JP2009148076A - Servo motor - Google Patents

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Koji Yamamoto
晃司 山本
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00Electrical apparatus
    • F16C2380/26Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost servomotor smoothly rotating a motor shaft for a long time by stably holding rolling elements even in strong magnetic fields and under high temperature. <P>SOLUTION: In this servomotor, the rotational state of the motor shaft 4 is detected. The rotational state of the motor shaft is controlled based on the detected result. A current supplied from a power supply unit is changed to repeat rotation and stop of the motor shaft and increase/reduction in rotational speed. According to the change in current at acceleration/deceleration, a magnetic field is generated inside the motor and a change occurs in magnetic flux in the magnetic fields. The motor shaft is supported by a rolling bearing 20 in a freely rotating manner. The rolling bearing is provided with: at least a pair of bearing rings 22, 24 rotatably arranged facing each other; a plurality of rolling elements 26 mounted rollably between the bearing rings; and a retainer 28 for holding the rolling elements in a freely rotating manner and rolling the adjacent rolling elements with a predetermined gap. The retainer is made of non-magnetic austenitic stainless steel. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、モータ回転軸の回転状態(回転速度や回転数、回転方向や回転角度など)を高精度に制御可能なサーボモータに関し、特に前記モータ回転軸を回転自在に支持するための転がり軸受が強磁場並びに高温下で使用されるサーボモータに関する。   The present invention relates to a servo motor capable of controlling the rotation state (rotation speed, rotation speed, rotation direction, rotation angle, etc.) of a motor rotation shaft with high accuracy, and in particular, a rolling bearing for rotatably supporting the motor rotation shaft. Relates to a servo motor used in a strong magnetic field and at a high temperature.

従来から、モータ回転軸(以下、モータ軸という)の回転速度や回転数、回転方向や回転角度などの回転状態を高精度に制御することが可能な駆動装置として、サーボモータが知られている(特許文献1参照)。通常、サーボモータは、所定のモータ軸を回転させるモータ(直流(DC)モータ、あるいは交流(AC)モータ)部と、当該モータ部の回転状態(例えば、モータ軸の回転数や回転角度など)を制御するための制御部、及び前記モータの回転を減速あるいは停止させるための制動部(例えば、電磁ブレーキ)を備えて構成されている。なお、モータ軸は、外部あるいは内蔵された電源装置からモータ部に供給される電力(端的には駆動電流)によって回転される。   Conventionally, a servo motor is known as a drive device that can control the rotation state of a motor rotation shaft (hereinafter referred to as a motor shaft) with high accuracy, such as the rotation speed, rotation speed, rotation direction, and rotation angle. (See Patent Document 1). Normally, a servo motor is a motor (direct current (DC) motor or alternating current (AC) motor) unit that rotates a predetermined motor shaft, and the rotation state of the motor unit (for example, the rotation speed or rotation angle of the motor shaft). And a braking unit (for example, an electromagnetic brake) for decelerating or stopping the rotation of the motor. The motor shaft is rotated by electric power (in short, drive current) supplied to the motor unit from an external or built-in power supply device.

図1に示すように、サーボモータはモータ軸4が転がり軸受(以下、サーボモータ用軸受という)20によって回転自在に支持されており、この状態で各種の機械装置(工作機械やロボットなど)に搭載される。サーボモータ用軸受20は、相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪22,24(回転輪(内輪)22及び静止輪(外輪)24)と、当該内外輪22,24にそれぞれ形成されて対向する軌道溝22a,24a間に転動可能に組み込まれた複数の転動体(玉)26を備えている。この場合、転動体26は、環状を成す保持器(一例として、波型の合わせ保持器)28に形成されたポケットに1つずつ回転自在に保持され、隣り合う転動体26同士が所定間隔を保った状態で転動可能となるように軌道溝22a,24a間へ組み込まれている。これにより、各転動体26はその転動面が相互に接触することなく、内外輪22,24間(軌道溝22a,24a間)を転動することができ、結果として、当該各転動体26が相互に接触して摩擦が生じることによる回転抵抗の増大や、焼付きなどが防止されている。   As shown in FIG. 1, the motor shaft 4 of the servo motor is rotatably supported by a rolling bearing (hereinafter referred to as a servo motor bearing) 20, and in this state, it is mounted on various machine devices (machine tools, robots, etc.). Installed. The servo motor bearing 20 is formed on a pair of race rings 22 and 24 (a rotating wheel (inner ring) 22 and a stationary ring (outer ring) 24)) that are opposed to each other so as to be relatively rotatable, and the inner and outer rings 22 and 24, respectively. A plurality of rolling elements (balls) 26 are provided between the raceway grooves 22a and 24a facing each other so as to be able to roll. In this case, the rolling elements 26 are rotatably held one by one in pockets formed in an annular cage (for example, a corrugated matching cage) 28, and adjacent rolling elements 26 are spaced apart from each other by a predetermined distance. It is incorporated between the raceway grooves 22a and 24a so as to be able to roll while being maintained. As a result, each rolling element 26 can roll between the inner and outer rings 22 and 24 (between the raceway grooves 22a and 24a) without contact of the rolling surfaces with each other. The increase in rotational resistance and the seizure caused by the friction caused by contact with each other are prevented.

ここで、保持器28としては、サーボモータの使用条件や使用目的などに応じて、各種の金属製保持器や樹脂製保持器などが使い分けられている。例えば、金属製(一例として、冷間圧延鋼板(SPCC)製)の保持器には、高温条件下でも使用可能であるとともに、低コストで製造することが可能であるというメリットがある。その一方で、かかる金属製の保持器(SPCC保持器)は磁性を有するため、制動部(電磁ブレーキ)2を備えたサーボモータに組み込まれた場合、モータ軸4の加減速時などに電磁ブレーキ2のマグネットコイル6から生ずる強磁界(磁場)の影響や、モータ外部の周辺機器が強磁場を生ずる場合にはその影響により、磁化されてしまう場合がある。   Here, as the retainer 28, various metal retainers, resin retainers, and the like are properly used according to the use condition and purpose of use of the servo motor. For example, a cage made of metal (for example, a cold rolled steel plate (SPCC)) has an advantage that it can be used at high temperature and can be manufactured at low cost. On the other hand, since such a metal cage (SPCC cage) has magnetism, when incorporated in a servo motor having a braking portion (electromagnetic brake) 2, the electromagnetic brake is used when the motor shaft 4 is accelerated or decelerated. If the magnetic field (magnetic field) generated from the second magnet coil 6 or a peripheral device outside the motor generates a strong magnetic field, it may be magnetized.

このように保持器28が磁化された場合、当該保持器28は、内輪22あるいは外輪24に偏った状態で接触し、これら相互間で摩擦による摩耗(偏摩耗)を招きやすいという問題がある。なお、モータ軸4の加減速時などにおいては、電磁ブレーキ2のマグネットコイル6を流れる電流が変化し、当該電流変化に伴ってマグネットコイル6から生ずる磁界(磁場)が急激に変化し、これにより当該磁場中の磁束を大きく変化させることとなる。   When the cage 28 is magnetized in this manner, the cage 28 comes into contact with the inner ring 22 or the outer ring 24 in a biased state, and there is a problem that wear (uneven wear) due to friction tends to be caused between them. During acceleration / deceleration of the motor shaft 4 or the like, the current flowing through the magnet coil 6 of the electromagnetic brake 2 changes, and the magnetic field (magnetic field) generated from the magnet coil 6 suddenly changes along with the change in current. This greatly changes the magnetic flux in the magnetic field.

これに対し、樹脂製(一例として、プラスチック製)の保持器を用いた場合、上述したような電磁ブレーキ2を備えたサーボモータにサーボモータ用軸受20が組み込まれたとしても、かかる強磁場の影響を受けることはない。したがって、保持器28を樹脂製(プラスチック製)とすることで、当該保持器28、内輪22及び外輪24に対する偏摩耗の発生を回避することができる。
特開2002−305852号公報
On the other hand, when a cage made of resin (for example, plastic) is used, even if the servo motor bearing 20 is incorporated in the servo motor equipped with the electromagnetic brake 2 as described above, such a strong magnetic field is generated. It will not be affected. Therefore, by making the cage 28 made of resin (made of plastic), it is possible to avoid the occurrence of uneven wear on the cage 28, the inner ring 22 and the outer ring 24.
JP 2002-305852 A

ところで、一般的に普及している樹脂製(プラスチック製)の保持器材料の代表的なものの1つとして、66ナイロンが挙げられる。しかしながら、かかる66ナイロン製の保持器は、使用可能な温度範囲の上限(すなわち、耐用温度)が150℃程度までであり、変形や変質などが生じる虞を考慮すれば、使用時における最高温度が150℃までのサーボモータでしか安定して使用することができず、その用途が限定されてしまう。
近年、サーボモータが搭載される機械装置(工作機械やロボットなど)の使用条件は多岐に亘っており、当該サーボモータの使用時の温度が150℃を超える場合も少なくなく、このような工作機械やロボットなどに対して66ナイロン製の保持器を使用することには問題がある。
By the way, 66 nylon is mentioned as one of the typical resin (plastic) cage materials that are widely used. However, the 66 nylon cage has an upper limit of the usable temperature range (that is, a service temperature) of up to about 150 ° C., and considering the possibility of deformation or alteration, the maximum temperature during use is It can be used stably only with a servo motor up to 150 ° C., and its application is limited.
In recent years, the use conditions of machine devices (machine tools, robots, etc.) on which servo motors are mounted have varied, and the temperature when using the servo motors often exceeds 150 ° C. There is a problem in using a 66 nylon cage for robots and robots.

この場合、66ナイロンではなく、例えば、高温条件下(150℃以上)でも使用可能な(すなわち、耐用温度の高い)プラスチック樹脂である46ナイロンを材料として用いた樹脂製(プラスチック製)保持器を使用することで、かかる耐用温度の問題を回避することは可能となる。しかしながら、66ナイロンと比較して46ナイロンは高価であるため、保持器を46ナイロン製とした場合、その製造コストの上昇を招き、結果として、サーボモータを低コストで提供することができなくなってしまう。   In this case, instead of 66 nylon, for example, a plastic (plastic) cage made of 46 nylon, which is a plastic resin that can be used under high temperature conditions (150 ° C. or higher) (that is, a high durability temperature), is used. By using it, it becomes possible to avoid the problem of the service temperature. However, since 46 nylon is more expensive than 66 nylon, if the cage is made of 46 nylon, the manufacturing cost increases, and as a result, the servo motor cannot be provided at low cost. End up.

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、サーボモータ用軸受の保持器を非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材製とすることで、強磁場並びに高温下(例えば、150℃以上の使用環境下)であっても転動体が安定保持され、モータ軸を長期に亘ってスムーズに回転させることを可能とするサーボモータを低コストに提供することにある。   The present invention has been made in order to solve such a problem, the purpose of which is to make the retainer of the bearing for the servo motor made of non-magnetic austenitic stainless steel, so that the magnetic field and high temperature (for example, An object of the present invention is to provide a low-cost servo motor that can stably hold a rolling element even under a use environment of 150 ° C. or higher and can smoothly rotate a motor shaft over a long period of time.

このような目的を達成するために、本発明に係るサーボモータは、モータ軸の回転状態を検出し、当該検出結果に基づいて当該モータ軸の回転状態が制御され、電源装置から供給される電流の変化により前記モータ軸の回転及び停止、並びに回転速度の加減速が繰り返されるとともに、当該加減速時の前記電流の変化に伴ってモータ内部に磁場が発生し、且つ、当該磁場中の磁束に変化が生じている。かかるサーボモータにおいて、前記モータ軸は、転がり軸受によって回転自在に支持され、当該転がり軸受は、相対回転可能に対向して配置された少なくとも一対の軌道輪と、当該軌道輪間に転動可能に組み込まれた複数の転動体と、これらの転動体を回転自在に保持し、隣り合う転動体を相互に所定間隔を保った状態で転動させるための保持器を具備しており、前記保持器は、非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材で構成される。   In order to achieve such an object, the servo motor according to the present invention detects the rotation state of the motor shaft, and the rotation state of the motor shaft is controlled based on the detection result, and the current supplied from the power supply device. The rotation and stop of the motor shaft and the acceleration / deceleration of the rotation speed are repeated due to the change of, and a magnetic field is generated inside the motor with the change of the current during the acceleration / deceleration, and the magnetic flux in the magnetic field Change has occurred. In such a servomotor, the motor shaft is rotatably supported by a rolling bearing, and the rolling bearing is capable of rolling between at least a pair of bearing rings disposed so as to be relatively rotatable and the bearing rings. A plurality of rolling elements incorporated therein, and a holder for rotatably holding these rolling elements, and rolling adjacent rolling elements in a state of maintaining a predetermined distance from each other; Is made of nonmagnetic austenitic stainless steel.

この場合、サーボモータは、電磁ブレーキによって前記モータ軸が減速あるいは停止されており、前記加減速時の電流の変化に加え、前記モータ軸の回転開始時及び回転停止時に前記電源装置から供給される電流の変化に伴ってモータ内部に磁場が発生し、且つ、当該磁場中の磁束に変化を生じさせる。
なお、前記転がり軸受の使用可能な温度範囲の上限が150℃よりも高温に設定されている。
In this case, the motor shaft is decelerated or stopped by an electromagnetic brake, and the servo motor is supplied from the power supply device at the time of starting and stopping the rotation of the motor shaft in addition to the change in current at the time of acceleration / deceleration. A magnetic field is generated inside the motor as the current changes, and the magnetic flux in the magnetic field is changed.
The upper limit of the usable temperature range of the rolling bearing is set to a temperature higher than 150 ° C.

本発明に係るサーボモータによれば、サーボモータ用軸受の保持器を非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材製とすることで、強磁場並びに高温下(例えば、150℃以上の使用環境下)であっても転動体をかかる保持器によって安定保持することができる。この結果、モータ軸を長期に亘ってスムーズに回転させることができるとともに、かかるサーボモータの低コスト化を図ることができる。   According to the servo motor according to the present invention, the bearing of the servo motor bearing is made of a nonmagnetic austenitic stainless steel material, so that it can be used in a strong magnetic field and at a high temperature (for example, in a use environment of 150 ° C. or more). Also, the rolling element can be stably held by such a cage. As a result, the motor shaft can be smoothly rotated over a long period of time, and the cost of the servo motor can be reduced.

以下、本発明の一実施形態に係るサーボモータについて、添付図面を参照して説明する。なお、本発明のサーボモータは、各種の機械装置(例えば、工作機械やロボットなど)に搭載され、当該サーボモータのモータ回転軸(以下、モータ軸という)がサーボモータ用軸受によって回転自在に支持された状態で使用される。ここでは、図1に示すようなサーボモータ用軸受20によってサーボモータのモータ軸4が回転自在に支持されている場合を一例として想定する。   Hereinafter, a servo motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The servo motor of the present invention is mounted on various mechanical devices (for example, machine tools and robots), and the motor rotation shaft of the servo motor (hereinafter referred to as the motor shaft) is rotatably supported by a servo motor bearing. It is used in the state that was done. Here, the case where the motor shaft 4 of the servomotor is rotatably supported by the servomotor bearing 20 as shown in FIG. 1 is assumed as an example.

この場合、かかるサーボモータは、モータ軸4を回転させるモータ(直流(DC)モータ、あるいは交流(AC)モータ)部40と、当該モータ部40の回転状態(例えば、モータ軸4の回転数や回転角度など)を制御するための制御部(特に符号は付さない)、及び前記モータ部40の回転を減速あるいは停止させるための制動部(一例として、電磁ブレーキ)2を備えて構成されている。なお、モータ軸4は、所定の電源装置から供給される電力(端的には駆動電流)によって回転されるが、当該電源装置はサーボモータに内蔵させた構成としてもよいし、あるいはサーボモータの外部に配設した構成であってもよい。   In this case, the servo motor includes a motor (direct current (DC) motor or alternating current (AC) motor) unit 40 that rotates the motor shaft 4 and a rotation state of the motor unit 40 (for example, the rotational speed of the motor shaft 4 or A control unit for controlling a rotation angle (not shown), and a braking unit (for example, an electromagnetic brake) 2 for decelerating or stopping the rotation of the motor unit 40. Yes. The motor shaft 4 is rotated by electric power (in short, a drive current) supplied from a predetermined power supply device. However, the power supply device may be built in the servo motor or may be external to the servo motor. The structure arrange | positioned in may be sufficient.

制御部は、モータ部40(モータ軸4)の回転状態を検出し、当該検出結果を予め設定された回転状態の目標値(例えば、モータ軸4の設定回転数や設定回転角度など)と比較する。そして、かかる比較結果に基づき、すなわち当該比較結果を電源装置からモータ部40への駆動電流の供給量にフィードバックさせることで、モータ部40の回転状態が目標値となるように制御している。これにより、モータ軸4の回転状態(回転数や回転角度など)を高精度に制御することが可能となり、例えば、モータ軸4の回転及び停止を短い周期で頻繁に繰り返すことができるとともに、回転速度の加減速を常にレスポンスよく行うことができる。   The control unit detects the rotation state of the motor unit 40 (motor shaft 4), and compares the detection result with a target value (for example, a set rotation speed or a set rotation angle of the motor shaft 4) set in advance. To do. Based on the comparison result, that is, the comparison result is fed back to the amount of drive current supplied from the power supply device to the motor unit 40, so that the rotation state of the motor unit 40 is controlled to the target value. As a result, the rotation state (rotation speed, rotation angle, etc.) of the motor shaft 4 can be controlled with high accuracy. For example, the rotation and stop of the motor shaft 4 can be repeated frequently in a short cycle, and the rotation Speed acceleration / deceleration can always be performed with good response.

なお、モータ部40の回転状態(例えば、モータ軸4の回転数や回転角度など)の検出は、被検出体に所定の照射光を照射し、その反射光の状態を検出体で検出する光学センサなどを用いて行えばよい。例えば、モータ部40のロータ(図示しない)にエンコーダ(図示しない)を取り付けて当該ロータとともに回転させ、回転するエンコーダに対して発光体(図示しない)から照射光(レーザー光など)を照射する。そして、当該エンコーダからの反射光を受光素子(図示しない)で受光し、当該反射光の単位時間あたりの状態変化を演算処理することで、モータ部40の回転状態(モータ軸4の回転数や回転角度など)を計測(検出)することができる。   The rotation state of the motor unit 40 (for example, the number of rotations and the rotation angle of the motor shaft 4) is detected by irradiating the detection target body with predetermined irradiation light and detecting the reflected light state with the detection body. What is necessary is just to use a sensor etc. For example, an encoder (not shown) is attached to a rotor (not shown) of the motor unit 40 and rotated together with the rotor, and irradiation light (laser light or the like) is emitted from a light emitter (not shown) to the rotating encoder. Then, the reflected light from the encoder is received by a light receiving element (not shown), and the state change per unit time of the reflected light is processed to calculate the rotational state of the motor unit 40 (the rotational speed of the motor shaft 4 and the like). Rotational angle etc.) can be measured (detected).

また、別の捉え方をすると、かかるサーボモータによれば、そのモータ軸4を予め設定された目標位置に精度よく停止させることができる。すなわち、サーボモータは、制動部(電磁ブレーキ)2によってモータ軸4の減速及び停止が繰り返されることで、その回転速度あるいは停止位置を高精度に制御することが可能となっている。   In another way, according to the servo motor, the motor shaft 4 can be accurately stopped at a preset target position. That is, the servo motor can control the rotation speed or the stop position with high accuracy by repeatedly decelerating and stopping the motor shaft 4 by the braking unit (electromagnetic brake) 2.

この場合、モータ軸4の回転時においては、電磁ブレーキ2のマグネットコイル6が通電状態(電流が流れている状態)となる。この状態では、アマチュア(非回転可動板)8がステータ12へ吸引され、コイルバネ10を押し込んで圧縮させる。このようにアマチュア8が電磁ブレーキ2のステータ12へ吸引されると、摩擦板14との間に空隙ができて電磁ブレーキ2が開放され、これによりモータ軸4も開放されて自由に回転可能な状態となる。   In this case, when the motor shaft 4 rotates, the magnet coil 6 of the electromagnetic brake 2 is energized (current is flowing). In this state, the amateur (non-rotating movable plate) 8 is attracted to the stator 12 and the coil spring 10 is pushed in and compressed. When the armature 8 is attracted to the stator 12 of the electromagnetic brake 2 as described above, a gap is formed between the armature 8 and the electromagnetic brake 2 is opened, thereby opening the motor shaft 4 and freely rotating. It becomes a state.

一方、モータ軸4の制動時においては、電磁ブレーキ2のマグネットコイル6が無通電状態(電流が流れていない状態)となる。この状態では、圧縮されたコイルバネ10が伸長し、当該コイルバネ10の付勢力によってアマチュア8が摩擦板14へ押し付けられる。このようにアマチュア8が摩擦板14へ押し付けられることで、当該アマチュア8と摩擦板14との間に強力な摩擦力が生じ、当該摩擦力によりモータ軸4の回転速度を減速させることができ、最終的には当該モータ軸4を完全に停止させることができる。   On the other hand, when the motor shaft 4 is braked, the magnet coil 6 of the electromagnetic brake 2 is in a non-energized state (a state in which no current flows). In this state, the compressed coil spring 10 extends, and the armature 8 is pressed against the friction plate 14 by the biasing force of the coil spring 10. By pressing the armature 8 against the friction plate 14 in this way, a strong friction force is generated between the armature 8 and the friction plate 14, and the rotation speed of the motor shaft 4 can be reduced by the friction force. Finally, the motor shaft 4 can be completely stopped.

そして、このような構造を成すサーボモータは、そのモータ軸4がサーボモータ用軸受20によって回転自在に支持され、この状態で各種の機械装置(工作機械やロボットなど)に搭載される。サーボモータ用軸受20は、相対回転可能に対向して配置された少なくとも一対の軌道輪22,24(回転輪(一例として、内輪)22及び静止輪(同、外輪)24)と、当該軌道輪22,24にそれぞれ形成されて対向する軌道溝22a,24a間に転動可能に組み込まれた複数の転動体(同、玉)26と、これらの転動体26を回転自在に保持し、隣り合う転動体26を相互に所定間隔を保った状態で転動させるための保持器28を具備している。   The servomotor having such a structure has its motor shaft 4 rotatably supported by a servomotor bearing 20, and is mounted on various machine devices (machine tools, robots, etc.) in this state. The servo motor bearing 20 includes at least a pair of bearing rings 22 and 24 (a rotating ring (inner ring as an example) 22 and a stationary ring (same as the outer ring) 24) arranged opposite to each other so as to be relatively rotatable, and the bearing ring. A plurality of rolling elements (balls) 26 formed so as to be able to roll between the raceway grooves 22a and 24a that are formed on the opposite sides of the raceway grooves 22a and 24a, and these rolling elements 26 are rotatably held and adjacent to each other. A cage 28 is provided for rolling the rolling elements 26 while maintaining a predetermined distance from each other.

なお、転動体26としては、図1に示すような玉を適用してもよいし、サーボモータの使用条件や使用目的などに応じて各種のころ(円錐ころ、円筒ころ及び球面ころなど)を適用してもよい。また、保持器28としては、転動体26の種類に応じて任意のタイプを適用すればよい。例えば、転動体が玉である場合、図1に示すような波型の合わせタイプや冠型などのタイプを適用することができ、転動体が各種のころ(円錐ころ、円筒ころ及び球面ころなど)である場合、もみ抜き型、くし型及びかご型などのタイプを適用することができる。   As the rolling element 26, a ball as shown in FIG. 1 may be applied, and various types of rollers (such as a tapered roller, a cylindrical roller, and a spherical roller) may be used depending on the use condition or purpose of use of the servo motor. You may apply. Moreover, what is necessary is just to apply arbitrary types according to the kind of rolling element 26 as the retainer 28. For example, when the rolling element is a ball, a corrugated type or a crown type as shown in FIG. 1 can be applied, and the rolling element can be of various types of rollers (such as a tapered roller, a cylindrical roller, and a spherical roller). ), It is possible to apply types such as a machined die, a comb die and a cage die.

いずれの場合であっても、転動体26は、保持器28に形成されたポケットに1つずつ回転自在に保持され、隣り合う転動体26同士が所定間隔を保った状態(一例として、各転動体26が等間隔で配置された状態)で軌道溝22a,24a間を転動可能となるようにサーボモータ用軸受20に組み込まれる。これにより、各転動体26は、その転動面(表面)が相互に接触することなく、内外輪22,24間(軌道溝22a,24a間)を転動することができ、結果として、当該各転動体26が相互に接触して摩擦が生じることによる回転抵抗の増大や、焼付きなどを防止することができる。   In any case, the rolling elements 26 are rotatably held one by one in the pockets formed in the cage 28, and the adjacent rolling elements 26 are kept at a predetermined interval (for example, each rolling element 26). In a state in which the moving bodies 26 are arranged at equal intervals), they are incorporated into the servo motor bearing 20 so as to be able to roll between the raceway grooves 22a and 24a. Thereby, each rolling element 26 can roll between the inner and outer rings 22 and 24 (between the raceway grooves 22a and 24a) without the rolling surfaces (surfaces) coming into contact with each other. It is possible to prevent an increase in rotational resistance, seizure, and the like caused by friction between the rolling elements 26 that are in contact with each other.

また、図1に示す構成において、サーボモータ用軸受20には、軸受の内部を外部から遮蔽して密封状態(気密状態、及び液密状態)に保つために密封装置(非接触型シールド)30が内外輪22,24間の開放部に装着されており、当該密封装置30を装着することで、サーボモータ用軸受20の外部から異物(例えば、泥水や塵埃など)が内部に侵入することを防止しているとともに、内部に封入された潤滑剤(例えば、グリースや潤滑油など)が外部へ漏洩することを防止している。なお、図1には、非接触型の金属シールド(一例として、鉄製シールド)を装着した密封構造を示しているが、密封装置として接触型の弾性シール(一例として、ニトリルゴム製シール)を装着した密封構造としてもよい。   In the configuration shown in FIG. 1, the servo motor bearing 20 includes a sealing device (non-contact type shield) 30 for shielding the inside of the bearing from the outside to keep it sealed (airtight and liquid tight). Is attached to the open portion between the inner and outer rings 22 and 24, and the attachment of the sealing device 30 prevents foreign matter (for example, muddy water or dust) from entering the interior from the outside of the servo motor bearing 20. In addition, the lubricant (for example, grease and lubricating oil) enclosed inside is prevented from leaking to the outside. 1 shows a sealing structure with a non-contact type metal shield (for example, an iron shield), but a contact type elastic seal (for example, a nitrile rubber seal) is installed as a sealing device. A sealed structure may be used.

加えて、サーボモータ用軸受20に対しては、内外輪22,24の軌道溝22a,24aと転動体26の転動面(表面)とが相互に接触する部分の摩擦や摩耗の減少、焼付き防止や疲れ寿命の延長などを目的として潤滑が行われており、その内部に潤滑剤が封入されている。潤滑剤は、サーボモータの使用条件や使用目的などに応じて各種の基油と増ちょう剤を任意に配合させた構成とすればよい。本実施形態においては、一例として、基油を合成炭化水素油、増ちょう剤をウレア系化合物でそれぞれ構成した潤滑剤が、サーボモータ用軸受20の内部に封入されている場合を想定している。その際、基油である合成炭化水素油に対し、組成物の全量を基準として以下の増ちょう剤を配合することで潤滑剤(一例として、グリース)を生成すればよい。具体的には、ウレア系化合物で成るゲル化剤を2〜30重量%、ソルビタンモノオレエート、スルホン酸バリウム及びラノリン酸バリウムをいずれも0.2〜3.0重量%となるように、合成炭化水素油に対してそれぞれ配合すればよい。   In addition, for the servo motor bearing 20, friction and wear are reduced at portions where the raceway grooves 22a, 24a of the inner and outer rings 22, 24 and the rolling surfaces (surfaces) of the rolling elements 26 are in contact with each other. Lubrication is carried out for the purpose of preventing sticking and extending the fatigue life, and a lubricant is enclosed inside. The lubricant may have a configuration in which various base oils and thickeners are arbitrarily blended according to the use conditions and purpose of use of the servo motor. In the present embodiment, as an example, it is assumed that a lubricant composed of a synthetic hydrocarbon oil as a base oil and a urea compound as a thickener is sealed in the servo motor bearing 20. . At that time, a lubricant (for example, grease) may be generated by blending the following thickener with the synthetic hydrocarbon oil as the base oil based on the total amount of the composition. Specifically, synthesis is performed so that the gelling agent composed of a urea compound is 2 to 30% by weight, and sorbitan monooleate, barium sulfonate, and barium lanolinate are all 0.2 to 3.0% by weight. What is necessary is just to mix | blend with respect to hydrocarbon oil, respectively.

ところで、本実施形態に係るサーボモータは、電源装置からモータ部40に対して供給される駆動電流の大きさ(供給量)を制御部が制御するとともに、電磁ブレーキ2がモータ軸4を制動することによって当該モータ軸4の加速、あるいは減速が行われている。かかるモータ軸4の加減速時には、電磁ブレーキ2のマグネットコイル6を流れる電流が大きく変化し、当該電流変化に伴ってモータ内部に強い磁界(強磁場)が発生するとともに、発生した磁場に急激な変化が生じることとなる。すなわち、かかる磁場変化に伴って当該磁場中の磁束が大きく変化する。   Incidentally, in the servo motor according to the present embodiment, the control unit controls the magnitude (supply amount) of the drive current supplied from the power supply device to the motor unit 40, and the electromagnetic brake 2 brakes the motor shaft 4. Thus, the motor shaft 4 is accelerated or decelerated. At the time of acceleration / deceleration of the motor shaft 4, the current flowing through the magnet coil 6 of the electromagnetic brake 2 changes greatly, and a strong magnetic field (strong magnetic field) is generated inside the motor along with the current change, and the generated magnetic field is abrupt. Change will occur. That is, the magnetic flux in the magnetic field changes greatly with the change in the magnetic field.

同様に、モータ軸4が回転開始される際には、電磁ブレーキ2のマグネットコイル6に対して電流が流れ出すのに対し、回転停止される際には、当該マグネットコイル6を流れる電流が停止する。したがって、モータ軸4の回転開始時、並びに回転停止時には、電磁ブレーキ2のマグネットコイル6を流れる電流が大きく変化し、当該電流変化に伴ってモータ内部に強磁場が発生するとともに、発生した磁場の急激な変化に伴って磁場中の磁束が急激に大きく変化する。   Similarly, when the rotation of the motor shaft 4 is started, a current starts to flow to the magnet coil 6 of the electromagnetic brake 2, whereas when the rotation is stopped, the current flowing through the magnet coil 6 is stopped. . Therefore, when the rotation of the motor shaft 4 is started and when the rotation is stopped, the current flowing through the magnet coil 6 of the electromagnetic brake 2 changes greatly, and a strong magnetic field is generated inside the motor along with the current change, and the generated magnetic field The magnetic flux in the magnetic field changes drastically with the rapid change.

さらには、このようなサーボモータ自体の部材(具体的には、電磁ブレーキ2)から発生する磁場のみならず、サーボモータの外部に配設された周辺機器が強磁場を発生させる場合には、当該周辺機器から発生された磁場によっても、モータ内部の磁場は影響を受け、当該磁場中の磁束に変化が生じる。   Furthermore, when not only the magnetic field generated from such a member of the servo motor itself (specifically, the electromagnetic brake 2) but also a peripheral device disposed outside the servo motor generates a strong magnetic field, Also by the magnetic field generated from the peripheral device, the magnetic field inside the motor is affected, and the magnetic flux in the magnetic field changes.

そこで、本実施形態においては、サーボモータ用軸受20の保持器28として非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材製のものを使用している。その際、保持器28は、サーボモータの使用条件や使用目的などに応じて非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材を任意に選択して構成すればよいが、ここでは保持器28がSUS304ステンレス鋼材製である場合を一例として想定する。   Therefore, in this embodiment, a nonmagnetic austenitic stainless steel material is used as the cage 28 of the servo motor bearing 20. At this time, the cage 28 may be configured by arbitrarily selecting a non-magnetic austenitic stainless steel material according to the use condition or purpose of use of the servo motor. Here, the cage 28 is made of SUS304 stainless steel material. A case is assumed as an example.

保持器28をこのような非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材製(SUS304ステンレス鋼材製)とすることで、上述したようなモータ軸4の加減速時や、回転開始時及び回転停止時にモータ内部に強磁場が発生するとともに、その磁束変化が生じた場合であっても、保持器28が磁化されることがない。すなわち、保持器28が内輪22や外輪24に吸引され、当該内外輪22,24と偏った状態で接触することを確実に防止することができ、これら相互間に生ずる摩擦による摩耗(偏摩耗)を格段に低減させることができる。   By making the cage 28 made of such a non-magnetic austenitic stainless steel material (made of SUS304 stainless steel material), the motor shaft 4 is strengthened inside the motor shaft at the time of acceleration / deceleration, at the start of rotation, and at the stop of rotation. Even when the magnetic field is generated and the magnetic flux changes, the cage 28 is not magnetized. That is, it is possible to reliably prevent the cage 28 from being attracted to the inner ring 22 and the outer ring 24 and coming into contact with the inner and outer rings 22 and 24 in a biased state, and wear due to friction generated between them (uneven wear). Can be significantly reduced.

また、例えば、150℃以上の高温下であっても、保持器28の剛性を維持することができ、プラスチック樹脂製保持器(一例として、66ナイロン製保持器)と比較して変形や変質などの発生を格段に低減させることができる。この結果、保持器28は、かかる強磁場並びに高温下であっても転動体26を安定して保持することができる。   In addition, for example, the rigidity of the cage 28 can be maintained even at a high temperature of 150 ° C. or higher, and deformation or alteration as compared with a plastic resin cage (for example, a 66 nylon cage). Can be significantly reduced. As a result, the cage 28 can stably hold the rolling element 26 even under such a strong magnetic field and high temperature.

さらに、非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材製(SUS304ステンレス鋼材製)とすることで、このような強磁場並びに高温下であっても転動体26を安定保持することが可能な保持器28を、プラスチック樹脂製保持器(一例として、46ナイロン製保持器)よりも低コストで実現することができる。   Furthermore, by using a non-magnetic austenitic stainless steel material (made of SUS304 stainless steel material), a cage 28 capable of stably holding the rolling element 26 even under such a strong magnetic field and high temperature is used as a plastic. This can be realized at a lower cost than a resin cage (for example, a 46 nylon cage).

以上のように、本実施形態に係る保持器28が組み込まれたサーボモータ用軸受20によれば、当該サーボモータ用軸受20が強磁場並びに高温の環境下で使用される場合であっても、サーボモータ(モータ軸4)を長期に亘ってスムーズに回転させることができるとともに、かかるサーボモータの低コスト化を図ることができる。   As described above, according to the servo motor bearing 20 in which the cage 28 according to the present embodiment is incorporated, even when the servo motor bearing 20 is used in a strong magnetic field and a high temperature environment, The servo motor (motor shaft 4) can be smoothly rotated over a long period of time, and the cost of the servo motor can be reduced.

なお、本実施形態においては、常時使用温度(常用温度)が120℃以上、あるいは使用可能な温度範囲の上限(最高使用温度)が150℃よりも高温に設定されたサーボモータ、すなわち、このような温度環境下でサーボモータ用軸受20が使用される場合を想定している。   In this embodiment, the servo motor in which the normal use temperature (normal temperature) is 120 ° C. or higher, or the upper limit of the usable temperature range (maximum use temperature) is set higher than 150 ° C. It is assumed that the servo motor bearing 20 is used in a temperature environment.

また、以上の説明においては、サーボモータ用軸受20を構成する内輪22、外輪24及び転動体26の材料(素材)について特に言及しなかったが、これらはサーボモータの使用条件や使用目的などに応じて任意の材料(素材)を選択して構成すればよい。一例として、本実施形態においては、内輪22、外輪24及び転動体26がいずれも高炭素クロム軸受鋼(SUJ2)製である場合を想定している。   In the above description, the materials (materials) of the inner ring 22, the outer ring 24, and the rolling elements 26 constituting the servo motor bearing 20 are not particularly mentioned, but these are used for the use condition and purpose of use of the servo motor. Accordingly, any material (raw material) may be selected and configured. As an example, in the present embodiment, it is assumed that the inner ring 22, the outer ring 24, and the rolling element 26 are all made of high carbon chrome bearing steel (SUJ2).

本発明の一実施形態に係るサーボモータの構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the servomotor which concerns on one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

4 モータ軸
20 サーボモータ用軸受
22,24 軌道輪
26 転動体
28 保持器
4 Motor shaft 20 Servo motor bearings 22 and 24 Race ring 26 Rolling element 28 Cage

Claims (3)

モータ軸の回転状態を検出し、当該検出結果に基づいて当該モータ軸の回転状態が制御され、電源装置から供給される電流の変化により前記モータ軸の回転及び停止、並びに回転速度の加減速が繰り返されるとともに、当該加減速時の前記電流の変化に伴ってモータ内部に磁場が発生し、且つ、当該磁場中の磁束に変化が生ずるサーボモータであって、
前記モータ軸は、転がり軸受によって回転自在に支持され、当該転がり軸受は、相対回転可能に対向して配置された少なくとも一対の軌道輪と、当該軌道輪間に転動可能に組み込まれた複数の転動体と、これらの転動体を回転自在に保持し、隣り合う転動体を相互に所定間隔を保った状態で転動させるための保持器を具備しており、
前記保持器は、非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材で構成されることを特徴とするサーボモータ。
The rotation state of the motor shaft is detected, the rotation state of the motor shaft is controlled based on the detection result, and the rotation and stop of the motor shaft and the acceleration / deceleration of the rotation speed are controlled by a change in current supplied from the power supply device. A servo motor that is repeated and generates a magnetic field inside the motor as the current changes during acceleration and deceleration, and changes in the magnetic flux in the magnetic field,
The motor shaft is rotatably supported by a rolling bearing, and the rolling bearing has at least a pair of bearing rings arranged to face each other so as to be relatively rotatable, and a plurality of rolling rings incorporated between the bearing rings. The rolling elements and these rolling elements are rotatably held, and are equipped with a cage for rolling adjacent rolling elements at a predetermined interval.
The said retainer is comprised with a nonmagnetic austenitic stainless steel material, The servomotor characterized by the above-mentioned.
電磁ブレーキによって前記モータ軸が減速あるいは停止されており、前記加減速時の電流の変化に加え、前記モータ軸の回転開始時及び回転停止時に前記電源装置から供給される電流の変化に伴ってモータ内部に磁場が発生し、且つ、当該磁場中の磁束に変化が生ずることを特徴とする請求項1に記載のサーボモータ。   The motor shaft is decelerated or stopped by an electromagnetic brake, and in addition to the change in current at the time of acceleration / deceleration, the motor is accompanied by a change in current supplied from the power supply device at the start and stop of rotation of the motor shaft. 2. The servo motor according to claim 1, wherein a magnetic field is generated therein and a change occurs in the magnetic flux in the magnetic field. 前記転がり軸受の使用可能な温度範囲の上限が150℃よりも高温に設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のサーボモータ。   The servo motor according to claim 1 or 2, wherein an upper limit of a usable temperature range of the rolling bearing is set to be higher than 150 ° C.
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