JPH047379Y2 - - Google Patents

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JPH047379Y2
JPH047379Y2 JP12585986U JP12585986U JPH047379Y2 JP H047379 Y2 JPH047379 Y2 JP H047379Y2 JP 12585986 U JP12585986 U JP 12585986U JP 12585986 U JP12585986 U JP 12585986U JP H047379 Y2 JPH047379 Y2 JP H047379Y2
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  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、磁気軸受モータの負荷荷重検出装
置に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
工作機械主軸の駆動には加工品質及び生産性を
向上させるため主軸モータが用いられるようにな
つてきたが、生産性を一層あげるために磁気軸受
モータが適用されてきている。また、加工品質の
向上のためには、主軸先端の工具にかかる負荷状
態を知ることが重要であり、そのための方法とし
てワーク取付部又はモータ取付部に荷重検出器を
設ける方法や、磁気軸受モータを用いる場合は特
開昭60−16149号公報に示される方法が用いられ
ている。
前者のうち、ワーク取付部に荷重センサを用い
る方法では、加工の進行とともにセンサと加工部
分の3次元的相対位置を考慮して時々刻々と演算
算出せねばならず、処理が複雑になるばかりでな
く、誤差が拡大されやすいという欠点があり、し
かもセンサ取付けのためのスペースをあらかじめ
工作機に準備しておく必要があるとともに、有効
空間が少なくなるという欠点があつた。
また、前者のうち、モータ取付部に荷重センサ
を用いる方法では、センサの形状を考慮して工作
機の設計をせねばならず大がかりであるとともに
汎用性がないという欠点があつた。
更に、荷重検出方式の1つである歪ゲージ式で
は、ワーク又はモータ固定のための初期荷重によ
り、測定範囲が大幅に制限されるとか、誤差が大
きくなるなどの欠点があり、荷重検出方法の別の
1つである圧電効果利用のものでは高価になると
いう欠点があつた。
一方、前記特開昭60−16149号公報に示される
方法では、磁気軸受制御装置内部の力の指令信号
を用いて演算により算出しているので、電流の立
上り遅れだけ誤差が大きい欠点があつた。
又、ころがり軸受を用いたものでは、軸受部に
力検出器を設け、空気軸受を用いたものでは軸受
部に圧力検出器を設けることにより力の方向及び
大きさが測定できるが、センサーの形状を考慮し
てモータを設計せねばならず、大がかりであり、
モータ性能向上の阻害原因となつていた。
〔考案の目的〕
この考案は、従来技術における上記の欠点に鑑
みてなされたものであり、磁気軸受で非接触支承
された磁気軸受モータの軸端にかかる負荷荷重を
容易に、精度よく検出する磁気軸受モータの負荷
荷重検出装置を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この考案は、上記の目的を達成するためになさ
れたもので、互に直交する2組の電磁石を負荷側
と反負荷側に配し、負荷側軸端部に加工工具等の
負荷を装備し、ロータとステータとのギヤツプを
ギヤツプセンサによつて検出し、その検出信号に
よつて前記電磁石を制御してロータを空中支持す
る磁気軸受モータにおいて、前記電磁石の励磁電
流信号とギヤツプセンサの出力信号から各軸受の
直交する吸引力信号を演算する第1の演算器と、
前記直交する吸引力信号から負荷荷重を演算し、
ベクトルを演算する第2の演算器とを具備したこ
とを特徴とする磁気軸受モータの負荷荷重検出装
置である。
〔実施例〕
第1図aはこの考案を適用する磁気軸受モータ
を使つた主軸モータの構成を示す正面図、第1図
bは電磁石とギヤツプセンサの配置を示す側面図
で1は軸端に工具2を設け、長さ方向の中央部に
モータ部(図示せず)を備え、その両側にラジア
ル軸受を配置したロータである。
モータ部より工具側すなわち負荷側にあるラジ
アル軸受は、固定側の対向する電磁石3−1X,
3−1Y,3−2X,3−2Yと、磁気軸受制御
器6−1とギヤツプセンサ4−1X,4−1Yか
ら構成され、ロータ1と電磁石3−1X,3−1
Y,3−2X,3−2Y(以下3−1,3−2と
し省略する)との相対位置をギヤツプセンサ4−
1X,4−1Yが検出し、この信号を受けて磁気
軸受制御器6−1が働らいて電磁石3−1,3−
2に電流を供給し、作用する磁気吸引力によつて
ロータ1と電磁石3−1,3−2の相対位置が一
定となるよう制御されている。
モータ部より工具と反対側すなわち反負荷側に
あるラジアル軸受は、固定側の対向する電磁石3
−3X,3−3Y,3−4X,3−4Y(以下3
−3,3−4と省略する)、磁気軸受制御器6−
2とギヤツプセンサ4−2X,4−2Yから構成
され、前記負荷側ラジアル軸受と同様の動作によ
つてロータ1と電磁石3−3,3−4の相対位置
が一定となるよう制御されている。
負荷側及び反負荷側のラジアル軸受部では、紙
面に垂直な方向も同様の構成により制御されてい
るが図示していない。またロータ1の軸方向につ
いても、ラジアル軸受と同様に、固定側の2つの
電磁石とギヤツプセンサ、磁気軸受制御器から構
成されて非接触支承されており、モータ部や軸受
部のステータ、固定側電磁石及びギヤツプセンサ
を固着するとともにモータ全体をとり囲むフレー
ムも図示していない。
次に工具に加わる力を求める方法をX軸方向に
ついて述べる。
今第1図a及び第1図bにおいてX軸方向に関
する工具2に加わる力をfX、負荷側軸受に加わる
力をfXL、反負荷側軸受に加わる力をfXCLとし、
fX,fXL間の寸法をa,fXL,fXCL間の寸法をbとす
れば次式が成立する。
但しサフイツクスX,XL,XCLはX軸方向を
示す。
fX+fXCL=fXL ……(1) a・fX=b・fXCL ……(2) この(1)式と、(2)式から fX=fXL−fXCL=b/a・fXCL=b/a+b・fXL……
(3) が得られるので、fXCL又はfXLもしくは双方の大き
さがわかれば演算によつてfXが求められる。
これは、Y軸方向についても同様である。
また一般に、磁気吸引力fの大きさは、電流I
とキヤツプδによつてf∝(I/δ)2の関係がある ことから、電流Iとギヤツプδを検出することに
よつてfを演算により求めることができることに
なる。
以上、この考案の原理について説明したが、次
に、第2図に示す実施例について説明する。
先ずX軸方向について説明すると、第2図は検
出電流信号とギヤツプ信号から各軸受の軸受分力
を得るための第1の演算器のブロツク図でI1X
I2Xは電磁石3−1X,3−2Xに供給される電
流の検出信号であり、図示しない電流検出器によ
つて検出されている。δ1Xは、ロータ1が電磁石
3−1,3−2の中央から電磁石3−2側に変位
した変位量をギヤツプセンサ4−1によつて検出
した信号であり、δ0Xはロータ1が電磁石3−2
に接触した時に相当する信号である。
X1X信号は加算器7によつて演算されて、δ1X
δ0Xの値をもち、電磁石3−1とロータ1のギヤ
ツプに相当する信号である。X2X信号は減算器8
によつて演算されてδ0X−δ1Xの値をもち、電磁石
3−2とロータ1のギヤツプに相当する信号であ
る。
9−1,9−2は除算器であり、それぞれI1X
x1X及びI2X,x2X信号を受けてI1X/X1X,I2X/X2X
の演算をする。
10−1,10−2は2乗演算を行う2乗器で
あり、除算器9−1,9−2からくる信号を受け
て演算し(I1X/X1X2,(I2X/X2X2を得る。そし
て(I1X/X1X2と(I2X/X2X2の信号を減算器1
1により減算し、さらに係数器12によつてK倍
にし、K{(I1X/X1X2−(I2X/X2X2}の大きさを
もつ信号fXLを得る。
反負荷側軸受のX方向も同様であり、又Y方向
についても同様であるので説明を省略する。
第3図は前記第2図の演算回路で得られたロー
タ1に作用する力に比例する信号、即ち軸受の負
荷側X軸に関するfXL信号と、反負荷側X軸に関
するfXCL信号と、負荷側Y軸に関するfYL信号と、
反負荷側Y軸に関するfYCL信号を入力とし、それ
らを合成して力の大きさと方向を得る第2の演算
器のブロツク図を示すものである。ここでX軸と
Y軸はロータ1の回転軸と直交するとともに互い
に直交し、負荷側X(又はY)軸と反負荷側X(又
はY)軸は、同一平面内にある。
信号fXLとfXCLを入力とする減算器13−1は(3)
式に示す如くfX=fXL−fXCLの演算を行い、工具2
に加わる力に相当する信号fXを作る。
信号fYLとfYCLを入力とする減算器13−2は、
fYL−fYCLの演算を行ない、工具2に加わる力に相
当する信号fYを作る。
また信号fX,fYを入力とする除算器17はfY÷
fXの演算を行ない、その結果の信号を受けた演算
器18は、正切(tan-1)の演算を行ない、tan-1
(fY/fX)すなわち、工具2に加わる力のX軸か
らY軸に至る角度に相当する信号を作る。
また信号fX,fYを受けて、各々乗算器14−
1,14−2により2乗演算され、fX 2,fY 2を作
り、この2つの信号を受けた加算器15は、演算
によつてfX 2+fY 2を得、さらに演算器16によつ
て演算されfX 2+fY 2すなわち、工具2に加わるX
軸とY軸方向の力の合力に相当する信号を得る。
以上のように、この考案によれば、ラジアル磁
気軸受の電磁石とロータのギヤツプと、電磁石に
供給される電流から軸受に作用する力を算出し、
さらに工具に加わる力の大きさと方向を検出でき
るのである。
又、以上述べた演算方法を、ロータの軸方向に
ついても行なえば、3次元的な力の方向及び力の
大きさが検出できるし、加工条件が既知であれ
ば、力の方向、大きさを同様に演算で座標変換
し、主分力、背分力、送り分力を求めることがで
きることはいうまでもない。
〔異なる実施例〕
第4図は異なる実施例における第2の演算器の
ブロツク図を示すもので前記fXL又はfXCLとfYL又は
fYCLとから工具負荷荷重fX,fYを(3)式の fX=b/a+b・fXL より求めるようにした装置である。
即ち、前記実施例における減算器13−1に変
えて、係数b/a+bを発する係数器20と第2図 のfXLの出力信号を入力とする乗算器19に代替
して以下同様な演算プロセスを進めF,tan-1
(fY/fX)を出力する様にしたものである。
なお、fX=b/a・fXCLを用いる場合は係数はb/a
, fXLに変えてfXCLを乗算器20に入力すれば良い。
〔考案の効果〕
1 磁気軸受モータ本体に、新たな設計を施こす
必要がなく演算回路を組み込むだけで、容易に
工具先端の負荷状態を知ることができる。
2 工具に加わる力の大きさ、方向すなわち主分
力、背分力、送り分力を知ることができるの
で、加工品質の向上に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図aは本案実施例全体の概略構成を示す側
面図、第1図bは関係位置を示す側面図である。
第2図は検出電流信号とギヤツプ信号から各軸受
の軸受分力を得るための第1の演算器のブロツク
図、第3図は第1の演算器の信号を合成して力の
大きさと方向を得る第2の演算器のブロツク図、
第4図は異なる実施例における第2の演算器のブ
ロツク図である。 1……ロータ、2……工具、{3−1X,3−
1Y,3−2X,3−2Y,3−3X,3−3
Y,3−4X,3−4Y}……電磁石、{4−1
X,4−1Y,4−2X,4−2Y}……ギヤツ
プセンサ、{6−1,6−2}……磁気軸受制御
器、7,15……加算器、8,11,13−1,
13−2……減算器、9−1,9−2,17……
除算器、{10−1,10−2,14−1,14
−2,19}……乗算器、16……演算器、18
……tan-1演算器、20……係数器、21……係
数乗算器。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 互に直交する2組の電磁石を負荷側と反負荷
    側に配し、負荷側軸端部に加工工具等の負荷を
    装備し、ロータとステータとのギヤツプをギヤ
    ツプセンサによつて検出し、その検出信号によ
    つて前記電磁石を制御してロータを空中支持す
    る磁気軸受モータにおいて、前記電磁石の励磁
    電流信号とギヤツプセンサの出力信号から各軸
    受の直交する吸引力信号を演算する第1の演算
    器と、前記直交する吸引力信号から負荷荷重を
    演算し、ベクトルを演算する第2の演算器とを
    具備したことを特徴とする磁気軸受モータの負
    荷荷重検出装置。 (2) 前記第1の演算器は、負荷側及び反負荷側電
    磁石の励磁電流信号と各々のギヤツプセンサの
    出力信号から直交する吸引力信号を演算するこ
    とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第1項
    記載の磁気軸受モータの負荷荷重検出装置。 (3) 前記第2の演算器は、負荷側および反負荷側
    吸引力信号より負荷荷重をベクトル演算するこ
    とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第2項
    記載の磁気軸受モータの負荷荷重検出装置。 (4) 前記第2の演算器は、負荷側軸受もしくは反
    負荷側吸引力信号のみより負荷荷重をベクトル
    演算することを特徴とする実用新案登録請求の
    範囲第2項記載の磁気軸受モータの負荷荷重検
    出装置。
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