JPH1169703A - Pre-load variable method for bearing - Google Patents

Pre-load variable method for bearing

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JPH1169703A
JPH1169703A JP24181597A JP24181597A JPH1169703A JP H1169703 A JPH1169703 A JP H1169703A JP 24181597 A JP24181597 A JP 24181597A JP 24181597 A JP24181597 A JP 24181597A JP H1169703 A JPH1169703 A JP H1169703A
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JP
Japan
Prior art keywords
rotor
main shaft
stator
bearing
preload
Prior art date
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Pending
Application number
JP24181597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihide Sato
明秀 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
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Publication of JPH1169703A publication Critical patent/JPH1169703A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pre-load variable method for bearing which is freely adjustable for the pre-load by increasing or decreasing a supply current to a motor, in response to the size of the pre-load without providing a hydraulic means. SOLUTION: This method comprises two bearings, respectively bearing a main shaft 1 at both the end portions of a main shaft 1, an outer frame constituted with a frame 7 and a bracket 8, a main shaft 1 supported freely rotatably by this outer frame through the bearings 5, 6, a rotor 2 mounted on the main shaft 1, and stator 3 fixed to a frame 7 via a slight gap facing opposite the rotor 2. In this case, a stator 3 and a rotor 2 have tapered surfaces respectively, and a gap 4 is created between these tapered surfaces, or a deviation δis provided between the center attaching positions of the stator 3 and the rotor 2 in the axial direction, a motor current is adjusted and the magnetic thrust between the stator 3, and the rotor 2 is varied in response to the rotation of the rotor 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸の回転、特に
高速回転を円滑にするための、スピンドルユニットの軸
受の予圧可変方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for varying the preload of a bearing of a spindle unit for smoothing the rotation of a main shaft, especially at a high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的に例えばスピンドルユニットの軸
受は、主軸の回転精度及び適正な剛性を得るために適度
に軸方向に予圧を与える必要がある。剛性を上げる場合
は、高い予圧が必要であり、また主軸を高速回転させる
場合は、軸受に必要以上の負荷が掛からないように、比
較的低い予圧にする必要がある。従って、従来のスピン
ドルユニットでは、 当初より予圧を低く設定しておいて、高速回転時の
焼付を防ぐ、 油圧を利用して軸受の予圧を可変にさせることによ
り、高速回転時の焼付を防ぐと共に、剛性の確保も行
う、等の方法をとっていた。
2. Description of the Related Art In general, for example, a bearing of a spindle unit needs to be appropriately preloaded in the axial direction in order to obtain rotational accuracy and proper rigidity of a main shaft. In order to increase the rigidity, a high preload is required, and when the main shaft is rotated at a high speed, a relatively low preload is required so as not to apply an excessive load to the bearing. Therefore, with the conventional spindle unit, the preload is set low from the beginning to prevent seizure during high-speed rotation, and the preload of the bearing is made variable using hydraulic pressure to prevent seizure during high-speed rotation. And securing the rigidity.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
では、 当初より予圧を低く設定しておいた場合、高速回転
時は主軸における加工作業が可能ではあるが、低速回転
時に主軸の剛性が不足して実際の加工作業が出来ないと
いう問題点があった。 油圧を利用して軸受の予圧を可変にさせる方法で
は、スピンドルユニットの構造が複雑になるばかりでな
く、別に油圧装置が必要となるという問題点があった。
ここにおいて本発明は、油圧手段を設けることなく、モ
ータへの供給電流を予圧の大小に対応して増減すこと
で、予圧を自由自在に調整可能にする軸受の予圧可変方
法を提供することを目的とする。
However, in the prior art, if the preload is set low from the beginning, machining work on the spindle can be performed at high speed rotation, but the rigidity of the spindle is insufficient at low speed rotation. Then, there was a problem that the actual machining operation could not be performed. The method of making the preload of the bearing variable using hydraulic pressure not only complicates the structure of the spindle unit but also requires a separate hydraulic device.
Here, the present invention provides a method for varying the preload of a bearing that allows the preload to be freely adjusted by increasing or decreasing the current supplied to the motor in accordance with the magnitude of the preload without providing hydraulic means. Aim.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の請求項1に記載の発明は、主軸の両端部で主軸
をそれぞれ回転自在に支承する2つの軸受と、フレーム
とブラケットで構成された外枠と、この外枠に軸受を介
して回転自在に支承された主軸と、その主軸に搭載され
たロータと、このロータに対向して僅かなギャップを介
して前記フレームに固定されたステータとから成るスピ
ンドルユニットにおいて、前記ステータと前記ロータと
が相対向するギャップ面をそれぞれテーパ状に形成し、
モータ電流を調整し、前記ロータの回転に対応して前記
ステータと前記ロータ間の磁気推力を変え、前記主軸の
軸方向に任意量の磁気推力を発生させるようにすること
を特徴とする軸受の予圧可変方法である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus comprising two bearings for rotatably supporting a main shaft at both ends of the main shaft, a frame and a bracket. Outer frame, a main shaft rotatably supported on the outer frame via bearings, a rotor mounted on the main shaft, and fixed to the frame via a slight gap in opposition to the rotor. In a spindle unit including a stator, a gap surface where the stator and the rotor face each other is formed in a tapered shape,
A motor current is adjusted, a magnetic thrust between the stator and the rotor is changed in accordance with the rotation of the rotor, and an arbitrary amount of magnetic thrust is generated in an axial direction of the main shaft. This is a preload variable method.

【0005】このようにして本発明により、モータへの
供給電流を調整してステータの磁束密度を変化させるこ
とにより、軸受の予圧を自在に任意の値に可変にされる
という特段の効果を奏することができる。
As described above, according to the present invention, by adjusting the current supplied to the motor to change the magnetic flux density of the stator, the preload of the bearing can be freely varied to an arbitrary value. be able to.

【0006】請求項2に記載の発明は、主軸を回転自在
に支持する軸受と、軸受を嵌合するブラケットと、ステ
ータを固定するフレームから成るスピンドルユニットに
おいて、ステータとロータの主軸の軸方向のセンター取
付位置にズレを持たせ、モータ電流を調整し、前記ロー
タの回転に対応して前記ステータと前記ロータ間の磁気
推力を変え、前記主軸の軸方向に任意量の磁気推力を発
生させるようにすることを特徴とする軸受の予圧可変方
法である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a spindle unit including a bearing for rotatably supporting a main shaft, a bracket for fitting the bearing, and a frame for fixing the stator. The center mounting position is shifted, the motor current is adjusted, the magnetic thrust between the stator and the rotor is changed in accordance with the rotation of the rotor, and an arbitrary amount of magnetic thrust is generated in the axial direction of the main shaft. This is a method for varying the preload of a bearing.

【0007】かくして本発明によって、ステータとロー
タの取付位置をずらす構成でモータ電流に比例した予圧
が掛けられという顕著な効果がある。すなわち本発明
は、軸受に与える予圧をモータのステータとロータ間に
発生する磁気推力を利用して発生させ、ギャップ面の磁
束を変化させるものであるから、軸受の予圧を必要に応
じて可変とすることができるため、剛性の確保ができる
と共に、高速回転も可能となる。また、油圧措置等の別
の装置や新たな構造を必要としないという多大な効果が
認められる。
Thus, according to the present invention, there is a remarkable effect that a preload proportional to the motor current is applied by displacing the mounting positions of the stator and the rotor. That is, in the present invention, the preload applied to the bearing is generated by using the magnetic thrust generated between the stator and the rotor of the motor to change the magnetic flux on the gap surface. Therefore, rigidity can be secured and high-speed rotation can be performed. In addition, a great effect of not requiring another device such as a hydraulic measure or a new structure is recognized.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施の形態1)以下、本発明の実施の形態を図に基づ
いて説明する。全ての図面において、同一符号は同一若
しくは相当部材を表す。図1は、本発明における実施の
形態1の構造を示すスピンドルユニットの側断面図であ
る。
(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals represent the same or corresponding members. FIG. 1 is a side sectional view of a spindle unit showing the structure of Embodiment 1 of the present invention.

【0009】主軸(スピンドル)1の両側には負荷側の
軸受5と反負荷側の軸受6がそれぞれ配置され、自由に
回転する形で支持されている。各軸受5,6はアンギュ
ラベアリングで構成されているが、その他の軸受も仕様
可能である。負荷側の軸受5と反負荷側の軸受6との間
には、フレーム7に固定されたステータ3と、主軸1に
固定されたロータ2があり、ステータ3とロータ2の間
にはギャップ4があり、互いに接触することなく、ロー
タ2は自由に回転できる。図1の場合は、ステータ3と
ロータ2の間のギャップ4はテーパ状に形成されてい
る。
A load-side bearing 5 and a non-load-side bearing 6 are arranged on both sides of the main spindle (spindle) 1, and are supported in a freely rotatable manner. Each of the bearings 5 and 6 is constituted by an angular bearing, but other bearings can be used. A stator 3 fixed to the frame 7 and a rotor 2 fixed to the main shaft 1 are provided between the bearing 5 on the load side and the bearing 6 on the non-load side, and a gap 4 is provided between the stator 3 and the rotor 2. And the rotor 2 can rotate freely without contacting each other. In the case of FIG. 1, the gap 4 between the stator 3 and the rotor 2 is formed in a tapered shape.

【0010】(実施の形態2)図2は、本発明における
実施の形態2の構造を示すスピンドルユニットの側断面
図である。この形態では、先の図1のそれに比べて、ス
テータ3とロータ2の間のギャップ4は円筒状ではある
が、テーパ状にしておらず、並行に相対向してはいる
が、然しステータ3とロータ2の円筒状の長さ方向の中
心位置が同一にはせずに、多少[そのセンターのズレの
長さδ]ずらして取り付けられている。その他の構成は
実施の形態1に等しい。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a side sectional view of a spindle unit showing the structure of Embodiment 2 of the present invention. In this embodiment, the gap 4 between the stator 3 and the rotor 2 has a cylindrical shape but is not tapered and is opposed to each other in parallel as compared with that of FIG. The rotors 2 and the rotor 2 are mounted so that their center positions in the longitudinal direction of the cylindrical shape are not the same but are slightly shifted by [the shift length δ of the center]. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

【0011】次に、本発明の実施の形態1,2における
予圧の掛り方について、図3(a) 及び図3(b) に基づい
て説明する。図3(a) は図1の構造の場合、図3(b) は
図2の場合を示している。図3(a) の場合では、テーパ
状のギャップ4の磁束によって発生するステータ3とロ
ータ2の磁気吸引力FG は、ギャップ4に垂直に発生す
る。それによって、磁気吸引力FG は、ロータ2を軸方
向に引っ張る磁気推力FA と磁気ラジアル力FR とに分
割できる。この磁気推力FA は主軸1を伝わって負荷側
の軸受5の軸受内輪に作用して、前方の軸受5の予圧と
して働く。磁気ラジアル力FR は磁極が対に構成されて
おり、対応部分で発生する2つの方向が相反する磁気ラ
ジアル力FR によって相殺されてモータの特性として無
視できる。
Next, how to apply a preload in the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIG. 3A shows the case of the structure of FIG. 1, and FIG. 3B shows the case of FIG. In the case FIG. 3 (a), the magnetic attractive force F G of the stator 3 and the rotor 2 caused by the magnetic flux of the tapered gap 104 is generated perpendicularly to the gap 4. Thereby, the magnetic attraction force F G can be divided into a magnetic thrust F A for pulling the rotor 2 in the axial direction and a magnetic radial force F R. The magnetic thrust F A is transmitted through the main shaft 1 and acts on the bearing inner ring of the bearing 5 on the load side, and acts as a preload for the front bearing 5. The magnetic radial force F R has a pair of magnetic poles, and the two directions generated in the corresponding portions are offset by the opposing magnetic radial forces F R and can be ignored as the characteristics of the motor.

【0012】図3(b) の場合では、ステータ3とロータ
2のセンターがδだけズレているため、ギャップ4の磁
束によって発生するステータ3とロータ2の磁気吸引力
Gは、図3(a) の場合と同様に斜めに発生し、ロータ
2を回転方向への磁気推力FR とロータ2を軸方向に引
っ張る磁気推力FA に分割できる。この磁気推力FA
同様に主軸1を伝わって、負荷側の軸受5の軸受内輪に
作用して、負荷側の軸受5の予圧として働く。
[0012] In case of FIG. 3 (b), since the center of the stator 3 and the rotor 2 are shifted by [delta], the magnetic attraction force F G of the stator 3 and the rotor 2 caused by the magnetic flux of the gap 4, FIG. 3 ( occurs obliquely as in the case of a), it can be divided into magnetic thrust F a to pull the magnetic thrust F R and the rotor 2 of the rotor 2 to the rotational direction in the axial direction. This magnetic thrust F A is similarly transmitted along the main shaft 1 and acts on the bearing inner ring of the bearing 5 on the load side to act as a preload for the bearing 5 on the load side.

【0013】図3(a) 及び図3(b) のいずれのケースで
も、主軸1の剛性はこの負荷側の軸受5の予圧によって
決定されるため、磁気吸引力FG を変えることにより、
軸受の予圧を可変にさせること、すなわち剛性を可変に
することが可能になる。つまり、ギャップ面の磁束密度
を負荷状態に応じて変化させ、低負荷時はギャップ面の
磁束密度を低く、高負荷時はギャップ面の磁束密度を高
くして軸受の予圧を変えることにより、剛性を適切なも
のに調整することができるわけである。
[0013] In both cases of FIGS. 3 (a) and 3 (b), the rigidity of the main shaft 1 is determined by the preload of the bearing 5 of the load side, by changing the magnetic attractive force F G,
It is possible to make the preload of the bearing variable, that is, to make the rigidity variable. In other words, by changing the magnetic flux density on the gap surface according to the load condition, lowering the magnetic flux density on the gap surface at low load and increasing the magnetic flux density on the gap surface at high load to change the preload of the bearing, Can be adjusted to an appropriate one.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
テータとロータの特異な構成条件からモータ電流を調整
し、ステータの磁束密度を変化させることにより、軸受
の予圧を可変にすることが可能になるという特段の効果
を奏することができる。これによって、ワーク加工時に
主軸の剛性が必要な場合は、磁束密度を挙げることによ
り、予圧を高くし、高速回転時には磁束密度を下げるこ
とにより、軸受の予圧を低くして焼付防止を図ることが
できる顕著な効果も認められる。
As described above, according to the present invention, the preload of the bearing can be varied by adjusting the motor current based on the unique configuration conditions of the stator and the rotor and changing the magnetic flux density of the stator. It is possible to achieve a special effect that it becomes possible. If the rigidity of the spindle is required during machining of the workpiece, the preload can be increased by increasing the magnetic flux density, and the magnetic flux density can be reduced during high-speed rotation to reduce the preload of the bearing to prevent seizure. A noticeable effect is also observed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1におけるスピンドルユニ
ットの側断面図
FIG. 1 is a side sectional view of a spindle unit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態2におけるスピンドルユニ
ットの側断面図
FIG. 2 is a side sectional view of a spindle unit according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1及び実施の形態2におけ
る作用を示し、 (a) は本発明の実施の形態1における予圧発生のベクト
ル解析を示す説明図 (b) は本発明の実施の形態2における予圧発生のベクト
ル解析を示す説明図
FIGS. 3A and 3B show an operation in the first and second embodiments of the present invention, and FIG. 3A is an explanatory diagram showing a vector analysis of generation of a preload in the first embodiment of the present invention; FIG. Explanatory diagram showing vector analysis of generation of preload in Embodiment 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主軸 2 ロータ 3 ステータ 4 ギャップ面 5 負荷側の軸受 6 反負荷側の軸受 7 フレーム 8 ブラケット 9 センターのズレ[長さδ] FA ロータ2を軸方向に引っ張る磁気推力 FG 磁気吸引力 FR 磁気ラジアル力[磁極が対に構成されるから対応
部分で相殺される]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main shaft 2 Rotor 3 Stator 4 Gap surface 5 Load-side bearing 6 Non-load-side bearing 7 Frame 8 Bracket 9 Center displacement [length δ] F A Magnetic thrust for pulling rotor 2 in the axial direction F G Magnetic attraction F R magnetic radial force [The magnetic poles are formed in pairs and are canceled out at the corresponding parts]

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主軸の両端部で主軸をそれぞれ回転自在
に支承する2つの軸受と、フレームとブラケットで構成
された外枠と、この外枠に軸受を介して回転自在に支承
された主軸と、その主軸に搭載されたロータと、このロ
ータに対向して僅かなギャップを介して前記フレームに
固定されたステータとから成るスピンドルユニットにお
いて、 前記ステータと前記ロータとが相対向するギャップ面を
それぞれテーパ状に形成し、 モータ電流を調整し、前記ロータの回転に対応して前記
ステータと前記ロータ間の磁気推力を変え、 前記主軸の軸方向に任意量の磁気推力を発生させるよう
にすることを特徴とする軸受の予圧可変方法。
1. Two bearings rotatably supporting a main shaft at both ends of a main shaft, an outer frame constituted by a frame and a bracket, and a main shaft rotatably supported by the outer frame via bearings. A spindle unit comprising a rotor mounted on the main shaft thereof, and a stator fixed to the frame with a slight gap facing the rotor, wherein a gap surface on which the stator and the rotor face each other is formed. Forming a tapered shape, adjusting the motor current, changing the magnetic thrust between the stator and the rotor in accordance with the rotation of the rotor, and generating an arbitrary amount of magnetic thrust in the axial direction of the main shaft. A method for varying the preload of a bearing, characterized in that:
【請求項2】 主軸を回転自在に支持する軸受と、 軸受を嵌合するブラケットと、 ステータを固定するフレームから成るスピンドルユニッ
トにおいて、 ステータとロータの主軸の軸方向のセンター取付位置に
ズレを持たせ、 モータ電流を調整し、前記ロータの回転に対応して前記
ステータと前記ロータ間の磁気推力を変え、 前記主軸の軸方向に任意量の磁気推力を発生させるよう
にすることを特徴とする軸受の予圧可変方法。
2. A spindle unit comprising a bearing for rotatably supporting a main shaft, a bracket for fitting the bearing, and a frame for fixing a stator, wherein a displacement is provided at an axial center mounting position between the main shaft of the stator and the rotor. Adjusting the motor current, changing the magnetic thrust between the stator and the rotor in accordance with the rotation of the rotor, and generating an arbitrary amount of magnetic thrust in the axial direction of the main shaft. Variable bearing preload method.
JP24181597A 1997-08-22 1997-08-22 Pre-load variable method for bearing Pending JPH1169703A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102842986A (en) * 2012-08-24 2012-12-26 上海特波电机有限公司 Method for reducing mechanical loss of motor
CN114094750A (en) * 2021-11-26 2022-02-25 南京埃斯顿自动化股份有限公司 Bearing pre-tightening method for permanent magnet motor

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