JPH02106147A - 回転電機負荷軸端の冷却方法と装置 - Google Patents

回転電機負荷軸端の冷却方法と装置

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JPH02106147A
JPH02106147A JP26017888A JP26017888A JPH02106147A JP H02106147 A JPH02106147 A JP H02106147A JP 26017888 A JP26017888 A JP 26017888A JP 26017888 A JP26017888 A JP 26017888A JP H02106147 A JPH02106147 A JP H02106147A
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JP
Japan
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shaft
temperature
load side
thermoelectric element
load
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Application number
JP26017888A
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English (en)
Inventor
Takao Fujii
藤井 崇男
Sadao Shiraishi
白石 定雄
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、NG工作機主軸駆動用回転電機の運転時、
ロータや軸受による発熱を軸外周に対面して設けた冷却
装置により切削条件に応じ冷却能力を制御し、回転軸負
荷側軸端部の温度上昇を所定値に保ち、加工精度を保つ
ための方法と装置に関する。
[従来の技術] 従来、回転軸の回転数に応じて、熱電素子に印加する電
圧を制御し、冷却装置の冷却能力を制御する方法は特開
昭60−192118公報に開示されているか、高速軽
切削時は軸受の発熱が主体であるから有効に機能する。
[発明が解決しようとする課題] しかし、回転軸に駆動モータのロータと工具装着部を一
体に構成したスピンドル・モータ軸においては、特に低
速重切削時、発熱の主体がロータと切削工具に起因し、
一体軸を伝導した熱による軸の温度上昇にらとずく軸変
位には適確に対応できなかった。
本発明は、上記の点に鑑み、加工精度に大きな影響を与
えろ負荷側軸端部の冷却に必要な吸熱量を加工時リアル
・タイムで求めるようにし、冷却能力を制御し、負荷側
軸端部の熱変位を制御する方法と装置を提供することを
目的とする。
[課題を解決するための手段] 回転軸に駆動モータのロータと工具装着部を一体に構成
し、負荷側軸受でスラストを支持する、NC工作機主軸
駆動用スピンドル・モータにおいて、 スピンドルシャフトの負荷側軸端部と空隙を介し、負荷
側軸端部の温度を検出するn個の非接触式温度検出器と
、この温度計の相対位置に吸熱環自身の表面l益度を検
出する温度検出器を埋設した冷却装置の内ヂャケットに
設けた吸熱環と、吸熱環の外径にペルチェ効果を有する
熱電素子を円周上に配置し、さらにその外側を冷却水が
流れる溝を設けた外ジャケットで包絡して冷却装置を形
成し、負荷側軸端部をn個にセグメントし、各セグメン
ト毎に、実験データ等により温度分布をモデノングして
所定値として蓄えたNC装置のn個のメモリーと、メモ
リーから払い出される所定温度と負荷側軸端部の測定温
度の差を出力するnuの比較器と、比較器の出力と吸熱
環自身の測定温度との差Δθを出力するn個の減算器と
、回転軸に設けた回転計の出力回転数と諸元から各セグ
メントの熱コンダクタンスGを計算する演算器と、Δ0
とGを乗ずるn個の乗算器と、n個の乗W:器の出力の
和を求める積分器と、特性曲線を関数形で蓄え熱電素子
の制御電流を読み出す関数発生器とで制御装置を構成し
てある。
負荷側軸端部を仮想的にn個にセグメントし、実験デー
タ等によりモデリングした温度上昇値θ0−1を所定値
としてNC装置のメモリーに蓄えておき、内ジャケット
の軸端部スピンドルシャフトの各セグメント対応位置に
設けた1組の温度検出器による測定温度θ1−.、θ□
−1と、軸の回転数と諸元から熱コンダクタンスG (
In−Illを計算し、熱電素子の必要吸熱量WIを 
式 W、=Gf。−Ill (θ□1−θI−1+L−
1)  から単純な加減乗算で求め、熱電素子の制御電
流を、あらかじめ関数化し記憶してある特性曲線から読
み出し、印加ずろようにすると、演算時間を切削中、リ
アル・タイムて対応オろように短縮できる。
[作用] 切削状態に応じ負荷側軸端部の温度上昇か所定値にリア
ルタイムで保たれる。
[実施例] 第1図から第3図により、本発明の詳細な説明をする。
第1図は、本発明を適用するNC工作機主軸駆動用スピ
ンドル・モータの断面図で、フレームIの内径には固定
子巻線2を収納したコアを嵌合し、外周には冷却ジャケ
ット3を装着してある。
フレーム1の両端には、ブラケット4を介し、負荷側に
は組み合わせアンギュラベアリング等のスラスト負荷ら
受ける負荷側軸受5aを、反負荷側には玉軸受5bを設
けて、中空スピンドルシャフト8を嵌合・支持する。
スピンドルシャフト8の反負荷側軸端にオーバーハング
させタコゼネやパルゼネ等の回転計6を、軸受スパン間
には回転電機回転子7を、負荷側軸端には、内径に工具
ンヤンクを収納するテーパ孔と外径に放熱環9を軸方向
に多数段けである。
第2図は、負荷側軸端部の部分断面図で、スピンドルシ
ャフト8の放熱環9と空隙を介し、負荷側軸端部の温度
を検出するn個の非接触式温度検出器30.〜□と、こ
の温度計の相対位置に吸熱環自身の表面温度を検出する
温度検出器20.〜。を埋設した吸熱環10を、さらに
吸熱環10の外径にペルチェ効果を有する熱電素子11
を円周上に配置し、さらにその外側を冷却水が流れる溝
を設けた外ノヤケット13て包絡して冷却装置を形成し
てあり、冷却装置の外ジャケット13に冷却水を外部か
ら供給し熱雷素子+1を冷却する。
ここで、負荷側は組み合わせアンギュラベアリングより
なる軸受5aで軸のスラスト変位を拘束してあるので、
工作物の加工精度に大きく影響するのは放熱環9を設け
た出力軸端部であり、この部分の温度上昇値を所定値に
制御すれば良いことに着目し、 あらかじめ実験データ等から、高速軽切削時と低速重切
削時の負荷軸端部の温度分布をモデリングし、軸端部を
n個にセグメントし、その所定温度上昇値θ。−3から
θ。−1をNC装置のメモリー251−1に蓄えておき
、内ジャケット12のスピンドルシャフト8の軸端部の
セグメント位置に対応して設けた、吸熱環自身の表面温
度を検出する温度検出器20.〜。によろ測定温度θ1
.−1がらθ、。
。と、非接触式温度検出器30.〜、にょる負荷側軸端
部表面の測定温度θ8−□と、軸の回転数と諸元から計
算した熱コンダクタンスG。−1゜1がら、M電索子1
1の必要吸熱量W、1を式、Wl、=ΣG+a−+2+
+(θ3.−1−08−1十〇0−1)(tl により求め、W、lに対応する熱電素子11の制御電流
を、あらかじめ関数化し記憶してある特性曲線から読み
出し、熱電素子11に印加するようにしてある。
第3図は、制御ブロック図で、回転計6の出力erはA
/D変換器21.2値カウンタ22を介し、マイクロブ
ロセソセよりなる演算器26に入力され、回転数とあら
かじめ記憶してある各セグメントの諸元とで熱コンダク
タンスG18−17.□を計算する。
セグメントlを例にとり説明する。
−点鎖線で囲まれたブロックB1ては、内ジャケットI
2のスピンドルシャフト8の軸端部のセグメント位置l
に対応して設けた温度検出器20の出力e 12−1を
A/D変換器231.2値カウンタ24、を介しOl、
□を、負荷側軸端部の温度を検出する検出するn個の非
接触式温度検出器30〜□のe8−1をA/D変換器3
11.2値カウンタ32、を介しθ8−1を、一方NG
装置のメモリー25、から軸端部のセグメント1の所定
温度上昇値θ。−1が払い出される。
0g−1とθ。−8は比較器331に入力されθ8−2
θ。−1を出力する、θ1.−4と08−1−θG−1
は減算器27.に入力され、減算器27.からθ、−0
−θ8−1↓θ。−1が出力される。
上記のB1と同様のブロックをn個構成し、プロ、り1
からはθ12−1〜θB−1+θo−+  (i=1〜
n)を出力する。
モータ軸端に装着した回転計6の出力e1は、A/D変
換器21.2値カウンタ22を介しマイクロコンピュー
タやNC装置よりなる演算器26に入力され、あらかじ
めメモリーに蓄えであるセグメント1の諸元から熱コン
ダクタンスG ts−+、++を出力する。
演算器26の出力GHI−121+とブロックBiの出
力012−1−011−1+θo−1(i = 1−n
 )は乗算器28.に入力され、該当セグメントiの熱
流W。
Gl□2,1(θ12.1−08−1十〇。、、l)を
計算する。
さらに、各セグメントiの熱流W1を積分器2半0゜−
1)を演算すると軸端部を所定温度θ。−1を保つため
に必要な冷却すべき総熱量が求まる。
wllは、あらかじめ関数化した特性曲線として記憶し
てある関数発生器40に人力され、熱電素子11の印加
電流、iを出力する。
[発明の効果] 1、加工状態に応じ変化する軸の温度を所定値に制御す
るので加工精度が精密に保たれる。
2、比較的簡単な演算によりリアルタイムで対応するの
で急激な加工状態の変化に即応できろ。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本実を適用するスピンドル・モータの断面図
、第2図は負荷側軸端部の部分断面図、第3図は制御ブ
ロック図 である。 同一構成要素には、同一符号を付してある。 2は固定子巻線、3は冷却ジャケット、4はブラケット
、5aは負荷側軸受、6は回転計、7は回転子、8はス
ピンドルンヤフト、9は放熱環、10は吸熱環、11は
熱電素子、12は内ジャケット、13は外ジャケット、
20.−1は温度検出器、21はA/D変換器、22は
2値カウンタ、23−ns 31 ++nはA/D変換
器、24 l+y1.32.〜。 は2値カウンタ、25.〜。はNC装置のメモリ26は
演算器、27.〜。は減算器、28 ++nは乗算器、
29は積分器、30.nは非接触式温度検出器、31.
〜。は比較器、40は関数発生器 である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、回転軸に駆動モータのロータと工具装着部を一体に
    構成し、負荷側軸受でスラストを支持する、NC工作機
    主軸駆動用スピンドル・モータにおいて、 スピンドルシャフト負荷側軸端部を仮想的にセグメント
    し、各セグメントの温度上昇値をあらかじめ所定値とし
    てNC装置のメモリーに蓄えておき、負荷側軸端部に空
    隙を介し対向させて設けた熱電素子を内装した冷却装置
    の内ジャケットのスピンドルシャフトの各セグメント対
    応位置の温度と、軸の回転数と諸元から熱コンダクタン
    スを計算し、熱コンダクタンスと温度から熱電素子の必
    要吸熱量を求め、熱電素子の制御電流をあらかじめ関数
    化し記憶してある特性曲線から読み出し印加することを
    特徴とする回転電機負荷軸端の冷却方法。 2、回転軸に駆動モータのロータと工具装着部を一体に
    構成し、負荷側軸受でスラストを支持する、NC工作機
    主軸駆動用スピンドル・モータにおいて、 負荷側軸端部の温度を検出する温度検出器と、吸熱環の
    温度を検出する温度検出器と、各々の温度検出器を埋設
    した吸熱環と、吸熱環の外径円周上に配置したペルチェ
    効果を有する熱電素子と熱電素子を包絡して設けた冷却
    水が流れる溝を有する外ジャケットで構成した冷却装置
    と、実験データ等によりモデリングした温度分布を所定
    値として蓄えたNC装置のメモリーと、メモリーから払
    い出される所定温度と負荷側軸端部の測定温度の差を出
    力する比較器と、比較器の出力と吸熱環自身の測定温度
    の差を出力する減算器と、回転軸に設けた回転計と、回
    転計の出力回転数と諸元から熱コンダクタンスを計算す
    る演算器と、前記測定温度と前記熱コンダクタンスを乗
    ずる乗算器と、乗算器出力の和を求める積分器と、特性
    曲線を関数形で蓄え熱電素子の制御電流を読み出す関数
    発生器とよりなることを特徴とする回転電機負荷軸端の
    冷却装置。
JP26017888A 1988-10-14 1988-10-14 回転電機負荷軸端の冷却方法と装置 Pending JPH02106147A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4724175B2 (ja) * 2004-03-19 2011-07-13 グリーン テクノロジーズ サルル 混練を改善するためのオゾンの使用
KR20180067298A (ko) * 2016-12-12 2018-06-20 현대자동차주식회사 열등가회로를 이용한 모터의 온도 연산 시스템
JP2018196226A (ja) * 2017-05-16 2018-12-06 多摩川精機株式会社 サーボモータ冷却構造およびサーボモータ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4724175B2 (ja) * 2004-03-19 2011-07-13 グリーン テクノロジーズ サルル 混練を改善するためのオゾンの使用
KR20180067298A (ko) * 2016-12-12 2018-06-20 현대자동차주식회사 열등가회로를 이용한 모터의 온도 연산 시스템
JP2018196226A (ja) * 2017-05-16 2018-12-06 多摩川精機株式会社 サーボモータ冷却構造およびサーボモータ

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