JP2014066269A

JP2014066269A - ころ軸受

Info

Publication number: JP2014066269A
Application number: JP2012210483A
Authority: JP
Inventors: Shinya Matsuda; 晋也松田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: JP6107023B2

Abstract

【課題】十分な発電量が得られ、永久磁石およびコイルの設計の自由度が大きいころ軸受を提供する。
【解決手段】内周に外輪側軌道面１２を形成した外輪１１と、外周に内輪側軌道面２３を形成した内輪２０と、外輪側軌道面１２および内輪側軌道面２３を転動し円周方向に複数配設されたころ３０と、複数のころ３０を回転可能に保持した保持器４０とからなり、保持器４０に計測装置を取付けたころ軸受１０において、発電機８０は、回転部と、固定部とからなり、固定部に対して回転部を回転させることによって電気を発生させるものであり、回転部をころ３０の外周に回転接触させ、固定部を複数のころ３０間で保持器４０に取付け、回転接触する回転部の外径をころ３０の外径よりも小さくし、発電機８０の電気を計測装置に供給するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電機を使用したころ軸受に関する。

例えば、図６（特許文献１）に示すようなころ軸受は、外輪１１０および内輪１２０上を転動するころ１３０を保持器１４０のピン１４２で回転可能に支持している。保持器１４０は、軸方向両側に配置されたリング状の第１環状部材１４１およびリング状の第２環状部材１４３と、第１環状部材１４１および第２環状部材１４３を連結するピン１４２とからなっている。

ピン１４２の一端はおねじ部１４２ａを介して第２環状部材１４３にねじ連結され、ピン１４２の他端は第１環状部材１４１に嵌合固定されている。第２環状部材１４３には、温度センサー１５２およびバッテリー１５１が取付けられている。ピン１４２には、円周方向の両側に溝１４２ｃが形成され、両側の溝１４２ｃは孔１４２ｂを介して互いに連通している。一方の溝１４２ｃに沿って電線１５０が配設され、孔１４２ｂを通して他方の溝１４２ｃに沿って電線１５０が配設されることによってコイルが構成されている。

外輪１１０に対し内輪１２０が回転すると、ころ１３０は外輪１１０上を転動しながら保持器１４０とともに内輪１２０と同方向に移動する。コイル回りに永久磁石１５３が回転することによって、コイルから誘導電気が発生し、バッテリー１５１に充電される。バッテリー１５１の電気を使って温度センサー１５２が作動する。

特開２０１１−１０６５８０号公報

前記ころ軸受は、風力発電に使用される大型のものであり、ころ１３０はゆっくり回転する。このため、十分な発電量が得られない問題があった。また、ころ１３０内に永久磁石およびコイルを組み込まなければならないため、永久磁石およびコイルの大きさに制約があり、設計の自由度が少ない問題があった。本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、十分な発電量が得られ、永久磁石およびコイルの設計の自由度が大きいころ軸受を提供する。

請求項１に記載の発明は、内周に外輪側軌道面を形成した外輪と、外周に内輪側軌道面を形成した内輪と、前記外輪側軌道面および前記内輪側軌道面を転動し円周方向に複数配設されたころと、複数の前記ころを回転可能に保持した保持器とからなり、前記保持器に計測装置を取付けたころ軸受において、発電機は、回転部と、固定部とからなり、前記固定部に対して前記回転部を回転させることによって電気を発生させるものであり、前記回転部を前記ころの外周に回転接触させ、前記固定部を複数の前記ころ間で前記保持器に取付け、前記回転接触する前記回転部の外径を前記ころの外径よりも小さくし、前記発電機の電気を前記計測装置に供給するようにしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、ころの回転数よりも回転部の回転数の方が大きくなるため十分な発電量が得られる。また複数のころ間に発電機が配設されるため、永久磁石およびコイルの設計の自由度が大きいころ軸受を提供することができる。

本発明の一実施形態における円すいころ軸受の断面図である。本発明の一実施形態における円すいころ軸受の図１の別の角度位置での断面図である。本発明の一実施形態における図２のＡ−Ａ線矢視図である。本発明の一実施形態における図２のＢ矢視図である。本発明の一実施形態における発電機の断面図である。従来のころ軸受の断面図である。

本発明の一実施形態について、図１乃至図５を参酌しつつ説明する。図１は、円すいころ軸受の断面図、図２は、円すいころ軸受の図１の別の角度位置での断面図、図３は、図２のＡ−Ａ線矢視図、図４は、図２のＢ矢視図、図５は、発電機の断面図である。

図１および図２に示すように、円すいころ軸受１０は、リング状の外輪１１と、外輪１１の内周側に配置されるリング状の内輪２０と、外輪１１および内輪２０間に配置されるリング状の保持器４０と、保持器４０の後述するピン６２に回転可能に支持される複数の円すいころ３０とからなっている。前記外輪１１、内輪２０、保持器４０、円すいころ３０は、いずれも金属製の材料で構成され、特に鉄系の材料がよく使われる。

前記外輪１１の内周には、外輪１１の軸線に対して傾斜した外輪側軌道面１２が形成されている。

前記内輪２０の外周には、内輪２０の軸線に対して傾斜した内輪側軌道面２３が形成されている。また内輪２０の外周には、内輪側軌道面２３を挟んで大径側に半径方向外方へ突出した大径側端部２５が形成され、内輪側軌道面２３を挟んで小径側に半径方向外方へ突出した小径側端部２１が形成されている。

大径側端部２５の円すいころ３０側の端面には、円すいころ３０の大径側端面に接触する大径側内側端面２４が形成されている。小径側端部２１の円すいころ３０側の端面には、円すいころ３０の小径側端面に接触可能な小径側内側端面２２が形成されている。

前記保持器４０は、リング状で小径の小径環状部材５０と、リング状で大径の大径環状部材５５と、前記小径環状部材５０および前記大径環状部材５５を連結するピン６０とからなっている。

前記小径環状部材５０には、ピン６０を挿通する挿通穴５１が貫通して形成されている。前記大径環状部材５５には、ピン６０を螺合する固定ねじ穴５６が貫通して形成されている。固定ねじ穴５６は、保持器４０の円周方向において挿通穴５１に対応する位置に形成され、固定ねじ穴５６および挿通穴５１は円周方向に等間隔に複数形成されている。

図１に示すように前記ピン６０には、一端に工具が回転方向に係合する係合溝６１が形成され、他端に固定ねじ穴５６に螺合するおねじ６３が形成されている。ピン６０には、係合溝６１からおねじ６３にかけてピン穴３１に摺接する嵌合部６２が形成されている。挿通穴５１およびピン６０間には、メカニカルロック７０が介挿され、このメカニカルロック７０によってピン６０は小径環状部材５０に固定される。ピン６０は内輪２０の円周方向に等間隔に複数設けられ、各ピン６０は円すいころ３０の後述するピン穴３１に挿通されている。これによって、各ピン６０に円すいころ３０が回転可能に支持されている。

前記円すいころ３０は、円すい形状から頂部を除去した形状を有するもので、前記外輪側軌道面１２と前記内輪側軌道面２３上を転動する転動面と、小径側の端面に形成された小径側端面と、大径側の端面に形成された大径側端面を有する。円すいころ３０には、ピン６０を挿通するピン穴３１が軸方向に形成されている。

図２および図３に示すように発電機８０は、ハブ型発電機であり、自転車の前輪のハブによく使われている。今回、これを円すいころ軸受１０に流用した。発電機８０は、円すいころ軸受１０の円周方向において、１箇所だけ配置され、しかも一対の円すいころ３０間に配置される。図５に示すように発電機８０は、円筒状のハウジング８１と、ハウジング８１の内周に配置された一対のアンギュラ玉軸受８５と、一対のアンギュラ玉軸受８５を介して回転可能に軸承された円柱形状の固定軸８６と、ハウジング８１の内周に配置された永久磁石８２と、固定軸８６の外周に配置されたヨーク８３およびコイル８４とからなっている。

ハウジング８１は、カップ形状の円筒部８１ａと、円筒部８１ａの一端に螺合される蓋部８１ｂとからなる。円筒部８１ａの外周に一対のフランジ部８３ｃが形成され、一方のフランジ部８３ｃの外周にゴムが加硫接着され、回転接触部８３ｄが形成されている。この回転接触部８３ｄが円すいころ３０の外周に回転接触する。

永久磁石８２は、円筒形状を有し、Ｓ極およびＮ極が円周方向に交互に配置されている。円筒部８１ａの内周に永久磁石８２が嵌合され、円筒部８１ａの一端に蓋部８１ｂが螺合されることによって、永久磁石８１の円筒部８１ａに対する軸方向位置が拘束される。

アンギュラ玉軸受８５は、ハウジング８１の内周に嵌合される外輪８５ａと、固定軸８６の外周に嵌合される内輪８５ｂと、外輪８５ａおよび内輪８５ｂ上を転動する玉８５ｃとからなる。

固定軸８６の外周には、軸方向両端におねじ部８６ｄが形成され、軸方向中央にセレーション部８６ｂが形成され、セレーション部８６ｂの軸方向両側に環状の環状溝８６ａが形成され、おねじ部８６ｄおよび環状溝８６ａ間に嵌合部が形成されている。

おねじ部８６ｄに、ワッシャ８８が嵌合され、固定ナット８９が螺合されている。一対の固定ナット８９をおねじ部８６ｄに螺合させることによって、ハウジング８１に対する固定軸８６の軸方向移動を拘束している。セレーション部８６ｂにはヨーク８３がセレーション嵌合されている。一対の環状溝８６ａに一対の止めリング８７が嵌め込まれ、ヨーク８３の固定軸８６に対する軸方向移動を拘束している。

ヨーク８３は、コイル８４を取囲むように配置され、図５の右側に配置された右側ヨーク部８３ａと、左側に配置された左側ヨーク部８３ｂとからなる。右側ヨーク部８３ａおよび左側ヨーク部８３ｂは、外径方向に延びる円盤部と、円盤部の内周より軸方向に延びる内筒部と、円盤部の外周より軸方向に延びる外筒部とからなる。内筒部の内周には、セレーション部８６ｂに嵌合されるセレーション部が形成されている。外筒部には、円周方向に等間隔にスリットが形成され、スリットの一端は開口している。スリットは、他端、すなわち円盤部に向かって幅が狭くなるように形成されている。ヨーク８３に対し永久磁石８２を円周方向に接近離間させることによって、ヨーク８３に磁力線が発生し、コイル８４に誘導電流が発生するようになっている。

コイル８４は、円周方向に独立した少なくとも３つの独立したコイル部とからなっている。各コイル部から１２０度位相がずれた交流電流が発生するようになっている。

固定軸８６の一端には第１支持軸７２が同軸連結され、固定軸８６の他端には第２支持軸７７が同軸連結されている。このために、第１支持軸７２の他端および第２支持軸７７の一端におねじ部７２ａおよびおねじ部７７ａが形成され、おねじ部７２ａおよびおねじ部８６ｄに連結ナット７４が螺合され、おねじ部７７ａおよびおねじ部８６ｄに連結ナット７５が螺合され、連結ナット７４の緩みを防止する固定ナット７３がおねじ部７２ａに螺合され、連結ナット７５の緩みを防止する固定ナット７６がおねじ部７７ａに螺合されている。

第１支持軸７２は小径環状部材５０に固定支持され、第２支持軸７７は大径環状部材５５に固定支持されている。このために、第１支持軸７２を小径環状部材５０の支持穴５３に挿通させ、第１支持軸７２の一端のおねじ部に固定ナット７１を螺合させ、小径環状部材５０の収納穴５２の端面に固定ナット７１を当接させ、第２支持軸７７を大径環状部材５５の支持穴５７に挿通させ、第２支持軸７７の他端のおねじ部に固定ナット７８を螺合させ、大径環状部材５５の収納穴５８の端面に固定ナット７８を当接させている。

固定軸８６および第２支持軸７７には、３つの独立したコイル部から出ている動力線８４ａを通す電線通路８６ｅおよび電線通路７７ｂが形成されている。動力線８４ａは、第２支持軸７７の他端より出て、後述するコンバータ９６に接続されている。

図２および図４に示すようにコンバータ９６は、大径環状部材５５に取付けられ、交流電流を直流電流に変換する整流回路９７と、回転数に応じて変動する電圧を一定電圧にする電圧調整回路９８とからなっている。コンバータ９６は、変動する交流電圧を、一定の直流電圧に変換する機能を有する。

複数あるピン６０のうち、数本だけ歪ゲージ９０を取付ける。図１に示すようにピン６０には、軸方向の３箇所、円周方向の４箇所に歪ゲージ９０が取付けられている。ピン６０には、径方向に穿孔された径方向穴６５と、軸方向に穿孔された軸方向穴６６とが形成されている。径方向穴６５および軸方向穴６６は互いに連通し、軸方向穴６６の他端はピン６０の他端に開口している。歪ゲージ９０の信号線９１は、径方向穴６５および軸方向穴６６に挿通され、ピン６０の他端より出て、後述するデータロガー９２に接続されている。

図１および図４に示すようにデータロガー９２は、大径環状部材５５に取付けられ、画面９３と、処理回路９４と、バッテリー９５とからなっている。データロガー９２は、歪ゲージ９０からの信号を時系列で記録する機能を有する。

続いて上述した構成にもとづいて、円すいころ軸受１０の作用について説明する。

外輪１１に対して内輪２０が回転すると、円すいころ３０は外輪側軌道面１２上と内輪側軌道面２３上を転動しながら内輪２０の回転方向と同方向に移動する。円すいころ３０はピン６０によって回転可能に支持され、ピン６０同士を小径環状部材５０および前記大径環状部材５５を介して内輪２０の円周方向に連結しているため、複数の円すいころ３０は、一斉に内輪２０の回転方向と同方向に移動する。保持器４０も内輪２０と同方向に回転する。

内輪２０に軸方向のスラスト力が作用すると、円すいころ３０の大径側端面が大径側内側端面２４に接触し、さらに円すいころ３０を介して外輪１１に前記スラスト力が作用する。

円すいころ３０の回転によって、発電機８０のハウジング８１が固定軸８６に対し回転する。すなわち、永久磁石８２がコイル８４に対し回転し、コイル８４に誘導電流が発生する。コイル８４は、円周方向に独立した少なくとも３つのコイル部からなり、各コイル部から互いに位相が異なる交流電流が発生する。

３つのコイル部からの交流電流は、動力線８４ａを経てコンバータ９の整流回路９７へ導かれ、ここで直流電流に変換される。円すいころ軸受１０を風力発電に使用した場合、風の変化によって内輪２１の回転数の変動があり、交流電流の発電量に変化がある。交流電流の発電量の変化によって、電圧が変化するため、一定電圧になるよう電圧調整回路９８で電圧調整する。電圧調整回路９８によって一定電圧に調整された直流電流は、データロガー９２のバッテリー９５に蓄えられる。バッテリー９５の電気を使って、画面９３および処理回路９４が作動する。

ピン６０にかかる荷重によって、歪ゲージ９０が変形し、歪ゲージ９０の信号は信号線９１を経てデータロガー９２の処理回路９４へ送られる。歪ゲージ９０の変形を時系列で画面９３に表示する。

円すいころ３０に対しハウジング８１のフランジ部８３ｃの回転接触部８３ｄが回転接触する。回転接触部８３ｄはゴム材からなり、摩擦係数が高いので、円すいころ３０の回転を確実にハウジング８１に伝えることができる。回転接触している部分において、回転接触部８３ｄの外径が、円すいころ３０の外径に比べてかなり小さいので、円すいころ３０の回転は、増速されてハウジング８１に伝えられる。この結果、発電機８０からデータロガー９２を作動させるに必要な発電量が得られる。

自転車の前輪のハブに使用される市販のハブ型発電機を使用するので、永久磁石８２、ヨーク８３およびコイル８４等の材料を手配する手間を省くことができる。円周方向において、一対の円すいころ３０間に発電機が配置されるので、永久磁石８２、コイル８４の大きさに制約が無くなり、設計の自由が増す。

本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

上述した実施形態は、円すいころ軸受１０の円すいころ３０間に発電機８０を配置した。他の実施形態として、ころ軸受のころ間に発電機を配置しても良い。

上述した実施形態は、計測装置として歪ゲージ９０およびデータロガー９２を用いた例について述べた。他の実施形態として、計測装置は、温度センサーおよびデータロガーであっても良く、振動ピックアップおよびデータロガーであっても良く、ジャイロセンサおよびデータロガーであっても良い。

上述した実施形態は、発電機８０として自転車の前輪のハブによく使われているハブ型発電機を使用した。他の実施形態として、自転車の前輪タイヤに回転接触させるローラが付いたダイナモを発電機に使用しても良い。ダイナモは、固定側に永久磁石を設置し、ローラ側にコイルを設置し、コイルの端に整流子を設置したもので、コイルに発生した誘導電流を整流子を使って直流電流として取り出すものである。

１０：円すいころ軸受（ころ軸受）、１１：外輪、１２：外輪側軌道面、２０：内輪、２３：内輪側軌道面、３０：円すいころ（ころ）、４０：保持器、８０：発電機、８１：ハウジング（回転部）、８２：永久磁石（回転部）、８４：コイル（固定部）、８６：固定軸（固定部）、９０：歪ゲージ（計測装置）、９２：データロガー（計測装置）

Claims

内周に外輪側軌道面を形成した外輪と、外周に内輪側軌道面を形成した内輪と、前記外輪側軌道面および前記内輪側軌道面を転動し円周方向に複数配設されたころと、複数の前記ころを回転可能に保持した保持器とからなり、前記保持器に計測装置を取付けたころ軸受において、発電機は、回転部と、固定部とからなり、前記固定部に対して前記回転部を回転させることによって電気を発生させるものであり、前記回転部を前記ころの外周に回転接触させ、前記固定部を複数の前記ころ間で前記保持器に取付け、前記回転接触する前記回転部の外径を前記ころの外径よりも小さくし、前記発電機の電気を前記計測装置に供給するようにしたことを特徴とするころ軸受。