JP2003227526A - Bearing with sensor - Google Patents
Bearing with sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、車両などの移動体
の軸受装置やギヤボックスなど、あるいは、産業機械や
音響、情報、映像機器など精密機器などに使用されるセ
ンサ付軸受装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing device for a moving body such as a vehicle or a gear box, or a bearing device with a sensor used for precision equipment such as industrial machinery, sound, information, and video equipment.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図６に示すような回転軸を支持する軸受
装置５１は、回転精度や耐久性など高い信頼性が要求さ
れることが多い。このような軸受装置５１は、運転状態
を監視するために、センサ５２が取付けられ、運転中に
変化する温度や振動などが計測される。センサ５２は、
温度や振動を検出する検出部５３を備えている。そし
て、これらの検出部５３は、信号線５４で温度や振動の
情報を出力するため、図６のように計測の対象となる軸
受５５を保持するハウジング５６などに取付けられる
か、軸受の外表面に取付けられる。信号線５４は、温度
や振動の情報を計測する計測装置５７まで配線される。
計測装置５７は、検出部５３によって得られた情報を処
理して記録計５８に記録したり、処理された情報を基に
軸受装置５１の健全性を評価したり、必要に応じて警報
装置５９などを作動させたりする。また、電力を必要と
する検出部５３には、別途電力を供給するための電線を
電源から配線する。2. Description of the Related Art A bearing device 51 for supporting a rotary shaft as shown in FIG. 6 is often required to have high reliability such as rotation accuracy and durability. In such a bearing device 51, a sensor 52 is attached in order to monitor the operating state, and temperature, vibration, etc. that change during operation are measured. The sensor 52 is
A detection unit 53 that detects temperature and vibration is provided. Since these detecting portions 53 output information on temperature and vibration through the signal line 54, they are attached to the housing 56 or the like which holds the bearing 55 to be measured as shown in FIG. 6 or the outer surface of the bearing. Mounted on. The signal line 54 is wired up to a measuring device 57 that measures information on temperature and vibration.
The measuring device 57 processes the information obtained by the detecting part 53 and records it in the recorder 58, evaluates the soundness of the bearing device 51 based on the processed information, and if necessary, an alarm device 59. Etc. In addition, an electric wire for separately supplying electric power is wired from the power supply to the detection unit 53 that requires electric power.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、軸受装
置の熱や振動は、軸受の回転輪及び固定輪と転動体との
転接面において発生する。よって、軸受装置の内部で発
生している熱や振動を直接測定することはできなかっ
た。However, heat and vibration of the bearing device are generated at the rolling contact surfaces of the rotating and fixed wheels of the bearing and the rolling elements. Therefore, it was not possible to directly measure the heat or vibration generated inside the bearing device.
【０００４】センサは、軸受やハウジングを伝わってき
た温度や振動を計測することとなる。したがって、従来
の方法では、伝わってきた温度や振動を検出するため、
検出の応答性が悪い。そして、実際に熱や振動が発生し
ている部位の温度や振動は、計測された温度や振動と経
験則を基に解析することによって求めなければならな
い。The sensor measures the temperature and vibration transmitted through the bearing and the housing. Therefore, in the conventional method, in order to detect the transmitted temperature and vibration,
Poor detection response. Then, the temperature and vibration of the part where heat and vibration are actually generated must be obtained by analyzing based on the measured temperature and vibration and empirical rules.
【０００５】また、保持器など温度や振動の発生源がセ
ンサの検出部から離れるとともに、伝わる経路が変わる
ことによって、検出できる信号の信頼性が低下する。そ
のため、熱や振動の発生源を予め予測してセンサを取付
けなければ、信頼性の高い計測ができないとともに、熱
や振動の発生源を特定することが難しい。Further, the source of temperature or vibration such as a retainer is separated from the detecting portion of the sensor, and the route of transmission is changed, so that the reliability of the detectable signal is lowered. Therefore, unless a sensor for predicting the source of heat or vibration is attached in advance, highly reliable measurement cannot be performed, and it is difficult to specify the source of heat or vibration.
【０００６】各検出部は、検出した情報を信号線で出力
するので、取付け可能な場所が限られる。また、頻繁に
着脱が行われる軸受装置に取付けられるセンサは、軸受
装置とともに着脱されることとなる。したがって、軸受
装置の着脱の度に信号線を配線し直さなければならず、
着脱を繰返すうちに信号線を破損する可能性がある。Since each detector outputs the detected information through the signal line, the place where it can be attached is limited. Further, the sensor attached to the bearing device, which is frequently attached and detached, is attached and detached together with the bearing device. Therefore, the signal line must be rewired each time the bearing device is attached or detached,
The signal line may be damaged during repeated installation and removal.
【０００７】さらに、外部電源を必要とするセンサを取
付ける場合は、電力を供給するケーブルを信号線ととも
に配線しなければならない。そして、このケーブルも信
号線と同様に、軸受装置の着脱の度に配線し直さなけれ
ばならなくなる。Further, when mounting a sensor requiring an external power source, a cable for supplying power must be wired together with a signal line. As with the signal line, this cable must be rewired every time the bearing device is attached or detached.
【０００８】そこで、本発明は、取付け場所の制約の少
ないセンサを備えることで、汎用性に優れたセンサ付軸
受装置を提供することを目的とする。[0008] Therefore, an object of the present invention is to provide a bearing device with a sensor, which is excellent in versatility, by providing a sensor with less restrictions on the mounting place.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によるセンサ付軸
受装置は、固定輪と、回転輪と、固定輪及び回転輪のそ
れぞれに転接する複数の転動体と、これらの転動体の間
隔を所定の間隔に保つ保持器とを有する軸受に、球状に
形成された半導体製のセンサベースと、このセンサベー
スの表面の一部に巻き付けられたコイルと、センサベー
スの表面に形成されたセンサ回路とを有するセンサを少
なくとも１つ備える。In a bearing device with a sensor according to the present invention, a fixed ring, a rotary ring, a plurality of rolling elements rollingly contacting each of the fixed ring and the rotary ring, and a gap between these rolling elements are predetermined. A ball-shaped semiconductor sensor base, a coil wound around a part of the surface of the sensor base, and a sensor circuit formed on the surface of the sensor base. At least one sensor having
【００１０】このときセンサは、固定輪、回転輪、転動
体、保持器の内の少なくとも１つに取付けるか、固定輪
の外表面と回転輪の外表面とをそれぞれ延長することで
囲まれる固定輪と回転輪との間の空間内に配置する。At this time, the sensor is attached to at least one of a fixed ring, a rotating ring, a rolling element, and a cage, or is fixed by being surrounded by extending the outer surface of the fixed ring and the outer surface of the rotating ring, respectively. It is placed in the space between the wheel and the rotating wheel.
【００１１】また、センサ回路は、コイルによって受信
される電磁波を利用して発電し、発電された電力で検出
対象を検出し、この検出した信号を電波で送信する。Further, the sensor circuit uses electromagnetic waves received by the coil to generate electric power, detects the detection target with the generated electric power, and transmits the detected signal by radio waves.
【００１２】そして、センサ回路は、電磁波を受信する
受信回路と、この受信回路で受信した電磁波を利用して
電力を発生する発電回路と、検出対象を検出する検出回
路と、この検出回路で検出した信号を処理する制御回路
と、この制御回路で処理された信号を電波で送信する送
信回路とを備える。また、検出回路は、温度、振動、圧
力、回転速度の内の少なくとも１つを検出する。The sensor circuit includes a receiving circuit that receives an electromagnetic wave, a power generating circuit that generates electric power by using the electromagnetic wave received by the receiving circuit, a detection circuit that detects a detection target, and a detection circuit that detects the detection target. And a transmission circuit for transmitting the signal processed by the control circuit by radio waves. Further, the detection circuit detects at least one of temperature, vibration, pressure, and rotation speed.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態のセンサ
付軸受装置１について、図１から図３を参照して説明す
る。図１に示すセンサ付軸受装置１は、ハウジング２
と、このハウジング２に固定された２つの軸受３とを備
えている。軸受３は、ハウジング２に固定される固定輪
としての外輪４と、回転する軸が挿入されてこの軸とと
もに回転する回転輪としての内輪５と、複数の転動体６
と、保持器７と、外輪４に支持されたシールド８とを備
えている。転動体６は、外輪４と内輪５のそれぞれに転
接し、回転する周方向に対して等配になるように保持器
７によって互いの間隔を保持されている。保持器７は、
図２に示すように軸受２の周方向に沿って環状に形成さ
れており、転動体６と遊嵌する孔７ａが設けられてい
る。また、保持器７は、外周面７ｂから有底の穴７ｃが
設けられており、センサ９が接着剤などで埋設されてい
る。シールド８は、電磁波や電波を遮蔽しない材質、例
えば、合成樹脂などがよい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A bearing device with a sensor 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The bearing device 1 with a sensor shown in FIG.
And two bearings 3 fixed to the housing 2. The bearing 3 includes an outer ring 4 as a fixed ring fixed to the housing 2, an inner ring 5 as a rotating wheel into which a rotating shaft is inserted and rotates together with the shaft, and a plurality of rolling elements 6.
And a cage 7 and a shield 8 supported by the outer ring 4. The rolling elements 6 are in rolling contact with the outer ring 4 and the inner ring 5, respectively, and are held at a distance from each other by a cage 7 so as to be evenly arranged in the rotating circumferential direction. The cage 7 is
As shown in FIG. 2, it is formed in an annular shape along the circumferential direction of the bearing 2 and has a hole 7a in which the rolling element 6 is loosely fitted. Further, the cage 7 is provided with a bottomed hole 7c from the outer peripheral surface 7b, and the sensor 9 is embedded with an adhesive or the like. The shield 8 is preferably made of a material that does not shield electromagnetic waves and radio waves, such as synthetic resin.
【００１４】なお、センサ９は、図２に示すように転動
体６に対してセンサ付軸受装置１の回転中心軸に沿う方
向に配置されてもよいし、転動体６に対してセンサ付軸
受装置１の回転中心軸の回転方向、すなわち、転動体６
と転動体６の間に配置してもよい。また、センサ９を複
数設けてもよい。The sensor 9 may be arranged in the direction along the rotation center axis of the sensor-equipped bearing device 1 with respect to the rolling element 6 as shown in FIG. Rotation direction of the central axis of rotation of the device 1, that is, the rolling element 6
It may be arranged between the rolling element 6 and the rolling element 6. Also, a plurality of sensors 9 may be provided.
【００１５】センサ９は、半導体、例えばシリコン製で
あり、図３に示すように球状に形成されている。センサ
９の表面９ａには、センサ回路１０がエッチングなどに
より形成されている。センサ回路１０は、受信回路１１
と、発電回路１２と、検出回路１３と、制御回路１４
と、送信回路１５とを備えている。また、センサ９の表
面９ａに沿って、大円を含む範囲に送受信用のアンテナ
として機能するコイル１６が巻き付けられている。ま
た、センサ９は、センサ回路１０とコイル１６を保護す
るために、樹脂など絶縁性の保護膜１７で覆う。なお、
コイル１６は、エッチングなどでセンサ９の表面９ａに
直接形成してもよい。The sensor 9 is made of a semiconductor such as silicon, and has a spherical shape as shown in FIG. A sensor circuit 10 is formed on the surface 9a of the sensor 9 by etching or the like. The sensor circuit 10 includes a receiving circuit 11
, Power generation circuit 12, detection circuit 13, and control circuit 14
And a transmission circuit 15. Further, along the surface 9a of the sensor 9, a coil 16 functioning as an antenna for transmission and reception is wound in a range including a great circle. The sensor 9 is covered with an insulating protective film 17 such as resin in order to protect the sensor circuit 10 and the coil 16. In addition,
The coil 16 may be directly formed on the surface 9a of the sensor 9 by etching or the like.
【００１６】受信回路１１は、コイル１６と接続され、
電磁波Ｅや指令信号の電波Ｒを受信し、それぞれを分波
する。発電回路１２は、コイル１６から受信された電磁
波Ｅを利用して発電し、各回路１１，１３，１４，１５
に電力を供給する。検出回路１３は、検出対象を検出す
るための回路、具体的には、トランジスタのベースエミ
ッタ間の順方向ｐｎ接合電圧が温度によって変化するこ
とを応用した温度検出回路などを備えている。制御回路
１４は、検出回路１３で検出された信号を処理するとも
に、処理した信号を送信回路１５に出力する。送信回路
１５は、制御回路１４から出力された信号に基いてコイ
ル１６から電波Ｒを送信する。また、送信回路１５は、
検出回路１３で検出された信号をそのまま電波Ｒに変換
して出力してもよい。なお、受信回路１１と送信回路１
５は、電磁波Ｅや指令信号の電波Ｒを受信する機能と、
出力信号としての電波Ｒを送信する機能とをともに備え
た送受信回路としてもよい。また、受信回路１１は、電
磁波Ｅを受信する電磁波受信回路と指令信号を受信する
電波受信回路に分けてもよい。また、コイル１６につい
ても、電磁波Ｅを受信する電磁波用コイルと電波Ｒを送
受信する電波用コイルとに分けて設けてもよいし、受信
用と送信用、あるいは、電磁波受信用と電波受信用と電
波送信用に分けて設けてもよい。The receiving circuit 11 is connected to the coil 16,
The electromagnetic wave E and the radio wave R of the command signal are received, and each is demultiplexed. The power generation circuit 12 uses the electromagnetic wave E received from the coil 16 to generate power, and the circuits 11, 13, 14, 15
Supply power to. The detection circuit 13 includes a circuit for detecting an object to be detected, specifically, a temperature detection circuit to which the forward pn junction voltage between the base and emitter of the transistor changes depending on the temperature. The control circuit 14 processes the signal detected by the detection circuit 13 and outputs the processed signal to the transmission circuit 15. The transmission circuit 15 transmits the radio wave R from the coil 16 based on the signal output from the control circuit 14. In addition, the transmission circuit 15
The signal detected by the detection circuit 13 may be directly converted into the radio wave R and output. The receiving circuit 11 and the transmitting circuit 1
5 has a function of receiving an electromagnetic wave E and a radio wave R of a command signal,
A transmission / reception circuit having both a function of transmitting the radio wave R as an output signal may be used. Further, the receiving circuit 11 may be divided into an electromagnetic wave receiving circuit that receives the electromagnetic wave E and a radio wave receiving circuit that receives a command signal. Also, the coil 16 may be separately provided for an electromagnetic wave coil for receiving the electromagnetic wave E and an electromagnetic wave coil for transmitting and receiving the electromagnetic wave R, or for receiving and transmitting, or for electromagnetic wave receiving and electromagnetic wave receiving. You may provide separately for electric wave transmission.
【００１７】センサ付軸受装置１と離れた位置には、制
御装置１８を設ける。制御装置１８は、電磁波送信装置
１９と、監視装置２０と、警報装置２１とを備えてい
る。電磁波送信装置１９は、センサ９が発電に利用する
電磁波Ｅを送信する。監視装置２０は、センサ９の送信
回路１５によって送信された信号を受信し、評価すると
ともに、受信した信号を記録する。また、監視装置２０
は、センサ９に対して指令信号の電波Ｒを送信し、セン
サ９に出力信号としての電波Ｒを出力させることができ
る。そして、評価した信号が各センサに対して予め設定
された閾値を超える場合、監視装置２０は、警報装置２
１を作動させる。警報装置２１は、予め各センサに対し
て設定された閾値を超える信号が検出されたことをリレ
ー回路などによって表示や音などで利用者に報知する。
このとき、必要に応じて、センサ付軸受装置１が組み込
まれた機械や装置を停止させてもよい。A control device 18 is provided at a position distant from the bearing device with sensor 1. The control device 18 includes an electromagnetic wave transmission device 19, a monitoring device 20, and an alarm device 21. The electromagnetic wave transmission device 19 transmits the electromagnetic wave E used by the sensor 9 for power generation. The monitoring device 20 receives and evaluates the signal transmitted by the transmission circuit 15 of the sensor 9 and records the received signal. In addition, the monitoring device 20
Can transmit a radio wave R of a command signal to the sensor 9 and cause the sensor 9 to output the radio wave R as an output signal. Then, when the evaluated signal exceeds the preset threshold value for each sensor, the monitoring device 20 causes the alarm device 2 to
Activate 1. The alarm device 21 informs the user that a signal exceeding a threshold value set in advance for each sensor is detected by a relay circuit or the like by displaying or sounding.
At this time, the machine or the device in which the bearing device with a sensor 1 is incorporated may be stopped if necessary.
【００１８】なお、制御装置１８は、同時に複数のセン
サ付軸受装置、及びこのセンサ付軸受装置に搭載される
複数のセンサに対応することで、より高度で複合的な監
視を行うことが可能である。また、センサ９との無線通
信用に監視装置２０が備える電波Ｒの送受信機能を電磁
波送信装置１９の電磁波Ｅの送信機能と組み合わせて、
電磁波送受信装置としてもよい。Note that the control device 18 can simultaneously perform a plurality of sensor-equipped bearing devices and a plurality of sensors mounted on the sensor-equipped bearing devices to enable more advanced and complex monitoring. is there. Further, by combining the function of transmitting and receiving the radio wave R included in the monitoring device 20 for wireless communication with the sensor 9 with the function of transmitting the electromagnetic wave E of the electromagnetic wave transmitting device 19,
It may be an electromagnetic wave transmitting / receiving device.
【００１９】次に、センサ付軸受装置１の動作について
説明する。センサ付軸受装置１は、電磁波送信装置１９
によって制御装置１８から出力された電磁波Ｅをセンサ
９のコイル１６から受信する。受信された電磁波Ｅは、
発電回路１２で電力に変換され、各回路１１，１３，１
４，１５に供給される。センサ付軸受装置１が運転され
ると、転動体６と外輪４及び内輪５との転接面は、転が
り摩擦によって発熱する。発生した熱は、転動体６から
保持器７を経て、あるいは、外輪４と内輪５に挟まれた
空間２２にあるグリースなどの潤滑剤によって、保持器
７に取付けられたセンサ９に伝わる。検出回路１３の温
度検出回路は、検出された温度に応じた信号を制御回路
１４に対して出力する。出力された信号は、制御回路１
４において、増幅、数値化などの処理が行われ、送信回
路１５を経由してコイル１６から送信される。そして、
送信された信号は、制御装置１８で受信され、監視装置
２０で各センサ毎に予め設定されている閾値と比較評価
される。Next, the operation of the bearing device with sensor 1 will be described. The sensor-equipped bearing device 1 includes an electromagnetic wave transmission device 19
The electromagnetic wave E output from the controller 18 is received from the coil 16 of the sensor 9. The received electromagnetic wave E is
It is converted into electric power by the power generation circuit 12, and each circuit 11, 13, 1
4,15 are supplied. When the sensor-equipped bearing device 1 is operated, the rolling contact surfaces of the rolling elements 6 and the outer ring 4 and the inner ring 5 generate heat due to rolling friction. The generated heat is transmitted to the sensor 9 attached to the cage 7 from the rolling elements 6 through the cage 7, or by a lubricant such as grease in the space 22 sandwiched between the outer ring 4 and the inner ring 5. The temperature detection circuit of the detection circuit 13 outputs a signal according to the detected temperature to the control circuit 14. The output signal is the control circuit 1
In 4, the processing such as amplification and digitization is performed, and the data is transmitted from the coil 16 via the transmission circuit 15. And
The transmitted signal is received by the control device 18, and is compared and evaluated by the monitoring device 20 with a threshold value set in advance for each sensor.
【００２０】以上のように、本実施形態のセンサ付軸受
装置１は、制御装置１８の電磁波送信装置１９から送信
された電磁波Ｅをコイル１６で受信し、この電磁波Ｅを
発電回路１２で電力に変換する。また、検出回路１３で
検出した温度に対応する信号は、送信回路１５によって
コイル１６から電波Ｒで出力される。すなわち、センサ
付軸受装置１は、電磁波Ｅを利用して外部から電力が供
給されるので、電力を供給するためのケーブルが必要な
いとともに、検出された信号を電波Ｒで送信するので、
信号線も必要ない。As described above, in the bearing device with a sensor 1 according to this embodiment, the electromagnetic wave E transmitted from the electromagnetic wave transmitting device 19 of the control device 18 is received by the coil 16, and this electromagnetic wave E is converted into electric power by the power generation circuit 12. Convert. Further, the signal corresponding to the temperature detected by the detection circuit 13 is output from the coil 16 by the radio wave R by the transmission circuit 15. That is, since the sensor-equipped bearing device 1 is supplied with electric power from the outside by using the electromagnetic wave E, a cable for supplying the electric power is not required and the detected signal is transmitted by the radio wave R.
No signal line is required.
【００２１】したがって、本実施形態のセンサ付軸受装
置１は、軸受３の回転輪（本実施形態では内輪５）や保
持器７など有線でセンサを取付けられないような部位の
ほか、産業機械などに装着されるスピンドルユニットな
ど着脱が頻繁に行われる部品などにも適用することがで
き、汎用性に優れている。また、電力が電磁波Ｅで供給
され、電池などの消耗部品を備えていないので、分解が
困難な部位に適用するセンサ付軸受装置としても適して
いる。Therefore, the bearing device with a sensor 1 according to the present embodiment includes the rotating wheel of the bearing 3 (inner ring 5 in the present embodiment), the retainer 7 and other parts where the sensor cannot be attached by wire, and the industrial machine and the like. It can also be applied to parts that are frequently attached and detached, such as the spindle unit that is attached to, and has excellent versatility. Further, since electric power is supplied by the electromagnetic wave E and no consumable parts such as batteries are provided, it is also suitable as a bearing device with a sensor applied to a site that is difficult to disassemble.
【００２２】なお、センサ付軸受装置１に取付けられセ
ンサ９は、１つの軸受３に対して１つでもよいし、複数
取付けてもよい。また、センサ９から送信される信号
は、所定の時間間隔毎に一定の時間送信してもよいし、
制御装置１８から送られてくる指令信号に応じて検出し
た信号を送信するようにしても良い。The number of sensors 9 attached to the bearing device with sensor 1 may be one for one bearing 3 or may be multiple. Further, the signal transmitted from the sensor 9 may be transmitted at a predetermined time interval for a fixed time,
The detected signal may be transmitted in response to the command signal sent from the control device 18.
【００２３】次に、本発明の第２の実施形態のセンサ付
軸受装置２３について、図３及び図４を参照して説明す
る。なお、第１の実施形態のセンサ付軸受装置１と同じ
構成については、同一の符号を付してその説明を省略す
る。Next, a sensor-equipped bearing device 23 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The same components as those of the bearing device with sensor 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００２４】センサ付軸受装置２３は、図４に示すよう
に軸受３の外輪４と内輪５の間に挟まれた空間２２に、
図３に示すセンサ９を配置している。つまり、センサ９
が、軸受３の空間２２に注入されているグリースなどの
潤滑剤に浮遊した状態である。また、センサ９は、検出
回路１３に温度を検出する温度検出回路を備えている。As shown in FIG. 4, the bearing device with sensor 23 has a space 22 sandwiched between the outer ring 4 and the inner ring 5 of the bearing 3,
The sensor 9 shown in FIG. 3 is arranged. That is, the sensor 9
Is suspended in a lubricant such as grease injected into the space 22 of the bearing 3. The sensor 9 also includes a temperature detection circuit for detecting the temperature in the detection circuit 13.
【００２５】なお、センサ９は、潤滑剤とともに空間を
動き回るので、センサ９の表面９ａを耐磨耗性に優れた
保護膜１７で覆うと耐久性が向上するのでよい。耐磨耗
性の保護膜１７として具体的には、ＤＬＣ（Diamond Li
ke Carbon）などをコーティングするとよい。Since the sensor 9 moves around in the space together with the lubricant, it is preferable that the surface 9a of the sensor 9 is covered with the protective film 17 having excellent abrasion resistance to improve the durability. As the abrasion-resistant protective film 17, specifically, DLC (Diamond Li
ke Carbon) is recommended.
【００２６】第２の実施形態のセンサ付軸受装置２３
は、空間２２に配置されたセンサ９が、電磁波Ｅを受信
して発電し、この電力を使用してセンサ９の周りの潤滑
剤の温度を検出回路１３で計測する。そして、計測され
た温度の信号を電波Ｒで送信する。Bearing device with sensor 23 of the second embodiment
The sensor 9 arranged in the space 22 receives the electromagnetic wave E to generate electric power, and the electric power is used to measure the temperature of the lubricant around the sensor 9 by the detection circuit 13. Then, the signal of the measured temperature is transmitted by the radio wave R.
【００２７】このように、第２の実施形態のセンサ付軸
受装置２３は、運転中の潤滑剤の温度を直接計測するこ
とができるので、温度を計測する検出応答性がよく、軸
受３の焼付きの防止などに効果的であり、機械装置など
の運転状態の監視に適している。また、センサ９への電
力の供給を電磁波Ｅによって行い、センサからの信号の
出力を電波Ｒで行うので、電力供給用のケーブルや信号
出力用の信号線が不要である。したがって、センサ付軸
受装置２３は、スピンドルユニットのように頻繁に機械
装置から着脱されるような部品や、ケーブルや信号線を
配線することができない部位に適用することができ、汎
用性に優れている。As described above, the sensor-equipped bearing device 23 of the second embodiment can directly measure the temperature of the lubricant during operation, so that the detection response of the temperature is good and the bearing 3 burns. It is effective in preventing sticking and is suitable for monitoring the operating status of machinery and other equipment. Further, since the electric power is supplied to the sensor 9 by the electromagnetic wave E and the signal from the sensor is output by the radio wave R, a cable for power supply and a signal line for signal output are unnecessary. Therefore, the sensor-equipped bearing device 23 can be applied to parts such as a spindle unit that are frequently attached to and detached from a mechanical device, or parts where cables and signal lines cannot be wired, and are excellent in versatility. There is.
【００２８】なお、第２の実施形態のセンサ付軸受装置
２３は、第１の実施形態のセンサ付軸受装置１のよう
に、センサ９を保持器７にも備えてもよい。また、セン
サ９は、空間２２や保持器７に複数配置してもよい。The sensor-equipped bearing device 23 of the second embodiment may be provided with the sensor 9 in the retainer 7 as in the sensor-equipped bearing device 1 of the first embodiment. Further, a plurality of sensors 9 may be arranged in the space 22 or the cage 7.
【００２９】次に、本発明の第３の実施形態のセンサ付
軸受装置２４について、図３及び図５を参照して説明す
る。なお、第１の実施形態のセンサ付軸受装置１または
第２の実施形態のセンサ付軸受装置２３と同じ構成につ
いては、同一の符号を付してその説明を省略する。Next, a bearing device 24 with a sensor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those of the sensor-equipped bearing device 1 of the first embodiment or the sensor-equipped bearing device 23 of the second embodiment are designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
【００３０】センサ付軸受装置２４は、図５に示すよう
に軸受３の内輪５に空間２２に面して開口する有底の穴
５ａを設け、この穴５ａに図３に示すセンサ９を入れて
接着剤や樹脂などでモールド固定している。このときセ
ンサ９の検出回路１３を空間に向けるとともに、モール
ド固定によって取付ける。このセンサ９は、センサ回路
１０の検出回路１３に温度を検出する温度検出回路と、
振動を検出する振動検出回路を備えている。As shown in FIG. 5, the bearing device with sensor 24 is provided with a bottomed hole 5a which opens toward the space 22 in the inner ring 5 of the bearing 3, and the sensor 9 shown in FIG. 3 is inserted into this hole 5a. The mold is fixed with an adhesive or resin. At this time, the detection circuit 13 of the sensor 9 is directed to the space and is attached by mold fixing. The sensor 9 includes a temperature detection circuit for detecting temperature in a detection circuit 13 of the sensor circuit 10,
A vibration detection circuit for detecting vibration is provided.
【００３１】第３の実施形態のセンサ付軸受装置２４
は、内輪５に取付けられたセンサ９が、電磁波Ｅを受信
して発電し、その電力で内輪５の温度を計測して電波Ｒ
を送信する。したがって、センサ９へ電力を供給するケ
ーブルが不要であるとともに、検出した信号を出力する
信号線も不要である。そして、内輪５にセンサ９を取付
けているので、内輪５を伝わってきた温度や振動を直接
計測することができる。Bearing device with sensor 24 of the third embodiment
The sensor 9 attached to the inner ring 5 receives the electromagnetic wave E to generate electric power, measures the temperature of the inner ring 5 with the electric power, and transmits the radio wave R.
To send. Therefore, a cable for supplying electric power to the sensor 9 is unnecessary, and a signal line for outputting the detected signal is also unnecessary. Since the sensor 9 is attached to the inner ring 5, the temperature and vibration transmitted through the inner ring 5 can be directly measured.
【００３２】また、振動は加速度として検出されるの
で、センサ９を回転輪である内輪５に取付けた場合、こ
の振動検出回路を利用して、センサ９にかかる遠心力か
ら、内輪５が支持する軸の回転速度を求めることができ
る。すなわち、遠心力Ｆは、センサ９の回転半径をｒ、
回転角速度をω、遠心力Ｆを受ける部材の質量をｍ、と
すると、Ｆ＝ｍｒω２であり、このときセンサ９に作用
する加速度αは、α＝ｒω２となる。したがって、セン
サ９を決められた半径ｒの位置に取付けることによっ
て、軸受３に保持されている軸の回転角速度ωを容易に
求めることができる。Further, since vibration is detected as acceleration, when the sensor 9 is attached to the inner ring 5 which is a rotating wheel, this vibration detection circuit is used to support the inner ring 5 from the centrifugal force applied to the sensor 9. The rotation speed of the shaft can be obtained. That is, the centrifugal force F changes the radius of gyration of the sensor 9 to r,
When the rotational angular velocity is ω and the mass of the member that receives the centrifugal force F is m, F = mrω 2 , and the acceleration α acting on the sensor 9 at this time is α = rω 2 . Therefore, by mounting the sensor 9 at the position of the determined radius r, the rotational angular velocity ω of the shaft held by the bearing 3 can be easily obtained.
【００３３】また、センサ９を埋没しないようにモール
ド固定すると、センサ９は、潤滑剤に直接触れる。した
がって、潤滑剤の温度を直接計測することができるとと
もに、潤滑剤の温度変化に対する応答性が向上する。セ
ンサ９の検出回路１３を穴５ａから突出させてモールド
固定するとより効果的である。When the sensor 9 is fixed to the mold so as not to be buried, the sensor 9 directly contacts the lubricant. Therefore, the temperature of the lubricant can be directly measured, and the responsiveness to the temperature change of the lubricant is improved. It is more effective to project the detection circuit 13 of the sensor 9 from the hole 5a and fix it to the mold.
【００３４】以上のように、第３の実施形態のセンサ付
軸受装置２４は、内輪５と転動体６の転接面から近い位
置で温度や振動を検出することができるので、温度や振
動の変化に対して応答性がよく、検出される値の信頼性
も高い。また、内輪５や潤滑剤の温度を直接計測するこ
とができるので、機械装置などの予防保全や、精密機器
の軸受の温度管理に適している。なお、内輪５に設けた
穴５ａと同様の穴を固定輪である外輪４に設け、ここに
センサ９を取付けてもよい。As described above, since the bearing device with sensor 24 of the third embodiment can detect temperature and vibration at a position close to the rolling contact surface between the inner ring 5 and the rolling element 6, the temperature and vibration can be detected. Responsiveness to changes is high, and the detected value is highly reliable. Further, since the temperature of the inner ring 5 and the lubricant can be directly measured, it is suitable for preventive maintenance of mechanical devices and the like, and temperature control of bearings of precision equipment. A hole similar to the hole 5a provided in the inner ring 5 may be provided in the outer ring 4, which is a fixed ring, and the sensor 9 may be attached thereto.
【００３５】さらに、センサ付軸受装置２４は、センサ
９への電力の供給を電磁波Ｅによって行い、センサから
の信号の出力を電波Ｒで行うので、電力供給用のケーブ
ルや信号出力用の信号線が不要である。したがって、セ
ンサ付軸受装置２４は、スピンドルユニットのように頻
繁に機械装置から着脱されるような部品や、ケーブルや
信号線を配線することができない部位に適用することが
でき、汎用性に優れている。Further, since the bearing device with sensor 24 supplies electric power to the sensor 9 by the electromagnetic wave E and outputs the signal from the sensor by the radio wave R, a cable for electric power supply and a signal output signal line. Is unnecessary. Therefore, the bearing device with sensor 24 can be applied to parts such as a spindle unit that are frequently attached to and detached from a mechanical device, or a portion where a cable or a signal line cannot be wired, and is excellent in versatility. There is.
【００３６】なお、第１から第３の実施形態のセンサ付
軸受装置は、センサの検出回路が温度検出回路のほか
に、振動、圧力、回転速度などの検出に対応した回路を
それぞれ備えることで、センサに作用する振動、圧力、
回転速度などを計測することができる。各回路は、それ
ぞれ別々のセンサの検出回路１３に設け、各センサ９を
それぞれ軸受３の外輪４、内輪５、保持器７に取付けて
もよいし、このうちの複数を検出回路１３に備えて対応
する検出対象を検出するようにしてもよい。また、各セ
ンサ９は、第１の実施形態のように保持器７に取付けて
もよいし、第３の実施形態のように内輪５に取付けても
よい。また、第２の実施形態のように検出回路１３に温
度検出回路を備えたセンサ９のように、圧力を計測する
検出回路を供えたセンサを空間２２に配置してもよい。
さらに、内輪５に設けた穴５ａと同様の穴を外輪４に設
けてセンサ９を別途取付けると、外輪４の温度や振動な
どを直接計測することができる。In the sensor-equipped bearing devices according to the first to third embodiments, the detection circuit of the sensor is provided with the temperature detection circuit and the circuits corresponding to the detection of vibration, pressure, rotation speed, etc., respectively. , Vibration, pressure acting on the sensor,
Rotational speed can be measured. Each circuit may be provided in the detection circuit 13 of a separate sensor, and each sensor 9 may be attached to the outer ring 4, the inner ring 5, and the retainer 7 of the bearing 3, respectively, or a plurality of them may be provided in the detection circuit 13. The corresponding detection target may be detected. Further, each sensor 9 may be attached to the cage 7 as in the first embodiment, or may be attached to the inner ring 5 as in the third embodiment. Further, a sensor provided with a detection circuit for measuring pressure, such as the sensor 9 including the temperature detection circuit in the detection circuit 13 as in the second embodiment, may be arranged in the space 22.
Further, if a hole similar to the hole 5a provided in the inner ring 5 is provided in the outer ring 4 and the sensor 9 is separately attached, the temperature and vibration of the outer ring 4 can be directly measured.
【００３７】また、第１または第３の実施形態のセンサ
で振動や回転速度あるいは圧力を検出する別の方法とし
て、多数の電極を内面に備えた中空の球状に形成された
半導体製のシェルと、この電極との間に電場をかけるこ
とで隙間を隔ててシェルの中で浮遊するターゲットボー
ルと、シェルの外面に形成されたセンサ回路と、シェル
の外面の一部に巻き付けられたコイルとを備えるセンサ
とする。センサ回路には、電磁波を受信する受信回路
と、この受信回路で受信された電磁波を電力に変換する
発電回路と、ターゲットボールをシェルの中に浮遊させ
る制御回路と、電極とターゲットボールの間の電圧を検
出する検出回路と、検出した信号を電波で送信する送信
回路とを備える。受信回路で受信した電磁波は、発電回
路で電力に変換され、各回路に供給される。As another method of detecting vibration, rotation speed or pressure with the sensor of the first or third embodiment, a hollow spherical semiconductor shell having a large number of electrodes on its inner surface is used. , A target ball floating in the shell by applying an electric field between this electrode and the shell, a sensor circuit formed on the outer surface of the shell, and a coil wound on a part of the outer surface of the shell. The sensor is equipped. The sensor circuit includes a receiving circuit for receiving electromagnetic waves, a power generating circuit for converting the electromagnetic waves received by the receiving circuit into electric power, a control circuit for floating the target ball in the shell, and a circuit between the electrode and the target ball. A detection circuit that detects a voltage and a transmission circuit that transmits the detected signal by radio waves are provided. The electromagnetic wave received by the receiving circuit is converted into electric power by the power generating circuit and supplied to each circuit.
【００３８】このセンサは、振動や回転速度の変化によ
って、加速度の変化が生じると、ターゲットボールがシ
ェルの中で片寄り、ターゲットボールを中心に浮遊させ
るために必要となる電圧が各電極毎に異なって変化す
る。そして、このときの電圧の変化を検出することで、
振動や回転速度を求める。In this sensor, when a change in acceleration occurs due to a change in vibration or rotation speed, the target ball is biased in the shell, and a voltage required for floating the target ball in the center of each sensor is applied to each electrode. It changes differently. Then, by detecting the change in voltage at this time,
Determine vibration and rotation speed.
【００３９】また、圧力の変化によって、シェルとセン
サとの距離が全体に変化することで、センサを中心に浮
遊させるために必要となる電圧が全体的に変化する。し
たがって、このときの電圧の変化を検出することで、セ
ンサにかかる圧力を求めることが可能である。In addition, the change in pressure causes the entire distance between the shell and the sensor to change, so that the voltage required to float the sensor around the center changes as a whole. Therefore, the pressure applied to the sensor can be obtained by detecting the change in the voltage at this time.
【００４０】圧力は、シェルの外面に形成されるセンサ
回路に歪を検出する検出回路を設けるか、シェルの一部
をダイヤフラム状に形成し、外圧に応じて変形するダイ
ヤフラムの変形量を計測することでも計測することがで
きる。Regarding the pressure, a sensor circuit formed on the outer surface of the shell is provided with a detection circuit for detecting strain, or a part of the shell is formed into a diaphragm shape, and the amount of deformation of the diaphragm which is deformed according to the external pressure is measured. You can also measure it.
【００４１】[0041]
【発明の効果】固定輪と、回転輪と、固定輪及び回転輪
のそれぞれに転接する複数の転動体と、これらの転動体
の間隔を所定の間隔に保つ保持器とを有する軸受に、球
状に形成された半導体製のセンサベースと、このセンサ
ベースの表面の一部に巻き付けられたコイルと、センサ
ベースの表面に形成されたセンサ回路とを有するセンサ
を少なくとも１つ備えた本発明のセンサ付軸受装置によ
れば、コイルで電磁波を受信してセンサ回路で発電し、
この電力で軸受の温度を計測する。センサ回路は、計測
した温度の信号を基に電波をコイルから送信する。つま
り、電力を供給するためのケーブルや検出された信号を
出力する信号線が不要である。EFFECT OF THE INVENTION A bearing having a fixed ring, a rotating ring, a plurality of rolling elements rollingly contacting each of the fixed ring and the rotating ring, and a retainer for keeping the spacing between these rolling elements at a predetermined interval has a spherical shape. The sensor of the present invention, which comprises at least one sensor having a semiconductor sensor base formed on the surface of the sensor base, a coil wound around a part of the surface of the sensor base, and a sensor circuit formed on the surface of the sensor base. According to the attached bearing device, the coil receives electromagnetic waves and the sensor circuit generates electric power,
The temperature of the bearing is measured with this electric power. The sensor circuit transmits radio waves from the coil based on the measured temperature signal. That is, a cable for supplying electric power and a signal line for outputting a detected signal are unnecessary.
【００４２】したがって、本発明のセンサ付軸受装置
は、軸受の回転輪や保持器など有線でセンサを取付けら
れないような部位のほか、産業機械などに装着されるス
ピンドルユニットなど着脱が頻繁に行われる部品などに
も適用することができ、汎用性に優れている。Therefore, in the bearing device with a sensor of the present invention, in addition to the parts such as the rotating ring of the bearing and the cage where the sensor cannot be mounted by wire, the spindle unit mounted on the industrial machine is frequently attached and detached. It can be applied to commonly used parts and has excellent versatility.
【図１】本発明の第１の実施形態のセンサ付軸受装置を
示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a bearing device with a sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１中の軸受を拡大して示す断面図。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the bearing in FIG.
【図３】図２のセンサを拡大し、保護膜の一部を切り欠
いて示す正面図。3 is a front view showing the sensor of FIG. 2 in an enlarged manner with a part of a protective film cut away.
【図４】本発明の第２の実施形態のセンサ付軸受装置を
示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a bearing device with a sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第３の実施形態のセンサ付軸受装置を
示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a bearing device with a sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図６】従来の軸受装置にセンサを取付けた状態を示す
断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a sensor is attached to a conventional bearing device.
１，２３，２４…センサ付軸受装置 ３…軸受 ４…外輪（固定輪） ５…内輪（回転輪） ６…伝導体 ７…保持器 ９…センサ ９ａ…表面 １０…センサ回路 １１…受信回路 １２…発電回路 １３…検出回路 １４…制御回路 １５…送信回路 １６…コイル ２２…空間 Ｅ…電磁波 Ｒ…電波 1, 23, 24 ... Bearing device with sensor 3 ... Bearing 4 ... Outer ring (fixed ring) 5 ... Inner ring (rotating ring) 6 ... conductor 7 ... Cage 9 ... Sensor 9a ... surface 10 ... Sensor circuit 11 ... Receiving circuit 12 ... Power generation circuit 13 ... Detection circuit 14 ... Control circuit 15 ... Transmission circuit 16 ... Coil 22 ... Space E ... electromagnetic wave R ... radio wave
Claims (6)
回転輪のそれぞれに転接する複数の転動体と、これらの
転動体の間隔を所定の間隔に保つ保持器とを有する軸受
に、 球状に形成された半導体製のセンサベースと、このセン
サベースの表面の一部に巻き付けられたコイルと、前記
センサベースの表面に形成されたセンサ回路とを有する
センサを少なくとも１つ備えることを特徴とするセンサ
付軸受装置。1. A bearing having a fixed wheel, a rotary wheel, a plurality of rolling elements rolling on the fixed wheel and the rotary wheel, and a cage for keeping the distance between these rolling elements at a predetermined interval. And at least one sensor having a spherical sensor base made of semiconductor, a coil wound around a part of the surface of the sensor base, and a sensor circuit formed on the surface of the sensor base. Characteristic bearing device with sensor.
前記転動体、前記保持器の内の少なくとも１つに取付け
ることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受装
置。2. The sensor includes the fixed wheel, the rotating wheel,
The bearing device with a sensor according to claim 1, wherein the bearing device is attached to at least one of the rolling element and the cage.
回転輪の外表面とをそれぞれ延長することで囲まれる前
記固定輪と前記回転輪との間の空間に配置することを特
徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受装置。3. The sensor is arranged in a space between the fixed ring and the rotary ring surrounded by extending the outer surface of the fixed ring and the outer surface of the rotary ring, respectively. The bearing device with a sensor according to claim 1.
信される電磁波を利用して発電し、発電された電力で検
出対象を検出し、この検出した信号を電波で送信するこ
とを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか
１項に記載のセンサ付軸受装置。4. The sensor circuit generates electric power using electromagnetic waves received by the coil, detects a detection target with the generated electric power, and transmits the detected signal by radio waves. The bearing device with a sensor according to any one of claims 1 to 3.
回路と、この受信回路で受信した電磁波を利用して電力
を発生する発電回路と、検出対象を検出する検出回路
と、この検出回路で検出した信号を処理する制御回路
と、この制御回路で処理された信号を電波で送信する送
信回路とを備えることを特徴とする請求項１から請求項
４の内のいずれか１項に記載のセンサ付軸受装置。5. The sensor circuit includes a receiving circuit for receiving an electromagnetic wave, a power generating circuit for generating electric power using the electromagnetic wave received by the receiving circuit, a detecting circuit for detecting a detection target, and the detecting circuit. The control circuit which processes the detected signal, and the transmission circuit which transmits the signal processed by this control circuit by a radio wave are provided, Any one of Claim 1 to Claim 4 characterized by the above-mentioned. Bearing device with sensor.
速度の内の少なくとも１つを検出することを特徴とする
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載のセ
ンサ付軸受装置。6. The sensor according to claim 1, wherein the detection circuit detects at least one of temperature, vibration, pressure and rotation speed. Bearing device.
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