JP2004138133A

JP2004138133A - 発電機能付き軸受

Info

Publication number: JP2004138133A
Application number: JP2002302503A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Mizutani; 水谷　政敏; Koichi Okada; 岡田　浩一
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: JP4101607B2

Abstract

【課題】コンパクトに構成できて大きな発電電力を得ることのできる発電機能付き軸受を提供する。
【解決手段】この発電機能付き軸受１は、内輪回転形であり、転動体４を介して相対回転自在な内輪２，外輪３と、内外輪２，３の相対回転によって発電する発電機６とを備える。発電機６は、磁石７と、この磁石７に対向配置されて内部にコイル１６を有するヨーク１０とを備える。磁石７は内輪２に取付けられ、ヨーク１０の外周側に配置されている。ヨーク１０は外輪３に取付けられる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、種々の機器、例えば汎用エンジンのクランク軸，その他の駆動伝達系等に用いられて軸受回転による発電が可能な発電機能付き軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発電機能付き軸受として、図８に示す内輪回転形のものがある。この軸受は、回転軸２５に嵌合されて回転する内輪２２に、ロータである多極磁石２７が芯金２８を介して固定され、ステータであるヨーク３０が、多極磁石２７の外周側に位置するように外輪２３に固定されている。ヨーク３０内にコイル３１が設けられる。上記多極磁石２７とヨーク３０とで発電機２６が構成される。ヨーク３０の内径側には櫛歯状の爪（図示せず）が周方向に並べて形成されており、これらの爪がヨーク３０の内周側に位置する多極磁石２７と対向している。
この他の発電機能付き軸受の例として、図示は省略するが、内部にコイルを有するヨークを内輪に取付け、外輪に磁石を取付けたものも提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１３０２６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図８の例のように、ロータである多極磁石２７の外周にヨーク３０を配置した発電機２６の場合、その発電電力を大きくするためには、多極磁石２７の直径を大きくする必要がある。これに伴い、多極磁石２７の外径側に配置されるヨーク３０の直径も大きくなるため、発電機２６の全体が大きくなる。
上記特許文献１の例のように、内輪にコイルを取付け、外輪にヨークを取付けたものでは、磁石の直径を大きくしても、発電機全体が大きくなることは回避できる。しかし、コイルが回転側となるため、軸受ハウジング等の固定側の部材に発電電力を供給する場合に、ロータリ式コネクタ等が必要となり、配線系が煩雑となる。
【０００５】
この発明の目的は、コンパクトな構成で大きな発電電力を得ることができ、かつ発電電力の供給系も簡素な構成にできる発電機能付き軸受を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明の発電機能付き軸受は、互いに転動体を介して相対回転自在な内輪および外輪と、磁石、およびこの磁石に対向配置されて内部にコイルを有するヨークにより構成され内外輪の相対回転によって発電する発電機とを備えた内輪回転形の発電機能付軸受において、上記ヨークを外輪に取付け、上記磁石を、上記ヨークの外周側に位置させて内輪に取付けたことを特徴とする。
この構成によると、磁石をヨークの外周側に配置したため、発電電力を高めるために磁石の外径を大きくしても、磁石よりも発電機外径が大きくなることがない。そのため、コンパクトな構成で大きな発電電力を得ることができる。また、コイルを有するヨークは、固定側輪である外輪に取付けるため、軸受ハウジング等の固定側部材への発電電力の供給に、ロータリ式コネクタ等が不要で、簡素な構成で済む。なお、上記磁石は、例えばヨークよりも軸受軸方向の外側へ突出した取付部材を介して内輪に取付ける。
【０００７】
この発明において、上記磁石の芯金に、放熱用のフィンを設けても良い。内輪に取付けられる磁石を、外輪に取付けられるヨークの外周側に位置させると、コイル内蔵のヨークが磁石の芯金等の取付部材によって覆われることになり、放熱が悪くなる。放熱が悪くなると、磁石が熱減磁することがある。しかし、このように放熱用のフィンを設けると、放熱を良くすることができ、発電機内部の温度上昇が防止される。
【０００８】
上記放熱用のフィンを設ける代わりに、または放熱用のフィンを設けると共に、上記磁石の芯金に、内輪の回転によって発電機内外への空気流を生じさせる強制空冷用の羽根を設けても良い。
このように羽根を設けた場合、羽根の傾き方向と磁石回転方向の関係により、羽根が外部の空気を発電機の内部に送り込むか、または発電機の内部から空気を吸い出すことになり、強制空冷できる。そのため、より一層確実に、発電機内部の温度上昇が防止される。
【０００９】
この発明において、上記発電機が電力供給と回転検出とを兼ねるものであっても良い。発電機は交流電力を発生するため、その電圧の変化を検出することなどで、回転検出を行うことができる。この兼用により、発電機とは別に回転検出装置を設置する場合に比べて全体の構成をよりコンパクトにできる。
【００１０】
この発明において、上記ヨークは磁性体のリング部材であって、磁石と対面する部分に、互いに対向方向に延びる２組の櫛歯状の爪が形成され、両組の各爪が円周方向に隙間を介して交互に並ぶものとされていても良い。いわゆるクローポール形の発電機としても良い。
このように櫛歯状の爪を形成した場合は、発電電力を確保しながら、発電機全体をコンパクトに構成することができる。また、発電機が回転検出手段を兼ねるものとする場合に、上記爪により多極化が容易で、高分解能の回転検出を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施形態にかかる発電機能付き軸受を示す。この発電機能付き軸受１は内輪回転型の転がり軸受であり、内輪２と、外輪３と、内輪２および外輪３に対向して形成された転走面２ａ，３ａ間に回転自在に収容された複数の転動体４とを備える。内輪２は、例えば回転軸５に嵌合状態に取付けられて回転する。内輪２には、多極の磁石７が取付部材を介して取付けられ、外輪３にはコイル１６を内蔵した磁性体のヨーク１０が取付けられている。磁石７はヨーク１０の外周側に位置する。上記取付部材は芯金８およびリング部材９により構成される。これら磁石７，芯金８，リング部材９，およびヨーク１０により発電機６が構成される。
【００１２】
上記芯金８およびリング部材９はプレス成形品からなる。リング部材９は、断面概形がＺ字状の環状部材であって、小径筒部９ａとその一端から軸方向に続く大径筒部９ｂとを有し、大径筒部９ｂを内輪２の一端部の外径面に嵌合させることで内輪２２に固定されている。芯金８は断面概形がコ字状の環状部材であって、互いに同心状の内径筒部８ａおよび外径筒部８ｂと、内径筒部８ａの一端から外径筒部８ｂの一端に向けて径方向に延びて両筒部８ａ，８ｂを繋ぐ側面部８ｃとを有し、その内径筒部８ａをリング部材９の小径筒部９ｂの外径面に嵌合させることでリング部材９に固定されている。芯金８の大径筒部８ｂの内径面に多極磁石７が接着剤等により固定されている。
【００１３】
磁石７は発電機６のロータとなる部材であって、図２（Ａ），（Ｂ）に断面図および正面図で示すように環状に形成され、その内周面に周方向に並べて複数の磁極Ｎ，Ｓが交互に並ぶように着磁されている。この磁石７は、焼結磁石、プラスチック磁石、ゴム磁石のいずれからなるものであっても良い。磁石７がゴム磁石からなる場合には、芯金８に対して加硫接着しても良い。このほか、磁石７は加締めなどの機械的方法で芯金８に固定しても良い。芯金８の大径筒部８ｂは磁性体であることが好ましい。
【００１４】
ヨーク１０は、図３（Ａ），（Ｂ）に側面図および正面図で示すように、互いに軸方向に対面する２つの磁性体リング１２，１３を組み合わせたリング部材であって、外輪３の一端部の内径面に嵌合させることで、上記磁石７の内周側に位置して磁石７と径方向に対向するように外輪３に固定される。ヨーク１０に内蔵したコイル１６（図１）の引き出し線１１はヨーク１０から引き出されている。各磁性体リング１２，１３はプレス成形品からなり、それぞれ外周側には軸方向に延びる複数の櫛歯状爪１４，１５が所定の隙間を隔て周方向に並べて形成されている。これら両方の爪１４，１５が軸方向に対向するように両磁性体リング１２，１３を互いに嵌合させてヨーク１０が構成される。一方の磁性体リング１２の爪１４と他方の磁性体リング１３の爪１５とは、周方向に交互に並ぶようにされている。これらの爪１４，１５は、外周側に配置される磁石７と径方向に対向する。
【００１５】
発電機６の発電電力は、軸受１の内部または外部に設置された例えば回転検出装置やコントロールユニット（いずれも図示せず）等の負荷に電源として供給される。発電機６は電力供給だけに使用しても良いが、発電機６が発生する交流信号を回転軸５の回転検出のための信号として利用するようにしても良い。このように発電機６が発生する交流信号を回転検出信号として利用することにより、発電機６とは別に回転検出装置を設置する場合に比べて全体の構成をよりコンパクトにできる。
【００１６】
この構成の発電機能付き軸受１によると、外輪３に固定されるヨーク１０の外周側に、回転部材である内輪１に固定される磁石７を配置して発電機６を構成しているので、発電電力を高めるために磁石７の外径を大きくしても、磁石７が発電機６の外径となり、それよりも発電機外径が大きくなることがない。そのためコンパクトな構成で大きな発電電力を得ることができる。また、コイル１６を内蔵するヨーク１０は、固定側輪である外輪３に取付けるため、軸受ハウジング等の固定側部材への発電電力の供給に、ロータリ式コネクタ等が不要で、簡素な構成で済む。
【００１７】
また、ヨーク１０がリング部材であって、磁石７と対面する外周側の部分に、互いに軸方向に対向して延びる２組の櫛歯状の爪１４，１５が形成され、両組の各爪１４，１５が周方向に隙間を介して交互に並ぶものとされているので、ヨーク１０の外周側に磁石７を配置したこととあいまって、必要な発電電力を得るのに必要な磁極ピッチを確保しながら、発電機６の外径を小さくしてコンパクトに構成できる。
この発電機能付き軸受１の潤滑はグリス潤滑でもオイル潤滑でも良いが、オイル潤滑の場合は、このオイルをヨーク１０に循環させることでヨーク１０の冷却を行うことができる。
【００１８】
図４は、この発明の他の実施形態にかかる発電機能付き軸受を示す。この発電機能付き軸受１は、図１〜図３に示す第１の実施形態において、発電機６のロータ構成部材としてリング部材９を省略し、断面コ字状の芯金８の内径筒部８ａを内輪２の一端部の内径面に直接に嵌合させることにより、芯金８を介して磁石７を内輪２に固定している。その他の構成は第１の実施形態同様である。
【００１９】
このように芯金８を直接に内輪２に嵌合させることで、リング部材９を省略でき、発電機６の構成をよりコンパクトにできる。
【００２０】
図５（Ａ），（Ｂ）は、この発明のさらに他の実施形態にかかる発電機能付き軸受の断面図および側面図を示す。この発電機能付き軸受１は、図１〜図３に示す第１の実施形態において、発電機６のロータ構成部材の１つである芯金８の側面部８ｃに、例えばプレス成形により周方向に並ぶ複数の放熱用フィン１７を設けたものである。放熱用フィン１７は、例えば芯金８の側面部８ｃを、カウンタシンクの突部とした形状とされる。この突部からなる放熱用フィン１７は、内外面に通じる開口を有するものであっても良い。この実施形態のその他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００２１】
発電機６は、ステータであるヨーク１０がその外周側に配置されるロータ部材（磁石７，芯金８）で覆われた構成であるため、ヨーク１０の損失による熱やコイル巻線の通電による熱が発電機６の内部にこもり易いが、この実施形態では上記したように芯金８の側面部８ｃに複数の放熱用フィン１７が設けられているので、芯金８の表面積が増え、放熱を高めることができる。その結果、発電機６の内部にこもる熱で磁石７が熱減磁を起こすのを防止でき、またコイルの耐久性の向上も得られる。
【００２２】
図６および図７は、この発明のさらに他の実施形態にかかる発電機能付き軸受を示す。この発電機能付き軸受１は、図１〜図３に示す第１の実施形態において、発電機６のロータ構成部材の１つである芯金８の側面部８ｃに、強制空冷用の送風を行う羽根１８を設けたものである。この羽根１８は、周方向に並んで複数設けられており、例えばプレス成形により形成される。この羽根１８は、図７（Ａ），（Ｂ）に側面図および正面図で示すように、芯金側面部８ｃの外側に突出させたルーバ状の凸部１８ａとされ、この凸部１８ａの周方向に向く一側面に通気孔１８ｂが開口している。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００２３】
この実施形態では、例えば内輪２を、羽根１８の通気孔１８ｂが開口していない側面１８ｃ（図７（Ｃ））から通気孔１８ｂが設けられている向きに回転させると、この羽根１８が外部の空気を通気孔１８ｂから発電機６の内部に送り込むことになり、発電機６を強制空冷できる。その結果、発電機６の内部にこもる熱で磁石７が熱減磁を起こしたり、コイル１６の巻線に悪影響を与えることを防止できる。
【００２４】
内輪２を上記の場合と逆方向に回転させると、羽根１８における通気孔１８ｂの近傍が負圧となり、発電機６の内部の空気が通気孔１８ｂから外部に吸い出される。そのため、発電機６を強制空冷できる。軸受１をオイル潤滑する場合は、ロータの回転方向として発電機６の内部の空気を外に吸い出す方向を選ぶ方が、オイルの循環を妨げないので望ましい。
なお、上記羽根１８は、その凸部１８ａを芯金側面部８ｃの内側に突出させた形状としてもよく、上記と同様の空冷機能を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明の発電機能付き軸受は、内外輪の相対回転によって発電する発電機を備えた内輪回転型の発電機能付軸受において、ロータとなる磁石をヨークの外周側に配置したため、コンパクトな構成で大きな発電電力を得ることができ、かつ発電電力の供給系も簡素な構成にできる。
上記磁石の芯金に、放熱用のフィンを設けた場合や、強制冷却用の羽根を設けた場合は、発電機の内部にこもる熱の放熱が行え、磁石の熱減磁やコイル巻線の劣化が防止される。
発電機が回転検出を兼ねるものとした場合は、回転検出手段を別置きする場合に比べてコンパクトになる。
上記ヨークが２組の櫛歯状の爪が形成されたものである場合は、発電の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる発電機能付き軸受を示す断面図である。
【図２】（Ａ）は同軸受における発電機の磁石の断面図、（Ｂ）は同磁石の正面図である。
【図３】（Ａ）は同軸受における発電機のヨークの側面図、（Ｂ）は同ヨークの正面図である。
【図４】この発明の他の実施形態にかかる発電機能付き軸受を示す断面図である。
【図５】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかる発電機能付き軸受の断面図、（Ｂ）は同軸受の側面図である。
【図６】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかる発電機能付き軸受の断面図、（Ｂ）は同軸受の側面図である。
【図７】（Ａ）は同軸受における発電機の羽根の側面図、（Ｂ）は同羽根の平面図、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＶＩＩ　−ＶＩＩ　矢視断面図である。
【図８】従来例の断面図である。
【符号の説明】
１…発電機能付き軸受
２…内輪
３…外輪
４…転動体
６…発電機
７…磁石
８…芯金
１０…ヨーク
１２，１３…磁性体リング
１４，１５…櫛歯状の爪
１７…放熱用フィン
１８…羽根

Claims

互いに転動体を介して相対回転自在な内輪および外輪と、磁石、およびこの磁石に対向配置されて内部にコイルを有するヨークにより構成され内外輪の相対回転によって発電する発電機とを備えた内輪回転形の発電機能付軸受において、上記ヨークを外輪に取付け、上記磁石を、上記ヨークの外周側に位置させて内輪に取付けたことを特徴とする発電機能付き軸受。
請求項１において、上記磁石の芯金に放熱用のフィンを設けた発電機能付き軸受。
請求項１または請求項２において、上記磁石の芯金に、内輪の回転によって発電機内外への空気流を生じさせる強制空冷用の羽根を設けた発電機能付き軸受。
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、上記発電機が電力供給と回転検出とを兼ねるものである発電機能付き軸受。
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、上記ヨークが磁性体のリング部材であって、磁石と対面する部分に、互いに対向方向に延びる２組の櫛歯状の爪が形成され、両組の各爪が円周方向に隙間を介して交互に並ぶものである発電機能付き軸受。