JP2008039191A - Rolling bearing apparatus with sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明に係るセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置は、例えば、鉄道車両或は自動車の車輪、或は金属加工用の圧延機の回転軸を、使用時にも回転しないハウジング或は懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、上記転がり軸受或は回転支持装置部分の状態を検出する為に利用する。この様なセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置は、例えば、上記車輪、或は回転軸等の回転速度並びに転がり軸受部分の状態(温度或は振動等)を検出して、この転がり軸受部分の異常の有無を判定する為に有効である。 A rolling bearing device with a sensor and a rotation support device with a sensor according to the present invention are, for example, a housing or a suspension device that does not rotate during use of a wheel of a railway vehicle or an automobile or a rotating shaft of a rolling mill for metal processing. It is used to detect the state of the rolling bearing or the rotation support device. Such a sensor-equipped rolling bearing device and a sensor-equipped rotating support device detect, for example, the rotational speed of the wheel or rotating shaft and the state (temperature, vibration, etc.) of the rolling bearing portion, and this rolling bearing. This is effective for determining the presence or absence of an abnormality in a part.
例えば、鉄道車両の車輪をこの鉄道車両に固定したハウジング対し回転自在に支持する為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、鉄道車両の走行速度を求めたり、或は上記車輪が偏摩耗するのを防止する為の滑走制御を行なう為には、上記車輪の回転速度を検出する必要がある。更には、上記転がり軸受ユニット部分で異常が発生してこの転がり軸受ユニットが焼き付くのを防止する為には、この転がり軸受ユニットの温度を検出する必要がある。この為、上記転がり軸受ユニットに回転速度センサ及び温度センサを組み込んだ、センサ付回転支持装置により、上記車輪を上記ハウジングに対し回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度並びに上記転がり軸受ユニットの温度を検出する事が、近年行なわれる様になっている。 For example, a rolling bearing unit is used to rotatably support a wheel of a railway vehicle with respect to a housing fixed to the railway vehicle. Further, in order to obtain the traveling speed of the railway vehicle or to perform the sliding control for preventing the wheels from being unevenly worn, it is necessary to detect the rotational speed of the wheels. Furthermore, in order to prevent the rolling bearing unit from seizing due to an abnormality occurring in the rolling bearing unit portion, it is necessary to detect the temperature of the rolling bearing unit. For this reason, the rotational support device with a sensor incorporating a rotational speed sensor and a temperature sensor in the rolling bearing unit supports the wheel rotatably with respect to the housing, and the rotational speed of the wheel and the rolling bearing unit. In recent years, temperature detection has been performed.
図20〜21は、この様な鉄道車両用のセンサ付回転支持装置の従来構造の1例を示している。図示しない車輪を支持固定した状態で、使用時に回転する回転軸であり、軽量化の為に中空円筒状に構成した車軸1は、使用時にも回転しないハウジングである軸受箱2の内径側に、転がり軸受である複列円すいころ軸受3により、回転自在に支持している。この複列円すいころ軸受3は、互いに同心に配置した外輪4及び1対の内輪5と、複数個の円すいころ6、6とを備える。このうちの外輪4は、全体を円筒状に造っており、内周面に複列の外輪軌道7を有する。これら各外輪軌道7は、それぞれが円すい凹面状で、上記外輪4の軸方向端部に向かう程内径が大きくなる方向に傾斜している。
20 to 21 show an example of a conventional structure of such a rotation support device with a sensor for a railway vehicle. The
又、上記1対の内輪5は、それぞれ略短円筒状に造っており、それぞれの外周面に、円すい凸面状の内輪軌道8を形成している。これら各内輪5は、互いの小径側の端面同士を対向させた状態で、上記外輪4の内径側に、この外輪4と同心に配置している。更に、上記各円すいころ6、6は、上記各外輪軌道7と上記各内輪軌道8との間に、それぞれ複数個ずつ、保持器9により保持した状態で転動自在に設けている。
Each of the pair of
上述の様な複列円すいころ軸受3のうち、上記外輪4は、上記軸受箱2に内嵌保持されている。図示の例では、この軸受箱2の内周面の一端(図20の左端)寄り部分に形成した段部10と、この軸受箱2の他端部(図20の右端部)に内嵌固定した図示しない抑え環との間で、上記外輪4を軸方向両側から挟持している。一方、上記各内輪5は、これら両内輪5同士の間に間座11を挟持した状態で、上記車軸1の一端(図20の左端)寄り部分に外嵌している。又、上記車軸1の端部で軸方向外側の内輪5よりも突出した部分には、油切りと称される環状部材12を外嵌している。又、内側の内輪の内端面は、別の環状部材を介して、上記車軸1の中間部に形成した段差面に突き当てている。従って、上記1対の内輪5が図20の状態よりも上記車軸1の中央寄り(図20の右寄り)に変位する事はない。そして、上記車軸1の外端部に形成した雄ねじ部13に螺合したナット14により、上記環状部材12を上記外側の内輪4の外端面に向け抑え付けている。更に、上記ナット14の外端面に、ボルト15、15により固定した回り止めリング16の内周に設けた突起部を上記車軸1の外端部外周面に設けた溝部に係合させて、上記ナット14の緩み止めを図っている。
Of the double row tapered roller bearing 3 as described above, the
一方、上記外輪4の両端部には、それぞれ軟鋼板等の金属板を断面クランク形で全体を略円筒状に形成して成るシールケース17を内嵌固定している。そして、これら両シールケース17の内周面と上記各環状部材12の外周面との間に、それぞれシールリング18を設ける事により、前記複数個の円すいころ6、6を設置した空間の両端開口部を塞いでいる。この構成により、この空間内に封入した潤滑用のグリースが外部に漏洩するのを防止すると共に、外部からこの空間内に雨水や塵芥等の異物が進入するのを防止している。
On the other hand,
又、上記車軸1の一端面には、鋼材等の磁性金属材料により、断面L字形で全体を円輪状に形成したエンコーダ19を、複数本のボルト20、20により、上記車軸1と同心に結合固定している。上記エンコーダ19に設けた外向フランジ状の円輪部21の外周縁には、凹部と凸部とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で形成して、この外周縁部分の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。
In addition, an
又、前記軸受箱2の一端開口は、この軸受箱2の一端部に固定したカバー22により塞いでいる。このカバー22は、合成樹脂若しくは金属材料により全体を有底円筒状に形成しており、円筒部23と、この円筒部23の一端(図20の左端)開口を塞ぐ底板部24と、この円筒部23の他端(図20の右端)寄り部分の外周面に設けた外向フランジ状の取付部25とを備える。この様なカバー22は、上記円筒部23の他端部を上記軸受箱2の一端部に内嵌すると共に、上記取付部25をこの軸受箱2の一端面に突き当てた状態で、この取付部25を上記軸受箱2の一端面に図示しないボルトにより固定する事により、上記軸受箱2の一端開口部を塞ぐ。
One end opening of the
又、上記円筒部23の一部で、上記エンコーダ19の円輪部21の外周縁に直径方向に関して対向する部分に、上記円筒部23の内外両周面を直径方向に貫通するセンサ取付孔26を形成している。そして、このセンサ取付孔26に回転速度センサ27を挿入し、この回転速度センサ27の先端面(図20の下端面)に設けた検出部を、上記円輪部21の外周縁に設けた被検出部に、微小隙間を介して対向させている。
一方、上記軸受箱2の中間部で前記外輪4の周囲に位置する部分には、センサ取り付け用凹孔28を形成している。そして、このセンサ取り付け用凹孔28に、温度センサ29を装着している。
A
On the other hand, a sensor mounting
上述の様に構成するセンサ付回転支持装置の場合、運転時に車輪を支持固定した車軸1と共にエンコーダ19が回転すると、このエンコーダ19の被検出部を構成する凹部と凸部とが、上記回転速度センサ27の先端面に設けた検出部の近傍を交互に通過する。この結果、この回転速度センサ27内を流れる磁束の密度が変化し、この回転速度センサ27の出力が変化する。この様にして回転速度センサ27の出力が変化する周波数は、上記車輪の回転速度に比例する。従って、上記回転速度センサ27の出力を図示しない制御器に送れば、上記車輪の回転速度を検出でき、更には鉄道車両の滑走制御を適切に行なえる。
In the case of the rotation support device with a sensor configured as described above, when the
又、前記複列円すいころ軸受3の回転抵抗が、前記各円すいころ6、6のスキュー等、何らかの原因で異常に上昇し、上記複列円すいころ3の温度が上昇すると、上記温度センサ29が、この温度を検知する。この様にしてこの温度センサ29が検知した温度信号は、やはり図示しない制御器に送り、この制御器が、運転席に設置した警告灯を点灯させる等の警報を発する。この様な警報が出された場合に、運転手が緊急停止等の措置を講ずる。
Further, when the rotational resistance of the double-row tapered roller bearing 3 abnormally increases for some reason such as the skew of the
上述の様に構成し作用する従来構造の場合、回転速度センサ27及び温度センサ29を、カバー22或は軸受箱2に対し互いに独立して支持固定している為、これら各センサ27、29の装着作業が面倒なだけでなく、これら各センサ27、29からの信号取り出しも面倒になる。即ち、上記回転速度センサ27は取付フランジ30aを挿通した複数本のボルト31a、31aにより上記カバー22に固定し、上記回転速度センサ27の出力信号を取り出す為の導線であるハーネス32aにより信号を取り出す様にしているのに対して、上記温度センサ29は別の取付フランジ30bを挿通した複数本のボルト31b、31bにより上記軸受箱2に固定し、ハーネス32bにより信号を取り出す様にしている。
In the case of the conventional structure configured and operated as described above, the
この為、上記各センサ27、29の取り付けスペースが嵩む他、取り付け作業が面倒になり、上記各ハーネス32a、32bの取り回しも面倒になる。鉄道車両用の回転支持装置には、上記回転速度センサ27及び温度センサ29の他、振動を検知する為の加速度センサを組み付ける事も考えられており、上記回転支持装置に組み込むセンサの数が増える傾向にある。そして、センサの数が増えれば、上述した様な問題が一層顕著になる。
For this reason, the mounting space for the
本発明のセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置は、上述の様な事情に鑑みて発明したものである。 The rolling bearing device with sensor and the rotation support device with sensor of the present invention have been invented in view of the above-described circumstances.
本発明のセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置のうち、請求項1に記載したセンサ付転がり軸受装置は、外輪と、内輪と、複数個の転動体と、センサユニットとから成る。
このうちの外輪は内周面に外輪軌道を、内輪は外周面に内輪軌道を、それぞれ有する。
又、上記各転動体は、上記外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられている。
更に、上記センサユニットは、上記外輪と上記内輪とのうちで回転しない軌道輪である静止輪若しくはこの静止輪に固定した部材に支持した、単一のホルダ内に、それぞれが転がり軸受の状態を検出する為の複数種類のセンサを保持して成る。
Of the rolling bearing device with sensor and the rotation support device with sensor according to the present invention, the rolling bearing device with sensor according to
Of these, the outer ring has an outer ring raceway on the inner peripheral surface, and the inner ring has an inner ring raceway on the outer peripheral surface.
Each rolling element is provided between the outer ring raceway and the inner ring raceway so as to roll freely.
Further, each of the sensor units is in a single holder supported by a stationary ring that is a race ring that does not rotate between the outer ring and the inner ring or a member that is fixed to the stationary ring. It holds multiple types of sensors for detection.
これら複数種類のセンサとして好ましくは、請求項2に記載した様に、回転速度センサと温度センサと振動センサとのうちから選択される2種類以上のセンサを使用する。
そして、回転速度センサを選択した場合には、上記外輪と上記内輪とのうちで回転する軌道輪である回転輪若しくはこの回転輪を固定した部分に、円周方向に関する特性を交互に変化させた被検出部を、上記回転輪と同心に配置すると共に、上記回転速度センサの検出部をこの被検出部に対向させる。
Preferably, as the plurality of types of sensors, as described in
Then, when the rotational speed sensor is selected, the characteristics related to the circumferential direction are alternately changed to the rotating wheel which is the raceway rotating between the outer ring and the inner ring or a portion where the rotating wheel is fixed. The detected part is arranged concentrically with the rotating wheel, and the detecting part of the rotational speed sensor is opposed to the detected part.
一方、請求項5に記載したセンサ付回転支持装置は、ハウジングと、回転軸と、転がり軸受と、回転部材と、被検出部と、センサ取付孔と、センサユニットとを備える。
このうちのハウジングは、固定の部分に支持された状態で使用時にも回転しない。
又、上記回転軸は、上記ハウジングの内径側に配置されて、使用時に回転する。
又、上記転がり軸受は、上記回転軸を上記ハウジングの内径側に回転自在に支持すべく、その内輪をこの回転軸の外周面に外嵌支持すると共にその外輪を上記ハウジングの内周面に内嵌支持している。
又、上記回転部材は、上記回転軸の一端部で上記内輪よりも軸方向に突出した部分に固定されて、上記回転軸と共に回転する。
又、上記被検出部は、上記回転部材の一部に上記回転軸と同心に配置されており、円周方向に関して特性を交互に変化させている。
又、上記センサ取付孔は、上記ハウジング又はこのハウジングの開口部を塞ぐカバーの一部でこの被検出部に対向し、且つ上記外輪の温度上昇に応じて温度上昇する程度にこの外輪に隣接する部分に設けられている。
更に、上記センサユニットは、少なくとも回転速度センサと温度センサとを含む複数種類のセンサを単一のセンサホルダに保持して成る。そして、このうちの回転速度センサの検出部を上記被検出部に対向させた状態で、上記センサ取付孔に挿入されている。
尚、車軸等の上記回転軸の外側端部にナットを設けて、上記内輪をこの回転軸に固定している方式の場合に、好ましくは、上記センサユニットを対向させるエンコーダの位置を、上記ナットよりも軸方向内側とする事により、上記センサユニットの取付位置を上記外輪に近づける。そして、上記センサユニットに設けた上記温度センサにより、この外輪の温度を効率的に検出できる様にする。
On the other hand, the rotation support device with a sensor according to
Of these, the housing does not rotate during use while being supported by the fixed portion.
The rotating shaft is disposed on the inner diameter side of the housing and rotates during use.
The rolling bearing supports the inner ring on the outer peripheral surface of the rotary shaft and supports the outer ring on the inner peripheral surface of the housing in order to rotatably support the rotary shaft on the inner diameter side of the housing. Fits and supports.
In addition, the rotating member is fixed to a portion protruding in the axial direction from the inner ring at one end of the rotating shaft, and rotates together with the rotating shaft.
The detected portion is disposed concentrically with the rotating shaft on a part of the rotating member, and the characteristics are alternately changed in the circumferential direction.
The sensor mounting hole is opposed to the detected portion at a part of the housing or a cover that closes the opening of the housing, and is adjacent to the outer ring to such an extent that the temperature rises according to the temperature rise of the outer ring. It is provided in the part.
Furthermore, the sensor unit is configured by holding a plurality of types of sensors including at least a rotational speed sensor and a temperature sensor in a single sensor holder. And among these, it inserts in the said sensor attachment hole in the state which made the detection part of the rotational speed sensor face the said to-be-detected part.
In the case of a system in which a nut is provided at the outer end of the rotating shaft such as an axle and the inner ring is fixed to the rotating shaft, the position of the encoder that faces the sensor unit is preferably set to the nut. By setting the inner side in the axial direction, the mounting position of the sensor unit is brought closer to the outer ring. The temperature of the outer ring can be efficiently detected by the temperature sensor provided in the sensor unit.
又、好ましくは、請求項3、6に記載した様に、センサユニットを構成するホルダ内に、温度センサと振動センサとのうちの少なくとも一方のセンサに供給する基準電圧を発生する為の基準電圧発生回路を保持したり、更には請求項4、7に記載した様に、センサユニットを構成するホルダ内に、少なくとも1個のセンサの出力信号を増幅する為の増幅回路を保持し、当該センサの出力信号を増幅してから上記センサユニット外に送り出す様に構成する。
Preferably, as described in
上述の様に本発明のセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置の場合には、単一のセンサホルダに複数種類のセンサ(特に、請求項5に記載したセンサ付回転支持装置の場合には少なくとも回転速度センサと温度センサとを含む複数種類のセンサ)を保持している為、これら各センサの取り付けスペースを小さくできるだけでなく、取り付け作業が容易になり、これら各センサの信号を取り出す為のハーネスの取り回しも容易になる。 As described above, in the case of the rolling bearing device with sensor and the rotation support device with sensor of the present invention, a single sensor holder has a plurality of types of sensors (particularly in the case of the rotation support device with sensor according to claim 5). Holds at least multiple types of sensors including rotational speed sensors and temperature sensors), so that not only can the installation space for each of these sensors be reduced, but also the installation work is facilitated, and the signals of these sensors are extracted. It is also easy to handle the harness.
又、請求3、6に記載した様に、センサユニットを構成するホルダ内に基準電圧発生回路を保持すれば、このセンサユニット内に保持したセンサにより、正しい測定値を得られる。
更には、請求項4、7に記載した様に、センサユニット内に保持したセンサの出力信号を、このを構成するホルダ内に保持した増幅回路により増幅してから送り出せば、上記出力信号中のノイズの割合(S/N比)を低くできる。
Further, as described in
Furthermore, as described in
[実施の形態の第1例]
図1〜2は、本発明の実施の形態の第1例を示している。尚、本発明の特徴は、請求項5に記載した回転軸である車軸1の回転速度を検出する為の回転速度センサ27aと、この車軸1を回転自在に支持する転がり軸受の温度を検出する為の温度センサ29aとを単一のセンサホルダ33(センサ外囲器)に保持する事で、前述した従来構造が有する問題を解消する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図20〜21に示した従来構造の場合と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する部分の説明は省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
[First example of embodiment]
1 and 2 show a first example of an embodiment of the present invention. The feature of the present invention is that it detects the temperature of the
本例の場合、ナット14よりも軸方向内側に設けた、油切りと称される環状部材12aの外端部外周面に、外向フランジ状の鍔部34を、全周に亙って形成している。そしてこの鍔部34の外周縁部に凹部と凸部とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で形成して、この外周縁部の磁気特性を、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。そして、上記鍔部34に、回転速度検出の為のエンコーダとしての機能を持たせている。
この様な本例の構造の場合、前述の図20に示した従来構造の様に、ナット14の軸方向外側にエンコーダ19を設けた場合と比較すると、次述するセンサユニット35の軸方向に関する設置位置を、外輪4寄りにする事が可能になり、後述する温度センサ29aによる温度検出性能の向上を図る事ができる。又、上記環状部材12aの外周面に形成した鍔部34の外周縁部に凹部と凸部とを形成して、この環状部材12aにエンコーダとしての機能を持たせている為、上記従来構造と比べて、部品点数の削減、軸方向寸法の短縮、軽量化、コストダウンと言った効果を得られる。
In the case of this example, an outward flange-
In the case of such a structure of this example, as compared with the case where the
又、上記軸受箱2の端部開口を塞いでいる、鋼、アルミニウム等の金属製のカバー22aを構成する円筒部23aの基端寄り(図1の右端寄り)部分に、センサ取付孔26aを、この円筒部23aの内外両周面同士を連通させる状態で形成している。そして、上記センサ取付孔26a内にセンサユニット35を、上記円筒部23aの径方向外方から内方に挿通している。
Further, a
上記センサユニット35は、前記単一のセンサホルダ33内に、前記回転速度センサ27aと前記温度センサ29aとを保持して成る。このうちの回転速度センサ27aは、従来と同様に、磁気抵抗素子、ホール素子、永久磁石と磁気コイルとの組み合わせ等、磁束の密度或は方向の変化に対応して出力を変化させるものを使用する。この様な回転速度センサ27aは、上記センサホルダ33の先端部に包埋して、その検出面を上記鍔部34の外周縁に近接対向させている。これに対して上記温度センサ29aは、上記センサホルダ33の一部外周面寄り部分に支持している。この温度センサ29aを支持する位置は、極力上記カバー22aに近く、外輪4からこのカバー22aに伝わる熱の影響を受け易い部分としている。
The
尚、上記温度センサ29aの温度検出性能を向上させる為には、上記センサホルダ33の熱伝導率が良い事、及び、このセンサホルダ33の温度が短時間で周囲温度に達する様にする為に、このセンサホルダ33の熱容量が小さい事が必要である。従って、このセンサホルダ33の材質としては、熱伝導率が大きく、単位体積当たり熱容量(=密度×比熱)が小さいものが適している。具体的には、上記センサホルダ33の材質として、強度及びコスト上の問題がなければ、上記各特性を有する、アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛等や、これらの合金を使用する事が望ましい。又、上記外輪4から上記温度センサ29aにまで熱が伝わり易くする為に、軸受箱2、カバー22aに就いても、強度及びコスト上の問題がなければ、これらの材質を使用する事が望ましい。強度上の問題がある場合は、ステンレス鋼製としても良いが、上記センサホルダ33に関しては、ステンレス鋼製とする場合でも、非磁性を有するものを使用する。この理由は、上記センサホルダ33を磁性材製とすると、このセンサホルダ33の磁性が前記回転速度センサ27aにより回転速度を測定する事に対する妨げとなり、この回転速度を正確に測定する事が難しくなる為である。この為、上記センサホルダ33の材質としては、非磁性材が好ましい。
In order to improve the temperature detection performance of the
上述の様なセンサユニット35は、上記センサ取付孔26a内に上記円筒部23aの径方向外方から内方に挿通した状態で、外周面に設けた取付フランジ30cを上記円筒部23aの外周面に、ボルト31c、31cにより結合固定する。この状態で、上記センサユニット35の先端面に存在する上記回転速度センサ27aの検出部が、上記鍔部34の外周縁に設けた被検出部に、微小隙間を介して近接対向する。又、上記温度センサ29aは、上記カバー22aの円筒部23aに、上記センサホルダ33の一部を介して近接対向する。上記回転速度センサ27aの出力信号を取り出す為の導線であるハーネス(以下単に「ハーネス」とする)と上記温度センサ29aの出力を取り出す為のハーネスとは、一緒に束ねて1本のケーブル36とし、図示しない制御器に接続する。又、上記センサホルダ33の一部外周面と上記センサ取付孔26aの内周面との間にOリング42を装着して、これら両周面の間部分を通じて泥水等の異物が外部から進入するのを防止している。
In the
上述の様に本発明のセンサ付回転支持装置の場合には、単一のセンサホルダ33に上記回転速度センサ27aと上記温度センサ29aとを保持している為、これら両センサ27a、29aの取り付けスペースを小さくできる。しかも、これら両センサ27a、29aの取り付け作業が容易になる。又、これら両センサ27a、29aの出力信号を取り出す為のハーネスを一緒に束ねて1本のケーブル36としている為、上記両センサ27a、29aの信号を取り出す為のハーネスの取り回しも容易になる。更に、本例の場合には、上記センサユニット35を、軸受箱2の開口部に着脱自在に設けるカバー22aに支持している為、保守・点検作業等の為に、このセンサユニット35を着脱する作業を容易に行なえる。
As described above, in the case of the rotation support device with a sensor according to the present invention, since the
尚、上記1本のケーブル36内には、上記回転速度センサ27aの出力信号を取り出す為のハーネスと、上記温度センサ29aの出力信号を取り出す為のハーネスとを納めているが、これら各ハーネスは個別にシールドしている。この様に複数本のハーネスを束ねて1本のケーブル36とする場合でも、それぞれのハーネスを個別にシールドする事により、各ハーネスを流れる信号電流同士が干渉する事を防止できる。特に、上記回転速度センサ27aから送り出される、回転速度を表す信号の様なパルス状の信号を送るハーネスと、上記温度センサ29aから送り出される温度を表す信号の様なアナログ信号を送るハーネスとを一緒に束ねると、パルス状信号の電圧や電流の変動時に電磁結合(静電結合、電磁誘導、電磁波による結合)によってアナログ信号にノイズが載ってしまう。これに対して、個々のハーネスを個別にシールドする事により、上述の様にして発生するノイズを防止する事ができる。
Note that a harness for taking out the output signal of the
又、個々のセンサ27a、29aの出力信号を取り出す為のハーネスと接地用のグランド線とを撚り合わせる(ツイストする)と、電磁結合によるノイズの影響を更に軽減できるのでより好ましい。又、互いに撚り合わせた状態で対となったハーネスとグランド線とから成るツイストペアを個別にシールドしたり、或は総てのツイストペアを一括してシールドする事により、ノイズの影響軽減効果を更に増大できる。特に、上記回転速度センサ27aの出力信号がディジタル信号である場合には、この回転速度センサ27aの出力信号を送る為のハーネスと、アナログ信号である温度センサ29a(更には後述の図6に示す実施の形態の第5例に組み込む、加速度センサ40等の振動センサ)の出力信号を送る為のハーネスとを1本のケーブル36にまとめる場合に、上記各出力信号を送る為のハーネスとグランド線とを撚り合わせる効果は大きい。
Further, it is more preferable to twist (twist) the harness for taking out the output signals of the
尚、図示の例では、環状部材12aに一体に形成した鍔部34の外周縁を凹凸形状とする事により、この環状部材12aとエンコーダとを一体としている。これに対して、独立して円輪状としたエンコーダを環状部材とナット14との間に挟持したり、或は、このナット14の内端部外周面に一体に形成した外向フランジ状の鍔部の外周縁を凹凸形状として、上記ナット14とエンコーダとを一体とする事もできる。更には、エンコーダとして、磁性金属板を曲げ形成してその一部に複数の透孔を円周方向に関して多数形成した円環状のものや、円周方向に関してS極とN極とを交互に配置した円環状の永久磁石を使用する事もできる。これらの場合に就いても、上記センサユニット35の軸方向に関する設置位置を外輪寄りにする事が可能となり、前述した従来構造の様に、ナットの軸方向外側にエンコーダがある場合と比較すると、温度センサ29aの温度検出性能の向上を図る事ができる。又、上記温度センサ29aにより、複列円すいころ軸受3の温度上昇をより確実に検出できる様にすべく、上記センサユニット35の一部で上記カバー22aの外周面から突出した部分を覆う防風板を設け、このセンサユニット35が外気により冷却されるのを防止する事もできる。尚、上記ケーブル36を上記センサユニット35から取り出す方向は、図示の様な直径方向に限らず、接線方向、その中間方向等、設置場所に応じて適宜の方向とする事ができる。この場合に、上記ケーブル36の根元部分に、このケーブル36の導出方向を案内する為の、L字形等の部品を設ける事もできる。
In the illustrated example, the
[実施の形態の第2例]
次に、図3は、本発明の実施の形態の第2例を示している。本例の場合には、軸受箱2aを環状部材12aの周囲にまで延長し、センサ取付孔26bを、この軸受箱2aの端部に設けている。
この様な本例の場合、上述した第1例の場合に比べて、センサ取付座面やセンサ取付孔26bの加工が面倒になったり、軸受箱2aの軸方向寸法が大きくなって重くなったり(軸受箱の寸法が大きくなる方が、カバーの軸方向寸法が大きくなるよりも、設計上重くなりがちである)、保守・点検作業等の為に上記センサ取付孔26bにセンサユニット35を着脱する作業が多少面倒になったりする。但し、複列円すいころ軸受3を構成する外輪4から温度センサ29aへの熱伝達は、上述した第1例の場合よりも良好になる。
その他の構成及び作用は、上述した第1例の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。
[Second Example of Embodiment]
Next, FIG. 3 shows a second example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the
In the case of this example, the processing of the sensor mounting seat surface and the
Since other configurations and operations are the same as those in the case of the first example described above, description of equivalent parts is omitted.
[実施の形態の第3例]
次に、図4は、本発明の実施の形態の第3例を示している。本例の場合には、内輪5及び環状部材12を軸方向に抑え付ける為に、車軸1の端面に、断面クランク形で全体を円輪状に形成した抑え板38を、複数本のボルト39により結合固定している。そして、この抑え板38の外周縁部分に凹部と凸部とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で形成して、この外周縁部分の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。そして、上記抑え板38に、回転速度検出の為のエンコーダとしての機能を持たせている。
その他の構成及び作用は、前述した第1例の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。
[Third example of embodiment]
Next, FIG. 4 shows a third example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, in order to hold down the
Since other configurations and operations are the same as those in the case of the first example described above, description of equivalent parts is omitted.
[実施の形態の第4例]
次に、図5は、本発明の実施の形態の第4例を示している。本例の場合には、軸受箱2aを抑え板38の周囲にまで延長し、センサ取付孔26bを、この軸受箱2aの端部に設けている。
この様な本例の場合、上述した第3例の場合に比べて、センサ取付座面やセンサ取付孔26bの加工が面倒になったり、軸受箱2aの軸方向寸法が大きくなって重くなったり、保守・点検作業等の為に上記センサ取付孔26bにセンサユニット35を着脱する作業は多少面倒になったりする。但し、複列円すいころ軸受3を構成する外輪4から温度センサ29aへの熱伝達は上述した第3例の場合よりも良好になる。
その他の構成及び作用は、上述した第3例の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。
[Fourth Example of Embodiment]
Next, FIG. 5 shows a fourth example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the
In the case of this example, the processing of the sensor mounting seat surface and the
Other configurations and operations are the same as those in the case of the third example described above, and thus the description of the equivalent parts is omitted.
[実施の形態の第5例]
次に、図6は、本発明の実施の形態の第5例を示している。本例の場合には、センサホルダ33aの先端部の径よりも中間部の径を大きくして、このセンサホルダ33aの外周面を段付形状としている。そして、このセンサホルダ33aの先端寄り部分に存在する段部に近接する部分に温度センサ29aを設置し、更に、この温度センサ29aへの熱伝達を良好とする為に、上記センサホルダ33aの先端部及び段部を、カバー22aと同じ素材(例えば鉄)で覆っている。更に、本例の場合には、上記センサホルダ33a内に、回転速度センサ27a、温度センサ29aに加えて、振動検出の為の加速度センサ40を組み込んで、センサユニット35aを構成している。そして、この加速度センサ40の信号を取り出す為のハーネスも、上記回転速度センサ27a及び温度センサ29aの信号を取り出す為のハーネスと一緒に束ねて、1本のケーブル36aとしている。
[Fifth Example of Embodiment]
Next, FIG. 6 shows a fifth example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the diameter of the intermediate part is made larger than the diameter of the tip part of the
尚、本例の場合も、上記1本のケーブル36a内に、上記回転速度センサ27aの出力信号を取り出す為のハーネスと、上記温度センサ29aの出力信号を取り出す為のハーネスと、上記加速度センサ40の信号を取り出す為のハーネスとを納めており、これら各ハーネスは、前述した第1例の場合と同様に、グランド線と撚り合わせたり、個別にシールドしたり、グランド線と撚り合わせたツイストペアをシールドしたりしている。そして、各ハーネスを流れる信号電流同士が干渉する事を防止している。特に、上記回転速度センサ27aから送り出される、回転速度を表す信号の様なパルス状の信号を送るハーネスと、上記温度センサ29a及び加速度センサ40から送り出される温度或は振動を表す信号の様なアナログ信号を送るハーネスとを一緒に束ねると、パルス状信号の電圧や電流の変動時に電磁結合によってアナログ信号にノイズが載ってしまう。これに対して、個々のハーネスをグランド線と撚り合わせたり、個別にシールドしたり、グランド線と撚り合わせたツイストペアをシールドする事により、上述の様にして発生するノイズを防止する事ができる。特に、上記加速度センサ40から送り出される振動を表す信号の様な、出力が小さい信号を送るハーネスの場合には、シールドしたり撚り合わせる事によるノイズ防止効果が大きいので、シールドや撚り合わせを行なう事が好ましい。シールドやグランド線との撚り合わせは、それぞれ単独で行なう事によっても効果を得られるが、両方を合わせて行なう事により、より優れたノイズ防止効果を得られる。この場合に、出力信号を送る為のハーネスとグランド線とを撚り合わせたツイストペアの周囲を一括してシールドする事が、ノイズ防止効果の面からは最も好ましい。尚、上記各センサ27a、29a、40の回路部分や計測器側にローパスフィルタを設ける事によっても、或る程度ノイズを除去する事は可能である。
Also in this example, a harness for taking out the output signal of the
又、本例の場合には、温度センサ29aだけでなく、振動検出の為の振動センサとして機能する加速度センサ40を設置している為、複列円すいころ軸受3等の転がり軸受に剥離等の異常が発生した場合に、その剥離の状態を速やかに検出する事ができる。従って、上記温度センサ29aのみを設置した場合に比べて、転がり軸受の異常監視に適した構造を実現できる。尚、転がり軸受の異常監視と回転速度の監視との双方を目的とする場合は、本例の様に、上記回転速度センサ27aと、上記温度センサ29a及び加速度センサ40等の振動センサとの3種類のセンサを組み合わせる事が最も好ましい。但し、上記回転速度センサ29aと上記加速度センサ40等の振動センサとの組み合せ、又は、この回転速度センサ29aと上記温度センサ20aとの組み合せによっても、転がり軸受の異常監視と回転速度の監視との双方を行なえる。これに対して、転がり軸受の異常監視のみが目的の場合は、上記温度センサ29aと上記加速度センサ40等の振動センサとを組み合せ、上記回転速度センサ27aを省略する事もできる。この場合には、鍔部34の外周縁部に凹凸を形成する必要はない。又、温度センサ29aの出力信号を送る為のハーネスと加速度センサ40等の振動センサの出力信号を送る為のハーネスとを組み合わせる場合でも、この振動センサが検出する振動の値(振動を表す出力信号の振幅)が大きい場合には、前述した様な、個々のハーネスをグランド線と撚り合わせたり、個別にシールドしたり、グランド線と撚り合わせたツイストペアをシールドする事が好ましい。
その他の構成及び作用は、前述した第1例の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。
In the case of this example, since not only the
Since other configurations and operations are the same as those in the case of the first example described above, description of equivalent parts is omitted.
[実施の形態の第6例]
次に、図7は、本発明の実施の形態の第6例を示している。本例の場合には、軸受箱2aを環状部材12aの周囲にまで延長し、センサ取付孔26bを、この軸受箱2aの端部に設けている。
この様な本例の場合、上述した第5例の場合に比べて、センサ取付座面やセンサ取付孔26bの加工が面倒になったり、軸受箱2aの軸方向寸法が大きくなって重くなったり、保守・点検作業等の為に上記センサ取付孔26bにセンサユニット35aを着脱する作業が多少面倒になったりする。但し、複列円すいころ軸受3を構成する外輪4から温度センサ29aへの熱伝達は、上述した第5例の場合よりも良好になる。
その他の構成及び作用は、上述した第5例の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。
[Sixth Example of Embodiment]
Next, FIG. 7 shows a sixth example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the
In the case of this example, compared to the case of the fifth example described above, the processing of the sensor mounting seat surface and the
Other configurations and operations are the same as those in the case of the above-described fifth example, and thus description of equivalent parts is omitted.
[実施の形態の第7例]
次に、図8は、本発明の実施の形態の第7例を示している。本例の場合には、回転速度センサ27bと温度センサ29bとを、合成樹脂製で単一の保持ブロック41内に包埋している。そして、この保持ブロック41をセンサホルダ33bの先端部に保持する事により、センサユニット35bを構成している。或は、合成樹脂製のセンサホルダ33bの先端部に、回転速度センサ27bと温度センサ29bとを、このセンサホルダ33bの成形と同時にモールドする事もできる。
この様に構成する本例の構造の場合、上記温度センサ29bがカバー22a内に位置する為、この温度センサ29bによる複列円すいころ軸受3の温度検出を、外気による影響を受ける事なく、より確実に行なえる。
その他の構成及び作用は、前述した第1例の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。
[Seventh example of embodiment]
Next, FIG. 8 shows a seventh example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the
In the case of the structure of this example configured as described above, the temperature sensor 29b is located in the
Since other configurations and operations are the same as those in the case of the first example described above, description of equivalent parts is omitted.
[実施の形態の第8例]
次に、図9は、本発明の実施の形態の第8例を示している。本例の場合には、軸受箱2aを環状部材12aの周囲にまで延長し、センサ取付孔26bを、この軸受箱2aの端部に設けている。
この様な本例の場合、上述した第7例の場合に比べて、センサ取付座面やセンサ取付孔26bの加工が面倒になったり、軸受箱2aの軸方向寸法が大きくなって重くなったり、保守・点検作業等の為に上記センサ取付孔26bにセンサユニット35bを着脱する作業が多少面倒になったりはする。但し、本発明の作用・効果は十分に得られる。
その他の構成及び作用は、上述した第7例の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。
[Eighth Example of Embodiment]
Next, FIG. 9 shows an eighth example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the
In the case of this example, compared to the case of the seventh example described above, the processing of the sensor mounting seat surface and the
Other configurations and operations are the same as those in the case of the seventh example described above, and thus the description of the equivalent parts is omitted.
[実施の形態の第9例]
次に、図10〜11は、本発明の実施の形態の第9例を示している。本例の構造では、センサユニット35cを構成するセンサホルダ33a内に、回転速度センサ27aと、温度センサ29aと、振動センサである加速度センサ40とに加えて、基準電圧発生回路52を保持している。この基準電圧発生回路52は、上記温度センサ29aと加速度センサ40とのうちの少なくとも一方のセンサ(本例の場合には温度センサ29a)に供給する基準電圧を発生する為のもので、例えば、定電圧レギュレータ、DC−DCコンバータ、基準電圧IC、定電圧ダイオード等が使用可能である。本例の場合、この様な基準電圧発生回路52を、図11に示す様に、上記温度センサ29aの電力供給回路中に接続して、この温度センサ29aに所定の(変動する事のない正確な値の)基準電圧を供給する様にしている。尚、図11は、上記基準電圧発生回路52として、定電圧レギュレータを使用して、供給電圧であるDC12Vから基準電圧であるDC5Vを造り出し、温度センサ29aであるサーミスタに供給する場合に就いて示している。尚、この温度センサ29aを構成するサーミスタとしては、NTCサーミスタ、PTCサーミスタ、CTRサーミスタの他、シリコンをベースとしたサーミスタ(シリコンサーミスタ)等が使用可能である。尚、サーミスタ以外にも、測温抵抗体(RTD)や温度IC等も、上記温度センサ29aとして使用可能である。
[Ninth Embodiment]
Next, FIGS. 10 to 11 show a ninth example of the embodiment of the invention. In the structure of this example, the reference
本例の場合、この様な温度センサ29aに上記基準電圧発生回路52で造った基準電圧を供給する事により、正確な温度測定を行なえる。即ち、上記供給電圧(DC12V)は、電源の周囲温度やこの電源に対する負荷の変動等、外部環境の変化によって変化する。この為、上記供給電圧をそのまま上記サーミスタ等の温度センサ29aに供給すると、この温度センサ29aによる測定値を表す、この温度センサ29aの出力電圧も変動し、正確な測定を行なえなくなってしまう。これに対して本例の場合には、上記基準電圧発生回路52により上記温度センサ29aに、上記外部環境の変化に関係なく、一定の基準電圧を送り込む為、正確な温度測定を行なえる。尚、上記供給電圧及び基準電圧の値は、上記のものに限定されず、電源や温度センサ29aの特性に応じて適宜選定できる事は勿論である。
In this example, accurate temperature measurement can be performed by supplying the reference voltage generated by the reference
[実施の形態の第10例]
次に、図12〜13は、本発明の実施の形態の第10例を示している。本例の場合には、センサユニット35dを構成するセンサホルダ33a内に、回転速度センサ27aと、温度センサ29aと、振動センサである加速度センサ40とに加えて、基準電圧発生回路52及び増幅回路(アンプ)53を保持している。この様に加速度センサ40に基準電圧発生回路52と増幅回路53とを組み合わせる事により、特にコストが嵩む回路を使用しなくても、上記加速度センサ40により、複列円すいころ軸受3に加わる振動を正確に測定できる様にしている。この理由に就いて、以下に説明する。
[Tenth example of embodiment]
Next, FIGS. 12 to 13 show a tenth example of the embodiment of the invention. In the case of this example, in addition to the
上述の様な構成を有する本例に組み込む加速度センサ40(振動センサ)としては、圧電素子を使用した両持ち梁型でバイモルフ型のものを使用している。この型式の加速度センサ40は、振動の加速度によって、両持ち梁式に支持した圧電素子であるバイモルフが変形し、この変形に伴って発生する電荷に基づき、振動量を測定するものである。尚、上記加速度センサ40(振動センサ)としては、上記両持ち梁型でバイモルフ型のものに限らず、圧電素子を片持ち梁式に支持したものや、円環状の圧電素子を使用した振動センサ等を使用する事ができる。更には、圧電素子の代わりに歪みゲージを使用した加速度センサ(振動センサ)を使用する事もできる。そして、何れの型式のものを使用した場合でも、上記加速度センサ40(振動センサ)の出力端子からは一般的に、この加速度センサ40に作用する加速度の大きさに比例した電荷が、この加速度の方向に応じて発生する。従って、上記加速度センサ40の出力端子には、見掛け上、「+」と「−」との電圧が発生する事になる。
As the acceleration sensor 40 (vibration sensor) incorporated in the present example having the above-described configuration, a bi-morph type is used that is a doubly supported beam type using a piezoelectric element. The
この様に±がある出力電圧をそのまま増幅すると、+側の電源だけでなく、−側の電源も準備する必要があり、電源回路がその分だけ複雑になり、コストが嵩む。これに対して本例の場合には、前記基準電圧発生回路52で造り出す基準電圧を基準とし、上記加速度センサ40の出力信号電圧をこの基準電圧分オフセットし(出力信号電圧に基準電圧を加え)、この出力信号電圧を「+」領域のみで変化させる様にして、「−」側の電源を準備する必要をなくしている。尚、本例の場合には、図13に示す様な回路により、上記基準電圧発生回路52が造り出す基準電圧(5V)を基準として上記加速度センサ40の出力信号電圧を処理している。即ち、この基準電圧に対するこの加速度センサ40の出力信号電圧の変化を、前記増幅回路53として使用するオペアンプで増幅する事により、上記加速度センサ40の出力信号として送り出す(出力する)様に構成している。
If the output voltage with ± is amplified as it is, it is necessary to prepare not only the power source on the + side but also the power source on the − side, so that the power supply circuit becomes more complicated and the cost increases. On the other hand, in the case of this example, the reference voltage generated by the reference
この様に、上記加速度センサ40の出力信号を増幅してから送り出す様にしている為、この加速度センサ40の出力信号にノイズが入りにくくなって、図示しない制御器に送り込まれる出力信号のS/N比が向上する。即ち、上記加速度センサ40の出力信号は高インピーダンスである為、この加速度センサ40の出力信号をそのままこの加速度センサ40の本体から外部に取り出すと、この出力信号にノイズが入り込み易くなる。これに対して本例の場合には、上記加速度センサ40の出力信号を、オペアンプ等の増幅回路53により増幅し、この出力信号の電圧を増幅すると共に、出力インピーダンスを低くしている。この様にして、前記センサユニット35d外に出力信号を取り出しても、出力信号にノイズが入り込みにくくなる(S/N比を悪化させにくくなる)ので好ましい。
In this way, since the output signal of the
尚、上述の例では、上記加速度センサ40の出力を増幅する為の増幅回路53として、電圧を増幅するオペアンプを使用する場合に就いて説明した。但し、本発明を実施する場合に上記増幅回路53としては、電圧を増幅するオペアンプ以外に、出力信号を電流として出力するアンプを使用する事もできる。この場合には、図14に示す様な回路により、上記加速度センサ40の出力信号を、電流として出力する増幅回路(アンプ)53aに入力し、この増幅回路53aから、上記加速度センサ40の出力信号を、振動値の変化を電流の変化とした信号として出力する。この様にすれば、この出力信号に対しノイズがより入り込みにくくなったり、信号伝送ケーブルの配線インピーダンス(配線抵抗)の影響を受けにくくなるので、より好ましい。
In the above-described example, the case where the operational amplifier that amplifies the voltage is used as the
尚、上述の第10例の場合には、増幅回路53、53aにより増幅する信号が、加速度センサ40から出力される振動を表す信号である場合に就いて説明した。これに対して、前述の図10に示した実施の形態の第9例に示した、温度センサ29aの出力信号に関しても、オペアンプ等の増幅回路53により電圧を増幅したり、増幅回路53aにより電流値を増幅して出力する事により、加速度センサ40の出力信号を増幅する場合と同様に、S/N比を増大させる効果を得られる。
In the case of the tenth example described above, the case where the signal amplified by the
又、何れの例(第1〜10例)の場合でも、前記センサユニット35dを構成するセンサホルダ33aから外部に出力信号を取り出す為のハーネスは、出力信号が電圧の変化である場合には、この出力信号を送る為のハーネスと接地線(グランド線)とを1対のペアとして撚り合わせ(ツイストする)てツイストペアとする事が、電磁結合(静電結合、電磁誘導、電磁波による結合)によるノイズの影響を更に低減する面から好ましい。これに対して、出力信号が、信号を電流として出力する電流出力である場合には、この出力信号を送る為のハーネスと電源線とを1対のペアとして撚り合わせるてツイストペアとする。何れにしても、1対のハーネスを撚り合わせてツイストペアを構成する事は、主に電磁誘導と電磁波とによるノイズを低減する効果がある。又、上記ツイストペアをシールドすれば、静電結合によるノイズの低減に大きな効果を得られる。尚、この様にツイストペアをシールドする場合に、それぞれが各センサから出力信号を取り出す為のハーネスを含んで構成する複数のツイストペアを束ねて、この複数のツイストペア全体をシールドすれば、外部からのノイズの影響を低減する事ができる。更には、個々のツイストペアを個別にシールドすれば、個々のツイストペアの間で、上記各センサの出力信号を送る為のハーネス同士の間の相互干渉を防止できるので、更に好ましい。
In any of the examples (first to tenth examples), the harness for taking out the output signal from the
尚、何れの例の場合でも、各センサの出力信号を送る為のハーネスとしては、耐候性や強度を考慮し、クロロプレンゴム、テフロン樹脂、シリコンゴム、ポリエチレン等の樹脂やゴムで被覆したものを使用する事が好ましい。
又、ノイズ除去の為に、外部から印加されるサージ電圧を吸収して回路を保護するサージアブソーバ或はツェナーダイオードや、高周波のノイズを除去するノイズフィルタであるEMIフィルタ等を、回路上に設けるのが好ましい。
又、図10〜11に示した第9例や図12〜14に示した第10例の回路構造は、他の例(実施の形態の第1〜8例)にも適用可能である。
又、基準電圧発生回路52で造った基準電圧は、温度センサや加速度センサでの測定値検出に使用するだけでなく、その他のセンサにも使用可能である。
更には、電圧増幅用のアンプや電流値増幅用の増幅回路53、53aに関しても、温度センサや振動センサの出力を増幅するのに利用するだけでなく、その他のセンサの出力を増幅するのに使用する事もできる。
In any case, the harness for sending the output signal of each sensor is one that is covered with a resin or rubber such as chloroprene rubber, Teflon resin, silicon rubber, polyethylene, etc. in consideration of weather resistance and strength. It is preferable to use it.
In addition, a surge absorber or Zener diode that absorbs externally applied surge voltage and protects the circuit, and an EMI filter that is a noise filter that removes high-frequency noise are provided on the circuit to eliminate noise. Is preferred.
Further, the circuit structures of the ninth example shown in FIGS. 10 to 11 and the tenth example shown in FIGS. 12 to 14 can be applied to other examples (first to eighth examples of the embodiment).
The reference voltage generated by the reference
Furthermore, the voltage amplification amplifier and the current
本発明のセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置の構造は上述の通りであるが、本発明ではセンサとして、回転速度センサ27(27a、27b)だけでなく、温度センサ29(29a、29b)及び加速度センサ40等の振動センサも設けている為、本発明のセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置とコンパレータ(比較手段)及び閾値設定回路(閾値設定手段)とを組み合わせる事により、運転速度が低速から高速まで頻繁に変化する、前記複列円すいころ軸受3等の転がり軸受の異常検出を、高い信頼性で行なえる。次に、この異常検出の有無を判定する為の判定回路の5例に就いて説明する。
The structures of the rolling bearing device with sensor and the rotation support device with sensor of the present invention are as described above. In the present invention, not only the rotation speed sensor 27 (27a, 27b) but also the temperature sensor 29 (29a, 29b) are used as sensors. ) And a vibration sensor such as the
先ず、図15に示す判定回路の第1例は、回転速度センサ27の検出信号により得られる、複列円すいころ軸受3に支持された車軸1(図1、3〜10、12)の回転速度と、温度センサ29の検出信号により得られる上記複列円すいころ軸受3の温度とから、この複列円すいころ軸受3の異常の有無を判定するものである。この第1例では、上記回転速度センサ27の検出信号を処理する回転速度検出回路43で得られた、上記車軸1の回転速度に関する値を表す速度信号によって、閾値設定回路44により異常検出用の閾値を決定する。そして、この閾値と、上記温度センサ29から送られてくる温度信号とをコンパレータ45により比較し、この比較の結果を表す信号を軸受異常判定回路46により判定して、上記複列円すいころ軸受3の異常の有無を判定する。そして、異常がある場合には、ブザー、警告灯等の警報器47に信号を送って、この警報器47を作動させ、運転者や作業者等に異常発生を知らせる警報を発する。この様な第1例の判定回路の場合には、上記回転速度センサ27の検出信号により求められる、上記車軸1の回転速度の変化に従って、異常検出用の温度の閾値を順次変更できる事により、高速回転時だけでなく、低速回転時に発生する複列円すいころ軸受3の異常を検出する事が可能となる。
First, the first example of the determination circuit shown in FIG. 15 is the rotational speed of the axle 1 (FIGS. 1, 3 to 10, 12) supported by the double row tapered
即ち、一般に複列円すいころ軸受3その他の転がり軸受ユニットの運転時の温度は、回転速度が高い程上昇する。この為、温度センサの検出信号のみで上記複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの異常の有無を判定しようとした場合には、予想される最高回転数時での温度に合わせて、異常検出用の閾値を設定する必要がある。この為、低速回転時に於ける上記複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの異常の検知が難しかった。これに対して本例の判定回路を使用すれば、その時の回転速度に合わせて異常検出用の閾値を順次変更する事ができるので、温度による異常検出を高い信頼性で行なえる。尚、上述の図15に示した様な判定回路に於いて、上記回転速度検出回路43、閾値設定回路44、コンパレータ45、軸受異常判定回路46等は、A/Dコンバータやマイクロプロセッサ、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)等を使用した回路により、ソフトウェア処理する事も可能である。
That is, in general, the temperature during operation of the double row tapered
次に、図16に示す判定回路の第2例は、回転速度センサ27の検出信号により得られる、複列円すいころ軸受3に支持された車軸1の回転速度と、加速度センサ40等の振動センサの検出信号により得られるこの複列円すいころ軸受3の振動とから、この複列円すいころ軸受3の異常の有無を判定するものである。この第2例の判定回路の場合には、上記振動に関する異常検出用の閾値を、上記回転速度センサ27の検出信号に基づいて得られる速度信号に応じて設定し、この閾値と上記加速度センサ40からの信号をコンパレータ45aで比較して、上記複列円すいころ軸受3の異常の有無を判定する様に構成している。この様な本例の判定回路の場合には、上記車軸1の回転速度の変化に伴って、上記振動に関する異常検出の閾値を順次変更する事により、低速回転時に於ける上記複列円すいころ軸受3の異常振動を検出する事が可能となり、この複列円すいころ軸受3内部の転がり接触面に生じた僅かな剥離も早期に検出する事ができる。
Next, the second example of the determination circuit shown in FIG. 16 is the rotational speed of the
即ち、一般に複列円すいころ軸受3を含む転がり軸受ユニットの運転時に発生する振動の大きさは、回転速度が速い程大きくなる。この為、加速度センサ40の検出信号のみで上記複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの異常の有無を判定しようとした場合には、予想される最高回転数時に発生する振動値に合わせて、異常検出用の閾値を設定する必要がある。この為、低速回転時に於ける上記複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの異常の検知が難しかった。これに対して本例の判定回路を使用すれば、その時の回転速度に合わせて異常検出用の閾値を順次変更する事ができるので、振動の大きさに基づいて、剥離等の異常検出を高い信頼性で行なえる。尚、上述の図16に示した様な判定回路に於いても、上記回転速度検出回路43、閾値設定回路44、コンパレータ45a、軸受異常判定回路46等は、A/Dコンバータやマイクロプロセッサ、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)等を使用した回路により、ソフトウェア処理する事も可能である。
That is, generally, the magnitude of vibration generated during operation of the rolling bearing unit including the double row tapered
次に、図17に示す判定回路の第3例は、回転速度センサ27の検出信号により得られる、複列円すいころ軸受3に支持された車軸1の回転速度と、加速度センサ40等の振動センサの検出信号により得られるこの複列円すいころ軸受3の振動とから、この複列円すいころ軸受3の異常の有無を判定するものである。特に、本例の場合には、加速度センサ40から送り出される、上記複列円すいころ軸受3の振動を表す信号を、可変フィルタ48に通す。この可変フィルタ48は、上記回転速度センサ27の検出信号から求められる、上記複列円すいころ軸受3の回転速度を表す信号に基づいて、除去又は減衰させる周波数を変化させる。そして、この可変フィルタ48によって、上記複列円すいころ軸受3の回転数成分を除去又は減衰させた後の振動値と、上述した第2例と同様にして得た異常検出用の閾値とを、コンパレータ45aにより比較して、上記複列円すいころ軸受3の異常の有無を判定する様にしている。
Next, in the third example of the determination circuit shown in FIG. 17, the rotational speed of the
複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの回転時に発生する振動は一般的に、回転数に同期した回転数成分の振動の値が最も大きいが、上記複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの内部に剥離等の損傷が発生した場合は、上記回転数に同期しない周波数成分の振動値が大きくなる。そこで本例の場合は、上記回転速度センサ27の信号を基にして除去又は減衰させる周波数を変化させる、上記可変フィルタ48に加速度センサ40から送り出される信号を通す事により、回転数成分に対応する周波数の振動値を除去又は減衰させる。従って、上記可変フィルタ48を通過後の信号が表す振動には、通常時でも現れる周波数成分がないか、あっても僅かであり、その分だけ、異常に伴って発生する振動の成分が顕在化するので、複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの異常の有無に関する検出精度を高める事ができる。この為、この複列円すいころ軸受3の内部の転がり接触部分で剥離が発生し始めた初期段階で、この複列円すいころ軸受3の異常を検出する事ができ、この複列円すいころ軸受3に焼き付き等の重大な損傷が発生する事を未然に防止する事ができる。尚、上述の図17に示した様な判定回路に於いても、上記回転速度検出回路43、可変フィルタ48、閾値設定回路44、コンパレータ45a、軸受異常判定回路46等は、A/Dコンバータやマイクロプロセッサ、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)等を使用した回路により、ソフトウェア処理する事も可能である。
The vibration generated when the rolling bearing unit such as the double row tapered
次に、図18に示す判定回路の第4例は、回転速度センサ27の検出信号により得られる、複列円すいころ軸受3に支持された車軸1の回転速度と、加速度センサ40等の振動センサの検出信号により得られるこの複列円すいころ軸受3の振動とから、この複列円すいころ軸受3の異常の有無を判定するものである。特に、本例の場合には、上記加速度センサ40等の振動センサが検出した振動の波形を、周期分析回路49で分析してから、上記複列円すいころ軸受3の異常の有無を判定する様にしている。この為に本例の場合には軸受異常判定回路46aで、上記回転速度センサ27の検出信号から求められる、上記複列円すいころ軸受3の速度を表す速度信号に基づいて、この複列円すいころ軸受3から発生する各種振動の周期T1 、T2 、T3 の計算と、この複列円すいころ軸受3の異常の有無の判定とを行なっている。尚、これら各周期T1 、T2 、T3 とは、上記複列円すいころ軸受3が内輪回転の場合で、T1 は外輪4の内周面に形成した外輪軌道7に剥離が生じた場合の振動周期を、T2 は、内輪5の外周面に形成した内輪軌道8に剥離が発生した場合の振動周期を、T3 は、転動体である円すいころ6の転動面に剥離が発生した場合の振動周期を、それぞれ表している。上記回転速度信号を利用して、上記加速度センサ40からの信号の周期を分析する事により、上記複列円すいころ軸受3に剥離に基づく損傷が発生しているか否かの判定を行なえるだけでなく、この複列円すいころ軸受3の何れの部分に剥離が発生しているかを特定する事もできる。
Next, the fourth example of the determination circuit shown in FIG. 18 is the rotation speed of the
例えば、上記複列円すいころ軸受3が内輪回転で使用される場合は、静止側である外輪4の内周面に形成した外輪軌道7に剥離が生じた場合、下記の式で表される周波数の振動が発生する。
f1 =z・fc
但し、z:転動体数、fc:保持器回転周波数
そして、この振動の周期T1 は、次式で表される。
T1 =1/f1 =1/(z・fc)
これに対して、回転側である内輪5の外周面に形成した内輪軌道8に剥離が発生した場合には、下記の式で表される周波数の振動が発生する。
f2 =z・(fr−fc)
但し、z:転動体数、fr:内輪回転周波数、fc:保持器回転周波数 そして、この振動の周期T2 は、次式で表される。
T2 =1/f2 =1/{z・(fr−fc)}
更に、転動体である円すいころ6の転動面に剥離が発生した場合には、次の式で表される周波数の振動が発生する。
f3 =2・fb
但し、fb:転動体の自転周波数
そして、この振動の周期T3 は、次式で表される。
T3 =1/f3 =1/(2・fb)
これらの場合に、fc、fr、fb等の周波数は、複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの諸元及びその回転数が分かれば計算できるので、振動波形の周期を分析する事により、上記複列円すいころ軸受3の何れの部位に剥離が発生したかを特定できる。
For example, when the double-row tapered
f 1 = z · fc
However, z: number of rolling elements, fc: cage rotation frequency and the period T 1 of the vibration is expressed by the following equation.
T 1 = 1 / f 1 = 1 / (z · fc)
On the other hand, when separation occurs on the
f 2 = z · (fr−fc)
However, z: number of rolling elements, fr: inner ring rotation frequency, fc: cage rotation frequency, and the vibration period T 2 is expressed by the following equation.
T 2 = 1 / f 2 = 1 / {z · (fr−fc)}
Furthermore, when peeling occurs on the rolling surface of the tapered
f 3 = 2 · fb
However, fb: the rotation frequency of the rolling element And the period T 3 of this vibration is expressed by the following equation.
T 3 = 1 / f 3 = 1 / (2 · fb)
In these cases, the frequencies of fc, fr, fb, etc. can be calculated if the specifications of the rolling bearing unit such as the double-row tapered
例えば、上記各周期T1 、T2 、T3 以外の周期を有する振動成分が増加している場合は、複列円すいころ軸受3の転がり接触面以外の部位に異常が発生している事になる。従って、本例の様に、周期分析回路49により加速度センサ40の検出信号の周期分析を行なう場合には、上記複列円すいころ軸受3及びその周囲部分を含めた、回転支持部及びその周辺部分を含む部分の異常を検知する事ができる。この場合に、例えば、回転数の1次成分に相当する周期が特に大きくなっていれば、車輪の1個所に滑走による偏摩耗が発生している事が推定される。尚、上述の図18に示した様な判定回路に於いても、上記回転速度検出回路43、周期分析回路49、軸受異常判定回路46a等は、A/Dコンバータやマイクロプロセッサ、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)等を使用した回路により、ソフトウェア処理する事も可能である。
For example, when vibration components having periods other than the above periods T 1 , T 2 , and T 3 are increasing, an abnormality has occurred in a portion other than the rolling contact surface of the double row tapered
次に、図19に示す判定回路の第5例は、回転速度センサ27の検出信号により得られる複列円すいころ軸受3に支持された車軸1の回転速度と、加速度センサ40等の振動センサの検出信号により得られるこの複列円すいころ軸受3の振動とから、この複列円すいころ軸受3の異常の有無を判定するものである。特に、本例の場合には、振動信号を、包絡線処理を施す為の包絡線処理回路50に通し、その処理波形を使用して周波数分析をしている。上記加速度センサ40等の振動センサが検出した振動の波形そのもの(生波形)を周波数分析すると上記複列円すいころ軸受3の異常を分析できないが、この振動の生波形を包絡線処理し、その処理波形を使用して周波数分析回路51により周波数分析を行なうと、上記複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの異常を分析する事が可能となり、転がり接触部分の剥離に基づいて発生する振動の周波数f1 、f2 、f3 を検知する事ができる。尚、上述の図19に示した様な判定回路に於いても、上記回転速度検出回路43、包絡線処理回路50、周波数分析回路51、軸受異常判定回路46b等は、A/Dコンバータやマイクロプロセッサ、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)等を使用した回路により、ソフトウェア処理する事も可能である。
Next, in the fifth example of the determination circuit shown in FIG. 19, the rotational speed of the
何れにしても、図15〜19にその5例を示した判定回路で、複列円すいころ軸受3等の転がり軸受部分の異常検出用の閾値の設定を回転速度の変化に伴って順次変更したり分析する事により、従来は難しかった、刻々と変化する複列円すいころ軸受3等の転がり軸受の状態に応じた最適な閾値の設定が可能になる。そして、この複列円すいころ軸受3等の転がり軸受の異常の有無の判定精度を飛躍的に向上させる事ができる。尚、前述の図6〜7に示した第5〜6例並びに図10〜14に示した第9〜10例の回転支持装置の場合、回転速度センサ27a、温度センサ29a、加速度センサ40の総てを設けているが、このうちの回転速度センサ27a及び温度センサ29aのみの組み合わせを使用して、複列円すいころ軸受3等の転がり軸受の異常検出を、高い信頼性で行なう事もできる。又、上記回転速度センサ27a及び加速度センサ40のみの組み合わせを使用して、上記転がり軸受の異常検出を高い信頼性で行なう事もできる。又、図15〜19に示した判定回路を前述した実施の形態の第1〜10例に適用する事により、軸受の異常を精度良く検出する事ができる。
In any case, the determination circuit shown in FIGS. 15 to 19 shows five examples. The threshold value for detecting an abnormality in the rolling bearing portion of the double row tapered
尚、回転速度センサ27、27a以外に、温度センサ29a及び加速度センサ40等の振動センサを両方組み合わせた構成に於いては、温度及び振動の両方の信号から複列円すいころ軸受3の異常を検知できる事になり、グリースの劣化による潤滑不良や異物噛み込み等による転がり接触面の剥離等の異常を、幅広く検知する事が可能となる。以上に述べた様な判定回路と組み合わせたセンサ付回転支持装置によれば、上記複列円すいころ軸受3等の転がり軸受の異常を早期に検知する事を可能にして、この複列円すいころ軸受3等の転がり軸受に焼き付き等の重大な損傷が発生する事を有効に防止する事が可能になる。
In addition to the
尚、前述の図1〜14に示した各例のセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置に於いては、回転輪を内輪5、5とし、静止輪を外輪4としている。但し、本発明は、この様な構造に限定するものではなく、回転輪を外輪とし、静止輪を内輪とした構造でも実施できる。又、上述した各例のセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置は、複数個の転動体を円すいころ6とした複列円すいころ軸受3を使用した場合に就いて説明した。但し、本発明は、この様な構造に限定するものではなく、複数個の転動体を円筒ころとした円筒ころ軸受、或は複数個の転動体を玉とした玉軸受等、各種の転がり軸受を使用したものに就いても実施する事ができる。更に、上記各例の場合、回転速度を検出する為に回転速度センサ27の検出面と被検出部とを、センサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置の直径方向に対向させているが、本発明では、これら検出面と被検出部とを、センサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置の軸方向に対向させる事もできる。
In the rolling bearing device with sensor and the rotation support device with sensor of each example shown in FIGS. 1 to 14 described above, the rotating wheels are the
本発明のセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置は、以上に述べた様に構成され作用する為、回転速度センサと温度センサとを含む複数種類のセンサの取り付けスペースを小さくできるだけでなく、取り付け作業が容易になり、これら各センサの信号を取り出す為のハーネスの取り回しも容易になる。この為、鉄道車両の車軸の回転支持部等、各種機械装置の回転支持部の小型化及び低廉化と、設計の自由度の向上とを図れる。 Since the rolling bearing device with a sensor and the rotation support device with a sensor of the present invention are configured and act as described above, not only can the mounting space for a plurality of types of sensors including a rotation speed sensor and a temperature sensor be reduced, The attachment work becomes easy, and the harness for taking out the signals of these sensors can be easily handled. For this reason, it is possible to reduce the size and cost of the rotation support part of various mechanical devices such as the rotation support part of the axle of the railway vehicle, and to improve the degree of design freedom.
1 車軸
2、2a 軸受箱
3 複列円すいころ軸受
4 外輪
5 内輪
6 円すいころ
7 外輪軌道
8 内輪軌道
9 保持器
10 段部
11 間座
12、12a 環状部材
13 雄ねじ部
14 ナット
15 ボルト
16 回り止めリング
17 シールケース
18 シールリング
19 エンコーダ
20 ボルト
21 円輪部
22、22a カバー
23、23a 円筒部
24 底板部
25 取付部
26、26a、26b センサ取付孔
27、27a、27b 回転速度センサ
28 センサ取り付け用凹孔
29、29a、29b 温度センサ
30a、30b、30c 取付フランジ
31a、31b、31c ボルト
32a、32b ハーネス
33、33a、33b センサホルダ
34 鍔部
35、35a、35b、35c、35d センサユニット
36、36a ケーブル
38 抑え板
39 ボルト
40 加速度センサ
41 保持ブロック
42 Oリング
43 回転速度検出回路
44 閾値設定回路
45、45a コンパレータ
46、46a、46b 軸受異常判定回路
47 警報器
48 可変フィルタ
49 周期分析回路
50 包絡線処理回路
51 周波数分析回路
52 基準電圧発生回路
53、53a 増幅回路
DESCRIPTION OF
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