CN113453826B - 轴承装置和主轴装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种轴承装置和包括轴承装置的主轴装置，通过它们中的每一个可以精确且快速地检测轴承中的温度变化。轴承装置(1)包括轴承(2)、预压单元(3)、壳体(4)和热通量传感器(11)。轴承(2)支承旋转体(5)。预压单元(3)包括对轴承(2)施加预载荷的弹性体(9)。壳体(4)固定轴承(2)。热通量传感器(11)固定到壳体(4)和预压单元(3)中的一个，并且对热通量进行检测。

Description

轴承装置和主轴装置

技术领域

本发明涉及一种轴承装置和主轴装置。

背景技术

在日本专利公开第2017-26078号(专利文献1)中描述的轴承装置中，在轴承的端面设置有附接单元，以防止诸如轴承卡住之类的问题。附接单元包括：用于向轴承部供给油的泵；以及用于对润滑部的温度进行测量的非接触式温度传感器(红外传感器)。当从非接触式温度传感器获得的温度的时间变化变得大于阈值时，通过使用泵向轴承部供给油来防止温度上升。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开第2017-26078号

专利文献2：日本专利特开第2016-166832号

发明概述

技术问题

在日本专利公开第2017-26078号中描述的轴承装置中，基于温度来对轴承中出现异常的迹象进行判断。在此，对于设置在与轴承相邻配置的附接单元中的非接触式温度传感器(红外传感器)，难以对具有低红外发射率的金属表面的温度进行测量。因此，由非接触式温度传感器测量的目标是由树脂制成的保持架。然而，当保持架不是由树脂制成时，难以使用日本专利公开第2017-26078中描述的结构来对其温度进行测量。

此外，非接触式温度传感器的测量精度低于接触式温度传感器的测量精度。因此，即使不存在异常，非接触式温度传感器也可能错误地检测到温度变化、或者当存在异常，非接触式温度传感器可能无法检测到温度变化。此外，认为在油润滑环境中使用非接触式温度传感器时，传感器会受到润滑油的影响。例如，当润滑油形成雾气，并且该雾气随后进入测量目标与非接触式温度传感器之间时，难以精确地测量温度。

本发明是为了解决如上所述的问题而作出的，其目的在于提供一种轴承装置和包括该轴承装置的主轴装置，通过轴承装置，可以精确且快速地对轴承的温度变化进行检测。

解决技术问题所采用的技术方案

根据本公开的轴承装置包括轴承、预压单元、壳体和热通量传感器。轴承对旋转体进行支承。预压单元包括对轴承施加预压的弹性体。壳体对轴承进行固定。热通量传感器固定到壳体和预压单元中的一个，并且对热通量进行检测。

根据本公开的主轴装置包括轴承装置和使旋转体旋转的电动机。

发明效果

根据上述，可以实现一种轴承装置和包括轴承装置的主轴装置，通过它们中的每一个可以精确且快速地对轴承的温度变化进行检测。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施方式的轴承装置的构造的示意图。

图2是示出根据本发明的第二实施方式的轴承装置的构造的示意图。

图3是示出根据本发明的第三实施方式的轴承装置的构造的示意图。

图4是示出根据本发明的第四实施方式的轴承装置的构造的示意图。

图5是用于说明根据本发明的第五实施方式的轴承装置的构造的框图。

图6是用于说明由异常诊断装置执行的异常判断处理的第一示例的流程图。

图7是用于说明由异常诊断装置执行的异常判断处理的第二示例的流程图。

图8是示出根据本发明的第六实施方式的轴承装置的构造的示意图。

图9是示出根据本发明的第七实施方式的轴承装置的构造的示意图。

图10是示出根据本发明的第八实施方式的轴承装置的构造的示意图。

图11是示出用于无线地发送和接收传感器的输出的构造的图。

图12是示出根据本发明的第九实施方式的主轴装置的构造的示意图。

图13是示出图12所示的主轴装置的示例性控制器的图。

图14是示出图12所示的主轴装置的另一示例性控制器的图。

图15是示出图12所示的主轴装置的又一示例性控制器的图。

图16是示出根据本发明的第十实施方式的轴承装置的构造的示意图。

图17是示出根据本发明的第十实施方式的轴承装置的变型的构造的示意图。

具体实施方式

以下参考附图来详细描述本发明的实施方式。应当注意的是，在下文描述的附图中，对相同或相应的部分给予相同的附图标记并且不重复描述。

(第一实施方式)

<轴承装置的构造>

图1是示出根据本发明的第一实施方式的轴承装置的构造的示意图。图1所示的轴承装置1是恒压预压式的轴承装置，包括：多个轴承2，多个上述轴承2分别支承用作主轴的旋转体5；预压单元3；壳体4；以及热通量传感器11。上述轴承2中的每一个可旋转地支承旋转体5。在壳体4中形成有通孔。旋转体5、轴承2和预压单元3容纳在通孔中。两个轴承2固定在壳体4通孔的相应端部处。

轴承2中的每一个包括内圈2i、外圈2g、滚动元件2t和保持架2r。轴承2是诸如角接触滚珠轴承的滚动轴承。即，滚动元件2t例如是滚珠。

用作主轴的旋转体5插入并固定到轴承2的内圈2i。在旋转体5上，沿着旋转体5的延伸方向在相对于轴承2的内圈2i的外侧设置有套环6。在旋转体5的延伸方向上，在相对于套环6的外侧设置有螺母7。通过利用螺母7进行紧固，经由套环6对轴承2的内圈2i施加应力，从而使内圈2i固定到旋转体5。在图1所示的构造中，外圈2g用作非旋转圈，而内圈2i用作旋转圈。

预压单元3对轴承2施加恒压预压。预压单元3包括：弹簧保持件8；弹簧9，上述弹簧9用作对轴承2施加预压的弹性体；以及中间构件10，上述中间构件10用作环形构件。弹簧保持件8的一端面8a与壳体4的台阶部4a邻抵。预压单元3通过弹簧9的弹力经由中间构件10按压外圈2g的端面。外圈2g是轴承2的固定圈。作为弹簧9，例如可以使用螺旋弹簧。预压单元3可以沿外圈2g配置在周向方向上的多个位置处。应当注意的是，作为弹簧9，可以使用不同类型的弹簧、诸如碟形弹簧，并且弹簧的类型和结构不受限制。

用作另一轴承2的固定圈的外圈2g的端面与壳体4的台阶部4b邻抵。其结果是，对轴承2施加恒压预压。在图1的轴承装置1中，轴承2以背靠背的布置(DB布置)安装。轴承2中的每一个都是可以在轴向方向上的力来施加预载荷的轴承。作为轴承2，可以使用角接触滚珠轴承、深沟槽滚珠轴承或锥形滚柱轴承。

热通量传感器11中的每一个都对热通量进行检测的传感器。热通量传感器11配置在多个轴承2的附近。热通量传感器11中的每一个的一个表面通过粘附等方式固定到位于轴承2附近的非旋转构件。热通量传感器11的另一个表面配置成以在其间插设有空间的方式面向旋转体5。在图1的轴承装置1中，左侧热通量传感器11固定到壳体4的内周面4c。右侧热通量传感器11固定到表面部分8b，该表面部分8b是弹簧保持件8的内表面。

在本实施方式中，热通量传感器11中的每一个用于在轴承装置1的操作期间对轴承装置1中的温度变化进行测量。对于热通量传感器11，例如，可以使用日本专利公开第2016-166832号(专利文献2)中描述的热通量传感器。热通量传感器11的输出电压根据传感器的前侧与后侧之间的微小温度差而产生。热通量传感器11利用塞贝克效应(Seebeckeffect)将热流转换成电信号。

<热通量传感器的功能和判断轴承异常的方法>

在下文中，将使用图1所示的轴承装置1来描述本说明书中公开的实施方式中的热通量传感器11的共同功能和判断轴承的异常的方法。在图1所示的轴承装置1中，当壳体4与旋转体5之间发生温度差时，产生穿过热通量传感器11的热通量，从而改变热通量传感器11的输出。对热通量传感器11的输出的这种变化或每单位时间的输出变化量(变化率)进行监测。当在监测数据中观察到偏离稳定状态的变化(异常变化)时，判断为在轴承装置1的轴承2中已经发生了异常。

例如，考虑轴承2的预压增大而导致滚动元件2t与内圈2i或外圈2g的轨道表面之间的接触表面压力增大的情况。在这种情况下，由于接触表面压力增大，轴承2的温度会上升。在此，由于容纳轴承2的壳体4的比热容以及固定到内圈2i的旋转体5的比热容相对较大，因此，壳体4和旋转体5中的每一个的温度上升的定时滞后于轴承2的温度上升的定时。因此，考虑到当基于使用温度传感器等检测到的壳体4或旋转体5的温度变化来判断轴承2的异常时，检测轴承2中的异常的发生的定时滞后于异常的实际发生的定时，从而导致轴承2中已经发生烧结。另一方面，由于热通量在壳体4与旋转体5中的每一个的温度变化之前发生变化，因此，可以使用热通量传感器11更快地检测轴承2的异常，通常，设置在机床的主轴装置中的轴承装置1中形成有冷却剂流动路径。通过使冷却剂流过壳体4来冷却壳体4以及与壳体4接触的外圈2g。因此，内圈2i的温度高于外圈2g的温度。在异常状态下，外圈2g与内圈2i之间的温度差变大。

应当注意的是，热通量传感器11的最佳配置优选如下：热通量传感器11的前表面被配置成面向冷却最少的区域(热产生区域)(热通量传感器11的前表面被配置在靠近冷却尽可能少的区域的位置处)。此外，热通量传感器11优选地固定到冷却最多的区域(热通量传感器11的后表面优选地与冷却最多的区域接触)。

在此，考虑热通量传感器11应用于例如主轴装置中的轴承装置1的情况。在主轴装置中，可以在壳体4中形成冷却剂流动路径。在这种情况下，供热通量传感器11固定的构件可以是轴承2的外圈2g。应当注意的是，供热通量传感器11固定的构件优选地固定到壳体4的构件，并且更优选地固定到壳体4本身。另一方面，热通量传感器11的前表面所面向的区域可以是旋转体5。此外，热通量传感器11的前表面所面向的区域更优选地是轴承2的内圈2i。

应当注意的是，轴承2中是否发生异常可以通过查找两个热通量传感器11的输出之间的差异、或通过计算两个热通量传感器11的输出的每单位时间的变化量之间的差异并将计算值与预先设定的阈值进行比较来判断。此外，多个热通量传感器11可以沿一个轴承2的外圈2g间隔地配置。

<轴承装置的功能和作用>

根据本公开的轴承装置1包括轴承2、预压单元3、壳体4和热通量传感器11。轴承2对旋转体5进行支承。预压单元3对轴承2施加预载荷。更具体而言，预压单元3包括对轴承2施加预压的弹性体。壳体4对轴承2进行固定。热通量传感器11固定到壳体4和预压单元3中的一个，并且对热通量进行检测。

以这种方式，当由于轴承2中发生异常而引起轴承2的温度变化而改变壳体4与旋转体5之间的温度差或预压单元3与旋转体5之间的温度差时，穿过热通量传感器11的热通量会发生改变从而改变热通量传感器11的输出。热通量传感器11的输出的改变发生在如上所述的旋转体5和壳体4的中的每一个的温度改变之前。因此，在轴承装置1中，通过使用热通量传感器11来检测轴承装置1内部的热通量变化，与使用非接触式温度传感器来测量轴承装置1内部的温度的情况相比，可以在早期检测到诸如轴承2的过载的异常。

此外，为了检测，热通量传感器11将热通量传感器11中的热通量直接转换成电压等。因此，与非接触式温度传感器不同，温度变化不太可能被错误地检测。因此，可以精确地检测轴承2的异常。

应当注意的是，热通量传感器11优选地配置在轴承2附近。表述“配置在轴承2附近”是指热通量传感器11配置在轴承2附近的区域，例如，轴承2与热通量传感器11之间的距离小于或等于50mm。轴承2与热通量传感器11之间的距离可以小于或等于30mm、可以小于或等于20mm、可以小于或等于10mm、或者可以小于或等于5mm。

在轴承装置1中，热通量传感器11配置成面向旋转体5。在这种情况下，热通量传感器11可以可靠地检测由旋转体5与壳体4或预压单元3之间的温度差引起的热通量变化。

在轴承装置1中，热通量传感器11被固定到壳体4的面向旋转体5的内周面4c。在这种情况下，热通量传感器11可以可靠地检测由旋转体5与壳体4之间的温度差引起的热通量变化。

在轴承装置1中，预压单元3包括面向旋转体5和轴承2中的一个的表面部分(图1中的面向旋转体5的弹簧保持件8的表面部分8b)。热通量传感器11固定到表面部分8b。在这种情况下，热通量传感器11可以更可靠地检测由旋转体5与预压单元3之间的温度差引起的热通量变化。

在轴承装置1中，预压单元3包括弹簧9和弹簧保持件8。弹簧9用于产生预载荷。弹簧保持件8容纳弹簧9。表面部分8b是弹簧保持件8表面的一部分。在这种情况下，由于弹簧保持件8具有容纳弹簧9的一定体积，因此，弹簧保持件8的表面的配置有热通量传感器11的部分、即表面部分8b相对于壳体4的内周面4c位于靠近旋转体5的区域。因此，热通量传感器11可以相对靠近旋转体5配置。

(第二实施方式)

<轴承装置的构造>

图2是示出根据本发明的第二实施方式的轴承装置的构造的示意图。图2所示的轴承装置1具有与图1所示的轴承装置1基本上相同的构造，但是在位于图2左侧的固定热通量传感器11的那部分的构造方面相较图1所示的轴承装置1有所不同。即，在图2所示的轴承装置1中，在壳体4的内周面4c上的与轴承2相邻的位置处配置有安装件12。安装件12可以是用于在壳体4中安装热通量传感器11的专用构件。安装件12是相对壳体4独立的构件，但是可以与壳体4形成为单件。例如，在形成壳体4时，壳体4的内周面4c可以加工成具有安装件12。热通量传感器11固定在安装件12的面向旋转体5的表面上。安装件12包括面向旋转体5和轴承2中的一个的表面部分。在图2中，热通量传感器11固定到安装件12的面向旋转体5的表面部分。安装件12可以沿轴承2的外圈2g呈环形形状，也可以仅面向外圈2g的一部分呈柱状形状。此外，多个安装件12可以沿外圈2g配置，并且热通量传感器11可以固定到相应的安装件12。即，多个热通量传感器11可以沿外圈2g配置。安装件12的供热通量传感器11固定的表面到旋转体5的表面的距离小于壳体4的内周面4c到旋转体5的表面的距离。应当注意的是，在壳体4的内周面4c中可以形成凹部，并且安装件12可以固定到壳体4，使得安装件12的至少一部分配置在凹部内。在这种情况下，安装件12的供热通量传感器11固定的表面到旋转体5的表面的距离与壳体4的内周面4c的除了形成有凹部的区域之外的区域到旋转体5表面的距离基本上相同。

<轴承装置的功能和作用>

图2所示的轴承装置1可以实现与图1所示的轴承装置1基本上相同的效果。此外，在图2所示的轴承装置1中，壳体4包括设置成从面向旋转体5的内周面4c朝向旋转体5延伸的安装件12。即，壳体4包括设置在内周面4c上的安装件12。热通量传感器11固定到安装件12。通过以这种方式将热通量传感器11配置在安装件12上，热通量传感器11与旋转体5之间的距离可以小于图1所示的轴承装置1中的热通量传感器11与旋转体5之间的距离。因此，可以更快速且更精确地检测由轴承2的异常引起的旋转体5的温度变化。

(第三实施方式)

<轴承装置的构造>

图3是示出根据本发明的第三实施方式的轴承装置的构造的示意图。

图3所示的轴承装置1具有与图2所示的轴承装置1基本上相同的构造，但是在图3的右侧固定热通量传感器11的一部分的构造方面与图2所示的轴承装置1不同。即，在图3所示的轴承装置1中，预压单元3包括弹簧保持件8、弹簧9、以及中间构件10。中间构件10是沿轴承2的外圈2g延伸的环形构件。弹簧9容纳在弹簧保持件8中。中间构件10配置在弹簧9与轴承2之间。中间构件10与外圈2g接触。来自弹簧9的应力经由中间构件10传递到轴承2。作为中间构件10表面的一部分的表面部分10a朝向旋转体5。热通量传感器11固定到表面部分10a。

<轴承装置的功能和作用>

图3所示的轴承装置1可以实现与图1所示的轴承装置2基本上相同的效果。此外，在图3所示的轴承装置1中，预压单元3包括弹簧9和中间构件10。中间构件10例如是环形构件。用作弹性体的弹簧9用于产生预载荷。中间构件10配置在弹簧9与轴承2之间。供热通量传感器11固定的表面部分10a是中间构件10的表面的一部分。在这种情况下，中间构件10配置在轴承2附近。因此，图3所示的轴承装置1中的热通量传感器11与轴承2之间的距离可以小于图2所示的轴承装置1中的热通量传感器11与轴承2之间的距离。此外，通过调节从壳体4的内周面4c到中间构件10的表面部分10a的距离，热通量传感器11可以尽可能地靠近旋转体5。因此，可以通过热通量传感器11来快速且可靠地检测由轴承2的异常引起的旋转体5和轴承2中的每一个的温度变化。

(第四实施方式)

<轴承装置的构造>

图4是示出根据本发明的第四实施方式的轴承装置的构造的示意图。图4所示的轴承装置1具有与图3所示的轴承装置1基本上相同的构造，但是在固定图4所示的热通量传感器11的一部分的构造方面与图3所示的轴承装置1不同。即，在图4所示的轴承装置1中，环形中间间隔件20设置成与左侧轴承2的外圈2g接触。间隔件20的一端与外圈2g的内侧接触。间隔件20的与一端相对的另一端与壳体4的内周面4c处形成的台阶部接触。热通量传感器11固定在间隔件20的面向旋转体5的表面部分20a上。供给开口21形成在间隔件20和中间构件10中。每个供给开口21都是用于向轴承2供给诸如润滑油的润滑流体，以对轴承2进行润滑和冷却的喷嘴。在间隔件20和中间构件10中形成的供给开口21与壳体4中形成的相应的润滑流体流动路径连接。每个流动路径经由泵、打开/关闭阀等与用于润滑流体的供给部分(未示出)连接。应当注意的是，油雾或空气可以从供给开口21供给至轴承2。

<轴承装置的功能和作用>

图4所示的轴承装置1包括相邻于轴承2配置的间隔件20。供给开口21形成在间隔件20中。供给开口21是用于向轴承2供给润滑流体的喷嘴。间隔件20包括面向旋转体5和轴承2中的一个的表面部分(图4中的面向旋转体5的表面部分20a)。热通量传感器11固定到表面部分20a。在这种情况下，由于热通量传感器11可以配置在相邻于轴承2的区域，因此，热通量传感器11可以可靠地检测由轴承2的异常引起的旋转体5和轴承2中的每一个的温度变化。

此外，在轴承装置1中，供给开口21形成在包括在预压单元3中的中间构件10中，并且热通量传感器11固定到中间构件10。供给开口21是用于向轴承2供给润滑流体的喷嘴。因此，与图3所示的轴承装置1一样，热通量传感器11可以配置在轴承2附近。此外，除了中间构件10之外，具有用于供给润滑流体的供给开口21的构件不需要配置在预压单元3附近。因此，可以简化轴承装置1的装置构造。

当如上所述用于供给润滑流体的供给开口21形成在轴承装置1中时，热通量传感器11优选地配置在热通量传感器11不太容易受到从供给开口21等供给的润滑流体影响的位置处。例如，热通量传感器11优选地配置在轴承2的周向方向上的与配置有供给开口21的位置分开的区域处。当多个供给开口21配置在轴承2的周向方向上时，热通量传感器11优选地配置在与多个供给开口21在周向方向上大致等距的位置处。此外，考虑供给开口21中的润滑流体的喷射方向相对于轴承2的旋转轴方向倾斜，并且润滑流体沿轴承2的周向方向喷射的情况。在这种情况下，喷射到轴承2上的润滑流体碰撞供给开口21附近的轴承2的转移表面，并随着轴承2的旋转而在轴承2的整个周向上扩散，从而可以有效地润滑和冷却轴承2。在这种构造中，供给开口21的位置和热通量传感器11的位置优选地彼此偏离，以便不仅在轴承2的周向方向上而且在轴承2的旋转轴方向上减小润滑流体的影响。

(第五实施方式)

<轴承装置的构造>

图5是用于说明根据本发明的第五实施方式的轴承装置的构造的框图。根据本实施方式的轴承装置具有与图1所示的轴承装置1基本上相同的构造，但是与图1所示的轴承装置1的不同之处在于：设置有对轴承2(见图1)的异常进行诊断的异常诊断单元100；以及设置有另一传感器22。另一传感器22可以安装在诸如轴承2的外圈2g或轴承2附近的任何位置处。异常诊断单元100基于热通量传感器11的输出信息来诊断轴承的异常。异常诊断单元100还从另一传感器22接收输出信息。此外，异常诊断单元100还接收表示关于旋转体5的转速的信息的轴转速信号101。异常诊断单元100基于热通量传感器11的输出信息、另一传感器22的输出信息、以及轴转速信号101来诊断轴承2的异常。当判断为在轴承2中发生了异常时，异常诊断单元100输出用于执行异常避免操作的指示信号102，以防止轴承损坏。应当注意的是，诸如温度传感器、加速度传感器、负载传感器或旋转传感器的任何传感器可以被添加为另一传感器22。

<异常诊断处理>

在下文中，将描述示例性的具体的异常判断处理。图6是用于说明由异常诊断装置执行的异常判断处理的第一示例的流程图。参考图5和图6，在步骤S1中，异常诊断单元100对传感器的输出进行监测。传感器的示例包括热通量传感器11、温度传感器、对旋转体5的转速进行检测的转速检测传感器(未示出)、加速度传感器、以及负载传感器等。接着，在步骤S2中，异常诊断单元100将设置成与每个传感器的输出对应的阈值与由传感器检测到的值(输出信息)进行比较，以便执行关于是否超过阈值的阈值判断。阈值判断可以针对每个传感器的输出信息单独地执行、或者可以针对传感器的多条输出信息的组合执行。作为这种组合的示例，可以考虑如下判断方法：根据来自转速检测传感器的输出信息即旋转体5的转速来设定从用作另一传感器22的一个示例的温度传感器输出的信息即轴承装置1内部的温度的阈值、以及热通量传感器11的输出信息的阈值；以及当来自温度传感器的输出信息(轴承装置1内部的测量温度)大于阈值(规定温度)并且热通量传感器11的输出信息大于阈值时，判断为轴承2中发生了异常。

当多条输出信息(检测值)小于步骤S2中的阈值(即，未检测到异常的发生)时，再次重复执行步骤S1中的传感器监测处理。另一方面，当多条输出信息大于步骤S2中的阈值时(即，检测到异常的发生)，异常诊断单元100在步骤S3中输出用于执行异常避免操作的指令信号102，以便执行异常避免操作。

下面描述根据指令信号102在机床中执行的示例性异常避免操作控制。机床是在其中组装有轴承装置1的示例性机械装置。例如，异常避免操作控制可以是将旋转体5的转速控制成低于当前的转速。例如，当在机床中执行切割时，异常避免操作控制可以将切割边缘对工件的切入量控制成小于当前的切入量。异常避免操作控制可以控制成向轴承装置1的轴承2(见图1)供给润滑油或控制成增加润滑油的供给量。异常避免操作控制可以控制以停止机床中的加工(例如，控制成结束切割并降低旋转体5的转速(主轴转速)或控制成停止旋转体5的旋转)。应当注意的是，当通过在步骤S2中执行一次具有阈值的判断来判断是否存在异常时，该判断由于噪声等原因可能是错误的。因此，为了避免这种错误的判断，可以在步骤S2中连续多次检测到异常时判断为发生了异常，并且可以转移至输出用于执行异常避免操作的指令信号的步骤S3。

图7是用于说明由异常诊断装置执行的异常判断处理的第二示例的流程图。参考图5和图7，在步骤S11中，异常诊断单元100对传感器的输出进行监测。与参考图6描述的异常判断处理一样，传感器的示例包括热通量传感器11、温度传感器、对旋转体5的转速进行检测的转速检测传感器(未示出)、加速度传感器和负载传感器。然后，在步骤S12中，异常诊断单元100对每个传感器的单位时间的输出变化率进行计算。此后，在步骤S13中，异常诊断单元100对计算出的变化率是否大于阈值(标准值)进行判断(变化率判断)。

变化率判断可以针对每个传感器的输出信息单独地执行、或者可以针对多条传感器的输出信息的组合执行。作为这种组合的示例，可以考虑如下判断方法：当来自转速检测传感器的输出信息即旋转体5的单位时间的转速变化率变得大于阈值时，来自用作示例性另一传感器22的温度传感器的输出信息即轴承装置1的内部温度的单位时间的变化率变得大于阈值，并且热通量传感器11的输出信息的单位时间的变化率变得大于规定阈值时，判断为在轴承2中发生了异常。

当在步骤S13中检测到的变化率小于阈值(标准值)时，再次重复地执行步骤S11的传感器监测处理。另一方面，当在步骤S13中检测到的变化率大于阈值时，异常诊断单元100输出用于执行异常避免操作的指示信号102，以便在步骤S14中执行异常避免操作。同样，在这种情况下，为了抑制由于噪声等引起的错误判断，可以在步骤S13中连续多次地检测到异常发生的时候判断为已经发生异常。应当注意的是，根据指示信号102在机床中执行的示例性异常避免操作控制与在图6所示的异常判断处理的情况相同，因此将不重复描述。

<轴承装置的功能和作用>

根据本实施方式的轴承装置包括基于热通量传感器11的输出信息来诊断轴承2的异常的异常诊断单元100。在这种情况下，由于轴承装置本身包括异常诊断单元100，因此，可以在轴承装置中诊断轴承2是否发生了异常。

轴承装置包括除了热通量传感器11之外配置的另一传感器22。热通量传感器11的输出信息和另一传感器22的输出信息被发送到异常诊断单元100。异常诊断单元100基于热通量传感器11的输出信息、另一传感器22的输出信息和表示关于旋转体的转速的信息的轴转速信号101来诊断轴承2的异常传感器11。在这种情况下，还可以使用除了来自热通量传感器11的信息之外的信息更精确地诊断轴承2的异常。

(第六实施方式)

<轴承装置的构造>

图8是示出根据本发明的第六实施方式的轴承装置的构造的示意图。图8所示的轴承装置1具有与图1所示的轴承装置1基本上相同的构造，但是在图8所示的固定热通量传感器11的那部分的构造方面相较图1所示的轴承装置1存在不同。即，在图8所示的轴承装置1中，壳体4的一部分在旋转体5延伸方向上位于相对于轴承2的外侧的位置。壳体4的位于相对于轴承2的外侧的部分具有面向旋转体5的内周面4Ad。热通量传感器11固定到内周面4Ad。即，热通量传感器11配置在区域14处，该区域14在旋转体5的延伸方向上位于相对于轴承2的外侧并且位于靠近轴承2的位置。

<轴承装置的功能和作用>

在如上所述的轴承装置1中，基本上可以获得与图1所示的轴承装置1相同的效果。此外，在图8所示的轴承装置1中，热通量传感器11固定到壳体4的相对于轴承2位于外周侧且朝向旋转体的内周面4Ad。在这种情况下，热通量传感器11配置在相对于壳体4中的轴承2的外侧区域中，从而便于热通量传感器11的维护以及用于从热通量传感器11向外部输出信号的配线的处理。

(第七实施方式)

<轴承装置的构造>

图9是示出根据本发明的第七实施方式的轴承装置的构造的示意图。图9所示的轴承装置1具有与图8所示的轴承装置1基本上相同的构造，但是在图9所示的固定热通量传感器11的那部分的构造方面相较于图8所示的轴承装置1有所不同。即，在图9所示的轴承装置1中，在相对于轴承2的外侧且靠近轴承2的位置处配置有从壳体4的内周面4Ad朝向旋转体5延伸的安装件13。即，壳体4包括设置在内周面4Ad上的安装件13。应注意的是，与图2所示的安装件12一样，安装件13可以与壳体4分开。安装件13包括面向旋转体5(套环6)和轴承2中的一个的表面部分。在图9中，热通量传感器11固定到安装件13的面向旋转体5的表面部分。即，热通量传感器11固定在安装件13的面向旋转体5(套环6)的表面上。安装件13可以是沿轴承2的外圈2g延伸的环形构件、或者可以是仅面向外圈2g的一部分的柱状构件。此外，多个安装件13可以沿外圈2g配置，并且热通量传感器11可以固定到相应的安装件13。

<轴承装置的功能和作用>

在图9所示的轴承装置1中，基本上可以获得与图8所示的轴承装置1相同的效果。此外，在图9所示的轴承装置1中，壳体4包括设置成在轴承2的外侧的、从面向旋转体5的内周面4Ad朝向旋转体5延伸的安装件13。热通量传感器11固定到安装件13。在这种情况下，通过在安装件13上配置热通量传感器11，热通量传感器11与旋转体5之间的距离可以变小。因此，可以更快速且更精确地检测由轴承2异常引起的旋转体5(和套环6)的温度变化。

(第八实施方式)

<轴承装置的构造>

图10是示出根据本发明的第八实施方式的轴承装置的构造的示意图。图11是示出用于无线地发送和接收传感器的输出的构造的图。图10所示的轴承装置1具有与图8所示的轴承装置1基本上相同的构造，但是与图8所示的轴承装置1不同之处在于，图10所示的轴承装置1包括用作无线发送装置的发送单元200、以及接收装置300。在图10所示的轴承装置1中，发送单元200连接到热通量传感器11。应当注意的是，无线发送装置也连接到图10中未示出的另一热通量传感器11。应当注意的是，两个热通量传感器11的输出可以由一个无线发送装置发送。接收装置300从发送单元200接收热通量传感器11的输出信息，并且对轴承2执行异常判断。

在图10所示的轴承装置1中，由热通量传感器11生成的输出信息可以由发送单元200发送到外部。在这种情况下，可以由外部异常诊断装置对轴承2执行异常诊断。应当注意的是，优选地，轴承装置1还可以包括向发送单元200供给电力的电源装置。在下文中能使用的电源装置的示例包括：电池；使用温度差、振动等来产生电力的发电装置；以及电磁感应式发电机等。

如图11所示，发送单元200包括信号处理单元201和数据发送单元202。信号处理单元201接收用作热通量传感器11的输出信息的信号，并且放大该信号或从该信号中去除噪声分量。此外，信号处理单元201对该信号执行模数转换处理、调制处理等。信号处理单元201将经过如上所述的处理的信号输出到数据发送单元202，以作为用于发送的数据。数据发送单元202将数据无线地发送到接收装置300。

例如，接收装置300安装于在其中组装有轴承装置1的机械装置的外部。接收装置300包括：数据接收单元301，上述数据接收单元301无线地接收数据；信号处理单元302，上述信号处理单元302从接收到的信号解调数据；以及异常判断单元303，上述异常判断单元303响应于从信号处理单元302接收到的数据来对轴承中的异常进行判断。当在信号处理单元201之后的阶段中设置异常判断单元303时，可以减少发送数据的量，从而减少电力消耗。应当注意的是，异常判断单元303的处理与图6和图7中的每一个所示的处理相同，因此将不重复描述。

<轴承装置的功能和作用>

该轴承装置包括发送单元200，上述发送单元200无线地发送热通量传感器11的输出信息。发送单元200构造成将热通量传感器11的输出信息发送到对轴承2执行异常诊断的接收装置300。在这种情况下，热通量传感器11的输出信息可以发送到接收装置300，而不需要配置从热通量传感器11延伸到接收装置300的配线。因此，可以由接收装置300执行轴承2的异常诊断，而不会使轴承装置的构造复杂化。

轴承装置1包括：发送单元200，上述发送单元200无线地发送热通量传感器11的输出信息；以及接收装置300，上述接收装置300从发送单元200接收热通量传感器11的输出信息，并且对轴承2进行异常判断。因此，当热通量传感器11连接到轴承装置1中的可旋转的构件时，也可以将热通量传感器11的检测结果输出到外部。因此，可以快速地检测轴承2的异常。

(第九实施方式)

<轴承装置的构造>

图12是示出根据本发明的第九实施方式的主轴装置的构造的示意图。如图12所示，例如，主轴装置30主要包括：根据第二实施方式的轴承装置1；用作主轴的旋转体5；外筒32；电动机31；以及轴承33。例如，主轴装置30用作机床的内置电动机式主轴装置。主轴装置30连接到控制器600。在主轴装置30中，轴承装置1、旋转体5、电动机31和轴承33配置在外筒32内部。旋转体5由外筒32中的轴承装置1和轴承33可旋转地支承。电动机31配置在轴承装置1与轴承33之间。

图12所示的主轴装置30例如是用于机床的主轴部的主轴装置。在主轴装置30中，电动机31组装在旋转体5的一端侧，并且诸如立铣刀的切割刀具(未示出)连接到旋转体5的另一端。轴承装置1是图2所示的轴承装置1的改进版本。除了冷却剂流动路径G形成在壳体4的外周面上之外，轴承装置1具有与图2所示的轴承装置1基本上相同的结构，因此不再重复描述。轴承装置1固定到外筒32的内周面。冷却剂流动路径G形成在轴承装置1的壳体4的面向外筒32的内周面的表面上。

单列轴承33主要包括内圈33a、外圈33b和滚动元件。内圈33a通过装配在旋转体5的外周上的圆柱形构件34和内圈压具35相对于旋转体5在轴向方向上定位。内圈压具35通过紧固到旋转体5的螺母36固定到旋转体5。轴承33的外圈33b插设在固定到圆柱形构件34的定位构件37与固定到内圈压具35的定位构件38之间。响应于主轴装置30的操作期间由轴承33的发热引起的旋转体5的伸缩，外圈33b和内圈33a可以相对于端构件39共同地滑动。

在形成在旋转体5与外筒32之间的空间部40中，驱动旋转体5的电动机31在轴向方向上配置在轴承装置1的双列轴承2与单列轴承33之间的中间位置处。电动机31的转子41固定到装配于旋转体5的外周的圆柱形构件34。电动机31的定子42固定到外筒32的内周面。应当注意的是，主轴装置30包括冷却剂流动路径(未示出)。冷却剂流动路径对电动机31进行冷却。应当注意的是，在图12中电动机31配置在靠近轴承装置1的位置处；然而，电动机31可以配置在包括在轴承装置1中的两个轴承2之间的空间中。此外，在图12所示的主轴装置30中，可以应用根据第一实施方式和第三实施方式至第八实施方式的轴承装置1中的每一个。

分别对热通量进行测量的热通量传感器11作为传感器单元设置在主轴装置30中。具体而言，两个热通量传感器11配置在包括在主轴装置30中的轴承装置1内部。

在此，响应于轴承2的滚动元件2t(见图2)与内圈2i(见图2)和外圈2g(见图2)中的每一个的轨道表面之间的接触表面压力的增大，内圈2i和外圈2g的温度会上升。在这种情况下，滚动元件2t与内圈2i和外圈2g中的每一个的轨道表面之间产生的热量首先传递到旋转体5和壳体4。在具有大热容量的壳体4的温度上升之前，存在滞后。此外，由于壳体4由流过冷却剂流动路径G的冷却剂冷却，因此，其温度上升存在进一步的滞后。

由于温度上升存在滞后现象，因此，认为通过对壳体4或旋转体5的温度进行测量无法在早期检测到诸如轴承2烧结的异常的迹象。在这种情况下，通过使用热通量传感器11可以快速地检测到轴承2的诸如突然发热的异常，因为热通量的变化发生在温度变化之前。

控制器600对电动机31进行控制。此外，控制器600根据热通量传感器11的输出信号来判断轴承2的异常发生。

图13示出了图12所示的主轴装置的示例性控制器。如图13所示，在主轴装置30中，对主轴装置30的操作进行控制的控制器600可以基于热通量传感器11的输出来对轴承2(见图12)的异常进行诊断。控制器600包括判断单元601。判断单元601基于热通量传感器11的输出、主轴装置的电动机31的转速、诸如润滑条件和冷却条件的机器信息D1以及为了对轴承2是否存在异常进行判断而预先确定的标准D2，来对轴承1的异常进行判断。应当注意的是，轴承2的异常例如是指轴承2发生或可能发生烧结。热通量传感器11的输出信息以任何方式被发送到控制器600的判断单元601。例如，图10所示的发送单元200可以安装在轴承装置1中。控制器600可以包括图11所示的接收装置300。控制器600设置成基于由判断单元601的判断结果来对电动机31的转速、润滑条件和冷却条件中的至少一个进行改变。应当注意的是，判断单元601至少基于热通量传感器11的输出和为了对轴承2是否存在异常进行判断而预先确定的标准D2，来对轴承2是否存在异常进行判断。

此外，与图5所示的异常诊断单元100一样，判断单元601还可以基于热通量传感器11和另一传感器中的每一个的输出来对轴承2的异常进行诊断。图14示出了图12所示的主轴装置的另一示例性控制器。

如图14所示，判断单元601例如基于热通量传感器11、温度传感器602、加速度传感器603和负载传感器604的输出来对轴承2的异常进行诊断。温度传感器602设置成对例如由轴承2的润滑不足而引起的壳体4的温度上升进行检测。例如，温度传感器602可以配置在壳体4中的与轴承2相邻的位置处。加速度传感器603设置成对旋转体5所延伸的轴向方向和与轴向方向相交的径向方向中的至少一个方向的振动进行检测。例如，振动是由轴承2的每个轨道表面剥落引起的。例如，加速度传感器603可以沿轴向方向配置在壳体4的端面上。例如，负载传感器604设置成对外部施加到轴承2的负载进行检测、或对冲击负载的变化进行检测。负载传感器604配置成例如在轴向方向上将轴承2的外圈2g与中间构件10(见图2)连接。例如，负载传感器604是薄膜传感器，并且具有根据压力而变化的电阻。

图15示出了图12所示的主轴装置的又一示例性控制器。此外，如图15所示，判断单元601可以被设置成除了基于热通量传感器11、温度传感器602、加速度传感器603和负载传感器604中的每一个的输出之外，还基于电动机31的转速来对轴承2的异常进行诊断。电动机31的转速是转速传感器605的输出信息。

在主轴装置30中，可以在主轴装置30中安装图5所示的异常诊断单元。例如，如上所述的异常诊断单元可以安装在配置在轴承装置1的壳体4中的基板上。在这种情况下，异常诊断单元与热通量传感器11之间的距离短于异常诊断单元配置在轴承装置外部、尤其是配置在主轴装置30外部时异常诊断单元与热通量传感器11之间的距离。由此，与由配置在轴承装置1外部的异常诊断单元获得的热通量传感器11的输出信号相比，安装在主轴装置30中的异常诊断单元可以基于受噪声影响更小的输出信号来对是否存在异常进行判断。

<轴承装置的功能和作用>

根据本发明的主轴装置30包括轴承装置1以及使旋转体5旋转的电动机31。以这种方式，可以实现能快速且精确地检测轴承2的异常的主轴装置30。

在如上所述的实施方式的每一个中，已经使用轴承2安装在背靠背布置(DB布置)中的恒压预压结构进行了说明；然而，根据本公开的构造也可以应用于轴承2以面向面布置(DF布置)安装的恒压预压结构。

(第十实施方式)

<轴承装置的构造>

图16是示出根据本发明的第十实施方式的轴承装置的构造的示意图。图16所示的轴承装置1具有与图3所示的轴承装置1基本上相同的构造，但在安装件12和中间构件10的形状以及热通量传感器11的构造方面相较图3所示的轴承装置1有所不同。即，在图16所示的轴承装置1中，安装件12包括：表面部分12a，上述表面部分12a面向旋转体5；表面部分12c，上述表面部分12c面向轴承2的滚动元件2t并沿轴承2的径向方向延伸；以及表面部分12b，上述表面部分12b将表面部分12a与表面部分12c连接。表面部分12b是面向轴承2的内圈2i的锥形表面。热通量传感器11固定到表面部分12b。热通量传感器11配置成面向与安装件12相邻的轴承2的内圈2i。应当注意的是，热通量传感器11可以固定到安装件12的面向轴承2的表面部分12c。

此外，在图16所示的轴承装置1中，预压单元的中间构件10包括：表面部分10a，上述表面部分10a面向滚动元件5；表面部分10c，上述表面部分10c面向轴承2的滚动元件2t并沿轴承2的径向方向延伸；以及表面部分10b，上述表面部分10b将表面部分10a与表面部分10c连接。表面部分10b是面向轴承2的内圈2i的锥形表面。热通量传感器11固定到表面部分10b。热通量传感器11配置成面向轴承2与中间构件10相邻的内圈2i。应当注意的是，热通量传感器11可以固定到中间构件10的面向轴承2的表面部分12c。

图17是示出根据本发明的第十实施方式的轴承装置的变型的构造的示意图。图17所示的轴承装置1具有与图4所示的轴承装置1基本上相同的构造，但是在间隔件20和中间构件10的形状以及热通量传感器11的构造方面与图4所示的轴承装置1不同。即，在图17所示的轴承装置1中，间隔件20包括：表面部分20a，上述表面部分20a面向旋转体5；表面部分20c，上述表面部分20c面向轴承2的滚动元件2t并沿轴承2的径向方向延伸；以及表面部分20b，上述表面部分20b将表面部分20a与表面部分20c连接。表面部分20b是面向轴承2的内圈2i的锥形表面。热通量传感器11固定到表面部分12b。热通量传感器11配置成面向与安装件12相邻的轴承2的内圈2i。在图17所示的轴承装置1中，当从旋转体5观察时，热通量传感器11配置在间隔件20的与供给开口21相对的区域中。应当注意的是，热通量传感器11可以固定到间隔件20的与供给开口21相邻的表面部分20b。热通量传感器11可以固定到间隔件20的面向轴承2的表面部分20c。

此外，在图17所示的轴承装置1中，与图16所示的轴承装置1一样，预压单元的中间构件10包括：表面部分10a，上述表面部分10a面向旋转体5；表面部分10c，上述表面部分10c面向轴承2的滚动元件2t；以及表面部分10b，上述表面部分10b将表面部分10a与表面部分10c连接。热通量传感器11固定到表面部分10b。热通量传感器11配置成面向轴承2与中间构件10相邻的内圈2i。在图17所示的轴承装置1中，当从旋转体5观察时，热通量传感器11配置在中间构件10的与供给开口21相对的区域中。应当注意的是，热通量传感器11可以固定到中间构件10中的与供给开口21相邻的表面部分10b。热通量传感器11可以固定到中间构件10的面向轴承2的表面部分12c。

<功能和效果>

在图16和图17所示的轴承装置1中，热通量传感器11配置成面向轴承2。具体而言，热通量传感器11被固定到中间构件10、安装件12和间隔件20的面向轴承2的表面部分10b、12b、20b。因此，可以获得与图3或图4所示的轴承装置1相同的效果，并且可以由热通量传感器11快速且可靠地检测由轴承2的异常等引起的滚动元件2t与内圈2i之间的发热引起的温度变化。应当注意的是，当每个热通量传感器11面向轴承2时，热通量传感器11优选地位于靠近内圈2i的位置。

此外，热通量传感器11可以固定到中间构件10、安装件12和间隔件20的面向轴承2的滚动元件2t的表面部分10c、12c、20c。在这种情况下，可以由热通量传感器11快速且可靠地检测由轴承2的异常导致的由于滚动元件2t的发热而引起的温度变化。此外，热通量传感器11可以配置成面向与旋转体5邻抵的构件、诸如轴承2的内圈2i。以这种方式，通过将每个热通量传感器11配置成尽可能靠近发热区域以面向发热区域，可以快速地检测发热区域处的温度变化。

为了将热通量传感器11配置成尽可能地靠近发热区域以面向发热区域，可以采用如下结构：热通量传感器11配置在设置在旋转体5中的凹部或突部处以便靠近发热区域、或者配置在面向旋转体5的端面的位置处。此外，凹部(凹槽)(未示出)可以设置在表面部分10c、12c、20c中，并且热通量传感器11可以固定到凹部。此外，每个热通量传感器11可以形成为环的形式，并且热通量传感器11的形状不受限制。

本文中公开的实施方式在任何方面都是示例性的和非限制性的。本发明的范围由权利要求书的术语而不是如上所述的实施方式限定，并且旨在包括在与权利要求书的术语等同的范围和含义内的任何变型。

附图标记列表

1：轴承装置；2、33：轴承；2g、33b：外圈；2i、33a：内圈；2r：保持架；2t：滚动元件；3：预压单元；4：壳体；4Ad、4c：内周面；4a、4b：台阶部；5：旋转体；6：套环；7、36：螺母；8：弹簧保持件；8a：一端面；8b、10a、10b、10c、12a、12b、12c、20a、20b、20c：表面部分；9：弹簧；10：中间构件；11：热通量传感器；12、13：安装件；14：区域；20：间隔件；21：供给开孔；22、602：温度传感器；30：主轴装置；31：电动机；32：外筒；34：圆柱形构件；35：内圈压具；37、38：定位构件；39：端构件；40：空间部分；41：转子；42：定子；100：异常诊断单元；101：轴转速信号；102：异常避免操作指示信号；200：发送单元；201、302：信号处理单元；202：数据发送单元；300：接收装置；301：数据接收单元；303：异常判断单元；600：控制器；601：判断单元；603：加速度传感器；604：负载传感器；605：旋转传感器；D1：机器信息；D2：标准；G：冷却剂流动路径。

Claims (12)

1.一种轴承装置，包括：

轴承，所述轴承对旋转体进行支承；

预压单元，所述预压单元包括对所述轴承施加预载荷的弹性体；

壳体，所述壳体对所述轴承装置进行固定；

热通量传感器，所述热通量传感器固定到所述壳体和所述预压单元中的一个，并且对热通量进行检测；以及

异常诊断单元，所述异常诊断单元基于所述热通量传感器的输出信息来对所述轴承的异常进行诊断，

所述热通量传感器的输出信息包括所述热通量传感器的输出的变化或热通量传感器的每单位时间的输出的变化量、即变化率，

所述热通量传感器的一个表面通过粘附固定到位于所述轴承附近的非旋转构件，所述热通量传感器的另一个表面配置成以在其间插设有空间的方式面向所述旋转体，

所述热通量传感器包括两个，

通过计算每单位时间的两个所述热通量传感器的输出变化量之间的差异，并且将计算值与预先设置的阈值进行比较来确定在所述轴承中是否发生了异常。

2.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述热通量传感器配置成面向所述旋转体。

3.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述热通量传感器配置成面向所述轴承。

4.如权利要求1至3中任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述热通量传感器固定到所述壳体的面向所述旋转体的内周面。

5.如权利要求1至3中任一项所述的轴承装置，其特征在于，

所述壳体包括安装件，所述安装件设置成从所述壳体的面向所述旋转体的内周面朝向所述旋转体延伸，

所述热通量传感器固定到所述安装件。

6.如权利要求1至3中任一项所述的轴承装置，其特征在于，

所述预压单元包括面向所述旋转体和所述轴承中的一个的表面部分，

所述热通量传感器固定到所述表面部分。

7.如权利要求6所述的轴承装置，其特征在于，

所述预压单元包括：

弹簧，所述弹簧用作所述弹性体；以及

弹簧保持件，所述弹簧保持件容纳所述弹簧，

所述表面部分是所述弹簧保持件的表面的一部分。

8.如权利要求6所述的轴承装置，其特征在于，

所述预压单元包括：

弹簧，所述弹簧用作所述弹性体；以及

中间构件，所述中间构件配置在所述弹簧与所述轴承之间，

所述表面部分是所述中间构件的表面的一部分。

9.如权利要求1至3中任一项所述的轴承装置，其特征在于，包括与所述轴承相邻配置的间隔件，其中

所述间隔件设置有供给开口，所述供给开口用于向所述轴承供给润滑流体，

所述间隔件包括面向所述旋转体和所述轴承中的一个的表面部分，以及

所述热通量传感器固定到所述表面部分。

10.如权利要求1至3中任一项所述的轴承装置，其特征在于，包括发送单元，所述发送单元无线地发送所述热通量传感器的输出信息，其中

所述发送单元构造成将所述热通量传感器的输出信息发送到对所述轴承执行异常诊断的接收装置。

11.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，除了包括所述热通量传感器之外，还配置有另一传感器，其中

所述热通量传感器的输出信息和所述另一传感器的输出信息被发送到所述异常诊断单元，以及

所述异常诊断单元基于所述热通量传感器的输出信息、所述另一传感器的输出信息和关于所述旋转体的转速的信息来诊断所述轴承的异常。

12.一种主轴装置，包括：

如权利要求1至3中任一项所述的轴承装置；以及

电动机，所述电动机使所述旋转体旋转。