、気流通路 3 2内に送り込まれた高速渦流はその後方に設けられたコントロールバルブ 2 1に向かって移動する過程で、大きな遠心力が作用して圧力と密度が急上昇すると共に、管路抵抗を増加させて温度が上昇し、熱風となって熱風吐出口 2 3から外気中へ放出される。また、これと同時に前記高速渦流の遠心力により、気流通路 3 2の中心付近は密度が疎な状態になると共に、熱風となる外側渦流と同方向に回転しながら、熱風吐出口 2 3とは反対方向にあるジヱネレー夕 1 6の貫通穴 1 9に向かって逆方向に移動する。この移動する過程で、内側渦流は減速する制動作用のため外側渦流に対して仕事を行って温度が低下するため、冷却風となって、矢印で示すように、ジエネレー夕 1 6の貫通穴 1 9をュニット前方側へ向かって通過する。この貫通穴 1 9は気流通路 3 2の内径よりも小さいため、冷却風となった内側渦流のみが通過でき、効率の良い構造となっている。そして、この冷却風はジェネレータ 1 6の前方部に位置するフレーム 1 0、負荷側ブラケット 1 1に設けられた冷却風流通路 3 3に送り込まれ、ユニット内部に運び込まれるが、冷却風案内板 3 5により、そのほとんどは回転軸 1に設けられたフィン 3 4付近に集中する。このフィン 3 4は回転軸 1内部に形成された冷却風流通路 2 2に冷却風を取り込むように形成されているため、ほとんどの冷却風が冷却風流通路 2 2を通過し、その過程において回転軸 1を効率良く冷却する。

即ち、この構造 ίこおいては、実施例 1〜3で説明したものと同様の原理により、効率良く回転軸 1することができる。なお、コントロールバルブ 2 1の調整により、冷却風の量を調整できることも同様である。実施例の形態 5 .

次に本発明の実施の形態 5を、第 9図を用いて説明する。

なお、本発明の実施の形態 5も、実施の形態 1と同様に、磁気軸受装置を、工具を回転させるスピンドルに用いた磁気軸受スピンドルュニットを示している。

そしてこの磁気軸受スピンドルュニッ卜は、次のように構成されている。即ち、アキシャル磁気軸受ディスク 3の外径部には、径方向に空気流を形成するためのラジアルフィン 2 8が設けられ、且つこのフィン 2 8と適当な間隔を隔ててアキシャル磁気軸受ステ一夕 6 a， 6 b の軸方向位置決め用カラー 2 7 が設置されている。このカラ一 2 7は、その内径部から外径部に向かってテ一パ小となる吸気口 2 9が設けられており、テ一パ小となる側の供給口 3 0'は、フレーム 1 0、及び反負荷側ブラケット 1 2の内部に設けられた高圧気流通路 3 6に連結されている。反負荷側ブラケット 1 2の高圧空気吐出口 3 7は、磁気軸受スピンドルュニットの外部に設置されている渦流冷却器（冷却風生成手段） 3 8の高圧空気吸入口 3 9にパイプ等により連結されている。また、磁気軸受スピンドルュニヅ卜には、高圧気流通路 3 6と重ならない別の箇所に、ュニット外部からユニット内部へ貫通する冷却風流通路 4 2が、フレーム 1 0、負荷側ブラケット 1 1、反負荷側ブラケット 1 2に形成されており、且つ反負荷側ブラケット 1 2の冷却風吸入口 4 3と渦流発生器 3 8の冷却風吐出口 4 1 はパイプ等により連結されている。

なお、前記渦流冷却器 3 8は、チューブ、高庄空気流を渦流に変換するジェネレ一夕、及び冷却風の量を調整するコントロールバルブから構成されており、前記実施の形態で説明したものと同様に動作して冷却風吐出口 4 1に冷却風を噴出する。

この構造によれば、回転軸 1が超高速回転するとアキシャル磁気軸受ディスク 3の外径部に形成されたラジアルフィン 2 8の効果により、径方向に向かう高速空気流が生成される。この高速空気流はアキシャル磁気軸受ステ一夕' 6 a， 6 b の軸方向位置決め用カラー 2 7に設けられた吸気口 2 9に取り込まれるが、この吸気口 2 9の形状が外径方向に向かうに従ってテーパ小となる形状であるため、このカラー 2 7の外径部の供給口 3 0から吐出する際には高圧空気となつている。この高圧空気はフレ一ム 1 0、及び反負荷側ブラケット 1 2の内部に設けられた高圧気流通路 3 6を通って高圧空気吐出口 3 7より放出され、渦流冷却器 3 8の高圧空気吸入口 3 9へ送り込まれる。渦流冷却器 3 8の内部においては、前記実施の形態で説明したものと同様の原理により、内部で熱交換が行われ、熱風は熱風吐出口 4 0より磁気軸受スピンドルュニットに熱的影響を及ぼさない所の外気中へ放出される。また、渦流冷却器 3 8にて生成された冷却風は冷却風吐出口 4 1より放出され、連結される冷却風吸入口 4 3より磁気軸受スピンドルュニットへ送られる。この冷却風は冷却風流通路 4 2を通過してユニット内部へ送り込まれ、回転軸 1、及び各ステ一夕を効率良く冷却する。

なお、この実施の形態であっても、渦流冷却器 3 8より噴出された冷却風を、実施の形態 1、 3 , 4に示すように、回転軸 1の周囲に流すように構成してもよい。産業上の利用可能性，

以上のように本発明に係る磁気軸受装置は、工作機械のスピンドルュニヅト等に用いられるのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 回転軸にラジアル磁気軸受口一夕とアキシャル磁気軸受デイスクとが固着された回転自在な回転体と、この回転体の周りに微小間隔を介して配置された電磁石と、これらを収納する筐体とを備えた磁気軸受装置において、

前記回転体の駆動力を用いて低温の冷却風を生成する冷却風生成手段と、この冷却風生成手段にて生成された低温の冷却風を磁気軸受装置内部に流通させる冷却風流通路とを備えてなる磁気軸受装置。

2 . 前記冷却風生成手段は、前記回転体の駆動力を用いて高速気流を生成する高速気流生成手段と、この高速気流生成手段にて生成された高速気流を渦流に変換する変換手段と、この変換手段にて変換された高速渦流を流通させる気流通路と、この気流通路の反変換手段側に設けられたコントロールバルブとを備えたものであることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の磁気軸受装置。

3 . ラジアル磁気軸受ロー夕とアキシャル磁気軸受デイスクとが固着された回転自在な回転軸と、前記ラジアル磁気軸受ロー夕及びアキシャル磁気軸受ディスクに対して微小間隔を介して配置された電磁石と、これらを収納する筐体とを備えた磁気軸受装置において、

前記回転軸に設けられ、この回転軸の駆動力により軸方向の気流を発生させるフィン、このフィンと所定間隔を介して固定され、高速渦流を生成するジェネレ一夕、このジェネレータにて生成された高速渦流を流通させるチューブ、及びこのチューブの反ジェネレータ側に設けられたコントロールバルブを有し、低温の冷却風を生成する冷却風生成手段と、この冷却風生成手段にて生成された低温の冷却風を磁気軸受装置内部に流通させる冷却風流通路とを備えてなる

4 . 前記冷却風流通路は、前記回転軸部に、軸方向に延在するように設けられていることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の磁気軸受装置。 '

5 . 前記冷却風流通路は、筐体に設けられた冷却風流通路と、この筐体に設けられた冷却風流通路に前記低温の冷却風を導くパイプとを有することを特徴とする請求の範囲第 3項または第 4項に記載の磁気軸受装置。

6 . ラジアル磁気軸受口一夕とアキシャル磁気軸受ディスクとが固着された回転自在な回転軸と、前記ラジアル磁気軸受ロー夕及びアキシャル磁気軸受ディスクに対して微小間隔を介して配置された電磁石と、これらを収納する筐体とを備えた磁気軸受装置において、

前記アキシャル磁気軸受ディスクに設けられ、このアキシャル磁気軸受ディスクの外径方向に向かう気流を発生させるフィン、このフィンの外周部に位置し、前記フィンにて発生させられた気流を取込み且つ外径方向に向かって高速気流として吹出す供給口、この供給口より吹出された高速気流を、渦流に変換するジェネレータ、前記筐体に軸方向に延在するように設けられ、このジエネレー夕にて生成された高速渦流を流通させる気流通路、及びこの気流通路の反ジェネレータ側に設けられたコントロ一ルバルブを有し、低温の冷却風を生成する冷却風生成手段と、この冷却風生成手段にて生成された低温の冷却風を磁気軸受装置内部に流通させる冷却風流通路とを備えてなる磁気軸受装置。

7 . 前記低温の冷却風を回転軸部に導く案内部を設けたことを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の磁気軸受装置。

8 . 前記冷却風流通路は、前記筐体に設けられ、前記冷却風生成手段にて生成された低温の冷却風が流通する冷却風流通路と、この冷却流通路を通過した冷却風を回転軸部に導く案内板と、回転軸部に設けられ、前記案内板にて案内された冷却風を軸方向に流通させ、回転軸部を冷却する冷却風流通路とを有することを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の磁気軸受装置。

9 . ラジアル磁気軸受ロー夕とアキシャル磁気軸受ディスクとが固着された回転自在な回転軸と、前記ラジアル磁気軸受ロータ及びアキシャル磁気軸受ディスクに対して微小間隔を介して配置された電磁石と、これらを収納する筐体とを備えた磁気軸受装置において、

前記アキシャル磁気軸受ディスクに設けられ、このアキシャル磁気軸受ディスクの外径方向に向かう気流を発生させるフィン、このフィンの外周部に位置し、前記フィンにて発生させられた気流を取込み且つ外径方向に向かって高速気流として吹出す供給口、この供給口より吹出された高速気流を流通させる気流通路、この気流通路より吹出された高速気流を、渦流に変換するジエネレー夕、このジヱネレー夕にて生成された高速渦流を流通させるチューブ、及びこのチューブの反ジェネレータ側に設けられたコントロールバルブを有し、低温の冷却風を生成する冷却風生成手段と、この冷却風生成手段にて生成された低温の冷却風を磁気軸受装置内部に流通させる冷却風流通路とを備えてなる磁気