JP2009506737A - 独立した能動部材に電力を供給する方法及びアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は独立した能動部材に電力を供給する方法、及び、回転軸受けと、少なくとも１つの能動部材からなる独立した電子システム（８）とから構成されるアセンブリに関する。アセンブリは軸受けの回転における少なくとも１つの状態の変化を表示する少なくとも１つの領域からなる。アセンブリは、変化を電気的信号に変換する手段（１０）からなる基板（９）が同領域に設けられることと、電子システムが信号操作装置を使用して変換手段（１０）と電気的に通信する能動部材と共に基板（９）上に設けられることとを特徴とする。操作装置はシステム内に統合され、能動部材に電力を供給するために必要とされる電流に電気的信号を変換するために使用される。

Description

本発明は回転接触軸受けからなるアセンブリに属する独立した電子システムの、少なくとも１つの能動部材、及び同アセンブリに電力を提供する方法に関する。

このようなアセンブリを使用する領域において、同アセンブリの操作パラメータ及び／又は識別パラメータに関する情報を把握する必要が高まっている。より詳細には、このような情報はアセンブリの操作及び／又はメンテナンスを最適化するために使用される。

この目的において、必要な場合に関連する情報を提供可能な能動部材から構成される電子システムが周知である。
より詳細には多くの実施例において、能動部材は電源供給体に対して独立して設けられることが要求されている。より具体的には、このような機器とアセンブリ環境との間におけるワイヤ接続から独立したものとなるように設けることが要求されている。

これらの実施例において、独立した能動部材の電力供給の問題は依然として問題のままである。このような問題の解決を試みるために、多くの実施例が開発されてきた。より詳細には、アセンブリの操作において生じる機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する振動質量（サイズミック・マス）から構成される圧電タイプの機器を使用することが開示されている。

しかしながらこのタイプの解決策は、電子システムとアセンブリ内への電気供給体とを１つに統合することによる制約、より具体的には寸法及び重量による制約により制限される。従って、これらの統合を考慮して、周知の解決策のモジュラリティを制限する圧電機器と同様に電子システムも特別な開発をする必要がある。

本発明の目的はより具体的には、機械的統合による制約及び電気的統合による制約に対する解決策におけるモジュラリティを向上させつつ能動部材に電気を供給するために、アセンブリに特有の電気供給体の使用を可能とする方法及び装置を提供し、これにより上述した課題を解決することである。

この目的において第１の態様によると、本発明は回転接触軸受けと、軸受けの回転における少なくとも１つの状態の変化を表示する少なくとも１つの領域からなるアセンブリに属する独立した電子システムの少なくとも１つの能動部材に電力を供給する方法を開示する。同方法は、以下の工程から構成される。
−変化の特性及び領域の特性により、能動部材に十分な電力を供給すべく、変化を電気的信号に変換する手段を備える基板を同領域に設ける工程。
−電気的信号を能動部材の電力供給に必要とされる電流に変換するように設けられる操作装置を電子システム内に組み込む工程。
−操作装置を使用して変換手段と電気的に通信する能動部材を設けることにより、同能動部材に電力を供給するように基板上に電子システムを設ける工程。

第２の態様において、本発明は回転接触軸受けと、少なくとも１つの能動部材を備える独立した電子システムと、同軸受けの回転における少なくとも１つの状態の変化を表示する少なくとも１つの領域を備えるアセンブリを提供する。アセンブリは、該変化を電気的信号に変換する手段（１０）を備える基板（８）が同領域に設けられることと、能動部材がシステム内に統合される信号操作装置を使用して変換手段と電気的に通信することと、同電子システムは同能動部材と共に基板上に設けられることと、同操作装置は電気信号を能動部材の電力供給に必要とされる電流に変換するように設けられることとを特徴とする。

図を参照して、モータ車のホイール用の回転軸受けから構成されるアセンブリが開示される。しかしながら、本発明はこのような実施例に全く限定されるものではなく、自動車産業における、或いはその他の技術分野における、回転接触軸受けから構成されるいかなるタイプのアセンブリにも適用可能である。

図２において、回転軸受けは固定した外側リング１と、回転内側リング２と、回転要素から構成される。同回転要素はリング間に周知の方法により設けられ、これによりリング１，２は関連して回転することができる。固定されたリングはフランジ５を備え、同フランジ５は相互に略９０°の角度をなすように設けられる４つの突出部５ａを備える。これら突出部５ａのそれぞれにおいて、フレームに固定するための孔６が設けられる。

アセンブリの使用において、フランジ５は同フランジの変形を誘発する重大な機械的制約にさらされる。より具体的には、回転軸受けが回転する間に回転接触要素が周期的に通過するため、外側リング１の局所的な変形が誘発され、これによりフランジ５の変形が誘発される。実施例において、本発明はこのような周期的に発生する局所的な変形を利用してアセンブリに属する電子システム８の少なくとも１つの能動部材に供給する。

これに代えて、又はこれに補足して、機械的変形や別の状態からの変化を示す、アセンブリのその他の領域が電力の生成に使用可能である。別の状態からの変化とは、例えば、アセンブリの振動や温度である。その他の領域として、より具体的には本発明による回転内側リングが設けられてもよい。

能動部材は、アセンブリの操作パラメータの少なくとも１つのセンサにより形成されてもよい。例えば、振動センサ、位置検出センサ、速度センサ、温度センサ、湿度センサや摩耗センサ等である。

更に、又はこれに代えて、例えばアセンブリやその環境に関する情報を読み書きできるＲＦＩＤタイプの無線ラベルのような動的識別機器が設けられてもよい。
電子システム８は、電源供給体とは独立する。即ちアセンブリとその外部環境との間におけるいかなるワイヤ接続からも独立して設けることができる。従って、電子システム８の操作によってアセンブリの操作は妨害されない。

この目的において、本発明は変化を電気的信号に変換する手段を備える基板９にフランジ５を設ける。手段１０はより具体的には、能動部材に供給するために十分な電力を供給するように、その領域上においてこれらの形状及び性質のうち少なくともいずれか一方に関連して配置される。変換手段のこのような適合はより具体的には、十分な電力を供給するように、その領域の変形の特徴、及びアセンブリの使用状況に左右される。

また、電気的信号を能動部材の電力の供給に要する電流に変換するように設けられる操作機器は、電子システム８内に統合される。より具体的には、操作システムにより電気的信号を形成して同電気的信号を能動部材に適合させることができる。操作システムの電子システム８内への統合により、アセンブリの要求を満たし、標準化の要求を満たすことが可能となる。より具体的には、電力を生成するための独立した電子システムを設ける必要がない。

本発明において、基板９上に電子システム８を設け、操作機器を使用して能動部材と変換手段とを電気的に通信させることにより、同能動部材に電力を供給する。
従って、標準的な電子システム８を開発することが可能である。具体的には同システムはアセンブリの範囲において標準的なパッケージケースを備える。同パッケージケースは領域に特有である基板９上に設けられ、必要とされる電力を供給する。上述した実施例においては、様々なアセンブリ、或いは１つの同じアセンブリにおいて、また、様々な使用状況下、或いは様々な領域において、同一の電子システム８を使用することができる。

更に、電子システム８は基板９上に設けられているため、同システムのアセンブリ内への統合は簡単である。また、組み立て工程において電子システム８の保護の機械的特性を表示できるように基板９を構成することが可能である。実際に、基板９は電子システム８とアセンブリ領域との間におけるインターフェイスとして使用される。

図を参照して、変換手段１０が圧電材料に基づく、アセンブリの実施例が開示される。これに代えて、軸受けの回転の間に変化する状態が温度である場合に、変換手段１０は熱電材料を基に構成可能である。更に、変換手段は圧電材料及び熱電材料を基にして設けられてもよい。

図示の実施例において、基板９は例えばセラミックのような材料の板から構成され、これはフランジ５の片面上と接着や類似の方法により結合される。より具体的には、基板上の領域は例えば最初の２つの突出部５ａの間の大きな変形を表示するように選択される。

基板は圧電材料、例えばポリマー材料の独立した網部から構成されるコーティングを備える。このような実施例においては、例えば圧電材料の性質を最適化することにより、エネルギーの変換を周期的な変形の規模が最大である基板の領域上に制限することができる。また、基板９は最適化可能な変形を伝達する機能を有し、これにより例えば、同変形を圧電材料のレベルに集中させることができる。

これに代えて、コーティングを連続したものとしたり、基板を例えばセラミックタイプのような圧電材料から直接形成して構成されてもよい。このような実施例において、圧電材料の形状、表面及び厚みは調整可能である。より具体的には周期的変形の特性の機能として、能動部材に十分な電力を供給するように調整可能である。通常、図２に示すアセンブリにおいて、回収可能な電力は圧電効果により略３μワット毎立方センチメートル程度であり、ペルティエ効果により略４０μワット毎立方センチメートルである。

上述した実施例において、圧電変換手段１０は振動質量（サイズミック・マス）を備えない。従って、これらはアセンブリ内に容易に統合される。
電子システム８は例えば電子マイクロシステムや微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）の態様を採用し、これらは例えば当業者に周知の電子回路から構成される操作機器を統合する。システム８のこのようなタイプは電子機器の保護を確保しつつ小さな寸法内に複数の機能を統合させることができるという効果を有する。更に、これは標準的な方法により接続可能であり、例えばパッケージボックスから突出する接続タグを使用して接続可能である。

電子システム８は以下の構成からなる一群から選択される少なくとも１つの手段を統合可能である。
−エネルギーを保存し管理する手段。例えば充電池の形態を取る。
−能動部材からの信号を処理する手段。例えばソフトウェア手段及びＡＳＩＣに統合可能なデータを保存する手段の形態を取る。
−能動部材と無線により電気的に通信する手段。例えば能動部材と、信号を受信し処理する中央ユニットとの間の通信を可能とする統合されたアンテナを備える低消費型ＲＦ放射器を含む。

ベアリング外側リングと統合されるよう形成された基板に関して説明してきたが、同基板はアセンブリや回転軸受けのその他の領域に、例えばシール結合部や後者の回転リングを使用して取り付けてもよい。また、様々な領域上に複数の基板が設けられて、アセンブリが必要とする電力を複数の能動部材に供給してもよい。

回転軸受けから構成されるアセンブリにおいて、電子システムが同システムの能動部材に電気を供給するために基板上に取り付けられ、同基板に外側リングが設けられていることを示す概略図。 モータ車のホイールの回転軸受けから構成されるアセンブリにおいて、図１に示す回転軸受けの外側リングが設けられていることを示す斜視図。

Claims (13)

1. 回転接触軸受けと、軸受けが回転する間における少なくとも１つの状態の変化を表示する少なくとも１つの領域とを備えるアセンブリの独立した電子システムにおける能動部品に電力を供給する方法であって、
   前記変化の特性及び前記領域の特性に基づき能動部材に十分な電力を供給すべく、前記変化を電気的信号に変換する手段（１０）を備える基板（９）を前記領域に設ける工程と、
   電気的信号を能動部材への電力供給に必要とされる電流に変換する操作装置を電子システム（８）内に組み込む工程と、
   前記操作装置により変換手段（１０）と電気的に通信する能動部材を配置することにより、同能動部材に電力を供給すべく基板（９）上に電子システム（８）を設ける工程とから構成されることを特徴とする少なくとも１つの能動部材に電力を供給する方法。
2. 前記状態の変化は、振動、軸受けの回転により誘発される同軸受けの周期的変形、及び温度における変化からなる一群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の電力供給方法。
3. 変換手段（１０）の外径及び／又は配置は能動部材に供給するために十分な電力を供給するように調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給方法。
4. 回転接触軸受けと、少なくとも１つの能動部材を備える独立した電子システム（８）と、同軸受けの回転における少なくとも１つの状態の変化を表示する少なくとも１つの領域を備えるアセンブリであって、同領域に、該変化を電気的信号に変換する手段（１０）を備える基板（８）が設けられることと、能動部材はシステム内に統合される信号操作装置を使用して変換手段（１０）と電気的に通信することと、同電子システムは同能動部材と共に基板（８）上に設けられることと、同操作装置は電気信号を能動部材の電力供給に必要とされる電流に変換するように設けられることを特徴とするアセンブリ。
5. 前記電子システム（８）はアセンブリの操作パラメータのセンサによって形成される少なくとも１つの能動部材から構成されることを特徴とする請求項４に記載のアセンブリ。
6. 前記電子システム（８）は少なくとも１つの動的識別機器から構成されることを特徴とする請求項４又は５に記載のアセンブリ。
7. 前記電子システム（８）はエネルギーを保存する手段、能動部材からの信号を処理する手段、及び能動部材と無線により電気的に通信する手段からなる一群から選択される少なくとも１つの手段を統合することを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
8. 前記変換手段（１０）は圧電材料及び熱電材料のうち少なくともいずれか一方を基に構成されることを特徴とする請求項４乃至７のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
9. 前記基板（９）は変換手段（１０）を統合することを特徴とする請求項４乃至８のいずれか一項に記載のアセンブリ。
10. 前記基板（９）は変換手段（１０）を内包するコーティングから構成されることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか一項に記載のアセンブリ。
11. 前記コーティングは変換手段（１０）の分離したネットワークから構成されることを特徴とする請求項１０に記載のアセンブリ。
12. 前記基板（９）は回転接触軸受けの要素（１，５）と統合して形成されることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
13. 前記要素は回転接触リング（１）及び回転接触シール結合部とから構成される一群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載のアセンブリ。

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