JPH0942292A - 流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体軸受装置において、スピンドルとそれを
支持する軸受メタルとの間の熱膨張による相対変位量を
正確に検出して、冷却用流体の熱交換量を適正に制御す
る。 【解決手段】 軸受用流体供給装置２８からスピンドル
１８と軸受メタル１６、１７との間の軸受間隙２６，２
７に軸受用流体を供給して、スピンドル１８をハウジン
グ１１に回転可能に支持する。スピンドル１８と軸受メ
タル１６，１７との間で熱膨張により相対変位が生じた
とき、流量検出器３１により軸受用流体の流量を検出す
る。その流量検出器３１の検出結果に応じて温度調節装
置４１，４２及び流量調節装置４３，４４により、スピ
ンドル１８及び固定子２０を冷却する冷却用流体の温度
及び流量をそれぞれ制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、モータなどに使
用される流体軸受装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の流体軸受装置としては、例えば、
特公昭５７−３３１３９号公報に示すような構成のもの
が知られている。この従来構成においては、回転軸とそ
れを支持する軸受部材との間に、両者間の機械的な相対
変位量を検出して、軸受精度を維持するために、静電容
量型検出器が配設されている。そして、回転軸がその回
転中に温度上昇したとき、検出器により回転軸と軸受部
材との熱膨張に伴う相対変位量が検出され、この検出結
果に応じて、回転軸及び軸受部材を冷却するための冷却
用流体の流量及び温度が制御される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
流体軸受装置においては、静電容量型検出器により回転
軸と軸受部材との間の変位量をダイレクトに検出するよ
うになっている。このため、回転軸の回転中に、熱膨張
とは異なった振動等の他の要因により、回転軸と軸受部
材との間に機械的な相対変位が生じた場合でも、その変
位が検出器により検出されて、冷却用流体の制御が誤っ
て行われるおそれがある。すなわち、例えば、回転軸の
振動により、その回転軸が径方向に変位した場合には、
回転軸と軸受部材との間の隙間の一部が狭くなって、検
出器が熱膨張による変位と同様な検出信号を出力するお
それがある。

【０００４】このような誤動作に対応するために、前述
した従来の流体軸受装置においては、回転軸と軸受部材
との間の複数箇所に検出器を配設している。そのため、
複数の検出器から検出された相対変位量を演算処理する
ことが必要になって、検出結果の処理が繁雑になるとい
う問題があった。また、このように軸受部に対して軸受
機能に直接関与しない検出器を配設することは、軸受の
精度などに好ましくない結果をもたらすおそれがある。

【０００５】しかも、前記公報の検出器は、電極や、そ
の電極を絶縁保持するための絶縁材などが組み込まれ、
複雑な構成を有するものであった。

【０００６】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その主たる
目的は、冷却用流体の熱交換量を適正に制御することが
できて、軸受精度を維持でき、しかも構成が簡単なもの
となる流体軸受装置を提供することにある。

【０００７】また、この発明のその他の目的は、回転部
材と静止部材との間に複数の検出器を配設する必要がな
く、検出結果の処理を容易に行うことができる流体軸受
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明の流体軸受装置では、回転
部材と静止部材との間のすき間の変化による軸受用流体
の供給流量の変動を検出する検出手段と、その検出手段
の検出結果に応じて、前記すき間が常に一定になるよう
に前記冷却手段を制御し、回転部材側と静止部材側との
間で冷却用流体の熱交換量を調整する制御手段を設けた
ものである。

【０００９】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記静止部材側にはハウジングを介
してビルトインモータのステータを有するとともに、前
記冷却手段はハウジングからステータに対し冷却用流体
を供給し、前記回転部材側には前記ステータと対応する
ようにロータを有するとともに、前記冷却手段は回転部
材の内部へ冷却用流体を供給するものである。

【００１０】請求項３の発明では、請求項１または２に
記載の発明において、軸受用流体の温度を一定にするた
めの温度保持手段を有するものである。

【００１１】請求項４に記載の発明では、請求項１〜３
のいずれかに記載の発明において、検出手段は軸受用流
体の流量変動及び流速変動のうちから選ばれる変動を検
出するものである。

【００１２】請求項５に記載の発明では、請求項１〜４
のいずれかに記載の発明において、検出手段は軸受用流
体の単位時間当たりの流量を検出するものである。

【００１３】請求項６に記載の発明では、請求項１〜５
のいずれかに記載の発明において、制御手段は、冷却用
流体の温度及び単位時間当たりの流量のうちの少なくと
も一方を制御するものである。

【００１４】従って、請求項１に記載の流体軸受装置に
おいては、回転部材の回転中に、回転部材及び静止部材
が温度上昇して、回転部材と静止部材との間で熱膨張に
より相対変位が生じると、検出手段により軸受用流体の
供給流量の変動が検出される。そして、この検出手段の
検出結果に応じて、制御手段により冷却用流体の熱交換
量が調節制御される。

【００１５】請求項２の発明においては、回転部材の回
転中に、回転部材及びハウジングが温度上昇して、それ
らの間に相対変位が生じると、検出手段により軸受用流
体の流量変動が検出される。また、冷却手段により、ハ
ウジングからステータに対し冷却用流体が供給されると
ともに、回転部材の内部へ冷却用流体が供給される。そ
して、制御手段により冷却用流体の熱交換量が調節制御
される。

【００１６】請求項３の発明においては、温度保持手段
により軸受用流体の温度が一定に保持される。

【００１７】請求項４の発明においては、検出手段によ
り軸受用流体の変動が検出される。

【００１８】請求項５の発明においては、検出手段によ
り軸受用流体の変動に際して、軸受用流体の単位時間当
たりの流量が検出される。

【００１９】請求項６の発明においては、冷却用流体の
熱交換率の制御に際して、冷却用流体の温度及び単位時
間当たりの流量のうちの少なくとも一方が制御される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を、
図１及び図２に基づいて詳細に説明する。

【００２１】図１に示すように、モータのハウジング１
１は円筒状に形成され、その両端には端板１２，１３及
び軸受装置１４，１５が取り付けられている。各軸受装
置１４，１５は軸受メタル１６，１７を備え、この軸受
メタル１６，１７間にはスピンドル１８が回転可能に支
持されている。このスピンドル１８の前端部にフランジ
１９を有し、このフランジ１９の周りでスラスト軸受が
形成されている。

【００２２】固定子（ステータ）２０は前記ハウジング
１１内に固定配置され、この固定子２０にはコイル２１
が巻装されて、そのコイル２１の一部が固定子２０の両
端に突出されている。回転子（ロータ）２２は固定子２
０に対応してスピンドル１８の外周に同心上に配設さ
れ、コイル２１への通電により、この回転子２２がスピ
ンドル１８と一体的に回転される。そして、前記ハウジ
ング１１、固定子２０及び軸受メタル１６，１７によっ
て静止部材が構成され、スピンドル１８及び回転子２２
によって回転部材が構成されている。

【００２３】一対の円環状の供給通路２３は前記各軸受
メタル１６，１７の外周面に対向するように、ケーシン
グ１１及び端板１３にそれぞれ形成され、それらの一部
には導入口２４が連通形成されている。絞り（噴出口）
２５は軸受メタル１６，１７にそれぞれ形成され、それ
らは各供給通路２３に連通されるとともに、スピンドル
１８と軸受メタル１６，１７との間のすき間を構成する
軸受間隙２６，２７に開口されている。

【００２４】第１供給手段としての軸受用流体供給装置
２８は供給路２９を介して前記両導入口２４に接続さ
れ、その供給路２９の途中には冷却装置３０が介装され
ている。そして、この軸受用流体供給装置２８から圧送
される軸受用流体が、冷却装置３０により冷却されて、
一定温度にされた後に各供給通路２３内に導入され、複
数の絞り（噴出口）２５を通して各軸受間隙２６，２７
内に供給される。これにより、スピンドル１８の両端が
流体膜を介して軸受メタル１６，１７内に回転可能に支
持される。

【００２５】検出手段としての流量検出器３１は前記冷
却装置３０と導入口２４との間に位置するように、軸受
用流体の供給路２９に接続されている。そして、前記コ
イル２１への通電に伴って、回転子２２がスピンドル１
８とともに回転されるとき、軸受用流体供給装置２８か
ら各軸受間隙２６，２７に供給される軸受用流体の単位
時間当たりの流量が、この流量検出器３１によって検出
される。従って、回転子２２の回転中に、固定子２０を
含む静止部材及び回転子２２を含む回転部材が温度上昇
し、スピンドル１８と軸受メタル１６，１７とが熱膨張
により相対変位して、軸受間隙２６，２７が変化したと
き、その変化量が軸受用流体の流量変動として、流量検
出器３１からの検出結果に表れる。

【００２６】第１冷却通路３２は前記スピンドル１８の
内部に軸線方向へ延びるように形成されている。導入パ
イプ３３はスピンドル１８の後端部から第１冷却通路３
２内の軸線上に挿入配設され、その内端が第１冷却通路
３２の奥部に向かって開口されるとともに、外端はハウ
ジング１１内に固定的に設けられた導入口３４に連結さ
れている。すなわち、導入パイプ３３から噴出された冷
却用流体は、第１冷却通路３２の奥部ではねかえって第
１冷却通路３２の内周面を伝って流動し、外部へ排出さ
れる。螺旋状の第２冷却通路３５は固定子２０の外周面
に対向するようにハウジング１１の内周面に形成され、
その両端には導入口３６及び排出口３７が連通形成され
ている。

【００２７】第２供給手段としての冷却用流体供給装置
３８は供給路３９，４０を介して前記両導入口３４，３
６にそれぞれ接続され、各供給路３９，４０の途中には
制御手段としての温度調節装置４１，４２及び流量調節
装置４３，４４が介装されている。そして、この冷却用
流体供給装置３８から圧送される冷却用流体としての冷
却油が、温度調節装置４１，４２により冷却されるとと
もに、流量調節装置４３，４４により単位時間当たりの
所定流量に調節されて、各冷却通路３２，３５内に供給
される。これにより、回転子２２を含む回転部材が第１
冷却通路３２の冷却油にて冷却されるとともに、固定子
２０を含む静止部材が第２冷却通路３５の冷却油にて冷
却される。そして、これらの冷却用流体としての冷却油
は適宜循環使用される。

【００２８】次に、前記のように構成されたモータの制
御回路について説明する。

【００２９】図２に示すように、ＣＰＵ（中央処理装
置）４５はモータ全体の動作を制御する。ＲＯＭ（リー
ドオンリメモリ）４６は全体の動作を制御するためのプ
ログラムを内蔵している。ＲＡＭ（ランダムアクセスメ
モリ）４７は、軸受間隙２６，２７に供給される軸受用
流体の流量検出値と、各冷却通路３２，３５へ供給する
冷却油の調節温度及び調節流量との対照データを記憶し
ている。そして、ＣＰＵ４５は回転子２２の回転中に、
流量検出器３１から軸受用流体の流量検出信号を入力す
ると、ＲＡＭ４７に記憶された対照データに基づいて、
各供給パイプ３９，４０中の温度調節装置４１，４２及
び流量調節装置４３，４４に対し、冷却油の調節温度及
び調節流量の指令信号を出力する。

【００３０】次に、前記のように構成されたモータにつ
いて動作を説明する。

【００３１】さて、このモータにおいて、コイル２１に
通電されると、回転子２２がスピンドル１８と一体的に
回転される。この回転子２２の回転中には、軸受用流体
供給装置２８から冷却装置３０を介して両軸受装置１
４，１５の軸受間隙２６，２７内に、一定温度の軸受用
流体が供給される。これにより、スピンドル１８の両端
が軸受用流体の膜を介して軸受メタル１６，１７内に回
転可能に支持される。

【００３２】また、冷却用流体供給装置３８から温度調
節装置４１，４２及び流量調節装置４３，４４を介して
両冷却通路３２，３５内に、冷却用流体としての冷却油
が供給される。これにより、回転子２２を含む回転部材
が第１冷却通路３２の冷却油にてスピンドル１８の中心
側から冷却されるとともに、固定子２０を含む静止部材
が第２冷却通路３５の冷却油にてハウジング１１側から
冷却される。

【００３３】さらに、この回転子２２の回転中には、軸
受用流体供給装置２８から各軸受間隙２６，２７に供給
される軸受用流体の流量が、流量検出器３１によって検
出されて、その検出信号がＣＰＵ４５に入力される。こ
のため、回転子２２の回転に伴い、固定子２０を含む静
止部材及び回転子２２を含む回転部材が温度上昇し、ス
ピンドル１８と軸受メタル１６，１７とが熱膨張により
相対変位して、軸受間隙２６，２７が変化すると、その
変化量が軸受用流体の流量変動として、流量検出器３１
により検出される。

【００３４】そして、この流量検出器３１からの検出信
号に応じて、ＣＰＵ４５から各温度調節装置４１，４２
及び流量調節装置４３，４４に指令信号が出力され、各
冷却通路３２，３５に供給される冷却油の温度及び流量
が調節設定される。これにより、両冷却通路３２，３５
への冷却油の熱交換率が変化して、固定子２０を含む静
止部材及び回転子２２を含む回転部材が適切に冷却さ
れ、両軸受装置１４，１５の軸受間隙２６，２７が一定
に保たれる。

【００３５】以上のように構成されたこの実施形態のモ
ータは、以下のような利点を有する。

【００３６】 回転子２２を含む回転部材と、固定子
２０を含む静止部材との間の熱膨張による相対変位量
を、振動等の他の要因による相対変位に影響されること
なく正確に検出することができる。すなわち、スピンド
ル１８が振動などにより径方向に変位しても、スピンド
ル１８と軸受メタル１６との間のすき間のボリウムは変
化しない。従って、誤検出が行われることがなく、正確
な検出結果に応じて、冷却用流体としての冷却油の熱交
換量を適正に制御することができる。このため、結果と
して、スピンドル１８と軸受メタル１６との間の相対変
位を抑制できて、高い回転精度を維持できる。

【００３７】 また、この実施形態のモータでは、従
来装置のように回転部材と静止部材との間に、機械的な
相対変位量を検出するための複数の検出器を配設する必
要がなく、軸受用流体としての潤滑油の供給経路中に、
潤滑油の流量変動を検出する１つの流量検出器３１を設
ければよい。このため、検出結果の処理を容易に行うこ
とができるとともに、軸受機能が低下するおそれを防止
することができる。

【００３８】 軸受メタル１６の電極や絶縁材を設け
る必要がないため、構成が簡単である。

【００３９】 ハウジング内に固定子及び回転子とス
ピンドルを有し、熱変形に対して精度低下しやすいビル
トインタイプのモータであっても、冷却用流体の熱交換
量の制御が適切に行われ、高精度を維持できる。

【００４０】 冷却装置３０により軸受用流体の温度
が一定に保持されるため、軸受用流体の温度変化に起因
した相対変位を防止して、高精度を維持できる。

【００４１】 軸受用流体の変動の検出が、軸受用流
体の単位時間当たりの流量の変化として検出されるた
め、その検出を常時正確に行うことができる。

【００４２】 冷却用流体がスピンドル１８の内部と
固定子２０の外側とに供給されるため、発熱源である固
定子２０及び回転子２２が内外から効率的に冷却され
る。

【００４３】 冷却用流体の熱交換量の制御に際し
て、冷却用流体の温度及び単位時間当たりの流量の両方
が制御されるため、その冷却を効率的に行うことができ
る。

【００４４】

【別の実施形態】次に、この発明の別の実施形態を、図
３に基づいて説明する。

【００４５】この実施形態においては、第１冷却通路３
２及び第２冷却通路３５に対する冷却油の供給経路に、
温度調節装置及び流量調節装置が各別に配設されること
なく、冷却用流体供給装置３８からの供給路３９中に、
共通の温度調節装置４１及び流量調節装置４３が介装さ
れている。そして、この温度調節装置４１の調節温度及
び流量調節装置４３の調節流量が、流量検出器３１の検
出結果に応じて設定変更されるようになっている。

【００４６】従って、この実施形態においては、温度調
節装置４１及び流量調節装置４３が一組であるため、構
成が簡単になる。

【００４７】また、温度調節装置４１を共通使用し、流
量調節装置４３，４４を別使用するようになすこともで
きる。

【００４８】さらに、この発明は、次のように変更して
具体化することも可能であり、特許請求の範囲の記載に
従って種々の実施形態をとることが可能である。

【００４９】（１） 前記実施形態のモータにおいて、
図２に鎖線で示すように、軸受用流体の冷却装置３０を
ＣＰＵ４５に接続し、流量検出器３１の検出結果に応じ
て、冷却装置３０による軸受用流体の冷却温度も調節で
きるように構成すること。

【００５０】（２） 前記実施形態における軸受用流体
の流量変動に代えて、検出手段により軸受用流体の流速
変動、圧力変動または温度変動を検出するように構成す
ること。

【００５１】（３） 前記実施形態とは異なり、検出手
段の検出結果に応じて、冷却用流体の温度調節装置４
１，４２による調節温度、または流量調節装置４３，４
４による調節流量のいずれか一方のみを変更して、冷却
用流体の熱交換率を制御するように構成すること。

【００５２】（４） 前記実施形態とは異なり、固定子
２０を含む静止部材と、回転子２２を含む回転部材との
いずれか一方のみに冷却用流体を供給して、一方の部材
のみを冷却するように構成すること。

【００５３】（５） 軸受用流体として、エアまたは液
体を使用すること。

【００５４】（６） 冷却用流体として、前記実施形態
の冷却油とは異なった液体または気体を使用すること。

【００５５】また、前記実施形態より把握される技術的
思想について、以下に例示して記載する。

【００５６】（イ）制御手段は、検出手段の検出結果に
応じて、回転部材と静止部材との少なくともいずれか一
方を冷却する冷却用流体の温度及び流量を調節設定する
請求項１に記載の流体軸受装置。この構成により、冷却
用流体の熱交換量を制御して軸受精度を維持することが
できる。

【００５７】（ロ）前記温度保持手段を制御装置に接続
し、検出手段の検出結果に応じて、温度保持手段による
軸受用流体の温度を制御する請求項３に記載の流体軸受
装置。このように構成すれば、軸受用流体の温度が一定
に保持できるため、軸受用流体の温度変化に起因する相
対変位を防止して、軸受精度を高めることができる。

【００５８】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るため、次のような効果を奏する。

【００５９】請求項１及び請求項２に記載の発明によれ
ば、回転部材とそれを支持する静止部材との間の熱膨張
による相対変位量を、振動等の他の要因による相対変位
に影響されることなく正確に検出することができ、その
検出結果に応じて冷却用流体の熱交換量を適正に制御す
ることができる。

【００６０】また、請求項１及び請求項２に記載の発明
によれば、複数の検出器を配設する必要がなく、軸受用
流体の変動を検出する１つの検出手段を設ければよく、
検出結果の処理を容易に行うことができるとともに、軸
受機能が低下するおそれを防止することができる。ま
た、軸受部に電極や絶縁材を設ける必要がないため、構
成が簡単になる。

【００６１】請求項３に記載の発明によれば、温度保持
手段により軸受用流体の温度が一定に保持されるため、
軸受用流体の温度変化に起因した相対変位を防止して、
高精度を維持することができる。

【００６２】請求項４に記載の発明によれば、軸受用流
体の変動の検出を常時行うことができる。

【００６３】請求項５に記載の発明によれば、軸受用流
体の変動の検出が、軸受用流体の単位時間当たりの流量
の変化として検出されるため、その検出を常時正確に行
うことができる。

【００６４】請求項６に記載の発明によれば、冷却用流
体の熱交換量の制御に際して、冷却用流体の温度及び単
位時間当たりの流量の少なくとも一方が制御されるた
め、一方のみを制御した場合には構成が簡単になり、両
方を制御した場合には、その冷却をより一層効率的に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の流体軸受装置を備えたモータの一
実施形態を示す構成図である。

【図２】 図１のモータの制御回路を示すブロック図で
ある。

【図３】 この発明の流体軸受装置を備えたモータの別
の実施形態を示す要部構成図である。

【符号の説明】

１１…静止部材を構成するモータのハウジング、 １４，１５…軸受装置、 １６，１７…軸受メタル、 １８…回転部材を構成するスピンドル、 ２０…静止部材を構成する固定子（ステータ）、 ２２…回転部材を構成する回転子（ロータ）、 ２３…供給通路、 ２５…噴出口、 ２６，２７…回転部材と静止部材との間のすき間を構成
する軸受間隙、 ２８…第１供給手段を構成する軸受用流体供給装置、 ３１…検出手段を構成する流量検出器、 ３２…冷却手段を構成するスピンドル内の第１冷却通
路、 ３３…第１冷却通路内の導入パイプ、 ３５…冷却手段を構成するハウジング内周側の第２冷却
通路、 ３８…第２供給手段を構成する冷却用流体供給装置、 ４１，４２…制御手段を構成する温度調節装置、 ４３，４４…制御手段を構成する流量調節装置。

フロントページの続き (72)発明者 中 山 達 臣 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 宮 原 克 敏 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 太 田 稔 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転部材と静止部材との間のすき間に軸
   受用流体を供給して、回転部材を静止部材に回転自在に
   支持するとともに、回転部材側及び／または静止部材側
   へ冷却用流体を供給して冷却を行う冷却手段を有する流
   体軸受装置において、 前記すき間の変化による軸受用流体の供給流量の変動を
   検出する検出手段と、 その検出手段の検出結果に応じて、前記すき間が常に一
   定になるように前記冷却手段を制御し、回転部材側と静
   止部材側との間で冷却用流体の熱交換量を調整する制御
   手段、を設けた流体軸受装置。
2. 【請求項２】 前記静止部材側にはハウジングを介して
   ビルトインモータのステータを有するとともに、前記冷
   却手段はハウジングからステータに対し冷却用流体を供
   給し、前記回転部材側には前記ステータと対応するよう
   にロータを有するとともに、前記冷却手段は回転部材の
   内部へ冷却用流体を供給する請求項１に記載の流体軸受
   装置。
3. 【請求項３】 軸受用流体の温度を一定にするための温
   度保持手段を有する請求項１または２に記載の流体軸受
   装置。
4. 【請求項４】 検出手段は軸受用流体の流量変動及び流
   速変動のうちから選ばれる変動を検出する請求項１〜３
   のいずれかに記載の流体軸受装置。
5. 【請求項５】 検出手段は軸受用流体の単位時間当たり
   の流量を検出する請求項１〜４のいずれかに記載の流体
   軸受装置。
6. 【請求項６】 制御手段は、冷却用流体の温度及び単位
   時間当たりの流量のうちの少なくとも一方を制御する請
   求項１〜５のいずれかに記載の流体軸受装置。