JP7074505B2 - Bearing equipment - Google Patents
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Description
この発明は、軸受装置に関し、特に簡単な構成で軸受の回転輪温度の変化を精度良く検出することが可能な軸受装置に関する。 The present invention relates to a bearing device, and more particularly to a bearing device capable of accurately detecting a change in the temperature of a rotating wheel of a bearing with a simple configuration.
特開2009-68533号公報(特許文献1)では、工作機主軸などに用いられる軸受に発生する異常を精度よく迅速に検出するために、軸受または間座の固定側の温度と回転側の温度とを測定している。回転側の温度は非接触温度センサによって測定される。非接触温度センサには、赤外線を利用した焦電型赤外線センサやサーモパイルの他に、リング状の測温体(感温フェライトなど)を用いて、磁気特性の変化を検出するものが提案されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-68533 (Patent Document 1), in order to accurately and quickly detect an abnormality occurring in a bearing used for a machine tool spindle or the like, the temperature on the fixed side and the temperature on the rotating side of the bearing or the spacer are used. And are measuring. The temperature on the rotating side is measured by a non-contact temperature sensor. In addition to the pyroelectric infrared sensor and thermopile that use infrared rays, a non-contact temperature sensor that uses a ring-shaped temperature measuring body (temperature-sensitive ferrite, etc.) to detect changes in magnetic characteristics has been proposed. There is.
さらに、軸受または間座の固定側の温度および回転側の温度と、回転輪の回転速度から軸受の予圧を推定する予圧推定手段を提案している。 Further, we propose a preload estimation means for estimating the preload of the bearing from the temperature on the fixed side and the temperature on the rotating side of the bearing or the spacer and the rotation speed of the rotating wheel.
特開2009-68533号公報には、軸受または間座の回転側温度を測定する方法として、リング部材の磁気特性の変化を利用する方法が開示されているが、具体的なリング部材の構造や、検出手順については開示が無く、工夫の余地がある。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-68533 discloses a method of utilizing a change in magnetic properties of a ring member as a method of measuring the temperature on the rotating side of a bearing or a seat, but a specific structure of the ring member and a specific structure of the ring member are disclosed. , There is no disclosure about the detection procedure, and there is room for ingenuity.
また、軸受または間座の固定側温度および回転側温度と回転輪の回転速度から予圧を推定する手法を提案しており、回転速度は、回転センサなどで主軸から測定しているが、回転センサを設けるためにスペースが必要となる。 We also propose a method to estimate the preload from the fixed side temperature and rotation side temperature of the bearing or seat and the rotation speed of the rotating wheel. The rotation speed is measured from the spindle with a rotation sensor, but the rotation sensor Space is required to provide.
本発明の目的は、磁気特性を利用し温度を検出することが可能であるとともに、別途回転センサを設けることなく回転速度を検出することが可能に構成された軸受装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a bearing device configured to be able to detect a temperature by utilizing magnetic characteristics and to detect a rotation speed without separately providing a rotation sensor.
本開示は、軸受単体または軸受の間に間座を挟む構造で回転体を支持する軸受装置に関する。軸受は、内輪、外輪、転動体を含む。間座は、外輪間座と内輪間座とを含む。軸受装置は、内輪および外輪のうちの固定側の固定輪、または、外輪間座および内輪間座のうちの固定側の固定間座に設けられ、磁気特性を検出する磁気センサと、内輪および外輪のうちの回転側の回転輪、または、外輪間座および内輪間座のうちの回転輪と共に回転する回転側の回転間座に配置され、温度によって磁気特性が変化する磁性体部材とを備える。磁性体部材は、回転輪が1回転する間に、磁気センサが検出する磁気特性が変動するように磁化されている。 The present disclosure relates to a bearing device that supports a rotating body with a single bearing or a structure in which a spacer is sandwiched between bearings. Bearings include inner rings, outer rings and rolling elements. The seat includes an outer ring seat and an inner ring seat. The bearing device is provided on the fixed side fixed ring of the inner ring and the outer ring, or the fixed side fixed spacer of the outer ring spacer and the inner ring spacer, and has a magnetic sensor for detecting the magnetic characteristics, and the inner ring and the outer ring. It is provided with a magnetic member which is arranged on the rotating wheel on the rotating side, or the rotating spacer on the rotating side which rotates together with the rotating wheel of the outer ring spacer and the inner ring spacer, and whose magnetic characteristics change depending on the temperature. The magnetic member is magnetized so that the magnetic characteristics detected by the magnetic sensor fluctuate during one rotation of the rotating wheel.
好ましくは、軸受装置は、磁気センサの出力を受けて軸受の状態検出を行なう信号処理部をさらに備え、信号処理部は、磁気センサの出力に基づいて回転輪の回転速度および温度を算出する。 Preferably, the bearing device further includes a signal processing unit that receives the output of the magnetic sensor to detect the state of the bearing, and the signal processing unit calculates the rotation speed and temperature of the rotating wheel based on the output of the magnetic sensor.
好ましくは、磁性体部材は、外周面が磁気センサに対向するように配置され回転輪または回転間座に配置されたリング部材である。リング部材は、軸受の回転軸から外側に向かう方向における磁化の向きが回転方向に沿って交互に異なる。 Preferably, the magnetic material member is a ring member arranged so that the outer peripheral surface faces the magnetic sensor and is arranged on a rotating wheel or a rotating spacer. In the ring member, the direction of magnetization in the direction outward from the rotation axis of the bearing is alternately different along the rotation direction.
好ましくは、リング部材は、内周側にN極が形成され外周側にS極が形成される第1領域と、外周側にN極が形成され内周側にS極が形成される第2領域とを含み、第1領域と第2領域は、回転方向に沿って交互に配置される。 Preferably, the ring member has a first region in which an N pole is formed on the inner peripheral side and an S pole is formed on the outer peripheral side, and a second region in which an N pole is formed on the outer peripheral side and an S pole is formed on the inner peripheral side. The first region and the second region include regions, and the first region and the second region are arranged alternately along the rotation direction.
好ましくは、軸受装置は、固定輪または固定間座の温度を測定する温度センサと、温度センサの出力および磁気センサの出力に基づいて、軸受の異常を診断する異常診断部とをさらに備える。 Preferably, the bearing device further comprises a temperature sensor that measures the temperature of the fixed wheel or fixed spacer, and an anomaly diagnostic unit that diagnoses bearing anomalies based on the output of the temperature sensor and the output of the magnetic sensor.
好ましくは、軸受装置は、固定輪または固定間座の温度を測定する温度センサと、温度センサの出力および磁気センサの出力に基づいて、軸受の予圧荷重を推定する予圧荷重推定部とをさらに備える。 Preferably, the bearing device further comprises a temperature sensor that measures the temperature of the fixed wheel or fixed spacer, and a preload load estimator that estimates the preload of the bearing based on the output of the temperature sensor and the output of the magnetic sensor. ..
好ましくは、軸受装置は、磁気センサによって測定した情報をワイヤレスで通信する通信部をさらに備える。 Preferably, the bearing device further comprises a communication unit that wirelessly communicates the information measured by the magnetic sensor.
本開示の軸受装置によれば、1つのリング部材を配置することによって、簡単な構成で温度と回転速度を同時に検出することが可能となる。 According to the bearing device of the present disclosure, by arranging one ring member, it is possible to simultaneously detect the temperature and the rotation speed with a simple configuration.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts will be given the same reference number, and the explanation will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1の軸受装置を工作機主軸に組み込んだ状態を示す図である。軸受装置50は、軸受単体か、または軸受の間に間座を挟む構造によって、回転体(主軸10)を支持する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram showing a state in which the bearing device of the first embodiment is incorporated in the machine tool spindle. The
図1に示す例では、軸受装置50は、軸受1と間座20とを含み、2つの軸受1で間座20を挟む構造で、工作機主軸10を回転可能に支持する。軸受1は、内輪2、外輪3、転動体4、保持器5を含む。間座20は、外輪間座7と内輪間座6とを含む。
In the example shown in FIG. 1, the
軸受装置50は、軸受1と間座20に加えて、磁気センサ17と、リング部材18とをさらに備える。リング部材18は、主軸の周りに配置された環形状の磁性体部材である。磁気センサ17は、外輪間座7および内輪間座6のうちの固定側の固定間座に設けられ、磁気特性を検出する。リング部材18は、温度によって磁気特性が変化する磁性体が磁化された磁石であって、外輪間座7および内輪間座6のうちの回転側の回転間座に配置される。リング部材18は、回転輪が1回転する間に、磁気センサ17が検出する磁気特性(たとえば磁束密度)が変動するように磁化されている。リング部材18は、磁気センサ17に外周面が対向するように配置される。
The
図1において、軸受1は、内輪2、外輪3、転動体4、保持器5を備えた転がり軸受を構成しており、2つの転がり軸受の間に内輪間座6と外輪間座7が挿入されている。内輪2の内径部8および内輪間座内径部9に工作機主軸10が挿入され、外輪3の外径部11および外輪間座外径部12がハウジング13に挿入され、工作機主軸10の回転を支持している。
In FIG. 1, the bearing 1 constitutes a rolling bearing including an
なお、間座と軸受を一体として、磁気センサ17を内輪2および外輪3のうちの固定側の固定輪に設け、リング部材18を、内輪2および外輪3のうちの回転側の回転輪に配置するようにしても良い。軸受単体に対して固定輪に磁気センサを配置し、回転輪に磁性体が磁化された磁石を配置しても良い。また、磁石は、回転輪が1回転する間に、磁気センサ17が検出する磁気特性(たとえば磁束密度)が変動するように磁化されていればよいので、必ずしもリング状でなくても良い。たとえば、間座の一部分に磁石を貼り付けたものであっても良い。
The spacer and the bearing are integrated, the
図2は、リング部材の回転軸に直交する断面を示す断面図である。図3は、図2のIII-III断面におけるリング部材の断面図である。図2、図3を参照して、リング部材18は、外周側にN極が形成され内周側にS極が形成される第1領域A1と、外周側にS極が形成され内周側にN極が形成される第2領域A2とを含む。第1領域A1と第2領域A2は、回転方向Rに沿って交互に配置される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section orthogonal to the rotation axis of the ring member. FIG. 3 is a cross-sectional view of the ring member in the section III-III of FIG. With reference to FIGS. 2 and 3, the
第1領域A1では、回転軸Oから外側に向かう方向における磁化の向きがS→Nであり、第2領域A2では、回転軸Oから外側に向かう方向における磁化の向きがN→Sである。 In the first region A1, the direction of magnetization in the direction from the rotation axis O to the outside is S → N, and in the second region A2, the direction of magnetization in the direction from the rotation axis O to the outside is N → S.
図4は、図2および図3に示した1極対のリング部材の回転角度と磁束密度の関係を示す図である。リング部材18を構成する磁石は、温度の変化によって磁束密度が変化するため、磁気センサ17で磁束密度の変化を測定し、温度を算出することができる。たとえば、フェライト系のゴム磁石をリング部材18として使用した場合には、温度係数は約-0.18%/℃であり、温度が上昇するに従い磁束密度は低下する。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotation angle and the magnetic flux density of the one-pole pair of ring members shown in FIGS. 2 and 3. Since the magnetic flux density of the magnet constituting the
たとえば、赤外線を利用した放射温度計では測定対象物の赤外線の放射率が小さいと測定精度に影響するが、本実施の形態では温度の検出に磁気を検出するため、対象部材の材料の影響を受けにくい。 For example, in a radiation thermometer using infrared rays, if the emissivity of infrared rays of the object to be measured is small, the measurement accuracy will be affected. Hard to receive.
図1では、着磁されたリング部材18を内輪間座6の内輪間座外周面16に取り付け、磁気センサ17を外輪間座7に対向するように配置し、リング部材18の磁気特性の変化を測定している。磁気センサ17としてアナログ出力のタイプを使用すれば、図4に示すように磁束密度の変化に応じた正弦波状の出力が得られる。
In FIG. 1, the
図2および図3に示す磁極が1極対に着磁されたリング部材18が回転した状態では、磁気センサ17の出力は、1回転あたり、1周期の正弦波状の波形が得られる。温度により磁束密度は変化するので、磁束密度の変化が振幅の変化としてあらわれる。
In a state where the
この波形を全波整流した後に平滑化したりピーク値の平均値を求めたりすることによって、振幅の変化を表す特性値を算出することができる。あらかじめ、振幅の変化と温度との関係を予め試験などによって取得しておけば、温度を算出することが可能となる。また、磁気センサ17の波形のピークが単位時間あたりに何回発生しているかを測定すれば、回転速度を算出することができる。
By smoothing this waveform after full-wave rectification or obtaining the average value of peak values, it is possible to calculate a characteristic value representing a change in amplitude. If the relationship between the change in amplitude and the temperature is acquired in advance by a test or the like, the temperature can be calculated. Further, the rotation speed can be calculated by measuring how many times the peak of the waveform of the
なお、磁気センサ17の出力波形の振幅を検出して温度に換算する方法以外に、磁気センサ17の出力信号を電気的に平滑処理した変位信号に変換してもよい。工作機のスピンドル用として用いる場合、高速回転しているため、磁気センサ17の信号を平滑処理すれば、検出が容易である。
In addition to the method of detecting the amplitude of the output waveform of the
すなわち、リング部材18,18Aの外周面にS極とN極が交互に配置されるようにリング部材18,18Aを着磁し、磁気センサ17で磁束密度を測定することで、S極とN極の極性の変化が振幅としてあらわれる。時間あたりの波数を計数すると回転速度を算出することができる。そして、低温時の波形LTの振幅と比べると、それより温度が高い高温時の波形HTの振幅は小さくなる。したがって振幅を観測することによって、温度を計測することができる。
That is, the
つまり、S極とN極が対になるように着磁したリング部材18を軸受1あるいは間座20に組み込み、磁気センサ17によって磁束密度を測定すれば、温度と回転速度を1つのセンサで算出することができる。
That is, if the
なお、図2、図3に示す例は極対数が2であるが、図5、図6に示すようにS極とN極の極対数を多くすると、整流後の平滑誤差が少なくなり、検出精度が向上するので好ましい。 In the example shown in FIGS. 2 and 3, the number of pole pairs is 2, but as shown in FIGS. 5 and 6, if the number of pole pairs of S pole and N pole is increased, the smoothing error after rectification is reduced and the detection is performed. This is preferable because it improves accuracy.
図5は、リング部材の変形例の回転軸に直交する断面を示す断面図である。図6は、図5のVI-VI断面におけるリング部材の変形例の断面図である。図5、図6を参照して、リング部材18Aは、外周側にN極が形成され内周側にS極が形成される第1領域A11,A13,A15,A17と、外周側にS極が形成され内周側にN極が形成される第2領域A12,A14,A16,A18とを含む。第1領域A11,A13,A15,A17と第2領域A12,A14,A16,A18は、回転方向Rに沿って交互に配置される。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross section orthogonal to the rotation axis of a modified example of the ring member. FIG. 6 is a cross-sectional view of a modified example of the ring member in the VI-VI cross section of FIG. With reference to FIGS. 5 and 6, the
第1領域A11,A13,A15,A17では、回転軸Oから外側に向かう方向における磁化の向きがS→Nであり、第2領域A12,A14,A16,A18では、回転軸Oから外側に向かう方向における磁化の向きがN→Sである。 In the first region A11, A13, A15, A17, the direction of magnetization in the direction outward from the rotation axis O is S → N, and in the second regions A12, A14, A16, A18, the rotation axis O is outward. The direction of magnetization in the direction is N → S.
図2、図3に示すリング部材18および図5、図6に示すリング部材18Aは、いずれも、軸受1の回転軸O-Oから外側に向かう方向における磁化の向きが回転方向に沿って交互に異なる。
In each of the
本実施の形態では、工作機主軸などに使用される軸受において、2個の軸受1の間に間座20を挟む構造で工作機主軸10を支持し、軸受1あるいは間座20の回転側の温度を測定する非接触式の温度センサとして、磁石で構成されるリング部材18または18Aと磁気センサ17を利用した温度センサを使用する。
In the present embodiment, in a bearing used for a machine tool spindle or the like, the
また、図5および図6に示す磁極が多極に着磁されたリング部材18Aを磁気センサ17によって測定すると、1回転あたり複数回の図7に示すような磁束密度変化が得られ、磁気センサ17の出力は、磁極が増えた分、1回転当たりの周波数が増える。全波整流し平滑化した場合周波数が高いほどリップルの振幅は小さくなるため、磁極数が多ければ平滑誤差が減り、測定精度が向上する。また、各磁極の着磁強度にばらつきがあっても、平滑化により平均化されるので、検出が容易になる。
Further, when the
図8は、磁気センサ17の信号を受ける回路の構成を示すブロック図である。図8に示すように、軸受装置50は、磁気センサ17の出力を受けて軸受1の状態検出を行なう信号処理部100をさらに備える。信号処理部100は、磁気センサ17の出力に基づいて回転輪の回転速度Niおよび温度Tiを算出する。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a circuit that receives a signal from the
信号処理部100は、磁気センサ17の出力を増幅する増幅回路101と、増幅回路101が出力する波形を全波整流および平滑化し直流電圧を出力する整流回路102と、整流回路102が出力する電圧をデジタル値に変換するA/Dコンバータ103と、増幅回路101が出力する信号波形の波数を計数する計数回路104と、A/Dコンバータ103が出力するデジタル値から内輪温度Tiを算出するとともに、計数回路104の単位時間当たりの計数値から回転速度Niを算出する演算部105とを含む。
The
演算部105から出力された内輪温度Tiおよび回転速度Niに基づいて、異常判断部110は軸受1の異常判断を行なう。
The
図9は、異常判断部が実行する異常判断処理の第1例を説明するためのフローチャートである。異常判断部110は、ステップS1において、磁気センサ17の出力を監視する。続いて、ステップS2において異常判断部110は、磁気センサ17の出力から検出された内輪温度Tiを、回転速度Niごとに設けられた閾値と比較し、閾値を超えたか否かの閾値判定を行なう。
FIG. 9 is a flowchart for explaining a first example of the abnormality determination process executed by the abnormality determination unit. The
ステップS2において閾値よりも検出温度が低い場合、再びステップS1のセンサ監視処理が繰り返し実行される。一方、ステップS2において閾値よりも検出温度が高い場合、ステップS3の異常回避動作が実行されるように異常判断部110は、異常動作を回避するための指示信号を出力する。
If the detection temperature is lower than the threshold value in step S2, the sensor monitoring process of step S1 is repeatedly executed. On the other hand, when the detection temperature is higher than the threshold value in step S2, the
この指示信号によって工作機器で実行される異常回避動作制御の例は以下のとおりである。例えば、回転速度を現在よりも低くする制御、刃物切り込み量を現在よりも小さくする制御、潤滑油を供給する、または供給量を増やす制御、加工停止(切削を中止しスピンドル回転速度を下げるまたは回転停止させる)などが挙げられる。 An example of abnormality avoidance operation control executed by the machine tool by this instruction signal is as follows. For example, control to lower the rotation speed than the current one, control to make the cutting depth of the blade smaller than the current one, control to supply or increase the supply amount of lubricating oil, stop machining (stop cutting and reduce or rotate the spindle rotation speed). To stop) and so on.
図10は、異常判断部が実行する異常判断処理の第2例を説明するためのフローチャートである。異常判断部110は、ステップS11において、磁気センサ17の出力を監視する。続いて、ステップS12において異常判断部110は、磁気センサ17の出力から検出された内輪温度Tiの単位時間当たりの変化率を算出し、算出した変化率が判定値を超えるか否かを判断する(変化率判定)。
FIG. 10 is a flowchart for explaining a second example of the abnormality determination process executed by the abnormality determination unit. The
ステップS12において判定値よりも変化率が小さい場合、再びステップS11のセンサ監視処理が繰り返し実行される。一方、ステップS12において判定値よりも検出値が大きい場合、ステップS13の異常回避動作が実行されるように異常判断部110は、異常動作を回避するための指示信号を出力する。
If the rate of change is smaller than the determination value in step S12, the sensor monitoring process of step S11 is repeatedly executed. On the other hand, when the detection value is larger than the determination value in step S12, the
この指示信号によって工作機器で実行される異常回避動作制御の例は図9の場合と同じであるので説明は繰り返さない。 Since the example of the abnormality avoidance operation control executed by the machine tool by this instruction signal is the same as the case of FIG. 9, the description will not be repeated.
本実施の形態の軸受装置では、回転速度と内輪温度を1つの磁気センサの出力から算出できるので、軸受に発生した異常(焼付き等の前兆)を早期に検出することができる。このため、工作機械の運転速度を低下させるなどして軸受に損傷が生じるのを防ぐことができる。 In the bearing device of the present embodiment, since the rotation speed and the inner ring temperature can be calculated from the output of one magnetic sensor, it is possible to detect an abnormality (precursor such as seizure) generated in the bearing at an early stage. Therefore, it is possible to prevent the bearing from being damaged by reducing the operating speed of the machine tool.
図11は、軸受装置の第1変形例を示す図である。図11に示す軸受装置50Aのように、内輪間座6A,6Bの間に磁石であるリング部材18Bを挟むように配置しても良い。
FIG. 11 is a diagram showing a first modification of the bearing device. As in the
図12は、軸受装置の第2変形例を示す図である。図12に示す軸受装置50Bのように、内輪間座6Cの間うち、一方の内輪に接する端部に磁石であるリング部材18Cを配置し、それに対向するように磁気センサ17を外輪間座7に配置しても良い。
FIG. 12 is a diagram showing a second modification of the bearing device. Like the
以上説明したように、実施の形態1に示した軸受装置によれば、1つのリング部材を配置することによって、簡単な構成で温度と回転速度を同時に検出することが可能となる。したがって、センサの数が少ないため、センサの配置スペースが小さくて済み、コスト面でも有利である。 As described above, according to the bearing device shown in the first embodiment, by arranging one ring member, it is possible to simultaneously detect the temperature and the rotation speed with a simple configuration. Therefore, since the number of sensors is small, the space for arranging the sensors can be small, which is advantageous in terms of cost.
[実施の形態2]
実施の形態1では、回転輪または回転間座に磁石を配置し、固定輪または固定間座に磁気センサを配置し、温度および回転速度を検出可能な構成とした。実施の形態2では、実施の形態1の構成に加えて、固定輪の温度を検出する温度センサをさらに配置した。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, a magnet is arranged on the rotating wheel or the rotating spacer, and a magnetic sensor is arranged on the fixed wheel or the fixed spacer so that the temperature and the rotation speed can be detected. In the second embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a temperature sensor for detecting the temperature of the fixed wheel is further arranged.
図13は、実施の形態2の軸受装置の構成を示す図である。図13を参照して、軸受装置50Cは、軸受1と間座20とを含み、2つの軸受1で間座20を挟む構造で、図示しない工作機主軸10を回転可能に支持する。軸受1は、内輪2、外輪3、転動体4、保持器5を含む。間座20は、外輪間座7と内輪間座6とを含む。
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the bearing device according to the second embodiment. With reference to FIG. 13, the
軸受装置50Cは、軸受1と間座20に加えて、磁気センサ17と、リング部材18と、温度センサ40と、異常診断部120とをさらに備える。磁気センサ17と、リング部材18とについては、実施の形態1と同様であるので説明は繰り返さない。
In addition to the bearing 1 and the
温度センサ40は、固定輪である外輪3の温度を測定する。異常診断部120は、温度センサ40の出力および磁気センサ17の出力に基づいて、軸受1の異常を診断する。なお、温度センサ40が固定間座である外輪間座7を測定するようにしても良い。
The
工作機主軸10が高速で回転すると、加工負荷によって軸受1は内輪転動体軌道面14と転動体4、外輪転動体軌道面15と転動体4の接触によって発熱する。この時、ハウジング13に挿入された外輪3よりも、工作機主軸10が挿入された内輪2の方が、温度が高くなる傾向がある。異常診断部120は、温度センサ40によって外輪3の温度Toを測定し、内輪2の温度Tiと外輪3の温度Toの差を利用して、定常運転状態と異なる温度差の変化があらわれた場合は、異常と判断する。
When the
また、予圧荷重推定部105は、温度センサ40で測定した温度Toと、リング部材18を磁気センサ17で測定した値から算出した温度Tiとから予圧荷重を推定することが可能である。
Further, the preload
具体的には、ハウジングに外輪3を挿入し内輪2で軸を支持している状態を例にすると、予圧を受けた状態で内輪2が回転すると温度Ti,Toが上昇し膨張する。そのため、軸受の予圧が初期設定値よりも上昇する。この関係を演算式などで用意しておけば、予圧を推定することが可能となる。演算式に用いるパラメータは、例えば軸受の回転速度、外輪温度、内輪温度などである。
Specifically, for example, when the
以上説明したように、実施の形態2に係る軸受装置50Cでは、軸受または間座の固定側部材の測定温度Toと、回転側部材の測定温度Tiと、回転部材の回転速度Niから、軸受の予圧荷重を推定することができる。軸受の内輪間に設けた内輪間座に、外周面にN極とS極が交互に形成されるように着磁したリング部材18を固定し、非回転側、たとえば外輪間座7にアナログ出力の磁気センサ17を配置すれば、非接触で内輪間座6の温度Tiを測定でき、軸受の予圧推定に利用することができる。
As described above, in the
[変形例]
実施の形態1、2において、磁気センサ17で発生した出力の情報は、ワイヤレスで外部に送信する送信部を備えれば、配線の取り回しが不要となり、軸受装置の搭載性が良くなる。なお、好ましくは、これに電力を供給する給電装置をさらに備えてもよい。給電装置としては、電池の他に、温度差や振動などで発電する発電装置を使うことができる。
[Modification example]
In the first and second embodiments, if the transmission unit for wirelessly transmitting the output information generated by the
図14は、ワイヤレスで送受信を行なう構成を示すブロック図である。実施の形態1または2で示した軸受装置は、好ましくは図14に示すように、磁気センサ17によって測定した情報をワイヤレスで通信するデータ送信部130をさらに備える。
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration in which transmission / reception is performed wirelessly. The bearing device shown in the first or second embodiment further includes a
磁気センサ17で発生した出力の情報は、ワイヤレス送信装置150で外部に送信すれば、工作機等から離れた位置にある外部の異常診断装置で同様の診断が可能である。
If the output information generated by the
ワイヤレス送信装置150(図14)は、信号処理部100と、データ送信部130とを含む。信号処理部100は、図8で示したものと同様であるので、説明は繰り返さない。データ送信部130は、無線によって受信装置300にデータを送信する。
The wireless transmission device 150 (FIG. 14) includes a
受信装置300は、工作機から離れた場所に設置されている。受信装置300は、無線でデータを受信するデータ受信部301と、受信信号からデータを復調する信号処理部302と、信号処理部302からのデータを受けて軸受異常を判断する異常判断部303とを含む。なお、異常判断部303の判断処理は、図9および図10で説明した処理と同様であるので、説明は繰り返さない。
The receiving
変形例の軸受装置は、磁気センサ17の出力情報を工作機から離れた位置にある受信装置300にワイヤレス送信するワイヤレス送信装置200を備える。これにより、工作機から離れた位置でも工作機の軸受に異常が発生したか否かを診断することができる。このため、監視するためにいっそう便利となる。
The bearing device of the modified example includes a wireless transmission device 200 that wirelessly transmits the output information of the
なお、実施の形態1,2では、例として工作機主軸10に軸受装置50,50A~50Cを挿入した例を示したが、工作機主軸以外にも、産業分野や自動車分野において本構造の軸受装置を適用することが可能である。
In the first and second embodiments, an example in which the
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 軸受、2 内輪、3 外輪、4 転動体、5 保持器、6,6A,6B,6C 内輪間座、7 外輪間座、8 内径部、9 内輪間座内径部、10 工作機主軸、11 外径部、12 外輪間座外径部、13 ハウジング、14,15 軌道面、16 内輪間座外周面、17 磁気センサ、18,18A,18B,18C リング部材、20 間座、40 温度センサ、50,50A,50B,50C 軸受装置、100,302 信号処理部、101 増幅回路、102 整流回路、103 A/Dコンバータ、104 計数回路、105 演算部、110,303 異常判断部、120 異常診断部、130 データ送信部、150,200 ワイヤレス送信装置、300 受信装置、301 データ受信部、A1,A11,A13,A15,A17 第1領域、A2,A12,A14,A16,A18 第2領域。 1 bearing, 2 inner ring, 3 outer ring, 4 rolling element, 5 cage, 6, 6A, 6B, 6C inner ring spacer, 7 outer ring spacer, 8 inner diameter part, 9 inner ring spacer inner diameter part, 10 machine spindle, 11 Outer diameter part, 12 outer ring bearing outer diameter part, 13 housing, 14,15 raceway surface, 16 inner ring spacer outer diameter part, 17 magnetic sensor, 18,18A, 18B, 18C ring member, 20 spacer, 40 temperature sensor, 50, 50A, 50B, 50C bearing device, 100, 302 signal processing unit, 101 amplifier circuit, 102 rectifier circuit, 103 A / D converter, 104 counting circuit, 105 calculation unit, 110, 303 abnormality judgment unit, 120 abnormality diagnosis unit , 130 data transmitter, 150, 200 wireless transmitter, 300 receiver, 301 data receiver, A1, A11, A13, A15, A17 first area, A2, A12, A14, A16, A18 second area.
Claims (5)
前記軸受は、内輪、外輪、転動体を含み、
前記間座は、外輪間座と内輪間座とを含み、
前記内輪および前記外輪のうちの固定側の固定輪、または、前記外輪間座および前記内輪間座のうちの固定側の固定間座に設けられ、磁気特性を検出する磁気センサと、
前記内輪および前記外輪のうちの回転側の回転輪、または、前記外輪間座および前記内輪間座のうちの前記回転輪と共に回転する回転側の回転間座に配置され、温度によって磁気特性が変化する磁性体部材と、
前記磁気センサの出力を受けて前記軸受の状態検出を行なう信号処理部とを備え、
前記磁性体部材は、前記回転輪が回転する間に、前記磁気センサが検出する磁気特性が変動するように磁化され、
前記磁性体部材は、外周面が前記磁気センサに対向するように配置され前記回転輪または前記回転間座に配置されたリング部材であり、
前記リング部材は、前記軸受の回転軸から外側に向かう方向における磁化の向きが回転方向に沿って交互に異なり、
前記信号処理部は、前記磁気センサの出力信号の周波数に基づいて前記回転輪の回転速度を算出するとともに、前記磁気センサの出力信号の振幅に基づいて温度を算出する、軸受装置。 A bearing device that supports a rotating body with a single bearing or a structure in which a spacer is sandwiched between bearings.
The bearing includes an inner ring, an outer ring, and a rolling element.
The spacer includes an outer ring spacer and an inner ring spacer.
A magnetic sensor provided on the fixed side fixed ring of the inner ring and the outer ring, or the fixed side fixed spacer of the outer ring spacer and the inner ring spacer, and detecting magnetic characteristics.
It is arranged on the rotating wheel on the rotating side of the inner ring and the outer ring, or on the rotating spacer on the rotating side that rotates together with the rotating wheel of the outer ring spacer and the inner ring spacer, and the magnetic characteristics change depending on the temperature. Magnetic material member and
It is provided with a signal processing unit that receives the output of the magnetic sensor and detects the state of the bearing.
The magnetic member is magnetized so that the magnetic characteristics detected by the magnetic sensor fluctuate while the rotating wheel rotates.
The magnetic member is a ring member whose outer peripheral surface is arranged so as to face the magnetic sensor and is arranged on the rotating wheel or the rotating spacer.
In the ring member, the direction of magnetization in the direction from the rotation axis of the bearing to the outside is alternately different along the rotation direction.
The signal processing unit is a bearing device that calculates the rotation speed of the rotating wheel based on the frequency of the output signal of the magnetic sensor and calculates the temperature based on the amplitude of the output signal of the magnetic sensor .
内周側にN極が形成され外周側にS極が形成される第1領域と、
外周側にN極が形成され内周側にS極が形成される第2領域とを含み、
前記第1領域と前記第2領域は、前記回転方向に沿って交互に配置される、請求項1に記載の軸受装置。 The ring member is
The first region where the N pole is formed on the inner peripheral side and the S pole is formed on the outer peripheral side,
It includes a second region where an N pole is formed on the outer peripheral side and an S pole is formed on the inner peripheral side.
The bearing device according to claim 1 , wherein the first region and the second region are alternately arranged along the rotation direction.
前記温度センサの出力および前記磁気センサの出力に基づいて、軸受の異常を診断する異常診断部とをさらに備える、請求項1または2に記載の軸受装置。 A temperature sensor that measures the temperature of the fixed wheel or the fixed spacer,
The bearing device according to claim 1 or 2 , further comprising an abnormality diagnosis unit for diagnosing an abnormality of the bearing based on the output of the temperature sensor and the output of the magnetic sensor.
前記温度センサの出力および前記磁気センサの出力に基づいて、軸受の予圧荷重を推定する予圧荷重推定部とをさらに備える、請求項1または2に記載の軸受装置。 A temperature sensor that measures the temperature of the fixed wheel or the fixed spacer,
The bearing device according to claim 1 or 2 , further comprising a preload load estimation unit that estimates a preload load of a bearing based on the output of the temperature sensor and the output of the magnetic sensor.
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