DE112020001292T5

DE112020001292T5 - Wälzlager und sensorbefestigtes wälzlager

Info

Publication number: DE112020001292T5
Application number: DE112020001292.1T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tani; Hiroyuki Hakamata; Yusuke Shibuya; Sota Yamaguchi
Original assignee: NTN Corp; Kansai University; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp; Kansai University
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2021-12-23
Also published as: US12000435B2; US20220154774A1; WO2020184615A1

Abstract

Ein Wälzlager gemäß einer Ausführungsform umfasst einen ortsfesten Ring mit einer ersten zugewandten Fläche, einen Drehring mit einer zweiten zugewandten Fläche, die der ersten zugewandten Fläche zugewandt ist und sich relativ zu dem ortsfesten Ring dreht, Wälzkörper, die zwischen der ersten zugewandten Fläche und der zweiten zugewandten Fläche angeordnet sind, einen Käfig, der die Wälzkörper hält, erste Elektroden und zweite Elektroden, die in ihrer Position relativ zu dem ortsfesten Ring fixiert und in einem Lagerraum zwischen dem ortsfesten Ring und dem Drehring angeordnet sind, dritte Elektroden, die in ihrer Position relativ zu dem Drehring, ihrer Position relativ zu den Wälzkörpern oder ihrer Position relativ zu dem Käfig fixiert und in dem Lagerraum angeordnet sind, und einen Isolierfilm, der auf Flächen der ersten Elektroden und der zweiten Elektroden oder Flächen der dritten Elektroden gebildet ist. Die dritten Elektroden sind jeweils so angeordnet, dass sich eine erste Distanz, die eine Distanz von der ersten Elektrode ist, und eine zweite Distanz, die eine Distanz von der zweiten Elektrode ist, mit der Drehung des Drehrings relativ zu dem ortsfesten Ring ändern. Eine Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz ist gegenüber einer Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz verschoben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager und ein mit einem Sensor versehenes Wälzlager.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
PTL 1 (Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-019933 ) beschreibt ein Lagersystem. Das in PTL 1 beschriebene Lagersystem umfasst ein Wälzlager, einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor. Der erste Sensor ist ein Sensor zum Detektieren der Drehzahl eines rotierenden Rings und der zweite Sensor ist ein Sensor zum Detektieren der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Käfigs oder eines Wälzkörpers.
Weitere Beispiele des Lagersystems, das aus einem Wälzlager und einem Sensor zusammengesetzt ist, sind ein Lagersystem, das in PTL 2 (Japanisches Patentoffenlegungsschrift Nr. 2017-160974 ) beschrieben ist, und ein Lagersystem, das in PTL 3 (Japanisches Patentoffenlegungsschrift Nr. 2018-038692 ) beschrieben ist.
PTL 4 (Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-262646 ) beschreibt einen Klauenpolgenerator. Der in PTL 4 beschriebene Klauenpolgenerator umfasst eine Drehwelle, einen Permanentmagneten und einen Stator. Der Permanentmagnet ist so an der Drehwelle angebracht, dass Nordpole und Südpole abwechselnd entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Stator umfasst eine Spule und ein Joch. Das Joch ist aus einem magnetischen Material mit Sperrklinken (klinkenförmige Elemente) gebildet und umfasst die Spule. Bei Drehung der Drehwelle schalten die Magnetpole des Permanentmagneten, die den Klinken zugewandt sind, abwechselnd um, um den Magnetfluss im Joch umzukehren, wodurch eine elektromotorische Kraft in der Spule generiert wird.
ZITIERUNGSLISTE
PATENTLITERATUR

PTL 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2008-019933
PTL 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2017-160974
PTL 3: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2018-038692
PTL 4: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2003-262646

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Bei den in PTL 1 bis PTL 3 beschriebenen Lagersystemen muss ein Sensor, zum Beispiel ein magnetisches Sensorelement, außen am Wälzlager angebracht werden. Der in PTL 4 beschriebene Klauenpolgenerator benötigt Platz für die Anordnung der Spule, des Permanentmagneten und des Jochs, weshalb es schwierig ist, sie im Inneren eines Lagers unterzubringen. Genauer gesagt muss, um den in PTL 4 beschriebenen Klauenpolgenerator in eine bestehende Anlage einzubauen, die Konstruktion um ein Lager in der Anlage herum umgestaltet werden. Wenn der in PTL 4 beschriebene Klauenpolgenerator in eine neue Anlage eingebaut wird, so wird die Anlage größer.
Die vorliegende Erfindung basiert auf den Problemen herkömmlicher Techniken, wie sie oben beschrieben wurden. Genauer gesagt, stellt die vorliegende Erfindung ein Wälzlager bereit, das in der Lage ist, einen Sensor zu integrieren, der in der Lage ist, einen Zustand des Wälzlagers oder eine Stromerzeugungsfunktion zu detektieren, ohne die Abmessungen zu vergrößern.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Wälzlager gemäß einer Ausführungsform umfasst einen ortsfesten Ring mit einer ersten gegenüberliegenden Fläche, einen Drehring mit einer zweiten gegenüberliegenden Fläche, die der ersten gegenüberliegenden Fläche zugewandt ist und sich relativ zu dem ortsfesten Ring dreht, Wälzkörper, die zwischen der ersten gegenüberliegenden Fläche und der zweiten gegenüberliegenden Fläche angeordnet sind, einen Käfig, der die Wälzkörper hält, erste Elektroden und zweite Elektroden, dritte Elektroden, die in ihrer Position relativ zu dem Drehring, ihrer Position in den Wälzkörpern oder ihrer Position relativ zu dem Käfig fixiert sind, und einen Isolierfilm, der auf Flächen der ersten Elektroden und der zweiten Elektroden ausgebildet ist. Die dritten Elektroden sind jeweils so angeordnet, dass sich eine erste Distanz, die eine Distanz von der ersten Elektrode ist, und eine zweite Distanz, die eine Distanz von der zweiten Elektrode ist, mit der Drehung des Drehrings relativ zu dem ortsfesten Ring ändern. Eine zeitveränderliche Phase der ersten Distanz ist von einer zeitveränderlichen Phase der zweiten Distanz verschoben. Der Isolierfilm kann auf Flächen der dritten Elektroden gebildet werden.
In dem Wälzlager gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden, wenn die erste Distanz kleiner wird, positive Ladungen in der ersten Elektrode induziert, und negative Ladungen werden in der zweiten Elektrode induziert. Wenn die erste Distanz zunimmt, so fließt aufgrund der in den Elektroden induzierten Ladungen Strom von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode. In dem Wälzlager gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden, wenn die zweite Distanz kleiner wird, negative Ladungen in der ersten Elektrode induziert und positive Ladungen werden in der zweiten Elektrode induziert. Wenn die zweite Distanz zunimmt, so fließt aufgrund der in den Elektroden induzierten Ladungen Strom von der zweiten Elektrode zu der ersten Elektrode. In dem Wälzlager gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht der oben beschriebene Strom die Konstruktion eines Sensors, der den Betriebszustand des Wälzlagers oder eine Stromerzeugungsfunktion bestimmt. Dementsprechend kann ein Sensor oder eine Stromerzeugungsfunktion ohne Vergrößerung der Abmessungen eingebaut werden.
In dem Wälzlager können die Wälzkörper oder der Käfig als die dritten Elektroden dienen.
In dem Wälzlager können die Wälzkörper Kugeln sein. Der Käfig kann als die dritten Elektroden dienen. Der Käfig kann einen Vorsprung aufweisen, der entlang der Mittelachsrichtung an einem Abschnitt vorsteht, der jeden Wälzkörper hält. In dem Wälzlager können die Wälzkörper in regelmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sein. Die Anzahl der ersten Elektroden und die Anzahl der zweiten Elektroden kann jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Wälzkörper sein. Die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden können abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sein.
In dem Wälzlager kann der Käfig als die dritten Elektroden dienen. Eine Fläche des Käfigs, die den ersten Elektroden zugewandt ist, kann Vorsprünge aufweisen, die jeweils in Richtung der ersten Elektrode vorstehen. In dem Wälzlager können die Vorsprünge in regelmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sein. Die Anzahl der ersten Elektroden und die Anzahl der zweiten Elektroden kann jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Vorsprünge sein. Die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden können abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sein.
Das Wälzlager kann des Weiteren ein Dichtungselement umfassen, das einen Lagerraum zwischen dem ortsfesten Ring und dem Drehring bildet. Die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden können auf einer Fläche auf der Lagerraumseite des Dichtungselements angeordnet sein.
In dem Wälzlager kann der Isolierfilm aus einem Material mit ausgeprägten triboelektrischen Aufladungseigenschaften bestehen, zum Beispiel einem Polytetrafluorethylen (PTFE)-Film. In dem Wälzlager kann der Isolierfilm eine Dicke von 100 µm oder weniger aufweisen.
In dem Wälzlager können die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden in einem Lagerraum zwischen dem ortsfesten Ring und dem Drehring angeordnet sein und können relativ zu dem ortsfesten Ring positionsfixiert sein. Die dritten Elektroden können relativ zu dem Drehring positionsfixiert sein und können in dem Lagerraum angeordnet sein. In dem Wälzlager kann der Isolierfilm eine Dicke von 100 µm oder weniger aufweisen.
Das Wälzlager kann des Weiteren ein erstes ringförmiges Element umfassen, das aus einem leitfähigen Material gebildet ist und an der zweiten zugewandten Fläche angebracht ist. Das erste ringförmige Element kann eine erste Fläche aufweisen, die der ersten gegenüberliegenden Fläche zugewandt ist, und kann eine zweite Fläche aufweisen, die der zweiten gegenüberliegenden Fläche zugewandt ist. Die erste Fläche kann einen Vorsprung aufweisen, der in eine der zweiten Fläche entgegengesetzte Richtung vorsteht. Der Vorsprung kann die dritte Elektrode bilden.
Das oben beschriebene Wälzlager kann außerdem ein zweites ringförmiges Element umfassen, das an der zweiten zugewandten Fläche angebracht ist. Das zweite ringförmige Element kann eine erste Fläche aufweisen, die der ersten zugewandten Fläche zugewandt ist, und kann eine zweite Fläche aufweisen, die der zweiten zugewandten Fläche zugewandt ist. Die erste Fläche kann eine Vertiefung aufweisen, die in Richtung der zweiten Fläche ausgespart ist und die dritte Elektrode kann in der Vertiefung angeordnet sein.
Das oben beschriebene Wälzlager kann des Weiteren ein Substrat umfassen, das eine Ringform aufweist und an der ersten zugewandten Fläche angebracht ist. Das Substrat kann eine dritte Fläche aufweisen, die der zweiten zugewandten Fläche zugewandt ist, und kann eine vierte Fläche aufweisen, die der ersten zugewandten Fläche zugewandt ist. Die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden können auf der dritten Fläche ausgebildet werden.
Das Wälzlager kann des Weiteren ein Dichtungselement umfassen, das den Lagerraum mindestens teilweise verschließt. Die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden können auf einer Fläche auf der Lagerraumseite des Dichtungselements angeordnet sein.
In dem Wälzlager können die dritten Elektroden an dem Drehring ausgebildet werden. In dem Wälzlager können die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden an dem ortsfesten Ring ausgebildet werden.
In dem Wälzlager können die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sein. Die dritten Elektroden können in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sein. Die Anzahl der dritten Elektroden kann gleich der Anzahl der ersten Elektroden und der Anzahl der zweiten Elektroden sein.
Das Wälzlager kann des Weiteren einen Beschichtungsfilm aufweisen, der auf dem Isolierfilm und/oder auf den dritten Elektroden ausgebildet ist. In dem Wälzlager kann der Beschichtungsfilm aus DLC gebildet werden. In dem Wälzlager kann der Beschichtungsfilm aus einer nickelhaltigen Legierung gebildet werden. In dem Wälzlager kann der Isolierfilm aus DLC gebildet werden.
Ein mit einem Sensor versehenes Wälzlager gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Wälzlager und eine Detektionseinheit, die eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs auf der Grundlage einer Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert. In dem mit einem Sensor versehenen Wälzlager kann die Detektionseinheit in der Lage sein, eine Drehzahl des Drehrings relativ zu dem ortsfesten Ring auf der Grundlage der Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs zu schätzen.
Ein mit einem Sensor versehenes Wälzlager gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Wälzlager und eine Detektionseinheit, die einen Zustand eines in das Innere des Wälzlagers geleiteten Schmiermittels auf der Grundlage einer Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert. In dem mit einem Sensor versehenen Wälzlager kann der durch die Detektionseinheit detektierte Zustand des Schmiermittels die in dem Schmiermittel enthaltene Wassermenge sein.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
In dem Wälzlager gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Sensor, der einen Zustand des Wälzlagers detektieren kann, auf einfache Weise realisiert werden.
Figurenliste

1 eine Draufsicht auf ein Wälzlager 10.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 1.
4 ist eine vergrößerte Ansicht der Region IV in 2.
5 ist eine vergrößerte Ansicht der Region V in 3.
6A ist eine erste Veranschaulichung zum Erläutern der Wirkungsweise des Wälzlagers 10.
6B ist eine zweite Veranschaulichung zum Erläutern der Wirkungsweise des Wälzlagers 10.
6C ist eine dritte Abbildung zum Erläutern der Wirkungsweise des Wälzlagers 10.
6D ist eine vierte Veranschaulichung zum Erläutern der Wirkungsweise des Wälzlagers 10.
7 ist ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen der Spannung zwischen Elektroden und der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Käfigs 14 zeigt.
8 ist ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl eines Innenrings 11 relativ zu einem Außenring 12 und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14 zeigt.
9 ist eine Draufsicht auf eine Abwandlung des Wälzlagers 10.
10 ist eine Draufsicht auf ein Wälzlager 10A.
11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XI-XI in 10.
12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XII-XII in 10.
13 eine Draufsicht auf ein Wälzlager 20.
14 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIV-XIV in 13.
15 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XV-XV in 13.
16 ist eine vergrößerte Ansicht der Region XVI in 14.
17 ist eine vergrößerte Ansicht der Region XVII in 15.
18 ist eine Unteransicht eines Wälzlagers 20A.
19 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIX-XIX in 18.
20 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XX-XX in 18.
21 eine Draufsicht auf ein Wälzlager 30.
22 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXII-XXII in 21.
23 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXIII-XXIII in 21.
24 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Abwandlung des Wälzlagers 30.
25 ist eine Querschnittsansicht eines Wälzlagers 40.
26 ist eine Querschnittsansicht des Wälzlagers 40 in einem Zustand, in dem sich ein inneres Element 41 relativ zu einem äußeren Element 42 dreht.
27 eine Draufsicht auf ein Wälzlager 50.
28 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVIII-XXVIII in 27.
29 ist eine perspektivische Ansicht eines Substrats 51 in dem Wälzlager 50.
30 ist eine Querschnittsansicht des Substrats 51 in dem Wälzlager 50.
31 ist eine perspektivische Ansicht eines ringförmigen Elements 55 in dem Wälzlager 50.
32 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Substrats 51 in einer ersten Abwandlung des Wälzlagers 50.
33 ist eine perspektivische Ansicht eines ringförmigen Elements 56 in einer zweiten Abwandlung des Wälzlagers 50.
34 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Abwandlung des Wälzlagers 50.
35 eine Draufsicht auf ein Wälzlager 60.
36 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXXVI-XXXVI in 35.
37 ist eine vergrößerte Ansicht der Region XXXVII in 36.
38 ist eine perspektivische Ansicht des Substrats 51 in dem Wälzlager 60.
39 ist eine perspektivische Ansicht des ringförmigen Elements 55 in dem Wälzlager 60.
40 ist eine perspektivische Ansicht eines ringförmigen Elements 56 in einer Abwandlung des Wälzlagers 60.
41 ist ein Blockdiagramm einer Stromerzeugungsvorrichtung 100.
42 ist ein Blockdiagramm eines mit einem Sensor versehenen Wälzlagers 200.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Einzelheiten von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet und sich überschneidende Beschreibungen werden nicht wiederholt.
(Erste Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines Wälzlagers (im Folgenden als „Wälzlager 10“ bezeichnet) gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben.
1 ist eine Draufsicht auf das Wälzlager 10. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 1. Wie in 1 bis 3 gezeigt, ist das Wälzlager 10 ein Zylinderrollenlager. Das Wälzlager 10 umfasst einen Innenring 11, einen Außenring 12, Wälzkörper 13, einen Käfig 14, erste Elektroden 15, zweite Elektroden 16, einen Isolierfilm 17 und einen Isolierfilm 18 (siehe 4 und 5 für weitere Details).
Der Innenring 11 weist eine Ringform auf. Der Innenring 11 weist eine Innenumfangsfläche 11a und eine Außenumfangsfläche 11b auf. Die Außenumfangsfläche 11b weist eine Laufbahnfläche des Innenrings 11 auf. Eine Welle (nicht gezeigt) ist in den Innenring 11 eingesetzt.
Der Außenring 12 weist eine Ringform auf. Der Außenring 12 weist eine Oberseite 12a, eine Unterseite 12b, eine Innenumfangsfläche 12c und eine Außenumfangsfläche 12d auf. Die Oberseite 12a und die Unterseite 12b bilden Endflächen in der Mittelachsrichtung des Wälzlagers 10. Die mittige axiale Richtung bezieht sich auf eine Richtung entlang der Drehachse eines Drehrings (Innenring 11 in dem Wälzlager 10) eines Wälzlagers. Die Innenumfangsfläche 12c verläuft in Fortführung der Oberseite 12a und der Unterseite 12b. Die Außenumfangsfläche 12d verläuft in Fortführung der Oberseite 12a und der Unterseite 12b. Der Außenring 12 wird an der Außenseite des Innenrings 11 so angeordnet, dass die Innenumfangsfläche 12c der Außenumfangsfläche 11b zugewandt ist. Der Außenring 12 ist an einem Gehäuse (nicht gezeigt) angebracht.
Die Innenumfangsfläche 12c weist eine Vertiefung 12ca auf. Die Innenumfangsfläche 12c ist in Richtung der Außenumfangsfläche 12d an der Vertiefung 12ca ausgespart. Die Unterseite der Vertiefung 12ca bildet eine Laufbahnfläche des Außenrings 12. Oder anders ausgedrückt: die Innenumfangsfläche 12c weist einen Flansch 12cb auf, der auf der Seite der Oberseite 12a der Vertiefung 12ca ausgebildet ist, und einen Flansch 12cc auf, der auf der Seite der Unterseite 12b der Vertiefung 12ca ausgebildet ist, und die Innenumfangsfläche 12c zwischen dem Flansch 12cb und dem Flansch 12cc bildet eine Laufbahnfläche des Außenrings 12.
Der Wälzkörper 13 weist eine zylindrische Form auf. Der Wälzkörper 13 weist eine Oberseite 13a, eine Unterseite 13b und eine Außenumfangsfläche 13c auf. Die Außenumfangsfläche 13c verläuft in Fortführung der Oberseite 13a und der Unterseite 13b. Die Außenumfangsfläche 13c bildet eine Rollfläche des Wälzkörpers 13. Der Wälzkörper 13 wird zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 angeordnet. Genauer gesagt, ist der Wälzkörper 13 in der Vertiefung 12ca so angeordnet, dass die Außenumfangsfläche 13c in Kontakt mit der Unterseite der Vertiefung 12ca und der Außenumfangsfläche 11b steht und dass die Oberseite 13a und die Unterseite 13b den Seitenflächen der Vertiefung 12ca zugewandt sind.
Der Käfig 14 dient als dritte Elektroden R. Der Käfig 14 ist ein maschinell bearbeiteter Käfig. Der Käfig 14 wird zum Beispiel aus einem leitfähigen Material gebildet. Der Käfig 14 weist eine Ringform auf. Der Käfig 14 weist eine Innenumfangsfläche 14a, eine Außenumfangsfläche 14b und Durchgangslöcher 14c auf. Der Käfig 14 ist zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 so angeordnet, dass die Innenumfangsfläche 14a der Außenumfangsfläche 11b zugewandt ist und dass die Außenumfangsfläche 14b der Innenumfangsfläche 12c zugewandt ist. Die Durchgangslöcher 14c verlaufen jeweils durch den Käfig 14 in der Dickenrichtung (der Richtung von der Innenumfangsfläche 14a zu der Außenumfangsfläche 14b). Mehrere Durchgangslöcher 14c werden in regelmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung ausgebildet. Die Umfangsrichtung ist eine Richtung entlang des Umfangs eines Kreises um die Drehachse eines Drehrings (in dem Wälzlager 10, Innenring 11) eines Wälzlagers, aus der Richtung der Mittelachse gesehen. Die Anzahl der Durchgangslöcher 14c ist gleich der Anzahl der Wälzkörper 13. In jeder Durchgangsbohrung 14c ist ein Wälzkörper 13 angeordnet. Die Wälzkörper 13 werden daher so in dem Käfig 14 gehalten, dass die Intervalle in der Umfangsrichtung zwischen den Wälzkörpern 13 regelmäßige Intervalle sind.
Die Außenumfangsfläche 14b weist Vorsprünge 14ba auf. Die Außenumfangsfläche 14b steht an jedem Vorsprung 14ba zu der der Innenumfangsfläche 14a gegenüberliegenden Seite vor. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der Vorsprünge 14ba gleich der Anzahl der Wälzkörper 13 ist. Es ist bevorzugt, dass die Vorsprünge 14ba in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Außenumfangsfläche 14b weist Vertiefungen 14bb auf. Die Außenumfangsfläche 14b ist an jeder Vertiefung 14bb in Richtung der Innenumfangsfläche 14a ausgespart. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der Vertiefungen 14bb gleich der Anzahl der Wälzkörper 13 ist. Die Vertiefung 14bb ist zwischen zwei nebeneinander liegenden Vorsprüngen 14ba angeordnet. Das heißt, Vorsprünge 14ba und Vertiefungen 14bb werden abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet.
Es ist bevorzugt, dass die Breite in der Umfangsrichtung des Vorsprungs 14ba gleich der Breite in der Umfangsrichtung der ersten Elektrode 15 und der Breite in der Umfangsrichtung der zweiten Elektrode 16 ist. Die Breite in der Umfangsrichtung des Vorsprungs 14ba (erste Elektrode 15, zweite Elektrode 16) ist der Winkel, der durch eine gerade Linie gebildet wird, die ein Ende in der Umfangsrichtung des Vorsprungs 14ba (erste Elektrode 15, zweite Elektrode 16) und die Mittelachse des Innenrings 11 mit einer geraden Linie verbindet, die das andere Ende in der Umfangsrichtung des Vorsprungs 14ba (erste Elektrode 15, zweite Elektrode 16) und die Mittelachse des Innenrings 11 verbindet. Dadurch kann die Fläche vergrößert werden, auf der die erste Elektrode 15 (zweite Elektrode 16) der dritten Elektrode R (Vorsprung 14ba) zugewandt ist, und die generierte Energiemenge kann erhöht werden. Wenn es eine Einschränkung beim Design gibt oder wenn die Breite in der Umfangsrichtung der ersten Elektrode 15 nicht gleich der Breite in der Umfangsrichtung der zweiten Elektrode 16 ist, so wird die Breite in der Umfangsrichtung des Vorsprungs 14ba so eingestellt, dass die Fläche, die der ersten Elektrode 15 (zweiten Elektrode 16) zugewandt ist, maximiert ist.
Die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 sind aus einem leitfähigen Material gebildet. Die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 sind zum Beispiel aus Kupfer (Cu) oder einer Kupferlegierung gebildet. Die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 werden jeweils an einer dem Käfig 14 zugewandten Position angeordnet. Genauer gesagt, sind die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 an der Innenumfangsfläche 12c, die an dem Flansch 12cb positioniert ist, angeordnet. Die Anzahl der ersten Elektroden 15 und die Anzahl der zweiten Elektroden 16 sind jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Vorsprünge 14ba. Im Sinne des vorliegenden Textes umfasst die Formulierung „die Anzahl der ersten Elektroden 15 und die Anzahl der zweiten Elektroden 16 sind jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Vorsprünge 14ba“ auch den Fall, dass die Anzahl der ersten Elektroden 15 und die Anzahl der zweiten Elektroden 16 jeweils gleich der Anzahl der Vorsprünge 14ba sind. Die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 sind abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Mehrere erste Elektroden 15 können einstückig ausgebildet sein und eine Vielzahl zweiter Elektroden 16 können einstückig ausgebildet sein. Die ersten Elektroden 15 sind jedoch von den zweiten Elektroden 16 elektrisch isoliert.
Der Käfig 14 dreht sich entlang der Umfangsrichtung mit einer Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12. Die Distanz in der radialen Richtung zwischen der dritten Elektrode R (in dem Wälzlager 10, Käfig 14) und der ersten Elektrode 15 wird als eine erste Distanz bezeichnet und die Distanz in der radialen Richtung zwischen der dritten Elektrode R und der zweiten Elektrode 16 wird als eine zweite Distanz bezeichnet. Da die Außenumfangsfläche 14b Vorsprünge 14ba (und Vertiefungen 14bb) aufweist, ändern sich die erste Distanz und die zweite Distanz im zeitlichen Verlauf mit der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 (mit der Drehung des Käfigs 14).
Die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 werden so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 gegeneinander verschoben sind.
In dem Wälzlager 10 sind die Vorsprünge 14ba in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Des Weiteren sind in dem Wälzlager 10 die Anzahl der ersten Elektroden 15 und die Anzahl der zweiten Elektroden 16 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Vorsprünge 14ba. Darüber hinaus sind in dem Wälzlager 10 die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Daher ist in dem Wälzlager 10 die zweite Elektrode 16 nicht dem Vorsprung 14ba zugewandt, wenn die erste Elektrode 15 dem Vorsprung 14ba zugewandt ist, und die erste Elektrode 15 ist nicht dem Vorsprung 14ba zugewandt, wenn die zweite Elektrode 16 dem Vorsprung 14ba zugewandt ist. Folglich ist die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz die entgegengesetzte Phase zu der Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz.
4 ist eine vergrößerte Ansicht der Region IV in 2. 5 ist eine vergrößerte Ansicht der Region V in 3. Wie in 4 und 5 gezeigt, ist der Isolierfilm 17 auf der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 ausgebildet. Der Isolierfilm 17 ist aus einem isolierenden Material gebildet. Der Isolierfilm 17 ist zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (der Isolierfilm 17 ist ein Polytetrafluorethylenfilm) gebildet. Der Isolierfilm 18 ist zwischen dem Außenring 12 (genauer gesagt dem Flansch 12cb) und jeder der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 ausgebildet. Der Isolierfilm 18 ist aus einem isolierenden Material gebildet. Die erste Elektrode 15 und die zweite Elektrode 16 sind somit von dem Außenring 12 elektrisch isoliert.
Die Dicke T des Isolierfilms 17 ist bevorzugt gleich oder kleiner als 180 µm. Die Dicke T ist des Weiteren bevorzugt gleich oder kleiner als 100 µm. Die Dicke T beträgt zum Beispiel gleich oder größer als 12,5 µm. Die Distanz zwischen dem Isolierfilm 17 und dem Vorsprung 14ba wird, wenn der Vorsprung 14ba der ersten Elektrode 15 (der zweiten Elektrode 16) zugewandt ist, als Distanz DIS bezeichnet. Es ist bevorzugt, dass die Distanz DIS gleich oder kleiner als 0,2 mm ist. Die Distanz DIS kann null sein. Das heißt, in einem Zustand, in dem der Vorsprung 14ba der ersten Elektrode 15 (zweiten Elektrode 16) zugewandt ist, kann der Vorsprung 14ba in Kontakt mit dem Isolierfilm 17 stehen.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Wälzlagers 10 beschrieben. 6A ist eine erste Veranschaulichung zum Erläutern der Wirkungsweise des Wälzlagers 10. 6B ist eine zweite Veranschaulichung zum Erläutern der Wirkungsweise des Wälzlagers 10. 6C ist eine dritte Abbildung zum Erläutern der Wirkungsweise des Wälzlagers 10. 6D ist eine vierte Veranschaulichung zum Erläutern der Wirkungsweise des Wälzlagers 10.
Während des Betriebes des Wälzlagers 10 wird Schmiermittel L, wie zum Beispiel Schmieröl oder Fett, in das Innere des Wälzlagers 10 geleitet. Daher gleiten, wie in 6A gezeigt, bei einer Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 der Isolierfilm 17 auf der ersten Elektrode 15 und der Vorsprung 14ba aufeinander, wobei sich Schmiermittel L dazwischen befindet. Infolge dessen werden positive Ladungen in der ersten Elektrode 15 induziert, und negative Ladungen werden in der zweiten Elektrode 16 induziert.
Wenn die Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 von dem in 6A gezeigten Zustand zu dem in 6B gezeigten Zustand übergeht, so fließt aufgrund der elektromotorischen Kraft, die aus den in jeder Elektrode induzierten Ladungen resultiert, Strom von der ersten Elektrode 15 zu der zweiten Elektrode 16.
Wenn die Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 von dem in 6B gezeigten Zustand zu dem in 6C gezeigten Zustand übergeht, so gleiten der Isolierfilm 17 auf der zweiten Elektrode 16 und der Vorsprung 14ba aufeinander, wobei sich Schmiermittel L dazwischen befindet. Infolge dessen werden negative Ladungen in der ersten Elektrode 15 induziert und positive Ladungen werden in der zweiten Elektrode 16 induziert.
Wenn die Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 von dem in 6C gezeigten Zustand zu dem in 6D gezeigten Zustand übergeht, so fließt aufgrund der elektromotorischen Kraft, die aus den in jeder Elektrode induzierten Ladungen resultiert, Strom von der zweiten Elektrode 16 zu der ersten Elektrode 15. Wenn die Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 von dem in 6D gezeigten Zustand fortschreitet, so kehrt der in 6A gezeigte Zustand zurück. Auf diese Weise wird in dem Wälzlager 10 bei einer Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 ein gepulster Strom (Spannung) von der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 ausgegeben. Im Folgenden wird die Spannung zwischen der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 als Spannung zwischen Elektroden bezeichnet.
7 ist ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen der Spannung zwischen Elektroden und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14 zeigt. 8 ist ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14 zeigt. In 7 stellt die horizontale Achse die Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14 dar und die vertikale Achse stellt die Amplitude der Spannung zwischen Elektroden dar. In 8 stellt die horizontale Achse die Drehzahl des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 dar und die vertikale Achse stellt die Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs dar.
Wie in 7 gezeigt, steigt die Spannung zwischen Elektroden mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14. Des Weiteren erhöht sich, wie in 8 gezeigt, die Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14 in dem Maße, wie die Drehzahl des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 zunimmt. Genauer gesagt, besteht eine lineare Beziehung zwischen der Drehzahl des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14. In dem Maße, wie die Drehzahl des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 zunimmt, steigt die Spannung zwischen Elektroden. Daher kann in dem Wälzlager 10 ein Sensor zum Detektieren der Drehzahl des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 (oder zum Detektieren der Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14) durch Überwachen der Spannung zwischen Elektroden auf einfache Weise realisiert werden.
Wenn sich die Menge des in dem Schmiermittel L enthaltenen Wassers ändert, so ändert sich auch die Dielektrizitätskonstante des Schmiermittels L. Wenn der Vorsprung 14ba auf dem Isolierfilm 17 gleitet, so ändert sich infolge dessen die Menge der in der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 induzierten Ladung und die resultierende Spannung zwischen Elektroden ändert sich ebenfalls. Daher kann in dem Wälzlager 10 ein Sensor zum Detektieren der in dem Schmiermittel L enthaltenen Wassermenge durch Überwachen der Spannung zwischen Elektroden auf einfache Weise realisiert werden. Da sich die Dielektrizitätskonstante des Schmiermittels L auch durch den Eintrag von Verschleißpartikeln (Eisenpartikeln) in das Schmiermittel L und die Verschlechterung des Schmiermittels L (thermische Degradation, Abnahme des Grundöls in dem Schmiermittel L) ändert, können der Eintrag von Verschleißpartikeln in das Schmiermittel L und die Verschlechterung des Schmiermittels L auch durch Überwachen der Spannung zwischen Elektroden detektiert werden.
Die in der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 generierte Elektrizität kann in einer Energiespeichereinheit, wie zum Beispiel einem Kondensator, gespeichert werden. Daher kann in dem Wälzlager 10 eine Stromerzeugungsvorrichtung auf einfache Weise realisiert werden.
Wenn die Vorsprünge 14ba in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind, die Anzahlen der ersten Elektroden 15 und der zweiten Elektroden 16 jeweils gleich der Anzahl der Vorsprünge 14ba sind und die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind, so stehen die zeitliche Änderung der ersten Distanz und die zeitliche Änderung der zweiten Distanz in zueinander entgegengesetzten Phasen. Somit können in diesem Fall die Spannung zwischen Elektroden und der zwischen der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 fließende Strom maximiert werden.
In dem Maße, wie die Dicke T abnimmt, steigt die Ladungsmenge, die in der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 induziert wird, wenn der Vorsprung 14ba auf dem Isolierfilm 17 gleitet. Des Weiteren steigt mit abnehmender Distanz DIS die Ladungsmenge, die in der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 induziert wird, wenn der Vorsprung 14ba auf dem Isolierfilm 17 gleitet. Somit können die Spannung zwischen Elektroden und der Strom, der zwischen der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 fließt, durch Verringern der Dicke T und der Distanz DIS erhöht werden.
<Abwandlungen>
Im Folgenden wird eine erste Abwandlung des Wälzlagers 10 beschrieben.
9 ist eine Draufsicht auf eine Abwandlung des Wälzlagers 10. Wie in 9 gezeigt, wird in einer Abwandlung der Käfig 14 aus einem isolierenden Material (zum Beispiel einem Harzmaterial) gebildet. In der ersten Abwandlung werden an der Außenumfangsfläche 14b anstelle von Vorsprüngen 14ba dritte Elektroden R ausgebildet. Somit funktioniert diese Abwandlung auch ähnlich wie das Wälzlager 10.
(Zweite Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines Wälzlagers (im Folgenden als „Wälzlager 10A“ bezeichnet) gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Hier werden vor allem die Unterschiede zur Ausgestaltung des Wälzlagers 10 beschrieben, und sich überschneidende Beschreibungen werden nicht wiederholt.
10 ist eine Draufsicht auf das Wälzlager 10A. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XI-XI in 10. 12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XII-XII in 10. Wie in 10 bis 12 gezeigt, ist das Wälzlager 10A ein Zylinderrollenlager. Das Wälzlager 10A umfasst einen Innenring 11, einen Außenring 12, Wälzkörper 13, einen Käfig 14, erste Elektroden 15, zweite Elektroden 16, einen Isolierfilm 17 und einen Isolierfilm 18. Die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 sind so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 gegeneinander verschoben sind. In diesen Punkten ist die Ausgestaltung des Wälzlagers 10A mit der Ausgestaltung des Wälzlagers 10 identisch.
In dem Wälzlager 10A dienen anstelle des Käfigs 14 die Wälzkörper 13 als dritte Elektroden R. Die Wälzkörper 13 sind zum Beispiel aus einem leitfähigen Material gebildet. In dem Wälzlager 10A ist die erste Distanz die Distanz in der Mittelachsrichtung zwischen dem Wälzkörper 13 und der ersten Elektrode 15 und die zweite Distanz ist die Distanz in der Mittelachsrichtung zwischen dem Wälzkörper 13 und der zweiten Elektrode 16. Der Käfig 14 weist keine Vorsprünge 14ba oder Vertiefungen 14bb auf. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der ersten Elektroden 15 und die Anzahl der zweiten Elektroden 16 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Wälzkörper 13 sind. Die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 sind an einer Seitenfläche der Vertiefung 12ca angeordnet. Der Käfig 14 ist nicht unbedingt aus einem leitfähigen Material gebildet. In diesen Punkten unterscheidet sich die Ausgestaltung des Wälzlagers 10A von der Ausgestaltung des Wälzlagers 10.
In dem Wälzlager 10A wiederholt die erste Elektrode 15 (zweite Elektrode 16) bei einer Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 einen Zustand, in dem sie dem Wälzkörper 13 zugewandt ist, und einen Zustand, in dem sie dem Wälzkörper 13 nicht zugewandt ist. Wenn der Wälzkörper 13 und die erste Elektrode 15 (zweite Elektrode 16) nicht einander zugewandt sind, so kann die erste Distanz (zweite Distanz) als unendlich angesehen werden und daher ändern sich die erste Distanz und die zweite Distanz im zeitlichen Verlauf mit der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 auch in dem Wälzlager 10A.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Wälzlagers 10A beschrieben. Hier werden vor allem die Unterschiede zur Wirkungsweise des Wälzlagers 10 beschrieben, und sich überschneidende Beschreibungen werden nicht wiederholt.
Auch in dem Wälzlager 10A werden, ähnlich wie in dem Wälzlager 10, die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 gegeneinander verschoben sind. Daher wird bei der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 die Spannung zwischen Elektroden generiert und es fließt Strom zwischen der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16. Dementsprechend können auch in dem Wälzlager 10A ein Sensor, der einen Zustand des Wälzlagers detektieren kann, und eine Stromerzeugungsvorrichtung auf einfache Weise realisiert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines Wälzlagers (im Folgenden als „Wälzlager 20“ bezeichnet) gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben.
13 eine Draufsicht auf das Wälzlager 20. 14 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIV-XIV in 13. 15 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XV-XV in 13. Wie in 13 bis 15 gezeigt, ist das Wälzlager 20 ein Kegelrollenlager. Das Wälzlager 20 umfasst einen Innenring 21, einen Außenring 22, Wälzkörper 23, einen Käfig 24, erste Elektroden 25, zweite Elektroden 26, einen Isolierfilm 27 und einen Isolierfilm 28 (siehe 16 und 17 für weitere Details).
Der Innenring 21 weist eine Ringform auf. Der Innenring 21 weist eine Oberseite 21a, eine Unterseite 21b, eine Innenumfangsfläche 21c und eine Außenumfangsfläche 21d auf. Die Oberseite 21a und die Unterseite 21b bilden Endflächen in der Mittelachsrichtung des Wälzlagers 20. Die Außenumfangsfläche 21d weist eine Laufbahnfläche des Innenrings 21 auf. An der Oberseite 21a der Außenumfangsfläche 21 d ist ein Flansch 21e ausgebildet.
Der Außenring 22 weist eine Ringform auf. Der Außenring 22 weist eine Innenumfangsfläche 22a und eine Außenumfangsfläche 22b auf. Die Innenumfangsfläche 22a weist eine Laufbahnfläche des Außenrings 22 auf. Der Außenring 22 wird an der Außenseite des Innenrings 21 so angeordnet, dass die Innenumfangsfläche 22a der Außenumfangsfläche 21d zugewandt ist. Der Außenring 22 wird an einem Gehäuse (nicht gezeigt) angebracht.
Der Wälzkörper 23 weist eine Oberseite 23a, eine Unterseite 23b und eine Seitenfläche 23c auf. Der Durchmesser der Oberseite 23a ist größer als der Durchmesser der Unterseite 23, und die Seitenfläche 23c verläuft in Fortführung der Oberseite 23a und der Unterseite 23b. Die Seitenfläche 23c bildet eine Rollfläche des Walzkörpers 23. Der Wälzkörper 23 weist eine Kegelstumpfform auf. Der Wälzkörper 23 wird so zwischen dem Innenring 21 und dem Außenring 22 angeordnet, dass die Seitenfläche 23c mit der Außenumfangsfläche 21d und der Innenumfangsfläche 22a in Kontakt steht. Der Wälzkörper 23 wird so angeordnet, dass die Oberseite 23a einer Seitenfläche des Flansches 21e zugewandt ist.
Käfig 24 ist ein maschinell bearbeiteter Käfig. Der Käfig 24 dient als dritte Elektroden R. Der Käfig 24 weist eine Ringform auf. Der Käfig 24 weist eine Innenumfangsfläche 24a, eine Außenumfangsfläche 24b und Durchgangslöcher 24c auf. Der Käfig 24 wird zwischen dem Innenring 21 und dem Außenring 22 so angeordnet, dass die Innenumfangsfläche 24a der Außenumfangsfläche 21d zugewandt ist und dass die Außenumfangsfläche 24b der Innenumfangsfläche 22a zugewandt ist. Die Durchgangslöcher 24c verlaufen jeweils durch den Käfig 24 entlang der Dickenrichtung (der Richtung von der Innenumfangsfläche 24a zu der Außenumfangsfläche 24b). Die Anzahl der Durchgangslöcher 24c ist gleich der Anzahl der Wälzkörper 23. In jeder Durchgangsbohrung 24c ist ein Wälzkörper 23 angeordnet. Die Wälzkörper 23 werden daher so in dem Käfig 24 gehalten, dass die Intervalle in der Umfangsrichtung zwischen den Wälzkörpern 23 regelmäßige Intervalle sind. Der Käfig 24 wird zum Beispiel aus einem leitfähigen Material gebildet.
Die Innenumfangsfläche 24a weist Vorsprünge 24aa auf. Die Innenumfangsfläche 24a steht an jedem Vorsprung 24aa zu der der Außenumfangsfläche 24b gegenüberliegenden Seite hervor. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der Vorsprünge 24aa gleich der Anzahl der Wälzkörper 13 ist. Es ist bevorzugt, dass die Vorsprünge 24aa in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Innenumfangsfläche 24a weist Vertiefungen 24ab auf. Die Innenumfangsfläche 24a ist in Richtung der Außenumfangsfläche 24b an jeder Vertiefung 24ab ausgespart. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der Vertiefungen 24ab gleich der Anzahl der Wälzkörper 23 ist. Die Vertiefung 24ab ist zwischen zwei nebeneinander liegenden Vorsprüngen 24aa angeordnet. Das heißt, Vorsprünge 24aa und Vertiefungen 24ab sind abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet.
Die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 werden aus einem leitfähigen Material gebildet. Die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 werden zum Beispiel aus Kupfer oder Kupferlegierung gebildet. Die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 sind jeweils an einer dem Käfig 24 zugewandten Position angeordnet. Genauer gesagt, werden die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 an der Außenumfangsfläche 21d, die an dem Flansch 21e positioniert ist, angeordnet.
Die Anzahl der ersten Elektroden 25 und die Anzahl der zweiten Elektroden 26 sind jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Vorsprünge 24aa. Im Sinne des vorliegenden Textes umfasst die Formulierung „die Anzahl der ersten Elektroden 25 und die Anzahl der zweiten Elektroden 26 sind jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Vorsprünge 24aa“ auch den Fall, dass die Anzahl der ersten Elektroden 25 und die Anzahl der zweiten Elektroden 26 jeweils gleich der Anzahl der Vorsprünge 24aa sind. Die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 werden abwechselnd entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Mehrere erste Elektroden 25 können einstückig ausgebildet werden und mehrere zweite Elektroden 26 können einstückig ausgebildet werden. Die ersten Elektroden 25 sind jedoch von den zweiten Elektroden 26 elektrisch isoliert.
Der Käfig 24 dreht sich entlang der Umfangsrichtung mit einer Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22. Die Distanz in der radialen Richtung zwischen der dritten Elektrode R (in dem Wälzlager 20, Käfig 24) und der ersten Elektrode 25 wird als eine erste Distanz bezeichnet und die Distanz in der radialen Richtung zwischen der dritten Elektrode R und der zweiten Elektrode 26 wird als eine zweite Distanz bezeichnet. Da die Innenumfangsfläche 24a Vorsprünge 24aa (und Vertiefungen 24ab) aufweist, ändern sich die erste Distanz und die zweite Distanz im zeitlichen Verlauf mit der Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 (mit der Drehung des Käfigs 24).
Die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 werden so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 gegeneinander verschoben sind.
In dem Wälzlager 20 werden die Vorsprünge 24aa in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Des Weiteren sind in dem Wälzlager 20 die Anzahl der ersten Elektroden 25 und die Anzahl der zweiten Elektroden 26 jeweils gleich der Anzahl der Vorsprünge 24aa. Darüber hinaus sind in dem Wälzlager 20 die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Daher ist in dem Wälzlager 20 die zweite Elektrode 26 nicht dem Vorsprung 24aa zugewandt, wenn die erste Elektrode 25 dem Vorsprung 24aa zugewandt ist, und die erste Elektrode 25 ist nicht dem Vorsprung 24aa zugewandt, wenn die zweite Elektrode 26 dem Vorsprung 24aa zugewandt ist. Folglich ist die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz die entgegengesetzte Phase zu der Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz.
16 ist eine vergrößerte Ansicht der Region XVI in 14. 17 ist eine vergrößerte Ansicht der Region XVII in 15. Wie in 16 und 17 gezeigt, wird der Isolierfilm 27 auf der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 26 ausgebildet. Der Isolierfilm 27 wird aus einem isolierenden Material gebildet. Der Isolierfilm 27 wird zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (der Isolierfilm 27 ist ein Polytetrafluorethylenfilm) gebildet. Die Dicke T des Isolierfilms 27 ist bevorzugt gleich oder kleiner als 180 µm. Die Dicke T ist des Weiteren bevorzugt gleich oder kleiner als 100 µm. Die Dicke T beträgt zum Beispiel gleich oder größer 12,5 µm. Der Isolierfilm 28 wird zwischen dem Innenring 21 (genauer gesagt, dem Flansch 21e) und jeder der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 26 ausgebildet. Der Isolierfilm 28 wird aus einem isolierenden Material gebildet. Die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 sind somit von dem Innenring 21 elektrisch isoliert.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Wälzlagers 20 beschrieben.
Auch in dem Wälzlager 20 werden, ähnlich wie in dem Wälzlager 10, die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 gegeneinander verschoben sind. Daher wird bei der Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 die Spannung zwischen Elektroden generiert und es fließt Strom zwischen der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 26. Dementsprechend können auch in dem Wälzlager 20 ein Sensor, der einen Zustand des Wälzlagers detektieren kann, und eine Stromerzeugungsvorrichtung auf einfache Weise realisiert werden.
(Vierte Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines Wälzlagers (im Folgenden als „Wälzlager 20A“ bezeichnet) gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Hier werden vor allem die Unterschiede zur Ausgestaltung des Wälzlagers 20 beschrieben, und sich überschneidende Beschreibungen werden nicht wiederholt.
18 ist eine Unteransicht des Wälzlagers 20A. 19 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIX-XIX in 18. 20 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XX-XX in 18. Wie in 18 bis 20 gezeigt, ist das Wälzlager 20A ein Kegelrollenlager. Das Wälzlager 20A umfasst einen Innenring 21, einen Außenring 22, Wälzkörper 23, einen Käfig 24, erste Elektroden 25, zweite Elektroden 26, einen Isolierfilm 27 und einen Isolierfilm 28. Die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 werden so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 gegeneinander verschoben sind. In diesen Punkten ist die Ausgestaltung des Wälzlagers 20A mit der Ausgestaltung des Wälzlagers 20 identisch.
In dem Wälzlager 20A dienen anstelle des Käfigs 24 die Wälzkörper 23 als dritte Elektroden R. Die erste Distanz ist die Distanz in der Mittelachsrichtung zwischen dem Wälzkörper 23 und der ersten Elektrode 25. Die zweite Distanz ist die Distanz in der Mittelachsrichtung zwischen dem Wälzkörper 23 und der zweiten Elektrode 16. Die Wälzkörper 23 werden zum Beispiel aus einem leitfähigen Material gebildet. Der Käfig 24 wird nicht unbedingt aus einem leitfähigen Material gebildet. Der Käfig 24 weist keine Vorsprünge 24aa oder Vertiefungen 24ab auf. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der ersten Elektroden 25 und die Anzahl der zweiten Elektroden 26 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Wälzkörper 23 sind. Die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 werden an einer Seitenfläche eines Flansches 21e angeordnet. In diesen Punkten unterscheidet sich die Ausgestaltung des Wälzlagers 20A von der Ausgestaltung des Wälzlagers 20.
In dem Wälzlager 20A wiederholt die erste Elektrode 25 (zweite Elektrode 26) bei einer Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 einen Zustand, in dem sie dem Wälzkörper 23 zugewandt ist, und einen Zustand, in dem sie dem Wälzkörper 23 nicht zugewandt ist. Wenn der Wälzkörper 23 und die erste Elektrode 25 (zweite Elektrode 26) nicht einander zugewandt sind, so kann die erste Distanz (zweite Distanz) als unendlich angesehen werden und daher ändern sich die erste Distanz und die zweite Distanz im zeitlichen Verlauf mit der Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 auch in dem Wälzlager 20A.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Wälzlagers 20A beschrieben. Hier werden vor allem die Unterschiede zur Wirkungsweise des Wälzlagers 20 beschrieben, und sich überschneidende Beschreibungen werden nicht wiederholt.
Auch in dem Wälzlager 20A werden, ähnlich wie in dem Wälzlager 20, die ersten Elektroden 25 und die zweiten Elektroden 26 so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 gegeneinander verschoben sind. Daher wird bei der Drehung des Innenrings 21 relativ zu dem Außenring 22 die Spannung zwischen Elektroden generiert und es fließt Strom zwischen der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 26. Dementsprechend können auch in dem Wälzlager 20A ein Sensor, der einen Zustand des Wälzlagers detektieren kann, und eine Stromerzeugungsvorrichtung auf einfache Weise realisiert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines Wälzlagers (im Folgenden als „Wälzlager 30“ bezeichnet) gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben.
21 eine Draufsicht auf das Wälzlager 30. 22 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXII-XXII in 21. 23 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXIII-XXIII in 21. Wie in 21 bis 23 gezeigt, ist das Wälzlager 30 ein Kugellager. Das Wälzlager 30 umfasst einen Innenring 31, einen Außenring 32, Wälzkörper 33, einen Käfig 34, erste Elektroden 35, zweite Elektroden 36, einen Isolierfilm 37 und einen Isolierfilm 39 sowie ein Dichtungselement 38.
Der Innenring 31 weist eine Ringform auf. Der Innenring 31 weist eine Innenumfangsfläche 31a und eine Außenumfangsfläche 31b auf. Die Außenumfangsfläche 31b weist eine Laufbahnfläche des Innenrings 31 auf. Eine Welle wird in den Innenring 31 eingesetzt.
Der Außenring 32 weist eine Ringform auf. Der Außenring 32 weist eine Innenumfangsfläche 32a und eine Außenumfangsfläche 32b auf. Die Innenumfangsfläche 32a weist eine Laufbahnfläche des Außenrings 32 auf. Der Außenring 32 wird an der Außenseite des Innenrings 31 so angeordnet, dass die Innenumfangsfläche 32a der Außenumfangsfläche 31b zugewandt ist.
Der Wälzkörper 33 weist eine kugelartige Form auf. Der Wälzkörper 33 weist eine Oberfläche 33a auf. Der Wälzkörper 33 wird so zwischen dem Innenring 31 und dem Außenring 32 angeordnet, dass die Oberfläche 33a mit der Außenumfangsfläche 31b und der Innenumfangsfläche 32a in Kontakt steht.
Der Käfig 34 ist ein gepresster Käfig, wobei ein Stahlblech ausgestanzt wird, um Abschnitte zum Halten der Wälzkörper 33 zu bilden. Der Käfig 34 weist Halteabschnitte 34a und Kopplungsabschnitte 34b auf. Die Halteabschnitte 34a und die Kopplungsabschnitte 34b werden abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Der Halteabschnitt 34a ist ein Abschnitt zum Halten des Wälzkörpers 33. Der Kopplungsabschnitt 34b ist ein Abschnitt, der zwei in der Umfangsrichtung benachbarte Halteabschnitte 34a koppelt. Der Käfig 34 weist einen Vorsprung 34c auf, der entlang der Mittelachsrichtung an dem Abschnitt zum Halten des Wälzkörpers 33 vorsteht. In dem in 21 bis 23 gezeigten Beispiel ist der Halteabschnitt 34a eine gekrümmte Fläche, die der Fläche 33a des Wälzkörpers 33 entspricht, und der gekrümmte Flächenabschnitt ist der Vorsprung 34c an sich. Ein entlang der Mittelachsrichtung vorstehender Abschnitt kann des Weiteren nahe dem Scheitelpunkt des gekrümmten Flächenabschnitts zum Beispiel durch Pressformen ausgebildet werden, um einen Wälzkörper 33 zu halten, und der vorstehende Abschnitt kann als Vorsprung 34c dienen. Das Pressen kann gleichzeitig mit dem Stanzen ausgeführt werden, um Halteabschnitte 34a zu bilden. Das heißt, „der Käfig 34 weist an dem Abschnitt einen Vorsprung 34c auf, der entlang der Mittelachsrichtung vorsteht, um den Wälzkörper 33 zu halten“ umfasst sowohl den Fall, dass der Halteabschnitt 34a der Vorsprung 34c an sich ist, als auch den Fall, dass der Vorsprung 34c an dem Halteabschnitt 34a ausgebildet ist. Die Anzahl der Vorsprünge 34c ist gleich der Anzahl der Wälzkörper 33. Der Käfig 34 dient als dritte Elektroden R. Der Käfig 34 weist eine Ringform auf. Die Wälzkörper 33 werden daher so in dem Käfig 34 gehalten, dass die Intervalle in der Umfangsrichtung zwischen den Wälzkörpern 33 regelmäßige Intervalle sind. Der Käfig 34 wird aus einem leitfähigen Material gebildet.
Das Dichtungselement 38 wird so an dem Außenring 32 angebracht, dass zwischen dem Innenring 31 und dem Außenring 32 ein Lagerraum gebildet wird. Das Dichtungselement 38 kann eine Dichtungsplatte sein oder kann eine Abschirmplatte sein. Das Dichtungselement 38 weist eine Vorderfläche 38a und eine Rückfläche 38b auf. Die Vorderfläche 38a ist eine dem Lagerraum zugewandte Fläche. Oder anders ausgedrückt: die Vorderfläche 38a ist eine Fläche auf der dem Käfig 34 zugewandten Seite. Die Rückfläche 38b ist die der Vorderfläche 38a gegenüberliegende Fläche.
Die erste Elektrode 35 und die zweite Elektrode 36 werden auf dem Dichtungselement 38 angeordnet. Genauer gesagt, werden die erste Elektrode 35 und die zweite Elektrode 36 auf der Vorderfläche 38a angeordnet. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der ersten Elektroden 35 und die Anzahl der zweiten Elektroden 36 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Wälzkörper 33 sind.
Im Sinne des vorliegenden Textes umfasst die Formulierung „die Anzahl der ersten Elektroden 35 und die Anzahl der zweiten Elektroden 36 sind jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Wälzkörper 33“ auch den Fall, dass die Anzahl der ersten Elektroden 15 und die Anzahl der zweiten Elektroden 16 jeweils gleich der Anzahl der Vorsprünge 14ba ist.
Die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 werden abwechselnd entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Mehrere erste Elektroden 35 können einstückig ausgebildet werden und mehrere zweite Elektroden 36 können einstückig ausgebildet werden. Die ersten Elektroden 35 sind jedoch von den zweiten Elektroden 36 elektrisch isoliert.
Der Käfig 34 dreht sich entlang der Umfangsrichtung mit einer Drehung des Innenrings 31 relativ zu dem Außenring 32. Die Distanz in der Mittelachsrichtung zwischen der dritten Elektrode R (in dem Wälzlager 30, Käfig 34) und der ersten Elektrode 35 wird als eine erste Distanz bezeichnet und die Distanz in der Mittelachsrichtung zwischen der dritten Elektrode R und der zweiten Elektrode 36 wird als eine zweite Distanz bezeichnet. Da der Käfig 34 ein gepresster Käfig ist (der Vorsprünge 34c aufweist), wiederholt die erste Elektrode 35 (zweite Elektrode 36) einen Zustand, in dem sie dem Vorsprung 34c zugewandt ist, und einen Zustand, in dem sie dem Vorsprung 34c nicht zugewandt ist, mit der Drehung des Innenrings 31 relativ zu dem Außenring 32 (das heißt mit der Drehung des Käfigs 34) und die erste Distanz und die zweite Distanz ändern sich im zeitlichen Verlauf.
Die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 werden so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des Innenrings 31 relativ zu dem Außenring 32 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des Innenrings 31 relativ zu dem Außenring 32 gegeneinander verschoben sind.
In dem Wälzlager 30 werden die Wälzkörper 33 in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Des Weiteren ist der Käfig 34 in dem Wälzlager 30 ein Presskäfig. Darüber hinaus sind in dem Wälzlager 30 die Anzahl der ersten Elektroden 25 und die Anzahl der zweiten Elektroden 26 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Wälzkörper 33, und die ersten Elektroden 35 und zweiten Elektroden 36 werden in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Da in dem Wälzlager 30 die zweite Elektrode 36 nicht dem Wälzkörper 33 zugewandt ist, wenn die erste Elektrode 35 dem Wälzkörper 33 zugewandt ist, vergrößert sich daher die erste Distanz, während sich die zweite Distanz verringert. Da andererseits die erste Elektrode 35 nicht dem Wälzkörper 33 zugewandt ist, wenn die zweite Elektrode 36 dem Wälzkörper 33 zugewandt ist, vergrößert sich die zweite Distanz, während sich die erste Distanz verringert. Auf diese Weise ist in dem Wälzlager 30 die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz die entgegengesetzte Phase zu der Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz.
Auf den ersten Elektroden 35 und den zweiten Elektroden 36 wird ein Isolierfilm 37 ausgebildet. Der Isolierfilm 37 wird aus einem isolierenden Material gebildet. Der Isolierfilm 37 wird zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (der Isolierfilm 37 ist ein Polytetrafluorethylenfilm) gebildet. Die Dicke T des Isolierfilms 37 ist bevorzugt nicht größer als 180 µm. Die Dicke T ist des Weiteren bevorzugt nicht größer als 100 µm. Die Dicke T beträgt zum Beispiel mindestens 12,5 µm. Der Isolierfilm 39 wird zwischen dem Dichtungselement 38 (genauer gesagt, der Vorderfläche 38a) und jeder der ersten Elektrode 35 und der zweiten Elektrode 36 ausgebildet. Der Isolierfilm 39 wird aus einem isolierenden Material gebildet. Die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 sind somit von dem Dichtungselement 38 elektrisch isoliert.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Wälzlagers 30 beschrieben.
Auch in dem Wälzlager 30 werden, ähnlich wie in dem Wälzlager 10, die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des Innenrings 31 relativ zu dem Außenring 32 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des Innenrings 31 relativ zu dem Außenring 32 gegeneinander verschoben sind. Daher wird bei der Drehung des Innenrings 31 relativ zu dem Außenring 32 die Spannung zwischen Elektroden generiert und es fließt Strom zwischen der ersten Elektrode 35 und der zweiten Elektrode 36. Dementsprechend können auch in dem Wälzlager 30 ein Sensor, der einen Zustand des Wälzlagers detektieren kann, und eine Stromerzeugungsvorrichtung auf einfache Weise realisiert werden.
<Abwandlungen>
Im Folgenden wird eine Abwandlung des Wälzlagers 30 beschrieben. 24 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Abwandlung des Wälzlagers 30. In 24 ist nur die Hälfte des Käfigs 34 auf der Seite der ersten Elektrode 35 und der zweiten Elektrode 36 gezeigt. Wie in 24 gezeigt, weist der Halteabschnitt 34a (Vorsprung 34c) eine Endfläche 34d an seinen distalen Ende (einem Ende auf der Seite der ersten Elektrode 35 und der zweiten Elektrode 36) auf. Die Endfläche 34d verläuft parallel zu der Oberfläche der ersten Elektrode 35 und der Oberfläche der zweiten Elektrode 36.
Es ist bevorzugt, dass die Breite in der Umfangsrichtung der Endfläche 34d gleich der Breite in der Umfangsrichtung der ersten Elektrode 35 und der Breite in der Umfangsrichtung der zweiten Elektrode 36 ist. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Breite in der radialen Richtung der Endfläche 34d gleich der Breite in der radialen Richtung der ersten Elektrode 35 und der Breite in der radialen Richtung der zweiten Elektrode 36 ist.
In der Abwandlung des Wälzlagers 30 kann die generierte Elektrizitätsmenge vergrößert werden, da die Fläche, wo die erste Elektrode 35 (zweite Elektrode 36) der dritten Elektrode R zugewandt ist, vergrößert wird. Darüber hinaus wird bei der Abwandlung des Wälzlagers 30 als Ergebnis der vergrößerten Fläche, wo die erste Elektrode 35 (zweite Elektrode 36) der dritten Elektrode R zugewandt ist, die Kontaktkraft pro Flächeneinheit zwischen der ersten Elektrode 35 (zweiten Elektrode 36) und der dritten Elektrode R reduziert, wodurch der Verschleiß der Elektroden und der Isolierfilm 37 vermieden wird.
Der Käfig 34 wird mit einem ersten Element 34e und einem zweiten Element 34f ausgebildet. Das erste Element 34e ist näher an dem Wälzkörper 33 angeordnet als das zweite Element 34f. Das erste Element 34e ist mit dem zweiten Element 34f integriert. Die näher bei dem Wälzkörper 33 befindliche Fläche des ersten Elements 34e, die an dem Halteabschnitt 34a positioniert ist, weist eine dem Wälzkörper 33 entsprechende Form auf, um den Wälzkörper 33 zu halten. Die Endfläche 34d ist an einem Abschnitt des zweiten Elements 34f ausgebildet, der an dem Halteabschnitt 34a positioniert ist. Da die näher bei dem Wälzkörper 33 befindliche Fläche des ersten Elements 34e, die an dem Halteabschnitt 34a positioniert ist, eine Form aufweist, die der Form des Wälzkörpers 33 entspricht, kann auf diese Weise bei der Abwandlung des Wälzlagers 30 der Halteabschnitt 34a (Vorsprung 34c), der sogar eine Endfläche 34d parallel zu der ersten Elektrode 35 und der zweiten Elektrode 36 aufweist, den Wälzkörper 33 halten.
(Sechste Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines Wälzlagers (im Folgenden als „Wälzlager 40“ bezeichnet) gemäß einer sechsten Ausführungsform beschrieben.
25 ist eine Querschnittsansicht des Wälzlagers 40. 26 ist eine Querschnittsansicht des Wälzlagers 40 in einem Zustand, in dem sich ein inneres Element 41 relativ zu einem äußeren Element 42 dreht. Wie in 25 und 26 gezeigt, ist das Wälzlager 40 ein Radnabenlager. Das Wälzlager 40 umfasst ein inneres Element 41, ein äußeres Element 42 (Außenring), Wälzkörper 43a und Wälzkörper 43b, einen Käfig 44a und einen Käfig 44b, erste Elektroden 45, zweite Elektroden 46 und einen Isolierfilm 47.
Das innere Element 41 umfasst einen Radnabenring 41a und einen Innenring 41b. Eine Außenumfangsfläche des Radnabenrings 41a weist eine Laufbahnfläche 41aa auf. Der Radnabenring 41a weist einen Abschnitt 41ab mit kleinem Durchmesser auf. Die Außenumfangsfläche des Radnabenrings 41a ist in Richtung der Innenumfangsfläche des Radnabenrings 41a an dem Abschnitt 41ab mit kleinem Durchmesser ausgespart. Der Abschnitt 41ab mit kleinen Durchmesser wird so eingesetzt, dass der Innenring 41b an dem Radnabenring 41a ausgebildet ist. Eine Außenumfangsfläche des Innenrings 41b weist eine Laufbahnfläche 41ba auf.
Das äußere Element 42 weist eine Innenumfangsfläche 42a auf. Das äußere Element 42 ist an der Außenseite des inneren Elements 41 so angeordnet, dass die Innenumfangsfläche 42a der Laufbahnfläche 41aa und der Laufbahnfläche 41ba zugewandt ist. Die Innenumfangsfläche 42a weist eine Laufbahnfläche des äußeren Elements 42 auf.
Der Wälzkörper 43a ist zwischen der Laufbahnfläche 41aa und der Innenumfangsfläche 42a angeordnet, und der Wälzkörper 43b ist zwischen der Laufbahnfläche 41ba und der Innenumfangsfläche 42a angeordnet. Das äußere Element 42 weist einen Vorsprung 42b an der Innenumfangsfläche 42a auf. Der Vorsprung 42b steht von der Innenumfangsfläche 42a in Richtung des inneren Elements 41 entlang der radialen Richtung zwischen dem Wälzkörper 43a und dem Wälzkörper 43b vor.
Der Käfig 44a dient als dritte Elektroden R. Der Käfig 44a weist eine Ringform auf. Der Käfig 44a wird aus einem leitfähigen Material gebildet. Die Wälzkörper 43a werden daher so in dem Käfig 44a gehalten, dass die Intervalle in der Umfangsrichtung zwischen den Wälzkörpern 43a regelmäßige Intervalle sind. Der Käfig 44a weist Vorsprünge 44aa auf. Mehrere Vorsprünge 44aa werden in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet. Der Vorsprung 44aa wird so geformt, dass er in Richtung des Vorsprungs 42b auf einer Fläche des Käfigs 44a, die dem Vorsprung 42b zugewandt ist, vorsteht. Der Käfig 44b hält die Wälzkörper 43b so, dass die Intervalle in der Umfangsrichtung zwischen den Wälzkörpern 43b regelmäßige Intervalle sind.
Die ersten Elektroden 45 und die zweiten Elektroden 46 werden aus einem leitfähigen Material gebildet. Die ersten Elektroden 45 und die zweiten Elektroden 46 werden zum Beispiel aus Kupfer oder Kupferlegierung gebildet. Die ersten Elektroden 45 und die zweiten Elektroden 46 werden jeweils an einer dem Käfig 44a zugewandten Position angeordnet. Genauer gesagt, werden die ersten Elektroden 45 und die zweiten Elektroden 46 an Vorsprüngen 42b angeordnet. Die Anzahl der ersten Elektroden 45 und die Anzahl der zweiten Elektroden 46 sind jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Vorsprünge 44aa. Die ersten Elektroden 45 und die zweiten Elektroden 46 werden abwechselnd entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Mehrere erste Elektroden 45 können einstückig ausgebildet werden und mehrere zweite Elektroden 46 können einstückig ausgebildet werden. Die ersten Elektroden 45 sind jedoch von den zweiten Elektroden 46 elektrisch isoliert. Obgleich in den Zeichnungen nicht gezeigt, werden die erste Elektrode 45 und die zweite Elektrode 46 durch einen Isolierfilm, der zwischen ihnen und dem Vorsprung 42b gebildet wird, elektrisch von dem Vorsprung 42b isoliert.
Der Käfig 44a dreht sich entlang der Umfangsrichtung mit einer Drehung des inneren Elements 41 relativ zu dem äußeren Element 42. Die Distanz in der Mittelachsrichtung zwischen der dritten Elektrode R (in dem Wälzlager 40, Käfig 44a) und der ersten Elektrode 45 wird als eine erste Distanz bezeichnet und die Distanz in der Mittelachsrichtung zwischen der dritten Elektrode R und der zweiten Elektrode 16 wird als eine zweite Distanz bezeichnet. Da der Vorsprung 44aa auf einer Fläche ausgebildet wird, die dem Vorsprung 42b des Käfigs 44a zugewandt ist, ändern sich die erste Distanz und die zweite Distanz im zeitlichen Verlauf bei einer Drehung des inneren Elements 41 relativ zu dem äußeren Element 42 (bei Drehung des Käfigs 44a).
Die ersten Elektroden 45 und die zweiten Elektroden 46 werden so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des inneren Elements 41 relativ zu dem äußeren Element 42 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des inneren Elements 41 relativ zu dem äußeren Element 42 gegeneinander verschoben sind.
In dem Wälzlager 40 werden die Vorsprünge 44aa in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Des Weiteren sind in dem Wälzlager 40 die Anzahl der ersten Elektroden 45 und die Anzahl der zweiten Elektroden 46 jeweils gleich der Anzahl der Vorsprünge 44aa, und die ersten Elektroden 45 und die zweiten Elektroden 46 werden in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Daher ist in dem Wälzlager 40 die zweite Elektrode 46 nicht dem Vorsprung 44aa zugewandt, wenn die erste Elektrode 45 dem Vorsprung 44aa zugewandt ist, und die erste Elektrode 45 ist nicht dem Vorsprung 44aa zugewandt, wenn die zweite Elektrode 46 dem Vorsprung 44aa zugewandt ist. Folglich ist die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz die entgegengesetzte Phase zu der Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz.
Auf der ersten Elektrode 45 und der zweiten Elektrode 46 wird ein Isolierfilm 47 ausgebildet. Der Isolierfilm 47 wird aus einem isolierenden Material gebildet. Der Isolierfilm 47 wird zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (der Isolierfilm 47 ist ein Polytetrafluorethylenfilm) gebildet.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Wälzlagers 40 beschrieben.
Auch in dem Wälzlager 40 werden, ähnlich wie in dem Wälzlager 10, die ersten Elektroden 45 und die zweiten Elektroden 46 so angeordnet, dass die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz bei der Drehung des inneren Elements 41 relativ zu dem äußeren Element 42 und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz bei der Drehung des inneren Elements 41 relativ zu dem äußeren Element 42 gegeneinander verschoben sind. Daher wird bei der Drehung des inneren Elements 41 relativ zu dem äußeren Element 42 die Spannung zwischen Elektroden generiert, und es fließt Strom zwischen der ersten Elektrode 45 und der zweiten Elektrode 46. Dementsprechend können auch in dem Wälzlager 40 ein Sensor, der einen Zustand des Wälzlagers detektieren kann, und eine Stromerzeugungsvorrichtung auf einfache Weise realisiert werden.
(Anwendung auf andere Wälzlager)
In einem Wälzlager für Eisenbahnwagen, das ein zweireihiges Zylinderrollenlager verwendet, und einem Wälzlager für Eisenbahnwagen, das ein zweireihiges Kegelrollenlager verwendet, können die ersten Elektroden, die zweiten Elektroden, der Isolierfilm und die dritten Elektroden, die in den ersten bis sechsten Ausführungsformen beschrieben sind, verwendet werden, um ein Wälzlager zu konstruieren, das ähnlich wie die Wälzlager 10 bis Wälzlager 40 funktioniert.
(Siebte Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines Wälzlagers (im Folgenden als „Wälzlager 50“ bezeichnet) gemäß einer siebten Ausführungsform beschrieben. Hier werden vor allem die Unterschiede zum Wälzlager 30 beschrieben, und sich überschneidende Beschreibungen werden nicht wiederholt.
27 eine Draufsicht auf das Wälzlager 50. 28 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVIII-XXVIII in 27. Wie in 27 und 28 gezeigt, enthält das Wälzlager 50 einen Innenring 31, einen Außenring 32, Wälzkörper 33 und einen Käfig 34. Das Wälzlager 50 enthält des Weiteren erste Elektroden 35 und zweite Elektroden 36, einen Isolierfilm 37 und dritte Elektroden R.
In dem Wälzlager 50 sind die Wälzkörper 33 Kugeln. 29 ist eine perspektivische Ansicht eines Substrats 51 in dem Wälzlager 50. In 29 ist der Isolierfilm 37 nicht veranschaulicht. 30 ist eine Querschnittsansicht des Substrats 51 in dem Wälzlager 50. Wie in 29 und 30 gezeigt, werden auf dem Substrat 51 erste Elektroden 35 und zweite Elektroden 36 ausgebildet. Das Substrat 51 weist eine Ringform auf.
Das Substrat 51 weist eine Innenumfangsfläche 51a und eine Außenumfangsfläche 51b auf. Die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 werden an der Innenumfangsfläche 51a ausgebildet. Genauer gesagt, wird an der Innenumfangsfläche 51a ein Substrat 52 ausgebildet, und die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 werden auf dem Substrat 52 ausgebildet. Das Substrat 52 wird aus einem Harzmaterial, wie zum Beispiel Polyimid, gebildet, und die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 werden zum Beispiel aus einem Kupferfilm (Cu) gebildet. Die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 werden durch Anbringen einer Kupferfolie auf dem Substrat 52 und Strukturieren der Kupferfolie gebildet. Das heißt, die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 können durch ein ähnliches Verfahren wie dem für flexible Leiterplatten hergestellt werden.
Die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 können direkt an der Innenumfangsfläche 51a, zum Beispiel durch Plattieren, ohne dazwischen liegendes Substrat 52 ausgebildet werden. Wenn die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 ohne dazwischen liegendes Substrat 52 ausgebildet werden, so wird das Substrat 51 aus einem isolierenden Material gebildet.
Das Substrat 51 wird an der Innenumfangsfläche 32a an der Außenumfangsfläche 51b angebracht. Auf diese Weise werden die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 am Außenring 32 im Inneren des Wälzlagers angebracht, und ihre Positionen relativ zu dem Außenring 32 werden fixiert.
Ein Herausführungsdraht 53 und ein Herausführungsdraht 54 werden elektrisch mit der ersten Elektrode 35 bzw. der zweiten Elektrode 36 gekoppelt. Der Herausführungsdraht 53 und der Herausführungsdraht 54 werden mit einer nicht gezeigten Energiespeichereinheit, wie zum Beispiel einem elektrischen Doppelschichtkondensator oder einer Sekundärbatterie, verbunden.
Wie in 30 gezeigt, wird auf den Oberflächen der ersten Elektrode 35 und der zweiten Elektrode 36 einen Isolierfilm 37 ausgebildet. Der Isolierfilm 37 ist zum Beispiel ein Polytetrafluorethylen (PTFE)-Film. Der Isolierfilm 37 kann ein Film aus diamantartigem Kohlenstoff (Diamond-Like Carbon, DLC) sein. Der Isolierfilm 37 weist eine Dicke T auf. Die Dicke T ist bevorzugt nicht größer als 100 µm. Der Isolierfilm 37 wird durch Eintauchen in ein flüssiges Material oder durch Beschichten mit einem flüssigen Material und Aushärten des flüssigen Materials hergestellt. Der Isolierfilm 37 kann durch Anbringen eines folienartigen Isolierfilms 37 auf der ersten Elektrode 35 und der zweiten Elektrode 36 gebildet werden.
Das Wälzlager 50 weist ein ringförmiges Element 55 auf. Das ringförmige Element 55 weist eine Ringform auf. Das ringförmige Element 55 wird aus einem leitfähigen Material gebildet. 31 ist eine perspektivische Ansicht des ringförmigen Elements 55 in dem Wälzlager 50. Wie in 31 gezeigt, weist das ringförmige Element 55 eine Innenumfangsfläche 55a und eine Außenumfangsfläche 55b auf. Das ringförmige Element 55 wird an der Außenumfangsfläche 31b so angebracht, dass die Innenumfangsfläche 55a den ersten Elektroden 35 und den zweiten Elektroden 36 zugewandt ist, wobei ein Isolierfilm 37 dazwischen angeordnet ist.
Die Außenumfangsfläche 55b weist Vorsprünge 55c auf. Der Vorsprung 55c steht in Richtung der der Innenumfangsfläche 55a gegenüberliegenden Seite vor. Der Vorsprung 55c bildet die dritte Elektrode R. Es werden mehrere Vorsprünge 55c ausgebildet. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der Vorsprünge 55c gleich der Anzahl der ersten Elektroden 35 und der Anzahl der zweiten Elektroden 36 ist. Die Vorsprünge 55c werden in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet.
Da, wie oben beschrieben, das ringförmige Element 55 mit den Vorsprüngen 55c (dritte Elektroden R) an dem Innenring 31 angebracht wird, werden die Positionen der Vorsprünge 55c (dritte Elektroden R) relativ zu dem Innenring 31 fixiert, und die dritten Elektroden R werden im Inneren des Wälzlagers angeordnet.
Bei der Drehung des Innenrings 31 wiederholt die erste Elektrode 35 (zweite Elektrode 36) einen Zustand, in dem sie dem Vorsprung 55c (dritte Elektrode R) zugewandt ist, und einen Zustand, in dem sie dem Vorsprung 55c nicht zugewandt ist. Die erste Distanz und die zweite Distanz ändern sich daher im zeitlichen Verlauf mit der Drehung des Innenrings 31. Die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz sind gegeneinander verschoben. Genauer gesagt, sind in dem Wälzlager 50 die Anzahl der ersten Elektroden 35 und die Anzahl der zweiten Elektroden 36 gleich der Anzahl der dritten Elektroden R (Vorsprünge 55c), die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 werden abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet und die dritten Elektroden R (Vorsprünge 55c) werden in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Dementsprechend sind die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz entgegengesetzte Phasen. In dem Wälzlager 50 ist die erste Distanz die Distanz zwischen der ersten Elektrode 35 und der dritten Elektrode R in der radialen Richtung und die zweite Distanz ist die Distanz zwischen der zweiten Elektrode 36 und der dritten Elektrode R in der radialen Richtung.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Wälzlagers 50 beschrieben.
Wie oben beschrieben, ändern sich in dem Wälzlager 50 die erste Distanz und die zweite Distanz im zeitlichen Verlauf mit der Drehung des Innenrings 31 und die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz werden gegeneinander verschoben. Daher wird in den ersten Elektroden 35 und den zweiten Elektroden 36 Elektrizität generiert. Da die ersten Elektroden 35, die zweiten Elektroden 36, der Isolierfilm 37 und die dritten Elektroden R, die Komponenten zum Erzeugen von Elektrizität sind, allesamt im Inneren des Lagers angeordnet sind, hat das Wälzlager 50 eine in das Lagerinnere integrierte Stromerzeugungsfunktion.
<Erste Abwandlung>
Im Folgenden wird eine erste Abwandlung des Wälzlagers 50 beschrieben.
32 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Substrats 51 in der ersten Abwandlung des Wälzlagers 50. Wie in 32 gezeigt, wird auf dem Isolierfilm 37 ein Beschichtungsfilm 57 ausgebildet. Der Beschichtungsfilm 57 wird zum Beispiel aus einem Nickellegierungsfilm gebildet. Der Nickellegierungsfilm ist ein Film, der aus einer nickelhaltigen Legierung gebildet ist. Der Beschichtungsfilm 57 kann aus DLC gebildet werden. Obgleich ein Beispiel eines auf dem Isolierfilm 37 gebildeten Beschichtungsfilms 57 beschrieben wurde, kann der Beschichtungsfilm 57 auch auf den dritten Elektroden R (Vorsprüngen 55c) gebildet werden oder kann sowohl auf dem Isolierfilm 37 als auch auf den dritten Elektroden R gebildet werden. Die erste Abwandlung kann die Verschleißfestigkeit verbessern.
<Zweite Abwandlung>
Im Folgenden wird eine zweite Abwandlung des Wälzlagers 50 beschrieben.
In der zweiten Abwandlung wird ein ringförmiges Element 56 anstelle des ringförmigen Elements 55 verwendet. Das ringförmige Element 56 weist eine Ringform auf. Das ringförmige Element 56 wird aus einem isolierenden Material gebildet. 33 ist eine perspektivische Ansicht eines ringförmigen Elements 56 in der zweiten Abwandlung des Wälzlagers 50. Wie in 33 gezeigt, weist das ringförmige Element 56 eine Innenumfangsfläche 56a und eine Außenumfangsfläche 56b auf. Das ringförmige Element 56 wird an der Außenumfangsfläche 32b so angebracht, dass die Innenumfangsfläche 56a den ersten Elektroden 35 und den zweiten Elektroden 36 zugewandt ist, wobei ein Isolierfilm 37 dazwischen angeordnet ist.
Die Außenumfangsfläche 56b weist Vertiefungen 56c auf. Die Vertiefungen 56c werden in Richtung der Innenumfangsfläche 56a ausgespart. Es werden mehrere Vertiefungen 56c ausgebildet. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der Vertiefungen 56c gleich der Anzahl der ersten Elektroden 35 und der Anzahl der zweiten Elektroden 36 ist. Die Vertiefungen 56c werden in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. In jeder Vertiefung 56c wird ein leitfähiges Material als die dritte Elektrode R ausgebildet. Da das ringförmige Element 56, wie oben beschrieben, an dem Innenring 31 angebracht wird, werden die Positionen der Vertiefungen 56c (dritte Elektroden R) relativ zu dem Innenring 31 fixiert und die dritten Elektroden R werden im Inneren des Wälzlagers angeordnet.
<Dritte Abwandlung>
Im Folgenden wird eine dritte Abwandlung des Wälzlagers 50 beschrieben.
34 ist eine Querschnittsansicht der dritten Abwandlung des Wälzlagers 50. In der dritten Abwandlung werden, wie in 34 gezeigt, die erste Elektrode 35 und die zweite Elektrode 36 an dem Außenring 32 (genauer gesagt, an der Innenumfangsfläche 32a) anstelle des Substrats 51 ausgebildet. In der dritten Abwandlung wird die dritte Elektrode R an dem Innenring 31 (genauer gesagt, an der Außenumfangsfläche 31b) anstelle des ringförmigen Elements 55 ausgebildet. Die erste Elektrode 35 und die zweite Elektrode 36 werden von dem Außenring 32 durch einen Isolierfilm 59a elektrisch isoliert und die dritte Elektrode R wird von dem Innenring 31 durch einen Isolierfilm 59b elektrisch isoliert. Auch bei der dritten Abwandlung ändern sich die erste Distanz und die zweite Distanz im zeitlichen Verlauf mit der Drehung des Innenrings 31 und die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz werden gegeneinander verschoben. Dementsprechend funktioniert die dritte Abwandlung ähnlich wie das Wälzlager 50.
(Achte Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines Wälzlagers (im Folgenden als „Wälzlager 60“ bezeichnet) gemäß einer achten Ausführungsform beschrieben. Hier werden vor allem die Unterschiede zur Ausgestaltung des Wälzlagers 50 beschrieben, und sich überschneidende Beschreibungen werden nicht wiederholt.
35 eine Draufsicht auf das Wälzlager 60. 36 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXXVI-XXXVI in 35. 37 ist eine vergrößerte Ansicht der Region XXXVII in 36. Wie in 35 bis 37 gezeigt, ist das Wälzlager 60 ein Rillenkugellager und umfasst einen Innenring 31, einen Außenring 32, Wälzkörper 33 und einen Käfig 34. Das Wälzlager 60 umfasst des Weiteren erste Elektroden 35, zweite Elektroden 36, einen Isolierfilm 37, dritte Elektroden R, ein Substrat 51, einen Herausführungsdraht 53, einen Herausführungsdraht 54 und ein ringförmiges Element 55.
Das Wälzlager 60 unterscheidet sich von dem Wälzlager 50 dadurch, dass es zusätzlich ein Dichtungselement 58 umfasst. Das Dichtungselement 58 verschließt mindestens einen Teil des Lagerraums zwischen dem Außenring 32 und dem Innenring 31. Das Dichtungselement 58 wird an dem Außenring 32 angebracht. Das Dichtungselement 58 weist eine erste Fläche 58a und eine zweite Fläche 58b auf. Die erste Fläche 58a ist eine dem Lagerraum zugewandte Fläche. Die zweite Fläche 58b ist die der ersten Fläche 58a gegenüberliegende Fläche. In dem Wälzlager 60 ist die erste Distanz die Distanz zwischen der dritten Elektrode R und der ersten Elektrode 35 in der Mittelachsrichtung und die zweite Distanz ist die Distanz zwischen der dritten Elektrode R und der zweiten Elektrode 36 in der Mittelachsrichtung.
Das Wälzlager 60 unterscheidet sich von dem Wälzlager 50 hinsichtlich der Details der Ausgestaltung der ersten Elektroden 35, der zweiten Elektroden 36 und des Substrats 51. 38 ist eine perspektivische Ansicht des Substrats 51 in dem Wälzlager 60. Wie in 38 gezeigt, weist das Substrat 51 eine dritte Fläche 51c und eine vierte Fläche 51d auf. Die vierte Fläche 51d ist die der dritten Fläche 51c gegenüberliegende Fläche. Das Substrat 51 wird so auf dem Dichtungselement 58 angeordnet, dass die vierte Fläche 51d der ersten Fläche 58a zugewandt ist.
Die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 werden auf der dritten Fläche 51c angeordnet. Das Wälzlager 60 und das Wälzlager 50 sind sich dahingehend gleich, dass die ersten Elektroden 35 und die zweiten Elektroden 36 abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet werden.
Das Wälzlager 60 unterscheidet sich von dem Wälzlager 50 hinsichtlich der Details der Ausgestaltung der dritten Elektroden R und des ringförmigen Elements 55. 39 ist eine perspektivische Ansicht des ringförmigen Elements 55 in dem Wälzlager 60. Wie in 39 gezeigt, weist das ringförmige Element 55 eine erste Fläche 55d und eine zweite Fläche 55e auf. Die zweite Fläche 55e ist die der ersten Fläche 55d gegenüberliegende Fläche.
Die erste Fläche 55d weist Vorsprünge 55f auf. Die Vorsprünge 55f stehen in Richtung der der zweiten Fläche 55e gegenüberliegenden Seite vor. Die Vorsprünge 55f bilden dritte Elektroden R. Das ringförmige Element 55 wird so an dem Innenring 31 angebracht, dass die erste Fläche 55d den ersten Elektroden 35 und den zweiten Elektroden 36 zugewandt ist, wobei ein Isolierfilm 37 dazwischen angeordnet ist.
Das Wälzlager 60 und das Wälzlager 50 sind sich dahingehend gleich, dass Vorsprünge 55f in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet werden, dass die Anzahl der Vorsprünge 55f gleich der Anzahl der ersten Elektroden 35 und der Anzahl der zweiten Elektroden 36 ist, dass sich die erste Distanz und die zweite Distanz mit der Drehung des Innenrings 31 ändern und dass die Phase der zeitlichen Abwandlung der ersten Distanz und die Phase der zeitlichen Abwandlung der zweiten Distanz gegeneinander verschoben werden.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Wälzlagers 60 beschrieben. Hier werden vor allem die Unterschiede zur Wirkungsweise des Wälzlagers 50 beschrieben, und sich überschneidende Beschreibungen werden nicht wiederholt.
Auch in dem Wälzlager 60 ändern sich die erste Distanz und die zweite Distanz im zeitlichen Verlauf mit der Drehung des Innenrings 31 und die Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz und die Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz werden gegeneinander verschoben. Daher wird in den ersten Elektroden 35 und den zweiten Elektroden 36 Elektrizität generiert. Da die ersten Elektroden 35, die zweiten Elektroden 36, der Isolierfilm 37 und die dritten Elektroden R, die Komponenten zum Erzeugen von Elektrizität sind, allesamt im Inneren des Lagers angeordnet sind, hat auch das Wälzlager 60 eine in das Lagerinnere integrierte Stromerzeugungsfunktion.
<Abwandlung>
Im Folgenden wird eine Abwandlung des Wälzlagers 60 beschrieben.
In einer Abwandlung wird ein ringförmiges Element 56 anstelle des ringförmigen Elements 55 verwendet. Das ringförmige Element 56 weist eine Ringform auf. Das ringförmige Element 56 wird aus einem isolierenden Material gebildet. 40 ist eine perspektivische Ansicht des ringförmigen Elements 56 in einer Abwandlung des Wälzlagers 60. Wie in 40 gezeigt, weist das ringförmige Element 56 eine erste Fläche 56d und eine zweite Fläche 56e auf. Das ringförmige Element 56 wird so an dem Innenring 11 angebracht, dass die erste Fläche 56d den ersten Elektroden 15 und den zweiten Elektroden 16 zugewandt ist, wobei ein Isolierfilm 37 dazwischen angeordnet ist. Auf der ersten Fläche 56d werden dritte Elektroden R ausgebildet. Die dritten Elektroden werden in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Somit funktioniert diese Abwandlung auch ähnlich wie das Wälzlager 60.
(Neunte Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung einer Stromerzeugungsvorrichtung (im Folgenden als „Stromerzeugungsvorrichtung 100“ bezeichnet) gemäß einer neunten Ausführungsform beschrieben.
41 ist ein Blockdiagramm einer Stromerzeugungsvorrichtung 100. Wie in 41 gezeigt, umfasst die Stromerzeugungsvorrichtung 100 ein Wälzlager 10 und eine Energiespeichereinheit 70. In der Stromerzeugungsvorrichtung 100 können anstelle des Wälzlagers 10 das Wälzlager 10A, das Wälzlager 20, das Wälzlager 20A, das Wälzlager 30, das Wälzlager 40, das Wälzlager 50 oder das Wälzlager 60 verwendet werden. Die Energiespeichereinheit 70 wird zum Beispiel mit einem Kondensator ausgestaltet. Die Energiespeichereinheit 70 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 verbunden. Somit wird die Elektrizität, die in der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 durch die Drehung des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 generiert wird, in der Energiespeichereinheit 70 gespeichert.
(Zehnte Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines mit Sensoren versehenen Wälzlagers (im Folgenden als „mit einem Sensor versehenes Wälzlager 200“ bezeichnet) gemäß einer zehnten Ausführungsform beschrieben.
42 ist ein Blockdiagramm des mit einem Sensor versehenen Wälzlagers 200. Wie in 42 gezeigt, umfasst das mit einem Sensor versehene Wälzlager 200 ein Wälzlager 10 und eine Detektionseinheit 80. In dem mit einem Sensor versehenen Wälzlager 200 können anstelle des Wälzlagers 10 das Wälzlager 10A, das Wälzlager 20, das Wälzlager 20A, das Wälzlager 30, das Wälzlager 40, das Wälzlager 50 oder das Wälzlager 60 verwendet werden.
Die Detektionseinheit 80 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 15 und der zweiten Elektrode 16 verbunden. Die Detektionseinheit 80 ist dafür ausgestaltet, die Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14 auf der Grundlage der Spannung zwischen Elektroden zu detektieren. Die Detektionseinheit 80 kann dafür ausgestaltet sein, die Drehzahl des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 auf der Grundlage der Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14 zu schätzen. Die Drehzahl des Innenrings 11 relativ zu dem Außenring 12 wird durch eine Berechnung geschätzt, bei der die Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs 14, die auf der Grundlage der Spannung zwischen Elektroden detektiert wurde, mit einem zuvor festgelegten Koeffizienten multipliziert wird. Die Detektionseinheit 80 kann dafür ausgestaltet sein, einen Zustand des ins Innere des Wälzlagers 10 geleiteten Schmiermittels L (zum Beispiel die Menge des in dem Schmiermittel L enthaltenen Wassers, die Menge der in dem Schmiermittel L enthaltenen Verschleißpartikel, den Grad der Verschlechterung des Schmiermittels L) auf der Grundlage der Spannung zwischen Elektroden zu detektieren. Die Detektionseinheit 80 kann mit zweckmäßigen elektronischen Schaltungen ausgestaltet werden. Die Detektionseinheit 80 wird zum Beispiel mit einem Mikrocomputer ausgestaltet.
Obgleich oben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, eignen sich die obigen Ausführungsformen für verschiedene Abwandlungen. Der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung soll nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt sein. Der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen gezeigt und es ist beabsichtigt, dass alle Abwandlungen innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzumfangs der Ansprüche hiermit in den Schutzumfang der Erfindung aufgenommen sind.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die obigen Ausführungen werden bevorzugt insbesondere auf Wälzlager wie zum Beispiel Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Kugellager, Radnabenlager und Wälzlager für Eisenbahnwagen angewendet.
Bezugszeichenliste

10: Wälzlager,
10A: Wälzlager,
11a: Innenumfangsfläche,
11b: Außenumfangsfläche,
12: Außenring,
12a: Oberseite,
12b: Unterseite,
12c: Innenumfangsfläche,
12ca: Vertiefung,
12cb, 12cc: Flansch,
13: Wälzkörper,
13a: Oberseite,
13b: Unterseite,
14: Käfig,
14a: Innenumfangsfläche,
14b: Außenumfangsfläche,
14ba: Vorsprung,
14bb: Vertiefung,
14c: Durchgangsloch,
15: erste Elektrode,
16: zweite Elektrode,
17, 18: Isolierfilm,
20: Wälzlager,
20A: Wälzlager,
21: Innenring,
21a: Oberseite,
21b: Unterseite,
21c: Innenumfangsfläche,
21d: Außenumfangsfläche,
21e: Flansch,
22: Außenring,
22a: Innenumfangsfläche,
22b: Außenumfangsfläche,
23: Wälzkörper,
23a: Oberseite,
23b: Unterseite,
23c: Seitenfläche,
24: Käfig,
24a: Innenumfangsfläche,
24aa: Vorsprung,
24ab: Vertiefung,
24b: Außenumfangsfläche,
24c: Durchgangsloch,
25: erste Elektrode,
26: zweite Elektrode,
27, 28: Isolierfilm,
30: Wälzlager,
31: Innenring,
31a: Innenumfangsfläche,
31b: Außenumfangsfläche,
32: Außenring,
32a: Innenumfangsfläche,
32b: Außenumfangsfläche,
33: Wälzkörper,
33a: Oberfläche,
34: Käfig,
34a: Halteabschnitt,
34b: Kopplungsabschnitt,
34c: Vorsprung,
34d: Endfläche,
34e: erstes Element,
34f: zweites Element,
35: erste Elektrode,
36: zweite Elektrode,
37: Isolierfilm,
38: Dichtungselement,
38a: Vorderfläche,
38b: Rückfläche,
39: Isolierfilm,
40: Wälzlager,
41: inneres Element,
41a: Radnabenring,
41aa: Laufbahnfläche,
41b: Innenring,
41ba: Laufbahnfläche,
41ab: Abschnitt mit kleinen Durchmesser,
42: äußeres Element,
42a: Innenumfangsfläche,
42b: Vorsprung,
43a, 43b: Wälzkörper,
44a: Käfig,
44aa: Vorsprung,
44b: Käfig,
45: erste Elektrode,
46: zweite Elektrode,
47: Isolierfilm,
50: Wälzlager,
51: Substrat,
51a: Innenumfangsfläche,
51b: Außenumfangsfläche,
51c: dritte Fläche,
51d: vierte Fläche,
52: Substrat,
53: Herausführungsdraht,
54: Herausführungsdraht,
55: ringförmiges Element,
55a: Innenumfangsfläche,
55b: Außenumfangsfläche,
55c: Vorsprung,
55d: erste Fläche,
55e: zweite Fläche,
55f: Vorsprung,
56: ringförmiges Element,
56a: Innenumfangsfläche,
56b: Außenumfangsfläche,
56c: Vertiefung,
56d: erste Fläche,
56e: zweite Fläche,
57: Beschichtungsfilm,
58: Dichtungselement,
58a: erste Fläche,
58b: zweite Fläche,
59a, 59b: Isolierfilm,
60: Wälzlager,
70: Energiespeichereinheit,
80: Detektionseinheit,
100: Stromerzeugungsvorrichtung,
200: mit Sensor versehenes Wälzlager,
DIS: Distanz,
L: Schmiermittel,
R: dritte Elektrode,
T: Dicke.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008019933 [0002, 0004]
JP 2017160974 [0003, 0004]
JP 2018038692 [0003, 0004]
JP 2003262646 [0004]

Claims

Wälzlager, umfassend: einen ortsfesten Ring mit einer ersten zugewandten Fläche; einen Drehring mit einer zweiten zugewandten Fläche, die der ersten zugewandten Fläche zugewandt ist, wobei sich der Drehring relativ zu dem ortsfesten Ring dreht; Wälzkörper, die zwischen der ersten zugewandten Fläche und der zweiten zugewandten Fläche angeordnet sind; einen Käfig, der die Wälzkörper hält; erste Elektroden und zweite Elektroden; dritte Elektroden, die in ihrer Position relativ zu dem Drehring, ihrer Position relativ zu den Wälzkörpern oder ihrer Position relativ zu dem Käfig fixiert sind; und einen Isolierfilm, der auf Flächen der ersten Elektroden und der zweiten Elektroden oder Flächen der dritten Elektroden gebildet ist, wobei die dritten Elektroden jeweils so angeordnet sind, dass sich eine erste Distanz, die eine Distanz von der ersten Elektrode ist, und eine zweite Distanz, die eine Distanz von der zweiten Elektrode ist, mit der Drehung des Drehrings relativ zu dem ortsfesten Ring ändern, und eine Phase der zeitlichen Änderung der ersten Distanz gegenüber einer Phase der zeitlichen Änderung der zweiten Distanz verschoben ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, wobei die Wälzkörper oder der Käfig als die dritten Elektroden dienen.
Wälzlager nach Anspruch 2, wobei die Wälzelemente Kugeln sind, der Käfig als die dritten Elektroden dient und der Käfig einen Vorsprung aufweist, der entlang einer Mittelachsrichtung an einem Abschnitt vorsteht, der jeden Wälzkörper hält.
Wälzlager nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Wälzkörper in regelmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind, die Anzahl der ersten Elektroden und die Anzahl der zweiten Elektroden jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Wälzkörper sind und die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind.
Wälzlager nach Anspruch 2, wobei der Käfig als die dritten Elektroden dient und eine Fläche des Käfigs, die den ersten Elektroden zugewandt ist, Vorsprünge aufweist, die jeweils in Richtung der ersten Elektrode vorstehen.
Wälzlager nach Anspruch 5, wobei die Vorsprünge in regelmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind, die Anzahl der ersten Elektroden und die Anzahl der zweiten Elektroden jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Vorsprünge sind und die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 2 bis 6, des Weiteren umfassend ein Dichtungselement, das einen Lagerraum zwischen dem ortsfesten Ring und dem Drehring definiert, wobei die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden auf einer Fläche auf der Lagerraumseite des Dichtungselements angeordnet sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Isolierfilm ein Film ist, der aus einem elektrifizierbaren Material gebildet ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Isolierfilm ein Polytetrafluorethylenfilm ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Isolierfilm eine Dicke von gleich oder weniger als 100 µm aufweist.
Wälzlager nach Anspruch 1, wobei die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden in einem Lagerraum zwischen dem ortsfesten Ring und dem Drehring angeordnet sind und in ihrer Position relativ zu dem ortsfesten Ring fixiert sind und die dritten Elektroden in dem Lagerraum angeordnet und in ihrer Position relativ zu dem Drehring fixiert sind.
Wälzlager nach Anspruch 1, wobei der Isolierfilm eine Dicke von gleich oder weniger als 100 µm aufweist.
Wälzlager nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, des Weiteren umfassend ein erstes ringförmiges Element, das aus einem leitfähigen Material gebildet ist und an der zweiten zugewandten Fläche angebracht ist, wobei das erste ringförmige Element eine erste Fläche aufweist, die der ersten zugewandten Fläche zugewandt ist, und eine zweite Fläche aufweist, die der zweiten zugewandten Fläche zugewandt ist, die erste Fläche einen Vorsprung aufweist, der in eine der zweiten Fläche entgegengesetzte Richtung vorsteht, und der Vorsprung die dritte Elektrode bildet.
Wälzlager nach Anspruch 11 oder 12, des Weiteren umfassend ein zweites ringförmiges Element, das an der zweiten zugewandten Fläche angebracht ist, wobei das zweite ringförmige Element eine erste Fläche aufweist, die der ersten zugewandten Fläche zugewandt ist, und eine zweite Fläche aufweist, die der zweiten zugewandten Fläche zugewandt ist, und die erste Fläche eine Vertiefung aufweist, die in Richtung der zweiten Fläche ausgespart ist, wobei die dritte Elektrode in der Vertiefung angeordnet ist.
Wälzlager nach Anspruch 11 oder 12, des Weiteren umfassend ein Substrat, das eine Ringform aufweist und an der ersten zugewandten Fläche angebracht ist, wobei das Substrat eine dritte Fläche aufweist, die der zweiten zugewandten Fläche zugewandt ist, und eine vierte Fläche aufweist, die der ersten zugewandten Fläche zugewandt ist, und die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden auf der dritten Fläche ausgebildet sind.
Wälzlager nach Anspruch 11 oder 12, des Weiteren umfassend ein Dichtungselement, das den Lagerraum mindestens teilweise verschließt, wobei die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden auf einer Fläche auf der Lagerraumseite des Dichtungselements angeordnet sind.
Wälzlager nach Anspruch 11 oder 12, wobei die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden an dem ortsfesten Ring ausgebildet sind.
Wälzlager nach Anspruch 11 oder 12, wobei die dritten Elektroden an dem Drehring ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden abwechselnd in regelmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind, die dritten Elektroden in regelmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind und die Anzahl der dritten Elektroden gleich der Anzahl der ersten Elektroden und der Anzahl der zweiten Elektroden ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 11 bis 19, des Weiteren umfassend einen Beschichtungsfilm, der auf mindestens einem von Folgenden ausgebildet ist, dem Isolierfilm oder auf den dritten Elektroden.
Wälzlager nach Anspruch 20, wobei der Beschichtungsfilm aus DLC gebildet ist.
Wälzlager nach Anspruch 20, wobei der Beschichtungsfilm aus einer nickelhaltigen Legierung gebildet ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei der Isolierfilm aus DLC gebildet ist.
Mit einem Sensor versehenes Wälzlager, umfassend: das Wälzlager nach einem der Ansprüche 2 bis 10; und eine Detektionseinheit, die eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs auf der Grundlage einer Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert.
Mit einem Sensor versehenes Wälzlager nach Anspruch 24, wobei die Detektionseinheit in der Lage ist, eine Drehzahl des ortsfesten Rings relativ zu dem Drehring auf der Grundlage der Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs zu schätzen.
Mit einem Sensor versehenes Wälzlager, umfassend: das Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 23; und eine Detektionseinheit, die einen Zustand von in das Innere des Wälzlagers geleitetem Schmiermittel auf der Grundlage einer Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert.
Mit einem Sensor versehenes Wälzlager nach Anspruch 26, wobei der durch die Detektionseinheit detektierte Zustand des Schmiermittels die in dem Schmiermittel enthaltene Wassermenge ist.