DE102017220662A1 - Lageranordnung mit einem integrierten Generator - Google Patents

Lageranordnung mit einem integrierten Generator Download PDF

Info

Publication number
DE102017220662A1
DE102017220662A1 DE102017220662.4A DE102017220662A DE102017220662A1 DE 102017220662 A1 DE102017220662 A1 DE 102017220662A1 DE 102017220662 A DE102017220662 A DE 102017220662A DE 102017220662 A1 DE102017220662 A1 DE 102017220662A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stator
spherical roller
roller bearing
bearing according
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017220662.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Georgo Angelis
Nicolaas Simon Willem Den Haak
Paul van Dijk
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.)
SKF AB
Original Assignee
SKF AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of DE102017220662A1 publication Critical patent/DE102017220662A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807Rotary generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/06Ball or roller bearings
    • F16C23/08Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C23/082Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/06Ball or roller bearings
    • F16C23/08Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C23/082Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface
    • F16C23/086Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface forming a track for rolling elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/004Electro-dynamic machines, e.g. motors, generators, actuators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/26Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors consisting of printed conductors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2233/00Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00Electrical apparatus
    • F16C2380/26Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/03Machines characterised by the wiring boards, i.e. printed circuit boards or similar structures for connecting the winding terminations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pendelrollenlager (100, 200), welches einen Innenring (120), einen Außenring (110), dazwischen angeordnete erste und zweite Rollensätze (131, 132) und ein Führungselement (140, 141, 142) zum Führen der Rollen von zumindest einem Rollensatz aufweist, wobei das Führungselement um eine Lagerrotationsachse (105) während des Lagerbetriebs rotierend ist. Das Lager weist des Weiteren einen Generator auf, der zwischen den ersten und zweiten Rollensätzen (131, 132) angeordnet ist, der einen magnetischen Rotor (150) mit alternierenden Polaritäten (150N, 150S) in umfänglicher Richtung und einen Stator (160, 260) mit zumindest einer Statorspule aufweist. Der magnetische Rotor (150) ist an dem Führungselement (140, 141, 142) befestigt, während der Stator (160, 260) an einer gemeinsamen äußeren Laufbahn (110r) des Außenrings, radial gegenüberliegend von dem magnetischen Rotor (150), befestigt ist. In Übereinstimmung mit der Erfindung hat der Stator die Form eines ringförmigen Bands, wobei die zumindest eine Statorspule durch einen flachen Leiter gebildet ist, der auf einer flexiblen gedruckten Leiterplatte vorgesehen ist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung, die ein doppelreihiges Wälzlager aufweist, das Mittel zum Erzeugen von elektrischer Energie aus einer Rotation der Anordnung hat, wobei die Erzeugungsmittel zwischen den zwei Reihen von Wälzkörpern angeordnet sind.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Beispiel einer solchen Lageranordnung ist in EP 1292831 offenbart. Die Anordnung weist eine drahtlose Aktivsensoreinheit auf, die elektrisch durch einen integrierten Generator mit Energie versorgt wird. Elektrische Energie wird durch elektromechanische Energieumwandlung unter Verwendung von Permanentmagneten, einer Ankerwicklung und eines Zielrads, das zwischen benachbarten Lagerringen befestigt ist, die während des Lagerbetriebs rotierend sind, erzeugt. In einem Beispiel weist der Generator einen Stator auf, der an einem nicht-rotierenden Lagerring befestigt ist, wobei der Stator durch eine Wicklung gebildet ist, die einen magnetischen Kern umgibt, und wobei das Zielrad ein Zahnrad ist. Das rotierende Zielrad verursacht eine Veränderung in dem magnetischen Fluss in einem Luftspalt zwischen dem magnetischen Kern und den Zähnen des Rads, was einen elektrischen Strom in der Wicklung erzeugt.
  • Die Anordnung des Zielrads und des Stators erfordert eine relativ große Menge an radialem Raum in der Lageranordnung und ist für bestimmte Arten von doppelreihigen Lagern, wie beispielsweise Pendelrollenlager, nicht geeignet.
  • Es gibt daher Raum für Verbesserung
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung liegt in einem Pendelrollenlager, das einen Innenring und einen Außenring, die relativ um eine Lagerachse rotierend sind, erste und zweite Rollensätze, die zwischen den Lagerringen angeordnet sind, und ein Führungselement für zumindest einen der Rollensätze hat, wobei das Führungselement um die Lagerachse während des Betriebs rotierend ist. Das Lager weist des Weiteren einen elektromagnetischen Induktionsgenerator zum Gewinnen von elektrischer Energie aus kinetischer Rotationsenergie auf, wobei der Generator einen magnetischen Rotor, der axial zwischen den ersten und zweiten Rollensätzen angeordnet ist, und einen Stator mit zumindest einer Statorspule aufweist. Der magnetische Rotor ist an einer radial äußeren Seite des Führungselements befestigt und weist einen Magnetring mit alternierenden Polaritäten entlang eines Umfangs des Rings auf. Der Stator hat die Form eines ringförmigen Bands und ist an einer radial inneren Fläche des Lageraußenrings befestigt, dem magnetischen Rotor zugewandt, wobei die zumindest eine Statorspule durch einen flachen Leiter gebildet ist, der an einer flexiblen gedruckten Leiterplatte vorgesehen ist.
  • Ein Pendelrollenlager hat einen Außenring mit einer gemeinsamen sphärischen äußeren Laufbahn für die ersten und zweiten Rollensätze. Das Führungselement, an dem der magnetische Rotor vorgesehen ist, kann ein einzelner Käfig mit Käfigstäben sein, die sich in beiden axialen Richtungen von einem zentralen Ringabschnitt erstrecken, um Taschen für die Rollen in jedem Rollensatz zu erzeugen. Alternativ kann jeder Rollensatz durch einen separaten Käfig gehalten werden. Der Magnetrotor kann dann an einem der Käfige angebracht sein, um zu ermöglichen, dass die separaten Käfige mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren. In manchen Beispielen weist das Lager des Weiteren einen freien Führungsring auf, der an dem Innenring zentriert ist. In anderen Beispielen ist der magnetische Rotor an einem freien Führungsring befestigt, der an den Käfigen zentriert ist, oder bildet einen Teil davon.
  • Die flexible gedruckte Leiterplatte, die den flachen Leiter aufweist, ist ein ringförmiges Band, das an der inneren Fläche des sphärischen Außenrings an einer axial zentralen Position befestigt ist, an der der Bohrungsdurchmesser des Rings am größten ist. An den axial äußeren Seiten des Außenrings ist der Bohrungsdurchmesser kleiner. Der Durchmesser des ringförmigen Bands kann daher größer als der Durchmesser der Öffnung sein, über die es in den Ring eingeführt werden muss. Eine flexible PCB ist daher vorteilhaft.
  • In manchen Beispielen ist eine umfängliche Nut maschinell in die innere Fläche des Außenrings gearbeitet und die flexible PCB ist in der Nut befestigt, um nicht auszukragen. Dies hat den Vorteil, es leichter zu machen, das Lager zusammenzubauen. In anderen Beispielen ist die flexible PCB an der sphärischen inneren Fläche des Außenrings vorgesehen, was den Vorteil hat, die maximale Stärke des Außenrings zu behalten.
  • Geeigneterweise ist der magnetische Rotor ein mehrpoliger umfänglich magnetisierter Ring, der alternierende Nord- und Südpolpaare hat. In einem Beispiel werden gesinterte NdFeB-Magnete verwendet. In einem alternativen Beispiel wird ein kunststoffgebundener Magnetring verwendet. Die Anzahl der Polpaare hängt von der Größe des Lagers und der Elektrizitätserzeugungsanforderung ab. In einem Beispiel hat der magnetische Rotor 30 Polpaare.
  • In manchen Beispielen ist der magnetische Rotor aus zwei oder mehr Segmenten zusammengesetzt, was vorteilhaft ist, wenn man bedenkt, dass auch der magnetische Rotor einen Durchmesser haben kann, der größer als der Öffnungsdurchmesser des Außenrings ist. Wenn ein kunststoffgebundener Magnetring verwendet wird, kann der Magnetring ein ununterbrochener Ring sein. Die Flexibilität des Rings ermöglicht, dass er während seiner Einführung in den Lagerhohlraum elastisch verformt wird.
  • In einer ersten Ausführungsform hat der Stator zumindest eine Spule, die durch einen flachen Leiter gebildet ist, der sich in einer umfänglichen Richtung des Lagers erstreckt und umfängliche Abschnitte hat, die durch axiale Abschnitte getrennt sind, wobei aufeinanderfolgende axiale Abschnitte sich in entgegengesetzten axialen Richtungen erstrecken. Geeigneterweise haben die umfänglichen Abschnitte eine umfängliche Länge, die im Wesentlichen gleich der umfänglichen Länge der Pole des magnetischen Rotors ist. Die Anzahl der umfänglichen Abschnitte ist vorzugsweise gleich der Anzahl der magnetischen Pole des Rotors, so dass sich der Leiter um den vollen oder im Wesentlichen vollen inneren Umfang des Lageraußenrings erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich der Leiter umfänglich über zumindest 270°.
  • In einem Beispiel der ersten Ausführungsform hat der Stator erste und zweite flache Leiter, die umfängliche und axiale Abschnitte haben, wobei die Leiter in radialer Richtung aufeinander angeordnet sind. Das Hinzufügen eines zweiten Leiters erhöht die Menge an elektrischer Energie, die erzeugt werden kann. Vorzugsweise überlappen die axialen Abschnitte der ersten und zweiten Leiter einander, während die umfänglichen Abschnitte der ersten und zweiten Leiter sich an entgegengesetzten axialen Seiten der flexiblen PCB erstrecken. Es ist gedacht, dass eine solche Anordnung die Wirbelstromerzeugung reduzieren wird.
  • In einer zweiten Ausführungsform weist der Stator mehrere umfänglich angeordnete Spulen auf, die durch spiralförmige flache Leiter gebildet werden. Vorzugsweise erstreckt sich das ringförmige Band des Stators um den vollen inneren Umfang oder im Wesentlichen den vollen inneren Umfang des Außenrings und ist die Anzahl der Spulen gleich der Anzahl der magnetischen Pole. Andere Ausgestaltungen sind auch möglich, abhängig von der Energieerzeugungsanforderung.
  • Ein Lager gemäß der Erfindung kann des Weiteren zumindest einen Zustandsüberwachungssensor und einen drahtlosen Übertrager aufweisen, der dazu eingerichtet ist, durch Energie, die durch den EM-Generator erzeugt wird, angetrieben zu werden. Der Zustandsüberwachungssensor kann ein Temperatursensor, ein Schwingungssensor oder eine andere Art von Sensor sein, der nützlich zum Überwachen des Zustands des Lagers oder des Zustands eines Schmiermittels in dem Lager ist.
  • Der Zustandsüberwachungssensor kann an einer Dichtung oder einer Endkappe befestigt sein, die einen radialen Spalt zwischen den Innen- und Außenlagerringen schließt. Der Sensor kann mit dem Generator über Verbindungsdrähte verbunden sein, die mit der zumindest einen Statorspule des Generators verbunden sind, die aus dem Lageraußenring über ein radiales Durchgangsloch und entlang einer äußeren Fläche des Außenrings führen. Vorzugsweise ist eine Nut in die äußere Fläche des Außenrings maschinell gearbeitet, um die Verbindungsdrähte aufzunehmen.
  • Als ein Ergebnis der Erfindung können ein oder mehrere Zustandsüberwachungssensoren für die Lebensdauer des Lagers mit Energie versorgt werden.
  • Eine Lageranordnung gemäß der Erfindung hat weitere Vorteile, die aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Figuren ersichtlich werden.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden ist die Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • 1a eine Querschnittsansicht eines ersten Beispiels eines Lagers gemäß der Erfindung ist, das einen integrierten Generator zum Gewinnen von elektrischer Energie aufweist;
    • 1b eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines magnetischen Rotors ist, der in dem Generator aus dem Beispiel von 1a verwendet wird;
    • 1c, d jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Explosionsansicht eines Stators zeigen, der in dem Generator aus dem Beispiel von 1a verwendet wird;
    • 2a eine Teilquerschnittsansicht eines zweiten Beispiels eines Lagers gemäß der Erfindung ist;
    • 2b eine Draufsicht eines Abschnitts eines Stators ist, der in dem Beispiel von 2a verwendet wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Eine Ausführungsform eines Lagers gemäß der Erfindung ist in 1a gezeigt. Das Lager 100 ist ein doppelreihiges Pendelrollenlager mit einem Außenring 110 und einem Innenring 120, die um eine Lagerachse 105 rotierend sind. Der Außenring 110 hat eine gemeinsame sphärische Laufbahn 110r für erste und zweite Rollensätze 131, 132, während der Innenring 120 erste und zweite innere Laufbahnen in einem Winkel zu der Lagerachse 105 hat. Die Rollen des ersten Rollensatzes 131 sind durch einen ersten Kä141 gehalten; die Rollen des zweiten Rollensatzes 132 sind durch einen zweiten Kä141 gehalten. Des Weiteren ist ein freier Führungsring 140 zwischen den Rollensätzen 131, 132 angeordnet, um die unbelasteten Rollen zu führen, so dass sie in die belastete Lagerzone in einer optimalen Position eintreten. In dem dargestellten Beispiel ist der Führungsring 140 an dem Innenring 120 zentriert.
  • Das Lager weist des Weiteren einen integrierten Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie aus der Lagerrotation über elektromagnetische Induktion auf. Die erzeugte Elektrizität kann beispielsweise verwendet werden, um ein oder mehrere Zustandsüberwachungssensoren einer Sensoreinheit, die auch einen Mikroprozessor und eine Antenne zur drahtlosen Übertragung von Sensordaten aufweisen kann, mit Energie zu versorgen. Der Generator weist einen magnetischen Rotor 150 und einen Stator 160 auf, der an der äußeren Laufbahn 110r an einer axial zentralen Position zwischen den Rollensätzen 131, 132 befestigt ist. In dem dargestellten Beispiel ist der magnetische Rotor 150, dem Stator 160 zugewandt, an einer axial inneren Seite des ersten Kä141 befestigt. Dies ermöglicht, dass der zweite Kä142 und die Rollen des zweiten Rollensatzes 132 mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit rotieren. In anderen Beispielen hat das Lager einen einstückigen Käfig, der einen zentralen Abschnitt hat, an dem der magnetische Rotor angebracht ist. In wiederum anderen Beispielen ist der magnetische Rotor an einem Führungsring, der an den Lagerkäfigen zentriert ist, angebracht oder bildet einen Teil davon.
  • Ein Abschnitt eines magnetischen Rotors, der zur Verwendung in einem Lager gemäß der Erfindung geeignet ist, ist in 1b gezeigt. Der magnetische Rotor 150 ist ein Magnetring, der z.B. aus gesinterten NdFeB-Magneten mit alternierenden Polaritäten 150N, 150S in umfänglicher Richtung gebildet ist. Geeigneterweise ist der Magnetring 150 ein segmentierter Magnetring, der aus einem oder mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, da der Magnetring 150 einen Durchmesser hat, der größer als ein minimaler Bohrungsdurchmesser D1 des Außenrings 110 an jedem axialen Ende des Außenrings ist, durch welche Öffnung die Komponenten des Generators eingeführt werden.
  • Der Generator ist somit in einem Hohlraum des Lagers, zwischen den ersten und zweiten Rollensätzen, integriert. Als ein Ergebnis kann das Lager mit Standard-ISO-Abmessungen ausgeführt werden. Gleichzeitig muss der Generator fähig sein, ausreichende elektrische Energie für die betreffende Anwendung zu erzeugen. Dies wird durch die Verwendung eines magnetischen Rotors mit ausreichender magnetischer Stärke und eines Stators mit einer ausreichenden Anzahl von Spulenwindungen erreicht. Unter Berücksichtigung des begrenzten radialen Raums in dem Lagerhohlraum ist das Design des Stators besonders wichtig. In einer Lageranordnung gemäß der Erfindung hat der Stator ein oder mehrere Statorspulen, die durch einen flachen Leiter gebildet sind, der auf einer flexiblen PCB vorgesehen ist.
  • Eine perspektivische Ansicht des Stators 160 aus der Ausführungsform von 1a ist schematisch in 1c gezeigt, und eine Explosionsansicht eines Abschnitts davon ist in 1c gezeigt. Der Stator hat die Form eines flexiblen ringförmigen Bands und hat erste und zweite Statorspulen 161, 162, die durch einen flachen Leiter gebildet sind, der sich in einer umfänglichen Richtung mäandert. Das ringförmige Band hat auch einen Durchmesser, der größer als der minimale Bohrungsdurchmesser D1 ist, und seine flexible Gestaltung ermöglicht, dass es verformt wird, während es in die Bohrung des Außenrings eingeführt wird.
  • In dem dargestellten Beispiel sind die ersten und zweiten flachen Leiter 161, 162 auf radial beabstandete Schichten eines flexiblen PCB-Bands 163 geätzt und sind miteinander über eine Schichtverbindung 164 verbunden. Jeder Leiter (Spule) 161, 162 hat sich axial erstreckende Abschnitte 165a und sich umfänglich erstreckende Abschnitte 165c. Vorzugsweise, wie in 1c gezeigt ist, erstrecken sich die umfänglichen Abschnitte der flachen Leiter an gegenüberliegenden axialen Seiten des flexiblen PCB-Bands 163 an einer gegebenen umfänglichen Position. Die flachen Leiter 161, 162 sind radial gegenüberliegend von dem Magnetring 150 angeordnet. Geeigneterweise haben die umfänglichen Abschnitte 165c der flachen Leiter 161, 162 dieselbe umfängliche Länge wie der Abstand zwischen benachbarten Polen 150N, 150S des Magnetrings (siehe 1b).
  • Wenn der Magnetring 150 während des Lagerbetriebs rotiert, kreuzt ein magnetisches Feld mit alternierender Richtung die axialen Abschnitte 165a der flachen Leiter, was eine alternierende elektromotorische Kraft (EMF) erzeugt, die im Gegenzug einen alternierenden elektrischen Strom erzeugt. Tatsächlich wirken die axial mäandernden Abschnitte 165a als Spulenwindungen, um die erzeugte EMF über die Spule als Ganzes zu erhöhen. Daher erstreckt sich der Stator 160 vorzugsweise um den vollen inneren Umfang des Außenrings 110, oder im Wesentlichen den vollen Umfang, um die Anzahl von Spulenwindungen, die implementiert werden können, zu erhöhen. In dem dargestellten Beispiel ist der flexible PCB-Stator 160 ein offenes ringförmiges Band, welches die Verbindung des Stators mit einem Energieverbraucher außerhalb des Lagerhohlraums vereinfacht.
  • Geeigneterweise sind Anschlüsse 166, 167 der verbundenen flachen Leiter 161, 162 mit Verbindungsdrähten (nicht gezeigt) verbunden, die zu einem äußeren Umfang des Außenrings 110 über ein radiales Durchgangsloch in dem Ring führen. In einer Ausführungsform erstrecken sich die Verbindungsdrähte zu einer Sensoreinheit, die in einer ringförmigen Nut in dem äußeren Umfang des Außenrings 110 angeordnet sein kann. Alternativ kann die Sensoreinheit an einer Kappe oder einem Schutzschild befestigt sein, die den ringförmigen Spalt zwischen den Lagerringen 110, 120 bedeckt. Die Sensoreinheit kann ein oder mehrere eines Temperatursensors, Schwingungssensors, Schallemissionssensors oder Dehnungssensors enthalten und kann ohne die Notwendigkeit für Batterien mit Energie versorgt werden.
  • Ein weiteres Beispiel eines Lagers gemäß der Erfindung ist in 2a gezeigt. Das Lager 200 weist einen Magnetring auf, wie er beispielsweise in 1b gezeigt ist, der an einem Kä141 befestigt ist. Der flexible PCB-Stator 260 hat wieder die Form eines ringförmigen Bands, das sich im Wesentlichen um den vollen inneren Umfang des Außenrings erstreckt, aber in diesem Beispiel in einer ringförmigen Nut versenkt ist, die in der äußeren Laufbahn 110r vorgesehen ist. Des Weiteren hat der Stator 260 ein unterschiedliches Design, wie es in 2a dargestellt ist, welche eine Draufsicht eines Abschnitts davon zeigt. Der Stator 260 weist mehrere umfänglich benachbarte Statorspulen 261, 262, 263, 264 auf, die jeweils durch einen flachen Leiter in der Form einer Spirale gebildet sind, die auf ein flexibles PCB-Band 265 geätzt sind. Die individuellen Spulen sind elektrisch miteinander verbunden und haben eine umfängliche Länge, die vorzugsweise gleich dem umfänglichen Pol-zu-Pol-Abstand des Magnetrings 150 ist. In diesem Beispiel hat der Stator 260 eine Anzahl von Spulen p gleich einer Anzahl von Polen q des Magnetrings 150.
  • Eine Anzahl von Aspekten/Ausführungsformen der Erfindung wurde beschrieben. Es sollte verstanden werden, dass jeder Aspekt/Ausführungsform mit irgendeinem anderen Aspekt/Ausführungsform kombiniert werden kann. Die Erfindung kann somit in dem Umfang der begleitenden Patentansprüche variiert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1292831 [0002]

Claims (12)

  1. Pendelrollenlager (100, 200), welches einen Innenring (120), einen Außenring (110), dazwischen angeordnete erste und zweite Rollensätze (131, 132) und ein Führungselement (140, 141, 142) zum Führen der Rollen von zumindest einem Rollensatz aufweist, wobei das Führungselement um eine Lagerrotationsachse (105) während des Lagerbetriebs rotierend ist, wobei das Lager des Weiteren einen Generator zum Gewinnen von elektrischer Energie aus einer Rotation aufweist, und wobei der Generator zwischen den ersten und zweiten Rollensätzen (131, 132) angeordnet ist und einen magnetischen Rotor (150) mit alternierenden Polaritäten (150N, 150S) in umfänglicher Richtung und einen Stator (160, 260) mit zumindest einer Statorspule aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - der magnetische Rotor (150) an dem Führungselement (140, 141, 142) befestigt ist; - der Stator (160, 260) an einer gemeinsamen äußeren Laufbahn (110r) des Außenrings, radial gegenüberliegend von dem magnetischen Rotor (150), befestigt ist; und - die zumindest eine Statorspule (161, 162, 261, 262, 263, 264) durch einen flachen Leiter gebildet ist, der auf einer flexiblen gedruckten Leiterplatte (163, 265) vorgesehen ist, so dass der Stator die Form eines ringförmigen Bands hat.
  2. Pendelrollenlager gemäß Anspruch 1, wobei der flache Leiter der zumindest einen Statorspule (161, 162) alternierende umfängliche und axiale Abschnitte (265c, 265a) aufweist und sich um das ringförmige Band über zumindest 270° erstreckt.
  3. Pendelrollenlager gemäß Anspruch 2, wobei die umfänglichen Abschnitte (265c) des flachen Leiters eine umfängliche Länge haben, die im Wesentlichen gleich einem umfänglichen Pol-zu-Pol-Abstand des magnetischen Rotors (150) ist.
  4. Pendelrollenlager gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der flache Leiter der zumindest einen Statorspule (161, 162) eine Anzahl p von umfänglichen Abschnitten (265c) hat und der magnetische Rotor eine Anzahl q von aufeinanderfolgenden magnetischen Polen (150N, 150S) hat, wobei p = q.
  5. Pendelrollenlager gemäß einem der Ansprüche 2-4, wobei der Stator erste und zweite flache Leiter (161, 162) aufweist, wobei ein Leiter radial auf dem anderen Leiter angeordnet ist.
  6. Pendelrollenlager gemäß Anspruch 5, wobei axiale Abschnitte (165a) der ersten und zweiten Leiter (161, 162) einander überlappen und wobei umfängliche Abschnitte (165c) der Leiter sich an gegenüberliegenden axialen Seiten des ringförmigen Bands an einer gegebenen umfänglichen Position erstrecken.
  7. Pendelrollenlager gemäß Anspruch 1, wobei der Stator (260) mehrere umfänglich beabstandete Spulen (261, 262) aufweist, die jede durch einen spiralförmigen flachen Leiter gebildet ist.
  8. Pendelrollenlager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Führungselement ein Lagerkäfig (141, 142) mit Taschen zum Aufnehmen der Rollen von zumindest einem der Rollensätze (131, 132) ist.
  9. Pendelrollenlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Führungselement ein Gleitführungsring (140) ist.
  10. Pendelrollenlager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gemeinsame gekugelte Laufbahn (110r) des Außenrings (110) eine ringförmige Nut aufweist, in der der Stator (160, 260) eingelassen ist.
  11. Pendelrollenlager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches des Weiteren eine Sensoreinheit aufweist, die mit dem Stator (160, 260) des Generators verbunden ist.
  12. Pendelrollenlager gemäß Anspruch 11, wobei die Sensoreinheit in einem äußeren Umfang des Lageraußenrings (110) eingelassen ist oder an einem Deckel oder Schutzschild befestigt ist, der einen ringförmigen Spalt zwischen den Lagerinnen- und -außenringen umgibt.
DE102017220662.4A 2016-11-30 2017-11-20 Lageranordnung mit einem integrierten Generator Pending DE102017220662A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016223778 2016-11-30
DE102016223778.0 2016-11-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017220662A1 true DE102017220662A1 (de) 2018-05-30

Family

ID=62118029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017220662.4A Pending DE102017220662A1 (de) 2016-11-30 2017-11-20 Lageranordnung mit einem integrierten Generator

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10837494B2 (de)
CN (1) CN108119539B (de)
DE (1) DE102017220662A1 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2532928A (en) 2014-11-27 2016-06-08 Skf Ab Sealing assembly and method for monitoring a sealing assembly
GB2532762A (en) 2014-11-27 2016-06-01 Skf Ab Load measurement device and method for determining load
GB2532927A (en) * 2014-11-27 2016-06-08 Skf Ab Sealing assembly and method for monitoring dynamic properties of a sealing assembly
WO2017171067A1 (ja) * 2016-04-01 2017-10-05 日本精工株式会社 ワイヤレスセンサ付き軸受
DE102017220662A1 (de) * 2016-11-30 2018-05-30 Aktiebolaget Skf Lageranordnung mit einem integrierten Generator
US10340760B2 (en) 2017-01-11 2019-07-02 Infinitum Electric Inc. System and apparatus for segmented axial field rotary energy device
WO2019190959A1 (en) 2018-03-26 2019-10-03 Infinitum Electric Inc. System and apparatus for axial field rotary energy device
EP3588050B1 (de) * 2018-06-22 2021-10-27 Aktiebolaget SKF Zustandsüberwachungssystem
CN109624618A (zh) * 2019-01-09 2019-04-16 湖北军缔悍隆科技发展有限公司 一种有线胎压传输装置
US11283319B2 (en) 2019-11-11 2022-03-22 Infinitum Electric, Inc. Axial field rotary energy device with PCB stator having interleaved PCBS
US20210218304A1 (en) 2020-01-14 2021-07-15 Infinitum Electric, Inc. Axial field rotary energy device having pcb stator and variable frequency drive
CN111555475B (zh) * 2020-05-26 2021-05-14 沈阳工业大学 轴承一体式旋转变压定转子结构
US11482908B1 (en) 2021-04-12 2022-10-25 Infinitum Electric, Inc. System, method and apparatus for direct liquid-cooled axial flux electric machine with PCB stator

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1292831A2 (de) 2000-06-23 2003-03-19 The Timken Company Lager mit drahtloser, sich selbstversorgender sensoreinheit

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3022125A (en) 1959-02-06 1962-02-20 Skf Svenska Kullagerfab Ab Cage for double row spherical roller bearings
US3334254A (en) * 1965-06-03 1967-08-01 Garrett Corp Dynamoelectric machine
GB1268023A (en) * 1970-02-20 1972-03-22 Marconi Co Ltd Improvements in or relating to printed circuit magnetic field coils
US4557613A (en) 1978-09-01 1985-12-10 Skf Industries, Inc. Spherical roller bearing having reciprocal crowning for skew control
US4645961A (en) * 1983-04-05 1987-02-24 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Dynamoelectric machine having a large magnetic gap and flexible printed circuit phase winding
JPS61180560A (ja) * 1985-02-01 1986-08-13 Kangiyou Denki Kiki Kk 直流ブラシレスマイクロモ−タ
US5440184A (en) * 1994-09-12 1995-08-08 The Timken Comapany Antifriction bearing capable of generating electrial energy
JP4096689B2 (ja) 2002-10-10 2008-06-04 株式会社ジェイテクト 二つ割り保持器
US7986063B2 (en) * 2005-05-27 2011-07-26 Namiki Seimitsu Houseki Kabushiki Kaisha Cylindrical coil and cylindrical micromotor using the same
FR2887376B1 (fr) 2005-06-15 2007-12-14 Sonceboz Sa Sa Suisse Servo-actionneur electromagnetique monophase rotatif comprenant un actionneur et un capteur de position
DE102006013430A1 (de) 2006-03-23 2007-09-27 Schaeffler Kg Lagerkäfig
CN201294443Y (zh) 2008-12-01 2009-08-19 东元总合科技(杭州)有限公司 永磁自启动同步电机转子
TWI388109B (zh) * 2009-08-14 2013-03-01 Metal Ind Res & Dev Ct A stator structure and a micro motor having the stator structure and a method of manufacturing the same
EP2655910A1 (de) * 2010-12-20 2013-10-30 Aktiebolaget SKF (publ) Stromgenerator mit integriertem lager
DE102011075547B4 (de) * 2011-05-10 2016-06-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wälzlager, insbesondere zweireihiges Wälzlager, mit einer Energieerzeugungseinheit, insbesondere zur Lagerung einer Walze
KR20140060318A (ko) * 2011-09-13 2014-05-19 엔티엔 가부시키가이샤 베어링 장치
DE102011089078B4 (de) 2011-12-19 2014-11-27 Aktiebolaget Skf Lagerkäfig und Verfahren zur Herstellung desselben
WO2013160035A2 (en) 2012-04-24 2013-10-31 Aktiebolaget Skf Bearing power embedded generating configuration
EP2904280B1 (de) 2012-10-04 2018-09-12 Aktiebolaget SKF Wälzlagerführungsring
DE102012025600A1 (de) * 2012-12-31 2014-07-03 Imo Holding Gmbh Vorrichtung zur drehbaren Kopplung zweier Anlagen- oder Maschinenteile
DE102014207209A1 (de) 2014-04-15 2015-10-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wälzlager mit integriertem Klauenpolgenerator und Klauenpolgenerator
CN106416002B (zh) 2014-07-01 2019-10-15 三菱电机株式会社 转子、电动机、压缩机以及鼓风机
GB2535779B (en) 2015-02-27 2018-05-09 Skf Ab Generator assembly and bearing equipped with the same
JP6544000B2 (ja) 2015-03-31 2019-07-17 株式会社ジェイテクト 自動調心ころ軸受
GB2538624B (en) 2015-05-05 2018-02-07 Skf Ab Power generator and railway bearing unit
DE102017220662A1 (de) * 2016-11-30 2018-05-30 Aktiebolaget Skf Lageranordnung mit einem integrierten Generator
CN108696013A (zh) 2017-04-07 2018-10-23 章宪 交流永磁电机

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1292831A2 (de) 2000-06-23 2003-03-19 The Timken Company Lager mit drahtloser, sich selbstversorgender sensoreinheit

Also Published As

Publication number Publication date
CN108119539A (zh) 2018-06-05
US10837494B2 (en) 2020-11-17
US20180149205A1 (en) 2018-05-31
CN108119539B (zh) 2020-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017220662A1 (de) Lageranordnung mit einem integrierten Generator
DE102011075548B4 (de) Lager mit einer Energieerfassungseinheit, insbesondere Pendelrollen-Lager zur Lagerung einer Walze
EP2449277B1 (de) Lager mit energieerzeugungseinheit
DE102011075547B4 (de) Wälzlager, insbesondere zweireihiges Wälzlager, mit einer Energieerzeugungseinheit, insbesondere zur Lagerung einer Walze
DE102008012680A1 (de) Elektrische Maschine
DE102010021159B4 (de) Wälzlager mit einer integrierten permanenterregten elektrischen Maschine
DE102012100332A1 (de) Stator für eine rotierende elektrische Maschine und Verfahren zu seiner Herstellung
AT522826A1 (de) Rotor
DE102019126373A1 (de) Rotorkern
DE112016006235T5 (de) Elektrische Rotationsmaschine mit verbesserter Kühlung
WO2011151159A1 (de) Lager mit einer energieerzeugungseinheit sowie käfig für ein wälzlager
DE102011079457B4 (de) Elektrische Rotationsmaschine
EP2319164B1 (de) Rotor für eine elektrische maschine mit reduziertem rastmoment
DE102013223809A1 (de) Elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine
DE102018125197A1 (de) Elektrische maschine mit magnetisch modifiziertem bereich
DE102010053716A1 (de) Verfahren zum Prägen von Spulenseiten einer Ständerwicklung
DE102012017338A1 (de) Elektromotor
WO2015058747A1 (de) Wälzlager mit elektrischem generator
WO2013007669A1 (de) Lager mit energieerzeugungseinheit
DE102016222614A1 (de) Stator einer elektrischen Maschine, eine elektrische Maschine, sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen
DE102019109485A1 (de) Rotor
EP2342799B1 (de) Elektrische maschine mit einem kontaktelement zur elektrischen verbindung elektrischer bauteile
DE102013218184A1 (de) Wälzlager mit Energieerzeugungseinheit
WO2019149402A1 (de) Elektromotor
DE112017002801T5 (de) Rotor einer elektrischen drehmaschine